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この項目では、ねじり棒ばねについて説明しています。コイルばねをねじる方向で使うものについては「ねじりコイルばね」をご覧ください。
トーションバーとは、棒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[1]。ねじり棒、ねじりばね、ねじり棒ばねとも呼ばれる[1]。
英語ではtorsion bar[2] や torsion spring、 torsion bar spring[1]などとも。 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。 ねじりモーメントに対する変形角度の比を表すねじりばね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} :ねじりばね定数(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 自動車用サスペンションとして、1930年代以降に用いられるようになった形式にトーションバー式サスペンション(Torsion bar suspension なお、「トーションビーム式サスペンション」は使われる「ばね」による区別ではなく、車軸(アクスルビーム)本体がねじれる構造の懸架装置を指す用語で、本形式とは全く異なる。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(1934)。初期のトーションバー採用例で、2010年代でも小型トラック等でこれに倣ったサスペンションを用いる事例がある左右非対称の例。 スウィングアクスルや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)、セダンのトランクリッド、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。1960年代以降に乗用車用サスペンションの主流を為すようになったストラット式サスペンションにはメインスプリングとして使いにくいため主流から退いたが、アンチロールバーとしての補助使用は2010年代でも広く行われている。 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や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、戦後に富士重工業(現・SUBARU)がスバル・360に[3]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[4]があり、また、ばね製造元の日本発条[5]も生産設備を持っていなかった困難はあったが、同社の協力も得つつ採用に踏み切った。試作当初は鋼材削り出しで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、その後に日本発条では鍛造での量産化に成功、採用例も広まった。[6]。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、コイルばねを併用するという構成としている[7]。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高めという、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。[8] 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、コイルばねの採用も多かった。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、空間効率の高さ(前面投影面積の小ささ)という利点から、F1では1989年から1991年のフェラーリ(フェラーリ・640)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。
概要
ねじりばね定数左端を固定、右端でねじる場合
用途
トーションバー式サスペンション
左右でホイールベースが異なるこの手法は、1960年代以降のルノー製前輪駆動車における後輪での採用例がよく知られている。