モノコック構造ボディのメリット・デメリットとフレーム構造の種類

もともとは航空機から始まった「モノコック構造」

1922年以来ほとんどの自動車にはモノコック構造が採用され、住宅、鉄道車両、などでも使われています。

今回は車のモノコック構造についてメリット・デメリット歴史などをご紹介します！

「モノコック構造とは？」

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%A0%E5%BD%A2%E5%BC%8F_(%E8%87%AA%E5%8B%95%E8%BB%8A)#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Proton-MPV-Chassis.jpg

モノコック構造とは、簡単に言うとボディの構造のことです。

どういった構造なのかと言うと、本来別々だったフレームとボディが一体化しているモノ。

モノコックはフランス語を基として作られた言葉で、「mono(モノ)=１つの」「coque(コック)殻」といった意味を持っています。

日本語に訳すと「応力外皮構造」「張殻構造」となり、フレーム構造とも呼ばれます。

「モノコック構造とフレーム構造」

フレーム構造とは、モノコック構造とは逆にフレームとボディを別々に製造する構造のことです。

フレーム構造で車を作ると、フレームの上にボディを乗せる形になります。

フレーム構造の歴史は古く、起源は自動車の前身とも言える馬車でした。

初期の頃の自動車は全て「ラダーフレーレム構造」というもので、それ以降自動車が作られるようになってから現在までフレーム構造は利用され続けました。

モノコック構造はフレームレスであり、硬いボディで体を守るので卵のカラ、あるいは蟹や昆虫などの「外骨格生物」に例えられ、一方フレーム構造は骨が中にある人間や動物である「内骨格生物」に例えられます。

「モノコック構造の歴史と特徴」

冒頭でも記述している通り、モノコック構造は車だけのものではありません。

もともとは航空機から始まったものでした。

それが1922年、イタリアの自動車「ラムダ」で初めて使われるようになりました。

それ以来、ほとんどの自動車にはモノコック構造が採用されるようになりました。

1936年には、アメリカの路面電車で使われるようになりました。

また、住宅において、モノコック構造は「壁式構造」とも呼ばれ、台風や地震の多い日本では適していると言われています。

世界初のモノコック構造採用車「ラムダ」は批評家から「当時の実用車の技術的進化を一気に10年早めた」と言わしめるほど高い評価を受けています。

日本で最初に量産車としてモノコック構造を採用した車は「スバル360」という車。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%90%E3%83%AB%E3%83%BB360#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:1958_Subaru_360_01.jpg

1958年に富士重工業から発売されました。

このスバル360は戦後の「新・三種の神器」として、歴史の教科書にほぼ必ず登場します。

丸くて可愛らしいフォルムですが、れっきとした日本の歴史の一部なんですね。

様々なものに採用されているモノコック構造ですが、最大の特徴はその強さ。

上記にもある通り、フレームとボディが一体のモノコック構造はよく卵のカラに例えられます。

卵のカラそのものは薄いものであり強度もあまりありませんが、カラ全体としての強度は非常に優秀です。

加わった力を全体で分散して受け止めるので、割れにくいのです。

モノコック構造も然り。

「モノコック構造の前身、フレーム構造を知る！」

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一口に「フレーム構造」といっても、たくさんの種類があります。

１つ目は、先述した「ラダーフレーム構造」。

歴史は古く、現在まで使用されています。

これは「はしご型」とも言われ、その名の通りはしごのような形状をしています。

ラダーフレームは製作が簡単で特に強度に優れており、多くのトラックやSUV車、一部のバスなどに採用されています。

ラダーフレーム構造のデメリットとしては、乗り心地が少し悪い、という点が挙げられます。

というのも、車のメインフレームや車体側面を構成するサイドメンバーが床下にあることと、車の足回りのサスペンションアームのジョイント部分に使われている「ゴムブッシュ」を介した車体締結では低級振動が発生しやすい、ので乗り心地は少し劣るようです。

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「バックバーン型」と呼ばれるフレームも、その名の通りバックボーン、つまり背骨を模したような形状で、前後軸間の中心に背骨を配置、サスペンションや動力をそれに取り付けています。

1900年ごろにフランスの蒸気自動車産業のパイオニア、アメデー・ボレー二世が小型試作車に採用しました。

一般に普及したのは1924年、チェコの「タトラ・T11」が採用したのが始まりでした。

ラダーフレームに比べ、形状は簡潔でかつ軽く、ねじれに強いことが利点に挙げられます。

さらにはボディーの形状に左右されることがなくサスペンションやドライブトレーンを自由に設計することができます。

デメリットは、時代が進むにつれ自動車の低床化が進み室内スペースがフロアトンネルに取られてしまい、採用される数もスポーツカー程度で、採用される数は著しく低下しました。

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「バックボーン型」の類型である「プラックフォーム型」は1930年代に登場し、「背骨」と「床板」の２つを一体化した形状のものであり、フロアパンにも応力を負担させることで、低床化に対応することができます。

モノコック構造に比べ、フレーム構造のメリットはフレームとボディが分離するので修理などが容易、ということが挙げられますが、上記の「ラダーフレーム型」、「バックボーン型」に比べ「プラットフォーム型」ではフレームとボディの分離が難しく、修理の際にボディを剥がすことがありません。

プラットフォーム型が登場したのは1930年代ですが、同時期にモノコック構造も実用化されており、モノコック構造の鉄製のボディがプラックフォームと併用され、「セミ・モノコック構造」というものも作られるようになりました。

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「ペリメーター型」のフレームは、ボディフロアの周りにフレームを取り付けており、フロアを低くすることが可能です。

さらにメリットとして、コストが安く済む上軽く、衝突時のエネルギー吸収では、モノコック構造よりもボディの変形を少なくすることができます。

しかしねじり耐性や曲げ耐性が低いので、モノコック構造のようにボディと一体化することで応力の一部をボディに負担させることができます。

「モノコック構造とフレーム構造のメリットとデメリット！」

車におけるモノコック構造、フレーム構造にはそれぞれメリット・デメリットがあります。

フレーム構造のメリット、デメリット。

【フレーム構造のメリット】

・ 設計や製作、修正が簡単に行える。

ボディとフレームが別々なので、モノコック構造に比べ設計から製作、修正　まで容易に行えます。

しかし現代ではCAD(キャド。コンピューターを使って設計すること。)を使　用しての製作が一般的なので、このメリットはそこまで重要ではないようです。

・ コストが安価
構造が単純なので、製造する際のコストが安く済みます。

・頑丈で耐久性がある
フレームが堅牢に作られるので衝撃に強いです。

・修復が容易
事故などにあった時も、構造が単純なので簡単に修復を行えます。

【フレーム構造のデメリット】

・重い

ラダーフレームはフレーム構造のなかでも特に頑丈ですが、モノコック構造よりも重いというデメリットがあります。

・トーションに弱い
トーションとは、力が加わった時の全体のねじれのこと。モノコック構造よりトーションに弱いです。

・低級振動が出やすい
フレームと車体の振動周波数が異なることで、低級振動が出やすくなります。

モノコック構造のメリットとデメリット。

【モノコック構造のメリット】

・軽量
フレーム構造のようにパーツを組み合わせる構造ではないので、簡素な構造にすれば軽量化できます。

・ねじれやたわみ、衝撃に強い
先述した通り、モノコック構造は衝突時のエネルギーを全体で受け止め、衝撃を吸収します。

・乗り心地がいい
フレーム構造のデメリットとして低級振動が発生するというものがありましたが、モノコック構造ではボディとフレームが一体のため、位相差振動がないのでフレーム構造よりも乗り心地がいいというメリットがあります。

・室内が広く確保できる
フレーム構造に比べると室内空間をより広く確保することができます。

【モノコック構造のデメリット】

・変形に弱い
全体で衝撃を受け止めるということは、一部が変形すると全体としての形を失うことになります。

一部だけに強い衝撃を受けて変形したとすれば、強度が著しく低下します。

・エンジンやサスペンションなど、振動するパーツを直接支持するため、NVH(騒音・振動・ハーシュネス)が発生しやすい

モノコック構造まとめ

モノコック構造は衝撃吸収力が高い構造ですが、少しの歪みでも車全体での衝撃吸収力が弱まり走行に悪影響が出ます。

ルーフを切断しただけのオープンカー改造などは一部を失うことで変形が生じ、すぐに走れなくなることもあるようです。

デコボコの山道などの道無き道を走るオフロード車や戦場で使用される軍用車などはそのほとんどが、ボディがいくら変形してもフレームが無事なら問題なく走行できるラダーフレーム採用車を使用しています。

現在の車の多くはモノコック構造ですが、モノコック構造、フレーム構造共に様々なメリット、デメリットがあります。

ご自身の使用目的にあった車を選んでくださいね。