コイルスプリングとは？構造と車のサスペンションに多く採用される理由とへたりについて

コイルスプリングとは？

コイルとは「巻き付ける」という意味。
スプリングは「バネ、弾力、飛び跳ねる」という意味です。
現在、多くの車に採用されるコイルスプリングは、その意味のとおり、ぐるぐると螺旋状に巻かれた金属製のバネのことを指します。
バネの性質とは加えられた力を縮むことで吸収し、伸びることで押し戻す特性を持ちます。
その特性を利用して、路面の凹凸によって車体に加わる力を吸収し、戻すという動きを繰り返すことで、車は荒れた路面でもスムースに走り抜けることができるのです。

スプリングの構造

新型 ノア モデリスタ ローダウンスプリング

車のコイルスプリングには、靱性、耐久性、疲労強度、耐腐食性など、さまざまな特性が要求されます。
純粋な鉄を、単純にコイル状にしただけでは、あっという間に折れて使い物にならなくなります。
そのため、スプリングにはバネ鋼鋼材という特殊金属が使われます。
バネ鋼鋼材とは、鋼鉄にシリコンやマンガン、クロムなどを加え、成分を調整することで、バネ性質を与えられた鋼材です。

スプリングレート

バネの特性を表す指標として最も重要なのがスプリングレート（もしくはバネ定数、バネレート）です。
バネレートとはバネの硬さを表す指標で、単位はkgf/mmを用います。
5kgf/mmと表示されていたとしたら、スプリング単体に5kgの力を掛けると1mm縮むという意味です。
数値が大きいほど硬く、小さいほど柔らかいスプリングということになります。

スプリングの自由長

コイルスプリングの自由長とは、荷重をかけていない状態でのスプリングの長さです。
自由長が長いほど、サスペンションストロークが増えることになります。
しかし、実際はダンパーの最大ストロークが最大サスペンションストロークとなるので、自由長が長ければ長いほど良いというわけではありません。

最大許容ストロークと最大許容荷重

バネ鋼鋼材とはいえ金属です。
一般的な金属のように、一定以上曲げたりした場合は、元に戻らなくなってしまいます。
最大許容ストロークとは、これ以上縮んだら元に戻らないストローク量の限界値。
最大許容荷重とは、これ以上荷重をかけたら元に戻らない荷重量の限界値を表しています。

ヘタリについて

かつてのスプリングは、金属の精錬技術の不足からバネ鋼に不純物が混じり、疲労強度不足によりバネが折れたり、へたって車高が下がったりしたものです。
しかし、技術が進歩した現在において、乗用車で純正採用されるコイルスプリングは10万kmや20万km程度の走行距離で、へたりや折れといったことは、ほぼないといえるでしょう。
とはいえ、そのスプリングに設定された最大許容ストロークや最大許容荷重を超えるような使い方をすれば、さすがにへたりや折れは発生するので注意が必要です。
過積載はもってのほか。
大きめの段差などを越えるときは、しっかりと減速しましょう。

コイル形状による違い

荒巻スプリング

2017~ アクア TRDスポルティーボサスペンションセット

一般に純正形状と呼ばれるコイルスプリングです。
純正スプリングやローダウンスプリングがこれに当たります。

多くの場合、巻き間隔が一定ではない不等間隔ピッチ形状をしているため、バネの反発力を表すバネレートが一定ではありません。
そのため路面の細かな凹凸では柔らかく動き、大きな挙動変化時には高いバネレートで車を安定させる働きをします。
非線形コイルスプリング、またはバリアブルレートスプリングと呼ばれ、幅広い用途に対応できるコイルスプリングです。

直巻スプリング

主に車高調など、レース用サスペンションキットに装備されるスプリングです。
等間隔形をしており、状内径と自由長が規格化されたスプリングのことを指します。
規格さえ合えばどのメーカーの車高長にでも取り付けることができるため、サーキットに合わせて、細かなバネレートのセッティングやストロークの変更できる点がメリットです。

常に一定のバネレートを発生するため、荒巻スプリングのと同じバネレートだとしてもゴツゴツとした角のある乗り味に感じられます。
その代わり、どれくらいの力を掛ければ、どれくらい縮むかを感覚的に察知しやすいため、いわゆるリニアでコントロール性の良いスプリングということでレース車両に多く用いられるのです。

なぜコイルスプリングが採用されるのか