マクファーソンストラット
マクファーソンストラットは、自動車の前輪に広く用いられるストラット式サスペンションである。ストラット（筒状のダンパー外筒）が車体上部のストラットタワーに直接固定され、下側はロアアームとナックルで支える構造をとる。部品点数が少なく軽量・省スペースで、エンジンルームや前輪駆動のパッケージに適する一方、ストラットに横荷重がかかるため摺動抵抗やジオメトリ自由度に制約が生じやすい。量産性とコスト、操縦安定性、乗り心地の折り合いを高い水準で図れることから、乗用車で標準的に採用されている。
構成要素と役割
- ストラット（ダンパー外筒＋ピストンロッド）：鉛直ばね下質量を支え、減衰力で振動を制御する。横荷重による曲げを受ける。
- コイルスプリング：車高とばね定数を規定し、動的荷重を蓄え放出する。ヘルパーやデュアルレートが併用される場合もある。
- アッパーマウント＆ベアリング：車体側支持点。操舵時にストラット上端が回転し、摩擦・異音を抑える。
- ステアリングナックル：ハブを保持し、ストラット下端とロアアームを結ぶ重要部材。
- ロアアーム＆ブッシュ：横・縦の力を受け持つリンク。ブッシュのコンプライアンスが操縦性に影響する。
- スタビライザー（アンチロールバー）：左右輪のロール剛性を付加し、姿勢変化を抑制する。
- ストラットタワー：車体側の剛性要。締結はナットやボルトで行い、締付け管理が重要である。
作動原理と力の流れ
マクファーソンストラットでは、路面からの入力はタイヤ→ハブ→ナックル→ストラット下端・ロアアームを経て車体へ伝達される。ストラットは減衰力でばね上・下の相対速度を制御し、コイルスプリングは車高と荷重支持を担当する。上端はタワーに固定されるため、横力による曲げモーメントがストラットに生じ、ガイド部の摺動抵抗（フリクション）が操舵初期応答や微小入力の乗り心地に影響を与える。このため、ロッドガイドやシール設計、潤滑や表面処理の最適化が重要である。
ジオメトリ設計の要点
設計ではキングピン傾角（KPI）、キャスター角、キャンバー変化、スクラブ半径、ロールセンター、アンチダイブ等の整合を図る。ストラット上端の位置とロアアーム長・取付け高さにより、ストローク時のキャンバーゲインが決まる。一般にストラットはキャンバーゲインが小さくなりやすいため、タイヤ接地面の姿勢維持にはアーム長や取付角度、トップマウント位置の三次元最適化が要る。スクラブ半径やキングピンオフセットは直進性とキックバック、ブレーキング時のセルフアライニングに関係し、ホイールオフセットやハブ幅とも相互作用する。ブッシュの非線形特性はコンプライアンスステアや制動時のノーズダイブ姿勢に寄与するため、CAEで静・動的に検討する。
特徴と設計上の留意点
- 長所：部品点数が少なく軽量、コスト効率が高い、エンジンベイの横方向スペースを確保しやすい、製造・整備が容易である。
- 留意点：ストラット曲げによるフリクション、上端支持剛性への依存、キャンバー制御自由度の相対的制限、タワー部の剛性確保とNVH対策が必要である。
材料・製造と耐久
ストラット外筒は高張力鋼の引抜き管が一般的で、ナックルはダクタイル鉄や鍛造アルミが用いられる。溶接品質、めっき・塗装の防錆、シール耐久が信頼性の鍵である。ピストンロッドは硬質クロムや先進コーティングで摺動耐久を高める。アッパーマウントのゴム・ベアリングは微小変位でのヒステリシスと摩耗の両立を狙う。耐久試験では台上耐久（耐衝撃・ストーンチッピング）、塩水噴霧、熱サイクル、高周波入力でのキャビテーションやエア混入対策が行われる。
故障モードと保守
- オイル漏れ：シール摩耗やロッド傷で発生。漏れ痕や減衰力低下が兆候。
- アッパーマウント異音：ゴム割れやベアリング不良。操舵時のコクコク音、段差でのコトコト音に注意。
- コイルスプリング折損：端部の腐食起点や応力集中が原因。車高低下や異音で発見される。
- ロアアームブッシュ劣化：直進性低下、制動時のふらつき、異常摩耗。
- 締結部の緩み：サブフレーム、タワー部の締付け再確認。指定トルクの遵守が必須。
開発・評価プロセス
車両目標（操縦安定・乗り心地・NVH）から減衰力カーブやばね定数、摩擦特性を割り付け、K＆C測定でコンプライアンスとジオメトリを検証する。シャシダイでの周波数応答解析、実車路面評価（石畳、波状、段差）を通じ、初期応答・レーンチェンジ・微小入力での騒音・ざらつき、ブレーキング姿勢、連続コーナーでの温度上昇耐性を確認する。量産段階では工程能力（Cp、Cpk）を監視し、ばらつきに強い設計とする。
歴史的背景
マクファーソンストラットは戦後期に米国の自動車メーカーで考案されたとされ、コンパクトな前輪独立懸架として量産車へ普及した。構造の単純さとコスト競争力が採用拡大の原動力となり、現在では小型から中型車を中心にグローバルで一般的な前輪サスペンションの一形式となっている。
用語と表記の注意
英語では“MacPherson strut”と表記される。日本語では「ストラット式サスペンション」とも呼ばれる。ストラット上端を結ぶ補強部材は“strut tower bar”と呼ばれるが、これは車体剛性向上の付加部品でありサスペンション形式そのものとは区別される。技術文書ではKPI、キャンバー、キャスター、スクラブ半径などの用語を厳密に使い分け、アライメント調整値と設計ジオメトリの差異を明確に記述することが望ましい。