大型高性能LMW用フロントフォークの開発

製品紹介

大型高性能LMW用フロントフォークの開発
牧１

野公昭と大きく異なる仕様となっている．KYBモーター
サイクルサスペンション㈱（以下KMS）はNIKENはじめに４ 輪の自動車や ２ 輪のモーターサイクル同様， ３輪の車両も過去から様々なものが提案・実現されてきた．近年では，2013年にヤマハ発動機㈱（以下YMC） 様 が リ ー ニ ン グ マ ル チ ホ イ ー ル（以 下LMW）という車両システムを発表し，大きな注目を集めている．このLMWは ３ 輪あるいはそれ以上の車輪を持ち， ２ 輪車と同じように車輪を含めてリーンさせる（傾ける）事でバランスをとりコーナーを曲がる事を特徴としている．その結果， ２ 輪車の使い勝手の良さと楽しさを持ちながら， ２ 輪車より高い安定性を持つ車両となる．LMWを採用した車両
として，2014年にTRICITY 125，2016年にTRICITY
155（写真 １ ）を発売．スクータータイプのシティコ
ミュータとして，高く評価されている．
今回YMC様が開発した新型LMWのNIKEN（写真 ２ ）は，TRICITYと異なりスポーツタイプの大型高性能車両である．エンジン出力，タイヤのグリッのフロントフォークの開発を担当した．本報はその開発について，ポイントとなったいくつかの内容について紹介する．

写真 ２プといった性能が極めて高く，走行速度域がスクー
タータイプの車両を大きく上回る．前の ２ 輪を支えるフロントフォー クも，TRICITYや従来の ２ 輪車

NIKEN

※「LMW」，「TRICITY」および「NIKEN」は，ヤマハ発動機㈱の商標です．

２

新規性と課題

今回の開発品フロントフォークは，特に骨格となる部分に多くの新規要素がある．以下に主なものを挙げる．
① ２ 本の脚がタイヤの片側から支える片持ち（後脚をダンパASSY，前脚をガイドASSYと呼ぶ）②アッパブラケット無しの全長が短い倒立構造③大径のステアリングシャフト④アウタチューブ ２ 本を連結するブラケット追加⑤ ２ 本の脚が １ 個のアクスルブラケットで結合
その骨格に対し，ダンパASSYの内部には，既存

写真 １

TRICITY 155の高性能倒立フロントフォーク用オイルダンパカートリッジ／スプリング構造を採用した．内部構造の新規性を抑える事で，骨格部分の開発に専念した．
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KYB技報第57号

ガイドASSY側にはオイルダンパやスプリング等はなく，作動油のみが入ったシンプルな構造となっている．

2018―10

最終仕様について概要を図 １ ，内部構造を図 ２ に示す．
このフロントフォークを実現するために，強度・耐久性，性能，量産性，設備投資を含むコストなど，多くの課題があった．中でも「量産性と設備投資抑制の両立」と「強度・耐久性の確保」は，本製品の特殊性から重要であった．

３

量産性と設備投資抑制の両立

3. １ ステアリングシャフト塑性加工
本開発品のステアリングシャフトは，強度上の要件からφ50という前例の無い大径である．一方でステアリングシャフトの上部は，車両側のレイアウト都合上，小径とする必要がある．これはこれまでに量産実績が無い仕様であり，高額な設備投資が予想された．
そこで開発の初期段階で，KMS生産技術とKYB㈱生産技術研究所での塑性加工の解析（図 ３ ）を実施し，設備投資無しで加工可能な限界となる形状を求めた．その結果をYMC様の車両設計に反映することで，車両側の要求と量産性を両立させた（写真 ３ ）
．

図１

概要
図３

写真 ３

3. ２

塑性加工の解析例

塑性加工したステアリングシャフト素材

ステアリングシャフト圧入設計

大径のステアリングシャフトは塑性加工だけでなく，アンダブラケットへの圧入工程にも量産性への大きな課題があった．
本開発品の圧入部には，圧入荷重に大きな影響を与える以下 ２ 点の特徴がある．
①大径化に伴い，圧入嵌合部外周が長い②アンダブラケット厚み寸法が大きい（圧入嵌合部が長くなる）
通常の ２ 輪車向け圧入寸法の相似設計を適用した
図２

内部構造

場合，圧入荷重が過大となり，大型の新規圧入設備が必要となってしまう．また本開発品の素材は，穴が― 41 ―

大型高性能LMW用フロントフォークの開発

アルミ，軸が鉄である．圧入代をむやみに減らして圧入荷重を低減した場合，線膨張係数の違いから，温度上昇時に圧入が緩んで固定できなくなってしまう．
そこで圧入部の設計全体を見直した．まず圧入代については，温度上昇時でも圧入代が確保できる設定を計算で求めた．次に上下の端部のみが圧入嵌合部となる形状とし，強度に影響の無い中央部は隙間をあけ，圧入荷重を低減した．その結果，既存設備で圧入可能となった．加えて，上下の圧入径に差をつけることで，圧入ストロークを短くし，圧入時間も短縮した．圧入部を工夫する事で，設備投資を抑えながら，必要な強度と量産性を両立させた（図 ４ ）．

図５

図４3. ３

初期試作品の構造

圧入部の変更内容

組立工程への対応

本開発品の初期の試作品では，ダンパASSYとガイドASSYのインナチューブが両方アクスルブラケットに直接ねじ結合されていた．この構造では最初にアクスルブラケットとインナチューブ ２ 本が一体となり，その上で ２ 本の脚を同時に組立てなければならない（図 ５ ）．通常の ２ 輪車用フロントフォー
クは， ２ 本のダンパASSYを １ 本ずつ組立した後，それをブラケットに組付けるという組立順序である．
よってこの構造のままでは，既存のダンパASSYラインで生産できず，専用組立ラインが必要となる．
そこでアクスルブラケットとガイドASSYの組付け部をクランプ結合とし，分割可能とした（写真 ４ ）― 42 ―

写真 ４

最終仕様の構造KYB技報第57号

結果，ダンパASSY及びガイドASSYは，それぞれ通常の ２ 輪車と同じダンパASSYラインで組立可能となった．新規設備はブラケット類とダンパ・ガイドASSYを組み上げる最終工程のみとし，設備投資を抑制した．
3. ４ ダンパASSYインナチューブ結合部の設計
ダンパASSYのインナチューブとアクスルブラケット結合部は，アクスルブラケット内側の溝にO

2018―10決と同時に，高い負荷にも対応させる事ができた．

４

強度・耐久性4. １ 初期検討
YMC様での強度検討と並行して，KYB㈱CAE推進部にてFEM解析（図 ８ ）を行った．開発初期段
階での強度検討は，これで目処をつけた．

リングを入れて密封するのが標準構造である（図 ６ ）．
しかし本開発品のアクスルブラケットはアンバラン
ス形状でサイズも大きく，従来工法での内側Oリング溝加工ができない．そこでOリングを保持するカラーを挟む事で内径Oリング溝加工を無くし，量産可能な仕様とした（図 ７ ）．
このカラーを用いる構造は，薄肉のインナチューブを採用した特殊な機種で量産されている．ただし
本開発品は片持ち構造であり，インナチューブとアクスルブラケット結合部に高い負荷がかかる．そこでインナチューブ端面から高い面圧を受けるカラーの材質を，アルミ合金から炭素鋼に変更した．さらにアルミ合金製アクスルブラケットとの座面を大きくして，面圧を低く抑えた．結果，生産上の課題解

図６

標準構造の締結部

図７

本開発品の締結部

図８FEM解析例

4. ２ 疲労寿命の確保
単純な強度は解析や強度試験で確認できるが，疲労強度を確認するには十分ではない．そこでYMC様で実施いただいた実車計測から解析した応力頻度と，KMSで測定した各部品のS-N線図を使用し，部品ごとに疲労強度要件を満たしているかを計算で確認した．通常の ２ 輪車での実車計測は，例えばアウタチューブでは前後方向の応力が高いことは明確であり，その方向だけを測定すれば良い．しかし本製品は片持ちであり，解析の荷重付与前後の変形具合（図 ９ ）を見ても分かるように，フォークには前後方向だけでなく捩じれや曲げの複雑な入力がある．
そこで応力を45°刻みの ８ カ所で全周測定し，応力全体像を把握した（写真 ５ ）．

図 ９ FEM解析，変形比較（変形を増幅して表示したもの）― 43 ―

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５

おわりに今回の開発品は特殊な機種ではあったものの，開発内容自体は基本に則った手法をそのまま適用した

写真 ５ものである．しかしここまで新規性要素の多い機種は珍しく，その開発を基本に立ち返って携わることが出来たのは，とても良い経験であった．また基本

応力測定のゲージ（例）4. ３ 耐久試験
各部品の疲労寿命を確認した後，フロントフォーとはいうものの，フロントフォーク開発に関わるKMSのノウハウと言える内容も多くあり，YMC様が求めるフロントフォークの実現に大きく貢献できク全体での耐久試験を実施した．YMC様での実車計測データを基に，その応力をベンチ上で再現できるテスト条件を新規に設定した．

たと思う．
最後に，本製品の開発にあたりご指導，ご協力頂いた関係部署，協力会社の皆様に，この場を借りてこの新たに設定した耐久試験をクリアすることで， 厚くお礼申し上げます．
フロントフォーク全体としての疲労強度が必要要件を満たしていることが確認できた．
著者 牧野公昭

2006年 入 社．KYBモ ー タ ー サ イ
クルサスペンション㈱技術部． ２
輪車用サスペンションの設計・開発に従事．

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