JP2007223482A - 自動2輪車用車体フレーム構造 - Google Patents

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Abstract

【目的】オフロード系自動2輪車の車体フレームにおけるダウンフレームを軽量・高剛性かつ溶接簡単にする。
【構成】メインフレーム3からエンジン7」の前方を斜め下がり後方へ延びるダウンフレーム5を長さ方向で前後に分割し、ダウンフレーム前部43とダウンフレーム後部44とし、これらを前後から当接して溶接一体化する。ダウンフレーム前部43は押し出し成形したパイプ状の展伸材とし、ダウンフレーム後部44は鋳造品とする。ダウンフレーム5は長さ方向に延びる直線的な溶接ラインL1で溶接できるので、溶接作業が容易になる。また、鋳造品であるダウンフレーム後部44と一体にメイン側ジョイント部46及びロア側ジョイント部47を設けるので、別体ガセットを省略できる。
【選択図】図2

Description

この発明は、自動2輪車用車体フレーム構造に係り、ダウンフレームを可及的に軽量化できかつ組立を容易にしたものに関する。
自動2輪車の車体フレームとして、ヘッドパイプと、これからエンジン上方を通って斜め下がり後方へ延びるメインフレームと、エンジンの前方を通って斜め下がり後方へ延びるダウンフレームと、エンジンの下方を通って前後方向へ延び、前端部でダウンフレームの下端と連結するロアフレームと、このロアフレーム及び前記メインフレームの各後端間を上下方向に連結するセンターフレームとを備え、ダウンフレームとメインフレーム間をスティフナパイプで連結したものは公知である。
また、押し出し成形等よりなる展伸材で形成したダウンフレームとスティフナパイプ及びロアフレームとの各連結部に、鍛造で成形されたガセットを溶接して補強することも知られている(一例として特許文献1参照)。
特開2004−256073号公報
ダウンフレームは、ヘッドパイプへ前輪から大荷重が加わったとき、これに耐えるよう比較的高剛性かつ高強度を要求される。このため展伸材でパイプ状のダウンフレームを作成した場合には、別体のガセットを溶接して補強する必要があった。
しかし、このような別体のガセットを用いると、組立時の部品点数が多くなって組立作業が繁雑になり、かつ重量増加を招き易くなる。また、組立時の溶接ケ所が多くなり、しかもダウンフレームやスティフナパイプの周囲に全周溶接するから、溶接ラインが曲線的なものになって溶接が複雑になるため、溶接ケ所を減らしかつ溶接ラインをより直線的にして組立を容易にすることも望まれていた。本願はこのような要請の実現を目的とする。
上記課題を解決するため自動2輪車用車体フレーム構造に係る請求項1の発明は、エンジンを支持する車体フレームに、ヘッドパイプからエンジンの上方を斜め下がり後方へ延びるメインフレームと、ヘッドパイプからエンジンの前方を斜め下がり後方へ延びるダウンフレームとを備えた自動2輪車において、
前記ダウンフレームを前後方向に分割してダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とし、ダウンフレーム前部を展伸材で形成し、ダウンフレーム後部を鋳造にて形成するととともに、
これらのダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とを、ダウンフレームの長さ方向に延びる直線的な溶接ラインで溶接したことを特徴とする。
請求項2の発明は上記請求項1において、前記ダウンフレームが、前記メインフレームと連結されるメイン側ジョイント部を備えるとともに、このメイン側ジョイント部を前記ダウンフレーム後部と一体に鋳造成形したことを特徴とする。
請求項3の発明は上記請求項1において、前記ダウンフレームが、前記エンジンの下方を通って後方へ延びるロアフレーム前端と連結されるロア側ジョイント部を備えるとともに、このロア側ジョイント部を鋳造にて前記ダウンフレーム後部と一体に成形したことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、ダウンフレームを前後に分割してダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とし、強靱性が要求されるダウンフレーム前部を強靱な展伸材とし、高剛性が要求されるダウンフレーム後部を高剛性かつ成形容易な鋳造品となるように組み合わせたので、ダウンフレームとして要求される特性に適合して、所定の強度及び剛性を維持したままより軽量化できるとともに、ダウンフレームの長さ方向にてダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とを直線的な溶接ラインにて溶接して一体化するので、溶接作業を簡単化することができる。
請求項2の発明によれば、メインフレームとの連結部であるメイン側ジョイント部をダウンフレーム後部と一体に鋳造したので、メイン側ジョイント部における形状の自由度を高め、かつ溶接に際して別体のガセットによる補強を不要にできる。
請求項3の発明によれば、ダウンフレームとロアフレームとの連結部であるロア側ジョイント部を鋳造にてダウンフレーム後部と一体成形したので、ロア側ジョイント部における形状の自由度を高め、かつ溶接に際して別体のガセットによる補強を不要にできる。
以下、図面に基づいて一実施例を説明する。図1は、本実施例の車体フレーム構造が適用されたオフロード系自動2輪車の側面図である。この自動2輪車の車体フレーム1は、ヘッドパイプ2,メインフレーム3,センターフレーム4、ダウンフレーム5及びロアフレーム6を備え、これらをループ状に連結し、その内側にエンジン7を支持している。車体フレーム1の構成各部はそれぞれアルミ合金等の適宜金属材料からなり、ヘッドパイプ2及びセンターフレーム4は鋳造品であり、メインフレーム3及びロアフレーム6は押し出し成形等で形成される角パイプ状の展伸材である。ダウンフレーム5は展伸材と鋳造品の複合材であり、詳細は後述する。
メインフレーム3はエンジン7の上方を直線状に斜め下がり後方へ延び、エンジン7の後方を上下方向へ延びるセンターフレーム4の上端部へ連結している。ダウンフレーム5はエンジン7の前方を斜め下がりに下方へ延び、その下端部でロアフレーム6の前端部へ連結している。ロアフレーム6はエンジン7の前側下部からエンジン7の下方へ屈曲してから略直線状に後方へ延び、後端部でセンターフレーム4の下端部と連結している。
エンジン7は水冷4サイクル式であり、シリンダ部8とクランクケース9を備える。シリンダ部8は略直立状態に設けられ、シリンダブロック10,シリンダヘッド11,ヘッドカバー12を備える。
エンジン7の上方には、燃料タンク13が配置されメインフレーム3上に支持される。燃料タンク13の後方にはシート14が配置され、センターフレーム4の上端から後方へ延びるシートレール15上に支持される。符号16はシートレール15の下方に配置される補強パイプである。シートレール15と補強パイプ16にはエアクリーナ17が支持され、スロットルボデイ18を介してシリンダヘッド11へ車体後方側から吸気される。
シリンダヘッド11の前部からは排気管20がシリンダ部8の前方を下方へ延出し、クランクケース9の前方へ配置されたマフラー21へ接続する。マフラー21からはテールパイプ22が後方へ延出し、センターフレーム4を横切ってその後方にて後端部が補強パイプ16に支持される。
ヘッドパイプ2にはフロントフォーク23が支持され、下端部に支持された前輪24がハンドル25で操向される。センターフレーム4にはピボット軸26によりリヤアーム27の前端部を揺動自在に支持されている。リヤアーム27の後端部には後輪28が支持され、エンジン7によりチェーン駆動される。リヤアーム27とセンターフレーム4の後端部との間には、リヤサスペンションのクッションユニット29が設けられている。
30はラジエタ、31はそのラバーマウント部、32,33はエンジンマウント部、34はエンジンハンガ、35は電装品ケースである。なお、エンジン7はピボット軸26にてもセンターフレーム4へ支持されている。
図2は車体フレーム1部分の側面図である。ヘッドパイプ2は鋳造されたヘッドユニット40の一部として筒状に一体形成される。ヘッドユニット40は後方へ延出する上部ガセット41と下部ガセット42を一体に有する。上部ガセット41はクロス部41aと一体に形成されている。
ヘッドユニット40の側面上部には、ダウンフレーム5の前端が当接して溶接され、上部ガセット41とも溶接され、クロス部41aの側面に重なっている。ヘッドユニット40の側面下部にはダウンフレーム5の前端が当接して溶接され、クロス部41aの下端部及び下部ガセット42とも溶接される。
ダウンフレーム5は長さ方向に沿ってダウンフレーム前部43とダウンフレーム後部44とに前後で分割された状態で別体に形成され、互いに溶接一体化され、その溶接ラインL1がダウンフレーム5の側面に長さ方向へ長く形成されるている。この溶接ラインL1は上半部が直線状部L1aをなし、下半部は前方へ向かって次第に接近する大アール部L1bをなし、下端部に設けられているロア側ジョイント部47近傍にて前面に到達している。
ダウンフレーム後部44の上下方向中間部からはスティフナー部45が中空の腕状に後方へ一体に延出している。ダウンフレーム後部44とスティフナー部45の接続部は比較的大きなアール形状をなし、上下からスティフナー部45の延出方向へ収束する。
スティフナー部45の後端には肥大して一体に形成されたメイン側ジョイント部46がダウンフレーム5の下面へ溶接一体化されている。この溶接ラインL2はメイン側ジョイント部46の周囲に沿って一周する全周溶接となっている。メイン側ジョイント部46の側面にはエンジンハンガ34の取付座が形成されている。
ダウンフレーム5の下部には、二股状に枝分かれたロア側ジョイント部47がダウンフレーム後部44と一体に設けられ、一対の枝分かれ部48にはそれぞれ左右のロアフレーム6の各前端部が溶接されている。ロア側ジョイント部47には隆起部分47aが設けられ、ここにエンジンマウント部32(図1)の取付座47bが形成されている。49aはラジエタのラバーマウント部31(図1)のためのステーである。
センターフレーム4の上端部にはクロス部50が一体に設けられ、その左右に、シートレール取付ステー51が上方へ突出し、左右方向中間部にクッション取付ステー52が後方へ突出し、それぞれ一体に形成されている。
センターフレーム4は鋳造され、多数の格子状をなすリブ53(車体内方へ露出する)により補強され、ダウンフレーム5の延長となる斜め下がり後方へ延びる上部54と、その後部から屈曲して斜め下がり前方へ延びる下部55とが連続一体に形成される。
符号56は、上部54の前端部に形成される取付座であり、ここにダウンフレーム5の後端部が重ねられて周囲を溶接される。符号57は電装品ケース35の取付座である。58は下部55の中間部に設けられるピボット軸26のためのボス部である。55aは補強パイプ16の取付ステー、59はクロスメンバ、59aはクッションリンク用ステーである。
図3は車体フレーム1を車体後方から示す図である。メインフレーム3、センターフレーム4及びロアフレーム6はそれぞれ左右一対で設けられる。左右のメインフレーム3の各前端はヘッドユニット40へ連結され、左右のメインフレーム3の各前端の間には、ヘッドパイプ2から後方へ延び出すクロス部41aが入り込んでいる。クロス部41aの左右へ張り出す部分が上部ガセット41をなし、これらはヘッドユニット40と一体化に形成されている。41bは燃料タンク13の前端部を取付ける取付座であり、クロス部50の上に形成されている。
ダウンフレーム5は車体中心Cに沿って上下方向へ一本で配置され、その下端部のロア側ジョイント部47に左右のロアフレーム6の各前端部が連結されている。左右のロアフレーム6の各後端部はそれぞれ左右のセンターフレーム4の下端前部へ連結される。左右のセンターフレーム4の下端後部間にはクロスメンバ59が掛け渡されて溶接され、このクロスメンバ59にリンク用ステー59aが設けられている。
図4は図2の4−4線断面であり、ダウンフレーム前部43は角パイプ状をなす展伸材で形成され、その前部43aのみが肉厚T1なる厚肉部をなし、他の左右側部43b及び後部43cはそれぞれ肉厚が同じ程度のT2をなし、このT2はT1より小さくなっている。このような偏肉構造は押し出し成形等によって容易に得られる。
前部43aは前方の下部ガセット42へ密着して重ねられ、前部43aの外側面上にて溶接される。下部ガセット42は肉厚がT3であって、T1とT2の中間(T1>T3>T2)程度であり、左右両端部42aが後方へ屈曲し、この部分が前部43aの外側面へ重なった状態で、左右両端部42aの各先端部に沿って隅肉溶接される。
ダウンフレーム後部44は前方へ向かって開放された略コ字状断面をなし、左右両側部44aの各先端部44dがダウンフレーム前部43の左右両側部43bの各後部外側面へ重なった状態で、各先端部44dに沿って隅肉溶接される。ダウンフレーム後部44の後部44bはダウンフレーム前部43の後部43cから後方へ離れて位置し、ダウンフレーム前部43とダウンフレーム後部44からなるダウンフレーム5の横断面は略日の字状をなす。
ダウンフレーム後部44の後部44bは左右方向の中間部が最も薄い肉厚T4をなし、このT4はT2程度もしくはこれ以下である。この最薄肉部から側部44aとのコーナー部44cへ向かって次第に肉厚となる。コーナー部44cはダウンフレーム後部44で最も肉厚が大きく、T2程度の肉厚をなす。コーナー部44cから側部44aに向かって再び肉厚が小さくなり、側部44aの肉厚はT4程度もしくはこれよりも若干大きい程度である。
このようなダウンフレーム後部44の薄肉構造は、ダウンフレーム5の後半部側において必要な剛性を確保しつつ可能な限り軽量化することに貢献できる。すなわち展伸材からなるダウンフレーム前部43の側部43b及び後部43cを薄肉にするとともに、後部43cでダウンフレーム後部44の前側の開放部を閉じることにより角パイプ状の高剛性構造とし、そのうえ本来剛性の高い鋳造品の特性を有するダウンフレーム後部44を薄肉にして組み合わせるので、高剛性かつ軽量化を実現できる。しかも、コーナー部44cのみ厚肉にすることでダウンフレーム後部44の効率的な剛性アップとさらなる軽量化を図ることができる。
一方、ダウンフレーム前部43はダウンフレーム5の前半側における必要強度維持に貢献している。すなわち前部43aのみ厚肉にしてあるので、展伸材の特徴を活かしてダウンフレーム前部43のうちダウンフレーム後部44で補強されない前側部分を剛性よりも高強度優先の構造にしている。なお、ヘッドパイプ2との連結部のみは部分的に高剛性を維持する必要があるため、鋳造品である下部ガセット42を重ねて補強してある。
このように、ダウンフレーム5の前側部分は高強度部分をなし、後側部分は高剛性部分をなす。このような高強度部分と高剛性部分の組み合わせ構造は、ダウンフレーム5の前側部分で大きな曲げ荷重に耐え、後側部分で大きな圧縮荷重に耐えることを要求されるダウンフレーム5の本来的な機能に由来する。このため、ダウンフレーム5の前側部分における強度と後側部分における剛性は、いずれも要求を十分に満たす程度に確保されている。
図5はダウンフレーム5の分解側面図である。ダウンフレーム前部43は上端43dが斜めにカットされ、この上端43dをヘッドパイプ2の軸線とほぼ平行にしてヘッドユニット40の側面へ当接して溶接される。ダウンフレーム前部43の前部43aは略直線状をなして上下方向へ延びている。ダウンフレーム前部43の後部43cは、上半部が前部43aと略平行するよう略直線状をなし、この部分の側部43bの幅は略一定である。後部43cの下半部側は、下へ行くほど側部43bの幅を狭くして前部43aへ接近するよう曲線的に変化する。この部分は曲線的にカットするか、後方から前方へ押しつぶすように成形等して形成する。
ダウンフレーム後部44における側部44aの前側縁部である先端部44dは、後部43cに対応して重なるように、上半部が直線部をなし、下半部が曲線部をなす。なお、図示の側面視において現れる後部43cと先端部44dの各輪郭線は、それぞれ溶接ラインL1(図2)と一致する。ダウンフレーム後部44の上端44eはヘッドユニット40の上部ガセット41及びクロス部41aの下端に沿うように側面視屈曲形状をなす。
図6はダウンフレーム5を車体後方から示す図である(図3からメインフレーム等の他の部分を除いたものに相当する)。上下方向中間部からスティフナー部45が左右へ腕状に枝分かれし、先端部がメインフレーム3の下面へ連結されている。メイン側ジョイント部46は左右へ腕状に延出するスティフナー部45の各先端部に肥大して形成され、中央部には肉抜き凹部46aが形成されている。このメイン側ジョイント部46及びスティフナー部45は左右対称に形成され、メイン側ジョイント部46の表面はダウンフレーム5の下面に当接する当接面46bになっている。
ダウンフレーム5の下端部はY字を倒立させた形状に略近似するロア側ジョイント部47をなし、下端が左右二股状に分かれた一対の枝分かれ部48をなし、それぞれにロアフレーム6の各前端部が連結されている。ロア側ジョイント部47の背面には隆起部47aが後方へとっ出形成され、その左右側面がエンジンマウント部32の取付座47bをなしている。
枝分かれ部48の下端縁部48aは接合端部をなして側面視で後方斜め下がりに傾斜し(図5参照)、この縁部内側に凹部48bが形成され、ロアフレーム6の前端が嵌合されるようになっている。枝分かれ部48の後部は若干長く下方へ延出してロアフレーム5の後部表面へ重なるオーバーラップ部48cとなっている。
図7は図2のA矢示方向からダウンフレーム5の前面側上部を示す。ダウンフレーム前部43はダウンフレーム後部44の左右側部44a間に嵌合されるため、下部ガセット42の下方では、ダウンフレーム前部43の左右に先端部44dが上下方向へ平行し、これに沿って溶接ラインL1も左右に平行して上下方向へ直線上に形成されている。メイン側ジョイント部46はメインフレーム3の下面に当接し、その周囲に沿って溶接ラインL2が形成されている。
図8は図2のA矢示方向からロア側ジョイント部47を示す図である。ダウンフレーム前部43の下部は略直線状をなし、左右の縁部44d間、及びロア側ジョイント部47の前面中央に形成された左右の縁部44dの延長部間に形成されている凹部47dに嵌合される。凹部47dは前方及び上方へ開放されており、ここに上方からダウンフレーム前部43の下端が密に嵌合し、周囲を溶接して結合する。このときに形成される溶接ラインL3は直角に屈曲する単純な直線的なものとなる。なお、溶接ラインL3の左右部分は溶接ラインL1の延長となる。すなわち側面視(図2)で見えなくなった溶接ラインL1の下部がロア側ジョイント部47の前面側へ延びて溶接ラインL3へ連続することになる。
また、左右の枝分かれ部48にも前方及び下方へ開放された凹部48bがそれぞれ形成され、ここに左右の各ロアフレーム6の前端部が嵌合され周囲を溶接される。このときの溶接ラインL4も直角に屈曲する単純な直線的なものとなる。符号47cはロア側ジョイント部47の前面へ突出形成される取付ボスであり、ここにマフラー21の上部が支持される(図1)。
枝分かれ部48とロアフレーム6の溶接は、ロアフレーム6の周りに一周する全周溶接であり、溶接ラインL4は側面へ延び、図2に示すように、接合縁部48a及びオーバーラップ48cに沿う溶接ラインL5に連続している。
次に、本実施例の作用を説明する。この車体フレーム1の組立に先だって、まず図5に示すように、ダウンフレーム5を形成する。このとき、ダウンフレーム前部43とダウンフレーム後部44を前後から合わせ、接合部に沿って溶接する。このとき溶接ラインL1(図2・7)はダウンフレーム5の側面にて長さ方向へ略直線状をなすので、溶接作業を単純化でき溶接が容易になる。しかも下半部側は曲線になるが、この曲線を大アールにしたので、溶接作業は上半部側の直線部と連続する容易なものになる。
また、ダウンフレーム後部44の下端部にロア側ジョイント部47を鋳造により一体化したので、従来のようにロアフレーム6との接続部に使用された別体のガセットを設ける必要がなく、部品点数を削減できかつダウンフレームとガセットの溶接作業が不要になる。しかも鋳造によりロア側ジョイント部47を形状の自由度が高くかつ高剛性にできる。なお、ダウンフレーム前部43の下端部とロア側ジョイント部47の溶接も、図8に示すように、直線的で単純な溶接ラインL3にて実現できるので、やはり溶接が容易になる。
続いて、このダウンフレーム5及びメインフレーム3の各前端部をヘッドユニット40の側面に当接して上部ガセット41及び下部ガセット42と一緒に溶接する。さらに図2に示すように、左右のスティフナー部45のメイン側ジョイント部46をそれぞれ左右のメインフレーム3の下面へ当接して溶接する。このときスティフナー部45はダウンフレーム後部44と一体化されているので、従来のようなガセットを介してスティフナーパイプとダウンフレームを溶接するような面倒がない。
このため、従来のスティフナー部におけるガセットを省略して部品点数を削減でき、かつこの部分の面倒な溶接作業も省略できるので、組立作業が容易になる。しかも鋳造によりスティフナー部45を含むダウンフレーム後部44を形状の自由度が高くかつ高剛性にできる。なお、メイン側ジョイント部46のメインフレーム3に対する溶接は従来同様に全周溶接する必要があるが、ガセットを省略できるので溶接作業はやはり簡単になる。
また、図8に示すように、枝分かれ部48の凹部48bにロアフレーム6の前端部を嵌合して周囲を溶接する。このときも溶接ラインL4及びL5(図2)はそれぞれ直線的になるので、やはり溶接を容易にする。
さらに、メインフレーム3、センターフレーム4及びロアフレーム6を溶接して結合すれば図2に示す車体フレーム1が得られる。
次に、この車体フレーム1を用いて図1に示す自動2輪車に適用して使用するとき、ヘッドパイプ2へ前輪24側から大荷重が入力すると、ダウンフレーム5の前側部分には大きな曲げ荷重が加わり、後側部分には圧縮荷重が加わる。ところが、ダウンフレーム5の前側部分にダウンフレーム前部43として靱性の高い展伸材を用いることにより、高強度構造になっているので大きな曲げ荷重に対応でき、圧縮荷重のかかる後側部分は剛性の高い鋳造品であるダウンフレーム後部44を用いた高剛性構造になっているので大きな圧縮荷重に耐えるようになる。
しかも、ダウンフレーム5を前後分割したダウンフレーム前部43とダウンフレーム後部44で構成し、これらを結合一体化して高強度部分と高剛性部分の組み合わせ構造にしたので、ダウンフレーム5の本来的機能に適合する特性を備え、かつ可及的に軽量化できる。そのうえ、車体フレーム1のうち前部のダウンフレーム5を軽量化したので、ヘッドパイプ2を中心にして車体が旋回等して動くとき、ヘッドパイプ2の軸線回りにおける慣性重量を小さくでき、車体の機敏な取り回しが要求されるオフロード車に好適なものになる。
実施例に係る自動2輪車の側面図 車体フレームの側面図 車体フレームの背面図 図2の4−4線断面図 ロアフレームの分解側面図 ダウンフレーム後部の背面図 ダウンフレーム前面上部を図2のA矢示方向から示す図 ダウンフレーム前面後部を図2のA矢示方向から示す図
符号の説明
1:車体フレーム、2:ヘッドパイプ、3:メインフレーム、4:センターフレーム4、5:ダウンフレーム、6:ロアフレーム、7:エンジン、40:ヘッドユニット、43:ダウンフレーム前部、44:ダウンフレーム後部、45:スティフナー部、46:メイン側ジョイント部、47:ロア側ジョイント部、48:枝分かれ部

Claims (3)

  1. エンジンを支持する車体フレームに、ヘッドパイプからエンジンの上方を斜め下がり後方へ延びるメインフレームと、ヘッドパイプからエンジンの前方を斜め下がり後方へ延びるダウンフレームとを備えた自動2輪車において、
    前記ダウンフレームを前後方向に分割してダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とし、ダウンフレーム前部を展伸材で形成し、ダウンフレーム後部を鋳造にて形成するととともに、
    これらのダウンフレーム前部とダウンフレーム後部とを、ダウンフレームの長さ方向に延びる直線的な溶接ラインで溶接したことを特徴とする自動2輪車用車体フレーム構造。
  2. 前記ダウンフレームは前記メインフレームと連結されるメイン側ジョイント部を備えるとともに、このメイン側ジョイント部を前記ダウンフレーム後部と一体に鋳造成形したことを特徴とする請求項1に記載した自動2輪車用車体フレーム構造。
  3. 前記ダウンフレームは、前記エンジンの下方を通って後方へ延びるロアフレーム前端と連結されるロア側ジョイント部を備えるとともに、このロア側ジョイント部を鋳造にて前記ダウンフレーム後部と一体に成形したことを特徴とする請求項1に記載した自動2輪車用車体フレーム構造。
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