JP4132431B2 - 二輪車のフレーム構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二輪車のフレーム構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二輪車では、ヘッドパイプにハンドル回転軸を介してフロントフォーク及び操向ハンドルを取付け、ヘッドパイプを中心に前輪を操舵可能に取付ける構造を採用している。ヘッドパイプからフロントフレームを後方へ延ばす、又はヘッドパイプからダウンチューブを後方斜め下方へ延ばすため、ヘッドパイプにフロントフレームの先端やダウンチューブを一体化したフレーム構造が一般に採用されている。
【０００３】
例えば、特開平６−１０７２６１号公報「オートバイのフレーム構造」の図２に示されるヘッドパイプ５及びフロントフレーム４、並びに図４に示されるヘッドパイプ部５Ａ及びフレーム部１４Ａ’がその例である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記図４のヘッドパイプ部５Ａは、上記公報の段落番号［００１８］第４行〜第６行によれば「鋳造品」であり、この鋳造品にフレーム部１４Ａ’を溶接で一体化すると説明されている。
しかし、鋳造品は圧延材や押出し材に比較して強度的に難があり、これを補うために肉厚を大きくしなければならない。肉厚を大きくするとフレームの重量増加に繋がる。また、ヘッドパイプ部５Ａが鋳造品であり、圧延材や押出し材に比較して鋳造品は溶接が難しいため、溶接工数が嵩む。従って、鋳造品のヘッドパイプを採用すると重量増加と製造コストアップとが発生する。
【０００５】
また、前記図２のヘッドパイプ５及びフロントフレーム４は、その公報の段落番号［００１１］第７行によれば、鋳造又は鍛造によって一体成形されたものである。しかし、同公報の図３に示される通り、フロントフレーム４の後端縁１７Ａはコ字形断面であって、いわゆるアンダーカットとなっており、鍛造には不向きな形状であるため、鍛造は２段（後段でアンダーカット部分を成形する。）又は３段以上の多段鍛造となり、鍛造コストが嵩み、現実的でない。
鋳造一体形成のときには、圧延材や押出し材に比較して強度的に難があり、これを補うために肉厚を大きくしなければならない。肉厚を大きくするとフレームの重量増加に繋がる。
この従来技術における鋳造及び鍛造はともに課題を有しているが、一般論として強度的には鍛造が鋳造より格段に優れていると言える。
【０００６】
そこで、本発明の目的は鍛造法でヘッドパイプを製造することを前提とし、鍛造コストを大幅に低減することができ、フロントフレームやダウンチューブなどの中空フレームを溶接するときの溶接コストを低減することのできるフレーム構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、ヘッドパイプと、ヘッドパイプから後方へ延びる中空フレームとを溶接にて結合する二輪車のフレームにおいて、ヘッドパイプは、左右割りした金型によって鍛造した鍛造品に縦孔を開けてパイプ化したものであり、且つ中空フレームの先端部を挟む上部舌片及び下部舌片を鍛造の際に一体形成したものであり、下部舌片において中空フレームを溶接する溶接箇所の長さは、上部舌片において中空フレームを溶接する溶接箇所の長さよりも長いことを特徴とする。
【０００８】
鍛造品に中空フレームの先端部を挟む上部舌片及び下部舌片を一体形成しておき、この上部・下部舌片間に中空フレームを差込み、溶接する。
鍛造品に上部舌片及び下部舌片を一体形成するだけであるから、鍛造工程にはアンダカット形成を含める必要はない。従って、鍛造コストを削減することができる。
加えて、上部・下部舌片間に中空フレームを差込むようにしたので、中空フレーム先端の位置決めが容易になり、溶接前の段取りが簡単になると共に、中空フレーム保持が容易となるので、溶接作業が簡単になる。上部・下部舌片に中空フレームを溶接すれば溶接長さを十分に確保することができる。従って、溶接コストを低減することができる。
【０００９】
請求項２は、中空フレームは、ダウンチューブを構成するものであり、ヘッドパイプは、ダウンチューブとは別に、左右の中空のメインフレームを差込むために、車体中心線に沿って後方に延びる縦壁状のウェブ部、このウェブ部から左右に延びた上・下フランジ部並びに縦フランジ部からなるフランジ差込み座を鍛造の際に一体形成したものであり、上部舌片は、下フランジ部から後方斜め下へ延びていることを特徴とする。
【００１０】
鍛造の際に、左右割りした金型にて縦壁状のウェブ部及びこのウェブ部から左右に延びる上・下フランジ部並びに縦フランジ部をも一体形成する。ウェブ部は左右の金型の間で形成することができ、上・下フランジ部並びに縦フランジ部は鍛造により膨出形成することができ、鍛造の際の金属の流動が円滑となり、強度の高い鍛造品を得ることができる。
【００１１】
鍛造品にフレーム差込み座を一体形成し、このフレーム差込み座にメインフレームを差込み、溶接する。
鍛造品にフレーム差込み座を一体形成するだけであるから、鍛造用金型にはアンダカットを含める必要はない。従って、鍛造コストを削減することができる。
加えて、フレーム差込み座にメインフレームを差込むので、溶接前の段取りが簡単になる。フレーム差込み座にメインフレームを溶接すれば溶接長さを十分に確保することができる。従って、溶接コストを低減することができる。
【００１２】
請求項３では、ヘッドパイプは、縦孔を開ける孔加工で一括して鍛造品に開けた左右の小窓を有し、これらの小窓に溶接に先立って左右のメインフレームの先端を差込むことができるようにしたものであることを特徴とする。
【００１３】
メインフレームを差込む小窓を、縦孔加工で一括して開ける。
小窓開け加工を別途行う必要がなくなったので、切削加工費用を削減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るフレーム構造を採用した二輪車の側面図であり、二輪車１０は、ヘッドパイプ１１から中空のメインフレーム１２を後方へ延ばし、このメインフレーム１２にピボットフレーム１３を繋ぎ、このピボットフレーム１３を下方へ湾曲させ、且つヘッドパイプ１１から中空のダウンチューブ１４を後方下方へ延ばし、このダウンチューブ１４にロアフレーム１５を繋ぎ、このロアフレーム１５の後端をピボットフレーム１３に連結してなるクレドール（セミクレドール）形車体フレームを構成し、この車体フレームにエンジン１７を収納すると共に、ヘッドパイプ１１にフロントフォーク１８及びステアリングハンドル１９を転舵自在に取付け、フロントフォーク１８に前輪２１を回転自在に取付け、また、ピボットフレーム１３にピボット軸２２を介してスイングアーム２３を上下スイング可能に取付け、このスイングアーム２３に後輪２４を取付け、車体フレームの上に燃料タンク２６及びシート２７を配置したものである。２８はリヤクッション、２９はシートレールである。
【００１５】
本実施例では、前記ヘッドパイプ１１はＪＩＳ Ｈ ４１４０に規定されるアルミニウム合金鍛造品、メインフレーム１２及びダウンチューブ１４はアルミニウム合金押出し中空材である。
アルミニウム合金の溶接は炭素鋼の溶接に比較して高い溶接技術が必要となり、十分な溶接強度を確保するには継手構造が決め手となる。この点、本発明では継手構造を溶接と鍛造の両方を満足する形状にしたことを特徴とする。具体的構造を以下に説明する。
【００１６】
図２は本発明に係るヘッドパイプの型鍛造工程のイメージ図であり、想像線で示した鍛造品４０を中心に図の左右を「前」，「後」、上下を「右」，「左」と呼ぶことにする。ここで、左右割りした金型、すなわち左型に相当する固定金型４１に右型に相当するパンチ４２を打ち下ろすことにより、鍛造品４０を鍛造する。図から明らかなように、鍛造品４０にアンダカットを含めないので、固定金型４１及びパンチ４２の鍛造凹部４３，４４，４５，４６のプロフィールを単純化して、固定金型４１及びパンチ４２の費用、すなわち金型費を低減することができる。
なお、図は１段鍛造を示すが、圧下を緩やかに行うために２段以上の多段鍛造で実行することは差支えない。このときでもアンダカットを含まぬのでコストアップを避けることができる。
【００１７】
図３は本発明に係る鍛造品の斜視図であり、鍛造品４０は円柱部５０と、この円柱部５０から後方へ延ばした上・下フランジ部５１，５２と、これら上・下フランジ部５１，５２の後部を繋ぐ縦フランジ部５３と、これらフランジ部５１，５２，５３で囲った空間を左右に区分する縦壁状のウェブ部５４と、下フランジ部５２より下方において円柱部５０側から後方斜め下へ延ばした上部舌片５６及び下部舌片５７と、これら上部・下部舌片５６，５７間に残した膜５８とからなる。
【００１８】
図に示す通り鍛造の際に、左右割りした金型にて縦壁状のウェブ部５４及びこのウェブ部５４から左右に延びる上・下フランジ部５１，５２並びに縦フランジ部５３をも一体形成した。ウェブ部５４は左右の金型の間で形成することができ、上・下フランジ部５１，５２並びに縦フランジ部５３は鍛造により膨出形成することができ、鍛造の際の金属の流動が円滑となり、強度の高い鍛造品を得ることができたと言える。
【００１９】
図４は図３の４矢視図であり、円柱部５０、上・下フランジ部５１，５２、縦フランジ部５３、ウェブ部５４、上部舌片５６、下部舌片５７及び膜５８の位置関係を示す。
図５は図４の５−５線断面図であり、円柱部５０、ウェブ部５４及び縦フランジ部５３が連続している断面を示すが、円柱部５０はウェブ部５４に繋がる部分が斜面５９，５９となっており、想像線で示した仮想円６０から円柱部の中心に向って大きく窪ませたことを特徴とする。これら斜面５９，５９は後述の小窓を造ることを目的として窪ませたものである。
【００２０】
以上の図３〜５で説明した鍛造品４０に施す切削加工及び溶接を以下順に説明する。
図６は本発明に係る第１切削加工説明図であり、図４の膜５８を切除することで、上部・下部舌片５６，５７間を左右（図面では表裏）に貫通させるとともに、円柱部５０に径Ｄ１の縦孔６１を切削形成したことを示す。
図７は図６の７−７線断面図であり、径Ｄ１の縦孔６１を切削形成したことにより、図５の斜面５９，５９の箇所が削り取られ、結果として図７に示す通り、小窓６３，６３が開いたことを示す。
【００２１】
図８は本発明に係る第１切削加工品の斜視図であり、鍛造品４０の円柱部５０に小窓６３が開いていることを示す。そして、この小窓６３を上・下フランジ部５１，５２及び縦フランジ部５３が囲っており、矢印１（丸数字）に沿って見たときに、縦フランジ部５３がハードル（壁、又は土手）、上・下フランジ部５１，５２が上下を規定するガイド壁、小窓６３が奥の開口となることが分かる。
【００２２】
図９は本発明の第１切削加工品に中空フレームをセットするときの要領図であり、中空フレームであるメインフレーム１２（２本）と、中空フレームであるダウンチューブ１４を準備し、矢印２（丸数字）のごとく上部・下部舌片５６，５７間にダウンチューブ１４を差込む。そして、縦フランジ部５３及び上・下フランジ部５１，５２に沿って滑らせながらメインフレーム１２を矢印３（丸数字）のごとく差込む。ここでウェブ部５４、縦フランジ部５３及び上・下フランジ部５１，５２は、メインフレーム１２を差込むためのフレーム差込み座６５の構成要素であることが分かる。このフレーム差込み座６５に沿って差込んだメインフレーム１２の先端を小窓６３にも挿入する。
【００２３】
図１０は本発明の第１切削加工品に中空フレームを溶接するときの要領図であり、ダウンチューブ１４を上部舌片５６、下フランジ部５２の下面、下部舌片５７に溶接する。６６は溶接ビードであり、十分に大きな溶接長さを確保することができる。
図１０に示すように、下部舌片５７においてダウンチューブ１４（つまり、中空フレーム）を溶接する溶接箇所の長さは、上部舌片５６においてダウンチューブ１４を溶接する溶接箇所の長さよりも長い。
また、メインフレーム１２を上フランジ部５１、円柱部５０、下フランジ部５２及び縦フランジ部５３に溶接する。６７は溶接ビードであり、十分に大きな溶接長さを確保することができる。
【００２４】
図１１は図１０の１１−１１線断面図であり、メインフレーム１２，１２の先端を小窓６３，６３に差込んだ状態で円柱部５０にメインフレーム１２，１２を溶接したことを示す。なお、７０は車体中心線である。
すなわち、左右のメインフレーム１２，１２を差込む為に鍛造の際に車体中心線７０に左右対象にフレーム差込み座６５，６５を一体形成し、これらフレーム差込み座６５，６５にメインフレーム１２，１２を差込み、溶接することで、メインフレーム１２，１２を円柱部５０（縦孔６１が開いているのでヘッドパイプに相当する。）に結合した状態を示す。
【００２５】
図１２は本発明の第２切削加工要領図であり、この第２切削加工では、円柱部５０の上面６８と下面６９とを互いに平行となるように仕上げ加工し、次に円柱部５０の上部と下部に軸受を収納するための軸受座７１，７２を切削加工で形成する。
ところで、図３〜図１２（特に、図４、図６、図９、図１０、図１２）に示すように、上部舌片５６は、下フランジ部５２から後方斜め下へ延びている。
【００２６】
なお、円柱部の上下面６８，６９の仕上げ、及び軸受座７１，７２の切削形成は、図６の第１切削加工で同時加工することは差支えない。これにより、第２切削加工が廃止でき加工所要時間を短縮することができる。
これに対して、本例のように第２切削加工を溶接後に実施すると、溶接にともなって歪や変形が発生しても、この歪や変形を切削加工で吸収させることができ、仕上り精度を容易に高めることができる。
従って、第２切削加工を実施するか否かは、製品に求められる仕上り精度等を考慮して決定すればよい。
【００２７】
また、実施例では請求項１記載の中空フレームをダウンチューブで説明した。しかし、上部・下部舌片間に差込む中空フレームはダウンチューブに限るものではなく、メインフレーム又はその他のフレームであったもよい。
実施例では請求項２記載の中空フレームをメインフレームで説明した。しかし、フレーム差込み座に差込む中空フレームはメインフレームに限るものではなく、ダウンチューブ又はその他のフレームであってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、鍛造品に上部舌片及び下部舌片を一体形成するだけであるから、鍛造工程にはアンダカット形成を含める必要はない。従って、鍛造コストを削減することができる。
加えて、上部・下部舌片間に中空フレームを差込むようにしたので、中空フレーム先端の位置決めが容易になり、溶接前の段取りが簡単になると共に、中空フレーム保持が容易となるので、溶接作業が簡単になる。上部・下部舌片に中空フレームを溶接すれば溶接長さを十分に確保することができる。従って、溶接コストを低減することができる。
下部舌片において中空フレームを溶接する溶接箇所の長さは、上部舌片において中空フレームを溶接する溶接箇所の長さよりも長い。
【００２９】
請求項２では、鍛造の際に、左右割りした金型にて縦壁状のウェブ部及びこのウェブ部から左右に延びる上・下フランジ部並びに縦フランジ部をも一体形成したことを特徴とし、ウェブ部は左右の金型の間で形成することができ、上・下フランジ部並びに縦フランジ部は鍛造により膨出形成することができ、鍛造の際の金属の流動が円滑となり、強度の高い鍛造品を得ることができる。すなわち、鍛造品にフレーム差込み座を一体形成するだけであるから、鍛造工程にはアンダカット形成を含める必要はない。従って、鍛造コストを削減することができる。
加えて、フレーム差込み座にメインフレームを差込むので、溶接前の段取りが簡単になる。フレーム差込み座にメインフレームを溶接すれば溶接長さを十分に確保することができる。従って、溶接コストを低減することができる。
【００３０】
請求項３では、メインフレームを差込む小窓を、縦孔加工で一括して開けるので、小窓開け加工を別途行う必要がなくなったので、切削加工費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るフレーム構造を採用した二輪車の側面図
【図２】 本発明に係るヘッドパイプの型鍛造工程のイメージ図
【図３】 本発明に係る鍛造品の斜視図
【図４】 図３の４矢視図
【図５】 図４の５−５線断面図
【図６】 本発明に係る第１切削加工説明図
【図７】 図６の７−７線断面図
【図８】 本発明に係る第１切削加工品の斜視図
【図９】 本発明の第１切削加工品に中空フレームをセットするときの要領図
【図１０】 本発明の第１切削加工品に中空フレームを溶接するときの要領図
【図１１】 図１０の１１−１１線断面図
【図１２】 本発明の第２切削加工要領図
【符号の説明】
１０…二輪車、１１…ヘッドパイプ、１２…中空フレームとしてのメインフレーム、１４…中空フレームとしてのダウンチューブ、４０…鍛造品、４１，４２…左右割りした金型、５０…鍛造品の円柱部、５１…上フランジ部、５２…下フランジ部、５３…縦フランジ部、５４…ウェブ部、５６…上部舌片、５７…下部舌片、６３…小窓、６５…フレーム差込み座、７０…車体中心線。

Claims (3)

1. ヘッドパイプと、ヘッドパイプから後方へ延びる中空フレームとを溶接にて結合する二輪車のフレームにおいて、
   前記ヘッドパイプは、左右割りした金型によって鍛造した鍛造品に縦孔を開けてパイプ化したものであり、且つ前記中空フレームの先端部を挟む上部舌片及び下部舌片を鍛造の際に一体形成したものであり、
   前記下部舌片において前記中空フレームを溶接する溶接箇所の長さは、前記上部舌片において前記中空フレームを溶接する溶接箇所の長さよりも長いことを特徴とした二輪車のフレーム構造。
2. 前記中空フレームは、ダウンチューブを構成するものであり、前記ヘッドパイプは、前記ダウンチューブとは別に、左右の中空のメインフレームを差込むために、車体中心線に沿って後方に延びる縦壁状のウェブ部、このウェブ部から左右に延びた上・下フランジ部並びに縦フランジ部からなるフランジ差込み座を鍛造の際に一体形成したものであり、前記上部舌片は、前記下フランジ部から後方斜め下へ延びていることを特徴とする請求項１記載の二輪車のフレーム構造。
3. 前記ヘッドパイプは、前記縦孔を開ける孔加工で一括して前記鍛造品に開けた左右の小窓を有し、これらの小窓に溶接に先立って前記左右のメインフレームの先端を差込むことができるようにしたものであることを特徴とする請求項２記載の二輪車のフレーム構造。

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