「変速性能がいい」ってどういうこと？フロント編（寄稿：のむ梅田）

よく、「シマノは変速がいい」「○○は変速が悪い」などと一言で言ったりしますが
体感できるだけの性能差がある以上、何かが決定的に違うはずなんです。
今日はその何かについて。

フロント変速、特にチェーンリングについての話です。
チェーンリングの変速性能について重要なのは、位相・道・ピン（と勝手に命名）の３つです。
実はもっとあるんですが、この３つについてシマノと自称シマノコンパチブルのチェーンリングを
それぞれ精査すると歴然とした違いがあるので この３つについて書きます。

位相について
シマノのクランクは５アームなので、クランクに対してチェーンリングを固定できる位置が５ヶ所あります。
しかし、これはどこに留めてもいいというわけではなく ただ１ヶ所に位置を指定しています。
（現行のデュラエースやアルテグラならアウターギヤは間違えようがないデザインですが）


アウターギヤの場合、チェーン落ち防止ピンがクランクアーム裏になる位置に、


インナーギヤの場合、この三角の印がクランクアーム裏になる位置に取り付けるよう指定されています。
出荷時はもちろんこうなっているのですが、これを知らない人が適当にチェーンリングを交換した場合、
インナーギヤの位置が間違っていることがよくあります。



なぜギヤの固定位置を指定しているのかというと、変速性能に差が出るからです。
アウター５０Ｔ、インナー３４Ｔの場合、アウターは円を５０分割、インナーは円を３４分割しています。

↑フリーハンドの適当な図ですが、例えばチェーンリングをクランクに固定したときに
アウターとインナーの歯先の中心が 偶然にもクランク軸中心からの延長線上の位置関係にあったとします（①の線）。
そこからひとつ隣のインナーの歯の中心から同様の線（②の線）をひくと、この線はアウターの歯先の中心を通りません。
何が言いたいかというと、アウターギヤとインナーギヤの位相の関係は一定ではなく、ずれているということです。
そしてある定まった位置関係（例えばアウターが５０Ｔで インナーが３４Ｔで ある定まった位相）であれば、
インナーからアウターに変速するときにチェーンの通る道も定まってきます。



道について
そこで、アウターギヤの裏側を加工して変速時にチェーンが上がりやすいようにしてあげれば、
という発想が出てきたんですね。

↑これは５７５０ １０５で変速した瞬間。


↑このときのチェーンの通り道を裏から見るとこんな感じ。


↑こういう道の加工がされています。



ピンについて
アウターとインナーの位相が決まっていればチェーンの通り道も決まる、というなら
より　かかりの良くなるように変速ピンを設けてやろう、という発想が出てきました。
変速ピンの設定位置と形状がちゃんとしていれば、変速の初動作がピンの位置で起こるようになります。
（というのは見かけ上のことで、順序が逆ですね。
変速の初動作がよく起こる位置に道とピンを配しているということです）


位相と道とピンの話は以上です。





↑５７５０のアウターギヤには、４つのピンが打たれています。
右クランクアームを真下に向けた状態で 時計回りにピンに名前を付けていきます。


それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとします。５アームとピンの位置関係は 上の図の通りです。


ダウンチューブ下のシフトインナーをゆっくりと引いていきつつ、


クランクを回します。こうすれば、いつかはチェーンがアウターにかかるはずです。


↑ピンにかかって上がるときもあれば、


↑ピン以外の場所で上がることもあります。

そこで、「ピンにかかって上がる回数／アウターへの変速回数」をピンかかり率と呼ぶことにします。
これが低いようであれば ピンが仕事をしていない・ピンは飾り・変速性能が悪い ということになります。

ダウンチューブ下のインナーを引く量は漸次 定量的に大きく、クランクの回転は一定速で淀みなく、
を心がけました。恣意的な調べ方はしないように気をつけたつもりです。
このバイクについている５７５０のクランクの場合、ピンかかり率は９０％くらいといったところでしょうか。

それを調べていて気付いたことがあるのですが、
ピンにかかった場合に、さらにどのピンにかかっていたかを調べると 圧倒的にＣとＤが多いんです。
ＣないしＤで上がる確率は８０％くらい、残りはほとんどＡです。Ｂではほとんど上がりません。
なぜでしょうか。


↑アウターギヤの裏を見ると、ＣとＤの下の道が、ＡとＢの下の道よりも大きく加工されているんですね。
これのせいだと思われます。


ＣとＤの道は２段削り、

ＡとＢの道は１段削りになっています。
というより、ＡとＢの位置はちょうどチェーンリングの肉抜き窓にかかっているので、
加工したくてもできない位置ということもあるのかもしれません。


ＣとＤは左クランクを上から踏み下ろすときにピンかかりする位置、
ＡとＢは右クランクを上から踏み下ろすときにピンかかりする位置なんですが


左クランクを踏み込んだときにハンガーがたわむ方向は、チェーンリングがフレームに近づく側です。
いま この実験は手回しなのでほぼ無負荷ですが、実際に乗車したときのストレスも勘案すると
右を上から踏み込むときよりも 左を上から踏み込むときのほうが変速しやすい条件のようです。


↑出荷時の状態

↑アウター・インナーともに位相を時計回りに１つ ずらしてみました。
ピンかかり率に（少なくとも無負荷回転では）影響は無いはずですが、
変速に最適なクランク入力角では無くなったはずです。
ギヤの位置指定には このこともあると思います。





速い変速、遅い変速という体感差はどこからくるのでしょうか？
これは「変速したあと チェーンがアウターギヤに落ち着くコマ数」が大きく関係しています。
チェーンがアウターギヤに定着する最速の条件は、
「ピンの向かって１つ左の歯の裏にインナーリンクが通り（１の位置）、かつ
ピンの向かって４つ左の歯にアウターリンクが奥まで入る」です。

↑写真なら この状態

↑図なら この状態

５７５０のクランクセットの場合、いずれのピンでも一応この条件に当てはまります。
（厳密には位相の関係で「４つ隣への落ちやすさ」の優劣がかなりあります）


ピン以外の場所で上がった場合、チェーンの初落ち着きポイントが４つ隣どころではありません。
チェーンが「カチャン」と落ち着くまでに時間がかかる（クランクの動作量がより多く必要）ほど
変速がもたつくと感じます。


もっと拡大してみると１の位置で
歯がインナーリンクのどこにかかっているかも重要です。


ピンの位置で個体差がありますね（歯先と、左側のアウターリンクとの距離が違います）。

これはチェーンの話なのですが、

↑シマノのチェーンではない（アウターリンクの端がまるい形状）場合はこうなります。
一つ前の写真はシマノのチェーン（アウターリンクの端がジャガイモ？形状）です。
それ以外の条件は同じです。チェーンのプレート形状が全く違います。
シマノのチェーンに表裏があるのはこのためです。




さらに、デュラエースのチェーンリングの変速性能がいい理由をひとつ。

↑これは例えばストロングライトのＣＴ２チェーンリングですが、
裏側の道について、肉抜き穴の形状から来る加工上の制約があります。


↑ここはこれだけ道を作れますが、


↑ここはこういう風にしか道を作れません。
さっきの５７５０のアウターギヤと同じ問題です。


↑これは７９００のチェーンリングです。道＆ピンは５ヶ所です。


道＆ピン　その１　その２


その３　その４


その５
道に関して制約がほとんどありません！
特に その１＆２と その３＆４は同じ写真に見えるくらいの同条件っぷりです。

７８００のチェーンリングも穴なしギヤですが、重量増を避けるために
裏側を可能な限り削いでいました。
しかしそれでも道作りに関して加工上の制約ができます。
７９００では中空・貼り合わせ構造にすることで 変速性能を向上させつつ
軽さを犠牲にしていません。この構造では剛性アップも同時に狙えますが、
おそらくそれは副産物で、第一義はアウター裏側の加工の自由度の追求からきた
デザインなのではないでしょうか。




自称シマノコンパチブルのチェーンリングについて

これはＦＳＡのスーパーロードというチェーンリング（ＰＣＤ１１０ｍｍ・５０Ｔ）です。
これを５７５０のチェーンリングと重ね合わせます。


↑位相が合いません。この時点で、平面的に考えてもシマノと同じではないことが分かります。
残り４ヶ所にそれぞれずらしても、合う位置がありません。

仮に５７５０のチェーンリングの位相が理想的な位置関係だとするなら、
このチェーンリングを５７５０の３４Ｔと合わせると変速性能が悪くなるはずです。
ＦＳＡのスーパーロードの道加工＆ピン設定がシマノよりもはるかに優れていれば
位相の違いを乗り越えてシマノ純正よりも変速性能が向上するかもしれませんが、
まず考えられないことです。


↑試しにこの状態でピンかかり率と、変速時に４つ隣で落ちるかどうかを調べれば済むことです。
実際にやると惨憺たる結果です。

シマノのＰＣＤ１１０ｍｍのコンパクトクランクセットには
アウターは５０Ｔ、インナーは３４Ｔしか設定がありません。
シマノ純正５０Ｔギヤは、シマノ純正３４Ｔギヤから上がる道＆ピンの加工について
完璧（←工業製品に使ってはいけない言葉）とも思えるマッチングを示します。

もし、シマノがＰＣＤ１１０ｍｍで３６Ｔや３８Ｔのギヤを出すなら
３６Ｔ用の５０Ｔ、３８Ｔ用の５０Ｔも出す必要があります。
（３４Ｔのときだけ変速性能が違うというわけにはいかなくなるので）

事実ＰＣＤ１３０ｍｍの５２Ｔには、インナー３９Ｔ用の５２Ｔと
インナー４２Ｔ用の５２Ｔの２種類があります。
同じ５２Ｔギヤでも、それぞれ道の加工位置とピンの位置が違います。


↑これはＦＳＡのＳＬ－Ｋライト クランクセットです。
チェーンリングもＦＳＡです。


ピンかかり率はシマノよりも悪いですが、


一番ピンかかりのいいピンは 左踏み込みのときにおいしい位置で、


４つ隣でチェーンが落ち込むかどうか、も合格です。


道の加工、これもいいですね！
問題は、仕事をしているのが ほぼこのピンだけということです。
ピンかかりした場合の９０％くらいはこのピンです。
でも、これでもまだ ましなほうです。


↑これはもっとずっと廉価なクランクセットです。
上の写真の状態ではピンかかりＯＫで ４つ隣にきれいに落ちています。


が、ピン以外で上がるとこうなります。


まだ はまりません。


まだまだ はまりません。


ここでやっと はまりました。

自称シマノコンパチブルのサードパーティ製クランクセットやチェーンリングを使う場合は、
ピンかかり率と もっとも変速するポイントで４つ隣に落ちるかどうか、の２つを
チェックするのがオススメです。



おまけ

さっきのストロングライトＣＴ２はＰＣＤ１３０ｍｍのものですが、上の写真は
かつてＣＴ２のＰＣＤ１１０ｍｍの５０Ｔで変速性能を試したときのなぐり書きです。
ＣＴ２には６つのピンが打ってあります。
それぞれ先ほどの５７５０のアウターのようにＡ～Ｆまで番号を振ります。
じつはこのチェーンリング、ピンかかり率ほぼ１００％（インナーギヤの条件付けは必要）なんです。
その上で どのピンにかかるかですが、「正」の字の一画は１０回ごとに書き足されます。
ピンかかりＮｏ．１はＥ、次いでＢですが、
Ｅは左踏み込み、Ｂは右踏み込みのときに
ピンかかりする位置です。
Ｄのピンを丸で囲って欄外に線を引いていますが、その先に
「６つのピンの中で、Ｄが最も４つ隣にすんなり落ちない位相」というメモがあります。
でもＤはピンかかり率Ｎｏ．３なんですね。不思議です。Ａは飾りのようなものです。

このＣＴ２は アウター裏の道を２次加工しているのですが、加工後に調べているので
ピンかかりがＥとＢに集中するのは そのせいもあると思います。

位相ちがうというメモで比較されているのは５７５０のアウターです。


表題にフロント編とありますが、リヤ編はありません。