平成 26 年度卒業研究発表要旨 2015 年 2 月 23 日 231 スポークの組み方の相違によるリム変形、強度特性に関する研究 11-1-833-0004 坊垣亮介人間工学科ユニバーサルデザイン研究室（加藤一行教授） 1 目的人々の暮らしを豊かに、また、効率的にする手段として自転車が存在している。近年では、日本国内の自転車保有台数は約 7000 万台 1)となっており、国民の約 50%近くが利用している。また、エコブームやダイエットに良い等の様々な理由により、自転車の利用数は増加し、種類は多様化傾向 2）にある。そのような中、年度により多少は増減するが、自転車生産台数は概ね、 900~950 万台 3)を推移している。ここで注目すべきは、毎年生産されている製品の約 90%3)が輸入品であるいう事である。輸入品の中には、フレームへの溶接が不十分な物や、各部に粗悪な部品が利用されている場合もある。JIS 等の規格に基づいて生産されている場合でも、一台一台にまでは、輸入業者の管理が行き届いていない状態である。しかし、自転車産業振興協会技術研究所 4）への事故報告には、大手自転車メーカーの不良は散見されるが、小規模な会社等は、ほぼ見受けられない。これには、輸入されている多くの軽快車の価格が非常に安いために生じる、利用者自体の妥協や、仮に製品不良が存在する場合でも、各店舗レベルでの対応で解決出来る場合が多いためと考えられる。また、輸入代理店、取扱店等からの報告経路が、適切に働いていないことが考えられる。このような状態にあるためとは、断定できないが、自転車のホイールがロックした事に関連する転倒事故の多くは、製品に起因したかどうかは判断出来ないと結論付けられている場合も多々存在する。そこで、自転車の要であるホイール構造の理解、及び、安全面での改善策検討を行うために、模擬ホイールの作製を行う。その後、作製した模擬ホイールに対して、オートグラフを用いた破壊試験を行う事により、実際の変化の様子、荷重や変形量等、定量的な評価の指標となるデータを採取する。それらを組み合わせ、スポークの組み方による強度の差異を考察する。 2 方法日本工業規格 5)に基づいて製作し、更に追加条件として、縦方向、横方向の振れを 1.5mm 以下、全てのスポーク張力の差異を ±10%以下の値となるように 6 種類の異なるスポークの組み方をしたホイール、市販車から取り外した既製ホイール 1 種類を用いて、破壊試験を行い、採取したデータの検討を行う。試験に用いた装置は、島津製作所精密万能試験機オートグラフ AG-250kNG である。データ採取は、試験力(荷重)及びストローク(変形量)の採取を行う。これらのデータを採取する際は、事前に測定時間を 10m(s) と規定する。 3 結果破壊試験により採取した、試験力(荷重)及びストローク(変形量) データから、軸剛性の算出に適当と思われるデータ部位を抽出し、値を算出すると図 1 のようになる。算出された軸剛性の値と、ホイールが保持出来た最大荷重値の関係グラフを図 2 に示す。この結果、組み方毎に軸剛性が異なる事から、スポークの組み方による軸剛性の差異は、何らかの形で存在する事が見受けられる。また、軸剛性の変位に対する耐力の変化も 8 本組、6 本組、 0 本組の一部ではあるが、顕著に表れている事が確認出来る。図 1 軸剛性の推移図 2 荷重-軸剛性のグラフ 4 考察図 2 によると、軸剛性の値が上昇する事により、耐荷重が極端に増加する傾向は、希薄ではあるが、認められる。しかし、今回の破壊試験では、絶対的に試験のデータ数が少ないため、確定的ではない。そのため、ホイールごとの耐力、軸剛性の数値に何らかの差異が存在していても、統計的な有意差を示す事が出来ていない。このような事から、今後は、データ数の充実が望まれる。更に、ホイールの精度を上げてはいるが、再現性と言う点においては、未知数であるため併せての改善も望まれる。また、自転車ホイールは、本来、走行状態での荷重変化、変形量が生じるため、静的状態での変化が、動的状態での変化にどのような影響を及ぼすか示さなければならい。参考文献 1) 国土交通省総合的交通基盤整備連絡会議内資料道路統計年報 2007~2010,(2012). 2) 国土交通省道路局地方道・環境課道路交通安全対策室,(2006). 3) 社団法人自転車協会 4) 一般財団法人自転車工業の概観,(2011). 自転車産業振興協会技術研究所 www.jcbtc.or.jp 5) 日本工業規格日本工業規格 JIS9301, JIS D9311