フレームは、ねじれが苦手。剛性は縦と横で違います。

フレームの剛性とは何でしょう？
フレームに関しての評価、評判で良く使われる言葉は、
・剛性が高い、低い
・硬い、柔らかい
・良く進む
・ダンシングで進む、進まない
・疲れづらい、ロングライド向き
・反応が良い
・足持っていかれる
などです。
それぞれ、メーカーがいろいろな設計、味付けがあって、このような感想が出てきます。

ただ、私が思うに、フレームのメーカーはたくさんあります。特に人気メーカーはありますが、情報が豊富にある現代では、良い物が圧倒的に売れてしまうため、弱小メーカーは淘汰されてしまいます。
人気メーカーのスペシャライズド、キャノンデール、トレック、ビアンキがあります。しかし、プロでもこのフレームに乗っているからと言って、絶対的優位ではなく、他のフレームでも勝つことは、普通に出来ます。日本でも強い、宇都宮ブリッツェンはメリダという台湾メーカーですが、人気とは言えません。

しかし、これだけメーカーが乱立、存続しているということは、フレーム設計による差は小さいのではないかと思います。フレームやロードバイクメーカーの選び方の記事でも、好きなデザイン、色を選ぼうということで、最後締めていることが多いです。特に、レースに出ていなければ、それほど気にしなくていいということでしょう。硬いフレームでも、超ロングライドをしなければ、何とかなります。硬いフレームでもサドルやホイールを柔らかくしたり、レーパンやグローブを変えれば、また乗り味は変わります。

それでも、フレームには硬い、柔らかいが存在しています。レースに出るレベルの人は、いくつかのフレームを所有し、自分に合ったフレームを見つけて乗っています。初心者で、見た目だけで硬いフレームを選んでしまい、失敗したとか、その逆もあるかと思います。こればかりは、メーカーのホームページで設計思想を読んだり、乗った人のインプレッションを参考にして選ぶしかありません。
残念ながら、私はレースをしていますが、入門用のアルミフレームにしか乗ったことがありません。それ以外のフレームを所有したことはありません。他の人に借りて乗ったことはありますが、ほんの数十メートルです。
なので、各メーカーの特徴は別のインプレに頼りますが、ロードバイクのフレームを構造物とみて、材料力学や物理特性の観点から、フレームの剛性について、いろいろ考えてみたいと思います。的外れなことも言うかもしれませんが、ご了承ください。

硬いフレームとは
柔らかいフレームとは
フレームは、前後方向にゆがまない
左右のたわみが、設計の肝
横剛性を、見た目で判断できる？
足を持っていかれる原因は、力を入れすぎる
横剛性があまり必要ない、タイムトライアル
慣れの部分もあり
ホイールとの組み合わせで調整もできる
まとめ：剛性は、縦と横、別々に

硬いフレームとは

フレームが硬いと良くなることは、
・反応が良い。踏んだらすぐ加速する
・コーナリングが安定する
・ダンシングで進む
・ダウンヒルが安定する
などです。

逆に悪い点ですが、
・足がすぐに疲れる。足を持っていかれる
・ロングライドで疲れやすい
・振動を吸収しづらく、手足が痛くなる
などです。

基本的に硬いと、車体を傾けてもゆがまず、踏み込んでも溜めが無いため、踏んだ分だけ（踏んだところだけ）進みます。
主に、ヒルクライム、スプリンター、タイムトライアルで重宝されます。

柔らかいフレームとは

柔らかいと良いところは、
・振動吸収をするので、手足が痛くならない
・長く乗っても疲れづらい
・雑に乗っても、まぁまぁ進む
などです。

逆に悪い点は、
・踏んでも加速が悪い
・ダンシングで進まない
・コーナーが怖い
・ダウンヒルが怖い
・パワーロスがある
などです。

疲れづらい、路面の凹凸を吸収するため、ロングライド向きです。のんびりサイクリングや、ブルベなどで使用されるのであれば、柔らかい方が良いでしょう。

フレームは、前後方向にゆがまない

太いチューブの三角形（ダウンチューブ、シートチューブ、トップチューブ）は、構造上、縦方向にゆがむことは考えづらいです。
たわむ部分は、フロントホイールが付いた、フロントフォーク。リアホイールの付いた、シートステイ、チェーンステイ。お尻が乗っている、シートポスト。手が触っている、ハンドル、ステムなどです。また、ホイールベースが長ければ、上下動が少なくなります。あとは、足へ伝わるクランクでしょうか。
縦方向はとても頑丈です。力は、弱い部分に集中します。いかに振動を逃がすか、どこで吸収させるかが、設計の肝かと思います。

左右のたわみが、設計の肝

フレームは、正面から見ると、縦長に薄く出来ています。空気抵抗が増えてしまうため、横には広げられません。横への倒れ、たわみやねじれは、チューブを太くしなければなりません。あまり太くても、空気抵抗が増えたり、重くなったりします。素材を丈夫で硬いものにすると、値段が高くなったりします。また、プロのロードレーサーは、ものすごい力で踏むので、頑丈に作らなければなりません。私はそんなに強く踏まないので、柔らかくても良いのですが。
また、チューブの三角形が小さい方が剛性が高いと言われています。この理由が良く分からないのですが、三角形が大きいホイールベースが長い方が、たわみ量が大きくなってしまうからかもしれません。
フレームは、いかに細く軽く、そしてねじれを少なくするかが、設計の肝です。

横剛性は、どのような働きをしているか、横剛性が不足するとどうなるのかというと、
・ペダルを踏み込んだときに、フレームがたわむみ、力が逃げる
・駆動系がねじれるとチェーンの摩擦が増える？
・カーブでバイクを倒すと、ホイールがさらに倒れる
・ダンシングのような大きく急激な力で、フレームがたわみ、力が逃げる

力が逃げるとはどういうことかというと、踏む力がクランクの回転方向に伝わらないということです。
ペダリングでは、回転方向と違う方向(例えば、下死点で真下など)にかけても、同様に力は逃げてしまいますが、ちゃんと踏んでいるのに、クランクが、フレームが曲がってしまって、クランクを回転させていない時に起こります。10踏んで、9伝わっていたものが、8になってしまったら、進まないなぁと感じるものです。

強い力が加わった時、フレームはたわみます。たわんだフレームは、遅れて元に戻ります。これが、良い方向に働く場合もあります。硬くて全くたわまないと、無駄に強く踏んだ力は、自分の足に返ってきて、足を痛めます。柔らかければ、足を痛めません。（硬ければ、弱い力で踏むか、力を跳ね返す強靭な肉体を作ることです）
柔らかければ、フレームがたわみ、力が弱くなったところでもどるので、それが推進力に変わればより進むことになります。エンデュランスモデルやクロモリフレームは、そのたわみを利用しています。

横剛性を、見た目で判断できる？

やっぱり、横方向のたわみを減らすには、横幅を増やすことが一番です。特に力が加わるBB周りとダウンチューブを太くする傾向にあります。力がかかるのは、BB周りであり、この部分とホイールが傾いてしまうと、直進時やコーナリングで変な方向に行ってしまいます。パイプが横にたわむのを防ぐには、太くするか、材料を変えるしかありません。
ようするに、BBまわり、ダウンチューブを見て、太ければ、ねじれに強いフレームと言えます。材料は、見た目で判断できないので、やっぱり乗ってみないとわからない部分ではあります。

私は、BMCのダウンチューブは太いなぁと感じていました。このフレームは、ダンシングが気持ちいいと評判です。きっと、ねじれに強いのではないか？と考えています。他にもドグマは硬いと言われていますね。

足を持っていかれる原因は、力を入れすぎる

武井壮さんが言っていました。短距離のスタートダッシュは、力が強ければよいわけではないと。
ボーリングのような重い球を思いっきり叩いても、すぐにトップスピードには乗りません。それは無駄な力なのです。その球の重さを考え、必要最低限の力で、最も効率の良い加速度を与えてあげることが大切です。

ロードバイクの加速も同じです。
思いっきり踏めば、最高の加速を得られるわけではありません。特に、フレームが柔らかい（フレームだけの問題ではありませんが）と、余分に踏み込んだ分は、あとから推進力に変わるか、無駄なエネルギーになって捨てられてしまうかです。

逆に硬いフレームでは、強く踏みすぎると、自分の膝や腰に跳ね返ってきます。筋力のあるプロであればよいのですが、素人が固いフレームで慣れていないと、痛みが出たり、すぐ疲れたりします。いわゆる足を持っていかれます。
自分の足に跳ね返らないような力加減が出来れば、うまくロードバイクと自分を加速することが出来ます。ボーリング球をもっとも効率よく加速させられれば、最高に速い球が投げられます。

横剛性があまり必要ない、タイムトライアル

これを見て気付くのは、強く踏み込んだとき、コーナーやダンシングでマシンを傾けたときに横剛性が影響してきます。逆に言うと、タイムトライアルのように、一定の巡行スピードで走り続ける場合は、急激な踏み込みや、車体の傾きはありません。それであれば、横剛性より、空気抵抗を軽減した方が良くなります。それが、エアロフレームです。エアロフレームは空気抵抗を優先して縦に細く、横剛性を犠牲にしています。

慣れの部分もあり

長く乗っているフレームは、そのくせをつかんで、乗りこなせるようになっています。そこから、新しいフレームに乗ると、硬いとか、柔らかいとこ、思いっきり攻められない、止められないなど感じると思います。
これは、自分に合わないのか、違和感なのかわかりませんが、慣れていない部分が多いと思います。
合わないかもと思っても、慣れてくれば何とかなる場合があります。
どちらかというと、目的によって良い悪いが見えてくると思います。ヒルクライムは速いけど、巡行がつらいとか、コーナリングや加速など、その状況によるところが大きいでしょう。