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モノコック(仏Monocoque)、モノコック構造( - こうぞう)とは、自動車・鉄道車両・ミサイル・一部の航空機などの車体・機体構造の一種で、車体・機体の外板にも応力を受け持たせる構造のことをいう。応力外皮構造(おうりょくがいひこうぞう)、または張殻構造(はりがらこうぞう)ともいう。

◆ 工法の特徴など

ギリシャ語で「ひとつの…」という意味の接頭語monoと、フランス語で「貝殻」という意味の語coqueを組み合わせた合成語。外板自体が強度部材となっているため、骨組み(鋼体)を簡素化することができるので、軽量化にもつながる。

外板を強度部材とする場合、卵やカメの甲羅などのように丸みを持たせた構造のほうが高い強度を得られるため、モノコック構造で作られたものは一般的に断面形状が丸みを帯びているのが特徴である。

外板に一切の開口が無いのが理想であり、開口がある場合はその部分の強度は低下する。そのため開口部分には補強が必要となる。現実の構造物では開口を皆無にはできないため、実際には補強部分にフレームを用いたセミモノコック構造となる場合が多い。

◆ 歴史

1920年代からは自動車に採用され、1930年代からは航空機に用いられるようになった。

日本では、第二次世界大戦後の1950年代以降から自動車や鉄道車両に多く用いられるようになった。第二次世界大戦の終戦後、航空機の開発・生産が禁止されたのを受けて、航空機製造技術とその技術者を活かして開発が進められた経緯がある。

◆ 輸送機器の種類別概説

◇ 自動車

モノコックボディーはフレームとボディを一体に作った車体で、現在のバスを除く自動車のほとんどに用いられるボディ構造。フレームレス構造とも呼ばれ、英語ではframeless construction、米語はunitized constructionにあたる。

自動車のボディー構造は、骨組みになる骨格部位が車体や付属部品の重みを支えている。初期の車のベースとなったのはフレーム付のボディーで、国産乗用車ではトヨタ・クラウンに最後まで残っていた。このボディーは、しっかりとしたフレームの枠組みがアンダーボディーの骨格部分を形作っており、この上にボディーが載っている構造であった。

モノコックボディーが世界で最初に自動車に採用されたのは1922年、イタリアのランチア社がラムダで採用し、以降各社がこの構造を模範とするようになっていった。

欧米と見ると比較的自動車産業の歴史が浅い日本では、早くからモノコックボディーが主流になり現在に至っている。

モノコックボディーの特徴は、組み合わさっているパーツ全体で強度を保持するようになっていることである。よく比較されるのは卵の殻である。殻そのものの強度は弱いが、全体で力を分担して受け止めるようになっている。

・ メリット:軽量で剛性が高く、床を低くできる特徴を持つ。衝突時のエネルギー吸収性に優れる。車台と車体の位相差振動が無く、乗り心地が良い。

・ デメリット:衝突による変形や腐食で大幅に剛性と強度が落ちる。エンジン、サスペンションなど振動するものを直接支持するため、振動や騒音を低く抑えることが難しい。

米国もフレーム主体で来ていたが、1975年頃からモノコックボディーが増加し、それまでひたすら力で引っ張って直していたものが、ボディー全体のバランスを考えて引かなければならなくなり、技術面で対応できなかった工場が廃業に追い込まれる事態にもなった。この危機感から超党派組織の技術教育機関であるI-CAR(The Inter-Industry Conference on Auto Collision Repair、通称:アイカー)が1979年に誕生している。

その後、1995年12月、トヨタがスターレットで初めてGOAと名づけた「衝突安全ボディー」を一般にアピールした。これ以降、カーメーカーは独自のネーミングで、キャビンを守る数々の工夫を凝らしたボディーを開発することになった。

バスボディーでは、木骨から全鋼製への移行後の1940年代に、発展著しい航空機技術が導入された。多数の細い鋼管を溶接した構造で応力を受け持つ、「骨構造」のスペースフレーム(バードケージ、スケルトンとも呼ばれる)工法が主流となった欧州に対し、アメリカでは、リベット留めで張力を与えられた外板が応力を負担する、大量生産にも適した、「殻構造」のモノコック方式が普及した。

日本のバスにおいては、戦後間もない1946年に富士重工が製作した「ふじ号」を嚆矢としてモノコック方式が導入され、1980年代前半までこの工法が用いられたが、ドア配置や窓割りの自由度が低く、大きな開口部や大型窓を設けることも困難であること、表面を埋め尽くすリベットや外板の重なりが見栄えを悪くしていること(末期には多少改善されていた)などから、1977年の日野RS系を皮切りにスケルトン方式が順次各メーカーで定着した。

関連:フレーム形式 (自動車)

◇ 鉄道

車体の軽量化の為にこの構造を採用した。

1936年の登場後、爆発的に普及したPCCカーが、多くの部材にプレス鋼板を用い、車体の軽量化に先鞭を付けたが、構造的には依然台枠構造であった。

日本で初めてモノコック構造を指向した設計となった鉄道車両は1952年に登場した西日本鉄道の313形電車である。

この西鉄313形電車の影響を受け、国鉄の一連のレールバスと初代東急5000系電車が、いずれも1954年より東急車輛で製造が開始された。

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