フレーム形式_(自動車)
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「スケルトンボディ」はこの項目へ転送されています。一般的な用法については「スケルトン」をご覧ください。
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フレーム形式(フレームけいしき)は、自動車の構造の技術である。「フレーム」は英語で「骨組み」、「枠」を意味する。日本語で車枠とも。

自動車の車台構造は、セパレートフレーム、アンセパレートフレーム、ユニコンストラクション(モノコック、ユニボディー)に大別される。
セパレートフレーム

ボディー・オン・フレーム (Body-on-frame) とも呼ばれ、単にフレーム型、フレーム構造ともいわれる。堅牢なフレームをつくり、そこに別に製作したボディーを乗せる構造のこと。フレームはエンジントランスミッション車軸サスペンション車輪など駆動列(ドライブトレーン)を支える役割があり、多くの場合これのみでの走行も可能である。これは自動車の始まりから現在まで続く基本的構造である。

最初のフレーム材料は製で、一般にはトネリコが使われた。これは1900年頃より一般に鉄製(スチール製)に置き換わった。その先駆は1900年のメルセデス・シンプレックス(英語版)である。ごく一部の小型軽量車両ではその後も1930年代まで軽量化を主目的に木製フレームが使われていた。モーガンでは今もトネリコを使い続けている。

米国では自動車のデザインを頻繁に変更する販売様式(計画的陳腐化)をとっており、ボディー設計自由度の高いはしご型フレーム(ラダーフレーム)を使用する時代が長く続いた。これにより消費者に一番訴求力のあるボディー様式と内装が、車の基本性能に影響を与えることなく頻繁に変更できるため、設計開発期間の短縮によるモデルチェンジの経費と、新型車の販売価格を低減できた。またこのことは、同じシャーシから乗用車トラックバンなど、異なる車種を容易に製作できることになり、モデルの多様化にも貢献した。特に自動車開発がコンピューター化されていない時代にはこの点が大きな優位性をもっていた。

第二次世界大戦後、航空技術者自動車産業界への進出により、小型車の多くは1960年代よりモノコック構造に移行しており、トラック、一部のバス、大型乗用車のみが従来型のフレーム構造を踏襲していた。移行には数十年を要したが、今日ではSUVと呼ばれる区分に属する車両でもモノコックが採用される場合が増えている[注釈 1]

しかしながら、重量物を積載するトラックなど過酷な使用に耐える車両では、いまだセパレートフレーム構造が主流となっている。

フォード社のリンカーン・タウンカーは高級車最後のセパレートフレーム構造であり、リムジン車両製作では、車体架装の容易さから多くの需要がある。
特徴

長所

設計、製作、修正が容易。
CADが一般的に使用されるようになった今日、量産車においてはこの項目の重要性は低いが、競技車両では有効。

頑丈で耐久性が要求される用途に向いている。

交通事故に遭った際の車体修復が容易。


短所

モノコックよりも重い(はしご型フレーム)。

一般的に重心が高め(はしご型フレーム)。

モノコックと比較し、トーション(力が加わった際の全体のねじれ)に弱く、ねじり剛性が低い(マルチチューブラーフレームを除く)。

フレームと車体の振動周波数が異なり低級振動が出やすい(マルチチューブラーフレームを除く)。


種類
はしご型2007年トヨタ・タンドラ。後方から見たはしご型フレームのローリングシャーシ。後車軸回りがキックアップしている。はしご型フレームは止めのため「シャーシブラック」と呼ばれる厚い黒色塗装を施される例が多い。

ラダーフレーム、またはH形フレームともいわれ、その名の通りはしご状のフレーム。製作と強度確保が容易で、歴史も長く現在でも採用例が多いなど、セパレートフレームの代表とも言える。

前後に通る2本のメインフレーム(サイドメンバー)の構成には、求められる仕様によって、「コ」の字形の開断面と「ロ」の字形の閉断面、それを組み合わせた部分開(閉)断面とがある。このほかに、板厚や断面積の変化、左右をつなぐクロスメンバー(はしごの段にあたる)、接合部の補強によって強度や剛性の調節をする。

強度に優れ車体架装が容易なことから、トラックのほとんどが採用しており、トラックベースの一部のバスSUVにも用いられている。

歴史的に見ると、その初期には前身となる木製フレームの構造を受け継ぎ、一直線状のチャンネル型鋼が使われていた。真っ直ぐなチャンネルフレームは、強度確保や加工は容易ながら、上下に動く車軸と干渉しないようにすると床が高くなる欠点があるが、トラックでは実用上の問題とならないため、現在でも広く用いられている。

バスや乗用車、一部の小型トラックでは、ストレートフレームが主流の時代には後車軸をフレーム下ではなく、上方に取り付ける「アンダースラング構造」で低床化を図った事例もあるが、1930年代以降は、後輪周囲のみを一段持ち上げてフレーム下配置の後車軸サスペンション行程を確保した「キックアップ構造」が主流となった。

それでもメインフレームやサイドメンバーが床下にあるため、乗用車での床高は完全な解消が難しく、またゴムブッシュを介した車体締結は低級振動が発生しやすいため、乗り心地の点でモノコックボディーに対して不利となる。

日本のレントゲン車では、大型検査機器の重量に対応するため、はしご型フレームのトラックにスケルトンフレームを追加して製作されている。
バックボーン型タトラ・T11のバックボーンフレーム

前後軸間の車体中心線上に「背骨」を配し、動力やサスペンションをそれに取り付けるもの。1900年頃のアメデー・ボレー2世が小型試作車に採用したのが嚆矢であるが、一般に普及したのは1924年のタトラ・T11(英語版)での採用以後である。このT11ではたった一本の丸鋼管サスペンションエンジントランスミッションデフが取り付けられており、プロペラシャフトまでもが内蔵されている。

はしご型フレームよりも軽く簡潔ながら、ねじれに強く、ボディ形状に左右されずにサスペンションやドライブトレーンを自由に設計できる利点があるが、自動車が低床化されてくると、室内空間が大きなフロアトンネルに取られる短所が顕在化したため、以降は競技車両スポーツカーに見られる程度となっていった。

第二次世界大戦後では、アルピーヌ・A110ロータス・ヨーロッパが代表例である。また、ロータス・エランジャガー・Eタイプトヨタ・2000GTが採用した、前後サスペンション部分を「二股」に開いたX型フレームもバックボーン型に分類される。X型は1930年代にバックボーン型から派生したもので、その先駆はメルセデス・ベンツの小型モデル各車であった。
プラットフォーム型フォルクスワーゲン・タイプ1のプラットフォームフレーム

バックボーンの類型で、「背骨」と「床板」を一体化したもので、強固なフロアパンに動力とサスペンションが取り付けられている。フロアパンにも応力を負担させることでバックボーンの断面積を抑えることができ、低床化に有利となった。フレーム単体での走行は可能であるが、上記の2例に比べ、完成後のフレームと車体の分離は容易ではなく、通常は修理のためにボディーを剥がすことは無い。

タトラフォルクスワーゲンの一連のリアエンジン車や、930型までのポルシェ・911シトロエン・2CVルノー・4CVなどが代表例。日本では、トヨペット・SA型が知られている。

1930年代に自動車のフレーム構造がここまで進化すると、同時期に実用化されたモノコック構造の鋼製ボディーがプラットフォームフレームと併用されるようになり、車体とフレームの組み合わせでセミ・モノコック構造を構成するに至った。これはやがて第二次世界大戦後の乗用車における主流設計となったフル・モノコック構造へと発展した(ここでの「セミ・モノコック」と「フル・モノコック」は、航空機の分野での「セミ・モノコック」とは全く異なる用語法なので注意)。

プラットフォーム (自動車)も参照。
ペリメーター型ボレー「ロベイサント」(1875年)。フレームを車体外縁部に巡らせた、原始的なペリメーターフレームを採用した。

ペリメーターとは、周囲、周辺の意。ボディー床の周囲にフレームをつけたもので、中間にメンバーを通さないため、フロアを低くすることができる。しかし、そのままではねじり剛性や曲げ剛性が低くなるため、ボディーと一体化し、応力の一部をボディーに負担させることでそれを補っている。

他のフレーム構造に比べ、軽量でコストも安く、衝突時のエネルギー吸収では、フレームレス構造よりボディー変形を少なくすることができるという利点がある。

歴史は極めて古く、1875年にフランスのアメデー・ボレーが開発した大型蒸気自動車「ロベイサント」(L'Obeissante) に早くも採用されていたが、盛んに用いられるようになったのは、1950年代以降のアメリカ車が、このフレームとモノコックボディーとを組み合わせたセミ・モノコック構造を採るようになってからである。
代表的車種

GM
シボレー・コルベット - 2本の鋼管から形成されたペリメーターフレームを採用。GMが独自に開発した高圧流体プレス加工(雄型を用いず水などで代用する)によって成型している。車体剛性の向上と軽量化などの利点がある。ドライブトレーンも平坦に配置できるため、広い居住空間と荷室空間を実現した[1]

GM キャデラック・XLR

トヨタ・クラウン - 3代目(S50型)からマジェスタを除く9代目(S140型)(1967年 - 1995年)まで

マツダ・オートザムAZ-1

シトロエン・CX

ダイハツ・コペン - 2代目

アンセパレートフレーム

非分解型のフレーム構造。
マルチチューブラーフレーム

多数の小径鋼管を応力の発生に沿った配置に組み合わせて溶接する方法で、CADワイヤーフレーム(線図、透視図)を実体化したような見た目となる。古くは丸鋼管を用いていたが、規格品の種類が増えた現在では、角鋼管が使われることが多い。

「鋼管フレーム」「パイプフレーム」「スペースフレーム(空間骨格 = 3次元の骨組み。建築におけるスペースフレーム(英語版)も参照)」、「スケルトン(骨格)」、英語で鳥かごを意味する「バードケージ (bird cage)」などの別称もあり、単にチューブラーフレームとも呼ばれるほか、ジャングルジムとたとえられることもある。

大規模な生産設備が不要でありながら、モノコック構造に勝る衝突安全性と剛性が低コストで得られ、軽量でスペースを取らない点や、改造や修復も容易なことなど、利点は非常に多い。その特徴から、レーシングカーやバックヤードビルダーを含む少量生産のスポーツカーに採用例が多く、個人レベルでの制作も可能である。伝統的に市販車を用いてきた競技のトップカテゴリは近年、市販車の骨格の差異による有利不利を無くしてメーカー参入の障壁を下げるため、NASCARダカール・ラリーWRCなど幅広いメジャーカテゴリで競技専用設計のチューブラーフレームに市販車の外観を被せるという規定が主流となりつつある。またSUPER GTのGTA-GT300規定やBTCCのNGTC規定のように、キャビンについては市販車のモノコックを用いることを義務付けつつ、その前後をチューブラーフレーム化することを認めているようなケースもある。

短所としては、構造上高剛性を確保しようとすると開口部が狭くなり横開き式ドアの設置が困難になること[注釈 2]や、ロボット組み立てなどの大量生産に向かないことがある。


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