立管、上管およびチェーンステイが短くなるので、少し軽くなりかつメーカーは少ないフレームサイズで多くの身長の人に対応できる。 一方、サドル支柱が長くなるため、剛性が低下する。空気抵抗上の利点はない。
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フレーム
部材（自転車のフレームの部材は管）を組み合わせて構造物を作る場合、その基本構造を三角形とすると、構造物の強度が大きくなることは良く知られている。
泥よけ取り付けおよび補強のために、チェーンステイ前方において左右のチェーンステイを連結している管または平板などの部品。
タイヤ交換時に、タイヤが左右のチェーンステイ間に不注意に挟まれないようにする機能もある。下ブリッジとも言う。
ボトルケージを取り付けるためのダボをフレームに付けている自転車がある。
フレームの中に変速アウター（及びロープ）又はブレーキアウター（及びロープ）を通すこと。右図のアウターの入口及び出口位置は一例。
美観のために行われるが、フレームの外をロープ（ケーブル）を通すのに比べて、アウターの質量が大きくなりかつロープ摩擦が大きくなる。
ロープ又はアウターの交換などの整備もやりにくい。
アウターを交換するには、ロープはフレームに残したままアウターだけを引き抜く。残したロープに新しいアウターを通す。ロープも交換する場合は、古いロープを抜き新しいロープを通す。
インターナルケーブルルーティングともいう。
管を組み合わせて作るのではなく殻構造とした一体構造フレームは、モノコックフレームと呼ばれる。殻で全て又は大部分の荷重を受ける。タイムトライアルバイクなどに使われることがある。
炭素背繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）などで一体成型している。モノ（mono）は１そしてコック（coque）は殻の意味。軽量かつ空気抵抗の小さいフレームを作ることができるが、菱形フレームでないと、国際競技には出らでない（ＵＣＩの規定）。
上管（トップチューブ）が後下がりの２本の細い管でできており、頭管（ヘッドチューブ）の上部に連結して、さらに立管（シートチューブ）中間の両横に連結後、
チェーンステイ後端の後つめまで達しているフレーム。
英語の発音はスタガード。
スタガーは、食い違い、千鳥配置またはジグザグ配置などの意味。
頭管（ヘッドチューブ）から上下２本の
上管（トップチューブ）が出ているフレーム構造。
左右のシートステイが立管（シートチューブ）を挟んで
ボトムブラケット芯から立管の上端までの距離。Ｔはトップの意味。測定しやすいので、よく使われるが、次の（Ｃ－Ｃ）では同じ寸法でも、立管が上管からどれだけ突出しているかによって数値が変わる。 |
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| シート角 |
フレームサイズにもよるが、シート角が１°きつく（大きく）なると、ペダル位置は
約１０ｍｍ後方へ移動する。逆に、シート角が１°ゆるく（小さく）なると、ペダル位置は約１０ｍｍ前方へ移動する。
結合ペダルまたはトウクリップ付きのペダルは、ペダルの戻り工程においても力をペダルに加えるので、サドルとペダルの水平距離が短い（シート角がきつい）方が、
戻り工程での力の伝達効率が高い。一方、ＳＰＤやトウクリップの無いペダルに対しては、シート角が緩やかな方が力の伝達効率は高い。
シート角計算器におけるセットバック（サドル後退）は、例えば次のようにして測定する。
フレームサイズの上端に下げ振りの糸を固定する。ＢＢ（底ブラケット）芯（クランク軸心）と糸の水平距離を測る。
材料
| 材料 | 引張強さ ［ＭＰａ］ |
縦弾性係数 ［ＧＰａ］ |
密度 ［ｋｇ／ｍ3］ |
縦弾性係数／引張強さ ［－］ |
縦弾性係数／密度 ［ＭＰａｍ3／ｋｇ］ |
引張強さ／密度 ［ＭＰａｍ3／ｋｇ］ |
耐食性 |
| 低炭素鋼 | ５１０ | ２０６ | ７，８００ | ４０４ | ２６．４ | ０．０６５ | 不可 |
| 高張力鋼 | ８６０ | ２０３ | ７，８００ | ２３６ | ２６．０ | ０．１１０ | 不可 |
| クロムモリブデン鋼 | ９８０ | ２０６ | ７，８００ | ２１０ | ２６．４ | ０．１２５ | 不可 |
| アルミ合金 | ５７０ | ７３ | ２，７００ | １２８ | ２７．０ | ０．２１１ | 可 |
| マグネシウム合金 | ２８０ | ４５ | １，８００ | １６１ | ２５．０ | ０．１５６ | 優 |
| スカンジウム合金 | ７３０ | ７４ | ２，８００ | １０１ | ２６．４ | ０．２６１ | 優 |
| チタン合金 | ９５０ | １１０ | ４，４００ | １１６ | ２５．０ | ０．２１６ | 優 |
| 炭素繊維強化樹脂 | ９００ | １２０ | １，４００ | １３３ | ８５．７ | ０．６４３ | 優 |
- 特性
材料上、重要な特性は強度の指標となる引張り強さ、剛性の指標となる縦弾性係数、軽さの指標となる密度および耐疲労性の指標となる疲労限度および耐食性など。
これらの具体的な数値を表１に示す。耐食性に劣る管は塗装によって保護する。
- 引張強さ
引張強さを見ると、クロムモリブデン鋼が最も大きい。
チタン合金および炭素繊維強化樹脂も比較的に強度が高い。クロムモリブデン鋼と比較すると、低炭素鋼の強度は約１／２そしてアルミ合金の強度は６０％程度である。
材料の強度が大きいと、肉厚を薄くしても管としての強度は得られるため、軽いフレームを作ることが出来る。
フレームを構成する管には曲げ荷重が働くので、曲げに対する強度が重要となる。管の曲げ強度は材質だけでは決まらず、管の外径および肉厚も影響する。
- 縦弾性係数
縦弾性係数を見ると、低炭素鋼、高張力鋼およびクロムモリブデン鋼はほぼ等しく、かつ他の材料より大きい。すなわち、これらの鋼材は剛性が高い。
チタン合金は炭素鋼の１／２強、アルミ合金は炭素鋼の１／３強そして炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）は炭素鋼の約６０％でチタンよりやや大きい。 つまり、アルミ合金は剛性が非常に小さい。アルミフレームの剛性を高めるには、管を太くする必要がある。
- 密度
密度を見ると、低炭素鋼、高張力鋼およびクロムモリブデン鋼は等しくかつ大きい。これらの鋼材と密度を比較すると、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）は１／６強、マグネシウム合金は約１／４、アルミ合金およびスカンジウム合金（スカンジウムアルミ合金）は約１／３そしてチタン合金は１／２強と軽い。
特に、炭素繊維強化樹脂は軽量化のために導入されたが、欠点は高価なこと。価格に見合うだけ軽量化されているかは、購入する人の価値観で判断する。
- 縦弾性係数／密度比
縦弾性係数と密度の比（縦弾性係数／密度）を見ると、炭素繊維強化樹脂を除いてほぼ一定の値となっている。これは密度が大きいと縦弾性係数も大きいことを示している。
- 引張強さ／密度比
引張強さと密度の比（引張強さ／密度）が大きいと軽くかつ強度が大きいこととなる。炭素繊維強化樹脂が最も大きく、アルミ合金とチタン合金がほぼ等しい。
参考資料 
「管の曲げ強度比 計算器」、 「フレーム管の剛性」
管の結合方法
フレームを構成する管を結合する方法としては、ラグ式、溶接式、ラグ・溶接併用式および一体構造（殻構造）式がある。- ラグ式
ラグと呼ばれる継手で管と管を結合する方式。ラグで結合したフレームはラグフレームと呼ばれる。
ラグに管を差込み、そのすき間をロウ付けして固定する。 フレームにおいて大きな力の働く管端をラグで補強できるので、薄肉管を使うことができて軽くなる。溶接より耐疲労性に優れる。溶接の熱ひずみが無い。
右図のＡは頭管上ラグ（頭管と上管を連結）、Ｂは頭管下ラグ（頭管と下管を連結）そしてＣは立管ラグ（立管、下管及びチェーンステイを連結）。
炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製の管に対するラグは、同じく炭素繊維強化樹脂製を使い、強力な接着剤で固定する。
アルミ合金及びチタン合金はクロモリ鋼などに比べてロウ付けが難しいので、これらの材質の管に対するラグフレームは一般には作られていない。
- 溶接式
管と管を溶接で結合する方式。溶接で作ったフレームは溶接フレームと呼ばれる。ラグを使わないフレームという意味で、ラグレスフレームとも呼ばれる。
溶接技術の進歩および経済性（安価）のため、１９８１年頃から市場に出始めた。 １９９０年代に入って、ラグの伝統のないマウンテンバイクが安価な溶接技術を採用し、ロード車にも使われるようになった。 溶接の設計および施工が適切でないと、溶接箇所の強度が弱いフレームができる。
アルミ合金管は溶接による熱ひずみが問題になるので、溶接アルミフレームは、溶接による残留応力を除去するため、かつ強度特性を向上させるため、
熱処理をするのが一般的。具体的には、加熱炉で５３５゛Ｃ 前後に加熱後、液体冷却槽に入れて冷却する。熱処理をしないと、溶接箇所で破損する危険がある。
- ラグ・溶接併用式
ラグ結合と溶接結合を併用した方式。
- 一体構造式
炭素繊維強化樹脂を使って一体構造（モノコック）として作る方式。フレームの大きさの生産設備が必要になるので、生産原価が高くなる。
管の形状
| 概要 | プレーン管 | 片バテッド管 | 両バテッド管 | 三段バテッド管 | 楕円管 |
概要
フレームを構成する管は大きく分けて、プレーン管およびバテッド管に分かれる。フレームを構成している管はその端部（結合部）に最も大きな力が働く。そこで、端部の肉厚はそのままとし、それ以外の肉厚は薄くして軽量化を計った管はバテッド管と呼ばれる。 バテッド管には片バテッド管、両バテッド管および三段バテッド管がある。バテッド管は内部で肉厚が変化しているので、外観からは分からない。バテッド管は価格が高いので、使っておればメーカーは仕様に記載している。
プレーン管
管長に渡って肉厚が等しい管。価格は相対的に安く、最も一般的に使われている。片バテッド管
管の一端のみ肉厚を厚くした管。両バテッド管
ダブルバテッド管とも呼ばれる。中間部よりも両端の肉厚を厚くした管。端部肉厚は０．９～２．８ｍｍそして中間部肉厚は０．５～１．６ｍｍ。 管内面で肉厚を大きくした内バテッド管および管外面で肉厚を大きくした外バテッド管がある。
内バテッド管は段付き部が内部にあるので、外観はすっきりしている。 外バテッド管は同じ強度で軽く（肉厚を薄く）できるが生産原価は高くなる。
三段バテッド管
両バテッド管は両端の肉厚は等しく、中間部の肉厚ｔ０が薄いが、三段バテッド管は両端の肉厚（図のｔ１およびｔ２）が異なるため３種類の肉厚となっている。
フレームの上管（トップチューブ）および下管（ダウンチューブ）に使われる。楕円管
断面が楕円形の管。剛性および強度は、長径方向に大きいが短径方向には小さい。マウンテンバイクなどのフレームに使われる。
各部の寸法
| 寸法図 | 頭管長 | 立管長 | 立管径 | 上管長 | 上管長／サイズ比 | コクピット長 | 上管高さ | 下管 |
| チェーンステイ | 前中距離 | シートステイ | ＢＢ下がり | ＢＢ高さ | セットバック | ＢＢシェル幅 | シート角 | ヘッド角 |
寸法図
 |
Ａ：有効上管長 |
| Ｂ：頭管長 | |
| Ｃ：ホイールベース | |
| Ｄ：ＢＢ下がり | |
| Ｅ：チェーンステイ長 | |
| Ｆ：フレームサイズ（Ｃ－Ｔ） | |
| Ｇ：フレームサイズ（Ｃ－Ｃ） | |
| 寸法図 | Ｈ：フロントセンター |
| ｈ：ヘッド角 | |
| ｉ：シート角 |
ジオメトリー（幾何図形）又はスケルトン（骨格）ともいう。フレームの基本設計に使う。 まともな自転車なら、メーカーのカタログおよびホームページに記載されている。
長さとしては、頭管長、上管長、立管長、フロントセンター（前中距離）、リアセンター（チェーンステイ長）、ホイールベース（車軸間距離）およびフォークオフセットなど。 高さとしては、上管高さ、ボトムブラケット（ＢＢ）高さおよびＢＢ下がりなど。角度としては、ヘッド角（頭管角）およびシート角（立管角）など。 右図は、フレーム寸法図の一例。記号に対応する寸法はメーカーのカタログの表に記載されている。寸法図によって自分に合う自転車かどうか判断する。
頭管長
フレームの前端にある頭管の長さは頭管長と呼ぶ。一般にはヘッドセットの高さを含まない。頭管長が長いと、フォーク操縦管を支持する上下の軸受（ヘッドセット）の間隔が大きくなり、フォークを安定して支持することができる。
各メーカーの寸法図の頭管長のデータを打点したグラフを右図に示す。グラフの横軸はフレームサイズそして縦軸は頭管長としてある。グラフの黒点はロード車、緑点はクロスバイクそして赤点はマウンテンバイク（ＭＴＢ）を示す。
同図を見ると、フレームサイズが５０ｃｍまでは頭管長とフレームサイズはあまり比例していないが、５０ｃｍを超えると頭管長はフレームサイズに比例した長さとなっている。 頭管長の平均はロード車が約１５０ｍｍ、クロスバイクが約１４５ｍｍそしてマウンテンバイクが約１３０ｍｍとなっている。クロスバイクの頭管長はロード車とマウンテンバイクのほぼ中間的な値となっている。
立管長
立管長は上管高さ、ボトムブラケット高さおよび立管角によって決まる。マウンテンバイクは股下と上管の隙間（股すきま）および ボトムブラケット高さを大きく取るので、立管長はロード車より短くなる。立管長（Ｃ－Ｔ）は、ロード車で４００～６５０ｍｍそしてマウンテンバイクで４００～５６０ｍｍ。立管径
立管径は２５．４ｍｍ（１）、２８．６ｍｍ（１．１２５）、３１．８ｍｍ（１．２５）および３４．９ｍｍ（１．３７５）の４種類がある（括弧内はインチ呼び）。このうち、２８．６ｍｍおよび３１．８ｍｍが一般的である。これらの外径は、塗装前の外径であるから現実の外径は塗装厚さだけ厚くなっている。 立管の外径は紙を立管に巻きつけてその長さを測り３．１４で割ると得られる。立管径は、バンド（クランプ）式ディレイラーのクランプ内径と関係する。
上管長
上管長は、上管中心線が頭管中心線および立管中心線と交わる交点間の距離。実際上管長とも言う。有効上管長は、頭管中心線と傾斜上管中心線との交点から水平に引いた線とサドル支柱中心線の交点間の水平距離。有効上管長は乗車姿勢に影響する。
有効上管長は、傾斜上管フレームまたはコンパクトフレームの上管長（有効）と伝統的な水平上管フレームの実際上管長とを比較するために使われる。
水平上管の有効上管長はその実際上管長と等しい。有効上管長は乗車姿勢に影響する。
メーカーの寸法図のデータを使って、有効上管長を打点したグラフを右図に示す。横軸はフレームサイズそして縦軸は有効上管長としてある。 赤点はマウンテンバイク（ＭＴＢ）、緑点はクロスバイク、青点は傾斜上管のロード車そして黒点は水平上管のロード車を表している。 有効上管長の平均はマウンテンバイクが約５９０ｍｍ、クロスバイクが約５７０ｍｍそしてロード車の傾斜上管および水平上管いずれも約５５０ｍｍとなっている。
グラフにおいて黄色の斜め４５°の直線上に乗っている点のフレームは、フレームサイズと有効上管長が等しい一般的なフレームである。この黄色の直線より上方の点（フレーム）は、 フレームサイズよりも有効上管長が長い。一方、黄色の直線の下方の点のフレームは、フレームサイズより有効上管長が短い。
フレームサイズが大きくなると、有効上管長は長くなる傾向が見られる。このフレームサイズに比例させて上管を長くするというやり方は、１９８０年代初期に米国に輸出を始めた日本のメーカーの方式で、 それまでの米国メーカーはフレームサイズにかかわらず上管長は変えず、ステムの突出しを変えて対応していたと言われる。
上管長／フレームサイズ比
（上管長／フレームサイズ）比を計算して打点したグラフを右に示す。 縦軸は（上管長／フレームサイズ）比そして横軸はフレームサイズを表している。 グラフおよび以下において上管長は有効上管長のことである。点の色はメーカーを示している。すなわち、Ｃａ、Ｃｏ、Ｄｅ、Ｆｕ、ＫｌおよびＴｒは何れもメーカー名の最初の２文字を表している。 （上管長／フレームサイズ）＝１ということは、上管長はフレームサイズと等しい長さであることを示している。グラフを見るとフレームサイズ約５５ｃｍにおいて、上管長はフレームサイズと等しい。 フレームサイズ５５ｃｍ以下においては、（上管長／フレームサイズ）比は１を越えている。すなわち、上管長はフレームサイズよりも長い。 一方、フレームサイズが５５ｃｍを超えると、（上管長／フレームサイズ）比は １未満である。すなわち上管長はフレームサイズよりも短い。 フレームサイズが５５ｃｍを超えても上管長をフレームサイズに比例させて長くすると、コクピット長が長くなって、前のめりで腕の伸びた乗車姿勢となる。
コクピット長
ハンドルの中心からサドル中心（サドル上面とサドル支柱中心線の交点）までの水平距離。主に有効上管長およびステム長で決まるが、ヘッド角およびシート角も少し影響する。コクピット長は乗車姿勢に影響する。胴長および腕長の長い人は長いコクピット長が向いている。
同じ胴長の男女を比較すると女性は腕長が短いので、女性は男性に比べて短いコクピット長が向いている。
トライアスロン車のコクピット長は、ロード車よりも短い。なお、コクピットは飛行機などの操縦室のこと。
上管高さ
上管高さ上管高さは、上管（トップチューブ）上面の地面からの高さ（右図）。
上管が傾斜している傾斜上管の高さ位置はメーカーによって異なり、次の２つの場合がある。
上管の前後方向の中央。ボトムブラケット芯（クランク軸芯）の真上。現実には上記２点の中間点あたりに立つことが多く、その場合の上記２点との高さの差は５ｍｍ程度。
各メーカーの寸法図のデータを使って、上管高さ（スタンドオーバー）を打点したグラフを右図に示す。
横軸はフレームサイズそして縦軸は上管高さとしてある。赤点はマウンテンバイク、緑点はクロスバイク、黒点は水平上管のロード車そして青点は傾斜上管のロード車を表している。 フレームサイズが大きくなると、上管高さが高くなる傾向が見られる。しかし、同じフレームサイズでも自転車種類およびメーカーによって、上管高さはばらついている。 上管高さの平均は、マウンテンバイクが約７７０ｍｍ、クロスバイクが約７７０ｍｍ、水平上管のロード車が約７８０ｍｍそして傾斜上管のロード車が約７７０ｍｍとなっている。 上管高さの平均は車種によらずほぼ等しいが、その平均が現れるフレームサイズを見ると、
マウンテンバイクでは約４８ｃｍ、クロスバイクでは約５１ｃｍ、傾斜上管のロード車では約５３ｃｍそして水平上管のロード車では約５５ｃｍと異なっている。
下管
フレームサイズ、シート角、上管長、頭管長およびヘッド角により決まる。チェーンステイ
チェーンステイ長はＢＢ芯と後輪軸心の距離。後中距離（リアセンター）ともいう。後輪および泥よけが入る長さが必要。 パニアを乗せる旅行車は、チェーンステイが長いとかかと隙間が大きくなるので望ましい。 チェーンステイの傾き（水平との角度）は、チェーンステイ長、後輪外径およびボトムブラケット高さによって決まる。次にチェーンステイ角度およびＢＢ下がりの計算器を示す。 チェーンステイ角度はチェーンステイ中心線（底ブラケット芯と後輪軸心を結ぶ線）が水平線となす角度。 ＢＢ下がりはＢＢ芯と前後輪の軸心を結ぶ直線との距離。ＢＢ下がりは６０～７０ｍｍのものが多い。
参考資料 「チェーンステイ」（最短チェーンステイ長の計算など）前中距離
前輪軸心とボトムブラケット（ＢＢ）軸心との距離は前中距離（フロントセンター）と呼ばれる。前中距離には有効上管長が大きく影響する。その他、立管長、シート角、ヘッド角、フォークオフセットおよびＢＢ下がりも影響する。
前中距離は所定のつま先すき間（８９ｍｍ以上）が得られる寸法であることが望ましい。
ヘッド角が小さい場合およびシート角が大きい場合は前中距離は長くなる。
各メーカーの寸法図の前中距離のデータを打点したグラフを右図に示す。グラフの横軸はフレームサイズそして縦軸は前中距離としてある。グラフの黒点はロード車、緑点はクロスバイクそして赤点はマウンテンバイク（ＭＴＢ）を示す。 フレームサイズが大きくなると、前中距離も大きくなる傾向が見られる。ただし、クロスバイクはデータ数が少ないため、その傾向が見られない。ロード車はばらつきが少ないが、マウンテンバイクは各種の用途があるため大きくばらついている。丘下り用などは前中距離が大きい。
前中距離の平均はロード車が約５９０ｍｍ、クロスバイクが約６２０ｍｍそしてマウンテンバイクが約６８０ｍｍとなっている。
クロスバイクはロード車とマウンテンバイクを合せた雑種自転車であるが、前中距離もそれらの中間的な値となっている。
前中距離の短いロード車のなかには、つま先すき間が小さいために、つま先が前輪タイヤに当たる機種があるから要注意。
参考資料 「つま先すき間」シートステイ
シートステイ長はフレームサイズ、シート角およびチェーンステイ長で決まる。後輪および泥よけが入る長さが必要。ボトムブラケット下がり
ボトムブラケット下がりは、前輪と後輪の軸心を結ぶ直線とボトムブラケット（ＢＢ）芯の距離。ボトムブラケット下がりはコーナリングにおいて、ペダルが地面に接触するときの傾き角に影響する。ＢＢ下がりとＢＢ高さとの関係は、次式の通り。ボトムブラケット高さ
ボトムブラケット高さは、路面からボトムブラケット（ＢＢ）芯までの距離（高さ）。コーナリングにおいて、ペダルが路面に接する自転車の傾きに影響する。コーナリングのあるロードレース用自転車のボトムブラケット高さ（ＢＢ高さ）は、やや高めの２７５ｍｍ前後が多い。
一方、コーナリングのあまり無い、旅行、タイムトライアルおよびトライアスロン用などの自転車の底ブラケット高さは、やや低めの２６５ｍｍ前後が多い。
なお、曲がりすき間（コーナリングクリアランス）を確保するためのボトムブラケット高さを求める経験式は、次の通り。
参考資料 「コーナリングの傾き」セットバック
サドルのセットバック（後退）はフレームサイズとシート角で決まる。セットバックは、サドルがボトムブラケット芯からどれだけ水平後方にあるかの指標となる。
次にセットバック計算器を示す。この計算器のセットバックは立管芯と上管芯の交点と底ブラケット芯間の水平距離（右図）。
ボトムブラケットシェル幅
| シェル幅［ｍｍ］ | ねじ径 ｘ ねじ山数／２５．４ｍｍ | 左側 | 右側 | 規格 |
| ６８ | １．３７０ ｉｎｃｈ ｘ ２４山 | 右ねじ | 左ねじ | ＩＳＯ、ＪＩＳ |
| ７０ | ３６ ｍｍ ｘ ２４山 | 右ねじ | 右ねじ | イタリアン |
| ７３ | １．３７５ ｉｎｃｈ ｘ ２４山 | 右ねじ | 左ねじ | ｵｰﾊﾞｰｻｲｽﾞ |
シート角
シート角は、立管（シートチューブ）が地面となす角度。この角度は幾何学上、立管が水平の上管となす角度と等しい。シート角によって、クランク軸に対するサドルの前後位置関係が決まる。その関係は脚力が最も効率よくペダルに伝達される位置関係とする。緩やかなシート角はサドルを後方に移動させ、きついシート角はサドルを前方に移動させる。 フレームサイズにもよるが、シート角が１°きつく（大きく）なると、サドル位置は約１０ｍｍ前へ移動する。逆に、シート角が１°ゆるく（小さく）なると、サドル位置は約１０ｍｍ後へ移動する。
ロード車およびマウンテンバイク（ＭＴＢ）に関し、各社の寸法図のシート角のデータを打点したグラフを上図に示す。あまり明確ではないが、フレームサイズが大きくなると、シート角が小さくなる傾向が見られる。 フレームサイズの大きい自転車には身長の大きい（足の長い）人が乗るため、シート角を小さくしてペダルを前に出す必要がある。 このデータではロード車のシート角は７２～７５°そしてＭＴＢのシート角は７２～７４°である。シート角の平均はロード車が７３．３°そしてＭＴＢが７３°である。
ヘッド角
ヘッド角を７３°～７５°にすると、路面からくる衝撃荷重の向きは操縦管の軸方向となる。従って、クラウンにおいてフォークブレードに働く曲げ応力は最小となる。
グラフの縦軸にシート角そして横軸にヘッド角を取って、各社の寸法図のデータを打点したグラフを右図に示す。青点はタイムトライアル（ＴＴ）車、黒点はロード車そして赤点はマウンテンバイク（ＭＴＢ）を表している。
ヘッド角を見ると、ロード車は７０°～７４°、マウンテンバイク（ＭＴＢ）は６７°～７４°そしてタイムトライアル（ＴＴ）車は７１°～７６°となっている。ロード車のヘッド角は７３°が多い。 マウンテンバイクは用途が多いので、ヘッド角がばらついているが、７１°が多い。
丘下り（ダウンヒル）用は、ヘッド角が小さい。タイムトライアル車のヘッド角はロード車のそれとほぼ等しい。
参考資料 「フレーム寸法記入表」
ホイールベース
- 定義
前輪タイヤの接地面と後輪タイヤの接地面間の距離をホイールベースと言う。前輪と後輪の大きさが等しい場合は、前輪軸芯と後輪軸芯の距離（軸間距離）に等しい。 フレームの形状、寸法によってホイールベースが決まる。
- 特性
ホイールベースが大きい方が、乗り心地および走行安定性が良い。
そのため、サイクリングや旅行に使う自転車は、ホイールベースが大きいほうがよい。
次の場合にはホイールべースは長くなる。ヘッド角が緩やか（小さい）、上管が長いそしてチェーンステイが長い場合。
- 実例
各メーカーの寸法図のデータを使ってホイールベースを打点したグラフを右に示す。縦軸はフレームサイズで、横軸のフレームサイズ（Ｃ－Ｔ）に対応させて打点してある。赤色の点はマウンテンバイク（ＭＴＢ）、黄色の点は旅行車（ツアーリングバイク）、青色の点はシティ車、緑色の点はクロスバイク（ハイブリッドバイク）そして黒色の点はロード車を示す。
同一フレームサイズでもホイールベースはメーカーによって異なっている。 フレームサイズが大きいほどホイールベースも大きい傾向にある。ロード車よりもマウンテンバイク、旅行車、クロスバイクおよびシティ車のホイールベースが大きくなっている。
- 平均
打点したメーカーの範囲に限れば、平均的なホイールベースは、マウンテンバイクでは約１,１００ｍｍ、旅行車では約１,０８０ｍｍ、シティ車では約１,０６０ｍｍ、クロスバイクでは約１,０５０ｍｍそしてロード車では約９８０ｍｍとなっている。
ロード車のホイールベースが短いのは主に軽量化のため。クロスバイクはマウンテンバイクとロード車の特徴をあわせ持つ自転車であるが、ホイールベースもそれぞれの値を足して２で割ったような値になっている。
つめ（爪）
チェーンステイの後端には車軸を取り付けるためのつめ（爪）と呼ばれる金属製の板が付いている。つめには車軸が入るよう、かつチェーンを外さずに車輪を外せるようによう切込み（溝）がある。
つめには垂直つめ及び水平つめがある。水平つめには、正つめ及び逆つめがある。つめはドロップアウトとも呼ばれる。
- 垂直つめ
後輪軸が付くつめの切り込みが垂直または垂直に近い形。車軸を前後に動かしてチェーンの張りを調節できないので、ディレイラー付の自転車に使われる。
車軸位置が確定しているので車輪の取付けは行いやすい。右つめにディレイラーを付けるハンガーが付いている。独立のハンガーをボルトで固定する形もある。立つめとも呼ばれる。
車軸のクイックリリースを使うことができる。
- 正つめ
後輪軸が付くつめの切り込みが水平または水平に近い形でつめの開口が後方に向いている形。車軸を前後に動かしてチェーンの張りを調節できる。ディレイラーの付いていない自転車に必要。ディレイラーハンガーは付いていない。
一般に、チェーン引きが付く。シティ車、内装変速機付き及び単速の自転車に使われる。トラックエンドも正つめの一種。
後輪を外すためには、ナットを緩めて車軸を前方に押すことによってチェーンの弛みを作り、後輪スプロケットからチェーンを外す。
逆つめ
後輪車軸を取付けるための開口部が水平または水平に近いく前方に向いているつめ。車軸を前後に動かしてチェーンの張りを調節できる。右写真はディレイラーを付けるハンガーが付いている。 車軸のクイックリリースを使うことができる。
エンド幅
| ロックナット間距離［ｍｍ］ | ロード | オフロード及び旅行用 | トラック等 | タンデム |
| １１０ | １速 | |||
| １２０ | ５速 | |||
| １２６ | ６速、７速 | |||
| １３０ | ８速、９速、１０速 | |||
| １３５ | ８速、９速 | |||
| １４５ | ８速、９速 |
- エンド幅
チェーンステイの左右の爪（フォークエンド）の内幅をエンド幅という。エンド幅は装着する車軸のロックナット間距離（ＯＬＤ）に合わせる。
- ロックナット間距離
ハブ軸の左右のロックナット外面間の距離。後輪スプロケット（カセットスプロケット）の個数（段数）が多いとロックナット間距離は大きくなる。 クイックリリースレバーの付いた車軸に対しては、
ロックナット間距離
エンド幅 ＝ ロックナット間距離 ＋ １～２ｍｍ とする。
後輪のロックナット間距離を表３に示す。後輪中心部を後ろから見た時、スポークが作る三角形の底辺の長さ（ハブフランジ幅）が大きいほど、車輪の強度は大きくなる。 この三角形の斜辺であるスポークが垂直に近いと、強度が弱いことは想像できる。
- 車種とロックナット間距離
表３を見ると、車輪に大きな荷重がかかる車種は、
ハブフランジ幅（従ってロックナット間距離）が大きくなっていることが分かる。
オフロードの悪路を走るマウンテンバイクは、ロード系よりも大きな衝撃力が車輪に働く。旅行の荷物を積んだ旅行車も車輪に大きな荷重が働く。 ２人が乗るタンデム車は、ロード系に比べて車輪に２倍の荷重が働く。ロックナット間距離が大きくなると、Ｑファクターは不利になる。
フレームの応力
フレームを構成する各管に働く応力を、定速走行、登坂およびブレーキ掛けの場合について右図に示す。それぞれの場合について、各管に働く応力の割合［％］で示してある。 例えば、定速走行の場合を見ると上管に最も大きな応力が働き次に立管に大きな応力が働いている。 登坂の場合は、下管に最も大きな応力が働き、次に立管に大きな大きな応力が働いている。ブレーキ掛けの場合の応力は、下管が最も大きく次に上管が大きい。いずれの場合も、シートステイに働く応力は小さいので、シートステイ管は細くてよい。 上管及び下管は頭管と連結しており、頭管にはいずれの場合にも大きな応力が働くことを示している。
耐振性
| 車種 | フレームの種類 | 荷重 （重り質量［ｋｇ］） | 振動数 ［Ｈｚ］ |
加速度 ［ｍ／ｓ2］ |
加振回数 ［回］ |
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| ヘッド部 | シート部 | ハンガー部 | 合計 | |||||
| 一般用自転車 | 菱形 | ５ | ５０ | ２０ | ７５ | ５～１２ | １９．６ | １００,０００ |
| その他 | ５ | ４５ | １５ | ６５ | ５～１２ | １７．６ | ７０,０００ | |
| マウンテンバイク類形車 | 菱形 | １０ | ５０ | ２５ | ８５ | ５～１２ | ２２．０ | １５０,０００ |
ＪＩＳ Ｄ９４０１（自転車-フレーム）に規定するフレームの耐振性試験条件を表４に示す。一般用自転車には、スポーツ車およびシティ車が含まれる。
同表の試験条件で垂直な上下振動を与えたときに、フレームの各部に破損、著しい変形又はゆがみを生じてはならない。
前後ハブ軸の位置が水平になるように、振動試験機に取り付ける。後ハブ軸は回転できるように固定し、前ハブ軸を上下に加振する。前ハブ軸は前後方向に自由に移動できるように保持する。
耐衝撃性試験
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| 荷重落下衝撃試験 | エネルギー吸収性試験 | 耐前倒し衝撃試験 |
- 荷重落下衝撃試験
フォークエンドに外径５５ｍｍ質量１ｋｇ以下のローラーを取付ける。ローラーがチェーチンステイエンドの真上に来るようにフレームを垂直に立て、チェーンステイエンドを固定する。 質量２２．５ｋｇのおもりを１８０ｍｍの高さからローラーに落下させたとき、車軸間距離の永久変形寸法が４０ｍｍ以下で、かつ、フレーム各部に破損を生じてはならない。
- エネルギー吸収性試験
１ｋｇ以下の軽量ローラーをフォークに取り付け、固定台に後車軸で固定し垂直に立て後車軸方向に負荷を加えて４０Ｊ（ジュール）のエネルギーを吸収させ、 試験前後の車軸間距離を測定し、永久変形寸法を求める。
- 耐前倒し衝撃試験
フオークエンドにローラーを取付けたフレームが後車軸を中心にして、鉛直面内で回転できるように取付台に装着する。 質量７０ｋｇで支持管の付いたおもりを、その重心位置が立管上端から立管中心線の延長線上７５ｍｍになるように立管に差し込んで固定する。 ローラー高さが３００ｍｍとなるまでフレームを引き起こし、金床上に２回繰返し落下させたとき、各部に破損を生じてはならない。
塗装
概要
フレームのさび止め及び美観を目的として塗装する。炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）フレームは、日光の紫外線による劣化を防止するための塗装をすることが多い。塗装には液体塗装および粉体塗装がある。
液体塗装
液体塗装はスプレーガンで塗料を吹き付ける。ガンには圧縮空気のホースを接続し、塗料を噴霧する。液体塗装は一般に、下地処理、下塗り及び上塗りで構成される。
- 下地処理
油脂および錆びなどの除去並びに下塗り塗料との密着性の向上を目的として、サンドブラストなどにより下地処理を行う。
- 下塗り
上塗り塗料は金属との密着性が悪いので、金属との密着性を良くした下塗り塗料（俗にさび止め塗料と呼ばれることがある）を２回（２層）塗る。
- 上塗り
上塗り塗料を２～４層塗る。上塗り塗料は金属との密着性は良くないが、下塗り塗料との密着性は良い。より光沢を出したい場合は、その上に透明塗料を２層塗る。塗装による自転車質量の増加は、塗膜の厚さにもよるが、８０～１５０グラムである。
粉体塗装
粉体塗装は、静電ガン（右図、電圧３０～９０ｋＶ）で、樹脂（エポキシまたはポリエステルなど）および着色のための顔料の微細な混合粉体に静電気を与え、地面にアースを取ったフレームに噴射すると、静電気の作用で全面に付着する。
加熱炉に入れて約２００°Ｃで約１０分間加熱すると、樹脂粉体は溶けてフレームの表面に均一に付着する。膜厚は５０～８０µｍとなる。液体塗装に比べて、硬くかつ剥離しにくい。塗装の規定
ＪＩＳ Ｄ９４０１（自転車-フレーム）にある塗装の規定を次に示す。- ＪＩＳ Ｄ０２０２の規定によって、芯の種類Ｆの鉛筆を用いて鉛筆引っかき試験を行ったとき、試験面の塗膜に破れを生じてはならない。
- ＪＩＳ Ｂ１５０１に規定する呼び１／２の鋼球を１,５００ｍｍの高さから塗膜表面に垂直に落としたとき、その衝撃面に、はく離、ひび割れなどを生じてはならない。
タイヤすきま
タイヤとフレームなどとの間のすき間。具体的には、次のような部分にすき間がある。（１） フォークのブレード及びクラウン（又は泥よけ）（フォークすき間）。
（２） チェーンステイ及びチェーンステイブリッジ（又は泥よけ）。
（３） シートステイ及びシートステイブリッジ（又は泥よけ）。
（４） 立管（シートチューブ）。
現在より太いタイヤと交換する時は、タイヤすき間があるか検討する。
オフロードを走るマウンテンバイク及びサイクロクロスバイクの中には泥詰まりを起こさないよう、タイヤすき間を大きくしている形がある。
自転車の質量
フレーム質量は自転車の質量に大きく影響する。自転車質量が小さいほど、軽く早く走ることができる。しかし質量を小さくするほど高価になり、効果費用比は悪化する。軽量化しても、強度、剛性および耐久性は確保しなければならない。その程度は自転車の用途（競技、サイクリング、通勤および旅行など）によって異なる。
ＵＣＩ は、それが公認するロード（ツール・ド・フランスなど）、トラックおよびサイクロクロスに使う自転車の質量下限を６．８ｋｇとする規定を、２０００年に設けた。
この値を下回る質量の自転車は競技に参加できない。質量７ｋｇを目標に製作すれば、０．２ｋｇまでの下方誤差が生じても合格するとの考えのようである。
「等しい条件で競技する」というＵＣＩの憲章に基づいて、特別に質量の小さい自転車に乗るものが有利にならないようにする規定となっている。
フレームの剛性
しなやかさ
しなやか（弾力性がある）と剛性がある、は対極にある。しなやかさが大きいと剛性は小さく、しなやかさが小さいと剛性が大きい。その間にいろいろな状態がある。表１の縦弾性係数／引張強さの比によって、材料のしなやかさを比較することができる。この値が小さいほど、しなやかと見なせる。
小さい順に並べると、チタン合金、アルミ合金、炭素繊維強化樹脂、クロムモリブデン鋼、高張力鋼、低炭素鋼となる。
通説ではアルミ合金フレームはしなやかとはされていないようである。フレームのしなやかさは材料の特性だけでは決まらないことを示している。 フレームを構成する管の外径（太さ）、肉厚、長さおよびバテッドの有無などが大きく影響する。
これらの要因を適切に設定することによって、管材にかかわらず所定の剛性を持ったフレームを設計できる。
アルミ合金材は強度が低いので、フレームの強度を確保するためかつ疲労による破壊を防止するために管を太くしなければならず、しなやかさはその程度に応じて失われる。剛性は管径の３乗に比例するので、例えば同じ肉厚の管の太さを２倍にすると、剛性は８倍（＝２3）になる。
しなやかなフレームは乗り心地が良いとされているが、サドルおよびタイヤなどが乗り心地に与える影響に比べると、その影響は大変小さい。フオークまたはリムとスポークが乗り心地に与える影響よりもやや小さい。具体的には、 サドルを取り外し、立管に垂直荷重を加えて測った各部の縦方向変位データは次のようになっている。合計変位を１００％とすると、フレーム２％、ホイール（リムとスポーク）３％、フォーク４％そしてタイヤ９１％である。
この測定データではしなやかさに対するフレームの影響は２％であるが、全体として感じる違いをフレームの違いと錯覚することがある。
しなやかさと剛性の大きさは相反するもので、自転車の用途および好みによっていずれを重視するか選択する。
しなやかなフレームはエネルギー損失が生じるので、競技用の自転車は剛性の大きい（しなやかさのない）ものが好まれる。
参考資料 「フレーム管の剛性」、 「金属疲労」フレームサイズと剛性
一般に三角形の剛性は、構成部材が同じであれば三角形が小さいほど剛性は大きくなる。フレームサイズが小さいと前三角及び後三角が小さくなるので、剛性は大きくなる傾向にある。各社のフレームをボトムブラケットシエル部で固定し、チェーンステイつめにハブ軸を取り付け、それに２２ｋｇの重りを吊るしたときの変位をダイヤルゲージで測定したデータを打点したグラフを右に示す。 グラフの縦軸は変位そして横軸はフレームサイズとなっている。点の色はフレーム材質を表しており、赤点はクロモリ鋼、青点はアルミ合金、黄点はチタン合金そして黒点はＣＦＲＰとなっている。 管径、肉厚及びバテッドの有無などが全て異なるため、フレームサイズ大よりも小が変位が小さい（剛性が大きい）という明確な傾向は見られない。後三角は前三角より剛性が大きい。
剛性試験装置
右図は自転車メーカーであるLapierre社のフレーム剛性試験装置。フレームの３箇所に同時に荷重を加えている。
試験データは自動的にデータベースに記録される。
フレームの振動吸収性
振動数にもよるが、縦弾性係数が大きい方が振動吸収性がある。「材料」の項の表１（フレームに使われる材料の特性）にある素材について、縦弾性係数の大きい順に並べると、低炭素鋼（シティ車に使われる）、クロムモリブデン（クロモリ）鋼、高張力（ハイテン）鋼、炭素繊維強化樹脂（俗に言うカーボン）、チタン、アルミ合金の順になる。ただし、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）は金属に比べて、約１０倍の振動吸収性がある。
フレームの振動吸収性は、フォーク、スポークおよびリムのそれに比べて小さい。また、サドル、タイヤまたはサスペンション（付いている場合）に比べると極めて小さい。
ヘッドバッジ
フレームの頭管（ヘッドチューブ）の前方に付ける金属製の飾り。
頭管にはリベットで取付けるための穴を開けておくことが多い。
材質は加工しやすいアルミ、銅または銀など。
ブランド（商標）を示すために、独自のデザインのヘッドバッジを付けている自転車メーカーがある。デザインを示すとそれに合わせて作る業者もある。日曜大工として自分で作って付ける人もいる。
１９７６年から現在まで、デザインを９種類（上図）も変えてきた自転車メーカー（Trek）がある。
デザインによって生産年代がわかる。例えば、１９９７～２００２年製の如く。
自転車事業の１２５周年を祝って、新しいロゴのバッジを限定版の自転車に付けたメーカー（Raleigh）がある。
フレームハンドル
自転車を片手で持ち上げて運ぶために、フレームの下管（ダウンチューブ）及び立管（シートチューブ）に取付ける皮製のバンドの商品名。自転車を持って階段を上がるときなどに使う。
フレームジグ
フレームの溶接又は加工を行うために、それらの構成要素を正確な位置に固定する装置。治具（じぐ）という当て字が使われる。
フレームの両側から作業ができるよう垂直に固定する形が一般的であるが、水平に固定する形もある。
単純なものから複雑なものまであり、その構成は多種多様。
ほとんどは、フレーム製作業者が独自に作ったものであるが、市販品もある。
右写真はフレームジグの市販品。各種のフレーム仕様に合わせた、フレームを構成する管などの位置決めのための固定並びに寸法および角度の調節ができるようになっている。
ＣＴスキャナー
自転車メーカーのCanyon社はフレームなどの断層撮影を行うために、ＣＴスキャナー（コンピューター断層撮影装置）を所有している（右図）。
ＣＴスキャナーは、断層撮影Ｘ線装置とコンピューターを組み合わせた機器。一般のＣＴスキャナーはＸ線を３６０度回転しながら照射して人体などの横断面を撮影、各方向からの像をコンピューターで処理して、その内部の３次元画像を得る。
右図の装置では撮影する物体（右図ではフレーム）の方を回転させている。
同社は製品の研究開発（Ｒ&Ｄ）及び品質管理（ＱＣ）に利用している。
左図は操作卓及びディスプレーそして右図はスキャナー室でフレームを撮影している状況。
Ｘ線照射器などは操作卓の操作によって上下移動できる。
フレームなどは回転テーブルに置く。
回転テーブルは操作卓の操作によって、回転及び左右移動ができる。
ボトムブラケットシェル
概要 |
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| 溶接式 | ラグ式 | |||
一般的な意味での、シェルは殻、筒のこと。
フレーム連結
フレームにおいて下管、立管およびチェーンスティと連結している。
これらの管とシェルを連結する方式には、溶接式（ラグレス式）およびラグ式がある。
ラグ式
ラグ式シェルはシェルとラグが一体になっている。
ラグ式は管端がラグで補強される上、溶接による熱ひずみがない。
ねじ
| 規格 | シェル幅 | ねじ | 左側 | 右側 | 用途 |
| ＩＳＯ、ＪＩＳ | ６８ｍｍ | １．３７０ｉｎ ｘ ２４山 | 右ねじ | 左ねじ | ロード車、ＭＴＢ |
| イタリアン | ７０ｍｍ | ３６ｍｍ ｘ ２４山 | 右ねじ | 右ねじ | ロード車、ＭＴＢ |
| オーバーサイズ | ７３ｍｍ | １．３７５ｉｎ ｘ ２４山 | 右ねじ | 左ねじ | ＭＴＢ |
| ＢＢ３０ | ６８ｍｍ | 圧入 | なし | なし | ロード車、ＭＴＢ |
イタリアン以外は、右側が左ねじとなっているので右側は右に回すと緩む。
なお、左側は左に回すと緩む。
ただしＢＢ３０などは圧入するので、ねじはない。
工具
ボトムブラケットシェルの端面を加工する工具として、ＢＢフェーシング工具がある。
ねじを修正加工する工具として、ＢＢタッピング工具がある。
キックスタンド
概要駐車時に自転車が倒れないよう路面で支持する支持脚。使わないとき（走行中）には、ほぼ水平となる。
車輪寸法に合ったものを使う。足で蹴って操作するのでキックスタンドと呼ばれる。
種類
一本足（１本スタンド）が多いが、２本足（ダブルレッグスタンド）もある。脚の長さが調節できる（アジャスタブル）ものもある。
取付チェーンステイに取付ける形が多い。 シティ車は後輪軸に取付けている。
外部ボトムブラケットに取付ける形もある。
後輪のクイックリリースのスキュアーに金属片を付け、カーボン製キックスタンド端の磁石で付着させる形がある。
２分割できるようにしているのでバッグなどに入れて持ち運ぶことができる。
材質
鋼、アルミ合金又はチタン合金など。
トップチューブガード
保管時の立てかけ及び自分又は他人の自転車のハンドル、ブレーキレバー、チェーン錠又は自分の靴などで、
上管（トップチューブ）に傷が付くのを防止するために付けるカバー。
上管全長を保護する長い形及び部分的に保護する短い形がある。裏返しても使える形（リバーシブル）がある。
トップチューブカバー及びトップチューブプロテクター とも言う。
トップチューブの装飾として使われることもある。
水玉模様がある。
