オートバイのフレーム

オートバイのフレームはオートバイのコア構造です。エンジンを支え、ステアリングとリアサスペンションの位置を提供し、ライダーと乗客や荷物を支えます。また、フレームには燃料タンクとバッテリーが取り付けられています。フレームの前部には、ピボットフロントフォークを保持するステアリングヘッドチューブがあり、後部にはスイングアームサスペンションの動きのピボットポイントがあります。一部のオートバイ^[1]には、エンジンが荷重支持応力部材として含まれています。一方、他のバイクでは単一のフレームを使用せず、代わりにエンジンに取り付けられたフロントサブフレームとリアサブフレームがあります。^[2]

初期のオートバイは原動機付自転車に過ぎず、そのためフレームは鋼管でした。鋼管の使用は今でも一般的ですが、現代ではチタン、アルミニウム、マグネシウム、カーボンファイバーなどの他の材料や、これらの材料の複合材料が使用されています。オートバイによって設計パラメータ（コスト、複雑さ、重量配分、剛性、出力、速度など）が異なるため、理想的なフレーム設計は1つではなく、設計者は十分な情報に基づいて最適な選択を行う必要があります。^[3]

ヨーロッパと米国では、最近までスチールチューブがデフォルトの素材でした。すべての主要メーカー（AJS、Ariel、BSA、Matchless、Norton、Sunbeam、Triumph、Velocette、BMW、DKW、Ducati、Moto-Guzzi、Harley-Davidson、Indian）がスチールチューブを使用していました。

例

• ノートン フェザー ベッドフレーム
• ほとんどのドゥカティバイク
• ホンダ CB750

自転車のフレームでは、鋼管フレームが円形または楕円形のアルミニウム管を溶接したフレームに取って代わられましたが、オートバイのフレームのアルミニウムは、ほとんどの場合、より角張った形で溶接され、モノコックフレームを形成することがよくあります。

例

• ホンダ VFR750
• ヤマハ YZF-R1

1983年、アームストロング・モーターサイクルズは、革新的なカーボンファイバーフレームを使用した250ccのグランプリバイクを生産しました。^[4]フォーミュラワン業界で使用されている技術に倣い、アームストロングのデザイナーであるマイク・イータフとバリー・ハートは、グランプリレースに出場するためにカーボンファイバーフレームを使用した最初のバイクを製作しました。^[4]

例

• ドゥカティ デスモセディチ
• モトCzysz C1

例

• 1988 エルフ ROC -ホンダエルフ5- NSR500 500 ccグランプリ^[5]

例

• 1971 チタンハスクバーナインターAMA モトクロス^[6]

例

• ビモータSB8Kは、2本のアルミニウム合金ビームとカーボンファイバープレートで構成されています。
• MVアグスタF4 750セリエオロ、マグネシウムとアルミニウム
• Greeves 250DCX Sportsman は、鋳造合金の「ダウンチューブ」、管状鋼のリア サブフレーム、およびセミモノコック スパインを備えています。

オートバイのエンジンは 1 本の背骨から吊り下げられています。背骨は堅固な構造である可能性があります。

例

• ホンダ CB92 ベンリィ
• MZ TS250
• ホンダ CB600F ホーネット

オートバイのエンジンは、単一の背骨を持つ単一のクレードルに保持されています。

例

• ホンダ CG125

オートバイのエンジンは、単一のスパインと単一のダウンチューブを備えた二重クレードルに保持されています。

例

• ホンダ CB1000
• スズキ TS50ER

オートバイのエンジンは、一対の独立したクレードル内に固定されています。ノートンフェザーベッド フレームは典型的な例ですが、多くの「デュプレックス」フレームには、実際にはタンクの下に 1 つのスパインがあります。

例

• ノートン・マンクス
• スズキ TS50X

ビームまたはツインスパーとも呼ばれる2 本のビームがエンジンの周囲を包み、ステアリング ヘッドとスイング アームを可能な限り短い距離で結合して剛性を高めます。ビームは通常、プレス加工された金属 (スチール/アルミニウム) で作られています。トレリス フレームも同じ概念を採用していますが、プレス加工された金属の代わりに溶接された部材を使用してトレリスを形成します。

アントニオ・コバスは、現在多くの現代のレーシングバイクや量産バイクに使用されている、現代的なアルミ製ペリメーターフレームシャーシの先駆者として知られています。^[7] 1982年、コバスはスチール製のバックボーンフレームに代わる、より強くて軽いアルミ製ツインビームシャーシを開発しました。^[7]この技術は大手バイクメーカーに模倣され、1990年代までにはグランプリ競技のすべての主要レーシングチームがコバスが開発したアルミ製フレームデザインを採用しました。^[8]

例

• 1885ダイムラーライトヴァーゲン
• ホンダ CBR1000RR
• ヤマハ FZR600
• ドゥカティ パニガーレ V4

フレームは、金属板からプレスまたは打ち抜き加工されて、自動車タイプのセミモノコックを形成する。最も初期の例の1つは、1920年にルイ・ジャノアが製造した965ccのオートバイであり、フレーム、リアスイングアーム、およびフロントフォークにプレス鋼が使用されていた。フレームは完全にプレス加工されている場合（アリエル・アロー）、またはプレス加工された後部セクションのみがステアリングヘッドに従来の鋼管スパインで接続されている場合（ホンダ・スーパーカブ）がある。スーパーカブとアローはどちらも、従来の伸縮式フォークの代わりにプレス鋼フォークを使用している。

例

• ルイ・ジャノワール1920 965cc フラットツイン^[9]
• アリエル・アロー^[10]
• ホンダスーパーカブ^[11]

自動車の世界ではより一般的なモノコックフレームは、荷重が外皮によって支えられる構造で構成されています。オートバイでは、ほぼレース用オートバイにのみ使用されています。

フランスの実業家でエンジニアのジョルジュ・ロイは、1920年代に、当時の自転車にヒントを得たオートバイのフレームの改良を試みた。剛性が足りなかったため、ハンドリングが制限され、性能も低下した。1926年に特許を申請し、1929年のパリ自動車ショーで、アールデコ調の新型オートバイ、1930年型マジェスティックを発表した。新型のモノコックボディは、彼が取り組んだ問題を解決し、剛性が向上しただけでなく、フレームと車体が風雨からある程度保護するという二重の役割を果たした。厳密に言えば、セミモノコックに近いもので、ボックスセクションのプレス鋼製フレームに、クロスメンバーでリベット留めされたツインサイドレール、フロアパン、リアバルクヘッド、フロントバルクヘッドを採用していた。^[12]

ピアッティの軽量スクーターは1950年代に製造され、鋼板プレスを溶接したモノコックの中空シェルを使用し、エンジンとトランスミッションを下から取り付けた。機械を横に倒し、ボルトで固定されたフットボードに載せて機械にアクセスできた。^[13]

1967年のグランプリ・モーターサイクル・レース・シーズンに向けて、スペインのメーカーであるオッサがモノコックフレームのバイクを開発した。^[14]単気筒のオッサはライバルよりも20馬力（15kW）低かったが、45ポンド（20kg）軽く、モノコックフレームは従来のバイクのフレームよりもはるかに剛性が高く、レーストラックでの機敏性に優れていた。^{[14]オッサはモノコックバイクで4回のグランプリ・レースに勝利したが、} 1970年のマン島TTレースの250ccイベント中にライダーが事故死し、オッサ工場はグランプリ競技から撤退した。^[14]

1970年代初頭、エリック・オフェンシュタットやダン・ハネブリンクなどの著名なデザイナーが、レース用のユニークなモノコックデザインを生み出した。^[15] 1973年のマン島TTレースのF750イベントでは、ノートン・コマンドをベースに設計に協力したモノコックフレームのジョン・プレイヤー・スペシャルに乗ったピーター・ウィリアムズが優勝した。^{[16] [17]}ホンダはまた、1979年にモノコックのグランプリレーシングバイクであるNR500の実験を行った。^[18]このバイクには楕円形のシリンダーを備えたエンジンなど、他の革新的な機能もあったが、一度に多くの新技術を開発しようとすることで生じる問題に最終的に屈した。1987年にジョン・ブリッテンは、重量がわずか12kg（26ポンド）の複合モノコックシャーシを備えたエアロDワンを開発した。^[19]

アルミニウムモノコックフレームは、2000年にカワサキのZX-12R ^[20]で初めて量産バイクに採用されました。ZX -12Rは、最速の量産バイクを目指した主力スポーツバイクです。 2000年にCycle World誌はこれを「モノコックバックボーン...単一の大径ビーム」であり「鋳造と板金打ち抜き加工の組み合わせで製造」と評しました。^[21]

一体型のカーボンファイバー製 自転車フレームはモノコックと呼ばれることもありますが、ほとんどがフレーム構造を形成するために部品を使用しているため（一体成形されている場合でも）、^これらはモノコックではなくフレームであり、自転車業界では引き続きフレームセットと呼ばれています。

例

• 2000カワサキ ニンジャ ZX-12R
• 2006カワサキ ニンジャ ZX-14
• 2012ドゥカティ 1199

「モノコック」フレームがチューブやロンジロンなどの追加のサポートを使用する場合、そのフレームはより正確には「セミモノコック」と呼ばれます。例としては、ピーター ウィリアムズのセミモノコック ノートン レーサーがあります。

トレリス フレームは、三角形の補強材に配置された金属管を使用して、ステアリング ヘッドをスイングアームピボットに可能な限り直接接続します。格子桁の原理を使用して、トレリス フレームは通常、円形または楕円形の断面を持つ金属管セグメントを溶接またはろう付けして構築されます。適切に設計されたトレリス フレームは、エンジンとコンポーネントの配置を簡素化し、メンテナンスのためのアクセスを容易にする、強力で軽量な構造を提供します。トレリス フレームの構築には、たとえば合金ビーム フレームよりも複雑なプロセスが必要ですが、必要なのは簡単な治具と有能な溶接工だけです。多額の資本支出は必要ないため、トレリス フレームは比較的少量生産されるモデルに最適です。このため、トレリス フレームはヨーロッパのメーカー、特にドゥカティに好まれています。

ヤマハ TRX850などの一部のオートバイには、スイングアーム ピボット領域に合金鋳造を採用したハイブリッド フレームがあります。別のバリエーションとして、エンジンをトレリス フレームから吊り下げ、スイングアームピボットをエンジンの後部に鋳造するというものがあります。

例

• 最も現代的なドゥカティ
• スズキ バンディット400 1989年モデル
• ホンダVTR250
• KTM 690 エンデューロ
• KTM 1290 スーパーデュークR

ライダーの快適性のために、オートバイのエンジンはゴム製のブッシングに取り付けられ、振動をマシンの他の部分から遮断することができます。この戦略は、エンジンがフレームの剛性にほとんど貢献しないことを意味し、振動を分散させるのではなく吸収することで、フレーム、排気管、その他の部品に応力による損傷を引き起こす可能性があります。^[3]

代わりに、エンジンがフレームにしっかりと取り付けられている場合、振動はフレーム全体とライダーに伝わり、分散されます。 しっかりと取り付けられているため、エンジンはフレームの全体的な剛性に貢献できます。 また、スイングアームをフレームではなくエンジンに直接取り付けることも可能になり、スイングアームのピボットまで下方に伸びるフレームメンバーの必要性を回避できます。 エンジンとフレーム間の取り付けポイントの数を増やすことで、フレーム内の振動と応力をよりよく分散でき、通常は後部のスイングアーム、上部のシリンダーヘッド、前部の下部クランクケース領域の間に三角形が形成されます。 しっかりと取り付けられたエンジンがフレームの剛性に貢献するだけでなく、フレームの剛性に不可欠であり、ヘッドストックからスイングアームに力を伝達する三角形またはトレリス構造を閉じるための不可欠な部分であり、エンジンがなければフレームが変形するほどである場合、エンジンはストレスメンバーまたはリフトエンジンと呼ばれます。 エンジンとフレームの間で負荷を分散すると、オートバイ全体の重量が軽減されます。^[3]

ストレスメンバーエンジンは、少なくとも1916年のハーレーダビッドソン8バルブレーサーで開拓され、1919年までに量産型のハーレーダビッドソンモデルWに組み込まれました。 ^[23]これはキーストーンフレーム、またはダイヤモンドフレームと呼ばれていました。^{[24] [25]} 1946年のヴィンセントシリーズBラピードは、ストレスメンバーエンジンを含む「当時の傑作」と称された高度なシャーシで設計されました。 ^{[26] 1983年の}カワサキGPZ900Rの初期テスト中に、ツインダウンチューブが組み込まれ、完全なクレードルが作成されましたが、ダウンチューブはほとんど負荷を支えないことが判明したため、ダウンチューブは削除され、シャーシの剛性はスチールバックボーンとエンジンの組み合わせに完全に依存しました。^{[27] 1994年の} BMWのR1100シリーズツインは、フレームの応力を完全に軽減し、エンジンがフロントテレレバーフォークからリアモノレバーまで全負荷を支えました。^{[28] [29]}

フレームの剛性は、オートバイの設計者にとって問題である。これは、オートバイの原型となった自転車のフレームにとっても同様である。^{[30] [31]}

工場で製造されたフレームの剛性を変更することで、操縦特性を向上させることができます。これは、工場で製造されたフレームを三角形に分割することによって行われることが多いです。^{[30] [32]}三角形分割は、構造を強化するために多くのエンジニアリングアプリケーションで使用される手法です。^[33]ただし、柔軟なフレームは負荷を吸収するスプリングとして機能するため、フレームの他の部分に過負荷がかかると、望ましくない影響が生じることもあります。^[34]

21世紀には、高出力エンジンが高トラクションタイヤを駆動するなどの進歩^[35]や、サスペンション部品、特にフォークの性能向上^[36]により、フレーム全体の剛性を高めたデザインが消費者に提供されるようになりました。アナリストの間では、無限の横方向の剛性が望ましいのか^[36]、または有限の程度の組み込みフレックスが望ましいのかについては意見が分かれています。^{[37] [38]}

バイクのハンドリングが適切でない場合は、バイクのフレームの形状の変形をチェックすることが重要です。この測定は、事故後や中古バイクを購入する前に重要になることがあります。^{[引用が必要]}

• 自転車のフレーム
• オートバイとモーターサイクルの概要
• スペースフレーム § 車両
• アンダーキャリッジ

ウィキメディア・コモンズには、オートバイのフレームに関連するメディアがあります。

• アブド、エドワード (2012)、モダン モーターサイクル テクノロジー、第 2 版 (第 2 版)、Cengage Learning、p. 382、ISBN 9781111640644
• ブラウン、ローランド（1991）、ホンダ：完全な物語、クロウッド、p. 22、ISBN 1-85223-544-6
• コッコ、ガエターノ（2004）、モーターサイクルデザインとテクノロジー、ミネソタ州セントポール：モーターブックワークショップ/MBI、pp. 119–132、ISBN 0-7603-1990-1、 2011年2月26日閲覧
• クームズ、マシュー、シューマーク、ピート（2002）、オートバイ基礎技術書（第2版）、ヘインズマニュアル、p. 9.6、ISBN 978-1-85960-515-8
• Enright, Gráinne (2015)、「構造」(PDF)、Technology for Leaving Certificate、ダブリン: Golden Key、構造上の意味では、三角形分割は、フレーム構造で追加の強度とサポートを提供するために使用される手法を指します。
• フィールド、グレッグ（2002）、クラシックハーレーダビッドソンビッグツインズ：ナックルヘッド、パンヘッド、ショベルヘッド、モーターブックスインターナショナル、ISBN 9781610608817
• フォール、トニー (2006)、「構造上の考慮事項: 三角測量」、オートバイのフレームとシャーシの設計: 芸術と科学、トニー フォール デザイン、ISBN 9788493328634
• ハント、フィル; マッケイ、マルコム; ウィルソン、ヒューゴ; ロビンソン、ジェームズ (2012)、ダックワース、ミック (編)、Motorcycle: The Definitive Visual History、DK Publishing、ペンギン グループ、p. 310、ISBN 978-1-46540-088-8
• パークス、リー（2015）、「トラクション」、トータルコントロール：ハイパフォーマンスストリートライディングテクニック（第2版）、モーターブックス、ISBN 9780760343449
• ラファティ、トッド（2001）、ハーレーダビッドソンモーターサイクルのイラスト入りディレクトリ、モーターブックスインターナショナル、pp. 59、64–67、ISBN 0-7603-1126-9
• スターマー、ビル（2006）、ストリートバイク：知っておくべきことすべて、ミネソタ州セントポール：モーターブックスワークショップ/MBI、p. 155、ISBN 0-7603-2362-3、 2011年2月26日閲覧
• ウォーカー、ミック（2006）、オートバイ：進化、デザイン、情熱、ジョンズホプキンス大学出版、pp. 174-175、ISBN 0-8018-8530-2