ベアリングの種類のお話 カートリッジベアリング

究極の回転性能・効率を実現するロードバイク、タイヤ、クランクを回転させて前へと進めるためには円運動がかかせません。
その為各所にベアリングを使用しているということです。

とはいっても車もオートバイも基本はタイヤを回転させることで前へと進むところは一緒です。
ということで今回はベアリングの種類のお話です。



▶カップアンドコーン

カップアンドコーンは もうお馴染みのベアリングです。
玉押し、玉受け、ボール(リテーナー)主にこの3種類で与圧を自由にかけたり、メンテナンス性に優れたものです。

カップアンドコーンに関しての詳細はこちらまで↓↓↓
ベアリングのお話

メリットとしてはメンテナンス性が挙げられますが、デメリットとしてはカートリッジベアリングのように打ち替えが簡単にはいかないということです。

ともあれシマノはすべて、カンパ・フルクラムは上位機種にはカップアンドコーンを採用しております。MAVICなんかはカートリッジベアリングです。

それでは今回の主役、カートリッジベアリングについてです。



▶カートリッジベアリングの構造


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なんてこと無い普通のベアリングです(笑
”転がり軸受”何ていう言い方もあります。

アウターレースとインナーレースの間にボールがあります。
正にボールベアリング!!
アウターレースとインナーレースには溝が切ってあり、この溝の中でボールが回転するというものです。溝と入っても接点は各ボールの一点ずつ、点での接触となりますのでものすごく軽い回転になるということです。(日本のボールベアリングの技術はものすごいと聞きますネ。)
ボールはサイズによってはそのままだと空間(隙間)を行き来してしまうので保持するための保持器、リテーナーがあります。

シマノのカップアンドコーンではリテーナーが無いものもあります。
ボールサイズが大きい物を使っていますので玉同士が玉受け、玉押しに入ることでピッタリと保持されます。ママチャリのホイールなんかもこの方式のものがほとんどかと。


▶ベアリングのシール構造

ベアリングにには3種類のシール構造があります。

①開放型
シールなんて何にもなくベアリング球までいつも丸見えなものです。

②鋼板、シールド形
これは汎用ベアリングとしてホームセンターでもよく売られているものです。
当然金属製のシールド構造となっているので基本的には(開けられなくはないですが)開けることは困難です。
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③ゴム製、シール形
ロードバイクのパーツではこのゴムシールが一番多く使われています。
当然種類にもよりますが、BB、カートリッジベアリングのプーリー、ハブなどに使われている場合が多いです。
こちらはゴムシールなのでシールを開けてのメンテナンスが可能です。
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この3種類のシール構造ともう一つのシール構造があります。

それが主に自転車系で比較的多く目にする”接触型シール””非接触シール”です。
※今回は鋼板ではなくゴムシールでの説明となりますm(_ _)m
ゴムシールが内輪(外輪)に触れていれば接触型、触れないのであれば非接触となります。

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本当はもっと複雑な構造ですが、今回はものすごく単純な図です。

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通常ベアリングは外輪が固定されており、内輪を回転させるために接地点の限りなく少ない球体のボール(ベアリング球にも等級がありますネ)が転がり、内輪が回るというものです。
この構造を考えると、異物の侵入を防いだりするシールは無い方が当然軽っ軽になるわけですが、そうはいかないのがベアリングです。
そう、最大の天敵”異物対策”をどうしようかというと、蓋・シールが必要になってくるわけです。
(グリスの保持等他にも目的はあります)

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先程の画像ですが、青いゴムシールです。
コレによりベアリングの健康寿命を少しでも伸ばすために保護をするというものです。

しかしこれらの画像で考えたいただくとおわかりかと思いますが、内輪と外輪に触れるものがあれば当然”抵抗”となってしまいます。
ゴムだって抵抗になりえます。

また内輪と外輪だけではなくシール自体がボールに接触することの抵抗も考えられます。
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※シールの内側にもボールに触れる可能性がある部分には加工がされています。

しかし多少の抵抗があったとしても異物混入のほうが遥かにまずいですので、異物混入が考えられる場合は上記2種類のシール構造を取っているということです。
各シールの一般的に言われている特徴はと言うと、、、

a.非接触シール
摩擦抵抗:低
高速性:高
グリース保持:まあまあ
防塵性:まあまあ
防水性:低


b.接触型シール
摩擦抵抗:高
高速性:限界あり
グリース保持:非接触より高
防塵性:良
防水性:良

接触型シールのほうが当然外輪、内輪ともに接触しているのでハブなんかで回してみるとわかりますが、回転は重いです。

しかし有名所で言うとMAVICなんかは接触型シールのベアリングを採用しています。
空転時間が短いのはベアリングのシールがしっかりしている、そう取ることもできるということです。
これらは耐久性重視といったメーカーの思想なのからなのかもしれません。
乗ってみて重さは、、、全然感じませんヨ。いいホイールです!


どんなに回転が軽くてもすぐにぶっ壊れてしまったら、、、ワンレースにすべてをかけているというのであればいいのかもしれませんが、普段使い、サイクリング、そんな使い方には全く向かなくなってしまいます。

とはいってもママチャリのハブなんかはシールなんて、ほぼほぼ機能しないような少々お粗末さんなものも多くあります。
グリスをもりもり入れてガード、というか新車でも雀の涙ほどのグリス、、、よくあります(笑。。。
そこまでの高回転、回転性能を持たせる、目指していく必要がないのかもしれません。
ママチャリで100km/hとか想定外でしょうし、もし出せたとしてもブレーキは負けるでしょう。フレームも物によってはもうギッシギシ言ってる可能性も十分にあります。

ママチャリには独特の文化があるようです。


ベアリングの健康寿命を縮めるものの原因として1番大きなものが、”異物混入”です。
異物や水分が混入することで潤滑不良、傷がついたり、かじりができたりということが考えられます。自転車は雨でもホコリの中でも走るということはベアリングにとっては過酷な状況であるということです。
ベアリングの健康診断としては一番わかり易いのは音を聞く、回転が滑らかであるかを確認するということがわかりやすいかと思います。

カップアンドコーンがいいとか、カートリッジ式がいいとか、それは各パーツメーカーが試行錯誤、研究に研究を重ねて最良の方法を取っていると思います。(もちろんコストなんかも含めて。)
どちらがいいかというお話ではなくて、どちらでも健康に保つことができればいいと思いますヨ。

ということでベアリングの種類のお話でした。

参考URL
ベアリングの基礎知識
http://ginouzyuku.web.fc2.com/bearing.pdf

シールの役割と種類
http://www.ntn.co.jp/japan/ntnstory/teach/vol043.html


~おまけ~
実際のグリスの量はと言うとカートリッジベアリングで軸受の空間容積の30~40%であるということです。ロードバイクのハブはグリスの硬さでも回転の軽さが変わると言われているほど、繊細な部分もあります。入れ過ぎても駄目ですし、少なすぎても駄目です。
あくまでも足りないよりかは入れすぎたほうがまだいいような気がしますが、適量が良好ということです。

話はぶっ飛びますが、MAVICのホイールってすごいですネ。
ハブ内部にカートリッジベアリングをぶっこむわけですが、特にスポークテンションがかかるリアフリー側はスポークテンションの影響を受けにくようなハウジング(ベアリングを圧入する所)構造になっているとか。

何にせよ、ベアリングの健康状態コレの確認はパワーロスに直接つながりますので大切な点検であると思います。
点検方法は、、、また次回のお話へm(_ _)m



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