スキーワックス

スキーワックス

かつて米軍 スキー部隊が使用していたビンテージのスキーワックス。左から右へ、缶入りのグリップワックス（青は「乾いた雪」用、黄色は「湿ったコーン雪」用）とパラフィンのグライドワックス。
産業部門	冬季スポーツ用具および用品
主な技術またはサブプロセス	トライボロジー
原料	パラフィンワックス、樹脂、フルオロカーボン
製品）	グライドワックス、グリップワックス
主要企業	Brav Group ( Swix、Toko)、Briko-Maplus、Dakine、Dominator、Hertel Wax、Holmenkol、Oneball、Purl、Speedwax、Rex、Rode、Skigo、Startex、Visti

スキーワックスは、スキー、スノーボード、トボガンなどのスノーランナーの底に塗布される素材で、さまざまな雪の状態での摩擦係数の性能を向上させます。スキーに使用されるワックスには、主にグライドワックスとグリップワックスの 2 種類があります。これらは、グライドワックスで最小限に抑える動摩擦と、グリップワックスで実現する静摩擦に対応します。どちらのタイプのワックスも、結晶の種類やサイズ、雪面の水分含有量など、気温や雪の温度履歴によって変化する雪のさまざまな特性に合わせて設計されています。グライドワックスは、アルペンスキーとクロスカントリースキーの両方で滑り摩擦を最小限に抑えるために選択されます。グリップワックス (「キックワックス」とも呼ばれる) は、クロスカントリースキーヤーが古典的なテクニックで前進する際に、雪上での牽引力を提供します。

スキーのベースに使用される現代のプラスチック素材 (高弾性ポリエチレンやテフロンなど) は、雪上での滑走性に優れているため、多くの場合、滑走ワックスの付加価値は低下します。同様に、クロスカントリー スキーの足元の一方向テクスチャ (魚の鱗や微細な鱗の毛など) は、従来の技術を使用するスキーヤーにとって、グリップ ワックスの実用的な代替品となります。

1673年にヨハネス・シェッファーは『ラップランド史』の中で、おそらくスキーワックスの塗り方に関する最初の記録と思われる指示を与えた^[1]。彼はスキーヤーに松脂ピッチとロジンを使うよう勧めた。スキーワックスの塗布は1761年にも記録されている。 ^[2] 1733年にノルウェーのイェンス・ヘンリク・エマフーゼン大佐がタールの使用について記述している。1740年代にはサーミ人がスキー板の下に樹脂と獣脂を使用していたことが文書に記録されている。^[3]

1854年頃から、カリフォルニアのゴールドラッシュの鉱夫たちは組織的なダウンヒルスキーレースを開催しました。^[4]彼らはまた、植物や動物の化合物から作られた潤滑剤をスキーのベースに塗るとスピードが上がるということを発見しました。これがきっかけで、ブラックドープやシエラライティングなど、最初の商業用スキー潤滑剤が生まれました。どちらも主にマッコウクジラ油、植物油、松脂で構成されていました。しかし、代わりにパラフィンキャンドルワックスを使用した人もいました。これはスキーのベースに溶け、寒い条件でより効果を発揮しました。^[5]

木製のスキーベースに塗られた松ヤニは、何世紀にもわたってスキーを移動手段として使うのに効果的であることが証明されてきた。松ヤニは木の気孔を埋め、雪の中の水の吸い上げを最小限に抑える疎水性の表面を作り、それでいて前進するための牽引力を十分に確保する粗さを持つからである。1920年代から30年代にかけて、ヨーロッパの企業によって、シーズンを通して使えるスキーベースとして新しいワニスが開発された。クロスカントリーレースの大きな進歩は、特に春の雪の粒状雪で優れた牽引力を発揮するクリスターの導入であった。クリスターは1913年にピーター・オストバイによって発明され、特許を取得した。1940年代初頭には、オリンピックのクロスカントリースキー選手マーティン・マツボの助言を受けたスウェーデンの化学会社アストラABが、パラフィンワックスと他の混合物を使った石油系ワックスの開発を開始した。 1952年までに、Toko、Swix、Rexなどの有名ブランドが、色分けされた温度に合わせたワックスを多数提供していました。^[5]

20 世紀最後の四半世紀、研究者たちは春のコンディションでスキー板に付着する水と不純物という 2 つの問題に取り組みました。テリー・ハーテルは両方の問題に取り組みました。まず、ワックス マトリックスと相互作用して水を効果的にはじく界面活性剤という斬新な方法を採用し、この製品は 1974 年にハーテル ワックスによって導入されました。ハーテルはまた、春のアルペン スキーやスノーボードで水をはじき滑らせる最初のフッ素化カーボン製品と最初の春用ワックスを開発しました。この技術は 1986 年にハーテル ワックスによって市場に導入されました。 ^[5] 1990 年にハーテルは、パラフィン、硬化ワックス、約 1% のパーフルオロエーテル ジオール、および 2% の SDS 界面活性剤を含む「焼結ベース スノー スキーに使用するスキー ワックス」の米国特許を申請しました。^[6]ハーテル ワックスの商標は、Super HotSauce、Racing FC739、SpringSolution、および White Gold です。^[5] 1990年代、スウィックス社の主任化学者リーフ・トルゲルセンは、長距離レースでソフトグリップワックスが抱える問題である花粉やその他の雪の不純物をはじく滑走ワックス添加剤を、スキー板のベースにアイロンで塗ることができるフルオロカーボンの形で発見した。この解決策は、焼結ポリエチレンよりわずか数度低い融点を持つフルオロカーボン粉末を開発したエニケム社のエンリコ・トラヴェルソの研究に基づいており、 [ ^{5]イタリアで「パラフィンワックスと}パーフルオロカーボンセグメントを含む炭化水素化合物からなるスキー潤滑剤」として特許を取得していた。^[7]

スキーやその他の滑走具が雪の上を滑る能力は、雪とスキーの両方の特性に依存し、スキーとの摩擦によって雪が溶けて潤滑剤が最適な量になるかどうかで決まります。潤滑剤が少なすぎるとスキーが固体の雪の結晶と相互作用し、多すぎると溶けた水の毛細管現象によってスキーの動きが遅くなります。

スキーが滑る前に、スキー/雪の接触における静摩擦の最大値 を克服する必要があります。ここで、 は静摩擦係数、 はスキーの雪に対する垂直抗力です。動摩擦（または動的摩擦）は、スキーが雪の上を動いているときに発生します。^[8]動摩擦係数 は、氷と雪の両方で静摩擦係数よりも小さくなります。^{[9] [10]}雪の上で滑るのに必要な力は、動摩擦係数と垂直抗力の積です。[ ^11]静摩擦係数と動摩擦係数は両方とも、雪の温度が低くなると増加します（氷の場合も同様です）。^[10]${\displaystyle F_{max}=\mu _{\mathrm {s} }F_{n}\,}$${\displaystyle \mu _{\mathrm {s} }}$${\displaystyle F_{n}\,}$${\displaystyle \mu _{\mathrm {k} }}$${\displaystyle F_{k}=\mu _{\mathrm {k} }F_{n}\,}$

雪片は、落下中もさまざまな形をしています。六角形の星のような樹枝状結晶、六角形の針状結晶、小板状結晶、氷の粒状結晶などがあります。雪が地面に積もると、温度変化、昇華、機械的作用により、すぐに変化（変成作用と呼ばれる）が始まります。温度変化は、周囲の温度、太陽放射、雨水、風、または雪の層の下の物質の温度によって起こります。機械的作用には、風や圧縮が含まれます。時間が経つにつれて、塊状の雪は固まる傾向があります^[12] — 結晶は、固体から気体への昇華や凍結融解によってバラバラになったり質量を失ったりして切断され、粗く粒状の氷の結晶になります^{[13] [14]}コルベックは、新雪、冷たい雪、人工雪はすべてスキーのベースとより直接的に相互作用し、摩擦を増加させると報告しており、これはより硬いワックスの使用が必要であることを示しています。逆に、より古く、より暖かく、より密度の高い雪は、粒子サイズが大きくなるため摩擦が低くなり、水膜がより形成され、より柔らかいワックスが適した雪の結晶の表面がより滑らかになります。^[15]

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  樹枝状の雪片 —ウィルソン・ベントレーによる顕微鏡写真。
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  血小板と針状結晶、2 種類の雪片の異なる形。
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  新しく形成された結合を持つ、粒界を示す新しく乾燥した雪 (上部中央)。
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  水分含有量の少ない湿った雪の中にある氷粒の集まり。粒の結晶の大きさは 0.5 ～ 1.0 mm です。

コルベックは、雪上でのスキーの 5 つの摩擦プロセスの概要を示しています。それらは、1) 雪をかき分けることによる抵抗、2) スキーが滑走する雪の変形、3) 溶けた水の薄い層によるスキーの潤滑、4) 雪の中の水がスキーの底に毛細管現象で引き寄せられること、および 5) ほこりやその他の滑りにくい要素による雪の汚染です。雪かきと変形は、スキー全体と雪との相互作用に関係しており、固い表面ではほとんど問題になりません。潤滑、毛細管現象、および汚染は、スキーの底と、滑り摩擦を減らすため、または十分なグリップを得るために塗布されるワックスの問題です。^[15]

通常、滑走中のスキーは、通過する際のスキーと雪との間の摩擦熱によって生じる、薄くて一時的な潤滑層の水膜を溶かします。Colbeck は、最適な水膜厚さは 4 ～ 12 μmの範囲であると示唆しています。ただし、摩擦によって発生した熱は、冷たいスキーへの伝導によって失われる可能性があり、それによって溶融層の生成が減少する可能性があります。その反対に、雪が湿っていて暖かい場合、発熱によってより厚い膜が形成され、スキーの底の毛細管抵抗が増加する可能性があります。^[15] Kuzmin と Fuss は、雪上でのスキーの滑走摩擦を最小限に抑えるためのスキーベース材料の特性の最も好ましい組み合わせとして、潤滑のための融解水の生成を促進するためにベース材料の硬度を高め、熱伝導率を低下させること、冷たい雪での耐摩耗性、および毛細管吸引を最小限に抑えるための疎水性を挙げています。これらの属性はPTFEベースで容易に達成できるため、グライドワックスによる付加価値が減少します。^[16]リンツェンは、クロスカントリースケートスキーの摩擦を減らすにはワックス以外の要素、つまりスキーの曲率と雪の状態の方がはるかに重要であると報告している。^[17]

グライドワックスは、アルペンスキー、スノーボード、スケートスキー、クラシックスキー、バックカントリースキー、ツーリングスキーに使用できます。従来のワックスは固体炭化水素で構成されています。高性能の「フルオロカーボン」ワックスにはフッ素も含まれており、炭化水素の水素原子の一部をフッ素原子に置き換えることで、純粋な炭化水素ワックスよりも低い摩擦係数と高い撥水性を実現しています。^[18]ワックスは、雪の特性に応じて滑り摩擦を最小限に抑えるために硬度が調整されています。雪の特性には次の影響が含まれます。^[18]

• 年齢: 雪の結晶の変成作用を反映します。新しいときは、雪の結晶は鋭くはっきりしていますが、年月が経つにつれて、風の作用で壊れたり、切断されたり、凍結融解で丸みを帯びた氷の粒になったりします。これらはすべて、スキーの摩擦係数に影響します。
• 水分含有量: 液体の水の質量の割合で、滑走時にスキーの底部との吸引摩擦を生じさせる可能性があります。
• 温度: スキー板と雪の境界面にある滑り摩擦によって雪の結晶が溶ける容易さに影響します。

さまざまな滑走ワックスが、特定の温度範囲やその他の雪の特性に合わせて調整されており、ワックスの硬度や、湿気や汚れをはじくその他の特性が異なります。滑走ワックスの硬度は、雪が溶けて表面を滑走する際の滑らかさや、雪の中の融解水の吸引を避ける能力に影響します。雪の結晶が溶けるのが少なすぎたり、角が鋭かったり、吸引が多すぎたりすると、スキー板の滑走が妨げられます。結晶の種類が滑り摩擦を支配する状態と水分含有量が滑り摩擦を支配する状態の間の転換点は、約 26 °F (-3 °C) で発生します。硬いワックスは、より寒く、乾燥していて、より研磨性の高い雪の状態に対応し、柔らかいワックスは摩擦係数は低いものの、より摩耗しやすくなります。ワックスの配合では、摩擦係数と耐久性を調整するために 3 種類のワックスが組み合わされています。硬いものから柔らかいものの順に、炭素原子が 50 個以上の合成ワックス、炭素原子が 25 ～ 50 個のマイクロクリスタリンワックス、炭素原子が 20 ～ 35 個のパラフィンワックスがあります。^[18]このようなワックスへの添加剤には、滑りを改善したり汚れの蓄積を減らすためにグラファイト、テフロン、シリコン、フルオロカーボン、モリブデンが含まれます。 ^[19]

グライドワックスは、冷たくしても熱くしても塗布できます。冷たく塗布する場合は、硬いワックスをクレヨンのようにこすったり、液体ワックスやスプレーワックスを塗布したりします。^{[20]ワックスを熱く塗布する場合は、アイロン、}赤外線ランプ、または「ホットボックス」オーブンの熱を使用します。 ^[21]

グライドワックスの役割は、冷たい結晶雪から飽和した粒状雪までの範囲で遭遇する予想される雪の特性に合わせて、スキーベースの摩擦特性を適応させ、改善することです。現代のスキーベースは、超高分子量ポリエチレン (UHMWPE)で作られていることが多いです。Kuzmin は、UHMWPE は非多孔性でワックスも水も保持できないため、細孔を埋める可能性はないと主張しています。さらに、UHMWPE は非常に疎水性であるため、湿った雪はスキーの動きを著しく遅らせず、グライドワックスには水をはじく追加の能力がほとんどないと主張しています。彼は、透明なベースは炭素含有量の多いベースよりも耐久性と疎水性が高いと述べています。^[1]同じ著者は、滑走面が乾燥しすぎている (滑りが不十分) ことと湿りすぎている (スキーが吸引力を受ける) ことの間の最適なバランスを作り出すには、表面の化学よりもテクスチャの方が重要であると主張しています。暖かく湿った雪では、テクスチャはスキーベースと雪の間の遅延毛細管引力を壊すのに役立ちます。^[21]ギースブレヒトはスキーベースの濡れ角が低いことが鍵であることに同意し、また、雪温の関数としてマイクロメートルスケールでの表面粗さの程度の重要性を強調しています。冷たい雪はより滑らかな表面を好み、より湿った暖かい雪はテクスチャのある表面を好みます。 ^[22]一部の著者は、現代のスキーベースに滑走ワックスを使用する必要性を疑問視しています。^{[23] [24]}

クロスカントリー スキーヤーは、クラシック スタイルのワックスがけ可能なスキーにグリップ ワックス (「キック ワックス」とも呼ばれる) を塗って、雪上での静止摩擦による牽引力を確保し、平地や丘を前に進むことができるようにします。グリップ ワックスは、スキーヤーの足の下、やや前方に伸びた部分に塗布されます。この部分はクラシック スキーのキャンバーによって形成され、「グリップ ゾーン」(または「キック ゾーン」) と呼ばれます。^[25]キャンバーがあることで、片方のスキーに重量がかかってスキーが完全に曲がっているときはスキーが雪をつかむことができますが、スキーに均等に重量がかかっていて、完全に曲がっていないときは抵抗を最小限に抑えることができます。グリップ ワックスは、特定の温度範囲と雪の種類に合わせて設計されています。正しく選択されたグリップ ワックスは、スキーヤーの体重と雪の状態に適したキャンバーを持つスキーの滑走を著しく低下させることはありません。^[5]グリップ ワックスには、ハード ワックスとクリスターの 2 つの物質が使用されています。

• ハードワックス：伝統的にパラフィンワックスをベースとし、混和剤を加えた物質。比較的無傷で、圧縮や凍結融解によって大きく変化しない結晶からなる雪用。混和剤には染料、ゴム、ロジン、樹脂、コロホニーが含まれる^[16]。ワックスの硬さを調整して、特定の個別の温度範囲（約-25°Fから+35°F）でのグリップの有効性を調整します。ワックスはこれらの温度範囲に応じて等級分けされ、色分けされています。^[26]グリップが硬いワックスは、より低い雪温用に設計されていますが、暖かい気温ではグリップが悪くなります。逆に、より柔らかいワックスは、低温では摩擦と融解が十分に発生し、融解層が蓄積して雪の凍結付着を促進する可能性があります。^[27]

• クリスター：ロジン、ワックス、溶剤、脂肪の組み合わせを含む粘着性の軟膏^[28]。凍結融解や風で吹き飛ばされた粗い結晶を含む雪に合わせて処方され、特定の温度範囲に合わせて調整されています。スプレー式のクリスターはチューブから塗布するクリスターよりも便利です。^{[5] [26]}クリスターが雪の状態と合わないと、着氷を引き起こすこともあります。^[27]

一部のスキーは「ワックスレス」で、魚の鱗のような表面加工が施されており、スキーが後ろに滑るのを防いでいる。^[29] スキー登山者は、上り坂でのグリップ力を高めるために一時的に接着した登山用スキンを使用するが、通常は下り坂でそれを外す。^[30]

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  スケートスキーに滑走ワックスを溶かしてアイロンで塗り込み、滑らかにします。
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  左前景に示されているようなワックスの缶を使用して、クラシックなクロスカントリー スキーにグリップ ワックスを塗布します。
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  右手前にある「Swix」と記されたアイテムのような手持ちの「コルク」を使用して、クラシックなクロスカントリー スキーのグリップ ワックスを滑らかにします。

ワックスはミネラルスピリットのような非極性 溶剤で溶かすことができます。^[28]しかし、市販のワックス溶剤の中には柑橘類の油から作られているものもあり、毒性が低く、発火しにくく、スキーのベースに優しいです。^[31]

スキーワックスには、パーフルオロアルキル化合物（PFAS）など、健康に影響を及ぼす可能性のある化学物質が含まれている可能性があります。パーフルオロカルボン酸、特にパーフルオロオクタン酸（PFOA）のレベルは、スキーシーズン中にスキーワックス技術者の体内で増加することが示されています。^{[32] [33] [34]}

スキーをするとき、雪とスキー板の摩擦によりワックスが摩耗し、春の雪解けまで雪の中に残ります。^[35]その後、雪解け水は流域、小川、湖、川に流れ込み、環境の化学的性質と食物連鎖を変えます。スキーワックスに含まれるPFASは耐熱性があり、化学的および生物学的に安定しているため、環境に残留します。^[36]スキー会場にいる動物に蓄積することが示されている。^[37]国際スキー連盟（FIS）は、2020/21年冬季シーズンからすべての競技スキー競技でワックスに含まれるPFASの禁止を導入すると発表した。^[38]

• ブレイディ、M.マイケル、トルガーセン、リーフ（2001年）。スキーとスノーボードのワックスがけと手入れ。ウィルダネスプレス。ISBN 9780899973036。
• ブラウン、ナット（1999）。クロスカントリースキー準備完全ガイド。マウンテニアーズブックス。p.140。ISBN 9780898866001。
• マシア、セス（1989年4月）。アルペンスキーのメンテナンスと修理（改訂版）。コンテンポラリーブックス。ISBN 978-0809247189。