JP5498866B2 - 自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、金属製の車体を有する自動車等の車両に例えばＣＦＲＰ等の異種材料ルーフパネルを取り付ける取付構造に関するものである。

乗用車等の自動車の車体は、例えばスチール等のプレス成型品であるパネルを溶接して構成したモノコック構造であることが一般的である。
このような車体において、車両を軽量化しかつ重心高を下げて走行性能を向上するため、ルーフパネルを車体の他部とは異なった材料とする場合がある。
例えば、スチール製モノコックボディに、アルミニウム系合金製のルーフパネルや、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のルーフパネルを取り付けることが知られている。

このような異種材料ルーフパネルの取付構造に関する従来技術として、例えば特許文献１には、車両のフロントガラス上端部に沿って車幅方向に伸びたルーフレール部材の上面部に、板金製あるいは樹脂製のルーフパネルを取り付けることが記載されている。

特開２００３−３０６１６６号公報

しかし、板金製ルーフパネルに対して、例えばＣＦＲＰ製のルーフパネルは板厚が厚いことから、同様の車体構造で単純にルーフパネルのみを変更した場合には、車体の他の部分との間に段差が生じてしまう。これを防止するためには、ルーフレール等の車体側の部材を板金製ルーフパネル車とは別設計とする必要があり、同一車種で板金製及びＣＦＲＰ製のルーフパネル車がバリエーションとして設定される場合には、車体の作り分けに必要な設計、製造等の工数が増加して煩雑となり、コストも増加してしまう。
これに対し、樹脂製ルーフパネルの接着に用いる接着剤を、通常のものよりも接着剤層を薄くできるものとして、材料の板厚の差を吸収することも考えられるが、この場合には新規な接着剤の開発、評価が必要となって開発工数が増加してしまう。

また、このようなルーフパネルの取付部においては、防水等のため高いシール性能が要求される。
本発明の課題は、既存の車体に対する変更が軽微でありかつ外観及びシール性能が良好な自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、ウインドウガラスの上端部に沿って配置され、前記ウインドウガラスを支持する支持面部が形成された車体のレール部に、前記レール部とは異なった材料で形成されたルーフパネルを取り付ける自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造であって、前記ルーフパネルは、繊維強化樹脂によって形成されるとともに、前記ルーフパネルの前記レール部に沿った端部に、外表面部に対して下方へ折り返し、中子を巻き込んだ折返部が形成され、前記レール部は、前記ウインドウガラスと前記レール部の前記支持面部との間に挟まれて配置される第１の面部、及び、前記第１の面部に対して車室内側に凹んだ位置に配置され前記ルーフパネルの前記折返部の下面部と接合される第２の面部が形成されたルーフパネル取付部材を有し、前記ルーフパネル取付部材の前記第２の面部と前記ルーフパネルの前記折返部の下面部とを、接着剤及び機械的締結手段によって固定したことを特徴とする自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造である。

請求項２の発明は、前記機械的締結手段は、前記接着剤よりも前記ルーフパネルの中央部側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造である。
請求項３の発明は、前記ルーフパネルにはルーフアンテナが取り付けられ、前記ルーフパネルは導電性を有する繊維を含有する繊維強化樹脂によって形成され、前記機械的締結手段及び前記ルーフパネル取付部材は、前記ルーフパネルの前記繊維と前記レール部とを電気的に導通させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ウインドウガラスとレール部の支持面部との間に挟まれて配置される第１の面部、及び、第１の面部に対して車室内側に凹んだ位置に配置されルーフパネルの折返部の下面部と接合される第２の面部が形成されたルーフパネル取付部材が設けられることによって、第１の面部と第２の面部の高さの差でルーフパネルの折返部とウインドウガラスとの厚さの差を吸収し、これらの表面を最適な位置関係に配置することができる。
また、ウインドウガラスとレール部の支持面部との間には、通常の板金製ルーフ車のルーフパネル前端部に代えてルーフパネル取付部材の第１の面部が挟まれることから、板金製ルーフ車とウインドウガラスの高さが異なることもない。
このようなルーフパネル取付部材を板金製ルーフ車と共用のレール部の上部に固定することによって、既存の車体構造にほとんど変更を加えることなく異種材料ルーフパネルを適用することができる。
また、ルーフパネルの折返部とルーフパネル取付部材の第２の面部との間においては、接着剤やシール剤の塗布幅、塗布厚さを十分に確保することが容易であり、高いシール性能を得ることができる。
さらに、第２の面部とルーフパネルの折返部の下面部とを、接着剤及び機械的締結手段によって固定したことによって、ルーフパネルの固定強度を高めるとともに、接着剤が硬化するまでの間ルーフパネルを良好に位置決めし、取付精度を高めることができる。
（２）機械的締結手段を接着剤よりもルーフパネルの中央部側に配置したことによって、外部から水などが機械的締結手段に到達することを防止して、機械的締結手段の腐食等を防止し、耐久性を向上できる。
（３）機械的締結手段はルーフパネルの導電性を有する繊維とレール部とを電気的に導通させることによって、ルーフパネルを車体にアースすることが可能となり、ルーフアンテナ使用時のノイズ抑制や感度向上を図ることができる。また、このような機械的締結手段を接着剤の内側に配置することによって、水等の侵入を防止し、異種材料の電位差に起因する電蝕の影響を低減することができる。

本発明を適用した自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造の実施例における車体ルーフ部周辺の分解斜視図である。 実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造のルーフ側端部における断面図であって、一般的な断面を示すものである。 実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造のルーフ側端部における断面図であって、ボルトが設けられる箇所の断面を示すものである。 実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造のルーフ前端部における断面図であって、一般的な断面を示すものである。 実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造のルーフ前端部における断面図であって、リベットが設けられる箇所の断面を示すものである。

本発明は、既存の車体に対する変更が軽微でありかつ外観及びシール性能が良好な自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造を提供する課題を、ルーフパネルの端部を下方に折り返した折返部を形成するとともに、ウインドウガラスが固定される面部に対して低く形成された面部を有するパネルに折返部の下面部を固定することによって解決した。

以下、本発明を適用した自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造の実施例について説明する。
実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造は、例えば鋼板モノコック構造を有する乗用車等の自動車に、例えば炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製のコンポジットルーフパネルを取り付けるものである。

図１に示すように、車両の車体１は、Ａピラー２、Ｂピラー３、Ｃピラー４、Ｄピラー５、ルーフサイドレール１０、ルーフフロントレール２０、ルーフリアレール３０、ルーフクロスメンバ４１，４２，４３、フロントガラス５０、ルーフパネル６０等を備えて構成されている。

Ａピラー２は、フロントガラス５０の側端部及びフロントドア開口の前端部に沿って配置された柱状部である。
Ｂピラー３は、フロントドア開口の後端部とリアドア開口の前端部との間に配置された柱状部（センターピラー）である。
Ｃピラー４は、リアドア開口の後端部とリアクオーターガラスの前端部との間に配置された柱状部である。
Ｄピラー５は、リアクオーターガラスの後端部に沿って配置された柱状部である。

ルーフサイドレール１０は、上述した各ピラーの上端部間にわたして、車両の前後方向にほぼ沿って配置された構造部材である。ルーフサイドレール１０は、ルーフパネル６０の側端部に沿って配置され、これが固定されるものである。
ルーフサイドレール１０の構成については、後に詳しく説明する。

ルーフフロントレール２０は、左右のＡピラー２の上端部間にわたして、車幅方向に略沿って配置された構造部材である。ルーフフロントレール２０は、フロントガラス５０の上端部及びルーフパネル６０の前端部に沿って配置され、これらが固定されるものである。
ルーフフロントレール２０の構成については、後に詳しく説明する。

ルーフリアレール３０は、左右のＤピラー５の上端部間にわたして、車幅方向に略沿って配置された構造部材である。ルーフリアレール３０は、ルーフパネル６０の後端部に沿って配置され、これが固定されるものである。

ルーフクロスメンバ４１，４２，４３は、左右のルーフサイドレール１０の間にわたして車幅方向に伸びた構造部材であって、車両前方側から順次配列されている。
ルーフクロスメンバ４１は、左右のＢピラー３の上端部間にわたして配置されている。
ルーフクロスメンバ４２は、Ｂピラー３とＣピラー４との中間部に配置されている。
ルーフクロスメンバ４３は、左右のＣピラー４の上端部間にわたして配置されている。

図４及び図５に示すフロントガラス５０は、左右のＡピラー２の間に配置されている。フロントガラス５０の上端部は、ルーフパネル６０の前端部と隣接して配置されている。
フロントガラス５０の上端部には、防水等のため、例えばゴム製のウェザーストリップ５１が嵌めこまれている。ウェザーストリップ５１のリップの一部は、ルーフパネル６０の前端部にも当接している。

ルーフパネル６０は、車体１のルーフ部に設けられる外装用パネルである。
ルーフパネル６０は、炭素繊維からなる織物を所定の枚数だけ積層させ、金型内に配置した後、マトリックス樹脂を含浸させて硬化させたＣＦＲＰコンポジット製のものである。成形は本方法（ＲＴＭ法またはＶａＲＴＭ法）に限らず、公知の如何なる成型方法であっても良い。例えば、予めマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグを材料に用いるオートクレーブ法やプレス成型法も適用可能である。
ルーフパネル６０の側端部、前端部、後端部は、それぞれルーフサイドレール１０、ルーフフロントレール２０、ルーフリアレール３０に固定される。

次に、ルーフサイドレール１０とルーフパネル６０との接合箇所について、より詳細に説明する。
図２に示すように、ルーフサイドレール１０は、アウタパネル１１、インナパネル１２、レインホースメント１３等を備えて構成されている。
アウタパネル１１は、ルーフサイドレール１０の上部を構成するパネルであり、車両の外表面に露出する車両外板の一部を構成するものである。
インナパネル１２は、ルーフサイドレール１０の下部を構成するパネルである。
アウタパネル１１及びインナパネル１２は、ルーフサイドレール１０の車幅方向内側における上部、及び、車幅方向外側における下部において、フランジ部をスポット溶接することによって接合され、閉断面を構成する。
レインホースメント１３は、ルーフサイドレール１０の内部に配置された補剛用のパネルであって、その両端部は、アウタパネル１１とインナパネル１２とが溶接されるフランジ部においてこれらの間隔に挟み込まれ、３枚重ねの状態で溶接されている。
以上の構成によってルーフサイドレール１０の車幅方向内側に形成されたフランジ部１４は、ルーフパネル６０の側端部が取り付けられる座部として機能する。

ルーフパネル６０の側端部には、他の部分に対して段状に低く形成されたフランジ部６１が形成されている。
フランジ部６１は、ルーフサイドレール１０のフランジ部１４の上面に載せられ、固定される。
フランジ部６１の下面とルーフサイドレール１０のフランジ部１４の上面との間には、ルーフパネル６０の車体に対する高さを位置決めするためのスペーサＳが部分的に挟み込まれる。

図１に示すように、スペーサＳは、車両の前後方向に分散して例えば４箇所に設けられる。
また、図２に示すように、シール剤を兼ねた接着剤Ｇは、スペーサＳの車幅方向外側において、フランジ部１４とフランジ部６１とを接着しかつこれらの間をシールしている。
なお、フランジ部６１の上部には、ルーフパネル６０の他部とルーフサイドレール１０のアウタパネル１１から一段落ち込んだ溝部が形成されるが、この溝部内には装飾用の部材であるモールＭが取り付けられている。

また、ルーフパネル６０のフランジ部６１の一部は、固定強度を増しかつ接着剤Ｇが硬化するまでルーフパネル６０の位置決めをするため、複数箇所においてボルトにより締結されている。図３は、このような断面を示す断面図である。
ボルトＢは、フランジ部６１、フランジ部１４、及び、これらの間に挟まれスペーサを兼ねたワッシャＷのボルト穴を貫通するように、上方から挿入されている。
ボルトＢは、車室内側に設けられる図示しないナットと協働して、フランジ部６１とフランジ部１４とを締結し固定する。
また、ボルトＢが設けられる箇所には、フランジ部６１の上面に金属製の補強プレートＰが配置される。

次に、ルーフフロントレール２０とルーフパネル６０との接合箇所について、より詳細に説明する。
図４に示すように、ルーフフロントレール２０は、ロワパネル２１、アッパパネル２２等を備えて構成されている。
ロワパネル２１は、アッパパネル２２に対して板厚のスチールプレス成形品であって、ルーフフロントレール２０の強度を主に負担する部分である。
アッパパネル２２は、ロワパネル２１の上部に固定されるスチールプレス成形品である。アッパパネル２２は、本発明にいうルーフパネル取付部材として機能する。
なお、車両の車種バリエーションにおいて、スチールプレス成形品のルーフパネルを有する車両（以下、「スチールルーフ車」と称する）の場合には、アッパパネル２２は省略される。

ロワパネル２１は、前端部のフランジ部２１ａと後端部のフランジ部２１ｂとの間に、下方に凹んだ凹部２１ｃを有し、いわゆるハット形状の横断面を有する。
前端部のフランジ部２１ａは、スチールルーフ車の場合にはルーフパネル前端部のフランジ部がスポット溶接によって固定される。また、フロントガラス５０は、ルーフパネルのフランジ部２１ａの上面に、接着剤Ｇによって固定される。フランジ部２１ａは、フロントガラス５０を支持する、本発明にいう支持面部として機能する。
凹部２１ｃの底面部には、車室内の天井部を構成する例えば樹脂製のルーフトリムＴが、例えば樹脂製のファスナＦによって取り付けられている。

アッパパネル２２は、ロワパネル２１の前後のフランジ部２１ａ、２１ｂとそれぞれスポット溶接によって固定されるフランジ部２２ａ、２２ｂを有し、さらに、これらの間には、フランジ部２２ａ、２２ｂに対して段状に車室内側（下方）に凹んだ凹部２２ｃが形成されている。

ルーフパネル６０の前端部には、折返部６２が形成されている。
折返部６２は、ルーフパネル６０の製造時に、炭素繊維織物を車両下方側へ折返し、樹脂製の中子６３を巻き込んで、端縁部を中子６３の後方側でルーフパネル６０の裏面に重ねて、金型上で硬化させることによって形成されている。
中子６３は、図４に示すように、ルーフパネル６０の製品状態においても、折返部６２の内部に残存している。すなわち、折返部６２は、中子６３が内部に存在するサンドイッチ構造となる。
折返部６２の前端縁部は、車両の外方に突起が形成されないよう、所定のＲをつけて丸められた形状となっている。また、折返部６２の表面は、金型に当接した状態で硬化することから、金型の表面形状が転写され滑らかに仕上げられている。また、製品外表面に金型を用い、内面側をフィルムなどで代用するＶａＲＴＭ法やオートクレーブ法では、折返部６２の表面に当て板や置き子と呼ばれる簡易型を用いることで同様に滑らかな表面を得ることができる。

折返部６２の前端縁部は、フロントガラス５０の上端部と隣接して配置され、ウェザーストリップ５１のリップの一部が折返部６２に当接するようになっている。
また、折返部６２の下面部は、ルーフフロントレール２０のアッパパネル２２の凹部２２ｃに、接着剤Ｇによって接着され固定されている。
また、接着剤Ｇの前方側には、弾性部材によって形成されたシール部材６４が折返部６２の前端縁部と凹部２２ｃの前端部との間に挟まれた状態で配置されている。

また、ルーフパネル６０の折返部６２の一部は、固定強度を増しかつ接着剤Ｇが硬化するまでルーフパネル６０の位置決めをするため、複数箇所においてリベットにより締結されている。図５は、このような断面を示す断面図である。
リベットＲは、ルーフフロントレール２０のロワパネル２１の凹部２１ｃに形成されたサービスホール２１ｄを介して下方から挿入され、アッパパネル２２の凹部２２ｃと、折返部６２の下面部とを、間にスペーサを兼ねたワッシャＷを挟んだ状態で締結する。
リベットＲが設けられる箇所においては、折返部６２の内面には、金属製の補強板６２ａが固定されている。

リベットＲが挿入される折返部６２のリベット穴は、ルーフパネル６０の硬化後にドリルによって形成されており、その内周縁部には、炭素繊維の切断面が露出している。リベットＲは、この炭素繊維の切断面と、車体１のルーフフロントレール２０のアッパパネル２２とを電気的に導通させている。
また、ルーフパネル６０の後端部付近には、例えばラジオ放送受信用の図示しないルーフアンテナが取り付けられる。

次に、実施例の車両のルーフ取付工程について説明する。
先ず、ルーフ部を除いた車体１を、スチールプレス成形パネルを集成し、スポット溶接することによって組み立てる。車体１を塗装及び乾燥させた後、図１に示すシールラインＬに沿って、シール剤を兼ねた接着剤Ｇをガンによって塗布する。このシールラインＬは、ルーフパネル６０の外周縁部に沿って一周連続して配置され、いわゆる一筆書きが可能となっている。
その後、必要な箇所にワッシャＷ及びスペーサＳを配置し、ルーフパネル６０を車体１に載せる。
なお、ルーフパネル６０と車体１には、例えば一方から突き出したピン及び他方に形成された凹部のような位置決め用の係合手段が設けられ、ルーフパネル６０の搭載にあたっては、これが活用される。
そして、ルーフフロントレール２０の所定箇所にリベットＲを打ち込み、ルーフサイドレール１０の所定箇所をボルトＢ及びナットで締結する。
最後に、フロントガラス５０、モールＭ、ルーフトリムＴなどを取り付けて、車体１のルーフ部の組立は完了する。

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）フロントガラス５０とルーフフロントレール２０のロワパネル２１のフランジ部２１ａとの間に挟まれて配置されるフランジ部２２ａ、及び、フランジ部２２ａに対して車室内側に凹んだ位置に配置されルーフパネル６０の折返部６２の下面部と接合される凹部２２ｃが形成されたアッパパネル２２が設けられることによって、フランジ部２２ａと凹部２２ｃの高さの差でルーフパネル６０の折返部６２とフロントガラス５０との厚さの差を吸収し、これらの表面を最適な位置関係に配置することができる。
また、フロントガラス５０とフランジ部２１ａとの間には、スチールルーフ車のルーフパネル前端部に代えてアッパパネル２２のフランジ部２２ａが挟まれることから、スチールルーフ車とフロントガラス５０の高さが変化することがない。
このようなアッパパネル２２をスチールルーフ車と共用のロワパネル２１の上部に固定することによって、車体１の構造にほとんど変更を加えることなくスチールルーフ車とカーボンルーフ車とを作り分けることができる。
また、ルーフパネル６０の折返部６２とアッパパネル２２の凹部２２ｃとの間においては、接着剤Ｇの塗布幅、塗布厚さを十分に確保することが容易であり、新規な接着剤を開発することなく高いシール性能を得ることができる。
（２）アッパパネル２２の凹部２２ｃとルーフパネル６０の折返部６２の下面部とを、接着剤Ｇ及びこれよりもルーフパネル６０の中央部側に配置されたリベットＲ、ワッシャＷによって固定したことによって、ルーフパネル６０の固定強度を高めるとともに、接着剤Ｇが硬化するまでの間ルーフパネル６０を良好に位置決めし、取付精度を高めることができる。
（３）リベットＲはルーフパネル６０の炭素繊維と車体１とを電気的に導通させることによって、ルーフパネル６０を車体１にアースすることが可能となり、ルーフアンテナ使用時のノイズ抑制や感度向上を図ることができる。また、このようなリベットＲを接着剤Ｇの内側に配置することによって、水等の侵入を防止し、材料の電位差に起因する電蝕の影響を低減することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造は、例えば乗用車のルーフパネルの前部に適用されるものであったが、本発明はこれに限らず、側部や後部、さらに乗用車以外の自動車にも適用することができる。
（２）実施例ではルーフパネルの折返部が閉断面を有する構成となっているが、必ずしも閉断面とする必要はなく、また、折返部の製法も特に限定されない。
（３）実施例では折返部を固定する機械的締結手段としてリベットを用いているが、これに限らず例えばボルトナットやクリップ等の他種の機械的締結手段を用いてもよい。
（４）実施例では車体がスチール製でありルーフパネルがＣＦＲＰ製であるが、これに限らず、例えば車体をアルミニウム系合金によって形成したり、ルーフパネルをガラス繊維強化樹脂等の樹脂系材料やその他の材料によって形成してもよい。

１ 車体 ２ Ａピラー
３ Ｂピラー ４ Ｃピラー
５ Ｄピラー １０ ルーフサイドレール
１１ アウタパネル １２ インナパネル
１３ レインホースメント １４ フランジ部
２０ ルーフフロントレール ２１ ロワパネル
２１ａ，２２ｂ フランジ部 ２１ｃ 凹部
２１ｄ サービスホール ２２ アッパパネル
２２ａ、２２ｂ フランジ部 ２２ｃ 凹部
３０ ルーフリアレール
４１，４２，４３ ルーフクロスメンバ
５０ フロントガラス ５１ ウェザーストリップ
６０ ルーフパネル ６１ フランジ部
６２ 折返部 ６２ａ 補強板
６３ 中子 ６４ シール部材
Ｇ 接着剤 Ｓ スペーサ
Ｗ ワッシャ Ｂ ボルト
Ｒ リベット Ｔ ルーフトリム
Ｆ ファスナ Ｍ モール
Ｐ 補強プレート

Claims (3)

1. ウインドウガラスの上端部に沿って配置され、前記ウインドウガラスを支持する支持面部が形成された車体のレール部に、前記レール部とは異なった材料で形成されたルーフパネルを取り付ける自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造であって、
   前記ルーフパネルは、繊維強化樹脂によって形成されるとともに、前記ルーフパネルの前記レール部に沿った端部に、外表面部に対して下方へ折り返し、中子を巻き込んだ折返部が形成され、
   前記レール部は、前記ウインドウガラスと前記レール部の前記支持面部との間に挟まれて配置される第１の面部、及び、前記第１の面部に対して車室内側に凹んだ位置に配置され前記ルーフパネルの前記折返部の下面部と接合される第２の面部が形成されたルーフパネル取付部材を有し、
   前記ルーフパネル取付部材の前記第２の面部と前記ルーフパネルの前記折返部の下面部とを、接着剤及び機械的締結手段によって固定したこと
   を特徴とする自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造。
2. 前記機械的締結手段は、前記接着剤よりも前記ルーフパネルの中央部側に配置されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造。
3. 前記ルーフパネルにはルーフアンテナが取り付けられ、
   前記ルーフパネルは導電性を有する繊維を含有する繊維強化樹脂によって形成され、
   前記機械的締結手段及び前記ルーフパネル取付部材は、前記ルーフパネルの前記繊維と前記レール部とを電気的に導通させること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動車用異種材料ルーフパネルの取付構造。

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