変速機 (自転車)
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変速機（へんそくき）とは自転車部品の一つで、クランクの回転角に対するホイールの回転角の比率を変更する装置である。通常、変速機という場合にはリアディレーラー及びフロントディレーラーなどの主たる機構のみを指すことが多いが、本項では便宜上それらに加え操作部であるシフターなどにも言及する。
目次 |
[編集] 歴史
[編集] フリーホイールの登場
変速機が出る前提としてフリーホイール機構がなくてはならない。
安全型自転車が登場して現在の自転車の基本デザインは決まったものの駆動方式が固定ギアであったため、変速機という概念が登場するには時間がかかった。変速は「ダブルコグ」という、リアハブの両側に歯数の違うスプロケットを設けたものによってホイールの左右を入れ替えることで行なっていた。変速機が登場するのにはまずフリーホイールの登場を待たなくてはならなかった。
[編集] 変速機の登場
まず内装式の変速機が1900年代に登場する[3]。重量が大きい、信頼性に欠けるなどの欠点もあったが1936年にスターメーアーチャー社が「AW-3」を開発して品質は向上した。対して外装変速機の開発は内装に比べて遅れた。理由は内装に比べて複雑な機能が露出しているので舗装路の少ない当時の道路状況では壊れやすく頻繁なメンテナンスを必要としたことも挙げられるが、なにより当時の自転車競技の世界では変速機は女や子供のようなひ弱な人間が使うものという観念が強かったからである。ツール・ド・フランス創始者のアンリ・デグランジュもそのような考えを終生持っており、固定ギアにこだわっていた。ツールで変速機の使用が認められるのは、デグランジュがディレクターを辞した1937年からである。
[編集] 外装変速機の進化
その後、自転車の普及と自転車競技の興隆に伴って外装変速機はさまざまな試みが行なわれ基本的な構造（すなわち重ね合わせた大小のチェーンリングないしスプロケットの束でチェーンを横に移動させることにより変速させる仕組み）が第二次世界大戦前後に定着した。そしてサンプレックス、ユーレ、シクロ（cyclo）、ゼウス、カンパニョーロなどの会社が現れる。当時のリアディレーラはクランクを逆転させて変速する物であったが次第に改良が加えられ、転の必要がないスライドシャフト方式、更には変速性能に優れたパンタグラフ方式へと徐々に進化して1971年にカンパニョーロ社より「ヌーヴォレコード」が発表され現在のリアディレイラーの基本設計がほぼ定着する。この時期で前のギアが2段、後ろが5段変速が一般的だった（現在の最新機種ではロードバイク向けが後ろ最高11段、MTB向けが後ろ最高10段である）。
シフターの形状は、進歩の著しかったリアディレイラーなどに比べ長らく変わらなかった。シフターと言えばダウンチューブに取り付けるWレバーという小型なレバーが中心でドロップエンドに取り付けるバーエンドコントローラーやフラットハンドル向けのサムシフターなども現れたものの、その圧倒的なシェアには変わりがなかった。また当時のレバーは無段階に動き（「フリクション」という）レバーの引き具合によるディレイラーの位置決めはライダー各人の勘に頼り、それを熟達しているかが勝敗を決めもした。しかし初心者には使いづらく、ちょっとしたことでギアを変速しそこなったり音鳴りがすることも多かった。当時はコンポーネントこそ存在したものの前変速機、後変速機、シフターを個別で使用する場合もあった。違うメーカーの変速機の互換性に対応するために、ある意味では調節の許容範囲の大きいフリクションでないと不都合だった。ロードレースはこの状態がしばらく続いた。
[編集] 技術革新
新たな変革は、1970年代にジュニア向けスポーツサイクルで起こった。1973年に日本のシマノが新たに外装変速機の位置決めシステムとして開発した「ポジトロンシステム」を利用した、自動車のギアセレクターを模した変速レバーが、1970年代後半以降ジュニア向けに急速に普及していった（詳しくは少年用スポーツサイクルを参照）。ただ当時は「変速時にカチカチ音がして、しかもバカでかい変速レバーがついて、まるでおもちゃみたい」「ジュニア用ならともかくレース用に使える精度・サイズのものは作れない」との意見が業界の大勢を占めていた。それに対しシマノは地道に精度の向上・小型化に向けた開発を続け、ロードバイク用の変速システムとして「SIS（シマノ・インデックス・システム）」を1983年に開発。さらに1986年にはマウンテンバイク用のSISを市場に投入し、市場は劇的な変化を遂げる。
当時フラットハンドル用のシフターはサムシフターが主流だったが、これは従来のフリクションでは荒れ地での変速がおぼつかなく確実な変速が求められた。この要求に応える形で開発されたSISでは、レバーが段階的に動くため予め調整しておけば必ず正しい位置にディレイラーを移動させることができ、飛躍的に操作が楽になった。またこの頃からスプロケットの段数も一気に増えていく。
そしてシマノは1989年、旧来のサムシフターに代わり「STI（シマノ・トータル・インテグレーション）」に基づくマウンテンバイク用シフター「ラピッドファイアー」を発表。更に1991年、ロードコンポーネントにおいてもこの技術を活かしブレーキレバーによってシフティング操作することでハンドルから手を離さなくとも変速できる画期的な仕組み「デュアルコントロールレバー」を開発した。これを追う形でカンパニョーロもほぼ同機能をもった「エルゴシステム」を開発。これらの登場によりWレバーは徐々に廃れ、ロードレースの世界から姿を消した。また、フラットハンドル向けのサムシフターも後発のグリップシフトやラピッドファイヤーなどといったシフターに刷新されていった。
[編集] 電動・コンピュータ制御化
外装変速機の駆動を変速機とレバーの間のケーブル張力ではなく電動などの仕組みで行うアイデアは、1993年にマビックが電動変速システムとして「ZMS」を発表するなど、1990年代からその実装の試みが始まっていたが、2000年代に入ると技術の成熟に伴い徐々に電動化・コンピュータ制御化が進み始めた。
2001年にはシマノが電動・コンピュータ制御で変速機を駆動するシステムとして『Di2（Digital Integrated Intelligence）』システムを発表[1]。翌2002年に発売された同社のシティサイクル向けコンポーネント『NEXAVE』の上位モデルにDi2搭載モデルが設定され、その後2009年には同社のデュラエースにもDi2搭載モデルが設定されるようになった。カンパニョーロもこれに対抗して2010年には電動コンポーネントを発表したほか[2]、SRAMも2011年に電動コンポーネントを発売するものと見られている[3]。特にシマノのNEXAVEは、単にシフト操作を電動化したにとどまらず、サイクルコンピュータと連動して現在の速度やペダル踏力等を検知しフルオートマチックで変速を行うことが可能となっているが、従来の変速機と比較してかなり高価なことや既存の自転車の変速機のみを置き換えることができないことなどがネックとなり、あまり普及には至っていない。
[編集] 内装変速機の進歩
内装変速機の開発のスピードは外装変速機の発達に比べると速くはなかった。理由としてはまず変速機がハブ内部にあるため部品交換に車輪を組み直す手間がかかること、そして競技用用途としての変速機が早い段階から外装変速機が主流となってしまったので最新技術が常に求められる需要がなかったからと考えられる。すでにスターメーアーチャーが5段変速、7段変速の変速機をザックスが12段変速の変速機を出してはいたが前者は操作性では往年のAW-3ほどの完成度はなく、後者は生産中止となってしまった。その中でシマノが名作「インター7」を発表。つづいてザックスを吸収したSRAMが参入し、ローロフが14段変速の内装変速機を開発する。台湾のサンレース社に吸収合併された新生サンレース・スターメーアーチャーもオーバーロックナット寸法が120mmから調整できて使用できる8段変速を開発している。
[編集] 変速機
自転車の変速機ではクランクまたはリアハブのスプロケットに取り付けられた歯数の異なる歯車にチェーンを架け替えるか、ハブなどに内蔵された遊星歯車機構のギヤ比を変更することによって変速する。前者を外装式、後者を内装式と呼んで区別する。
[編集] 内装変速機
「内装ハブ」「ハブギア」とも呼ぶ。工業技術の未熟な時代の初期にできあがった変速機。遊星歯車機構を内部で密封しているために、泥汚れに強く非常に耐久性がある。また停止時にも変速ができるので、交通量の多い市街地を走る自転車に向く。また一部ではあるがチェーンの張力が一定のため、チェーントラブルが少ないのが特徴。欠点は外装変速機に比べて重いことと、変速段数が限られることである。後述の外装変速機で、スプロケット間の架け替えができないベルトドライブ・シャフトドライブの自転車では内装変速機を用いる。
[編集] 外装変速機
通常「ディレイラー」と呼ばれ、クランク側でチェーンを移動させる装置を「フロントディレーラ」、ハブのスプロケット側でチェーンを移動させる装置を「リアディレーラ」と呼ぶ。「ディレーラー（derailleur。derailerは鉄道の脱線器を指すことが多い）」は「脱線機」の意味でフロントディレーラが単純に脱線の機能のみ有しているのに対してリアディレイラーはチェーンテンショナーを兼ねているため、より複雑な構造で一般に高額である。また、仮にフロントの変速機構だけを使用する場合は別にテンショナーが必要になる。初期においては内装変速機のようにワイヤーにつながれた小さなチェーンで変速機ごと真横にずらすというタケノコ式変速機も登場したが、現在ではカンパニョーロ社が開発したパンタグラフ式が主流である。軽量で確実な操作が行えるが外部に機能が露出しているため泥などに弱く、また頻繁なメンテナンスを要する。自転車競技用のものに向く。
現在では外装変速機はおおよそロードバイク用とマウンテンバイク用とに二分されている。特にリアディレイラーはその違いが顕著である。
- ロードバイク用のものは可動部分が水平に近い「横型」になっており、対応できるスプロケットの最大歯数は比較的小さいが機敏な変速が可能。
- マウンテンバイク用のものでは可動部分が垂直に近い「縦型」であり、ロードバイク用ほどは機敏な変速ではないものの、大きなスプロケット直径の差に対応できる。これは変速の際のチェーン移動量を考慮したものである（マウンテンバイクの方が大きな移動量を要する）。またツーリング用自転車にもマウンテンバイク用のものが用いられる事が多い。
可動部分の傾きは、カセットスプロケットの組み合わせに応じて設計されている。最小歯数は11か12が多く製品差はないから、最大歯数に合わせて作られる。またリアディレイラーの仕様にはもう一つキャパシティというものがあるが、これはフロント変速も含めた最大歯数と最小歯数の差でありチェーンテンショナーとしての対応範囲を表している。ロードバイク用はMTB用に比べ最大歯数、キャパシティ共に小さく作られている。MTBの競技によっては、ロード用のカセットスプロケットとリアディレイラーの組み合わせが積極的に利用されることがある（ダウンヒルなど）。
[編集] 外装+内装変速機
古典的な内装3段変速と外装変速を合体させた変速機。主に折り畳み自転車など自転車競技用以外のもの、または二人乗り自転車やリカンベントのような、チェーンが通常より長く途中にアイドラスプロケットを有し大きく脱線させることが難しい自転車に使われる。チェーンテンションがある程度一定でキャパシティを求められないことと、フロントディレーラーを併用せずともリアディレーラーのみで変速段数を稼ぐことができるために、リカンベントへの採用が多い。「デュアルドライブ」はSRAMの商標、「インテゴ」はシマノの商標である。
[編集] シフター
変速の指示を出す装置をシフターといい、古くは金属製のロッドで直接変速装置を動かしていた（ファウスト・コッピが使ったカンパニョーロ「パリ・ルーベ」など）。現在の主流はワイヤーでできた筒（アウター）の中にワイヤー（インナー）を通し、インナーを動かすことによって変速装置を動かすワイヤー方式が主流である。現在[いつ?]では技術の進歩に伴って、電動式や油圧式の開発も盛んに行なわれている。前述のSISなどの位置決め機構のついたインデックスタイプと、付いていないフリクションタイプとがある。
[編集] ドロップハンドル向け
[編集] ダブルレバー
2本の小型レバーをダウンチューブに取り付ける伝統的シフター。バンドを介してダウンチューブに取り付けるものと、ダウンチューブに予め溶接されている台座に取り付けるものがある。レバー操作には、カチカチと一定間隔ごとに収まる場所のある「インデックス」と呼ばれるタイプと、無段階にひねって固定する「フリクション」タイプがあるが、シマノ・デュラエースは7800系まではフロントはフリクション、リアはインデックスとフリクションを切り替えられるようになっていた。7900系でリアがインデックスのみになった。
長所としてはシンプルなため軽量かつ安価であること、耐久性に秀でていること、整備性・分解性に秀でていることが挙げられる。このため、輪行を前提とした車輌（ランドナーやスポルティーフ）では現在でも主流である。またフリクションタイプの場合はリア・ディレイラーの厳密な調整が不要（チェーンがきちんと掛かっていないなら自分でレバーをひねって位置合わせすればよい）なので、多段化したリア・ディレイラーの調整を厭う愛好家の中には敢えてフリクションタイプのWレバーを使用する例も見られる。
短所としては、変速の際ハンドルからいちいち手を離して、ダウンチューブまで持っていかなくてはならない点が挙げられる。これはレース中の局面（ダンシング、ダウンヒル、スプリントなど）ではインテグレーテッド・タイプに較べ明らかに不利であり、現在ではロードレース用の競技車両には殆ど用いられない。オフロード用自転車についても、荒地走行中にハンドルから手を離すことは大変危険なので用いられない。 しかし、今中大介によれば「STIレバーはハンドルの両端に重量物が付くためWレバーに比べハンドル部の慣性モーメントが大きくなり、選手の中にはそれを嫌うものも少なくなかった」とのことで[4]、現在[いつ?]もあえてWレバーを選択する選手も少数ながら存在する。
一例として、ランス・アームストロングは山岳ステージ用の車両でフロントの変速のみWレバーを用いていた。理由は軽量化の為だと言われている。ただし当時既に競技車両の最低重量が決められており、インテグレーテッドレバーでも最低重量を達成することは可能であったため、今中は験担ぎの可能性を指摘している。
[編集] デュアルコントロールレバー
1991年にシマノが初めて実用化した、ブレーキレバーによって変速操作を行える一体型レバー。変速の際ハンドルから手を離さずにすむという非常に大きなメリットがあるためプロ用から入門用まで非常に多くの自転車に取り付けられており、現在のレース機材には標準装備されることが普通である。しかしやや重く内部機構が複雑な上に高価などといった欠点もあり、タイムトライアルバイクによく使われるブルホーンハンドル用ブレーキではシフト機構が組み込めないために機械式のデュアルコントロールレバーは存在しない。ただDURA-ACE Di2のような電動式デュアルコントロールレバーも登場し、2010年にはあらかじめ電線を内蔵したフレームも販売され始めている。機能上フリクションで使えないためにインデックスタイプのみ。またシマノ以外にもほぼ同じ機能をもったカンパニョーロの「エルゴパワー」、SRAMの「ダブルタップコントロール」や「シマノ互換」のレバー、その他マイナーな独自形式が存在する。国内ではこの種のシフター全てをデュアルコントロールレバーもしくはSTIと呼ぶこともあるが、どちらもあくまでシマノの商標である。日本国外でSTIといえば多くはシマノのデュアルコントロールレバーを指す。本来はブレーキレバーとシフターが一体化されたものを指すので同社で一体化されているタイプの「ラピッドファイヤー」、「ラピッドファイヤープラス」、「EZファイヤーレバー」などもSTIと言える。
[編集] バーエンドコントローラー
ハンドルバーの末端に位置するシフター。Wレバーを専用台座でハンドル末端に取り付けた形態である。略称は「バーコン」と言い、こちらの方が良く用いられる[要出典]。ハンドルから完全に手を離す必要は無くなるがやはり手を大きく移動させなければならないこと、ワイヤーの取り回しが長大になることなどからデュアルコントロールタイプほどは好まれない。レース機材としては、個人タイムトライアルやトライアスロンでドラフティング禁止のルールのレースにおいて、空力特性を高めるためにブルホーンバーやTTバーといった特殊なハンドルと組み合わせて使われることがほとんどである。特にタイムトライアルバイクについてはブルホーンハンドル+エアロバーの組みあわせとなり機構上デュアルコントロールレバーIが取り付けられないため、バーエンドコントローラー以外の選択肢がない。
バーエンドコントローラーの有利な点は複雑な構造を有しているデュアルコントロールレバーに比べて構造がシンプルで耐久性、メンテナンス性が高いことが挙げられる。そのため耐久性能に着目してブルベなどの競技ではないものに使われる事[5]、折り畳み自転車のように海外遠征の際に故障のリスクを少なくするために使われる事[6]がある。シマノ製品の場合はロードレーサー用とマウンテンバイク用でフロントディレイラーの規格が異なる為、ドロップハンドルの車両にマウンテンバイク用のクランクセットを用いる場合にはインテグレーテッドレバーではなくバーエンドコントローラー（あるいはダブルレバー）を選択するしかない。インデックスタイプとフリクションタイプの両方がある。特徴のあるものとしてはシマノDURA-ACE Di2のバーエンドコントローラーサテライトスイッチという電動を生かしたレバーの代わりにボタンを押すと変速できるようになっているもの、SRAM R2Cシフターのどのポジションでもシフトレバーが水平に戻り空力を乱さないようになっているものなどがある。
[編集] コマンド
かつてサンツアーが発売していたシフター。シーソーのような構造をしており、これをブレーキレバーの根本に取り付けることで手元での変速を可能となる。軽量でブレーキレバーを自由に選べるなどの利点もあったが結局デュアルコントロールレバーには勝てず、サンツアーの終焉に伴い姿を消した。9速や10速用に改造する為のキットも、元サンツアーの技術者が開発して販売している。なお、「コマンド」はサンツアーの商標である。シマノもシマノ A050で｢コマンド」と同様にハンドルバーにバンド締めで取り付けることができるシフターを供給しているが、安価な入門用ロード向けのパーツのため7速にしか対応していない。
[編集] フラットハンドル向け
[編集] デュアルコントロールレバー
フラットハンドル向けにもデュアルコントロールレバーは存在する。ブレーキをかけながら変速できるのが最大の特徴であるがブレーキレバーとシフターの単品を組み合わせるよりも高価になり、もともと「ラピッドファイヤー」や「トリガーシフター」の操作性がよかったためかドロップハンドル向けのように絶大な支持を受けるには至っていない。また歴史も浅い。発売しているのはシマノのみで、こちらも「STI」と呼ばれることがある。
[編集] ラピッドファイヤー、トリガーシフター
ラピッドファイヤーは2本のレバーにシフトアップとダウンがそれぞれ振り分けられており、これを1本にまとめた物がトリガーシフターである。フラットハンドル向けでは圧倒的な支持を得ているため単にシフトレバー若しくはシフターと呼んだ場合、フラットハンドルにおいてはこのタイプを指すことが多い。なお「ラピッドファイヤー」という名称はシマノの、「トリガーシフター」はSRAMの商標である。
[編集] エクスプレスシフター
サンツアーが発売していたシフトレバー。2本のレバーにシフトアップとダウンがそれぞれ振り分けられているのはラピッドファイアーと同じだが、ラピッドファイヤーが片方のトリガーを人差し指で引く動作であるのに対し、エキスプレスシフターは両方のレバーを親指で押す動作で行う。
[編集] グリップシフト
SRAMが開発したシフター、バーエンドコントローラーの機能をグリップの根本に持たせたものと考えられる。シフトは本体をひねることによって行う。グリップの根本に取り付けて使うため、専用の短いグリップが必要となる。利点としてはシフト時に指を離すことなくシフト出来るため安定感が非常に高い事が上げられるがブレーキを引きながら手首を捻るのが難しいため、ブレーキ中シフトが行いにくいのと一度に多段変速しようとすると手首の移動量が大きくなりブレーキから指が離れてしまうこと。現在はシマノもレボシフトという名前で同様機構のものを製作しているが、SRAMもシマノ用のグリップシフターを用意している。レボシフトについてはフロントフリクション（とはいえ、無段階ではなく細かいクリックがある）、リアインデックスの組みあわせ。
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シマノ レボシフト
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SRAM グリップシフト
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[編集] サムシフター
ハンドルに取り付けられた一本のレバーを左右に回転させることにより変速する形式。主に親指で操作したことからこの名前がある。フラットハンドル用としては最も古く、構造もWレバーを専用台座でハンドルに取り付けた物に近い。構造が単純で軽量、安価であるが操作感で劣るため現在ではMTBルック車に採用されているのみである。SIS開発前（1970年代後半には既に存在した）から流通しているタイプなので、サムシフターに限りフリクションで使えるものもある。レバー部分がＹ字形になった『ウィッシュボーンシフター』というバリエーションも存在していた。
[編集] 脚注
- ^ コンピューター制御の自転車用ギアチェンジ・システム - WIRED.jp・2001年8月21日
- ^ カンパニョーロが電動コンポーネントをサイクルモード東京で発表 - ciclowired.jp・2010年11月10日
- ^ SRAM to develop new electric bike system? - bikeradar.com・2010年1月11日
- ^ 『シマノ 世界を制した自転車パーツ』（山口和幸著、光文社、2003年）pp.42 - 43
- ^ [1]
- ^ [2]
