JP2018140718A - 鞍乗り型車両の車体フレーム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】メインフレームの左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性を得られるようにして、車両の旋回性を向上させることができる鞍乗り型車両の車体フレーム構造を提供する。【解決手段】車体フレームは、ステアリング軸を回動自在に支持するヘッド部１１と、ヘッド部１１から車体後方に延出するメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒと、を備えている。メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの車体前後方向と交差する方向の断面は、左右幅に比較して上下幅の広い略矩形状に形成されている。メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面と下面の少なくとも一方の面には、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂４０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、鞍乗り型車両の車体フレーム構造に関するものである。

自動二輪車等の鞍乗り型車両の車体フレームとして、ステアリング軸を回動自在に支持するヘッド部と、そのヘッド部から車体後方に延出する左右一対のメインフレームと、を備え、左右一対のメインフレームの後部にスイングアームを上下揺動可能に支持するためのピボットフレームが連結されるとともに、メインフレームとピボットフレームにパワーユニットが支持されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の車体フレーム構造では、一対のメインフレームがアルミニウム合金等の金属材料によって形成されている。各メインフレームは、鋳造によって中空に形成されているが、メインフレームは、重量物であるパワーユニットや乗員荷重等を支える強度部材であるため、上下方向の高い剛性を要求され、また、車両の旋回性を高めるために左右方向の適度な撓み特性を要求される。このため、特許文献１に記載の車体フレーム構造では、左右のメインフレームは、車体前後方向と交差する方向の断面が、左右幅に比較して上下幅の広い略矩形状に形成されている。

特開２００７−６２６１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車体フレーム構造では、メインフレームの全域が金属材料によって形成されていることから、鋳造時に鋳巣や湯周り不良が発生するのを回避するために、メインフレームの上下壁の肉厚に対する側壁の肉厚の比率をある程度以上に下げることができない。即ち、メインフレームの上下壁の肉厚に対する側壁の肉厚の比率がある程度以上に下がると、上下壁には鋳造時に鋳巣が生じやすくなり、側壁には湯周り不良が生じやすくなる。
このため、特許文献１に記載の車体フレーム構造においては、製造上の制約から、メインフレームの左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性を両立させることが難しく、高度な製造技術を必要し、コスト高になるものであった。

そこで本発明は、メインフレームの左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性を得られるようにして、車両の旋回性を向上させることができる鞍乗り型車両の車体フレーム構造を提供しようとするものである。

本発明に係る鞍乗り型車両の車体フレーム構造は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る鞍乗り型車両の車体フレーム構造は、ステアリング軸を回動自在に支持するヘッド部（１１）と、前記ヘッド部（１１）から車体後方に延出するメインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）と、を備え、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の車体前後方向と交差する方向の断面が、左右幅に比較して上下幅の広い略矩形状に形成された鞍乗り型車両において、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面と下面の少なくとも一方の面に、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂（４０）が設けられることを特徴とする。

上記の構成により、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）に上下方向の曲げ荷重が入力されると、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の長手方向での上下方向の曲がりが、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面と下面の少なくとも一方の面に設けられた炭素繊維強化樹脂（４０）によって抑制される。このため、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上壁や下壁の肉厚を薄くしたまま、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上下方向の剛性を高めることができる。これにより、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上下壁の肉厚に対する側壁の肉厚の比率をある程度以上に下げることなく、側壁の肉厚を薄くすることが可能になる。したがって、この構造を採用した場合には、製造時に鋳巣や湯周り不良が来すことなく、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性を得ることができる。

前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面と下面の両面に、前記炭素繊維強化樹脂（４０）が設けられるようにしても良い。
この場合、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上壁と下壁の肉厚を薄くしたまま、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上下方向の剛性をより高めることができる。

前記炭素繊維強化樹脂（４０）は、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面または下面と、前記ヘッド部（１１）のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って設けられるようにしても良い。
この場合、炭素繊維強化樹脂（４０）の引っ張り強度を有効活用してヘッド部（１１）の剛性も高めることができる。また、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）とヘッド部（１１）を連続した炭素繊維強化樹脂（４０）によって補強することができるため、車体フレームの本体部に対する炭素繊維強化樹脂（４０）の結合作業を容易に行うことができる。

前記炭素繊維強化樹脂（４０）は、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の断面において、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の中心を基準に左右対称に設けられるようにしても良い。
この場合、メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の断面において、炭素繊維強化樹脂（４０）が左右対称に設けられているので、車両の旋回時に左右の剛性バランスが等しくなる。これにより、車両の旋回性がより向上する。

本発明によれば、メインフレームの上面と下面の少なくとも一方の面に、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂が設けられているため、メインフレームの左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性を得ることができる。これにより、車両の旋回性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る鞍乗り型車両の側面図である。 本発明の第１の実施形態の車体フレームの平面図である。 本発明の第１の実施形態の車体フレームの側面図である。 本発明の第１の実施形態の車体フレームの図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態の車体フレームの側面図である。 本発明の第２の実施形態の車体フレームの斜視図である。 本発明の第２の実施形態の車体フレームの図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特別に断らない限り車両における向きと同一とする。また、図中の矢印ＦＲは車両の前方を指し、矢印ＵＰは車両の上方を指し、矢印ＬＨは車両の左側方を指すものとする。

最初に、図１〜図４に示す第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る鞍乗り型車両を左側方から見た図である。
本実施形態に係る鞍乗り型車両は、前輪Ｗｆと後輪Ｗｒを各一つずつ有し、エンジン２によって後輪Ｗｒが駆動される自動二輪車である。以下、本実施形態の鞍乗り型車両については、「自動二輪車１」と呼ぶものとする。

自動二輪車１の車体フレームＦは、前端部に配置されて図示しないステアリング軸を回動自在に支持するヘッド部１１と、ヘッド部１１から左右に分岐して後斜め下方へ延出する左右一対のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒと、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの後部領域から下方に延出する左右一対のピボットプレート１３Ｌ，１３Ｒと、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの後端部から車体の後斜め上方に向かって延出する左右一対のシートフレーム１４Ｌ，１４Ｒと、を備えている。ヘッド部１１には、ステアリング軸を軸支するヘッドパイプ１１ａが埋設されている。
なお、上記の部材のうち紙面前後で重なって隠れている部材（例えば、メインフレーム１２Ｒ）は、図示都合上括弧書きで符号を付している。以下の説明では、紙面前後で重なって隠れている部材については同様に扱っている。

ヘッド部１１に支持されたステアリング軸の上下の各端部には、トップブリッジ９とボトムブリッジ１０が固定されている。トップブリッジ９とボトムブリッジ１０には、サスペンション部材である左右のフロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒが支持されている。フロントフォーク１５Ｌ，１５Ｒの下端部には、前輪Ｗｆが回転自在に軸支されている。トップブリッジ９の上部には操向ハンドル４が取り付けられている。
また、ヘッド部１１には、ヘッド部１１の前方を覆うフロントカウル１６が取り付けられている。

メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上部には燃料タンク５０が取り付けられている。燃料タンク５０の後部側のシートフレーム１４Ｌ，１４Ｒには乗員が着座するためのシート５１が支持されている。

メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの下方には、エンジン２及び変速機３を主要素とするパワーユニットＰＵが設置されている。パワーユニットＰＵは、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒとピボットプレート１３Ｌ，１３Ｒに支持されている。パワーユニットＰＵのエンジン２は、シリンダ部２ａが前部上方側に起立している。シリンダ部２ａの上方側には吸気管８が接続され、シリンダ部２ａの下方側には排気管７が接続されている。
左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの前部寄りの下縁には、後斜め下方に延出するハンガー部３０が一体に設けられている。エンジン２の一部は、そのハンガー部３０に支持されている。

吸気管８には、図示しないスロットルボディを介してエアクリーナ１９が接続されている。エアクリーナ１９は、シリンダ部２ａの上方の左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒ間に配置されている。
また、排気管７は、シリンダ部２ａの下方から車体後方側に引き回され、その後端部にマフラー６が接続されている。

左右のピボットプレート１３Ｌ，１３Ｒにはピボット軸３５が設けられている。ピボット軸３５には、スイングアーム３４の前端部が上下揺動可能に軸支されている。スイングアーム３４の後端部には、後輪Ｗｒが回転可能に軸支されている。後輪Ｗｒの車軸は、パワーユニットＰＵの出力軸３６に、ドライブチェーン３７を介して動力伝達可能に接続されている。

図２は、車体フレームＦの主要部を上方から見た図であり、図３は、車体フレームＦの主要部を左側方から見た図である。また、図４は、図２の車体フレームＦのＩＶ−ＩＶ線に沿う断面を示した図である。
車体フレームＦは、図２，図３に示すように、ヘッド部１１と左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの前部領域と、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの中間部領域と、左右のピボットプレート１３Ｌ，１３Ｒとメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの後部領域とが、それぞれアルミニウム合金等の金属材料によって鋳造されている。これらの金属ブロックの主要部は、例えば、図４に示すように中空に形成されている。また、これらの金属ブロックは鋳造後に相互に溶接等によって接合されている。

左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒは、図４に示すように、車体前後方向と交差する方向の断面が、左右幅に比較して上下幅の広い略矩形状に形成されている。そして、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの前部領域の上面１２ｕと下面１２ｌには、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した帯状の炭素繊維強化樹脂４０が接合されている。

本実施形態の場合、炭素繊維強化樹脂４０は長尺な一連の帯状片によって構成されており、その帯状片は二組設けられている。炭素繊維強化樹脂４０は、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕ及び下面１２ｌと、ヘッド部１１の上縁側と下縁側の周域部とに接合されている。具体的には、一つの炭素繊維強化樹脂４０の帯状片は、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕと、ヘッド部１１の上縁のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合され、別の炭素繊維強化樹脂４０の帯状片は、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの下面１２ｌと、ヘッド部１１の下縁のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合されている。メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの左右の側面１２ｓには炭素繊維強化樹脂４０は接合されていない。

炭素繊維強化樹脂４０の帯状片の幅は、左右のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上下の各面と略同幅とされている。メインフレーム１２Ｌ，１２Ｌの上面１２ｕと下面１２ｌに接合される炭素繊維強化樹脂４０は、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｌの前後方向と交差する断面において、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｌの各幅方向の中心ｃ１を基準に左右対称に設けられている。
なお、本実施形態においては、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕと下面１２ｌに炭素繊維強化樹脂４０が設けられているが、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕと下面１２ｌのいずれか一方の面にのみ炭素繊維強化樹脂４０を設けるようにしても良い。

以上のように、本実施形態に係る車体フレーム構造では、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕと下面１２ｌに、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂４０が接合されている。このため、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒに上下方向の曲げ荷重が入力されると、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの長手方向での上下方向の曲がりが、炭素繊維強化樹脂４０の車体前後方向に揃うように配向された炭素繊維によって抑制される。
したがって、この車体フレーム構造では、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの鋳造部の上壁や下壁の肉厚を薄くしたまま、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上下方向の剛性を高めることができる。

このため、上記の理由により、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの鋳造部の上下壁の肉厚に対する側壁の肉厚の比率をある程度以上に下げることなく、側壁の肉厚も薄くすることができる。よって、本実施形態に係る車体フレーム構造を採用した場合には、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの鋳造時に鋳巣や湯周り不良を発生させることなく、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの左右方向の適度な撓み特性と上下方向の高い剛性とを得ることができる。この結果、車両の旋回性能を向上させることができる。

また、本実施形態においては、炭素繊維強化樹脂４０の帯状片が、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕまたは下面１２ｌと、ヘッド部１１のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合されている。このため、炭素繊維強化樹脂４０の引っ張り強度を有効活用してヘッド部１１の周域の剛性も高めることができる。

また、本実施形態のように、炭素繊維強化樹脂４０の連続した帯状片をメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの上面１２ｕまたは下面１２ｌと、ヘッド部１１のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合するようにした場合、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒとヘッド部１１に対する炭素繊維強化樹脂４０の結合作業を容易に行うことができる。

さらに、本実施形態の車体フレーム構造においては、炭素繊維強化樹脂４０が、メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの前後方向と交差する断面において、各メインフレーム１２Ｌ，１２Ｒの幅方向の中心を基準に左右対称に設けられている。このため、この構成を採用した場合には、車両の旋回時における左右の剛性バランスが等しくなり、車両の旋回性が向上する。

図５は、第２の実施形態の車体フレームＦａの主要部を左側方から見た図であり、図６は、第２の実施形態の車体フレームＦａの斜視図である。また、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
第１の実施形態の車体フレームＦは、ヘッド部１１から一対のメインフレーム１２Ｌ，１２Ｒが左右に分岐して車体後方側に延出する車体フレームであるが、第２の実施形態の車体フレームＦａは、ヘッド部１１１から一本のメインフレーム１１２が車体後方側に延出し、そのメインフレーム１１２の後部に一本のピボットフレーム１１３が接合された車体フレームである。
なお、図５，図６中の符号１３０は、メインフレーム１１２の左右両側から斜め下方に延設されたハンガー部である。

第２の実施形態の車体フレームＦａは、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂４０がメインフレーム１１２の上面１１２ｕと下面１１２ｌの略全幅に亘って接合されている。本実施形態の場合、炭素繊維強化樹脂４０の帯状片がメインフレーム１１２の上面１１２ｕと、ヘッド部１１１のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合され、かつ、別の炭素繊維強化樹脂４０の帯状片がメインフレーム１１２の下面１１２ｌと、ヘッド部１１１のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って接合されている。
第２の実施形態の車体フレームＦａの場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
また、本発明に係る鞍乗り型車両は、自動二輪車（原動機付自転車及びスクータ型車両を含む）に限らず、三輪（前一輪かつ後二輪の他に、前二輪かつ後一輪の車両も含む）又は四輪の小型車両も含まれる。

１…自動二輪車（鞍乗り型車両）
１１，１１１…ヘッド部
１２Ｌ，１２Ｒ，１１２…メインフレーム
４０…繊維強化樹脂
Ｆ，Ｆａ…車体フレーム

Claims (4)

1. ステアリング軸を回動自在に支持するヘッド部（１１）と、
   前記ヘッド部（１１）から車体後方に延出するメインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）と、を備え、
   前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の車体前後方向と交差する方向の断面が、左右幅に比較して上下幅の広い略矩形状に形成された鞍乗り型車両において、
   前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面と下面の少なくとも一方の面に、炭素繊維を車体前後方向に揃うように配向した炭素繊維強化樹脂（４０）が設けられることを特徴とする鞍乗り型車両の車体フレーム構造。
2. 前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面と下面の両面に、前記炭素繊維強化樹脂（４０）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の鞍乗り型車両の車体フレーム構造。
3. 前記炭素繊維強化樹脂（４０）は、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の上面または下面と、前記ヘッド部（１１）のステアリング軸の外周面に略沿う領域とに跨って設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の鞍乗り型車両の車体フレーム構造。
4. 前記炭素繊維強化樹脂（４０）は、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の断面において、前記メインフレーム（１２Ｌ，１２Ｒ，１１２）の中心を基準に左右対称に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鞍乗り型車両の車体フレーム構造。

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