フィラメントワインディング製カーボンリムは、当社が発明しました。
Vennのリムは、風洞とスーパーコンピュータ、そして可動式の分割金型から生まれます。その背景にある取り組みと、お客様ご自身で確かめていただける数値をご紹介します。
風洞にて：スモークとレーザーで、Velociteバイクの周囲の気流を可視化
- 2015世界初のフィラメントワインディング製自転車リム、そしてEurobike Award受賞
- 10ドイツ、ベルギー、台湾の審査員による受賞・表彰
- 150Jダウンヒル用リムの衝撃試験の合格基準。ロード・グラベル・XC用は100 J。UCIの要求値は40 J
- 5年すべてのVennリムに適用される保証
Vennリムを支えるエンジニアリング
2015年から続く絶え間ない開発2015年から絶え間なく続けてきた開発。世界初のフィラメントワインディング製自転車リム、特許を取得した製法、有限要素解析で最適化した積層、アルゴリズムが導き出したリムプロファイル、そして現在のリムへ。各段階を年代とともに、当時の写真と図面でご紹介します。
繊維方向に強い
カーボンリムは、直径5〜7 µmのカーボンフィラメントを樹脂で固めたものです。繊維方向に引っ張ると、積層は繊維と直交する方向よりもはるかに高い強度を発揮します。直交方向では、樹脂だけで荷重を支えることになるからです。
つまりリムの良し悪しは、繊維がどこを通り、どこで途切れるかで決まります。繊維が途切れる箇所では、荷重は樹脂を介して次の繊維へ伝わるしかありません。積層設計とは、荷重が流れる場所に繊維を配置する仕事であり、Vennの取り組みはここから始まりました。
世界初のフィラメントワインディング製自転車リム
2015年、当社は世界初のフィラメントワインディング製自転車リム、Venn Rev 35を発表しました。発売したその年に、Eurobike Award、Taipei Cycle d&i award、Golden Pin Design Awardを受賞しています。
当社が特許を取得した製法
当社が保有していた特許TW I607894（2016年出願、2017年取得、発明者：Victor Major）は、この製法を巻き付け、切断、折り畳み、接合、成形の5つの工程で定めています。ここに掲載している図は、同特許の図面です。
有限要素解析によるVar 507の積層設計
Var 507では、リムを4つの部位に分け、他の部位を固定したまま、各部位の積層を有限要素解析で順に最適化しました。解析モデルは、事前に試験データと照合して検証しています。同じ年、Vennのフィラメントワインディング製リムはFlanders Bike ValleyのStart-up Innovation Awardを受賞しました。
- 積層が許す限り対称にたわんだときにホイールがねじれないようにするためです。
- バランス積層角度のついたすべてのプライに鏡像となるプライを組み合わせ、伸びたときにリムにせん断変形が生じないようにしています。
- 同じ方向のプライを厚く重ねない同じ方向のプライは積層全体に分散させ、その間に角度のついたプライを挟んで亀裂を止めます。
アルゴリズムが生んだVar 77のリムプロファイル
Var 77は、アルゴリズムが設計した世界初のリムプロファイルです。国立成功大学との共同研究では、遺伝的アルゴリズムでCFDソルバーを制御して675種類のリムプロファイルを生成し、その中で最も優れたものを金型にしました。ワインディング経路もソフトウェアで設計しています。
映像で見るワインディング
2023年のワインディング映像より。
現在のリム
VennのリムはすべてETRTO規格に沿って製造し、全モデルが販売前に同じ試験プログラムを通過します。衝撃試験の合格基準は、ロード・グラベル・XC用で100 J、ダウンヒル用で150 J。UCIの要求値は40 Jです。
繊維を切らない、一体成形のスポークホール
Venn 420、520、440、540、620A TCD ULのスポークホールは、硬化後にドリルで開けるのではなく、ハブフランジに向けた角度をつけて金型で成形しています。繊維はホールで途切れることなく、ホールの周囲を回り込みます。
各製品ページの仕様には、ホイールを組むために必要なERD、スポークホールのオプション、寸法を記載しています。
数値で測れる品質
完璧な壁に成形カーボンリムの品質は壁で決まり、表面の滑らかさは成形時に接する面で決まります。
フィラメントワインディング製のVarリムを除き、現在のVennリムはすべて、可動式の分割金型で、高い基準で仕上げた接触面に沿って成形しています。カーボンは精度よく積層し、金型に入れる前にネットシェイプにプリフォームするため、繊維の位置が偶然に左右されることはありません。このような金型とプリフォームは航空宇宙分野では一般的ですが、リム製造では標準ではありません。
すべての硬化は、管理された圧力と温度のサイクルのもとで行います。これにより積層は完全に圧密され、樹脂は本来あるべき場所へ流れます。仕上がった壁にはボイドや表面の欠陥がほぼなく、それを隠すためのクリアコートも必要ありません。
- ETRTOETRTO規格に沿って製造。
- 衝撃合格基準は、ロード・グラベル・XC用で100 J、オールマウンテン用で130 J、ダウンヒル用で150 J。UCIのホイール試験の要求値は40 Jです。
- 重量29インチおよび700cのリムは、記載値の±15 g以内。
- 検査出荷前に検査しています。
原点
2015年、Vennのチームは世界初のフィラメントワインディング製自転車リムを生み出し、Eurobike Awardを受賞しました。その後、この製法は台湾で特許を取得しています（保有特許：TW I607894、TW I634964）。ワインディングは当時の最先端技術でした。そこで得た繊維、樹脂、金型についての知見が、現在すべてのリムを評価する基準になっています。
受賞・表彰
2010年以降、受賞・表彰10件ドイツ、ベルギー、台湾の審査員が、デザイン、イノベーション、製造技術の面で当社の取り組みを評価しました。複合材料業界からは、その成果を発表するよう招待を受けています。
フィラメントワインディング製カーボンリム
裁断したシートを手作業で積層する代わりに、連続繊維をリムプロファイルに巻き付けたことが評価されました。自転車リムでは世界初の技術です。
Venn Rev 35
発売したその年に、アジア最大の自転車見本市で同じリムが受賞しました。
Venn Rev 35
台湾を代表するデザイン賞。フィラメントワインディングの時代を切り開いたリムに贈られました。
Start-up Innovation Award
この種の賞として初めて設けられたもので、コルトレイクで開催されたVelofolliesにて、Vennのフィラメントワインディング製リムに贈られました。
Velocite Helios Aero
iF DesignとTaipei Cycle d&iの共同アワードで、自転車部門を受賞したエアロフレーム。
National Entrepreneurship Award
80件の応募から選ばれた10社のうちの1社。続いて2011年にはTaiwan Excellent Enterprise Quality Awardを受賞しました。
複合材料業界からの招待
JEC Asia 2019で、JEC GroupはVelociteの複合材料加工における先駆的な取り組みを取り上げました。Victor Majorは、熱可塑性複合材料の進歩について、また生産量の拡大と構造物のリサイクル性という、業界が答えを出すべき課題について講演しました。
リムに結実する研究
Vennのリムはすべて、デザイン上の試みではなく、工学的な問いから始まります。当社は大学、研究機関、素材メーカーと連携し、その成果を積層へ直接反映しています。
役割で選ぶ繊維
- 東レ T1100超高強度繊維。当社の最新リムの積層に採用
- 東レ T800主要な構造：高強度と高剛性
- 東レ T700S靭性と耐衝撃性が重要な箇所に
- 高弾性率必要な箇所に、重量を増やさず剛性を
計算し、そして実測する空力性能
当社は計算流体力学で独自のリムプロファイルを設計し、風洞で実証しています。大小の自転車ブランドやOEMリム工場も、同じ成果を自社製品に活用してきました。
- ライダーのための設計横風の中でのハンドリングは、直進時の空気抵抗と同じくらい重要です。
- 用途別のリムプロファイルロード、グラベル、MTBのリムには、それぞれタイヤと速度に適した形状を与えています。
- 風洞で検証まずシミュレーション、次に実際のホイールで測定します。
どんな条件でも、揚力は実質ゼロ
Var 507が目指したのは、特定の風洞条件で最も低い空気抵抗の数値を出すことではありません。そのリムプロファイルは空力中心を車軸のすぐ後方に置いているため、突風や通過する車両の影響は、実質的にハンドルへ伝わりません。
アルゴリズムが設計した世界初のリムプロファイル
国立成功大学との共同研究では、遺伝的アルゴリズムでCFDソルバーを制御し、675種類のリムプロファイルを生成しました。固定した条件は、タイヤ（25 mm）、リムハイト（77 mm）、最大幅（30 mm。この制限がなければ最適解の幅は42 mmでした）のみです。形状そのものには制約を設けませんでした。凹型や膨らんだ形状の候補もそのまま探索に残し、もしそのいずれかが最速であれば、当社はそれを製造していたでしょう。上位の候補は3Dモデル化してホイール全体でシミュレーションし、最も優れたものを金型にしました。このような方法で設計された自転車リムは、それまでありませんでした。
品質管理を数値で
Vennのリムは全モデルが、販売前に同じ試験プログラムを通過します。変わるのは、どれだけ強く衝撃を与えるかだけです。
その他の試験項目と結果
Venn 520 TCD ULホイールセットの試験資料から、一例をご紹介します：
| 試験 | 結果 |
|---|---|
| 疲労 | 試験機で596 km、約1,000,000サイクル：亀裂、膨らみ、スポークの脱落なし |
| 走行時の振れ | 4時間130 kmの連続走行：リアホイールの振れは0.1 mm以内 |
| スポークホール強度 | すべてのホールが合格基準の300 kgfを超過 |
| 横剛性 | 133 kgf/mm（53.2 kgf負荷時に0.40 mm） |
| タイヤ保持性 | 120 psiを8時間保持、平面度と変形量は基準内 |
| 耐熱 | 80 °Cで110 psi：リム幅の変化は0.05 mm |
| 組み精度 | チューブレスで120 psiまで加圧する前後で、平面度0.15〜0.18 mm、真円度0.20〜0.22 mm |
- グラベルも同様Venn 440 TCD ULの測定値は平面度0.18 mm、真円度0.19 mmで、5 kgの横荷重時のたわみは基準値5 mmに対して4 mm未満でした。
- リム5年保証完組ホイールには2年保証が付きます。
熱に耐えるリムブレーキ用リム
当社のリムブレーキ用モデルには、独自の高ガラス転移温度（Tg）樹脂を採用しています。良質なパッドと適切に調整されたブレーキを使用すれば、長い下りでの強いブレーキングで通常発生する温度をはるかに超えても剛性を保ちます。現行のリムブレーキ用リムのTgは250 °Cです（当社保有データ）。
- 約216 °C貯蔵弾性率のオンセット：剛性が低下し始める温度
- 約236 °C損失弾性率のピーク
- 約240 °Ctanδのピーク。一般にTgとして示される数値
