JP2009126434A - 自動二輪車用車体フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】自動二輪車用の車体フレーム構造、特にメインフレームを、補強リブを一体的に形成した平板形状のアルミニウム押し出し材のプレス加工により製作した自動二輪車用車体フレームを提供する。
【解決手段】操舵軸を支持するヘッドパイプから後方へ左右一対のメインフレームが延び、該メインフレームの後端にスイングアーム用ピボットプレートを設けて成る二輪車用車体フレームにおいて、前記一対のメインフレームは、補強リブが形成された平板形状のアルミニウム押し出し材のプレス加工により、車幅方向の内側面をコの字形状の開断面に形成されており、前記補強リブは前記開断面の内側面に上辺壁から下辺壁にかけて形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動二輪車用の車体フレーム構造、特にメインフレームを、補強リブを一体的に形成した平板形状のアルミニウム押し出し材のプレス加工により製作した自動二輪車用車体フレームの技術分野に属する。

従来、自動二輪車用の車体フレームに関しては、車体重量の軽減化を目的としてアルミニウム材を多用した構造が多く見られる。
例えば下記の特許文献１には、左右一対のタンクレール（所謂メインフレーム）をアルミ押出パイプ材で製作した車体フレームが開示されている。
また、下記の特許文献２には、ヘッドパイプとメインフレームの前半部、およびロアブラケットをアルミニウム鋳造品とし、メインフレームの後半部とクロスメンバは角パイプのアルミニウム押出成形品又は引き抜き成形品とし、これらの各部材は溶接にて接合した車体フレーム構造が開示されている。
更に、下記の特許文献３にも、各メインフレームを所望形状にプレス成形されたアルミ板の組み合わせで形成すること、およびヘッドパイプとセンターフレームもアルミ鍛造品で製作し、センターフレームとメインフレームとは溶接により一体的に接合した車体フレーム構造が開示されている。

特開昭６１−２８５１８３号公報 特開２０００−２７２５６９号公報 特開２００５−２７１６４２号公報

上記の特許文献１〜３に開示された車体フレーム構造から明らかなように、自動二輪車用の車体フレームに関する既往技術としては、車体重量の軽減化の目的でアルミニウム材料を多用する構造が研究され、成果を上げていることが認められる。即ち、炭素鋼材料に比較して、アルミニウム合金材料は、弾性係数の差から断面２次モーメントを大きくする必要があり、部品サイズが大型化するが、実質重量は炭素鋼材料による場合に比してはるかに軽量となり、且つ高剛性部品が得られる。
しかしながら、車体フレームにアルミニウム材料を採用する技術の実態は、特許文献１ではタンクレールをアルミ押出パイプ材の加工により製作する技術を開示する。特許文献２ではヘッドパイプとメインフレームの前半部、およびロアブラケットをアルミニウム鋳造品とし、メインフレームの後半部とクロスメンバは角パイプのアルミニウム押出成形品又は引き抜き成形品とし、これらの各部材は溶接にて接合する技術を開示するにすぎない。
更に特許文献３でも、メインフレームは所望形状にプレス成形されたアルミ板の組み合わせで形成し、センターフレームもアルミ鍛造品で製作し、センターフレームとメインフレームとは溶接により一体的に接合する技術を開示する。
要するに、中空構造のアルミニウム鋳造品やアルミニウム押出パイプ部材という閉断面形状材を溶接接合（通例、ＭＩＧ溶接法を実施）して車体フレームを構成する技術が主流をなしていることが認められる。

アルミニウム鋳造品は、強度が求められる部材の形状の造り易さがある。また、フレーム周辺部品の取付ボスやブラケットなどを部材形状に盛り込み、後付け溶接部分を可及的に無くして熱歪みを減らすこと、および製造工程の省略化に有益であるが、部材重量が増大することを否めない。
また、アルミ鋳造材とアルミ押出パイプ材との溶接接合では、溶接部分の強度を確保することが難しく、溶接ビードの溶け込み具合の良否や溶加材の種類などで強度が大きなバラつきを生ずる。しかも溶接による入熱の関係から熱歪みも多く発生するし、溶接治具等の構成も複雑化する問題点がある。

次に、中空構造のアルミニウム鋳造品の製作に関しては、鋳造型の中子の構成等が複雑となり、溶湯中に発生する酸化物や、溶湯の流れ不良、凝固時の収縮巣の発生などによる不良率等の問題から、製造コストを引き下げることは容易ではない。しかも鋳造法では、部材板厚を薄くすることに限界がある。強度上の観点で不必要な部分の部材板厚を薄くできないことから、実質重量を軽減することが困難と言う問題点もある。
同様なことは、アルミニウム押出パイプ部材を加工して閉断面構造の車体フレームを構成する場合でも、やはり強度上の観点で不必要な部分の部材板厚を薄くすること、又は逆に強度上必要なリブ構造を部分的に設けたりすることが困難で、重量を軽減することに不利な問題点が知られている。

そこで本発明の目的は、ヘッドパイプとメインフレーム及びスイングアーム用ピボットプレートとで構成される二輪車用車体フレームのメインフレームを、リブ形状を伴って押し出し成形された平板形状のアルミニウム押し出し材のプレス加工により、車幅方向の内側面を略コの字形状の開断面構造として製作し、前記補強リブが前記開断面における上辺壁の内側面から下辺壁の内側面にかけて形成されている構成の自動二輪車用車体フレームを提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る自動二輪車用車体フレームは、
操舵軸を支持するヘッドパイプ２から後方へ左右一対のメインフレーム１、１が延び、該メインフレーム１の後端にスイングアーム用ピボットプレート４を設けて成る二輪車用車体フレームにおいて、
前記一対のメインフレーム１、１は、補強リブ１３が形成された平板形状のアルミニウム押し出し材３０、３１のプレス加工により、車幅方向の内側面をコの字形状の開断面に形成されており、
前記補強リブ１３は前記開断面の内側面に上辺壁１５から下辺壁１６にかけて形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した自動二輪車用車体フレームにおいて、
メインフレーム１の開断面における補強リブ１３は、上辺壁１５および下辺壁１６と共にその内側へ一体的に屈曲されたリブを含むことを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した自動二輪車用車体フレームにおいて、
メインフレーム１とヘッドパイプ２との接合、およびメインフレーム１とスイングアーム用ピボットプレート４との接合は、摩擦攪拌接合法で行われていることを特徴とする。

本発明の自動二輪車用車体フレームは、メインフレーム１が、補強リブ１３を形成された平板形状のアルミニウム押し出し材３０、３１のプレス加工により、車幅方向の内側面をコの字形状の開断面に形成されるから、メインフレーム１の板厚の設計および補強リブ１３の配置に自由度が高く、任意所望の板厚配分、強度・剛性の配分ができ、それでいて複雑な開断面形状を既往の簡単な加工技術で容易に実現することができる。しかも新規に機械設備を用意する必要性は少なく、量産化にも適する。もとよりメインフレーム１の軽量化に有効な構成であり、強度、剛性を確保する設計、製作の自由度も高いのである。

操舵軸を支持するヘッドパイプ２から後方へ左右一対のメインフレーム１、１が延び、該メインフレーム１の後端にスイングアーム用ピボットプレート４を設けて成る二輪車用車体フレームであり、前記一対のメインフレーム１、１は、補強リブ１３が一体的に形成された平板形状のアルミニウム押し出し材３０、３１のプレス加工法により、車幅方向の内側面をコの字形状の開断面に形成する。
前記補強リブ１３は、前記開断面の内側面に上辺壁１５から下辺壁１６にかけて形成する。
メインフレーム１の開断面における前記補強リブ１３は、上辺壁１５及び下辺壁１６と共にその内側へ一体的に屈曲されたリブを含む構成である。
メインフレーム１とヘッドパイプ２との接合、およびメインフレーム１とスイングアーム用ピボットプレート４との接合は、入熱が少ない摩擦攪拌接合法で行なう。

以下に、本発明を、図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１は、本発明による二輪車用車体フレームの実施例を一応の完成状態で示す。この二輪車用車体車体フレームは、図示を省略した操舵軸を支持するヘッドパイプ２から後方へ、図２或いは図３Ａに示したような態様で延びる左右一対のメインフレーム１、１と、該一対のメインフレーム１、１の後部のいわゆるロアブラケット部分１２へそれぞれ接合したスイングアーム用ピボットプレート４、４とで主要部が構成されている。
因みに図１中の符号３はメインフレーム１、１の前部下方に延びるエンジンハンガー１１の下端へ接合したエンジンマウント用ピボット部材、５は前記一対のメインフレーム１、１の前部上面を塞ぐ補強プレート、６はスイングアームを取り付けるクロスパイプである。

次に、上記メインフレーム１の構造および製作法について説明する。
図４は、アルミニウムの押し出し成形法により押し出し成形された平板形状のアルミニウム押し出し材を、上記メインフレーム１の成形加工に必要な長さに切断したカット素材３０を示している。平板形状のアルミニウム押し出し材は、メインフレーム１の面剛性確保等の目的で配置した複数の補強リブ１３…、およびヘッドパイプ２と接合する前端の厚肉部１４を一体的に伴う構成で押し出し成形されている。補強リブ１３は、前記面剛性確保等の目的で設計された本数と配置、および断面形状を自由度の高い設計で配置されている。厚肉部１４は、ヘッドパイプ２との溶接接合に適する大きさの断面形状に形成されている。

次に図５は、上記図４のカット素材３０を、上記メインフレーム１のプレス成形に必要とされる形状に予備成形（トリミング加工）したトリミング素材３１を示している。
このトリミング加工に際しては、上記複数の補強リブ１３および前端の厚肉部１４に関しても、必要とされるトリミングが行われる。

図６Ａ、Ｂは、上記図５のトリミング素材３１をプレス加工して、図７に示すコの字形状開断面のメインフレーム１に成形するプレス用金型とプレス加工の一例を概念的に示している。即ち、上記のトリミング素材３１は、プレス用雌型２０の上面に、片面の補強リブ１３が上に向く態様でセットし、プレス用雄型２１を図６Ｂのようにストロークさせ、ワンショットで車幅方向の内側面がコの字形状の開断面に形成するプレス成形加工が行われる。
図３Ｂと図７で明かなように、上記のプレス成形加工においては、上記トリミング素材３１における基板１８の周辺部、および同基板１８に付属する補強リブ１３のうちのいくつかは、合一に内向きに略直角に屈曲して、強度、剛性が大きい上辺壁１５および下辺壁１６が形成されている。それを特にいえば、図３Ａと図７、図８Ａから明かなように、補強リブ１３のうち、上辺壁１５及び下辺壁１６と直交する配置の補強リブ１３が、基板１８と合一に屈曲して上辺壁１５及び下辺壁１６と共に強度および剛性に優れた構造のメインフレーム１が製作されている。
一方、上辺壁１５および下辺壁１６が湾曲形状を呈するように形成されて、補強リブ１３とは直交しない配置のリブについては、やむを得ず補強リブ１３のうち上辺壁１５および下辺壁１６の屈曲成形に支障となる端部分をカットして、プレス加工の容易性が図られている。

上記のように平板形状のアルミニウム押し出し材をプレス成形加工して得られた左右一対（右勝手と左勝手の構造を有する一対）のメインフレーム１、１は、図２または図３に示すように、ヘッドパイプ２と接合して自動二輪車用車体フレームに組み立てられる。そのためにヘッドパイプ２は、図９に示したように二叉形状の接合部２ａ、２ａを有する形状に、例えばアルミニウムの鍛造成形法により軽量で部材剛性の高い構成に製作する。そして、前記接合部２ａ、２ａへ上記一対のメインフレーム１、１の前端がそれぞれ接合される。その接合法としては、入熱が大きい電気溶接等は採用せず、図１０に要領を例示したように、ヘッドパイプ２の接合部２ａとメインフレーム１の前端の厚肉部１４とを平面でぴったり突き合わせ、回転ツール４０を使用した摩擦攪拌接合法により熱量が少なくて済む接合を行い、熱歪みの問題はできるだけ回避する。

同様に、形状が複雑なスイングアーム用ピボットプレート４は例えばアルミニウムの鋳造品として製作し、エンジンマウント用ピボット部材３は例えばアルミニウムの鍛造加工法でそれぞれで軽量に成形する。そして、メインフレーム１の後部のいわゆるロアブラケット部分１２対して、スイングアーム用ピボットプレート４を接合する手段、およびメインフレーム１の前部下方に延びるエンジンハンガー１１とエンジンマウント用ピボット部材３との接合手段にも、それぞれ熱歪みの問題が少ない摩擦攪拌接合を行う。

図２または図３に示し上記したように、ヘッドパイプ２と接合した左右一対のメインフレーム１、１の上面前部には、図１或いは図２に示すようにフレーム補強部材５を取り付けて隙間開口を塞ぎ、且つメインフレーム１、１の強度、剛性の向上が図られる。一例としてアルミニウムの鍛造加工法で軽量に成形したフレーム補強部材５は、メインフレーム１、１の上辺壁１５の上にぴったり重ね合わせ、図１１に示すように蟻溝形状の重なり断面形状を呈するクリンチング接合５０が好適に実施される。クリンチング接合５０は薄板材同士の熱量の少ない接合法として知られている。

以上に本発明を図示した実施例とともに説明したが、もとより本発明は実施例に限定されるものではない。本発明の目的と要旨を逸脱しない範囲で、当業者が必要に応じて行う設計変更や応用・変形を包含するものであることを念のため申し添える。

本発明の自動二輪車用車体フレームのほぼ完成状態を示す斜視図である。 フレーム前部のヘッドパイプとメインフレームとの接合構造を示す斜視図である。 Ａ、Ｂは同じくヘッドパイプとメインフレームとの接合構造を半割状態で示す平面図と正面図である。 メインフレームの素材であるアルミニウム押し出し材を示した斜視図である。 前記アルミニウム押し出し材をプレス加工用にトリミング加工した状態を示す斜視図である。 Ａ、Ｂはプレス成形加工用金型とそれによる成形前後のストローク状態を簡略化して概念的に示す断面図で、Ｂ図は図７のｃ−ｃ矢視断面に相当する。 プレス加工されたメインフレームを示す斜視図である。 Ａ、Ｂは図７のａ−ａ矢視およびｂ−ｂ矢視の端面図である。 Ａはヘッドパイプの一例を示す斜視図、Ｂはエンジンマウントピボット部材の一例を示した斜視図である。 ヘッドパイプとメインフレームとの摩擦攪接合の要領を示した斜視図である。 クリンチング接合の構造を示した断面図である。

符号の説明

１ メインフレーム
２ ヘッドパイプ
４ スイングアーム用ピボットプレート
１３ 補強リブ
３０ アルミニウム押出材
１５ 上辺壁
１６ 下辺壁
５０ クリンチング接合

Claims (3)

1. 操舵軸を支持するヘッドパイプから後方へ左右一対のメインフレームが延び、該メインフレームの後端にスイングアーム用ピボットプレートを設けて成る二輪車用車体フレームにおいて、
   前記一対のメインフレームは、補強リブが形成された平板形状のアルミニウム押し出し材のプレス加工により、車幅方向の内側面をコの字形状の開断面に形成されており、
   前記補強リブは前記開断面の内側面に上辺壁から下辺壁にかけて形成されていることを特徴とする、自動二輪車用車体フレーム。
2. メインフレームの開断面における補強リブは、上辺壁および下辺壁と共にその内側へ一体的に屈曲されたリブを含むことを特徴とする、請求項１に記載した自動二輪車用車体フレーム。
3. メインフレームとヘッドパイプとの接合、およびメインフレームとスイングアーム用ピボットプレートとの接合は、摩擦攪拌接合法で行われていることを特徴とする、請求項１または２に記載した自動二輪車用車体フレーム。

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