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複数条件の場合はキーワードの間にスペースを入れてください。2級ガソリン自動車整備士・試験問題
2G 登録試験 2025年10月 問題22
解説
(1)エア・スプリングのばね定数は、 荷重が大きくなるとレベリング・バルブの作用により小さくなる。
選択肢(1)は、不適切です。
正しくは、以下の通りです。
エア・スプリングのばね定数は、荷重の増減に応じて自動的に変化するため、荷重の増減に関係なく、固有振動数をほぼ一定に保つことができる。
「エア・スプリングのばね定数が荷重に応じて変化し、固有振動数を一定に保てる」という話は、空気の性質と制御機構がうまく組み合わさっています。
エア・スプリングの基本構造と仕組み
エア・スプリング（空気ばね）は、密閉された空気室にゴム製のベローズ（蛇腹）などを使って構成されており、空気の圧縮性を利用して荷重を支えます。ばね定数（剛性）$k$ は、以下のような式で近似されます：
\[ k ≒ \gamma \cdot P \cdot A^2 / V \\ \\ \gamma：空気の比熱比（約1.4） \\ \\ P ：内部圧力 \\ \\ A ：受圧面積 \\ \\ V ：空気室の体積 \\ \]
つまり、圧力$P$が高くなると剛性$k$が上がり、体積$V$が大きくなると剛性$k$が下がるという性質があります。
固有振動数との関係
固有振動数 \( f \) は、以下の式で表されます：
\[ f = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}} \]
ここで \( k \) はばね定数、\( m \) はばね上の質量です。通常の金属ばねでは \( k \) が一定なので、荷重（＝質量）が増えると \( f \) は下がります。
でもエア・スプリングでは、荷重が増えると自動的に内部圧力が上がるように制御（レベリングバルブなど）されるため、ばね定数 \( k \) も増加します。その結果、分母の \( m \) が増えても分子の \( k \) も増えるので、固有振動数 \( f \) があまり変化しないというわけです。
まとめると…
- 金属ばね：
ばね定数が一定 → 荷重が変わると固有振動数も変わる - エア・スプリング：
ばね定数が荷重に応じて変化 → 固有振動数がほぼ一定に保たれる
この特性のおかげで、乗り心地が安定しやすく、特に荷重変動の大きい車両（バスや高級車）に適している。
(2)軽荷重のときの金属ばねは、最大積載荷重のときに比べて固有振動数が大きくなる。
選択肢(2)が適切です。
(3)エア・スプリングは、金属ばねと比較して、荷重の増減に応じてばね定数が自動的に変化するため、固有振動数は比例して大きくなる。
選択肢(3)は、不適切です。
正しくは以下の通りです。
エア・スプリングは、荷重の増減に応じてばね定数が自動的に変化するため、固有振動数をほぼ一定に保つことができる。
(4)金属ばねは、最大積載荷重に耐えるように設計されているため、 荷重が大きくなるとばねが硬すぎるので乗り心地が悪い。
選択肢(4)も不適切です。
正しくは以下の通りです。
金属ばねは、最大積載荷重に耐えるように設計されているため、車両が軽荷重のときはばねが硬すぎるので乗り心地が悪い。