セラミック vs スチールベアリング
サイクリングで最も議論を呼ぶテーマの一つは、スチールベアリングとセラミックベアリングのどちらが優れているかです。マーケティングではセラミックベアリングが抵抗を減らし寿命が長いと主張されることが多いですが、それは本当でしょうか？この記事ではセラミックとスチールベアリングの詳細な説明と比較を行います。
ちなみに、ハブで一般的なカートリッジベアリングについて説明します。カートリッジベアリングはメンテナンスが少なく、交換が簡単で軽量かつコンパクトで、通常はシール性能も優れています。ただし、一部のカートリッジベアリングは摩耗が早い場合があり、この記事でその点も解説します。
Particleでは、ハブに応じてS&Sスチールおよびセラミックベアリング、さらにTPIセラミックベアリングを使用しています。
内部構造
サイクリング用途で使われるベアリングをセラミックと呼びますが、実際にはハイブリッドセラミックで、ボールだけがセラミック製です。セラミックベアリングに対し、スチールベアリングは硬化スチール製のボールとスチール製の内輪・外輪を含みます。
ボールベアリングはセラミック製で、内輪と外輪はスチール製です。セラミックベアリングは通常C3クリアランスを持ちます。スチールベアリングで使われるクリアランスは通常CNです。ベアリングクリアランスは内輪、外輪、ボール間の隙間を定義する測定値で、適切なクリアランスはベアリングが加熱膨張しても固着しないようにするために重要です。
両種類のベアリングで使用されるケージも異なります。ケージはベアリング内でボールを適切に間隔を保つ役割を果たします。高品質のスチールベアリングでは、ケージはプレス加工された金属片で作られ、ボールの間にリベットで固定されています。これは製造コストが高い方法ですが、摩擦を減らし剛性を向上させます。ほぼすべてのハイブリッドセラミックベアリングでは、ケージは通常、複合材またはゴム製で、はめ込み式でボールの間隔を保持します。高負荷時には、このタイプのケージは変形したり外れたりして目に見える摩擦を引き起こす可能性があります。
当社のS&Sスチールベアリングは高品質のスチールレースを使用しています。
外部構造
ベアリングには非接触シール、接触シール、または両側にシールが付いているものがあります。接触シールは内輪と外輪の両方に接触してシールを維持しますが、これにより摩擦損失が生じます。走行中はあまり気になりませんが、違いはあります。非接触シールは抵抗が少ないですが、水や汚れにより汚染されやすいです。
私たちのベアリングは、外向きの接触シールと内向きの非接触シールの混合を使用しています。これにより、非接触ベアリングと接触ベアリングの両方の利点を持ち、高性能かつ長寿命を実現しています。
ベアリング摩擦
ベアリングの転がり抵抗について理解すべき最も重要なことの一つは、ボール自体の役割は非常に小さいということです。実際には、ベアリングのシールが最も摩擦損失を引き起こし、約60%を占めます。グリースが約30%、最後にケージの摩擦、ボールの変形、レースウェイの変形が残りの10%を占めます。これらの数値はおおよそのもので、ベアリングによって若干の違いがあります。ボールの変形は全体の摩擦損失の約3%に寄与しますが、実際にはセラミックとスチールベアリングの差はその3%の約10%、つまりすべてが同じ条件なら約0.3%の節約に相当します。
しかし、注意点として、ほぼすべてのセラミックベアリングはスナップインケージを使用しており、これは一般的にプレスメタルケージよりも摩擦が大きく、効率を下げます。
性能に関しては、スチールとセラミックベアリングは全体的な転がり抵抗が似ており、すべてが同じ条件ならセラミックがわずかに優れています。
ベアリング寿命と摩擦の時間経過による変化
ベアリングで最も見落とされがちな点の一つは、どれだけ早く摩耗するかです。セラミックボールはスチールのレースよりもはるかに硬いですが、柔らかいスチールレースをより簡単に摩耗させることがあります。これにより、時間の経過とともに転がり抵抗が徐々に増加します。私たちのSR1ハブに使用されているTPIセラミックベアリングは、改良されたシールとより厳しい公差を持ち、他の多くのセラミックベアリングと比べて寿命が延びています。
実際のところ、ハイブリッドセラミックベアリングの中には転がり抵抗が良好なものもあれば、そうでないものもあります。これは主にシール、グリース、そしてわずかにケージの摩擦による違いであり、ボール自体によるものではありません。高品質のスチールおよびセラミックベアリングは、出荷時点で転がり抵抗のトップクラスを誇りますが、時間が経つとセラミックベアリングは高品質のスチールベアリングに追い越されます。
ベアリング寿命の延長
Particleでは、選ぶベアリングだけでなく、ベアリングを汚染から守ることにも強いこだわりを持っています。ベアリングを環境から保護することは非常に重要で、これにより寿命が大幅に延びます。
私たちはハブの供給元を慎重に選んでいます。AR1およびSR1のハブシェルとアクスルはそれぞれ0.005mmと0.003mmの公差で加工されており、最も精密なラチェットハブの一つです。これにより転がり抵抗が低減され、ベアリングへのストレスが減るため寿命が向上します。ハブはラビリンスシールと二重の汚染バリアを使用しており、侵入の可能性を大幅に減らし、ベアリングとラチェットを環境から保護します。
なぜホイールの回転テストはスムーズさを評価するのに適していないのか？
多くの人が手や自転車にホイールを持って回転させてハブのスムーズさを判断しますが、これは実際に走行中のホイールの回転性能を反映していません。
第一に、ハブは体重による放射方向および軸方向の荷重やコーナリング時の力を受けており、これがベアリングの性能と摩擦に影響を与えます。
第二に、実際に見ているのはベアリング抵抗ではなくホイールの慣性です。重いリムやタイヤはハブに高い摩擦があっても長く回転し続けることがあります。一方、軽いホイールはハブがスムーズでもすぐに止まることがあります。
第三に、グリースが少ないか、粘度が十分でないグリースを使ったハブは回転は良くても、実際のストレス下で早く摩耗します。
ダイナモメーターのような適切なテスト機器を持たない場合、実際のテストは異なるホイールで緩やかな下り坂を惰性で走ることで行えますが、環境が管理されていないため、そのようなテストはある程度懐疑的に受け止めるべきです。
どちらを選ぶべきですか？
実際のところ、スチールベアリングでもセラミックベアリングでも間違いはありません。長寿命で長期的に低い転がり抵抗を求める方にはスチールベアリングをおすすめします。少しでも優位性を求め、ベアリングを頻繁に交換しても構わない方にはセラミックベアリングが適しています。私たちが使用するS&Sベアリングは高品質で、AR1ハブと組み合わせることで、性能、汚染、転がり抵抗について心配する必要はありません。SR1ハブに使用されているTPIセラミックベアリングは、改良されたシールとより厳密な公差により、ほとんどのセラミックベアリングよりも長寿命を提供します。
