楕円ギアを追求した形状「非円形ギア　スミス　バロックギア」

x. ドライブ側とテンション側のチェーン張力

　チェーンが一周するなかで「ドライブ側」と「テンション側」が存在します。ペダル踏力を与えると駆動側には、大きなチェーン張力が発生します。　逆にリアディレーラーのテンショナーが与える張力しか発生しない下側では、チェーン張力は、1kgに満たないものです。チェーンが発生させる摩擦抵抗の多くはドライブ側で発生します。それもチェーンリングに噛み合っていく２歯目まで　反対側では、スプロケットから出てくる２歯前までという非常に狭い場所で局所的に摩擦が発生します。　逆にテンション側では、チェーン張力が低いため極々小さな摩擦しか発生しません。

0．チェーン張力と摩擦の関係

まずチェーンの屈折をみる前に、チェーン張力と摩擦力について　
確りと論拠を得なければなりません。条件を統一します。

体重　 68.5kg
出力　 331W
ケイデンス　60rpm

この条件で　50÷25　と　34÷17　のチェーン張力を求めると

50÷25　のチェーン張力　42.19kg
34÷17　のチェーン張力　62.04kg

なんと同じ出力311Wでペダリングした場合でも　34÷17　は　50÷25　の1.47倍ものチェーン張力を発生させることが判ります。

摩擦力について考えるとき　　

摩擦力(kg) ＝荷重(kg) ×　摩擦係数の式を用いて計算します。

荷重とは、この場合はチェーン張力を指します。　つまり同じチェーンの屈折量でも荷重が 1.47倍　大きい 34÷17 の組み合わせのほうが大きな摩擦を発生させることになります。

１．横方向から見た場合のチェーンの屈折

50T÷25T の場合　　チェーンリングにチェーンがかかり始める際の図

34T÷17T の場合　　チェーンリングにチェーンがかかり始める際の図

いよいよチェーンリングとスプロケットのチェーンの屈折　について考えてみましょう。駆動側チェーン（車体上側）がチェーンリングに噛み合っていく箇所、１歯目、２歯目、３歯目のチェーン屈折について3Dモデルで観察してみると　上図の50÷25 の場合、直線で進んできたチェーン（太い点線）がチェーンリングに噛み合う１歯目を過ぎた直後、0°から3.60°屈折します。さらに２歯目に移る際、7.20°まで屈折します。　しかし３歯目に移っても 7.20°のまま　もうチェーンは同じ角度のままチェーンリングに沿って運動します。　このことからチェーンの屈折による摩擦は、ギヤへのかかり始め２番目までで発生している事が判ります。

50÷25　　　　7.20°　
34÷17　　　 10.60°

上図の50÷25　に比べて　下図の34÷17　は、1.47倍も多く屈折して摩擦している事が判ります。

チェーン張力　1.47倍　×　屈折角度　1.47倍　＝　摩擦力　2.16倍

※　摩擦係数は、潤滑など諸条件で異なるので式中の変数についてのみ考察します。

これらの事を考慮して　平地のタイムトライアルでは、より大きなチェーンリング、より大きなスプロケットの組み合わせを用いるわけです。しかし、ヒルクライムにおいては、健康増進が目的のサイクリストが要求するギヤ比は、ファイナルローで「1.0」であることも珍しくなくスプロケットの限界歯数が34T程という制限もあり、チェーンリングはコンパクトサイズの34Tが主流になったという事です。乗鞍や富士ヒルでタイムを狙うようなヒルクライマーの場合は、必要ギヤ比も 1.89～2.40 と小さいチェーンリングが必要となる事は、考えにくいので　より大きな組み合わせ　34Tよりは、36T を選ぶなどしたほうが、より摩擦抵抗が低減できることになり有利です。

2. 上から見たチェーンリングとスプロケットの組合わせ　について

今度は、上から見たチェーンリングとスプロケットの組み合わせについて同じ50÷25　と　34÷17　について考察します。

50÷25　チェーン屈折　4.32°　　アウター×１１速目
34÷17　チェーン屈折　0.32°　　インナー×　６速目

オレンジ色のチェーンがチェーンリングやスプロケットを結ぶ直線に対して角度を持って屈折すれば、横方向の分力　が発生します。

50÷25　の場合チェーン張力 42.19kg × sin4.32°　＝　分力 3.178kg 7.5% も損失が発生します。
34÷17　の場合チェーン張力 62.04kg × sin0.32°　＝　分力 0.346kg 0.6％しか損失が発生しません。

アウター×ロー　の組み合わせがいかに大きな動力損失を発生させているかお解かり頂けたと思います。チェーンリングとスプロケットの歯数の組み合わせを考察する場合は、一番多用する組み合わせにおいてチェーンラインの屈折が最小限になるようインナーチェンリングなら　スプロケット　5,6,7段目にアウターチェンリングなら　スプロケット　2,3,4段目に競技種目における必要ギヤ比を配置すべきだと言えます。