ヘッドセット（自転車部品）

ヘッドセットは、自転車のフォークと自転車フレームのヘッドチューブの間に回転可能なインターフェイスを提供する自転車の部品のセットです。フォークのステアラーが通るチューブはヘッドチューブと呼ばれます。一般的なヘッドセットは、ヘッドチューブの上部と下部に押し込まれた 2 つのカップで構成されています。2 つのカップの内側にはベアリングがあり、ベアリング カップとステアラーの間に低摩擦接触を提供します。

従来の自転車のヘッドチューブとヘッドセットは、直径25.4 mm（1インチ）のステアチューブ（フォークコラムとも呼ばれる）に合わせてサイズが決められています。現在、多くのフレームとフォークのメーカーは、直径28.6 mm（1インチ）のステアチューブを基準に部品を製造しています。+1 ⁄ 8 インチ。ヘッドチューブとヘッドセットの直径が大きいため、自転車のステアリング部分の剛性が向上します。

一般的なサイズ

• 25.4 mm (1 インチ) のステアラー チューブには、さまざまな寸法のフォーク クラウン (フォーク ステアラー チューブのベース) があり、ヘッドセットを適合させるにはフライス加工が必要になる場合があります。
  • 26.4 mmクラウンレース（ISO規格）
  • 27.0mmクラウンレース（JIS規格）

他のサイズのステアチューブも一般的になりつつあり、その傾向はますます強まっています。^[1]

• 28.6 mm（1+1 ⁄ 8 インチ、元々はTioga「Avenger」というブランド名でした
• 31.8 mm（1+1 ⁄ 4 インチ）、元々はGary Fisher「Evolution」という
• 38.1 mm（1+OnePointFive 国際標準で使用される1 ⁄ 2 インチです。
• キャノンデールヘッドショック。ヘッドショックのステアラーは38.1mm（1+1 ⁄ 2 インチ）実際は39.7 mm（ 1+9 ⁄ 16 インチ）。38.1 mm（ 1+1 ⁄ 2 インチ) と Headshok は非常によく似ており、最小プレス深さのみが異なります。
• 38.1～28.6mm（1+1 ⁄ 2から1+1 ⁄ 8 インチ）の「テーパード」ヘッドセット（2009年以降）。下部ベアリングは38.1 mm（ 1+1 ⁄ 2 インチ）で剛性を高め、アッパーは28.6 mm（ 1+重量を軽減し、既存のステムインターフェイスと一致するように、直径1 ⁄ 8 インチのチューブが開発されました

ヘッドセットのスタック ハイトは、ヘッドセット コンポーネントと、スレッドレス システムの場合はステムの合計組み立て高さです。ヘッド チューブに押し込まれるタングと (スレッド式ヘッドセットの場合) ロックナットの上部シールの厚さは除きます。フレームとフォークのスタック ハイトは、ステアラー チューブの長さとヘッド チューブの長さの差です。スタック ハイトがフレームとフォークよりも高いヘッドセットはフィットしないため、スタック ハイトは重要です。ロックナットが十分にねじ込まれない (スレッド式) か、ステム用のスペースがない (スレッドレス) 可能性があります。ヘッドセットのスタック ハイトがフレームとフォークよりも低い場合は、差を埋めるためにスペーサーが追加されます。

ヘッドセットには、ベアリングを固定する方法 (ロックナットまたはクランプステムを使用) やベアリングが配置されている場所 (ヘッドチューブの内側または外側) によって区別できるいくつかの異なるタイプがあります。

ねじ式ヘッドセットは、ねじ式ステアラー チューブを備えたフォークで使用され、従来のタイプです (上の写真を参照)。ねじ式ヘッドセットには、クラウンレース、下部ベアリング、下部フレーム カップ (「下部ヘッド チューブ レース」として表示)、上部フレーム カップ (「上部ヘッド チューブ レース」として表示)、上部ベアリング、上部レースまたはコーン、ワッシャー、ロックナットの 8 つの部品があります (下から上へ)。

一般的なヘッドセットの取り付け手順は次のとおりです。自転車フォークの製造元によってステアラー チューブが適切な長さに切断され、転造プロセスを使用してステアラーの上部 25～51 mm (1～2 インチ) にねじ山が切られます。このプロセスにより、材料が失われることがなく、ダイまたは旋盤切削の場合のようにステアラーが弱くなることはありません。ねじ山付きフォークでは、ステアラーのねじ山が上部 25～51 mm (1～2 インチ) のみを使用する必要があるため、フォークはさまざまな長さで販売されています。長すぎるフォークを使用する必要がある場合、つまりフォーク ステアラーのねじ山が十分に深くない場合は、自転車整備士がダイを使用してねじ山を延長することができます。ねじ山を 1 インチ程度以上切断する必要がある場合は、この方法はお勧めできません。ちなみに、製造後にねじ山のないステアラーにねじ山を切ろうとしないでください。ステアラー チューブが弱くなります。^[要出典]ねじ山は通常 ISO 規格 1″-24  TPI (25.4×1.058  mm ) ですが、他の規格も存在します。ヘッドチューブを面取りし、カップを特殊なプレスを使用してヘッドチューブに押し込み、それらが直角で真直であることを保証します。フォーククラウンを面取りし、クラウンレースを特殊なプレスを使用してフォーククラウンに押し込み、これも直角で真直であることを保証します。次に、ベアリングをクラウンレース上に配置し、その後、ステアラーチューブをヘッドチューブに挿入します。上部ベアリングを上部カップに配置し、上部レースをステアラーにねじ込みます。ワッシャー (多くの場合、キー付きワッシャー) を上部レース上に配置し、その上にロックナットをねじ込みます。

ヘッドセットの遊びをなくすための調整は、次のとおりです。上部レースまたはコーンを上部カップのベアリングに接触するまでねじ込みます。上部コーンを回してさらに 1/8 または 1/4 回転させて、わずかなプリロードをかけます。次にロックナットを締め、ヘッドセットの遊びとスムーズな動作を確認します。必要に応じて再調整を行います。

クイルタイプのステムは、下部にウェッジが付いた上部からステムに通るエキスパンダー ボルトを使用してフォークのステアラー チューブに取り付けられています。ステムはステアラー チューブ内に収まり、ヘッドセットを邪魔することなく適切な高さに調整できます。ステムを調整するために解放するには、ステムの上部にあるボルトを数回回転させて緩め、ボルトを軽くたたいてウェッジを外します。

スレッドレス ヘッドセットと同様に、スレッド ヘッドセットも内部構造にすることができます。内部構造では、レースとコーンがヘッド チューブに埋め込まれ、すっきりとした流線型の外観になっています。フォーク クラウンとヘッド チューブの間には、プラスチック リングを除いてコンポーネントは見えず、ヘッド チューブの上部からロックナットだけが突き出ています。2016 Brodie Quantum のステアリング アセンブリの画像では、ロックナットはプラスチック カバーで隠れています。ヘッド チューブの広い上部と下部にはベアリングが入っています。ステアリング チューブにはクイル ステムが挿入されます。

スレッドレス ヘッドセットは、比較的新しい設計です。米国特許 5095770 は Cane Creek Cycling Components が所有しており、2010 年 9 月 29 日に失効しました。このタイプのヘッドセットは、Dia-Compe (現在の Cane Creek) の登録商標「Aheadset」でよく呼ばれ、^{[2] [3]}ライセンスに基づいて製造されています。従来のヘッドセットと同様に、2 セットのベアリングとベアリング カップを使用します。スレッドレス ヘッドセットは、スレッド付きヘッドセットとは異なり、スレッド付きトップ ヘッドセット レースがなく、スレッド付きステアラー チューブも使用しません。代わりに、ステアラー チューブはフォークからヘッド チューブを通りヘッドセットの上まで伸び、上部でクランプされたステムによって所定の位置に保持されます。

スレッドレスヘッドセットを締めるには、ステム上部のキャップにあるプリロードボルト（またはキャップボルト）を締める必要があります。このボルトは、ステアチューブに打ち込まれたスターナットに接続されており、下向きの力でステアチューブの内側をつかむことでアンカーとして機能します。一部の設計では、スターナットを自己拡張ウェッジに置き換えることができます。ボルトはステムをスペーサー（通常はアルミニウム）に押し下げ、スペーサーがヘッドセットのベアリングカップを圧縮します。プリロードボルトはフォークを自転車に固定するものではありません。プリロードを設定した後、ステムボルトを締めてフォークを所定の位置に固定する必要があります。ベアリングに遊びがなく、フォークが固着したり過度の摩擦が生じたりすることなくスムーズに回転するように調整する必要があります。

スレッドレス ヘッドセット システムでは、ステムとプリロード ボルトをステアラー チューブの正しい位置に配置するためにスペーサーが重要です。したがって、ステムのスタック ハイトが重要になります。フォークのステアラー チューブは、ステムをクランプするために少なくともヘッドセットの上に突き出ているステアラー チューブの長さに切断する必要があります。ステアラー チューブがステムより長く切断されている場合は、スペーサーを使用してステムと円錐形圧縮ワッシャーの間の隙間を埋めます。より良い空気力学のためにサドルからハンドルバーまでのドロップを最大限にしたい自転車レーサーは、スペーサーを使わずに、ヘッドセット ベアリング カップのスタック ハイトとステムの高さの合計に正確に一致するようにステアラー チューブを切断することがよくあります。

ステアラーチューブを最小の長さに切断すると、より高いステムやスタックハイトの高いヘッドセットカップへの交換ができなくなります。この切断後にハンドルバーの高さを増やすには、新しいフォーク、より角度のついた上昇のあるステム（一部のステムは、より高くするために裏返すことができます）、またはステアラーチューブに固定して元のステムのクランプ位置を高くする特別なアダプターを購入する必要があります。さらに、熟練したレーサーほど柔軟性がない多くのライダーは、ハンドルバーの高さを増やして、サドルからハンドルバーまでの低下を減らし、より直立した快適なライディングポジションを実現したいと考えるかもしれません。オーナーが単にヘッドセットをスタックハイトが少し高いものに交換したいだけであれば、バイクショップやフレームビルダーがヘッドチューブをフライス加工または再表面処理して、フォークを交換しなくてもスタックハイトを 1 ～ 2 mm 増やすことができる場合があります。多くのスレッドレス フォーク ステアラー チューブは、調整を可能にするために必要以上に長くカットされており、ステムの上のステアラー チューブには、ハンドル バーの高さを微調整するためにステムの上または下に動かすことができるスペーサーが積み重ねられています。これらのスペーサーは、多くの場合、アルミニウムまたはカーボン ファイバーですが、チタンスペーサーも利用できます。

比較的最近開発された一体型ヘッドセットは、ねじなしヘッドセットの上部と下部のベアリング カップを廃止し、代わりにフレームのヘッド チューブに直接ベアリングを固定します。外観上の魅力から好まれることもある一体型ヘッドセットは、ヘッドセット アセンブリに含まれる部品の数を減らします。一体型ヘッドセットの代表的な規格には、Cane Creek の「IS」^[4]や、メーカー名以外は無名のCampagnoloの規格などがあります。大手ヘッドセット メーカーの Chris King は、一体型ヘッドセットの実装に強く反対しています。^[5] King の主張の根拠は、ベアリング「シート」付きのヘッド チューブは、適切な精度で機械加工されているとはほど遠いということです。そのため、ヘッドセット カートリッジ ベアリングは、自転車のヘッド チューブにやや緩く固定されます (プレス フィットとは対照的)。使用中、ベアリングはスラスト荷重を受けてシート内で揺れ、より柔らかいフレーム素材 (多くの場合はアルミニウムですが、一体型ヘッドセット用にチタン フレームも製造されています) を簡単に損傷します。フレームに十分な損傷があれば、特にフレームがアルミニウム合金で作られている場合は、フレームを交換する以外に選択肢はありません(チタンとスチールは修理できる可能性がありますが、通常は消費者にとって大きなコストがかかります)。また、キング氏は、一体型ヘッドセットは比較的安価で取り付けに時間がかからないため、大手自転車メーカーの多くにとって、一体型ヘッドセットは主にコスト削減策であると主張しています。

セミインテグレーテッドヘッドセットとも呼ばれるインターナルヘッドセットには、従来のスレッドレスヘッドセットのすべての部品が含まれていますが、ベアリングはヘッドチューブの外側ではなく内側にあります。インテグレーテッドヘッドセットとは異なり、インターナルヘッドセットでは、ベアリングとフレーム自体の間にカップが使用されています。インターナルヘッドセットの著名な標準には、Chris KingのInSetとCane CreekのZeroStackがあります。これらのデザインでは、44.0 mmの内部ヘッドチューブ径が使用されています。^{[6] [7]}

最近では、いくつかの理由から、高品質の自転車ではねじ式ヘッドセットがねじなしヘッドセットに置き換えられています。

• ねじなしステアラーチューブを備えたフォークは、販売時点でサイズに合わせて切断でき、メーカーは異なるフレーム サイズに同じフォークを使用できるため、メーカーにとってコストが安くなります。これに対して、ねじ付きステアラーチューブを備えたフォークは、フレームのヘッドセット チューブの長さに合わせる必要があるため、自転車メーカーはフレーム サイズごとに異なるサイズのフォークを製造または購入する必要があります。
• 通常の六角レンチは、ねじなしヘッドセット ベアリングの調整に使用できます。比較すると、ねじ付きヘッドセット ベアリングの調整には、大きくて比較的高価なレンチが必要です。レンチのサイズが大きいため、通常は持ち運びが困難です。
• スレッドレスヘッドセットとフォークは取り付けが速く、製造コストを節約できます。
• スレッドレス ヘッドセットとフォークは、同等のスレッド ヘッドセットとフォークよりもわずかに軽量です。
• スレッドレスステムはフォークにしっかりと固定され、ハンドルバーの剛性が向上します。
• メンテナンスされていない自転車では、ねじ付きヘッドセットのステムとステアリングチューブの間に水が入り込み、腐食や固着を引き起こす可能性があります。

ねじ式ヘッドセットには、次のような利点もあります。

• ねじ付きステアラーチューブは工場でフレームに合わせて調整されるため、ハンドルバーの高さの調整が簡単になります。
• ねじ式ヘッドセットは、通常のねじなしヘッドセットステムよりも広い範囲で垂直方向に調整できるクイルステムを使用します。

少なくとも1つのメーカー、Cane Creekは、ステアリング軸の角度を変更できるアフターマーケットのスレッドレスヘッドセットベアリングキットを提供しています。^[8]他のすべてが同じであれば、これによりバイクの 幾何学的なトレイルが変わります。

自転車のヘッドセットベアリングは通常ボールベアリングで、ルーズボール、ケージボール、カートリッジ内に予め密封されたボールのいずれかです。ニードルベアリングも利用できます。^[9]

統合型 1⅛ インチ ヘッドセットでは、カートリッジ ベアリングの異なる規格を区別することが重要です。 互いに互換性のない統合規格が 3 つあります。 数字 (45/45、36/45、36/36) は、使用するカートリッジ ベアリングの角度を示します。 これらのベアリングはすべて同じように見えます。

Campagnolo 規格: 45/45。(Campagnolo 規格と呼ばれることが多い) これは、BMX フレーム、BMX 由来のダートジャンプ フレーム (Transition Trail-Or-Park など) でよく使用されます。ロード バイクでもよく使用されます。最も一般的な 3 つのメーカーは、Campagnolo、FSA、Cane Creek です。この規格のヘッド チューブの内径は 42.0 mm です。

Cane Creek 規格: 36/45。マウンテン バイクのフレームや、かなりの数のロード バイクのフレームで非常に一般的です。ヘッド チューブが一体化した Giant 製のフレームのほとんどがこの規格を使用しています (自転車の多くに相当します)。2 つの主要メーカーは FSA と Cane Creek です。この規格のヘッド チューブの内径は 41.1 mm で、Cane Creek は、ヘッドセットのトップ キャップの下に 0.25 mm のシムを使用することで、CC 規格のヘッドセットが Campagnolo 規格のヘッド チューブに適合すると主張しています。

FSA 規格: 36/36。一部のニッチ ブランドを除き、完全に統合されたヘッドセット (ベアリングがフレーム内に収まっている) にこの規格を使用するところはありません。FSA のすべての半統合型 (内部カップ) ヘッドセットと一部の標準ヘッドセットにも 36/36 ベアリングが使用されているため、36/36 ベアリングは依然として多くあります。

フレームとヘッドセットのメーカーはいくつかのサイズ基準を開発している：^[10]

従来のヘッドセット カップは、円筒形のヘッド チューブに押し込まれます。フレーム上のヘッド チューブの標準的な寸法は次のとおりです (従来のヘッドセット カップとセミ統合型ヘッドセット/ZeroStack ヘッドセット)。

ヘッドセットが一体化された自転車フレームには、フレームに直接機械加工されたカップがあり、ベアリングは別途取り付けられたカップを介さずに直接フレーム内に収まります。特殊な工具 (またはハンマーと木のブロック) を使用してフレームに押し込む必要のある従来のベアリング カップに比べて、必要な工具が少なくなります。

自転車のヘッドセット、特にフェンダーのないヘッドセットは、前輪から飛び散る水や砂利にさらされ、錆びや急速な摩耗の原因になります。より優れたヘッドセットは、ゴム製のリップシールや「O」リング (ダートスカート) を使用して水の浸入を防いでいますが、効果はさまざまです。ベルクロ留めの外部ネオプレンバンドは、下部レースを包んで保護するために使用でき、取り外して洗浄できます。自転車に乗る人の中には、フォークを取り外して、古いインナー チューブの一部を下部レースに取り付け直す人もいます。これは、利便性は劣るものの、同じ機能を果たします。

乾燥したコンディションでのみ、またはフェンダーを装着した状態でのみ走行する自転車では、通常の故障モードは、自転車業界では「インデックス」と呼ばれるステアリングの進行性のノッチであり、レースのピットまたは偽ブリネルリングによって引き起こされますが、この用語は原因の誤解から生まれました。真のブリネルリングは、ボールをレースに軸方向に押し込むだけで発生し、フォーククラウンをハンマーで繰り返し叩いてもこの損傷を再現することはほとんど不可能です。ピットはヘッドチューブの前後ではるかに深く、実際にはフォークブレードのたわみによって引き起こされ、それがステアチューブに伝達されます。これによりベアリングの位置がずれ、フレッティングが発生します。フレッティングとは、ボールが載っている部分でレースから金属を引き裂く小さな振幅の大きな応力の動きです。^[11]

解決策は、ヘッドセットに 45 度のインターフェースを設けてこの屈曲運動に対応し、レースの相対的な位置合わせを維持し、ボール ベアリングが純粋な軸方向および回転方向の負荷を受けられるようにすることです。シマノ カートリッジ ベアリング ヘッドセットは、カートリッジが圧入カップに対して移動できるようにすることでこれを実現しています。一方、ストロングライト ローラー ベアリング ヘッドセットとほとんどのスレッドレス ヘッドセットは、現在、カップに対して移動できる緩い上部レースと下部レースを備えています。そのため、最新のヘッドセットでは、偽ブリネル現象はほとんど発生しません。

あまり一般的ではないヘッドセットの故障は、実際にはフレームの故障です。ヘッドチューブが伸びて、タイトな干渉フィットであるはずのヘッドセットカップがチューブ内で緩むことがあります。ラグのないフレームは最も脆弱です。ラグのあるフレームでは、ラグがヘッドチューブの上部と下部を補強し、通常、このタイプの伸びを防止します。緩んだカップは、Loctite 660 などの保持剤で固定できます。一部のメーカーは、この状況に対処するために、少し大きめのカップを製造しています。通常、影響を受けるのは下部のカップです。

フロントカンチレバー ブレーキまたはセンタープル ブレーキにケーブルストップを設けるために、ハンガーをヘッドセットに組み込むことができます。ハンガーは、ねじ付きヘッドセットの場合はトップ レースとロック ナットの間のワッシャーの一部として、ねじなしヘッドセットの場合はトップ レースとステムの間のスペーサーの一部として組み込むことができます。

ウィキブック自転車には、ヘッドセットのオーバーホールに関するページがあります。

ウィキメディア・コモンズには、ヘッドセット (自転車部品) に関連するメディアがあります。

• ヘッドセットの種類と規格（パークツールより）
• ヘッドセットの要点シェルドン・ブラウン著