JPH0752837A - モノコック構造の二輪または三輪自動車の車体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二輪または三輪自動車として適正な強度剛性
を有する、全芳香族ポリエステル繊維強化プラスチック
製の車体を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂を主たるマトリックス樹脂とす
る全芳香族ポリエステル繊維強化、プラスチックからな
るモノコック構造の二輪または三輪自動車用車体におい
て、該車体の全芳香族ポリエステル繊維の体積含量Ｖｆ
（％）及び強化プラスチックの厚さｔ（ｍｍ）が下記式
（Ｉ）の範囲内であることを特徴とする二輪または三輪
自動車用車体 【数１】２７０≦（８．９×Ｖｆ＋１１５）×ｔ≦３８
００ …（Ｉ）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二輪または三輪自動車に
関するものであり、より詳しくは、車体構造の主たる部
分が繊維強化プラスチックからなる、モノコック構造の
二輪または三輪自動車の車体とそれを用いた自動車に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、二輪また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ている。
更に、その車体の構造を支える主要部分は自転車に類似
したパイプからなるフレーム構造となっている。一方、
最近繊維強化プラスチックでモノコック構造に構成され
た車体の二輪自動車（スクーター）が提案（特開平３−
２２４８８７号公報）されており、前記のスチール材料
による車体と比較し軽量であり、特に電動スクーターの
場合には走行動力の負担が軽減されるなどの利点がある
と記載されている。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ための電池ケースを別異の構造
として付設する必要がなくなり、その加工及び手間のた
めのコストがかさむ欠点が除かれるとしている。

【０００３】この提案は、次の２点で新規かつ有用な発
明と考えられる。すなわち、第一に、従来繊維強化プラ
スチックは外板や構造部品に適用されているが、車体構
造をささえる二輪自動車の本体に適用したこと、第二に
は、その適用に当りスチールパイプからなるフレーム構
造とは全く異なる、薄肉の繊維強化プラスチックのシェ
ルが中空をなすモノコック構造としたことである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、該提案
のみでは実用となる二輪または三輪自動車とするには不
十分であった。すなわち、車体の剛性に関する考慮が必
要である。剛性は、大きければよいわけではなく、最適
な範囲がある。剛性が過大なら、車体が硬い感じとなっ
たり、乗心地が悪くなる等の欠点を生ずる。小さすぎれ
ば、変形が過大となったり、操縦安定性が劣るなどの問
題を生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、適
正な剛性を得るために鋭意検討した結果、特定の範囲の
全芳香族ポリエステル繊維の体積含量Ｖｆ（％）及び平
均厚みｔ（ｍｍ）を選択することにより、操縦安定性と
乗心地を両立させることができることを見いだし本発明
に到達した。

【０００６】すなわち、本発明の目的は、車体の主たる
部分が全芳香族ポリエステル繊維強化プラスチックから
なるモノコック構造の二輪または三輪自動車を提供する
ことにある。詳しくは、本発明は車体を構成する全芳香
族ポリエステル繊維強化プラスチックの繊維含量Ｖｆ
（％）及び厚みｔ（ｍｍ）が

【０００７】

【数２】 ２７０≦（８．９×Ｖｆ＋１１５）×ｔ≦３８００ …（Ｉ）

【０００８】であることを特徴とする適正な剛性を有す
る二輪または三輪自動車の車体及びそれを用いた二輪ま
たは三輪自動車を提供する。以下本発明を詳細に説明す
る。

【０００９】本発明は車体構造の主たる部分が繊維強化
プラスチックからなるモノコック構造の二輪または三輪
自動車に関するものであり、繊維強化プラスチックがエ
ポキシ樹脂を主たるマトリックス樹脂とし、強化繊維が
全芳香族ポリエステル繊維であるものに関する。エポキ
シ樹脂としては特に限定されるものではないが、ビスフ
ェノールＡ，ビスフェノール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ー
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でありこれ
らの一種または二種以上を併用して用いることが好まし
い。硬化剤としてアミン系硬化剤，カルボン酸無水物系
硬化剤等を使用する。必要なら硬化促進剤を併用出来
る。

【００１０】本発明の全芳香族ポリエステル繊維は、溶
融液晶性の芳香族ポリエステルからなる繊維であり、該
ポリエステルの構成成分が、主として芳香族からなる繊
維であり、より好ましくは実質的全部が芳香族からなる
繊維である。商業的に入手できるものとしては、例え
ば、（株）クラレの“ベクトラン”がある。全芳香族ポ
リエステル繊維は、樹脂強化用のグレードが適してい
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以上が好ましい。例えば繊維径が１０μｍ
の場合には、１ｍｍ以上が好ましく、更に好ましくは２
５ｍｍ以上であり、連続長繊維が最も良い。繊維の形態
は、次に述べる成形方法とも関連するが、２５ｍｍ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イニュアスス
トランドマット、あるいは織物ないしはモノフィラメン
トがランダムに分散した不織布などが挙げられる。

【００１１】次に適用可能な成形方法について例示す
る。少量を作製する場合は、ハンドレイアップ法やプリ
プレグを積層しオートクレーブ成形する方法などの手作
りに近い方法が適用できる。量産する場合は、反応射出
成形（ＲＩＭ）、Ｒ（リインフォース）ＲＩＭ，Ｓ（ス
トラクチュラル）ＲＩＭ、レジン・トランスファー・モ
ールディング（ＲＴＭ）法、フィラメントワインディン
グ（ＦＷ）法、またはシートモールディング（ＳＭＣ）
法などを利用出来る。

【００１２】図１，図２、図３に繊維強化プラスチック
からなるモノコック構造の車体の二輪自動車（電動スク
ーター）の例を示す。本発明の二輪または三輪自動車の
車体の大きさは、前輪と後輪の車軸中心間距離（ホイー
ルベース）で表現すると、１，０００ｍｍ〜１，６５０
ｍｍの範囲の場合に好適であり、特に好ましくは、１，
０５０ｍｍ〜１，２７０ｍｍである。

【００１３】車体の剛性には、上下剛性、前後剛性及び
ねじり剛性の３種類がある。上下剛性が小さ過ぎれば、
乗車時に車体が沈みこんだり、凹凸路走行時に上下振動
により車体の底部分をこすったりする弊害がでる。一
方、上下剛性が大き過ぎれば、路面からの振動を拾いや
すくなり乗心地が悪くなったり、あるいはドライバーに
筋肉疲労をおこしやすくする。前後剛性が小さすぎれ
ば、制動時にドライバーがつんのめる恐れがある。ねじ
り剛性が小さ過ぎれば、ハンドルのキレが悪くなった
り、スラローム走行や高速走行時の操縦安定性が劣るこ
ととなる。また過度のねじれ変形を生じ、車体に取り付
けられているエンジンなどに負荷がかかることとなる。
本発明者らは、適正な剛性を得るためには、特許請求範
囲に記した繊維体積含量Ｖｆ（％）及び厚みｔ（ｍｍ）
を選ぶことにより目的を達成でき、式（Ｉ）中の（８．
９×Ｖｆ＋１１５）×ｔは、本発明のエポキシ樹脂を主
たるマトリックス樹脂とする全芳香族ポリエステル繊維
強化プラスチックとする系においては、車体の剛性にほ
ぼ比例する。従って所望の剛性のレベルに応じて（８．
９×Ｖｆ＋１１５）×ｔの値を適切に選択出来る。通
勤、通学あるいは買物用の二輪または三輪自動車の車体
の場合には、小さい剛性の方が好ましく、式（８．９×
Ｖｆ＋１１５）×ｔは２７０〜９００更に好ましくは４
００〜８００の範囲がよい。一方レース・スポーツ・レ
ジャー用の高速または凹凸路走行を主とする車体の場合
は、９００〜３８００好ましくは１２００から１８００
の範囲がよい。繊維含量Ｖｆ（％）は、成形方法毎に成
形しやすい範囲があるので、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は、Ｖｆは１０〜３
０％であり、プリプレグを積層しオートクレーブで成形
する場合は、４０〜７０％であり、レジンインジェクシ
ョン法やＳＲＩＭ法の場合は、１０〜４０％である。フ
ィラメントワインド法は一般的にはモノコック構造の車
体の様な複雑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。シートモールディング（Ｓ
ＭＣ）法では、１０〜５０％好ましくは１５〜４０％が
可能である。

【００１４】式（Ｉ）中のｔは車体の平均厚みを表わ
す。厚み分布をもたせることにより、変形しやすい箇所
や、発生応力の大きい箇所を相対的に厚く部分補強した
り、逆にしからざる箇所は、薄くすることが出来る。
又、強化繊維の配向については、基本はランダム配向で
あるが、力のかかる方向がほぼ一定していることがわか
っている場合や、発生応力の大きい箇所は、その方向に
相対的に多く配向させたり、Ｖｆを高くしたりすること
が出来る。

【００１５】そしてかかる構造の車体に、車として必要
な部品を取り付けることにより、二輪または三輪自動車
として使用される。この時取り付けられる主要な部品と
しては、モーター，モーターマウントブラケット，ベル
トプーリー，リアフォーク，ヘッドライト，ウインカ
ー，速度計，フロントブレーキ，リヤブレーキ，バック
ミラー，リヤランプ，フロントカバー，座席，リヤフェ
ンダー，フロントインナーフェンダー，フロントフォー
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，コードハー
ネス類，モーターコントローラ，充電器，ヘッドパイ
プ，リヤフォークピボット，リヤクッションピボット、
警音器等が挙げられる。

【００１６】以下、実施例により具体的かつ詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り、下記の実施
例に限定されるものではない。

【００１７】実施例１ 一人乗りの二輪の電動自動車（電動スクーター）につい
て説明する。モノコック構造の車体は、３種類の成形品
から構成した。箱型形状のＬＯＷＥＲ、ハンドルからシ
ートを経て後輪付近まで含むＵＰＰＥＲ（左右の２分
割）である。それぞれの成形品の外観図を図４，図５に
示す。成形は構造反応射出成形法（ＳＲＩＭ）によって
行なった。それぞれの成形品に対応する成形型を樹脂型
で作製した。型を成形機のプラテンに取り付けた後、成
形品と同一形状に賦形した全芳香族ポリエステル繊維の
ランダム配向のマットを型上に載置し型締めした。この
型中に次の樹脂成分を射出し成形を行なった。樹脂成
分；エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型グリシジル
エーテル（“エピクロン ８３０”、大日本インキ化学
社製）５０部、グリシジルメタクリレート（“ＳＹモノ
マー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（“ＭＴ５０
０”、新日本理化社製）１０６部に、硬化促進剤として
２−エチル−４−メチルイミダゾール（“２Ｅ４Ｍ
Ｚ”、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−ブチルパーオキシ）３，３，
５−トリメチルシクロヘキサン（“パーヘキサ３Ｍ”、
日本油脂社製）１部の成分である。得られた成形品は、
トリミング後車体に組み立てた。左右のＵＰＰＥＲ成形
品は、オーバーラップ部をビス止めし、また、ＵＰＰＥ
ＲとＬＯＷＥＲとは、ステップ部の位置でオーバーラッ
プさせビス止めした。車体として組み立てた成形品中の
全芳香族ポリエステル繊維の体積含量Ｖｆは２０％であ
り、平均厚みは３．２ｍｍであり、車体の重量は、６．
１ｋｇであった。この時、（８．９×２０＋１１５）×
３．２＝９３７．６となり式（Ｉ）の範囲内である。車
体の剛性は、図６の装置を作製し実測した。剛性の測定
値および車体の重量を表１に示す。比較のため既に実用
化されているスチールパイプフレーム構造の車体の測定
値（比較例１，比較例２）も合わせて示す。本発明のモ
ノコック構造の車体は軽量化されているにもかからわず
実用可能な剛性を有していることがわかる。

【００１８】

【表１】 （注１）剛性は、図６の試験において、荷重（ｋｇ）／
荷重点における変位（ｍｍ）で表わす。 （注２）比較例１，比較例２は、スチールパイプからな
るフレーム構造の実用のスクーターである。構造をささ
える部分のみについて実測した。

【００１９】本実施例の車体にモーター，モーターマウ
ントブラケット，ベルトプーリー，リアフォーク，ヘッ
ドライト，ウインカー，速度計，フロントブレーキ，リ
ヤブレーキ，バックミラー，リヤランプ，フロントカバ
ー，座席，リヤフェンダー，フロントインナーフェンダ
ー，フロントフォーク，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，コードハーネス類，モーターコントローラ，充
電器，ヘッドパイプ，リヤフォークピボット，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
の二輪自動車（スクーター）を作製した。前輪と後輪と
の車軸間距離（ホイールベース）は１０８０ｍｍであっ
た。一般走行試験（最高速度，制動距離，加速性能，ス
ラローム走行性，一充電走行距離）及び凹凸路における
走行試験を実施し実用性があることを実証した。

【００２０】実施例２〜４ 繊維含量Ｖｆ（％）及び平均厚みｔ（ｍｍ）を変えて実
施例１と同様に電動スクーターの車体の成形を行った。
モノコック構造の車体に組み立てたのち、図６の装置で
ねじり剛性を測定した。結果を表２に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】式（Ｉ）の（８．９×Ｖｆ＋１１５）×ｔ
の計算値に対し実測のねじり剛性をプロットした結果を
図７に示す。この図は、請求範囲の不等式中の第２項：
（８．９×Ｖｆ＋１１５）×ｔが、剛性に比例すること
を示している。

【００２３】実施例５ 全芳香族ポリエステル繊維のＵＤプリプレグを使用して
車体の成形を行なった。マトリックス樹脂は２５０°Ｆ
グレードのエポキシ樹脂である。成形用の型は実施例１
と同じ形状の雌型を使用した。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後、１２
０℃で硬化させた。トリミング後実施例１と同様に車体
に組み立てた。全芳香族ポリエステル繊維の含量Ｖｆは
５５％、平均厚みは２．０ｍｍ、式（Ｉ）の値は１２０
９であった。ねじり剛性は４．７ｋｇ／ｍｍであり、車
体重量は４．１ｋｇであった。

【００２４】実施例６ 平均厚みｔを変えて、実施例５と同様に成形を行った。
全芳香族ポリエステル繊維の含量Ｖｆは５５％、厚みは
５．０ｍｍ、式（Ｉ）の値は３０２３であった。ねじり
剛性は１１．８ｋｇ／ｍｍ、車体重量は１０．１ｋｇで
あった。

【００２５】

【発明の効果】本文及び実施例にて詳細に述べた様に、
本発明により、実用可能な適正な剛性を有する二輪また
は三輪自動車が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はモノコック構造の二輪自動車の一例を示
す。

【図２】図２は、図１のＡＡ断面を示す説明図である。

【図３】図３は、図１のＢＢ断面を示す説明図である。

【図４】図４は、ＬＯＷＥＲ部品の説明図である。

【図５】図５は、ＵＰＰＥＲ（左）部品及びＵＰＰＥＲ
（右）部品の合体した斜視外観図である。

【図６】図６は、剛性測定装置の外観を示す。３種の剛
性試験をひとつにまとめて示しているが、実際の測定に
際してはそれぞれ別々に実施する。ねじり剛性の場合を
詳しく述べる：後輪相当部を固定しヘッドの付近に回転
出来るように治具を設ける。回転させる荷重を前輪相当
部に、紙面に垂直にかける。荷重はロードセルで測定す
る。荷重点での変位をダイヤルゲージで測る。ねじり剛
性は荷重（ｋｇ）／荷重点での変位（ｍｍ）である。

【図７】図７は、請求項１：（８．９×Ｖｆ＋１１５）
×ｔとねじり剛性とが比例することを示す。あわせて実
施例１〜実施例６の実測値を示す。

【符号の説明】

１ ＵＰＰＥＲ（左部品） ２ ＶＰＰＥＲ（右部品） ３ ＬＯＷＥＲ部品 ４ オーバーラップ部

Claims (2)

【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
   とする全芳香族ポリエステル繊維強化プラスチックから
   なるモノコック構造の二輪または三輪自動車用車体にお
   いて、該車体の全芳香族ポリエステル繊維の体積含量Ｖ
   ｆ（％）及び強化プラスチックの厚さｔ（ｍｍ）が下記
   式（Ｉ）の範囲内であることを特徴とする二輪または三
   輪自動車用車体 【数１】 ２７０≦（８．９×Ｖｆ＋１１５）×ｔ≦３８００ …（Ｉ）
2. 【請求項２】 請求項１記載の車体を用いた二輪または
   三輪自動車。