トーションバー
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トーションバー(一般的な英語[1]では torsion spring)とは、状の物体を捻る時の反発力を利用したばねの一種である[2]。ねじり棒(torsion bar)、ねじりばね、ねじり棒ばねとも呼ばれる[2](torsion bar spring)。 英語ではtorsion bar[3] や torsion bar spring[2]などとも。
目次

1 概要

2 ねじりバネ定数

3 用途

3.1 トーションバー式サスペンション

3.2 自動車以外


4 その他

5 脚注

6 参考文献

概要

コイルばねに比べ、同じ質量で保存できるエネルギーが大きいため、軽量に作ることが出来る。また、まっすぐで細いためスペース効率も高い。多くは中実の鋼棒であるが、中空(鋼管)のものもある。
ねじりバネ定数 左端を固定、右端でねじる場合

ねじりモーメントに対する変形角度の比を表すねじりバネ定数は下記で示される。

k = M T α = G J L {\displaystyle k={\dfrac {M_{T}}{\alpha }}={\dfrac {GJ}{L}}} k {\displaystyle k} :ねじりバネ定数(Nmm/rad) M T {\displaystyle M_{T}} :ねじりモーメント(Nmm) α {\displaystyle \alpha } :ねじれ変形角(rad) L {\displaystyle L} :長さ(mm) G {\displaystyle G} :材料の剛性率(横弾性係数)(GPa) J {\displaystyle J} :ねじり定数。円形断面では断面二次極モーメントに等しい
用途
トーションバー式サスペンション

自動車サスペンションとして、トーションバー式サスペンション(en:Torsion bar suspension)という、サスペンションの構造の一部がトーションバーになっている形態がある。他のばねに比べ、支える荷重が大きい場合でもばね自体の質量増加が少ないため、特に戦車トラックトレーラー(被牽引車)などで多用されている。

なお、トーションビーム式サスペンションとは異なるものである。 トーションバースプリングを採用したシトロエンの「トラクシオン・アバン」のフロントサスペンション(1935) 左右非対称の例。
左右でホイールベースも異なる。

スウィングアクスルダブルウィッシュボーンとは縦置きで、トレーリングアームとは横置きでそれぞれ組み合わされる。自動車の後輪や履帯用では横置きされた複数のトーションバーの干渉を防ぐため、左右の構造が非対称となる場合がある。

自動車では、サスペンションの他、アンチロールバー(いわゆるスタビライザー)、セダントランクリッド、ピックアップトラックライトバンハッチバックのドロップゲート(荷台後部のあおり、バンやハッチバックでは上下分割式バックドアの下側。)のヘルパースプリングなどにトーションスプリングが使われている。

スムーズな動作のためには、アームのピボットとトーションバーの中心とを一致させ、「ねじりモーメント」以外がかからないようにするのが通常の設計であるが、フォードのピックアップトラックとSUVのフロントや、PSA・プジョーシトロエンでのリアのように、両者がずれているため先端が円運動を起こし、トーションバーに「曲げモーメント」が発生するものもある。

また、プリロードの調整が容易で、ほとんどの場合、根元に嵌合固定されているカムの位置を回転させるだけで簡単に車高を調節することができる。車種によっては油気圧油圧式のハイトコントロールが組み合わされたものもある。

日本では、戦後富士重工スバル・360[4]トーションバー式サスペンションを採用する際、多くの課題[5]があり、また、ばね製造元の日本発条[6]に生産設備がまだ無いことなど困難はあったが同社の協力も得つつ採用に踏み切った。当初は1本1万円のトーションバー4本は、車輛全体の価格のうちのかなりを占める高価と言えるものであったが、後に日本発条が量産化に成功し採用例も広まった。[7]また、冶金技術で苦労したと伝えられている[要出典]。スバル・1000にも採用したが、いずれも右図のような左右非対称となる、「車体幅一杯の長さのトーションバーをすこしずらせて配置する」という構成ではなく、中央の取付部に左右同相ならば回転できるような自由度を与え、コイルスプリングを併用するという構成としている[8]。この構成は、左右対称かつコンパクトで荷重の対応範囲も広いという利点の他、左右に等しい荷重に対しては軟らかめであるのに比しロール剛性は硬めという、アンチロールバー(いわゆるスタビライザー)を持つサスペンションと同様な性格を与えており、いわゆる「スバル・クッション」と呼ばれた乗り心地の良さなどという評判はこれのためともされる。[9]

レーシングカーではコストの問題は比較的大きくなく、古くはロータス・72のような採用例もあるように、トーションバー式サスペンションに積極的な設計者(デザイナー)もいたが、コイルスプリングの採用も多かった。その後、特に、ルールによりオープンホイールのため足回りがむき出しのフォーミュラカーにおいて、極度に空力が重視されるようになると、空間効率の良さという利点から、F1では1989年から1991年のフェラーリ以降、1990年代後半からは広く採用されるようになり、主流になっている。

サスペンション以外では、ホンダ・RA301のエンジンのように、バルブスプリングにトーションバーを採用した例もある。

戦車用としては、1934年に登場したスウェーデンのAB ランズヴェルク製L-60軽戦車に用いられたのが最初の例であると考えられる(ライセンス生産版のトルディも参照)。その後ドイツソ連では比較的早く、1930年代末から量産車両に用いられた。当時の事例としてはフォルクスワーゲンビートルキューベルワーゲントランスポーターを挙げることができる。

日本では、帝国陸軍に委託された東北帝国大学(現東北大学)市原通敏博士らによってトーションバーを軍用装軌車輌に用いる研究が行われていた。


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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