JPH05246350A - パネルの構造 - Google Patents

パネルの構造

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JPH05246350A
JPH05246350A JP4327506A JP32750692A JPH05246350A JP H05246350 A JPH05246350 A JP H05246350A JP 4327506 A JP4327506 A JP 4327506A JP 32750692 A JP32750692 A JP 32750692A JP H05246350 A JPH05246350 A JP H05246350A
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健雄 森
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パネルの板厚を部分的に変えることなく、張
り剛性を実質的に一定にできるパネルの構造を提供する
こと。 【構成】 周縁部(22)とこの周縁部と一体の中央部
(21)とを有するパネル(20)の構造である。少な
くとも前記中央部(21)を、この中央部の面上の全て
の点における最大曲率と最小曲率との和が実質的に一定
となる曲面で形成する。そして周縁部を、前記中央部の
曲面と同じ曲面に、または周縁部の剛性が高くなるよう
に前記中央部の前記曲面の曲率とは異なる曲率の曲面で
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パネルの構造に関す
る。ここで、パネルとは、全体に滑らかな曲面を有する
板状の物であって、たとえばルーフパネル、フードパネ
ル、ドアアウタパネル、クォータパネル、フェンダパネ
ルのような自動車車体の外板、フロアパン、ダッシュパ
ネル、アッパバックパネル、ロアバックパネルのような
自動車車体の内板、フュエルタンクのような機器のパネ
ル、フロントウインドゥシールドガラス、バックウイド
ゥシールドガラス、ドアガラスのような非金属のパネル
であり、その外、鉄道車両のルーフやウインドゥガラ
ス、建築物のウインドゥガラスのようなものである。
【0002】
【従来の技術】パネルを備える自動車のルーフを例にと
ると、前記パネル10は、通常、図1の破線に示すよう
に、その中央部11の曲率が周縁部12の曲率より小さ
くなる曲面で形成されている。これは、主としてデザイ
ン上の要求に基づく。
【0003】特殊なパネルとして、中央部で板厚を厚く
し、中央部から周縁部に向けて板厚を次第に薄くした樹
脂製のものがある(実開昭61-177984 号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に、パネルの板厚
は、所定の荷重を加えたときのパネルのたわみの程度、
すなわち張り剛性で決定されているが、従来のパネルで
は、その面の曲率の違いにより、中央部と周縁部とで張
り剛性が異なっているため、張り剛性が最も小さい部分
である中央部を基準として板厚が決定されていた。その
結果、周縁部では余肉がついた状態となり、パネルの重
量が必要以上に重くなっていた。
【0005】中央部の板厚を厚くし、中央部から周縁部
に向けて板厚を薄くした前記公報に記載のものによれ
ば、中央部の張り剛性を大きくできるが、中央部の板厚
を大きくした分だけ、重量増となり、またパネルが射出
成形や押出し成形しにくい鉄板、ガラスのような材料で
形成される場合、その製作に困難をきたす。
【0006】本発明の目的は、パネルの板厚を部分的に
変えることなく、張り剛性を実質的に一定にできるパネ
ルの構造を提供することにある。
【0007】本発明の別の目的は、パネルの周縁部の張
り剛性を高め、それによって軽量化を図りうるパネルの
構造を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はパネルの構造で
あって、前記パネルを、その面上の全ての点における最
大曲率と最小曲率との和が実質的に一定となる曲面で形
成している。
【0009】本発明はまた、周縁部と該周縁部と一体の
中央部とを有するパネルの構造であって、前記中央部
を、該中央部の面上の全ての点における最大曲率と最小
曲率との和が実質的に一定となる曲面で形成し、前記周
縁部を、該周縁部の剛性が高くなるように前記中央部の
前記曲面の曲率とは異なる曲率の曲面で形成している。
【0010】
【作用および効果】パネル上のある点のたわみ量は、そ
の点における最大曲率と最小曲率との和に比例して減少
する特性を呈することを、本発明者らは確認した。この
確認事実に基づけば、許容たわみ量に対応して、最大曲
率と最小曲率との和の値が一義的に定まる。
【0011】そこで、パネルの少なくとも中央部上の全
ての点における最大曲率と最小曲率との和が実質的に一
定となる曲面でパネルの少なくとも中央部を形成するこ
とにより、中央部のすべての点のたわみ量、したがっ
て、張り剛性を実質的に一定にできる。パネルの周縁部
については、中央部と同じたわみ量となるように、周縁
部を、この周縁部の面上の全ての点における最大曲率と
最小曲率との和であって前記中央部における最大曲率と
最小曲率との和と同じ値の和が実質的に一定となる曲面
とするか、または、周縁部を、この周縁部の剛性が高く
なるように中央部の前記曲面の曲率とは異なる曲率の曲
面とする。
【0012】本発明の一つの面によれば、パネルの板厚
を部分的に変えることなく、全ての点の張り剛性を実質
的に一定にでき、軽量化を図ることができる。また別の
面によれば、パネルの中央部の張り剛性を実質的に一定
にできる上、周縁部の剛性が高くなっているため、さら
に軽量化が可能である。
【0013】
【実施例】本発明は、パネル20の構造に係る。パネル
20は少なくとも中央部21において、中央部21の面
上の全ての点における最大曲率ρmax と最小曲率ρmin
との和が実質的に一定となる曲面で形成される。
【0014】ここで、中央部とは、次のような支持手段
の拘束の比較的少ない部分をいう。パネル20が、たと
えば自動車のルーフである場合、そのパネル20を自動
車の車体に取り付けたとき、パネル20の周縁部はルー
フサイドレールのような剛性部材によって支持され、そ
の拘束を受ける。また、パネル20がウイドゥシールド
ガラスである場合、パネル20の周縁部は取付溝に嵌め
込まれて支持され、その拘束を受ける。これに対し、前
記周縁部を除く部分、すなわち中央部は前記拘束が比較
的少ない。
【0015】図1および図2に示した実施例では、パネ
ル20は、中央部21および周縁部22の面上の全ての
点における最大曲率ρmax と最小曲率ρmin との和が実
質的に一定となる曲面で形成されている。
【0016】パネル20がその中央部21において、中
央部の面上の全ての点における最大曲率と最小曲率との
和が実質的に一定となる曲面で形成される場合、パネル
の周縁部22は、周縁部22の剛性が高くなるようにそ
の曲面を定めることができる。周縁部22の剛性を高く
するには、周縁部22の面上の全ての点における最大曲
率と最小曲率との和であって中央部21における最大曲
率と最小曲率との和とは異なる値の和が実質的に一定と
なる曲面で周縁部22を形成するか、または、周縁部2
2の曲面を本発明とは関係がない別の計算式にしたがっ
て求める。
【0017】図2に示すように、パネル20の一点にお
いて荷重fを加えると、たわみδが生ずる。この場合、
一定の荷重でのたわみδが大きいほど、その点の張り剛
性は小さい関係にある。
【0018】ところで、パネル20が曲面で形成される
場合、図3に示すように、曲面上の一点Pにおいて直交
する最大曲率ρmax と最小曲率ρmin とが存在する。も
っとも、両者が等しい場合もあるが、その場合には一方
を最大曲率とし、他方を最小曲率とする。
【0019】荷重fを5kgfの一定とし、一点Pにおける
最大曲率ρmax と最小曲率ρmin との和を種々に変えた
とき、その点Pのたわみδは、図4のA〜Dのような特
性を呈することが確認された。ここで、A〜Dは、板厚
の相違に基づくもので、最も薄い板厚Aから最も厚い板
厚Dへこの順に変化させたものである。
【0020】図4から、ある点のたわみ量δは、その点
における最大曲率ρmax と最小曲率ρmin との和に比例
して減少していることが分る。本発明は、この確認され
た事実に基づいて最適な板厚を選定するものである。
【0021】パネルの許容たわみδalを与えると、板厚
ごとに最大曲率ρmax と最小曲率ρmin との和ρa、・
・ρdが一義的に定まる。最大曲率ρmax と最小曲率ρ
minとの和は、パネルのデザイン上の制約を受けるファ
クタであるから、まずデザイン的に好ましい値を定め、
この値と許容たわみとから、板厚を選定する。
【0022】板厚を定めた後、パネル20を、その面上
の全ての点における最大曲率ρmaxと最小曲率ρmin と
の和が、実質的に前記値となるような曲面として形成す
る。この場合、ρmax >0、ρmin >0を満たすことが
剛性を高める上で好ましい。このようにして定めたパネ
ル20の曲面は、図1に示すように、中央部21と周縁
部22との曲率差が実質的にない。
【0023】パネル20の曲面を定める場合、その面上
の全ての点において、最大曲率ρmax と最小曲率ρmin
との和が前記値となる曲面を定めることが最も好まし
い。これに代えて、パネル20に格子状ないし碁盤目状
に線を描き、これら線の交点において、最大曲率ρmax
と最小曲率ρmin との和が前記値となる曲面を定め、隣
り合う交点間を滑らかな曲面で結合してもよい。この明
細書で、面上の全ての点において最大曲率と最小曲率と
の和が実質的に一定とは、後者の態様を含む意味であ
る。
【0024】パネルが自動車のルーフ30である場合、
図5に示すように、ルーフ30の前後方向へ伸びる中央
線に沿って均等に7つの測定位置P1、P1 ・・・P7をと
る。そうすると、測定位置P1と測定位置P7とは、前記支
持手段(図示せず)の拘束を受ける周縁部32であり、
測定位置P2〜P6は中央部31である。
【0025】パネルの全ての面において最大曲率と最小
曲率との和が実質的に一定である曲面をパネル30に設
定すると、図6に示すように、各測定位置でのたわみ量
は、実質的に一定となり、Eの傾向を呈する。これで
は、周縁部32に属する測定位置P1、P7のたわみ量が大
きくなり過ぎる。そこで、中央部31に属する測定位置
P2〜P6の全ての面において最大曲率と最小曲率との和が
実質的に一定である曲面をパネル30に設定し、周縁部
32ではたわみ量が小さくなるようにすると、Fの傾向
を呈する。これにより、周縁部32の剛性を高めること
ができる。これに対し、従来のパネル中央のたわみ量を
基準にしてパネルの板厚を定めるものでは、Gの傾向と
なり、中央の測定位置P4でのたわみ量が極端に大きい。
【0026】自動車車体で実験した、ルーフ用パネルを
変更する前後の音圧の車室内の音圧レベルは図7とな
り、また変更前後のルーフ用パネルの振動レベルは図8
となった。図中、点線は従来の構造のもの、実線はパネ
ルの全ての面において最大曲率と最小曲率との和を実質
的に一定とした本発明に従う構造のものである。そし
て、図7のaは車室の前席の音圧、図7のbは後席の音
圧を示し、図8のaはルーフのパネル前方部分の振動、
図8のbはルーフのパネル後方部分の振動を示してい
る。
【0027】ところで、本発明の理論的な根拠は、石鹸
膜(しゃぼん玉)に求めることができる。石鹸膜は、一
定の内圧負荷に対し、自然に選択された最も合理的な形
状であると考えられる。したがって、パネルの構造を膜
力で支えられている構造に近づけてやれば、張り剛性が
高くなるはずである。
【0028】石鹸膜の微分方程式は次の式で与えられ
る。
【数1】 この式は、ある体積をその中に閉じこめた上で最も小さ
い面積になる曲面を表し、石鹸膜はその1つである。数
1は、このままでは解けないため、等温直交性が成り立
つと仮定する。等温直交性とは、曲面を正方形のメッシ
ュに分割してモデル化することである。このようにモデ
ル化すると、次のラプラス方程式に帰着させることがで
きる。
【数2】
【0029】ところで、前記確認事実に基づけば、一定
の値のたわみδに対して、最大曲率σmax と最小曲率σ
min との和の値が一定となるのであるから、次の式が成
り立つ。
【数3】 ここで、パネルが十分平面に近い曲面であると仮定すれ
ば、
【数4】 とすることができる。したがって、数3は、
【数5】 となる。数5は、数2を拡張した形態であり、これか
ら、石鹸膜形状は、張り剛性に有意であると考えられ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】パネルの車両の横方向の断面における曲率を示
す模式図である。
【図2】パネルの斜視図で、荷重によってたわむ状態を
示している。
【図3】パネルの一点に存在する最大曲率と最小曲率と
を示す模式図である。
【図4】たわみが最大曲率と最小曲率との和に比例して
減少する様子を定性的に示す特性図である。
【図5】パネルの測定位置を示す平面図である。
【図6】図5に示した測定位置におけるたわみ量を定性
的に示す特性図で、本発明に従うものE、Fと、従来の
ものGとを示している。
【図7】ルーフ用パネルを変更する前後の音圧レベルを
定性的に示す周波数特性図であり、aは前方の音圧を、
bは後方の音圧を示す。
【図8】ルーフ用パネルの変更前後の振動レベルの周波
数特性図であり、aはパネルの前方部分を、bはパネル
の中央部分を示す。
【符号の説明】
20、30 パネル 21、31 中央部 22、32 周縁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 栄一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 加藤 智久 愛知県名古屋市東区東桜1丁目3番10号 東桜第一ビル 株式会社トヨタシステムリ サーチ内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パネルの構造であって、前記パネルを、
    その面上の全ての点における最大曲率と最小曲率との和
    が実質的に一定となる曲面で形成した、パネルの構造。
  2. 【請求項2】 周縁部と該周縁部と一体の中央部とを有
    するパネルの構造であって、前記中央部を、該中央部の
    面上の全ての点における最大曲率と最小曲率との和が実
    質的に一定となる曲面で形成し、前記周縁部を、該周縁
    部の剛性が高くなるように前記中央部の前記曲面の曲率
    とは異なる曲率の曲面で形成した、パネルの構造。
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