アルミニウムは、軽量構造、あるいは高い熱伝導性と電気伝導性が求められるあらゆる場所に使用されています。典型的なスポーツバイクは、アルミニウム製のシリンダーブロック、ヘッド、クランクケースに加え、溶接されたアルミニウム製のシャーシとスイングアームを備えています。エンジン内部において、アルミニウムが特に使用されているのはピストンです。ピストンは優れた熱伝導性により、融点をはるかに超える燃焼温度にも耐えることができます。ホイール、クーラントおよびオイルラジエーター、ハンドレバーとそのブラケット、フォーククラウン(上部と(多くの場合)下部)、アッパーフォークチューブ(USDフォークの場合)、ブレーキキャリパー、マスターシリンダーも同様にアルミニウム製です。
誰もが、溶接部分がポーカーチップの山を思わせるアルミシャーシを、うっとりと眺めたことがあるだろう。アプリリアの2ストローク250ccレーサーのように、こうしたシャーシやスイングアームの中には、優美な芸術作品とも言えるものもある。
アルミニウムは合金化と熱処理によって軟鋼(引張強度60,000psi)よりも高い強度に加工できますが、ほとんどの合金は迅速かつ容易に機械加工できます。アルミニウムは鋳造、鍛造、あるいは押し出し加工も可能です(一部のシャーシサイドビームは押し出し加工によって作られています)。アルミニウムは熱伝導率が高いため、溶接には多くのアンペア数が必要となり、高温の金属は不活性ガスシールド(TIG溶接またはヘリアーク溶接)によって大気中の酸素から保護する必要があります。
アルミニウムはボーキサイト鉱石から抽出するために大量の電力を必要とするが、一旦金属の形になってしまえば、リサイクルにかかるコストはほとんどかからず、鉄のように錆びて失われることもない。
初期のオートバイエンジンメーカーは、当時としては目新しい金属だったアルミニウムをクランクケースに素早く採用しました。そうでなければ、クランクケースは3倍近くも重い鋳鉄で作らざるを得なかったでしょう。純アルミニウムは非常に柔らかいので、父が1100合金製のダブルボイラーを即席のBBトラップとして使った時、母が激怒したのを覚えています。底はディンプルだらけになってしまったのです。
銅を含む単純な合金の強度向上はすぐに発見され、自動車のパイオニアであるW・O・ベントレーは、第一次世界大戦前にアルミニウムピストンの試作にこの合金を使用しました。当時主流だった鋳鉄製ピストンとの連続テストにおいて、ベントレーの最初のアルミニウムピストンは瞬く間にパワーアップを果たしました。アルミニウムピストンは作動温度が低く、吸入される燃料と空気の混合気の温度上昇を抑え、密度をより高く維持しました。今日、アルミニウムピストンは自動車やオートバイのエンジンで広く使用されています。
ボーイング社の炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製787旅客機が登場するまで、ほぼすべての航空機の空虚重量の60%がアルミニウムであるというのは航空業界の常識でした。アルミニウムと鋼鉄の重量と強度の相対的な比較を見ると、これは一見奇妙に思えます。確かに、アルミニウムは体積比で鋼鉄の35%しか重くありませんが、高強度鋼は高強度アルミニウムの少なくとも3倍の強度があります。なぜ薄い鋼鉄で航空機を製造しないのでしょうか?
アルミニウムと鋼鉄の同等の構造物の座屈耐性に帰着しました。1フィートあたりの重量が同じアルミニウム管と鋼鉄管から始めて壁厚を薄くすると、鋼鉄管が最初に座屈します。これは、鋼鉄管の厚さがアルミニウムの3分の1しかないため、自己補強能力がはるかに低いためです。
1970年代、私はフレームビルダーのフランク・カミリエリと仕事をしていました。なぜもっと軽量で剛性の高いフレームを作るために、より太くて薄肉の鋼管を使わないのかと尋ねると、彼はこう言いました。「そうすると、エンジンマウントなどにひび割れを防ぐために大量の材料を追加しなければならなくなり、軽量化の効果がなくなってしまうんです。」
カワサキは1970年代初頭、ファクトリーMXバイクに初めてアルミスイングアームを採用し、他社もそれに追随しました。そして1980年、ヤマハはケニー・ロバーツを500cc 2ストロークGPバイクに起用しました。このバイクのフレームは角断面の押し出し加工されたアルミ管で作られていました。多くの設計実験が必要でしたが、最終的にスペイン人エンジニアのアントニオ・コバスのアイデアを取り入れ、ヤマハのGPロードレース用フレームは、今日おなじみの大型ツインアルミビームへと進化しました。
もちろん、ドゥカティのスチールチューブ製「トレリス」シャーシや、1990年代初頭にジョン・ブリテンが開発した「スキン&ボーンズ」カーボンファイバー製シャーシなど、他のタイプのシャーシでも成功を収めた例はあります。しかし、今日ではツインアルミビームシャーシが主流となっています。耐久性のあるボルト締めポイントと、実績のある一般的なジオメトリさえあれば、成形合板でも実用的なシャーシを作れると確信しています。
鋼とアルミニウムのもう一つの大きな違いは、鋼には疲労限界と呼ばれるものがあることです。疲労限界とは、その応力レベルを下回ると部品の寿命が実質的に無限になる限界です。ほとんどのアルミニウム合金には疲労限界がないため、アルミニウム製の機体は計画された使用時間数で「寿命保証」されます。この限界以下では、鋼は私たちの過ちを許してくれますが、アルミニウムは目に見えない内部疲労損傷という形で、あらゆるダメージを記憶します。
1990年代の美しいGPシャーシは、大量生産の基盤には決してなり得ませんでした。当時のシャーシは、機械加工、プレス加工、鋳造されたアルミニウム部品を溶接して構成されていました。これは複雑なだけでなく、3種類の合金すべてが相互に溶接可能であることが求められます。たとえ生産ロボットで溶接を行ったとしても、溶接には費用と時間がかかります。
今日の軽量4ストロークエンジンと鋳造シャーシを可能にした技術は、溶融アルミニウム上に瞬時に形成される酸化アルミニウムの膜を巻き込まない低乱流鋳型充填法です。このような膜は金属に脆弱な部分を形成し、従来は十分な強度を得るために鋳物をはるかに厚くする必要がありました。この新しいプロセスによる鋳造部品は非常に複雑になる可能性がありますが、今日のアルミニウムシャーシは片手で数えられる溶接部で組み立てることができます。新しい鋳造方法により、量産バイクの重量が30ポンド(約13kg)以上削減されると推定されています。
アルミニウムは、多種多様な鋼鉄と共に人類文明の基本的な主力素材ですが、現代のオートバイにおいてはそれ以上の存在です。アルミニウムはバイクの心臓部であり、あまりにもありふれているため、私たちはアルミニウムを目にすることも、その性能がどれほどアルミニウムに支えられているかを認識することもほとんどありません。
投稿日時: 2019年6月20日