なぜグラスファイバーを使用するのか!?疑問にお答えします。

※本記事はカーボンポールを否定する意図はありませんので、ご了承ください。あくまで材料としての特性などから、選択する際の情報の一つとして活用してください。

 私たちは現時点では、敢えてメイン材料にカーボンを使用しないという「選択」をしています。

 

近年、車だけでなくいろいろなところにカーボンという言葉が見られるようになりました。スポーツでは、やはり厚底シューズでカーボンプレートが入っている、というもので、「〇〇カーボン搭載」とか宣伝文句でよく聞きます。

しかし、カーボンって実際にどんなものか、というと「反発があって強い」とか「反発あるから速くなるんでしょ」というどこか、わかったようなわからない、「なんとなく」ではないでしょうか。

カーボンというのは正確には、炭素繊維のことを指します。なので、正しくはカーボンファイバーです。
この炭素繊維を束ねて織物にした状態、これを板状に固めて、靴の中に配置しているというものです、靴で言えば。陸上競技のスパイクでも最近は使われることが多くなってきたように思います。

さて「カーボン、カーボン」と言いますが、どんな特徴があるのでしょうか。

一般的には、鉄より丈夫で軽量である、と言われます。軽量でしかも強いということで、車やスポーツでは義足、そして棒高跳のポールでも使用されています。では、棒高跳の場合、どんなメリットがあるのでしょうか。ここからが本題です。

 

棒高跳ポールでも、最近はカーボンポールというものが目立つようになりました。代表的なところでいえば、ESSX社のポールで、サムケンドリクス選手が6mを跳んだことで注目を浴びていますし国内でも使用している選手が増えています。
しかし、カーボンを使用したポールの歴史自体は古くGILL社のPACER CARBONです。97年のアテネ世界選手権で、ディーン・スターキー選手、マクシム・タラソフ選手が使用していました。
99年の群馬県で行われた世界室内選手権ではジェフ・ハートウィグ選手が5m95を飛んでいます(国旗カラーのラッピングが印象的)。ちなみに優勝したジーン・ガルフィオン選手は6m00を跳躍、NORDIC社のグラスファイバーポールでした。

では、棒高跳ポールでカーボンを使用する意味と、実際について考えましょう。

本プロジェクトでのポールは、カーボンを使用しません。正確に言えば、私たちはすでにカーボンポールも試作した実績はあります。作れない、のではなく、”作らない”ということです。理由はいくつかあります。まだカーボンは材料としては値段がグラスファイバーに比べて高額であるということと、この後に記載しますが、私たちが目指す、普及や初級~中級選手にとってカーボンポールはメリットばかりではないということ。加えて、我々のグラスファイバーのポールは、正直かなり軽量です。グラスファイバーでも材料も企業様と研究したため、カーボンに劣らない軽量性を実現していると思います(2%程度の差 ※試作品との比較)。

 

次に材料の特性からカーボンのメリット、デメリットについて考えます。

我々はカーボンポールを否定するわけではなく、実は、どこにどういれるかということはすでに議論をしてはいます。しかし、その前にもっと棒高跳ポールとしてのカーボンとグラスファイバーという「材料」について知っていただく必要があるとも考えています。
これは、競技者、コーチの方にとっても重要だと考えます。

図に示したのは、カーボンとグラスファイバーの歪-応力曲線というものです。
これは、横軸がどのくらい伸びるか、縦軸は伸びに対してどのくらいの力を示すかです。線が切れたところで繊維が切れるるという、一般的なイメージです。
これを見ると、カーボンは伸びる量が少ないうちに大きな力を出しているので、急な曲線を描き、かつ早い段階で線が切れています。一方で、グラスファイバーの中でもE-glassというものは緩やかな直線を描く代わりに、カーボンより低い力で線が切れます。実は、グラスファイバーやカーボンといっても、色々な種類があります。E-glassというのは広く一般的に使われているものと思ってください。
一方、S-glassというものは、良く伸びるのに加えて力の値もカーボンと同じか少し高く、航空部品などに使われるそうでGILL社のペーサーシリーズ、UCS社のスピリットが使用しているようです。

ここから何が言いたいかというと,カーボンは伸びにくく、大きく伸ばすと折れやすいということです。逆に言うと、大きく伸ばすためには、大きな力が必要だという事です。ポールで言えば、グラスファイバーと同じくらい曲げるのにはそれだけ大きな力が必要であるということ、また、伸びないということは復元力が大きいので、ポールが真っすぐになろうとするまでの時間が短い(=いわゆる反発が早い)ということです。なので、実はカーボンポールといっても実際にはグラスファイバーが多くを占めています。(カーボンだけど色が黒ではなくグレーです)

海外の論文中では、カーボンのポールをグラスファイバーと同じくらい曲げることができるのであれば記録向上は望めるが、カーボンポールが登場してからかなりの時間がたつのに、劇的に記録が変わらないということは、カーボンポールを使いこなすうえでは今後技術的な進歩が求められる、ということも述べられています。要するに、カーボンポールの特性と技術が完全にマッチしていない、という指摘だと思います。

私たちも、試しに全体をカーボンにして実験してみましたが、グラスファイバーの半分くらいの湾曲で折損しました。粘るというより、硬い棒が「砕ける」イメージです。

実際にカーボンのポールを使ったことがある方はわかるかもしれませんが、グラスファイバーから変えた際には結構印象が違うと思います。私は2年ほど使っていますが、調子によって全然違うポールになる、という感じです。高校生などで使う場合には、上記の材料としての特性を少し頭に置いていただいた方が良いようにも思います。

カーボンは面白い特性をポールにもたらすだろうと思います。しかしながら、私たちのチームでは現時点では作らない、という選択をしています。それは、きちんと基本技術を習得し(特にポールを曲げて反発を使って跳躍をするということは、落下の危険などが伴うため)、「安全に跳躍」してほしいというのがあるためです。カーボンが危険という事ではなく(反発が早いなどの特性に初期から慣れるという考えもありますが)、筋力の弱い年齢や女性では、まずはよく伸びて反発も返ってくるグラスファイバーで、というスタンスです。そのあとにカーボンなど、色々なポールに触れて、合うものを見つけてほしいと考えます。

 

 

私たちが使用するグラスファイバーはS-glassでもないのですが、軽量でS-glassのようにしっかり伸び、それでいて反発力は強い、というものでS-glassに特性は似ています。
なので、既存のグラスファイバーのポールから移行していただいても、違和感なく、跳びやすいと思ってもらえるポールになっています。
LEAPに使用しているグラスファイバーも、航空機などで使用されるハイエンドモデルでありながら「より軽量に、そして高弾性(反発を強く)」するために、日東紡様と専用に糸の構成から検討、設計しているところが特徴で、樹脂も三菱ケミカル株式会社製のスポーツ用の樹脂選定をしています。
カーボンはとても優れた材料です。
しかし先ほどのグラフでもわかるように、私たちはグラスファイバーの特性を活かした、軽量で高反発、しかしながら安全な設計ができるためグラスファイバーを使用しています。
なので繰り返しますが、

私たちは現時点では、敢えてメイン材料にカーボンを使用しないという「選択」をしています。

グラフ出典元:The pole vault pole: an engineer’s perspective(GILL) より改編