JP2015189384A - 鞍乗り型車両の車体フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接法を採用しつつ、機械加工費用を低減することができる車体フレーム構造を提供する。
【解決手段】ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒは、基部に基部フレーム３９を備え、この基部フレーム３９を介して、ダウンフレーム３５の先端４１に接続されている。接続に伴う溶接ビードは、一部（１／２周）がレーザ溶接ビード４３Ｌであり、残部（１／２周）がアーク溶接ビード４３Ａである。
【効果】周の一部での隙間をゼロにし、そこにレーザ溶接を施す。周の残部は隙間が倍増する。アーク溶接は隙間が大きくても施工可能である。隙間が大きな残部にアーク溶接を施す。１／２周を一部、残りの１／２周を残部とすれば、溶接ビードに占めるレーザ溶接ビードの割合が十分に大きく、熱歪みの減少が期待できる。そして、全レーザ溶接に比較して、機械加工費用が格段に小さくなる。
【選択図】図８

Description

本発明は、自動二輪車に代表される鞍乗り型車両の車体フレーム構造に関する。

二輪車の車体フレームの多くは、パイプ材や筒状フレームを溶接することで製造される。溶接法は、アーク溶接が主流であるが、近年、レーザ溶接が採用されるようになってきた（例えば、特許文献１（図６）参照。）。

特許文献１の図６には、胴長（１０ａ）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に胴長（１０ｂ）を突合わせる。次に、レーザビーム（５０）で周溶接する溶接法が開示されている。

ところで、レーザ溶接法では、突合わせ部位における隙間を、極わずかにする必要がある。そのため、特許文献１では突合わせ部位をインロー継手にするなどの工夫をしている。インロー継手は、高度な機械加工により実施されるため、加工費用が嵩む。

一方、二輪車の車体フレームは、特に変形の少ない形状が求められ、アーク溶接より格段に、熱歪みが少ないレーザ溶接が望まれる。
したがって、鞍乗り型車両においても、レーザ溶接法を採用しつつ、機械加工費用を低減することができる技術が求められている。

特開２００１−８７８８０公報

本発明は、レーザ溶接法を採用しつつ、機械加工費用を低減す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ことを課題とする。

請求項１に係る発明は、前輪を支持するステアリングシャフトを回転可能に支持するヘッドパイプと、このヘッドパイプから下へ延びるダウンフレームと、このダウンフレームの先端に連結され車両後方へ延びるロアフレームと、前記ヘッドパイプから車両後方へ延びるメインフレームと、このメインフレームの先端に接続され下に延びて前記ロアフレームの先端に連結されると共に後輪を支持するスイングアームを支えるピボットフレームとからなる鞍乗り型車両の車体フレームにおいて、
前記ダウンフレームと前記ロアフレームとの連結は、前記ダウンフレームの先端に前記ロアフレームの基部を嵌合し接合するものであって、
前記ダウンフレームの先端の一部と前記ロアフレームの一部とを押し当てて押し当て部分をレーザ溶接により接合し、残部がレーザ溶接の後に実施されるアーク溶接による接合であることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、ダウンフレームの先端及びロアフレームの基部は、共に、第１面とこの第１面の隣の第２面とこの第２面の隣の第３面とこの第３面の隣の第４面を有する角筒であり、ダウンフレームの先端の第１面にロアフレームの基部の第１面を押し当て且つダウンフレームの先端の第２面にロアフレームの基部の第２面を押し当てつつレーザ溶接ビードが形成されたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、ダウンフレームの先端にレーザ溶接のための第１直線部を備え、ロアフレームの基部にレーザ溶接のための第２直線部を備え、
第１直線部に第２直線部を寄せた状態でレーザ溶接ビードが形成されたことを特徴とする。

請求項４に係る発明では、ダウンフレームの先端は、ダウンフレームの長手軸に対して斜めにカットされた斜面であることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、ダウンフレームの車両後方にエンジンが配置され、ロアフレームはエンジンの下を通って車両後方へ延びてピボットフレームに接続されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、周溶接の一部をレーザ溶接法で実施し、残部をアーク溶接法で実施する。ダウンフレームとロアフレームの嵌合部位には不可避的に隙間が存在する。隙間があることで、嵌合が容易となる。
先ず、周の一部での隙間をゼロにし、そこにレーザ溶接を施す。周の残部は隙間が倍増する。アーク溶接は隙間が大きくても施工可能である。よって、隙間が大きな残部にアーク溶接を施す。

１／２周を一部、残りの１／２周を残部とすれば、溶接ビード（レーザ溶接ビードとアーク溶接ビードの和）に占めるレーザ溶接ビードの割合が十分に大きく、熱歪みの減少が期待できる。そして、全レーザ溶接に比較して、機械加工費用が格段に小さくなる。
よって、本発明によれば、レーザ溶接法を採用しつつ、機械加工費用を低減することができる鞍乗り型車両の車体フレーム構造が提供される。

請求項２に係る発明では、ダウンフレームの先端及びロアフレームの基部は、共に、第１面とこの第１面の隣の第２面とこの第２面の隣の第３面とこの第３面の隣の第４面を有する角筒であり、ダウンフレームの先端の第１面にロアフレームの基部の第１面を押し当て且つダウンフレームの先端の第２面にロアフレームの基部の第２面を押し当てつつレーザ溶接ビードが形成された。
第１面と第２面とでなす角部同士を寄せることでレーザ溶接を実施する。角部に角部を寄せるため、回転方向のずれが発生しない。結果、溶接施工が容易になる。すなわち、ダウンフレーム側第１面とロアフレーム側第１面、ダウンフレーム第２面とロアフレーム側第２面とを容易にレーザ溶接することができ、溶接施工費用を下げることができる。

請求項３に係る発明では、ダウンフレームの先端にレーザ溶接のための第１直線部を備え、ロアフレームの基部にレーザ溶接のための第２直線部を備え、第１直線部に第２直線部を寄せた状態でレーザ溶接ビードが形成された。直線部同士を溶接することでレーザ溶接トーチの移動制御が単純になると共に溶接時間を短くすることができる。

請求項４に係る発明では、ダウンフレームの先端は、ダウンフレームの長手軸に対して斜めにカットされた斜面である。長手軸に直角にカットした面に比較して斜面は周長が格段に大きくなる。このような周に沿って溶接するため、アーク溶接ビードの長さが増大できる。

請求項５に係る発明では、ダウンフレームの車両後方にエンジンが配置され、ロアフレームはエンジンの下を通って車両後方へ延びてピボットフレームに接続されている。車体フレームの中央で重量物であるエンジンを支持するため、車体フレームに剛性が求められる。本発明によれば、ダウンフレームとロアフレームがレーザ溶接ビードとアーク溶接ビードとで接合されている。ダウンフレームとロアフレームがアーク溶接ビードだけで接合される場合に比べて、本発明によれば車体フレームの剛性が高まると共に変形が少なくなる。結果、前後輪の間隔、すなわちホイールベースの精度を高めることができる。

本発明に係る鞍乗り型車両の左側面図である。 本発明に係る鞍乗り型車両の車体フレームを示す図である。 図２の３部拡大図である。 ダウンフレームの先端の一形態を説明する図である。 図４に示す形態の溶接方法を説明する図である。 レーザ溶接を説明する図である。 アーク溶接を説明する図である。 図３の８矢視図である。 図８の９−９線断面図である。 第１・第２直線部を用いて実施するレーザ溶接の説明図である。 第１・第２直線部を用いて実施するアーク溶接の説明図である。

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、「左」と「右」は後述するシートに座った乗員を基準に定めるものとする。

図１に示すように、鞍乗り型車両１０は、前輪１１を転舵させるステアリングシャフト１２を回転可能に支えるヘッドパイプ３１と、このヘッドパイプ３１に前端が溶接され車両後方へ延びるメインフレーム３２と、このメインフレーム３２の後部に前端が連結され車両後方へ延びピボットフレーム３４とからなる車体フレーム３０を、要部とする鞍乗り型車両である。

ピボットフレーム３４には、ピボット軸３３が設けられており、このピボット軸３３にスイングアーム１４が上下移動可能に取付けられ、このスイングアーム１４に後輪１３が取付けられる。

本実施例では、メインフレーム３２は、左メインフレーム３２Ｌ（Ｌは左を示す添え字。以下同じ）と右メインフレーム３２Ｒ（Ｒは右を示す添え字。以下同じ）で構成する。左・右メインフレーム３２Ｌ、３２Ｒの後部に左・右ピボットフレーム３４Ｌ、３４Ｒが接続される。なお、メインフレーム３２は、いわゆるセンターフレームと呼ばれ、車幅中心に１本の長手フレームを延ばす構造の物であってもよい。

ヘッドパイプ３１からダウンフレーム３５を下へ延ばし、このダウンフレーム３５の下部から車体後方へ左・右ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒを延ばし、左・右ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒを左・右ピボットフレーム３４Ｌ、３４Ｒに各々接続してエンジン１５を収納する空間を形成する。
エンジン１５を車体フレーム３０に形成された空間に収納しつつ支持し、エンジン１５から排気管１６を延ばす。この排気管１６はエンジン１５の側方（この例では右側方）を通るようにして車両後方へ延ばされる。排気管１６の後部に消音器１７が取付けられる。

また、ヘッドパイプ３１の後方で且つ左・右メインフレーム３２間に燃料タンク１８が取付けられる。メインフレーム３２Ｌ、３２Ｒの後部又はピボットフレーム３４Ｌ、３４Ｒの上部からシートフレーム１９Ｌ、１９Ｒが延ばされ、シートフレーム１９Ｌ、１９Ｒに乗員が座るシート２１が載せられ、シートフレーム１９Ｌ、１９Ｒに支持される。

車体フレーム３０は、図２に示すように、ヘッドパイプ３１と、このヘッドパイプ３１から車両後方へ延びる左・右メインフレーム３２Ｌ、３２Ｒと、メインフレーム３２Ｌ、３２Ｒの後部から下へ延びる左・右ピボットフレーム３４Ｌ、３４Ｒと、ヘッドパイプ３１から斜め下へ延びるダウンフレーム３５と、このダウンフレーム３５の後部から延びてピボットフレーム３４Ｌ、３４Ｒに接続されるロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒと、スティフナーガセット３７を介してダウンフレーム３５に接続され車体中心を車体後方へ延びるスティフナーパイプ３８とを備えている。

図３に示すように、ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒは、基部に基部フレーム３９を備え、この基部フレーム３９を介して、ダウンフレーム３５の先端４１（下端）に接続されている。ダウンフレーム３５の先端４１は、ダウンフレーム３５の長手軸に対して斜めにカットされた斜面４２とされる。
基部フレーム３９は、ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒの基部に相当し、ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒに一体形成することもできる。

なお、ダウンフレーム３５の先端４１は、ダウンフレーム３５の長手軸に直交する面でカットしてもよい。その例を、変更例として図４に示す。
図４に示すように、ダウンフレーム３５の先端４１は、ダウンフレーム３５の長手軸に直交する面でカットされ、このようなダウンフレーム３５の先端４１に基部フレーム３９を被せて、溶接ビード４３で接合される。

図４の形態に対応する接合方法を、図５、図６で説明する。
図５（ａ）に示すように、基部フレーム３９に、ダウンフレーム３５の先端４１を挿入（嵌合）する。また、ダウンフレーム３５の先端４１に、基部フレーム３９を嵌合する。
図５（ｂ）に示すように、基部フレーム３９に、ダウンフレーム３５の先端４１が、所定長さだけ挿入された。

図５（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である図５（ｃ）に示すように、基部フレーム３９は、矩形筒であり、内周面に、第１面４５、第２面４６、第３面４７及び第４面４８を有する。ダウンフレーム３５の先端４１も、矩形筒であり、外周面に、第１面５１、第２面５２、第３面５３及び第４面５４を有する。第１面４５と第１面５１に、嵌合のための隙間ｔ（例えば０．２ｍｍ）が存在する。他の面同士についても同様である。隙間ｔが無いと挿入が困難になるため、隙間ｔは必須である。

図５（ｄ）に示すように、第３面５３を押して、第１面４５に第１面５１を押し当て、第４面５４を押して、第２面４６に第２面５２を押し当てる。結果、第１面４５と第１面５１の間の隙間は可及的に小さく（例えば０．０１ｍｍ以下に）なり、第２面４６と第２面５２の間の隙間は可及的に小さく（例えば０．０１ｍｍ以下に）なる。わずかな隙間にして、レーザ溶接を可能とする。

図６（ａ）のｂ−ｂ断面図である図６（ｂ）に示すように、第１面４５と第１面５１の間の隙間を可及的に小さくすることで、レーザ溶接を可能とする。
そこで、図６（ａ）に示すように、レーザ溶接トーチ５５を矢印（Ａ）のように移動することで、第１面４５と第１面５１との間及び第２面４６と第２面５２との間をレーザ溶接する。

結果、図６（ｃ）に示すように、すみ肉溶接形態のレーザ溶接ビード４３Ｌが形成される。すなわち、ダウンフレーム３５の先端４１の一部とロアフレーム（基部フレーム３９）の一部とを押し当てて押し当て部分をレーザ溶接により接合する。
図６（ｃ）のｄ−ｄ断面図である図６（ｄ）に示すように、レーザ溶接ビード４３Ｌは、ビード幅ｗ１が小さい割に、溶け込み深さｄ１が大きい。溶け込み深さｄ１が大きいため接合強度が大きくなる。一方、ビードの断面積が小さいため、溶融金属が凝固する際に発生する収縮量が小さく、熱歪みが小さくなる。熱歪みが小さければ変形が抑制される。

なお、レーザ溶接ビード４３Ｌは、すみ肉溶接に限定するものではなく、面溶接でああってもよい。すなわち、ほぼダウンフレームの先端４１の外面に沿ってレーザ光を照射し、このレーザ光でダウンフレームの先端４１と基部フレーム３９の当接部位（押し当て部分）の一部（又は全部）を溶かして凝固させる。これで面と面の溶接が完成する。
または、基部フレーム３９の外にレーザ溶接トーチ５５を置き、レーザ光で基部フレーム３９を貫通し、さらにダウンフレームの先端４１を溶融させる。溶融金属が凝固すると、レーザ溶接ビードで基部フレーム３９にダウンフレームの先端４１が連結される。

図７（ａ）のｂ−ｂ断面図である図７（ｂ）に示すように、第３面４７と第３面５３の間の隙間が約２ｔ（隙間ｔの２倍）になる。隙間が大きいため、レーザ溶接は実施できない。逆にアーク溶接では、ルート間隔と呼ぶ隙間が板厚に応じて規定されることもあり、隙間があっても実施可能である。よって、アーク溶接トーチ（又は溶接棒、溶加棒、電極）５７にてアーク溶接を実施する。

なお、アーク溶接は、ＴＩＧ（タングステン・イナートガス）アーク溶接、ＭＩＧ（消耗電極型イナートガス）アーク溶接、被覆アーク溶接、セルフシールドアーク溶接、サブマージアーク溶接、プラズマ溶接など、アーク熱で金属を溶解させる溶接法から任意に選択することができる。

そこで、図７（ａ）に示すように、アーク溶接トーチ５７を矢印（Ｂ）のように移動することで、第３面４７と第３面５３との間及び第４面４８と第４面５４との間をアーク溶接する。

結果、図７（ｃ）に示すように、アーク溶接ビード４３Ａが形成される。
図７（ｃ）のｄ−ｄ断面図である図７（ｄ）に示すように、アーク溶接ビード４３Ａは、ビード幅ｗ２が大きい割に、溶け込み深さｄ２が小さい。そのため、隙間に強い溶接法であるとも言える。

図７（ｃ）に示すように、すみ肉周溶接に伴う溶接ビートは、一部（この例では１／２周）がレーザ溶接ビード４３Ｌであり、残部（この例では１／２周）がアーク溶接ビード４３Ａである。
全周がアーク溶接ビード４３Ａであるよりは、本発明の場合、レーザ溶接ビード４３Ｌの寄与により、接合強度の大幅な増強と、溶接に伴う変形の大幅な抑制が期待される。
また、全周がレーザ溶接ビード４３Ｌにするには、精密な機械加工が要求されるが、本発明の場合は、その必要がないため、加工費用の大幅な圧縮が可能となる。

次の図３の形態を、図３の８矢視図である図８に基づいて説明する。
図８に示すように、ロアフレーム３６Ｌ、３６Ｒは、基部にＹ字状の基部フレーム３９を備え、この基部フレーム３９を介して、ダウンフレーム３５の先端４１（下端）に接続されている。接続に伴う溶接ビードは、一部（この例では約１／２周）がレーザ溶接ビード４３Ｌであり、残部（この例では約１／２周）がアーク溶接ビード４３Ａである。

図８の９−９線断面図である図９に示すように、レーザ溶接ビード４３Ｌは断面積が小さく、アーク溶接ビード４３Ａは断面積が大きい。
そして、ダウンフレーム３５の先端は、ダウンフレーム３５の長手軸５８に対して斜め（角度θ）にカットされた斜面４２である。

溶接ビード４３Ｌ、４３Ａは、斜面４２にほぼ沿う斜線５９に沿って形成されるため、ビード長が十分に大きくなる。接合強度はビード長に比例するため、図４の形態よりも、接合強度を大幅に増加することができる。この例ではθは１５°であるが、θは１０°〜４５°の範囲から選択される角度であれば、任意である。

本発明の変更例を次に説明する。
図１０（ａ）に示すように、ダウンフレーム３５の先端４１は、点Ｐ−点Ｑで示す第１直線部６１を有する。基部フレーム３９も第２直線部６２を有する。
図１０（ｂ）にて、白抜き矢印のとおり、外力を加える。すると、第２直線部６２に第１直線部６１が密着する。第１直線部６１と第２直線部６２との間隔が０．０１ｍｍ以下になる。そこで、矢印（Ｃ）のように移動するレーザ溶接トーチ５５で点Ｐ−Ｑ間をレーザ溶接する。

図１１（ａ）に示すように、矢印（Ｄ）のように移動するアーク溶接トーチ５７で点Ｑからアーク溶接を施す。
結果、図１１（ｂ）に示すように、一部のレーザ溶接ビード４３Ｌと残部のアーク溶接ビード４３Ａで基部フレーム３９にダウンフレーム３５が接合される。

長円は、２つの半円と２本の直線部とからなる。ダウンフレーム３５の先端の断面が、例えば長円であれば、本発明が実施可能である。
馬蹄形は、１個の半円部と２本の直縁部とからなり、本発明が適用可能である。
すなわち、ダウンフレーム３５の先端の断面に、少なくも１本の直線部（第１直線部）があれば、実施可能であるため、多様の形態に本発明が適用できる。

尚、実施例では、雌側の基部フレームに雄側のダウンフレームを嵌合したが、基部フレームを雄側、ダウンフレームを雌側にしてもよい。
また、鞍乗り型車両は、スクータ型車両や自動二輪車に好適であるが、ヘッドパイプを有する三輪バギーや四輪バギーにも適用可能である。

本発明は、鞍乗り型車両の車体フレームに好適である。

１０…鞍乗り型車両、１１…前輪、１２…ステアリングシャフト、１３…後輪、１４…スイングアーム、１５…エンジン、３０…車体フレーム、３１…ヘッドパイプ、３２…メインフレーム、３２Ｌ…左メインフレーム、３２Ｒ…右メインフレーム、３３…ピボット軸、３４…ピボットフレーム、３４Ｌ…左ピボットフレーム、３４Ｒ…右ピボットフレーム、３５…ダウンフレーム、３６Ｌ、３６Ｒ…ロアフレーム、３９…ロアフレームの基部に相当する基部フレーム、４１…ダウンフレームの先端、４２…斜面、４３…溶接ビード、４３Ｌ…レーザ溶接ビード、４３Ａ…アーク溶接ビード、４５〜４８…基部フレーム側の第１面〜第４面、５１〜５４…ダウンフレーム先端側の第１面〜第４面、５５…レーザ溶接トーチ、５７…アーク溶接トーチ、５８…ダウンフレームの長手軸、６１…第１直線部、６２…第２直線部。

Claims (5)

1. 前輪（１１）を支持するステアリングシャフト（１２）を回転可能に支持するヘッドパイプ（３１）と、このヘッドパイプ（３１）から下へ延びるダウンフレーム（３５）と、このダウンフレーム（３５）の先端に連結され車両後方へ延びるロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）と、前記ヘッドパイプ（３１）から車両後方へ延びるメインフレーム（３２）と、このメインフレーム（３２）の先端に接続され下に延びて前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の先端に連結されると共に後輪（１３）を支持するスイングアーム（１４）を支えるピボットフレーム（３４）とからなる鞍乗り型車両の車体フレームにおいて、
   前記ダウンフレーム（３５）と前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）との連結は、前記ダウンフレーム（３５）の先端に前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の基部を嵌合し接合するものであって、
   前記ダウンフレーム（３５）の先端の一部と前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の一部とを押し当てて押し当て部分をレーザ溶接により接合し、残部がレーザ溶接の後に実施されるアーク溶接による接合であることを特徴とする鞍乗り型車両の車体フレーム。
2. 前記ダウンフレーム（３５）の先端（４１）及び前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の基部（３９）は、共に、第１面（５１、４５）とこの第１面（５１、４５）の隣の第２面（５２、４６）とこの第２面（５２、４６）の隣の第３面（５３、４７）とこの第３面（５３、４７）の隣の第４面（５４、４８）を有する角筒であり、前記ダウンフレーム（３５）の先端（４１）の第１面（５１）に前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の基部（３９）の第１面（４５）を押し当て且つ前記ダウンフレーム（３５）の先端（４１）の第２面（５２）に前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の基部（３９）の第２面（４６）を押し当てつつレーザ溶接ビード（４３Ｌ）が形成されたことを特徴とする請求項１記載の鞍乗り型車両の車体フレーム。
3. 前記ダウンフレーム（３５）の先端にレーザ溶接のための第１直線部（６１）を備え、前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）の基部にレーザ溶接のための第２直線部（６２）を備え、
   前記第１直線部（６１）に前記第２直線部（６２）を寄せた状態でレーザ溶接ビード（４３Ｌ）が形成されたことを特徴とする請求項１記載の鞍乗り型車両の車体フレーム。
4. 前記ダウンフレーム（３５）の先端は、前記ダウンフレーム（３５）の長手軸（５８）に対して斜めにカットされた斜面（４２）であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の鞍乗り型車両の車体フレーム。
5. 前記ダウンフレーム（３５）の車両後方にエンジン（１５）が配置され、前記ロアフレーム（３６Ｌ、３６Ｒ）は前記エンジン（１５）の下を通って車両後方へ延びて前記ピボットフレーム（３４）に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の鞍乗り型車両の車体フレーム。

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