ホイール・アライメント

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ホイールアライメント(Wheel Alignment、正しい読みは「ホイール・アラインメント」)は、自動車のホイールの整列具合のこと。サスペンションステアリングのシステムを構成するそれぞれの部品が、どのような角度関係で自動車に取り付けられているかを示すものである。キャスター角・キャンバー角・キングピン傾角・トーイン&トーアウトの4つの要素からなる。

概要[編集]

目的
ホイールアライメントは、かじ取り操作(ステアリング操作)を滑らかにする、直進時や旋回時の走行を安定させる、タイヤの偏磨耗を軽減する、といった目的で、主に特定の積載量、走行速度において、良好な状態となるよう設定、調整される。また、その設定を変更したり調整し直したりすることをアライメント調整やアライメント設定等という。
ホイールアライメントの構成要素との関係
車としての機能である走る・曲がる・止まるは、このホイールアライメントが大きく関係している。具体的には、ホイール(タイヤ)が車に取り付けられているときに、わずかずつではあるがいろいろな方向で角度が付けられている。この微妙な角度が、一つでも狂うとバランスが悪くなり、様々な走行上のトラブルの原因となる。
ホイールアライメントの構成要素には、トウ(トー)角(前輪および後輪)、キャンバー角(前輪および後輪)、キャスター角(前輪のみ)、キングピン角(KPIまたはSAIで示される)、インクルーデッドアングルターニングラジアス(前輪の回転角度または切れ角のことをいい、20度回転角および最大回転角で示される)、セットバック(前後輪セットバック)、スラスト角(ジオメトリカル・ドライブ・アクシス)などの諸角度がある。もし、その自動車が4WS(四輪操舵式)の場合には、後輪のターニングラジアスも含まれる。
事故修理後のホイールアライメント点検
修理後(特に足回りの修理後)の点検として、ホイールアライメントは重大な要素にもなる。点検の基本として、下記の3ポイントを確認する必要がある。
  1. ボディーアライメント確認(ボディー修正がカーメーカーのボディー寸法図通りに復元できているか)。
  2. 修理方法の適正さの確認=修理箇所の強度に問題はないか(例えば、所定の修正装置の使用、修理手順、修理作業者の技能、溶接強度等で確認する)。
  3. ホイールアライメントの確認(数値が適正範囲内か)。
ホイールアライメントの判断
これまで、ホイールアライメントといえば、フロント・ホイールアライメント(Front Wheel Alignment)といったように、前輪(フロントホイール)でかじ取りをする理由からホイールアライメントは前輪にだけ存在するものと一般的に考えられていた。最近ではサスペンション構造もかなり複雑になり、もはや前輪だけのホイールアライメントだけを考えたホイールアライメント・サービスは成り立たなくなっており、全車輪的に判断する「トータル・ホイールアライメント」という考え方に変わってきている。

キャンバー角[編集]

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車両を正面から見たとき、タイヤ上部が外側に傾く(逆ハの字)または内側に傾く(ハの字)角度をキャンバー角という。外側に傾く事をポジティブキャンバー(+キャンバー)と言い、内側に傾く事をネガティブキャンバー(-キャンバー)と言う。 現代ではタイヤの接地面を常に活かし切ることを狙ってキャンバーをほとんど付けないのが主流であるが、旋回時には遠心力で車体がロールするのに伴いタイヤの外側から磨耗して行く傾向が出る。 キャンバーの設定はサスペンションの挙動と組み合わせて考えられることが多い。

パワーステアリング機構のない車両では、ポジティブ(プラス)キャンバーにしスクラブ(またはキングピン・オフセット)を減らすことで操舵を軽くすることがよく行われた。

旋回性能を高める目的ではネガティブ(マイナス)キャンバーに設定することが多い。ネガティブ(マイナス)キャンバーを付けると直進時はタイヤの内側が強く路面に接地するため、タイヤの内側から磨耗していく。

キャンバーの役割[編集]

  1. ステアリング操作力の軽減。キャンバーを持たせることで、キングピンオフセット値を小さくして、ステアリングの操作力を軽減させている。
  2. 旋回性能の向上。旋回時に旋回方向から外側のタイヤに大きな横荷重と縦荷重が加わり、キャンバーはポジティブ(プラス)側に引き込まれてしまうため、タイヤと路面との接地性が悪くなる。そのため、あらかじめネガティブ(マイナス)側にキャンバーを設定することで、旋回性能の向上が図られている。近年の自動車は、かなり大きめのネガティブ(マイナス)キャンバーが設定されている自動車も見受けられる。
  3. 極端なキャンバー角は以下に記す偏摩耗や直進時のグリップを減らしてしまい危険である。

キャンバーの特性[編集]

かつてはキャンバーをつけるとタイヤは傾いた方向に横力が加わり(キャンバー・スラスト)、ステアリング流れが発生した。ただし、現在主流のラジアルタイヤではほとんど起きない。むしろ過度のキャンバーによるタイヤの偏磨耗が発生することが珍しくなく、こちらを注意すべきである。

キャンバー角簡易測定法[編集]

糸と定規さえあれば、簡単に測定できる(リンク画像参照)。

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  1. 水平な場所に車を停める
  2. おもりを付けた糸を垂らす
  3. 三角関数にてA、B、C の値から角度を割り出す

キングピン角[編集]

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車両を正面から見たときのキングピン軸の傾きをキングピン角という。キングピン軸とは、操舵の回転軸のこと(本当に部品として軸が存在しなくともよい)。 また、タイヤ接地中心とキングピン軸の地上交接点とのズレを、スクラブ半径というが、特に左右方向の距離についてはキングピンオフセットともいう※。 マクファーソン・ストラット式サスペンションにおいてはストラット中心軸とキングピン軸を混同しやすいが、この二つは別のものである。(リンク画像参照)

(※日本でしか通じない間違った言葉の使い方。諸外国で「キングピンオフセット」といえば「スピンドルオフセット」の事)

キャスター角[編集]

キャスターアングルの説明図。傾きθがキャスター角である。

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車両を側面(横側)から見たときの前輪のキングピン軸(操向軸)の傾きをキャスター角と言い、操舵輪にのみ存在する。通常、横側から前輪を見ると、キングピン軸は上部がやや後方へ傾いて設定されている。普通の(操舵機構のない)車の後輪にはもちろんキャスター角は存在しない。ストラットの角度やサスペンションの動作角をキャスター角と混同した解説が出回り、『リアのキャスター角』などという言葉も氾濫しているが誤りである。 車両側方から見たキングピン軸地上交接点とタイヤの接地中心の距離をキャスタートレールと呼ぶ。(リンク画像参照)

キャスターの役割[編集]

  1. キャスタートレール(リンク画像参照)による直進性英語版の保持。直進時はタイヤ下部(地面との接点)が後ろに引っ張られる形となり、常に直進性を保つ働きがある。タイロッドで打ち消しあっているが、旋回時になると車輪下部(地面との接点)が内側へと引っ張られ、直進しようとする復元力となる。
  2. 旋回時に必要な対地キャンバーの発生。旋回中は、内輪はポジティブ方向へ、外輪はネガティブ方向への変化を促し、旋回性能向上に貢献する。

キャスターの特性[編集]

キャスターは、特に直進性を保つために設定されているが、その反面、キャスターが過小・過大・左右不等になると車輪の復元力が小さくなり、ステアリングの戻りが悪くなったり、旋回時のステアリング・ホイールを保持するのに大きな力が必要になったり、ステアリング流れが発生する、などの現象が発生する。

トウ(トー)角[編集]

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車両を上空から見たとき、進行方向に対しタイヤ前端を内側または外側に向ける角度をトウと言う。前輪のトウ=フロントトウ、後輪のトウ=リアトウである。直進安定性などを調整している。 進行方向に対し前端を内側に向ける角度を「トウイン (toe-in) 」外側に向ける角度を「トウアウト (toe-out) 」という(つま先のことをtoe[tou]と言うが、それがinを向いているかoutを向いているかということ。人間なら内股、がに股のようなもの)。トウインは+で表し、トウアウトは-で表す(例えばトウアウトならば -0°06′や-1.0mm など)。

日本では車輪の前端と後端の左右方向のズレを"mm(ミリメートル)"で表してきたが、日本以外では一般的に角度であらわす。日本においても、海外製の測定器が流通するにしたがい、角度表示も増えてきている。幾何学的中心線を基準にするが、左右を総合したトータルトウも意味を持つ。


トウの役割[編集]

  1. タイヤの抵抗によるトウアウトの防止。前輪にはポジティブ(プラス)スクラブがつけられている事が多く、路面との摩擦抵抗により常に前開きになるようにモーメントが働く。そこで、あらかじめトウインを設定、走行中にトウアウトになることを防いでいる。
  2. サスペンションに内側の張力を発生させ、車両の安定性を高める。逆にトウアウトにすると、ハンドル操作に対してあいまいな反応を示すようになる。
  3. 偏磨耗の防止。現代のタイヤは年々偏平化の傾向にあり、ネガティブキャンバーの弊害として内側偏磨耗が起きやすい。トウインをつけることで内側偏磨耗を緩和することが出来る。

(元は、キャンバー(ポジティブ)によるキャンバースラスト(この場合、左右のタイヤが離れていこうとする)の動きを打ち消すのが目的だった。ポジティブキャンバーや細く丸いバイアスタイヤの時代と比べると、トウインの目的がかなり違っている)

トウの特性[編集]

トウインは、ハンドル操作に機敏な反応を示す反面、過剰であればドライバーの疲労を引き起こす。市販車ではトウゼロ~ややトウインが主流であり、トウアウトは稀。(レース車両などでは意図的にトウアウトにすることもあり、他の要素と組み合わせることで様々な効果を出す) トウはキャンバー角やキャスター角以上に、影響が大きいと言われる。車検では、フロントのトウにもっとも近い「サイドスリップ」が、アライメントの要素として唯一の点検項目になっている。

ターニングラジアス[編集]

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ターニングラジアス(ターニングアングル)とは、旋回時における左右の前輪の切れ角度のことをいう。ターニングラジアスが狂うと、直進時のホイールアライメントが正しくても、タイヤの磨耗を早めることになり、旋回時の走行や安定性にも大きな影響を与える。

ターニングラジアスの役割[編集]

ターニングラジアスの役割は、前輪に常に適切な切れ角を持たせることである。ステアリングリンケージの仕組みにより、ナックルアームを若干内側に向けて取り付けることで、左右の切れ角は内側に大きく、外側に若干小さい切れ角となる。 アッカーマン・ジャントー方式(リンク画像参照)によるステアリングリンケージは、この切れ角に自動的に差を作り出し、出来るだけ適切な切れ角になるよう設計されている。 ※「出来るだけ」というのは旋回時の旋回中心は極低速時の後輪車軸延長線上より速度が増すごとに前方に変化をするため。 旋回中心が固定点ではない以上、「完全な最適化」は難しい。

ターニングラジアスの特性[編集]

常に適切な切れ角を持たせるために設定されているターニングラジアスなので、ステアリングリンケージでのナックルアームの曲がりや、タイロッドの左右長さの不等などが発生すると、必ずタイヤの異常磨耗(トーによる磨耗)につながる。

セットバック[編集]

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セットバック (Set-Back) とは、頓挫、挫折、退歩、後退、退学のことをいうが、ホイールアライメントにおけるセットバックとは、前車軸と後車軸の平行度をいう。一般的に、セットバックの測定は後車軸を基準として後車軸に対する前車軸の平行度合いを示す。ホイールアライメントテスタによって表示の方法が異なることがあり、普通は前輪の左か右のどちらか一方の車輪を基準にして、反対側の車輪が前に出ているか、後ろに下がっているかを+または-の記号で表すことが多い。 セットバックが大きいということは、ホイールアライメントを構成するいろいろな角度やフレームなどの”左右のバランスがどこかで崩れている”ということを示している。キャスターの調整でセットバックが大きく狂うなどの場合は、フレーム歪みを疑う必要がある。 このセットバックの表示に関しても、ホイールベースの左右差をmm で示す場合と角度を示す場合とがある。

スラスト角(スラストアングル)[編集]

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スラスト角とは、自動車の進行線(スラストライン)すなわち自動車の進行方向と、自動車の中心線(正しくは幾何学的中心線)との角度の差をいう。

スラスト角 (Thrust Angle) は、別名をスラストライン偏差角 (Deviation in Alignment) 、ジオメトリカル・ドライブ・アクシス (Geometrical Drive Axis) などと呼ばれる。

スラスト角の狂いは、

  1. 後輪の左右個別のトーのアンバランス=スラストラインそのもののずれ
  2. フロントメンバーの横ずれ=幾何学中心線すなわち測定の基準線のずれ

などが原因で生じる。

スラスト角は、日本ではそれほど重要される傾向はないが、スラスト角が自動車の安全や安定性だけでなくドライバーの疲れにも影響することから、高速道路の発達したヨーロッパでは非常に重要視されており、スラスト角の許容範囲も0度±10分(0.17度)以内に限定されている。

トータル・ホイールアライメントにおけるスラスト角の設定は限りなくゼロ(0度)が望ましく、ずれを許容する場合もヨーロッパと同様に最大0度±10分(0.17度)以内。

スラスト角の特性(弊害)[編集]

自動車が進んでいく方向、すなわち自動車の進行線(スラストライン)は、後輪のトーによって決定される。 後輪のトーの左右差が大きいほど、自動車の進行線と自動車の中心線(正しくは幾何学的中心線)の角度差が大きくなり、自動車は斜進する。自動車の進行線が自動車の幾何学的中心線と同一(スラスト角=0度)の場合は問題はないが、自動車の進行線が自動車の幾何学的中心線の角度差が大きい、すなわちスラスト角が大きい場合、自動車を運転する上でいろいろな不具合が生じる。

  1. 自動車が斜めになって直進するようになり、極端な場合には、自動車の前部が通過しても後部が障害物に当たる
  2. ステアリングホイール(ハンドル)のセンターが狂い、ステアリングホイールをまっすぐに保っても直進しない
  3. 左右の旋回時に、一方がオーバーステア(曲がりすぎる)で、一方がアンダーステア(曲がりにくい)になる
  4. 旋回時に、一方だけ腰砕けのようになる
  5. 直進の位置にステアリングホイールを設定して自動車を降りたとき、前方から自動車を眺めると前輪が左または右に切れている
  6. ホイールアライメントテスタでステアリングホイールを正しい位置に調整しても、路上テストでステアリングホイールのセンターが合わない。
  7. 加速や減速で不安定な挙動を示す。

メンテナンス[編集]

近年の状況[編集]

現代の一般的な自動車ユーザーでは、通常に自動車を運転する上であまり意識しなくなっている調整項目となっている。しかしながら、走行中にタイヤを溝に落としたりしてサスペンションに衝撃を加えてしまった後に、自動車が直進しないように感じたら、直ぐ調整する必要がある。そのままではタイヤのグリップレベルも不揃いであり、いざ急ブレーキという時に重大な事故を招きかねない。放置すると、タイヤの偏磨耗にもつながる。

最近の自動車ではあからさまなコスト削減で構造が簡略化され、アライメントを細かく調整するための機構を備えておらず、測定器とにらみ合いながらの根気の要る作業となる。また、作業者のスキルも求められる。しかし近年のブームでアライメント調整業務をはじめ、多くのタイヤショップなどではこれらの作業はまず出来ない。誰もが気軽に調整を受けられるようになった反面、ノウハウもなく「調整機構の備わった部分だけ手を出す」という中途半端な作業しか受けられないことが多い。

アライメントの調整と設定[編集]

ホイールアライメント調整または設定は、車両の重量がサスペンションの可動部分に適当に配分された上で、1.走行上の安全性、2.適正なタイヤ寿命が確保できるものでなければならない。

ホイールアライメントの調整作業は、後輪から始め、その後に前輪のキャスター、キャンバー、トーの順序で進めていくのが一般的なやり方である。後輪は操舵機構はないが、自動車の進んでいく方向、つまりスラストライン(自動車の進行線)は、後輪の左右のトーと左右のキャンバで決められているので、後輪のホイールアライメント調整が重要となる。 足回りを含む事故の修復におけるアライメント調整は、ボデーアライメントの狂いがないこと、サスペンションまわりの部品すべてについて異常がないことが大前提となる。(事故車など)サスペンションまわりの部品を新品に交換しホイールアライメントに異常がないのにまともに走らない場合、その原因はボデーアライメントの歪みであると考えられる。

サイドスリップテスタによる誤り[編集]

サイドスリップテスタは、(前輪の)ホイールアライメントを総合的に判断する測定器であって、このテスタだけではホイールアライメント調整を完了することはできない。

現在、整備工場や修理工場では、日本の車検で使用しているサイドスリップテスタによりアライメントを点検するのが一般的であるが、少なくともこのテスタで異常が出た場合、すぐにトーの調整をして保安基準に適合するようにするのではなく、総合的にホイールアライメントの問題がないか確認する必要がある。

日本の道路運送車両法の保安基準が定められたのは昭和20年(1945年)代のことで、操舵を有する前輪のサイドスリップ値の合否の判定基準は±5mm以内に定められている。国産車ではサイドスリップ値が±5mm以上の自動車はないが、輸入車には±5mm以上の自動車も存在し、この異例な前輪サイドスリップ値に関しては、運輸支局も認めているものもある。

基本的には、サイドスリップテスターの測定値と、アライメントテスターで測定したトウインの値は同じではなく、測定している内容が異なるため、この測定値だけを比較することは問題がある。

輸入業者がサイドスリップ値について型式認定時に申請し、実際の車両にはエンジンルーム内にアライメントの設定値が記載されたラベルが貼付けられる。 並行輸入車についても、正規輸入車と同等の扱いがなされる。

アライメントが狂う主な原因[編集]

アライメントが狂う主な原因は、「パーツの消耗・劣化」または「部位・パーツの損傷」の二つ。その対象となる部位・パーツは、「ボディー」「サスペンション」「タイヤホイール」の三つである。

部位・パーツ 原因
消耗・劣化 損傷
ボディ   ボディ(内板骨格、特にアンダーフレーム)の歪み・曲がり
サスペンション
  • パーツの馴染み
  • ラバー・ブッシュ類の変化(劣化・消耗)
  • 車高の変化
  • サスペンションの交換
  • サスペンションのへたり、油漏れ
  • パワーステアリングの油圧制御不良
  • サスペンションパーツの変形(損傷・故障)
  • サスペンション調整機構のずれ
  • ショックアブソーバーの不良
  • 車検時のトウ調整ミス(サイドスリップテスタのみで調整のため)
  • ブレーキ機構のアンバランス
タイヤ・ホイール
  • タイヤの空気圧や片べり(異常、左右差)
  • タイヤ・トレッドパターンの相違
  • タイヤの磨耗
  • ホイールバランスの狂い
  • ホイールオフセットの相違
  • ホイールの損傷(歪み・キズ)
  • タイヤ自身のミスアライメント

名称について[編集]

キャンバー、キャスターの名称は、自動車技術用語として、自動車技術会JISなどで、キャンバ、キャスタと呼称される。

関連項目[編集]