もう少しオレンジのはなし

オレンジの汁を搾ったからといって、それはオレンジジュースにもなれば、みかん水にもなります。ウォッカを混ぜれば、スクリュードライバーにもなるのです。そこで、もう少しオレンジのはなし。

アーチェリー用品にカーボン繊維（加工品としてのＣＦＲＰ）が使われる理由は、軽くて強くて、反発力に富むという性質からですが、同じオレンジでもバレンシアオレンジとマンダリンオレンジでは色も味も栄養も違うように、同じカーボン（炭素）繊維と言っても多種多様です。

カーボン繊維は有機繊維を焼成させて作ります。この焼成させる元になる繊維と焼成工程によって、カーボン繊維は大きく「ＰＡＮ系」と「ピッチ系」に分けられます。昔は「レーヨン系」と呼ばれるセルロース繊維を燃やすものもあったのですが、今ではほとんど使われません。では「ＰＡＮ系」と「ピッチ系」なのですが、ＰＡＮとはポリアクリロニトリルという特殊なアクリル繊維を原料とするもので、それに対して「ピッチ系」はコールタールピッチや石油ピッチを原料にしています。そしてこれらを加熱、酸化させてカーボン繊維に作り上げるのですが、この時の処理温度や張力によって弾性率や強度が変わってきます。一般的には処理温度が高い方が高弾性の製品が得られるのですが、ＰＡＮ系は温度を上げても結晶化に限界があるのに対し、ピッチ系は高温による高結晶化が可能であると同時に低い温度で弾性率が上がり、高弾性繊維の生産ができます。このように原料や製造工程の違いによってカーボン繊維は性能が異るのですが、一般的には出来上がった製品の引っ張り強度と弾性率によってグレード分けされます。

では、出来あがったカーボン繊維や製品を見てＰＡＮ系かピッチ系かの区別がつくのかというと、これは電子顕微鏡で繊維の断面を観察しなければ分かりません。直径ではＰＡＮ系の方が少し細く、断面形状もピッチ系の円型に対し、ＰＡＮ系は繭型をしています。

ピッチ系低弾性　　→　　ＰＡＮ系　　→　　ピッチ系高弾性

写真はピッチ系の低弾性と高弾性のものですが、カーボン繊維の最大の特徴である弾性率は黒鉛構造にあり、その結晶構造の発達度が弾性率に比例します。

それではアーチェリーで使われている繊維はというと、どのメーカーのどのグレードの繊維かは別にして、ヤマハの弓もＥＡＳＴＯＮの矢も、ほとんどすべてのものがＰＡＮ系のカーボン繊維と思ってよいでしょう。最近ではスポーツ用品分野でもゴルフクラブや釣竿でピッチ系が使われだしていますが、少なくともアーチェリー用品にピッチ系が使われていない理由は、カーボン繊維を生産するメーカーの生産量と市場占有率に加え、ピッチ系はＰＡＮ系に比べて圧縮強度が低いことが挙げられます。ピッチ系はＰＡＮ系以上に高弾性の性能を持ち、剛性設計の分野は得意なのですが、強度設計では少し難しい部分があるということです。

分かり易い例がリムです。カーボン繊維はＰＡＮ系ピッチ系に限らず、引っ張り強度はずば抜けて強いのですが、逆に圧縮には弱いと言う弱点を持っています。リムのバックサイド（的側）には効果を発揮し強度的にも問題はないのですが、フェイスサイド（内側）では応力集中などの問題があれば簡単に座屈（折損）を起こす可能性があるのです。そのため、ＰＡＮ系の繊維が使われ、またカーボンリムとは呼んでもグラス繊維（ＦＲＰ）が併せて使われていたりするのもそのためです。 　しかしそれは性能以前に強度的に問題がある場合です。基本的には繊維の性質を総合的に判断、評価しなければなりません。もう少し例を挙げれば、グラスからカーボンへと進化したリムですが、なぜケブラー（芳香アラミド繊維）リムはないのか。軽さで言えば、カーボン繊維はグラス繊維に比べて軽い数値を示します。しかしケブラー繊維はカーボン繊維以上に軽いのです。ところが弾性率（反発力）においてケブラー繊維はグラス繊維と同等であり、引っ張り強度においてはグラス繊維に劣り、値段が高価だからです。（昔、ケブラーストリングがよく切れたのもそのためです。） このように大きな変形を伴うリムにおいては、圧縮強度や引っ張り強度の低さは問題です。しかしそれがすべてではありません。矢やスタビライザー程度の曲がりに対してであれば数値上の強度は問題とはならず、弾性率や剛性がなによりも重要な要素になります。

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画像手前からピッチ系の超高弾性ＣＦＲＰ（８００・４００・２３０ＧＰａ）、ステンレス、アルミニューム、ＧＦＲＰ（グラスファイバー）と並んでいます。ちなみに、一般にスタビライザーや矢、その他に使われているカーボン繊維はこれらより弾性率は低いものです。

カーボン繊維の「軽く」「強く」「反発力がある」という３つの特徴ですが、重要なことはこれらをどこに求めるかです。

例えばサイトのエクステンションバー。これは長さ的にはセンタースタビライザー以外のサイドロッドなども同じことなのですが、よほど長いインドア用のエクステンションバーやよほど肉厚の薄い平板のバーでない限り、普通の長さならアルミ製であっても十分に剛性は確保できるのです。ということは、高価な値段で買っているのはほんの少しの「軽さ」です。

ところが、センタースタビライザーとハンドルの間に取り付けるエクステンションロッドはエクステンションバーより短くても、求めるものは異なります。多くのアーチャーは高剛性を謳い文句にした高価なセンタースタビライザーは買うのですが、その根元の剛性はあまり考えません。もし高剛性をセンタースタビライザーに求めるのなら、根元こそが高剛性でなければ先端の硬さも生きてきません。ここで求められるのは軽さではなく「硬さ」です。

では矢はどうでしょう。それまでのアルミアローに対して同じスパインを得るには当然、「細く」「軽く」なります。しかしそんなこと以上に、アルミアローとカーボンアローは明らかに別の道具なのです。同じ矢であっても、目に見えないアーチャーズパラドックスや飛翔時において、復元のための挙動やストロークはまったく異なるのはご覧のとおりです。

ではセンタースタビライザー。これはカーボン製がアルミ製に比べて高剛性であり､振動吸収にも一層の高剛性が有利に働くのは事実です。しかしそれは映像のように押し手が完全に固定（不動）された場合であり、そうでない実際のシューティングでは揺り戻しや共振に対する対策も考えなければなりません。

重要なのは、どんな性質の繊維を何にどんなカタチで使用するか、何を求めるかなのです。ウォッカにオレンジを搾ればスクリュードライバーですが、同じウォッカにグレープフルーツを搾ればブルドッグであり、グラスの縁に塩を付ければソルティードッグになります。

あなたは何が飲みたいですか。

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