【カーボンコラム】割らない ステムの締め付けの注意ポイント

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カーボンコラムとプレッシャーアンカーの位置関係についての記事です。
この記事ではプレッシャーアンカーの役割とそれに対してのステム位置をカーボンコラムの変形を例にとって記事にしています。
読んでいただければステム上部のスペーサー(最低でも5㎜)の必要性が理解できると思います。

ほとんどのロードバイクがカーボンフォークになりました。
コラム部分もカーボンでできていますよね。
エントリーモデルの一部はまだアルミコラムかもしれませんが、多くはカーボンコラムです。

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プレッシャーアンカーとステムの位置

カーボンコラムでのステム位置を決める上で、コラムカットをしスペーサーを入れるわけですがコラム内に入っているプレッシャーアンカーとステムの位置を考えて取り付けていますか?
間違った取り付けをするとコラムにダメージを与えます。

余り過ぎたコラムや切りすぎたコラムは時間経過とともにダメージを与えていますのですぐに改善するようにしてください。

この記事ではステムとプレッシャーアンカーの位置の大切さを実測数値とともに記事にしています。
この記事を読めばステムをフォークコラムに適切に組み付けることができ、その理由も理解できます。

ステムの取り付け位置

ステムの取り付け位置 = ポジションですね。
ハンドルの高さを決めるためにステムの位置をコラムの取り付け位置を変えることによって上下させます。

では、コラムに対してどういった注意点を持って取り付けていますか?

これには大切なルールがあって、それを守らないとコラムにダメージを与えます。

なぜそうなるのか?
本当にそうなのか?
ということを実測した数値からご紹介します。

プレッシャーアンカー(フォークエキスパンダー)

プレッシャーアンカーとは、カーボンフォークのコラム内に取り付けてあるパーツです。

フォークエキスパンダーという名称で販売してるメーカーもありますが、ここではプレッシャーアンカーとさせていただきます。

まずはプレッシャーアンカーの役割を説明させていただきます。
プレッシャーアンカーには2つの役割があります。

1つ目はヘッドパーツにプリロード(圧)をかけてフォークのガタを無くすパーツです。

フロントフォークはフレームのヘッド部分に差し込んであります。
この状態で組んだ場合、前後左右にガタが出ます。

乗車状態でハンドルに少しでも荷重されると、フォークは路面に押さえつけられるのでヘッドベアリングとの間にクリアランス(ガタ)ができてしまいます。

これを解消するのがプレッシャーアンカーの役割です。
ステムを押さえることによって上下のヘッドベアリングに圧をかけるわけです。

圧をかけるためには条件があります。
ステムよりフォークコラムは必ず短くないといけません。

この条件を満たすためにステム上部やステム下部にコラムスペーサーを入れて調整する場合もあります。

取り付けに関することは別記事にしたいと思います。

2つ目は補強です。
補強について説明します。

プレッシャーアンカーとステムの取り付け位置

ステムをフォークコラムに取り付ける場合、必ずプレッシャーアンカーの位置に取り付ける必要があります。
ここからが記事の本質になります。

フォークコラムにステムを取り付けてみた

カットしたフォークコラムにステムを取り付けてみました。
カットしたもので使いようがないので締め付けによって割れても構いません。
割れると思いますか?

ステムのコラム取り付け最大締め付けトルクは 5Nm なので条件付けとしてすべての締め付けトルクは4Nmとしています。
フォークコラムの内径は28.6㎜の真円が実測値です。
この数値がすべての基準になります。
プレッシャーアンカーとステムの位置でのコラム変形の実験なので、プレッシャーアンカーのない状態でステムを取り付けて実測します。

ステムより5㎜コラムが短い場合

自転車に取り付けた場合、ステムの上部にはトップキャップのみでスペーサーの無い状態です。
この状態ではプレッシャーアンカーがステムの位置に無いということは考えられませんが、あるメーカーのプレッシャーアンカーを使った場合『ほぼ無い』状態になることがあります。

この長さのプレッシャーアンカーは取り付けも、ステムの位置も注意が必要です。

水平方向とします
  • ステム垂直方向(前後) 実測値 28㎜
  • ステム水平方向(左右) 実測値 28.55㎜
垂直方向とします

ステムより5㎜コラムが長い場合

自転車に取り付けた場合、この取り付け方ではステムの上下方向にわたってコラム内にプレッシャーアンカーがある場合です。

  • ステム垂直方向(前後) 実測値 29㎜
  • ステム水平方向(左右) 実測値 28.2㎜

ステムより5㎜コラムが長いほうがコラム自体の変形量が多いことがわかりました。
ということは、ステムよりコラムが短いほうがいいのでしょうか?

そうとは言えないと思います。
取り付けにおいては下記の理由の方が確実で正しいと考えます。

ステム上部5㎜には何もないので空間ができます。

部品を取り付ける場合は部品同士の接触部分が多いほうが取り付け剛性であったり均等な締め付けトルクが得られます。
取り付ける一部分に空間ができるのは部品を取りつけるうえで条件がいいとは言えません。

そのことからフォークコラムはステムより長くする必要があります。

今回は5㎜長くコラムを残して実測していますが、実際に組む場合はコラム長はステムより約2㎜くらい長い状態になると思います。
プレッシャーアンカーの上面の厚みと、ヘッドベアリングにプリロードをかけるだけのクリアランスが欲しいためです。
トータルで3㎜長くなったとしたらスペーサーは上部に5㎜入れればいい計算になります。

特にコラムの中ほどに納めるだけのプレッシャーアンカーだと、コラム上部は完全な空間ができるのでコラムに負担がかかりすぎます。
画像のようにコラムトップからプレッシャーアンカーがある場合はコラムへの負担は小さくなりますが、ステムとコラムの接触面積が減るのでやはり5㎜のスペーサー分は上に残した方がいいと思います。

変形量が多いから内側から補強

フォークコラムがステムより長いほうが変形量は大きくなりました。

の状態ではフォークコラムにダメージを与えます。

そこで、内側から補強する意味でもプレッシャーアンカーが必要になります。

ステムで締め付けた内側にプレッシャーアンカーがあれば基準の数値である内径28.6㎜を維持できるわけです。

これでプレッシャーアンカーの2つ目の役割が理解していただけたでしょうか。

ステム上部にはスペーサーが5㎜ないし10㎜入っていることが正しく強度を確保できる取り付けといえます。

極端に長いフォークコラムや極端に短いものは正しい取り付けができているとは言えません。

長すぎるフォークコラムはデザインだけではなくこれらのことから切るということが正しいです。

アルミコラムの場合はプレッシャーアンカーは使えない

アルミコラムのフロントフォークにごくまれにですがプレッシャーアンカーを使ってる方をネットで見かけます。
アルミコラムにはプレッシャーアンカーは使えません。

滑ってしまって抜けてきます。

アルミコラムにはスターファングルナット(スターナット)を使ってください。

アルミコラムはカーボンのように締め付け強度が足りないということはないのでステムの締め付け程度では変形しません。
内側にプレッシャーアンカーなどがなくても強度は確保されています。

ポジションを変えたいので10㎜スペーサー

まとめ

プレッシャーアンカーはカーボンコラムでのみ使い、ステムの締め付け位置に確実にあること。

フォークコラムはステムより5~10㎜長いほうが理想。

極端に長くステム上にあるならば切って適正な位置にプレッシャーアンカーを持ってくる。

フォークコラムを締めるという概念ではなく、プレッシャーアンカーをステムで絞めるという概念で組む。

プレッシャーアンカーで内圧をかけ、ステムで外圧をかける。
お互いの力を利用して締め付け割れを防止する。

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