現行のアルミ合金製クランクと同じ重量に抑えた自転車クランクを設計・製造

Race Face Performance Products社は、高性能の自転車用品を設計・製造する大手企業です。創業以来２０余年にわたり、カナダのブリティッシュコロンビア州バンクーバーを本拠地に、４０ヶ国以上で主に高性能自転車用部品、ウェア、プロテクターの販売を手掛けています。

次世代の自転車クランクを企画するにあたり、Race Face社は、現行のクランクの重量を増やさずに剛性を高めることを目標に据えました。また、新型クランクでは強度目標の維持も欠かせませんでした。「私たちは、金型にかかるコストや各部の加工を最小限に抑え、コスト効率の高い方法で製造することを条件に掲げました」と、同社のSenior Design Engineerを務めるChris Heynen氏は述べています。

新しいクランクアームを設計する際、Race Face社ではこれまで、I字型断面の設計を使って剛性の最大化を試みていました。目標は、クランクアーム各部の慣性モーメントを最適化することです。そのために有限要素解析を実行し、目的の形状と重量において応力が最小になるまで変更と修正を繰り返しました。

solidThinking Inspireをデザインプロセスで活用

Race Face社は、solidThinking Inspireに出会ったことにより、設計内の材料配置をより深く理解し、デザインプロセスの大幅な改良と迅速化が可能になることに気が付きました。また、Inspireに内蔵されている製造性制約条件を２次元の鍛造プロセスに活用できることも、すぐに分かりました。

クランクアームのコンセプト生成を始める際、Race Face社はまず非常に大まかな設計空間をInspireにインポートし、材料や荷重の条件とともに両方向の製造性制約条件を適用したところ、Inspireで生成されたコンセプトは、従来のI字型構造とは大幅に異なるものでした。

「これらの結果から、クランクのボス付近の設計空間を小さくしても問題ないという結論に至りました」と、Heynen氏は振り返ります。「そこで、最適化する前に、自分のモデルの設計空間を微調整し、既知の最終設計において必須ではない材料をすべて取り除きました。これで、出発点となる設計空間全体が縮小されました」次にRaceFace社は、こうして改良した設計空間を使って、剛性の最大化と質量の最小化をそれぞれ満たす２つのコンセプトの生成に取り掛かりました。