ここに掲載した記事は主として考え方とかアイデアと言うような発想がが中心であり、中にはデザインからはじまり試作・完成した作品があります。この中に気に入ったものがあり作ってみようという希望者のお手伝いをしています。
KitLegon(C)
自由発想・自由デザインの自作自転車をKitLegonでいろんな自転車を創作します、これまでに制作した作品をご覧下さい。初参加の人は、ご自分のデザインを製作するのも良し、KitLegonで自転車を作ってみる体験をしていただくことができるように準備を進めています創作活動をお楽しみください。無駄を省いて、これ以上部材を減らすことが出来ない構造です、このデザインで最軽量のミニベロ制作にチャレンジします、ワークショップを企画いたしますので、ぜひご参加ください。

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# by tasukei-x24 | 2010-12-31 23:59 | 創作
システムの概要

自転車、それは、世界で一番エネルギー効率の高い乗り物だと言えそうです、僅か3Kgの車体に100Kgに及ぶ人をを乗せて時速20Kmを超えるスピードで長距離を走ることができます。
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ECOLOGYでSUSTAINABLE、LOHAS と3拍子揃った健康的な乗り物といえるのではないのでしょうか、この図が大きなインパクトになり自転車に対する基礎的なことを学んだり考えて作って見ることになった貴重なデータです。

時代の要請に答える「KitLegon Bike System」の考え方の提案と、これまでに制作した実例を紹介します。
初期には素材にアルミ合金を使用して実現しました。その後、軽量で実用的なものへと、2009年6月から素材メーカーの東レと取り扱い商社の日精のご協力を得てカーボン素材を利用するための基礎実験と制作工法の検討を進めてきました。この先、この成果を作品として公開する目的で世界最軽量3Kgを下回るのミニベロを計画しています。

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# by tasukei-x24 | 2010-12-26 08:23 | 文章
Lemonの構造

5Kg以下の軽量で持ち運びに便利な輪行目的のミニベロを探してみたが、見つかりませんでした。ならば素人思考で作ってみようということで始めたのが10年前、自転車は外観から眺めて、その構造原理が理解しやすいので、実例を帰納的に解釈してアプローチすることが可能です。参考にしたのはダイアモンドフレームと呼ばれるCr-Moのロードバイク、これをリエンジニアリング、あるいはリバースエンジニアリング、もしくはリストラクチャーリング、くどいようだがもう一つダウンサイジング、どのフレーズも決して好意的に受け入れられているものではありません。
しかし、ダイアモンドフレームは100年を越える長い歴史と技術の進歩で今日に至り、この構造を越えるデザインは見当たりません、軽量で高い剛性を持たせたデザインとして究極といえるのかもしれません。残されているのは新素材の出現です。これまで、スチールの歴史が長く、その後アルミ合金、チタン合金、カーボンという素材自体の密度が低くて弾性率の高い素材に変遷しています、現在、密度が低くて、弾性率が高く、高強度な素材であるカーボンが主流になりつありますが、この先、水に浮かぶ炭素金属の出現で大きな革新が起こるかもしれません。
KitLegon(C)手始めは入手しやすいアルミ合金のパイプとフラットバーのフレーム、レモンというニックネームで制作しました。このフレームは、これまでのトラス構造ではなく、柱と梁で構成する支持梁という考え方を取り入れています。軽くすると言うことはフレームの部材を如何に少なくすることと素材の密度が小さくて弾性率の高いものを使用するかに、かかっています。
それに答えるデザインとして、ダウンチューブとシートステーをリトルダイアモンドフレームの中に組み込みました、このようにすると剛性が高く駆動ロスを少なくする意味を含めてリアとランクションの損失を少なくすることができます。一方、単に硬いフレームでは乗り心地が良くないので、その解決法としてヘッドチューブとシートチューブに渡すブリッジ(トップチューブ)をバネのような特性を持たせた構造を取り入れることで解決しました。

この部分の設計は乗り手の体重とケイデンスに最適化することで長距離を高速で走れることを目的に進めてきました。普通の自転車に比べて長いシートポストも乗り味に寄与します。この二つの特徴を持つレモンは、もう、これ以上部材を減らすと言うことが出来ない構造であり軽量化に残されているのは、現在入手可能なカーボンを使用して構造材を何処まで薄くすることが出来るかにかかっています。その為の解析には、有限要素法という解析手法が利用できます、最近ではパーソナルコンピュータでも解析できるソフトウエアが利用できます。

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# by tasukei-x24 | 2010-12-25 23:30 | 自作
最軽量のミニベロにチャレンジ

最も軽いと思う700Cのロードバイク2,97 kg - Spin Custom自転車の画像と重量リストを掲載します。
これを、ミニベロで実現してみたいと検討を始めました。完成させていろんな人に乗っていただけるようにすれば世界は注目するだろうし、デザインコンペなどに応募するなどで、多くの人が見にこられるようにすることも必要だと考えられます、それには、レンタサイクルで手軽に乗れるようにすることが良い方法かもしれません。

仲間の発案によるMobicleというレンタル自転車システムのビジネスモデル、制作手伝いから発展して始まった、柏市のレンタサイクルとか流山市の利根運河交流館、東京都墨田区に設立したスカイツリー「空の木」の、地域活性化活動等に利用していただくのも一案として考えられます。「KitLegon Bike System」を、多くの参加者(考える人・作る人、乗って楽しむ人、運営する組織)のコラボレーシヨンで進めて行きたいと思います。

KitLegon(C)


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# by tasukei-x24 | 2010-12-25 13:22 | 素案
乗り手は、身長182cm、体重90Kgの巨漢。


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# by tasukei-x24 | 2010-12-08 23:51 | 製作
工芸品を作るか実用品を作るかが最初の分岐点
先ずチューブフレームの実用品を作ってみよう。そしてKitLegonとして利用できる趣味で作る自転車の環境を構築する計画です。

流通しているラグを利用するのもよし、自作するのも手間はかかるが気に入ったものが作れます。あとは、下記に示すようにチューブの製作と組み立てることで完成します。ここではフルカーボンを目指して総て自作を予定します。そのための作り方と製作過程をご覧頂く予定完成予定は未定ですが2011年から開始します。
KitLegon(C)
  1.チューブの製作とミッターリング
    ハンドルチューブ
    トップチューブ
    ダウンチューブ
    シートチューブ
    シートステー
    チェーンステー
  2.ソケットの製作とBBブロックの組み立て
    BBシェルにシートチューブ、ダウンチューブ、チェーンステー用のソケットを接合
  3.ラグの製作とチューブの接着
    ハンドルチューブにはトップチューブとダウンチューブの接合
    シートチューブにはBBブロックとトップチューブの接合とシートステーのラグの接合
    BBブロックとダウンチューブ及びチェーンステーの接合
    シートステーとチェーンステーはドロップエンドで接合
以上でフレームが出来上がる、フロントフォーク市販品を利用するかオリジナルを製作する。

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# by tasukei-x24 | 2010-11-28 23:35 | 素案
Harima案
KitLegon(C)
X24案 センター操舵
KitLegon(C)
KitLegon(C)
センターステアリング式リカンベント、操舵は足(脚)で行い、手(腕)の役割はブレーキレバーとシフトレバーの操作のみ、手離し走行ができます。
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# by tasukei-x24 | 2010-11-26 17:40 | 素案
気軽に乗れるツーリングバイクを作ってみよう、参考イメージとしては細身でクラシックなダイヤモンドフレームのシングルギア、必要に応じて変速機を組み込む。
KitLegon(C)

デザインフィロソフィー

基本となる概念図です。
この自転車の利用目的は電車で輪行することが目的の中心であることから、軽量で分割あるいは折りたたみ式のものとし、いろんなサイズの車輪を組み込むことが出来るような汎用性のあるフレームを実現しようとしています。
700C輪行目的を作ろうという人はごく限られた少数派だがゼロではない。多くの人はコンパクトにまとめることが出来る16、18、20インチが多数派といえよう。

よく、小径車のデメリットとして、セルフアライニングトルクが小さくなるのでハンドル操作が慣れないと難しいといわれています。この点に関して私たちも実際に操縦安定性を確かめるため、キャスターアングル、フォークオフセットを可変できる構造の自転車を作り、トレイル長と操縦安定性がどのようになるのか確かめる実験もしてみました。

結果は、これがベストであるという値は無く、乗り手のスキルとかこれまでの体験により好みが分かれるという結果です。一般的にキャスターアングルを90度に近づけるとハンドルは軽く操作が出来る、いわゆるクイックな特性になります。逆に45度に近づけるとアメリカンバイクのようなゆったりとした特性になりますが、あるだかくを超えるとハンドルが急に切れ込んで危険な状態になることがあります。

このようなことからハンドル操作の特性は個人的好みが異なるので、ここでのシステムはキャスターアングルとフォークオフセットを部品レベルの交換で変えられる構造のフロントセクションを考案しました。もう一つ別案を考えてみましたその概要はエンジンバイクとかMTBに利用されているものに近くなります、その詳細は今後報告することにします。

自転車も自動車もいろんな種類があり細かく見れば操縦特性が異なります、だが乗るためのコツさえ会得すればどれにでも乗ることが出来ます。それには、最初の一漕ぎさえクリアするとアップライトであれリカンベント、プローンであれ乗ることは可能です、スタートした瞬間に、その自転車の特性を把握することのようです、これが早くつかめる人と、そうではない人がいます。

なかには、いくら練習しても乗りこなせないという人もいますが、いったん走り出せば安定し、まるで漕ぎ出しが難しかったのがうそのように見えてくる不思議さがあるようです。多くの人は、ママチャリという実用車に乗りなれています、その特性に近いものを作ることも出来るし、ロードレーサーののように深い前傾姿勢とか空を見ながらドライブするというようなリカンベントなどの多岐にわたるデザインが実現できます。

素人が自転車など作れるわけが無いという見方もありますが、みなさんは、市販の自転車を購入し、そのうち、部品交換というようなカスタマイズを経験します、行き着くところは自分に最適化されたオンリーワンのフレームを自作するのがゴールのようです。だがフレームは競技用のものはあるが、実用的なレジャーバイクのフレームは単体で入手することは困難です。

私たちも市販品の中に、これはと気に入ったものがあったとすれば、多分この文章は実在することは無かったものといえます。無ければ創るという素人思考で、これまで数多くの燃えないゴミを作って、どうするんだといわれながら・・・たどり着いたのがKitLegon(C)ということになりそうです。今後の展開をご期待ください。

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# by tasukei-x24 | 2010-11-22 00:40 | 素案
手作りの美しい自転車


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# by tasukei-x24 | 2010-11-13 16:59 | 情報
大胆なデザインの自転車

KitLegon(C)
Forkless - Cruiserという名称の自転車、Olli Erkkila さんが制作したものです。










KitLegon(C)

非常にユニークにデザインです、実際に走っている動画をご覧下さい。


KitLegon(C)
Leaf Green - Chopper というのもあります。これも、Olli Erkkila さんが制作したものです。


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# by tasukei-x24 | 2010-11-09 20:59 | 情報
3.LEMON-C デザイン

Harima(案)
KitLegon(C)                             


                                                                                  
Nisi(案)
KitLegon(C)
                                                                                                                                                                                                                                                                                          
Nisi(別案)
KitLegon(C)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
シートアングルがペダリング出力に及ぼす効果

最近の競技用自転車の特徴はシートアングルを大きくし、サドルを前方に移動させるスタイルが多い。それは、アワーレコードとか、1000mトライアル、4000mの追い抜き競技等の中長距離種目で用いられている。
競輪で活躍する選手の中には、シートアングルを83度に設定したフレームで好成績を挙げている例が報告されている。実験によると80度をピークになることが確かめられている。時速40kmで走行中に30秒間を抽出したデータからはのものであり、この角度での乗車姿勢が、ペダルへの力が加えやすいこと、さらに、クランクの回転運動において上支点を0度とした時最大踏力が得られたとの報告がある。効率的なペダリングと高速走行に対してシートアングルについても検討が必要だ、現在一般的には74度が多いが80度も試してみる価値がありそうなのでテストモデルとしての提案。この乗車スタイルについては「後輪同軸クランク駆動のプローン」に示した考え方との共通点があります、小径車といえ、ロードバイクに匹敵する性能のものが出来る可能性があります。チャレンジしてみてください。

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# by tasukei-x24 | 2010-11-03 18:45 | 自作

カーボン素材でパイプを作る、板を作る

この2種類の形状によっていろんな作品を創作することができます。
カーボンプリプレグの取り扱いには多少これまで扱ってきた金属素材との違いがあります。
ここでは、初めてカーボン素材を扱う人達のために、安全に扱えることと、製作の手順と素材の保管についてのマニュアルにまとめることにします。

入手したトレカというプリプレグは、高性能炭素繊維トレカ 糸を多本数平行に引きそろえたシート状のもので物で、クロスに硬化剤を含む熱硬化性樹脂( マトリックス樹脂:主としてエポキシ) を含浸させた成形材料で、トレカ 一方向プリプレグ(UDプリプレグ)、と呼称します。

パイプを作るにはマンドレルという芯管に離形材を塗布しておきリボン状あに裁断した物をバイアス状に重ね巻きをし両端を固定します。そして架橋を加熱によって行います。加熱温度は130度で約2時間、常温になれば取り出してマンドレルを抜くことで下地に使うパイプに仕上がります。芯管の断面形状を丸、楕円、角などの物を作ることができます。
KitLegon(C)下地は形状を保持することを主体にしたもので、これらを組み合わせて骨格を形成します、強度は、骨格の上に重ね巻きをしたもので受け持つ構造の設計手法となります。これらの製作はセンスとアイデアが必要です、いわばノウハウの塊のようなものであるといえそうです。皆さんいろんな知恵をだして自由発想、自由デザインを実現できる工法を考えてください。

板を作る場合も必要な形状に裁断して必要な枚数を積み重ねて型枠板で挟んで締め付けた状態にしてパイプと同じやり方で加熱すれば出来上がります。非常に簡単で手軽に加工することができます、ただし、多少、手先が器用であること根気が要るという一面があります、面倒なのはプリプレグ表面の保護幕を外すことです。これらについては実際に体験してマスターする必要があります。

炭素繊維取扱い上の注意事項
入荷したプリプレグは、すみやかに冷凍庫又は冷蔵庫に保管します。
トレカ プリプレグは室温(24±3℃) で最も使いやすいタック性になるように調整してあります。
プリプレグに不純物が混入すると硬化不良を起したり欠陥品になることがあります。
プリプレグの取り扱いには安全対策が必要です。
エポキシ樹脂は体質的に炎症を起すことがあります。
作業室の換気をよくし、樹脂の揮発分が部屋にこもらないようにしてください。
トレカ は良導体です。電気器具への配慮が必要です。
炭素繊維廃棄物および誘導品の処理は焼却せずに産業廃棄物として正しく処理して下さい。
炭素繊維には導電性があります。取扱現場での飛散フライ等による電気機器の短絡故障等を防ぐため、防塵対策を施して下さい。
炭素繊維による健康障害の症例は報告されていませんが、短繊維が皮膚や粘膜に付着して、かゆみ、炎症を生じることがあります。取扱いの際には、吸い込んだり皮膚に触れないよう、マスク、手袋等保護具を着用して下さい。
炭素繊維およびその複合材料廃棄物を焼却処理すると飛散フライが電気障害を起こすことがあります。産業廃棄物として埋設処理するのが適切です。

保管寿命は今回入手した130℃硬化タイプのものは
保管温度-18℃以下で6 ヶ月、5℃以下、3 ヶ月、20℃以下で1.5 ヶ月です。
プリプレグの取り扱い上の注意点として生地はシリコン塗布離形紙と共に、プリプレグを紙管に巻きつけ、吸湿防止用にポリエチレンの袋で密封包装してあります。

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# by tasukei-x24 | 2010-10-12 15:04 | 情報
KitLegon(C)Pedal Lifeの未来は、陸・海・空、何処でも移動できるHPV

このようなものが実現できそうです。機体の骨組み等カーボンで製作し、ヘリウムガスを充填する。
翼はシルクの布地に気密加工をして使用します。

地球の自転と追い風を利用して世界一周を人力のみで実現する夢。その昔80日間世界一周という映画がありましたが、今度は約4万キロメートルのたびどれぐらいの時間がかかるのだろうか。チャレンジする人の出現があれば、何れかの時期に作ってみたいと思う一つです。
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# by tasukei-x24 | 2010-10-06 16:12 | 素案
執筆途中の原稿です。いろんな人たちの意見や考え方、協力の要請などを取りまとめてみると、下記に示すようなコンセプトの実現が望まれます。今回は12インチの軽量でコンパクトなカートを活用したモバイル・トライクの提案で。ワンタッチでクランプを解除すると右に示したような図なります。十分な長さのホイールべスと前後の荷重バランスを考慮し、安定して時速20から25km/hの巡航速度を出すことが可能なものをと考えてみました。このアイデアは12インチサイズで描いていますが14・16・18・20インチでも作ることは出来ます。フロントセクションに大きな前駕籠を取り付けたカートとして利用することも可能なスーパーカイモノカーです。スイング機構を取り入れたコンパクトなトライクいろんな活用が考えられます。メインとなる太い支持梁とハンドルとシートチューブの片持ち梁を組み合わせたシンプルな構造の提案です。
KitLegon(C)

前輪にスイング機構を取り入れるための実験の様子です。撮影:西宮
KitLegon(C)ダンピングコントロール機能を加えて完成させる予定です、この機構は後輪にも利用することができます。

ここに示したように最初は基礎的な実験から始めます、出来るだけコストをかけないで手元に有るもので使えるものがあればそれを活用します、いわばバラックをいち早く組み立て評価できるものを作ります、そして検討を加えてデザインモデルを製作し、基本的な性能とか、特性を確かめてからプロトタイプ製作します。

この段階でいろんなテストを行い最後に作品が出来上がるという手順で進めています。極めて地味な実験から始めるので関心がないひとは、この段階で終わります。だが、原理とその実験目的が理解が出来一段と深く掘り下げていこうという人たちの努力が実を結んでいくということになっています。




KitLegon(C)--仮想の世界から実現する一つの案--

輪行目的をコンセプトの中心にすえた軽量でコンパクトな折りたたみと分割のデュアルモードのモバイルバイク。オートクチュールのようなオンリーワンを作ることが出来るし、プレタポルテのようなデザインを見て好みの選択とサイズを合わせる方法がある。

・基本設計

これ以上部材を減らすことが出来ないシンプルな構造で軽量なフレーム。フレーム素材にカーボンを利用し軽量化と動的な撓みを取り入れ、ホイールベースが伸縮するサスペンション機能。輪荷重の前後バランスを配慮することで登坂性能の向上、乗り手の体重、ケイデンスを設計に取り込み反映させる。

・走行性能

小径車のフレーム設計技術は軽量、コンパクト、直進性、小回りなど乗りやすさと性能を求めて実現し、走りはロードバイク車、使い勝手は実用車というコンセプトに基づいたMobike。フレームは、有限要素法(FEM)というフレーム設計技術を利用する。市販の小径車につきもののハンドルのフラつきをロングホイールベースロングテール(1000mm)にすること、および、フロントフォークのキャスターアングルとシートアングルを乗り手にあわせて最適化することで、安定した直進性と小回りを実現、さらに低い車高による乗降性などを配慮した設計。

・ハンドル
自転車のハンドル幅は、タイヤサイズによって決まる。例えば小径車に実用車26インチサイズ用のハンドルを装着すると、 ハンドルが切れやすくなり過ぎてバランスを崩してしまう。慣性モーメントが小さい小径タイヤには、 それにあわせてハンドルが切れすぎない幅を設定する。一見狭く感じる450mm幅のハンドルは、 走行バランスを保つために必要な長さ。

・走行安定性
走行安定性は、一定幅の走路を手放しでどのぐらいの距離を走れるかを確かめてみると、正確にアライメントが調節されていれば長い距離を手放しのまま走行することが可能だしカーブすることも可能だ。一般の小径車に比べても、直進安定性の高さは一目瞭然だ。これは、ロングテールと前後の輪荷重バランスを50パーセントにすることで実現できるし、これによるメリットは登り坂での負担が軽減される。

・走行安定性、
操縦安定性の向上は、走行安定性と操縦性を両立するようにホイールベース1000~1200mm、 フロントフォークの角度や450mmのハンドル幅など、すべて乗り手にあわせて計算された寸法で設計される。 フレームはパイプ断面形状や分割部分の強度解析を行い、 分割式と折りたたみの両方の機能、搭載のフレームとしては、高い剛性で約1.0kgと、非常に軽いフレームに仕上げる。
また、一般的に小径車はペダル1回転で進む距離が少ないと思われがちだが、Mobikeという小径車はロードバイクと同じような距離、 約10m程度進むように設計することが出来る。Mobikeは、9段ないし10段変速機を装備することが出来るので、乗り手の要望にあわせて組み付ける。さらに必要に応じてフロントディレイラーを取り付けることも可能。

・操縦安定性
操縦安定性の検証として、曲がり角を曲る時にどのくらいの小回りが可能かを比較。時速15kmでコーナーに進入した際の車輪の軌跡を面積で評価すると、実用車より長いホイールベースにもかかわらず最少面 積を保ち、一般小径車よりも優れたコーナーリング性能を持つと言える。
操縦安定性のもう一つの検証として、等間隔に置かれたパイロンをスラローム走行した時の所要時間で比較。 これは危険物回避を想定した試験で、とっさの場合のハンドリング性能を見るものだが、短時間で障害物をクリアし、軽快車より高い操縦性能を持つことを確認。

・フレーム開発には独自の有限要素法(FEM)という設計技術(自転車構造解析技術など)を駆使する。
・乗り降りしやすい低い車高(下図:さらにフレームにかかる応力と変形をコンピュータ上で計算して図化してみる)。

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=Ho3yYbyvu5M
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# by tasukei-x24 | 2010-10-04 14:16 | 素案
このようなものがあると便利だなと感じるままに書き綴ってみました。

最近のCAEツールについてGosekiさんからABAQUSとANSYSの内容についてレクチャーを受けました、ABAQUS/CAE 6.8-2 Student Editionを動作させて確かめてみました。その結果、汎用ソフトを利用するのもよいが製品版は500万というような高価なものでとても手が出せるものではありません、また、一般の人が取り扱うには、手間のかかる操作が必要です、データを入力して解析できるまでには相応の訓練と時間がかかるので、簡単な操作で使いこなせるものを考えてみる必要があものと感じました、私たちが利用する目的にあわせたシステムはどのようなものが必要なのかについて検討をしてみることにしました。必要な機能とかデータの受け渡しなど要望を少しずつ書き加えていきます。構想の検討段階です、この先には企画、要望する設計仕様へと進み基本仕様と設計書という上流工程が明確になるとプログラマーにお願いする、あるいはフリーソフトを活用して自分で、必要な機能部分のプログラムを作ることができるようになります。このシステムでは高級言語とアセンブラーを組み合わせて開発することになります、高級言語のFortran,C++ などは少し勉強すれば使いこなすことができるようになります、だが、アセンブラーを自由に操れるようになるには、経験とセンスも必要です。 ソフトウエアーハウスに依頼するにしてもニーズを正確に伝えることが大切です、このようなソフトの制作についても、ソフトウエアの要求仕様を作れるようにすることが大切です。人に物を頼む時自分の考えが100パーセント伝わることは殆どありません、誤解と錯覚が付き物です。結果として満足なものが得られないという経験をされているのではないのでしょうか、こんなものがあれば便利だなと、考えを伝えるという意味を含めて取り上げてみます。

システムの全体像を描き始めます。
あらかじめマイデータベースを作成しておきます。
  身体寸法・体重・フレームサイズ
    可動関節間距離(Virtual Anatomiaなど素晴らしいソフトもあります)
       また、ステレをカメラで採寸計測するシステムも考えられます。
       このシステムは既にどこかで製品が出ているものと思います。
       スキャナーとターンテーブル、レンズと処理プログラムを作れば服飾で使われるダミーにも使用可能。
    運動能力・筋力
  出力・ケイデンス などのリファレンスデータも活用できるようにします。

デフォルトモデルは閉曲線で描ける二次元モデルとします。
KitLegon(C)先ずダイヤモンドフレームとリトルダイヤモンドフレームを例題として取り上げます。この二つは同じアルゴリズムで解析することが出来ます。ということはダイヤモンドフレームをベースにした自転車は形が変わったとしても構造計算自体は共通なものとして扱うことが可能です。







リトルダイヤモンドフレーム
KitLegon(C)











スケルトンの作成からスタートします
KitLegon(C)お絵かきソフトのようなツールで線画を作成する。乗り手の体重からサドル、ハンドル、ペダルに加わる荷重の定義を決めて解析します。簡単には全荷重がサドルだけに加わる簡便法なども考慮します。
計算結果は弾性率(E)と断面二次モーメント(I)の積で無次元化された相対値を返してくることだけでも非常に有益なデータが得られることになります。この数値を満たす部材を製作することで自転車を作ることが出来るようになります。



入力画面
  モデルの選定
KitLegon(C)セクションペーパのような背景から画像処理を行い図面情報を生成することも考えて見ます。
自由な発想でデザイン画を描くことにより、フレームが設計できるというシステムに仕上げてみたいと思います。
このようにすれば数値をタイプしたりする必要が無くなります、修正も線を引きなおすということで簡単に修正し再計算するために手間がかからない方法だといえます。

マイデータベースと、このような図からデータの取り込み解析した結果からフレームの図面が得られるようなシステムを想定しています。

出力画面
  静止画・動画
ダイヤモンドフレームを想定したものです、フレーム寸法図、チューブの寸法が表示されると共に応力分布図が表示されるようになるものを検討しようとしています。
KitLegon(C)KitLegon(C)
このようなシステムを勉強しながら完成させていくことができれば素晴らしいことではありませんか。

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# by tasukei-x24 | 2010-09-29 10:10 | 素案
初期のKitLegonです同じ自転車であるがジオメトリーを変えるとまるで違う自転車になります。前後の輪荷重バランスは重要だし、キャスターアングルとホイールベースの長さが関連します。
上の画像は一般的に市販車に近いジオメトリーで後輪に多くの荷重がかかります。平坦な道路では差が認められませんが坂道を登るときには大きな差がつきます。説明するまでもなく、坂道では重心位置が後方より、駆動輪の負担が増加することになります。キャスターアングルを変えたりホイールベースを変化させたりする実験中心の講座があってもよいのではないかという提案です。完成車は輪行目的の分割式でリュックサックに入るようにすることも可能です。

KitLegon(C)この自転車を新たにカーボンフレームでリニューアルするのは如何でしょうか
12インチの自転車は20インチに比べると転がり抵抗が大きくなります、またタイヤなどの選択肢が限られているので、軽量で高速性を追求する目的にはハンディキャップとなりますが街乗り用には、快適な自転車だと思います。次の画像のようにホイールベースを長くしただけで見違えるような性能になります。何事も思考と実験で確かめてみることが大切です。

キャスターアングルを大幅に変えたりするとロデオバイクのように、乗ることが難しくなります、自分に最適なジォメとリーを実験で確かめる目的にも利用できます。
作って楽しみ、乗って楽しむ、更に興味が膨らんでもっと勉強してみようと意欲が湧くような講座になればと思います。

KitLegon(C)この実験から発展して、新たに高速で走れるものが浮かんできます、軽量化を意図して20インチサイズで製作してはというデザインです。この自転車をCFRPで製作し軽量のパーツを組み込むと5Kg程度のものが作れそうです、さらに軽量のリムを開発し1kg程度の車輪が作れるようになる方向を考えて行きたいと思います。世界で一番軽いミニベニロ挑戦するテーマの取っ掛かりになります。

KitLegonについてご理解いただけましたでしょうか、組み立てキットで始まり最後は、このような完成デザイン作品に仕上げることが出来るシステムです、一貫したデザインから構造解析を含めて自転車が作れるシステムを完成させることを目指しています。
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# by tasukei-x24 | 2010-09-20 14:11 | 素案
その後の検討結果です。
KitLegon(C)
KitLegon(C)New Lemonを検討してみました。
ガセット構造を図のようにしてトップチューブは1本にまとめることにしました。
その接続構造はガセットで厚さ6ないし8mmで回転止めの機能を併せ持つ構造にします。

部材を減らして軽量化もあわせて考えてみました。
シートチューブはロードバイクで定義しているフレームサイズ、BB中心からの長さ。このモデルでは480mmとなります。今回は、シートチューブの、外径38mmと太くして剛性を高めることにしました。シートピラーは口径27.2mmにしようと思います。またフロンとディレイラーはアダプタを介して取り付出来る構造とします。リトルダイアモンドフレームを一段と小型化したのが今回の特徴です、構造的なチェックはFEMで確かめたいと思います。

折りたたみ方は前回とかわらづトップチューブを持ち上げて回転させ両輪を連結します。センタースタンドを付けてたハンドルの折りたみと、たんだ時に自立する構造を今後追加する予定です。

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# by tasukei-x24 | 2010-09-07 19:35 | 素案
初期のチェーン駆動を組み合わせた自転車の画像はアジア-パシフィックの自転車生活デザイン展を見学時に撮影したもです、現在とほとんど変わらない基本構造になっています、このダイアモンドフレームは100年を越える長い歴史と技術の進歩で今日に至り、この構造を越えるデザインは見当たりません、軽量化設計で高い剛性を持たせたデザインとして究極といえるのだと感動しました。

KitLegon(C)
私たちが作ったレモンのフレーム図を眺めて見ると随分、これまでとイメージが異なる印象を受けるかもしれませんが、これまで作られた、どの自転車と比べてもトポロジーの観点で見れば同じ物になります。従ってオイラー数は同じで設計原理が変わったわけではなく、空間的な配置が変化しているに過ぎません。要するにバイシクルは完成されたデザインで一つしかないということになります。従って新しいデザインの自転車が生まれるということはなく、リエンジニアリングで改良されたものが生まれてくるということになります、その一つがレモンということになります。

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# by tasukei-x24 | 2010-09-06 10:08 | 文章
自転車のフレーム設計方法みなさん自転車のフレームはどのような設計方法を用いていますか?

わたしは自転車の製作を職業としたことはありませんし構造力学の計算などもしていません、だが、数式をとかアルゴリズムを見つけ出すことなどが中心で、何か問題が起こった時その原因を考えたり、解決法を見つけ出すことの体験が自転車の設計にも役に立ちます。たまたま過去に石油ショックを体験した時に、自転車は世界で一番エネルギー効率の高い乗り物だと言う文献を見たのがきっかけて興味を持ち趣味として自転車の創作活動をはじめました。

自転車のフレームの設計の教科書とかマニュアルというようなものがあるのでしょうか?
ネッドで検索してみても設計方法という情報は見当たりません。素材の物性とかロードバイクに使われるCr-Moチューブのデータはあります。

設計者は、過去に成功した例の設計計算書や設計図を通して「リバースエンジニアリング」という手法で先人から多くのものを学ぶという考え方があります。

この言葉は知的財産権との関係で時として悪いイメージで語られることがありますが、設計はこの手法で先人から多くのものを学ぶものといえるのではないのでしょうか。

例えばロードバイクを例に取るとスケルトン図とチューブのデータは容易に入手することが出来ます。
このデータから断面二次モーメント(I)を計算することは簡単に出来ます。一方、素材の弾性率は近似値として理科年表などから参考データを取り出します。

Cr-Moを例に取れば密度が7.9、弾性率は207Gpという値が出ています。一方、自作のカーボンチューブは密度が1.475、弾性率は120Gp程度のものを作ることが出来ます。

構造力学における片持ち梁という基本の公式には、支点間距離(L)の片側に、ある荷重(P)をかけたときどれだけ変形(δ)するかという場合は式1を利用します。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-31 22:06 | 文章
アングルジョインターに利用できそうです。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-28 18:44 | 情報
有限要素法と精密累積法という設計に取り入れると役に立つ手法があります、いまでは基礎知識が無くても必要なデータをもとに解析できるシステムとなっているようなので利用環境を探してみようと書いてみました。これらの手法は既に半世紀以前に開発されたものであるが現在でも実用的に利用されているようです。ここに記した有限要素法と精密累積法の二つの手法は、自転車のフレー設計にも有用な手段と認められることから最近の状況について調べてみたいとおもいます。関連する情報についてご存知の方は積極的にお知らせくださいますようお願いいたします。

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# by tasukei-x24 | 2010-08-26 22:59 | 文章
実用車としての例題
当初の目標5kgを実現
フロントセクション、BBブロック、リアセクションとシートで構成される、部品点数が少なくコンパクトなもの。
このモデルはこれまでにいろんなデザインで作ってきたレモンの集大成として作ってみます。
分割するとリュックに入るようにすることも配慮します。
現在製作予定のフロント二輪のトライクにもすることが出来るようにします。
KitLegon(C)前回、破壊テスト用に制作したものです、一歩前進させて実用的に乗れるものを目指します。車体は1.2Kg程度に納まる予定です。軽量パーツを組み込むと5Kgに収まるだろうと予想しています。

車輪は16インチから20インチを予定。このモデルの狙いは作り方が簡単でコストを抑えて広く利用していただけることを目指す物です。カーボンプリプレグの使用する量は、およそ5㎡素材だけなら1万円を少し超える程度の物です。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-20 16:01 | 素案
車輪

最軽量は車輪セットが926gで作られている、この値を下回るものが果たして作れるだろうか。入手可能な市販のアルミリムは290から330g、少なくてもこの半分程度にする必要がある、荒っぽい目安として451のリムをカーボンで作成するとして試算してみると、およそ、123gとなる。これをディスクホイールにして軽量のハブを取り付けるとフロント460gリア620g程度の車輪が作れる可能性が見えてくる。これでもセットで1080gになるので150g重いしQRが含まれていない。

こうして見るとトータル3kg の30%が車輪でフレームも30%、残り40%が部品となり、これに収まれば成功だが主な部品としてクランクとチェンリング、ペダル、サドル、シートポスト、ハンドルバー、ステム、ブレークレバーとブレーキアーチ、シフターにディレイラーなどが合計で1.2Kg以下にする必要があり市場で調達できれば良いがかなり厳しい制約になる物と思う。それだけに完成したときの感動が浮かんできます。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-19 20:37 | 素案
軽量化へのアプローチ

過去の成功例を帰納的に解釈するとロードバイクは自転車の中で先端技術を取り入れて軽量で高性能な物が作られている。ダイアモンドフレームと呼ばれる前三角と後ろ三角のブロックをを結合したもので、力学的に見て、軽くて高強度の物になります。これまで、クロモリと言う高強度のスチールパイプをバデット加工によって更に軽量化をした物が利用されています、だが鉄の比重が7.9と言うように、アルミとかチタン、カーボンと比較すれば重量が1.6kg 以下にすることが困難である、最近ではカーボン素材(CFRP)を利用して1Kg以下が当たり前になってきています。軽い物では完成車が2.9Kgという信じられないような軽さの物が作られています。未来には更に軽くなる可能性として水に浮かぶ金属炭素の出現が予測されます。

フレームの制作に当たってチューブにどの程度の応力が加わるのか調べてみると、走行状況によって変化するがその大半は前三角で構成するハンドルチューブ、トップチューブ、ダウンチューブおよびシートチューブでその太さに応じて荷重を受け持っています。通常走行では全体の80パーセント、ブレーキングの祭は90パーセント程度を受け持っている、残りが後ろ三角を構成するシートステーとチェーンステーで、見た目にも明らかに細いチューブが用いられている、これで十分な安全性が確保されていると言うことになる。長い歴史と実践体験から編み出された構造でありこれ以上形を変える事が出来ない完成したモデルだと言えるます。

したがって、これからチャレンジしようとする世界最軽量のミニベロは、新たなスタイルを創出するのではなく、ダイアモンドフレームを踏襲して如何に軽くて安全なフレームを作ることができるかと言うのが主題となります。したがって、新しい発想と言うより軽量素材で高強度のものに置き換えると言うことで解決しようとしているので特に新たな発案と言うわけではありません。

だが、考えてみてください、完成車で3Kgを下回る自転車を乗ってみたこと、あるいは実物を見たことがあるででしょうかしょうか。多分体験した人はいないのではないかと思う、もちろん自身も未体験です、だからこそ作って確かめてみようと考えています。クロモリのチューブを使って1.6Kgのフレームは作られています。
単純にこれと同じサイズのフレームをクロモリと同等以上の物性を持つカーボンで作れば素材の比重に比例したものになるのでクロモリの7.9に対して高弾性のカーボンでで作るとすると比重は高く見積もって1.7、したがって1.6Kgのフレームが0.34Kgになります。この数値が実現できるかどうかを試してみます。

設備とか道具を持たない素人思考が何処まで可能性への挑戦が出来るかを楽しみたいと考えています、多分これに近いフレームは実現できると思うが、部品類で入手が難しい物がいくつかあります、大物は20インチのチューブラリム、これは作ることになる物と思う、また、パイプを接続するジョインターについてもいくつか試練があるものと思います。作品と言うよりはリエンジニアリング適切かもしれません、ならば多くの人たちに乗っていただけるように小規模ロットで生産できることも今後考えていく必要がありそうだし、レンタサイクルで利用できることも必要だと感じます。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-19 10:24 | 素案

KitLegon(C)
西宮さんのお誘いで見学してきました。そこではクラシックな自転車から現在の物までが展示されています、だが、ベロモービル、リカンベントとか未来の自転車はありませんでしたPACIFIC PEDAL LIFE DESIGN 西宮さん撮影の記録をご覧下さい。最初に展示されていたこの自転車を見て感動しました。自転車は、その原型が既に確立されている、新しい自転車はその時代の原理を活用している、いわば、リエンジニアリングの立場で作られる、したがって、最初に見た初期の自転車のようにビックリするような感動を覚えることはありませんでした。自転車の良さは外観ではなく実際に乗ってみて確かめることが出来なければ評価はできないものです。展示された自転車のコピーを制作し、多くの人たちが乗って確かめられるようなことになれば有益なことだと感じました。
ここの催事では、自転車生活デザインなど「エコ・プロダクツデザインコンペ」の募集などが目に付きました。私たちの考え方とか、作品をお役に立てるようであれば提供したり、場合によってはコピーを制作するお手伝いが出来るのではないかと思いました。

ネット情報で、その趣旨と目的を見ると下記の通りの記載がありました。
近年、環境問題、特に地球環境問題は社会問題となり、国際的な議論や取り組みがいくつか実行され一部は効力を表していますが、地球温暖化など対策が不十分とされるものも存在します。また、経済発展に絡んだ生活の向上と相反して行き詰まり、ライフスタイルの刷新など抜本的な対策が必要となっています。このような状況の中、環境配慮型製品が成功するためには、十分な機能、一貫した品質、低コストを超えた差別的要素が必要で、これらを追求していくとデザインに着眼せざるを得ません。メーカーとユーザーをつなげる言語である"デザイン"主導のイノベーションを実現すれば、顧客に喜びを与えられる製品が生まれます。アイディアだけでなく実現化しマーケットインすることによって期待できるエコ・エフシェンシー(エコの効果)を一つでも多く実現する事がこのエコ・プロダクツデザインコンペの目的です。

優秀な作品の商品化を目指すエコデザインコンペティションです。と紹介されていますので、仲間のたちの作品も応募してみてはどうだろうか、例えば荷物乗せ自転車のような実用的なもの、KitLegonの発想最軽量のミニベロにチャレンジというようなものが考えられます。

自由テーマ部門  独創的な考え方、デザイン提案などに参加してみては如何でしょうか。

1. あらゆる分野のデザイナー、技術者、学生など、団体あるいは個人やグループで応募できます。
2. 年齢、性別、国籍は問いません(日本語の理解が必要です)。
3. デザイン提案は、国内外未発表なものに限ります。応募点数の制限はありません。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-14 19:11 | 情報
CFRP複合構造体のカイザー効果評価法

作ったフレームの安全性を確かめる方法の一つにアコースティック・エミッションの特性を利用してカイザー効果という現象を測定することにより過去に受けた外力の最大値を推定することが出来る。難しいことは避けて作った自転車フレームに200Kgの錘をぶら下げて一昼夜置いてみて壊れていなければ合格ということも出来る。要は静荷重でこの程度に耐える必要があるということであり、体重100kg程度の人までが乗れる自転車になります。

AE法とは、材料に外力が加わった時に局所的な微笑破壊が発生する。このときに放出される微弱な弾性波(AE)を検出して内部の情報を得る方法である。
素材の特徴としてカイザー効果という現象がある。その原理とは、変形において同一方向に変形を継続する場合、一度応力を除荷して再負荷したとき、除荷した点の応力値に到達するまでは、AEは発生しないという現象である。

この原理を利用してフレームの安全性を確かめようとするアイデアである。装置は簡単でAEを検出するセンサーと電気的信号に変換するアンプ一つがあれば事足りると言う簡単な物である。
測定は車輪軸を支点にしてサドルに荷重をかけるという力学的に両端支持梁というモデルを形成し漸増荷重(50、100、150、200kg)を加えてAEの発生状況を観測する。具体的にはサドルの位置に20リットルのポリタンクを振り分けで吊り下げるようなことを考えればよい。

簡単なようだが200kgの荷重は水だけでは嵩張ってしまうので金属製の錘などの併用が必要となる。これとあわせてBBの高さの変化と荷重のの関係を記録しておけばフレームの動的特性の評価することも可能になる。最大200kgの荷重を加えて24時間放置し、再び200Kgを再負荷てもAEが発生しないことを確認すれば合格である。

カイザー効果を定量的に知るためにフェリシティ比が用いられる。このとき、再負荷時におけるAEの再発生時を正確に測定することが重要である。最大曲率法を用いてこのAE再発生時を推定し、フェリシティ比を算出する。CFRP複合材を用いて、サイクル試験を行い、カイザー効果を評価する。載荷と除荷をある程度の時間間隔で繰り返す、また、再負荷したときはある大きさの荷重で一定時間保持する。

このAE法に関連してカイザー効果という現象がある。カイザー効果を利用すれば使用中の機械構造物の健全性評価や過去の応力履歴・寿命予知などが可能になる。この方法で合格するものは、公的な検査機関に依頼しても合格するだろう。このテストを行った自転車がもし、走行中に異音が発生することを検知した場合、危険な状態だと言えるので詳しい検査の必要がある。

この手法は現役の時代に原子炉の配管系の応力腐食割れのオンライン監視、大規模トンネルの掘削時、支保工の破壊予知とか、地すべりの観測、地震予知などの基礎研究をしていたものが自転車にも役に立ちそうです。またフレームの構造体としての力学的評価にFEMもあわせての活用することが必要になると思う。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-12 19:42 | 評価
最近のデザイン動向をまとめた「サイクルロード ~自転車という道」の中に

何が自転車の形を変えるのか
と言う記事がありました。

この記事を読んでみて、私達は、先端スタイルデザインの道を進むのか、それとも歴史と伝統のあるダイヤモンドフレームの道を踏襲するのか、チェーン駆動を組み合わせた、現在とほとんど変わらない自転車の基本形が確立したのが19世紀後半、100年以上の歴史を持ち、その形を大きく変えることなく進化の道を辿り生き続けてきた最もオーソドックスで完成度の高いデザイン、三角形をベースとした構造にこだわった剛性が高いデザイン、また直線的で加工性にも優れる伝統的なフレームをリエンジニアリングによって更に発展させるのかという方向が考えられます。以前に書いた「自転車はどこまで軽くする必要性があるのか」に示した軽量化に挑戦するのも一つの方向だとも思う。

記事のインパクトから、今回はオーセンティックなダイアモンドフレームの基本構造のミニベロで、どれだけ軽量なものを作ることが出来るか検討してみようと思いついた。現在、Xフレーム(XFM)の具体化を進めている中でフォークについて検討したところ、計算上で222gと言う軽量なものが作れそうだ。フレームを800グラム以下に抑えて作ることが出来ると車体として1キログラムになる、このあたりが一つの限界になるのではなかろうか。

フレームについて試算してみるとリアセクションが554g、これに、トップチューブ、ダウンチューブシートチューブ及びシートステーのパイプ類の重量が約300g、これらの合計は1076gとなり目標の1kgに近い値となった。
これに現在手持ちの部品を組み付けたとすると6kgのオーダーで完成車が作れる。5kgに減量するには車輪で500g、その他の部品で500gの軽量化が出来れば目標達成となる。更にその先1.5Kgの軽量化が実現すると最軽量のミニベロ記録となるのではなかろうか。

M2Racerのlight-bikesはBIKE IS NOT FOR SALE!であり実物を入手することが出来ないので真の性能とか安全性を確かめることは出来ないが、この成果は高く評価できるものと思う。我々がチャレンジする場合も非売品になるであろうが出来た作品の評価としてSGマークを取得することは考慮したい。

目標5kgとして進めたとしてもフレーム以外の部品合計が4kg、これはかなり厳しい数値といえる。例えばデュラエースのような高級パーツを組み込んでも、車輪セットが現在使用しているFORLEXのホイールに軽量のタイヤチューブを装着すると約2.5kgでになるので達成できない。少なくとも超軽量化されたパーツを求めるか自作する必要性がある。M2Racerの部品が入手可能だとすれば実現できないことはない。

車体が1Kgで作れる可能性があるだけにチャレンジしてみようと言う意欲が湧いてくる、ならば、クランク、ハンドルバー、ステム、サドル、シートポスト、ブレーキアーチ、ハブ、ペダルの、それぞれをフルスクラッチで作ることが出来れば面白いだろうと思う。アイデアと知恵を結集したプロジェクトを立ち上げるのが良いかも知れない。果たして参加者が集まるだろうか。

もし、車体が1Kg以下で完成したら部品は集めてきます、というメンバーが出現するのをきっかけにはじめてみても良いかと思うそれまでに詳細を煮詰めていくつかの試作実験をしておく必要がある。フォークの次はつぎは、リアセクション(後三角)と接続機構を検討実験すれば実現性の確認が出来るだろう。

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# by tasukei-x24 | 2010-08-09 11:31 | 情報
自転車の要はフレームにある その1 フロントフォーク

重要ななのはフロントフォークとBB廻りを含んだリアフレーム、この二つはフロントセクションとリアセクションと言うブロックとして考えてみよう。まず、フォークは上からステム、クラウン、そこから枝分かれしてブレードとその先端に車輪を取り付けるエンドと言う構成になる。

さて、ここからがテーマの中心で、どのような構造のものを作るかと言うことを、ご一緒に考えましょう。さて、あなたはどのようなイメージをお持ちで、どのようなデザインの物を望まれているのか語り合いながらつくろうではありませんか。

設計に際して、スタイルデザインを優先させるか、機能中心に考えるのか、トータルバランスを考慮するなどいろんな取り組み方があります、その手法もこれまでに成功している実績を機能的に解釈して新しくリエンジニアリングを行うことが簡便な方法と言えます。

これとは正反対に演繹的な解釈をベースにまったく新しい方法で作ると言う創作活動がありますが、かなり広範囲な知識とか経験などとセンスがなくては難しいと言えますが作品の創作は、この実現によって出来上がってくる物だと言えます。

哲学の話はさておき、どちらの手法を選択するとしても具体的なイメージとプランが必要です。最初にこのようなフオークを作ってみたいというモデルがあればそれについて議論をしましょう。

KitLegon(C)
市販で20インチサイズのカーボンフォーク、仲間の針間さんがLEMON-Aに取り付けたものを示します。 実用的にスペックがこれでよい場合は作る手間暇とか素材費、加工手間を考えると購入するのが得策と言えます。
しかし、市販のフォークは小径車の場合でもオフセットがついています。個人的にオフセット0のものが見つからないので自作したものを示しておきます。このようにものを、素材と一寸した設備で作ることが出来るので、すべてをフルスクラッチで自分の思い通りのものが作れるという趣味の醍醐味を味わうことが出来ます。


KitLegon(C)この作例は初期の物でステムに使用したCFRPのパイプは専門家に依頼しましたがいまでは自作することも出来ます。小径車のフロントフォークは最近いろんのものが利用できるようになって来ていますが、12インチから20インチにわたってどれでも取り付けられると言うような汎用フォークはありません、KitLegonの一つの部品として製作しようと言う発想があります。これ等の制作についていろんな議論を重ね多くの仲間に喜んでいただけるようなものが作れるようにと思います。

これを最初の作り方カンファレンスとして取れ上げ、この後には、リアセクション、シートなどフレームセットの作り方について議論を重ねながら作り、機会ごとに書き加えていくことに致します。

現在、フォークとリアセクションを検討中で1kgを目指して製作する予定です、オーソドックスなダイアモンドフレームのミニベロの軽量なものを作ってみようとしています、その始まりはフォークから進めます。

フォークの概念図を作成しました。
KitLegon(C)20インチサイズ以下に使用できる汎用のカーボンフォークです。
エンドを交換する方式でオフセットを変える事が出来ます。重量は計算値で224g、ステムの長さは500mm。
取り付けるタイヤは25-451、28-406、28-355、38-305、50-203などが組み込めルようにします。
KitLegonの要の部品に仕上げる予定です。

これに組み合わせて使用するリアセクションは計算値で554g、これにチューブ類を含めて1kgの車体が作れるようになりそうです。
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# by tasukei-x24 | 2010-08-08 08:38 | 基礎
人力で走る乗り物を色々と考えてきたが、共通点は重量だ。そして人が走るより少なくとも早く走れることがポイントだ、以前TIDYという12インチの自転車を走らせていると仲間のマラソン選手が追い越していくことに割り切れないものを感じたことがある、少なくとも自転車は巡航速度で20km/hを楽に越えるようなものでなくてはと感じたことがある。さらに、輪行を考えると軽量の自転車が必要だ、日常的には4~5kgぐらいでも重たく感じるが、持ち歩けないこともないということだろう。

軽量化を意図して作られた自転車はどこまで軽くなるのだろうか。目標5kgを目指しているが、ネットで検索すると、なんと 3195グラム、つまり3.2kgほどのロードレーサーが掲載されている。クラシックなクロモリフレームをカーボンに置き換えたように見える、カーボンにするとフレームは約1/5の質量になる、同様にフォークも214gで製作できるという実績も納得できる、別の物だが非常に軽いのがサドルの39gがある、レールのみで見てもこの値に不思議はない。3.2kgならば片手で持ち歩ける重さだ。さすがに、すごいリエンジニアリングだと感心する。この数値には挑戦してみたいと思う。これを実現するにはフレーム+フォークが1kg以下で実現すれば同じ程度のものは作ることが出来る、XFM 1.ロードモデルで示したものは、この実現の可能性は認められる、だが、もしトライする場合は、ほとんどすべての部品類をフルスクラッチで制作することになろう。

一般に市販されている自転車用部品を集めるだけで、ロードレーサータイプの自転車を5kg台で組み上げることができるようだ。だが、軽量パーツを組み込んだ自転車パーツは、基本的に軽くて丈夫、かつ高価、素材は炭素系複合材料を手始めにチタン、などか使われている、これらの素材は鉄系合金やアルミ合金よりもはるかに高価で、かつ加工が困難。それら軽量部品は量産されていないので単価は高い。数g、数十gの軽量化のために大金をかけることになる。結果、出来上がった自転車の価格も桁外れになるのが現状である。

たとえ軽くなったとしても、自転車というものはそのままでは嵩張る。駅まで乗っていって、そのまま電車に乗る事は現在不可能である。駅に乗り付け、自転車を担いで、そのまま電車に乗るわけにはいかない。折りたたむ方式、分割式かによらず、輪行バッグに収める必要がある。輪行バッグに収めたとしても、満員の通勤電車に乗る様なことは出来ない。我々の出来ることは如何にコンパクトな折りたたみ式を考えることだ。

6kgを切るような軽量の自転車は、自転車を趣味とする少数の人が作り上げ、休日のポタリングや、アマチュア・レースの場で乗るものということが現状といえる。だが、このような自転車を極力安い価格で供給する事が実現すれば老人とかパワーの低い人たちにも喜んでいただけるのではないかと思う。
最近はじめたXフレームは、主要部分をすべて炭素系複合材料で作る自転車の考え方を発表する予定である。重量は5.0kgが目標だがまだその段階には至っていない。

この実現にはいろんな形で多くの人の協力が必要だ。将来的には金属炭素という水に浮かぶ素材の出現も期待できるが、それまで待つことは出来ないので現実的には5kgから7kg程度の実用品を如何に安く簡単に制作できるかという工法の研究開発と実用品の試作を進めルようにしたいと考えています。

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# by tasukei-x24 | 2010-08-02 16:15 | 素案
有限要素法(FEM)は自転車フレーム力学解析をする上で非常に強力な手法です。半世紀以前にNASTRANというFORTRANでのプログラミング関わったことがあります、実用化されて以来、長年にわたる研究がなされ、発展してきました。NETで調べて見ると Nobuyuki UMETANI さんのページがありましたので紹介します。彼はFEMの利用が大企業の開発者や大学の研究者など、ごく一部の限られた人以外はその恩恵を被ることができないのが現状です。 誰でも簡単に有限要素法を理解して使えるようになることに少しでも役に立つことを、 このWebページを通じて目指しています、と述べています。
有限要素法(FEM)のページをご覧下さい。
最近ではPCワーくすてーしょんでも解析が出来るようです仲間にもこの分野に明るい人材がいるので積極的に利用する方向を検討したい。

FEM構造解析基礎講座と言うサイトもありました、こちらも若手の技術士が「CAE技術者のための情報サイト」を公開しています。

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# by tasukei-x24 | 2010-08-01 17:47 | 基礎