JP2010173415A - 自動車のルーフ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ムーンルーフ等の開口部を設けるルーフ構造において、側面衝突時等の衝撃を緩衝可能なルーフ構造を提供することを課題とする。
【解決手段】自動車のルーフに設けられた開口部Ｗの前後方向中間付近にて両端がそれぞれ左右のルーフサイドレール２付近まで横方向に延びるセンターリンフォース３と、センターリンフォース３の端部をルーフサイドレール２に連結するブラケット５とを備えたルーフ構造１において、
ブラケット５は、センターリンフォース３と接続するリンフォース接続部５１と、ルーフサイドレール２と接続部するレール接続部５２とを有し、レール接続部５２をリンフォース接続部５１とは車輌上下方向へオフセットＸさせて位置される。
そしてこのオフセットＸは、リンフォース接続部５１に衝撃によって作用する曲げモーメントＭｂとは反対の曲げモーメントＭｃを発生させる側となるように設ける。
【選択図】 図３

Description

この発明は、自動車のルーフ構造にかかり、詳細には、開口部を備えたルーフにおけるセンターリンフォースメント（以下、センターＲ／Ｆという。）取り付け構造に関する。

自動車のルーフ構造は、車両側面衝突時におけるルーフサイドレールの変形を抑止するため、左右のルーフサイドレールを両端および中央付近で対向するルーフサイドレール相互を横方向に互いに連結するルーフパネルリンフォースメントを備えていた。

しかしながら、近年の自動車には、ルーフに開口部を設けたものが普及している。この開口部は一般に、車輌の前後方向へ移動させる、あるいは、一端を基部とし他端を回動端として上下動させて開口させる構造をとっている。
従って開口部を有するルーフでは、前記のようにルーフサイドレール相互を両端部および中間部でルーフパネルリンフォースメントによって連結固定することが出来ないので、開口部にかからないルーフサイドレールの中間部にセンターリンフォースメント（以後、センターＲ／Ｆという。）を設けて補強していた。そして、センターＲ／Ｆとルーフサイドレールとはルーフブラケットによって接続していた。

そして、車輌ルーフは、側面衝突時の衝撃に備え、センターＲ／Ｆを強固な構造とし、これと同様にルーフブラケットも強固な構造とし、側面衝突時衝撃に対抗できるように剛性を増大させていた。
このように、センターＲ／Ｆとルーフブラケットとを強固にすることで、側面衝突時にルーフサイドレールがセンターＲ／Ｆ側、即ち車輌中央側へ入り込む、所謂、侵入量を低減できる。
しかしながら、このような強固な構造とするには、センターＲ／Ｆおよびルーフブラケットの材料厚を増す等して剛性を高めることが不可欠であり、車両重量の増加のみならず、材料費の増加となってしまった。

即ち、図４には、センターＲ／Ｆおよびルーフブラケットを強固にして側面衝突時の衝撃によっても容易に変形しない構造とした従来例１を表す。図４は、車輌中央を前後に分けるように切断した際の断面を表し、図中の左右が車輌の左右両側となる。そして、図４は、車輌右側のルーフ部分の拡大断面説明図を表している。１００はセンターＲ／Ｆであり、１０１はルーフサイドレールである。そして、ルーフサイドレール１０１とセンターＲ／Ｆ１００との間はルーフブラケット１０２によって接続されている。このルーフブラケット１０２とセンターＲ／Ｆ１００との接続部が接続部１０３であり、ルーフブラケット１０２とルーフサイドレール１０１との接続部が接続部１０４である。

このような構造を持つルーフ構造では、ルーフサイドレール１０１の外部から車輌側面へ衝突があると、その衝撃が軸力Ｍ１となって車輌に発生する。
接続部１０３および接続部１０４がセンターＲ／Ｆ１００の軸方向と一致している（オフセットが無い）おり、且つ、ルーフブラケット１０２が強固なので、軸力Ｍ１による衝撃力はその殆どがセンターＲ／Ｆ１００にと伝達されることとなる。これと同時に、軸力Ｍ１は、接続部１０４に対して曲げモーメントＭ２を発生させるので、センターＲ／Ｆ１００との接続部１０３が図中上方に曲がるようなモーメントが発生することとなる。
従って、従来例１では、側面衝突によって発生するモーメントによってセンターＲ／Ｆ１００やルーフブラケット１０２が変形しないように、板厚を増して強固にしているため、前記の通り車両重量の増加等が必要となる問題点を有していた。

これに対し、従来例１に於ける問題点を解決した技術として、『自動車のルーフ補強構造』（特開２００７−２３０４０８、以下、従来例２という。）が有った。この従来例２は本願出願人によって成されたものである。
この従来例２は、『自動車のルーフに設けられたムーンルーフ等の開口部の前後方向中間付近にて両端がそれぞれ左右のルーフサイドレール付近まで横方向に延びるセンターフレームと、このセンターフレームの両端をそれぞれ左右のルーフサイドレールに連結する一対のブラケットと、を備えた自動車のルーフ補強構造において、
上記一対のブラケットが、それぞれ湾曲して形成され、該湾曲部に第１の折曲部と第２の折曲部とがそれぞれ異なる高さ位置に形成されて成ることを特徴とする、自動車のルーフ補強構造。』他からなる。
そして、従来例２では、図５に表すように、従来例１と同様の構造を持つが、従来例１とは異なり、ルーフブラケットが衝突時の衝撃によって容易に変形しやすくしている。

即ち、１１１はセンターＲ／Ｆであり、１１２はルーフサイドレールであり、１１４はルーフブラケットである。
ルーフサイドレール１１２は、従来例１と同様である。ルーフブラケット１１４は、従来例とは異なり、板厚を薄くする等して側面衝突時の衝撃によって故意に変形しやすいように形成してある。そして、ルーフブラケット１１４とセンターＲ／Ｆ１１１とは固定ボルト１１４ａによって固着させてある。同様に、ルーフブラケット１１４とルーフサイドレール１１２とは、固定ボルト１１４ｂによって固着させてある。そして、固定ボルト１１４ｂによるルーフブラケット１１４とルーフサイドレール１１２との接続部は、センターＲ／Ｆ１１１の軸方向の略延長線上に位置されている。
また、ルーフブラケット１１４は、内端より高い中間位置、図示の場合、最も高い位置に、第１の折曲部１１４ｃが設けてあり、これと共に、外端付近、具体的には外端の固定ボルト１１４ｂより僅かに上方の位置に、第２の折曲部１１４ｄが設けてある。
この折曲部１４ｃ、１４ｄは、ルーフブラケット１１４の厚みを薄く、肉薄に形成することにより、ルーフブラケット１１４に容易に設けることができ、ルーフブラケット１１４におけるインフレータ１１７を上側に迂回する湾曲形状の湾曲部１１４ｅに形成されている。

この状態で、側面衝突等による衝撃がルーフサイドレール１１２に作用すると、該衝撃は固定ボルト１１４ｂを経由してルーフブラケット１１４へと伝達される。
すると、ルーフブラケット１１４は、折曲部１１４ｃ、１１４ｄで折れ又は曲がりが発生することとなる。例えば車両側面衝突時から所定時間経過後には、ブラケット１４，１５の折れによる変形に基づいて、センターフレーム１１が図中左方に向かって移動することになる。

そして、ルーフブラケット１１４が折曲するときには、図中に表すモーメントＭ２が発生し、この曲げモーメントＭ２がそのまま固定ボルト１１４ｂ回りの曲げモーメントＭ３となって折曲部１１４ｄを折曲させることとなる。
また、折曲部１１４ｄで吸収しきれない曲げモーメントＭ２は、折曲部１１４ｃにも作用するので、折曲部１１４ｃにもやはり図中時計回り方向の曲げモーメントＭ４が発生することとなり、折曲部１１４ｃおよび折曲部１１４ｄを折曲させる。

従って、従来例２では、ルーフブラケット１１４を積極的に折れ曲がらせることで、センターＲ／Ｆ１１１への衝撃力を軽減できる。

特開２００７−２３０４０８号公報

しかしながら従来例２では、衝撃力によるセンターＲ／Ｆ１１１への作用を小さくできるものの、ルーフブラケット１１４が折れ曲がって破壊されることで、ルーフサイドレール１１２のセンターＲ／Ｆ１１１側への移動量、即ち、初期侵入量が従来例１に比し増大してしまうと言う問題点を有した。
従って、従来例１では、センターＲ／Ｆ１００およびルーフブラケット１０２が、従来例２と同様に接続部１０３に発生するセンターＲ／Ｆ１００側への軸力Ｍ１と曲げモーメントＭ２とに耐え得る強度を必要とするので剛性を高くする必要が生じ、質量の増加に繋がってしまうという問題点を有し、従来例２では、前記の通り初期侵入量が増大してしまうという問題点を有していた。
出願人は、出願人の発明である従来例２より更なる改良を加えて、更に車輌側部からの衝撃に耐え得るものを発明しようと試みた。

この発明は、上記問題点に鑑み、剛性を高くするための質量増加を伴わず、且つ、初期侵入量を低減できるルーフ構造を提供する。

そこで、軽量、且つ、低侵入量の構造とするために、自動車のルーフに設けられた開口部の前後方向中間付近にて両端がそれぞれ左右のルーフサイドレール付近まで横方向に延びるセンターリンフォースと、センターリンフォースの端部をルーフサイドレールに連結するブラケットとを備えたルーフ構造において、
ブラケットは、センターリンフォースと接続するリンフォース接続部と、ルーフサイドレールと接続部するレール接続部とを有し、レール接続部をリンフォース接続部とは車輌上下方向へオフセットさせて位置されることを特徴とする自動車のルーフ構造を提供する。

このような構造とすると、レール接続部とリンフォース接続部を上下方向へオフセットさせることにより、ルーフサイドレールに車輌側方からの衝撃力が作用すると、レール接続部に曲げモーメントが発生することとなる。また、センターリンフォース側への軸力であるモーメントも発生するが、レール接続部とリンフォース接続部とがオフセットされているので、車輌側方からの衝撃の作用はこのオフセットされている方向、即ち、両接続部方向となる。

従って、軸力として作用する横方向へのモーメントは斜め方向となり、曲げモーメントを打ち消す方向の成分を有するので、曲げモーメントは打ち消され、且つ、軸力としてのモーメントも、曲げ方向へのモーメントを打ち消した分だけ減少することとなる。
尚、レール接続部のリンフォース接続部に対するオフセット量およびオフセット方向は、レール接続部に発生する曲げモーメントを打ち消す方向への成分を含む方向となるように選択される。

そして、一般的にはこの曲げモーメントはリンフォース接続部においてリンフォースを上方へ押し上げる方向に発生するので、上記オフセットでは、レール接続部がリンフォース接続部より車輌上方へ位置される自動車のルーフ構造を提供する。
これにより、一般的な車輌においては、上記同様に側面衝突時の衝撃力による作用のうちの曲げモーメントを軸力となって横方向への衝撃力によるモーメントが打ち消す。

従って、この発明では、側面衝突時に発生する衝撃力による直線方向（車輌左右方向）の軸力を、リンフォース接続部とレール接続部とが、該軸力方向に対して角度を持つように構成することで、軸力を２方向の成分に分割することができ、この分割力のうち、車輌左右方向のみがセンターリンフォースへと伝達され、車輌上下方向の成分が曲げモーメントを打ち消す作用を有するので、センターリンフォースの曲げモーメントに対する耐力を少なくすることが可能となり、センターリンフォースを肉薄に形成することが可能となり、車輌重量の軽減に貢献できるという効果を有する。
また、ルーフブラケットを積極的に折れ曲がらせないので、衝突時にルーフサイドレールが車輌中央側へと入り込んでしまう初期侵入量を低減させることが可能である。
上記のように、この発明によれば従来例１および従来例２の有する問題点を全て解決することが可能となり、側面衝突時等に全体に加わる衝撃力を分散して緩和できるという効果を有する。

この発明の実施例の全体を表す斜視説明図 図１のＡ−Ａ線断面説明図 衝撃時の状態を表す説明図 従来例１を表す説明図 従来例２を表す説明図

以下にこの発明の実施例を、図面に基づき説明する。図１はこの発明の実施例の全体を表す斜視説明図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面説明図であり、図３は衝撃時の状態を表す説明図である。

１は、この発明の実施例である車輌ルーフである。車輌ルーフ１は、一般的な乗用自動車のルーフであり、その骨組みのみを表している。図１中にＦで表す白抜き矢示の方向が車両前方であり、Ｒで表す白抜き矢示の方向が車両後方である。
車輌ルーフ１は、車両前方側にルーフの開口とするためのルーフ開口部Ｗを設けてあり、このルーフ開口部Ｗは開口されるため、車輌ルーフ１の骨組みを設けることが出来ない。そして車輌ルーフ１は、車輌ルーフ１の左右両サイドに設けるルーフサイドレール２と、ルーフ開口部Ｗの後方側にて左右のルーフサイドレール２相互を連接させてルーフ形状を補強するセンターリンフォース（以下単に、センターＲ／Ｆと表す。）３と、ルーフ開口部Ｗを形成させてムーンルーフを形成するためのムーンルーフユニット４と、ルーフサイドレール２とセンターＲ／Ｆ３とを接続固定させるルーフブラケット５とを備える。
尚、車輌ルーフ１のルーフサイドレール２とセンターＲ／Ｆ３との間には通常備えるインフレータ６やＣＳＡ７を備えている。そしてこの発明は、ルーフサイドレール２とセンターＲ／Ｆ３との接続部に特徴を有する発明である。

ルーフサイドレール２は、車輌ルーフ１の両サイドを形成しており、図２に表すように車輌ルーフ１の最も外側の形状を成している。ルーフサイドレール２は、インナーレールやアウターレールによって袋状に形成されて強度を保っており、通常時には容易に変形しない構造である。

センターＲ／Ｆ３は、ムーンルーフユニット４の略中央であり、ルーフ開口部Ｗの直ぐ後方側に左右に設けたルーフサイドレール２間に渡り設けられている。そして、センターＲ／Ｆ３は、両端にルーフブラケット５をボルト締め等により固定されており、ルーフブラケット５を介してやはりボルト締め等によりルーフサイドレール２が固定されてる。

即ち、図２に表すように、ルーフブラケット５は一端にセンターＲ／Ｆ３と固着する固定部としてリンフォース接続部５１を備え、他端にルーフサイドレール２と固着する固定部としてレール接続部５２を備える。そして。ルーフブラケット５のブラケット本体５３は、上側にインフレータ６が、下側にＣＳＡ７が、それぞれ位置するように配置される。

このルーフブラケット５のブラケット本体５３は、下側に配置されるＣＳＡ７形状に下側に湾曲部５４を形成してなる。そして、レール接続部５２がリンフォース接続部５１より上方となるようにオフセットＸをとって形成する。
従って、ルーフブラケット５は、リンフォース接続部５１とレール接続部５２とを結ぶ線が、センターＲ／Ｆ３の軸方向とは異なり車輌中央に向かって上方から下方へと傾斜している。
ルーフブラケット５は、この発明では、車輌側方からの衝撃時に、該衝撃によるルーフの衝撃対向側への侵入量を少なくするために、所定の衝撃に耐えうる強固な構造としてあるため、衝撃荷重が加わっても、従来例２のように容易に折れ曲がることが無い構造としてある。

このようにリンフォース接続部５１に対してレール接続部５２をオフセットＸすることでルーフブラケット５のリンフォース接続部５１およびレール接続部５２とを結ぶ線を傾斜させると、図３に表すように、側面衝突等により車輌側方から衝撃が加わると、ルーフサイドレール２を経由してレール接続部５２に軸力Ｆｃが加わる。

この時、加わった軸力Ｆｃは、ブラケット本体５３を経由して、リンフォース接続部５１へ伝達される。また、横方向への力である軸力Ｆｃが加わると、リンフォース接続部５１を下方へ回転させるような図３中では時計回りの曲げモーメントＭｂが発生する。
従って、この曲げモーメントＭｂは、センターＲ／Ｆ３を曲げるように作用することとなり、センターリンフォース３に負荷を与える結果となる。

しかしながら、本実施例では、ルーフブラケット５のリンフォース接続部５１とレール接続部５２とにオフセットＸが存在するため、リンフォース接続部５１とレール接続部５２とを結ぶ線が傾斜しており、軸力Ｆｃが加わると、レール接続部５２を上方へ曲げようとする図３中では反時計回りの曲げモーメントＭｃを発生させることが出来る。

この曲げモーメントＭｃは、先に説明した曲げモーメントＭｂとは反対方向に作用するため、曲げモーメントＭｂと曲げモーメントＭｃとは打ち消しあい、曲げモーメントＭｃを最適に得られるような形状にルーフブラケット５を形成した場合には、全曲げモーメントを「０」にすることが出来ることとなる。

また、曲げモーメントＭｃが発生されると言うことは、曲げモーメントＭｃが発生される分の軸力Ｆｃのエネルギーが吸収されることとなる。
すると、ルーフブラケット５を経由してセンターＲ／Ｆ３へ伝達される衝撃力を緩和させることにも繋がり、側面衝突時等に全体に加わる衝撃力を分散して緩和できるという効果をもたらす。これに伴い、センタＲ／Ｆ３の構造も従来例１ほど強固にせずとも従来例２と同程度の堅牢さで良いので、車両重量軽減に貢献可能となっている。
また、ルーフブラケット５は、従来例２のように容易に折れ曲がる構造にしていないので、衝撃対向側へのルーフの侵入量が従来例２に比し小さくなっている。従って、ルーフ構造全体が強固になり、変形が少なくて済むという効果をもたらしている。

尚、この実施例では、通常、車輌側方からの衝撃で発生する曲げモーメントＭｂがリンフォース接続部５１を下方へ回転させようとする方向（図３中では時計回り方向）に発生するので、これとは逆方向の曲げモーメントＭｃが発生するように、レール接続部５２をリンフォース接続部５１より上方にオフセットさせたが、該曲げモーメントＭｂが逆方向に発生するようなルーフ構造であった場合には、レール接続部５２をリンフォース接続部５１より下方へオフセットさせれば良く、また、リンフォース接続部５１とレール接続部５２とを結ぶ線の傾斜を決定するオフセットＸも実験等により適宜定めれば足りる。

この発明は、自動車等の車輌を形成する屋根部の構造として利用可能であり、特に、ムーンルーフ等の開口部を形成する乗用自動車のルーフ構造に利用すると有効である。

Ｗ ルーフ開口部
Ｘ オフセット
１ 車輌ルーフ
２ ルーフサイドレール
３ センターリンフォース（センターＲ／Ｆ）
４ ムーンルーフユニット
５ ルーフブラケット
５１ リンフォース接続部
５２ レール接続部
５３ ブラケット本体
６ インフレータ
７ ＣＳＡ

Claims (2)

1. 自動車のルーフに設けられた開口部の前後方向中間付近にて両端がそれぞれ左右のルーフサイドレール付近まで横方向に延びるセンターリンフォースと、センターリンフォースの端部をルーフサイドレールに連結するブラケットとを備えたルーフ構造において、
   ブラケットは、センターリンフォースと接続するリンフォース接続部と、ルーフサイドレールと接続部するレール接続部とを有し、レール接続部をリンフォース接続部とは車輌上下方向へオフセットさせて位置されることを特徴とする自動車のルーフ構造。
2. 上記オフセットでは、レール接続部がリンフォース接続部より車輌上方へ位置される請求項１に記載の自動車のルーフ構造。

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