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) は、自動車のホイールの整列具合のことで、サスペンションや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。
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[編集] 概要
- 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なおす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。
- 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）。
- 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）。
- 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。
[編集] キャンバー
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車両を正面から見たとき、タイヤ上部が外側または内側に傾く角度をキャンバー角という。外側に傾く（逆ハの字）のをポジティブキャンバー（＋キャンバー）と言い、内側に傾く（ハの字）の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。
[編集] キャンバーの役割
キャンバーの役割は大きく分けると三つある。
- 一つ目は、ステアリング操作力の軽減である。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。
- 二つ目は、荷重時の適正キャンバーの保持である。つまり、サスペンションの形式の違いにより程度の差はあるが、自動車に荷重が加わると、キャンバーはネガティブ（マイナス）側にずれるため、あらかじめポジティブ（プラス）側にキャンバーを設定して、荷重時に適正キャンバーとなるようにされている。
- 三つ目は、旋回性能の向上である。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。
[編集] キャンバーの特性
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るため、このキャンバ・スラストによるステアリング流れが発生する。ただし、これは過度のキャンバーによるタイヤの偏磨耗から発生することもある。
[編集] キングピン角
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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言う。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、スクラブ半径と言うが、特に左右方向の距離ついて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とも言われる。 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」の事だという。（詳細不明）
[編集] キャスター
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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の傾きをキャスター角と言う。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。操舵機構のない（普通の）後輪には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角度とキャスター角を混同した解説が出回っているが、それらは誤りである。 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トレールと呼ぶ。（リンク画像参照）
[編集] キャスターの役割
- 一つ目は、キャスタートレール（リンク画像参照）による直進性の保持である。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。
- 二つ目は、旋回時に必要な対地キャンバーの発生である。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。
[編集] キャスターの特性
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。
[編集] トウ（トー）
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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。直進安定性を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 －0°06′や－1.0mm はトウアウト）。
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。
[編集] トウの役割
- 一つ目は、タイヤの抵抗によるトウアウトの防止である。前輪にポジティブ（プラス）スクラブがつけられていれば、直進時でも駆動力に応じて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することで、走行中にトウアウトになることを防いでいる。
- 二つ目は、キャンバーによるトウアウトの防止である。ポジティブ（プラス）キャンバーがつけられているタイヤは、中心線から見て車の外側に進もうとする。ところが、前輪の場合、左右の車輪はタイロッドで連結されているため、外側に進もうとする力は横滑りし、タイヤの磨耗を早める。そこで、トウインがつけられ、タイヤを車の内側に進ませようとすることで、お互いに打ち消しあってタイヤを直進させている。
[編集] トウの特性
トウインは、タイヤの抵抗およびポジティブ（プラス）キャンバーによるトウアウトを防ぐためにつけられている。過大なトウインやトウアウトは、タイヤの異常磨耗を起こす。タイヤの磨耗原因は、過大なトウによる原因が最も多い。
[編集] ターニングラジアス
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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。
[編集] ターニングラジアスの役割
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。
[編集] ターニングラジアスの特性
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。
[編集] セットバック
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セットバック (Set-Back) とは、頓挫、挫折、退歩、後退のことをいうが、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。
[編集] スラスト角（スラストアングル）
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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、
- 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
- 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、許容範囲としてもヨーロッパと同様に0度±10分（0.17度）以内であるべきである。
[編集] スラスト角の特性（弊害）
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。
- 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
- 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
- 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
- 旋回時に、一方だけ腰砕けのようになる
- 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
- 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。
- 加速や減速で不安定な挙動を示す。
[編集] メンテナンス
[編集] 近年の状況
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始めた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。
[編集] アライメントの調整と設定
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。
[編集] サイドスリップテスタによる誤り
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。サイドスリップの調整だけをもってホイールアライメント調整を完了するには、1.キャンバー／キャスター／トーがすべて適正で、スクラブ半径も正確で、かつ新品のタイヤがついている、という条件が必要になる。
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。以下に、サイドスリップテスターの測定値に含まれる内容の例を示す。
- サイドスリップテスターの測定値に含まれる内容
- トウ、キャンバー、キャスターの左右差
- 車高の左右差
- ラバー・ブッシュ類の左右アンバランス
- パワーステアリング油圧のアンバランス
- ブレーキの引きずり
- タイヤの空気圧や片べりの左右差
- ショックアブソーバーのへたり
- テスターへの車両進入角度
[編集] アライメントが狂う主な原因
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 | ボディー（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 |
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| タイヤ・ホイール |
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[編集] 名称について
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。
[編集] 関連項目
- ボデー・アライメント(Body Alignment)
- ステアリング
- サスペンション
