JP2004017682A

JP2004017682A - 自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法

Info

Publication number: JP2004017682A
Application number: JP2002171556A
Authority: JP
Inventors: Koji Fukumoto; 福本　幸司
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】軽量化効果や設計通りのルーフパネル曲率を出せるアルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法を提供することである。
【解決手段】アルミニウム合金製自動車ルーフパネル１であって、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足することである。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、現状の自動車のルーフ　（屋根）　の多くは、鋼板製パネルからなっている。しかし、近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車などの輸送機の車体の軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、特に、自動車の車体に対し、従来から使用されている鋼材に代わって、より軽量なアルミニウム合金材の適用が増加しつつある。したがって、自動車のルーフパネルに対しても、より軽量なアルミニウム合金板の適用が開始されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動車のルーフパネルに対してアルミニウム合金板を適用する場合、ルーフに要求される剛性のうちで特に重要な張り剛性と、これに必要なルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　、更に、ルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとの関係はこれまで必ずしも明確ではなかった。
【０００４】
これは、自動車のルーフパネルに対するアルミニウム合金板の適用例が今だ少ないためである。したがって、特開平７−１３２８５５号公報などで、アルミニウム合金製のルーフパネルの取り付け構造などは一部で提案されているものの、ルーフパネル自体の設計に必要な、ルーフの張り剛性と、これに必要なルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　やルーフパネル曲率などとの関係に関する公知例はあまりなかった。したがって、車体の設計上、一定の曲率を有することが多いルーフパネルでは、この曲率が影響した下での、ルーフの張り剛性と、これに必要なルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　との関係は、上記した通り、これまで特に明確ではなかったのが実情である。
【０００５】
このため、折角アルミニウム合金板をルーフパネルへの適用しても、要求される張り剛性を高くするために、アルミニウム合金板の板厚を厚くしすぎる場合やデザインしたルーフパネル曲率の設計変更を余儀なくされる場合、などが生じる。特に最近では、鋼板の側でも、高張力鋼板　（ハイテン）　などを用いて、例えば０．８ｍｍ　以下に薄肉化したルーフパネルもあり、これら薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対して、アルミニウム合金板製のルーフパネルによる軽量化効果や設計通りのルーフパネル曲率を実現することは、かなり困難であった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対してでも、軽量化効果や設計通りのルーフパネル曲率を出せる、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明自動車ルーフパネルの要旨は、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足することである。
【０００８】
また、同じく、本発明自動車ルーフパネルの設計方法の要旨は、張り剛性Ｋ　を５　ｋｇｆ／ｍｍ以上とするとともに板厚ｔ　を１．５ｍｍ　未満とし、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　　　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足するように設計することである。
【０００９】
本発明者らは、先ず、自動車のルーフパネルに対してアルミニウム合金板を適用するに際し、ルーフに要求される張り剛性と、これに必要なルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　、更に、ルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとの関係を後述する解析によって明確化した。
【００１０】
通常、曲率を有さない平板状のパネルでは、張り剛性Ｋ　は板厚ｔ　の３　乗となること（Ｋ＝Ｅ×ｔ^３）　が公知である。したがって、自動車のルーフなどの曲率を有するパネルにおいても、常識的に乃至便宜的に、この式にもとづいて、張り剛性が等価となるように（Ｋ乃至Ｅ　×ｔ^３を一定にするように）　設計することが常であった。しかし、これでは板厚を厚くしすぎる、張り剛性を大きくしすぎるなどの過剰設計になりやすく、前記した通り、薄肉化した鋼板製ルーフパネルに比して、アルミニウム合金板製のルーフパネルによる軽量化効果や、設計通りのルーフパネル曲率を実現することは、かなり困難であった。
【００１１】
これに対し、本発明者らの解析によれば、曲率を有する自動車のルーフパネルでは、張り剛性Ｋ　は板厚ｔ　の２　乗およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとの各々の−０．５乗となることが判明した。言い換えると、曲率を有する自動車のルーフパネルでは、前記張り剛性Ｋ　は、平板状のパネルのような板厚ｔ　の３　乗となるとなるのではなく、板厚ｔ　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとの関係で捉える必要がある。
【００１２】
したがって、本発明では、上記薄肉化した鋼板製ルーフパネルの張り剛性Ｋ　を基準とし、この張り剛性Ｋ　以上となるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつ、上記　Ｋ＝　２．３２×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}の式を満足するように、アルミニウム合金製ルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとを設計する。この結果、上記薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対しても軽量化効果を出せ、設計通りのルーフパネル曲率を実現できる、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法を提供できる。
【００１３】
この際、基準となる上記薄肉化した鋼板製ルーフパネルの張り剛性Ｋ　として、現状で最も薄肉化した０．８ｍｍ　厚みの鋼板を選択し、更に、鋼板製ルーフパネルとして最も一般的な前記　Ｒ_ａとＲ　_ｂとが６０００ｍｍである曲率を選択した。そして、この条件での鋼板製ルーフパネルの張り剛性の実測値５．２６ｋｇｆ／ｍｍを基準とし、この基準値に近似する５ｋｇｆ／ｍｍ　を有すれば、アルミニウム合金ルーフパネルにおいても、前記鋼板製ルーフパネルと同等の張り剛性を有すると見なせるので、５ｋｇｆ／ｍｍ　以上の張り剛性を満足することを前提とする。
【００１４】
また、請求項２　の要旨のように、前記ルーフパネルに車体前後方向に延在するビードを設ければ、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルの張り剛性を更に向上させることができる。
【００１５】
本発明は、このような効果を有するため、請求項３　の要旨のように、前記曲率Ｒ_ａと曲率Ｒ　_ｂとが６０００ｍｍ以下であるような曲率が小さく　（湾曲度が大きく）　、曲率の影響を受けて、張り剛性が低くなりやすい、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルに適用されて好ましい。
【００１６】
本発明は、請求項４　の要旨のように、板厚ｔ　が０．８　〜１．４ｍｍ　と薄く、張り剛性が低くなりやすい、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルに適用されて好ましい。
【００１７】
本発明は、請求項５　の要旨のように、リサイクル性に優れた６０００系アルミニウム合金板を使用することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明アルミニウム合金製ルーフパネルの実施態様について具体的に説明する。
【００１９】
図３　は自動車車体における代表的なルーフパネル１　の構造を示し、図３（ａ）はルーフパネル全体の斜視図、図３（ｂ）は（ａ）　のＲ　_ａ方向の断面図、図３（ｃ）は（ａ）　のＲ　_ｂ方向の断面図である。ルーフパネル１　は、通常、ルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂを有するよう、図３（ｂ）や図３（ｃ）に示した略箱型で一定の曲率を持った形状に設計される。そして、図３（ａ）に示すように、ルーフパネルリインフォースメント２ａ、２ｂ、２ｃなどのルーフ補強材を介し、また、ウインドシールドヘッダパネル３　やバックウインドウフレームアッパ４　などの付属フレームやパネルが設けられた上で、車体側に取り付けられる。なお、本発明で言うルーフパネル中央部とは、ルーフパネル平面における中心点のことであり、図３　において矢印で示している　Ｒ_ａとＲ　_ｂとの矢印交差部である。
【００２０】
図４　の自動車車体５　の斜視図、図５　、６　、７　の断面図を用いて、ルーフパネル１（図１）の自動車車体側への取り付け構造を説明する。図４　におけるルーフパネル１　の両側面Ｇ−Ｇ　部やＨ−Ｈ　部は、一例として、図５（ａ）に断面図で示すように、サイドメンバアウタ６　やサイドメンバインナ７　を介して、ルーフサイドレール８　と、図の点線で囲んだ部分１０で溶接接合　（スポット溶接等）　されている。また、他の例として、図５（ｂ）に断面図で示すように、ルーフドリップチャンネル９　を介して、サイドメンバアウタ６　やサイドメンバインナ７　と、図の点線で囲んだ部分１０で溶接接合　（スポット溶接等）　されている。
【００２１】
図４　におけるルーフパネル１　の車体前後側のＫ−Ｋ　部は、一例として、図６　に断面図で示すように、ウインドシールドヘッダパネル３　と、図の点線で囲んだ部分１０で溶接接合あるいは図の点線で囲んだ部分１１で接着剤で接合されている。また、ルーフパネル１　の中央部は、一例として、図７　に断面図で示すように、ルーフパネルリインフォースメント２　と図の点線で囲んだ部分１１で接着剤で接合されている。
【００２２】
本発明において、ルーフパネル１　はアルミニウム合金板よりなる。但し、ルーフパネル本体以外の、上記リインフォースメント２　などのルーフ補強材や付属フレームやパネルは、必ずしもアルミニウム合金材でなくとも、従来から使用されている鋼材などから適宜構成されて良い。
【００２３】
素材である平板状のアルミニウム合金板は、プレス成形　（絞り）　されて、ルーフパネル形状とされる。そして、余分な四周囲周辺部をトリム後、前後、左右から寄せ曲げされて、前記図１（ｂ）や図１（ｃ）に示した略箱型で一定の曲率を持ったルーフパネルとされる。前記プレス成形の加工率は小さいため、素材であるアルミニウム合金板は、あまり加工硬化しない。したがって、ルーフパネルでは、プレス成形時の加工硬化による剛性向上効果は期待できない。
【００２４】
このため、ルーフパネルにとって重要な張り剛性Ｋ　を向上させるためには、通常、
（１）　ルーフパネルの板厚ｔ　を向上させる、
（２）　ルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとを小さくする、
（３）　意匠ビード等の凹凸を設ける、
（４）　自動車車体側への取り付け部の接合剛性を、点溶接から線溶接や面接着に変更して、向上させる、
などの方法がある。
【００２５】
本発明でも、当然、これら張り剛性Ｋ　の向上手段は踏襲する。しかし、本発明では、以下に導出過程を説明する、Ｋ＝２．３２×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　　の関係を用いて、ルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとを設計し、前記薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対しての軽量化効果を出す点が特徴的である。
【００２６】
この式の導出過程を以下に説明する。先ず、以下のように、張り剛性Ｋ　と、ヤング率Ｅ　、板厚ｔ　との相関を解析によって求める。即ち、図３　に示したルーフパネル１　を、パネルの四隅を拘束し、パネルの大きさ　（サイズ）　とパネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂ、かつヤング率Ｅ　などを一定にしたモデル化を行う。なお、ルーフパネル中央部とは、図３　におけるルーフパネル中央部の部位であり、Ｒ　_ａとＲ　_ｂとが交差する点である。また、Ｒ　_ａとＲ　_ｂとも、ルーフパネル中央部を通過する　（中央部は外さない）　曲率である。
【００２７】
次に、このモデルにおいて、板厚ｔ　を変化させた時の荷重変位曲線を公知のＦＥＭ　解析によって図１　に例示するように求める。図１　の荷重変位曲線は、菱形印は板厚１．０ｍｍ　のアルミニウム合金製ルーフパネル、丸印は板厚１．４ｍｍ　のアルミニウム合金製ルーフパネルの例のみを示している。そして、図１　に例示したあるいは例示した以外の板厚の場合の各荷重変位曲線の立ち上がり時の傾きを、各板厚のルーフパネルの張り剛性Ｋ　として求め、ヤング率Ｅ　、板厚ｔ　との相関を求めた。この結果、Ｋ　は、Ｅ　×ｔ^１．９５に比例すること（Ｋ∝Ｅ　×ｔ^１．９５）が分かった。
【００２８】
この際、パネルの大きさは、Ｒ　_ａ方向　（車体左右方向）　長さＬ　_ａが１６００ｍｍ、Ｒ　_ｂ方向　（車体前後方向）　長さＬ　_ｂが１０００ｍｍとし、パネル曲率Ｒ　_ａは６０００ｍｍ、Ｒ　_ｂは６０００ｍｍ、ヤング率Ｅ　は７０００と一定にした。また、板厚ｔ　は１．０　、１．２　、１．３　、１．４　の各ｍｍで変化させた。
【００２９】
ここで、本発明で言う張り剛性Ｋ　について説明する。通常、張り剛性は、前記荷重変位曲線から、一定荷重時における変位量、即ち、荷重（ｋｇｆ）／変位量（ｍｍ）で求められる。しかし、本発明では、張り剛性に与える他の要因や因子の影響を排除して、ルーフパネルの板厚ｔ　やルーフパネル中央部の曲率　Ｒ_ａ、曲率Ｒ　_ｂと、張り剛性Ｋ　との関係に絞って、特定するために、図１　に例示するように、敢えて、荷重変位曲線の立ち上がり時の傾き、言い換えると、パネル変形初めの張り剛性値　（ｋｇｆ／ｍｍの単位は同じ）　を、張り剛性Ｋ　とした。
【００３０】
次に、以下のように、張り剛性Ｋ　とパネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂとの相関を求めた。即ち、図３　に示したルーフパネル１　を、パネルの四隅を拘束し、パネルの大きさ（サイズ）　と板厚ｔ　、かつヤング率Ｅ　などを一定にしたモデル化を行う。次に、このモデルにおいて、パネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂのいずれか一方を一定とし、他方を変化させた時の荷重変位曲線をＦＥＭ　解析によって、各々図１　と同様に求めた。
【００３１】
そして、各パネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂの荷重変位曲線の立ち上がり時の傾きを、各板厚のルーフパネルの張り剛性Ｋ　として求め、パネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂとの相関を求めた。この結果、Ｒ　_ｂ＝　４５００ｍｍと一定とし、Ｒ　_ａを３０００〜６０００ｍｍと変化させた時のＫ　は、Ｋ／　（　Ｅ×ｔ^１．９５）∝Ｒ　_ａ ^{−０．５０}、一方、Ｒ　_ａ＝　４５００ｍｍと一定とし、Ｒ　_ｂを３０００〜６０００ｍｍと変化させた時のＫ　は、Ｋ／　（　Ｅ×ｔ^１．９５）∝Ｒ　_ｂ ^{−０．５０}であり、更に、Ｋ／　（　Ｅ×ｔ^１．９５）∝（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}であることが分かった。
【００３２】
この際、パネルの大きさは、Ｒ　_ａ方向　（車体左右方向）　長さＬ　_ａが１６００ｍｍ、Ｒ　_ｂ方向　（車体前後方向）　長さＬ　_ｂが１０００ｍｍとし、板厚ｔ　は１．２ｍｍ　、ヤング率Ｅ　は７０００と一定にした。
【００３３】
したがって、これら張り剛性Ｋ　とヤング率Ｅ　、板厚ｔ　との相関、および張り剛性Ｋ　とパネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂとの相関から、張り剛性Ｋ　はＥ　×ｔ^１．９５や（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}に比例し、Ｋ　∝Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}であることが分かった。ここで、パネルの大きさによる影響を係数αとすれば、張り剛性Ｋ　は、次式、Ｋ＝α×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}で整理できる。
【００３４】
更に、前記パネルの大きさによる係数αを求めた。即ち、他の条件を一定にした上で、ルーフパネルの汎用されるサイズ範囲を参考にして、Ｒ　_ａ方向　（車体左右方向）　長さＬ　_ａを８００　〜１２００ｍｍ、Ｒ　_ｂ方向　（車体前後方向）　長さＬ　_ｂを１３５０〜１８００ｍｍ、と各々変化させた場合について、上記Ｋ＝α×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}式から係数αを各々求めた。この結果、係数αは２．３１〜２．４０の範囲であった。ただ、この係数αの数値範囲では、算出される板厚の変化は最大でも数％　の範囲であったので、係数αをこの範囲で変化させても、上記式を用いて算出される板厚やパネル曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂは概ね同じとなる。したがって、本発明では便宜的に係数αを２．３２と一定にした。
【００３５】
このようにして得られた本発明の式を図２　に示す。この図２　において、横軸ｘ　はＲ　_ａ×Ｒ　_ｂ、縦軸ｙ　はＫ／（Ｅ×ｔ^１．９５）であり、四角印の各点をつなぎ、ｙ＝２．３２ｘ　^−０．５で示される２　次曲線が、本発明における式、Ｋ＝　２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}である。
【００３６】
一方、本発明では、上記式を満足する前提として、アルミニウム合金ルーフパネルとして、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であることを前提とする。そして、この前提のもとに、上記式を満足するように、アルミニウム合金製ルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａと車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂとを設計すれば、上記薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対しても軽量化効果を出せることとなる。
【００３７】
この式を満たさない場合、要求される張り剛性を高くするために、アルミニウム合金板の板厚を必要以上に厚くしすぎる場合などには、Ｋ　＜α×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}となり、薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対して、アルミニウム合金製ルーフパネルによる軽量化効果が出なくなる。なお、この軽量化効果は、前記薄肉化した鋼板製ルーフパネルの重量に対するアルミニウム合金製ルーフパネルの軽量化率で示した場合、鋼板製ルーフパネルの軽量化率を０％とした場合の％　で言うと、軽量化効果が４０％　以上あることが、薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対して、アルミニウム合金製ルーフパネルを代替する場合に必要と言える。
【００３８】
一方、アルミニウム合金板の板厚を必要以上に薄くしすぎた場合など、Ｋ　＞α×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}となった場合には、ルーフパネルにとって必要な張り剛性である５ｋｇｆ／ｍｍ　が確保できなくなる。
【００３９】
因みに、上記前提条件としての張り剛性Ｋ　を５　ｋｇｆ／ｍｍ以上とする理由は、現状で最も薄肉化した０．８ｍｍ　厚みの鋼板製ルーフパネルに対する軽量化効果が無い限り、アルミニウム合金製のルーフパネルを採用する意味が大きく失われるからである。この０．８ｍｍ　厚みの鋼板製ルーフパネル　（最も一般的な前記　Ｒ_ａとＲ　_ｂとが６０００ｍｍの条件）　での張り剛性の実測値は、前記した通り、５．２６ｋｇｆ／ｍｍであり、上記軽量化効果はこのレベルの剛性を満たした上でないと意味が無い。したがって、本発明では、この値を５ｋｇｆ／ｍｍ　と近似させて、張り剛性の下限の基準としている。
【００４０】
また、アルミニウム合金ルーフパネルの前提条件としてとして、板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満とする理由は、板厚ｔ　が１．５ｍｍ　以上の場合、鋼よりも軽量なアルミニウム合金であっても、前記薄肉化した０．８ｍｍ　厚みの鋼板製ルーフパネルに対する軽量化効果が大きく失われるからである。言い換えると、本発明では、前記式に基づき、ルーフパネルを設計するため、要求される張り剛性を満たした上で、１．５ｍｍ　未満に薄肉化できる効果も有する。但し、薄肉化した場合には、張り剛性が低くなり、張り剛性の下限５ｋｇｆ／ｍｍ　を満足させるのが困難となるので、板厚ｔ　の下限は０．８ｍｍ　とすることが好ましい。
【００４１】
更に、本発明の別の実施態様として、前記張り剛性Ｋ　式を満足するよう、ルーフパネルの板厚ｔ　やパネル曲率　Ｒ_ａ、Ｒ　_ｂを設計した上で、図８（ａ）　に斜視図で例示するような車体前後方向に延在するビード　（凸条、畝）１２　を、前記図３　のルーフパネル１　に設ければ、アルミニウム合金製ルーフパネル１　の張り剛性を更に向上させることができる。なお、図８（ａ）　では、ルーフパネル１　の幅方向を５　等分するような間隔で、ビード１２を設けている。張り剛性の向上要求に応じて、ビード１２の設け方　（間隔、本数等）　は自由である。また、図８（ｂ）　には、図８（ａ）　のビード１２として、断面が台形状のビード形状を示す。しかし、このような形状に限らず、張り剛性の向上要求やデザイン設計に応じて、ビード１２の断面形状は、その高さと幅などの諸条件を含めて、半円状、波型などの種々の形状が採用可能である。
【００４２】
本発明で用いるルーフパネル用のアルミニウム合金板は、通常、板の製造がしやすく、ルーフパネルへの成形が容易で、強度にも優れたＡＡ乃至ＪＩＳ　３０００系、５０００系、６０００系等のアルミニウム合金が適宜選択して用いられる。特に、６０００系アルミニウム合金は、自動車車体の塗装焼き付け処理条件での人工時効硬化性を有する。このため、高強度を得るのに合金元素量が少なくて済み、そのスクラップを元の６０００系アルミニウム合金の溶解原料としてリサイクルできる利点がある。但し、前記張り剛性Ｋ　の式におけるヤング率Ｅ　は、アルミニウム合金の種類が違っても同じである。したがって、前記張り剛性Ｋ　の式を満足させる観点からは、上記以外のアルミニウム合金を適用しても良い。
【００４３】
【実施例】
次に、本発明ルーフパネルの軽量化効果を解析した結果を表１　に示す。表１　の参考例１　は張り剛性Ｋ　の基準および軽量化効果の基準とした薄肉化した鋼板製ルーフパネルである。これに対し、２　〜１３は、ルーフパネルの板厚ｔ　（ｍｍ）、Ｒ　_ａ（ｍｍ）、Ｒ　_ｂ（ｍｍ）を種々変えた、発明例と比較例のアルミニウム合金製ルーフパネルである。
【００４４】
各発明例のアルミニウム合金ルーフパネルは、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足する。その内、発明例７　、９　、１１は、パネルの曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂと板厚とを変化させ、鋼板製ルーフパネル例１　に対し、張り剛性Ｋ　が５．２６ｋｇｆ／ｍｍと等価となるような板厚、曲率と設計した発明例である。このように、本発明では、所望の張り剛性Ｋ　を満たす、アルミニウム合金ルーフパネル例を複数例設計でき、その中から適宜選択できる効果も有する。
【００４５】
一方、各比較例は、従来の曲率を有さない平板状のパネルの、張り剛性Ｋ　の式（Ｋ＝Ｅ×ｔ^３）　を用い、張り剛性が等価となるように設計したアルミニウム合金製ルーフパネルである。
【００４６】
なお、表１　では、パネルの曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂごとに発明例と比較例とを示している。また、軽量化効果は、参考例の鋼板製ルーフパネルの重量に対するアルミニウム合金ルーフパネルの軽量化率を示し、参考例の鋼板製ルーフパネルの軽量化率を０％とした場合の％　で表示している。
【００４７】
表１　の発明例３　、４　、６　、７　、９　、１１、１２から明らかな通り、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつ上記張り剛性Ｋ　の式を満たすよう設計されたアルミニウム合金ルーフパネルは、必要張り剛性を満たした上で、鋼板製ルーフパネルに対する軽量化効果が４０％　以上と高い。
【００４８】
これに対し、上記張り剛性Ｋ　の式を下限に満たしていない、表１　の各比較例５　、８　、１０は、パネルの曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂが同じ各発明例に比して、張り剛性が著しく劣っている。
【００４９】
また、板厚が大きすぎる表１　の比較例２　は、上記張り剛性Ｋ　の式を満たしているものの、パネルの曲率Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂが、参考例の鋼板製ルーフパネルや同じ各発明例３　、４　に比して、剛性が大きすぎる過剰設計となっており、軽量化率が４０％　未満の３６％　程度であり、軽量化効果が劣っている。なお、この意味では、発明例１１と発明例１２とを比較した場合、参考例の鋼板製ルーフパネルにに対しては、発明例１２の方が剛性が大きすぎる過剰設計気味になっていると言える。
【００５０】
以上の実施例の結果から、本発明アルミニウム合金製ルーフパネルの効果と、本発明における上記張り剛性Ｋ　の式を含めた各条件の臨海的な意義が裏付けられる。
【００５１】
【表１】

【００５２】
次に、前記図８（ａ）　、（ｂ）　で示したビード１２を設けた発明例の張り剛性Ｋ　の向上効果について、前記実施例と同様に解析した。即ち、ビード１２を設けた板厚ｔ　が１．２０ｍｍのアルミニウム合金ルーフパネルの荷重変位曲線から、張り剛性Ｋ　が５．０ｋｇｆ／ｍｍ　の場合の変位量（ｍｍ）を求め、この変位量の大きさで、張り剛性を評価した。この際、Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂが大きいほど、ビード１２による張り剛性Ｋ　の向上効果があるので、Ｒ　_ａ、Ｒ　_ｂを共に８０００ｍｍと大きくして、張り剛性を評価した。
【００５３】
この結果、ビード１２を設けた発明例１３の変位量は２．４ｍｍ　であり、ビード１２を設けない以外は発明例１３と同じ条件とした比較例１４の変位量は６．４ｍｍ　であり、発明例１３の変位量の方が少なく、ビード１２の効果が裏付けられた。
【００５４】
因みに、参考までに、曲率を設けない平坦なアルミニウム合金ルーフパネルでの、板厚ｔ　を１．２０ｍｍとして、ビード１２を設けた比較例１５の変位量と、ビード１２を設けない比較例１６の変位量との差は、同じく張り剛性Ｋ　が５．０ｋｇｆ／ｍｍ　の場合には０．２ｍｍ　程度しかなく、ほとんど変わり無かった。したがって、ビード１２の効果は、曲率を設けたアルミニウム合金ルーフパネルでの特有の効果と言える。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、薄肉化した鋼板製ルーフパネルに対してでも軽量化効果や設計通りのルーフパネル曲率を出せる、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネルの設計方法を提供できる。このため、自動車の軽量化が図れ、自動車へのアルミニウム合金板の用途を大きく拡大するものであり、工業的な価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るルーフパネルの張り剛性Ｋ　を示す荷重変位曲線図である。
【図２】本発明に係る張り剛性Ｋ　と各影響因子との関係式を示す説明図である。
【図３】代表的なルーフパネルの構造を示し、図３（ａ）はルーフパネル全体の斜視図、図３（ｂ）は（ａ）　のＲ　_ａ方向の断面図、図３（ｃ）は（ａ）　のＲ　_ｂ方向の断面図である。
【図４】自動車車体５　の斜視図である。
【図５】ルーフパネルの自動車車体側への取り付け構造例を示す断面図である。
【図６】ルーフパネルの自動車車体側への取り付け構造例を示す断面図である。
【図７】ルーフパネルの自動車車体側への取り付け構造例を示す断面図である。
【図８】ルーフパネルに設けたビード形状を示し、図８（ａ）　はビードを設けたルーフパネル全体の斜視図、図８（ｂ）はビードの断面図である。
【符号の説明】
１：ルーフパネル、２：ルーフパネルリインフォースメント、
３：ウインドシールドヘッダパネル、４：バックウインドウフレームアッパ、
５：自動車車体、６：サイドメンバアウタ、７：サイドメンバインナ、
８：ルーフサイドレール、９：ルーフドリップチャンネル、
１０：　溶接部、１１：　接着部、１２：　ビード

Claims

アルミニウム合金製自動車ルーフパネルであって、張り剛性Ｋ　が５　ｋｇｆ／ｍｍ以上であるとともに板厚ｔ　が１．５ｍｍ　未満であり、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足することを特徴とするアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
前記ルーフパネルに車体前後方向に延在するビードが設けられている請求項１に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
前記曲率　Ｒ_ａと曲率Ｒ　_ｂとが６０００ｍｍ以下である請求項１または２に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
前記ルーフパネルの板厚が０．８　〜１．４ｍｍ　の範囲である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
前記ルーフパネルが６０００系アルミニウム合金板からなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
アルミニウム合金製自動車ルーフパネルの、張り剛性Ｋ　を５　ｋｇｆ／ｍｍ以上とするとともに板厚ｔ　を１．５ｍｍ　未満とし、かつルーフパネルの板厚ｔ（ｍｍ）　およびルーフパネル中央部の車体左右方向の曲率　Ｒ_ａ（ｍｍ）と車体前後方向の曲率Ｒ　_ｂ（ｍｍ）とが、前記張り剛性Ｋ　との関係で次式、　Ｋ＝２．３２　×Ｅ　×ｔ^１．９５×（Ｒ_ａ×Ｒ　_ｂ）　^{−０．５０}　　　（但し、Ｅ　はヤング率）　を満足するように設計することを特徴とするアルミニウム合金製自動車ルーフパネルの設計方法。