JP5115159B2 - 自動車のルーフ構造 - Google Patents

Description

本発明は、ルーフパネルと、ルーフパネルを下側から支持するボウルーフとを備えた自動車のルーフ構造に関する。

近年、車両軽量化を目的として、ルーフパネルと、ルーフパネルの下側に車幅方向に配置されルーフパネルを支持するボウルーフとを、アルミニウムで構成したルーフ構造が提供されている。

しかし、ルーフ構造が、図８（ａ）に示すように、ルーフパネル１の車幅方向両端部が略クランク状に折り曲げられ、かつボウルーフ２の車幅方向両端に、なだらかな傾斜面からなるドリップ部２Ａが形成されていると、高温状態に晒されたときに、アルミニウムであるルーフパネル及びボウルーフと鉄であるサイドルーフレール３の線膨張係数の差により、ルーフパネル１の上面が変形してしまう虞がある。

すなわち、高温状態においては、アルミニウムで構成されたルーフパネル１は、図８（ｂ）に示すように、矢印Ａ方向に伸びて破線で示す形状に変形するが、このときサイドルーフレールの変形が小さいので、クランク状に折り曲げられた部分の角部１Ａには時計方向にモーメントＭ１が生じている。これにより、ルーフパネル１の車幅方向中央部には下向きの力Ｆ１が作用している。

一方、高温状態においては、アルミニウムで構成されたボウルーフ２は、図８（ｃ）に示すように矢印Ｂ方向に伸びて破線で示す形状に変形する。これにより、ボウルーフ２の車幅方向中央部には上向きの力Ｆ２が作用して、ボウルーフ２の車幅方向中央部は上方向に変位する。

ルーフパネル１とボウルーフ２とは適切なクリアランスを維持しつつ接着剤（マスチック）によって接合されており、上記のように、ルーフパネル１に下向きの力Ｆ１が作用し、ボウルーフ２に上向きの力Ｆ２が作用して、ボウルーフ２が実際に上方向に変位すると、図８（ａ）に示すように、ルーフパネル１とボウルーフ２との車幅方向中央部におけるクリアランスが過小となってしまう。

そして、このような状況で高温状態から解放された場合、ボウルーフ２は常温時の元の形状に戻ろうとし、つまり、図８（ｃ）において下方向（矢印Ｆ２と逆方向）に変位する。ボウルーフ２が下方向に変位すると、ボウルーフ２に接着剤で接合されたルーフパネル１は、ボウルーフ２の変位とともに下方へ引き込まれ、ルーフパネル１の上面に凹凸の変形が生じる。

そこで、図９に示すように、ボウルーフ２の車幅方向両端部に上方に突出した凸部２Ｂを設け、側突時にボウルーフ２が変形しやすいようにするとともに、ボウルーフ２の伸びを凸部２Ｂで吸収できるようにしたルーフ構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１５２０７０号公報

しかしながら、上記従来技術のように、ボウルーフ２の車幅方向両端部に上方に突出した凸部２Ｂが設けられていると、製造時の塗装工程等において、ルーフパネル１の上面が変形してしまう虞がある。

すなわち、塗装工程において車体は塗装炉を通過するが、このとき車体はかなりの高温状態に晒される。このような高温状態においては、図１０に示すように、ボウルーフ２が矢印Ｃ方向に伸び、このとき、凸部２Ｂの角部２Ｃには反時計方向にモーメントＭ２が、角部２Ｄには反時計方向にモーメントＭ３が、角部２Ｅには反時計方向にモーメントＭ４がそれぞれ発生し、ボウルーフ２全体を車幅方向中央部へ押し戻そうとする。そのため、ボウルーフ２の車幅方向中央部には上向きの力Ｆ３が作用して、ボウルーフ２は破線で示す位置に変位する。

一方、図８（ｂ）で示したように、高温状態においては、ルーフパネル１の車幅方向中央部は下向きの力Ｆ１が作用している。その結果、図１１に示すように、塗装工程のようなかなりの高温状態においては、ルーフパネル１とボウルーフ２は車幅方向中央部でクリアランスが過小となってしまい、高温状態から解放された際に、図８（ａ）で説明した場合と同様にルーフパネル１に凹凸が発生するという問題点が生じる。

本発明の課題は、製造時に車体を高温状態に晒し、その後常温に戻したときに、ルーフパネルに変形が生じるのを防ぐことのできる自動車のルーフ構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、車幅方向両側端部が略クランク状に折り曲げられたルーフパネルと、前記ルーフパネルの下側に車幅方向に配置され該ルーフパネルを支持するボウルーフと、前記ルーフパネル及び前記ボウルーフの車幅方向両側端部の外側に配置されルーフパネル及びボウルーフの車幅方向両側端を支持するサイドルーフレールとを備え、前記ルーフパネルと前記ボウルーフは、前記サイドルーフレールに対して線膨張係数の大きい材質を用いた自動車のルーフ構造において、前記ボウルーフは、車幅方向両側端部が所定角度で下方へ折り曲げられ、その折り曲げられた部分に縦壁を有する一方、前記ボウルーフには、前記縦壁の最下部に前記ルーフパネルと前記サイドルーフレールとの接合部より下方に突出した凸部が形成され、該凸部は、前記縦壁の下部に設けられた車幅方向内側の壁と、該車幅方向内側の壁の下部先端側が車幅方向外側に折り曲げられて形成された底壁と、該底壁の車幅方向外側が上方へ折り曲げられた車幅方向外側の壁とを有し、前記車幅方向外側の壁は、上部が車幅方向外側に向けて折り曲げられ、その折り曲げ部の先端が前記サイドルーフレールに固定されていることを特徴としている。

上記構成によれば、塗装工程での高温状態において、サイドルーフレールの変形は小さいが、ボウルーフは熱膨張して車幅方向外側へ伸び、これにより、ボウルーフ本体と縦壁との連結点（つまり、折り曲げ箇所）、及び下方に突出した凸部の各角部にはそれぞれモーメントが発生する。これら各モーメントは、凸部の底壁が車幅方向内側斜め下方に向くよう凸部自体を大きく変形させ、ボウルーフ本体が車幅方向外側へ伸びても、ボウルーフの車幅方向中央部が上方向へ変位するのを防ぐ。その結果、ルーフパネルとボウルーフとのクリアランスを所定量に維持することが可能となり、高温状態から解放された場合でも、ルーフパネルに変形が生じるのを防ぐことができる。

本発明によれば、製造時に車体を塗装工程等の高温状態に晒し、その後、常温に戻したときにも、ルーフパネルに変形が生じるのを防ぐことができる

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は、車体１０から、ルーフパネル１１とボウルーフ１２を取り外した状態を示す斜視図である。ルーフパネル１１は平面視で略四角形を成し、ボウルーフ１２はルーフパネル１１の下側に４つ設けられている。

図２及び図３は本発明に係るルーフ構造を示しており、図２は車両片側における斜視図、図３は図２のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。本発明に係るルーフ構造は、図２及び図３に示すように、ルーフパネル１１と、ルーフパネル１１の下側に車幅方向に配置されルーフパネル１１を支持するボウルーフ１２とを備えている。なお、ルーフパネル１１及びボウルーフ１２はアルミニウムで構成されている。

ルーフパネル１１は、車幅方向端部に略クランク状に折り曲げられた部分を有している。すなわち、ルーフパネル１１の車幅方向端部は所定角度（１３５度以下）で下方へ折り曲げられ、その折り曲げられた部分に縦壁１１Ａを有するとともに、縦壁１１Ａの下部は車幅方向外側に折り曲げられ、その先端の水平端部１１Ｂが、鉄で構成されたサイドルーフレール１３の上面に固定されている。

ボウルーフ１２は、車幅方向端部が所定角度（１３５度以下）で下方へ折り曲げられ、その折り曲げられた部分に縦壁１２Ａを有している。この縦壁１２Ａの長さＨｂは、ルーフパネル１１の縦壁１１Ａの長さＨｒの略等しくなるよう設定されている。また、縦壁１２Ａの最下部には下方に突出した凸部１２Ｂが形成されている。凸部１２Ｂは、その車幅方向内側の壁が縦壁１２Ａの下部によって形成されている。また、凸部１２Ｂは、ルーフパネル１１とサイドルーフレール１３との接合部よりも下方に突出している。なお、縦壁１２Ａは、ルーフパネル１１の縦壁１１Ａとの間に所定間隔を開け、かつ縦壁１１Ａの形状に合わせて下方に折り曲げられている。

凸部１２Ｂは、その底壁１２Ｃの車幅方向における長さＬが、縦壁１２Ａの長さＨｂよりも短く設定されている。また、凸部１２Ｂは、車幅方向外側の壁１２Ｄが上部へ行くほど車幅方向外側に位置するよう斜めに配置されている。凸部１２Ｂの車幅方向内側の壁を形成する縦壁１２Ａは、上部へ行くほど車幅方向内側に位置するよう斜めに配置されている。したがって、凸部１２Ｂ全体は、下方に向けて先細り形状に形成されている。

また、凸部１２Ｂを構成する車幅方向外側の壁１２Ｄの上部は車幅方向外側に折り曲げられ、その先端の水平端部１２Ｅがサイドルーフレール１３の上面に固定されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

上記構成のルーフ構造が、製造時の塗装炉等において高温状態に晒されたときに、ルーフパネル１１には、クランク状に折り曲げられた部分の角部１１Ｃにモーメント（図８（ｂ）におけるＭ１と同じモーメント）が生じて、ルーフパネル１１の車幅方向中央部には下向きの力が作用する。

一方、ボウルーフ１２は、高温状態に晒されたときに、図４に示すように、矢印Ｄ方向に伸びて、図の破線のように変形するとともに、ボウルーフ１２本体と縦壁１２Ａとの連結点（つまり、折り曲げ箇所）１２ＦにモーメントＭ５が発生する。また、凸部１２Ｂの角部１２Ｇ（縦壁１２Ａと底壁１２Ｃとの連結点）にはモーメントＭ６が、角部１２Ｈ（底壁１２Ｃと壁１２Ｄとの連結点）にはモーメントＭ７がそれぞれ発生する。これら各モーメントＭ５，Ｍ６，Ｍ７は凸部１２Ｂ自体を大きく変形させるため、ボウルーフ１２本体が車幅方向外側へ変位しても、ボウルーフ１２の車幅方向中央部が上方向へ変位するのを防ぐことができる。その結果、図５に示すように、ルーフパネル１１とボウルーフ１２とのクリアランスＳを所定量に維持することが可能となり、高温状態から解放された場合でも、ルーフパネル１１に変形が生じるのを防ぐことができる。

ここで、ボウルーフ１２の折り曲げ角度（ボウルーフ１２本体と縦壁１２Ａとの間の角度）αを１３５度以下とする根拠について、図６を用いて説明する。

高温状態に晒されたとき、図６に示すように、ボウルーフ１２本体には伸び力Ｆが発生する。この伸び力Ｆは、ボウルーフ１２本体と縦壁１２Ａとの連結点１２Ｆにおいて、縦壁１２Ａに垂直な力（縦壁モーメント分）ｆ１と縦壁１２Ａに沿った力（縦壁圧縮力分）ｆ２とに分けることができる。

伸び力Ｆによって、縦壁１２Ａを含めて凸部１２Ｂを大きく変形させ、これにより、ボウルーフ１２の車幅方向中央部の上方への変位を抑制するには、縦壁圧縮力分ｆ２は小さく、縦壁モーメント分ｆ１は大きくし、縦壁１２Ａの上端部（連結点１２Ｆ付近）に大きなモーメントを発生させる必要がある。そのため、本実施例では、伸び力Ｆと縦壁圧縮力分ｆ２との角度βを４５度以上、すなわち、ボウルーフ１２の折り曲げ角度（ボウルーフ１２本体と縦壁１２Ａとの間の角度）αを１３５度以下に設定している。詳細にはαは８０〜１３５度の範囲がよい。

次に、ルーフパネル１１の縦壁１１Ａの長さとボウルーフ１２の縦壁１２Ａの長さを略等しくする点について、図７を用いて説明する。

縦壁１１Ａの長さをＨｒとするとともに、常温から高温になったときの縦壁１１Ａの変位角度をθｒとする。また、高温状態におけるルーフパネル１１の車幅方向外側への伸び量をδｒとすると、以下の（１）式が成り立つ。
δｒ＝Ｈｒ・ｔａｎθｒ ・・・・・・（１）

一方、縦壁１２Ａの長さをＨｂとするとともに、常温から高温になったときの縦壁１２Ａの変位角度をθｂとする。また、高温状態におけるルーフパネル１２の車幅方向外側への伸び量をδｂとすると、以下の（２）式が成り立つ。
δｂ＝Ｈｂ・ｔａｎθｂ ・・・・・・（２）

ここで、縦壁１２Ａは縦壁１１Ａに合わせて下方に折り曲げられているため、θｒ≒θｂであり、Ｈｒ≒Ｈｂとすると、上記（１）式及び（２）式より、以下の（３）式が成り立つ。
δｒ≒δｂ ・・・・・・（３）

すなわち、縦壁１１Ａの長さＨｒと縦壁１２Ａの長さをＨｂを略等しくすることによって、高温状態におけるルーフパネル１１の車幅方向外側への伸び量δｒと、高温状態におけるルーフパネル１２の車幅方向外側への伸び量δｂとを略等しくすることができる。

ルーフパネル１１やボウルーフ１２の板厚を増大させれば、高温状態においてもルーフパネル１１やボウルーフ１２の変形（熱変形）を小さく抑えることができる。しかし、ルーフパネル１１やボウルーフ１２の板厚を増大させると、車両重量が増加して、燃費が悪くなる。本実施例によれば、特に、ボウルーフ１２の板厚を増大させることなく、高温状態においてボウルーフ１２の車幅方向中央部が上方へ変位するのを効果的に抑制することが可能となっている。

また、本実施例によれば、凸部１２Ｂの底壁１２Ｃの車幅方向における長さＬが、縦壁１２Ａの長さＨｂよりも短く設定されているので、高温状態において、凸部１２Ｂを含めてボウルーフ１２全体が上方へ浮き上がってしまうのを防ぐことができる。これにより、車幅方向中央部におけるボウルーフ１２とルーフパネル１１との間のクリアランスＳを確実に保持することができる。

また、本実施例によれば、凸部１２Ｂの車幅方向内側の壁が縦壁１２Ａの下部によって形成されているので、図４に示すように、各モーメントＭ５，Ｍ６，Ｍ７が作用したとき、凸部１２Ｂを破線のように容易に変形させることができる。

また、本実施例によれば、凸部１２Ｂの下部先端が先細り形状に形成されているので、凸部１２Ｂの成形加工が簡単になる。

さらに、本実施例によれば、ボウルーフ１２の凸部１２Ｂは、車体のロールオーバなどでルーフパネル１１に荷重が加わった場合、メンバ状の骨格として作用して前記荷重を分担できるため、サイドルーフレール１３を構成する板材の板厚を低減することが可能となる。その結果、車体全体の重量低減を図ることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

ルーフパネルとボウルーフを取り外したときの車体の斜視図である。 本発明に係るルーフ構造を示しており、車両片側における斜視図である。 図２のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。 高温状態に晒されたときに、ボウルーフが変形する様子を説明する図である。 高温状態に晒されたときに、ルーフパネル及びボウルーフが変形する様子を説明する図である。 ボウルーフ本体に対して縦壁の折り曲げ角度を１３５度以下とする根拠を説明する図である。 ルーフパネルの縦壁の長さとボウルーフの縦壁の長さを略等しくする点について説明する図である。 従来技術によるルーフ構造を示しており、（ａ）はルーフパネルとボウルーフの位置関係を示す図、（ｂ）は高温状態においてルーフパネルが変形する様子を示す図、（ｃ）は高温状態においてボウルーフが変形する様子を示す図である。 従来技術による他のルーフ構造を示す図である。 図９に示すルーフ構造のうち、高温状態におけるボウルーフの挙動を示す図である。 図９に示すルーフ構造の問題点を説明する図である。

符号の説明

１０ 車体
１１ ルーフパネル
１１Ａ 縦壁
１２ ボウルーフ
１２Ａ 縦壁
１２Ｂ 凸部
１２Ｃ 底壁
１３ サイドルーフレール

Claims (5)

1. 車幅方向両側端部が略クランク状に折り曲げられたルーフパネルと、
   前記ルーフパネルの下側に車幅方向に配置され該ルーフパネルを支持するボウルーフと、
   前記ルーフパネル及び前記ボウルーフの車幅方向両側端部の外側に配置されルーフパネル及びボウルーフの車幅方向両側端を支持するサイドルーフレールとを備え、
   前記ルーフパネルと前記ボウルーフは、前記サイドルーフレールに対して線膨張係数の大きい材質を用いた自動車のルーフ構造において、
   前記ボウルーフは、車幅方向両側端部が所定角度で下方へ折り曲げられ、その折り曲げられた部分に縦壁を有する一方、
   前記ボウルーフには、前記縦壁の最下部に前記ルーフパネルと前記サイドルーフレールとの接合部より下方に突出した凸部が形成され、該凸部は、前記縦壁の下部に設けられた車幅方向内側の壁と、該車幅方向内側の壁の下部先端側が車幅方向外側に折り曲げられて形成された底壁と、該底壁の車幅方向外側が上方へ折り曲げられた車幅方向外側の壁とを有し、
   前記車幅方向外側の壁は、上部が車幅方向外側に向けて折り曲げられ、その折り曲げ部の先端が前記サイドルーフレールに固定されていることを特徴とする自動車のルーフ構造。
2. 前記ボウルーフの縦壁は、前記ルーフパネルの車幅方向両側端部の形状に合わせて、下方へ折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の自動車のルーフ構造。
3. 前記ボウルーフの縦壁の長さは、前記ルーフパネルが略クランク状に折り曲げられた部分の縦壁の長さに略等しく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車のルーフ構造。
4. 前記凸部は、下方に向けて先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動車のルーフ構造。
5. 前記凸部は、前記底壁の長さが前記ボウルーフの縦壁の長さよりも短く形成されていることを特徴とする請求項４に記載の自動車のルーフ構造。

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