JP6035865B2 - 鞍乗型車両のフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、鞍乗型車両のフレーム構造に関し、例えば、自動二輪車の車体フレームに適用されるフレーム構造に関する。

従来、自動二輪車等の鞍乗型車両のフレーム構造において、溶接等により接合した複数のフレーム部材から構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の鞍乗型車両のフレーム構造においては、肉厚又は材質が異なり、且つ、外形形状が同一の複数のフレーム部材の端面同士を突き合わせた状態で溶接接合することで、車両用のフレーム構造体として必要な強度や剛性を確保している。

特開２０００−６８６９号公報

しかしながら、上述したような従来の鞍乗型車両のフレームにおいては、複数のフレーム部材が、フレーム部材の長手方向と交差する方向に直線状に溶接されることから、溶接部の長さを十分に確保するためには、フレーム幅を拡げなければならない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、フレーム幅を抑えつつ溶接部における溶接強度を確保することができる鞍乗型車両のフレーム構造を提供することを目的とする。

本発明の鞍乗型車両のフレーム構造は、第１のフレーム部材と第２のフレーム部材とを備え、前記第１及び第２のフレーム部材の端部同士を溶接接合して形成される鞍乗型車両のフレーム構造とし、前記第１のフレーム部材の端部には、上面視にて、当該第１のフレーム部材の長手方向に延在する第１の端面と、当該第１の端面に連続して設けられ、前記第１の端面の延在方向と交差する方向に延在する第２の端面とを含む接合部が設けられ、前記第２のフレーム部材の端部には、前記接合部に対応する形状を有する被接合部が設けられ、前記第１のフレーム部材の上端部には湾曲面が設けられ、当該湾曲面に前記第１の端面と前記第２の端面の一部が配置される鞍乗型車両のフレーム構造において、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材との接合部の上面視における前記第１の端面と前記第２の端面とで構成される曲線の最小曲率が、前記湾曲面の最小曲率よりも大きいことを特徴とする。

上記鞍乗型車両のフレーム構造によれば、第１フレーム部材の長手方向に延在する端面を含む接合部で第１のフレーム部材と第２のフレーム部材とが溶接接合されることから、フレーム部材の長手方向に交差する方向に直線状にのみ溶接される場合と比べて溶接部の溶接長を長くできるので、フレーム幅を抑えつつ溶接部における溶接強度を確保することが可能となる。また、溶接部に第１フレーム部材の長手方向に沿って形成される部分が含まれるので、当該第１フレーム部材の長手方向に作用する荷重に対する溶接強度を確保することが可能となる。

また、前記第１のフレーム部材は、前記第２のフレーム部材との接合部分における断面の一部に湾曲面を有し、当該湾曲面に前記第１の端面と当該第１の端面に連続する第２の端面の一部が配置される。一般に、溶接により複数の部材を接合する場合、溶接部の始点及び終点においては、溶接母材の溶け込みを安定させることが難しく、応力集中を緩和することが困難である。このため、溶接部における溶接強度を向上するためには、溶接部を連続的に溶接することが望ましい。しかしながら、表面が湾曲面で構成されるフレーム部材においては、フレーム部材の長手方向と交差する方向に直線状に溶接される場合、溶接部に対して適切な角度で溶接トーチが対向するように移動することができず、湾曲面を連続的に溶接することができない。この結果、溶接部の始点及び終点が複数存在することとなり、溶接部における溶接強度が得難くなる。これに対し、上記鞍乗型車両のフレーム構造によれば、第１のフレーム部材と第２のフレーム部材との接合部分における断面の一部に形成される湾曲面に第１の端面とこれに連続する第２の端面の一部が配置されることから、第１の端面を溶接する際に溶接部に対する溶接トーチの角度を適切に調整できるので、溶接部を連続的に溶接でき、その溶接強度を向上することが可能となる。

さらに、上記鞍乗型車両のフレーム構造においては、前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材との接合部の上面視における前記第１の端面と前記第２の端面とで構成される曲線の最小曲率が、前記湾曲面の最小曲率よりも大きい。湾曲面を連続的に溶接する場合において、溶接トーチの本体部と先端部との内外移動距離差が大きくなると、溶接部に対する溶接トーチの角度を調整できなくなる事態が発生し得る。このような溶接トーチの角度調整を実現するために溶接トーチの先端部の移動速度を低下させることが考えられる。しかしながら、この場合には、局所的に溶接トーチによる溶接時間が長くなり、溶接ビードの盛り過ぎ等の溶接品質が劣化する事態の要因となり得る。これに対し、上記鞍乗型車両のフレーム構造によれば、第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材との接合部の上面視にて、第１の端面と第２の端面とで構成される曲線の最小曲率が湾曲面の最小曲率よりも大きく設定されることから、溶接トーチの先端部の移動速度を低下させることなく湾曲面を連続的に溶接できるので、溶接品質を向上することが可能となる。

また、上記鞍乗型車両のフレーム構造においては、前記第１のフレーム部材の延在方向に沿った前記湾曲面の中心線と略平行に前記第１の端面を延在させることが好ましい。この場合には、接合部を構成する第１の端面が湾曲面の中心線と略平行に延在することから、溶接部に対する溶接トーチの角度を調整する領域を直線状に構成できるので、スムーズに溶接部に対する溶接トーチの角度を調整することが可能となる。

本発明によれば、溶接部における溶接強度を確保することができる鞍乗型車両のフレーム構造を提供することが可能となる。

本実施の形態に係る鞍乗型車両のフレーム構造が適用される自動二輪車の左側面図である。 本実施の形態に係る車体フレームの側面図である。 本実施の形態に係る車体フレームの上面図である。 本実施の形態に係るタンクレールの側面図である。 本実施の形態に係るピボットプレートの被接合部近傍の拡大図である。 図４及び図５に示すタンクレールとピボットプレートとの接合部分を拡大した上面図である。 図６の矢印Ａ−Ａに示す断面図である。 参照例に係る車体フレームの断面図である。

以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明の鞍乗型車両のフレーム構造をスポーツタイプの自動二輪車に適用した例について説明する。しかしながら、本発明の適用対象となる鞍乗型車両については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、他のタイプの自動二輪車や、バギータイプの自動三輪車又は自動四輪車にも適用可能である。

以下、図１を参照して、本実施の形態に係る鞍乗型車両のフレーム構造が適用される自動二輪車全体の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る鞍乗型車両のフレーム構造が適用される自動二輪車の左側面図である。なお、以下に示す図においては、適宜、車体前方を矢印ＦＲ、車体後方を矢印ＲＥでそれぞれ示す。

図１に示すように、自動二輪車１は、パワーユニット、電装系等の各部を搭載するアルミ合金製又は鋼製の車体フレーム２を備えている。車体フレーム２を構成するタンクレール２２は、前端に位置するヘッドパイプ２１（図２及び図３参照）の分岐部分に連結され、後方に向けて延在する。左右一対のタンクレール２２の下方には、エンジン３が懸架されている。タンクレール２２の後部には、車体フレーム２を構成するピボットプレート２３が接合されている。

タンクレール２２の上部には、燃料タンク４が配置される。燃料タンク４の周辺には、車体フレーム２の前端部側を覆うように車体カバー４１が設けられている。この車体カバー４１により、車体フレーム２のヘッドパイプ２１やタンクレール２２の一部が覆われている。なお、車体カバー４１には、車体前方に配置されるヘッドライト４２が一体化されている。

燃料タンク４の後方には、ライダーシート５１ａ及びピリオンシート５１ｂが連設される。ライダーシート５１ａ及びピリオンシート５１ｂは、車体フレーム２の略後半部に配置されるシートレール（不図示）に支持されている。ライダーシート５１ａ及びピリオンシート５１ｂの下方には、それぞれに対応してフットレスト５２、５３が設けられている。車体左側の運転者用のフットレスト５２の前方には、変速用のチェンジペダル５４が設けられ、車体右側の運転者用のフットレスト５２の前方には、後輪６用のブレーキペダル（不図示）が設けられている。

車体フレーム２のヘッドパイプ２１には、フロントフォーク７１が回動可能に連結されている。フロントフォーク７１には、前輪８操舵用のハンドルバー７２が設けられている。ハンドルバー７２の両端部には、グリップ７３が装着されている。ハンドルバー７２の左前方にはクラッチレバー（不図示）が配置されており、ハンドルバー７２の右前方には前輪８用のブレーキレバー（不図示）が配置されている。フロントフォーク７１の下部には、前輪８が回転可能に支持されている。前輪８には、ブレーキディスク８１が設けられている。

ピボットプレート２３には、リヤスイングアーム６１が上下方向に揺動可能に連結されている。車体フレーム２とリヤスイングアーム６１との間にはサスペンション（不図示）が取り付けられている。リヤスイングアーム６１の後部には、後輪６が回転可能に支持されている。後輪６の左側には、ドリブンスプロケット６２が設けられており、ドライブチェーン６３によってエンジン３の動力が後輪６に伝達されるように構成されている。後輪６の右側には、後輪６用のブレーキディスク（不図示）が設けられている。

車体フレーム２に懸架されるエンジン３は、例えば、並列４気筒エンジンと変速機とを含んで構成される。エンジン３には、インテークダクト（不図示）を介して空気が取り込まれ、燃料噴射装置（不図示）にて空気と燃料とが混合されて燃焼室に供給される。燃焼室内での燃焼後の排気ガスは、エンジン３から下方に延出されたエキゾーストパイプ３１を経てマフラー３２から排気される。

以下、本実施の形態に係る自動二輪車１が有する車体フレーム２の構成について説明する。図２及び図３は、それぞれ本実施の形態に係る自動二輪車１が有する車体フレーム２の側面図及び上面図である。図２及び図３に示すように、車体フレーム２は、本発明に係るフレーム構造が適用されるものであり、ヘッドパイプ２１、タンクレール２２及びピボットプレート２３を含んで構成される。なお、タンクレール２２は、第１のフレーム部材を構成し、ピボットプレート２３は、第２のフレーム部材を構成する。

図２及び図３に示すように、車体フレーム２は、ハンドルバー７２に連結されるステアリングシャフト（不図示）を回動可能に支持するヘッドパイプ２１を有している。ヘッドパイプ２１は、その後方側部分で車体左右に分岐して延在する一対の連結部２１１を備えている。これらの連結部２１１の後端部にレーザ溶接等により左右一対のタンクレール２２が接合される。

各タンクレール２２は、車体の前後方向に延在する長尺形状を有し、連結部２１１から後方側であって僅かに下方側に延在する。タンクレール２２の下面には、エンジン３の前方部分を懸架する第１懸架部２４ａと、エンジン３の後方部分を懸架する第２懸架部２４ｂとが設けられている。また、各タンクレール２２の端部（後端部）には、ピボットプレート２３と接合される接合部２２１が設けられている。なお、この接合部２２１の構成については後述する。

ピボットプレート２３は、左右一対のプレート本体部２３１と、このプレート本体部２３１の端部（前端部）に設けられた被接合部２３２とを有する。各プレート本体部２３１は、上下方向に延在する。被接合部２３２は、プレート本体部２３１の上端部近傍から前方側に延出して設けられており、タンクレール２２の接合部２２１が接合される。なお、この被接合部２３２の構成については後述する。

また、ピボットプレート２３は、左右のプレート本体部２３１を連結するアッパーブリッジ部２３３及びロアブリッジ部２３４を有する。アッパーブリッジ部２３３は、プレート本体部２３１の上端部同士を車体の左右方向に連結する。一方、ロアブリッジ部２３４は、プレート本体部２３１の下端部同士を車体の左右方向に連結する。上述したリヤスイングアーム６１は、ロアブリッジ部２３４の中央近傍に設けられた一対の連結片２３４ａにより揺動可能に連結される（図３参照）。

ここで、タンクレール２２が有する接合部２２１及びピボットプレート２３が有する被接合部２３２の構成について図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態に係るタンクレール２２の側面図である。図５は、本実施の形態に係るピボットプレート２３の被接合部２３２近傍の拡大図である。なお、図４においては、車体の左方側に配置されるタンクレール２２の側面を示している。また、図５Ａ及び図５Ｂにおいては、それぞれ車体の左方側に配置されるピボットプレート２３の左側面及び右側面を示している。

タンクレール２２の端部（後端部）には、図４に示すように、接合部２２１が設けられている。接合部２２１は、タンクレール２２の長手方向（車体の前後方向）に延在する第１の端面２２１ａと、この第１の端面２２１ａの延在方向と交差する方向に延在する第２の端面２２１ｂとを有している（図６参照）。特に、本実施の形態においては、第２の端面２２１ｂが第１の端面２２１ａと直交する方向（車体の左右方向）に延在する場合について示している。

第１の端面２２１ａは、タンクレール２２の上端部及び下端部に設けられている。第１の端面２２１ａは、車体の外側に端面を向けた状態で延在している。特に、第１の端面２２１ａは、タンクレール２２の長手方向に直線状に延在している。一方、第２の端面２２１ｂは、第１の端面２２１ａの前端部及び後端部に連続して設けられている。第２の端面２２１ｂは、車体の後方側に端面を向けた状態で延在している。特に、第２の端面２２１ｂは、第１の端面２２１ａの延在方向と直交する方向に直線状に延在している。

一方、ピボットプレート２３の端部（前端部）には、図５に示すように、接合部２２１が接合される被接合部２３２が設けられている。被接合部２３２は、接合部２２１に対応する形状を有する。具体的には、接合部２２１の第１の端面２２１ａに対向配置される第１の端面２３２ａと、接合部２２１の第２の端面２２１ｂに対向配置される第２の端面２３２ｂとを有している。

接合部２２１の第１の端面２２１ａ、第２の端面２２１ｂと同様に、被接合部２３２の第１の端面２３２ａは、タンクレール２２の長手方向（車体の前後方向）に延在して設けられ、第２の端面２３２ｂは、第１の端面２３２ａと直交する方向（車体の左右方向）に延在して設けられている（図６参照）。第１の端面２３２ａは、ピボットプレート２３の上端部及び下端部に設けられている。第１の端面２３２ａは、車体の内側に端面を向けた状態で延在している。特に、第１の端面２３２ａは、タンクレール２２の長手方向に直線状に延在している。一方、第２の端面２３２ｂは、第１の端面２３２ａの前端部及び後端部に連続して設けられている。第２の端面２３２ｂは、車体の前方側に端面を向けた状態で延在している。特に、第２の端面２３２ｂは、第１の端面２３２ａの延在方向と直交する方向に直線状に延在している。

なお、被接合部２３２の内側部分及び先端部分には、係合部２３５が設けられている。この係合部２３５は、タンクレール２２がピボットプレート２３に接合される際にタンクレール２２の接合部２２１の内側に入り込んで係合可能に構成されている。このように係合部２３５を接合部２２１の内側に入り込ませることにより、ピボットプレート２３に対してタンクレール２２を適切に位置決め可能となっている。

次に、これらの接合部２２１及び被接合部２３２によりタンクレール２２とピボットプレート２３とが接合された状態について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、図４及び図５に示すタンクレール２２とピボットプレート２３との接合部分を拡大した上面図である。図７は、図６の矢印Ａ−Ａに示す断面図である。なお、図７においては、接合部２２１の第１の端面２２１ａ及び被接合部２３２の第１の端面２３２ａの略中央における断面を示している。

タンクレール２２とピボットプレート２３とを接合する場合には、図６に示すように、接合部２２１と被接合部２３２とを突き合わせた状態でレーザ溶接等により接合される。具体的には、接合部２２１の第１の端面２２１ａと被接合部２３２の第１の端面２３２ａとを突き合わせると共に、接合部２２１の第２の端面２２１ｂと被接合部２３２の第２の端面２３２ｂとを突き合わせた状態で、これらの接触面（密着面）に沿わせて溶接トーチを移動させて溶接することによりタンクレール２２とピボットプレート２３とが溶接接合される。

このように本実施の形態に係る車体フレーム２においては、タンクレール２２の長手方向に延在する第１の端面２２１ａを含む接合部２２１でタンクレール２２とピボットプレート２３とが溶接接合されることから、車体フレーム２の長手方向に交差する方向に直線状にのみ溶接される場合と比べて溶接部の溶接長を長くできるので、溶接部における溶接強度を確保することが可能となる。また、溶接部に車体の前後方向（タンクレール２２の延在方向）に沿って形成される部分が含まれるので、車体の前後方向に作用する荷重に対する溶接強度を確保することが可能となる。

なお、タンクレール２２とピボットプレート２３との接合部分における断面の一部（上端部）には、図６及び図７に示すように、湾曲面２５が設けられている。本実施の形態において、湾曲面２５は、略Ｕ字形状を有している。接合部２２１を構成する第１の端面２２１ａ及び第２の端面２２１ｂの一部（被接合部２３２の第１の端面２３２ａ及び第２の端面２３２ｂの一部）は、図６に示すように、湾曲面２５上に配置されている。

一般に、溶接により複数の部材を接合する場合、溶接部の始点及び終点においては、溶接母材の溶け込みを安定させることが難しく、応力集中を緩和することが困難である。このため、溶接部における溶接強度を向上するためには、溶接部を連続的に溶接することが望ましい。しかしながら、本実施の形態の車体フレーム２のように溶接部の一部に湾曲面２５が含まれる場合においては、車体フレーム２の長手方向と交差する方向に直線状に溶接が行われる場合、溶接部に対して適切な角度で溶接トーチが対向するように移動することができず、湾曲面２５を連続的に溶接することができない。以下、参照例を用いて説明する。

図８は、参照例に係る車体フレーム２０の断面図である。図８に示すように、車体フレーム２０の断面形状の外形は、本実施の形態に係る車体フレーム２と共通であるものとする。すなわち、車体フレーム２０の上端部には、湾曲面２５０が設けられている。このような車体フレーム２０の長手方向と交差する方向に直線状に溶接を行う場合、溶接トーチの本体部（以下、「トーチ本体部」という）ＴＡの移動速度と、溶接トーチの先端部（以下、「トーチ先端部」という）ＴＢの移動速度とは、以下の条件を満たす必要がある。
Ｖ２ｍａｘ > Ｖ１（Ｌ２／Ｌ１）
ここで、Ｖ２ｍａｘは、トーチ本体部ＴＡの最大移動速度を示し、Ｖ１は、トーチ先端部ＴＢの移動速度を示す。また、Ｌ１は、トーチ先端部ＴＢの移動距離を示し、Ｌ２は、トーチ本体部ＴＡの移動距離を示す。

このような条件を満たすことは、湾曲面２５０の最小曲率が極めて小さく設定される、自動二輪車等の車体フレーム２０においては極めて厳しい。したがって、このような車体フレーム２０においては、湾曲面２５０を連続的に溶接することができず、断続的に溶接が行われることが一般的である。このように断続的に溶接を行う場合には、溶接部の始点及び終点が複数存在することとなり、溶接部における溶接強度が得難くなる。

このような事態を考慮し、本実施の形態に係る車体フレーム２においては、接合部２２１を構成する第１の端面２２１ａ及び第２の端面２２１ｂの一部を湾曲面２５上に配置している。これにより、湾曲面２５を溶接する場合であっても、第１の端面２２１ａの溶接を行う際に溶接部に対する溶接トーチの角度を適切に調整できるので、溶接部を連続的に溶接でき、その溶接強度を向上することが可能となる。また、湾曲面２５を含む車体フレーム２であっても連続的に溶接できるので、車体フレーム２の全周を連続的に溶接することもでき、車体フレーム２の製造効率を改善することが可能となる。

特に、接合部２２１の第１の端面２２１ａ（被接合部２３２の第１の端面２３２ａ）は、図６に一点鎖線で示す湾曲面２５の中心線（タンクレール２２の延在方向に沿った湾曲面２５の中心線）Ｌと略平行に延在して設けられている。このように接合部２２１の第１の端面２２１ａを配置していることから、溶接部に対する溶接トーチの角度を調整する領域を直線状に構成できるので、スムーズに溶接部に対する溶接トーチの角度を調整することが可能となる。

なお、本実施の形態のように、湾曲面２５を連続的に溶接する場合において、トーチ本体部ＴＡとトーチ先端部ＴＢとの内外移動距離差が大きくなると、溶接部に対する溶接トーチの角度を調整できなくなる事態が発生し得る。このような溶接トーチの角度調整を実現するためにトーチ先端部ＴＢの移動速度を低下させることが考えられる。しかしながら、この場合には、局所的に溶接トーチによる溶接時間が長くなり、溶接ビードの盛り過ぎ等の溶接品質が劣化する事態の要因となり得る。

このような事態を考慮し、本実施の形態に係る車体フレーム２においては、タンクレール２２の上面視にて、第１の端面２２１ａと第２の端面２２１ｂとで構成される曲線における最小曲率を、湾曲面２５の最小曲率よりも大きくなるように設定している。これにより、トーチ先端部ＴＢの移動速度を低下させることなく湾曲面２５を連続的に溶接できるので、溶接品を向上することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、上記実施の形態においては、略Ｕ字形状を有する湾曲面２５が設けられた車体フレーム２を備える場合について説明している。しかしながら、本発明に係る鞍乗型車両のフレーム構造が適用される車体フレーム２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、略円形状を有する湾曲面２５が設けられた車体フレーム２にも適用することができる。

さらに、上記実施の形態においては、湾曲面２５が車体フレーム２（より具体的には、タンクレール２２及びピボットプレート２３）の上端部のみに設けられる場合について説明している。しかしながら、車体フレーム２の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、車体フレーム２の下端部のみに湾曲面２５を設けるようにしてもよく、上端部及び下端部の双方に湾曲面２５を設けるようにしても良い。

さらに、上記実施の形態においては、タンクレール２２とピボットプレート２３とを溶接接合する場合について説明している。しかしながら、本発明に係る鞍乗型車両のフレーム構造が適用される対象については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。すなわち、タンクレール２２とピボットプレート２３とを溶接接合する場合に限られず、任意のフレーム部材同士を溶接接合する場合に適用することができる。

１ 自動二輪車
２ 車体フレーム
２１ ヘッドパイプ
２１１ 連結部
２２ タンクレール
２２１ 接合部
２２１ａ 第１の端面
２２１ｂ 第２の端面
２３ ピボットプレート
２３１ プレート本体部
２３２ 被接合部
２３２ａ 第１の端面
２３２ｂ 第２の端面
２３５ 係合部
２５ 湾曲面
３ エンジン
４ 燃料タンク
６ 後輪
８ 前輪

Claims (2)

1. 第１のフレーム部材と第２のフレーム部材とを備え、前記第１及び第２のフレーム部材の端部同士を溶接接合して形成される鞍乗型車両のフレーム構造とし、
   前記第１のフレーム部材の端部には、上面視にて、当該第１のフレーム部材の長手方向に延在する第１の端面と、当該第１の端面に連続して設けられ、前記第１の端面の延在方向と交差する方向に延在する第２の端面とを含む接合部が設けられ、前記第２のフレーム部材の端部には、前記接合部に対応する形状を有する被接合部が設けられ、
   前記第１のフレーム部材の上端部には湾曲面が設けられ、当該湾曲面に前記第１の端面と前記第２の端面の一部が配置される鞍乗型車両のフレーム構造において、
   前記第１のフレーム部材と前記第２のフレーム部材との接合部の上面視における前記第１の端面と前記第２の端面とで構成される曲線の最小曲率が、前記湾曲面の最小曲率よりも大きいことを特徴とする鞍乗型車両のフレーム構造。
2. 前記第１のフレーム部材の延在方向に沿った前記湾曲面の中心線と略平行に前記第１の端面を延在させたことを特徴とする請求項１記載の鞍乗型車両のフレーム構造。

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