JP2007307944A - 自動二輪車のフレーム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドパイプの位置決め精度の向上を図ると共に、簡単な構成でフレーム全体の強度を高めることができる自動二輪車のフレーム構造体を提供する。
【解決手段】上側型抜き孔１３が設けられたアッパーハーフ３と、下側型抜き孔１４が設けられたロアハーフ４とを、それぞれカーボン繊維による繊維強化部材で一体成形する。アッパーハーフ３とロアハーフ４とは、上側型抜き孔１３および下側型抜き孔１４が連通するように結合され、さらに、上側型抜き孔１３の上側から挿入される上側ヘッドパイプ２１と、下側型抜き孔１４の下側から挿入される下側ヘッドパイプ２２とを圧入結合することで、ヘッドパイプ２０を設計通りの所定の位置に高い寸法精度で配設する。上側ヘッドパイプ２１および下側ヘッドパイプ２２はアルミ部材からなり、また、アッパーハーフ３およびロアハーフ４は、ヘッドパイプ２０の軸方向と同方向に型抜きされることで形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動二輪車のフレーム構造体に係り、特に、ヘッドパイプの位置決め精度の向上を図ると共に、簡単な構成でフレーム全体の強度を高めることができる自動二輪車のフレーム構造体に関する。

従来から、エンジン等が懸架されるフレーム部材の車体前方側に、ステムシャフトを回動可能に軸支するための円筒状のヘッドパイプを取り付けた自動二輪車のフレーム構造体が知られている。

特許文献１には、ヘッドパイプの上端部および下端部を支持する２枚の板状の支持部材を、車幅方向左右に配設される一対の板状のフレーム部材で挟むようにして固定したフレーム構造体が開示されている。このフレーム構造体では、上下分割式とされるヘッドパイプを、前記２枚の支持部材の上下方向からそれぞれ挿入して結合することで、車体前方側に１本のヘッドパイプが配設される構成とされている。
特公平６−５３５０６号公報

しかしながら、特許文献１の構成において、フレーム全体をカーボン繊維等による繊維強化樹脂で形成しようとすると、前記フレーム部材と支持部材とが別体部品とされているため、フレーム部材と支持部材との間に連続した繊維素材を配置することができず、繊維強化樹脂の強度を十分に活用できないこととなる。また、フレーム部材と支持部材とを接着剤等で結合することとなるので、支持部材に支持されるヘッドパイプを、設計通りの位置に高い精度で配設することが難しくなるという課題があった。さらに、接着材等による結合部を補強するためにリベット等の留め具を使用すると、部品点数や重量、作業工数等が増加するという課題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、ヘッドパイプの位置決め精度の向上を図ると共に、簡単な構成でフレーム全体の強度を高めることができる自動二輪車のフレーム構造体を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明は、自動二輪車のフレーム構造体において、互いに結合されることで１本のヘッドパイプを構成する上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプと、繊維強化樹脂で一体成形され、前記上側ヘッドパイプが挿入される上側型抜き孔を有する上側フレームと、繊維強化樹脂で一体成形され、前記下側ヘッドパイプが挿入される下側型抜き孔を有する下側フレームとを具備し、前記上側フレームと前記下側フレームとが、前記上側型抜き孔および下側型抜き孔を連通させるように結合され、前記上側型抜き孔の上側から挿入された前記上側ヘッドパイプと、前記下側型抜き孔の下側から挿入された下側ヘッドパイプとが結合される点に第１の特徴がある。

また、前記上側フレームおよび下側フレームがカーボン繊維による繊維強化樹脂からなり、前記上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプがアルミ部材からなる点に第２の特徴がある。

また、前記上側フレームおよび下側フレームが、それぞれ、前記ヘッドパイプの軸方向と同じ方向に型抜きされるように形成されている点に第３の特徴がある。

さらに、前記上側ヘッドパイプより前記下側ヘッドパイプが長く形成されると共に、前記上側型抜き孔より前記下側型抜き孔が短く形成されている点に第４の特徴がある。

第１の発明によれば、繊維強化樹脂で形成された上側フレームおよび下側フレームのそれぞれにヘッドパイプが挿入される型抜き孔を設け、この型抜き孔が連通するように上側フレームと下側フレームとを結合すると共に、型抜き孔の上下から上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプを挿入して互いに結合するように構成したので、ヘッドパイプを支持する別体部品をフレーム部材に接着する方式に比して、ヘッドパイプ周辺のフレーム強度が大幅に高められて、ヘッドパイプを設計通りの所定の位置に配設することが容易となる。

第２の発明によれば、上側フレームおよび下側フレームをカーボン繊維による繊維強化樹脂で形成し、上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプをアルミ部材で形成するようにしたので、機械加工によって高い寸法精度が得られるヘッドパイプが高強度のフレームに取り付けられることになり、フレームに対するヘッドパイプの位置決め精度を高めることが可能となる。

第３の発明によれば、上側フレームおよび下側フレームが、それぞれ、ヘッドパイプの軸方向と同じ方向に型抜きすることで形成されているので、ヘッドパイプの型抜き孔の形成が容易となり、かつ高い寸法精度で型抜き孔を形成することが可能となる。

第４の発明によれば、上側ヘッドパイプより下側ヘッドパイプが長く形成されると共に、上側型抜き孔より下側型抜き孔が短く形成されているので、それぞれの結合部が離間して互い違いに配設されることとなり、上側フレームと下側フレームとの結合強度をより高めることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態に係るフレーム構造体が適用されたフレームアッセンブリ１の側面図および上面図である。自動二輪車に適用されるフレームアッセンブリ１は、カーボン繊維による繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、いわゆるカーボンファイバーで形成された中空構造のメインフレーム２に、金属パイプ等からなるシートフレーム４０およびアンダーフレーム５０を取り付けた構成とされている。そして、メインフレーム２の車体前端部には、不図示のステムシャフトを回転自在に軸支するためのヘッドパイプ２０が配設されている。メインフレーム２は、ヘッドパイプ２０が挿入される上側型抜き孔１３を有する上側フレームとしてのアッパーハーフ３と、ヘッドパイプ２０が挿入される下側型抜き孔１４を有する下側フレームとしてのロアハーフ４と、アッパーハーフ３およびロアハーフ４の下面側に配設されるインナーハーフ７とから構成されており、それぞれの部材は互いに接着剤によって結合されている。また、前記ヘッドパイプ２０も、接着剤によって、アッパーハーフ３およびロアハーフ４に対して回転不能に結合されている。

本実施形態に係るフレーム構造体においては、ヘッドパイプ２０を上下方向で支持するアッパーハーフ３およびロアハーフ４が、それぞれ、カーボンファイバーによる一体的な部品として形成されている点に特徴がある。これにより、ヘッドパイプ２０の周囲に連続的なカーボン繊維を配設してアッパーハーフ３およびロアハーフ４を成形することが可能となり、ヘッドパイプ２０の周囲の強度を大幅に高めることが可能となる。また、アッパーハーフ３およびロアハーフ４に設けられるヘッドパイプ２０の貫通孔は、アッパーハーフ３およびロアハーフ４の製造時に型抜き孔として簡単に形成することができる。したがって、ヘッドパイプを支持する別体部品をフレーム部材に接着する方式に比して、簡単な構成によって、ヘッドパイプ２０を設計通りの位置に高い精度で配設することが可能となる。なお、インナーハーフ７は、カーボンファイバーで形成された左右のべース部５Ｌ，５Ｒを、連結パイプ８で繋いだ構成とされている。

上記したようなカーボン繊維による繊維強化樹脂には、軽量かつ高強度なドライカーボンが好適である。該ドライカーボンは、例えば、半硬化した熱硬化樹脂を炭素繊維にあらかじめ含浸させたカーボンプリグレグシートを複数枚積層し、雄型および雌型で成形しながら加圧釜で熱硬化させることで得ることができる。本実施形態に係るメインフレーム２は、アッパーハーフ３、ロアハーフ４、インナーハーフ７の３分割構成とすることで、雄型および雌型の形状を極力単純化して生産性を高めると共に、各部品に形成される型抜き用の開放端部同士を係合させてカーボンファイバーによる箱状の閉空間を構成することでメインフレーム２の全体の高強度化を可能としている。なお、メインフレーム２の素材には、カーボン繊維による前記ＣＦＲＰのほか、ガラス繊維によるＧＦＲＰ、ケプラ繊維によるＫＦＲＰ等を適用することもできる。

アッパーハーフ３は、ヘッドパイプ２０の支持部から、車体後方側でスイングアーム（不図示）を揺動自在に軸支するピボットボス１０，１０の支持部までを一体成形した部品である。アッパーハーフ３のメインチューブ３Ｌ，３Ｒは、ヘッドパイプ２０の直後で車幅方向外側に広げられた後、両者が略平行をなす直線形状をもって車体後方側に延ばされ、さらに、シートフレーム４０の前側パイプ４１Ｌ，４１Ｒの結合部近傍において車幅方向外側に大きく広げられた形状とされている。ヘッドパイプ２０の車体後方かつ下方には、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの間を連結するクロスメンバ６が形成されている。また、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの後端部には、左右のピボットボス１０，１０の下部を連結するスタンドステー９が取り付けられている。不図示のメインスタンドを揺動自在に軸支する該スタンドステー９は、上記したような繊維強化樹脂やアルミ等の金属で形成することができる。

複数のパイプ材等でかご状に形成されるシートフレーム４０は、前側パイプ４１Ｌ，４１Ｒの端部に設けられた座面部を貫通する取付ボルト４１ａと、下側パイプ４２Ｌ，４２Ｒの端部に設けられた座面部を貫通する取付ボルト４２ａとによって、アッパーハーフ３の上面部に取り付けられている。また、メインフレーム２の下部には、エンジン等を懸架するアンダーフレーム５０が取り付けられている。該アンダーフレーム５０は、車体前後方向に配設されるサイドパイプ５１Ｌ，５１Ｒと、このサイドパイプ５１Ｌ，５１Ｒを車体下方側で結合するアンダーハンガ５２とから構成されている。アンダーフレーム５０は、サイドパイプ５１Ｌ，５１Ｒの前端部に形成された取付ステー５３Ｌ，５３Ｒを取付ボルト５３ａによってロアハーフ４に締結すると共に、サイドパイプ５１Ｌ，５１Ｒの後端部に形成された座面部を取付ボルト５１ａによってベース部５Ｌ，５Ｒに締結することで、メインフレーム２に安定的に結合されている。

図３は、本発明の一実施形態に係るメインフレーム２の構成を示す斜視図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。メインフレーム２を構成するアッパーハーフ３、ロアハーフ４、インナーハーフ７は、それぞれの開放端部を対向させて結合するように構成されている。アッパーハーフ３の端縁には、ロアハーフ４およびインナーハーフ７の開放端部の外側に被せるように張り出した係合リム３ａが形成されている。アッパーハーフ３には、上側ヘッドパイプ２１が挿入される上側型抜き孔１３が形成され、ロアハーフ４には、下側ヘッドパイプ２２が挿入される下側型抜き孔１４が形成されている。なお、ロアハーフ４も、アッパーハーフ３と同様に左右のアーム部４Ｌ，４Ｒを一体成形した構成とされている。

ヘッドパイプ２０は、上側ヘッドパイプ２１と下側ヘッドパイプ２２からなる分割式とされており、メインフレーム２の組み立て時には、前記型抜き孔１３，１４に挿入した両者を圧入結合することで１本のヘッドパイプ２０が形成されるように構成されている。これにより、ヘッドパイプ２０の単体での強度が高められると共に、メインフレーム２に対するヘッドパイプ２０の位置決めを正確に行うことが可能となる。また、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの間を連結してメインフレーム２の高剛性化を図るクロスメンバ６は、アッパーハーフ３に形成された上側半円パイプ６ａとロアハーフ４に形成された下側半円パイプ６ｂとが係合することで、１本のパイプ状物として形成されるものである。なお、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの後端部には、前記ピボットボス１０，１０が係合される係合孔１６，１６が形成されている。

図４および図５は、本発明の一実施形態に係るメインフレーム２の構成を示す斜視図および側面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。図４および図５では、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの後端部に配設されるピボットボス１０と、該ピボットボス１０の下部に取り付けられるスタンドステー９も示している。ピボットボス１０は、アルミ等の金属で形成されたピボットボスアウター１１およびインナーリング１２とから構成されており、その組み立て時には、メインチューブ３Ｌ，３Ｒの外側から挿入したピボットボスアウター１１の端部にインナーリング１２と嵌合させると共に、接着剤等でメインチューブ３Ｌ，３Ｒに回転不能に結合されることとなる。また、ピボットボス１０の下部にメインスタンドの取付ステー１５Ｌ，１５Ｒが形成されたスタンドステー９が結合され、さらに、その下方からインナーハーフ７が結合されるように構成されているので、ピボットボス１０の周辺部にも、カーボンファイバーによる箱状の閉空間が形成されることになる。

また、アッパーハーフ３およびロアハーフ４は、ヘッドパイプ２０の軸方向、すなわち、図５の天地（上下）方向に分割された雄型および雌型によって製作されるので、上側型抜き孔１３および下側型抜き孔１４は、分割された型から取り外す際に鉛直方向に引き抜かれることになる。これにより、前記型抜き孔１３，１４の形成が容易になると共に、アッパーハーフ３およびロアハーフ４に対する前記型抜き孔１３，１４の寸法精度の向上を図ることが可能となる。

図６は、図１のＡ−Ａ線断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。メインチューブ３Ｌ，３Ｒの開放端部に形成された係合リム３ａは、ロアハーフ４のアーム部４Ｌ，４Ｒの開放端部４ａを外側から挟むように係合する形状とされ、その係合面において接着材で結合されている。前記したように、メインフレーム２は、アッパーハーフ３およびロアハーフ４がそれぞれ一体成形された上に、両者を共締めするように上側ヘッドパイプ２１と下側ヘッドパイプ２２とを結合する構成とされている。これにより、アッパーハーフ３とロアハーフ４とが強固に結合されると共に、メインフレーム２に対してヘッドパイプ２０が強固に結合され、その結果、メインフレーム２に対するヘッドパイプ２０の位置決め精度が高められることになる。

図７は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。機械加工によって高い寸法精度が得られるアルミニウム合金等のアルミ部材からなる上側ヘッドパイプ２１と下側ヘッドパイプ２２とは、上側ヘッドパイプ２１の係合面２１ａと下側ヘッドパイプ２２の内周面２２ａとを圧入することで結合されている。このとき、上側型抜き孔１３の上端部１３ａと下側型抜き孔１４の下端部１４ａとが上下から挟まれ、アッパーハーフ３とロアハーフ４とはお互いに圧着されてより強固に結合されることとなる。また、本実施形態では、上側ヘッドパイプ２１より下側ヘッドパイプ２２を長く形成すると共に、上側型抜き孔１３より下側型抜き孔１４を短く形成し、それぞれの結合部を離間して互い違いに配設することで、アッパーハーフ３とロアハーフ４との結合強度がより高められる構造とされている。そして、上側ヘッドパイプ２１の外周面２１ｂおよび下側ヘッドパイプ２２の外周面２２ｂは、接着剤によって、前記上側型抜き孔１３および下側型抜き孔１４に回転不能に結合されている。なお、不図示のステムシャフトは、上側ヘッドパイプ２１の嵌合溝２１ｃに嵌合される軸受（不図示）と、下側ヘッドパイプ２２の嵌合溝２２ｃに嵌合される軸受（不図示）とによって軸支されることになる。

図８（ａ），（ｂ）は、図５のＣ−Ｃ線断面図であり、それぞれ、分解時（ａ）と結合時（ｂ）を示している。左右のピボットボス１０，１０は同一構造とされるので、図８では、メインチューブ３Ｌへの取付構造のみを示す。図示左側、すなわちメインチューブ３Ｌの車幅方向外側から挿入されるピボットボスアウター１１の外周部には、インナーリング１２の内周端部１２ａと当接する段部１１ａと、係合孔１６との係合面１１ｂと、フランジ部１１ｃとが形成されている。一方、インナーリング１２にも、前記フランジ部１１ｃと同径のフランジ部１２ｂが形成されている。そして、図８（ｂ）に示す結合時には、係合面１１ｂに接着剤が塗布されると共に、アルミ部材等で形成されるピボットボスアウター１１とインナーリング１２とが圧入結合されることで、前記フランジ部１１ｃおよびフランジ部１２ｂがメインチューブ３Ｌを左右両側から挟み込んで固定するように構成されている。

上記したように、本発明に係る自動二輪車のフレーム構造体によれば、上側型抜き孔１３を設けたアッパーハーフ１３と下側型抜き孔１４を設けたロアハーフ４とをそれぞれカーボンファイバーで一体成形すると共に、前記型抜き孔１３，１４が連通するようにアッパーハーフ３およびロアハーフ４を結合した上で、上側型抜き孔１３の上側から挿入した上側ヘッドパイプ２１と型抜き孔１４の下側から挿入される下側ヘッドパイプ２２とを圧入結合するように構成したので、ヘッドパイプを支持する別体部品をフレーム部材に接着する方式に比して、ヘッドパイプの周辺のフレーム強度を大幅に高めて、ヘッドパイプの位置決めを容易に行うことができるようになる。

なお、アッパハーフ、ロアハーフ、インナーハーフ等の形状や結合方法、上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプの形状および結合方法等は、上記した実施形態に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプに雄ねじおよび雌ねじを設け、両者をねじ込んで結合するように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係るフレームアッセンブリの側面図である。 本発明の一実施形態に係るフレームアッセンブリの上面図である。 本発明の一実施形態に係るメインフレームの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るメインフレームの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るメインフレームの側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

２…メインフレーム、３…アッパーハーフ（上側フレーム）、３ａ…係合リム、３Ｌ，３Ｒ…メインチューブ、４…ロアハーフ（下側フレーム）、５Ｌ，５Ｒ…ベース部、６ａ…上側半円パイプ、６ｂ…下側半円パイプ、７…インナーハーフ、８…連結パイプ、１３…上側型抜き孔、１４…下側型抜き孔、１６…係合孔、２０…ヘッドパイプ、２１…上側ヘッドパイプ、２２…下側ヘッドパイプ

Claims (4)

1. 自動二輪車のフレーム構造体において、
   互いに結合されることで１本のヘッドパイプを構成する上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプと、
   繊維強化樹脂で一体成形され、前記上側ヘッドパイプが挿入される上側型抜き孔を有する上側フレームと、
   繊維強化樹脂で一体成形され、前記下側ヘッドパイプが挿入される下側型抜き孔を有する下側フレームとを具備し、
   前記上側フレームと前記下側フレームとが、前記上側型抜き孔および下側型抜き孔を連通させるように結合され、
   前記上側型抜き孔の上側から挿入された前記上側ヘッドパイプと、前記下側型抜き孔の下側から挿入された下側ヘッドパイプとが結合されるように構成されていることを特徴とする自動二輪車のフレーム構造体。
2. 前記上側フレームおよび下側フレームがカーボン繊維による繊維強化樹脂からなり、
   前記上側ヘッドパイプおよび下側ヘッドパイプがアルミ部材からなることを特徴とする請求項１に記載の自動二輪車のフレーム構造体。
3. 前記上側フレームおよび下側フレームが、それぞれ、前記ヘッドパイプの軸方向と同じ方向に型抜きされるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動二輪車のフレーム構造体。
4. 前記上側ヘッドパイプより前記下側ヘッドパイプが長く形成されると共に、前記上側型抜き孔より前記下側型抜き孔が短く形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自動二輪車のフレーム構造体。

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