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자전거 포크

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목차

1. 개요

자전거 포크는 자전거의 앞바퀴를 지지하는 부분으로, 다양한 종류와 구조, 그리고 재료로 제작된다. 크게 서스펜션이 없는 리지드 포크와 서스펜션이 내장된 서스펜션 포크로 구분되며, 각 포크는 자전거의 종류와 사용 목적에 따라 적합한 형태와 기능을 갖는다. 포크는 오프셋, 길이, 폭, 스티어러 튜브 길이 등 다양한 치수를 가지며, 강철, 알루미늄, 탄소 섬유 등 여러 재료로 만들어진다. 또한, 싱글 블레이드 포크, 트랙 바이크 포크 등 특수한 형태의 포크도 존재하며, 브레이크, 랙, 펜더 등의 부착 지점을 가질 수 있다.

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자전거 포크
개요
자전거 포크의 예
자전거 포크의 예
역할앞바퀴를 자전거 프레임에 연결하고, 조향을 가능하게 함.
위치자전거 앞부분
재질강철
알루미늄
탄소 섬유
티타늄
구조 및 종류
크라운포크 블레이드를 스티어러 튜브에 연결하는 부분
블레이드액슬(차축)을 지지하는 다리 부분
액슬 시트액슬을 고정하는 부분
드롭아웃액슬 시트의 끝부분으로, 액슬을 삽입하는 슬롯이 있음
스티어러 튜브헤드 튜브 내부로 삽입되어 프레임과 연결되는 부분
서스펜션 포크충격 흡수를 위한 스프링 또는 댐퍼 시스템을 내장한 포크
리지드 포크서스펜션 기능이 없는 고정식 포크
재료
강철전통적인 재료, 내구성이 뛰어나고 저렴함
알루미늄가볍고 강성이 좋음
탄소 섬유매우 가볍고 진동 감쇠 능력이 뛰어남, 가격이 비쌈
티타늄강하고 가벼우며 내식성이 뛰어남, 가격이 매우 비쌈
기능별 분류
서스펜션 포크노면의 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고, 핸들링을 개선함
리지드 포크가볍고 반응성이 빠르며, 유지 보수가 용이함
기타
주의사항포크는 자전거의 안전에 매우 중요한 부품이므로, 손상 시 즉시 교체해야 함.

2. 종류

자전거 포크는 스티어링 컬럼이라는 축을 통해 프레임에 연결되어 회전하며, 앞바퀴 축 양 끝을 고정하는 블레이드 또는 레그라는 부재로 구성된다. 크게 리지드 포크와 서스펜션 포크 두 종류로 나뉜다. 리지드 포크는 서스펜션이 없는 형태로, 주로 로드 자전거나 BMX처럼 포장도로 주행이나 순간적인 힘이 필요한 자전거에 사용된다. 서스펜션 포크는 서스펜션이 내장된 형태로, 산악 자전거나 크로스바이크와 같이 비포장도로 주행이나 충격 흡수가 필요한 자전거에 주로 사용된다.

2. 1. 리지드 포크

자전거가 발명된 초창기부터 사용된 방식으로, 서스펜션을 내장한 포크에 대비하여 "고정된" 의미로 리지드(rigid) 포크라고 불린다. 산악 자전거처럼 서스펜션 기능이 요구되는 일부 차종 외에는 리지드 포크가 사용된다. 소재로는 탄소강, 크로몰리, 알루미늄, 티타늄, CFRP 등이 사용된다. 서스펜션을 내장한 포크에 비해 저렴하고 가볍다.

저렴한 가격으로 인해 경쾌 자전거, 포장도로 주행을 전제로 충격 흡수력보다 추진력이 요구되는 로드 자전거 등 포장도로용 차종에서 많이 볼 수 있다. 순간적인 힘을 요구하는 BMX 및 미묘한 밸런스 감각을 요구하는 트라이얼 자전거에서도 리지드 포크가 채용된다.

로드 자전거에 사용되는 리지드 포크 중, 블레이드 부분의 공기 저항 감소를 도모한 형태를 특히 '''에어로 포크'''라고 부른다. 블레이드의 단면을 편평하게 함으로써 전면 투영 면적을 작게 하면서 충분한 강도의 단면적을 확보하고, 더 공기 저항을 줄인 물방울 모양의 것도 있다.

2. 2. 서스펜션 포크

흔히 "서스포크", "(프론트) 서스"로 줄여서 부른다. 이름 그대로 서스펜션이 내장된 포크이다. 주로 산악 자전거에 장착되며, 오프로드 주행을 상정하는 경우가 많다. 충격 흡수 성능 덕분에, 크로스바이크 등에서 쾌적함을 추구하는 차종에도 자주 볼 수 있다. 로드 바이크용 서스펜션 포크도 과거에는 존재했으며, 프로 경주에서도 [파리-루베]와 같이 노면이 열악한 레이스에서 1990년대 초기에 투입되기도 했지만, 현재는 거의 찾아볼 수 없다.

서스펜션은 쉽게 말해 쿠션으로, 노면에서의 충격 흡수와 노면 추종성의 향상이라는 두 가지 역할을 한다. 이는 비포장 도로 주행, 주로 급격하게 거친 내리막길에서의 제어를 쉽게 해준다. 반면 단점으로는 리짓 포크에 비해 무겁다는 점(XC 계열에서는 1.5kg-2.5kg, DH에서는 3kg 초과), 특히 최근의 서스펜션은 복잡한 기능이 탑재되어 있어 정기적인 유지 보수(오버홀 포함)가 필요하다는 점을 들 수 있다. 전형적인 형태의 시판품 중 가장 가벼운 것은 1.2kg 정도이다.

트레일링 링크 서스펜션 포크 on a 브리지스톤


캐논데일 헤드 쇼크 서스펜션 포크


대부분의 산악 자전거에서 포크는 일련의 충격 흡수 장치를 포함하며, 이 경우 블레이드는 일반적으로 상부 및 하부 텔레스코핑 튜브로 구성되며 "다리"라고 불린다. 서스펜션 트래블 및 핸들링 특성은 포크가 설계된 산악 자전거 타기 유형에 따라 다릅니다. 예를 들어, 제조업체는 크로스컨트리(XC), 다운힐, 프리라이딩을 위해 서로 다른 포크를 생산한다. XC 레이싱용으로 설계된 포크는 일반적으로 더 가볍고 덜 튼튼하며 거친 지형과 더 극한 조건을 위해 설계된 포크보다 서스펜션 트래블이 적다.[7]

서스펜션 포크의 인기 있는 제조업체로는 캐논데일, 폭스(Fox), SR 선투어(SR Suntour), 매니투(Manitou), 마조치(Marzocchi), 락샥스(RockShox) 등이 있다.[7]

서스펜션 포크 디자인은 최근 몇 년 동안 발전하여 서스펜션 포크가 디자인 측면에서 점점 더 정교해지고 다양해졌다. 사용할 수 있는 서스펜션 트래블의 양은 시간이 지남에 따라 증가했다. 서스펜션 포크가 처음 도입되었을 때 다운힐 산악 자전거의 경우 80mm–100mm의 트래블이 충분하다고 여겨졌다. 일반적으로 이 정도의 트래블은 이제 XC 분야에서 사용되며, 다운힐 포크는 이제 극한 지형을 처리하기 위해 150mm~200mm의 트래블을 제공한다. 이것이 서스펜션 포크 트래블의 한계는 아니다. 예를 들어, 마조치 슈퍼 몬스터 T는 300mm(약 30.48cm)의 트래블을 제공한다.[8]

디자인의 다른 발전으로는 라이더가 특정 지형 프로필에 따라 포크의 트래블을 조정할 수 있도록 하는 조절 가능한 트래블이 있다. 일반적으로 오르막 또는 평지에서는 내리막 지형보다 서스펜션 트래블이 덜 필요하다. 또한 고급 디자인은 종종 지형의 매끄러운 부분에서 더 효율적인 라이딩을 위해 포크의 트래블을 제거하거나 대폭 줄이기 위해 포크를 잠글 수 있는 기능을 갖추고 있다. 이 잠금 장치는 때때로 핸들바의 케이블과 레버로 원격으로 활성화할 수 있다.

충격 흡수 장치는 일반적으로 스프링과 댐퍼 또는 감쇠기의 두 부분으로 구성된다. 스프링은 강철 또는 티타늄 코일, 엘라스토머, 또는 압축 공기로 구현할 수 있다. 스프링 재료의 선택은 포크 전체의 특성에 근본적인 영향을 미친다. 코일 스프링 포크는 압축 공기 스프링을 사용하는 디자인보다 무거운 경우가 많지만, 트래블 전반에 걸쳐 선형적인 훅 응답을 나타내도록 설계하기가 더 쉽다. 강철 코일을 티타늄 코일로 교체하면 디자인의 무게를 줄일 수 있지만 비용이 증가한다. 에어 스프링은 기체가 단열적으로 압축됨에 따라 압력이 증가하는 열역학적 특성을 활용한다. "스프링"이 금속 코일이 아닌 공기에 의해 제공되므로 에어 스프링이 있는 포크는 종종 더 가볍다. 따라서 XC 디자인에서 더 흔하게 사용된다. 이 유형의 포크 디자인의 또 다른 장점은 공기압을 조절하여 스프링 상수를 조절할 수 있다는 것이다. 이를 통해 포크를 라이더의 체중에 맞게 조정할 수 있다. 이 디자인의 한 가지 단점은 기체의 부피에 따라 압력이 대략적으로 반비례하므로(선형이 아님) 선형 응답을 얻기가 어렵다는 것이다. 포크가 압축됨에 따라 포크의 유효 스프링 상수가 증가한다. 스프링 내부의 공기량을 늘리면 이러한 효과를 줄일 수 있지만, 스프링의 부피는 결국 포크 블레이드의 치수 내에 포함되어야 하므로 제한된다.

댐퍼는 일반적으로 오일이 서스펜션 포크의 하나 이상의 작은 구멍 또는 심 스택을 통과하도록 강제한다. 일부 모델에서는 스프링, 댐퍼 또는 둘 다를 라이더의 체중, 라이딩 스타일, 지형 또는 이러한 요소 또는 기타 요소의 조합에 따라 조정할 수 있다. 두 구성 요소는 스프링 메커니즘을 한 블레이드에, 댐퍼를 다른 블레이드에 분리할 수 있다.

현재 자전거 서스펜션 포크는 다음과 같은 구조가 있다.

  • 블레이드를 이중 튜브로 하여 신축시키는, 오토바이의 텔레스코픽 포크와 같은 구조로, 이 종류가 대다수를 차지한다.
  • 컬럼이 신축하는 것(캐논데일의 헤드쇼크 등)
  • 크라운과 컬럼을 분리하여 평행 링크 기구로 연결한 구조 (AMP Research나 German:A 등의 제품)
  • 엔드 부분이 회전 또는 이동하는 것(SUS 21, Lauf Trail Racer, 로우라이더의 스프링어 포크 등)


서스펜션의 가동부가 이동하는 양을 "트래블량" 또는 "스트로크량"이라고 부르며, 트래블량이 큰 것일수록 강한 충격을 받아낼 수 있다.

일부에서는 텔레스코핑 요소에 의존하는 대신 기계적 작동을 제공하기 위해 링크를 사용해왔다. 다른 회사, 특히 캐논데일은 크라운 위에 스티어러 튜브에 내장된 단일 쇽을 사용한다. 포크 기술의 또 다른 주목할 만한 최근 개발은 복합 잎 스프링을 사용하여 기계적 충격 흡수 및 댐핑을 제공하는 라우프(Lauf) 스프링으로, 기존 설계에 비해 상당한 무게 감소를 제공한다.[9]

3. 구조

자전거 포크는 여러 가지 구조로 이루어져 있다.


  • 대부분은 오토바이의 텔레스코픽 포크와 같이 블레이드를 이중 튜브로 만들어 신축시키는 구조이다.
  • 캐논데일의 헤드쇼크처럼 컬럼이 신축하는 구조도 있다.
  • 크라운과 컬럼을 분리하고 평행 링크 기구로 연결한 AMP Research나 German:A 등의 제품도 있다.
  • SUS 21, Lauf Trail Racer, 로우라이더의 스프링어 포크처럼 엔드 부분이 회전하거나 이동하는 구조도 있다.


서스펜션이 움직이는 양을 "트래블량" 또는 "스트로크량"이라고 하며, 트래블량이 클수록 더 큰 충격을 흡수할 수 있다.

3. 1. 블레이드 (포크 레그)

앞바퀴를 지지하는 좌우 한 쌍의 파이프 각각을 "블레이드" 또는 "레그"(JIS 규격 명칭에서는 "포크 다리")라고 부른다. 서스펜션 포크에서는 보통 이 부분에 서스펜션이 내장된다. 많은 블레이드는 선단으로 갈수록 가늘어지며, 하단 앞바퀴 축을 받는 부분을 "(프론트) 엔드"(JIS 규격 명칭에서는 "앞 포크 발톱")라고 부른다.

일반적인 기본형으로, 노면의 충격을 완화할 목적으로 블레이드의 형태는 전방으로 약간 굽어진 형태(오프셋)를 하고 있다. 하지만 일부는 직선적으로 그대로 굽어지지 않고 블레이드가 뻗은 형태의 것도 있으며, 이것을 특히 구별하여 "스트레이트 포크"라고 부른다.

또한 수는 극히 적지만, 캐논데일 등에서 블레이드가 한쪽에 1개만 있는 "한쪽 지지식"("레프티"라고도 함)이라고 불리는 특수한 포크도 있다.

3. 2. 크라운 (포크 숄더)

다양한 크라운(포크 숄더)


크라운(포크 숄더)은 2개의 블레이드를 상부에서 연결하는 부품으로, JIS 규격 명칭은 "포크 숄더"이다. 크라운은 러그로 주조되기도 하지만, 블레이드 관을 구부려 용접하여 생략하는 경우도 있다.

주조된 크라운 러그는 두 가지 종류로 분류된다. 크라운과 블레이드를 평행하게 연결하는 것은 "앵커 숄더", 크라운에서 완만한 경사를 그리며 약간 아래쪽에서 연결하는 것은 "내려가는 어깨" 등으로 불린다. 블레이드 상부를 구부려 한 쌍을 그대로 짧은 파이프에 용접하여 크라운을 만드는 "유니크라운"도 있다.

3. 3. 스티어링 컬럼 (포크 스템)

크라운에서 수직으로 뻗어 있는 한 개의 파이프는 "스티어링 컬럼" 또는 간단히 "컬럼"(JIS 규격 명칭은 "포크 스템")이라고 불린다. 스티어링 컬럼은 프레임의 헤드 튜브 내부를 통과하며, 헤드셋의 베어링 안쪽에 고정된다(그 외 컬럼과 연결되는 것은 스템이다). 일반적으로 숨겨져 노출되지 않는 부분이다. 고정 방식에 따라 스티어링 컬럼이 짧고 바깥쪽 상단에 나사산이 있는 것(스레드 방식)과, 길고 나사산이 없는 것(어헤드 방식)이 있다.

4. 서스펜션 포크의 작동 원리

서스펜션 포크는 서스펜션이 내장된 포크로, 흔히 "서스포크", "(프론트) 서스" 등으로 줄여 부른다. 주로 산악 자전거에 장착되며, 충격 흡수 성능 덕분에 크로스바이크 등에서도 쾌적함을 위해 사용된다.

서스펜션은 노면 충격 흡수와 노면 추종성 향상에 기여하여, 비포장도로, 특히 거친 내리막길에서 자전거 제어를 용이하게 한다. 그러나 리지드 포크에 비해 무겁고(XC 계열 1.5-2.5kg, DH 계열 3kg 이상), 정기적인 오버홀 등 유지 보수가 필요하다는 단점이 있다.[7]

서스펜션 포크는 충격 흡수 장치와 감쇠기(댐퍼)로 구성된다. 충격 흡수 장치는 스프링과 댐퍼로 구성되는데, 스프링은 강철/티타늄 코일, 엘라스토머, 압축 공기 등으로 구현된다. 댐퍼는 보통 오일이 포크 내부의 작은 구멍이나 심 스택을 통과하도록 강제하는 방식으로 작동한다. 일부 모델은 스프링, 댐퍼 등을 라이더의 체중, 라이딩 스타일, 지형에 따라 조절할 수 있다. 스프링과 댐퍼는 각각 다른 블레이드에 분리되어 있기도 하다.[7]

4. 1. 충격 흡수재

대부분의 산악 자전거에서 포크는 일련의 충격 흡수 장치를 포함하며, 이 경우 블레이드는 일반적으로 상부 및 하부 텔레스코핑 튜브로 구성되며 "다리"라고 불린다. 서스펜션 트래블 및 핸들링 특성은 포크가 설계된 산악 자전거 타기 유형에 따라 다르다. 예를 들어, 제조업체는 크로스컨트리(XC), 다운힐, 프리라이딩을 위해 서로 다른 포크를 생산한다. XC 레이싱용으로 설계된 포크는 일반적으로 더 가볍고 덜 튼튼하며 거친 지형과 더 극한 조건을 위해 설계된 포크보다 서스펜션 트래블이 적다.[7]

서스펜션 포크 디자인은 최근 몇 년 동안 발전하여 디자인 측면에서 점점 더 정교해지고 다양해졌다. 사용할 수 있는 서스펜션 트래블의 양은 시간이 지남에 따라 증가했다. 처음 도입되었을 때 다운힐 산악 자전거의 경우 80–100 mm의 트래블이 충분하다고 여겨졌으나, 일반적으로 이 정도의 트래블은 이제 XC 분야에서 사용되며, 다운힐 포크는 이제 극한 지형을 처리하기 위해 150~200 mm의 트래블을 제공한다. 마조치 슈퍼 몬스터 T는 300mm의 트래블을 제공한다.[8]

디자인의 다른 발전으로는 라이더가 특정 지형 프로필에 따라 포크의 트래블을 조정할 수 있도록 하는 조절 가능한 트래블이 있다. 일반적으로 오르막 또는 평지에서는 내리막 지형보다 서스펜션 트래블이 덜 필요하다. 또한 고급 디자인은 종종 지형의 매끄러운 부분에서 더 효율적인 라이딩을 위해 포크의 트래블을 제거하거나 대폭 줄이기 위해 포크를 잠글 수 있는 기능을 갖추고 있다. 이 잠금 장치는 때때로 핸들바의 케이블과 레버로 원격으로 활성화할 수 있다.

충격 흡수 장치는 일반적으로 스프링과 댐퍼 또는 감쇠기의 두 부분으로 구성된다. 스프링은 강철 또는 티타늄 코일, 엘라스토머, 또는 압축 공기로 구현할 수 있다. 스프링 재료의 선택은 포크 전체의 특성에 근본적인 영향을 미친다. 코일 스프링 포크는 압축 공기 스프링을 사용하는 디자인보다 무거운 경우가 많지만, 트래블 전반에 걸쳐 선형적인 훅 응답을 나타내도록 설계하기가 더 쉽다. 강철 코일을 티타늄 코일로 교체하면 디자인의 무게를 줄일 수 있지만 비용이 증가한다. 에어 스프링은 기체가 단열적으로 압축됨에 따라 압력이 증가하는 열역학적 특성을 활용한다. "스프링"이 금속 코일이 아닌 공기에 의해 제공되므로 에어 스프링이 있는 포크는 종종 더 가볍다. 따라서 XC 디자인에서 더 흔하게 사용된다. 이 유형의 포크 디자인의 또 다른 장점은 공기압을 조절하여 스프링 상수를 조절할 수 있다는 것이다. 이를 통해 포크를 라이더의 체중에 맞게 조정할 수 있다. 이 디자인의 한 가지 단점은 기체의 부피에 따라 압력이 대략적으로 반비례하므로(선형이 아님) 선형 응답을 얻기가 어렵다는 것이다. 포크가 압축됨에 따라 포크의 유효 스프링 상수가 증가한다. 스프링 내부의 공기량을 늘리면 이러한 효과를 줄일 수 있지만, 스프링의 부피는 결국 포크 블레이드의 치수 내에 포함되어야 하므로 제한된다.

댐퍼는 일반적으로 오일이 서스펜션 포크의 하나 이상의 작은 구멍 또는 심 스택을 통과하도록 강제한다. 일부 모델에서는 스프링, 댐퍼 또는 둘 다를 라이더의 체중, 라이딩 스타일, 지형 또는 이러한 요소 또는 기타 요소의 조합에 따라 조정할 수 있다. 두 구성 요소는 스프링 메커니즘을 한 블레이드에, 댐퍼를 다른 블레이드에 분리할 수 있다.

흔히 "서스포크", "(프론트) 서스"로 줄여서 부른다. 이름 그대로 서스펜션이 내장된 포크이다. 주로 산악 자전거에 장착되며, 오프로드 주행을 상정하는 경우가 많다. 충격 흡수 성능 덕분에, 크로스바이크 등에서 쾌적함을 추구하는 차종에도 자주 볼 수 있다.

서스펜션은 쉽게 말해 쿠션으로, 노면에서의 충격 흡수와 노면 추종성의 향상이라는 두 가지 역할을 한다. 이는 비포장 도로 주행, 주로 급격하게 거친 내리막길에서의 제어를 쉽게 해준다. 반면 단점으로는 리지드 포크에 비해 무겁다는 점(XC 계열에서는 1.5-2.5kg, DH에서는 3kg 초과도 있으며, 전형적인 형태의 시판품 중 가장 가벼운 것은 1.2kg 정도이다), 특히 최근의 서스펜션은 복잡한 기능이 탑재되어 있어 정기적인 유지 보수(오버홀 포함)가 필요하다는 점을 들 수 있다.

서스펜션 포크는 충격 흡수재와 과도한 움직임을 막는 댐퍼로 구성되어 있다. 충격 흡수재에는 다음과 같은 종류가 있으며, 댐퍼는 주로 오일 댐퍼가 사용된다.

  • 에어 서스펜션(에어 서스): 압축 공기는 말 그대로 공기에 의한 충격 완충재이며, 기체의 완충재에 더해 스프링이 필요 없으므로 경량화할 수 있다. 또한 밀폐된 압축 공기는 충격 완충에 최적의 소재로, 미세한 노면의 충격을 부드럽게 라이더에게 전달하는 효과가 있어 노면 충격으로 인한 피로를 완화해 준다. 하지만 내부의 압축 공기는 아무리 밀폐해도 시간이 지나면 서서히 빠져나가는 성질이 있어, 탑승 전에 반드시 전용 펌프를 사용하여 일정 공기압을 측정하고 조정해야 하며, 이를 게을리하면 기능을 제대로 발휘하지 못할 뿐만 아니라 고장의 원인이 된다. 또한 구조상 압축된 공기가 새지 않도록 정밀한 구조를 요구하며, 레그, 패킹의 미세한 흠집으로 내부의 공기가 새면 기능이 크게 저하되므로 운용상 비교적 세심한 주의와 관리가 필요하다. 또한 고급 제품은 어느 정도의 내구성을 희생하여 경량 소재를 사용하는 경향이 있다.

  • 오일 & 코일: 밀폐된 오일과 스틸 스프링으로 구성된 완충재. 초기 산악 자전거의 서스펜션 포크에서 일관되게 사용되어 온 완충재이다. 오일 댐퍼가 있지만 압축 공기보다 내부 스프링은 받은 충격을 반발시키는 성질이 있으므로 에어 서스만큼 노면의 충격을 부드럽게 하지는 않는다. 또한 내부에 액체 오일과 금속 스프링이 있으므로 무게는 에어 서스보다 더 나간다. 하지만 에어 서스보다 내구성과 관리가 용이하며, 레그의 흠집 등으로 오일이 새더라도 압축 공기만큼 갑자기 기능이 저하되지 않으며, 또한 그러한 문제가 발생하면 오일 누출로 인해 즉시 알 수 있다. 또한 에어 서스처럼 매번 탑승 전에 세밀한 공기압 설정을 할 필요가 없으므로, 운용이 비교적 쉽다.

  • 엘라스토머: 고형 완충재로 초기 산악 자전거의 서스펜션 포크에 사용되었다. 현재는 일부 저가형 제품을 제외하고 거의 사용되지 않는다.

  • '''리프식 서스펜션''': 전혀 주류는 아니지만, 이 원리는 Lauf Trail Racer가 사용하고 있다. 하지만 여기서 사용되는 소재는 철이 아닌, CFRP과 유리 섬유로 만들어진다.

4. 2. 댐퍼

충격 흡수 장치는 보통 스프링과 댐퍼 (감쇠기)의 두 부분으로 구성된다. 스프링은 강철이나 티타늄 코일, 엘라스토머, 또는 압축 공기를 이용하여 만들 수 있다. 어떤 재료로 스프링을 만드는지에 따라 포크 전체의 특성이 달라진다. 코일 스프링 포크는 압축 공기 스프링을 사용하는 포크보다 무겁지만, 훅의 법칙에 따라 선형적인 반응을 보이도록 설계하기 쉽다. 강철 코일 대신 티타늄 코일을 쓰면 포크 무게를 줄일 수 있지만, 비용이 더 든다. 에어 스프링은 기체가 단열 압축될 때 압력이 증가하는 성질을 이용한다. 공기를 스프링으로 사용하기 때문에 에어 스프링 포크는 가벼워서 크로스컨트리(XC) 디자인에 많이 쓰인다. 또한, 공기압을 조절하여 스프링 상수를 바꿀 수 있어, 라이더의 체중에 맞게 포크를 조절할 수 있다. 하지만 기체 부피에 따라 압력이 반비례하는 것은 아니기 때문에 선형적인 반응을 얻기 어렵다. 포크가 압축될수록 유효 스프링 상수가 커지는데, 스프링 내부 공기량을 늘리면 이 현상을 줄일 수 있다. 그러나 스프링 부피는 포크 블레이드 크기에 제한을 받는다.

댐퍼는 보통 오일이 서스펜션 포크의 작은 구멍이나 심 스택을 통과하도록 강제하는 방식으로 작동한다. 일부 모델에서는 스프링, 댐퍼, 또는 둘 다를 라이더의 체중, 라이딩 스타일, 지형 등에 맞춰 조절할 수 있다. 스프링과 댐퍼는 각각 다른 블레이드에 분리되어 있을 수 있다.[7]

5. 주요 치수

자전거의 포크 위치


포크는 오프셋, 길이, 폭, 스티어러 튜브 길이, 스티어러 튜브 직경과 같은 여러 주요 치수를 갖는다. 포크 블레이드는 휠을 수용하고, 조향 기하학을 제공하기 위해 적절한 길이를 가져야 한다. 포크의 기능적 길이는 액슬-투-크라운 레이스 길이(A-C)로 표현된다. 휠의 액슬은 포크 엔드에 맞아야 하며(일반적으로 9mm 솔리드/중공 액슬, 또는 20mm 스루 액슬), 일부 제조사는 독자적인 표준을 사용하기도 한다.

  • 길이: 하부 베어링 레이스의 바닥에서 앞바퀴 액슬의 중심까지 스티어러 튜브와 평행하게 측정한다. 1996년 조사에 따르면 700c 로드 포크의 최대 길이는 374.7mm, 최소 길이는 363.5mm였다.
  • 폭 (간격): 두 포크 끝 안쪽 가장자리 사이의 앞바퀴 액슬과 같은 선상에서 측정된다. 대부분의 성인용 포크는 100mm 간격을, 다운힐 산악 자전거 포크는 110mm 간격을 가진다.
  • 스티어러 튜브 길이 및 직경: 헤드셋 베어링을 수용하거나 핸들바 높이에 맞게 크기가 결정된다. 프레임에 포크 크기를 맞출 때, 스티어 튜브의 직경은 프레임의 직경보다 크지 않아야 하며, 길이는 헤드 튜브 길이와 헤드셋 스택 높이를 더한 것보다 커야 한다. 프레임에 포크의 크기를 맞출 때, 포크 스티어러 튜브(steerer tube) 또는 스티어 튜브(1″, 1⅛″ 또는 1½″)의 직경은 프레임의 직경보다 커서는 안 되며, 스티어 튜브의 길이는 헤드 튜브의 길이와 헤드셋의 스택 높이를 더한 것보다 커야 하지만, 대략 같아야 한다.

5. 1. 오프셋

포크의 주요 단위 : 오프셋, 길이, 폭, 스티어러 튜브 길이, 스티어러 튜브 지름


자전거 포크는 바퀴 축이 달리는 끝 부분이 조금 앞으로 튀어 나온 모양으로 오프셋이 있는 경우가 많다.

갈퀴 2개를 앞으로 휘어 약간 곡선으로 만드는데, 산악자전거와 같이 완충 장치가 같이 붙은 포크는 작동 구조상 직선으로 만들어져 있다. 휜 형태의 포크 갈퀴는 충격 흡수 효과도 가진다.[2]

오프셋은 앞바퀴가 땅에 닿는 부분과 조향 축과 바닥의 교차점의 간격인 트레일을 줄여준다.[2] 과도한 트레일은 자전거를 회전시키기 어렵게 하며, 도로 자전거 포크는 보통 40mm-55mm 정도의 오프셋을 갖고 있다.[2] 투어링 자전거 및 기타 디자인의 경우, 오프셋을 결정할 때 프레임의 헤드 앵글과 휠 크기를 고려해야 하며, 우수한 핸들링 특성을 제공하기 위해 허용 가능한 오프셋 범위가 좁다. 일반적인 규칙은 헤드 앵글이 더 완만할수록 더 많은 오프셋이 있는 포크가 필요하고, 작은 휠은 큰 휠보다 더 적은 오프셋이 필요하다는 것이다.

앞바퀴를 지지하는 좌우 한 쌍의 파이프 각각을 "블레이드" 또는 "레그"(JIS 규격 명칭에서는 "포크 다리")라고 부른다. 서스펜션 포크에서는 보통 이 부분에 서스펜션이 내장된다. 많은 블레이드는 선단으로 갈수록 가늘어지며, 하단 앞바퀴 축을 받는 부분을 "(프론트) 엔드"(JIS 규격 명칭에서는 "앞 포크 발톱")라고 부른다.

일반적인 기본형으로, 노면의 충격을 완화할 목적으로 블레이드의 형태는 전방으로 약간 굽어진 형태(오프셋)를 하고 있다. 하지만 일부는 직선으로 굽어지지 않고 블레이드가 뻗은 형태도 있으며, 이것을 특히 구별하여 "스트레이트 포크"라고 부른다.

5. 2. 길이

포크의 길이는 보통 하부 베어링 레이스의 바닥에서 앞바퀴 액슬의 중심까지 스티어러 튜브와 평행하게 측정한다.[3] 1996년에 700c 로드 포크 13개를 조사한 결과 최대 길이는 374.7mm, 최소 길이는 363.5mm였다.

5. 3. 폭 (간격)

포크의 너비는 간격이라고도 하며, 두 포크 끝의 안쪽 가장자리 사이의 앞바퀴 액슬과 같은 선상에서 측정된다. 대부분의 최신 성인용 포크는 100mm 간격을 가지고 있다.[4] 다운힐 산악 자전거 포크는 쓰루 액슬용으로 설계되었으며 110mm 간격을 가지고 있다.[1]

5. 4. 스티어러 튜브 길이 및 직경



스티어러 튜브는 나사산 헤드셋의 경우 헤드셋 베어링을 수용할 정도로, 스레드리스 헤드셋의 경우에는 원하는 핸들바 높이에 기여할 정도로 크기가 결정된다. 프레임에 포크의 크기를 맞출 때, 포크 스티어러 튜브(steerer tube) 또는 스티어 튜브(1″, 1⅛″ 또는 1½″)의 직경은 프레임의 직경보다 커서는 안 되며, 스티어 튜브의 길이는 헤드 튜브의 길이와 헤드셋의 스택 높이를 더한 것보다 커야 하지만, 대략 같아야 한다. 1″ 포크를 1⅛″ 스티어 튜브용으로 설계된 프레임에 사용하거나, 1⅛″ 포크를 1½″ 프레임에 사용할 수 있도록 하는 어댑터 키트가 있다.

고급 로드 자전거와 산악 자전거 제조업체는 상단에 1⅛″ OD(Outer Diameter, 외경), 하단에 1½″ OD를 사용하는 테이퍼드 스티어 튜브를 사실상의 표준으로 채택했다.[5] 크라운에서 수직으로 뻗어 있는 한 개의 파이프는 "스티어링 컬럼" 또는 간단히 "컬럼"(JIS 규격 명칭은 "포크 스템")이라고 불린다. 스티어링 컬럼은 프레임의 헤드 튜브 내부를 통과하며, 헤드셋의 베어링 안쪽에 고정된다 (그 외 컬럼과 연결되는 것은 스템). 일반적으로 숨겨져 노출되지 않는 부분이다. 고정 방식에 따라 스티어링 컬럼이 짧고 바깥쪽 상단에 나사산이 있는 것(스레드 방식)과, 길고 나사산이 없는 것(어헤드 방식)이 있다.

6. 재료

자전거 포크는 강철, 알루미늄, 탄소 섬유, 티타늄, 마그네슘 및 다양한 조합으로 만들어져 왔다. 예를 들어, 포크는 알루미늄 크라운, 스티어러 튜브 또는 포크 엔드를 갖춘 탄소 섬유 블레이드를 가질 수 있다.

리지드 포크에서 포크의 재질, 모양, 무게 및 디자인은 자전거의 느낌과 핸들링에 눈에 띄게 영향을 미칠 수 있다. 탄소 섬유 포크는 가볍고, 노면으로부터의 진동을 줄이고 흡수하도록 설계될 수 있기 때문에 로드 자전거에서 인기가 많다.

또한 나무 포크의 예도 있었다.[11][12][13] 그러나 현대 시대에는 흔하지 않다.

7. 기타

포크는 브레이크, 랙, 펜더를 부착할 수 있는 지점을 가질 수 있다. 이러한 부착 지점은 크라운, 블레이드, 포크 끝 근처에 위치할 수 있으며, 종종 구멍 형태나 나사산이 있거나 없을 수 있는 돌출된 탭에 위치하기도 한다.

7. 1. 싱글 블레이드 포크

캐논데일과 스트라이다 같은 일부 제조업체는 싱글 레그 포크를 제공한다. 캐논데일의 싱글 블레이드 포크 중 많은 수가 레프티(Lefty)라고 불리며, 일반 또는 도립형으로 구성된 서스펜션 포크이다. 이 포크는 팔각형 레이스에 선형 니들 롤러 베어링을 사용하여 스티어링 토크를 휠로 전달하는 반면, 일반적인 2중 블레이드 서스펜션 포크는 관형 선형 플레인 베어링을 사용한다.[9] 레프티 포크를 사용하려면 특수 레프티 허브가 필요하며, 이 허브는 포크에 고정된 액슬에 허브를 누르는 나사를 사용하여 포크 엔드에 부착된다.

그레이엄 오브리의 올드 페이스풀에 장착된 싱글 블레이드 포크


또한 수는 극히 적지만, 캐논데일 등에서 블레이드가 한쪽에 1개만 있는 "한쪽 지지식"("레프티"라고도 함)이라고 불리는 특수한 포크도 있다.

7. 2. 트랙 바이크 포크

트랙 포크는 전통적으로 로드 자전거에 사용되는 타원형 단면 대신 둥근 단면 블레이드를 가지고 있다. 이는 잦은 스프린트에서 가해지는 측면 힘에 대해 둥근 단면이 더 강성이 있기 때문이기도 하지만, 주로 트랙 레이싱 타이어가 항상 좁고 타원형 블레이드가 제공하는 추가적인 공간이 필요하지 않기 때문이다. 둥근 블레이드는 둥근 소켓과 일치하는 특수 포크 크라운이 필요하다. 자전거가 오직 벨로드롬에서만 사용될 경우 트랙 포크에는 앞 브레이크를 위한 구멍이 없을 수 있다. 타이어와 포크 크라운 하단 사이의 간격은 5mm 미만인 경우가 많다.

7. 3. 부착 지점

포크는 브레이크, 랙, 펜더를 부착할 수 있는 지점을 가질 수 있다. 이러한 부착 지점은 크라운, 블레이드, 포크 끝 근처에 위치할 수 있다. 부착 지점은 종종 구멍 형태로, 나사산이 있거나 없을 수 있으며 돌출된 탭에 위치할 수 있다.

참조

[1] 웹사이트 Sheldon Brown's Bicycle Glossary http://www.sheldonbr[...] Sheldon Brown 2018-01-26
[2] 웹사이트 Geometry of Bike Handling http://www.calfeedes[...] Calfee Design 2011-04-06
[3] 웹사이트 Fork Lengths http://www.sheldonbr[...] Sheldon Brown
[4] 웹사이트 Bicycle Frame/Hub Spacing http://www.sheldonbr[...] 2008
[5] 웹사이트 The Ultimate Guide To Headsets https://www.bikerada[...] bikeradar.com 2022-08-24
[6] 웹사이트 Sheldon Brown: Threading/interchangeability Issues for Older Raleigh Bicycles http://208.77.210.18[...] 2008-04-08
[7] 서적 Barnett's Manual: Analysis and Procedures for Bicycle Mechanics 2003
[8] 웹사이트 SUPER MONSTER 2003 http://www.marzocchi[...] 2008-12-23
[9] 웹사이트 Lauf introduces 980 gram trail racer 29" leaf spring suspension fork http://www.bikerumor[...] Bike Rumor 2014-01-29
[10] 웹사이트 Blue Triad SL Review http://www.tririg.co[...] TriRig 2012-07-21
[11] 웹사이트 Splinter Bike - a bicycle built ENTIRELY out of wood http://www.gizmag.co[...] GizMag 2012-07-21
[12] 웹사이트 Lagomorph wood-framed bike now available for special order http://www.gizmag.co[...] GizMag 2012-07-21
[13] 웹사이트 Japanese Shipbuilder Creates Wooden Bicycles http://www.cyclelici[...] Cyclelicious 2012-07-21
[14] 뉴스 自転車で右や左に曲がる時に、知らないうちに起こっている物理的な動きとは？ https://gigazine.net[...] GIGAZINE 2016-04-05


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