フレーム強度：何が耐久性を決めるのか？

カーゴバイクOEM/ODMソリューションプロバイダーとして、 私たちRegenは バイクのフレームはその骨格であることをご存知でしょうか。フレームの強度は、単に自転車を支えるだけでなく、大切な荷物を安全に運び、長年の日常使用に耐え、ライダーに自信を与えるものです。この記事では、カーゴバイクのフレームの耐久性を決めるものは何なのか、実体験に基づいた視点から探っていきます。材料科学、ジオメトリー、溶接の完全性、試験方法、腐食防止、製造精度、実際の荷重力学など、すべてをカーゴバイクというレンズを通して掘り下げていきます。その過程で、私たち自身の経験（ポルトガルを拠点とする組み立てと中国を拠点とするフレーム製造を含む）から得た洞察を紹介し、さらに深く掘り下げるためのリソースを紹介します。あなたが自転車業界のプロであろうと愛好家であろうと、カーゴバイクのフレームが耐えられる理由は何かについて、明確で温かみのある包括的なガイドが提供されることを願っています。

(カーゴバイクは初めてですか？包括的な カーゴバイク入門 主要な用語や概念の紹介については、『ガイド』を参照されたい)。

材料科学：フレーム強度の基礎

素材の選択は、フレームの耐久性を左右する最も基本的な要素のひとつです。 アルミニウム、スチール、カーボンファイバーなど、さまざまなフレーム素材には、強度、疲労寿命、寿命に影響する独自の特性があります。一般的な自転車よりも重い荷物を運ぶカーゴバイクにとって、適切な素材を選ぶことは非常に重要です。

• アルミニウム合金： アルミニウムは軽量で剛性対重量比に優れているため、（私たちのフレームを含め）現代のカーゴバイクでは非常に人気があります。6061-T6のような高グレードのアルミニウム合金は、スチールのようなかさばらない、強固で剛性の高い構造を提供します。しかし、アルミニウムには重要な欠点があります。 より早く疲労する スチールよりも。実用的な面では、アルミフレームは酷使されると寿命が短くなり、適切に設計されていなければ、微細なひび割れや故障が早く発生する可能性がある。これはアルミフレームが薄っぺらいという意味ではありません。適切な設計と熱処理（T6プロセスは、溶接後に金属の結晶粒構造を再編成する）により、アルミニウム・フレームは数百キログラムの重量を安全に運ぶことができる（当社比）。 RS01カーゴバイク フレームは6061-T6合金で設計され、最大250kgのペイロードを支える。）そのため、エンジニアは肉厚のチューブを使用したり、応力の高い部分に補強材を追加したりして、疲労を考慮しなければならない。 (アルミニウムと他の金属との比較について興味がありますか？当社の フレーム素材の比較：アルミニウム vs. スチール vs. その他 を参照されたい)。

• スチール（ハイテン＆クロモリ）： スチールは古典的な自転車フレームの素材であり、現在もその地位を維持している。 耐久性に優れたワークホース.よくできたスチール・フレームは何十年も長持ちします。スチール特有の強靭さと弾力性により、金属疲労に対する優れた抵抗力がある。衝撃や振動（甌穴や縁石からの落下など）を吸収してもひび割れることがないため、多くの頑丈なカーゴバイクや長寿命設計のロングテール・フレームにはスチールが使われている。さらに、スチールフレームにひびが入っても、溶接で修理できることが多い。デメリット：スチールは重いため、自転車を漕いだり持ち上げたりするのが難しくなる。 腐食しやすい (錆びる）。カーゴバイクの場合、重量はレーシングバイクほど気にする必要がないので、耐久性と引き換えにする価値がある。多くのBakfiets（ボックスバイク）やサイクルトラックは、その強度と弾力性を活用するためにクロモリ鋼合金を使用しています。Regenでは、以下のような用途に高張力鋼板を選ぶことがあります。 産業用カーゴバイク 究極の強度とスムーズな乗り心地が最優先されるところです。 (壊れやすい荷物や乗客を運ぶときには、スチールの寛容な乗り心地がボーナスになることもあります)。スチール製ワークホース・フレームを丈夫に保つには、適切な防錆対策（後ほど取り上げる）が不可欠である。
• カーボンファイバー カーボンファイバー強化ポリマーのフレームは、その耐久性で高く評価されている。 軽くて硬い強度対重量比に優れている。しかし、カーゴバイクにカーボンが使われることは稀で、それには理由がある。 カーボンフレームには延性がない 金属は曲げたり変形したりしてから壊れるのではなく、過大なストレスがかかると壊れるのだ。カーゴバイクが経験するような重く変化する負荷の下では、カーボンフレームは損傷すると突然破損する可能性がある。また、カーボンは衝撃靭性が低い（鋭い衝撃で亀裂が入る）。レーシングバイクの場合、軽量化は最重要だが、カーゴバイクの場合、耐久性と長期的な信頼性の方が重要だ。カーボンのコストと修理の難しさは、この分野での使用をさらに制限する。要するに、カーゴバイクにカーボンを使用することは不可能ではないが、耐久性の面で最適な選択とは言えない。(カーボンフレームとメタルフレームに関する専門家の議論は バイクレーダーのフレーム素材ガイドを参照)。
• チタン、その他 チタンは「夢の素材」とも呼ばれ、鋼鉄と同等の強度を持ちながら軽量で、絶対に錆びない。チタン製のカーゴバイクは存在するが、チタンの特性上、非常に珍しい。 非常に高価で特殊な製造.チタンは溶接や加工が難しく、製造コストが高くなります。特注プロジェクトやハイエンドブランドの場合、チタンフレームは素晴らしい寿命を提供することができる（基本的に腐食せず、スチールに似た疲労耐久性を持つ）。しかし、ほとんどのカーゴバイクブランド（およびフリートオペレーター）は、チタンが要求するような価格タグを求めていません。その他のニッチな素材としては、振動減衰のために一部のバイクに使用されているウッドラミネートや竹（複合補強材付き）などがある。

結論： 強度、重量、コストのバランスから、現在のカーゴバイクのフレーム構造はアルミとスチールが主流となっている . アルミニウムは軽量で剛性が高いが、疲労を軽減するように設計する必要がある。スチールは比類ない長期耐久性とコンプライアンスを提供するが、その代償として重量が増し、防錆が必要となる。素材の選択は、耐久性のあるフレームを実現するための他のすべての設計上の考慮事項の段階を設定します。

(関連記事 カーゴバイクの積載量に影響する主な要因 フレームの素材や構造が、自転車の積載重量にどのように影響するかについて触れている)

フレーム形状：耐久性には形状が重要

フレームが何でできているかを超えている、 フレームの形と構造 強度や寿命に大きく影響します。ジオメトリーとは、ハンドリングや乗り心地のことだけではない。 フレームジオメトリーがハンドリングに与える影響 また、フレームにかかる応力がどのように分散されるかも決まります。

自転車のフレームは基本的に工学的に設計されたトラスである。 三角形はあなたの味方だ： クラシックなダイヤモンド・バイクのフレームは、2つの三角形が組み合わさっている。しかし、カーゴバイクは多くの場合、菱形から逸脱しており、細長いロングテールのバイクであったり、フロントローディングのバイクであったりする。 ロング・ジョンズ 荷箱付き、あるいは三輪車。これらのデザインは、強度を維持するために新たな幾何学的配慮を導入している：

• 重要地域の強化： カーゴバイクのフレームには、応力の高い接合部を補強するために、追加のチューブやガセットが含まれていることが多い。例えば、フロントローディング・バイク（ロング・ジョン）には通常、前輪とメインフレームをつなぐ長く伸びたチューブがある。この部分は撓みを防ぐために、追加の支柱で三角形にすることもある。同様に、ヘッドチューブ（フォークが接続される部分）には、特に重い荷重やブレーキング時に大きな力がかかる。ヘッドチューブとトップチューブ／ダウンチューブの接合部付近には、応力を分散して亀裂を防ぐため、ガセットプレートやクロスメンバーを追加するのが一般的だ。これらの設計要素により、1本のチューブだけですべての荷重を受けることはありません。工学用語で言えば、応力集中を減らすことが目的です。応力集中は、対処しなければ故障の起点になりかねません。
• ロードパスと重量配分： カーゴバイクのジオメトリーは、荷物を安全に運ぶことを中心に設計されていることが多い。A 低重心 そのため、フロント・ボックス・バイクは荷物を車輪の間の低い位置に置く。ロングテール・バイクは、後輪の上に荷物や乗客の重量を載せるため、後三角形を延長する。どちらの場合も、重量バランスを保ち、安定した走りを実現するために、フレームの形状を工夫する必要がある、 なし ウィークポイントの導入。長い水平部分（荷台や延長されたリアステーなど）は、斜めのブレースで支えることもあります。Regenでは、設計時に有限要素解析（FEA）を使用して、さまざまな形状のフレームがどのように荷重に耐えるかをシミュレートし、強度と重量のバランスが最適になるように形状を微調整します。例えば、RS01の荷室フレームは、慎重に設計されたトレリスで、バイクの重心を低く保ちながら、過度なたわみなしに最大250kgを支えています。
• 具体的なカーゴバイクのデザイン： カーゴバイクのジオメトリーには、それぞれ耐久性の長所と短所がある。A ロング・ジョン (フロント・ボックス・バイク）は、頑丈なステアリング・リンケージと拡張されたフレームを持つことが多い。A ロングテール 後輪とアッパーステーに多くの重量が集中するため、強力な溶接が必要となり、場合によってはより太いチューブが必要となる。A 三輪カーゴトライク しかし、片輪が浮いたり、地面が凸凹していたりすると、旋回時にフレームがねじれることがある。そのため、トライクのフレームには、ねじれに対して補強するためのクロスビームが追加されることがある。それぞれのジオメトリー（ミッドテール、サイクルトラックなど）には、荷重下でのたわみや破損を避けるために、考え抜かれた構造設計が要求される。

説明するために、次のことを考えてみよう。 Babboeカーゴバイクのリコール そのフレームの問題の一因は、設計上の決定が実際のストレスに適切に対処できていなかったことにある。いくつかのフレームは、設計と溶接の問題の組み合わせにより、ダウンチューブで亀裂が入った。これは、たとえ強靭な素材であっても......ということを浮き彫りにしている、 構造形状が悪かったり、補強が不十分だったりすると、耐久性に問題が生じることがある。 私たちはその教訓を自らのデザインに生かしている。

まとめると、耐久性のあるカーゴバイクのフレームは 強度重視の形状.三角形、アーチ、ブレースを戦略的に使うことで、構造を強固にする。例えば、重い荷物を運ぶために作られたフレームには、ステップスルーの利便性を高めるためにアーチ状のトップチューブが使われるかもしれないが、強度を高めるために余分なダウンチューブで補強されるかもしれない。フレームデザインには芸術と科学の両方が存在する。実用的な形状を作り上げるのが芸術であり、その形状が時の試練に耐えることを保証するのが科学なのだ。(様々なカーゴバイクのフレームレイアウトとその特徴については、以下の解説をご覧ください。 カーゴバイクフレームの種類 での カーゴバイク用語集 シリーズ)

溶接と接合部の完全性：強固な接合

最高の素材や形状であっても、あることがきっかけで台無しになることがある： 弱い溶接部や接合部。 チューブが接合（溶接またはろう付け）される箇所は、通常、次のとおりである。 最高応力地帯 フレームのフレームの故障の多くが、溶接部や溶接部横の熱影響部周辺から発生するのは当然のことです。重い荷物を運ぶカーゴバイクにとって、溶接の完全性を確保することは絶対的に重要です。

Regenでは、フレームは最も弱い溶接部分と同じ強さしかないとよく言います。強固な接合には何が必要なのでしょうか？

• 質の高い溶接技術： ほとんどの金属製カーゴバイク・フレームは、TIG（タングステンイナートガス）溶接またはMIG溶接でチューブを融合している。TIG溶接は、熟練した手作業または精密なロボット・システムによって行われ、強靭で一貫性のあるビードを作るための微調整が可能である。目標は、欠陥のない完全溶け込み溶接（溶接金属が母材との接合部を通して完全に融合すること）です。アルミ・フレーム製造では、溶接の熱でその部分のアルミが軟化する可能性があるため、溶接後にフレーム全体を熱処理（T6調質に戻す）するのが標準的なやり方です。このステップを省略すると、溶接部が弱くなる可能性がある。 スチールフレームTIG溶接継手は、必要に応じて小さなガセットで補強することもできる。重要なのは、溶接金属に亀裂、ボイド、介在物がないことです。
• 溶接部の検査と試験： 私たちの工場では、すべてのフレームの溶接部が目視で検査され、しばしば 非破壊検査済み.例えば、染色浸透探傷検査は、溶接部の微小な亀裂を明らかにすることができる。検査者は特殊な染料と現像剤を塗布し、肉眼では見えないほど小さな欠陥を強調表示する。高級フレーム・メーカー（特に重要なEバイク・フレーム用）は、航空宇宙規格と同様に、溶接部のX線検査や超音波検査を行うことさえある。このレベルのQCは、隠れた欠陥がすり抜けないことを保証する。小さな亀裂が大きな故障に発展するのを防ぐのは、このような勤勉さなのだ。
• ジョイントのデザイン： ある関節は、他の関節よりも本質的に頑丈である。例えば ダブルシアージョイント (チューブが2枚のプレートやラグの間に重なる部分）は、突き合わせジョイントよりも強度が高くなることがあります。カーゴバイクでは、ヘッドチューブやシートチューブ・クラスターのような応力の大きい接合部の周囲に補強スリーブやカラーをよく見かけます。これらのスリーブは荷重を分散し、溶接部自体へのストレスを軽減します。もうひとつのテクニックは かまぼこ型 チューブの端 - チューブは、溶接のために相手側チューブと面一になるように輪郭が付けられており、接触面積が最大化されています。私たちはこのような細部をフレーム設計に取り入れ、溶接部に過度のストレスがかからないようにしています。さらに 滑らかで連続した溶接ビード (断続的な溶接よりも）ストレス・ライザーを なくすのに役立つ。よくできた溶接は、コインをきれいに積み重ねたように、継ぎ目を均等に包んでいるはずである。

なぜこのようなことが問題になるのだろうか？先に述べた不幸なケースを考えてみよう。 「不適切な溶接と設計上の欠陥」が圧力下でのフレーム破損につながった . このシナリオでは、一部の溶接部に欠陥があったか、接合部の設計が不十分だったために、ライダーがバイクに荷重をかけたときに亀裂が入った可能性が高い。この教訓は明確で、安全が脅かされているときにずさんな溶接は許されません。そのため、Regenの中国の製造パートナーは（ISOとEN規格に沿った）厳格な溶接手順に従い、ポルトガルの組立工場ではすべてのロットで最終的な品質チェックを行っています。

要するにだ、 丈夫できれいな溶接＝長持ちするフレーム.これは骨の折れる作業で、熟練した技術と適切な設備が必要であり、品質保証に近道はない。しかし、その投資は、自転車フレームによくある故障の原因のひとつを事実上排除することで報われる。次にカーゴバイクを見るときは、溶接ビードをチェックしてみてください。

疲労試験と応力試験：経時的強度の検証

強いフレームを設計して作ることは一つのことだ。 証明 耐久性はまた別の問題である。そこで登場するのが、厳格な疲労テストとストレステストです。私たちは、フレームが長年にわたるカーゴバイクの反復的なストレスや時折の衝撃に耐えられることを確認するため、ラボでの模擬テストと実環境でのトライアルの両方を実施しています。フレームテストがどのように行われ、なぜ重要なのかを説明しましょう。

ラボ疲労試験： ラボテストでは、フレームを治具に取り付け、ペダリング、ブレーキ、段差をシミュレートする制御された力を何千回、何万回と繰り返す。例えば、一般的なテストは ペダル疲労試験 - これは、フレームがリア・ドロップアウトでクランプされ、ボトムブラケット／チェーンがある部分にサイクル荷重がかかり、ライダーが激しくペダルを漕ぐ力を模倣するものである。もうひとつは ヘッドチューブ疲労試験これは、段差にぶつかったり、ライダーがハンドルバーと格闘したりしたときに、フォークやフロントエンドがねじれるような力を意味する。このような業界標準は ISO 4210-6 (自転車フレーム用)と、新しいカーゴ専用の DIN 79010 (2020) この種の試験には、規定の荷重とサイクル数が定められている。合格するためには、フレームは次のような条件に耐える必要がある、 100,000負荷サイクル クラックを発生させることなく。

カーゴバイクの規格はさらにハードルを上げています。ドイツのDIN 79010と今後予定されているヨーロッパのEN 17860規格は、カーゴバイクが以下の条件を満たすことを認めています。 より高いストレス 普通の自転車よりも重い。その結果、試験荷重はより重くなり、追加試験も行われます（乗車定員など）。私たちを含む多くのメーカーは、これらの基準に対する独立した認証を求めています。例えば、私たちは試験所と提携し、フレームに関するあらゆる試験を実施しています。場合によっては、規格を超える試験を実施することもあります。 失敗 この "破壊テスト "は、最も弱い部分を特定するのに役立つ。この "破壊までテストする "アプローチは、最も弱い部分を特定するのに役立ち、通常の使用以上の安全マージンを与えてくれる。(あるカーゴバイクメーカー、Tern社は、フレームがあまりにも頑丈であったため、ラボのマシンを停止せざるを得なかったと述べている。 まさか これは徹底したエンジニアリングの証である)。

極端なフレームテストの好例がある。 EFBE トライテスト ドイツで開発されたプロトコル。これは、基本的な基準をはるかに超えた、カーゴバイク・フレーム専用の拷問テストだ。トライテストでは、フレームとフォークは、複数の方向から一連の疲労、最大荷重、さらには過負荷テストを受ける。フレームは、さまざまな角度から数十万サイクルの応力を受ける可能性があり、これは凝縮された形で生涯の使用全体をシミュレートするものです。実際、トライテストの一環として、フレームは以下のオーダーに耐えます。 100,000反復サイクル 高荷重下での個別の衝撃テストを組み合わせたものである。この厳しい試練を乗り越えたフレームは、実世界での貨物運搬に耐えうるものであることを証明されるのです。すべてのフレームが公式のEFBEテストを受けるわけではありませんが、その哲学は同じです。

静的荷重と衝撃試験： 耐久性試験には、繰り返し疲労サイクルのほかに、静的荷重試験（徐々に重い荷重をかけ、フレームがゆがんだり変形したりするかどうかを調べる）や衝撃試験（フレームに重りを落としたり、特定の場所をたたいたりして、衝突や縁石への衝突をシミュレートする）も含まれる。例えば フレーム落下試験フレームに重りを載せたり、フレームを一定の高さから落としたりして、フレームが割れないかどうかをチェックする。もうひとつは 過負荷試験荷台に定格荷重を大幅に上回る重量を載せて、安全バッファーを確保すること。これらのテストでは、ただ単にすぐに壊れるかどうかだけでなく、以下のような点がチェックされる。 永久変形 - 耐久性のあるフレームは、衝撃が予想されるシナリオの範囲内であれば、跳ね返り、アライメントを維持するはずです。EN 17860のような規格は、フレームが消費者の手に渡る前に安全要件を満たすよう、これらのテストの概要を示している。

実世界でのテスト： 実験室でのテストは不可欠ですが、私たちは古き良きロードテストも重要だと考えています。フレーム設計を最終決定する前に、私たちはプロトタイプバイクを製作します。 実際のコンディションでハードに乗りこなす - 石畳、甌穴（おうけつ）、荷物を満載した状態、急な坂道、急停車、何でもありだ。このような体験的テストは、実験室では捉えられないような問題を明らかにすることが多い（あるいは実験室でのシミュレーションが的確であったことを証明する）。例えば、あるフレームが実験室での疲労テストに見事に合格しても、様々なライダーが乗ってみると、荷室に予期せぬたわみが見つかったり、宅配便のようなスタイルで1ヶ月使用した後にジョイントにわずかなゆるみが見つかったりするのです。このフィードバック・ループによって、量産前に溶接工程を改良したり、補強を加えたりすることができるのです。多くの一流メーカーが同様のパイロット・テストを実施しており、スタッフやベータ・テスターに新モデルで本格的な走行距離を記録するよう奨励している。当社のエンジニアがカーゴバイクに土嚢を積み、ブレーキやフレームに負担をかけるため、当社の施設の近くにあるテスト用の丘を繰り返し登ったり降りたりしているのを見るのは珍しいことではない。ここでのモットーは "検証、検証、検証"。

実験室とフィールドでのすべての試験をクリアしたフレームは、自信を持って耐久性があると言えます。そして、それを強力な保証でバックアップします。(Regenは、複数年にわたるフレーム保証と、当社の サービスセンター というのも、私たちは製品が長持ちするようテストしてきたからです。万が一、お客様の使用中に問題が生じた場合は、それを分析し、次の設計改訂に反映させます)

具体的なご質問や、カーゴバイクの耐久性を熟知したODMパートナーが必要な場合は、いつでもお気軽にRegenまでお問い合わせください。

要約すると 疲労試験と応力試験は、工学と現実が出会う場所.理論的な強度が数え切れないほどのライドに耐えられることを保証するための重要なステップです。カーゴバイクのサプライヤーを評価するのであれば、次のことを尋ねるのが賢明だ。最低限必要な条件を超えているか？耐久性のあるフレームは、ただ生まれるだけではありません。 実証済み ライダーやフリートオペレーターは、このバイクが過酷な状況でも挫けないという安心感を得ることができる。

腐食保護：長寿命化のために要素と戦う

一方は1年も経たないうちに錆び始め、やがて重要な接合部が弱くなっていく。もう一方は雨や路面の塩をものともせず、何年経っても新品同様の外観と性能を保っている。違いは何だろう？ 腐食防止。 フレームの耐久性を大きく左右するのは、フレームがどれだけ風雨から保護されているかということです。水や塩分、さらには紫外線にさらされることで、素材は時間とともに劣化します。これは特にスチール・フレーム（錆びる可能性がある）には不可欠ですが、アルミニウム（異なるとはいえ腐食する可能性がある）や塗装やデカールの寿命にも関係します。

Regenでは、防錆を構造設計と同様に重要視しています。私たちのアプローチは、通常、多層コーティングプロセスを含みます。 EDコート（電気泳動コーティング）eコーティングとしても知られています。ここでは、私たちの仕事とその理由をご紹介します：

• EDコーティング・プライマー： ED塗装は、自動車産業から導入された高度な塗装技術である。簡単に説明すると、フレームを特殊な電気を帯びた塗料槽に浸すことで、内側も外側も、あらゆる面に均一で驚くほど密着性の高いコーティングが付着する。スプレー塗装や粉体塗装ではカバーしきれないような、チューブ内壁や溶接の隙間など、フレームの隠れた隅々まで行き届く防錆プライマーのようなものだと考えてください。これは非常に重要である。 錆は見えないところから発生することが多い (チューブの内側やブラケットの下など）、そして外側に忍び寄る。EDコーティングを施すことで、これらの内面は保護シールドを得ることができる。その結果、非常に過酷な条件にも耐えられるフレームができるのです。実際、カソードEDコーティング（私たちが使用しているタイプ）は、以下の条件を容易にクリアすることが知られている。 1000時間以上の塩水噴霧テスト 腐食の兆候のない、自動車グレードの性能レベル。それを考慮すると、塩霧室での1000時間は、バイクが海岸や冬を何年も走るよりもはるかに酷使されることになる。これは「このフレームは錆びないか」ということの良い代用品であり、EDコーティングを施せば、その答えはノーである。
• パウダーコーティングとペイント： EDプライマーの上に、通常、耐久性のあるプライマーを塗布する。 パウダーコート 色と厚みを加える。パウダー・コーティングは、乾燥したパウダーを静電気で塗布し、焼き付けることで強靭な塗膜を形成します。従来の湿式塗装よりも欠けや傷に強い。これが主なカラーコートとなる。最後に クリアコート また、UVカットと光沢のためにラッカーを塗ることもある。これらの層はそれぞれ耐食性を高めます。トップコートが欠けてしまっても、その下のEDコートがスチール・フレームの錆を防ぎます（アルミニウムは「錆びる」ことはありませんが、無防備だと酸化して接合部が弱くなることがあるので、コーティングがその酸化も防ぎます）。私たちのポルトガルの工場は、最先端の塗装能力を備えています（EUでフレームの組み立てと仕上げを行っている理由のひとつは、これらの仕上げ工程で厳格な品質を維持するためです）。また、カスタム仕上げも行っています。例えば、特殊用途のバイクの場合、カスタムRALカラーや亜鉛メッキを選択することも可能です。 防錆ベースレイヤーを抜かりなく.
• ステンレスの金具と排水： 塗装だけでなく、その他の設計上の選択も腐食を防ぎます。フレームにボルトで固定したアクセサリーやラックが錆の発生源にならないよう、可能な限りステンレス製のボルトや取り付け金具を使用しています。また、必要な箇所にはドレンホールやベンチレーションを設けています。（雨や洗濯などで）フレームチューブ内に水が入っても、溜まることなく乾燥させることができます。このような小さなディテールが、金属に湿気がこもらないようにするのに役立っています。アルミフレームでは、以下の点に注意しています。 ガルバニック腐食 (アルミニウムが電解液の存在下で鋼鉄と接触すると、腐食する可能性がある） - このような反応を防ぐために、絶縁ワッシャーやコーティングで異種金属を分離する。

なぜこんな面倒なことをするのか？というのも、フレームは構造的に過大に作られていて、応力によってひびが入ることはない。 内側から錆びた - サイレントキラー特に安価なカーゴバイクを屋外に放置した場合）2、3冬が過ぎると、溶接部の周りに塗装が泡立ち、オレンジ色の錆が筋状に落ち始めるケースを現場で見たことがある。これはフレームの保護層が破れ、腐食が進行している証拠だ。時間が経つにつれて、サビは溶接部を食い荒らしたり、チューブ壁を薄くしたりして、強度を著しく低下させる。EDコーティングのような強固な腐食保護が施されていれば、このようなシナリオは事実上排除される。よくコーティングされたフレームは、深く傷ついたとしても、最悪の場合、見た目に美しい表面上の錆が発生するだけで、構造的に意味のある方法で内部が腐食することはない。

さらに、フレームの仕上げを維持することは、このバイクを次のように意味する。 長持ちするこれは顧客のブランディングにとって重要なことです（誰も自社の配送車が車輪の破傷風のように見えることを望んでいません）。また、安全面やメンテナンス面でもメリットがあります。部品が錆びたり、凍結したりする可能性が低くなります。私たちの カスタムペイント そして デカール/ロゴ カスタム・アートワークやロゴを使用する場合は、その下にあるコートを損なわないようにします。

まとめると 耐久性のあるフレームは、物理的な負荷だけでなく、環境的な負荷にも耐えなければならない。.EDコーティングや高品質な仕上げなど、トップクラスの防錆加工を施すことで、私たちは基本的にフレームを要素から「鎧」ます。こうすることで、数年後、カーゴバイクの寿命の限界は どれだけの仕事をしたか - 忍び寄る錆や劣化した塗装ではありません。(EDコーティングの詳細とそのメリットについては、深堀りブログ "EDコーティング：E-Bikeとカーゴバイクのフレームを長期にわたって保護「ここでは、その背景にある科学と、それが耐久性を大きく変える理由を説明する)。

製造精度：公差と品質管理

耐久性を論じるとき、私たちはしばしば素材やテストといった大局的な要素に注目する。しかし、同様に重要なのは 製造精度と品質管理の「小さな」細部。 カーゴバイクのフレームは、ただ金属を接着しただけのものではありません。製造中の小さな不一致は、ストレスライザーやウィークポイントを作り出し、後になって明らかになることがあります。そのためRegenでは、厳しい製造公差と徹底したQCチェックを重視しています。

アライメントと公差： フレーム製作において、すべてのチューブのアライメントを正しく保つことは非常に重要です。フレーム治具（溶接のためにチューブを固定する治具）が少しでもずれていると、リア・ドロップアウトが完全に左右対称でなかったり、ヘッドチューブが規格から1度外れていたりして、フレームがズレてしまう可能性があります。アライメントがずれていても、バイクを組み立てて乗ることはできるかもしれませんが、負荷がかかるとフレームの片側がもう片側より大きなストレスを受けることになります。そのアンバランスは、時間の経過とともに、過大な応力がかかった側に疲労亀裂を生じさせる可能性がある。そのため、私たちは厳しい公差を設定しています。たとえば、ドロップアウトのアライメントは1mm以内、ヘッドチューブとシートチューブの平行度は数分の1度以内、ボトムブラケットのシェル面は平らで平行に加工されています。多くの評判の良い自転車メーカーは、同様の数値（重要な寸法で0.5～1mmのオーダーの公差）を目指しています。これを達成するためには、精密な治具、熟練した溶接工（溶接の熱が冷めるとアライメントがゆがむことがあるため）、そして多くの場合、溶接後の調整が必要となる。 コールドセッティング または機械加工。溶接後や熱処理後のフレームは、アライメント・ゲージを使ってサーフェス・テーブル上で日常的にチェックしています。仕様から外れたフレームは緩やかに調整されるか、あまりにも大きく外れている場合は不合格となります。このような精度の高さにより、私たちが出荷する各フレームは構造的にまっすぐで正確であり、設計の意図通りに力が流れるようになっています。

ストレスの上昇を避ける ストレス・ライザー」とは、応力を集中させる材料や形状の急激な変化のことです（鋭角や不適切な研削など）。製造中、私たちは意図しないストレス・ライザーの発生を避けています。例えば、ブラケットやケーブル・ストッパーなどの小さな部品を溶接する際には、メイン・チューブに応力が集中しないように配置します。溶接ビードがチューブ表面で終わる場合は、チューブになじむように滑らかにテーパーを付け、研磨します。ケーブルの内部配線やボルトの取り付けなど、穴が必要な場合は、その部分を補強したり、グロメットを使用したりして、穴が亀裂の起点にならないようにしています。こうしたやり方は、耐久性のあるフレームと並のフレームを分ける製造ノウハウの一部なのだ。逸話：製造の初期に、試作品の特定のラックマウント付近にヘアライン状の亀裂が入りやすいことに、極度のテストの後に気づきました。私たちは、そのマウントの溶接ビードがたわみのある場所で終わっていることを突き止めたのです。私たちの解決策は、溶接ビードをさらに延長して低応力領域で終わるようにし、さらにマウント・ベースの半径をごくわずかに大きくして荷重を分散させることでした。その結果、クラックは発生しなくなった。このような反復的な改良と微細なディテールへのこだわりは、厳格なQCフィードバック・ループがあってこそ可能なのだ。

品質管理のチェックポイント 製造全体を通して、複数のQCチェックポイントが問題を発見するのに役立っている。溶接検査とアライメント・チェックについてはすでに述べた。さらに、材料の検証（使用されている合金が仕様通りであること、例えば、安価な代用品ではなく本物の6061合金管であること）は、サプライヤーからの材料証明書や、時には抜き取り検査によって行われます。また、表面仕上げの検査も行います。塗装後にフレームの表面全体をチェックし、ピンホールや塗装の隙間など、後に腐食を引き起こす可能性のあるものがないかを確認します。もしフレームにボスの位置の間違いやわずかな歪みがあったとしても、コンポーネントを取り付けようとするときに気づくはずです。この包括的なQCプロセスは、信頼できるOEMであることの一部である。ある業界の専門家が的確に指摘しているように、適切な品質管理と監視があれば、製造のばらつきは厳しく制御され、製造場所に関係なく高い一貫性を達成することができる。言い換えれば、品質を決定するのは、実施するシステムと基準なのです。私たちはフレーム工場とパートナーシップを組み ISO9001認証取得プロセス そして、私たちは継続的に生産量を監視しています。目標は、ラインから出荷されるすべてのフレームが、私たちが承認した最初の製品と同じくらい良いものであることです。

製造公差の実際： このことが耐久性にとって何を意味するのか。それは、各フレームがエンジニアの意図通りに作られているということです。ボトムブラケット・シェルが適切に面取りされているため、ベアリングにストレスがかからない（BBが正方形でない場合、シェルやクランク軸にストレスがかかる可能性がある）。ドロップアウトのアライメントが取れていると、リアホイールがまっすぐになり、左右の荷重がバランスします。ヘッドチューブが中央にあれば、フォークが片側に寄ってダウンチューブに非対称なストレスがかかることもない。このような小さな要因の積み重ねが、長期にわたってフレームの完全性を保つのだ。さらに、精密な製造により、バイクのハンドリングが予測しやすくなる（これは間接的に耐久性にも影響する。）

製造業では、こう言うのが好きだ。 "欠陥ゼロ" が目標である。完璧は目的地ではなく旅路ですが、それを目指すことで、隠れた欠陥がフレームの寿命を縮める可能性を大幅に減らすことができるのです。中国のフレーム工場とポルトガルの組立工場の両方で、熟練した職人、適切な設備、徹底したトレーニングに投資しているのはそのためです。後者は、ポルトガルのアゲダにある49,000m²の最新鋭工場で、ヨーロッパで最終調整と組み立てを行うことができ、QCのレイヤーを追加し、大陸でEU基準への準拠を保証しています。効率的な製造と入念な仕上げの融合が、耐久性のあるフレームを大規模に提供する方法なのです。

(舞台裏を覗いてみたい方は、以下の記事をご覧ください。 Regenについて のページでは、中国を拠点とするフレーム生産とポルトガルを拠点とする組み立てがどのように連携して高品質を実現しているかなど、エンド・ツー・エンドの製造アプローチについて詳しく説明しています。また、厳しい公差を維持しながらフレームの仕様や機能をカスタマイズすることにご興味のある方は、以下をご覧ください。 カスタム機能構成 サービス - 私たちは、私たちのQC基準を損なうことなく、お客様のニーズに合わせてデザインを微調整することができます)。

実世界でのパフォーマンス：ロードダイナミクスと使用状況への影響

最後に、フレーム耐久性の究極の実験場について話そう： 実世界での使用。 カーゴバイクのフレームは、発進や停止、コーナリング時の負荷、段差、そして時には転倒など、日々ダイナミックな力にさらされています。フレームが何年にもわたってこれらの力に耐えられるかどうかが、耐久性の真の尺度です。その多くは、これまで説明してきた要素（素材、設計、溶接など）の集大成ですが、特に以下の点を検証する価値があります。 ロード・ダイナミクスとユーザー行動 フレームの寿命に影響を与えるもの、そしてそれをどのように設計に反映させるか。

動的負荷と静的負荷： フレームは、静止重量（例えば、200kgの積載物が静止している状態）を問題なく扱えるかもしれない。本当のテストは、その重量が動いたときに行われる。 動的負荷 ブレーキング時の重量移動（急ブレーキをかけると、荷物の慣性がフレーム前部に余分な力をかける）、コーナリング時の横方向の力（激しい旋回でフレームがわずかに横にたわむ）、垂直方向の衝撃荷重（ポットホールにぶつかったり、荷物が縁石から外れたりすると、急激な力が加わる）などがあります。これらの動的な事象は、貨物の静的重量をはるかに上回ることがあります。例えば、100kgの荷物がスピードを出して段差にぶつかると、数Gの有効な力がかかることがあります。一瞬、フレームはその衝撃で200～300kgの荷物を運んでいるように感じます。耐久性のあるフレームは、このような衝撃を吸収するマージンをもって設計されなければならない。これが、単に「定格荷重」を見ることがすべてではない理由です。Regenでは、このような事象をFEAでシミュレートし、バイクの急激な重量落下や緊急停止などの拷問テストによって検証します。Regenでは、重要な接合部（ヘッドチューブとダウンチューブの交差部や、バイクのフォーククラウンなど）が、次のような衝撃を受けるように設計しています。 ブレーキ荷重 通常の使用をはるかに上回る。結局のところ、カーゴバイクの重量は簡単に40kg以上になり、ライダー（80kg）と荷物（仮に100kg）を加えると、220kg以上がスピードを上げて移動することになり、フレームとフォークにかかる制動力は膨大なものになります。私たちは、フレームのヘッドチューブ部分とフォークのインターフェイスが、曲がったり割れたりすることなくそれに対応できることを保証します（適切な高強度フォークを選択することとセットで）。 制動力 特に、フレームのフロントエンドには大きなストレスがかかるため、その部分の素材や溶接が十分でない場合、設計の悪いフレームはヘッドチューブ付近に亀裂が入る可能性があります。(余談：これが、カーゴバイクに油圧ディスクのような強力なブレーキシステムを推奨する理由のひとつです。制動距離が向上するだけでなく、よりスムーズに力を調整することができます。高負荷でオーバーヒートした機械式ブレーキはフェードアウトする可能性があり、ライダーはより強く引っ張ることを余儀なくされ、急激な力でフレームにストレスを与える可能性がある。このように、フレームの耐久性とブレーキの性能は連動しているのだ)

荷重配置とフレーム設計： 荷物の置き場所や置き方は、フレームのストレスに影響します。同じ重量の荷物がリア・ラックからぶら下がっている場合、テコの作用が生じます。このため、フレーム設計によってフロントとリアで定格荷重が異なることがあるのです。例えば私たちのRS01は、荷箱のフロント荷重に最適化されており、重量はステアリング軸に近く、地面に対して低い位置にあります。私たちはマニュアルで、適切な積載方法（バランスを保ち、ずれないようにストラップをかける）をユーザーにアドバイスしています。耐久性のあるフレームは、多少の誤用には耐えますが、ベストプラクティスはその寿命をさらに延ばします。 ライダーの体重と行動 重いライダーが立ってペダルを漕ぐと、ボトムブラケット部分とチェーンステーに大きなストレスがかかる（左右に揺れながらねじれる力）。これはテスト（ペダリング疲労テスト）でも考慮されていますが、フル積載のカーゴバイクでのアグレッシブなライディング（縁石を飛び越えるなど）は、もちろんどんなフレームの限界も試します。例えば、私たちのフレームはペダルトルクや時折の衝撃に耐えられるよう、チェーンステーのヨーク部分の素材を少し多めにしています。これはトラックに似ている。通常の範囲で運転すれば何年も使えるが、オフロードで酷使し続ければ、どんなにタフなトラックでも最終的にはメンテナンスが必要になる。

環境要因と使用要因： 実際の耐久性は環境にも影響される。雨の多い海岸沿いの都市で使用されるバイクは、腐食の問題に直面する（私たちはコーティングによってこれに対処した）。宅配便で使用されるバイクは、一日中太陽の下にいる可能性があるため、塗装の劣化を防ぐためにUV安定加工が施されている。温度変化は、素材の膨張や収縮を引き起こす可能性がある。通常、金属フレームでは問題にならないが、プラスチック部品が取り付けられている場合は考慮しなければならない。私たちの設計理念は 最悪のシナリオ 典型的なユーザーが遭遇する可能性のある事態を想定し、フレームがそれに対処できることを確認します。例えば、バイクに少し過負荷をかけ、寒い中縁石を乗り越えたらどうなるか？このシナリオでは、複数のストレス要因が重なります。複合的なシナリオ（ラボテストでの過負荷＋衝撃）をテストすることで、それが致命的な故障を引き起こさないことを確認することを目指しています。推奨される使い方を超えてしまうかもしれませんが（そしてもちろん、それを推奨しているわけではありません）、耐久性を高めることは耐久性工学の一部なのです。

保守点検： 耐久性のあるフレームは、定期的な点検も効果的です。使用中、ボルトの緩みなどは二次的な問題を引き起こす可能性があります（例えば、緩んだボルトのガタつきはフレームマウントを損傷させる可能性があります）。そのため、私たちの サービスセンター また、フレームや取り付け部分の定期的な点検を重視しています。私たちは、塗装の欠けや錆びがないかチェックし、それを補修すること、溶接部にひび割れや塗装のストレスの兆候がないか検査すること（ただし、上記の手順がすべて適切に行われていれば、このような兆候が見つかることは極めてまれである）について指導している。ライダーやフリート・メカニックは、トラブルの兆候を早期に発見する役割を担っている。私たちはフレームをローメンテナンスに設計しています（フレームをきれいに保ち、手を加える以外に「フレーム・メンテナンス」はありません）が、私たちは積極的な姿勢を育てています：何かに気づいたら、それが大きくなる前に対処するのです。優れたデザインと責任ある使用との間のこのパートナーシップは、フレームが設計された寿命を真に全うすることを保証します。

実際の実績： 理論的な話をするのと、何年経ってもフレームが健在であるのを見るのは別のことです。Regenは比較的若い会社ですが、私たちのチームはこの業界で数十年の経験を積んできました。毎日子供たちを乗せて走るファミリーバイクから、夜明けから夕暮れまで小包を運ぶ物流用e-bikeまで、私たちのOEMフレームが過酷な状況で使われているのを見てきました。私たちのフレームはアライメントを維持し、ひび割れや不具合の流行はなく、お客様は長時間使用した後でもしっかりとした手触りを実感しています。私たちはこのことに誇りを持っていますが、決して休むことはありません。フレームを更新するたびに、耐久性をさらに向上させる機会を得ています。

結局のところ、カーゴバイクのフレームは世の中で過酷な生活を送ることになります。このような現実世界の力と挙動を理解し、それに基づいて設計／テストすることで、私たちのフレーム、ひいてはあなたのバイクが、毎年、日々の過酷な状況に耐えられることを保証します。それは 構造的耐久性1回のテストに耐えるだけでなく、数え切れないほどの配達、家族での乗車、あるいは冒険を乗り越えて繁栄する。それこそが耐久性の証なのです。

結論

カーゴバイクフレームの耐久性は、さまざまな要素の相乗効果によってもたらされる。それはまず スマートな素材選択 (仕事に適切な金属を使用し、適切に処理すること）に流れ込む。 考え抜かれた形状と堅牢なジョイント設計 (荷重がうまく分散されるように）、次のようにして確保される。 高品質の溶接と精密製造 (ウィークリンクの排除）を通じて証明されている。 厳しいテストと実環境での検証 (どの仮定もチェックされないように）。レイヤーの追加 腐食保護 そして、それを理解することである。 実使用 そのフレームを力強く回転させ続けるために、私たちはデザインとユーザー教育の両方を指導している。

Regenでは、日々カーゴバイクフレームの設計、製造、組み立てを行っていますが、その第一人者として、耐久性は偶然の産物ではなく、工学的に設計されたものであることを強調しています。6061-T6アルミニウムの選択からEDコーティング、ヘッドチューブの補強、各ドロップアウトのミリ単位での位置合わせに至るまで、すべての決定が、あなたの生活（または家族の安全）を託すことのできるフレームに貢献しています。カーゴバイクのOEM/ODMである私たちの評判は、お客様と同じようにフレームにかかっています。そのため、私たちはあらゆる段階で耐久性に投資し、グローバルなエキスパート（効率的な製造のために中国に、一流の組み立てとQCのためにポルトガルに）と提携し、最高のものをお届けしています。

実際、このことは読者の皆様にとってどのような意味を持つのでしょうか？カーゴバイク・ブランドであれば、その下にあるプラットフォームが揺るぎないものであることを知っていれば、自信を持って次のモデルを作ることができます。あなたがライダーやフリートオペレーターなら、これは安心感を意味します。 それが心配の種かもしれない その限界に挑みながら。そして、もしあなたがただ興味があるだけなら、食料品や荷物を運ぶ、あの質素に見えるチューブ構造に注ぎ込まれたエンジニアリングの厳しさを理解していただければ幸いです。

フレームの強度と耐久性は魔法ではありません-知識、努力、品質から生まれるものです。Regenでは、長持ちするバイクを作ることが文字通り私たちの仕事であるため、これらのトピックについて情熱を持って語っています。私たちは、このトピックを深く掘り下げ、業界で特定の選択がなされる理由を示したいと思います。カーゴバイクのフレームは多くのことに耐えなければなりませんが、適切なアプローチによって、それを優雅に、そして確実に行うことができます。時の試練（と重い荷物）に耐えるバイク作りに乾杯！

参考文献

• ハンビニ・エンジニアリング(2023). バイクフレーム製造基準. (OEMフレーム製造に関する洞察と、信頼性確保におけるQA/QCの重要性）
• セルファス(n.d.). バイクフレームの素材：違いを知る. (アルミニウム対スチール対チタン対カーボンの特性を概観し、アルミニウムフレームは疲労が早く、スチールは疲労に強いことを指摘する）
• Singh, G. (n.d.). 金物の1000時間耐塩水噴霧性 - Finishing.com forum. (カソード電着塗装は1000時間以上のASTM B117塩水噴霧に適合し、赤錆は発生しない。）
• Tern Bicycles.(n.d.). 荷物と乗客を乗せる自転車の安全性テスト方法. (Ternのカーゴバイク・フレーム用テスト・プロトコルは、内部的な "test-to-failure "メソッドを含み、DIN 79010規格を上回っている）
• ベロバイク。(2023年10月23日）。 ベロサブ、EFBE-TRI-TEST®で新たな基準を設定. (EFBEトライテストにカーゴバイクが合格、トライテストのフレーム10万サイクル疲労・過負荷試験について解説）