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外装変速機
ハブの外にあるスプロケットによる変速機。スプロケットによる変速の原理は次のようになっている。例えば、クランク軸スプロケットの歯数が仮に３３歯とすると、スプロケット１回転でチェーンを３３リンクだけ受け入れそして送り出すこととなる。 一方、後 輪のスプロケットの歯数が仮に１１歯であると、１回転でチェーンを１１リンクだけ受け入れ送り出す。クランクのスプロケットが１回転で送り出した３３リン クを受け入れると、後輪スプロケットは３３歯／１１歯＝３より、３回転することとなる。言い換えると、３回転しないと３３リンクを受け入れられない。これ により、クランクの１回転が後輪の３回転に変速されたこととなる。
後輪軸およびクランク軸にいろんな歯数のスプロケットを取り付け、チェーンをこれらのスプロケット間で掛けかえることが出来れば、変速比をいろいろと 変えることができる。このような機能を持った部品はディレイラー（脱線器）と呼ばれている。クランク軸のスプロケット間でチェーンを掛けかえる部品は前 ディレイラーそして後輪のスプロケット間でチェーンを掛けかえる部品は後ディレイラーと呼ばれる。スプロケットの回転数から計算すると、変速は１秒以下で （多くの場合０．５秒以下で）行われる。
シフター（後記）でロープ（ケーブル）を引いてデレイラーを動かすが、ディレイラーにはロープの動きを横方向の動きに変換する機能がある。ディレイラーの横方向の動き距離とロープの動き距離の比は、シフト比と呼ばれる。
全体としての変速段数は、クランクスプロケットの段数（枚数）と後輪スプロケットの段数（枚数）を掛け合わせた数となる。例えば、クランクスプロケッ トが３段で後輪スプロケットのが９段だと、全体としての変速段数は３段 ｘ ９段＝２７段となる。ただし、たすき掛け（後記）などを除くと有効変速段数は これより少なくなる。
その構造上、変速操作はペダルを漕いでいる時（チェーンが前方に動いている時）に行う。ペダリング停止時または後こぎ（チェーンを後ろに動かす）時に変速するのは良くない。
参考資料 
「 ギア比計算器」 、 「多段ギア比計算器」 
前変速機（前ディレイラー）
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| ロード２段 | ロード３段 | Ｅ形 |
ケージとチェーンの隙間を調整する制限ねじが付いている。ロー側調整ねじで内プレート（内板）と最小スプロケットの隙間を設定し、トップ側調整ねじで外プレート（外板）と最大スプロケットの隙間を設定する。
ケージの形状は、それが必要とするスプロケットのキャパシティなどによって異なる。そのため、ロード２段用、ロード３段用およびＭＴＢ用では形状が異 なる。ロード２段用の内プレートは外プレートに対してやや下がっている。ロード３段用およびＭＴＢ用の内プレートは外プレートよりかなり下がっており、ま た長さも長い。
ＭＴＢ用のスイング方式には、従来のボトムスイングの他に、トップスイングがある。トップスイングはボトムスイングとは正反対に、平行四辺形の上リン クにケージを付け、下リンクにフレームに固定するクランプを付けた方式で、ボトムスイングと比べて、シフトレバーの操作に要する力が約３０％少ないのが特 徴。
フレームへの取付方法としては、ロード用にはバンド式および直付け式があり、マウンテンバイク用にはバンド式およびＥ形がある。バンド径は、取り付け る立管（シート管）の外径に対応して、２８．６ｍｍ（１ 1/8 ｉｎｃｈ）および３１．８ｍｍ（１ 1/4 ｉｎｃｈ）の２種類がある。マウンテンバイク用には、その上に３４．９ｍｍ（１ 3/8 ｉｎｃｈ）もある。
Ｅ形（タイプ）は環状の取り付け板（ＢＢプレート）が付いており、ＢＢ（ボトムブラケット）シェルと右ＢＢキャプ（右アダプター）の間に挟んで取り付 ける。Ｅ形のＢＢが必要。フレームがフルサスペンション、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製または非標準のフレームなど、フレームに取り付けることが適切で ないフレームに対して使われる。
前ディレイラーのチェーンラインはスプロケットのチェーンラインと合っていることが必要。
前ディレイラー 後変速機（後ディレイラー）
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| プーリ |
後ディレイラーはプーリを スプロケットと平行に移動させるための平行四辺形リンク機構（後記）および上下２個のプーリの付いたプーリケージで構成されている。上のプーリはチェーン をスプロケット間に案内する役目があり案内プーリと呼ぶ。下のプーリはチェーンの張りを維持する機能が与えられており、張りプーリと呼ぶ。張りプーリを振り子と見なした場合、振り幅が大きいほどチェーンのたるみを取る容量（キャパシティ、注１）が大きい。
言い換えれば、ケージが長いほど容量は大きい。 長いケージはロングケージそして短いケージはショートケージと呼ばれる。ショートケージの相対的な利点は、軽量かつ変速が迅速であること及び距離的、面積 的に泥はねの影響を受けにくいこと。 ケージの長さの支点は、平行四辺形のケージ支持部にありその中にあるねじりコイルばねによって後方へ回転する力を与えることによって、チェーンに張りを与 え弛みを取っている。ロード用とＭＴＢ用では、平行四辺形面の傾き角（後記）が異なる。
動き比（ディレイラーを動かすロープの動き距離とディレイラーの動き距離の比）は１：２（シマノなど）および１：１（ＳＲＡＭ）の２種類がある。
平行四辺形リンク機構のばねの作動方向によって、高ノーマルと低ノーマルがある。
後ディレイラー 参考資料 「ディレイラーのキャパシティ」 プーリ回転数 計算器
自転車の回転体の中では、プーリの回転が最も早い。次にハブの回転が速い。次の計算器でプーリの回転数が計算できる。
ペダル回転数および前スプロケット（クランクスプロケット）の歯数を半角数字で入れて、［計算］を押して下さい。
プーリ回転数が計算できます。 ［計算例］ ペダル回転数７０ｒｐｍ、前スプロケット歯数５２Ｔそしてプーリ歯数１０Ｔのとき、プーリ回転数は３６４ｒｐｍとなる。 平行四辺形
２組の対辺が互いに平行な四辺形は平行四辺形と呼ばれる。どのような角度にしても、対辺は常に平行であるという特徴がある。カンパニョロはこの原理を平行四辺形のリンク機構にして、ディレイラーに応用した。１９４９年に後ディレイラーのプーリの平行移動に、そして１９６０年に前ディレイラーのケージの平行移動に応用し、現在も各社で使われている。
平行四辺形に強度をもたせるため、箱のように厚みのある構造となっている。平行四辺形内部の対角線上にコイルばねが付いており、ロープの引っ張り力に対抗して平行四辺形の形状を保持している。
傾き角
後ディレイラーの平行四辺形面の車軸に対する傾き角（スラント角）をスプロケット群の歯先をなぞった円錐形の半頂角に対応させることによって、案内 プーリーとスプロケットの間隔を一定に保つことが出来て、変速性能が向上する。マウンテンバイクのスプロケット群はワイドレシオのため、クロウスレシオの ロード系（傾き角約３０゜）より大きな傾き角（約４５゜）となっている。従って、スプロケット群に合った後ディレイラーを使用することが望ましい。傾き平行四辺形を持った後ディレイラーはサンツアーが１９６４年に考案し、特許を取得した。高性能のディレイラーとの世界的な評価があり、特許が切れた１９８４年以降、シマノおよびカンパニョロ等が採用した。
前ディレイラーの調整
- 取付（クランプ）位置： チェーン案内の外プレートの平らな部分が大スプロケットの真上で、大スプロケットと平行にする。
外プレートの下部と大スプロケットの隙間を２ｍｍにする。 - チェーン案内の横移動制限： チェーン案内が最小スプロケットから内側へ移動しないよう ロー調整ねじ で設定する。最大スプロケットから外へ移動しないよう トップ調整ねじ で設定する。
- ケーブル張力の調整： ロープ（ケーブル）の張力をロープアジャスターで変えることにより、スプロケット間のチェーンの移動具合が変る。
後ディレイラーの調整
- 案内プーリの横移動制限： 案内プーリが最大スプロケットから内側へ移動しないよう ロー調整ねじ で設定する。最小スプロケットから外へ移動しないよう トップ調整ねじ で設定する。
- 案内プーリの縦移動制限： 案内プーリとスプロケットの上下間隔が狭いほど、迅速な変速ができる。この間隔の微調整は、 Ｂ張力調整ねじ で行う。
- ケーブル張力の調整： ロープ（ケーブル）の張力をロープアジャスターで変えることにより、スプロケット間のチェーンの移動具合が変る。
高ノーマルと低ノーマル
前または後のディレイラーでチェーンを動かす時、そのばね（戻しばね）で動かす方向が、低速方向である形式を低ノーマル（ローノーマル）と言い、高速方向である形式は高ノーマル（ハイノーマルまたはトップノーマル）と言う。それぞれ一長一短がある。 参考資料 「高ノーマルと低ノーマル」 たすき掛け
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| チェーンのたすき掛け |
たすき掛けは、チェーンに横方向の力が働くので、チェーンの伝動効率を低下させる。また、スプロケットの歯およびチェーンの磨耗を早める。 小スプロケット間のたすき掛けは、チェーンが最もたるんだ状態となる。 たすき掛けは好ましくなく、たすき掛けをしなくともそれと近似のギア比となるスプロケットの組合せは存在する。
後ディレイラーのキャパシティには、たすき掛けも含まれている。たすき掛けをしないことを前提にすれば、必要キャパシティが減りショートケージが使える場合もある。ただし、誤ってたすき掛けをした時のリスクはある。
シフター
ディレイラーを動かす操作器をシフターと言う。ハンドルからの遠隔操作となるため、力および移動量の伝達手段としてロープを使う。ディレイラー、シフターおよびロープを一体にして変速機が構成される。操作の仕方によって分類すると、グリップシフターおよびシフトレバーがある。レバーとボタンを組み合わせた形式およびブレーキレバーと一体にした形式もある。
シフターの取り付け位置は、大きく分けるとハンドルおよびフレームとなる。フレームへの取り付け位置は主に下管（ダウンチューブ）または上管（トップ チューブ）である。下管に付けるシフターには、下管の片側のみに付けるシングルレバー（後ディレイラーを操作）および下管の両側に一対に付けるダブルレ バー（前後ディレイラーを操作）がある。
シフターの位置決め方式としては、摩擦シフトおよびインデックスシフトがある。
- 摩擦シフト
シフトレバーが変速域を無段階そして連続的に動く変速シフト方式。レバー位置はチェーンがスプロケット間を移動した（変速した）という人の感覚で決め、その位置はレバー支点の摩擦力で保持される。また、レバーはその摩擦力に抗して動かす。 - インデックスシフト
変速機のシフトレバー位置を、人の感覚でなく機械的に決める方式。インデックスは、位置決めするという意味。ディレイラーがそれぞれのスプロケット位 置に動くよう、シフターが不連続的に位置決め固定される。変速位置は指示器に表示が出る。インデックスシフトと摩擦シフトを切り替えできるものもある。イ ンデックスシフトが作動不良になった時は、摩擦シフトに切り替えて使う。
シマノのインデックスシフト方式はＳＩＳと呼ばれる。
シフト比
ディレイラーはロープの動きをディレイラーの横方向の動きに変換する。シフターによる所定の引き距離は、スプロケット間隔（ピッチ）に対応した動きとする。シフト比はディレイラーの横方向（スプロケット間）の動きとディレイラーのロープ（ケーブル）の動きの比であり、式で表すと：
シフト比はディレイラーの平行四辺形の形状およびロープの取付位置で決まる。
引き距離を変換して、カンパニョロのシフターでシマノの後ディレイラーを操作できるようにする部品としてシフトメイトなどがある。
アウターケーシング
変速機用のアウターケーシングは、ディレイラーを操作するロープ（ケーブル）を中に入れて、シフターからからディレイラーまで案内する外径５ｍｍ程の 比較的容易に曲げることのできる特殊チューブである。アウターケーシングが曲げられても、その中心距離は変わらないように鋼線が埋め込まれ、変速操作の精 度を確保している。具体的には、外径２．５ｍｍほどの樹脂チューブ外面に複数（１８本程）の０．５ｍｍばね鋼線を、ピッチ１００ｍｍ程のゆるい螺旋状に巻き、その上を外 装樹脂で覆っている。このような構造にすると、圧縮力による変形が少なく、かつ、アウターケーシングを曲げても中心線の長さが変わらない。この特性はディ レイラーの正確な移動のために重要。ブレーキ用のケーシングほど圧縮力には強くないが、大きな圧縮力は働かない。
圧縮に弱いので、 大きな圧縮力の働くブレーキ用のアウターケーシングとしては使わないことが望ましい。
ケーブルハウジング、アウターケーブル、アウターワイヤーまたは単にアウターとも呼ばれる。
内装変速機
後輪ハブの中に組み込んだ歯車（ギア）によって変速する変速機でハブギアとも言う。変速機を内装していないハブに比べ、ハブが太くなっているので一見 して分かる。防塵、防水性があり、またグリスが封入されているので注油の必要がなく、外装変速機より磨耗が少ないので寿命が長い。保全（メインテナンス） の必要性が少ないのでシティサイクルに使われることが多い。質量は外装変速機より大きいが、長いチェーンを必要としない。変速操作はペダリング停止時にお いても可能。駆動方式で見ると、チェーンを使用しないベルト駆動およびシャフト駆動の自転車には内装変速機が使われる。
外装変速機がスプロケットで変速するのに対して、内装変速機は遊星歯車を使って変速する。変速の段数は、３段（３速）、４段（４速）、７段（７速）および８段（８速）がある。それぞれの変速比（ギア比）は表１に示す。同表の８段の自己ギア比（ギアレンジ）３．０４（３０４％）は、１０段の後輪スプロケット１２Ｔ－２７Ｔの自己ギア比２．２５（２２５％）より大きい。
ロックナット間距離（ＯＬＤ）およびハブのスポーク穴数は表２に示す。ロックナット間距離とはハブ軸の左右のロックナット外面間またはそれに相当する外面間の距離で、フレームの左右フォークエンド内面間の距離（内幅）に対応する。
自転車としての総合ギア比は、クランクスプロケットと後輪スプロケットのギア比と内装ギア比を掛け合わせたギア比となる。
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総合ギア比 計算器
| 内装変速機付き自転車の固定スプロケットギア比と内装ギア比を総合した、自転車としての総合ギア比を計算します。 「内装段数」を選択後、クランクおよび後輪のスプロケット歯数を、半角数字で入れてください。 総合ギア比が出ます。 |
自動変速機
速度などを検知して、自動的に変速する変速機。内装変速機（遊星歯車）および外装変速機（スプロケット＋チェーン）などの自動変速がある。手動変速の選択もできる。例えば、シマノのサイバーネクサスは内装８段（写真）自動変速となっており、走行速度に合った最適ギアをコンピュータが自動選択する。
変速のための速度計および動力が必要なので、前輪ハブは速度計およびハブ発電機の付いた形となっている。信号待ちなどで停止した
場合は、発進に備えて一番軽いギアになり、軽いペダルで始動できる。最適なギアの選択の困難な婦人などに向いている。 写真の自転車はシマノの
３段自動変速機を搭載したＴｒｅｋ社のシティ車。変速レバーが付いていない。コースターブレーキを使っているのでブレーキレバーも付いていない。
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