自転車の多段ギア比

概要

多段ギア比を計算することにより、最大最小ギア比、ギア比の重なり(オーバーラップ)、変速の容易さ及び連続性などが点検できる。

ギア比

クランクスプロケット歯数と後輪スプロケット歯数の比は、ギア比またはスプロケット比と呼ばれ、この比によってペダル1回転で後輪が何回転回せるかが決まる。
ギア比を 変える装置を変速機と呼ぶ。ギア比は速度比に等しい。

ギア比 = クランクスプロケット歯数 / 後輪スプロケット歯数

参考: ギア比計算器

多段ギア比 計算器

クランク スプロケット歯数および後輪スプロケット歯数を半角数字で入れて、「計算」を押して下さい、ギア比(スプロケット比)が出ます。どのような段数の組合せでも計算できます。無い段の歯数は空白のままとする。

(表が見切れる場合は左右にスクロールできます)

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ギア比計算例

計算例

クランクスプロケット歯数 30-39-53T、そして後輪スプロケット歯数 12-13-14-15-16-17-19-21-23Tの場合。

計算結果

下図のように、小スプロケット使用時のギア比は、1.30～2.50、中間スプロケット使用時のギア比は、1.70～3.25、そして大スプロケット使用時のギア比は、2.30～4.42。

計算結果の考察

たすき掛け

たすき掛けとは、チェーンが前最小スプロケットと後最小スプロケット(小-小スプロケット)に掛かっているか、または前最大スプロケットと後最大スプロケット(大-大スプロケット)に掛かっている状態(上図)。

これらの状態では、チェーンは最大角度の斜め掛けとなり、伝動効率が悪い。

上の計算結果図において、赤線枠で囲ったギア比はチェーンの小-小スプロケット掛け(30_12T)及び大-大スプロケット掛け(53_23T)、すなわち、たすき掛けによるものであるから使わないことが望ましい。

たすき掛けをしなくとも、30_12Tのギア比は53_21Tで得られる。53_23Tのギア比は39_17Tで得られる。黄線枠で囲ったギア比はたすき掛けに次いでチェーンが大きな斜め掛けとなるから、長時間に渡って使わないことが望ましい。

同等のギア比は他のスプロケットの組み合わせで得られる。

ギア比重なり

ギア比重なり(ギア比オーバーラップ)とは、クランクスプロケットが中間スプロケットのときのギア比と大スプロケットまたは小スプロケットのときギア比が等しくなるか又は近似となること、すなわちギア比が重なること。

クランクスプロケットの歯数を選ぶことにより重なりをなくすことはできるが、その歯数の組合せでギア比を順番に変えていこうとすると、クランクスプロケットおよび後輪スプロケットも同時に変えなければならず操作は複雑な上に覚えられないので実用的でない。電気変速としてコンピューターが変速するのなら理屈上はできるかも知れない。

青線枠で囲ったギア比(青線で連結して示してある)はギア比重なり(ギア比オーバーラップ)によるものであり、それぞれほぼ等しいギア比となっている。例えば、1段(小)の16Tと2段(中)の21Tは1.1%の差しかなく、ほぼ同一のギア比であり、ギア比重なりである。また、2段(中)の14Tと3段(大)の19Tは、共に2.79であり、完全に重なっている。4箇所に見られるギア比重なりの差を計算すると、1.1% 、3.5% 、1.8% そして 0%である。

有効段数

ギア比重なり及びたすき掛け(斜め掛け)防止のために、実質的な段数は見かけの段数(クランクスプロケット段数 x 後輪スプロケット段数 = 27)よりも少なくなる。

ギア比重なり3組及びたすき掛けを含む斜め掛け4組の合計7組は使わないので、有効段数は3 x 9 - 7 = 20段となる。

有効スプロケット割合は100% x 20段/27段 = 69%である。残りの31%の組合せは使われない。

切替え順序

低速から高速へ(ギア比小から大へ)ギア比を切替えていく場合、切替え順序が覚えやすいことが1つの条件となる。一例を下図の赤線で示す。

すなわち、後輪スプロケット19Tで1段(小スプロケット)から2段(中間スプロケット)に切り換え、12Tで2段から3段(大スプロケット)に切り換える。

スプロケットの歯数例 (A)

クランクスプロケットの2段及び3段の歯数を表1、及び表2に示す。後輪スプロケットの8段、9段及び10段の歯数を表3、表4、及び表5そして11段の歯数を表6に示す。

後輪スプロケットの8段、9段及び10段の違いは、最大歯数の違いではなく平均歯数差の違いであることが分かる。段数が多いほど平均歯数差が小さく、変速による速度変化が小さい。そして、道の勾配の変化及び風速の変化などに対応して変速することにより、最適なケイデンスを維持しやすい。速度変化はスプロケット群のレシオによって知ることができる。

参考: スプロケット群のレシオ

(表が見切れる場合は左右にスクロールできます)

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注1) 表のキャパシティは最大歯数と最小歯数の差
注2) 自己ギア比は、最大歯数と最小歯数の比
注3) 平均歯数差 = (最大歯数 - 最小歯数)/(段数 - 1)
注4) 用途に限らず後輪の34Tのスプロケットは、「メガレンジ」と呼ばれることがある
注5) S:シマノ、Su:スギノテクノ、C:カンパニョーロ、B:BBBﾊﾞｲｸﾊﾟｰﾂ、I:ｲﾝﾀｰﾛｯｸ ﾚｰｼﾝｸﾞ ﾃﾞｻﾞｲﾝ、M:SRAM

参考: ギア比表

スプロケットの歯数例 (B)

「スプロケットの歯数例 (A)」を視覚的に分かりやすいようにした表を次に示す。それぞれの表の中のNo.は「スプロケットの歯数例 (A)」の表の中のNo.と対応している。これを見ると、3段は2段に比べて低ギア比の方へずれている(低ギア比となるスプロケットが追加されている)ことが分かる。低ギア比は登坂および旅行の荷物の運搬などに向いている。

(表が見切れる場合は左右にスクロールできます)

最適ギア比

次のような条件によって適切なギア比が変わるため、全ての人に適合する最適なギア比は存在しないので、自分に合うギア比を選ぶ。

用途

サイクリング、通勤、競技および旅行などがある。平地の競技には上表の最小歯数が少なく自己ギア比の小さい組み合わせが向いている。旅行には上表の最大歯数が多く自己ギア比が大きい組み合わせが向いている。

走路の種類(オンロード、オフロード)

走路によって走行抵抗が変わる。

自分が出せる動力

出せる動力によって、常用速度、最高速度および登ることの出来る坂の勾配などが変わる。

参考: 人が出せる動力

ペダル常用回転数

効率の高い70rpm前後を常用回転数とするのが望ましいが、使用目的によって変り、個人差や好みもある。

参考: ペダル回転数の意味

常用速度

常用速度において、チェーンラインはフレーム中心線と平行または平行に近いことが望ましい。

最高速度

最高速度を出せるギア比が必要。最高速度をペダル常用回転数で出すか、それとも最高回転数で出すかによって変わる。

参考: 走行速度 計算器、ギア比 計算器、必要動力 計算器」

坂道を走ることの多寡

坂道を登ることが出来るギア比が必要。坂登りにはギア比が小さくなる組み合わせ(クランクスプロケット歯数小そして後輪スプロケット歯数大)が向いている。

参考: 登坂必要ギア比 計算器

ギア比線図

マウンテンバイク(MTB)およびロードバイクのギア比の違いが一目で分かるよう、「多段ギア比計算器」で計算したギア比を方眼紙に打点した図を図1および図2に示す。

MTB用はクランクスプロケット(前スプロケット)22T-32T-44Tそして後輪スプロケット(後スプロケット)は9段(12T～34T)の場合を示す。

ロード用はクランクスプロケット30T-42T-52Tそして後輪スプロケットは比較のため同じく9段(11T～21T)の場合を示す。

例えば、小スプロケットの横座標上には、小スプロケットと後輪スプロケットを組み合わせたときのギア比9点が打点してある。

MTBは走行抵抗の大きいオフロードの地面および山坂を走るので、必要とする大きな駆動力を得るために、ギア比は低い方へずれており、ギア比が1以下もある。

一方、走行抵抗の小さいオンロードを走り速度を重視するロード用はギア比の高い方へずれており、1以下のギア比はない。

ギア比1においては、ペダル1回転で後輪は丁度1回転する。

同図の「x」の点はチェーンのたすき掛けのギア比を示しており、使用しないことが望ましい。「*」の点はたすき掛けに次いできついチェーンの斜め掛けを示している。

中間スプロケットを使っている限りでは、チェーンのたすき掛け及びきつい斜め掛けはない。一般にはMTBはワイドレシオそしてロードはクロウスレシオになっている。

いつもは中間スプロケットを使い、それより大きいギア比が必要な場合は大スプロケットを使い、小さいギア比が必要な場合は小スプロケットを使うこととすれば、この例では図3および図4のように、有効段数はMTB15段そしてロード16段となる。これは全段数(前3段x後9段=27段)の半分(約55%)である。

特にマウンテンバイクの場合は、チェーン噛み込み(チェーンサック)の可能性が、確率は少ないとは言え、あるので、必要なギア比が中間スプロケットで得られるにもかかわらず、不用意に中間スプロケットから小スプロケットへ変速しないことが望ましい。

最小・最大ギア比

最小ギア比はクランク最小スプロケットと後輪最大スプロケット (いずれも最内側のスプロケット)の歯数比で決まる。最大ギア比はクランク最大スプロケットと後輪最小スプロケット (いずれも最外側のスプロケット)の歯数比で決まる。

上記のロード車の例では、クランクスプロケットは30T/42T/52T、そして後輪スプロケットは11T～21T、従って最小ギア比=30T/21T=1.43そして最大ギア比=52T/11T=4.73。これよりギア比の範囲は1.43～4.73。または4.73/1.43=3.3より1:3.31(クロウスレシオ)。

MTBの例では、クランクスプロケットは22T/32T/44T、そして後輪スプロケットは12T～34T、従って最小ギア比=22T/34T=0.65そして最大ギア比=44T/12T=3.67。これよりギア比の範囲は0.65～3.67。または3.67/0.65=5.6より1:5.65(ワイドレシオ)。

これらは上の計算器でも計算できる。入力する歯数はクランクスプロケットの歯数および後輪スプロケットの最小、最大歯数だけでよい。