JP4562549B2 - 自動二輪車用シートフレームおよび自動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は自動二輪車用シートフレームに関し、特に、マグネシウム合金製の自動二輪車用シートフレームおよびこれを備えた自動二輪車に関する。

自動二輪車のフレームなどの構成部材には、機械的性質および加工性の点で優れており、また、安価であるという理由から、従来より鋼が用いられてきた。しかし、自動二輪車の燃費や走行性能を向上させるために、自動二輪車の車体を軽量化することが課題となっており、鉄より軽量な材料を用いて車体を構成することが検討されている。

近年、鉄に比べて比重の小さいチタンやアルミニウム、マグネシウムなどの安価な精錬方法およびこれらの金属を含む合金の製造方法が開発され、また、これらの金属の強度や加工性を改善する技術も開発されてきた。このため、チタン、アルミニウムあるいはマグネシウムを自動二輪車の構造材として用いることが提案されている。特に、マグネシウムの密度は、鉄の約１／４であるため、マグネシウムやマグネシウム合金を構成部材の材料として用いた場合、大幅に自動二輪車の重量を軽減することができると考えられる。

たとえば、特許文献１は、マグネシウム合金からなるアーム下半部とアルミニウム合金からなるアーム上半部とを含む自動二輪車用スイングアームを開示している。
特開２００３−３１２５７７号公報

自動二輪車の構造部材の場合、フレームなど大型の構造部材をマグネシウム合金により形成すれば、大きな重量軽減の効果が得られる。特に、ライダーやパッセンジャーのシート下方に設けられるシートフレームは、車体の比較的上部に位置するので、シートフレームの軽量化によって、車体の上部が軽くなり、走行安定性も高められる。

こうした構造部材は、ダイキャスト法など鋳造法を用いて一体成形することによって、高い強度を得ることができる。また、比較的複雑な形状を有していても、一回の鋳造によって所望の形状を有する構造部材が得られるため、工程数を減らすことが可能となり、製造に要する時間の短縮や製造コストの低減も図ることができる。

ダイキャスト法など金型を用いる鋳造法によって、構造部材を形成する場合、金型内で形成された構造部材を金型から取り出すために、金型の抜き方向と平行に伸びる面には抜き勾配を設ける必要がある。このため、この面における金型の抜き方向の寸法が大きくなると、抜き勾配によって、この面の特に根元部分の厚さが金型の抜き方向の両端において大きく異なる。

たとえば、抜き勾配が１．５°であり、抜き方向に１００ｍｍ延びた面を有する構造部材の場合、先端の厚さが約２ｍｍであっても、根元部分では、約７．３ｍｍの厚さとなる。しかし、マグネシウム合金からなる鋳造部材は、厚くなるほど空孔（鋳巣）が内部に発生しやすく、部材の強度が低下する。このため、金型の抜き方向と平行に伸びる面の根元部分では、その厚さのために、強度が低下する。

したがって、従来技術によれば、マグネシウム合金を用い、十分な強度を有する大きな構造部材を製造することは困難であった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、高い強度を有するマグネシウム合金製シートフレームおよびこれを備えた自動二輪車を実現することを目的とする。

本発明の自動二輪車用シートフレームは、ライダーシートを支持するためのマグネシウム合金からなる自動二輪車用シートフレームであって、所定の方向に延びる底部と、前記底部を挟むように前記底部から延びる一対の側壁部と、前記側壁部のそれぞれの端部に設けられた取り付け部と、前記側壁部の取り付け部近傍に設けられた少なくとも１つのリブとを備える。

ある好ましい実施形態において、前記取り付け部は、内燃機関を支持するメインフレームと接合するための第１の係合部および第２の係合部をそれぞれ有しており、前記側壁部と一体的に成形された第１の台座および第２の台座であって、前記少なくとも１つのリブは、第１の台座および第２の台座の一方に接続されている。

ある好ましい実施形態において、各側壁部は、前記側壁部上に設けられた少なくとも１つの第２のリブをさらに含み、前記第１および第２のリブは、それぞれ第１の台座および第２の台座に接続し、かつ互いに交差するように前記側壁部上に配置されている。

ある好ましい実施形態において、各側壁部は、前記第１のリブと第２のリブとが交差する部分に設けられたボスを含む。

ある好ましい実施形態において、各側壁部は、前記少なくとも１つの第１および第２のリブを含む複数の第１のリブおよび第２のリブを含み、前記複数の第１のリブおよび前記複数の第２のリブは互いに交差するように前記側壁部上に設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２のリブは、前記一対の側壁部の互いに対向する内側主面にそれぞれ設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２のリブは、前記一対の側壁部の互いに対向しない外側主面にそれぞれ設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２のリブは、２ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さを有する。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の係合部は前記第１および第２の台座にそれぞれ設けられた穴である。

ある好ましい実施形態において、各側壁部の前記第１係合部および第２の係合部は前記側壁部の厚さ方向において互いにオフセットされている。

ある好ましい実施形態において、前記一対の側壁部にそれぞれ設けられた前記第１の係合部間の距離は、前記一対の側壁部にそれぞれ設けられた前記第２の係合部間の距離と異なっている。

ある好ましい実施形態において、前記マグネシウム合金におけるカルシウムまたは希土類元素の含有量は０．１重量％以下である。

ある好ましい実施形態において、前記マグネシウム合金は、Ｍｇ-Ａｌ-Ｍｎ系合金である。

ある好ましい実施形態において、前記底部と前記一対の側壁部とは一体的に成形されている。

ある好ましい実施形態において、前記自動二輪車用シートフレームは、ダイキャスト法により形成されている。

本発明の自動二輪車は、第１および第２の係合部を有するメインフレームと、メインフレームに支持される内燃機関と上記いずれかに規定される自動二輪車用シートフレームとを備え、前記メインフレームの第１および第２の係合部が前記自動二輪車用シートフレームの第１および第２の係合部と接合されている。

本発明の自動二輪車用シートフレームの製造方法は、上記いずれかに規定される自動二輪車用シートフレームの製造方法であって、前記底部の２つの主面を成形する表面をそれぞれ備えた固定型および可動型を用いてダイキャスト法により、前記自動二輪車用シートフレームを形成する。

ある好ましい実施形態において、前記可動型は、前記第１および第２のリブを成形するための表面を備えた一対のスライドコアを含む。

ある好ましい実施形態において、カルシウムまたは希土類元素の含有量が０．１重量％以下であるマグネシウム合金を用いて前記自動二輪車用シートフレームを形成する。

ある好ましい実施形態において、前記マグネシウム合金は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金である。

本発明によれば、十分な強度を得るために肉厚にすべき部分にリブ構造を採用することによって、肉厚にすると強度が低下するマグネシウムを用いダイキャスト製法によりシートフレームを形成することができる。したがって、高強度で軽量の自動二輪車用シートフレームを実現することができる。また、内燃機関などを支持するメインフレームと接合するため第１の係合部と第２の係合部との距離を長くしているため、シートフレームとメインフレームとの接合強度が高く、車体全体の強度剛性も高めることができる。

本発明による自動二輪車用シートフレームおよびこれを備えた自動二輪車の一実施形態を説明する。シートフレームはサブフレームまたはリアフレームとも呼ばれる。図１は、本発明による自動二輪車用シートフレーム（以下、単にシートフレームと呼ぶ）を備えた自動二輪車１００の模式的側面図である。自動二輪車１００は、燃料タンク１０１、メインフレーム１０２、シートフレーム１０４、内燃機関１０８、前輪１１６および後輪１２６を備える。自動二輪車１００はライダーが跨って乗る鞍乗型車両である。

図２は、メインフレーム１０２を拡大して示す斜視図である。メインフレーム１０２は、車両の前方に位置するヘッドパイプ１１２に接続された一対のフレーム１０２Ａ、１０２Ｂを含む。フレーム１０２Ａ、１０２Ｂは、自動二輪車１００の中央部において下方へ延びるよう湾曲部を形成している。フレーム１０２Ａ、１０２Ｂは、端部において連結されている。また、湾曲部において一対のフレーム１０２Ａ、１０２Ｂを連結する連結部１０２Ｃが設けられている。連結部１０２Ｃには、シートフレーム１０４を接合するために、一対の第１の係合部１０２ａおよび一対の第２の係合部１０２ｂが設けられている。本実施形態では、第１の係合部１０２ａおよび第２の係合部１０２ｂは、それぞれボルトが挿入される穴を有するステーである。メインフレーム１０２およびシートフレーム１０４は自動二輪車１００の車体を構成する。

図１に示すように、ヘッドパイプ１１２には、回転可能なようにフロントフォーク１１４が取り付けられている。フロントフォーク１１４の一端には前輪１１６が回転自在に支持されている。フロントフォーク１１４の他端にはハンドル１１０が固定されている。

燃料タンク１０１は、自動二輪車１００の中央部近傍において、メインフレーム１０２およびシートフレーム１０４に跨って取り付けられている。燃料タンク１０１の前方にはエアクリーナ１２８が設けられている。また、燃料タンク１０１には燃料注入口（図示せず）を覆うキャップ１３０が設けられている。

内燃機関１０８は、燃料タンク１０１の下方に位置するよう、メインフレーム１０２に支持されている。内燃機関１０８の前方には、ラジエータ１０６が設けられている。内燃機関１０８の排気口には排気管１１８が接続されている。図１では詳細に示されていないが、排気管１１８の一端は複数に分岐しており、内燃機関１０８の複数のシリンダからそれぞれ排気ガスを導く。排気管１１８は内燃機関の下方を通ってシートフレーム１０４に沿って後方へ導かれている。以下において詳細に説明するように、排気管１１８はシートフレーム１０４に近接した位置において２つに分岐し、分岐した管がそれぞれ消音器１２０に接続されている。排気管１１８および消音器１２０はシートフレーム１０４に支持されている。シートフレーム１０４には一対のフットレスト１４５が設けられている。

メインフレーム１０２にはリアアーム１２２が接続され、後輪１２６が回転自在にリアアーム１２２に支持されている。内燃機関１０８の回転駆動力は、チェーン１２４を介して後輪１２６へ伝達される。

自動二輪車１００はこのほか燃料タンク１０１の下部を覆う化粧カバー１３４、ライダーシート１３６、リアカバー１３７、サイドカバー１３８、およびパッセンジャーシート１３９を備えている。これらの部材は、シートフレーム１０４を明瞭に示すため、図１において破線で示されている。

前述したように、メインフレーム１０２およびシートフレーム１０４は自動二輪車１００の車体を構成しており、自動二輪車１００の種々の構成部材を支持するために、高い強度を備えている必要がある。特に、シートフレーム１０４は、ライダーシート１３６、パッセンジャーシート１３９およびフットレスト１４５を支持しており、ライダーやパッセンジャーの体重がシートフレーム１０４に加わる。このため、十分な強度を有するようにシートフレーム１０４の外形も大きくなっている。

以下、シートフレーム１０４およびその近傍の構造を詳細に説明する。図３は、自動二輪車１００におけるシートフレーム１０４およびこれより上部の構造を示す分解斜視図であり、シートフレーム１０４、ライダーシート１３６、リアカバー１３７、サイドカバー１３８およびパッセンジャーシート１３９が示されている。

シートフレーム１０４は、長手方向Ａに延びる底部１４０（図３において斜線で示している）と、長手方向Ａに延びており、底部１４０を挟むように、底部１４０に設けられた側壁部１４２および側壁部１４４とを備える。底部１４０において、長手方向Ａと直交する方向の幅は、概ね内燃機関側のほうがテールランプ側に比べて広くなっている。

側壁部１４２および側壁部１４４は、底部１４０の長手方向Ａに延びる二辺に沿って、底部１４０から立ち上がるように設けられている。側壁部１４２および側壁部１４４の長手方向Ａと直交する方向の幅は概ね内燃機関側のほうがテールランプ側に比べて広くなっている。側壁部１４２および側壁部１４４は、底部１４０に対して概ね垂直である。このため、矢印Ａと垂直なシートフレーム１０４の断面は、概ね矩形の底部を有するＵ字形である。側壁部１４２の長手方向Ａに延びる端面１４２ｅには第１の係合部１４２ａおよび第２の係合部１４２ｂが設けられている。側壁部１４４の長手方向Ａに延びる端面１４４ｅにも第１の係合部１４４ａおよび第２の係合部１４４ｂが設けられている。また、テールランプ側の端部において、側壁部１４２と側壁部１４４は接続部１４１によって接続されている。

側壁部１４２、側壁部１４４の内燃機関側の端部には、シートフレーム１０４をメインフレームへ固定するための取り付け部が設けられている。具体的には、側壁部１４２の内燃機関側の端部には、取り付け部として第１の係合部２０２ａおよび第２の係合部２０２ｂが設けられている。同様に、側壁部１４４の内燃機関側の端部にも取り付け部として第１の係合部２０４ａおよび第２の係合部２０４ｂが設けられている。第１の係合部２０２ａ、２０４ａおよび第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂがメインフレーム１０２の第１の係合部１０２ａおよび第２の係合部１０２ｂ（図２）と係合することによって、シートフレーム１０４とメインフレーム１０２とは接合される。以下において詳細に説明するように、側壁部１４２の第１の係合部２０２ａおよび第２の係合部２０２ｂに隣接した領域にはリブ構造２０２が設けられている。同様に、側壁部１４４の第１の係合部２０４ａおよび第２の係合部２０４ｂに隣接した領域にはリブ構造２０４が設けられている。

シートフレーム１０４には、ライダーおよびパッセンジャーの体重が加えられるため、全体として高い強度剛性を備えている必要がある。このため、底部１４０と側壁部１４２および側壁部１４４とが強い強度で接合するよう、シートフレーム１０４は鋳造法により、一体的に形成されていることが好ましい。また、軽量化のためシートフレーム１０４はマグネシウム合金から形成される。

ライダーシート１３６は鞍形に形成されており、一対の係合部１３６ｂを有する。破線で示すように、ライダーシート１３６の一対の係合部１３６ｂが、側壁部１４２の第２の係合部１４２ｂおよび側壁部１４４の第２の係合部１４４ｂと一致するように、ライダーシート１３６が側壁部１４２の端面１４２ｅおよび側壁部１４４の端面１４４ｅと接触し、シートフレーム１０４に支持される。一対の係合部１３６ｂと第２の係合部１４２ｂ、１４４ｂは互いに直接あるいは、他の部材を介して係合し、ライダーシート１３６をシートフレーム１０４に固定することが可能であれば、どのような構造を備えていてもよい。本実施形態では、係合部１３６ｂおよび第２の係合部１４２ｂ、１４４ｂには、それぞれ穴が設けられており、ボルトを穴に挿入し、ボルトを締めることによって係合部同士を接続する。係合部１３６ｂおよび第２の係合部１４２ｂ、１４４ｂはピンやフックとこれらの係合する構造とを備えていてもよい。

サイドカバー１３８は、一対の係合部１３８ａとパッセンジャーシート１３９を固定するための支持枠１３８ｂとを有している。パッセンジャーシート１３９が固定されたサイドカバー１３８は、ライダーシート１３６と同様、シートフレーム１０４に支持および固定される。具体的には、破線で示すように、サイドカバー１３８の一対の係合部１３８ａが、側壁部１４２の第１の係合部１４２ａおよび側壁部１４４の第１の係合部１４４ａと一致するように、サイドカバー１３８が側壁部１４２の端面１４２ｅおよび側壁部１４４の端面１４４ｅと接触し、シートフレーム１０４に支持される。係合部１３８ａおよび第１の係合部１４２ａ、１４４ａにはそれぞれ穴が設けられており、ボルトおよびナットによって係合部同士が接合されている。係合部１３８ａおよび第１の係合部１４２ａ、１４４ａも互いに直接あるいは、他の部材を介して係合して接合する構造を備えておればよく、ピンやフックとこれらが係合する構造とを備えていてもよい。

リアカバー１３７はサイドカバー１３８とともにシートフレーム１０４を挟むようにシートフレーム１０４の端部近傍に固定される。サイドカバー１３８には、一対の穴１３７ｈが設けられている。

このように、パッセンジャーシート１３９が設けられたサイドカバー１３８およびライダーシート１３６は、シートフレーム１０４によって、そのＵ字形断面の開口を塞ぐように支持および固定されている。このため、ライダーシート１３６およびパッセンジャーシート１３９に着座するライダーやパッセンジャーの体重による力は、側壁部１４２、１４４に分散する。また、これらの力は、側壁部１４２、１４４と底部１４０との接続部分あるいはその近傍に作用するため、主に側壁部１４２、１４４を主面と平行な方向に圧縮する応力として働き、側壁部１４２、１４４が外側へ開くように働く曲げモーメントは小さい。したがって、シートフレーム１０４は高い強度剛性を示す。つまり、シートフレーム１０４はライダーやパッセンジャーの体重によって破壊しにくい高い強度を全体として備えている。このようなシートフレーム１０４の全体的な強度剛性は、シートフレーム１０４を鋳造により一体的に形成することによって好適に得られる。

図４は、自動二輪車１００におけるシートフレーム１０４およびこれより下部の構造の一部を示す分解斜視図であり、シートフレーム１０４、排気管１１８、消音器１２０、およびフットレスト１４５が示されている。

内燃機関１０８に接続された排気管１１８は、２つの管１１８ａおよび１１８ｂに分岐し、分岐した管１１８ａおよび１１８ｂには消音器１２０がそれぞれ設けられている。排気管１１８および消音器１２０をシートフレームに接続するために、係合部１１８ｃ、１２０ａが排気管１１８および消音器１２０にそれぞれ設けられている。排気管１１８および消音器１２０を支持するために、シートフレーム１０４は、台座１５４および一対のステー１５２を有している。台座１５４は底部１４０において、内燃機関１０８に近接した位置に設けられている。本実施形態では、台座１５４は、係合部として穴を有し、排気管の係合部１１８ｃと接続されるブラケット１４６と台座１５４とが接合される。

一対のステー１５２は側壁部１４２および１４４のテールランプ側にそれぞれ設けられている。各ステー１５２は係合部として穴を有し、消音器１２０の係合部１２０ａに挿入されたボルトがゴムなどの制振部材を介してステー１５２の穴に取り付けられる。なお、図３において示したように、シートフレーム１０４の端部下方はリアカバー１３７によって覆われるが、ステー１５２はリアカバー１３７に設けられた穴１３７ｈから露出している。図４においては、シートフレーム１０４の構造を明瞭に示すため、リアカバー１３７は示していない。

図４に示すように、パッセンジャーが足を掛けるための一対のフットレスト１４５には係合部であるネジ穴１４５ａが設けられている。フットレスト１４５を支持するために、シートフレーム１０４の底部１４０には、係合部１６０ａが設けられている。本実施形態では、係合部は底部１４０の台座に設けられた貫通穴である。各台座の貫通穴にボルトを通し、フットレスト１４５のネジ穴１４５ａとボルトとを係合させることによって、フットレスト１４５がシートフレーム１０４に固定される。

シートフレーム１０４の外形の大きさは、たとえば、内燃機関側の底部１４０の幅が２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度であり、側壁部１４２、１４４の内燃機関側での高さが８０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度である。また、長手方向Ａの長さは６００ｍｍ〜８００ｍｍ程度である。

一般に、金型を用いた鋳造法により構造部材を形成する場合、金型から構造部材を容易に取り出すことができるように、構造部材に抜き勾配を設ける必要がある。シートフレーム１０４の場合、底部１４０の２つの主面をそれぞれ成形する金型表面を有し、底部１４０と平行な面で上下に分割された一対の金型を用いる必要がある。金型の一方は、側壁部１４２、１４４と平行な方向に移動させる必要があるので、側壁部１４２、１４４には抜き勾配を設ける必要がある。

図５に示すように、金型の抜き方向と平行に伸びる面の金型の抜き方向の高さをＨ１とし、抜き勾配をθとした場合、上述したようにＨ１はたとえば、１００ｍｍ程度となる。抜き勾配をθを１．５°に設定し、一端の厚さＷ１を２ｍｍとすると、側壁部１４２、１４４の底部１４０との接合部では、厚さＷ２は約７．３ｍｍとなる。このように、構造部材が大型になるほど、抜き勾配を設けた部分の両端では厚さの違いが顕著となる。このことは、鋳造部材をマグネシウム合金によって形成する場合に問題となる。

図６は、マグネシウム合金からなる鋳造部材の厚さと強度変化との関係を示すグラフである。比較のため、アルミニウム合金のグラフを合わせて示している。図６に示すグラフは、Ｍｇ−３〜９Ａｌの組成を有するマグネシウム合金およびＡｌ-４Ｃｕ-１Ｍｇの組成を有するアルミニウム合金の試験片を用いて得られた。これらの組成の合金は、ダイキャスト法により部材を形成する場合に広く用いられる。横軸は試験片の厚さを示している。縦軸は、試験片の単位厚さあたりの強度を示しており、厚さ２ｍｍの場合の強度を１００％としている。図６に示すように、試験片が２ｍｍより厚くなると、単位厚さあたりの強度が徐々に低下する。厚さ１０ｍｍの試験片の単位厚さあたりの強度は６３％程度にまで低下している。一方、試験片が２ｍｍより薄くなっても単位厚さあたりの強度はほぼ一定となる。アルミニウム合金の単位厚さあたりの強度変化もマグネシウム合金と同様の傾向を示すが、強度の低下の度合いは、マグネシウム合金よりも小さい。

一般に、鋳造により部材を成形する場合、充填された溶湯は鋳型と接する外側から冷却され、部材の外側が凝固した後、内部が硬化し始める。このため、鋳造部材の内部には凝縮による空孔（鋳巣）が生じ易い。部材が肉厚になるほど、凝固時における内側と外側との温度差が大きくなるため、この空孔の発生も増大する。

特に、マグネシウムは比熱が小さいため、溶湯が冷め易い。また、ダイキャスト法による鋳造では、溶湯の金型との接触から金型から取り出すまでにおける平均冷却速度は５℃／秒以上、多くの場合には１０℃／秒以上となり、砂型鋳造などの他の方法に比べて溶湯が速く冷却される。このため、マグネシウム合金製部材をダイキャスト法により鋳造する場合、冷却速度が大きく、かつ、溶湯の比熱が小さいために、部材を厚くするほど金型近傍部分と溶湯内部とでは冷却速度の差が大きくなる。したがって、凝固収縮が同時に行われないため、内部に空孔が生じ、単位体積あたりの強度は大きく低下する。

こうした理由から、マグネシウム合金からシートフレーム１０４を形成する場合、抜き勾配を設ける側壁部１４２、１４４の内燃機関側端部では、部材が厚くなることにより強度が低下してしまうという問題が生じる。特に、内燃機関側端部はメインフレーム１０４と接合されるため、この部分における強度の低下は自動二輪車１００の車体中央部において強度が低下することを意味する。この問題を解決するため、シートフレーム１０４には内燃機関側端部にリブ構造を設けている。本願明細書では周囲の部分より突出する連続的な凸状部をリブという。以下、リブ構造を詳細に説明する。

図７は、側壁部１４４の内燃機関側端部に設けられたリブ構造２０４を模式的に示す斜視図である。図７に示すように、側壁部１４４は内燃機関側端部の領域Ｒ１に凹部２０４ｈを有する。側壁部１４４の凹部２０４ｈ内にはリブ構造２０４が設けられている。

リブ構造２０４は、第１のリブ２１０ａおよび第２のリブ２１０ｂを含む。第１のリブ２１０ａおよび第２のリブ２１０ｂはそれぞれ第１の台座２０４Ａおよび第２の台座２０４Ｂにそれぞれ接続されている。また、第１のリブ２１０ａおよび第２のリブ２１０ｂは互いに交差するよう側壁部１４４上に配置されており、交差部分にはボス２１２が形成されている。凹部２０４ｈの周囲には第１の台座２０４Ａおよび第２の台座２０４Ｂの少なくとも一方に接続されたリブ２０４ｅが設けられている。第１のリブ２１０ａおよび第２のリブ２１０ｂは、側壁部１４４と非平行な方向に突出している。好ましくは、側壁部１４４とおおよそ垂直な方向Ｃに突出するよう第１のリブ２１０ａおよび第２のリブ２１０ｂは側壁１４４に設けられる。この方向は、側壁１４２、１４４を成形するための可動型が移動する方向Ｂもしくは側壁１４２、１４４の外側主面あるいは内側主面とおおよそ垂直である。このため、以下において詳細に説明するように、側壁部１４２、１４４と非平行な方向へ各リブが突出するため、リブ構造２０２、２０４はスライドコアを用いて形成する。

第１の台座２０４Ａおよび第２の台座２０４Ｂには上述した第１の係合部２０４ａおよび第２の係合部２０４ｂがそれぞれ設けられている。本実施形態では、第１の係合部２０４ａおよび第２の係合部２０４ｂはボルトを挿入し、メインフレーム１０２に固定するための貫通穴である。また、第１の台座２０４Ａおよび第２の台座２０４Ｂは側壁部１４４と一体的に成形されている。

図８は、第１のリブ２１０ａの断面を模式的に示している。他のリブも同様の断面構造を備えている。各リブは側壁部１４２、１４４の強度を補強するために設けられるため、高い強度を有していることが好ましい。しかし、図６を参照して説明したように、鋳造によるマグネシウム合金部材は厚いほど冷却の際生じる空孔によって単位厚さあたりの強度が低下する。このため、リブの厚さＷ３は小さいほうが好ましい。具体的には、厚さＷ３は６ｍｍ以下であることが好ましい。リブの厚さＷ３が６ｍｍ以下であれば、マグネシウム合金の単位厚さあたりの強度低下は許容でき、厚くすることによるリブ全体としての強度向上の効果を十分に得ることができる。しかし、リブの厚さＷ３が２ｍｍよりも狭いと、リブ１つ当たりの強度が十分ではなくなり、湯回りも悪くなる。このため、厚さＷ３は２ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。

一方、リブの高さＨ２は、リブ構造が十分な強度を有するよう高いほうが好ましい。具体的にはリブの高さＨ１はリブの厚さＷ３の２倍以上であることが好ましい。これにより十分な強度を得ることができる。より好ましくは、リブの厚さＷ約４ｍｍであり、リブの高さＨ１は約１０ｍｍである。各リブおよび台座の側面には１．５°程度の抜き勾配θを設けることが好ましい。これにより、リブのスライドコアからの離型性を改善することができる。

同様の理由により、リブ構造２０４を設けた側壁部１４４の領域Ｒ１（図７参照）における厚さ（この場合ではリブが存在する部分の厚さ）は６ｍｍ以下であることが好ましい。領域Ｒ１に隣接する領域Ｒ２においても側壁部１４４の厚さは６ｍｍ以下であることが好ましい。リブ構造２０４のリブの高さと側壁部１４４の領域Ｒ２における厚さとが大きく異なる場合には、領域Ｒ２において、側壁部１４４はＵ字型断面を有する二重構造を備えていてもよい。また、係合部として貫通孔を各台座に設ける場合には、台座が厚さ６ｍｍ以下の円筒形状を有することが好ましい。ボス２１２も厚さ６ｍｍ以下の円筒形状を有することが好ましい。

図３に示すように、側壁部１４２の内燃機関側端部にも同様のリブ構造２０２が設けられている。リブ構造２０２は図７に示すリブ構造２０４と同じ構造を備えている。リブ構造２０２に設けられたリブは、第１の係合部が２０２ａおよび第２の係合部２０２ｂが設けられた第１の台座２０２Ａおよび第２の台座２０２Ｂと接続されている。第１の台座２０２Ａおよび第２の台座２０２Ｂも側壁部１４２と一体的に成形されている。図３に示すように、本実施形態では、リブ構造２０２およびリブ構造２０４は、側壁部１４２および側壁部１４４の互いに対向しない外側主面にそれぞれ設けられている。

このように、シートフレーム１０４のメインシート１０２と接合するための係合部が設けられた端部にリブ構造を採用することによって、マグネシウム合金を用いた鋳造によりシートフレーム１０４を形成しても、十分な強度を確保することができる。また、リブの数やリブの高さを変えることによってシートフレームの強度と剛性を調節することが可能である。

図９（ａ）は、内燃機関側から見たシートフレーム１０４の側面図である。図９（ａ）に示すように、側壁部１４２において、第１の係合部２０２ａと第２の係合部２０２ｂは側壁部１４２の厚さ方向において互いにオフセットされている。具体的には、本実施形態では第１の係合部２０２ａおよび第２の係合部２０２ｂである貫通穴の側壁部１４２の厚さ方向の中心の位置は、第１の係合部２０２ａと第２の係合部２０２ｂとで異なっている。図９（ａ）に示すように、第１の係合部２０２ａの中心２０２ｃは、第２の係合部２０２ｂの中心２０２ｄよりも距離Ｓ１だけ側壁部１４２の厚さ方向において中心側へシフトしている。

同様に側壁部１４４において、第１の係合部２０４ａと第２の係合部２０４ｂは側壁部１４４の厚さ方向において互いにオフセットされている。具体的には、第１の係合部２０４ａおよび第２の係合部２０４ｂである貫通穴の側壁部１４４の厚さ方向の中心の位置は、第１の係合部２０４ａと第２の係合部２０４ｂとで異なっている。図９（ａ）に示すように、第１の係合部２０４ａの中心２０４ｃは、第２の係合部２０４ｂの中心２０４ｄよりも距離Ｓ１だけ側壁部１４４の厚さ方向において中心側へシフトしている。

その結果、第１の係合部２０２ａと第１の係合部２０４ａとの距離Ｗ４は、第２の係合部２０２ｂと第２の係合部２０４ｂとの距離Ｗ５に比べて短くなっている。これにより、第１の係合部２０２ａと第２の係合部２０２ｂとの距離Ｌ１は係合部のオフセットがない場合に比べて長くなる。同様に第１の係合部２０４ａと第２の係合部２０４ｂとの距離Ｌ２も長くできる。

第１の係合部２０２ａ、２０４ａおよび第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂは、メインフレーム１０４と接合される支点となる。図９（ｂ）に示すように、シートにかかる乗員の体重などによる荷重Ｆが第１の係合部２０２ａ、２０２ｂから距離Ｌ５の位置においてシートフレーム１０４に加えられる場合、第１の係合部２０２ａ、２０４ａの回りにはＦ（シートにかかる乗員の体重など）×Ｌ５のモーメントが生じる。このモーメントと釣り合うように第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂに応力Ｋが生じ、第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂによるモーメントはＫ×Ｌ１（Ｌ２）となる。したがって、距離Ｌ１およびＬ２が長くなるほど、応力Ｋは小さくなり、第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂはより大きな荷重に対する強度剛性を備えることになる。つまり、係合部をオフセットさせて、第１の係合部２０２ａと第２の係合部２０２ｂとの距離Ｌ１および第１の係合部２０４ａと第２の係合部２０４ｂとの距離Ｌ２を長くすることにより、シートフレーム１０４とメインフレーム１０２との接合強度を高めることができる。その結果ライダーやパッセンジャーの体重を支える十分な強度を得ることができる。

ただし、図９（ａ）から明らかなように、オフセットの距離Ｓ１を大きくしすぎると側壁部１４２、１４４が底部１４０に対して斜めになってしまい、底部１４０と側壁部１４２、１４４との接合強度が低下してしまう。このため、第１の係合部２０２ａ、２０４ａから第２の係合部２０２ｂ、２０４ｂまでの高さＨ３が８０ｍｍから１６０ｍｍの範囲にある場合、Ｓ１は２．１ｍｍから２０ｍｍであることが好ましい。

このように、シートフレーム１０４によれば、リブ構造により、十分な機械的性質を備えた外形の大きなシートフレーム１０４をマグネシウム合金を用いて鋳造法により製造することができる。また、係合部をオフセットさせることにより、メインフレームとシートフレームとの接合強度を高めることができる。これにより、強度剛性が高く、軽量な自動二輪車用の車体を実現することができる。

側壁部１４２、１４４に設けるリブ構造の形状は種々の変形が可能である。たとえば、図１０に示すように、側壁部１４２にリブ構造２０２’を設けてもよい。リブ構造２０２’は、第１のリブ２１２ａおよび第２のリブ２１２ｂを備え、第１のリブ２１２ａおよび第２のリブ２１２ｂは互いに交差するよう側壁部１４２に設けられている。第１のリブ２１２ａおよび第２のリブ２１２ｂはそれぞれ第１の台座２０２Ａおよび第２の台座２０２Ｂに接続されている。リブ構造２０２’では、第１のリブ２１２ａと第２のリブ２１２ｂとの交差部分にはボスが設けられていない。このような構造は、リブの交差部分の肉厚が６ｍｍ以下となるよう、特に第１のリブ２１２ａと第２のリブ２１２ｂの幅が４ｍｍよりも小さい場合に適している。リブ構造２０２’によれば、ボスを設ける必要がないので、スライドコアの離型性が向上する。

また、図１１に示すように、側壁部１４２により細かい間隔で複数のリブが配置されたリブ構造２０２’’を設けてもよい。リブ構造２０２’’は複数の第１のリブ２１４ａおよび複数の第２のリブ２１４ｂを備え、第１のリブ２１４ａおよび第２のリブ２１４ｂは網目状に交差している。好ましくは、第１の台座２０２Ａおよび第２の台座２０２Ｂは、これらのリブの少なくとも１つにそれぞれ接続されていることが好ましい。また、各リブの交差部分にボスを設ける必要がないようにリブ２１４の幅は４ｍｍ以下であることが好ましい。リブ２１２’’によれば、複数のリブが交差することによって、高い強度剛性を得ることができる。

図７、図１０および図１１に示すリブ構造において、少なくとも１つのリブは、第１の台座２０２Ａ、２０４Ａおよび第２の台座２０２Ｂ、２０４Ｂに接続されていた。台座とリブとを接続することによって、係合部の強度剛性を高めることができるからである。しかし、側壁部１４２、１４４自体に要求される強度剛性は、リブを有するリブ構造を設けることにより達成される。このため、係合部の強度剛性を他の構造によって得ることができる場合にはリブ構造のリブは第１の台座２０２Ａ、２０４Ａおよび第２の台座２０２Ｂ、２０４Ｂに接続されていなくてもよい。

これまで説明してきたシートフレーム１０４では、リブ構造は、側壁部１４２、１４４の互いに対向しない外側主面に形成されていた。しかし、リブ構造は、側壁部１４２、１４４の互いに対向する内側主面にそれぞれ設けられていてもよい。リブ構造を内側主面に設けた場合でも、上述したように、高い強度を有するシートフレーム１０４が実現する。特に、側壁部１４２、１４４の外側主面が自動二輪車１００の外観に現れる場合には、内側主面にリブ構造を設けることによって、リブ構造が外観に現れず、自動二輪車１００の意匠をより優れたものにすることができる。

次にシートフレーム１０４の製造方法を説明する。上述した特徴を備えるシートフレーム１０４は、ダイキャスト法などの金型を用いた鋳造により形成する。寸法精度が高く、量産に適していることから、特に、金型を用い、高速・高圧で溶湯を注入する高圧ダイキャスト法を用いることが好ましい。図１２に示すように、シートフレーム１０４を形成するための鋳型は、固定型３０２、可動型３０４および可動コア３０６によって構成される。固定型３０２および可動型３０４は、シートフレーム１０４の底部１４０の２つの主面をそれぞれ成形する鋳型表面を有する。また、スライドコア３０６は、リブ構造２０２、２０４を成形するための鋳型表面を有している。本実施形態では、リブ構造が側壁部１４２、１４４の外側主面に設けられているので、スライドコアも側壁部１４２、１４４の外側に配置される。リブ構造を側壁部１４２、１４４の内側主面に設ける場合には、スライドコア３０６は側壁部１４２、１４４の間に位置するように配置する。

可動型３０４は、スライドコア３０６とともに固定型３０２に対して矢印Ｂ’の方向へ移動が可能である。さらにスライドコア３０６は、可動型３０４に対して矢印Ｃ’の方向へ移動可能である。

鋳造によりシートフレーム１０４を形成するために、シートフレーム１０４は、溶融状態において粘性が低い組成のマグネシウム合金からなることが好ましい。耐熱性を向上させるためのカルシウムまたは希土類元素を少量含んでいてもよいが、添加量が多くなると溶湯の粘性が高くなり、鋳造によってシートフレーム１０４を形成するのが困難となる。具体的には、シートフレーム１０４は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金からなることが好ましく、カルシウムまたは希土類元素の添加量は０．１ｗｔ％以下であることが好ましい。特に、延性を確保するために３ｗｔ％以上９ｗｔ％以下のＡｌおよび０．１ｗｔ％以上６．５ｗｔ％以下のＭｎを含むＭｇ-Ａｌ-Ｍｎ系合金を用いることが好ましい。たとえば、ＡＳＴＭ規格のＡＭ６０Ｂ合金（５．５〜６．５ｗｔ％のＡｌ、０．２４〜０．６ｗｔ％のＺｎ、0．２５〜０．5ｗｔ％のＭｎ、０．１ｗｔ％以下のＳｉ、０．０１ｗｔ％以下のＣｕ、０．０２ｗｔ％以下のＮｉ、０．０５ｗｔ％以下のＦｅおよび０．０２ｗｔ％以下のその他の不純物を含むＭｇ-Ａｌ-Ｍｎ系合金）を好適に用いることができる。

シートフレーム１０４を形成するために、まず、リブ形状に相当する形状を各表面に有した可動コア３０６を可動型３０４の所定の位置に挿入し、可動型３０４と固定型３０２との間にシートフレーム１０４を成形する空間が形成されるように、可動型３０４を固定型３０２に密着させる。図示しないゲートからマグネシウム合金の湯溶を可動型３０４と固定型３０２との間の空間へ注入する。湯溶が冷却され、凝固した後、可動型３０４を矢印Ｂ’の方向へ移動させる。次に、スライドコア３０６を矢印Ｃ’の方向へ移動させる。その後、可動型３０４に設けられた押し出しピン（図示していない）を用いて、シートフレーム１０４を可動型３０４から押し出すことによって、成形されたシートフレーム１０４が取り出される。

本発明によれば、面積が広く、十分な強度を得るために肉厚にすべき部分にリブ構造を採用することによって、肉厚にすれば強度が低下するマグネシウム合金を用いてシートフレームを形成することができる。したがって、高強度で軽量の自動二輪車用シートフレームを実現することができる。また、内燃機関などを支持するメインフレームと接合するため第１の係合部と第２の係合部との距離を長くしているため、シートフレームとメインフレームとの接合強度が高く、車体全体の強度剛性も高めることができる。

したがって、本発明の自動二輪車は、高強度で軽量のシートフレームを備え、走行性能および走行安定性に優れる。

なお、本実施形態で示したシートフレームやリブ構造の形状は一例であって、図示した形状以外の形状をシートフレームおよびリブ構造は備えていてもよい。また、メインフレームとシートフレームと接合するための係合部は、ボルトを挿入するための穴に限られず、他の形状や、他の機械的構造によって接合する係合部をメインフレームおよびシートフレームは備えていてもよい。また、本実施形態では、第１の係合部が第２の係合部に比べて内側にオフセットされているが、第２の係合部が第１の係合部に比べて内側にオフセットされていても上述したように強度の向上を図ることができる。

本発明は、自動二輪車に好適に用いられる。特に、燃費の優れた自動二輪車や、走行性能の優れた自動二輪車に好適に用いられる。

本発明のシートフレームを備えた自動二輪車の模式的側面図である。 図１に自動二輪車のメインシートを示す斜視図である。 図１に示す自動二輪車のシートフレームおよびシートフレームの上方の構造を示す分解斜視図である。 図１に示す自動二輪車のシートフレームおよびシートフレームの下方の構造を示す分解斜視図である。 鋳造のための抜き勾配が設けられる部材の断面構造を説明する模式図である。 マグネシウム合金およびアルミニウム合金からなる鋳造部材の厚さ変化に対する強度の低下を示すグラフである。 図３および図４に示すシートフレームに設けられたリブ構造を示す斜視図である。 リブ構造のリブの断面形状を示す模式図である。 （ａ）は図３および図４に示すシートフレームを内燃機関側から見た側面図であり、（ｂ）は、第１および第２の係合部に作用する力を説明する図である。 図３および図４に示すシートフレームに設けられたリブ構造の他の例を示す平面図である。 図３および図４に示すシートフレームに設けられたリブ構造の他の例を示す平面図である。 図３および図４に示すシートフレームを製造するための鋳型を示す模式図である。

符号の説明

１００ 自動二輪車
１０２ メインフレーム
１０４ シートフレーム
１０８ 内燃機関
１１６ 前輪
１１８ 排気管
１２０ 消音器
１２６ 後輪
１３６ ライダーシート
１３９ パッセンジャーシート
１４０ 底部
１４２、１４４ 側壁部
１４５ フットレスト
２０２、２０４ リブ構造
２０２Ａ、２０４Ａ 第１の台座
２０２Ｂ、２０４Ｂ 第２の台座
２０２ａ、２０４ａ 第１の係合部
２０２ｂ、２０４ｂ 第２の係合部
２０４ｈ 凹部
２１０ａ、２１２ａ 第１のリブ
２１０ｂ、２１２ｂ 第２のリブ
２１２ ボス

Claims (18)

1. ライダーシートを支持するためのマグネシウム合金からなる自動二輪車用シートフレームであって、
   所定の方向に延びる底部と、
   前記底部を挟むように前記底部から延びる一対の側壁部と、
   前記側壁部のそれぞれの端部に設けられた取り付け部と、
   前記側壁部の取り付け部近傍に設けられた少なくとも１つのリブと、
   を備え、
   前記取り付け部は、内燃機関を支持するメインフレームと接合するための第１の係合部および第２の係合部をそれぞれ有しており、前記側壁部と一体的に成形された第１の台座および第２の台座であって、前記少なくとも１つのリブは、第１の台座および第２の台座の一方に接続されており、
   各側壁部は、前記側壁部上に設けられた少なくとも１つの第２のリブをさらに含み、前記第１および第２のリブは、それぞれ前記第１の台座および前記第２の台座に接続し、かつ互いに交差するように前記側壁部上に配置されている自動二輪車用シートフレーム。
2. 各側壁部は、前記第１のリブと第２のリブとが交差する部分に設けられたボスを含む請求項１に記載の自動二輪車用シートフレーム。
3. 各側壁部は、前記少なくとも１つの第１および第２のリブを含む複数の第１のリブおよび第２のリブを含み、前記複数の第１のリブおよび前記複数の第２のリブは互いに交差するように前記側壁部上に設けられている請求項１に記載の自動二輪車用シートフレーム。
4. 前記第１および第２のリブは、前記一対の側壁部の互いに対向する内側主面にそれぞれ設けられている請求項１から３のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
5. 前記第１および第２のリブは、前記一対の側壁部の互いに対向しない外側主面にそれぞれ設けられている請求項１から３のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
6. 前記第１および第２のリブは、２ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さを有する請求項１から５のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
7. 前記第１および第２の係合部は前記第１および第２の台座にそれぞれ設けられた穴である請求項１から６のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
8. 各側壁部において、前記第１係合部および第２の係合部は前記側壁部の厚さ方向において互いにオフセットされている請求項１から７のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
9. 前記一対の側壁部にそれぞれ設けられた前記第１の係合部間の距離は、前記一対の側壁部にそれぞれ設けられた前記第２の係合部間の距離と異なっている請求項１から８のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
10. 前記マグネシウム合金におけるカルシウムまたは希土類元素の含有量は０．１重量％以下である請求項１から９のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
11. 前記マグネシウム合金は、Ｍｇ-Ａｌ-Ｍｎ系合金である請求項１０に記載の自動二輪車用シートフレーム。
12. 前記底部と前記一対の側壁部とは一体的に成形されている請求項１から１１のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
13. 前記自動二輪車用シートフレームは、ダイキャスト法により形成されている請求項１から１２のいずれかに記載の自動二輪車用シートフレーム。
14. 第１および第２の係合部を有するメインフレームと、
    メインフレームに支持される内燃機関と、
    請求項１から１３のいずれかに規定される自動二輪車用シートフレームと、
    を備え、
    前記メインフレームの第１および第２の係合部が前記自動二輪車用シートフレームの第１および第２の係合部と接合されている自動二輪車。
15. 請求項１から１３のいずれかに規定される自動二輪車用シートフレームの製造方法であって、
    前記底部の２つの主面を成形する表面をそれぞれ備えた固定型および可動型を用いてダイキャスト法により、前記自動二輪車用シートフレームを形成する自動二輪車用シートフレームの製造方法。
16. 前記可動型は、前記第１および第２のリブを成形するための表面を備えた一対のスライドコアを含む請求項１５に記載の自動二輪車用シートフレームの製造方法。
17. カルシウムまたは希土類元素の含有量が０．１重量％以下であるマグネシウム合金を用いて前記自動二輪車用シートフレームを形成する請求項１５に記載の自動二輪車用シートフレームの製造方法。
18. 前記マグネシウム合金は、Ｍｇ−Ａｌ−Ｍｎ系合金である請求項１７に記載の自動二輪車用シートフレームの製造方法。

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