クルマの骨格！フレーム構造を解説
車を知りたい
先生、自動車の『フレーム』について詳しく教えてください。はしご型フレームとか、モノコックボディとか、いろいろ書いてあってよくわからないんです。
自動車研究家
なるほど。フレームは自動車の骨組みのようなもので、エンジンやタイヤなどを支えている部分だね。はしご型フレームは、トラックでよく使われる丈夫な構造で、その名の通りはしごのような形をしているんだ。モノコックボディは、フレームと車体が一体化した構造で、乗用車によく使われているよ。
車を知りたい
はしご型フレームはトラック、モノコックボディは乗用車に多いんですね。なんでそれぞれ違う構造が使われているんですか？
自動車研究家
いい質問だね！はしご型フレームは頑丈で重い荷物を積むのに向いているからトラックに、モノコックボディは軽量で車内を広くできるから乗用車に向いているんだ。用途に合わせて使い分けているんだよ。
フレームとは。
自動車の用語で「フレーム」とは、エンジンやタイヤを動かすための装置、サスペンション、ハンドル、燃料タンク、冷却装置などを取り付けて、車を走れる状態にするための基本的な骨組みのことです。この骨組の上に、車の種類に応じた様々な車体を取り付けます。トラックによく使われる「はしご型フレーム」は、前後に2本の断面が「コ」の字型か「ロ」の字型をしたサイドメンバーを配置し、必要な場所にクロスメンバーと呼ばれる横方向の部材を組み合わせた構造です。サイドメンバーには、空間を有効活用するために上下左右に曲がった形状のものと、様々な車体を取り付けやすいように真っ直ぐな形状のものがあります。一方、モノコック構造の車の場合、エンジンや動力伝達装置を支えるためにサブフレーム（サスペンションメンバー）が使われることが多く、これはゴム製のマウントを介して車体に取り付けられています。
フレームとは？
フレームとは、クルマの骨格となる構造のことで、車体やエンジン、サスペンションなどを支える役割を担っています。フレーム構造には、はしご状のフレームにボディを載せる「ラダーフレーム」や、床下にフレームを配置する「プラットフォームフレーム」など、さまざまな種類が存在します。フレームの素材には、強度と軽量性を兼ね備えた鋼板やアルミ合金などが用いられます。
はしご型フレームとその特徴
はしご型フレームは、その名の通りはしご状に組まれたフレーム構造です。主にトラックやSUVなど、頑丈さが求められる車種に採用されています。
はしご型フレームの最大の特徴は、その強靭さにあります。単純な構造ながら、高いねじり剛性と曲げ剛性を持ち、悪路走行や重量物の積載に耐えることができます。そのため、過酷な環境で使用されることが多い商用車やクロスカントリー車に最適です。
また、構造がシンプルであるがゆえに製造コストが低いこともメリットとして挙げられます。さらに、フレームとボディが独立しているため、修理や改造が比較的容易に行える点も魅力です。
一方で、重量が重くなってしまうことや、車内空間が狭くなりがちというデメリットも存在します。そのため、近年では乗用車ではあまり見られなくなりました。しかし、その頑丈さから、現在でも一部の車種で採用され続けています。
サイドメンバーの種類と役割
サイドメンバーは、フレーム構造において車体の側面を支える重要な梁です。その役割は、乗員保護、車体のねじれ剛性確保、サスペンションやエンジンなどの搭載部の強度確保など、多岐に渡ります。
サイドメンバーには、大きく分けて「ロアメンバー」と「アッパーメンバー」の2種類があります。ロアメンバーは車体の下部に位置し、主に路面からの衝撃を吸収する役割を担います。一方、アッパーメンバーは車体の上部に位置し、車体のねじれ剛性を高める役割を担います。
サイドメンバーの形状や材質は、車種や設計思想によって異なります。例えば、オフロード車では、悪路走破性を重視して頑丈なはしご型フレームが採用されることが多いです。一方、スポーツカーでは、軽量化と高剛性を両立させるために、アルミ合金などの軽量素材や、複雑な断面形状を持つサイドメンバーが採用されることがあります。
このように、サイドメンバーは車体の基本性能を左右する重要な要素の一つです。車種によって様々な形状や材質のサイドメンバーが採用されているため、その違いに注目してみるのも面白いでしょう。
モノコックボディにおけるフレーム
ボディパネル自身で強度を確保するモノコック構造を持つ自動車においても、フレームの存在は決して無視できません。 モノコックボディに用いられるフレームは、サブフレームと呼ばれ、エンジンやサスペンションを支持する役割を担います。軽量化と高剛性化を両立させるため、素材にはアルミ合金や高張力鋼板などが採用されるケースが増えています。 サブフレームは、走行時の振動や衝撃を吸収し、快適な乗り心地と操縦安定性に貢献します。 また、衝突時には衝撃を分散させ、キャビンへのダメージを軽減する役割も担っています。
フレームの種類と用途
クルマのフレームには、主にラダーフレーム、モノコックフレーム、そしてその中間的な構造を持つフレームの3種類が存在します。それぞれの構造と用途について詳しく見ていきましょう。
まず、ラダーフレームは、はしご型の2本のフレームを平行に配置し、そこに補強を加えた頑丈な構造です。主にトラックやSUVなど、悪路走行や重量物を運搬する際に高い耐久性が求められる車種に採用されています。頑丈さの一方で、重量が重くなりがちな点や、衝突時の衝撃吸収性が低い点がデメリットとして挙げられます。
一方、モノコックフレームは、卵の殻のように車体全体で強度を確保する構造です。軽量で車内空間を広く取りやすいというメリットがあり、乗用車を中心に広く採用されています。ラダーフレームと比較して、車体のねじれに対する強度に劣る点が挙げられますが、近年では素材や設計技術の進化により、その弱点を克服しつつあります。
最後に、ラダーフレームとモノコックフレームの中間的な構造を持つフレームは、両者のメリットを組み合わせた構造です。具体的には、モノコック構造の車体の下部にラダーフレームの一部を組み合わせることで、強度と軽量性を両立させています。SUVなど、ある程度の悪路走破性と快適な乗り心地の両方が求められる車種に多く採用されています。