２０１３年１２月３０日（月） 変速機付き自転車の楽しみ
いよいよ今年も押し詰まって来て、年末年始関連の準備作業も多いのだが、気分転換を兼ねて、ブログで積み残している課題等を、できる限り片づけることとした。
○ 少し前に、息子からプレゼントされた、変速機付き自転車だが、時々、遠出に使っている。
この９月下旬には、こちら夫婦と息子の親子３人で、全員、変速機付きの自転車で、近くを流れる荒川の河川敷に行き、サイクリングを楽しんだ。
国道４号線の千住新橋の袂から土手を降り、堀切橋の下を通って、国道６号線の四つ木橋を渡って荒川の対岸に廻り、再び、河川敷を千住新橋まで戻ってくる、往復１０ｋｍ程のコースだ。殆どが平坦地で、上り下りは少なかったが、結構いいサイクリングコースと言えよう。 天候に恵まれ、自動車が走らない専用道で、気楽に自転車を楽しめた。
又、これより後と思うが、サイクリングを楽しむ自転車愛好家向けの、ＮＨＫテレビのＢＳ番組「チャリダー」を、見るとは無しに見たが、興味をそそられた。 その中では、坂道でのギアチェンジのコツや、ペダルを踏む回転数（ケイデンスという）を一定に保つこと等について、専門家のアドバイスもあった。この番組を見て、ケイデンスという用語があることも初めて知った事だ。
ＮＨＫＢＳ番組のロゴ
この番組で、エンジニア魂をやや擽られたようで、愛用している変速機付きの車種に関するトピックスの中で、主として、テクニカルな側面について、少しく調べてみた。
自分なりに、やや理解が深まったようだが、ギア比と速度とケイデンスの関係については、理解するのが面倒で、未だにすっきりはしていない。
先日、本ブログに、自転車に関する最近の話題の中で、安全走行と法改正等について、久しぶりに、以下の記事を投稿したところだ。
自転車の安全走行ルール （２０１３／１２／２３）
今回は、前稿の続編として、ギア比と速度について述べてみたい。
○ 車種とギア比
通常の自転車（ママチャリ）には、変速機は付いておらず、ペダル（クランク）のついている駆動側（ここでは仮に、前輪：フロント ＧＦ）の歯車数Ｔと、受動側（同じく、後輪：リア ＧＲ）の歯車数Ｔは固定していて、相互にチェーンで連結されている。
ＧＦをＧＲで割った比が、ギア比であるが、通常のママチャリ自転車では、外からは見えにくいが、一般的には、ＧＦが３３Ｔ、ＧＲが１４Ｔのようで、ギア比は、
ＧＦ／ＧＲ＝３３／１４＝２．３６
となる、と言う。
変速機が付いた自分の自転車は、息子が、マウンテンバイクを改造してプレゼントしてくれたものだ。前輪（ＧＦ）３速、後輪（ＧＲ）７速となっている。ＧＦ、ＧＲ各々の歯車数は、数えてはいないが、ネットに出ていた下表の、ＧＦ３速（表左）、ＧＲ７速（表上）の例では、各段の歯車数は表の様になっていて、それからギア比が計算されている。 （以上 新しく買った自転車のギア比を計算してみる より）
自分の車も、ほぼ、似たような状況と思われる。
ＧＦ ＧＲ
1(28)
2(24)
3(22)
4(20)
5(18)
6(16)
7(14)
1(28)
1
1.17
1.27
1.4
1.56
1.75
2
2(38)
1.36
1.58
1.73
1.9
2.11
2.38
2.71
3(48)
1.71
2
2.18
2.4
2.67
3
3.43
このギア比の表を図形で表すと、下図の、ＧＲを横軸の変数とした放物線となる。
自転車のＧＲ用のスプロケット（歯車セット）としては、下図のように、段数や歯数など、各種のものがあるようだ。（スプロケット - Wikipedia）
自転車後輪用 各種スプロケット
ギア比が小さいほど、ペダルは軽くなって漕ぐ力も少なく楽になり、回転数は多くなるが、反面、速度は小さくなり、忙しく漕がないと進まなくなる。
ギア比が１とは、前輪ＧＦと後輪ＧＲとの、歯車の数が同じということで、チェーンを通して、前後の回転数が同じとなる。 前表は、この、ギア比１から始まっている訳だ。
ＧＲがＧＦよりも大きくなる、即ち、ギア比が１以下（例えば、０．８８）の車種もあるようだ。
逆に、ギア比が大きいほど、ペダルは重くなり力が必要で、辛くなり、回転数が少なくなるが、反面、速度は速くなり、ゆっくり漕いでも進むこととなる。
競輪用自転車のギア比の平均は、３．５７とあり、４を超える車を使う選手もいるようだ。（前出 新しく買った自転車のギア比を計算してみる）
ギア比が同じレベルの場合は、受動側ＧＲのサイズが大きい方が、自転車の構造上の安全性が高いようだ。この事から、表では、出来るだけ無理な力が掛からないように、通常使うのが望ましい組み合わせ範囲が、網掛けで示されている。
つまり、通常は、表中の、ＧＦの２速の中央部を使い、それより、ギア比を小さくする場合は、ＧＦを１速に落としてから、ＧＲを変えて行う。逆にギア比を上げる場合は、ＧＦを３速に上げてから、ＧＲを変えて行うのがいいようだ。
上述の表で、前輪、後輪の組み合わせが以下の場合は、ギア比は、２で同じである。
４８−２４ ３８−１９（２０） ２８−１４
どの場合も、歯車数は異なるものの、前輪が１回転すると、後輪は、２回転することとなり、従って、どの組み合わせでも、回転数（ケイデンス）が一定の時は、走行距離も一定で変わらない。従って、ＧＦ、ＧＲの組み合わせを変えても、ギア比が同じ場合は、走行速度は変わらない訳だ。
でも、ペダルの重さについては、どの場合も変わらないだろうか。ＧＦのサイズが小さい組み合わせの方が、ペダルはやや軽くなるようにも思うがーー。
又、先述のように、ギア比が同じでも、受動側のＧＲのサイズが大きい方が、構造的に無理がかからず、安全性が高いようだ。
○ ギア比と走行
自転車で走行する場合、人体・車体の受ける空気抵抗や、道路面の摩擦抵抗等のため、常時、人力で動力エネルギーを供給し続けなければならない。このため、次第に疲れて来るのは当然のことだ。
ギア比と走行との関係について論じるに当たって、定速で走行時に、ギア比を変えた場合はどうなるか、を考察して見た。
◇ギア比を下げる（小さくなる）方向に変速した場合
・平坦地の場合は、ギア比を下げると、ペダルは軽くなるためクランク回転数は多くなり、忙しくなるが、走行速度はあまり変わらない。 ここで回転数を、変速前と同程度にするため、減らすとすると、走行速度は遅くなる。のんびり走りたい場合は、このようになる。
・坂道を登る時や、平坦地でも強い向かい風の中で走る時等には、登りになる坂の手前で、ＧＲを大きくしてギア比を下げると、ペダルが軽く楽になって登りやすくなり、自転車を降りずに、比較的楽に坂道を登れることとなり、極めて有効とる。
通常のママチャリだと、橋の袂などの一寸した上り坂でも、手前から勢いを付けて漕いだのに、登り切ることは結構大変だ、と言うのは、しばしば、経験することだ。
最近は、電動自転車もよく見かけるのだが、このような、特別な外部からのエネルギーに頼らなくとも、自転車のギア比を変えるだけで、乗ったまま、人力のみで、楽に坂道が登れる、と言うのは、儲かったようで、何やら不思議でもある。
◇反対に、ギア比を上げる（大きくなる）方向に変速した場合
・平坦地の場合、ギア比を上げると、重くなるためクランク回転数は少なくなるが、走行速度はあまり変わらない。 ここで、クランク回転数を上げて、変速前と同じように保とうとすると、かなり力を入れて漕がなければならないが、その結果、速度が速くなる。
走行時に、速度を上げたい時は、このようにして、ギア比を上げて、力を入れて漕ぐこととなる訳だ。
自分の変速機付きの自転車では、どの位の速度が出るか、試して見た。 近隣の、見通しの良い広い直線道路で全力で漕いだ場合、速度計を見ると、精々２５ｋｍ／ｈ位だ。ＧＦは、通常の中サイズである。
前述のサイクリング時に、ＧＦを大サイズまで切り替えて計った時でも、最高速度は、３０ｋｍ／ｈ位であった。
これらの最高速度は、車種による限界と言うより、自分の体力の限界と言うべきだろうか。
・坂道の場合、登りの坂道では、平坦地の時よりもギア比を上げる操作は、通常は行わない。
下りの坂道では、漕がなくても、自重で走行する訳だが、ゆるい下り坂などで、それよりも速度をあげて走行したい時は、エンジンブレーキのように、ギア比を小さくして回転数を合わせた上で、そこからギア比を大きくすることになるだろうか。
次稿で、やや扱い難いが重要な、ケイデンスについて、触れる事としたい。