ゼロスクラブ：操舵の進化

ゼロスクラブ：操舵の進化

回転軸のずれ

車の動きを考える上で、タイヤの回転軸はとても大切です。この回転軸を中心にタイヤは回転します。回転軸を地面にまで伸ばした線を想像してみてください。これがキングピンと呼ばれるものです。そして、このキングピンとタイヤが地面と接する点との距離が、キングピンオフセットと呼ばれるものです。

キングピンオフセットがゼロの状態、つまりキングピンが地面と接する点を通る状態をゼロスクラブと言います。キングピンオフセットは、車の操縦のしやすさに大きく関係します。

昔は、キングピンオフセットを正の値に設定するのが一般的でした。これは、タイヤが自然とまっすぐ進もうとする性質を利用して、ハンドルを回す力を軽くするためです。タイヤが地面と接する点がキングピンの外側にあることで、ハンドル操作が軽くなり、運転しやすくなります。

しかし、ゼロスクラブにも利点があります。ゼロスクラブにすることで、ハンドルを回す力を小さくできるだけでなく、車室内の空間を広げることもできます。ゼロスクラブは、センターピボットステアリング方式という、タイヤを回転させる特別な仕組みに欠かせない要素です。この方式では、キングピンがタイヤの中心を通るため、ゼロスクラブとなります。

センターピボットステアリング方式は、ハンドル操作を軽くし、車内の空間を広くできるので、小さな車や特殊な用途の車に採用されることがあります。このように、キングピンオフセットとゼロスクラブは、車の設計において重要な要素となっています。それぞれの車の特性に合わせて、最適な値が選ばれています。

画期的な車

昭和４１年に発売された富士重工業のスバル１０００は、それまでの日本の車作りとは大きく異なる、画期的な車でした。その革新性を象徴するのが、国産乗用車として初めて採用された縦置き前輪駆動方式です。これは、動力源である発動機を車体の前方に、縦向きに配置し、前輪を駆動輪とする方式です。

この方式の利点は、発動機を縦向きに配置することで、車体の左右の重さのつりあいを良くし、安定した走行を実現できる点にあります。また、前輪を駆動輪とすることで、雪道など、路面状態が悪い時でも力強い走りを発揮します。しかし、縦置き前輪駆動方式は、発動機と変速機、そして駆動輪へと動力を伝えるための部品が全て車体前方に集中するため、室内空間を狭くしてしまうという難点がありました。

この難点を克服するために、スバル１０００ではゼロスクラブという設計が採用されました。ゼロスクラブとは、前輪が路面から受ける力と、操舵輪の回転軸が交わる点に、前輪の回転軸が接するように設計する技術のことです。この設計により、前輪操舵装置を小型化することが可能となり、限られた空間の中でも広い室内空間を確保することに成功しました。

縦置き前輪駆動方式とゼロスクラブという革新的な技術を組み合わせたスバル１０００は、その後の日本の車作りに大きな影響を与え、多くの乗用車で採用されるようになりました。快適な室内空間と安定した走行性能を両立させたこの車は、まさに画期的な一台と言えるでしょう。

負担の軽減

車は路面の凸凹をタイヤで受け止め、その衝撃を乗員に伝えないようにするために、ばねと緩衝器（ショックアブソーバー）を組み合わせたサスペンションを備えています。しかし、路面からの衝撃は単に上下方向の力だけではなく、様々な方向の力としてサスペンションに伝わります。
ゼロスクラブとは、キングピン軸をタイヤの接地面の中心に設定する設計思想のことです。キングピン軸とは、ステアリング操作を行う際にタイヤが回転する軸のことです。
従来の車では、このキングピン軸がタイヤの接地面の中心からずらして配置されていることが一般的でした。これをキングピンオフセットと呼びます。キングピンオフセットがあると、路面からの衝撃、特に上下方向の衝撃が、サスペンションの支柱部分に曲げるような力を発生させます。これは、てこの原理と同じで、支点から離れたところに力が加わると、支点に大きな負担がかかるのと同じです。この曲げる力はサスペンションの部品に大きな負担をかけ、部品の強度を高める必要があり、結果として部品が重くなってしまいます。
ゼロスクラブの場合、キングピン軸がタイヤの接地面の中心にあるため、上下方向の衝撃による曲げる力が発生しません。そのため、サスペンションの部品にかかる負担を軽減でき、部品の強度を高くする必要がなくなり、軽量化に繋がります。部品にかかる負担が少ないということは、部品の寿命が延び、耐久性が向上することにも繋がります。また、サスペンションにかかる負担が少ないため、より正確な操縦性を実現し、乗り心地の向上にも貢献します。
ゼロスクラブは、サスペンションの設計における一つの理想形と言えるでしょう。ただし、全ての車にゼロスクラブが最適とは限りません。車の特性や用途に合わせて、最適なキングピンオフセットを設定することが重要です。

安定性の向上

車の安定した走りを実現するには、様々な工夫が凝らされています。その一つに、ゼロスクラブという技術があります。これは、タイヤと路面の接地点と、キングピン軸の延長線が路面と交わる点（スクラブ半径）を一致させる設計のことです。

路面には、大小様々な凹凸があります。車がこのような路面を走ると、車輪には上下方向の大きな力が加わります。この力は、サスペンションを通じて車体に伝わります。もし、スクラブ半径がゼロでない場合、路面の凹凸による衝撃でハンドルが取られやすく、運転の安定性を損なう可能性があります。ゼロスクラブを採用することで、路面からの衝撃がハンドルに伝わるのを抑え、安定した操舵性を確保することができます。特に、高速道路などでの走行時や、荒れた路面を走行する際に、その効果はより顕著に現れます。

キングピンオフセット、つまりスクラブ半径があると、路面からの衝撃が大きくなるほど、ハンドル操作が不安定になる傾向があります。ゼロスクラブでは、このような状況でも安定したハンドル操作を維持することができ、ドライバーは安心して運転に集中できます。

さらに、ゼロスクラブは、サスペンションにかかる負担を軽減する効果もあります。サスペンションにかかる負担が減ることで、部品の寿命が延び、故障のリスクを低減できます。サスペンションを構成する部品の中でも、特に、車輪を支えるロッドや、オイルが漏れることの多い箇所などは、大きな負担がかかりやすい部分です。ゼロスクラブはこれらの部品の信頼性を高め、車の安全性を向上させることにも繋がります。

このように、ゼロスクラブは、車の安定性、安全性、そして維持費の面でも大きなメリットをもたらす重要な技術と言えるでしょう。

今後の展望

自動車の未来を考える時、避けて通れないのが、走りに関する技術革新です。その中で、車輪の取り付け位置を工夫したゼロスクラブ技術は、大きな可能性を秘めています。ゼロスクラブとは、タイヤの中心線と操舵軸の延長線が路面と交わる点（キングピン軸交点）を一致させることで、操舵時の路面からの反力を抑える技術です。この技術は、かつて富士重工業が開発したスバル１０００で初めて世に送り出されました。ハンドル操作を軽くし、車内の空間を広げ、ばねの負担を軽くし、安定した走りを実現するなど、多くの長所を持つゼロスクラブは、その後様々な自動車会社に採用され、広く使われるようになりました。

これからの自動車は、電気で動くようになり、自ら運転する技術も大きく進歩すると考えられます。このような変化に伴い、車の動きを支えるばねの設計は、これまで以上に大切になります。ゼロスクラブは、このような技術の変化にも柔軟に対応できるため、未来の自動車作りにおいても重要な役割を担うと期待されています。

高度な制御機構と組み合わせることで、安全性と快適性をさらに高めることも期待できます。例えば、路面状況に合わせて操舵力を自動調整するシステムと連携させれば、より安全で快適な運転が可能になります。また、タイヤの摩耗を減らし、燃費を向上させることで、環境負荷の軽減にもつながると考えられます。ゼロスクラブは、単なる操舵機構の工夫にとどまらず、未来の自動車社会全体の進化に貢献する可能性を秘めていると言えるでしょう。