(57)【要約】【課題】    自動車上部車体構造をアルミニウム合金材と鋼材との複合構造とした場合に、軽量化を犠牲にせずに、高剛性化させることができる自動車上部車体構造を提供することを目的とする。【解決手段】  自動車上部車体構造において、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレール1a、1bを、鋼製のサイドパネルアウタ2a、2b空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けるに際して、ルーフサイドレール1a、1bの軸中心を、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心よりも、サイドパネルアウタ2a、2b側に近接させたこととする。【選択図】    図１
2005231410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車上部車体構造において、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールを、鋼製のサイドパネルアウタ空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けるに際して、ルーフサイドレールの軸中心を、サイドパネルアウタの車体前後方向の軸中心よりも、サイドパネルアウタ側に近接させたことを特徴とする、衝突時のエネルギー吸収特性に優れた自動車上部車体構造。
【請求項２】
前記ルーフサイドレールに、サイドパネルアウタ側フランジと、ルーフ側フランジとを設け、ルーフサイドレールとサイドパネルアウタの上端部およびルーフサイドレールのサイドパネルアウタ側フランジとサイドパネルアウタ下端部、更にルーフとルーフサイドレールのルーフ側フランジとを各々接合した請求項１に記載の自動車上部車体構造。
【請求項３】
前記ルーフパネルがアルミニウム合金パネルである請求項１または２のいずれか１項に記載の自動車上部車体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車体上部の軽量性に優れ、車体の転倒時の車体上部方向からの耐圧壊性にも優れた自動車上部車体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行性や操作性を向上するために、自動車車体上部の軽量化が有効である。自動車上部車体構造は、ルーフ、ルーフパネルリインフォースメントなどのルーフ補強材、ルーフサイドレール、サイドパネルアウタ（ルーフサイドアウタパネルあるいはサイドメンバアウタパネルなどとも言う）とサイドパネルインナ（ルーフサイドインナパネルあるいはサイドメンバインナパネルなどとも言う）などで構成される。
【０００３】
これら自動車上部車体構造の軽量化のためには、上記各上部構造構成部材に、従来から使用されてきた鋼材に代わって、アルミニウム合金材を使用することが有効である。
【０００４】
しかし、自動車上部車体構造全てにアルミニウム合金材を使用した場合に、車体衝突時の車体の剛性確保が難しくなる。また、アルミニウム合金材は鋼材に比べれば成形しにくいため、自動車上部車体構造の構成部材に、全てアルミニウム合金材を使用した場合、部材の成形や車体の組み立てが、鋼材に比べれば、やりにくい問題もある。
【０００５】
このため、アルミニウム合金材の使用は、鋼製パネルの補強材やルーフパネルなどの限定的として、自動車上部車体構造の構成部材のいずれかにアルミニウム合金材を使用し、鋼材との複合構造（ハイブリッド構造）とする方が合理的である。自動車上部車体構造を、このような鋼材との複合構造にした場合でも、全てを鋼材とした場合に比して、アルミニウム合金材使用による上部車体構造の軽量化効果は大きい。
【０００６】
この点、従来から、鋼製パネルからなっている自動車のルーフ (屋根) をより軽量なアルミニウム合金製パネルにすることが提案乃至適用されつつある（例えば、特許文献１参照) 。ルーフパネルにアルミニウム合金パネルを適用した場合、太陽放射による侵入熱量の遮熱性を高めることができるなどの利点もある（例えば、特許文献２参照) 。
【０００７】
【特許文献１】特開平7-132855号公報 (第1 〜2 頁、図1)
【特許文献２】特開2002ー234460号公報 (第1 〜2 頁、図1)
【０００８】
また、断面日型形状などのアルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールを、鋼製のサイドパネルアウタ空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けて、自動車上部車体構造を軽量化するとともに、中空形材に衝撃吸収性を持たせることなども提案されている（例えば、特許文献３、４参照) 。
【０００９】
【特許文献３】特開平7-132855号公報 (第1 〜2 頁、図1)
【特許文献４】特開2002-370673 号公報 (第1 〜2 頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記のように、上記各上部構造構成部材いずれかにアルミニウム合金材を使用し、鋼材との複合構造（ハイブリッド構造）とした場合でも、近年問題となっている自動車車体のロールオーバー対策には不十分となる。
【００１１】
即ち、近年、自動車車体が事故などにより転倒して、ルーフから地面等に衝突する際の、衝突荷重に対する自動車上部車体構造の剛性を確保し、乗員の安全性を図ることが課題となっている。これに対して、自動車上部車体構造が全て鋼材製であれば、厚みを上げるなり、補強材を設けるなりの各種対策が可能である。この点は、上記したルーフやルーフサイドレールにアルミニウム合金材を用いた場合でも同様である。しかし、自動車上部車体構造にアルミニウム合金材を用いる場合には、前記した軽量化が前提となっている。このため、軽量化を犠牲にした上記各種対策では、アルミニウム合金材を使用する意義自体が失われる。
【００１２】
このため、上記自動車上部車体構造のいずれかにアルミニウム合金材を使用して、鋼材との複合構造（ハイブリッド構造）とした場合には、軽量化を犠牲にせずに、自動車車体の上記ロールオーバー対策を図る必要がある。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、自動車上部車体構造をアルミニウム合金材と鋼材との複合構造とした場合に、軽量化を犠牲にせずに、自動車上部車体構造を上記ロールオーバー対策などに向けて、高剛性化および高強度化させ、衝突時のエネルギー吸収特性に優れさせることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するために、本発明の自動車上部車体構造の要旨は、自動車上部車体構造において、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールを、鋼製のサイドパネルアウタ空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けるに際して、ルーフサイドレールの軸中心を、サイドパネルアウタの車体前後方向の軸中心よりも、サイドパネルアウタ側に近接させたことである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明者らは、自動車上部車体構造のうち、少なくとも、ルーフサイドレールをアルミニウム合金製中空形材として軽量化と高強度化を図る。更に、このルーフサイドレールの軸中心を、鋼製のルーフサイドパネルの車体前後方向の軸中心よりも、サイドパネルアウタ側に近接して設けて、前記したロールオーバーなどの衝突時の自動車上部車体構造のエネルギー吸収特性を向上させる。また、自動車上部車体構造の剛性は、鋼製のサイドパネルアウタが主として受け持つため、従来通りの高剛性が保持される。
【００１６】
前記した通り、ルーフサイドレールをアルミニウム合金製中空形材とすること自体は知られている。しかし、従来において、このルーフサイドレールをサイドパネルアウタの補強に用いる場合、自動車上部車体構造の、側突や車体前後方向の衝突に対する剛性を高めるために、後述する通り、ルーフサイドレールの軸中心（長さ方向の軸中心、車体前後方向の軸中心）を、サイドパネルアウタの車体前後方向の軸中心に沿わせるか、それよりも車体の内側に設けることが自明であった。
【００１７】
これに対して、本発明者らは、このルーフサイドレールの軸中心を、サイドパネルアウタの車体前後方向の軸中心よりも、サイドパネルアウタ側に近接させ、車体のより外側に設けた場合に、ロールオーバーに対する自動車上部車体構造の剛性を高めることができ、しかも、側突や車体前後方向の衝突に対する剛性を低下させないことを知見した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明自動車上部車体構造実施の形態について、図を用いて、以下に説明する。なお、本発明では、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールの配置位置以外の構成は、これまでの自動車上部車体構造と同じであり、これらの構造自体を変えることなく、自動車上部車体構造の高強度化、高エネルギー吸収特性化、高剛性化が得られる点が、本発明の利点でもある。
【００１９】
図1 は自動車車体A の斜視図を示す。図1 において、4 はルーフ、2a、2bは鋼製のサイドパネルアウタ、1a、1bはアルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールであり、ハイブリッドな自動車上部車体構造を構成する。ルーフサイドレール1a、1bは、各々サイドパネルアウタ2a、2bの空間内に収容されており、車体A の両側にて、車体A の前後方向に延在して、自動車上部車体構造を補強する。なお、図1 では、自動車上部車体構造としての、鋼製のサイドパネルインナ3a、3b (後述する図2 、3 に示す) や、ルーフパネルリインフォースメント等のルーフ補強材など、他のフレーム、メンバ類の構成部材の図示は省略している。
【００２０】
ここで、ルーフサイドレールである、アルミニウム合金中空形材の断面などの形状( 大きさや長さを含む) は特に制約は無く、種々の形状や断面形状が、車体構造の設計条件から適宜選択しうる。例えば、図3 では、この中空形材として、互いに直交する縦壁9 、9 と横壁10、10とから構成され、更に、中リブ11を設けて補強した略日形断面を例示している。ただ、これ以外の矩形断面、中リブを設けない略口型、中リブを間隔を開けて2 本平行に設けて補強した略目型、中リブを十字に交差する形に設けて補強した略田型、あるいは、円管状、楕円形などの断面形状などが適宜選択しうる。
【００２１】
また、ルーフ4 は、アルミニウム合金製パネル、鋼製パネルのいずれを選択しても良いが、自動車上部車体構造の軽量化のためには、アルミニウム合金製パネルを用いることが好ましい。
【００２２】
これに対して、サイドパネルアウタ2a、2bやサイドパネルインナ3a、3bは、剛性や耐デント性の確保が必要であるため、従来通り、必要な厚みを有する鋼板製とする。また、これらパネルを鋼板製とすることで車体の外形状デザイン自由度が増す。
【００２３】
図2 に、図1 の部分拡大図を示す。また、図3 に、図1 あるいは図2 のG-G 線断面図 (車体幅方向断面図) を示す。ルーフサイドレール1a、1bは、サイドパネルアウタ2a、2bが構成する空間内に、車体前後方向に延在させて取り付けられている。この際、ルーフサイドレールの、長さ方向のあるいは車体前後方向の軸中心1x (図2 は一点鎖線、図3 は×印で各々示す) を、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心2x (図2 は一点鎖線、図3 は×印で各々示す) よりも、サイドパネルアウタ2a、2b側に近接させている。
【００２４】
なお、鋼製のサイドパネルインナ3a、3bがある場合には、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心2xは、サイドパネルアウタ2a、2bと、これと対応するサイドパネルインナ3a、3bとで構成される空間の車体前後方向の軸中心となる。
【００２５】
即ち、本発明におけるルーフサイドレール1a、1bは、従来のルーフサイドレールの配置位置よりも、車体のより外側に設けられている。このため、図1 〜3 にF で示すような衝突荷重が、ロールオーバーなどによって、ルーフ4 の各図における上部から負荷された場合を想定すると、本発明におけるルーフサイドレール1a、1bは、より衝突荷重F 側に配置されていることになる。この結果、衝突荷重F に対して、ルーフサイドレール1a、1bが、衝突開始直後から、サイドパネルアウタ2a、2b( あるいは更にルーフ4)を支持する形で、剛体を形成することができる。このため、自動車上部車体構造の、衝突荷重F に対する強度およびエネルギー吸収量（以下、ＥＡ量とも言う）を高めることができる。
【００２６】
したがって、本発明によれば、自動車上部車体構造をアルミニウム合金材と鋼材との複合構造とした場合に、軽量化を犠牲にせずに、自動車上部車体構造を上記ロールオーバー対策などに向けて、高剛性化させることができる。しかも、上記態様においては、側突や車体前後方向の衝突に対する剛性も、同様に向上させることができる。
【００２７】
従来のルーフサイドレールの配置位置は、図4 に上記図2 と同じ自動車上部車体構造の部分拡大図、あるいは図5 に図4 のH-H 線断面図を各々示すように、ルーフサイドレール1a、1bの軸中心1x (図4 は一点鎖線、図5 は×印で各々示す) を、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心に沿わせるか、それよりも車体の内側に設けることが自明であった。なお、上記図5 は、図3 における本発明の好ましい実施態様を、従来のルーフサイドレールの配置位置思想に基づいて、変形したものであり、公知ではない。
【００２８】
このため、図4 、5 にF で示すような衝突荷重が、ロールオーバーなどによって、ルーフ4 の各図における上部から負荷された場合を想定すると、従来のルーフサイドレール1a、1bは、サイドパネルアウタ2a、2bよりも、衝突荷重F に対して、かなり内側 (車内側) に配置されていることになる。即ち、サイドパネルアウタ2a、2bと従来のルーフサイドレール1a、1bとの間には、比較的大きな空間が存在する。
【００２９】
この結果、衝突荷重F が、サイドパネルアウタ2a、2bやルーフ4 に対して負荷された際の支持に、時間的な遅れがかなり生じる。この結果、上記本発明のように、サイドパネルアウタ2a、2bと一体的に、衝突荷重負荷当初から、剛体を形成することができない。このため、上記本発明のルーフサイドレール1a、1bに比して、衝突荷重F に対する強度およびＥＡ量を高めることができない。
【００３０】
また、本発明のように、ルーフサイドレール1a、1bの軸中心1xを、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心2xよりも、サイドパネルアウタ2a、2b側に近接させることによって、素材アルミニウム合金製中空形材からルーフサイドレール1a、1bを曲げ加工する際の加工負荷が軽減される。
【００３１】
即ち、図2 に示すように、本発明のように、ルーフサイドレール1a、1bの、特に車体後端部側のb 部分の曲率半径R2は、サイドパネルアウタ2a、2bの曲率半径R1に比して比較的大きくなっている。これは、直線的な素材アルミニウム合金製中空形材を曲げ加工して、車体後端部側のb 部分の曲率半径R2を出す場合に、曲げ加工する際の加工負荷が大幅に軽減されることを意味する。
【００３２】
したがって、本発明によれば、自動車上部車体構造を軽量化を犠牲にせずに、高剛性化させるとともに、ルーフサイドレール製造時の曲げ加工性をも向上させることができる。
【００３３】
図4 、5 に示す従来のルーフサイドレールのように、ルーフサイドレール1a、1bの軸中心1xを、サイドパネルアウタ2a、2bの車体前後方向の軸中心2xに沿わせる場合、図4 に示すルーフサイドレール1a、1bの、特に車体後端部側のb 部分の曲率半径R2は、サイドパネルアウタ2a、2bの曲率半径R1に比して、これと等しいか、小さくなる。
【００３４】
このため、サイドパネルアウタ2a、2bの曲率半径R1にもよるが、直線的な素材アルミニウム合金製中空形材を曲げ加工して、車体後端部側のb 部分の曲率半径R2を出す場合に、曲げ加工する際の加工負荷が大きくなる。このため、曲げ加工される中空形材にしわや割れなどの、曲げ加工特有の不良が発生しやすい。実際にも、アルミニウム合金製中空形材をルーフサイドレールなどに曲げ加工して適用する際に問題となっているのが、この曲げ加工不良である。そして、この曲げ加工不良の修正や手直しなどに多くの手間が割かれているのが実情であり、場合によっては、曲げ角度を緩める、設計の見直しなどの必要性も生じる。
【００３５】
次に、本発明における、ハイブリッドな自動車上部車体構造の組み立て方法をルーフサイドレールを中心に説明する。なお、本発明では、前記した通り、アルミニウム合金製中空形材からなるルーフサイドレールの配置位置以外の構成は、これまでの自動車上部車体構造と同じであるので、構造の組み立て方法も、これまでの構造の組み立て方法が使用できる。
【００３６】
したがって、以下には、ルーフパネルをアルミニウム合金製パネルとした場合の、好ましい組み立て態様について、図1 あるいは図2 のG-G 線断面図である図3 を用いて説明する。なお、この図3 によって、片側のルーフサイドレール1aの組み立て方法のみを説明するが、もう片方のルーフサイドレール1bの組み立て方法も同様である。
【００３７】
図3 において、アルミニウム合金製のルーフサイドレール1aは、アルミニウム合金製ルーフパネル4 のフランジ部 (側縁部)4a 、鋼製のサイドパネルアウタ2a、鋼製のサイドパネルインナ3aなどと一体に接合されている。
【００３８】
より具体的に、先ず、ルーフサイドレール1aは、その車体側の縦壁9 においてサイドパネルアウタ2aの上端部5aと、セルフピアシングリベットや通常のリベット17などを介して一体に接合されている。このアウタパネル2aの上端部との接合は、上記縦壁9 に直接接合する他、縦壁9 を上方に張り出したようなフランジを設け (図示せず) 、このフランジとアウタパネル2aの上端部6aとを同様に接合するようにしても良い。
【００３９】
更に、接合用のフランジとして、ルーフサイドレール1aは、ルーフパネル4 側 (車体内側) に張り出したフランジ7 と、サイドパネルアウタ2a側 (車体外側) とに各々張り出したフランジ8 とを、中空形材の長手方向に一体に設けている。フランジ7 はアルミニウム合金製ルーフパネル4 のフランジ部 (側縁部)4a 、サイドパネルインナ3aの上端部6aと、セルフピアシングリベットや通常のリベット12などを介して一体に接合されている。また、フランジ8 はサイドパネルアウタ2aの下端部5bや、サイドパネルインナ3aの下端部6bと、セルフピアシングリベットや通常のリベット17などを介して一体に接合されている。
【００４０】
これら接合用のフランジ7 、8 の形状や長さ、あるいは張り出す位置や角度などは、車体デザインや設計条件に合わせて、適宜の形状が選択される。
【００４１】
また、上記した接合用のフランジ7 、8 の接合は、上記した機械的な接合以外に、溶接接合 (スポット溶接等) しても良く、これら接合方法を適宜組み合わせても良い。
【００４２】
更に、上記態様において、サイドパネルインナ3a( あるいは3b) を設けずに、ルーフサイドパネルを、サイドパネルアウタ2a、2bのみとし、ルーフサイドレール1a、1bをサイドパネルインナ3a、3bの代わりとするような態様も可能である。その方が、車体上部構造が軽量化される。但し、車体衝突時に乗員の頭部保護などのために、図3 のように、サイドパネルインナ3a、3bを設けても良い。
【００４３】
ここにおいて、ルーフパネルをアルミニウム合金製とした場合、鋼製のルーフサイドパネルとでは、線膨張係数が違う。これによって、車体が加熱された際に、ルーフパネルと、鋼製のルーフサイドパネルとでは、膨張量が異なって、アルミニウム合金ルーフパネル側に大きなひずみが生じる場合がある。このため、車体前後方向に延在するルーフパネル4 のフランジ部4aの固定部分に生じる面ひずみ量が大きくなって、ルーフパネル4 のフランジ部4aと、車体の両側にて前後方向に延在するサイドパネルアウタ2a、2bとの取り付け部に、口開き部分が生じるなどの変形が起こってしまう場合がある。
【００４４】
これに対して、図3 などで示した上記実施態様のように、ルーフサイドレール1a、1bをアルミニウム合金製中空形材から構成し、アルミニウム合金同士のルーフパネル4 とルーフサイドレール1a、1bとを接合することで、互いの線膨張率を同じとする。これによって、上記鋼材との線膨張率の違いによって、座屈強度が低いアルミニウム合金ルーフパネル側に大きなひずみが生じるのを抑制して、ルーフパネル4 のフランジ部4aの取り付け部に、口開き部分が生じるなどの変形が起こるのを防止できる効果がある。
【００４５】
アルミニウム合金同士のルーフパネル4 のフランジ部4aと、ルーフサイドレール1aのフランジ7 との接合は、直接か、図3 で示すような水密シール用の樹脂層13を介して接合するようにする。このルーフパネル1 の取付部には、更に、水密シール用のシーラー（シール用樹脂材）14や、外装部材15が設置される。この場合、上記水密シール用の中間樹脂層13やシーラー14は、前記した面ひずみを抑制するために、熱硬化型樹脂ではなく、熱発泡型樹脂あるいはマスチック接着剤からなる比較剪断強度の低い樹脂を用いることが好ましい。
【００４６】
また、上記実施態様では、車体の外側に、アルミニウム合金同士のルーフパネル4(フランジ4a) とルーフサイドレール1a、1b (フランジ7)との接合がくるので、車体の外側が鋼−アルミの異材接合となる場合に比して、電食の問題が軽減される効果もある。この結果、上記水密シール用の樹脂層などの厚みや種類を軽減できる効果も有する。
【００４７】
本発明において、ルーフサイドレール1a、1bにおける、ルーフパネル相当部分c 以外の、車体前側のf 部や、車体後部のb 部における、他の車体部材との接合の態様は、車体設計に応じて、従来と同じ接合構造が選択される。
【００４８】
本発明に用いられるルーフサイドレールやルーフパネルとしての要求特性を満足するアルミニウム合金としては、通常、この種構造部材用途に汎用される、AA乃至JIS 5000系、6000系、7000系等の耐力の比較的高い汎用合金であって、T4、T5、T6、T7などの調質処理 (熱処理) されたアルミニウム合金から適宜選択して用いられる。そして、ルーフサイドレール用の中空形材は、これらアルミニウム合金の熱間押出による押出中空形材とすることが、中空材の断面形状が自由に選択できる点で好ましい。但し、これらのアルミニウム合金の圧延板を中空状に成形および接合部を溶接接合した中空材なども用いて良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、自動車上部車体構造をアルミニウム合金材と鋼材との複合構造とした場合に、軽量化を犠牲にせずに、自動車上部車体構造を上記ロールオーバー対策などに向けて、高強度化および高ＥＡ量化、高剛性化させることができる。このため、自動車の種類に依らず、共通して、走行安定性や操縦性を増すことができ、車体自体の軽量化を促進でき、アルミニウム合金材の用途も一層拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施態様を示す、自動車車体の斜視図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】図１または図２のＧ−Ｇ線断面図である。
【図４】従来のルーフサイドレールの配置を示す断面図である。
【図５】図４のＨ−Ｈ線断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
A : 自動車車体A 、1a、1b: ルーフサイドレール、
2a、2b: サイドパネルアウタ、3a、3b: サイドパネルインナ、
4:ルーフ、5a、5b: フランジ、6a、6b: フランジ、7 、8:フランジ、
【図１】
2005231410.tif 000003
【図２】
2005231410.tif 000004
【図３】
2005231410.tif 000005
【図４】
2005231410.tif 000006
【図５】
2005231410.tif 000007