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サスペンション・足回り修理・整備 [2019.07.10 UP]

ステアリングの仕組み

ドライバーからはステアリングホイールしか見えないが、その後ろには安全に、快適に、そして正確に操舵するための機能が隠されている。ここでは基本的なステアリング機構の仕組みについて解説します。


 ステアリング機構は左右のステアリングナックルと一体になっているナックルアーム、それに接続されているタイロッド、タイロッドを左右に移動させるステアリングギヤ機構、ギヤを駆動するステアリングシャフト、そしてステアリングホイールという仕組みで構成されている。
 ボールナット式ステアリングでは、左右のタイロッドの中間にリレーロッドが挿入され、リレーロッドにはリンクを介してピットマンアームというリレーロッドを移動させるためのアームが接続され、ピットマンアームの基部はステアリングギヤボックスのセンターシャフトに連結されている。
 ラック&ピニオン式の仕組みはシンプルで、左右のタイロッドは中央のラックに接続され、ラックにはステアリングシャフトの先端に切られたピニオンギヤが噛み合う。
 いずれの方式もタイロッドは、固定ナットを緩めることによってアジャスティングチューブの中で回転させることができ、これによってタイロッドの長さが変わり、左右のトーを調整することができる仕組みだ。

ボールナットの構造・仕組み

 ボールナット式はラック&ピニオンが普及するまでは、ステアリング機構の主役の座にあったが、現在、乗用車に採用される例はなく、いすゞ・エルフなどの中型トラックでもラック&ピニオンが採用されている。現在、一部の大型トラックに使用されているのみのだ。
 ステアリングの歴史の項で解説したように、スクリューナット式という、ギヤ式ステアリング機構の原型のような方式をベースに、ギヤのネジの谷とナットのネジの谷に複数の鋼球を入れたもので、鋼球がベアリングの役割を果たし、滑らかで、軽い操作で作動するステアリングとなる仕組みである。

ラック&ピニオンの構造・仕組み

パワーステアリングが普及していない時代では、大きな操作力が必要とされるラック&ピニオン式は軽量な小型車に採用が限られていたが、効率の良いパワーステアリングの開発と共に、多くのクルマに採用されるようになり、現在ではステアリング機構といえば、ラック&ピニオンを指すまでになっている。
 仕組みはきわめてシンプルだ。細い板状のベースの上に定間隔で溝を切ったラック状のギヤと、ステアリングシャフトの末端に切られたピニオンギヤが直接、組み合わされる。ピニオンギヤの回転運動がラックギヤに伝わり、ラックギヤは平行移動をする。
 ラックギヤの左右にはアジャスティングチューブと一体になったタイロッドがあり、その末端がタイロッドエンドによってナックルアームと結合されている。

ステアリングシャフトの構造・仕組み

衝突時に乗員を保護するコラプシブル機構。コルゲート式など、様々な方式が採用されてきた。

 ステアリングホイールの動きをステアリングギヤボックスに伝え、また、タイヤのグリップの感触や路面からの反力をステアリングホイールに伝えるのがステアリングシャフトだ。初期のステアリングシャフトは一本の棒状だったが、衝突時にドライバーに傷害を与えないように、規定の圧縮力が加わった時に、ステアリングコラムが移動し、さらにインターミディエイトシャフトが縮むコラプシブル機構が組み込まれている。
 ショックアブソーバーのような二重構造の摩擦吸収式、ベローズ式、シリコンゴム封入式、コルゲートチューブ式など、様々な方式があるが、現在はアウターチューブとインナーチューブを組み合わせ、その内部に、摩擦抵抗機能を組み込んだものが多い。
 コラプシブル機構は、ドライバーがステアリングホイールに当たった時だけでなく、エンジンやトランスミッションが衝突によって室内側に移動した時も、ステアリングシャフトが室内に突き出すのを防止する。
 なお、ステアリングシャフトは、ステアリングホイールからギヤボックスまで一本でつながっているのではなく、間に1個あるいは2個のユニバーサルジョイントが挿入され、ステアリングホイールが、運転しやすい適正な角度になるように調整されている。

ステアリングの調整機能

ステアリングホイールの上下位置を調整するチルト機構。レバーで調整するもののほか、モーターによって、スイッチで容易に調整できるものも。

こちらは前後位置を調整するテレスコピック機構。ロックレバーを解除することによって、手動でスライドできるもののほか、電動式もある。

 平均的な体型をベースに設計される室内のレイアウトは、全てのドライバーに最適なドライビングポジションを提供できるとは限らない。そこで採用されるのがリクライニングシートやハイト調整シートだが、ステアリングホイールにもチルトやテレスコピック機能が組み込まれている。
 チルトはステアリングホイールの上下調整、テレスコピックは前後調整で、クルマによって調整幅は異なるが、シートの調整と併せて、多くのドライバーが最適なポジションが得られるように設定されている。
 これらの機能は手動で行うもののほか、モーターを介して、スイッチ操作で行えるタイプ、さらに、降車時には、ドライバーが降りやすいようにイグニッションキーを抜くとチルトが上がり、テレスコピックも縮み、乗車時にイグニッションキーを差し込むと元の位置に戻るように設定されたものもある。また、電動式ではポジションを記憶させ、メモリースイッチによって再生させることができるものもある。

ステアリングに関係する装備

現在の乗員保護のための機構は、メインシャフトをツインチューブ式に、インターミディエイトシャフトにスプライン式を採用する例が多い。

 かつてステアリングホイールは転舵だけのものであったが、現在はエアバッグが装着され、さらに操作性を考えれば特等席ともいうべきこの場所に様々なコントロールスイッチが設けられ、一部のクルマではシフトボタンやシフトパドルが設置されている。
 ステアリングホイール上に設けられるコントロールスイッチには、オーディオ系のほかにエアコン、マルチインフォメーションディスプレー、クルーズコントロール、電動パーキングブレーキなど多岐にわたり、快適な運転環境を提供している。
 常に左右に回転しているステアリングホイールにこのような複数のスイッチの装着が可能になったのは、スイッチとの接触部分にスリップリングや配線コードを必要としなくなったエレクトロニクスの進化のたまものだが、最初にステアリングホイール上にスイッチを設けたのは1982年に発売された日産のレパードだった。
 光通信システムを活用したもので、ステアリングシャフトの周囲に光導リングをセットし、その外側にステアリング上のボタンからの信号を光導リングへ送信する発光ダイオードと、光導リングからの信号を受信するフォトトランジスターを設けたものだった。この方式だと、ステアリングシャフトと常に一体になって回っている光導リングの円周上の位置に関係なく、二つの送受信ユニットは接触しないまま、信号を送り、そして受信できるというわけだ。現在は光のパルスではなく、電圧のパルスを用いる電圧多重通信が多く用いられている。

グーネットピット編集部

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グーネットピット編集部

車検・点検、オイル交換、修理・塗装・板金、パーツ持ち込み取り付けなどのメンテナンス記事を制作している、
自動車整備に関するプロ集団です。愛車の整備の仕方にお困りの方々の手助けになれればと考えています。

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