JP6404166B2

JP6404166B2 - 自動車のルーフ構造

Info

Publication number: JP6404166B2
Application number: JP2015073018A
Authority: JP
Inventors: 福本　幸司; 幸司福本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016190614A

Description

本発明は、焼付塗装工程のような高温状態に晒されても、硬化した熱硬化型接着樹脂によって、ルーフパネルに残留変形（ここに言う「残留変形」の定義の詳細は、後記参照）を生じさせない自動車のルーフ構造に関する。

自動車の軽量化のために、ルーフパネルのアルミニウム化が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。ところが、自動車の車体構造の主たる部分（特に、ルーフサイドレール）には鋼材が使われている。

したがって、特許文献１において、ルーフパネルのアルミニウム化を進めた場合、ルーフサイドレールにルーフパネルを接合する際、異材接合が必要になるばかりか、焼付塗装工程時に鋼材とアルミニウム材（ここで、アルミニウム材とは、純アルミニウム材とアルミニウム合金材を含めた総称である）の線膨張係数の差に起因して両者の接合箇所およびその近傍に熱変形が生じる。この熱変形が焼付塗装工程後も残留し、ルーフパネルの形状精度に悪影響を与えることがある。すなわち、硬化した熱硬化型接着樹脂としてのマスチック接着樹脂（以下、単に「マスチック樹脂」とも言う）によって、接着されたルーフパネルに残留変形（図１０に示された破線で囲まれた箇所）を生じさせ、ルーフパネルの形状精度に悪影響を与えることがある。さらに、ルーフリインフォースまでもアルミニウム化した場合、上記問題の多少の改善は認められるものの、残念ながらルーフパネルに上述したような残留変形が発生する虞が依然として残る。

そこで、特許文献１に開示された技術の上述したような問題を少しでも抑えるための解決策として、ルーフリインフォースもアルミニウム化した上で、さらにこのルーフリインフォースの車体幅方向（長手方向）に、上述した熱膨張差を吸収する屈曲部を設けた構造を採用した技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

別の解決策として、ルーフリインフォースもアルミニウム化した上で、さらにこのルーフリインフォースに開口を設けた構造を採用した技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００５−２１９５９９号公報特許第５０９４６２３号公報特開２００９−１４３４０７号公報

上記特許文献２および３に開示されたような技術を採用した場合、ルーフパネルとルーフリインフォースの間に介在するマスチック樹脂によるルーフパネルの残留変形の改善効果は多少なりとも発揮される。しかし、ルーフリインフォース全体としては、弱体化してしまうため、肝心のルーフリインフォースに要求される剛性や強度が確保できなくなるといった問題点があった。

本発明の目的は、ルーフリインフォースに要求される剛性や強度を低下させることなく、焼付塗装工程において、ルーフパネルに、熱変形や残留変形を生じさせない自動車のルーフ構造を提供することにある。

この目的を達成するために、第１発明に係る自動車のルーフ構造は、
アルミニウム製または鋼製の何れかからなるルーフパネルと、
このルーフパネルに熱硬化型接着樹脂で接合されるアルミニウム製ルーフリインフォースと、
前記ルーフパネルと前記ルーフリインフォースとの間に配置される弾性支持部材と、を有した自動車のルーフ構造であって、
前記ルーフリインフォースは、前記ルーフパネル側に向かって凸になるように湾曲しており、
前記弾性支持部材は、前記ルーフパネル側に向かって凸になるように湾曲し、前記ルーフリインフォースに直接または中間部材を介して接合もしくは拘束され、かつ、前記ルーフパネルと前記ルーフリインフォースとの間隔が所定の寸法になるように熱膨張および熱収縮するように構成されていることを特徴とする自動車のルーフ構造である。

また、第２発明に係る自動車のルーフ構造は、第１発明に係る自動車のルーフ構造において、
前記ルーフリインフォースは、第１曲率半径で湾曲し、前記弾性支持部材は、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径で湾曲することを特徴とする。

また、第３発明に係る自動車のルーフ構造は、第１発明又は第２発明に係る自動車のルーフ構造において、
前記弾性支持部材が前記ルーフリインフォースに直接、接合もしくは拘束される場合は、
前記弾性支持部材が、亜鉛または耐熱性樹脂からなることを特徴とする。

また、第４発明に係る自動車のルーフ構造は、第１発明又は第２発明に係る自動車のルーフ構造において、
前記弾性支持部材が前記ルーフリインフォースに中間部材を介して、接合もしくは拘束される場合は、
前記弾性支持部材の線膨張係数が前記中間部材の線膨張係数よりも大きく、かつ、前記弾性支持部材が前記中間部材に接合されるとともに、前記中間部材が前記ルーフリインフォースに接合もしくは拘束されていることを特徴とする。

また、第５発明に係る自動車のルーフ構造は、第４発明に係る自動車のルーフ構造において、
前記弾性支持部材は、アルミニウム合金からなり、前記中間部材は鋼からなることを特徴とする。

以上のように、本発明は、ルーフパネルとルーフリインフォースとの間に、前記ルーフパネル側に向かって凸になるように湾曲させて、弾性支持部材を配置し、前記ルーフパネルと前記ルーフリインフォースとの間隔が所定の寸法になるように、この弾性支持部材が熱膨張および熱収縮するよう構成されていることを特徴とする。
これによって、加熱過程の熱膨張時（例えば、焼付塗装時）にルーフパネルとルーフリインフォースとの隙間が、焼付塗装前に比べて狭くなる場合でも、前記弾性支持部材が熱膨張して、ルーフパネルとルーフリインフォースとの隙間を所定の寸法に保ち、線膨張係数の差に起因した熱変形が生じることを抑制する。
また、例えば続く焼付塗装の完了後、室温まで冷却させた後に、ルーフパネルとルーフリインフォースとが熱収縮し、弾性支持部材も同時に加熱前の状態まで熱収縮しても、ルーフパネルとルーフリインフォースとの間の前記所定寸法の隙間が保持される。
これによって、焼付塗装工程後に、硬化したマスチック樹脂によるルーフパネルの残留変形が抑制できる。

したがって、ルーフリインフォースに要求される剛性や強度を特別低下させることなく、焼付塗装工程における、ルーフパネルの熱変形や残留変形の発生を抑制できる。

また、本発明の構成ならば、ルーフリインフォース自体を特殊な材質で構成したり、または、特殊な構造にしたりすることなく、従来からある通常のアルミニウム製ルーフリインフォースを採用することも可能である。

本発明の実施形態に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装前の模式断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は弾性支持部材の初期形状を説明する拡大断面説明図である。図１に示す自動車のルーフ構造において、ルーフパネルを外した状態を説明するための模式斜視図である。同実施形態に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装時の模式断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は弾性支持部材の形状変化を説明する拡大断面説明図である。同実施形態に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装完了後の模式断面図である。同実施形態に係る弾性支持部材の「平面視長さＬ」と「焼付塗装時の突出高さΔＨ」の関係を説明するための説明図である。図２に示す自動車のルーフ構造の変形例１を説明するための模式斜視図である。従来の自動車のルーフ構造の焼付塗装前の模式断面図である。図７に示す自動車のルーフ構造において、ルーフパネルを外した状態を説明するための模式斜視図である。図７に示す自動車のルーフ構造の焼付塗装前（破線）と焼付塗装時（実線）の形状変化を示す模式断面図である。図７に示す自動車のルーフ構造の焼付塗装完了後の模式断面図である。

本発明者は、如何にすれば、ルーフリインフォースに要求される剛性や強度を低下させることなく、焼付塗装工程における、ルーフパネルの熱変形や残留変形の発生を抑制することができるか鋭意研究を行った。その結果、以下に説明するような構成を採用することで初めて目的を達成できることを見出した。以下、本発明について、実施形態を例示しつつ、詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装前の模式断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は弾性支持部材の初期形状を説明する拡大断面説明図、図２は図１に示す自動車のルーフ構造において、ルーフパネルを外した状態を説明するための模式斜視図、図３は同実施形態１に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装時の模式断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は弾性支持部材の形状変化を説明する拡大断面説明図、図４は同実施形態１に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装完了後の模式断面図である。なお、図１〜図４においては、車室内を囲む鋼製ボデーの一部である左右のルーフサイドレールは省略して表示している。

図１〜図４において、１はアルミニウム製ルーフパネル、２は車体幅方向に延在するアルミニウム製ルーフリインフォース、３は熱硬化型接着樹脂としてのマスチック樹脂、４はルーフリインフォース２より線膨張係数の大きな亜鉛製の弾性支持部材である。なお、ルーフリインフォース２は、アルミニウム押出材やアルミニウム板材等から構成されている。また、熱硬化型接着樹脂としてマスチック樹脂を例に説明するが、必ずしもこれに限定されるものではない。しかし、マスチック樹脂は、スポンジ的な柔らかさを有する点から、本発明に言う「熱硬化型接着樹脂」として特に好ましい。

図１に示すように、ルーフリインフォース２はルーフパネル１側に向かって凸になるように湾曲している。

また、図２に示すように、ルーフリインフォース２の車体幅方向に直交する断面形状は、単純な両フランジ２ｃ付きのＵ字状断面を成している。また、このＵ字状断面は、底部２ａとこの底部２ａの両端から上方に延出した壁２ｂから構成されている。両フランジ２ｃの各々の車体幅方向の両端の位置には、車体幅方向の左右のルーフサイドレール（図示せず）に接合するためのフランジ２ｄが設けられている。

また、図２に示すように、両フランジ２ｃ上の合計５箇所には、ルーフパネル１に接合するためのマスチック樹脂３が載置されている。

また、図１および図２に示すように、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間に弾性支持部材４が配置されている。より詳細には、弾性支持部材４は、第１曲率半径で湾曲したルーフリインフォース２よりも小さい第２曲率半径でルーフパネル１側に向かって凸になるように湾曲した湾曲部４ａと弾性支持部材４をルーフリインフォース２に直接接合するための端部４ｂから構成されている。

また、図１および図２に示すように、弾性支持部材４は、その長手方向がルーフリインフォース２の底部２ａの車体幅方向に向くように載置され、ルーフリインフォース２に直接接合されている。なお、弾性支持部材４の両端部４ｂがルーフリインフォース２に直接接合される箇所の平面視長さがＬ［ｍｍ］で、ルーフリインフォース２への接合後、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との接合前におけるルーフリインフォース２の湾曲部４ａの高さがＨ_０［ｍｍ］である。また、Ｈ_０は、ルーフリインフォース２の壁２ｂの高さ以内になるように設計されている。

次に、図１に示す自動車のルーフ構造を、焼付塗装炉に装入して１７０〜２００℃に加熱したときの状態を図３に示す。図３は本実施形態に係る自動車のルーフ構造の焼付塗装時の模式断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は弾性支持部材の形状変化を説明する拡大断面説明図である。図３（ｂ）に、自動車のルーフ構造の焼付塗装前（破線）と焼付塗装時（実線）の形状変化を示し、従来例の変形モードと比較しながら以下に説明する。なお、加熱温度であるが、１７０〜２００℃の範囲に限定されず、例えば、１５０〜２００℃の範囲であっても良い。

図１に示される本発明に係る弾性支持部材４が設置されていない場合には、従来例（図９参照）のように、ルーフパネル１は車体前後方向と車体幅方向の熱膨張分の釣り合いから車体上方向に少し持ち上がり、車体幅方向の中央部分全体がやや平坦な変形モードとなるが、車体幅方向に伸びるルーフリインフォース２は車体幅方向の中央部付近全体が盛り上がった変形モードとなる。したがって、焼付塗装時（加熱過程の熱膨張時）に車体幅方向の中央部分のルーフパネル１とルーフリインフォース２との隙間は、焼付塗装前、すなわち、加熱過程前（熱膨張が発生する前）に比べて大幅に狭くなり、最悪の場合、接触する場合もありうる。しかし、本発明においては、図３に示すように、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間に、焼付塗装時（加熱時）のみ湾曲部４ａの高さがＨ_１［ｍｍ］となるように大きく膨張し、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との隙間を所定の寸法に保つ弾性支持部材４が設置されているため、従来例（図１０参照）のような線膨張係数の差に起因した熱変形が生じることはない。

続いて、図３に示す焼付塗装の完了後、すなわち、室温まで冷却させた後の自動車のルーフ構造の状態を図４に示す。室温まで冷却させると、ルーフパネル１、ルーフリインフォース２とルーフサイドレールが熱収縮するとともに、弾性支持部材４の湾曲部４ａも加熱前の状態まで熱収縮し、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間の隙間は、図１に示す当初の形状に戻る。したがって、従来例（図１０参照）ならば、焼付塗装工程後に、硬化したマスチック樹脂３０によるルーフパネル１０の残留変形（図１０に示された破線で囲まれた箇所）が生ずるが、本発明の場合は生じない（図４参照）。

上述した実施形態１の構成を採用した場合の本発明の作用効果を検証するために、焼付塗装前の弾性支持部材４の湾曲部４ａの高さＨ_０（６水準）をパラメータとして、弾性支持部材４の平面視長さＬと焼付塗装時（加熱時）の湾曲部４ａの高さＨ_１を調べた。その結果、図５に示すような「弾性支持部材４の平面視長さＬ」と「弾性支持部材４の突出高さΔＨ＝Ｈ_１―Ｈ_０」の関係が認められた。

図５に示す結果より、例えば、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との所定隙間である突出高さΔＨを２．５ｍｍに保ちたい場合には、焼付塗装前の「弾性支持部材４の平面視長さＬ」と「弾性支持部材４の湾曲部４ａの高さＨ_０」を下記表１に示すように設計すればよいことが分かる。すなわち、弾性支持部材４の湾曲部４ａの高さＨ_０が０、１、３、５、１０、１５ｍｍならば、弾性支持部材４の平面視長さＬをそれぞれ１１５．５、１５５．０、２１３．０、２５８．５、３４６．０、４１５．０ｍｍにしさえすれば、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間隔が所定の寸法になるように弾性支持部材４が熱膨張する。

なお、本実施例においては、突出高さΔＨが２．５ｍｍの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、必要な突出高さΔＨとなる焼付塗装前の「弾性支持部材４の平面視長さＬ」と「弾性支持部材４の湾曲部４ａの高さＨ_０」の組合せを図５から選択する等、適宜設定すればよい。

また、本実施例からも弾性支持部材４は、必ずしも第１曲率半径で湾曲したルーフリインフォース２よりも小さい第２曲率半径である必要はなく、ルーフリインフォース２と同一な曲率であっても構わない。

すなわち、本発明は、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間に弾性支持部材４が配置され、ルーフリインフォース２が、ルーフパネル１側に向かって凸になるように湾曲し、弾性支持部材４が、ルーフパネル１側に向かって凸になるように湾曲し、ルーフリインフォース２に直接接合され、かつ、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との間隔が所定の寸法になるように熱膨張するように構成されていればよい。

また、本実施形態においては、弾性支持部材４として亜鉛製である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ルーフリインフォース２より線膨張係数の大きな、焼付塗装工程のような高温状態にも耐える耐熱性樹脂を用いることも可能である。

なお、本実施形態においては、弾性支持部材４を、その長手方向がルーフリインフォース２の底部２ａの車体幅方向に向くように１つ載置し、ルーフリインフォース２に直接接合する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、弾性支持部材４を、その長手方向がルーフリインフォース２の底部２ａの車体幅方向に向くように複数（例えば、３つ）載置することも可能である。このような構成にすることにより、焼付塗装工程のような高温状態に晒された場合に、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との隙間が狭くなるのをより安定的に防止することが可能となる。

また、本実施形態においては、ルーフパネル１として、アルミニウム製の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、鋼製を用いることも可能である。このような構成の場合にも、焼付塗装工程のような高温状態に晒された場合に、ルーフパネル１とルーフリインフォース２との隙間が狭くなるのを安定的に防止することが可能となる。

また、本実施形態においては、弾性支持部材４を、その長手方向がルーフリインフォース２の底部２ａの車体幅方向に向くように載置し、ルーフリインフォース２に直接接合する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、弾性支持部材４を平面視で９０°回転させて、ルーフリインフォース２の両フランジ２ｃに直接接合する構成も考えられる。さらに、弾性支持部材４を平面視で９０°回転させて、ルーフリインフォース２の両壁２ｂの間に載置し、直接拘束する構成も考えられる。このような構成を採用した場合は、弾性支持部材４をルーフリインフォース２に接合させる工程が省略できるため、安価な自動車のルーフ構造を提供可能になる。

また、上述したように、弾性支持部材４をルーフリインフォース２に直接接合もしくは拘束される以外に、弾性支持部材４をルーフリインフォース２に中間部材（図示せず）を介して接合もしくは拘束される構成も考えられる。この場合には、弾性支持部材４の線膨張係数が前記中間部材の線膨張係数よりも大きく、かつ、弾性支持部材４が前記中間部材に接合されるとともに、前記中間部材がルーフリインフォース４に接合もしくは拘束されるようにすればよい。なお、前記中間部材に接合された弾性支持部材４をルーフリインフォース２に接合もしくは拘束させる構成は、上述した中間部材を介さない場合と同様な手法を適用可能である。このような中間部材を介する場合は、例えば、前記弾性支持部材は、アルミニウム合金からなり、前記中間部材は鋼からなる構成が考えられる。このような構成を採用した場合は、ルーフパネルとルーフリインフォースとの間隔を所定の寸法に保持するための材料が極めて安価な材料で構成することが可能である。さらに、前記中間部材に接合された弾性支持部材４をルーフリインフォース２に接合もしくは拘束させる以外に、前記中間部材に接合された弾性支持部材４をルーフリインフォース２に載置するだけの構成も考えられる。このような構成の場合は、安価な自動車のルーフ構造を提供可能になる。

また、本実施形態において、弾性支持部材４をルーフリインフォース２に接合する方法としては、リベットなどの機械的接合あるいはスポット溶接などの溶接接合を適宜選択、組み合わせて用いる方法やボルトで機械的に接合する方法など様々な方法が可能である。

本発明に言う「アルミニウム製」とは、アルミニウム合金と純アルミニウムを含めた総称である。本発明で、アルミニウム合金としては、製造がしやすく、成形が容易で、強度にも優れたＡＡ乃至ＪＩＳ３０００系、５０００系、６０００系、７０００系等のアルミニウム合金の調質材（熱処理材）を適宜選択可能である。

１ルーフパネル
２ルーフリインフォース
２ａ底部
２ｂ壁
２ｃ、２ｄフランジ
３マスチック樹脂
４弾性支持部材
４ａ湾曲部
４ｂ両端部

Claims

アルミニウム製または鋼製の何れかからなるルーフパネルと、
このルーフパネルに熱硬化型接着樹脂で接合されるアルミニウム製ルーフリインフォースと、
前記ルーフパネルと前記ルーフリインフォースとの間に配置される弾性支持部材と、を有した自動車のルーフ構造であって、
前記ルーフリインフォースは、前記ルーフパネル側に向かって凸になるように湾曲しており、
前記弾性支持部材は、前記ルーフパネル側に向かって凸になるように湾曲し、前記弾性支持部材の両端部で前記ルーフリインフォースに直接または中間部材を介して接合もしくは拘束され、かつ、前記ルーフパネルと前記ルーフリインフォースとの間隔が所定の寸法になるように熱膨張および熱収縮するように構成されていることを特徴とする自動車のルーフ構造。
前記ルーフリインフォースは、第１曲率半径で湾曲し、
前記弾性支持部材は、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径で湾曲す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。
前記弾性支持部材が前記ルーフリインフォースに直接、接合もしくは拘束される場合は、
前記弾性支持部材が、亜鉛または耐熱性樹脂からな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。
前記弾性支持部材が前記ルーフリインフォースに中間部材を介して、接合もしくは拘束される場合は、
前記弾性支持部材の線膨張係数が前記中間部材の線膨張係数よりも大きく、かつ、前記弾性支持部材が前記中間部材に接合されるとともに、前記中間部材が前記ルーフリインフォースに接合もしくは拘束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。
前記弾性支持部材は、アルミニウム合金からなり、前記中間部材は鋼からな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。