車のドライブシャフトには、「等速ジョイント」というつなぎ目が使われています。曲がった状態でも回転を伝えられるのですが、一体どういう仕組みなのでしょうか？詳しく解説していきます。
車輪へ伸びる棒は、まっすぐのままではいられない
ハンドルを切ったり、段差を踏んだりすると角度が変わる
図：メカニズモ（模式図）
ドライブシャフトは、エンジンやモーターから届いた回転を、タイヤへ伝える棒です。
前輪で車を動かすタイプでは、ハンドルを切ると前輪の向きが変わります。段差を踏むと、タイヤを支えるサスペンションが動き、車輪が上下します。一本の硬い棒でつないだだけでは、この動きについていけません。[1]
イラスト：メカニズモ（形・位置の概略）
曲がりながら回転を伝えるのがジョイント
そこで使うのが、向きが変わっても回転を伝えられるつなぎ目です。このつなぎ目をジョイントと呼びます。
その中でも、入り口と出口の回る速さをそろえられるのが等速ジョイントです。英語の名前を略して、CVジョイントとも呼ばれます。「曲がっても、同じペースで回そうぜ」という仕組みですね。[1][2]
ボルトくん
『等速』って、アクセルを踏んでも回る速さが変わらないってことなの？
ハグルマ先生
そろえるのは、つないだ二本の棒の回る速さです。入り口が速く回れば、出口も同じように速く回りますよ。
一周回れるだけでは、途中の速さまでそろわない
十字形のつなぎ目では、回り方にむらが出る
図：メカニズモ（模式図）
MichaelFrey / Constant velocity joint Animation.gif / CC BY-SA 4.0
十字形の部品を使ったジョイントも、曲がった棒へ回転を伝えられます。ただし、角度が付くと、片方を一定の速さで回しても、もう片方は一周の途中で速くなったり遅くなったりします。
一周する時間が同じでも、途中のペースはそろっていないんです。このむらは、振動につながることがあります。十字形のジョイントを二つ、角度や向きを正しく合わせて使い、むらを打ち消す方法もあります。[2]
等速ジョイントでは、ボールの並べ方を工夫する
図：メカニズモ（模式図）
代表的なボール式の等速ジョイントには、内側と外側の部品、その溝に入るボール、ボールの位置を保つ部品があります。
二本の棒が曲がっても、ボールが、曲がった角度を半分ずつに分ける面に並ぶように作られています。この並び方を保つことで、一周の途中でも回る速さをそろえられるわけです。[2]
ボールを入れれば完成、ではありません。どこに並べて、どう動かすかまで考えてあるんですね。
ボルトくん
中にボールが入ってれば、どんなつなぎ目でも同じ速さで回せるの？
ハグルマ先生
ボールを正しい位置に保つ仕組みも必要です。並べ方や動き方によって、回転の伝わり方が変わるんですよ。
タイヤ側と車体側では、必要な動きが違う
タイヤ側は、大きく曲がる動きに対応する
Nutzdatenbegleiter ( talk ) / Gelenk-liegend.jpg / CC BY-SA 3.0
前輪のタイヤ側では、ハンドルを切ったときの大きな角度に対応する必要があります。ここには、多くの車で固定式のジョイントを使います。
固定式という名前ですが、曲がらないという意味ではありません。棒に沿って伸び縮みする動きは基本的に担当しない、という分類です。[1]
車体側は、つなぐ距離の変化にも対応する
図：メカニズモ（模式図）
タイヤが上下すると、車体側の回転を取り出す場所と、タイヤの中心との距離も変わります。そこで車体側には、曲がるだけでなく、内部で前後に動ける伸縮式を使うことが多くあります。
三つのローラーを使うタイプや、ボールを使うタイプなどがあります。中の部品が滑って距離の変化を受け持つので、金属の棒そのものをゴムみたいに引き伸ばしているわけではありません。[1][3]
ボルトくん
走ってる間に、ドライブシャフトが伸びたり縮んだりするの？
ハグルマ先生
つなぎ目の中で部品が動いて、必要な長さに合わせていますよ。棒そのものがびよーんと伸びるわけではないんです。
外側のゴムカバーも、大事な仕事をしている
Ildar Sagdejev ( Specious ) / 2008-04-23 Cracked CV boot.jpg / CC BY-SA 4.0
ジョイントを包む、じゃばら状のゴムカバーをブーツと呼びます。中にグリースという粘り気のある油を保ち、水や砂が入るのを防ぎます。[1]
破れると油が外へ出たり、砂などが中へ入ったりして、部品がすり減る原因になります。回転を伝えるのは中の金属部品ですが、その働きを守っているのがゴムのブーツなんです。
曲がるときにカタカタと音がする、といった変化は点検のきっかけになります。ただし、タイヤやベアリングなどでも音は出るので、音だけで原因を決めずに調べてもらいましょう。
ボルトくん
破れたのがカバーだけなら、まだそのまま使っても平気なの？
ハグルマ先生
音がしていなくても、点検を相談したいですね。砂が入る前に見つけたか、入った後かで、必要な整備が変わることもあります。
よくある疑問
後輪で走る車にも付いているの？
後輪が左右それぞれで上下に動く車のドライブシャフトなどにも使われます。ハンドルで向きを変えなくても、タイヤの上下の動きには対応する必要があるからです。
どんな角度まで曲げても大丈夫なの？
使える角度や、中で動ける距離には限界があります。車高を変えると条件も変わる場合があるので、部品や取り付け方が合っているか確認します。
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参考資料
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GKN Automotive「Constant velocity joints」：車輪側と車体側、固定式と伸縮式。
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NTN「産業機械用等速ジョイント 適用事例」：等速性と二等分面の原理。
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NTN「High Performance Ball Type Sliding CVJ for EVs」：自動車用ドライブシャフトの固定式・伸縮式の構成。
アイキャッチ写真：Nutzdatenbegleiter ( talk ) / Gelenk-liegend.jpg / CC BY-SA 3.0
