自転車のカセットスプロケット

後輪の複数のスプロケットを歯数の順に互いに組み付けて、後輪フリーハブへの取付けを容易にしたスプロケットはカセットスプロケットまたは単にカセットと呼ばれる。

カセットスプロケット

スプロケットピッチ

表1にカセットスプロケットのスプロケットピッチを示す。

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スプロケット厚さにスペーサー厚さを加えるとスプロケットピッチとなる。

カセットの幅を抑えるために、段数が大きいほどスプロケットピッチは狭くなっている。そのためスプロケット厚さ及びスペーサー厚さが薄くなっている。

例えば、シマノの10段のスプロケット厚さを見ると1.6mmで、9段の厚さ1.78mmより10%ほど薄くなっており材質が同じならその分磨耗が早い。

カセット全幅は次式で計算できる。

全幅 = スプロケットピッチ x (段数 - 1) + スプロケット厚さ

しかし、この計算通りにならないカセットもある。それは、トップの2～3個のスプロケットピッチが少しだけ大きくなっている。

カセットスペーサー

カセットスペーサーは、スプロケットピッチを設定するためにスプロケット間に入れる環状の部品。

メーカー、段数およびチェーン外幅などにより、スペーサーの形状および厚さは異なる。シマノのスプロケットとスペーサーは分離しないよう、円周上の3箇所のリベットで固定されている。

スプロケット配置

スプロケットの配置は次のようにする。大スプロケットより小スプロケットへ、次々と隣の歯先を結んでいった軌跡が、ら旋を描くように配置する。

円錐頂角

スプロケット群の輪郭は円錐形をしている。円錐頂角は最大歯数が小さいと小さく(クロウスレシオ)、最大歯数が大きいと大きくなる(ワイドレシオ)。 円錐頂角が異なると、それに対応して後ディレイラーの傾き角も異なる。後ディレイラーの傾き角(スラント角)はクロウスレシオ(ロード車)用が30°そしてワイドレシオ(MTB)用が45°となっている。

歯数変更

歯数の異なるカセットスプロケットと交換するときは、後ディレイラーのキャパシティおよびチェーン長さ(リンク数)の検討が必要。

最小歯数

スプロケットはフリーハブボディに取り付けられる大きさが必要なので最小歯数は11Tとなる。フリーハブボディを小さくすれば歯数9Tのスプロケットの取付もできるが、スプロケットが小さいほど伝動効率は悪くなる。

最大歯数

後ディレイラーのキャパシティから見て、34Tが最大となる。ディレイラーのケージ長を長くすれば、36Tも可能であるが操作性は悪くなる。

シフター

シフターがインデックスシフト(SISなど)の場合は、シフターの不連続なロープの引き距離とスプロケットピッチは対応していなければならない。

材質

スプロケット材質は、クロモリ鋼、チタン合金およびアルミ合金など。段によって材質を変えているものもある。一例は、ロー6段は鋼そしてハイ4段はチタン合金など。

コーティング

アルミ合金のスプロケットには、耐摩耗性向上のために、セラミック、テフロン又は窒化チタン(TiN)をコーティングしたものがある。

フリーハブボディ

フリーハブボディは、フリーホイールの組み込まれた部品。この部品の外殻にスプライン(セレーション、溝を切って作った縦長の複数の突起)があり、カセットスプロケットが付きトルクを伝達する。スプラインの断面形状および数はメーカーによって異なるために互換性はない。

スプラインの山数はシマノが9山そしてカンパニョロが8山となっている。シマノのフリーハブのスプラインには、浅いスプラインの形および深いスプラインの形があり、浅いスプラインのカセットは深いスプラインのフリーハブに使えない。深いスプライン(セレーション)に転換したのは、アルミ合金製のフリーハブの浅い(山の低い)スプラインは、カセットスプロケットのスプラインによってかじられるという問題が発生したためと思われる。外殻の材質はアルミ合金およびチタン合金など。

マルチプルフリーホイール

マルチプルフリーホイールは、スプロケットとフリーホイールを一体にしたフリーホイール。対応するハブのボスの雄ねじにねじ込んで取付ける。ペダルを漕ぐとチェーンによってねじは締まる。外すときは、マルチプルフリーホイールリムーバーを使う。シティ車およびマウンテンバイクなどの5、6および7段のスプロケットとして使われる。1980年代後半までは、この形式しかなかったが、シマノがカセットスプロケットを出してからは、カセット式が一般化した。

カセットスプロケットはハブとフリーホイールを一体にしたフリーハブに取付ける。

7段の歯数

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注:メーカは、S:シマノ、C:カンパニョーロ

8段の歯数

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注: メーカは、S:シマノ、C:カンパニョーロ、M:Miche。

9段の歯数および速度変化

表4にロード車およびマウンテンバイクの9段カセットスプロケットの歯数例を示す。No.1からNo.10までがロード車用、No.11からNo.13までがマウンテンバイク用そしてNo.14が小径車用である。

表4の歯数よりレシオの変化分を計算して表5に示す。表4と表5のNo.は対応する。

同表のレシオ平均はその左のスプロケット間レシオの平均値。スプロケット間レシオの全平均は、ロード車用は約8.5%そしてマウンテンバイク用は約14.5%となっている。レンジの平均は、ロード車用が約95%そしてマウンテンバイク用が約195%となっており、マウンテンバイク用はロード車用の約2倍のレンジ(ワイドレンジ)がある。

一般に、ロード車(特に競技車)のカセットスプロケットはクロウスレシオそしてマウンテンバイクのカセットはワイドレシオである。

旅行車は荷物を積み重くなるので中間レシオないしワイドレシオが多い。

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注:質量はTiagraのもの、34Tはメガレンジ。

9段カセットの最小歯数およびスプロケット間のレシオから、カセットスプロケットの歯数をシミュレーション(模擬実験)する計算器を示す。計算結果には小数点以下が付くが、歯数は整数であるから四捨五入してある。計算結果の歯数のスプロケットが市販されているか、またディレイラーのキャパシティに適応するか、などは考慮していない。

スプロケット歯数 計算器

最小歯数	T
スプロケット間レシオ	%
9段カセットスプロケット歯数	T T T T T T T T T
レンジ	%

計算例

最小歯数は13Tそしてスプロケット間レシオを10%とする場合、スプロケット歯数は、13_14_15_17_19_21_23_25_28、そして、レンジは 115% となる。

10段の歯数および速度変化

表6にロード車の10段カセットスプロケットの歯数例を示す。

場合によっては、歯数よりもレシオが分かりやすいので、表6の歯数よりレシオの変化分を計算して表7に示す。表6と表7のNo.は対応する。

例えば、表4のNo.1カセットの歯数15Tと16T間のレシオ(比率)の変化分は6.7%(16T/15T=1.067)である。これは、15Tから16Tへチェーンを切り替えると、ペダル回転数(ケイデンス)が同じなら自転車速度が6.7%低下することを意味する。逆に、16Tから15Tに切り替えると速度は6.7%増加する。

個人差はあるが、スプロケット間のレシオが10%以下だと、大きな速度変化は感じないで、自然に感じるようである。人によってはレシオが5%未満だと速度差が小さいと感じ、レシオが15%を超えると速度差が大きいと感じるようである。

表5のレンジは最小歯数から最大歯数に、仮に切り替えたとしたら同じペダル回転数で速度が変化する割合である。例えば、No.1カセットにおいて、最小歯数15Tから最大歯数25Tに又はその逆の25Tから15Tに仮に変換すると、速度は67%変化するという意味である。

同表のレシオ平均はスプロケット間レシオの平均値である。

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注: メーカは、S:シマノ(D:DuraAce、U:Ultegra)、C:カンパニョロ。注: レンジ = 100 x (最大歯数/最小歯数)

10段カセットの最小歯数およびスプロケット間のレシオから、カセットスプロケットの歯数をシミュレーション(模擬実験)する計算器を示す。計算結果には小数点以下が付くが、歯数は整数であるから四捨五入してある。計算結果の歯数のスプロケットが市販されているか、またディレイラーのキャパシティに適応するか、などは考慮していない。

(注) スプロケット間レシオが小さすぎると、歯数が同じとなり無意味となる。例えば、最小歯数11Tでスプロケット間レシオが3%とすると、歯数=11T x 1.03=11.3となるが、四捨五入すると11Tとなり同じ歯数となる。

スプロケット歯数 計算器

最小歯数	T
スプロケット間レシオ	%
10段カセットスプロケット歯数	T T T T T T T T T T
レンジ	%

計算例

最小歯数は15Tそしてスプロケット間レシオを8%とする場合(入力は半角数字で行う)、スプロケット歯数は、15_16_17_18_19_21_23_25_27_29そしてレンジは93%となる。

11段の歯数

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注: メーカは、S:シマノ、C:カンパニョーロ、M:Miche。

固定スプロケット

後輪の固定ハブ(トラックハブ)に使うスプロケット。トラックスプロケット又はトラックコグともいう。歯数は13T～22Tがある。スプロケット幅はチェーン内幅に対応して、1/8"(3.175mm)及び3/32"(2.38mm)がある。ねじは右ねじで、その寸法は次表に示す。

規格	スプロケットねじ
ISO、シマノ	1.375" x 24 TPI
Campagnolo	1.370" x 24 TPI
フレンチ	34.7 mm x 1.0 mm

ハブにねじ込み、後漕ぎ時にも緩まないよう左ねじのロックリングで固定する。材質はクロモリ鋼およびステンレス鋼など。

メガレンジ

メガレンジは後輪の歯数34Tのスプロケットのこと。後輪の変速用スプロケット群(カセットスプロケット)の中の歯数34のスプロケットには、赤い字又は白い字で「MEGARANGE」の刻印があるので、メガレンジと呼ばれる。メガレンジを使うと速度比(ギア比)が小さくなるので、登坂が楽になる。34Tのスプロケットを含むカセットスプロケットは、メガレンジカセットということもある。

6段の歯数は、14_15_18_21_24_34で、メガレンジとその前のスプロケットの歯数差は10Tとなっている。
7段の歯数は、11_13_15_18_21_24_34で、メガレンジとその前のスプロケットの歯数差は10Tとなっている。
8段の歯数は、11_13_15_17_20_23_26_34で、メガレンジとその前のスプロケットの歯数差は8Tとなっている。

工具

ロックリング工具

カセットスプロケットはフリーハブに差込み、右ねじを切ったロックリングをフリーハブの外ねじにねじ込み固定されている。ロックリング工具(ロックリングリムーバー)はカセットスプロケットのロックリングを外す工具。ロックリングを緩めるときは、ロックリング工具で回すがフリーハブが回るのでスプロケット抜き(チェーンウイップ)と呼ばれる工具でスプロケットを保持して回らないようにする。 カセットを固定しているロックリングのめすスプラインに工具のおすスプラインを入れてスパナで左に回すと、ロックリングが外れてカセットスプロケットが外れる。 ロックリングを取り付けるときは、ねじにグリースを塗り工具(リムーバー)を右に回す。固定トルクは40Nm程度。フリーホイールは回らないのでスプロケット抜きは必要ない。工具の芯出し用の案内ピンが付いている形(下図左)および付いていない形(下図右)がある。

スプロケット抜き

カセットスプロケットのロックリングを緩めるときに、スプロケットの歯に掛けてカセットがフリーホイールで回らないよう保持しておく工具。 握りの先に歯に掛ける両端を固定した5リンクほどのチェーン及び1端を固定した15リンクほどのチェーンが付いている。柄に樹脂またはゴムの握りの付いたものもある。ボトムブラケットのロックリングスパナの付いた形(シマノ)およびペダルレンチが付いた形もある。スプロケットリムーバーともいう。一端固定のチェーンはむち(ウイップ)のような形をしているのでチェーンウイップとも呼ばれる。

カセットレンチ

カセットスプロケットのロックリングを緩めるときに、スプロケットの歯をジョー(掴む部分)で掴んでカセットがフリーホイールで回らないよう保持しておく工具。商品名はバイスウイップ。カセットレンチの握りを握るとジョーはスプロケットに固定される。スプロケットを掴んだ状態でカセットレンチによりホイールを持上げることも出来る。適応できるスプロケットの歯数は、11T～23T。主に、自転車店用で、個人用には上記のスプロケット抜きがある。

コーンレンチ

カップアンドコーン形のハブ軸受のコーン(玉押し)を回すレンチ。軸受を分解してグリース交換する場合および玉当たり調整をする場合に使われる。レンチの当たるコーンの平坦部に合わせて、レンチの厚みは約2mmと薄い。片口および両口(ダブル)がある。玉押しのサイズは、前輪ハブが13mmそして後輪ハブが15mmであるものが多い。玉押しの当たり調整には、2つのレンチがあると片方はロックナットに使って早く容易に調整できる。

スプロケット磨耗点検器

シマノのHGおよびIGカセットスプロケットの歯の磨耗を点検する工具。カセット磨耗指示器とも言う。点検できるスプロケットの歯数は、12T～21T。 点検器のチェーンをスプロケットに掛けて、ハンドルを駆動方向に力を入れて押す。テストローラが歯のへこみで自由に動けば、まだスプロケットは使える。 テストローラが歯の中へ軽く動かなければ、歯の磨耗が大きくスプロケットは交換する必要がある。交換しないと、そのうちに磨耗の進行によって歯飛びを起こして駆動ができなくなる。 メーカーは、ドイツのRohloff社。

カセットとフリーハブの互換性

シマノのカセットスプロケットとフリーハブおよびホイールとの互換性を次の表に示す。

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参考資料：後輪スプロケットのレシオ、ディレイラーのキャパシティ