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自動車のサスペンションのゴムブッシュの役割

2023-02-09 19:02:15

自動車のゴム部品の多くは、「緩衝防振」から生まれました。たとえば、ゴムタイヤの発明であるタイヤが自転車に初めて適用されたとしますが、もともと自転車にはタイヤがありませんでしたし、道路環境も悪く、舗装されていなかったり、石畳だったりして、自転車で走るのは大変でしたし、速度も制限されていました。

言い伝えによると、ある民間の自転車競技の時、一人の選手は試合前に偶然に自分の庭の灌漑用のゴムホースを見て、とっさの思いつきでそれを自分の自転車の車輪にくくりつけました。その後の空気タイヤのようには優れていませんでしたが、このペアの「土のタイヤ」は見事に効果を発揮し、レース優勝を果たし、皆がそれに倣うことになりました。
サスペンションのゴムライナーの発明も、パワートレインのサスペンションの発明も、人々を快適にするためのものでした。

サスペンションにとって振動の元は路面です。路面の起伏が車輪に作用し、サスペンションを介して車体に伝わります。サスペンションには、2つの振動の伝達経路があります。1つはスプリングとダンパーで、もう1つはサスペンションのコントロールアームです。振動を遮断するという点では、ばねやダンパーがいくらうまくできても振動を遮ることはできず、別の道を行くことになります。そのため、ゴムブッシュというものが出てきます。

ラバーライナーが加わったことで、派生商品も登場しました。路面がでこぼこしているときに変形して振動を吸収するだけでなく、ステアリング、ブレーキ、加速などのダイナミックな変化でも変形が起きるのですが、そのときの変形には2つの効果があります。1つ目はサスペンションの変形特性、つまりK&C特性の「C」特性(これについては以前の記事で詳しく述べました)。2つ目はサスペンションの周波数特性というか、運転操作に対するレスポンスを変えたことです。

この2つの派生効果は、そもそもブッシュが発明されたわけではありませんが、徐々に技術者によって利用されるようになりました。たとえば、私たちの車が減速帯を抜けるときは、ブッシュの変形で車輪が少し後ろに下がるので、衝撃が小さくなります。

ではなぜレーシングカーにはブッシュが付いていないのでしょう?もしブッシュがなかったらどうなりますか?
まず、人は振働の苦痛を受けます。幅の大きい路面の起伏はバネやダンパーでかなり処理されますが、しびれるような細かい振動は「正直に」車体に伝わります。
次に、うるさくなります。さまざまなノイズ、たとえば「ギシギシ」とか「ガランガラン」というノイズが出てきますし、インテリアまでもが、長期的な振動によって、さらにだらだらとしてきます。
また、サスペンションの寿命はかなり短くなります。ゴムのブッシュがついている車は十万キロの耐久に耐えられますが、関節ベアリング(俗に「魚眼レンズ」や「リーマ」と呼ばれる)はだめで、十万キロで魚眼レンズに交換するマシンはありません。

 

 

その結果、車が運転しにくくなります。もちろん、ここでの「乗りにくさ」は一般消費者のためのもので、レーサーにとってはそれを楽しみにしています。ブッシュのない車は、ハンドルを早く切ると、横から無理やり蹴られたような感じがして、レスポンスがダイレクトに速くなります。民間人にとって、私たちは車の反応がそんなに速くないことを望んで、むしろ適当に少しゆっくりで、人にもっと快適でリラックスさせることができます。

快適さの出発点から言えば、ゴムのブッシュは適度に柔らかくします;安定から出発するなら、少し堅くします。硬ければ、ブッシュがありません。柔らかさを極めることはできません。柔らかすぎるブッシュは振動の減衰が足りず、ブレすぎてしまうからです。

ブッシュというものは、弾性も含み、減衰も含みます。バネのようにエネルギーを蓄えて放出したいという特性もあれば、ダンパーのようにエネルギーを吸収する能力もあります。しかし不幸なことに、ゴムのこの材料、弾力性と吸収エネルギーの特性を分離することが難しいです——往々にしてもっと柔らかいゴムの隔て振働がもっとよくて、しかしもっと振働をもたらしやすいです;硬いゴムほどエネルギーは減衰しますが、振働を遮断するのは苦手です。
このようなゴムの特性のため、油圧ブッシュができたのです。

「油圧ブッシュ」というのは、ブッシュの中が空洞になっていて、そこに油液が充満しているものです。ブッシュが手の中で変形すると、中の油が流れていきます。オイルが狭い通路を流れると油圧ダンパーのように振動エネルギーの一部が減衰しますこのように、ゴム素材自体の抵抗に加えて、液体の流れも追加の抵抗を提供して、ブッシュ全体の抵抗の効果を改善して、ブッシュも少し柔らかくすることができます。

油圧ブッシュの中には、配管が屈折しているものもあります。

原理的に見れば、油圧ブッシュというのは、やはり快適性のためのものです。事実、安定にはあまり意味がありません。以前、操縦を高めるために、油圧ブッシュに穴を開けて、中の油を出して、そこに溶融テープを入れるという、いいアイデアを聞いたことがあります。オイルが抜けていなかったり、ウォーマーがインナーに完全に充満していなかったりすると、中に空気だけの空洞ができてしまい、快適性や操作性に非常に有害です。

もう一つの問題は、油圧ブッシュの寿命が短くなることです。液体漏れのためです。ブッシュから液漏れが発生すると、内部に空洞が生じ、車両の予期せぬブレや揺れ、異音、レスポンスの異常が生じやすくなります。

ミネラルオイルはゴムに弱いため、腐食を避けるため、ブッシュには水に溶けるエチレングリコール系の油液が使われています。ブッシュから油が漏れた場合、雨の日や散水車が水を撒いた道などでは簡単に汚れが洗い流されてしまいますから、油の染みを観察したからといって、必ずしもオイルが漏れていることに気づくわけではありません。やはり、通常のブッシュと同じように、ひび割れや破損を目視で観察し、運転時の感覚を加味して、交換すべき時期かどうかを判断する必要があります。

ブッシュの交換というのは、基本的には感じて観察するものです。車輪が不規則に揺れたり、レスポンスに異常がないかなどを体感する一方で、ブッシュ表面のひび割れや破損を観察します。
ひどいひび割れは当然ながらブッシュの寿命が切れたしるしです。時々、ブッシュのゴムの表面に密で浅く細かいヒビが入っているのを見かけますが、その場合、機能には大きな影響はないかもしれませんが、これはゴムが古くなっているサインであり、定年退職も近いことを示しています。

新品のラバーブッシュを交換する際に注意したいのは、ブッシュの取り付け方向ですが、サスペンションの多くのブッシュは方向によって構造が異なります。
また、もし目的の改装があるのではないならば、元工場のキットを選ぶのが一番よくて、鬼が知っているため副工場の件の作った元工場よりいくらかあるいはいくらか軟らかくなりました。

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