JP2013035295A - 樹脂ルーフ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能及び衝突性能を満足させることができる樹脂ルーフ構造を得る。
【解決手段】ルーフパネル１４の板厚が従来よりも薄くなるように設定されている。これにより、ルーフパネル１４の剛性を下げ、フロントヘッダー１６側の一次共振周波数を低減することができる。一方、ルーフパネル１４とフロントヘッダー１６とによって略矩形状の閉断面部３６が形成されており、この閉断面部３６内には該ルーフパネル１４とで閉断面を形成する空洞補強部４０がルーフパネル１４と一体に設けられている。このように、フロントヘッダー１６を含む閉断面部３６内に空洞補強部４０を設けることで、ルーフパネル１４の前端側において、局部剛性を向上させることができる。つまり、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能及び衝突性能を満足させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車体上部に設けられた樹脂ルーフ構造に関する。

特許文献１には、樹脂製のルーフパネルにおいて、軽量化を図ると共に十分な張り剛性を得るため、当該ルーフパネルの中央部から周辺部へ向かうにつれて板厚を徐々に薄くすると共に、当該ルーフパネルの周縁部を折り曲げて補強した技術が開示されている。また、特許文献２には、ルーフ（ルーフパネル）がアウタパネル及びインナパネルで構成され、当該インナパネルにブレースを形成してルーフの補強を図る技術が開示されている。

一方、引用文献３に記載の発明では、制振対象物に接続部材が取り付けられており、当該接続部材には結合部を介して制振部材が取り付けられている。接続部材は制振部材よりも高い剛性を有しており、結合部と制振部材の自由端の間に相対変位が生じ制振部材が変形することで、当該制振部材の内部摩擦や摩擦減衰等により、制振対象物の振動を減衰させる技術が開示されている。

実開昭６１−１７７９８４号公報 実開昭６３−５９０７６号公報 特開２００９−０９２２０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、ルーフパネルの中央部が薄くなっているため当該ルーフパネルが振動しやすく、車両走行時にルーフパネルの振動によって車体側との間で共振してこもり音が発生する可能性がある。一般的に、こもり音は、車室共鳴現象（いわゆる空洞共鳴現象）に起因して生じるものであり、車室内の空気が振動又は体積変化することで助長される現象である。

したがって、ルーフパネルと車体側との間で生じる共振を抑制するため、ルーフパネルの共振周波数をずらす方法が挙げられる。この場合、まず、ルーフパネルの板厚を薄くして質量を減らすなどして、ルーフパネルの共振周波数を下げることが考えられるが、ルーフパネルの板厚を薄くするとなると、ルーフパネル自体の剛性が低下してしまう。

特許文献２に記載の発明では、上述のように、ルーフを補強する技術が開示されているが、この先行技術では、ルーフの質量が増大すると共にコストもアップしてしまう。一方、特許文献３に記載の発明では、制振対象物の振動を減衰させる技術が開示されているが、剛性の異なる部材を用いて互いに接合させるため、製造コストがアップしてしまう。

本発明は上記事実を考慮し、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能（振動及び振動音を抑制する性能）及び衝突性能を満足させることができる樹脂ルーフ構造を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造は、車体上部に設けられた樹脂製のルーフパネルと、前記車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿って延設され、前記ルーフパネルが接合されるヘッダー部と、前記ルーフパネルと前記ヘッダー部とによって形成された閉断面部と、前記閉断面部内に設けられ、前記ルーフパネルと一体に設けられ当該ルーフパネルとで閉断面を構成する空洞補強部と、を有している。

請求項１記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造では、車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿ってヘッダー部が延設されており、当該ヘッダー部に樹脂製のルーフパネルが接合される。このルーフパネルとヘッダー部とによって閉断面部が形成されている。このように、ルーフパネルとヘッダー部とで閉断面部を形成することによって、当該ルーフパネルの張り剛性を向上させることができる。さらに、本発明では、閉断面部内には空洞補強部が設けられている。この空洞補強部は、ルーフパネルと一体に設けられており、当該ルーフパネル自体で閉断面部を形成している。これにより、ルーフパネルの張り剛性をさらに向上させることができる。

このように、本発明では、ルーフパネルとヘッダー部とで閉断面部が形成されると共に、当該閉断面部内にさらに閉断面を構成する空洞補強部が設けられている。このため、ルーフパネルに必要な張り剛性の確保が可能となり、ルーフパネルの板厚を従来よりも薄く設定することができる。つまり、ここでは、ルーフパネルの板厚を従来よりも薄くすると共に、上記構成を採用することで、ルーフパネルの板厚が従来よりも薄いにも拘わらず、当該ルーフパネルに必要な張り剛性の確保が可能となる。そして、ルーフパネルの板厚を薄く形成することで、ルーフパネル側の共振周波数を下げることができる。

一方、ルーフパネルの板厚を従来よりも薄くした場合、側面衝突時（ロールオーバー時を含む。以下、同じ。）車両幅方向における荷重伝達性能の低下が懸念される。しかし、ルーフパネルとヘッダー部とで閉断面部が形成されると共に、当該閉断面部内にさらに閉断面を構成する空洞補強部が設けられることで、荷重伝達に必要なルーフパネルの剛性は確保される。つまり、ルーフパネルの車両幅方向における荷重伝達性能は担保され、側面衝突性能を満足させることができる。

さらに、空洞補強部はルーフパネルと一体に設けられているため、部品点数の増加はなく、コストアップを抑えることができる。

請求項２記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造は、請求項１に記載の樹脂ルーフ構造において、前記空洞補強部の底壁が前記ルーフパネルの振動中心線側に配置されるように両者の位置関係が設定されている。

ヘッダー部側では、ルーフパネル及びヘッダー部の振動によって、ルーフパネルの端部側を中心にした回転力が作用する。このため、この回転力に対応する剛性としていわゆる回転剛性があるが、回転剛性は回転力が作用する際の回転中心線（振動中心線）から離れるにしたがってその寄与率は大きくなる。

つまり、振動中心線上では回転剛性の寄与率は一番小さくなる。このため、請求項２記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造では、空洞補強部の底壁がルーフパネル側の振動中心線側に配置されるようにすることで、空洞補強部の底壁を厚く形成することができる。これにより、空洞補強部の剛性を上げることができ、荷重伝達に必要なルーフパネルの剛性を確保することができる。なお、ここでの「振動中心線側」には、振動中心線近傍だけでなく、振動中心線上も含まれる。

請求項３記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造は、請求項２に記載の樹脂ルーフ構造において、前記ルーフパネルの板厚が前記空洞補強部の底壁よりも薄くなるように設定されている。

空洞補強部の底壁がルーフパネルの振動中心線側に配置されることで、ルーフパネルの外板は前記空洞補強部の底壁振動中心線から離れた位置に配置されることとなる。このため、請求項３記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造では、ルーフパネルの（外板の）板厚が空洞補強部の底壁よりも薄くなるように設定されることで、ルーフパネル側の共振周波数を低減させることができる。つまり、ここでは、空洞補強部としての剛性を確保すると共に、ルーフパネルの共振周波数を効果的に低減させることができる。

請求項４記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造は、車体上部に設けられた樹脂製のルーフパネルと、前記車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿って延設され、前記ルーフパネルが取り付けられるヘッダー部と、前記ルーフパネルと前記ヘッダー部とによって形成された閉断面部と、前記閉断面部内で片持ち支持され、前記ルーフパネルと同じ方向に振動可能に設けられたリブと、を有している。

請求項４記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造では、車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿ってヘッダー部が延設されており、当該ヘッダー部に樹脂製のルーフパネルが接合される。このルーフパネルとヘッダー部とによって閉断面部が形成されている。このように、ルーフパネルとヘッダー部とで閉断面部を形成することによって、当該ルーフパネルの張り剛性を向上させることができる。

さらに、この閉断面部内には、片持ち支持されたリブが設けられ、ルーフパネルと同じ方向に振動可能とされている。このリブがいわゆるダイナミックダンパーとしての役割を担い、当該リブの振動によって、ルーフパネルの共振周波数を減衰させることができる。また、リブをルーフパネルとの一体成形によって形成することで、部品点数の増加はなく、コストアップを抑えることができる。

以上説明したように、請求項１記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造によれば、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能及び衝突性能を満足させることができる、という優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造によれば、ルーフパネル及びヘッダー部側の共振周波数を低減することができる、という優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造によれば、ルーフパネル及びヘッダー部側の共振周波数を低減することができる、という優れた効果を有する。

請求項４記載の本発明に係る樹脂ルーフ構造によれば、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能及び衝突性能を満足させることができる、という優れた効果を有する。

第１実施形態に係る樹脂ルーフ構造が適用された車両を示す斜視図である。 図１の２−２断面図である。 第２実施形態に係る樹脂ルーフ構造が適用された車両上部を示す図２に対応する断面図である。

以下、図１及び図２を用いて、本発明に係る樹脂ルーフ構造の実施形態について説明する。なお、図中矢印ＦＲは車両前後方向の前方向を示し、矢印ＵＰは車両上下方向の上方向、矢印Ｗは車両幅方向をそれぞれ示している。

＜第１実施形態＞
（樹脂ルーフ構造の構成）
図１には、本発明に係る樹脂ルーフ構造が適用された車両１０を斜め上方から見た斜視図が示されている。車両１０の車体上部としてのルーフ部１２には樹脂製のルーフパネル１４が設けられており、ルーフパネル１４の車両前後方向の前端部及び後端部には、ヘッダー部としての金属製のフロントヘッダー１６及びリアヘッダ（図示省略）が車幅方向に沿ってそれぞれ延設されている。また、ルーフパネル１４の車幅方向の両側には、図示しない金属製の左右一対のルーフサイドレールが配置されており、車両前後方向に沿って延設されている。このルーフサイドレールの意匠面側には、サイドメンバアウタ１８が設けられている。また、ルーフパネル１４の車両前方にはフロントガラス１５が設けられており、ルーフパネル１４の車両後方にはバックドアガラス１７が設けられている。

図２には図１の２−２断面図が示されている。図２に示されるように、フロントヘッダー１６の断面形状は略Ｕ字状を成しており、車両前方側に位置する縦壁２０よりも車両後方側に位置する縦壁２２の方が高くなるように設定されている。縦壁２０の先端部からは車両前方側へ向かってフランジ部２４が張り出しており、縦壁２２の先端部からは車両後方側へ向かってフランジ部２６が張り出している。

前述のように、ルーフパネル１４の前端部には前壁部２８を介して、フランジ部３０が車両前方へ向かって張り出している。このフランジ部３０の下面側は接着剤３２を介してフロントヘッダー１６のフランジ部２４に接合され、フランジ部３０の上面側には図示しない接着剤を介してフロントガラス１５（図１参照）が接合される。

また、ルーフパネル１４の前壁部２８とフロントヘッダー１６の縦壁２０とは車両前後方向で略同じ位置となるように配置されており、前壁部２８及び縦壁２０の高さと縦壁２２の高さとが略同じになるように設定されている。そして、ルーフパネル１４の外板１４Ａの裏面が、接着剤３４を介してフロントヘッダー１６のフランジ部２６に接合される。このように、ルーフパネル１４がフロントヘッダー１６に接合された状態で、ルーフパネル１４とフロントヘッダー１６とによって略矩形状の閉断面部３６が形成される。

また、ルーフパネル１４の外板１４Ａの板厚は従来よりも薄くなるように設定されており、ルーフパネル１４の前端部には、前壁部２８を含んで閉断面部３８を構成する略矩形状の空洞補強部４０が車両幅方向の略全域に亘って設けられている。つまり、この空洞補強部４０は閉断面部３６内にフロントヘッダー１６との間に隙間を空けて配置されている。空洞補強部４０の底壁４２はフランジ部３０の同一平面上に設けられており、空洞補強部４０（ルーフパネル１４）の前壁部２８と対向する空洞補強部４０の後壁部４４はフロントヘッダー１６の縦壁２２と対向して設けられている。

ここで、フロントヘッダー１６側では、路面入力によるルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の振動によって、ルーフパネル１４のフランジ部２４側を中心にした回転力が作用するが、この回転力が作用する振動中心線としての回転中心線Ｐ上に空洞補強部４０の底壁４２が配置されるように設定されている。

また、本実施形態では、ルーフパネル１４の板厚において、空洞補強部４０の底壁４２が一番厚くなるように設定されており、ルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐから離間するに従って、徐々に板厚が薄くなっている。つまり、このルーフパネル１４では、外板１４Ａの板厚が空洞補強部４０の底壁４２よりも薄くなるように設定されている。また、空洞補強部４０の前壁部２８及び後壁部４４においても、当該回転中心線Ｐから離間するに従って、徐々に板厚が薄くなるように設定されている。

（樹脂ルーフ構造の作用・効果）
例えば、バネマスによるモデル化によってフロントヘッダー１６側の一次共振周波数（ω_０）を検討すると、ω_０＝（Ｋ／ｍ）^１／２となる。なお、Ｋはルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の剛性を表し、ｍはルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の質量を表している。車両１０側の共振周波数は、車内体積で略決まるため、こもり音を抑制するには、ω_０を低減させる必要がある。このため、ルーフパネル１４の剛性を下げるか質量を大きくすることが考えられるが、燃費やコスト等を考慮するとルーフパネル１４の剛性を下げた方が良い。

したがって、本実施形態では、図２に示されるルーフパネル１４（の外板１４Ａ）の板厚が従来よりも薄くなるように設定されている。これにより、ルーフパネル１４の剛性を下げ、フロントヘッダー１６側の一次共振周波数を低減することができる。一方、ルーフパネル１４とフロントヘッダー１６とによって略矩形状の閉断面部３６が形成されており、この閉断面部３６内には該ルーフパネル１４とで閉断面を形成する空洞補強部４０がフロントヘッダー１６との間に隙間を空けて設けられている。このように、フロントヘッダー１６を含む閉断面部３６内に空洞補強部４０を設けることで、ルーフパネル１４の前端側において、局部剛性を向上させることができる。

つまり、本実施形態によれば、ルーフパネル１４の板厚を従来よりも薄くするにも拘わらず、ルーフパネル１４のフロントヘッダー１６側で当該ルーフパネル１４の剛性を上げることで、ルーフパネル１４に必要な張り剛性の確保が可能となる。

一方、ルーフパネル１４の板厚を従来よりも薄くすることで、側面衝突時における車両幅方向における荷重伝達性能の低下が懸念される。しかし、ルーフパネル１４とフロントヘッダー１６とで閉断面部３６が形成されると共に、当該閉断面部３６内にさらに閉断面を構成する空洞補強部４０が設けられることで、ルーフパネル１４に必要な剛性は確保される。つまり、ルーフパネル１４の車両幅方向における荷重伝達性能は担保され、側面衝突性能を満足させることができる。また、フロントヘッダー１６の稜線を滑らかに形成することで、フロントヘッダー１６の車両幅方向の一端側に入力された荷重を当該フロントヘッダー１６の車両幅方向の他端側へスムーズに伝達させることができる。

また、空洞補強部４０がフロントヘッダー１６との間に隙間を空けて設けられている。つまり、空洞補強部４０とフロントヘッダー１６とは互いに干渉しないため、路面入力によるルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の振動によって、空洞補強部４０とフロントヘッダー１６との間で擦れることによる異音は生じない。さらに、本実施形態では、ルーフパネル１４に空洞補強部４０を一体成形しているため、部品点数の増加はなく、コストアップを抑えることができる。

以上のことから、本実施形態によれば、この樹脂ルーフ構造では、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能（振動及び振動音を抑制する性能）及び側面衝突性能を満足させることができる。

一方、フロントヘッダー１６側では、ルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の振動によって、ルーフパネル１４のフロントヘッダー１６側を中心にした回転力が作用する。このため、この回転力に対応する剛性としていわゆる回転剛性があるが、回転剛性は回転力が作用する際の回転中心線（振動中心線）Ｐから離れるにしたがってその寄与率は大きくなる。

このため、本実施形態では、空洞補強部４０の底壁４２がルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐ側に配置されるように設定している。これにより、ルーフパネル１４の外板１４Ａはルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐから離れた位置に配置されることとなる。このため、当該回転中心線Ｐから離れた位置におけるルーフパネル１４の外板１４Ａの板厚を薄くすることで、フロントヘッダー１６側の一次共振周波数を効果的に低減させることができる。

また、本実施形態では、ルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐ上に配置された空洞補強部４０の底壁４２の板厚が一番厚くなるように設定されている。そして、空洞補強部４０の前壁部２８及び後壁部４４の板厚については、当該回転中心線Ｐから離間するにつれて薄くなるように設定されている。つまり、回転剛性の寄与率が低い底壁４２の板厚を厚くし、回転剛性の寄与率が高くなるにつれて空洞補強部の前壁部２８及び後壁部４４の板厚が徐々に薄くなるように設定している。これにより、空洞補強部４０としての剛性を確保すると共に、フロントヘッダー１６側の一次共振周波数を低減させることができる。

＜第２実施形態＞
（樹脂ルーフ構造の構成）
なお、第１実施形態と略同一の構成については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明を省略する。

図３に示されるように、ルーフパネル１４の前端側に位置する閉断面部３６内には、当該ルーフパネル１４の裏面からリブ４６が垂下している。このリブ４６の断面形状は略Ｌ字状を成しており、リブ４６は片持ち支持され車両幅方向の略全域に亘って設けられている。

また、リブ４６は車両上下方向へ沿って形成された基部４８と、車両前後方向へ沿って形成されルーフパネル１４と対向する振動部５０と、を含んで構成されている。基部４８はルーフパネル１４の前壁部２８と略平行となるように配置されており、振動部５０はルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐ上に配置されている。振動部５０は基部４８よりも板厚が厚くなるように設定されており、振動部５０と基部４８との境界部５２にはＲ形状に形成され、振動部５０の振動によって当該境界部５２に生じる応力集中を抑制し破断し難い形状となるように形成されている。

（樹脂ルーフ構造の作用・効果）
図３に示されるように、閉断面部３６内には、ルーフパネル１４と対面するリブ４６が設けられており、ルーフパネル１４とリブ４６とは略同じ方向へ振動可能とされている。このリブ４６がいわゆるダイナミックダンパーとしての役割を担い、当該リブ４６の振動によって、ルーフパネル１４の共振周波数を減衰させることができる。また、リブ４６はルーフパネル１４の裏面から垂下し、リブ４６とルーフパネル１４とは一体成形によって形成されている。このため、部品点数の増加はなく、コストアップを抑えることができる。このように、本実施形態によれば、質量及びコストをアップさせずに、ＮＶ性能及び衝突性能を満足させることができる。

＜実施形態の補足＞
本実施形態では、図２に示されるように、フロントヘッダー１６側について説明したが、リアヘッダ−側に適用しても良い。また、閉断面部３６及び空洞補強部４０は略矩形状となるように形成したが、閉断面部３６内に空洞補強部４０が設けられていれば良いため、必ずしもこの形状に限るものではない。例えば、閉断面部３６と空洞補強部４０とが異なる形状となるように形成されても良い。

また、本実施形態では、図２に示される空洞補強部４０の底壁４２と図３に示されるリブ４６の振動部５０が、ルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線（振動中心線）Ｐ上にそれぞれ配置されるように設定されているが、仮に回転中心線Ｐから若干ずれたとしても、本実施形態における効果を実質的に得ることができる。したがって、そのような態様も本発明に含まれる。

さらに、第１実施形態では、図２に示される空洞補強部４０の前壁部２８及び後壁部４４において、ルーフパネル１４及びフロントヘッダー１６の回転中心線Ｐから離間するに従って、徐々に板厚が薄くなるように設定されている。しかし、前壁部２８及び後壁部４４の何れか一方においてのみ、当該回転中心線Ｐから離間するに従って、徐々に板厚が薄くなるように設定されても良く、また、前壁部２８及び後壁部４４の板厚は一定であっても良い。

また、第２実施形態では、図３に示されるリブ４６において、ルーフパネル１４との一体成形により形成されているが、当該リブ４６を別体としてルーフパネル１４に取り付けた構成でも良い。リブ４６を別体とすることで、当該リブ４６の材料をルーフパネル１４とは異なる材料で形成することができる。このため、リブ４６の振動による繰り返し荷重において破断を抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 車両
１２ ルーフ部（車体上部）
１４ ルーフパネル
１６ フロントヘッダー（ヘッダー部）
３６ 閉断面部
４０ 空洞補強部
４２ 底壁
４６ リブ
Ｐ 回転中心線（振動中心線）

Claims (4)

1. 車体上部に設けられた樹脂製のルーフパネルと、
   前記車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿って延設され、前記ルーフパネルが接合されるヘッダー部と、
   前記ルーフパネルと前記ヘッダー部とによって形成された閉断面部と、
   前記閉断面部内に設けられ、前記ルーフパネルと一体に設けられ当該ルーフパネルとで閉断面を構成する空洞補強部と、
   を有する樹脂ルーフ構造。
2. 前記空洞補強部の底壁が前記ルーフパネルの振動中心線側に配置されるように両者の位置関係が設定された請求項１に記載の樹脂ルーフ構造。
3. 前記ルーフパネルの板厚が前記空洞補強部の底壁よりも薄くなるように設定された請求項２に記載の樹脂ルーフ構造。
4. 車体上部に設けられた樹脂製のルーフパネルと、
   前記車体上部の車両前後方向の端部の裏面側に車両幅方向に沿って延設され、前記ルーフパネルが取り付けられるヘッダー部と、
   前記ルーフパネルと前記ヘッダー部とによって形成された閉断面部と、
   前記閉断面部内で片持ち支持され、前記ルーフパネルと同じ方向に振動可能に設けられたリブと、
   を有する樹脂ルーフ構造。