JP2016215708A - 車両の上部車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を確保しつつ車体剛性を向上することができる車両の上部車体構造を提供する。
【解決手段】センタピラー１と、このセンタピラー１の上端部に連なり前後に延びる閉断面Ｃ２を構成するルーフサイドレール２と、センタピラー１の上端部近傍位置におけるルーフサイドレール２内に配設された合成樹脂製の補強部材３とを備え、ルーフサイドレール２が、膨出部２２ａを有するルーフレールインナ２２と、ルーフレールインナ２２と協働して閉断面Ｃ２を構成するルーフレールレイン２３とによって形成され、補強部材３は、ルーフレールレイン２３との間に隙間を有すると共に表面粗さが粗くされたルーフレールインナ２２の車幅方向外側面にアンカ効果によって一体接合されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の上部車体構造に関し、特にルーフサイドレール内に合成樹脂製の補強部材を備えた車両の上部車体構造に関する。

一般に、フロアフレーム、サイドシル、ピラー、ルーフサイドレール、フロアクロスメンバ等の車両用フレームは、１又は２以上の部材により構成された閉断面を有している。
車両には衝突安全性や操縦安定性、静粛性が求められているため、車両用フレームの閉断面内に車体剛性を向上するための補強部材を設けた構造が知られている。

例えば、センタピラーの上端部に連なり車体前後方向に延びる閉断面を構成するルーフサイドレールを備えた車両に対して車幅方向内側に向かう力が作用した場合、センタピラー及びルーフサイドレールに車体上端部分を中心とした車幅方向内側に向かう捩れが発生する。そこで、この捩れを抑制するために、ルーフサイドレール内に補強部材を配設する構造が提案されている。

特許文献１の上部車体構造は、センタピラー内部に設けられた硬質合成樹脂製の第１補強部材と、ルーフサイド部内部に設けられた硬質合成樹脂製の第２補強部材と、第１補強部材と第２補強部材を連結する結合部とを備え、この結合部が、第１補強部材から突出した突出部と、第２補強部材に形成された位置決め穴とによって形成された構成が開示されている。第１，第２補強部材は、複数の縦方向リブと横方向リブとを格子状に組んだ一体樹脂成形体に構成されている。これにより、車体剛性の向上と軽量化との両立を図っている。

通常、ルーフサイドレールは、鋼板をプレス加工したインナ部材とアウタ部材とによって閉断面を構成している。そして、ルーフサイドレールの断面崩れを抑制、所謂断面係数を高く維持しつつ車室空間やカーテンエアバッグ等の装備スペースを確保するため、インナ部材に車体前後方向に延びる稜線を備えた膨出部が形成されている。

特開２００１−１９１９４７号公報

特許文献１の上部車体構造は、結合部に形成された空隙に発泡性樹脂を中実になるように充填することによって第１・第２補強部材を所定の位置に固定している。
しかし、熱量不足による発泡不良の場合や熱量過多により発泡性樹脂が脆化した場合には、補強部材が所定位置に精度良く固定されないため、期待されている断面崩れ抑制機能を確保することができず、走行時における異音の発生原因にもなる。
また、発泡性樹脂を用いることなく、補強部材を単体で結合部に空隙が生じないように形成することは、現状の製造公差の観点から現実的ではない。

しかも、補強部材をルーフサイドレールのインナ部材及び／又はアウタ部材に合成樹脂、例えばエポキシ樹脂系接着材を用いて接着固定した場合、車幅方向内側に向かう力により、補強部材には変形が生じないにも拘らずルーフサイドレールの断面が変形する虞がある。
補強部材をインナ部材及び／又はアウタ部材に接着材を用いて接着した場合、補強部材とインナ部材及び／又はアウタ部材との間には接着材層が形成されている。
即ち、接着材は物性として粘弾性特性を有していることから、補強部材に対してインナ部材及び／又はアウタ部材による相対的な滑りを許容し、インナ部材及び／又はアウタ部材が補強部材から独立して変形することが原因である。

本発明の目的は、生産性を確保しつつ車体剛性を向上することができる車両の上部車体構造等を提供することである。

請求項１の発明は、上下方向に延びるピラー部材と、このピラー部材の上端部に連なり車体前後方向に延びる閉断面を構成するルーフサイドレールと、前記ピラー部材の上端部近傍位置における前記ルーフサイドレール内に配設された合成樹脂製の補強部材とを備えた車両の上部車体構造において、前記ルーフサイドレールが、車室側へ膨らんだ部分を有する金属製インナ部材と、前記インナ部材と協働して前記閉断面を構成する金属製アウタ部材とによって形成され、前記補強部材が前記インナ部材の車幅方向外側面にアンカ効果によって一体接合されたことを特徴としている。

この車両の上部車体構造では、ピラー部材の上端部近傍位置におけるルーフサイドレール内に配設された合成樹脂製の補強部材を備えたため、車体剛性の向上と軽量化とを両立することができる。補強部材がルーフサイドレールのインナ部材の車幅方向外側面にアンカ効果によって一体接合されているため、製造公差を許容しつつ補強部材をルーフサイドレール内に精度良く機械的に固定することができる。しかも、補強部材に対するインナ部材の相対的な滑りを制限するため、インナ部材の車室側へ膨らんだ部分を起点とした座屈の発生を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強部材と前記アウタ部材との間に隙間が形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、側突時、アウタ部材に作用した衝撃エネルギーを直接的に補強部材に伝達させないため、補強部材の剛性をインナ部材の座屈発生防止に重点的に寄与させることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記インナ部材の車幅方向外側面の表面粗さを粗くすることにより前記アンカ効果を得ることを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成で補強部材とインナ部材とのアンカ効果を高くすることができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記補強部材は、前記インナ部材を組込んだ射出成形によって一体成形されたことを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成で補強部材とインナ部材とを一体接合することができる。

本発明の車両の上部車体構造によれば、生産性を確保しつつ車体剛性を向上することができる。

実施例１に係る車両の側面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のII−II線断面部分を車室内から視た斜視図である。 補強部材を左方から視た斜視図である。 補強部材を右方から視た斜視図である。 補強部材の製造工程の説明図であって、（ａ）は表面処理前のルーフレールインナの縦断面図、（ｂ）は表面処理後のルーフレールインナの縦断面図、（ｃ）は射出成形後の補強部材とルーフレールインナとの要部縦断面図である。 接着材を用いた接合力とアンカ効果を用いた接合力との比較グラフである。 変形前のモデルＭ１の説明図である。 変形前のモデルＭ２の説明図である。 変形後のモデルＭ１の説明図である。 変形後のモデルＭ２の説明図である。 モデルＭ１，Ｍ２の曲げモーメントの推移を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を車両Ｖに適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
尚、図において、矢印Ｆ方向を前方とし、矢印Ｌ方向を左方とし、矢印Ｕ方向を上方として説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１２に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、車両Ｖは、上下方向に延びる左右１対のセンタピラー１（ピラー部材）と、これら１対のセンタピラー１の上端部に夫々連なり前後方向に延びる左右１対のルーフサイドレール２と、これら１対のルーフサイドレール２内に夫々配設された左右１対の合成樹脂製補強部材３等を備えている。
尚、車両Ｖは、左右対称の構造であるため、以下、左側部分の構造について主に説明する。

まず、センタピラー１について説明する。
図１〜図３に示すように、センタピラー１は、前部ドア開口４と後部ドア開口５との間を前後に仕切ると共に前後方向に延びる閉断面状のサイドシル６の中間部分からルーフサイドレール２の中間部分に亙って上方程右側（車室側）へ移行するように形成されている。
このセンタピラー１は、ピラーアウタパネル１１と、ピラーインナパネル１２と、ピラーレインフォースメント１３等を備えている。

ピラーアウタパネル１１は、断面略ハット状に形成され、サイドシルアウタパネル６ａの上端部に連なっている。このピラーアウタパネル１１は、ピラーインナパネル１２と協働して上下に延びる閉断面Ｃ１を形成している。ピラーインナパネル１２は、断面略ハット状に形成され、サイドシルインナパネル６ｂの上端部に連なっている。
ピラーレインフォースメント１３は、閉断面Ｃ１を左右に仕切るように配設されている。
このピラーレインフォースメント１３は、下方に延長され、サイドシルアウタパネル６ａの下端部とサイドシルインナパネル６ｂの下端部とに挟着されている。

次に、ルーフサイドレール２について説明する。
図１〜図３に示すように、ルーフサイドレール２は、前部ドア開口４の前端部分上端から後部ドア開口５の前端部分上端に亙って略直線状に形成されている。
このルーフサイドレール２は、ルーフサイドレールアウタパネル２１と、ルーフサイドレールインナパネル２２（インナ部材）と、ルーフサイドレールレインフォースメント２３（アウタ部材）等を備えている。
以下の説明にあたり、ルーフサイドレールアウタパネル２１をルーフレールアウタ２１、ルーフサイドレールインナパネル２２をルーフレールインナ２２、ルーフサイドレールレインフォースメント２３をルーフレールレイン２３と省略する。

ルーフレールアウタ２１は、鋼板をプレス加工するすることによってサイドシルアウタパネル６ａ及びピラーアウタパネル１１等と一体形成されている。
ルーフレールアウタ２１は、正面視にて左側上方に向けて断面略扇形状に突出するように形成されている。ルーフレールアウタ２１の上側端部分には前後に延びるフランジ部が形成され、このフランジ部の上面にルーフパネル７の左端部分が接合されている。
ルーフレールアウタ２１は、ルーフレールインナ２２と協働して前後方向に延びると共に閉断面Ｃ１に連なる閉断面を構成している。

ルーフレールインナ２２は、鋼板をプレス加工するすることによって形成されている。
図２，図３に示すように、ルーフレールインナ２２の上端側部分には前後に延びるフランジ部が形成され、このフランジ部がルーフレールレイン２３の上端側フランジ部を介してルーフレールアウタ２１のフランジ部の下面に接合されている。ルーフレールインナ２２の右側（車幅方向外側）面には、ルーフクロスメンバ８の左端側部分が接合されている。
ルーフレールインナ２２の中段部には、前後方向に延びた稜線Ｒが設けられると共に右方へ膨らんだ膨出部２２ａが形成されている。この膨出部２２ａは、正面視にてルーフレールインナ２２の上半部の略鉛直状に延びる延長線に対してルーフレールインナ２２の下半部を稜線Ｒを中心として時計回りに屈曲するように形成されている。
ルーフレールインナ２２の下端側部分にはフランジ部が形成され、このフランジ部がピラーインナパネル１２の上端側部分に形成された前後に延びるフランジ部に接合されている。

ルーフレールレイン２３は、鋼板をプレス加工するすることにより正面視にて左側上方に向けて突出した断面略ハット状に形成されている。
ルーフレールレイン２３の上端側部分には前後に延びるフランジ部が形成され、このフランジ部がルーフレールアウタ２１及びルーフレールインナ２２のフランジ部の間に挟着されている。
ルーフレールレイン２３の下端側部分には前後に延びるフランジ部が形成され、このフランジ部はピラーインナパネル１２のフランジ部を介してルーフレールインナ２２の下端側フランジ部に接合されている。これにより、ルーフレールレイン２３は、ルーフレールインナ２２と協働して前後に延びる断面略台形状の閉断面Ｃ２を構成している。
ルーフレールレイン２３の左端側壁部には、ピラーレインフォースメント１３の上端側部分が接合されている。

次に、補強部材３について説明する。
補強部材３は、閉断面Ｃ２内において、前後方向中間領域に固着されている。
図３〜図５に示すように、補強部材３は、上壁部３１と、下壁部３２と、前壁部３３と、後壁部３４と、中段部において上壁部３１に対して略平行に延びる横壁部３５と、前壁部３３と後壁部３４との間を複数に仕切る複数の縦壁部３６と、各々の壁部３１〜３６の右端部に連結された底壁部３７とによって構成され、左方が開放された有底ハニカム形状に形成されている。

上壁部３１は、略水平状に左方へ延びるように形成され、横壁部３５よりも左右幅が小さく構成されている。下壁部３２は、右側程上方へ移行するように形成され、上壁部３１よりも左右幅が小さく構成されている。
底壁部３７は、中段部に稜線Ｒに対応して前後方向に延びる屈曲部３７ａが形成されている。この底壁部３７は、ルーフレールインナ２２の左側面に面当接し、この左側面に対してアンカ（投錨）効果によって接合されている。この底壁部３７は、稜線Ｒを挟んでルーフレールインナ２２の上半部及び下半部に夫々接合されている。
各々の壁部３１〜３６の左端部は、ルーフレールレイン２３から所定距離離隔するように夫々形成されている。

図６に基づき、補強部材３の製造工程について説明する。
図６（ａ）に示すように、外形形状や稜線Ｒ等がプレス加工されたルーフレールインナ２２は、左側面が表面になるように治具台にセットされ、後工程において底壁部３７が接合される接合領域に所定の表面処理、例えばエッチング処理が施される。
図６（ｂ）に示すように、ルーフレールインナ２２の接合領域表面には、微細な凹部Ｐが形成される。

表面処理されたルーフレールインナ２２は、凹部Ｐがキャビティ内方に対向するように補強部材３を形成するための射出成形型（図示略）に組込まれる。そして、型締め後、溶融樹脂材料を射出することにより射出成形を行う。図６（Ｃ）に示すように、溶融樹脂材料が凹部Ｐの内部に入り込んで投錨状に固化することにより、補強部材３がルーフレールインナ２２の左側面にアンカ効果によって一体接合されている。
補強部材３とルーフレールインナ２２を一体形成した後、ルーフレールインナ２２、ルーフレールレイン２３、ルーフレールアウタ２１等の各部材の組立工程を行う。
尚、補強部材３の材料は、ガラス繊維含有合成樹脂（ＧＲＰ：Glass-reinforced plastics）、例えばガラス繊維が複合化されたポリアミド（ナイロン）樹脂等である。

次に、本実施例の車両Ｖの上部車体構造における作用、効果を説明する。
まず、補強部材３とルーフレールインナ２２を個別に製作した後、補強部材３とルーフレールインナ２２を汎用接着材を用いて接合した部材Ａと、補強部材３とルーフレールインナ２２をアンカ効果によって一体接合した部材Ｂとを夫々準備し、これら部材Ａ，Ｂにおける補強部材３とルーフレールインナ２２との接合力を評価する検証実験を行った。
図７に示すように、部材Ａの接合力は４ＭＰ、部材Ｂの接合力は２４ＭＰであった。
これにより、アンカ効果による一体接合は、応力集中を回避しながら接合面積を確保することに加え、接着材による接合に比べて接合力を飛躍的に増加できることが判明した。

次に、図８〜図１２に基づき、シミュレーションによる検証実験について説明する。
補強部材３をルーフレールインナ２２に一体接合させたモデルＭ１（図８参照）と、補強部材３をルーフレールレイン２３に一体接合させたモデルＭ２（図９参照）とを準備し、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）によって各々のモデルＭ１，Ｍ２の変形挙動を解析した。変形挙動解析に当り、モデルＭ１，Ｍ２のセンタピラー１に車室方向へ作用する同じ荷重を夫々付与すると共に、各々のルーフサイドレール２に作用する曲げモーメント（ｋＮｍ）を比較した。
尚、モデルＭ１，Ｍ２について、実施例１と同様の部材については同じ符号を付与している。

図１０，図１１に所定荷重を付与したときのモデルＭ１，Ｍ２の挙動を夫々示し、図１２にモデルＭ１，Ｍ２の曲げモーメントの推移を夫々示す。
図１０に示すように、モデルＭ１は、ルーフレールインナ２２に座屈を発生させることなくセンタピラー１がルーフサイドレール２を中心として反時計回りに回動し、この回動に伴って補強部材３とルーフレールレイン２３との離隔距離が拡大している。また、稜線Ｒを含む膨出部２２ａには変形が殆ど現れないのに対し、膨出部２２ａよりも下側部分には大きな変形が発生している。
図１１に示すように、モデルＭ２は、ルーフレールインナ２２に座屈を発生させながらセンタピラー１がルーフサイドレール２を中心として反時計回りに回動し、この回動に伴って補強部材３とルーフレールインナ２２との離隔距離が拡大している。また、膨出部２２ａよりも下側部分には殆ど変形が発生していない。
図１２に示すように、座屈が発生しないモデルＭ１の曲げモーメント（実線）は、曲げ角の増加に比例して増加するものの、座屈が発生したモデルＭ２の曲げモーメント（破線）は、座屈発生時、曲げモーメントの急激な落ち込みが生じている。

以上により、モデルＭ１では、補強部材３がセンタピラー１の変形に起因したルーフレールレイン２３の変形の影響を受けないため、補強部材３の剛性がルーフレールレイン２３の変形によって損なわれることなくルーフレールインナ２２の座屈防止に寄与しているものと推測される。
また、ルーフレールインナ２２に座屈が発生しないため、膨出部２２ａに集中されない応力が分散し、膨出部２２ａよりも下側部分に集中したものと考えられる。
モデルＭ２では、補強部材３が膨出部２２ａ（稜線Ｒ）を起点としたルーフレールインナ２２の座屈防止に寄与していないため、膨出部２２ａに応力が集中した結果、ルーフレールインナ２２に座屈が発生したものと推測される。

本車両Ｖの上部車体構造よれば、センタピラー１の上端部近傍位置におけるルーフサイドレール２内に配設された合成樹脂製の補強部材３を備えたため、車体剛性の向上と軽量化とを両立することができる。補強部材３がルーフサイドレール２のルーフレールインナ２２の車幅方向外側面にアンカ効果によって一体接合されているため、製造公差を許容しつつ補強部材３をルーフサイドレール２内に精度良く機械的に固定することができる。
しかも、補強部材３に対するルーフレールインナ２２の相対的な滑りを制限するため、ルーフレールインナ２２の膨出部２２ａを起点とした座屈の発生を抑制することができる。

補強部材３とルーフレールレイン２３との間に隙間が形成されている。
これにより、側突時、ルーフレールレイン２３に作用した衝撃エネルギーを直接的に補強部材３に伝達させないため、補強部材３の剛性をルーフレールインナ２２の座屈発生防止に重点的に寄与させることができる。

ルーフレールインナ２２の車幅方向外側面の表面粗さを粗くすることによりアンカ効果を得るため、簡単な構成で補強部材３とルーフレールインナ２２とのアンカ効果を高くすることができる。
補強部材３は、ルーフレールインナ２２を組込んだ射出成形によって一体成形されたため、簡単な構成で補強部材３とルーフレールインナ２２とを一体接合することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、ピラー部材としてセンタピラーの例を説明したが、少なくともルーフサイドレールに連なるピラー部材であれば良く、フロントピラーやリヤピラーであっても良い。また、鋼板製ピラー部材の例を説明したが、少なくとも合成樹脂とアンカ効果による一体接合が可能な金属材料であれば良く、アルミ合金材料等通常車体構造に用いられる材料を含み任意に採用することができる。

２〕前記実施形態においては、ルーフレールインナに稜線を備えた屈曲状の膨出部を形成した例を説明したが、膨出部は、少なくともピラー部材に車室方向への力が作用したとき、応力が集中して座屈の起点になるような加工部位を含むものである。
具体的には、正面視にてルーフレールインナの上端側部分と下端側部分とを結んだ線よりも車室方向へ張り出した部分が膨出部に相当し、この張り出した部分が湾曲状或いは屈曲状の何れの形状であっても良い。

３〕前記実施形態においては、表面処理としてエッチング処理の例を説明したが、少なくともルーフレールインナの接合領域表面に微細な凹凸を形成できれば良く、浸漬処理（Ｔ処理）、レーザ加工、ショットピーニング、ショットブラスト等が採用可能である。
また、微細孔を有する電気皮膜をルーフレールインナの接合領域表面に形成しても良い。

４〕前記実施形態においては、補強部材を熱可塑性ポリアミド樹脂で形成した例を説明したが、ポリカーボネート、ＰＢＴのようなポリエステル樹脂等を採用できる。また、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を用いても良い。
前記実施形態においては、ガラス繊維が複合化された合成樹脂の例を説明したが、強化材として炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等任意に選択可能である。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ センタピラー
２ ルーフサイドレール
３ 補強部材
２２ ルーフレールインナ
２２ａ 膨出部
２３ ルーフレールレイン
Ｖ 車両

Claims (4)

1. 上下方向に延びるピラー部材と、このピラー部材の上端部に連なり車体前後方向に延びる閉断面を構成するルーフサイドレールと、前記ピラー部材の上端部近傍位置における前記ルーフサイドレール内に配設された合成樹脂製の補強部材とを備えた車両の上部車体構造において、
   前記ルーフサイドレールが、車室側へ膨らんだ部分を有する金属製インナ部材と、前記インナ部材と協働して前記閉断面を構成する金属製アウタ部材とによって形成され、
   前記補強部材が前記インナ部材の車幅方向外側面にアンカ効果によって一体接合されたことを特徴とする車両の上部車体構造。
2. 前記補強部材と前記アウタ部材との間に隙間が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の上部車体構造。
3. 前記インナ部材の車幅方向外側面の表面粗さを粗くすることにより前記アンカ効果を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の上部車体構造。
4. 前記補強部材は、前記インナ部材を組込んだ射出成形によって一体成形されたことを特徴とする請求項３に記載の車両の上部車体構造。