JP4317352B2

JP4317352B2 - Car roof mounting structure

Info

Publication number: JP4317352B2
Application number: JP2002299100A
Authority: JP
Inventors: 幸司福本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004130986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金を用いた自動車ルーフ取り付け構造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板パネルに代わって、より軽量なアルミニウム合金製パネル乃至パネルの取り付け構造が提案乃至適用されつつある（例えば、特許文献１参照) 。ルーフパネルにアルミニウム合金パネルを適用した場合、太陽放射による侵入熱量の遮熱性を高めることができるなどの利点もある（例えば、特許文献２参照) 。
【０００３】
【特許文献１】
特開平7-132855号公報 (第1 頁)
【特許文献２】
特開2002ー234460号公報 (第1 頁)
【０００４】
また、このルーフパネルとは別に、ルーフパネルの側縁部と接合される、車体の両側にて前後方向に延在するルーフサイドレールに、アルミニウム合金の押出中空形材を適用して軽量化するとともに、この中空形材に中リブ (内側壁部) を設けた断面日型形状として、衝撃吸収性を持たせることも提案されている（例えば、特許文献３参照) 。
【０００５】
【特許文献３】
特開平7-132855号公報 (第1 頁、図1)
【０００６】
【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パネルを適用する場合、ルーフに要求される張り剛性の確保などの他に、特に、熱ひずみ対策が必要である。
【０００７】
アルミニウム合金は鋼に比して線膨張係数が2 倍ある、このため、特に、面積が比較的大きく、3.0mm 以下に薄肉化されたアルミニウム合金製のルーフパネルでは、ルーフパネルが高温に晒された際に、アルミニウム合金パネルの線膨張が、特に大きくなる可能性がある。例えば、自動車車体組み立て後の車体のED塗装では、180 ℃×20分などの塗装焼き付け加熱処理が行なわれるが、このような、比較的低温の加熱によっても、アルミニウム合金製ルーフパネルの線膨張が大きくなり、熱ひずみが生じる。
【０００８】
そして、このアルミニウム合金製ルーフパネルの熱ひずみが生じた場合、特に、車体前後方向に延在するルーフパネルの側縁部 (フランジ部) の固定部分に面ひずみが生じる。後述する通り、ルーフパネルの中央部や車体前後方向では、車体構造材と比較的柔軟に接合されているために、上記ルーフパネルの車体幅方向に在る側縁部のような面ひずみの問題は生じにくい。これに対し、上記ルーフパネルの側縁部では、後述する通り、比較的剛体に接合されているために、このような熱ひずみによる面ひずみが生じやすい。
【０００９】
上記ルーフパネルの側縁部に、このような面ひずみが生じた場合、ルーフパネル側縁部と、車体の両側にて前後方向に延在するルーフサイドレールやサイドメンバアウタパネルとの取り付け部に、口開き部分が生じるなどの変形が起こってしまう。自動車車体組み立て後に、このような変形が生じた場合、変形が著しい場合には、自動車乃至車体自体が商品価値を失うこととなりかねない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、アルミニウム合金製ルーフパネルの熱ひずみが生じた場合でも、ルーフパネル側縁部と、ルーフサイドレールやサイドメンバアウタパネルとの取り付け部に変形が生じない自動車ルーフ取り付け構造を提供しようとするものである。
【００１１】
【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取り付け構造の要旨は、車体前後方向に延在するアルミニウム合金製ルーフパネルを、車体の両側にて前後方向に延在する鋼製サイドメンバアウタパネルに取り付けた構造において、前記ルーフパネルの側縁部と前記サイドメンバアウタパネルの上端部とをリベットあるいはボルトによって接合するに際して、剪断強度が、JIS K6850 に規定された試験方法による引張剪断強度で、2MPa以下である樹脂層を介して接合したことである。
【００１２】
ルーフパネルの両側 (車体幅方向) に在る側縁部では、接合 (接着) 強度を高くするために、従来から、エポキシ系あるいはウレタン系などの、上記引張剪断強度で15〜30MPa などの、剪断強度の高い熱硬化型樹脂を用いて、比較的剛に接合されている。このため、アルミニウム合金製ルーフパネルの熱ひずみが生じた場合には、ルーフパネル側縁部に前記した面ひずみが生じやすい。
【００１３】
これに対し、本発明では、前記ルーフパネルの側縁部と前記サイドメンバアウタパネルの上端部とを、剪断強度がJIS K6850 による試験方法で2MPa以下の引張剪断強度とした樹脂、好ましくは加熱により発泡するタイプの熱発泡型樹脂の層を介して、比較的柔らかく接合して、前記した面ひずみを抑制する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明自動車ルーフ取り付け構造の実施態様を、図面を用いて、以下に具体的に説明する。
【００１５】
先ず、本発明では、前提となる自動車のルーフパネルの構造自体の態様は、従来と基本的に同じである。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。図3(a)、(b) において、1aはルーフパネル1 の両側 (車体幅方向側) に在る側縁部 (フランジ部) 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。
【００１６】
このルーフパネル1 は、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。
【００１７】
ルーフパネル1 の両側 (車体幅方向側) に在る側縁部 (フランジ部)1a の取り付け構造の1 態様例を図1 に断面図で示す。この図1 は、図4 の自動車車体5 の斜視図における、ルーフパネル1 の両側面G-G 部やH-H 部の断面図に相当する。図1 において、アルミニウム合金製のルーフパネル1 のフランジ部1aは、異材接合による電食を防止するために、中間樹脂層13を介して、鋼製のサイドメンバアウタ6 や鋼製のルーフサイドレール8 および鋼製のサイドメンバインナパネル7 と、セルフピアシングリベットや通常のリベット12などによって、一体に接合されている。このルーフパネル1 の取付部には、更に、水密シール用のシーラー（シール用樹脂材）14や、外装部材15が設置される。
【００１８】
また、鋼製のサイドメンバアウタパネル6 や鋼製のルーフサイドレール8 および鋼製のサイドメンバインナパネル7 の下部は、図の点線で囲んだ部分10で各々ボルト16による接合など機械的接合 (あるいはスポット溶接等の溶接接合でも良い) されている。
【００１９】
アルミニウム合金製のルーフパネル1 のフランジ部1aの取り付け構造の他の態様例としては、図2 に断面図で示すように、ルーフパネル1 のフランジ部1aは、鋼製のサイドメンバアウタパネル6 から張り出された鋼製のルーフドリップチャンネル9 に、前記図1 と同様に、中間樹脂層13を介して、セルフピアシングリベットや通常のリベット12などによって接合され、サイドメンバアウタパネル6 と一体に接合されている。ルーフドリップチャンネル9 は、図の点線で囲んだ部分11で、サイドメンバアウタパネル6 と、各々スポット溶接等の溶接接合 (あるいはボルト接合など機械的接合でも良い) されている。
【００２０】
また、図2 において、鋼製のサイドメンバアウタパネル6 と鋼製のサイドメンバインナパネル7 の上部と下部は、図の点線で囲んだ部分10乃至11で各々ボルトやリベット16などの機械的接合乃至溶接接合 (スポット溶接等) されている。
【００２１】
これら、図1 や図2 に示したようなルーフパネル1 の両フランジ部1aの取り付け構造では、アルミニウム合金製のルーフパネルと、鋼製のサイドメンバアウタ6 や鋼製のルーフサイドレール8 とでは、前記した線膨張係数が違う。これによって、車体が加熱された際に、ルーフパネルと、サイドメンバアウタ6 や鋼製のルーフサイドレール8 とでは、膨張量が異なって、アルミニウム合金ルーフパネル側に大きな熱ひずみが生じる。このため、車体前後方向に延在するルーフパネルの側縁部 (フランジ部)1a の固定部分に生じる面ひずみ量も大きくなって、ルーフパネル側縁部1aと、車体の両側にて前後方向に延在するルーフサイドレール8 やサイドメンバアウタパネル6 との取り付け部に、口開き部分が生じるなどの変形が起こってしまう。
【００２２】
ここにおいて、図1 や図2 における中間樹脂層13として、接合 (接着) 強度を高くするために、従来から使用されているような、エポキシ系あるいはウレタン系などの剪断強度の高い熱硬化型樹脂を用いて接合した場合、車体の加熱により、前記口開き変形部分が生じた際に、熱硬化型樹脂が熱硬化してしまう。このため、前記口開き変形部分が残されたままで、ルーフサイドレール8 やサイドメンバアウタパネル6 との取り付け部が接合、固定されることなる。
【００２３】
これに対し、本発明では、図1 や図2 における中間樹脂層13として、剪断強度がJIS K6850 による試験方法で2MPa以下の引張剪断強度とした樹脂、好ましくは加熱により発泡するタイプの熱発泡型樹脂を用いる。これによって、前記車体の加熱により、樹脂は熱発泡して、ルーフパネルフランジ部1aと、ルーフサイドレール8 やサイドメンバアウタパネル6 との取り付け部を比較的柔らかく接合する。
【００２４】
このため、前記車体の加熱により、アルミニウム合金ルーフパネル側に熱ひずみが生じた場合でも、この取り付け部によって、ルーフパネルの熱による伸縮を吸収して、前記ルーフパネルフランジ部1aに口開き部分が生じるなどの変形が起こるのを防止乃至抑制する。
【００２５】
本発明における中間樹脂層13としての樹脂としては、加熱により発泡するタイプの熱発泡型樹脂、あるいはマスチック接着剤と称せられる樹脂が例示される。マスチック接着剤は、無溶剤型のクロロプレンなどの合成ゴムや塩化ビニル樹脂を主成分とするものや、これら合成ゴムや塩化ビニル樹脂を溶剤に溶解、分散させた溶剤型樹脂が例示される。熱発泡型樹脂は、PVC 系、ウレタン系、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系などの熱発泡型樹脂（これらを混合、発泡剤等を加えるなどの調合や組成調整して熱発泡型とした樹脂を含む）が例示される。この熱発泡型樹脂としては、自動車車体組み立て後の車体のED塗装の塗装焼き付け加熱処理など、100 〜230 ℃の雰囲気温度に加熱することにより発泡するものが好ましい。また、前記マスチック接着剤も、前記雰囲気温度に加熱することにより、架橋剤が活性化して、ゴム架橋を行い弾性体となるものが好ましい。
【００２６】
本発明で用いる樹脂は、これらの樹脂の中から、JIS K6850 による試験方法で測定した引張剪断強度を2MPa以下、好ましくは、0.3 〜1.0 MPa としたものが選択される。このような樹脂で構成した前記中間樹脂層13は、前記剪断強度で例えば15〜35MPa などの高い剪断強度を有する熱硬化型樹脂に比して、柔軟性が著しく高い上に、熱硬化型樹脂に比べては接着 (接合) 強度は低く、また、水密性 (シール性) にも優れる。なお、前記図1 や図2 で示したように、アルミニウム合金製のルーフパネル1 のフランジ部1aの接合強度は、主として、セルフピアシングリベットや通常のリベット12などの機械的接合や溶接接合によって保持されているため、中間樹脂層13の接着強度が比較的低くても問題ない。この中間樹脂層13の厚みは、シール性、接合強度などの関係で適宜選択される。
【００２７】
本発明において、前記図4 におけるルーフパネル1 の車体前後側のK-K 部など、他のルーフパネル1 部分の接合は、一例として、図5 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でボルト接合乃至溶接接合される。また、図の点線で囲んだ部分11などでは、樹脂を接着剤として接合しても良いが、この樹脂接着剤も、熱ひずみを抑制するために、熱硬化型樹脂ではなく、前記中間樹脂層13と同様に、剪断強度の比較的低い樹脂接着剤で接合されていることが好ましい。
【００２８】
また、ルーフパネル1 の中央部は、一例として、図6 に断面図で示すように、鋼製の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、樹脂を接着剤として接合される。この場合も、熱ひずみを抑制するために、熱硬化型樹脂ではなく、前記中間樹脂層13と同様に、比較的剪断強度の低い樹脂接着剤で接合されていることが好ましい。
【００２９】
このように、アルミニウム合金製ルーフパネル1 と鋼製サイドメンバアウタパネル6 とを、比較的剪断強度の低い中間樹脂層13を介して接合したことで、アルミニウム合金ルーフパネル1 に熱ひずみが生じるのを防止し、あるいは熱ひずみが生じた場合でも、ルーフパネルフランジ部1aの取り付け部に大きな面ひずみが生じるのを抑制して、口開き部分が生じるなどの変形が起こるのを防止できる。このように、本発明では、ルーフパネルのアルミニウム合金化を可能とすることによって、車体上部の軽量化が図れ、自動車の操作性、運転性が向上する効果もある。
【００３０】
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ものの、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ルーフ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。また、前記図4 におけるルーフパネル1 の車体前後側のK-K 部やルーフパネル1 の中央部は、前記図6 や図7 で説明した、従来と同じ接合構造として良い。
【００３１】
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3(b)や図3(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。
【００３２】
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。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、(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、(5) 車体前後方向に延在するビード (凸条、畝) をルーフパネルに設ける、などの方法が適宜採用できる。
【００３３】
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。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の実施例を以下に説明する。
前記図1 に示したアルミニウム合金製ルーフパネル1 のフランジ部1aの取り付け構造を模擬した試験装置を図7 (a) 〜 (c)のように製作して、前記中間樹脂層13を模擬した樹脂の種類を変えた際の、フランジ部1aを模擬した部分の熱ひずみによる (面ひずみによる) 変形量を測定した。
【００３５】
即ち、図7 (a) に試験装置の正面図を示す通り、ルーフパネルを想定した、板厚1.0mm ×長さ500mm ×幅400mm のAA 6022 (6000 系) アルミニウム合金 (T5調質で0.2%耐力120MPa) 板A を、サイドメンバアウタパネル6 を想定した同程度の大きさのコの字状鋼製架台C に、中間樹脂層13を想定した樹脂層B を介して、鋼製ボルトD で接合した。鋼製ボルトD は各々のアルミニウム合金板と架台にボルト孔を設けて接合した。ルーフパネル1 のフランジ部1aを想定した、アルミニウム合金板A の両側部分の各ボルトD の間隔は、図7(b)、(c) に平面図を各々示すように、図7(b)は130mm 、図7(c)は260mm とした。
【００３６】
そして、この試験装置における樹脂層B の種類と剪断強度を種々変えた場合について、各々前記車体の塗装焼き付け加熱処理を想定して180 ℃×20分加熱した。この加熱後の、ルーフパネル1 のフランジ部1aを想定した、アルミニウム合金板A の片側部分 (図7(b)、(c) の点線で囲んだ部分) の各ボルトD の間におけるアルミニウム合金板A の変形の内、垂直方向の変形 (前記口開き部分の変形に相当) の最大高さを測定した。これらの結果を表1 に示す。
【００３７】
表1 では参考例1 として、ルーフパネル1 のフランジ部1aサイドメンバアウタパネル6 とを中間樹脂層13を介さずに接合することを想定した、樹脂層B を介さずに直接アルミニウム合金板A と鋼製架台C とを接合した場合であって、他の条件は、発明例、比較例と同じとした。
【００３８】
比較例5 、6 の樹脂層B として使用した熱硬化型樹脂は、サンスター技研株式会社製のエポキシ系熱硬化型樹脂で、商品名ペンギンセメント♯1086の剪断強度(JIS K6850による) が15〜30MPa のものである。また発明例2 、3 、4 の樹脂層B として使用した熱発泡型樹脂は、上記サンスター技研株式会社製の加熱発泡型シリコーン系樹脂を、前記剪断強度が0.3 〜1.0MPaとなるように、試験用に組成を更に調整、調合して作成したものを使用した。なお、これら樹脂は、上記加熱の際に、各々熱硬化乃至発泡させた。
【００３９】
表1 から明らかな通り、前記剪断強度が0.3 〜1.0MPaの熱発泡型樹脂を用いた発明例2 、3 、4 は、ボルトピッチが130mm 、260mm とも、アルミニウム合金板A の最大変形量が、樹脂層B を介さずにボルトのみで接合した参考例1 よりも若干大きいものの、ほぼ同等レベルである。
【００４０】
これに対し、前記剪断強度が15〜30MPa と高い熱硬化型樹脂を用いた比較例5 、6 は、ボルトピッチが130mm 、260mm とも、発明例2 、3 、4 の3 〜5 倍ものアルミニウム合金板A の最大変形量を示している。したがって、これらの結果から、本発明アルミニウム合金製ルーフパネルの取り付け構造では、ルーフパネルの熱ひずみや面ひずみが抑制され、サイドメンバアウタパネルとの取り付け部 (フランジ部) での、前記口開き部分の変形などの変形が抑制されることが分かる。
【００４１】
一方、表1 からは、樹脂を用いた発明例なり、特に比較例なりの最大変形量は、樹脂層B を介さずにボルトのみで接合した参考例1 よりも大きくなっている。また、ボルトピッチが大きくなるほど、最大変形量は大きくなっている。このことは、ルーフパネルの熱ひずみや面ひずみによる、前記口開き部分の変形に対する、ルーフパネルの取り付け構造における中間樹脂層の存在の影響なり、中間樹脂層の剪断強度の影響が極めて大きいことを示している。
【００４２】
また、表1 の発明例において、熱発泡型樹脂の剪断強度が大きくなるほど、アルミニウム合金板A の最大変形量が大きくなっている。この点、比較例熱硬化型樹脂の剪断強度や、実際のルーフパネルの取り付け構造における使用を考慮すると、前記口開き部分の変形などの変形を抑制するために、熱発泡型樹脂の剪断強度の上限は2.0MPa程度であると認められる。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミニウム合金製ルーフパネルの熱ひずみが生じた場合でも、ルーフパネル側縁部と、ルーフサイドレールやサイドメンバアウタパネルとの取り付け部に変形が生じない自動車ルーフ取り付け構造を提供できる。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】本発明に係る自動車ルーフ取り付け構造の一態様を示す車体幅方向の断面図である。
【図２】本発明に係る自動車ルーフ取り付け構造の他の態様を示す車体幅方向の断面図である。
【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】自動車車体の斜視図である。
【図５】ルーフパネルの車体前後方向端部での取り付け構造例を示す断面図である。
【図６】ルーフパネル中央部の取り付け構造例を示す断面図である。
【図７】実施例の試験装置を示し、図７(a)は正面図、図７(b)、(c)は平面図である。
【符号の説明】
1:ルーフパネル、2: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: ボルト接合部、11: 溶接接合部、12、16: 接合具、13: 中間樹脂層
14: シーラー、15: 外装部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automobile roof mounting structure using an aluminum alloy.
[0002]
[Prior art]
As is well known, many of the current automobile roofs are made of steel panels. However, in recent years, in response to global environmental problems caused by exhaust gas and the like, improvement in fuel consumption has been pursued by reducing the weight of the body of a transport aircraft such as an automobile. For this reason, in particular, a lighter aluminum alloy panel or panel mounting structure is being proposed or applied in place of a conventionally used steel plate panel for a car body (for example, see Patent Document 1). . When an aluminum alloy panel is applied to the roof panel, there is an advantage that the heat shielding property of the intrusion heat amount due to solar radiation can be enhanced (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 7-132855 A (page 1)
[Patent Document 2]
JP 2002-234460 A (page 1)
[0004]
Separately from this roof panel, aluminum alloy extruded hollow shapes are applied to roof side rails that are joined to the side edges of the roof panel and extend in the front-rear direction on both sides of the vehicle body, thereby reducing the weight. At the same time, it has also been proposed that the hollow shape member has a shock absorbing property as a cross-sectional shape having a middle rib (inner wall portion) (see, for example, Patent Document 3).
[0005]
[Patent Document 3]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-132855 (Page 1, Fig. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an aluminum alloy panel is applied to the roof panel of an automobile, in addition to ensuring the rigidity required for the roof, it is necessary to take measures against heat distortion.
[0007]
Aluminum alloy has a coefficient of linear expansion twice that of steel. Therefore, especially in aluminum alloy roof panels that are relatively large in area and thinned to 3.0 mm or less, the roof panel is exposed to high temperatures. In this case, the linear expansion of the aluminum alloy panel may be particularly large. For example, in ED painting of a car body after assembling an automobile body, a paint baking heat treatment such as 180 ° C. × 20 minutes is performed, but linear expansion of an aluminum alloy roof panel is caused by such relatively low temperature heating. Increases and heat distortion occurs.
[0008]
When heat distortion occurs in the aluminum alloy roof panel, surface distortion occurs particularly in the fixing portion of the side edge (flange) of the roof panel extending in the longitudinal direction of the vehicle body. As will be described later, in the center part of the roof panel and in the longitudinal direction of the vehicle body, since it is joined relatively flexibly with the vehicle body structural material, there is a problem of surface distortion such as the side edge portion of the roof panel in the vehicle body width direction. Is unlikely to occur. On the other hand, as described later, the side edge of the roof panel is joined to a relatively rigid body, and thus surface strain due to such thermal strain is likely to occur.
[0009]
When such a surface distortion occurs in the side edge of the roof panel, the roof panel side edge and the attachment part of the roof side rail and side member outer panel extending in the front-rear direction on both sides of the vehicle body, Deformation such as the opening of the mouth occurs. When such deformation occurs after the automobile body is assembled, if the deformation is significant, the automobile or the vehicle body itself may lose its commercial value.
[0010]
Therefore, an object of the present invention is to provide an automobile roof mounting structure that does not cause deformation of the roof panel side edge and the mounting portion of the roof side rail and the side member outer panel even when the aluminum alloy roof panel is thermally strained. It is something to be offered.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the gist of the automobile roof mounting structure of the present invention is to attach an aluminum alloy roof panel extending in the longitudinal direction of the vehicle body to a steel side member outer panel extending in the longitudinal direction on both sides of the vehicle body. In this structure, when the side edge of the roof panel and the upper end of the side member outer panel are joined with rivets or bolts, the shear strength is a tensile shear strength according to a test method defined in JIS K6850 and is 2 MPa or less. It is joining through a certain resin layer.
[0012]
In order to increase the bonding (adhesion) strength at the side edges on both sides (vehicle width direction) of the roof panel, conventionally, such as epoxy-based or urethane-based, such as 15-30 MPa in the above tensile shear strength, It is bonded relatively rigidly using a thermosetting resin with high shear strength. For this reason, when the heat distortion of the aluminum alloy roof panel occurs, the above-described surface distortion is likely to occur at the edge of the roof panel.
[0013]
On the other hand, in the present invention, the side edge portion of the roof panel and the upper end portion of the side member outer panel are resins having a shear strength of 2 MPa or less by a test method according to JIS K6850, preferably foamed by heating. The surface distortion is suppressed by joining relatively softly through a layer of a thermally foamable resin.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the automobile roof mounting structure of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
[0015]
First, in the present invention, aspects of the structure itself of the vehicle roof panel as a premise is conventionally basically is the same. Fig. 3 shows the structure of a typical roof panel 1 in an automobile body, Fig. 3 (a) is a perspective view of the entire roof panel, Fig. 3 (b) is a cross-sectional view in the _Ra direction of (a), Fig. 3 ( c) is a cross-sectional view in the _Rb direction of (a). In FIGS. 3 (a) and 3 (b), reference numeral 1a denotes side edge portions (flange portions) on both sides of the roof panel 1 (vehicle width direction side). The roof panel 1 is fixed usually to have a curvature R _b of the vehicle body left-right direction of curvature R _a and the longitudinal direction of the vehicle body roof panel central portion, a substantially box type shown in FIG. 3 (b) and FIG. 3 (c) It is designed in a shape with a curvature of.
[0016]
As shown in FIG. 3 (a), the roof panel 1 is provided with roof reinforcements such as

roof panel reinforcements

2a, 2b, and 2c, and attached frames such as a windshield header panel 3 and a back window frame upper 4. It is attached to the vehicle body side after a panel is provided.
[0017]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the mounting structure of side edge portions (flange portions) 1a on both sides (vehicle width direction side) of the roof panel 1. FIG. 1 corresponds to a sectional view of both side surfaces GG and HH of the roof panel 1 in the perspective view of the automobile body 5 of FIG. In FIG. 1, the flange portion 1a of the roof panel 1 made of aluminum alloy has a steel side member outer 6 and a steel roof side rail through an intermediate resin layer 13 to prevent galvanic corrosion due to dissimilar material joining. 8 and the steel side member inner panel 7 are joined together by a self-piercing rivet, a normal rivet 12 or the like. A sealer (sealing resin material) 14 for watertight sealing and an exterior member 15 are further installed on the mounting portion of the roof panel 1.
[0018]
The lower part of the steel side member outer panel 6, the steel roof side rail 8 and the steel side member inner panel 7 are mechanically joined (or joined by bolts 16) at the portion 10 surrounded by the dotted line in the figure (or It may also be welded joints such as spot welding).
[0019]
As another example of the mounting structure of the flange portion 1a of the roof panel 1 made of aluminum alloy, the flange portion 1a of the roof panel 1 is stretched from the steel side member outer panel 6 as shown in a sectional view in FIG. The steel roof drip channel 9 is joined by a self-piercing rivet or a normal rivet 12 through the intermediate resin layer 13 and joined to the side member outer panel 6 in the same manner as in FIG. Yes. The roof drip channel 9 is welded to the side member outer panel 6 at a portion 11 surrounded by a dotted line in the drawing, such as spot welding (or may be mechanical joining such as bolt joining).
[0020]
In FIG. 2, the upper and lower portions of the steel side member outer panel 6 and the steel side member inner panel 7 are mechanically joined such as bolts and rivets 16 with portions 10 to 11 surrounded by dotted lines in the drawing. It is welded (spot welding, etc.).
[0021]
In the mounting structure of both flange portions 1a of the roof panel 1 as shown in FIGS. 1 and 2, the aluminum alloy roof panel, the steel side member outer 6 and the steel roof side rail 8 are not The aforementioned linear expansion coefficient is different. As a result, when the vehicle body is heated, the roof panel, the side member outer 6 and the steel roof side rail 8 have different expansion amounts, and a large thermal strain is generated on the aluminum alloy roof panel side. For this reason, the amount of surface strain generated at the fixed portion of the side edge (flange) 1a of the roof panel extending in the longitudinal direction of the vehicle body also increases, so that the roof panel side edge 1a and both sides of the vehicle body in the longitudinal direction. Deformation such as a mouth opening portion occurs in the attachment portion with the extended roof side rail 8 and side member outer panel 6.
[0022]
Here, as the intermediate resin layer 13 in FIGS. 1 and 2, a thermosetting resin having a high shear strength such as an epoxy type or a urethane type, which has been conventionally used to increase the bonding (adhesion) strength. In the case of bonding using the thermosetting resin, when the opening deformation portion is generated by heating of the vehicle body, the thermosetting resin is thermoset. For this reason, the attachment portion with the roof side rail 8 and the side member outer panel 6 is joined and fixed while the opening deformation portion remains.
[0023]
On the other hand, in the present invention, as the intermediate resin layer 13 in FIGS. 1 and 2, a resin having a shear strength of 2 MPa or less by a test method according to JIS K6850, preferably a thermal foaming type that foams by heating. Resin is used. As a result, the resin is thermally foamed by the heating of the vehicle body, and the attachment portions of the roof panel flange portion 1a and the roof side rail 8 and the side member outer panel 6 are joined relatively softly.
[0024]
For this reason, even when heat distortion occurs on the aluminum alloy roof panel side due to the heating of the vehicle body, the attachment portion absorbs expansion and contraction due to the heat of the roof panel, and the opening portion is formed in the roof panel flange portion 1a. Prevent or suppress the occurrence of deformation.
[0025]
Examples of the resin as the intermediate resin layer 13 in the present invention include a heat-foaming type resin that foams by heating or a resin called a mastic adhesive. Examples of the mastic adhesive include solvent-free chloroprene and other synthetic rubbers and those containing vinyl chloride resin as a main component, and solvent-type resins obtained by dissolving and dispersing these synthetic rubber and vinyl chloride resin in a solvent. Thermal foaming resins are PVC, urethane, silicone, epoxy, acrylic and other thermal foaming resins (mixing these, adding a foaming agent, etc., adjusting the composition and composition, etc. to make a thermal foaming resin Are included). As the thermally foamable resin, a resin that foams by heating to an ambient temperature of 100 to 230 ° C., such as a baked heat treatment of ED coating of the vehicle body after assembling the vehicle body, is preferable. Also, the mastic adhesive is preferably an elastic body that is heated to the atmospheric temperature to activate the cross-linking agent to cross-link rubber.
[0026]
The resin used in the present invention is selected from those resins having a tensile shear strength measured by a test method according to JIS K6850 of 2 MPa or less, preferably 0.3 to 1.0 MPa. The intermediate resin layer 13 made of such a resin has a remarkably high flexibility as compared with a thermosetting resin having a high shear strength such as 15 to 35 MPa in terms of the shear strength, and the thermosetting resin. Compared with, the adhesive (bonding) strength is low, and the water tightness (sealing property) is also excellent. As shown in FIGS. 1 and 2, the joint strength of the flange portion 1a of the roof panel 1 made of aluminum alloy is mainly maintained by mechanical joining such as self-piercing rivets or ordinary rivets 12, and welding joining. Therefore, there is no problem even if the adhesive strength of the intermediate resin layer 13 is relatively low. The thickness of the intermediate resin layer 13 is appropriately selected in relation to sealing properties, bonding strength, and the like.
[0027]
In the present invention, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, as an example, the joining of the other roof panel 1 part such as the KK part on the vehicle body front and rear side of the roof panel 1 in FIG. Bolt bonding or welding is performed at a portion 10 surrounded by a dotted line in the figure. Further, in the portion 11 surrounded by a dotted line in the figure, resin may be joined as an adhesive, but this resin adhesive is not a thermosetting resin but the intermediate resin layer in order to suppress thermal strain. Similarly to 13, it is preferable to join with a resin adhesive having a relatively low shear strength.
[0028]
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6, as an example, the central portion of the roof panel 1 is joined with a steel roof panel reinforcement 2 and a portion 11 surrounded by a dotted line in the drawing as a resin as an adhesive. . Also in this case, in order to suppress thermal strain, it is preferable that the adhesive is bonded with a resin adhesive having a relatively low shear strength, as in the case of the intermediate resin layer 13, not the thermosetting resin.
[0029]
As described above, the aluminum alloy roof panel 1 and the steel side member outer panel 6 are joined together via the intermediate resin layer 13 having a relatively low shear strength, so that the aluminum alloy roof panel 1 is subjected to thermal strain. Even when heat distortion occurs, it is possible to suppress the occurrence of deformation such as the opening portion by suppressing the occurrence of large surface distortion at the mounting portion of the roof panel flange portion 1a. Thus, in the present invention, by enabling the roof panel to be made of an aluminum alloy, the weight of the upper part of the vehicle body can be reduced, and the operability and drivability of the automobile can be improved.
[0030]
In the present invention, although the roof panel 1 is made of an aluminum alloy plate, the roof reinforcement material such as the reinforcement 2 and the roof attached frame and panel other than the roof panel body are conventionally used even if not necessarily an aluminum alloy material. It may be appropriately configured from a steel material or the like. Further, the KK portion on the front and rear sides of the vehicle body of the roof panel 1 in FIG. 4 and the central portion of the roof panel 1 may have the same joining structure as described above with reference to FIG. 6 and FIG.
[0031]
The flat aluminum alloy plate, which is the material, is press-formed (drawn) into a roof panel shape. Then, after trimming the extra four peripheries, it is bent from the front, back, left and right to form a roof panel with a certain curvature as shown in Fig. 3 (b) and Fig. 3 (c). The
[0032]
Since the processing rate of the press molding is small, the aluminum alloy plate that is the material does not work and harden much. Therefore, in the roof panel, the effect of improving the rigidity by work hardening at the time of press molding cannot be expected. Therefore, in order to improve the tension stiffness K, which is important for the roof panel, (1) to increase the thickness t of the roof panel, (2) the lateral curvature R _a of the vehicle body at the center of the roof panel and the vehicle longitudinal direction to reduce the curvature R _b of, (3) providing irregularities such design bead, (4) the bonding rigidity of the mounting portion of the automobile body side, changing from point welding line welding and surface adhesion, improved (5) A method such as providing a bead (projection or ridge) extending in the longitudinal direction of the vehicle body on the roof panel can be appropriately employed.
[0033]
Aluminum alloy plates for roof panels used in the present invention are usually aluminum such as AA to JIS 3000 series, 5000 series, 6000 series, etc. which are easy to manufacture, easy to form into roof panels, and excellent in strength. An alloy is appropriately selected and used. In particular, the 6000 series aluminum alloy has artificial age-hardening properties under the paint baking treatment conditions of automobile bodies. For this reason, there is an advantage that the amount of alloy elements is small to obtain high strength, and the scrap can be recycled as a melting raw material of the original 6000 series aluminum alloy.
[0034]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described below.
Resin simulating the intermediate resin layer 13 by manufacturing a test apparatus simulating the mounting structure of the flange portion 1a of the aluminum alloy roof panel 1 shown in FIG. 1 as shown in FIGS. The amount of deformation due to thermal strain (due to surface strain) of the portion simulating the flange portion 1a when changing the type of was measured.
[0035]
That is, as shown in the front view of the test equipment in Fig. 7 (a), AA 6022 (6000 series) aluminum alloy with a thickness of 1.0 mm × length 500 mm × width 400 mm, assuming a roof panel (0.2% with T5 tempering) (Yield strength 120 MPa) Plate A is joined to a U-shaped steel base C of the same size assuming the side member outer panel 6 with a steel bolt D via a resin layer B assuming the intermediate resin layer 13. did. Steel bolts D were joined to each aluminum alloy plate by providing bolt holes in the frame. Assuming the flange portion 1a of the roof panel 1, the distance between the bolts D on both sides of the aluminum alloy plate A is as shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c). 130 mm and FIG. 7 (c) are 260 mm.
[0036]
Then, in the case where the type and shear strength of the resin layer B in the test apparatus were variously changed, each was heated at 180 ° C. for 20 minutes assuming the paint baking heat treatment of the vehicle body. The aluminum alloy plate between the bolts D on one side of the aluminum alloy plate A (the portion surrounded by the dotted line in FIGS. 7 (b) and (c)), assuming the flange portion 1a of the roof panel 1 after this heating. Among the deformations A, the maximum height of the vertical deformation (corresponding to the deformation of the opening portion) was measured. These results are shown in Table 1.
[0037]
In Table 1, as a reference example 1, it is assumed that the flange part 1a side member outer panel 6 of the roof panel 1 is joined without the intermediate resin layer 13, and the aluminum alloy plate A and the steel are directly connected without the resin layer B. This is a case where the manufacturing base C is joined, and other conditions are the same as those of the invention example and the comparative example.
[0038]
The thermosetting resin used as the resin layer B of Comparative Examples 5 and 6 is an epoxy-based thermosetting resin manufactured by Sunstar Giken Co., Ltd., and has a shear strength (according to JIS K6850) of the trade name Penguin Cement # 1086 of 15 to It is 30MPa. In addition, the thermally foamable resin used as the resin layer B of Invention Examples 2, 3, and 4 is a heat-foamable silicone resin manufactured by Sunstar Giken Co., Ltd., so that the shear strength is 0.3 to 1.0 MPa. What was prepared by further adjusting and blending the composition for the test was used. These resins were each thermoset or foamed during the heating.
[0039]
As is clear from Table 1, Invention Examples 2, 3, and 4 using the heat-foamable resin having a shear strength of 0.3 to 1.0 MPa have a maximum deformation amount of the aluminum alloy sheet A of both bolt pitches of 130 mm and 260 mm. Although it is slightly larger than Reference Example 1 in which only the bolt is joined without using the resin layer B, the level is almost the same.
[0040]
On the other hand, Comparative Examples 5 and 6 using a thermosetting resin having a high shear strength of 15 to 30 MPa have aluminum bolts 3 to 5 times as large as Invention Examples 2, 3, and 4 in both bolt pitches of 130 mm and 260 mm. The maximum deformation of plate A is shown. Therefore, from these results, in the mounting structure of the aluminum alloy roof panel of the present invention, the thermal strain and surface strain of the roof panel are suppressed, and the opening portion of the opening portion at the mounting portion (flange portion) with the side member outer panel is suppressed. It can be seen that deformation such as deformation is suppressed.
[0041]
On the other hand, from Table 1, the maximum deformation amount of the invention example using the resin, particularly the comparative example, is larger than that of the reference example 1 in which the resin layer B is joined only by the bolt without using the resin layer B. Moreover, the maximum deformation amount increases as the bolt pitch increases. This means that the presence of the intermediate resin layer in the roof panel mounting structure is affected by the thermal strain and surface strain of the roof panel, and the influence of the shear strength of the intermediate resin layer is extremely large. Show.
[0042]
In the invention example of Table 1, the maximum deformation amount of the aluminum alloy plate A increases as the shear strength of the thermally foamable resin increases. In consideration of the shear strength of the comparative example thermosetting resin and the actual mounting structure of the roof panel, in order to suppress deformation such as deformation of the opening portion, The upper limit is recognized to be about 2.0 MPa.
[0043]
[Table 1]

[0044]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the thermal distortion of the aluminum alloy roof panel arises, it is possible to provide an automobile roof attachment structure in which no deformation occurs in the attachment portion between the roof panel side edge and the roof side rail or side member outer panel. . For this reason, the weight reduction of a motor vehicle can be achieved, the use of the aluminum alloy plate for a motor vehicle is expanded greatly, and industrial value is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view in the vehicle body width direction showing an embodiment of an automobile roof mounting structure according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view in the vehicle body width direction showing another embodiment of the automobile roof mounting structure according to the present invention.
FIG. 3 shows a structure of a typical roof panel, FIG. 3 (a) is a perspective view of the entire roof panel, FIG. 3 (b) is a cross-sectional view in the direction of _Ra of FIG. 3 (a), and FIG. It is sectional drawing of the _Rb direction of (a).
FIG. 4 is a perspective view of an automobile body.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the mounting structure of the roof panel at the end in the vehicle longitudinal direction.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a mounting structure at the center of the roof panel.
7A and 7B show a test apparatus of an example, in which FIG. 7A is a front view, and FIGS. 7B and 7C are plan views.
[Explanation of symbols]
1: Roof panel, 2: Reinforcement,
3: Windshield header panel, 4: Back window frame upper,
5: Auto body, 6: Side member outer, 7: Side member inner,
8: Roof side rail, 9: Roof drip channel,
10: Bolt joint, 11: Weld joint, 12, 16: Joint, 13: Intermediate resin layer
14: Sealer, 15: Exterior material

Claims

In a structure in which an aluminum alloy roof panel extending in the longitudinal direction of the vehicle body is attached to a steel side member outer panel extending in the longitudinal direction on both sides of the vehicle body, the side edge of the roof panel and the upper end of the side member outer panel An automobile roof mounting structure characterized in that when the parts are joined with rivets or bolts, the shear strength is joined through a resin layer having a tensile shear strength of 2 MPa or less according to the test method defined in JIS K6850.

Automobile Roof Mounting structure according to claim 1 wherein the resin layer is a heat-foamable resin.