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」

スミスの「バロックギア：Baroque-Gear」は、ペダリング時にクランク角度によってギヤ倍数が変化する、円形でも楕円形でもない非円形をしています。バロックギアの形状は１つのパターンではなく４種類の非円形状をラインナップ。
その理由はペダリング時の発生ベクトルが各個人によって様々であり、取組む種目によっても異なるからです。
また、バロックギアの製品では４つの形状を提案していますが、パイオニア社のペダリングモニターによる測定結果を元に、選手の個別性に応じたギヤ形状のオーダーメイド作成も可能です。
※2019年6月現在、個別のオーダーメイドにはご対応致しておりません。既存のラインナップからお選び下さい。

非円形ギアの歴史

現在までにも市販化された真円形ギヤ以外のギヤ形状には、1980年代のシマノのバイオペースを始めとしローターを代表とする楕円形ギヤ、そしてツールドフランスで総合優勝したヴィギンスやフルームが使用したオーシンメトリックのような独特な形状をしたものまで数社が真円形ではないギヤを市販化しています。
これらのギヤに共通する点は、既成の形状を提案し唱える効果を得られるだろうというものでした。
しかし実際にギヤを購入したユーザーからの反応は、賛否分かれるものでした。

図1
上図は真円ギアと非円形ギア（SMITH Baroque-Gear 39T)の踏力変化のデータです。緑の直線は真円ギア39Tで踏力に変化はありません。一方、二次曲線を描いているのが非円形ギアです。このように、非円形ギアは形状を変えることで仮想ギア比が変化し、ペダリングトルクに変化をもたらすことが可能です。

ペダリングベクトルの可視化で見えてきたもの

2013年頃からパイオニア社のペダリングモニターが普及したことで興味あるユーザーたちは、自分自身のペダリングベクトルを詳しく観察できるようになりました。これにより明らかなったことは、ペダリングベクトルには個人差があること、そして同じ人物でも取組む種目、運動強度、乗る自転車のサドルポジションによってペダリングベクトルの傾向には、大きな違いがあることが認識されるようになりました。

図2
上図は選手10人のペダリングを測定した際の右足のトルク曲線です。背景の濃いグレーのゾーンが理想トルク曲線を表しています。測定結果の赤い部分がピークトルク時、水色の部分が負のトルク時を表します。
クランク角度９０°でピークトルクが発揮されることが理想ですが、実際には10人中8人が９０°から１２０°の範囲でピークを迎えていることが観察できます。

既製品の非真円ギア製造手段に見る限界

従来、真円形ギヤではクランク角度によって大きく変動するペダル踏力に対応できず大きなロスを発生させていました。　これらを解決しようと提案された各種の楕円形ギヤたちですが、既製品として一つの形状を全ての人に当てはめようとしたのでベクトル配分がそれに合わないユーザーは、効果を得られない場合が多かったのです。
提案される各種の楕円形ギヤの形状が既製品として画一的に成らざるを得ない原因は、ギヤを製造する際の生産手段の制約によるものです。
つまり大量に生産するには同じ形状である必要があったわけです。いくつものパターンを準備して選手のベクトルの個別性に合わせるには、三次元CADCAMと3Dプリンターのような生産手段の登場を待たなければならなかったのです。

図3
上図のはペダリング時のピークトルク時におけるバラツキ範囲を拡大したものです。従来の生産手段では、各社がベストと考える１点の角度から、１パターンの形状を決定し量産します。
スミスでは、設計工程（三次元CADCAM）と生産工程が（高速マシニングセンタ）が直結した生産手段により、幅広いラインナップに対応でき、カスタムオーダーメイドによる製作も可能です。

図4
上図は非円形ギアの特性であるギア倍数の変化（仮想ギア比）ピークに達した時点の製品別クランク位置です。ギアの角度を4パターンに分けることで幅広いユーザーのトルク曲線にマッチングすることが出来ます。

三次元CADCAMと高速マシニングセンタによる製造のメリット

株式会社スミスでは、自動車メーカーの開発支援を事業とするうちに三次元CADCAMと高速マシニングセンタを駆使するためのプログラム開発技術を保有するに至りました。
2019年現在、9枚のそれぞれ形状の異なるギヤを一台の工作機械で同時に加工することができます。
これにより各選手のペダリングベクトルの個別性に対応ができる非円形ギヤ「Baroque-Gear」を市販することが出来ます。