自転車フォーク

自転車のフォークは、自転車の前輪を支える 部分です。

フォークは通常、上部でフォーククラウンによって結合された2 つのブレードで構成されます。クラウンは多くの場合、前方にあります。ほとんどのサスペンション フォークには、下部 (車軸に接続される部分) の両側を接続するアーチがあります。多くの場合、これはスタンション (下部がスライドするシャフト) の前にありますが、常にそうであるとは限りません。クラウンの上には、ステアラー チューブがあり、フォークを自転車とハンドルバー(ステム経由)に接続して、ライダーが自転車を操縦できるようにします。フォークのステアラー チューブは、ヘッド チューブに取り付けられたヘッドセットと呼ばれるベアリングを介してフレームと接続します。

フォークの下部では、フォークエンドが車輪を支えています。通常、車軸はフォークにボルトで固定されているか、クイックリリース スキュアが中空の車軸を貫通して、車軸をフォークに固定します。自転車のドロップアウト (ドロップアウト、フレーム エンド、またはフォーク エンド) は、車輪の車軸が取り付けられるフレームまたはフォークのスロットです。

フォークという用語は、自転車の後輪を支える部分を指すこともあるが、^[1] 19世紀の普通の自転車やペニー・ファージング自転車では、これもブレードフォークであった。現代の自転車の設計では、後輪は実際のフォークではなく、シートチューブ、一対のシートステー、および一対のチェーンステーで構成される後部三角形に取り付けられているが、リアフォークの使用は続いている。^[1]

フォークには、オフセット、長さ、幅、ステアラー チューブの長さ、ステアラー チューブの直径など、いくつかの重要な寸法があります。

自転車のフォークには通常、オフセットまたは傾斜（オートバイのフォークの傾斜とは異なります）があり、フォークの端がステアリング軸より前方に配置されます。これは、ブレードを前方に曲げたり、まっすぐなブレードを前方に傾けたり、フォークの端をブレードの中心線より前方に配置することで実現されます。後者は、サスペンション機構を機能させるためにまっすぐなブレードが必要なサスペンション フォークで使用されます。湾曲したフォーク ブレードは、ある程度の衝撃吸収も提供します。

このオフセットの目的は、「トレイル」、つまりステアリング軸が地面と交差する点から前輪の接地点が後ろに引きずられる距離を減らすことです。トレイルが長すぎると、自転車が曲がりにくく感じられます。

ロードレース用自転車のフォークのオフセットは40～55mmです。^[2]ツーリングバイクやその他のデザインでは、オフセットを決定する際にフレームのヘッドアングルとホイールサイズを考慮する必要があり、良好なハンドリング特性を得るために許容されるオフセットの範囲は狭いです。一般的なルールとしては、ヘッドアングルが緩いほどフォークのオフセットが大きく、小さいホイールは大きいホイールよりもオフセットが小さくなります。

フォークの長さは通常、ステアリングチューブと平行に、下部ベアリングレースの底から前輪車軸の中心まで測定されます。^[3] 1996年に13個の700cロードフォークを調査したところ、最大長は374.7 mm、最小長は363.5 mmであることがわかりました。^{[引用が必要]}

フォークの幅は間隔とも呼ばれ、2つのフォークの端の内側の端の間の前輪の車軸と同一線上で測定されます。現代の大人用フォークのほとんどは100 mm間隔です。^{[4]スルーアクスル用に設計された} ダウンヒルマウンテンバイクのフォークは110 mm間隔です。^[4]

ステアラー チューブのサイズは、ねじ式ヘッドセットの場合はヘッドセット ベアリングがちょうど収まるサイズ、ねじなしヘッドセットの場合は希望するハンドルバーの高さに合うサイズになります。

フレームに合わせてフォークのサイズを決める場合、フォーク ステアラーまたはステア チューブの直径 (1 インチ、1⅛ インチ、または 1½ インチ) はフレームの直径より大きくてはなりません。また、ステア チューブの長さは、ヘッド チューブの長さとヘッドセットのスタック ハイトの合計より長く、ほぼ等しくする必要があります。1⅛ インチ ステア チューブ用に設計されたフレームで 1 インチ フォークを使用したり、1½ インチ フレームで 1⅛ インチ フォークを使用できるようにするアダプタ キットが用意されています。

ロードバイクとマウンテンバイクの両方の高級自転車メーカーは、上部の外径が1⅛インチ、下部の外径が1½インチのテーパードステアチューブを事実上の標準として採用しています。^[5]

ブレードは、希望するホイールを収容できる適切な長さで、フレーム設計者が意図したステアリング ジオメトリをほぼ実現できる適切な傾斜角を備えている必要があります。フォークの機能的な長さは、通常、アクスル トゥ クラウン レース長 (AC) で表されます。また、ホイールのアクスルはフォークの端に収まる必要があります (通常は 9 mm のソリッドまたは中空アクスル、または 20 mm スルー アクスル)。一部のメーカーは、Maverick の 24 mm アクスル、Specialized の25 mm スルー アクスル、Cannondale の Lefty システムなど、独自の規格のフォークとそれに対応するハブを導入しています。

フォークのステアラーチューブは、自転車のフレームの残りの部分にフォークを取り付けるために使用されるヘッドセットに応じて、ねじ付きまたはねじなしになります。ねじなしのスチール製ステアラーチューブは、必要に応じて適切なダイを使用してねじ切りすることができます。ねじピッチは通常、1インチあたり24山ですが、 26山を使用する古いRaleighの一部では例外です。^[6]

ほとんどのマウンテン バイクでは、フォークにショック アブソーバーのセットが組み込まれています。この場合、ブレードは通常、上部と下部の伸縮チューブで構成され、「レッグ」と呼ばれます。サスペンションの移動距離と操作特性は、フォークが設計されているマウンテン バイクの種類によって異なります。たとえば、メーカーはクロスカントリー (XC)、ダウンヒル、フリーライド ライディング用に異なるフォークを製造しています。XC レース用に設計されたフォークは、通常、より起伏の多い地形やより過酷な条件向けに設計されたフォークよりも軽量で、堅牢性が低く、サスペンションの移動距離が少なくなっています。

サスペンションフォークの人気メーカーとしては、キャノンデール、フォックス、SRサンツアー、マニトウ、マルゾッキ、ロックショックスなどがある。^[7]

近年、サスペンションフォークの設計は進歩しており、サスペンションフォークはますます洗練され、設計も多様化しています。サスペンションの移動量は、時間の経過とともに増加しています。サスペンションフォークが導入されたとき、ダウンヒルマウンテンバイクには80〜100 mmの移動量で十分であると考えられていました。通常、この移動量は現在XC分野で使用されており、ダウンヒルフォークは過酷な地形に対応するために150〜200 mmの移動量を提供しています。これはサスペンションフォークの移動量の限界ではありません。たとえば、Marzocchi Super Monster Tは300 mm（12インチ）の移動量を提供します。^[8]

設計上のその他の進歩としては、ライダーがフォークの移動量を特定の地形プロファイルに適応させることができる調整可能な移動量があります。通常、上り坂や平坦な地形では、下り坂よりもサスペンションの移動量が少なくて済みます。高度な設計では、フォークをロックアウトしてフォークの移動量をなくしたり大幅に減らしたりして、平坦な地形での走行効率を高められることもよくあります。このロックアウトは、ハンドルバーのケーブルとレバーで遠隔操作できる場合もあります。

ショックアブソーバーは通常、スプリングとダンパーまたはダッシュポットの2 つの部分から構成されます。スプリングは、スチールまたはチタン コイル、エラストマー、または圧縮空気で実装できます。スプリング材料の選択は、フォーク全体の特性に根本的な影響を及ぼします。コイル スプリング フォークは、圧縮空気スプリングを使用する設計よりも重いことがよくありますが、移動中ずっと直線的なフック応答を示すように設計するのが簡単です。設計でスチール コイルをチタン コイルに置き換えると、設計の重量を減らすことができますが、費用が増加します。エア スプリングは、断熱圧縮されると圧力が上昇するというガスの熱力学的特性を利用します。「スプリング」は金属コイルではなく空気によって提供されるため、エア スプリング付きのフォークは軽量であることが多いです。そのため、XC 設計ではエア スプリングの使用がより一般的です。このタイプのフォーク設計のもう 1 つの利点は、空気圧を調整することでスプリング定数を調整できることです。これにより、フォークをライダーの体重に合わせて調整できます。この設計の欠点の 1 つは、圧力がガスの体積とほぼ反比例して (線形ではなく) 変化するため、線形応答を実現するのが難しいことです。フォークが圧縮されると、フォークの有効バネ定数が増加します。バネ内の空気の体積を増やすと、この影響を軽減できますが、バネの体積はフォーク ブレードの寸法内に収める必要があるため、最終的には制限されます。

ダンパーは通常、サスペンション フォークの 1 つ以上の小さな開口部またはシム スタックにオイルを通過させます。一部のモデルでは、ライダーの体重、ライディング スタイル、地形、またはこれらやその他の要素の組み合わせに合わせて、スプリング、ダンパー、またはその両方を調整できます。2 つのコンポーネントは、スプリング メカニズムを一方のブレードに、ダンパーをもう一方のブレードに分離できます。

長年にわたり、フォークの設計にはさまざまなバリエーションが試されてきました。そのうちのいくつかは今でも使用されています。

伸縮要素に頼る代わりに、機械的な動作を提供するためにリンク機構を採用しているものもあります。キャノンデールのように、クラウン上のステアラーチューブに単一のショックを組み込んだものもあります。フォーク技術における最近の注目すべき進歩の1つは、複合板ばねを使用して機械的な衝撃吸収と減衰を提供しながら、従来の設計と比較して大幅な軽量化を実現したラウフスプリングです ^[9]

CannondaleやStridaなどのメーカーは、片足フォークを提供しています。Cannondale の Lefty と呼ばれる片刃フォークの多くは、従来型または倒立型の構成のサスペンションフォークです。これらのフォークは、八角形のレースにリニアニードルローラーベアリングを使用してステアリングトルクをホイールに伝達しますが、従来の 2 刃サスペンションフォークは管状のリニアプレーンベアリングを使用します。Lefty フォークを使用するには、特別な Lefty ハブが必要です。このハブは、フォークに固定された車軸にハブを押し付けるネジによってフォークの端に取り付けられます。

トラックフォークは伝統的に、ロードバイクで使用されている楕円形ではなく、円形のブレードを備えています。これは、頻繁なスプリントによって発生する横方向の力に対して円形の方が剛性が高いという理由もありますが、主な理由は、トラックレースのタイヤが常に細く、楕円形のブレードによって得られる追加のクリアランスを必要としないからです。円形ブレードには、対応する円形ソケットを備えた特別なフォーククラウンが必要です。自転車がベロドロームでのみ使用されることを意図している場合、トラックフォークにフロントブレーキ用の穴を開けることはできません。タイヤとフォーククラウンの下側との間のクリアランスは、多くの場合 5 mm 未満です。

すべてのフォークがヘッドチューブに取り付けられたベアリングで操縦するわけではありません。StridasとPedersenの自転車のフォークは、フレームの2つの異なるポイントで支えられたフォークの外側の軸を中心に旋回します。トライアスロンバイクの新しいトレンドは、バヨネットフォークまたは外部ステアリングフォークと呼ばれる同様のものですが、ピボットベアリングはヘッドチューブに似たものの上部と下部にあります。^[10]

フォークは、スチール、アルミニウム、カーボンファイバー、チタン、マグネシウム、およびさまざまな組み合わせで作られています。たとえば、フォークには、アルミニウムのクラウン、ステアラーチューブ、またはフォークエンドを備えたカーボンファイバーブレードが付いている場合があります。

リジッドフォークでは、フォークの材質、形状、重量、デザインが自転車の乗り心地や操作性に大きく影響します。カーボンファイバーフォークは軽量で、路面からの振動を軽減して吸収するように設計できるため、ロードバイクで人気があります。

木製のフォークの例もある。^{[11] [12] [13]}しかし、これらは現代では一般的ではなかった。

フォークには、ブレーキ、ラック、フェンダーを取り付けるためのポイントがあります。これらは、クラウン、ブレード沿い、フォークの端の近くにあります。これらは、ねじ山の有無にかかわらず穴になっていることが多く、突き出たタブに取り付けられていることもあります。

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