JPH0752838A - 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、適正な強度と
剛性を有する、全芳香族ポリエステル繊維強化プラスチ
ック製車体を提供する。 【構成】 飽和ポリエステル樹脂を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
るモノコック構造を有する二輪または三輪自動車の車体
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＋９０）×ｔ≦３８０
０ …（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＋９０）×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飽
和ポリエステル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。飽和ポリエステルとしては、特に限定されるもので
はないが、商業的に安価に入手できる点から、エチレン
グリコールとテレフタル酸とのポリエステルであるポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、１，４−ブタン
ジオールとテレフタル酸とのポリエステルであるポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）が好適である。成形性
を改良するためにイソフタル酸やセバシン酸等を共重合
成分として含むものを使用するとより好ましい。樹脂の
結晶化速度を大きくするために、タルク，カオリン，高
級脂肪酸のアルカリ金属塩などの公知の結晶化促進剤を
併用してもよい。

【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化合物からな
るものである。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
リエステル繊維としては、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１０
μｍの場合には、１ｍｍ以上が好ましく、更に好ましく
は２５ｍｍ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。代表的には、圧縮成形の一種であるスタンピング成
形が挙げられる。これは、主としてチョップトストラン
ドにマトリックス樹脂を含浸させた固形のシート（スタ
ンパブルシート）をカットしたブランクを、あらかじめ
遠赤外線あるいは加熱空気等により樹脂が溶融する程度
に加熱し型にチャージし速やかに型をとじ加熱ブランク
を若干流動させて賦形する成形方法である。クランピン
グ圧縮成形は、繊維強化樹脂の伸びるシート（Ｓｔｒｅ
ｔｃｈａｂｌｅ Ｓｈｅｅｔ）を成形型のフレームにき
つく固定（クランピング）し加熱した型により賦形する
成形方法である。好ましい繊維の形態はチョップトスト
ランドマット、渦巻状の連続繊維あるいは配向した不連
続繊維のマットである。通常の連続繊維の場合には、伸
びない（ｎｏｎ−ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ）ので、前述
とは異なる別の方法がある。これはスリップフレーム法
（Ｓｌｉｐ−Ｆｒａｍｅ）であり、シートのクランプ力
をスリップする様に調節する成形方法である。これまで
の方法はいずれも雌雄の一対の成形型を使用する圧縮成
形であるが、以下の方法は片側のみの型を使用する方法
である。ダイアフラム法はシートをダイアフラム間には
さみ型の反対側から空気圧をかける方法であり、Ｔｈｅ
ｍ−ｘ（ＳＭ）法はゴム粉末の熱膨張によって加圧・賦
形する方法である。全く別の形成方法としては、強化繊
維の賦形体を冷却型内に予め載置しておき射出成形機等
を用いて速やかに溶融樹脂を供給後直ちに型締めし、含
浸と賦形を同時に行う方法（射出−圧縮成形）である。

【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。

【００１４】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＋９０）×ｔは、本発明の飽
和ポリエステル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＋９０）×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
輪自動車の場合には、小さい剛性の方が好ましく、式
（８．９×Ｖｆ＋９０）×ｔは２７０〜９００更に好ま
しくは４００〜８００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。

【００１５】繊維含量Ｖｆ（％）は、成形材料及び／あ
るいは成形方法毎に成形しやすい範囲があるので、適切
に選択すればよい。スタンパブルシートを使用しスタン
パブル成形を行う場合は、Ｖｆは１０〜４０％の範囲内
であり、材料の流動性やボイドの発生を小さくするため
１５〜３０％がより好ましい。繊維の賦形体を成形型上
に前置し、溶融樹脂をその上に供給する方法（射出−圧
縮）の場合は、１０〜５０％好ましくは１５〜４０％で
ある。クランピング法，スリップフレーム法，ダイアフ
ラム法あるいはＴｈｅｍ−ｘ（ＳＭ）法場合は、非常に
高いＶｆが可能であり、６０％でも成形できる。

【００１６】式（Ｉ）中のｔは全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。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。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】

（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。

【００１９】それぞれの成形品の外観図を図４，図５に
示す。平均繊維長が約２５ｍｍのランダム配向の全芳香
族ポリエステル繊維のスタンパブル成形用シート（全芳
香族ポリエステル繊維含量２１重量％、マトリックス樹
脂はポリエステル樹脂）を用いてスタンパブル成形を行
った。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、ＵＰＰＥＲ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３．５ｍｍで
あり、車体の重量は、７．３ｋｇであった。この時式
（Ｉ）中の（８．９×Ｖｆ＋９０）×ｔの値は、（８．
９×２０＋９０）×３．５＝９３４となり、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実用可能な剛性を有してい
ることがわかる。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】（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。

【００２３】

【表２】

【００２４】（８．９×Ｖｆ＋９０）×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×Ｖ
ｆ＋９０）×ｔが、剛性に比例することを示している。

【００２５】（実施例５）全芳香族ポリエステル繊維の
繻子織りの織物にポリエステル樹脂を含浸させたプリプ
レグを使用してスリップフレーム法により車体の成形を
行った。成形用の型は実施例１と同じ形状の金型を使用
した。プリプレグは、予めほぼ疑似等方の配向になるよ
うに積層させたシートとしておいた。トリミング後実施
例１と同様に車体に組み立てた。繊維の体積含量Ｖｆは
５５％、平均厚みは２．５ｍｍ、式（Ｉ）の値は１４４
９であった。ねじり剛性は５．７ｋｇ／ｍｍであった。
重量は５．３ｋｇであった。

【００２６】（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。繊維の含量Ｖｆは５５％、厚
みは５．０ｍｍ、式（Ｉ）の値は２８９８であった。ね
じり剛性は１１．３ｋｇ／ｍｍ、車体重量は１０．６ｋ
ｇであった。

【００２７】

【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し二輪または
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断面の説明図である。

【図３】図３は、ＢＢ断面の説明図である。

【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、請求範囲中の不等式の中間項：（８．
９×Ｖｆ＋９０）×ｔとねじり剛性とが比例することを
示す図である。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】 飽和ポリエステル樹脂をマトリックス樹
   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を有する二輪または三輪自動車の
   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（ｍ
   ｍ）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＋９０）×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。