(57)【要約】【課題】車両用ルーフ構造に関し、車体重量の増加を抑制し、緩衝性能を向上させる。【解決手段】ルーフパネルを補強する車両用ルーフ構造において、第一部材１，第二部材２，第三部材３，緩衝部材６を備える。第一部材１は、ルーフクロスメンバー１４，１５に沿って配置され、車幅方向内側の端部２１がルーフクロスメンバー１４，１５に接合される。第二部材２は、一端２３がルーフサイドレール１２，１３に接合され、他端２４が第一部材１における車幅方向外側の端部２２に接合される。第三部材３は、ルーフパネル１１の中央部近傍で一端２５の移動方向が車幅方向に拘束され、他端２６が第一部材１と第二部材２との接合部近傍に接合される。緩衝部材６は、第三部材３の一端２５の移動を妨げるように機能する。第一部材１，第二部材２，第三部材３の各々は、上面視で前後方向に延在する対称線を中心として対称に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前後方向に延在する左右一対のルーフサイドレールと車幅方向に延在する前後一対のルーフクロスメンバーとに支持されるルーフパネルを補強する車両用ルーフ構造であって、
前記ルーフクロスメンバーに沿って配置され、車幅方向内側の端部が前記ルーフクロスメンバーに接合された第一部材と、
一端が前記ルーフサイドレールに接合され、他端が前記第一部材における車幅方向外側の端部に接合された第二部材と、
前記ルーフパネルの中央部近傍で一端の移動方向が車幅方向に拘束され、他端が前記第一部材と前記第二部材との接合部近傍に接合された第三部材と、
前記第三部材の一端の移動を妨げる緩衝部材とを備え、
前記第一部材，前記第二部材，前記第三部材の各々が、上面視で前後方向に延在する対称線を中心として対称に配置される
ことを特徴とする、車両用ルーフ構造。
【請求項２】
前記第一部材，前記第二部材，前記第三部材の各々が、上面視で車幅方向に延在する対称線を中心として対称に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の車両用ルーフ構造。
【請求項３】
前記第二部材が、前記ルーフサイドレールの中間部から下方に向かって延設されたセンターピラーと前記ルーフサイドレールとの接続箇所から離れた位置で前記ルーフサイドレールに接合される
ことを特徴とする、請求項１または２に記載の車両用ルーフ構造。
【請求項４】
前記第一部材における車幅方向外側の端部が、前記ルーフクロスメンバーに係止されるとともに、前記第二部材から入力された外力を受けて係止が外れるように形成される
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用ルーフ構造。
【請求項５】
前記緩衝部材が、前記第三部材の一端が車幅方向外側へと移動するに連れて伸張する蛇腹形状に形成される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用ルーフ構造。
【請求項６】
車幅方向に延設され、前記第三部材の一端に連動して車幅方向外側へと移動する第四部材を備える
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用ルーフ構造。
【請求項７】
前記第四部材は、上面視で車両前後方向を前記第三部材の前記一端にそれぞれ延びて連結するとともに、各連結箇所間から車幅方向外側に向かって延びるＴ字形状で形成される
ことを特徴とする請求項６に記載の車両用ルーフ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のルーフパネルを補強する車両用ルーフ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車室の天井面を補強するための部材をルーフに内蔵させた構造が知られている。例えば、左右一対のサイドレール間に、横架材を上面視でＸ字状に交差するように配置した車両用ルーフ構造が知られている。また、サイドレールの中央部からクロスメンバーの中央部に向かって、斜めに補強部材（ブレース）を配置した構造も知られている。補強部材を用いることでルーフの剛性が向上し、外力に対する車室の変形を抑制することができる（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-168073号公報
【特許文献２】特開2018-043743号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような車両用ルーフは、補強部材のないルーフと比較して大きな荷重に耐えられるように、板厚が大きく設計されることが多い。また、断面係数を増加させるために、サイドレール，クロスメンバー，補強部材などの上下方向のサイズが大型化しやすい。そのため、車体重量が増大しやすいという課題がある。また、補強部材やその周辺構造のサイズアップにより車室内が狭くなりやすく、居住性を向上させにくいという課題もある。一方、補強部材を省略した場合には、車両用ルーフ構造の緩衝性能が低下してしまう。
【０００５】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、車体重量を増加させることなく緩衝性能を向上させることのできる車両用ルーフ構造を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本件の構造は、車両の前後方向に延在する左右一対のルーフサイドレールと車幅方向に延在する前後一対のルーフクロスメンバーとに支持されるルーフパネルを補強する車両用ルーフ構造である。本構造は、前記ルーフクロスメンバーに沿って配置され、車幅方向内側の端部が前記ルーフクロスメンバーに接合された第一部材を備える。また、一端が前記ルーフサイドレールに接合され、他端が前記第一部材における車幅方向外側の端部に接合された第二部材を備える。また、前記ルーフパネルの中央部近傍で一端の移動方向が車幅方向に拘束され、他端が前記第一部材と前記第二部材との接合部近傍に接合された第三部材を備える。また、前記第三部材の一端の移動を妨げる緩衝部材を備える。前記第一部材，前記第二部材，前記第三部材の各々は、上面視で前後方向に延在する対称線を中心として対称に配置される。
【発明の効果】
【０００７】
ルーフサイドレールに入力される外力を、第一部材及び第二部材で車両の前後方向に逃がすことができる。また、車幅方向への移動が拘束された一端を有する第三部材を外力の作用方向とは反対側に移動させることで、外力のエネルギーを消費することができる。これにより、簡素な構成で外力のエネルギーを効率的に吸収することができ、ルーフサイドレールの車幅方向の変形量を減少させることができる。したがって、車体重量を抑えつつ、車幅方向に入力される外力に対する緩衝性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両用ルーフ構造が適用された車両の斜視図である。
【図２】車両用ルーフ構造を説明するための図である。
【図３】車両用ルーフ構造の模式的な断面図である。
【図４】車両用ルーフ構造の動作を説明するための図である。
【図５】変形例としての車両用ルーフ構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［１．構成］
本件の車両用ルーフ構造は、図１に示す車両１０に適用される。図１中の破線は、ルーフパネル１１の内側に設けられる、ボディの主要な要素を表す。ルーフパネル１１の左右両側部には、一対のルーフサイドレール１２，１３が設けられる。左ルーフサイドレール１２は、ルーフパネル１１の左側端辺に沿って車両１０の前後方向に延在し、右ルーフサイドレール１３は、ルーフパネル１１の右側端辺に沿って車両１０の前後方向に延在している。これらのルーフサイドレール１２，１３は、ルーフパネル１１を支持する骨格部材として機能するとともに、車両用ドアの上端辺に対向するドア枠として機能する。
【００１０】
ルーフサイドレール１２，１３の前端はフロントピラー１６（Aピラー）に接続され、ルーフサイドレール１２，１３の後端はバックピラー１９（Dピラー）に接続される。センターピラー１７（Bピラー）やリヤピラー１８（Cピラー）は、ルーフサイドレール１２，１３の中間部から下方に向かって延設される。フロントピラー１６は、フロントガラスの左右端辺を支える骨格部材として機能するとともに、フロントドアの前端辺に対向するドア枠として機能する。また、センターピラー１７は、フロントドアの後端辺やリヤドアの前端辺に対向するドア枠として機能し、リヤピラー１８は、リヤドアの後端辺に対向するドア枠として機能する。バックピラー１９は、車両１０の後方に向かって延設され、ハッチバックドアやトランクリッドの左右端辺を支える骨格部材として機能する。
【００１１】
ルーフサイドレール１２，１３の間には、前後一対のルーフクロスメンバー１４，１５が設けられる。フロントルーフクロスメンバー１４は、ルーフパネル１１の前端辺に沿って車幅方向に延在し、ルーフパネル１１やフロントガラスの上端辺を支える骨格部材として機能する。リヤルーフクロスメンバー１５は、フロントルーフクロスメンバー１４よりも後方で車幅方向に延在し、ルーフパネル１１を支える骨格部材として機能する。本実施形態のリヤルーフクロスメンバー１５は、リヤピラー１８とルーフサイドレール１２，１３との接合部を車幅方向につなぐ位置に配置されている。また、これらのルーフクロスメンバー１４，１５の間には、他の横架材が配置されない。
【００１２】
ルーフサイドレール１２，１３及びルーフクロスメンバー１４，１５で囲まれる領域には、車両側方からの外力に対する緩衝性能を向上させるためのリンク機構７が設けられる。図２に示すように、リンク機構７には、第一部材１，第二部材２，第三部材３，第四部材４，連結部材５，緩衝部材６が設けられる。これらの部材１〜６の素材は、鋼板やアルミニウム合金板などの金属であってもよいし、FRP（Fiber Reinforced Plastics）やCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）などのプラスチック材料であってもよい。
【００１３】
第一部材１は、ルーフクロスメンバー１４，１５に沿って配置される部材であり、車幅方向に延在するように設けられる。また、第一部材１の両端部のうち車幅方向内側の端部２１は、ルーフクロスメンバー１４，１５に対して回転可能に接合される。第一部材１の端部２２はルーフクロスメンバー１４，１５の下面に係止されており、第二部材２から大きな外力が入力されたときにその係止が外れるようになっている。本実施形態の第一部材１は細長い四角形の板状に形成され、ルーフクロスメンバー１４，１５の下面に対して板面が平行になる姿勢で配置されるとともに、その車幅方向内側の端部２１がルーフクロスメンバー１４，１５の下面にピン接合される。
【００１４】
ピン接合の手法としては、リベット，締結具（ボルト，ナット），ベアリングなどのピン接合部材を用いた接合が考えられる。また、第一部材１の素材がプラスチック材料であれば、上記のようなピン接合でなくても変形（塑性変形や弾性変形）による接合箇所の回転が許容されうる。あるいは、樹脂製の接着材を用いた接合においても、変形による接合箇所の回転が許容されうる。したがって、本案件における「接合」は、必ずしも「ピン接合（ピン接合部材を用いた接合）」でなくてもよく、溶着接合や接着接合などでもよい。
【００１５】
第二部材２は、第一部材１とルーフサイドレール１２，１３との間に介装される部材である。図２に示すように、第二部材２の両端部のうち、車幅方向外側に位置する一端２３は、ルーフサイドレール１２，１３に接合される。反対側の他端２４は、第一部材１の車幅方向外側の端部２２に接合される。第二部材２は、車両１０のルーフサイドレール１２，１３に入力された外力を第一部材１や第三部材３に伝達する役割を担う。本実施形態の第二部材２は、第一部材１と同様に細長い四角形の板状であって、第一部材１よりも細長く形成される。また、第二部材２は、ルーフクロスメンバー１４，１５及び第一部材１の下面に対して板面が平行になる姿勢で配置され、それらの下面にピン接合される。
【００１６】
第二部材２とルーフサイドレール１２，１３との接合位置は、好ましくはセンターピラー１７とルーフサイドレール１２，１３との接続箇所から離れた位置に設定される。ここで、左ルーフサイドレール１２におけるセンターピラー１７との接合箇所から第二部材２との接合位置までの距離Dを図２中に示す。距離Dの値は任意（D≧0）であるものの、ある程度大きい値とすることが好ましい。図２に示す車両用ルーフ構造では、フロントルーフクロスメンバー１４からセンターピラー１７までの前後方向距離Xを基準として、距離Dがその1/3〜1/2程度の長さに設定されている。
【００１７】
第二部材２の支点間の長さL2は、第一部材１の支点間の長さL1よりも大きくすることが好ましく、例えば長さL1の二倍以上とすることが好ましい。第一部材１の長さL1に対する第二部材２の長さL2の比（L2/L1）が大きいほど、第二部材２が車幅方向内側に移動してきたときに、第一部材１の端部２２の移動量が増大する。つまり、上記の比（L2/L1）が大きいほど、ルーフサイドレール１２，１３に外力が入力されたときの第一部材１の回動角が大きくなり、後述する第三部材３の移動量が増大する。
【００１８】
第三部材３は、第一部材１と第二部材２との接合部近傍の動きを利用してエネルギーを消費するための部材である。第三部材３の両端部のうち、ルーフパネル１１の中央部近傍に位置する一端２５は、その移動方向が車幅方向に拘束される。ここでいう「拘束」とは、ある程度の抵抗を受けながら移動可能であることを意味する。また、反対側の他端２６は、第一部材１と第二部材２との接合部近傍に接合される。
【００１９】
本実施形態の第三部材３は細長い四角形の板状に形成され、第一部材１や第二部材２の下面に対して板面が平行になる姿勢で配置される。第三部材３の他端２６の接合位置は、第一部材１と第二部材２とがピン接合される位置に一致するように設定される。第三部材３の支点間の長さL3は、第一部材１の長さL1よりも長く、第二部材２の長さL2よりも短い範囲内（L1<L3<L2）で設定される。また、図２に示すように、第一部材１，第二部材２，第三部材３の各々は、上面視で車幅方向に延在する対称線Aを中心として、鏡面対称に配置される。同様に、上面視で車両１０の前後方向に延在する対称線Bを中心として、鏡面対称に配置される。
【００２０】
車両前方側の第三部材３の一端２５と、車両後方側の第三部材３の一端２５との間は、連結部材５で接続される。連結部材５は、前後方向に隣接する一対の第三部材３について、それぞれの一端２５の動きを拘束するように機能する。本実施形態の連結部材５は、細長い四角形の板状に形成され、第三部材３の下面に対して板面が平行になる姿勢で配置される。また、連結部材５の前端部は前方側の第三部材３の一端２５にピン接合され、連結部材５の後端部は後方側の第三部材３の一端２５にピン接合される。二つの第三部材３を連結部材５で連結することで、それぞれの第三部材３の可動方向が制限され、一端２５が車幅方向に移動しやすくなる。
【００２１】
図２に示すように、左右の連結部材５の間には、緩衝部材６が対称線Aに沿って挟装される。緩衝部材６は、第三部材３の一端２５の移動を妨げる抵抗として機能する部材である。緩衝部材６を設けることで、第三部材３の一端２５が車幅方向に移動する際にエネルギーを吸収させることができる。なお、緩衝部材６を二つの連結部材５の間に介装させる代わりに、連結部材５とルーフパネル１１との間に介装させてもよい。本実施形態の緩衝部材６は金属製であり、筒状の部材を蛇腹状に押し潰した形状とされる。なお、緩衝部材６は複数設けることも可能である。
【００２２】
第四部材４は、車幅方向に延設されて第三部材３の一端２５と連動する部材である。第三部材３の一端２５が車幅方向外側へ移動したときに、第四部材４も一緒に車幅方向外側へと移動するようになっている。第三部材３の一端２５が車幅方向に向かってある程度移動したときに、その先端２７（車幅方向外側の端部）がセンターピラー１７に当接する長さに設定される。これにより、センターピラー１７の車室内側への過度な進入が阻止されるようになっている。
【００２３】
本実施形態の第四部材４は、連結部材５の端辺から対称線Aに沿って車幅方向外側へ向かってＴ字形状に延設される。第四部材４は、細長い四角形の板状に形成され、第三部材３の下面に対して板面が平行になる姿勢で配置される。図３に示すように、第四部材４の長さは、第三部材３の一端２５が移動していない初期状態において、センターピラー１７との間に隙間Eが確保される長さに設定される。隙間Eの寸法は任意（E>0）である。ルーフサイドレール１２，１３及びセンターピラー１７の車室内側への進入を強く阻止したい場合には、隙間Eをできるだけ小さく設定すればよい。一方、第三部材３の一端２５を車幅方向外側へと移動させることによってエネルギーをより多く消費させたい場合には、隙間Eを大きく設定すればよい。
【００２４】
［２．作用，効果］
図４中に黒矢印で示すように、左ルーフサイドレール１２に車幅方向の外力が入力されると、その外力が第二部材２を介して第一部材１やルーフクロスメンバー１４，１５へと伝達される。外力が小さければ、第一部材１の端部２２とルーフクロスメンバー１４，１５との係止が維持される。これにより、第二部材２がブレース（すじかい）として機能し、センターピラー１７の変形が抑制される。
【００２５】
一方、外力が大きければ、第二部材２の一端２３が車室内側へと移動し、第一部材１の端部２２の係止が外れる。このとき、第一部材１の端部２２は車両１０の前後方向へ移動し、フロントルーフクロスメンバー１４よりも前方、または、リヤルーフクロスメンバー１５よりも後方でルーフパネル１１に接触する。これにより、外力のエネルギーは第一部材１，第二部材２を介して車両１０の前後方向へと逃がされる。
【００２６】
第一部材１の他端２４が前後方向に移動すると、これに応じて第三部材３の他端２６も前後方向に移動する。また、第三部材３の他端２６とは反対側の一端２５は、移動方向が車幅方向に拘束されている。したがって、第三部材３の一端２５は、外力の作用方向とは反対方向へと移動する。このとき、第三部材３に連結された緩衝部材６は、第三部材３の一端２５の移動を妨げる抵抗として作用し、伸張変形しながら外力のエネルギーを吸収する。
【００２７】
第三部材３の一端２５の移動量F2（連結部材５の移動量）は、図４に示すように、第二部材２の一端２３の移動量F1（ルーフサイドレール１２，１３の移動量）よりも大きい。これにより、左ルーフサイドレール１２の変形量よりも緩衝部材６の変形量が大きくなり、外力のエネルギーが効率的に吸収される。また、緩衝部材６がない場合と比較して移動量F2が減少し、これに対応する移動量F1も減少する。つまり、外力による車室の変形が抑制される。
【００２８】
さらに、第三部材３の一端２５が車幅方向外側へと移動するのに連動して、第四部材４も車幅方向外側へと移動する。第四部材４の先端２７がセンターピラー１７に当接すると、ルーフサイドレール１２，１３が第三部材３によって車室内側から支えられた状態となり、それ以上のルーフサイドレール１２，１３の移動が阻止される。したがって、外力による車室の変形が効果的に抑制され、車室空間が確保される。
【００２９】
（１）上記の車両用ルーフ構造によれば、ルーフサイドレール１２，１３に入力される外力を、第一部材１及び第二部材２で車両１０の前後方向に逃がすことができる。また、車幅方向への移動が拘束された一端２５を有する第三部材３を外力の作用方向とは反対側に移動させることができ、外力のエネルギーを消費することができる。これにより、簡素な構成で外力のエネルギーを効率的に吸収することができ、ルーフサイドレール１２，１３の車幅方向の変形量を減少させることができる。したがって、車体重量の増加を抑制し、車幅方向に入力される外力に対する緩衝性能を向上させることができる。
【００３０】
（２）上記の車両用ルーフ構造には、緩衝部材６が設けられる。この緩衝部材６を、第三部材３の一端２５の移動を妨げる抵抗として機能させることで、外力のエネルギーを効率的に消費させることができる。また、第三部材３の一端２５の移動速度を遅くすることができ、外力による車室の変形時間を延長させることができる。したがって、車両１０の緩衝性能を向上させることができる。
（３）図２〜図４に示すように、緩衝部材６は蛇腹形状に形成され、第三部材３の一端２５が車幅方向外側へと移動するに連れて伸張する。このように、簡素な構成で第三部材３の一端２５の車幅方向外側への移動を許容しつつ、エネルギーを吸収することができる。したがって、車両１０の緩衝性能を向上させることができる。
【００３１】
（４）上記の車両用ルーフ構造は、図２に示すように、第一部材１，第二部材２，第三部材３の各々が対称線Aを中心として鏡面対称に配置される。これにより、外力を車室の前方と後方との双方へと分散させることができ、車両１０の緩衝性能を向上させることができる。また、第三部材３の一端２５の移動方向が対称線Aに沿った方向へと収束しやすくなる。これにより、緩衝部材６の変形のストロークを確保することができ、外力のエネルギーを効率的に吸収することができる。
【００３２】
（５）第一部材１，第二部材２，第三部材３の各々は、対称線Bを中心として鏡面対称に配置される。これにより、車両１０の左側面から入力される外力だけでなく、右側面から入力される外力に対しても、緩衝性能を向上させることができる。また、対称線Bよりも左側のリンク機構７と右側のリンク機構７との間に配置される緩衝部材６は、前者の移動を妨げる抵抗として機能するだけでなく、後者の移動を妨げる抵抗としても機能する。つまり、一つの緩衝部材６で二つのリンク機構７を適切に動作させることが可能となり、装置構成をシンプルにすることができる。
【００３３】
（６）図２に示すように、第二部材２の一端２３は、センターピラー１７とルーフサイドレール１２，１３との接続箇所から離れた位置に接合される。これにより、センターピラー１７から外力が作用した場合だけでなく、フロントルーフクロスメンバー１４とセンターピラー１７との間のルーフサイドレール１２，１３に外力が作用した場合にも、リンク機構７を作動させることができる。つまり、ルーフサイドレール１２，１３の局所変形に対しても、緩衝性能を向上させることができる。
【００３４】
（７）第一部材１の車幅方向内側の端部２１は、ルーフクロスメンバー１４，１５に対してピン接合される。これに対し、車幅方向外側の端部２２は、ルーフクロスメンバー１４，１５に係止され、第二部材２から入力された外力を受けてその係止が外れるように形成されている。このような構成により、外力が小さいときには第二部材２をブレース（すじかい）として機能させることができ、ルーフパネル１１の変形を抑制することができる。一方、外力が大きいときにはそのエネルギーを車両１０の前後方向へと逃がすことができ、緩衝性能を向上させることができる。
【００３５】
（８）上記の車両用ルーフ構造には、車幅方向に延設された第四部材４が設けられる。第四部材４は、第三部材３の一端２５に連動して車幅方向外側へと移動するように配置される。これにより、第四部材４の先端２７をセンターピラー１７やルーフサイドレール１２，１３に当接させて、車室の変形を抑制することができる。したがって、車室空間を確保することができ、乗員保護性能を向上させることができる。また、第四部材４が外力を押し返すように作用することから、車両１０の緩衝性能を向上させることができる。
【００３６】
［３．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００３７】
図５に示すように、リンク機構７の最小構成は第一部材１，第二部材２，第三部材３を一つずつ含むものである。この場合、第三部材３に連結される連結部材５が不要である。また、緩衝部材６の代わりに、第三部材３の一端２５を車幅方向外側へと誘導するレール部材を設け、一端２５がレール部材に沿って所定の抵抗を受けながら滑動するように構成してもよい。このような構造においても、上述の実施形態と同様の作用，効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００３８】
１  第一部材
２  第二部材
３  第三部材
４  第四部材
５  連結部材
６  緩衝部材
７  リンク機構
１０  車両
１１  ルーフパネル
１２  左ルーフサイドレール
１３  右ルーフサイドレール
１４  フロントルーフクロスメンバー
１５  リヤルーフクロスメンバー
２１  端部（第一部材，車幅方向内側の端部）
２２  端部（第一部材，車幅方向外側の端部）
２３  一端（第二部材，サイドレール側の端部）
２４  他端（第二部材，第一部材側の端部）
２５  一端（第三部材，中央側の端部）
２６  他端（第三部材，第一部材側の端部）
２７  先端（第四部材，車幅方向外側の端部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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