JPH06127449A - 二輪又は三輪自動車の車体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エポキシ樹脂をマトリックスとする炭素繊維
強化樹脂からなり、かつ樹脂中の炭素繊維の体積含量Ｖ
ｆ(％)と樹脂の厚みｔ(mm)が、次式(１) 270≦(29×Ｖｆ＋115)×ｔ≦3800 --- (１) を満足する範囲内にある二輪車又は三輪車用のモノコッ
ク構造の車体。 【効果】 軽量で、実用的に適切な剛性を有し、乗り心
地が快適で操縦安定性の優れた二輪車又は三輪車用のモ
ノコック構造車体が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二輪又は三輪自動車の車
体に関するものである。詳しくは、繊維強化樹脂により
構成された二輪又は三輪自動車のモノコック構造の車体
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、二輪又は三輪自動車の車体は、鉄
鋼材料の加工品あるいは鋳鋼製品で構成され、更に、車
体の構造を支持する主要部分は自転車に類似したパイプ
からなるフレ−ム構造となっている。近年、二輪自動車
(スク−タ−)の車体として、薄肉の繊維強化樹脂材料に
より中空状に一体的に構成された、所謂モノコック構造
の車体が提案されている(特公平3-224887号公報)。

【０００３】繊維強化樹脂材料を用いたモノコック構造
の車体は、スチ−ル材料の車体に比較して軽量であり、
特に電動スク−タ−の場合には走行動力の負担が軽減さ
れ、また、モノコック構造とすることにより、電源電池
を搭載する電池用ケ−スを別異の構造として付設する必
要がない等の利点がある。

【０００４】しかしながら、繊維強化樹脂材料を用いた
モノコック構造の車体においては、車体の剛性に関する
考慮が極めて重要であり、車体の剛性は大きいほど良い
というものではなく最適な範囲が存在する。即ち、剛性
が大き過ぎると車体が硬い感じとなり乗り心地が悪くな
る。また、剛性が小さ過ぎる場合は変形が過大となり操
縦安定性が劣る等の問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、軽量でしか
も適切な剛性を有すると共に、乗り心地が快適で操縦安
定性の優れた二輪又は三輪自動車用のモノコック構造の
車体を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために検討を重ねた結果、モノコック構造の
車体用の材料として、エポキシ樹脂を主たるマトリック
ス樹脂とする炭素繊維強化樹脂を使用し、しかも、この
材料中の炭素繊維の体積含量Ｖｆ(％)と、該炭素繊維強
化樹脂の厚みとを特定の範囲内に選ぶことにより、上記
の目的が達成されることを見い出し本発明に到達した。

【０００７】即ち、本発明の要旨は、エポキシ樹脂を主
たるマトリックス樹脂とする炭素繊維強化樹脂から構成
され、かつ該炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の体積含量
Ｖｆ(％)と該炭素繊維強化樹脂の厚みｔ(mm)が、次式
(１) 270≦(29×Ｖｆ＋115)×ｔ≦3800 --- (１) を満足する範囲内にあることを特徴とする二輪又は三輪
自動車のモノコック構造の車体に存する。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
モノコック構造の車体を構成する材料としては、エポキ
シ樹脂を主たるマトリックス樹脂とする炭素繊維強化樹
脂が使用される。エポキシ樹脂としては特に限られるも
のでなく、例えば、ビスフェノ−ルＡ、ビスフェノ−ル
Ｆ、ノボラック樹脂等とエピクロルヒドリンとの反応生
成物であるグリシジルエ−テル型エポキシ樹脂、あるい
はグリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステ
ル型エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン化
エポキシ樹脂等が挙げられ、これらの一種又は二種以上
が使用される。硬化剤としては、アミン系硬化剤、カル
ボン酸無水物系硬化剤が用いられ、要すれば、更に硬化
促進剤が併用される。

【０００９】一方、炭素繊維としては樹脂強化用のグレ
−ドが適している。繊維の長さは弾性率に関係し、従っ
て車体の剛性とも関連するので長い方が好ましい。具体
的にはアスペクト比100以上が望ましい。繊維径が10μm
の場合には1 mm以上が好ましく、更に好ましくは25 mm
以上であり、連続長繊維が最も望ましい。繊維の形態と
しては、以下に述べる成形法とも関連するが、25 mm程
度にカットしたチョップトストランドからなるランダム
配向のマットや、連続長繊維からなるコンティニュアス
ストランドマット、あるいは織物乃至はモノフィラメン
トがランダムに分散した不織布などが挙げられる。

【００１０】炭素繊維強化エポキシ樹脂からなる車体の
部材は、周知の種々の成形法により作製することができ
る。少量を作製する場合は、ハンドレイアップ法や、プ
リプレグを積層しオ−トクレ−ブで成形する方法などの
手作りに近い方法が適用できる。一方、大量に作製する
場合は、反応射出成形(ＲＩＭ)法、強化反応射出成形
(ＲＲＩＭ)法、構造反応射出成形(ＳＲＩＭ)法、レジン
・トランスファ−・モ−ルディング(ＲＴＭ)法、フィラ
メントワインディング(ＦＷ)法又はシ−トモ−ルディン
グ(ＳＭＣ)法などが適用される。

【００１１】本発明のモノコック構造の車体は、上記の
成形法により作製した炭素繊維強化エポキシ樹脂材料の
部材から構成される。二輪車又は三輪自動車は、前輪と
後輪の車軸中心間距離(ホイ−ルベ−ス)で表現すると10
00 mm〜1650 mmの範囲であり、通常は1050 mm〜1270 mm
であるが、モノコック構造の車体はそのまま外板となり
得るので車体重量を1.5〜6 kg程度に軽量化することが
できる。

【００１２】次に、図面につき説明するに、図１は本発
明のモノコック構造の車体を使用した二輪自動車(電動
スク−タ−)の一例の正面略図である。なお図１では、
本発明のモノコック構造の車体部分を他の部分と区別す
るため車体部分を特に太線で表示した。図２は図１のＡ
−Ａ線における車体の断面の略図であり、図３は図１の
Ｂ−Ｂ線における車体の断面の略図である。図４はモノ
コック構造の車体の剛性測定装置の正面略図、図５はモ
ノコック構造の車体のねじり剛性の実測値と、前記(１)
式における(29×Ｖｆ＋115)×ｔの計算値との関係を示
す図表である。

【００１３】図１〜図３において、１はモノコック構造
の車体、１ａは車体の左側の上部部材、１ｂは車体の右
側の上部部材であり、左右上部部材の上縁はビス止め等
により結合する。２は車体の下部部材で、左右の上部部
材１ａ,１ｂの下縁と下部部材２の上縁はビス止等によ
り一体に構成する。また、左側上部部材及び右側上部部
材の下縁側部と下部部材２の上縁側部には、図２及び図
３に示すように、それぞれ足乗せ用のステップ板用の３
ａ、３ｂ及び４を延設して重ね合せビス止め等により結
合する。なお、左右上部部材１ａと１ｂは分割せず、単
一の部材として一体に成形することもできる。５はフロ
ントフォ−ク、６は前輪、７は後輪、８はサドルであ
る。

【００１４】本発明の最も大きな特徴は、モノコック構
造の車体を構成する炭素繊維強化エポキシ樹脂材料にお
いて、炭素繊維の体積含量Ｖｆ(％)と、該炭素繊維強化
樹脂の厚みｔ(mm)とを、次式(１) 270≦(29×Ｖｆ＋115)×ｔ≦3800 --- (１) を満足する範囲内とした点である。

【００１５】一般にモノコック構造の車体の剛性には、
上下剛性、前後剛性、ねじり剛性の３種類があり、上下
剛性が小さ過ぎると乗車時に車体が沈み込んだり、凹凸
路の走行時に上下振動により車体の底部が路面を擦った
りする弊害を生じる。また、上下剛性が大き過ぎる場合
は、路面からの振動を拾い易く、乗り心地が悪くなった
り、ドライバ−が筋肉疲労を起し易くなる。

【００１６】一方、前後剛性が小さ過ぎると、制動時に
ドライバ−が前方又は後方にのめる恐れがある。更に、
ねじり剛性が小さ過ぎると、ハンドルのキレが悪くなっ
たり、スラロ−ム走行や高速走行時の操縦安定性が劣化
する結果を招く。また、過度のねじれ変形を生じ、車体
に取り付けられたエンジンなどに負荷がかかることとな
る。

【００１７】本発明者の検討の結果、炭素繊維強化エポ
キシ樹脂中の炭素繊維の体積含量Ｖｆ(％)と、該炭素繊
維強化樹脂の厚みｔ(mm)とを、前記(１)式を満足する範
囲内に選ぶことにより、軽量でしかも適切な剛性を有
し、乗り心地が快適で操縦安定性に優れた二輪又は三輪
自動車用のモノコック構造の車体が得られることが判明
した。即ち、炭素繊維強化エポキシ樹脂の系では、前記
(１)式の(29×Ｖｆ＋115)×ｔの値は、車体の剛性にほ
ぼ比例し、所望の剛性のレベルに応じて、この値を適切
に選択することができる。例えば、通常の舗装道路の走
行を考慮した場合は、操縦安定性と乗り心地のバランス
及び車両重量の点で前記(１)式における(29×Ｖｆ＋11
5)×ｔの値としては500〜2000の範囲が好ましい。

【００１８】前記(１)式における炭素繊維の体積含量Ｖ
ｆ(％)は、成形法ごとに成形し易い範囲があるので、そ
れに従って選べばよい。例えば、ハンドレイアップ法の
場合には、Ｖｆは10〜30％であり、プリプレグを積層し
オ−トクレ−ブで成形する場合は40〜70である。また、
レジンインジェクション法やＳＲＩＭ法の場合は10〜40
％である。ＦＷ法は、一般にはモノコック構造の車体の
ような複雑な形状物には適切ではないが、多数の動きの
自由度を有する最新鋭の装置によれば成形でき、Ｖｆは
40〜70％が可能である。ＳＭＣ法では、Ｖｆは10〜50
％、好ましくは15〜40％が可能である。

【００１９】前記(１)式における炭素繊維強化エポキシ
樹脂の厚みｔ(mm)は、平均厚みを表わし、厚み分布を持
たせることにより、変形し易い箇所を相対的に厚く、そ
うでない箇所は薄くすることができる。炭素繊維の配向
については、基本的にはランダム配向であるが、力のか
かる方向がほぼ一定していることが判っている場合は、
その方向に相対的に多く配向させることができる。本発
明のモノコック構造の車体に、モ−タ−又はエンジン、
フロントフォ−ク、前輪、後輪、サドル、その他の所要
の部材、計器類を組み込むことにより、二輪又は三輪自
動車を作製することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例について更に詳細に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限りこれ等の実
施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例に
おける車体の剛性は、図４の装置を用いて次に述べる方
法により測定したものである。図４において、モノコッ
ク構造の車体部分を他の部分と区別するために、車体部
分を特に太線で表示した。

【００２１】図４は、モノコック構造の車体の剛性測定
装置の略図である。図４において、９は架台、１０はハ
ンドルと前輪とをつなぐスチ−ル製のパイプ、１１はパ
イプ１０を回転させるための治具であり、ねじり剛性試
験の際に取り付けて使用する。１２はスチ−ル製のパイ
プ(紙面に垂直)で１０に対してＴ字型に溶接で取り付け
てある。パイプ１２は上下剛性試験の際には架台９にネ
ジで固定し、また前後剛性試験の際には架台９の上に置
き、ネジ止めはせず点線で示す前後荷重をかける。１３
は、ねじり剛性試験の際の回転軸の推定線である。

【００２２】１４はリアクッションピボットを車体に取
り付ける治具、１５はリアフォ−クピボットを車体に取
り付ける治具、１６はリアクッションに相当するスチ−
ル製のパイプである。１７はスチ−ル製のパイプ(紙面
に垂直)で、リアフォ−クとパイプ１６とをつないでお
り、上下剛性、前後剛性、ねじり剛性試験の何れの場合
にも架台にネジで固定されている。

【００２３】モノコック構造の車体の上下剛性は、パイ
プ１２及び１７を架台９にネジで固定し、左右のステッ
プ部に矢印Ｘの方向に荷重を負荷し、荷重点での変位は
ダイヤルゲ−ジで測定した。また車体の前後剛性は、１
７を架台９にネジで固定し、１２は架台９上に置き、１
２に対して矢印Ｙの方向に荷重を負荷し、荷重点での変
位はダイヤルゲ−ジで測定した。

【００２４】更に、車体のねじり剛性は、１７を架台９
にネジで固定し、一方回転用の治具１１を架台９に固定
(図示せず)するが回転し得るようにしておく。１２をフ
リ−にしておき、これに紙面に垂直に荷重を負荷し、そ
の結果として矢印Ｚ方向のねじれを発生させ、荷重点１
２での変位はダイヤルゲ−ジで測定した。

【００２５】実施例１ 図１〜図３に示す一人乗り二輪電動自動車用のモノコッ
ク構造の車体を、左側及び右側の上部部材１ａ及び１ｂ
と、下部部材２の三種類の部材から構成し、各部材を構
造反応射出成形法(ＳＲＩＭ)により成形した。上部部材
１ａと１ｂ及び下部部材２に対応する成形型を樹脂型で
作製し、この型を成形機のプラテン(定盤)に取り付けた
後、各部材と同一の形状に賦形した炭素繊維のランダム
配向のマットを型上に載置し型締めした。この型の中
に、下記の樹脂成分を射出して成形を行なった。

【００２６】［樹脂成分］エポキシ樹脂として、ビスフ
ェノ−ルＦ型グリシジルエ−テル("エピクロン 830" 大
日本インキ化学社製)50部及びグリシジルメタクリレ−
ト("SYモノマ−G"阪本薬品社製)50部、カルボン酸無水
物としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸("MT500" 新
日本理化社製)106部、硬化促進剤として2-エチル-4-メ
チルイミダゾ−ル("2E4MZ" 四国化成工業社製)5部及び
ラジカル重合開始剤として1,1-ビス(t-ブチルパ−オキ
シ)3,3,5-トリメチルシクロヘキサン("パ−ヘキサ3M"
日本油脂社製)1部からなる。

【００２７】上記三種類の成形部材を夫々トリミングし
た後、左右の上部部材１ａ及び１ｂの上縁部をビス止め
して上部部材１を組み立て、次いで、上部部材１の下縁
部と下部部材２の下縁部をビス止めしてモノコック構造
の車体を組み立てた。

【００２８】車体の炭素繊維の体積含量Ｖｆは20％であ
り、平均厚みは1.4 mmであり、車体の重量は3.1 kgであ
った。この車体の上下剛性、前後剛性及びねじり剛性を
図４の装置により実測し、車体の重量と共に表１に示
す。なお、参考までに、参考例１及び２として、スチ−
ルパイプフレ−ム構造の２種の車体の剛性の測定値及び
車体重量を併記した。表１における剛性は、荷重(kg)／
荷重点における変位(mm)で表わした。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示すように、本発明のモノコック構
造の車体は、参考例１及び２の車体に比し大幅に軽量化
されているにも拘らず、実用可能な剛性を保有している
ことが理解される。

【００３１】本実施例で作製したモノコック構造の車体
に、モ−タ−、モ−タ−マウントブラケット、ベルトプ
−リ−、リアフォ−ク、ヘッドライト、ウインカ−、速
度計、フロントブレ−キ、リヤブレ−キ、バックミラ
−、リヤランプ、フロントカバ−、座席、リヤフェンダ
−、フロントインナ−フェンダ−、フロントフォ−ク、
ハンドルパイプ、前輪、後輪、リヤクッション、電池、
自立用スタンド、スタンドブラケット、コ−ドハ−ネス
類、モ−タ−コントロ−ラ、充電器、ヘッドパイプ、リ
ヤフォ−クピボット、リヤクッションピボット、警音器
等を組み付けて一人乗りの電動スク−タ−を作製した。

【００３２】前輪と後輪の車軸間距離(ホイ−ルベ−ス)
は1080 mmであった。この二輪自動車について、周回コ
−スにおける一般走行試験(最高速度、制動距離、加速
性能、スラロ−ム走行性、一充電走行距離)及び凹凸路
における走行試験を実施して実用性があることが実証さ
れた。

【００３３】実施例２〜４ 実施例１の各成形部材において、炭素繊維の体積含量Ｖ
ｆ(％)及び平均厚みｔ(mm)を表２に記載の通りとした外
は、実施例１と同様にしてモノコック構造の車体を組み
立てた。得られた車体のねじり剛性を図４の測定装置に
より実測した。その結果を車体の重量と共に表２に示
す。

【００３４】

【表２】

【００３５】実施例５ 炭素繊維のＵＤ(一方向性)プリプレグを用いて車体の部
材を作製した。予めエポキシ樹脂をマトリックスとして
含浸させて指触乾燥状態にした炭素繊維マット(プリプ
レグ)として、化成ファイバ−ライト社製のhyE10714AK
を使用した。実施例１の各部材と同じ形状の雌型を成形
用の型に使用し、プリプレグの積層は疑似等方の配向に
なるように行い、バッギングしたのち120℃で硬化させ
た。成形した各部材をトリミングし、実施例１と同様の
方法でモノコック構造の車体に組み立てた。炭素繊維の
体積含量Ｖｆは55％であり、平均厚みｔは1.2 mmであ
り、車体のねじり剛性は8.5 kg／mmであった。また車体
重量は3.1 kgであった。

【００３６】図５は、実施例１〜５のモノコック構造車
体のねじり剛性の実測値と、(１)式における(29×Ｖｆ
＋115)×ｔの計算値との関係を示す図表であり、縦軸は
車体のねじり剛性値(kg／mm)を示し、横軸は、(29×Ｖ
ｆ＋115)×ｔの計算値を示す。 図５によれば、(29×
Ｖｆ＋115)×ｔの値が、実施例１〜５の車体の剛性に比
例することを示しており、また、同じ剛性を得るには、
(29×Ｖｆ＋115)×ｔの値を同じにすればよいことを示
している。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、モノコック構造の車体
として、炭素繊維強化エポキシ樹脂を使用し、かつ、炭
素繊維の体積含量Ｖｆ(％)と炭素繊維強化樹脂の厚みを
特定の範囲から選ぶことにより、軽量で適切な剛性を有
し、乗り心地が快適で操縦安定性の優れた二輪又は三輪
自動車用のモノコック構造車体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車体を使用した二輪自動車の一例の正
面略図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における車体断面の略図であ
る。

【図３】図１のＢ−Ｂ線における車体断面の略図であ
る。

【図４】本発明の車体の剛性測定装置の略図である。

【図５】本発明の車体のねじり剛性の実測値と計算値と
の関係を示す図表である。

【符号の説明】

１ モノコック構造の車体 １ａ 車体の左側の上部部材 １ｂ 車体の右側の上部部材 ２ 車体の下部部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂を主たるマトリックス樹脂
   とする炭素繊維強化樹脂から構成され、かつ、該炭素繊
   維強化樹脂中の炭素繊維の体積含量Ｖｆ（％）と該炭素
   繊維強化樹脂の厚みｔ（ｍｍ）が、次式（１） ２７０≦（２９×Ｖｆ＋１１５）×ｔ≦３８００ −−− （１） を満足する範囲内にあることを特徴とする二輪又は三輪
   自動車のモノコック構造の車体。