(57)【要約】【課題】ドアパネル部品の張り剛性の向上と軽量化を達成することができる自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法を提供する。【解決手段】本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造は、高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタライン３ａが形成された金属板製のドアアウタパネル３と、ドアアウタパネル３の内面側に配設されたインパクトビーム５とを備え、ドアアウタパネル３の内面に樹脂製の補剛部材７を貼付することによりドアアウタパネル３の張り剛性を向上させるものであって、補剛部材７は、ドアアウタパネル３の前記湾曲に沿ってインパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで筋状に延在する複数の縦骨部９を有し、該複数の縦骨部９は、ドアアウタパネル３の前後方向において所定の間隔で配置され、各縦骨部９の外面がドアアウタパネル３の内面に接合されていることを特徴とするものである。【選択図】  図１
2019156384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成された金属板製ドアパネル部品と、該金属板製ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記金属板製ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造であって、
前記補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、
該複数の縦骨部は、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項２】
前記補剛部材における前記金属板製ドアパネル部品との接合面の反対側の面に接合され、焼付処理における前記補剛部材の変形を調整する調整部材を有し、
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と、前記補剛部材の線膨張係数α2と、前記調整部材の線膨張係数α3とが、α2＜α1、かつ、α3＞α2の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項３】
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と前記調整部材の線膨張係数α3とが、α3≧α1の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項４】
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1が、1.0×10-5/℃以上2.6×10-5/℃以下の範囲内であり、
前記補剛部材の線膨張係数α2が、0/℃以上2.5×10-5/℃以下の範囲内であり、
前記調整部材の線膨張係数α3が、2.5×10-5/℃以上50×10-5/℃以下の範囲内であることを特徴とする請求項２又は３に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項５】
前記金属板製ドアパネル部品の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、又はアルミ板のいずれかであり、
前記補剛部材の素材は、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂であり、
前記調整部材の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、鉄箔、アルミ板、アルミ箔、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル系樹脂、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、フッ素系樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ、不飽和ポリエステル、シリコーン、ジアリルフタレートのいずれかであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項６】
高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成されたドアパネル部品と、該ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造であって、
前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、
前記補剛部材は、前記ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、
該複数の縦骨部は、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項７】
前記補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項８】
前記補剛部材は、弾性率が10GPa以上の繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項９】
高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設された金属板製ドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛方法であって、
前記金属板製ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、
該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、
該作製した補剛部材を前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在し、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【請求項１０】
高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設されたドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛方法であって、
前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、
前記ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、
該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、
該作製した補剛部材を前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在し、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【請求項１１】
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のドア、ルーフ、フード等の自動車外板部品の重要な機能の一つに張り剛性を担保することがあり、自動車外板部品の張り剛性を向上させるため、例えば、特許文献１には、ドアやフェンダー等の金属板の内側にFRP（Fiber-Reinforced  Plastics；繊維強化プラスチック）板を感光性接着剤により接着する技術が開示されている。また、特許文献２には、ドアやルーフのような金属板表面にCFRP（Carbon  Fiber-Reinforced  Plastics；炭素繊維強化プラスチック）を接着する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１２８２７３号公報
【特許文献２】特表２０１２−５１５６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている技術は、ドアやフェンダーなど自動車の側面に配置される部品を対象とするため、物の角が自動車側面にあたって局部が凹むデント性のような集中荷重に対しては荷重が集中する箇所を必須としてFRPを接着することで効果を奏する。しかし、ワックス掛けのような手のひら全体を外板に押し付ける張り剛性のような広い面積が反転するような分布荷重について、特許文献１に開示されている技術によれば、荷重が加わる箇所にFRPを接着することを必須とする。このため、金属板の内側全面に渡ってFRPを接着することになり、広い面積全体に金属板に比べて数倍から数十倍のコストが掛かるFRPを接着する必要があるため、著しいコスト上昇が避けられないといった問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている技術は、自動車の外観を重視する必要があるため、人目に触れる表側の部品の全面にCFRPを接着しなくてはならず、非常に高コストとなる。そこで、コスト低減のためCFRP層を極薄くする方法も考えられるが、本発明に適用した場合、目的とするドアパネル部品の張り剛性の向上を見込めないという課題があった。
このように、自動車パネル部品にFRPやCFRPを接着する技術は数多く開示されているものの、分布荷重が作用された時の張り剛性を向上させるとともに、軽量化を達成する技術はこれまでに提案されていなかった。
【０００６】
さらに、FRP等を自動車パネル部品（例えば、ドアパネル部品）に接合して補剛する際には、接着による方法が取られる場合が多いが、自動車の製造工程上、組立後に塗装・焼付処理する工程が必須である。しかしながら、自動車パネル部品とFRPの線膨張係数が異なり、かつ、これら線膨張係数の値に大きな乖離がある場合、焼付処理における加熱・冷却過程で自動車パネル部品に接着したFRP周辺に応力集中が発生し、ドアパネル部品が局所的に変形する、いわゆる面ひけを引き起こしてしまう。このような面ひけは、ドアパネル部品の外観を著しく悪化させてしまい、商品力が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、自動車のドアパネル部品の張り剛性を向上させつつ、該ドアパネル部品を軽量化することができる自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法を提供することを目的とする。さらには、ドアパネル部品に補剛部材を接合して焼付処理した際の前記ドアパネル部品における面ひけ発生を防止して美麗な外観を有する自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造は、高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成された金属板製ドアパネル部品と、該金属板製ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記金属板製ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させるものであって、前記補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、該複数の縦骨部は、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とするものである。
【０００９】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記補剛部材における前記金属板製ドアパネル部品との接合面の反対側の面に接合され、焼付処理における前記補剛部材の変形を調整する調整部材を有し、前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と、前記補剛部材の線膨張係数α2と、前記調整部材の線膨張係数α3とが、α2＜α1、かつ、α3＞α2の関係を満たすことを特徴とするものである。
【００１０】
（３）上記（２）に記載のものにおいて、前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と前記調整部材の線膨張係数α3とが、α3≧α1の関係を満たすことを特徴とするものである。
【００１１】
（４）上記（２）又は（３）に記載のものにおいて、前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1が、1.0×10-5/℃以上2.6×10-5/℃以下の範囲内であり、前記補剛部材の線膨張係数α2が、0/℃以上2.5×10-5/℃以下の範囲内であり、前記調整部材の線膨張係数α3が、2.5×10-5/℃以上50×10-5/℃以下の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１２】
（５）上記（２）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記金属板製ドアパネル部品の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、又はアルミ板のいずれかであり、前記補剛部材の素材は、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂であり、前記調整部材の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、鉄箔、アルミ板、アルミ箔、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル系樹脂、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、フッ素系樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ、不飽和ポリエステル、シリコーン、ジアリルフタレートのいずれかであることを特徴とするものである。
【００１３】
（６）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造は、高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成されたドアパネル部品と、該ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造であって、前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、前記補剛部材は、前記ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、該複数の縦骨部は、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とするものである。
【００１４】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のものにおいて、前記補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とするものである。
【００１５】
（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載のものにおいて、前記補剛部材は、弾性率が10GPa以上の繊維強化樹脂であることを特徴とするものである。
【００１６】
（９）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設された金属板製ドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させるものであって、前記金属板製ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、該作製した補剛部材を前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在し、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とするものである。
【００１７】
（１０）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設されたドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させるものであって、前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、前記ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、該作製した補剛部材を前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在し、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とするものである。
【００１８】
（１１）上記（９）又は（１０）に記載のものにおいて、前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成された金属板製ドアパネル部品と、該金属板製ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記金属板製ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させるものであって、前記補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、該複数の縦骨部は、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、該各縦骨部の外面が前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合されていることにより、前記金属板製ドアパネル部品に分布荷重を負荷したときの変形量が低減し、前記金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させることができる。さらに、本発明によれば、張り剛性の向上とドアパネル部品の軽量化との双方を達成することができる。
その上さらに、本発明においては、前記補剛部材における前記金属板製ドアパネル部品との接合面の反対側の面に接合され、焼付処理における前記補剛部材の変形を調整する調整部材を有し、前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と、前記補剛部材の線膨張係数α2と、前記調整部材の線膨張係数α3とが、α2＜α1、かつ、α3＞α2の関係を満たすことにより、焼付処理した際の前記金属板製ドアパネル部品における面ひけの発生を防止し、該金属板製ドアパネル部品を美麗な外観とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造を説明する図である。
【図２】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法において、補剛部材の最適な形状を求めるトポロジー最適化解析の処理の流れを示す図である。
【図３】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法において、トポロジー最適化解析で設定する設計空間および生成した補剛部材モデルを説明する図である。
【図４】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法において、補剛部材のトポロジー最適化解析における荷重・拘束条件の一例を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法において、トポロジー最適化解析により求めた最適な形状の補剛部材モデルの一例を示す解析結果である。
【図６】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法の処理の流れを示す図である。
【図７】実施例１において、張り剛性の評価方法および評価点を説明する図である。
【図８】実施例１において、比較対象とした比較例１に係る張り剛性評価モデルを説明する図である。
【図９】実施例１において、比較対象とした比較例２に係る張り剛性評価モデルを説明する図である。
【図１０】実施例２において、補剛部材のトポロジー最適化解析における荷重・拘束条件を示す図である。
【図１１】実施例２において、トポロジー最適化解析により求めた最適な形状の補剛部材モデルを示す図である。
【図１２】実施例２において、張り剛性の評価方法および評価点を説明する図である。
【図１３】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造における補剛部材の他の態様を示す図である（その１）。
【図１４】本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造における補剛部材の他の態様を示す図である（その２）。
【図１５】実施例３において、トポロジー最適化解析により求めた最適な形状の補剛部材モデルを示す図である（アルミニウム板製のドアアウタパネル、板厚0.8mm）。
【図１６】実施例３において、トポロジー最適化解析により求めた最適な形状の補剛部材モデルを示す図である（アルミニウム板製のドアアウタパネル、板厚0.6mm）。
【図１７】実施例６において、焼付処理による面ひけの発生の評価対象とした補剛部材により補剛したドアアウタパネルを示す図である。
【図１８】実施例６において、焼付処理による面ひけ発生の評価範囲と、張り剛性の評価点位置を示す図である。
【図１９】実施例６において、面ひけ発生の有無を示す結果である（その１）。
【図２０】実施例６において、面ひけ発生の有無を示す結果である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜自動車ドアパネル部品の補剛構造＞
本発明の実施の形態の一例に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造１は、図１に示すように、高さ方向に沿って湾曲し、前後方向に延在するキャラクタライン３ａが形成されたドアアウタパネル３と、ドアアウタパネル３の内面側に配設されたインパクトビーム５とを備え、複数の縦骨部９と、縦骨部９に交差する横骨部１１とを有する樹脂製の補剛部材７がドアアウタパネル３の内面に貼付されたものである。
ここで、図１は、ドアアウタパネル３を自動車の幅方向の室外側から側面視したものであり、室内側に配設されているインパクトビーム５は破線で図示した（以下、図３〜図５、図７〜図９においても同様）。また、樹脂製の補剛部材７も室内側に配設される。
【００２２】
縦骨部９は、ドアアウタパネル３の前記高さ方向の湾曲に沿ってインパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで筋状に延在し、複数の縦骨部９は、ドアアウタパネル３の前後方向において所定の間隔で配置され、各縦骨部９の外面がドアアウタパネル３の内面に接合されている。
そして、横骨部１１は、縦骨部９と交差する方向に延在するように設けられたものであり、パネル面部３ｂの高さ方向中央部付近に設けられている。
【００２３】
本実施の形態に係る補剛構造１は、トポロジー最適化解析（例えば、特開２０１３−２５５３３号参照）を行い、その解析結果に基づいて得られたものである。そして、トポロジー最適化解析は、図２に示すステップＳ１からステップＳ９を実行することにより行った。そこで、図２に示す各ステップにおける処理について以下に説明する。なお、ステップＳ１からステップＳ９は、例えば、コンピュータ上で実行することができる。
【００２４】
≪ドアパネル部品モデル取得ステップ≫
ドアパネル部品モデル取得ステップＳ１は、平面要素及び／又は立体要素を用いて前記ドアパネル部品であるドアアウタパネル３をモデル化したドアアウタパネルモデル２３（図３）を取得するステップである。
ここで、ドアアウタパネルモデル２３は、高さ方向に沿って湾曲し、前後方向に延在するキャラクタライン２３ａが形成されており、内面側にはインパクトビーム５を平面要素及び／又は立体要素を用いてモデル化したインパクトビームモデル２５が配設されている。ここで、ドアアウタパネルモデル２３の内面とは、ドアアウタパネル３を車体に取り付けたときに該車体の室内側となる面のことをいう。
【００２５】
なお、ドアアウタパネルモデル２３の高さ方向に沿った湾曲は、一定の曲率で湾曲している形状に限らず、図３（ｂ）に示すように、複数の湾曲や平面が組み合わされた内面形状であってもよく、また、該内面形状は、内面側に凹状となる湾曲や凸状の湾曲を有するものであってもよい。
【００２６】
≪補剛部材モデル生成ステップ≫
補剛部材モデル生成ステップＳ３は、立体要素からなりドアアウタパネルモデル２３の内面に結合する補剛部材モデル２７（図３）を生成するステップである。
【００２７】
ここで、補剛部材モデル２７は、図３に示すように、ドアアウタパネルモデル２３の内面に設計空間２９を生成し、設計空間２９を立体要素で要素分割することにより生成することができる。
【００２８】
そして、補剛部材モデル生成ステップＳ３において生成する補剛部材モデル２７は、後述する最適化解析モデル生成ステップＳ７におけるトポロジー最適化解析の対象となるものであり、該トポロジー最適化解析の過程において、補剛に不要な部位に位置する立体要素は消去され、補剛に必要となる部位に位置する立体要素が残存する。
【００２９】
なお、図３に示す設計空間２９は、ドアアウタパネルモデル２３とインパクトビームモデル２５との間の隙間をも埋めるようにドアアウタパネルモデル２３の内面形状に沿って生成した。
【００３０】
≪材料特性設定ステップ≫
材料特性設定ステップＳ５は、補剛部材モデル生成ステップＳ３において生成した補剛部材モデル２７の材料特性を設定するステップである。
【００３１】
本実施の形態では、樹脂製の補剛部材７により金属板製のドアアウタパネル３を補剛することを対象とし、材料特性設定ステップＳ５において補剛部材モデル２７に設定する材料特性としては、樹脂の弾性率、ポアソン比及び密度などが挙げられる。表１に、本実施の形態において材料特性として設定した弾性率、ポアソン比および密度の値を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示す材料特性は、補剛部材７に用いる樹脂が等方性材料である場合の一例として補剛部材モデル２７に設定するものであるが、補剛部材７が、例えば面内異方性の材料特性を有するFRP（Fiber  Reinforced  Plastics；繊維強化樹脂）の場合には、補剛部材モデル２７の材料特性の面内異方性を与える主軸角度を与え、該主軸角度に対応する前記材料特性の値を設定することで、補剛部材モデル２７の材料特性の面内異方性を設定することができる。さらに、補剛部材７を複数の層が積層してなる樹脂製とする場合においては、複数の層が積層する補剛部材モデル２７を生成し、該複数の層ごとに主軸角度を設定することも可能である。
【００３４】
≪最適化解析モデル生成ステップ≫
最適化解析モデル生成ステップＳ７は、補剛部材モデル生成ステップＳ３において生成した補剛部材モデル２７をドアアウタパネルモデル２３に結合して最適化解析モデル２１（図３参照）を生成するものである。
【００３５】
ドアアウタパネルモデル２３と補剛部材モデル２７との結合は、例えば、ドアアウタパネルモデル２３が平面要素でモデル化されている場合、補剛部材モデル２７の立体要素のノード（節点）とドアアウタパネルモデル２３の平面要素のノードとを共有することにより行うことができる。
【００３６】
さらに、前述のとおり、本発明では、最適化解析モデル生成ステップＳ７においては、インパクトビームモデル２５と補剛部材モデル２７については剛体要素で結合するとよい。
【００３７】
≪最適化解析ステップ≫
最適化解析ステップＳ９は、最適化解析モデル生成ステップＳ７において生成した最適化解析モデル２１に解析条件を与え、補剛部材モデル２７を最適化の解析処理を行う対象としてトポロジー最適化解析を行い、補剛部材モデル２７の最適な形状を求めるステップである。
【００３８】
最適化解析モデル２１に与える解析条件としては、最適化解析モデル２１に荷重を付加する位置および変位を拘束する位置を与える荷重・拘束条件と、最適化解析の目的に応じて設定する目的関数および制約条件がある。
【００３９】
本実施の形態におけるトポロジー最適化解析の例では、図４に示す荷重・拘束条件を与えるとともに、目的関数を体積最小、制約条件を荷重点での変位1.5mm以下（剛性値80N/mm以上）とした。
【００４０】
荷重・拘束条件は、図４に示すように、ドアアウタパネルモデル２３の高さ方向および前後方向それぞれに50mm間隔で格子状に配置した各荷重点において、個別にφ45mmの領域によりドアアウタパネルモデル２３のパネル面部２３ｂの法線方向に120Nの分布荷重を個別に与え、実線の△印の位置においてはドアアウタパネルモデル２３の外面側を、破線の△印の位置においてはドアアウタパネルモデル２３の内面側を拘束した。
【００４１】
そして、前記格子状に配置した個別の荷重点のうちの一つに荷重を入力した場合の構造解析を行い、当該構造解析を全ての荷重点に対して個別に行って、各荷重点に荷重を入力した構造解析を総合した後、補剛部材モデル２７の体積最小化を行い、補剛部材モデル２７の最適な形状である最適形状補剛部材モデル３１を求めた。ここで、各荷重点についての構造解析を総合する際の重みは均等とした。
【００４２】
また、最適化解析ステップＳ９においてトポロジー最適化解析に密度法を適用する場合、要素のペナルティ係数を2以上に設定して離散化を行うようにすることが好ましい。
もっとも、最適化解析ステップＳ９においては、トポロジー最適化解析により最適化解析を行うものに限らず、他の最適化解析方法により最適化の解析処理を適用することができる。また、最適化の解析処理を行うものとしては、例えば、市販されている有限要素を用いた解析ソフトを使用することができる。
【００４３】
図５に、上記のステップＳ１からステップＳ９によりトポロジー最適化解析を実行し、補剛部材モデル２７の最適な形状として求められた最適形状補剛部材モデル３１を示す。最適形状補剛部材モデル３１は、高さ方向に延在する縦骨部３３と、縦骨部３３に交差する方向に延在する横骨部３５を有する魚の骨状（Fish  bone）となった。
【００４４】
そして、縦骨部３３は、一端がインパクトビームモデル２５に位置し、他端がキャラクタライン２３ａに位置するように高さ方向に筋状に延在し、複数の縦骨部３３が前後方向において所定の間隔で配置されている。そして、隣り合う縦骨部３３同士の所定の間隔は、圧子により荷重を入力する荷重点の間隔とほぼ一致している。
【００４５】
一方、横骨部３５は、ドアアウタパネルモデル２３の高さ方向の中央部付近において、縦骨部３３に交差するように前後方向に延在している。さらに、インパクトビームモデル２５が配置されている部位にもマスチックシーラ状に残存した樹脂（図５中、点線○印で囲んだ部位）が見られた。
【００４６】
最適形状補剛部材モデル３１がこのような形状となったのは、トポロジー最適化解析の過程において、変位が小さい部位には立体要素は残存せず、変位が大きい部位を支持するように立体要素が残存したためであると考えられる。
【００４７】
特に、インパクトビームモデル２５の後端２５ａが高さ方向中央部よりも下方に位置してインパクトビームモデル２５が斜めに配置されている該中央部においてはインパクトビームモデル２５により支持されていない範囲が広くて張り剛性が低いため、当該範囲を支持するように横骨部３５が残存する結果になったと考えられる。
【００４８】
また、図５に示す最適形状補剛部材モデル３１は、トポロジー最適化解析において荷重を入力する荷重点の配置を格子状とした場合（図４参照）の解析結果であったが、荷重の配置を変更（例えば、図１０に例を示す最密充填状に配置）して同様のトポロジー最適化解析を行った場合に得られた最適形状補剛部材モデルにおいても、インパクトビームモデルからキャラクタラインまで高さ方向に筋状に延在し、前後方向に所定の間隔で配設された複数の縦骨部が見られた。
【００４９】
本実施の形態に係る補剛構造１における縦骨部９および横骨部１１の配置および形状は、上記のトポロジー最適化解析を行って求められた最適形状補剛部材モデル３１の形状に基づいて決定することができる。
【００５０】
まず、縦骨部９の配置に関して、前述のとおり、最適形状補剛部材モデル３１における縦骨部３３の前後方向における所定の間隔が、荷重点の間隔に対応していることから、前後方向における所定の間隔は、ドアパネル設計時に設定した張り剛性の評価において荷重点の配置に合わせて設定することができる。このように、縦骨部９の間隔を圧子による荷重点の間隔と一致させることで、各荷重点に入力した荷重を縦骨部９を介してインパクトビーム５又はキャラクタライン３ａへと効率的に伝達させることができる。
【００５１】
次に、縦骨部９の形状に関して、本実施の形態では最適形状補剛部材モデル３１において幅6.5mm、厚さ10mmの縦骨部３３が見られることから、縦骨部９の幅および厚さを、それぞれ6.5mmおよび10mmに設定することができる。
【００５２】
さらに、横骨部１１の配置に関しては、図１に示すようにインパクトビーム５が斜めに配置されている場合、最適形状補剛部材モデル３１の高さ方向中央部付近においては縦骨部３３に交差する方向に延在する横骨部３５が残存していることから、ドアアウタパネル３の高さ方向中央部において縦骨部９と交差する方向に延在する横骨部１１を設ければよい。
【００５３】
そして、横骨部１１の形状に関しては、縦骨部９と同様、本実施の形態では最適形状補剛部材モデル３１における横骨部３５の幅および厚さがそれぞれ6.5mmおよび10mmであることから、補剛構造１においては、横骨部１１の幅および厚さについても、それぞれ6.5mmおよび10mmに設定することができる。
【００５４】
本実施の形態に係る補剛構造１により、張り剛性が向上する理由は以下のとおりである。
補剛構造１は、ドアアウタパネル３に分布荷重が作用したときの変形量を小さくするのに最適な形状である最適形状補剛部材モデル３１に基づいて補剛部材７が規定されているため（図１）、分布荷重がパネル面部３ｂに入力したとき、該荷重をインパクトビーム５やキャラクタライン３ａへと伝達させるように縦骨部９がドアアウタパネル３の内面に貼付されている。これにより、荷重点における変形量が低下し、張り剛性が向上することになる。
【００５５】
なお、上記の説明は、トポロジー最適化解析において補剛部材モデル２７の弾性率として30GPaの値を設定して得られた最適形状補剛部材モデル３１に基づいたものであるが、本発明に係る補剛部材７の弾性率は10GPa以上とすればよい。弾性率が10GPa未満では補剛部材７の幅や厚みが増し、部材の重量が増加するため、軽量化が困難である。補剛部材７の弾性率を10GPa以上とすることで軽量化ができることに関しては、後述する実施例２において具体的に説明する。
【００５６】
また、最適形状補剛部材モデル３１においては、インパクトビームモデル２５からキャラクタライン２３ａまで延在していないものの、縦骨部３３とほぼ等しい間隔で配置し、横骨部３５に交差して高さ方向に延在する縦骨部３７が見られることから、補剛部材７は、縦骨部９とは別に横骨部１１と交差する縦骨部１３を設けてもよい（図１）。この場合、縦骨部１３の形状は、最適形状補剛部材モデル３１における縦骨部３７の形状に基づいて決定することができる。
【００５７】
さらに、トポロジー最適化解析において横骨部３５は必ずしも残存するとは限らず、インパクトビームモデル２５の配置によっては、縦骨部３３に交差する横骨部３５に相当する部位が残存しない最適形状補剛部材モデルが得られる場合もあった。このような場合、本発明に係る補剛構造は、前後方向に所定の間隔で配置する複数の縦骨部９のみを有するものであってもよい。また、横骨部は縦骨部と交差する複数の箇所に残存する場合があり、本発明に係る補剛構造は、ドアパネル中央の複数箇所に横骨部を有するものでもよい。
【００５８】
なお、上記の説明は、縦骨部９および横骨部１１の配置および形状をトポロジー最適化解析を行って得られた最適形状補剛部材モデル３１に基づいて決定するものであるが、本発明に係る補剛構造は、縦骨部９および横骨部１１の配置および形状を、以下のように適宜設定するものであってもよい。
【００５９】
例えば、複数の縦骨部９の前後方向における所定の間隔に関しては、前述のトポロジー最適化解析において、荷重点の間隔と縦骨部３３の間隔が対応していたことから、縦骨部９の間隔は、ドアパネル設計時に設定した張り剛性の評価において荷重点の配置に応じて適宜設定することができる。
【００６０】
また、前述のトポロジー最適化解析において、補剛部材モデル２７の弾性率を30GPaとした場合、縦骨部３３および横骨部３５の幅はいずれも約6.5mmであり、補剛部材モデル２７の弾性率を10GPaとした場合、縦骨部３３および横骨部３５の幅はいずれも約15mmであった。このことから、縦骨部９および横骨部１１の幅は、補剛部材７に用いる樹脂の弾性率に応じて適宜設定することができる。
【００６１】
また、縦骨部９および横骨部１１の厚さは、上記のトポロジー最適化解析では10mmに設定していたが、この値に限定されるものではなく、補剛構造１の張り剛性および重量の双方を考慮して、適宜設定することができる。
【００６２】
さらに、横骨部１１の配置に関しては、図１に示すように、インパクトビーム５の後端５ａが高さ方向中央部よりも下方に位置してインパクトビーム５が斜めに配設されている場合、該中央部において縦骨部９に交差する方向に延在するように設けることが好ましい。
【００６３】
これは、前記中央部においてはインパクトビーム５により支持されていない範囲が広いため、当該範囲における張り剛性が低いことに起因するためである。このことは、インパクトビーム５の配置によって、ドアアウタパネル３の内面側がインパクトビーム５により支持されていないために張り剛性が低い範囲に、横骨部１１を配置することが望ましいことを意味する。
【００６４】
これより、内面側がインパクトビーム５により支持されていない部位に縦骨部９と交差方向に延在する横骨部１１を設けることにより、当該部位に入力した分布荷重を分散させることができる。その結果、ドアアウタパネル３のパネル面部３ｂに分布荷重が作用したときの変形量を小さくすることができ、張り剛性を適切に向上させることができる。
【００６５】
なお、上記の説明では、インパクトビーム５が高さ方向中央部よりも下方側に位置するように配置され、かつ、キャラクタライン３ａが高さ方向上部に形成されているため、補剛部材７の縦骨部９は、インパクトビーム５から高さ方向上部側にキャラクタライン３ａまで延在する形状であったが、例えば、インパクトビームが高さ方向上部に配設されてキャラクタラインが高さ方向下部に形成されている場合であっても、ドアアウタパネルの湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を設ければよい。
【００６６】
また、本発明に係る補剛構造は、図１に示すように、横骨部１１に交差して高さ方向に筋状に延在する縦骨部１３をさらに設けたものであってもよく、縦骨部１３は、その端部がインパクトビーム５又はキャラクタライン３ａに位置するものでなくてもよい。もっとも、縦骨部１３の代わりに、インパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで延在する縦骨部９を設けてもよい。
【００６７】
上記の説明は、ドアパネル部品として金属板製のドアアウタパネルを補剛する場合に関するものであったが、本発明は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなるドアパネル部品に樹脂製の補剛部材を結合するものであってもよく、ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質の組み合わせは、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれであってもよい。
【００６８】
さらに本発明は、図１３に示すように略直線状の縦骨部７５と横骨部７７とがハニカム形状を形成する補剛部材７３を結合した補剛構造７１や、図１４に示すように縦骨部８５と横骨部８７とが格子形状を形成する補剛部材８３を結合した補剛構造８１であってもよい。補剛部材７３や補剛部材８３のように、インパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで筋状に延在する複数の縦骨部と、該縦骨部に交差する横骨部とが規則的に配置された簡単な形状とすることで、補剛部材の製作の点において好ましい。
【００６９】
また、上記の説明は、図１に示すように、インパクトビーム５よりも上方にあるキャラクタライン３ａに向かって縦骨部９が高さ方向の上方に延在するものであったが、本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造は、インパクトビームよりも下方にキャラクタラインが形成されたドアパネル部品（図示なし）においては、例えば図１３および図１４に示すように、インパクトビーム５から高さ方向の下方に筋状に延在する縦骨部７９または縦骨部８９を設けたものであってもよい。
【００７０】
なお、前述したように、金属板製ドアパネル部品であるドアアウタパネルに補剛部材を接着して塗装・焼付処理すると、前記補剛部材の線膨張係数が前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数に比べて小さい場合には、該金属板製ドアパネル部品に面ひけが発生して外観を著しく悪化させてしまう場合がある。
【００７１】
そこで、補剛部材の線膨張係数が金属板製ドアパネル部品の線膨張係数に比べて小さい場合においては、前記補剛部材における前記金属板製ドアパネル部品との接合面の反対側の面に接合され、焼付処理における前記補剛部材の変形を調整する調整部材を有し（後述する図１７参照）、前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と、前記補剛部材の線膨張係数α2と、前記調整部材の線膨張係数α3とが、以下に示す式（１）及び式（２）の関係を満たすものとすることが好ましい。
α2＜α1  ・・・（１）
α3＞α2  ・・・（２）
【００７２】
より好ましくは、調整部材の線膨張係数α3とドアパネル部品の線膨張係数α1とが以下の式（３）の関係を満たすものである。
α3≧α1  ・・・（３）
【００７３】
なお、式（１）に示すように金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1が補剛部材の線膨張係数α2よりも大きいければ、式（３）の関係を満たす金属板製ドアパネル部品は、式（２）の関係を満たすものである。
【００７４】
さらに、金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1は、1.0×10-5/℃以上2.6×10-5/℃以下の範囲内であることが好ましい。
このような線膨張係数α1の範囲にある金属素材としては、鋼板（線膨張係数：1.2×10-5/℃）やアルミ板（線膨張係数：2.3×10-5/℃）が挙げられる。そして、鋼板としては、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板のいずれであってもよい。
【００７５】
また、補剛部材の線膨張係数α2は、0/℃以上2.5×10-5/℃以下の範囲内であることが好ましい。
このような線膨張係数α2を有する補剛部材の素材としては、炭素繊維強化樹脂（CFRP）又はガラス繊維強化樹脂（GFRP；Glass  Fiber−Reinforced  Plastics）が例示できる。
【００７６】
さらに、調整部材の線膨張係数α3は、2.5×10-5/℃以上50×10-5/℃以下の範囲内であることが好ましい。
このような線膨張係数α3を有する調整部材の素材としては、鋼（線膨張係数：1.2×10-5/℃）、アルミ（線膨張係数：2.5×10-5/℃）、ビニル系樹脂（線膨張係数：5〜25×10-5/℃）、ポリスチレン系樹脂（線膨張係数：6〜50×10-5/℃）、ポリプロピレン（線膨張係数：9×10-5/℃）、ポリアセタール（線膨張係数：8×10-5/℃）、アクリル系樹脂（線膨張係数：9×10-5/℃）、酢酸セルロース（線膨張係数：15×10-5/℃）、ポリカーボネート（線膨張係数：7×10-5/℃）、ポリエチレンテレフタレート（線膨張係数：2〜3×10-5/℃）、ポリアミド（線膨張係数：8×10-5/℃）、ポリウレタン（線膨張係数：25×10-5/℃）、フッ素系樹脂（線膨張係数：5〜15×10-5/℃）、フェノール樹脂（線膨張係数：3〜6×10-5/℃）、ユリア樹脂（線膨張係数：3×10-5/℃）、メラミン樹脂（線膨張係数：4×10-5/℃）、エポキシ（線膨張係数：5×10-5/℃）、不飽和ポリエステル（線膨張係数：10×10-5/℃）、シリコーン（線膨張係数：30×10-5/℃）、ジアリルフタレート（線膨張係数：10×10-5/℃）のうち、線膨張係数α3が上記の式（２）の関係を満たすように選択すればよく、より好ましくは、上記の式（３）の関係を満たすように選択すればよい。
【００７７】
なお、線膨張係数α1、α2及びα3それぞれについての上記好適範囲内に含まれる一例を、後述する実施例６にて実証している。
【００７８】
上記の調整部材の具体的な素材は、以下のとおりである。
鋼としては、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、鉄箔が例示できる。
アルミとしては、アルミ板、アルミ箔が例示できる。
ビニル系樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコールが例示できる。
ボリスチレン系樹脂としては、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体が例示できる。
アクリル系樹脂としては、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、メタクリル・スチレン共重合体が例示できる。
フッ素系樹脂としては、三フッ化塩化エチレン、四フッ化エチレン、フッ化ビニリデンが例示できる。
【００７９】
このような調整部材を有する自動車ドアパネル部品の補剛構造においては、焼付処理において線膨張係数の違いにより補剛部材の変形（伸び）がパネル板の変形（伸び）に比べて小さくなって補剛部材の周辺に応力集中が発生しないよう、補剛部材に調整部材を接合している。そのため、調整部材の変形（伸び）により補剛部材をより変形させて補剛部材の変形を調整することで、焼付処理における補剛部材と金属板製ドアパネル部品との間における応力集中の発生を抑制する。その結果、金属板製ドアパネル部品の局部的な座屈変形を抑制し、面ひけ発生を防止することができる。
【００８０】
以上より、本発明によれば、軽量化かつ高い張り剛性を有するとともに、焼付処理をした際においても金属板製ドアパネル部品を美麗な外観とすることができる。この点については、後述する実施例６にて実証する。
【００８１】
なお、上記の説明では、金属板製ドアパネル部品であるドアアウタパネルに補剛部材が接合されるとともに、該補剛部材にさらに調整部材が接合されるものであったが、ドアアウタパネルとドアイインナパネルとからなるドアパネル部品において、該ドアアウタパネルの材質を金属にしたものにおいて、該ドアアウタパネルの内面の補剛部材を接合し、該補剛部材にさらに調整部材を接合したものであってもよい。
【００８２】
この場合、前記ドアインナパネルの材質は、金属又は樹脂のいずれであってもよく、前記ドアアウタパネルと前記ドアインナパネルとからなるドアパネル部品を焼付処理した際に、該ドアアウタパネルに接合した補剛部材の変形を前記調整部材により調整することで、該ドアアウタパネルに面ひけが発生するのを防止することができる。
【００８３】
さらに、補剛部材と調整部材の接合の態様としては、接着剤により接着するものがあるが、その他、補剛部材と調整部材とを二色成形により一体成形することにより該補剛部材と調整部材とが接合されたものであってもよい。
【００８４】
＜自動車ドアパネル部品の補剛方法＞
次に、本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法について説明する。
本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設された金属板製ドアパネル部品の前記内面に補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させるものであって、図６に示すように、最適形状補剛部材取得ステップＳ１１と、補剛部材作製ステップＳ１３と、補剛部材接合ステップＳ１５と、を備えたものである。
以下、ドアパネル部品として図１に示すドアアウタパネル３を対象とした場合について、上記の各ステップを説明する。
【００８５】
≪最適形状補剛部材取得ステップ≫
最適形状補剛部材取得ステップＳ１１は、ドアアウタパネル３を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアアウタパネルモデル２３を取得し、ドアアウタパネルモデル２３に最適化解析の対象とする補剛部材モデル２７を結合し、補剛部材モデル２７の最適な形状を求める最適化解析を行うステップである。
【００８６】
最適化解析は、前述のトポロジー最適化解析方法を適用することができ、図２に示すステップＳ１からステップＳ９まで実行することにより、補剛部材モデル２７の最適な形状である最適形状補剛部材モデル３１（図５参照）が求められる。
【００８７】
≪補剛部材作製ステップ≫
補剛部材作製ステップＳ１３は、最適形状補剛部材取得ステップＳ１１で求めた最適形状補剛部材モデル３１に基づいて、ドアアウタパネル３の内面に接合する補剛部材７を作製するステップであり、補剛部材７は、ドアアウタパネル３の高さ方向の湾曲に沿ってインパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで筋状に延在し、ドアアウタパネル３の前後方向において所定の間隔で配置された複数の縦骨部９を有するものである。
【００８８】
図５に示す最適形状補剛部材モデル３１において、縦骨部３３の前後方向における間隔は約50mmであり、また、幅および厚さはそれぞれ約6.5mmおよび10mmであるので、これらの間隔、幅および厚さを補剛部材７の縦骨部９の配置および形状として設定することができる。
【００８９】
また、最適形状補剛部材モデル３１においては、幅および厚さがそれぞれ約6.5mmおよび10mmの横骨部３５が高さ方向中央部付近に延在しているので、補剛部材７においては、高さ方向中央部付近において縦骨部９と交差する方向に延在する横骨部１１を設け、その幅および厚さをそれぞれ6.5mmおよび10mmに設定することができる。
【００９０】
なお、最適形状補剛部材モデル３１は、図３に示すドアアウタパネルモデル２３を解析対象とし、図４に示す荷重・拘束条件の下で求めた解析結果の一例であるため、対象とするドアアウタパネル３や、張り剛性を評価するための荷重・拘束条件および最適化解析条件など、各種条件が変更された場合には、それらの条件の下でトポロジー最適化解析を行って得られた最適形状補剛部材モデル３１に基づいて補剛部材７の縦骨部９および横骨部１１の配置、形状、厚み、幅を設定すればよい。なお、厚みや幅は、補剛部材の中でも一定でなくてもよい。
【００９１】
また、上記の説明では、補剛部材７は横骨部１１を有するものであったが、例えば、対象とするドアアウタパネル３の内面側におけるインパクトビーム５の配置によっては、横骨部３５に相当する部位が残存しない最適形状補剛部材モデル３１が得られる場合もある。このような場合には、補剛部材７として縦骨部９のみをドアアウタパネル３の内面に接合するものであってもよい。
【００９２】
なお、最適形状補剛部材モデル３１においては、インパクトビームモデル２５からキャラクタライン２３ａまで延在していないものの、縦骨部３３とほぼ等しい間隔で配置し、横骨部３５に交差して高さ方向に延在する縦骨部３７が見られることから、補剛部材作製ステップＳ１３で作製する補剛部材７においては、縦骨部９とは別に横骨部１１と交差する縦骨部１３を設けてもよい。
【００９３】
もっとも、縦骨部１３の代わりとして、インパクトビーム５からキャラクタライン３ａまで延在する縦骨部９を横骨部１１に交差させるようにさらに設けてもよく、目標とする張り剛性や重量との兼ね合いから補剛部材７の形状を決定すればよい。
【００９４】
このように、補剛部材作製ステップＳ１３で作製する補剛部材７は、最適形状補剛部材モデル３１と同一形状となるように作製したものに限られるものではなく、複数の縦骨部９と、必用に応じて横骨部１１とを有するものであればよい。さらに、縦骨部９は、パネル面部３ｂに入力した荷重が縦骨部９を介してインパクトビーム５やキャラクタライン３ａに伝達するものであれば、断続的に高さ方向に延在するものであってもよい。
【００９５】
また、縦骨部９のインパクトビーム５側の端部は、ドアアウタパネル３の内面とインパクトビーム５との間の隙間を埋める形状とすることにより、従来用いられていたマスチックシーラを代替することができ、軽量化の面で好ましい。
【００９６】
≪補剛部材接合ステップ≫
補剛部材接合ステップＳ１５は、補剛部材作製ステップＳ１３で作製した補剛部材７の外面をドアアウタパネル３の内面に接合するステップである。
補剛部材７の接合としては、例えば、接着剤を用いてドアアウタパネル３の内面に貼付することができる。
【００９７】
以上、本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および方法によれば、ドアパネル部品に分布荷重を負荷したときの変形量が低減し、前記ドアパネル部品の張り剛性を向上させることができる。さらに、ドアパネル部品の金属板の板厚を減少させて最適化解析をした結果に基づいて補剛部材の形状を決定した場合、板厚を減少させる前のドアパネル部品よりも張り剛性を向上させつつ、ドアパネル部品全体を軽量化することができる。本発明による張り剛性の向上と軽量化の効果に関しては、後述する実施例１および実施例２にて具体的に示す。
【００９８】
なお、上記の説明は、前述の本実施の形態に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造と同様に、ドアパネル部品としてドアアウタパネルを対象としたものであったが、本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなるドアパネル部品を対象とするものであってもよい。そして、該ドアパネル部品において、ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質の組み合わせは、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属、のいずれかとすることができる。
【実施例１】
【００９９】
本発明の効果を確認する実験を行ったので、これについて説明する。
本実施例１では、発明例１として、図１に示すドアアウタパネル３の張り剛性の向上と軽量化を目的とし、板厚を減少させた金属板（鋼板）製ドアアウタパネルモデル２３の内面に貼付する補剛部材モデル２７の最適な形状を求めるトポロジー最適化解析を行い、該トポロジー最適化解析により求めた最適形状補剛部材モデル３１をドアアウタパネルモデル２３に結合した張り剛性評価モデル４１の張り剛性と重量変化を求めた。ここで、補剛部材モデル２７の最適な形状は、前述の実施の形態で述べたトポロジー最適化解析方法（図２参照）により得られた最適形状補剛部材モデル３１とした。
【０１００】
最適形状補剛部材モデル３１を求める最適化解析の解析条件は、前述の実施の形態と同様、図４に示す荷重・拘束条件を与え、最適化解析条件としては、目的関数を体積最小、制約条件を荷重点での変位1.5mm以下とした。また、補剛部材モデル２７は等方性材料とし、その材料特性には前述の表１に示す値を設定した。
【０１０１】
本実施例１において、張り剛性は以下のように評価した。
図７に、ドアアウタパネルモデル２３の張り剛性を評価する評価点Ａ、評価点Ｂおよび評価点Ｃの位置と、張り剛性評価における拘束位置（図中の△）を示す。張り剛性値は、図７に示す各評価点（評価点Ａ〜評価点Ｃ）において圧子により入力した荷重と、各評価点における変位を用いて次式により算出した。
張り剛性値（N/mm）＝荷重（N）／各評価点における変位（mm）
そして、トポロジー最適化解析において120Nの荷重を入力したときの変位の制約条件を1.5mm以下としたことから、張り剛性値の基準値を80N/mmとし、この基準値以上の張り剛性値を良好とした。
【０１０２】
また、軽量化の評価に関しては、ドアアウタパネルモデル２３の板厚減少と最適形状補剛部材モデル３１の結合による重量変化を算出した。本実施例１では、ドアアウタパネルモデル２３の板厚を0.6mmから0.5mmにゲージダウンさせるものとし、これによりドアアウタパネルモデル２３の重量は603g減少する。したがって、最適形状補剛部材モデル３１の結合による重量変化は、ゲージダウンによる減少量（-603g）に最適形状補剛部材モデル３１の重量を加えた値とした。
【０１０３】
なお、本実施例１では、比較対象として、図８に示すように、ドアアウタパネルモデル２３の内面に略矩形の補剛部材モデル４５を結合した張り剛性評価モデル４３を比較例１、図９に示すように、インパクトビームモデル２５における前後方向の中央部から高さ方向に延在する縦骨部の一部のみを有する補剛部材モデル４９を結合した張り剛性評価モデル４７を比較例２とし、張り剛性評価モデル４３および張り剛性評価モデル４７それぞれについて、発明例１と同様に張り剛性および重量変化を求めた。
【０１０４】
表２に、板厚を0.5mmにゲージダウンした発明例１、比較例１および比較例２と、従来例として補剛部材モデルを結合せずに板厚を0.6mmのままとしたドアアウタパネルモデル２３について得られた張り剛性値および重量変化の結果を示す。
【０１０５】
【表２】
2019156384.tif 000004
【０１０６】
比較例１（図８）は、ドアアウタパネルモデル２３の内面側の全面にわたる形状の補剛部材モデル４５を結合したものであり、張り剛性値はいずれの評価点においても基準値を満たしている。しかしながら、補剛部材モデル４５の重量は3618gであり、このときの重量変化は+3015gとなり、補剛部材モデル４５を用いることにより重量が大幅に増加する結果となった。
【０１０７】
比較例２（図９）は、ドアアウタパネルモデル２３の中央部において高さ方向に延在する形状の補剛部材モデル４９を結合したものであり、補剛部材モデル４９の重量は50gであることから重量変化は-553gとなり、従来例に比べて軽量化されている。しかしながら、張り剛性値に関しては、評価点Ａはその内面側に補剛部材モデル４９が貼付されているので張り剛性値は従来例を超えて基準値を満たしているものの、評価点Ｂおよび評価点Ｃにおける張り剛性値が従来例の張り剛性値を下回り大幅に基準値を外れる結果となった。
【０１０８】
発明例１は、トポロジー最適化により最適な形状を求めた最適形状補剛部材モデル３１を板厚を0.5mmに減少させたドアアウタパネルモデル２３に結合したものであり、張り剛性値はすべての評価点で基準値を超える良好な結果であった。さらに、最適形状補剛部材モデル３１の重量は136gであり、このときの重量変化は-467gとなり、従来例より軽量化された。
【０１０９】
以上より、本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛構造および補剛方法により、最適な形状の樹脂製の補剛部材を接合するとともに前記金属板製ドアパネル部品の板厚を減少することで、ドアパネル部品の張り剛性の向上と軽量化の双方を実現できることが示された。
【実施例２】
【０１１０】
実施例２においては、ドアアウタパネルの張り剛性を評価するための荷重点の配置が前述の実施例１と異なる場合における最適形状補剛部材モデルを求め、該求めた最適形状補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルに結合した張り剛性評価モデルの張り剛性と重量変化を求めた。さらに、該求めた最適形状補剛部材モデルについて、その弾性率を変更したときの張り剛性評価モデルの張り剛性を評価し、補剛部材に用いる樹脂の弾性率の好適範囲を検討した。
【０１１１】
実施例２では、張り剛性を評価するための荷重点の配置が異なる場合として、図１０に示す荷重・拘束条件を与えて、前述の実施の形態で述べたトポロジー最適化解析（図２参照）を行った。
荷重・拘束条件として、図１０に示すように、格子状に配置した荷重点（図１０中の破線）と該格子のマス目中央に配置した荷重点(図１０中の実線)を設定し、これらの各荷重点において、個別にφ45mmの領域によりドアアウタパネルモデル２３のパネル面部２３ｂの法線方向に120Nの分布荷重を与え、実線の△印の位置においてはドアアウタパネルモデル２３の外面側を、破線の△印の位置においてはドアアウタパネルモデル２３の内面側を拘束した。
【０１１２】
トポロジー最適化解析において、補剛部材モデル２７の材料特性には前述の表１に示す値を設定した。さらに、最適化解析条件としては、実施例１と同様、目的関数を体積最小、制約条件を荷重点での変位1.5mm以下とした。
そして、図１０に示すように配置した個別の荷重点のうちの一つに荷重を入力した場合の構造解析を行い、それぞれの構造解析を全ての荷重点に対して個別に行い、各荷重点に荷重を入力した構造解析を総合した後、補剛部材モデル２７（図３）の体積最小化を行った。ここで、各荷重点の構造解析を総合する際の重みは均等とした。
【０１１３】
図１１に、図１０に示す荷重・拘束条件を与えてトポロジー最適化解析を行って求めた最適形状補剛部材モデル５１を示す。
最適形状補剛部材モデル５１は、図５に示す最適形状補剛部材モデル３１と同様に、高さ方向に筋状に延在する縦骨部５３と、縦骨部５３に交差する方向に延在する横骨部５５を有する魚の骨状（Fish  bone）となった。
【０１１４】
縦骨部５３は、一端がインパクトビームモデル２５に位置し、他端がキャラクタライン２３ａに位置し、ドアアウタパネルモデル２３の前後方向に複数の縦骨部５３が配置している。さらに、縦骨部５３の幅は、ドアアウタパネルモデル２３の前方側では4.5mm（図１１中の（ａ））、後方側では14.5mm（図１１中の（ｂ））であり、図５の最適形状補剛部材モデル３１の場合と異なり、前後方向の位置により縦骨部５３の幅が異なる結果となった。
【０１１５】
さらに、図１１に示す最適形状補剛部材モデル５１は、ドアアウタパネルモデル２３の後方側の高さ方向中央部付近において高さ方向に筋状に延在する縦骨部５７をさらに有するものである。これは、インパクトビームモデル２５の後端２５ａが高さ方向中央部よりも下方に位置してインパクトビームモデル２５が斜めに配置されているため、インパクトビームモデル２５により支持されていない範囲が広くて張り剛性が低くなり、当該範囲を支持するようにトポロジー最適化解析において縦骨部５７が残存したためであると考えられる。
【０１１６】
次に、図１１に示す最適形状補剛部材モデル５１を、板厚を0.5mmに減少させたドアアウタパネルモデル２３に結合した張り剛性評価モデル６１の張り剛性と軽量化を評価した。
【０１１７】
張り剛性評価モデル６１の張り剛性は、図１２に示す各評価点において実施例１と同様の評価点Ａ〜Ｃに評価点Ｄを加えて、入力した荷重と該荷重を入力したときの各評価点における変位を用いて算出した張り剛性値により評価した。ここで、実施例２においても、トポロジー最適化解析における変位の制約条件から、張り剛性値の基準値を80N/mmとし、この基準値以上の張り剛性値を良好とした。
また、軽量化についても実施例１と同様に、板厚を0.6mmから0.5mmにゲージダウンしたドアアウタパネルモデル２３に最適形状補剛部材モデル５１を結合したときの重量変化により評価した。
表３に、張り剛性評価モデル６１の張り剛性値および重量変化の結果を示す。
【０１１８】
【表３】
2019156384.tif 000005
【０１１９】
表３において、従来例は、前述の実施例１と同様、補剛部材モデルを結合せずに板厚を0.6mmのままとしたドアアウタパネルモデル２３の結果である。
また、発明例２は、補剛部材モデル２７に表１に示す材料特性を与えて求めた最適形状補剛部材モデル５１を結合した張り剛性評価モデル６１の結果である。さらに、発明例３、発明例４および発明例５は、発明例２と同一形状の最適形状補剛部材モデル５１をドアアウタパネルモデル２３に結合した張り剛性評価モデル６１において、該結合した最適形状補剛部材モデル５１の弾性率のみを好適範囲である10GPa以上（10GPa、50GPaおよび200GPa）に変更したときの結果である。
また、比較例３は、発明例２と同一形状の最適形状補剛部材モデル５１を結合した張り剛性評価モデル６１の結果であって本発明の範囲内であるが、最適形状補剛部材モデル５１の弾性率のみを本発明の好適範囲外である8GPaに設定したときの結果である。
【０１２０】
表３に示すように、発明例２〜発明例５においては、張り剛性値はすべての評価点(評価点Ａ〜評価点Ｄ)で基準値（＝80N/mm）を超える結果となった。さらに、最適形状補剛部材モデル５１の重量は103gであり、このときの重量変化は-500gとなり、従来例よりも軽量化された結果が得られた。
【０１２１】
比較例３は、発明例２と同一形状の最適形状補剛部材モデル５１を結合したものであるので、従来例に比べて-500gの重量変化が得られた。しかしながら、張り剛性値に関しては、評価点Ｂおよび評価点Ｄについては基準値（=80N/mm）を超えているものの、評価点Ａおよび評価点Ｃについては基準値を下回り、すべての評価点において基準値を超える結果は得られなかった。
【０１２２】
もっとも、表３に示すように、比較例３における評価点Ａ〜評価点Ｃの張り剛性値は従来例よりも向上し、評価点Ｄの張り剛性値は従来例とほぼ同等の結果であった。このことから、最適形状補剛部材の弾性率を本発明の好適範囲よりも低い値に設定した場合であっても、従来例よりも全体的に張り剛性を向上させるとともに軽量化できることが示された。
【０１２３】
さらに、表３には、最適形状補剛部材モデル５１の弾性率を大きくすると張り剛性値が増加する結果が示されている。このことは、補剛部材に用いる樹脂の弾性率を大きくすることで、張り剛性値が基準値を満たす範囲内で補剛部材の重量を小さくし、ドアパネル部品をさらに軽量化できることを示唆する。そして、補剛部材に用いる樹脂の弾性率を大きくしてさらに軽量化する場合、表３に示した結果から、各評価点における張り剛性値が基準値を満たすように、弾性率が10GPa以上の樹脂を用いることが好ましいことが分かる。弾性率が10GPa以上の樹脂として繊維強化樹脂がある。
【０１２４】
なお、表３に示す発明例３〜発明例５および比較例３は、補剛部材モデルの弾性率30GPaに設定したトポロジー最適化解析により最適形状補剛部材モデル５１を求め、該求めた最適形状補剛部材モデル５１の弾性率のみを変更して張り剛性を評価した結果であるが、この結果から、最適形状補剛部材モデルを求めるトポロジー最適化解析において補剛部材モデルに設定する弾性率を10GPa以上にすればよいことが示唆される。
【０１２５】
以上より、ドアパネル部品の設計時に設定した張り剛性を評価するための荷重点の配置が異なる場合であっても、ドアパネル部品を補剛するのに最適な形状の補剛部材モデルは、ドアパネル部品の高さ方向に延在する縦骨部であって、さらに該縦骨部に交差する方向に延在する横骨部を有する魚の骨状（Fish  bone）となると良いことが示され、最適な形状の樹脂製の補剛部材を結合するとともにドアパネル部品の板厚を減少することで、張り剛性の向上と軽量化の双方を達成できることが示された。さらに、最適な形状の補剛部材の弾性率を10GPa以上にすることがドアパネル部品の張り剛性の向上に好ましいことが示された。
【実施例３】
【０１２６】
実施例３においては、実施例１および実施例２とは材質の異なる金属板製ドアアウタパネルの張り剛性を評価するため、材質をアルミニウムとした場合の最適形状補剛部材モデルを求め、該求めた最適形状補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルに結合した張り剛性評価モデルの張り剛性と重量変化を求めた。さらに、該求めた最適形状補剛部材モデルの弾性率を変化したときの張り剛性評価モデルの張り剛性を評価し、補剛部材に用いる樹脂の弾性率の好適範囲を検討した。
【０１２７】
実施例３では、ドアアウタパネルモデル２３の材質としたアルミニウムの弾性率および密度はそれぞれ70GPaおよび2.7g/cm3とした。また、ドアアウタパネルモデル２３の板厚を0.8mm又は0.6mmとし、それぞれの板厚について実施例２と同様にトポロジー最適化解析を行い、最適形状補剛部材モデルを求めた。
【０１２８】
トポロジー最適化解析において、補剛部材モデル２７の弾性率以外の材料特性には前述の表１に示す値を設定した。さらに、荷重拘束条件は、実施例２と同様とし（図１０参照）、最適化解析条件は、実施例１と同様、目的関数を体積最小、制約条件を荷重点での変位1.5mm以下とした。
【０１２９】
図１５に、アルミニウム板製のドアアウタパネルモデル２３の板厚を0.8mmとした場合の最適化解析により求めた最適形状補剛部材モデル９３を示す。ドアアウタパネルモデル２３の材質をアルミニウムとした場合であっても、最適形状補剛部材モデル９３は、ドアアウタパネルモデル２３の材質を鋼として求めた最適形状補剛部材モデル３１（図５）と同様に、インパクトビームモデル２５から高さ方向に筋状に延在する縦骨部９５と、縦骨部９５に交差する方向に延在する横骨部９７を有する骨構造となった。
【０１３０】
図１６に、アルミニウム板製のドアアウタパネルモデル２３の板厚を0.6mmとした場合の最適化解析により求めた最適形状補剛部材モデル１０３を示す。板厚0.8mmのドアアウタパネルモデル２３における最適形状補剛部材モデル９３と同様に、最適形状補剛部材モデル１０３は、インパクトビームモデル２５から高さ方向に筋状に延在する縦骨部１０５と、縦骨部１０５に交差する方向に延在する横骨部１０７を有する骨構造となった。
【０１３１】
次に、板厚を0.8mmとしたアルミニウム板製のドアアウタパネルモデル２３に最適形状補剛部材モデル９３を結合した張り剛性評価モデル９１（図１５）と、板厚を0.6mmとしたアルミニウム板製のドアアウタパネルモデル２３に最適形状補剛部材モデル１０３を結合した張り剛性評価モデル１０１（図１６）のそれぞれについて張り剛性と軽量化を評価した。
【０１３２】
張り剛性評価モデル９１および１０１の張り剛性は、実施例２と同様に、図１２に示す各評価点（評価点Ａ〜評価点Ｄ）に荷重を入力した時の各評価点における変位と入力した荷重を用いて算出した張り剛性値により評価した。ここで、実施例３においても、トポロジー最適化解析における変位の制約条件から、張り剛性の基準値を80N/mmとし、この基準値以上の張り剛性値を良好とした。
【０１３３】
また、軽量化については、板厚を1.1mmから0.8mm又は0.6mmにゲージダウンしたドアアウタパネルモデル２３に最適形状補剛部材モデル９３又は１０３を結合したときの重量変化により評価した。
表４に、張り剛性評価モデル９１および１０１の張り剛性値および重量変化の結果を示す。
【０１３４】
【表４】
2019156384.tif 000006
【０１３５】
表４において、従来例２は、最適形状補剛部材モデル９３又は１０３のいずれも結合せずに板厚を1.1mmのままとしたアルミニウム板製のドアアウタパネルモデル２３を張り剛性評価モデルとしたときの結果である。
発明例６は、板厚0.8mmのドアアウタパネルモデル２３に図１５に示す最適形状補剛部材モデル９３を結合した張り剛性評価モデル９１の結果である。さらに、発明例７、発明例８および発明例９は、発明例６と同様に最適形状補剛部材モデル９３の弾性率をそれぞれ表４に示す値に変更した結果である。
【０１３６】
また、発明例１０は、板厚0.6mmのドアアウタパネルモデル２３に図１６に示す最適形状補剛部材モデル１０３を結合した張り剛性評価モデル１０１の結果である。さらに、発明例１１、発明例１２および発明例１３は、最適形状補剛部材モデル１０３の弾性率をそれぞれ表４に示す値に変更した結果である。
【０１３７】
表４に示すように、発明例６〜発明例１３においては、最適形状補剛部材モデル１０３の弾性率が10GPa以上であり、張り剛性値はすべての評価点(評価点Ａ〜評価点Ｄ)で基準値(=80N/mm)を超える良好な結果となった。さらに、重量変化は、いずれも-325g又は-567gとなり、従来よりも軽量化された結果が得られた。
【実施例４】
【０１３８】
実施例４においては、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなるドアパネル部品について、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質の組み合せが異なる場合におけるドアパネル部品の張り剛性を評価するために、ドアアウタパネルモデルとドアインナパネルモデルからなるドアパネル部品モデルに最適形状補剛部材モデルを結合した張り剛性評価モデルの張り剛性と重量変化を求めた。
【０１３９】
実施例４では、ドアパネル部品モデルに結合する最適形状補剛部材モデルは、材質を鋼としたドアアウタパネルモデル２３について求めた最適形状補剛部材モデル５１（図１１）、又は、材質をアルミニウムとしたドアアウタパネルモデル２３について求めた最適形状補剛部材モデル９３（図１５）とした。
【０１４０】
張り剛性評価モデルにおけるドアアウタパネルモデルとドアインナパネルモデルの材質、板厚、及び、最適形状補剛部材モデルの組み合わせを表５に示す。表５において、インナパネルはドアインナパネルモデルを、アウタパネルはドアアウタパネルモデルを示す。そして、インナパネルおよびアウタパネルの材質は、アルミニウム(Al)、鋼（Fe）又は樹脂とし、樹脂の材料特性には表１に示す値を設定した。
【０１４１】
張り剛性評価モデルの張り剛性値は、実施例２と同様に、図１２に示す各評価点（評価点Ａ〜評価点Ｄ）に荷重を入力した時の各評価点における変位と入力した荷重を用いて算出した張り剛性値により評価した。
また、軽量化については、板厚を1.1mmから0.8mm又は0.6mmにゲージダウンしたドアアウタパネルモデル２３に最適形状補剛部材モデル９３又は１０３を結合したときの重量変化により評価した。
表５に張り剛性評価モデルの張り剛性値および重量変化の結果を示す。
【０１４２】
【表５】
2019156384.tif 000007
【０１４３】
表５において、従来例３〜従来例９は、最適形状補剛部材モデルを結合せずにドアインナパネルモデルとドアアウタパネルモデルの材質の組合せを変更したドアパネル部品モデルを張り剛性評価モデルとしたときの結果である。
また、発明例１４および発明例１５は、図１１に示すドアアウタパネルが鋼の場合の最適形状補剛部材モデル５１を結合した張り剛性評価モデルにおいて、ドアインナーパネルの材質とドアアウタパネルモデルとドアインナパネルモデルの板厚をそれぞれ変更したものである。
さらに、発明例１６〜発明例２０は、図１５に示すドアアウタパネルがアルミニウムの場合の最適形状補剛部材モデル９３を結合した張り剛性評価モデルにおいてドアアウタパネルモデルとドアインナパネルの材質の組み合せ及び板厚をそれぞれ変更したものである。なお、ドアアウタパネルが樹脂の場合も図１５に示す最適形状補剛部材モデル９３を適用した。
【０１４４】
表５に示すように、発明例１４〜発明例２０において、張り剛性値はすべての評価点(評価点Ａ〜評価点Ｄ)で基準値(=80N/mm)を超える良好な結果となった。さらに、発明例１４および発明例１５はそれぞれ、従来例３および従来例４に比べて張り剛性値が上昇し、かつ、456gが軽量化された結果が得られた。
また、発明例１６および発明例１７においてもそれぞれ、従来例５および従来例６に比べて張り剛性値が上昇し、325gが軽量化された結果が得られた。
さらに、発明例１８〜発明例２０はそれぞれ、従来例７〜従来例９に比べて張り剛性値が上昇し、174gが軽量化された結果が得られた。
【実施例５】
【０１４５】
実施例５においては、縦骨部と横骨部とが規則的に配置した補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルとドアインナパネルモデルからなるドアパネル部品モデルに結合した張り剛性評価モデルの張り剛性と重量変化を求めた。
【０１４６】
実施例５では、図１３に示すハニカム形状の補剛部材７３と同一形状の補剛部材モデル、又は、図１４に示す格子形状の補剛部材８３と同一形状の補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルに結合し、張り剛性評価モデルをそれぞれ生成した。
【０１４７】
張り剛性評価モデルにおけるドアアウタパネルモデルとドアインナパネルモデルの材質は鋼とし、鋼板製ドアアウタパネルモデルの板厚及び補剛部材モデルの組み合わせを表６に示す。補剛部材モデルの材質は樹脂とし、樹脂の材料特性には表１に示す値を設定した。
【０１４８】
張り剛性評価モデルの張り剛性値は、実施例２と同様に、図１２に示す各評価（評価点Ａ〜評価点Ｄ）点に荷重を入力した時の各評価点における変位と入力した荷重を用いて算出した張り剛性値により評価した。
また、軽量化については、板厚を0.6mmから0.5mmにゲージダウンしたドアアウタパネルモデル２３に補剛部材７３又は補剛部材８３と同一形状の補剛部材モデルを結合したときの重量変化により評価した。
表６に張り剛性評価モデルの張り剛性値および重量変化の結果を示す。
【０１４９】
【表６】
2019156384.tif 000008
【０１５０】
表６において、従来例１０は、補剛部材モデルを結合しないドアパネル部品モデルを張り剛性評価モデルとしたときの結果である。
また、発明例２１は、図１３に示す補剛部材７３と同一形状の補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルに結合した張り剛性評価モデルの結果であり、発明例２２は、図１４に示す補剛部材８３と同一形状の補剛部材モデルをドアアウタパネルモデルに結合した張り剛性評価モデルの結果である。
【０１５１】
表６に示すように、発明例２１および発明例２２における張り剛性値はすべての評価点(評価点Ａ〜評価点Ｄ)で基準値(=80N/mm)を超える良好な結果となり、従来例１０に比べて張り剛性値が上昇した。さらに、発明例２１では、268gが、また、発明例２２では、178gが軽量化された結果が得られた。
【実施例６】
【０１５２】
実施例６においては、前述の実施例２と同様に求めた最適形状補剛部材モデルと同一形状の補剛部材を金属板製ドアパネル部品に接着し、さらに、焼付処理における該補剛部材の変形を調整する調整部材を該補剛部材に接着したものを評価対象とし、前記焼付処理による前記金属板製ドアパネル部品における面ひけ発生を評価するとともに、張り剛性と軽量化についても評価した。
【０１５３】
実施例６では、まず、図１７に示すように、最適形状補剛部材モデル５１（図１１参照）と同一形状の補剛部材１１３を作製し、金属板製のドアアウタパネル３のパネル面部３ｂに接着した。さらに、補剛部材１１３におけるパネル面部３ｂとの接合面と反対側の面に、焼付処理における補剛部材１１３の変形を調整する調整部材１１５を接着し、ドアアウタパネル３、補剛部材１１３及び調整部材１１５の３層構造からなり、インパクトビーム５を有するドアアウタコンポーネント１１１を作製した（図１７参照）。ここで、調整部材１１５と補剛部材１１３の接着には、常温硬化型エポキシ系接着剤を用い、その厚みは0.2mmとした。
【０１５４】
ドアアウタパネル３の素材は、板厚0.5mmの鋼板（線膨張係数α1：1.2×10-5/℃）とした。
また、補剛部材１１３の素材は、ガラス繊維強化樹脂（GFRP、弾性率10GPa、線膨張係数α2：1.0×10-5/℃）とし、その厚さは10mmとした。
【０１５５】
さらに、調整部材１１５は、補剛部材１１３と同一形状とし、その素材は、厚さ2mmの四フッ化エチレン（ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、線膨張係数α3：10×10-5/℃）とした。
【０１５６】
このようなドアアウタパネル３、補剛部材１１３及び調整部材１１５それぞれの素材及び線膨張係数は、本発明の好適範囲内に設定したものである。
【０１５７】
そして、作製したドアアウタコンポーネント１１１を焼付処理し、焼付処理後のドアアウタパネル３のパネル面部３ｂの表面形状を観察し、面ひけ発生状態を評価した。
本実施例６において、ドアアウタコンポーネント１１１の焼付処理は、自動車製造時の塗装焼付処理時の温度履歴を模擬した条件で行うものとし、ドアアウタコンポーネント１１１を170℃のオーブン内に設置して15分間加熱し、その後、室温まで冷却した。
【０１５８】
さらに、本実施例６では、ドアアウタパネル３、インパクトビーム５、補剛部材１１３と調整部材１１５とからなるドアアウタコンポーネント１１１の張り剛性及び軽量化についても、前述の実施例２と同様の手法に評価した。
【０１５９】
すなわち、図１７に示すドアアウタコンポーネント１１１をモデル化した張り剛性評価モデルを作成し、張り剛性と重量変化を求めた。当該張り剛性評価モデルの作成においては、図１０に示す荷重点の配置における最適形状補剛部材モデル５１（図１１）を求め、最適形状補剛部材モデル５１をドアアウタパネルモデル２３に結合し、調整部材１１５をモデル化した調整部材モデル（図示なし）を最適形状補剛部材モデル５１に結合した。
【０１６０】
そして、本実施例６では、比較対象として、補剛部材を接合していないドアアウタパネル３、補剛部材１１３のみをドアアウタパネル３に接合したドアアウタコンポーネント１１１、及び、線膨張係数の値が本発明の好適範囲外とした調整部材１１５を補剛部材１１３に接合したドアアウタコンポーネント１１１についても、面ひけ、張り剛性及び軽量化を評価した。
【０１６１】
表７に、ドアアウタコンポーネント１１１におけるドアアウタパネル３、補剛部材１１３及び調整部材１１５それぞれについての各条件と、張り剛性、軽量化及び面ひけの評価結果を示す。
【０１６２】
【表７】
2019156384.tif 000009
【０１６３】
さらに、図１９及び図２０に、面ひけ発生状態を観察した写真を示す。図１９及び図２０に示す面ひけの発生状態は、図１８に示す破線で囲まれた面ひけ評価範囲におけるパネル面部３ｂを示したものであり、陰影の濃淡が面ひけ発生の有無示している。
【０１６４】
すなわち、図１９及び図２０において、陰影の濃淡が濃い部位は、面ひけ発生が大きく、陰影の濃淡が薄い部位は、面ひけ発生が小さい箇所を示している。さらに、陰影の濃淡が見られない部位は、面ひけが発生していない滑らかな表面を示している。
【０１６５】
表７において、従来例は、前掲の表３（実施例２）における従来例と同条件であり、補剛部材を接合せずに板厚を0.6mmのままとしたドアアウタパネル３の結果であり、張り剛性値及び重量変化の評価基準となる。
さらに、従来例は、補剛部材を接合していないため、図１９（ａ）に示すように面ひけが発生しない。そのため、本実施例６では、面ひけの発生についても、従来例における焼付処理後のパネル面部３ｂの表面状態を基準として評価する。
【０１６６】
発明例３は、前掲の表３（実施例２）における発明例３と同条件であり、補剛部材１１３のみをドアアウタパネル３に接合したドアアウタコンポーネント１１１についての結果である。
実施例２で述べたとおり、発明例３においては張り剛性及び軽量化ともに良好な結果である。さらに、発明例３は、図２０（ａ）に示すように、焼付処理後のパネル面部３ｂは滑らかな表面状態であり、面ひけの発生が少ない結果が得られた。
【０１６７】
発明例２３は、ドアアウタパネル３と補剛部材１１３と調整部材１１５とからなるドアアウタコンポーネント１１１において、ドアアウタパネル３と補剛部材１１３と調整部材１１５それぞれの線膨張係数と素材が、前述の実施の形態で示した本発明の好適範囲内にあるものの中から一例として選択したものである。
【０１６８】
張り剛性に関しては、すべての評価点（評価点Ａ〜評価点Ｄ）で基準値（80N/mm）を越える結果となった。さらに、軽量化に関しては、調整部材１１５を有することにより、発明例３に比べて24g増加したものの、従来例よりも軽量化された結果が得られた。
【０１６９】
さらに、図１９（ｂ）に示すように、焼付処理後のパネル面部３ｂは非常に滑らかな表面状態であった。板厚0.5mmの鋼板製のドアアウタパネル３に線膨張係数の異なる補剛部材１１３を接着した場合、焼付処理によって面ひけが発生しやすいことが懸念されていたが、発明例２３は、従来例（図１９（ａ））と同様に面ひけの発生はほぼ見られず、非常に良好な結果であった。
【０１７０】
比較例４は、調整部材１１５としてCFRP（厚さ2mm、線膨張係数0.2×10-5/℃）を補剛部材１１３に接着したものであり、張り剛性に関しては、すべての評価点（評価点Ａ〜評価点Ｄ）で発明例２３よりも張り剛性値が向上する結果となった。また、比較例４においては調整部材１１５として、発明例２３で用いたPTFEよりも低密度のCFRPを用いているため、発明例２３よりも軽量化された。
【０１７１】
しかしながら、比較例４においては、図２０（ｂ）に示すように、目視でも確認できるほどの面ひけの発生が確認された。これは、補剛部材１１３の線膨張係数α2がドアアウタパネル３（鋼板）の線膨張係数α1よりも小さく、調整部材１１５の線膨張係数α3が補剛部材１１３の線膨張係数α2よりもさらに小さいため、焼付処理におけるドアアウタパネル３と補剛部材１１３の変形の違いを調整部材１１５により調整することができなかったためであると推察される。
【０１７２】
以上、本発明によれば、張り剛性の向上と軽量化に加え、焼付処理による面ひけの発生を防止できることが実証された。
【符号の説明】
【０１７３】
１  補剛構造
３  ドアアウタパネル
３ａ  キャラクタライン
３ｂ  パネル面部
５  インパクトビーム
５ａ  後端
７  補剛部材
９  縦骨部
１１  横骨部
１３  縦骨部
２１  最適化解析モデル
２３  ドアアウタパネルモデル
２３ａ  キャラクタライン
２３ｂ  パネル面部
２５  インパクトビームモデル
２７  補剛部材モデル
２９  設計空間
３１  最適形状補剛部材モデル
３３  縦骨部
３５  横骨部
３７  縦骨部
４１  張り剛性評価モデル（発明例１）
４３  張り剛性評価モデル（比較例１）
４５  補剛部材モデル（比較例１）
４７  張り剛性評価モデル（比較例２）
４９  補剛部材モデル（比較例２）
５１  最適形状補剛部材モデル
５３  縦骨部
５５  横骨部
５７  縦骨部
６１  張り剛性評価モデル
７１  補剛構造
７３  補剛部材（ハニカム形状）
７５  縦骨部
７７  横骨部
８１  補剛構造
８３  補剛部材（格子形状）
８５  縦骨部
８７  横骨部
８９  縦骨部
９１  張り剛性評価モデル
９３  最適形状補剛部材モデル
９５  縦骨部
９７  横骨部
１０１  張り剛性評価モデル
１０３  最適形状補剛部材モデル
１０５  縦骨部
１０７  横骨部
１１１  ドアアウタコンポーネント
１１３  補剛部材
１１５  調整部材
【図１】
2019156384.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月14日(2018.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成された金属板製ドアパネル部品と、該金属板製ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記金属板製ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記金属板製ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造であって、
前記補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、
該複数の縦骨部は、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項２】
前記補剛部材における前記金属板製ドアパネル部品との接合面の反対側の面に接合され、焼付処理における前記補剛部材の変形を調整する調整部材を有し、
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と、前記補剛部材の線膨張係数α2と、前記調整部材の線膨張係数α3とが、α2＜α1、かつ、α3＞α2の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項３】
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1と前記調整部材の線膨張係数α3とが、α3≧α1の関係を満たすことを特徴とする請求項２記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項４】
前記金属板製ドアパネル部品の線膨張係数α1が、1.0×10-5/℃以上2.6×10-5/℃以下の範囲内であり、
前記補剛部材の線膨張係数α2が、0/℃以上2.5×10-5/℃以下の範囲内であり、
前記調整部材の線膨張係数α3が、2.5×10-5/℃以上50×10-5/℃以下の範囲内であることを特徴とする請求項２又は３に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項５】
前記金属板製ドアパネル部品の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、又はアルミ板のいずれかであり、
前記補剛部材の素材は、炭素繊維強化樹脂又はガラス繊維強化樹脂であり、
前記調整部材の素材は、冷延鋼板、ＧＡ鋼板、ＧＩ鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板、鉄箔、アルミ板、アルミ箔、ビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリプロピレン、ポリアセタール、アクリル系樹脂、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、フッ素系樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ、不飽和ポリエステル、シリコーン、ジアリルフタレートのいずれかであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項６】
高さ方向に沿って湾曲し、キャラクタラインが形成されたドアパネル部品と、該ドアパネル部品の内面側に配設されたインパクトビームとを備え、前記ドアパネル部品の内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより前記ドアパネル部品の張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛構造であって、
前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、
前記補剛部材は、前記ドアパネル部品の前記湾曲に沿って前記インパクトビームから前記キャラクタラインまで筋状に延在する複数の縦骨部を有し、
該複数の縦骨部は、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置され、前記ドアパネル部品の内面に接合されていることを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項７】
前記補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項８】
前記補剛部材は、弾性率が10GPa以上の繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の自動車ドアパネル部品の補剛構造。
【請求項９】
高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設された金属板製ドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛方法であって、
前記金属板製ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、
該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、
該作製した補剛部材を前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記金属板製ドアパネル部品に形成されたキャラクタラインまで筋状に延在し、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【請求項１０】
高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設されたドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させる自動車ドアパネル部品の補剛方法であって、
前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、
前記ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、
該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、
該作製した補剛部材を前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記ドアパネル部品に形成されたキャラクタラインまで筋状に延在し、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とする自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【請求項１１】
前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記縦骨部と交差する方向に延在する横骨部をさらに有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の自動車ドアパネル部品の補剛方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
（９）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設された金属板製ドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させるものであって、前記金属板製ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、該作製した補剛部材を前記金属板製ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記金属板製ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記金属板製ドアパネル部品に形成されたキャラクタラインまで筋状に延在し、前記金属板製ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とするものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（１０）本発明に係る自動車ドアパネル部品の補剛方法は、高さ方向に湾曲し、内面側にインパクトビームが配設されたドアパネル部品の前記内面に樹脂製の補剛部材を貼付することにより張り剛性を向上させるものであって、前記ドアパネル部品は、ドアアウタパネルとドアインナパネルとからなり、該ドアアウタパネルとドアインナパネルの材質は、金属と金属、樹脂と樹脂、金属と樹脂、又は、樹脂と金属のいずれかの組み合せからなり、前記ドアパネル部品を平面要素及び／又は立体要素でモデル化したドアパネル部品モデルを取得し、該ドアパネル部品モデルに最適化解析の対象とする補剛部材モデルを結合し、該補剛部材モデルの最適な形状を求める最適化解析を行う最適形状補剛部材取得ステップと、該最適な形状の補剛部材モデルに基づいて、前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材を作製する補剛部材作製ステップと、該作製した補剛部材を前記ドアパネル部品の内面に接合する補剛部材接合ステップと、を備え、前記補剛部材作製ステップで作製する補剛部材は、前記ドアパネル部品の高さ方向の湾曲に沿って前記インパクトビームから前記ドアパネル部品に形成されたキャラクタラインまで筋状に延在し、前記ドアパネル部品の前後方向において所定の間隔で配置される複数の縦骨部を有することを特徴とするものである。