フレーム形式 (自動車)

フレーム形式（フレームけいしき）とは、自動車の構造の技術。 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。 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木製で、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)に置きかわった（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）が、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スタイル（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アピールするボディースタイルとインテリアが、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コストと、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とトラック・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、航空技術者の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といわれるカテゴリに属する車両でもモノコックが採用されるケースが増えている。 しかしながら、重量物を積載するヘビーデューティな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・タウンカーはラグジュアリークラス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。 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。 事故にあった際の修復が容易。 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）。 モノコックに比較してトーション(力が加わった際の全体のねじれ）に弱い（ねじり剛性が低い。ただし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）。 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）や接合部を補強するリインフォースメントで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、それらをベースとした一部のバスや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。ストレート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ストロークを確保した「キックアップ構造」が主流に用いられるようになっている。 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。 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での採用以後である。このT11ではたった一本の丸鋼管にサスペンション、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、ボディー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スペースが大きなフロアトンネルに取られるデメリットが顕在化したため、以降は競技車両や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や、ロータス・ヨーロッパが代表例である。また、ロータス・エランやジャガー・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。 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。 タトラや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）。 ペリメーターとは、周囲、周辺の意。ボディーフロア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。 他のフレーム構造のものにくらべて軽量でコスト的にも安く、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メリットがある。 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'Obéissante)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。 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メリットがある。また、ドライブトレーンもフラットに配置できるので、広い居住空間とラゲッジスペースを実現した。(GM社の説明[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（LA400K） 非分解型のフレーム構造。 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（骸骨）、バードケージ（鳥かご）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。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、溶接する方法で、CADのワイヤーフレーム（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。 なお、日本ではバードケージをバードゲージと表記する例が散見されるが、ケージ = Cageは「かご」、ゲージ = Gaugeは「規格、基準、計量器」等の意味であり、誤用である。 大規模な生産設備が不要で、モノコックに勝る強度と剛性が簡単に得られ、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、レーシングカーや少量生産のスポーツカーに採用例が多く、自作も可能である。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のドアの設置が困難になることや、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。 フェラーリはエキゾチックカーの中では生産台数が多い部類に入るため、コストと生産性のバランスから、キャビン部分のみがモノコック構造で、前後をマルチチューブラーフレームとした構成を長年にわたり踏襲している。 欧州ではバスにも古くからこの工法を用いており、モノコックのように車体形状や開口部が強度や剛性に影響を与えることが無いため、エンジンやドアの位置、窓の形と大きさなどの自由度が大きく、二階建てや連接型をはじめ、多彩なバリエーションを生んできた。日本では1977年（昭和52年）に日野車体工業によって初めて製品化され、「スケルトンボディ」の名が広まった。 同じ理由で、米国製の自走式キャンピングカー（RVやモーターホームと呼ばれるもの）もほとんどがこの工法で製作されている。 車体外皮は応力を負担しない場合が多く、アルミ合金や鉄の薄板、FRPで済ませるものが多い。ロータス・7とケイターハム・スーパーセブンは軽量化とコストダウンのため管径を抑えており、一部の外板を応力部材として利用している。 英語圏ではスーパーレジェーラとも呼ばれる。レッジェーラ（leggera）とはイタリア語で「軽量」を意味する語で、ミラノの老舗カロッツェリアであるトゥーリングが得意とし、特許を持っていた車体工法。 鋼板溶接組み立てのプラットフォームの上に、ボディー形状をかたどった小径鋼管のマルチチューブラーフレームを建て、それに板金加工したアルミ薄板の外板を被せ、アルミリベットで固定する構造。車体表面のリベットや継ぎ目はパテで埋められる。 鉄とアルミのイオン化傾向の違いにより発生する電位差による電食を防ぐため、フレームと外板の間には絶縁紙をはさみこんでいた。 フレーム構造を持たないもの。 モノコック：フランス語のmonocoqueから。モノ(mono)＝ひとつの～、コック(coque)＝二枚貝の殻・船体の意。 フレームレスボディーの総称で、北米などではユニボディーとも呼ばれる。一般の自動車では、フロアパン、インナーフェンダー、バルクヘッド、ピラー、ルーフで応力を受け持つ。オープンボディーの場合は別途補強が必要となる。 捻れや撓みに強く、補助構造材を必要としないため軽量化が図れる。一方、局部的に過大な応力を受けると破断しやすく、その部分だけでなくモノコック全体が変形してしまう。自動車の場合、ミリ単位で車体全体を修正する必要があり、歪んだままだと走行性能に悪影響が出る恐れがある。中古車情報誌や中古車情報サイトにおいて「修復歴」または「事故歴」（下の関連項目の「ボディー修正装置」でボディーを修正した経歴）の有無の項目があるのはこのためである。 暴走族車両の改造例として、セダンのルーフをぶった切っただけの「オープンカー」があるが、すぐに使い物にならなくなり不法投棄されることがある。これはルーフが無くなることにより設計時に想定されていない応力が発生し、モノコック全体が変形して悪影響が出てしまうためである。先述のとおり、市販されているオープンカーや祝賀パレード用などのセダン改造オープンカーは応力を計算した補強改造がされている（この補強のためクローズドボディとオープンボディが併設されている車種では、ルーフがない分軽いというイメージに反して基本的にオープンボディのほうが車重は重くなる）。 高い運動エネルギーを発生する車種や、静粛性が重要な車種では、前後サスペンションはエンジンメンバーやアクスルキャリアといったサブフレームを介してモノコックに取り付けられることが一般的となりつつある（車両組立行程の都合もある）。 1922年発表のランチア・ラムダが最初のモノコック乗用車である。車内に大きな空間が必要とされるものに適しているため、1940年代にはバスにも普及した。現在ではスポーツカーから低価格車までの乗用車のほとんどがモノコック構造であるが、未だにクロスカントリー車ではフレームレスボディーではなくラダーフレームを採用している（悪路でボディーをヒットすると上記の歪みにより走行不能に陥る恐れや軽量化の影響で渡河中に流されることを防ぐため。ラダーフレームはボディーがいくらダメージを受けても走行性能に影響を受けない）。 米国ではモノコックは技術用語として使われ、自動車ジャーナリズムなど、一般にはユニボディー(unibody)が使用される。 従来、車の構造を修復する機械をフレーム修正機と呼んでいたが、現在ではモノコックボディー構造が主流のため、ボディー修正装置と呼ぶようになった。 ^ 技術的観点からはフレーム構造で生産された車両が本来的なSUVであり、モノコック構造の車両、言い換えると乗用車ベースのSUVはクロスオーバーSUV（またはCUV）というサブカテゴリーに属するとされる。しかしながら、日本市場におけるマーケティングでは細かい区分を主張するのをためらいがちな（消費者には違いが伝わにくく、かえって混乱の原因ともなると考えている）ため、日本メーカーは主にどちらもSUVとして扱っている ^ 一例として初期のメルセデス・ベンツ・300SLではガルウィング式のドアになっている。 WebCG「ラダーフレームのメリットは?」