(57)【要約】【課題】骨格部材の曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる車両骨格部材構造を得る。【解決手段】ルーフサイドレール１０（骨格部材）の上側辺３０には、断面略コ字形の補強部４６が設けられている。このため、車両転覆時などにルーフサイドレール１０が下側の屈曲部２６を起点として破断した場合でも、補強部４６によってルーフサイドレール１０の曲げ強度を確保することができる。したがって、ルーフサイドレール１０の肉厚を増加させたりしなくてもルーフサイドレール１０の曲げ強度を確保することができるので、曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、
前記骨格部材に長手方向に沿って延在する段部が形成されることで前記骨格部材の長手方向に沿って設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、
を有する車両骨格部材構造。
【請求項２】
繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、
前記骨格部材に長手方向に沿って延在する複数の曲部が形成されることで前記骨格部材の長手方向に沿って設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、
を有する車両骨格部材構造。
【請求項３】
繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、
前記骨格部材の長手方向に沿った前記骨格部材の一部又は複数部が前記骨格部材の外周の包絡線の内側へ凹むことで前記骨格部材の長手方向に沿って設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、
を有する車両骨格部材構造。
【請求項４】
前記補強部は、前記骨格部材の径方向内側へ突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両骨格部材構造。
【請求項５】
前記骨格部材には、前記補強部と対向する部分に、前記補強部の反対側へ突出する屈曲部が長手方向に沿って延設されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の車両骨格部材構造。
【請求項６】
前記骨格部材は、車体前後方向に長手とされてルーフパネルの車幅方向外側端部が接合されるルーフサイドレールとされ、前記補強部は、前記ルーフサイドレールの上部に設けられると共に、前記屈曲部は、下側へ突出していることを特徴とする請求項５に記載の車両骨格部材構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両骨格部材構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用の骨格部品（骨格部材）としては、ハイドロフォーミング法を用いて管状に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−５４４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、繊維強化複合材料を用いて上述の如き管状の骨格部材を形成することがある。繊維強化複合材料は、一般に金属材料よりも軽量であるため、車両の軽量化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、繊維強化複合材料は、一般に金属材料に比べて靭性が低いため、曲げ荷重等によって破断しやすい。このため、繊維強化複合材料によって骨格部材を形成する場合には、破断による強度低下を抑制するために、骨格部材の肉厚を増加させるなどの対策が必要になり、軽量化が阻害される可能性がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、骨格部材の曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる車両骨格部材構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、前記骨格部材に長手方向に沿って延在する段部が形成されることで前記骨格部材の長手方向に沿って設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、を有することを特徴としている。
【０００７】
なお、請求項１に記載の「段部」は、骨格部材の一部を骨格部材の径方向内側へ膨出させるものであればよく、断面に屈曲部（角部）を有するものの他、断面が円弧状の湾曲部によって構成されるものであってもよい。
【０００８】
また、請求項１に記載の「段部」は、骨格部材が車体に取り付けられた状態で、車体垂直方向（又は車体水平方向）に対して傾斜する傾斜面を含んで構成されるものでもよい。
【０００９】
請求項１に記載の車両骨格部材構造では、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成された骨格部材に補強部が設けられている。この補強部は、骨格部材に長手方向に沿って延在する段部が形成されることで骨格部材の長手方向に沿って設けられたものであり、骨格部材の径方向へ突出している。このため、骨格部材が曲げ荷重によって補強部と反対側から破断した場合でも、補強部によって骨格部材の曲げ強度を確保することができる。したがって、骨格部材の肉厚を増加させたりしなくても、骨格部材の曲げ強度を確保することができ、これにより、骨格部材の軽量化を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、前記骨格部材に長手方向に沿って複数の曲部が延設されることで前記骨格部材に設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、を有することを特徴としている。
【００１１】
なお、請求項２に記載の「曲部」は、骨格部材の長手方向に沿った曲げ中心線（仮想線）を中心として骨格部材の一部が曲がることで形成されたものである。
【００１２】
請求項２に記載の車両骨格部材構造では、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成された骨格部材に補強部が設けられている。この補強部は、骨格部材に長手方向に沿って延在する複数の曲部が形成されることで骨格部材の長手方向に沿って設けられたものであり、骨格部材の径方向へ突出している。このため、骨格部材が曲げ荷重によって補強部と反対側から破断した場合でも、補強部によって骨格部材の曲げ強度を確保することができる。したがって、骨格部材の肉厚を増加させたりしなくても、骨格部材の曲げ強度を確保することができ、これにより、骨格部材の軽量化を図ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成され、車体の骨格を構成する骨格部材と、前記骨格部材の長手方向に沿った前記骨格部材の一部又は複数部が前記骨格部材の外周の包絡線の内側へ凹むことで前記骨格部材の長手方向に沿って設けられ、前記骨格部材の径方向へ突出する補強部と、を有することを特徴としている。
【００１４】
なお、請求項３に記載の車両骨格部材構造では、例えば骨格部材の外周に糸を緊密に巻き付けることで、この糸を請求項３に記載の「包絡線」と見なすことができる。
【００１５】
請求項３に記載の車両骨格部材構造では、繊維強化複合材料によって長尺な管状に形成された骨格部材に補強部が設けられている。この補強部は、骨格部材の長手方向に沿った骨格部材の一部又は複数部が骨格部材の外周の包絡線の内側へ凹むことで骨格部材の長手方向に沿って設けられたものであり、骨格部材の径方向へ突出している。このため、骨格部材が曲げ荷重によって補強部と反対側から破断した場合でも、補強部によって骨格部材の曲げ強度を確保することができる。したがって、骨格部材の肉厚を増加させたりしなくても、骨格部材の曲げ強度を確保することができ、これにより、骨格部材の軽量化を図ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両骨格部材構造において、前記補強部は、前記骨格部材の径方向内側へ突出していることを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の車両骨格部材構造では、補強部が骨格部材の径方向内側へ突出している。このため、補強部が骨格部材の径方向外側へ突出している場合に比べて骨格部材の外径寸法を小さくすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の車両骨格部材構造において、前記骨格部材には、前記補強部と対向する部分に、前記補強部の反対側へ突出する屈曲部が長手方向に沿って延設されることを特徴としている。
【００１９】
なお、請求項５に記載の「屈曲部」は、請求項２に記載の「曲部」と同様に、骨格部材の長手方向に沿った曲げ中心線（仮想線）を中心として骨格部材の一部が曲がることで形成されたものである。
【００２０】
請求項５に記載の車両骨格部材構造では、骨格部材に補強部側から曲げ荷重が作用した際には、補強部の反対側へ突出する屈曲部に引張り応力が作用する。このため、屈曲部を起点として骨格部材を破断させることができ、骨格部材の破断を設定どおりにコントロールすることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明に係る車両骨格部材構造は、請求項５に記載の車両骨格部材構造において、前記骨格部材は、車体前後方向に長手とされてルーフパネルの車幅方向外側端部が接合されるルーフサイドレールとされ、前記補強部は、前記ルーフサイドレールの上部に設けられると共に、前記屈曲部は、下側へ突出していることを特徴としている。
【００２２】
請求項６に記載の車両骨格部材構造では、ルーフサイドレールが上側からの曲げ荷重によって下側の屈曲部を起点として破断した場合でも、ルーフサイドレールの上部に設けられた補強部の曲げ強度によって、ルーフサイドレールに所定の荷重（上記曲げ荷重に抗する反力）を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る車両骨格部材構造では、骨格部材の曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる。
【００２４】
本発明の請求項２に係る車両骨格部材構造では、骨格部材の曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる。
【００２５】
本発明の請求項３に係る車両骨格部材構造では、骨格部材の曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる。
【００２６】
本発明の請求項４に係る車両骨格部材構造では、補強部が骨格部材の径方向外側へ突出している場合に比べて骨格部材の外径寸法を小さくすることができる。
【００２７】
本発明の請求項５に係る車両骨格部材構造では、骨格部材の破断を設定どおりにコントロールすることができる。
【００２８】
本発明の請求項６に係る車両骨格部材構造では、ルーフサイドレールが上側からの曲げ荷重によって破断した場合でも、ルーフサイドレールに所定の荷重を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
＜第１の実施形態＞
図１には、本発明の第１の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレール１０が取り付けられた自動車１２の部分的な構成が側面図にて示されている。また、図２には、図１の２−２線断面図が示されている。なお、図中矢印Ｒｒは車体後方向を示し、矢印ＵＰは車体上方向を示し、矢印ＯＵＴは車幅外側方向を示している。
【００３０】
本発明の第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０は、繊維強化複合材料（本第１の実施形態では「炭素繊維強化樹脂材料（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）」の積層成形によって長尺な管状に形成されたものであり、自動車１２のルーフ部１４を構成している。このルーフサイドレール１０は、自動車１２のＡピラー１８の上端部とＢピラー２０の上端部との間に車体前後方向に沿って掛け渡されており、剛性部材として自動車１２の車体の骨格を構成している。
【００３１】
図２に示されるように、ルーフサイドレール１０には、その長手方向（図２では紙面に垂直な方向）に沿って延在する複数（本第１の実施形態では４つ）の屈曲部２２、２４、２６、２８が形成されている。このため、ルーフサイドレール１０の外周には、屈曲部２２、２４、２６、２８の各頂点部分が、ルーフサイドレール１０の長手方向に沿った稜線のように延在している。これらの屈曲部２２、２４、２６、２８は、ルーフサイドレール１０の長手方向に沿った曲げ中心線（仮想線）を中心としてルーフサイドレール１０の一部が曲がることで形成されたものであり、それぞれが所定の曲率を有している。これらの屈曲部２２、２４、２６、２８の間（各稜線の間）には、板状の上側辺３０、外側辺３２、下側辺３４、内側辺３６が設けられている。
【００３２】
なお、外側辺３２には、ゴム等の弾性体からなる図示しないクッション材が取り付けられている。このクッション材には、自動車１２のサイドドア１３に設けられたサイドウィンドウガラス１３Ａの上端縁が当たるようになっている。また、内側辺３６には、自動車１２のフロントウィンドウガラス１５の上端部に取り付けられた窓枠１５Ａ（フロントウィンドウアッパシル）の車幅方向外側端部が接合されている。
【００３３】
また、屈曲部２６は、ルーフサイドレール１０の最下端に配置されて上側辺３０と反対側（車体下側）へ向けて突出している。この屈曲部２６には、ルーフサイドレール１０の長手方向中間部に車体下側へ向いた所定値以上の曲げ荷重がした際に引張り荷重が作用する。このため、ルーフサイドレール１０は、上記曲げ荷重が作用した際に屈曲部２６を起点として破断するようになっている。
【００３４】
一方、ルーフサイドレール１０の上側辺３０（屈曲部２６に対してルーフサイドレール１０の径方向反対側、破断の起点から離間した側）には、ルーフサイドレール１０の長手方向に沿って延在する複数（本第１の実施形態では４つ）の曲部３８、４０、４２、４４が形成されている。このため、上側辺３０には、車幅方向に沿って対向する一対の段部（段差）が形成されており、ルーフサイド１０の長手方向に沿ったルーフサイドレール１０の一部がルーフサイドレール１０の外周の包絡線Ａの内側へ凹んでいる。そして、上側辺３０には、曲部３８、４０、４２、４４の各頂点部分が、ルーフサイドレール１０の長手方向に沿った稜線のように延在している。これらの曲部３８、４０、４２、４４は、上述した屈曲部２２、２４、２６、２８と同様に、ルーフサイドレール１０の長手方向に沿った曲げ中心線（仮想線）を中心としてルーフサイドレール１０の一部が曲がることで形成されたものであり、それぞれが所定の曲率を有している。
【００３５】
そして、上述の如く上側辺３０に４つの曲部３８、４０、４２、４４（一対の段部）が形成されることで、上側辺３０の車幅方向中央部には、ルーフサイドレール１０の径方向内側（ここでは車体下側）へ突出する断面略コ字形の補強部４６が形成されており、ルーフサイドレール１０の断面形状は、略凹字形に形成されている。この補強部４６は、上側辺３０（ルーフサイドレール１０）の長手方向に沿って延在しており、この補強部４６によって上側辺３０の曲げ強度（断面２次モーメント）が増加している。
【００３６】
なお、補強部４６によって上側辺３０の曲げ強度を増加させるためには、曲部３８、４０、４２、４４の曲率をできるだけ小さくすることが好ましいが、本第１の実施形態では、曲部３８、４０、４２、４４の曲率は、ルーフサイドレール１０を構成する繊維強化複合材料の積層部分が剥離しない程度に設定されている。また、補強部４６によって上側辺３０の曲げ強度を増加させるためには、曲部３８、４０、４２、４４の曲がり角度（図２のθ参照）が９０度ぐらいに設定されることが好ましいが、本第１の実施形態では、曲部３８、４０、４２、４４の曲がり角度は、ルーフサイドレール１０を構成する繊維強化複合材料の積層部分が剥離しない程度（例えば、１３５度ぐらい）に設定されている。
【００３７】
一方、補強部４６の車幅方向両側には、ルーフサイドレール１０の径方向外側（ここでは車体上側）へ突出する断面略コ字形の一対の凸部４８、５０が形成されている。車幅方向外側に配置された凸部５０の上端には、車室の天井を構成するルーフパネル５２の車幅方向外側端部が接着剤５４によって接合されている。
【００３８】
次に、本第１の実施形態の作用について説明する。
【００３９】
例えば自動車１２が転覆するなどして、ルーフサイドレール１０の長手方向中間部に車体下側へ向いた所定値以上の曲げ荷重が作用すると、ルーフサイドレール１０が屈曲部２６を起点として破断し、ルーフサイドレール１０に亀裂が発生する。ここで、本第１の実施形態では、ルーフサイドレール１０の上側辺３０には、断面略コ字形の補強部４６が設けられている。このため、図３に示されるように、ルーフサイドレール１０の亀裂（図３では点線で示してある）が屈曲部２２、２４の近くにまで達した状態でも、補強部４６によってルーフサイドレール１０の曲げ強度を確保することができ、上記曲げ荷重に抗する所定の荷重（反力）をルーフサイドレール１０に発生させることができる（なお図３では、説明の都合上、各構成部材の断面を黒塗りにしてある）。
【００４０】
すなわち、図４に示されるように、補強部４６が省略されたルーフサイドレール１００では、屈曲部２６側から生じた亀裂（図４の点線参照）が屈曲部２２、２４の近くにまで達すると、ルーフサイドレール１００の曲げ強度は上側辺３０のみによって確保されることになり、ルーフサイドレール１００に発生する荷重は極めて小さくなる。このため、補強部４６が省略されたルーフサイドレール１００では、破断による強度低下を抑制するために、板厚を大幅に増加させる等の対策が必要になり、重量が増加してしまう。
【００４１】
この点、本第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０では、上述の如く補強部４６によって上記曲げ荷重に抗する所定の荷重（反力）を発生させることができるので、肉厚を増加させたりしなくても曲げ強度を確保することができる。したがって、曲げ強度の確保と軽量化を両立することができる。
【００４２】
なお、図５には、本第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０が取り付けられた自動車１２のルーフ部１４の荷重特性と、図４に示されるルーフサイドレール１００（補強部４６が省略されたルーフサイドレール）が取り付けられた自動車のルーフ部１４の荷重特性とがＦ−Ｓ線図にて示されている。
【００４３】
図５に点線で示されるように、補強部４６が省略されたルーフサイドレール１００が取り付けられた自動車のルーフ部１４では、ルーフサイドレール１００が破断した時点Ｔ１で発生荷重が低下すると共に、ルーフサイドレール１００に生じた亀裂が屈曲部２２、２４の近くに達した時点Ｔ２で更に発生荷重が低下する。このため、所望の荷重Ｆ１をルーフ部１４に発生させるためには、ルーフサイドレール１００の肉厚を増加させる等の対策が必要になる。
【００４４】
これに対し、本第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０が取り付けられた自動車１２のルーフ部１４では、図５に実線で示されるように、ルーフサイドレール１０が破断した時点Ｔ１で発生荷重が一旦低下するものの、その後は発生荷重が落ち込むことはない。したがって、本ルーフサイドレール１０が取り付けられた自動車１２では、ルーフサイドレール１０の肉厚を増加させたりしなくても、ルーフ部１４に所望の荷重Ｆ１を発生させることができ、ルーフ部１４の変形を効果的に抑制することができる。
【００４５】
しかも、本第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０では、補強部４６と対向する部分（補強部４６から離れた部分）に、破断の起点となる屈曲部２６が設けられている。このため、ルーフサイドレール１０の破断を設定どおりにコントロールすることができる。
【００４６】
さらに、本第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０では、補強部４６がルーフサイドレール１０の径方向内側へ突出している。このため、補強部４６がルーフサイドレール１０の径方向外側へ突出している場合に比べてルーフサイドレール１０の外径寸法を小さくすることができるので、ルーフサイドレール１０の設置スペースを小さくすることができる。
【００４７】
なお、上記第１の実施形態では、ルーフサイドレール１０（骨格部材）を構成する繊維強化複合材料として、炭素繊維強化樹脂材料を用いた構成としたが、本発明はこれに限らず、骨格部材を構成する繊維強化複合材料としては、ガラス繊維強化樹脂材料などを用いることもできる。この点は、以下に説明する本発明の他の実施形態においても同様である。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前記第１の実施形態と基本的に同様の構成・作用については、前記第１の実施形態と同符号を付与し、その説明を省略する。
＜第２の実施形態＞
図６には、本発明の第２の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレール６０が取り付けられた自動車の部分的な構成が断面図にて示されている。このルーフサイドレール６０は、前記第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０と基本的に同様の構成とされている。但し、このルーフサイドレール６０では、上側辺３０に設けられた曲部３８、４０、４２、４４の曲率が前記第１の実施形態よりも大きく設定されており、円弧状の曲部３８、４０、４２、４４（湾曲部）によって補強部４６が構成されている。この実施形態では、前記第１の実施形態よりも補強部４６の曲げ強度が低下するが、基本的には前記第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
＜第３の実施形態＞
図７には、本発明の第３の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレール７０が取り付けられた自動車の部分的な構成が断面図にて示されている。このルーフサイドレール７０は、前記第１の実施形態に係るルーフサイドレール１０と基本的に同様の構成とされている。但し、このルーフサイドレール７０では、ルーフサイドレール１０の屈曲部２６が省略された構成になっており、ルーフサイドレール１０の下側部分が円弧状に湾曲して形成されている。この実施形態では、ルーフサイドレール１０が破断する際に起点となる屈曲部２６が省略されているため、ルーフサイドレール１０の破断を良好にコントロールすることは難しいが、それ以外の点では前記第１の実施形態と基本的に同様の作用効果を奏する。
【００４９】
なお、前記第１の実施形態乃至上記第３の実施形態では、補強部４６がルーフサイドレール１０、６０、７０（骨格部材）の径方向内側へ突出した構成としたが、本発明はこれに限らず、補強部が骨格部材の径方向外側へ突出した構成にしてもよい。
【００５０】
また、前記第１の実施形態乃至上記第３の実施形態では、本発明に係る車両骨格部材構造がルーフサイドレール１０に適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明に係る車両骨格部材構造は、車体の骨格を構成する長尺管状の骨格部材であれば適用することができるものであり、例えば自動車１２のＡピラー１８やロールバー等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレールが取り付けられた自動車の部分的な構成を示す側面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】本第１の実施形態に係るルーフサイドレールが曲げ荷重によって破断される際の状況を説明するための図２に対応する断面図である。
【図４】補強部が省略されたルーフサイドレールが曲げ荷重によって破断される際の状況を説明するための断面図である。
【図５】本第１の実施形態に係るルーフサイドレールが取り付けられた自動車のルーフ部の荷重特性と、補強部が省略されたルーフサイドレール取り付けられた自動車のルーフ部の荷重特性とを示すＦ−Ｓ線図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレールが取り付けられた自動車の部分的な構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る車両骨格部材構造を構成する骨格部材としてのルーフサイドレールが取り付けられた自動車の部分的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    ルーフサイドレール（骨格部材）
１２    自動車（車両）
２６    屈曲部
３８、４０、４２、４４    曲部
４６    補強部
６０    ルーフサイドレール（骨格部材）
７０    ルーフサイドレール（骨格部材）
【図１】
2008184069.tif 000003
【図２】
2008184069.tif 000004
【図３】
2008184069.tif 000005
【図４】
2008184069.tif 000006
【図５】
2008184069.tif 000007
【図６】
2008184069.tif 000008
【図７】
2008184069.tif 000009