JP5194761B2 - 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。

ボウルーフがブレースを介してサイドルーフレールに結合され、ブレース近傍のボウルーフの底壁に、当該底壁を上に凸状に折り曲げたビードを設けたルーフ構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このルーフ構造においては、車体側方に荷重が入力された場合、ボウルーフが前記ビードで車両下方内側へ屈曲するため、ボウルーフのモーメントアーム長を短くすることができ、ボウルーフに加わるモーメントを低減することができる。
特開２００６−１９３０３７号公報

しかしながら、上記従来技術では、製造時の塗装工程等においては、ルーフパネル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、ボウルーフが車幅方向外側へ伸びて、ブレスにはブレースの上部を車幅方向外側へ回転させようとするモーメントが発生する。また、ブレース自身が熱膨張して変形する。

そして、ブレースに発生する上記モーメントと、ブレース自身の熱膨張による上記変形とによって、ボウルーフに力が作用して、ルーフパネルとボウルーフとの車幅方向中央部におけるクリアランスが過小となり、ルーフパネルの上面に凹凸の変形が生じる。

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、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とともに、ルーフパネルと共に閉断面を形成するボウルーフと、ルーフパネル及び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た自動車のルーフ構造であって、ルーフパネルとボウルーフは、サイドルーフレールより線膨張係数が大きな材質で形成され、ボウルーフの側面には、車体幅方向中心から、ボウルーフのサイドルーフレールへの接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に開口が形成され、開口は、ボウルーフのうち当該開口が形成された部分において、ボウルーフの長手方向に対して略垂直な方向の断面における図心よりも上側の位置に形成され、ボウルーフに加わる曲げに対して脆弱性を有することを特徴としている。

本発明によれば、塗装工程での高温状態において、ボウルーフが熱膨張して車幅方向外側へ伸びたとき、開口でボウルーフが弾性的に折れ曲がり、ボウルーフの車幅方向端部に発生するモーメントを小さく抑えることができる。その結果、ボウルーフの車幅方向中央部が大きく上方へ変位することが回避され、それにより、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。

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。ボウルーフ１２は、車体左右のサイドルーフレール１３，１３間に設けられ、ルーフパネル１１を下側から支持する。

図２は、本発明のルーフ構造に適用されたボウルーフ１２を車両前方側又は車両後方側から見た要部の正面図である。また、図３は図２のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図、図４は図２のＳＢ−ＳＢ線に沿った断面図、図５は図２のＳＣ−ＳＣ線に沿った断面図である。さらに、図６はボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａの底面図である。

ボウルーフ１２は、車両前後方向に沿った縦断面が略逆ハット型を成し、その略逆ハット型の部分のうち断面Ｕ字型の部分１２Ｂの深さＤ（図４参照）は、車幅方向端部１２Ａ（図２参照）以外は略一様である。車幅方向端部１２Ａにおいては、断面Ｕ字型の部分１２Ｂの深さＤはボウルーフ１２の先端部ほど浅くなっている。

ボウルーフ１２の車幅方向に沿った両側端、つまり断面Ｕ字型の部分１２Ｂの上端部には、フランジ１２Ｃ，１２Ｃが設けられている。そして、これらフランジ１２Ｃ，１２Ｃはルーフパネル１１（図１参照）の下面に取り付けられる。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、サイドルーフレール１３は鉄でそれぞれ構成されている。よって、ルーフパネル１１及びボウルーフ１２はサイドルーフレール１３より線膨張係数が大な材質で形成されている。

ボウルーフ１２には、ボウルーフ１２の長手方向に対して略垂直な方向の断面の図心Ｇよりも上側の位置に、ボウルーフ１２に加わる曲げに対して脆弱性を有する開口、つまり切欠き１４が形成されている。切欠き１４は、車幅方向に沿って、車体中心から、ボウルーフ１２のサイドルーフレール１３への接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に形成されている。

図７は、図２において、ボウルーフ１２に形成された切欠き１４付近を拡大して示した図である。切欠き１４は、ボウルーフ１２の両側壁（断面Ｕ字型の部分１２Ｂの両側壁）１２Ｄに設けられ、等脚台形の上下を逆にした形状を成している。また、ボウルーフ１２は、切欠き１４が形成された部分ではフランジ１２Ｃ，１２Ｃが削除されている。

本実施例では、切欠き１４の底辺１４Ａがボウルーフ１２の図心Ｇの位置に一致している。図心Ｇは、切欠き１４が形成されていない箇所の図心である。切欠き１４が形成された場合、切欠き１４付近ではボウルーフ１２の図心Ｇ’の位置は下方へオフセットしている。ここで、図心Ｇに対する図心Ｇ’のオフセット量をｅとする。

一方、ボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａに、図５及び図６に示すように、脆弱性を有する開口穴１５が設けられている。この開口穴１５は、断面Ｕ字型の部分１２Ｂの底壁１２Ｅに形成されている。開口部１５は縦長の矩形状を成し、長辺が車両前後方向に、短辺が車幅方向にそれぞれ沿うよう配置されている。また、開口部１５全体は、ボウルーフ１２の図心Ｇよりも上方に位置している。

図８は、図２において、ボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａ付近を拡大して示した図である。上述したように、ボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａには開口穴１５が形成されている。開口穴１５が形成されていない箇所のボウルーフ１２の図心はＧであるが、開口穴１５が形成された箇所では、ボウルーフ１２の図心Ｇ’の位置はオフセットしている。ここで、図心Ｇに対する図心Ｇ’のオフセット量をｅ’とする。

次に、本実施例の作用について説明する。

ボウルーフ１２においては、図７に示すように、切欠き１４が形成された箇所の図心Ｇ’は切欠き１４が形成されていない箇所の図心Ｇからｅだけオフセットしている。また、ボウルーフ１２は上に凸の放物線的な変形モードとなるため、合力として図心Ｇには引張力Ｐが作用している。これらオフセットと引張力Ｐとにより、切欠き１４付近にはモーメントＭ２（＝Ｐ・ｅ）が作用する。

そして、ボウルーフ１２には、切欠き１４を挟んで両側に局部モーメントＭ’が生じている。この局部モーメントＭ’は、
Ｍ’＝Ｍ１−Ｍ２
から求められる。

一方、ボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａにおいては、図８に示すように、開口穴１５が形成された箇所の図心Ｇ’は開口穴１５が形成されていない箇所の図心Ｇからｅ’だけオフセットしている。また、ボウルーフ１２は上に凸の放物線的な変形モードとなるため、合力として図心Ｇには引張力Ｐが作用している。これらオフセットと引張力Ｐとにより、開口穴１５付近には、開口穴１５を挟んで両側に局部モーメントＭ”（＝Ｐ・ｅ’）が作用する。

また、ボウルーフ１２が上に凸の放射線的に変形することにより、ボウルーフ１２には車幅方向中央部を最大とする全体曲げモーメントＭが作用する。

以上の局部モーメントＭ’，Ｍ”及び全体モーメントＭを重ね合わせると、図９に示すようなＢＭＤ(Bendinng Moment Diagram)となる。切欠き１４及び開口穴１５の部分では、局部モーメントＭ’，Ｍ”と全体モーメントＭの和が負荷されることと、断面係数が一般部（切欠き１４や開口穴１５が形成されていない部分）より小さくなっているので、弾性変形が促進される。

このため、特に切欠き１４が形成された部分では、ボウルーフ１２の上部が口開きを起こし、ボウルーフ１２は車体内側へ屈曲し、ルーフパネル１１との間でクリアランスを確保しながら変形する。その結果、高温状態から解放された場合、マスチック硬化によるルーフパネル１１の下方への引き込みが回避され、ルーフパネル１１の外観品質の低下を未然に防ぐことができる。

本実施例によれば、切欠き１４が、車幅方向に沿って、車体中心から、ボウルーフ１２のサイドルーフレール１３への接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に形成されているので、高温状態においても、ルーフパネル１１とボウルーフ１２との間のクリアランスを確保することができる。一般的な車両は、車体中心から６０％外側ではルーフパネル１１は急傾斜となっており、もし、当該位置に切欠き１４が形成されていないと、高温状態に晒されたときに、ボウルーフ１２とルーフパネルとの間にクリアランスを確保するのが難しくなるからである。

また、本実施例によれば、ボウルーフ１２の車幅方向端部１２Ａに開口穴１５を形成したので、開口部１５の両側に生じる局部モーメントＭ”は、ボウルーフ１２を車体外側へ変形させようとする方向に作用する。その結果、ボウルーフ１２とルーフパネルとの間のクリアランスを確実に維持することができる。

図１０は実施例２を示している。本実施例では、ボウルーフ１２の上面開放部（逆ハット型を成したボウルーフ１２の上部開放部）が平板２０で塞がれており、平板２０に脆弱部として開口部２１が形成されている。この開口部２１は、車体中心から、ボウルーフ１２のサイドルーフレール１３への接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に形成されている。

このような開口部２１を形成した場合も、実施例１と同様な作用効果を得ることができる。また、本実施例の場合は、単純形状の開口部２１を形成するだけであるから、加工が極めて容易である。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各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。

例えば、実施例１において、ボウルーフ１２の両側壁（断面Ｕ字型の部分１２Ａの両側壁）１２Ｄに、脆弱性を有する開口として、切欠き１４の代わりに、貫通した穴を形成しても良い。

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。 実施例１によるボウルーフの要部を示す正面図である。 図２のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。 図２のＳＢ−ＳＢ線に沿った断面図である。 図２のＳＣ−ＳＣ線に沿った断面図である。 ボウルーフの車幅方向端部の底面図である。 ボウルーフに形成された切欠き付近を拡大して示した図である。 ボウルーフの車幅方向端部付近を拡大して示した図である。 局部モーメントＭ’，Ｍ”及び全体モーメントＭについてのＢＭＤを示す図である。 実施例２によるボウルーフの要部を示す正面図である。

符号の説明

１０ 車体
１１ ルーフパネル
１２ ボウルーフ
１４ 切欠き
１５ 開口穴
１３ サイドルーフレール
２０ 平板
２１ 開口部
Ｇ 本来の図心
Ｇ’ オフセットした図心

Claims (3)

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とともに、前記ルーフパネルと共に閉断面を形成するボウルーフと、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た自動車のルーフ構造であって、
   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より線膨張係数が大きな材質で形成され、
   前記ボウルーフの側面には、車体幅方向中心から、前記ボウルーフの前記サイドルーフレールへの接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に開口が形成され、
   前記開口は、前記ボウルーフのうち当該開口が形成された部分において、前記ボウルーフの長手方向に対して略垂直な方向の断面における図心よりも上側の位置に形成され、当該ボウルーフに加わる曲げに対して脆弱性を有することを特徴とする自動車のルーフ構造。
2. 前記ボウルーフの底面には、前記開口よりも車幅方向外側の位置に開口穴が形成され、前記開口穴は、当該開口穴が形成された部分において、前記ボウルーフの長手方向に対して略垂直な方向の断面における図心よりも下側の位置に設け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. 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とともに、前記ルーフパネルと共に閉断面を形成するボウルーフと、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た自動車のルーフ構造であって、
   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より線膨張係数が大きな材質で形成され、
   前記ボウルーフの上面開放部は平板で塞がれ、前記平板には、車体幅方向中心から、前記ボウルーフの前記サイドルーフレールへの接続点までの距離を１００％としたとき、６０％の位置付近に開口部が形成され、前記開口部は、前記ボウルーフに加わる曲げに対して脆弱性を有することを特徴とする自動車のルーフ構造。

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