(57)【要約】【課題】自動車用パネル部品の張り剛性と軽量化とを効果的に両立させることにある。【解決手段】自動車用パネル部品の張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内の領域の板厚をその領域以外の部位の板厚よりも厚くして張り剛性を向上させることを特徴とする自動車用パネル部品の設計方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用パネル部品の張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内の領域の板厚をその領域以外の部位の板厚よりも厚くして張り剛性を向上させることを特徴とする自動車用パネル部品の設計方法。
【請求項２】
前記自動車用パネル部品の張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲をＣＡＥで求めることを特徴とする、請求項１記載の自動車用パネル部品の設計方法。
【請求項３】
前記板厚を厚くする領域の形状を、パネルの撓みが優先的に成長する方向を長手方向にした矩形状とすることを特徴とする、請求項１または２記載の自動車用パネル部品の設計方法。
【請求項４】
前記板厚を厚くする領域の形状を、パネルの撓みが優先的に成長する方向を長手方向にした楕円形もしくは長円形状とすることを特徴とする、請求項１または２記載の自動車用パネル部品の設計方法。
【請求項５】
板厚が全面で均一の場合に張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内の領域の板厚がその領域以外の部位の板厚よりも厚くされて、板厚が全面で均一のものより張り剛性が向上していることを特徴とする自動車用パネル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドアやトランクリッド、エンジンフード等の自動車用パネル部品の設計方法およびその方法を用いて設計された自動車用パネル部品に関し、特には、裏側に補強部品を配置できないようなパネル部品や、全面的に板厚を上げると軽量化を阻害するようなルーフパネルやサイドパネル等の大きなパネル部品に用いて好適な設計方法およびその方法を用いて設計されたパネル部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用パネル部品とは、アウターと呼ばれる外板部品と、フロアやダッシュロアなどの内板部品のことであり、投影面積が広い部品群である。そのため、板厚の低減による軽量化量は他の骨格系部品と比較して格段に大きい。パネル部品は一般に緩く広い曲面を持つため、張り剛性と呼ばれる、パネル面の剛性性能が要求される。この性能が不足すると、外板部品では洗車時のワックス掛けの際にベコベコする感覚が生じたりするため、自動車ユーザーへの印象を損ない、内板部品でも走行中に力が加わるたびにポコポコ音がするため、ユーザーに不安な印象を与えることがある。このためパネル面の剛性は、自動車メーカーでは重要視される性能である。
【０００３】
自動車のパネル部品設計においては、広いパネル面の中でもある一部分のみ張り剛性を上げたいという場合もあり、このような場合に、従来は特許文献１および特許文献２にて開示されるように、パネル裏面に熱硬化型の樹脂シートを貼りつけ、それを塗装焼付けの熱で硬化させて、その貼付部分のみ張り剛性を上げる手法が採られてきた。しかしながらこの方法は、樹脂シートを人手で貼り付ける手間がかかることや、自動車製造工程で剥がれ落ちて不具合の要因になることがあり、硬化後に水分を吸収して鋼板の錆の原因になることもあって、自動車メーカーでは使用が減少する傾向にある。
【０００４】
また、パネルの薄板化が進むことにより、樹脂シートの熱硬化時の収縮が起因となる、面ヒケと呼ばれるアウターパネルの外観上の不具合が発生しやすくなり、パネル軽量化の障害となることもある。
【０００５】
一方、骨格部品では、部分的に板厚を上げる手法が提示されている。特許文献３にはロッカーアウターの板厚をフロント側のみ厚くする方法が開示されている。また特許文献４にはフロア補強部を段階的に差厚化する方法が開示されている。ただし、これらは自動車の前面衝突や側面衝突に対し有効な部分の板厚を厚くまたは薄くする考え方であり、パネルの張り剛性を向上させるものではない。
【０００６】
パネル部品では特許文献５で開示されているように、フード部品のインナーパネルに差厚部分を設けている。これは、ヒンジ補強部やロック補強部に相当する部位の板厚を上げることで、それら補強部品を削減することができるというものである。補強部は部品の内部にあり、開閉時の耐久性を高める他、フード部品を閉めるときの補強の役割があるが、これも張り剛性を向上させるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３２５６９１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３５２６号公報
【特許文献３】特開２０００−０８５６３３号公報
【特許文献４】特開２００６−２９０２９４号公報
【特許文献５】特開２０１１−２１３２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
張り剛性を向上させるためには、板厚を部分的に厚くする差厚鋼板の適用が有効であるが、板厚を上げる範囲をどのように考えて設計するかについては、上記特許文献５には開示されていない。特に外板部品は車のデザインがそのまま部品形状となっているため、車種が変わるごとにその板厚を上げる範囲も変わることが考えられる。
【０００９】
本発明は、自動車のデザインに影響されず、パネルの張り剛性から板厚を上げる範囲を決定するパネル部品の設計方法および、その方法で設計されたパネル部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
張り剛性は、ある１点に荷重が加わったときのパネルの変位（撓み）で表現される。荷重の上昇と共に撓みが成長（拡大）する。この撓みの成長挙動は、パネルの形状（外板部品なら自動車のデザイン）および境界条件（拘束点までの距離や拘束の強さ等）に支配される。
【００１１】
上述の点に着目してなされた本発明の自動車用パネル部品の設計方法は、自動車用パネル部品の張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内に位置する領域の板厚をその領域以外の部位の板厚よりも厚くして張り剛性を向上させることを特徴とするものであり、好ましくは、パネルへの荷重負荷時の撓みの成長挙動に着目し、撓みの生じる範囲内で、より成長が進む方向に優先的に板厚を厚くすることで、パネル全面の板厚を上げることなく効果的に張り剛性を向上させるものである。
【００１２】
また、上記の設計方法で設計された本発明の自動車用パネル部品は、板厚が全面で均一の場合に張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内の領域の板厚がその領域以外の部位の板厚よりも厚くされて、板厚が全面で均一のものより張り剛性が向上していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の自動車用パネル部品の設計方法および自動車用パネル部品によれば、パネル部品全体の板厚を上げる必要がなく、部分的に板厚を上げることで張り剛性を向上させ得ることから、外板のパネル部品、特にルーフアウターやサイドアウターのような１枚で１０ｋｇ以上も重量があるパネル部品への適用は軽量化に非常に効果的である。もちろん内板の張り剛性が要求される部品にも適用可能であるため、自動車用パネル部品の張り剛性と軽量化とを効果的に両立させることができる。
【００１４】
なお、本発明の自動車用パネル部品の設計方法においては、前記自動車用パネル部品の張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲をＣＡＥ解析で求めることとしても良い。このようにすれば、張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲を正確かつ容易に求めることができる。
【００１５】
また、本発明の自動車用パネル部品の設計方法においては、前記板厚を厚くする領域の形状を、パネルの撓みが優先的に成長する方向を長手方向にした矩形状とするか、または、パネルの撓みが優先的に成長する方向を長手方向にした楕円形もしくは長円形状としても良い。このようにすれば、板厚を厚くする領域を容易に設定することができる。
【００１６】
この板厚を厚くする領域は、例えば所定荷重による押圧で撓みが発生する範囲内すなわち、張り剛性が最も弱い部位を内側に含む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲内に収まるものであれば足り、その領域の具体的な形状や他の部位との板厚差は、求められる軽量化と張り剛性とに応じて適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の自動車用パネル部品の設計方法の一実施形態において、アウターパネルを模した張り剛性調査用カマボコ状パネルモデルに対し張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲を求めるために荷重を負荷する方法を示す説明図である。
【図２】上記張り剛性調査用カマボコ状パネルモデルの荷重負荷時の撓みの程度と分布状態とを示す説明図である。
【図３】上記実施形態の設計方法における板厚検討内容を示す説明図であり、（ａ）は、板厚を全面０．５０ｍｍとしたパネルＡ、（ｂ）は、板厚を全面０．６５ｍｍとしたパネルＢ、（ｃ）は、板厚を中央部だけｘ方向に延在する長方形状に０．６５ｍｍとし、残りの部分では０．５ｍｍとしたパネルＣ、（ｄ）は、板厚を全幅に亘りｘ方向に延在する長方形状に０．６５ｍｍとし、残りの部分では０．５ｍｍとしたパネルＤ、（ｅ）は、板厚を中央部だけｙ方向に延在する長方形状に０．６５ｍｍとし、残りの部分では０．５ｍｍとしたパネルＥ、（ｆ）は、板厚を全長に亘りｙ方向に延在する長方形状に０．６５ｍｍとし、残りの部分では０．５ｍｍとしたパネルＦをそれぞれ示している。
【図４】上記パネルＡ〜Ｆの各々について図１に示す方法で荷重を負荷した場合の荷重と変位（撓み）の関係を示す関係線図である。
【図５】図４に示す関係線図において撓み３ｍｍ時点の荷重をパネル重量で割った重量比剛性を各パネルについて示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。本発明の一実施形態によれば、先ず、張り剛性が弱い部位に荷重を負荷したときの、自動車用パネル部品のパネルの撓む範囲を観察する。この撓む範囲は、実験で観察しても、ＣＡＥ（コンピュータ支援解析）による変位コンター図で観察しても、どちらでも構わない。次いで、その観察の結果から、撓みが優先的に成長する方向を見出し、その方向を長軸とする例えば矩形または楕円形もしくは長円形の領域で板厚を上げ、その範囲外の部位との板厚差をつける。
【００１９】
板厚を上げて板厚差をつける領域は、ブランクの端や中央など、位置は限定されない。板厚差をつける方法も、レーザー溶接やスポット溶接で板をその延在方向や厚み方向に溶接する方法、圧延で板厚を制御する方法、研削で周囲を薄くして相対的に所定領域の板厚を厚くする方法など、特に問わない。
【００２０】
但し、外板部品の場合は、ユーザーの目にふれる部分であるため、差厚境界の段差がはっきり見えると外観品質を損なうことが考えられる。そのため、板厚を連続的に徐変できる方法、圧延やプレス成形による方法が有効と考えられる。板厚を上げる面積や具体的な形状は、撓みの発生範囲に収まるものであれば特に問わない。
【００２１】
（実施例）
図１は、本発明の自動車用パネル部品の設計方法の一実施形態において、アウターパネルを模した張り剛性調査用カマボコ状パネルモデルに対し張り剛性が最も弱い部位およびその部位を囲む張り剛性が同程度に弱い部位の範囲を求めるために荷重を負荷する方法を示す説明図であり、この方法では、アウターパネルを模した、投影が３００ｍｍ角の正方形の、カマボコ状（部分円筒状）のパネルモデルをＣＡＥ（コンピュータ支援解析）で創生する。
【００２２】
このパネルモデルは、自動車の外板の一般的な曲率半径である曲率半径（Ｒ）１２００ｍｍが一方向（例えば車体上下方向）についたもので、その方向に対する直交方向（例えば車体前後方向）については平坦である。板厚（ｔ）は全面で０．６５ｍｍとし、パネルモデルの中央部に鋼製の半径５０ｍｍの半球からなる圧子をパネル面に垂直に押し当て、深さ方向（Ｚ方向）に圧子を変位させる解析を、通常の有限要素法（ＦＥＭ）を用いて行なった。図２は、この解析時の、変位３ｍｍ時点のパネルの撓みの分布状態を示す変位コンター図であり、撓みは曲率の無いフラットな方向（図では左右方向）に扁平して成長することが分かる。
【００２３】
次に図３に示すように、板厚を全面で０．５０ｍｍに薄くしたケースＡを基点とし、さらに板厚が全面で０．６５ｍｍの元のケースＢ、撓み成長方向を長軸として板厚を上げた本実施形態の実施例としてのケースＣ，Ｄ、同じ面積で撓み成長方向に対する直交方向を長軸として板厚を上げたケースＥ，Ｆの各ケースについて、同様にして解析を行なった。なお、ケースＣ，Ｅでは１５０ｍｍ×５０ｍｍの領域で板厚を上げ、ケースＤ，Ｆでは３００ｍｍ×１００ｍｍの領域で板厚を０．６５ｍｍとし、それらの領域以外の部分では何れも板厚を０．５０ｍｍに薄くしている。
【００２４】
図４は、その解析結果に基づく圧子の荷重変位曲線を示す。荷重変位曲線は、同一変位で見たときに荷重が高いほうが張り剛性が優れていると評価をする。この解析結果からすると、部分的に板厚を上げたケースＣ〜ケースＦは全て、全面０．５０ｍｍのケースＡと全面０．６５ｍｍのケースＢとの間の性能を示すが、板厚を上げた厚板化領域の面積が同じ同士のケースＣとケースＥ、ケースＤとケースＦでそれぞれ比較すると、厚板化領域の長軸を撓み成長方向に合わせた実施例のケースＣ，Ｄの方が、厚板化領域の長軸を撓み成長方向と直交する方向に合わせたケースＥ，Ｆよりも張り剛性が高いことが分かる。
【００２５】
さらに、各ケースについて撓み３ｍｍ時点の荷重をパネル重量で割った値である重量比剛性を求めた結果を図５に示す。この結果は、上記実施形態に基づくケースＣ，Ｄが重量面で効率良く張り剛性を向上させることができることを示している。
【００２６】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、所要に応じて特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、上記実施形態では厚板化領域の形状を矩形状としたが、これに代えて例えば楕円形や長円形（長方形の両短辺を半円に変えたもの）状としても良い。
【００２７】
また、上記実施形態ではパネルモデルの形状をカマボコ状（部分円筒状）としたが、これに代えて例えば一方向だけでなくそれと直交する方向にもその一方向と異なる曲率半径を持つ凸曲面状（部分紡錘形状）としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
かくして本発明の自動車用パネル部品の設計方法および自動車用パネル部品によれば、パネル部品全体の板厚を上げる必要がなく、部分的に板厚を上げることで張り剛性を向上させ得ることから、自動車用パネル部品の張り剛性と軽量化とを効果的に両立させることができる。
【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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