車のハンドルを回すと何が起こるのか、気になったことはありませんか？通常、リサーキュレーボールやパワーステアリングなど、多くの種類のステアリング機構があります。ラック・アンド・ピニオンも、おそらく聞いたことがあるステアリングシステムの一つでしょう。
ラック・アンド・ピニオンステアリングシステムは、ピニオン（円形ギア）とラック（直線ギア）で構成されています。このシステムは回転運動を直線運動に変換します。大型トラック、SUV、その他の重量車両に見られるリサーキュレーボールステアリングとは対照的に、ほとんどの乗用車、小型トラック、SUVにはラック・アンド・ピニオンステアリングシステムが搭載されています。
ラック・アンド・ピニオンの歴史
ラック・アンド・ピニオンステアリングは、アメリカの自動車史において比較的新しいものですが、新しい概念ではありません。最初のラック・アンド・ピニオンギアボックスは1930年代にBMWによって開発されましたが、アメリカで販売されたのは1951年のMGが初めてであり、アメリカのモデル生産に使用されたのは1974年のフォード・マスタングIIとピントが最初でした。AMCは1975年からパッサーにラック・アンド・ピニオンを使用しましたが、GMとクライスラーが使用し始めたのは1980年代初頭のXボディとKカーからでした。
アメリカのメーカーは、ラック・アンド・ピニオンを合理的と見なしました。それは欧州およびアジアの自動車メーカーによって長年使用されており、その設計はリサーキュレーボールステアリングギアボックスよりも単純だったため、製造コストが低く抑えられました。ラック・アンド・ピニオンステアリングは従来のギアボックスよりもはるかに軽量で、燃費の向上を意味します。ラック・アンド・ピニオン設計では、リンクアーム、センターリンク、タイロッドスリーブ、ピットマンアームは必要ありません。これに加えて、軽量化の利点もあります。ラック・アンド・ピニオンは、横置きトランスミッションの近くに取り付けられるため、前輪駆動システムに組み込みやすくなっています。ギアボックスの比率も、ホイールベースごと、および操縦性とオプションのセットに合わせて調整することができました。ラック・アンド・ピニオンのギアボックスは、ドライバーにハンドルでのよりしっかりしたフィーリングも提供します。
ラック・アンド・ピニオンシステムは、車や小型トラックの操舵に使用されるだけでなく、さまざまな他の目的にも使用されています。ラック・アンド・ピニオンシステムは、列車が急勾配を登るのを助けるためだけでなく、特に雪や氷の条件下でブレーキの制御を向上させるためにも使用されています。これらは、大多数の階段昇降機の標準機能です。ラック・アンド・ピニオンメカニズムは、油圧または電気動力によって頻繁に作動します。
アーサー・アーネスト・ビショップは1970年代に可変ラックを発明しました。彼の可変ラックは、標準的なピニオンと組み合わせて車両の操縦性を向上させるために使用されました。
ラック・アンド・ピニオンの比率
ロックからロックまで移動するために、ほとんどの車はハンドルを3回から4回完全に回す必要があります（右端から左端まで）。ステアリング比率は、車輪を一定の距離だけ回転させるためにハンドルをどれだけ回す必要があるかを示します。高い比率は、車輪を一定量回転させるためにより多くハンドルを回す必要があることを示し、低い比率はステアリングの応答がより速いことを示します。
一部の車両では可変比率ステアリングが使用されています。このラック・アンド・ピニオンステアリングシステムの中心部は、端部とは異なる1cmあたりの歯数（歯ピッチ）を持っています。その結果、ハンドルがロック位置に向かって回されると、中心位置に近いときよりも感度が高くなり、車の操縦性が向上します。
ラック・アンド・ピニオンステアリングシステムには、主に2つのタイプがあります：
- エンドテイクオフ – タイロッドは、インナーティロッドを介してステアリングラックの端に取り付けられています。
- センターテイクオフ – ボルトでタイロッドをステアリングラックの中心に固定します。
このシステムの仕組み
ラック・アンド・ピニオンステアリングは、ハンドルの回転運動を、ギアシステムを介して車輪を回転させるために必要な直線運動に変換することで作動します。ギアトレーンは金属製のチューブ内に収められています。チューブには両端に開口部があり、ラックをタイロッドに取り付けることができます。ピニオンはステアリングシャフトに接続されているため、ハンドルが回されるとギアが回転してラックを動かします。タイロッドはタイロッドエンドに接続され、それがナックルに固定されています。
ラック・アンド・ピニオンギアセットには2つの目的があります：
- ハンドルの回転運動を、車両の車輪を回転させるために必要な直線運動に変換する
- 減速を行い、ハンドルによる車輪の回転を容易にする
問題の兆候
ラック・アンド・ピニオンは基本的にギア機構であるため、時間の経過とともに摩耗し、故障します。あなたの車のほぼすべての他の部品と同様に。メンテナンスのヒントが注意すべきだと考えている兆候を以下に示します：
過度の遊びまたは緩んだステアリング
ハンドルを操作するとき、それは「きつい」感じであるべきです。つまり、ハンドルを回すと、前輪が回っているのを感じることができます。ラック・アンド・ピニオンに障害がある場合、ハンドルが緩み始めたり、ハンドルに過度の遊びがあることに気づくでしょう。ハンドルを回したときの車の応答が遅いと感じることがよくあります。車の制御もより困難に感じられ、高速でふらつくことがあります。
ある時点で、デッドスポットを感じることもあります。これは、ハンドルを回しても、特定の角度まで回さないと前輪が回らない場合です。これは、ラック・アンド・ピニオンがしっかりとかみ合っていないために発生し、ハンドルを回してもラックが実際には動かないことを意味します。
回転時の異音
ハンドルを回すとき、車がカチカチという音を立てることもあります。摩耗したラック・アンド・ピニオンは十分に潤滑されていない可能性があり、互いにぶつかり合って摩擦が生じ、音を立てることがあります。
これらの音はタイロッドやサスペンションの他の部品から来る可能性があることに注意してください。違いは、音が不良のラック・アンド・ピニオンから来る場合、ハンドルを回すたびにほぼ毎回音が聞こえることです。一方、サスペンションアセンブリからのカチカチという音は、通常、段差を越えたり急旋回したりするときにのみ発生します。
パワーステアリングフルイドの漏れ
車に油圧パワーステアリングが搭載されている場合、ラック・アンド・ピニオンに障害があるとパワーステアリングフルイドの漏れが始まることがあります。車の下に赤い液体の水たまりがある場合、それはパワーステアリングの漏れまたはトランスミッションフルイドの漏れの可能性があります。漏れがどこから来ているかを確認して、パワーステアリングフルイドかトランスミッションフルイドかを確認してください。
パワーステアリングの漏れは、不良のパワーステアリングポンプ、故障したリザーバー、または漏れているホースが原因で発生する可能性があることに注意してください。あなたのラック・アンド・ピニオンが最初の原因ではないかもしれません。さらに、車に電動パワーステアリングが搭載されている場合、この問題は発生しません。なぜなら、電動パワーステアリングは作動するために液体を必要としないからです。
交換費用
ラック・アンド・ピニオンの交換費用は、車のメーカーとモデルによって、人件費を含めて1,000ドルから1,900ドルになります。ラック・アンド・ピニオン自体は通常700ドルから1,500ドルかかり、人件費は最大400ドルかかります。例えば、2015年式トヨタカローラのラック・アンド・ピニオンは717ドルで、人件費400ドルを加えると、修理請求額は1,117ドルになります。
もちろん、これらは大まかな見積もりであり、私たちはスペクトルの上限を取っています。あなたの車のラック・アンド・ピニオンの交換は、私たちの見積もりよりも安くなる可能性があります。言うまでもなく、高級車や高性能車はより高くつく可能性があります。良いニュースは、ラック・アンド・ピニオンは通常かなり長持ちすることです。通常、約10万マイル持続し、それ以上簡単に持つことができます。例えば、私の三菱パジェロスポーツは12万マイル走行していますが、ステアリングに問題はありません。
これほど高価な交換作業では、それが本当に価値があるのか疑問に思うかもしれません。整備士にゴーサインを出す前に、中古車市場でのあなたの車の売却価値を確認するのが賢明でしょう。あなたの車の価値がまだ修理作業の費用を大幅に上回っている場合、その費用は価値があると言えるでしょう。
例えば、ラック・アンド・ピニオンの交換に1,200ドルかかるが、あなたの車がまだ約10,000ドルで売れる場合、修理作業は本当に価値があります。しかし、あなたの車の売却価値が約3,000ドルしかない場合、それは価値がありません。それはあなたの車の価値のほぼ半分です！その場合、おそらくそのまま車を売った方が良いでしょう。
もう一つの選択肢は、あなたの車をスクラップにすることです。スクラップヤードに持っていくか、車の金属価値を支払うスクラップ会社に持っていくことができます。または、車を分解して個々の部品やアクセサリーを売ることもできます。後者の選択肢は時間がかかりますが、おそらく車からより多くのお金を得ることができます。結局のところ、あなたの車の市場価値が修理費用とあまり変わらない場合は、修理を進めないでください。
結論
要約すると、ラック・アンド・ピニオンはあなたの車のステアリングシステムの中心です。ラックは、最終的に前輪に接続されるタイロッドに接続する直線ギアです。一方、ピニオンは円形のギアで、ラックの上にあり、ステアリングコラムを介してハンドルに接続されています。
ラック・アンド・ピニオンは約10万マイルまで持続します。しかし、それらは摩耗する可能性があり、故障し始めると、目立つ症状が現れます。いくつかの症状には、ハンドルを回すときのカチカチという音、パワーステアリングフルイドの漏れ、多くの遊びがある緩んだハンドルが含まれます。これは明らかに、ステアリングと車の制御をより困難にします。そのため、不良のラック・アンド・ピニオンを搭載した車を運転すべきではありません。なぜなら、重大な事故を引き起こす可能性があるからです。