モノコック
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出典検索?: "モノコック" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL(2011年7月)
セミモノコック構造機体の例
ボーイング299(XB-17
1935年)の機首内部

モノコック(フランス語:monocoque)、モノコック構造(モノコックこうぞう)とは、自動車鉄道車両ミサイル・一部の航空機などの車体・機体構造の一種で、車体・機体の外板に応力を受け持たせる構造のことをいう。応力外皮構造(おうりょくがいひこうぞう)、または張殻構造(はりがらこうぞう)ともいう。
工法の特徴など

ギリシャ語で「ひとつの…」という意味の接頭語"mono"と、フランス語で「貝殻」という意味の語"coque"を組み合わせた合成語。車体・機体の骨組み(フレーム)の代わりに、外板に必要最小限の加工を施して強度剛性を持たせる設計のことで[1]、内部空間を広く取ることができ、構造を簡素化することで軽量化にもつながる。

外板を強度部材とする場合、カメ甲羅などのように丸みを持たせるといくつかの利点があるため、断面形状が丸みを帯びているという特徴を持っていることも多い。

厳密には一切の骨材ないし骨のような構造を用いず、外板の板材だけから成る構造が(純)モノコックだが、翼の付け根などといった応力が集中する部分が耐えられないなど難しい点も多く、現在の航空機の多くなどのように縦通材などを併用して主として引っ張り力が外板に掛かるようにする、いわゆる「セミ・モノコック」構造の採用が他の分野でも一般的であり、この記事でも以下ではもっぱら「セミ」は付けない。なお、「開口部があってはいけない」「角張っていてはいけない」というような理解が時折見られるが、そうでない例もある。たとえばいわゆるボックスティッシュの箱も一種のモノコック構造だが、構造上、強度をあまり下げることなく穴が開けられており、また丸くはなく箱型の例でもある。
歴史

モノコック構造はもともと航空機に始まり[1]、自動車や鉄道車両にも応用されるようになった。

日本では、第二次世界大戦後の1950年代以降から自動車や鉄道車両に多く用いられるようになった。第二次世界大戦の終戦後、航空機の開発・生産が禁止されたのを受けて、航空機製造技術とその技術者を活かして開発が進められた経緯がある。
輸送機器の種類別概説
航空機図3がモノコック構造、図4がセミモノコック構造木製モノコック構造のドゥペルデュサン・モノコック・レーサー(1912年)「旅客機の構造#胴体構造」も参照

初期の航空機は木や金属の骨組みにや薄い金属板を貼る枠組構造であったが、空気抵抗の少ない流線型の胴体を製作することが難しかった。そこで、薄い金属板を円筒形(または楕円断面)に丸めて外板とし、フレームで形状保持するモノコック構造が登場した。しかし、大型化すると充分な強度が確保できないため、現在は小型機に見られる程度である。

大半の航空機は、縦方向の円框(フレーム)と前後方向の縦通材(ロンジロン、ストリンガ)という骨材で外板を補強するセミモノコック構造で作られている。機体にかかる引張力は外板・縦通材が負担し、曲げ荷重からの圧縮力は外板に代わり縦通材が分担している[2]。激しい動きでより大きな負荷がかかる戦闘機では、太い強力縦通材(ロンジロン)を多用している。

旅客機輸送機が高高度を飛行する時には、空気中の酸素が少なくなるため、機内の気圧が機外よりも0.5 - 0.6気圧高くなるよう与圧を行っている。胴体前後には、機内を密閉し与圧を保持するための圧力隔壁が備わっている。機内外の圧力差により、外板の内側には1平方メートルあたり6トンを超える力がかかる[3]。角の部分があるとそこに応力が集中して金属疲労の原因となるため、応力が分散するよう設計が工夫されている(コメット連続墜落事故も参照)。
自動車「フレーム形式 (自動車)」も参照1939年発表のGMC トランジット
富士重工製バスボディにも大きな影響を与えた。写真は1948年製 TDH-3610型。1949年発表の富士産業(当時、後の富士重工)・ふじ号の床下。ラダーフレームは見られない。日本のバスの例
モノコックボディー(右)と
スケルトンボディー。

モノコックボディーはフレームとボディを一体に作った車体で、1980年代以降のバス車輛を除く自動車のほとんどに用いられるボディ構造。フレームレス構造とも呼ばれ、英語ではframeless construction、米語はunitized constructionにあたる。

馬車から発展した自動車の車体は当初屋根がなく、きちんとしたキャビンを持つようになってもシャシや車体の構造は、骨組みとなる骨格部位で荷重入力を受け止めていた。大荷重や様々な用途に対応する必要のある中型から大型にかけての貨物自動車には現在もはしご型フレームが使われているが、乗用車や小型商用車では、見栄えを変えるためのモデルチェンジを頻繁に行う「計画的陳腐化」には都合が良いが、床の高さやフレーム自体の重量は商品性を大きく下げる原因となる。そこで、欧州車ではプラットフォームフレーム1930年代後半に、アメリカ車ではペリメーターフレームが1950年代に登場し、その後シャシとボディーの一体化が進み、現在のモノコックボディーへと至っている。

市販車以外でモノコックボディーの先駆けとなったのは、1915年インディアナポリス500に出場したレーシングカーのコーネリアンで、鋼板製モノコック構造を採用していた[4]乗用車としては1922年、市販車ではイタリアのランチアラムダで採用し、以降各社がこの構造を模範とするようになっていった。欧米と比べ自動車産業の歴史が浅い日本でも、1950年代末にモノコックボディーが現れ、その後急速な勢いで主流となった。なお、レーシングカー、特に1品ものやごく少量の生産の場合は、大量生産が前提の一般乗用車と違い、プレス成形によるモノコックボディは現実的ではないという点に留意が必要である。そのため、レーシングカーの場合は、プラットフォームフレーム型から、カゴ状の鋼管によって車内の空間を確保するスペースフレームへと発展した。レースによっては現代でも鋼管スペースフレームは健在であり、最新のカーボンモノコックでも鋼管スペースフレームの併用も多い。レーシングカーのモノコック(化)は、一般乗用車のそれよりも、航空機のそれに構造が近い場合も多く、また、材料が伝統的な鋼やアルミ合金等から、現代的なFRPやカーボンの時代になって、それらによるモノコックが作られるようになった、という経過もある。

モノコックボディーの特徴は、組み合わされているパーツ全体で剛性強度を保持するようになっていることである。よく比較されるのは鶏卵である。殻そのものは薄く、強度も低いが、全体で力を分散して受け止めるようになっている。

メリット:軽量で剛性が高く、床を低くできる特徴を持つ。衝突時のエネルギー吸収性に優れる。


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