(57)【要約】【課題】製造要件を満たすと共に、断面二次モーメントを低減するようにした一次共振を抑制するためのオフセットマスを備えたフロントヘッダ構造を提供する。【解決手段】自動車の車体における左右のフロントピラー上端の間で、フロントガラスの上縁を支持するようにルーフパネル前縁の下側に配置したフロントヘッダ本体１１と、フロントヘッダ本体１１の車幅方向中央付近の上面に取り付けフロントガラスの一次共振を低下させるオフセットマス１２とを備え、フロントヘッダ本体の底面を、少なくともオフセットマス取付領域１１ａにおいて後方に向かって下方に傾斜するように形成し、オフセットマスの下面を、フロントヘッダ本体の底面の傾斜に対応して形成するように、フロントヘッダ構造１０を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車体における左右のフロントピラー上端の間で、フロントガラスの上縁を支持するようにルーフパネル前縁の下側に配置されたフロントヘッダ本体と、このフロントヘッダ本体の車幅方向中央付近の上面に取り付けられフロントガラスの一次共振を低下させるオフセットマスと、を含むフロントヘッダ構造であって、
上記フロントヘッダ本体の底面が、少なくともオフセットマス取付領域において、後方に向かって下方に傾斜するように形成されていて、
上記オフセットマスの下面が、フロントヘッダ本体の底面の傾斜に対応して形成されていることを特徴とする、フロントヘッダ構造。
【請求項２】
前記フロントヘッダ本体が、その後縁に沿って上方に立ち上がるフランジ部を備えていると共に、このフランジ部が、車幅方向中央付近に切欠部を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のフロントヘッダ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のフロントガラスの上縁を支持するフロントヘッダに関し、フロントガラスの一次共振を低下させるための重心オフセットマスを備えたフロントヘッダ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車のフロントガラス（ウィンドシールドガラス）は、図８に示すように構成されている。図８において、フロントガラス１は、自動車の車体２に対して、その上縁１ａがフロントヘッダ部３により支持され、またその下縁１ｂがカウル部４により支持されている。
ここで、自動車のフロントガラス１は、自動車の走行時の振動によって共振し、この共振（バウンス共振）が車内こもり音の発生に大きく寄与することが知られている。このようなこもり音の低周波帯域では、フロントヘッダ部３の一次共振を制御して、例えばフロントガラスのバウンス共振を４０Ｈｚ以下に抑制することによって、こもり音を改善することができる。
【０００３】
このフロントガラスのバウンス共振は、フロントガラス１の上縁１ａを支持するフロントヘッダ部３にオフセットマスを付加して、フロントヘッダ部３の一次共振を制御することにより抑制され得ることが知られている。
【０００４】
ところで、このような共振に関しては、振動理論に基づいて、Ｆを共振周波数，Ｋを剛性，Ｍを質量としたとき、
Ｆ＝（Ｋ／Ｍ）1/2／２π                        ・・・（１）
の関係がある。
従って、共振周波数Ｆを低下するためには、フロントヘッダの剛性Ｋを減少させることが有効である。これに対して、同じ共振周波数Ｆを得るためには、より少ない質量Ｍで済むことが明らかである。
【０００５】
従来、図１０に示すようなフロントヘッダ構造５が採用されている。図１０において、フロントヘッダ構造５は、左右のフロントピラー上縁の間の領域でフロントガラス（図示せず）の上縁を支持するように構成されている。フロントヘッダ構造５は、自動車の車幅方向に延びるフロントヘッダ本体６と、このフロントヘッダ本体６の車幅方向中央付近に取り付けられたオフセットマス７と、から構成されている。
【０００６】
フロントヘッダ本体６は、金属パネルから構成されており、全体としてほぼ板状に形成されている。また、フロントヘッダ本体６は、図１１及び図１２に示すように、その車幅方向中央付近に、オフセットマス７を取り付けるための領域６ａを備えている。
【０００７】
このオフセットマス取付領域６ａは、前側にオフセットマス７を取り付けるための上方に突出した固定台６ｂを有していると共に、この固定台６ｂ付近から後縁までの範囲に亘って、段部６ｃを介して一段低くなった平坦部６ｄを有している。これにより、フロントヘッダ本体６のオフセットマス取付領域６ａに取り付けられたオフセットマス７の平坦な下面がフロントヘッダ本体６の平坦部６ｄの上面との間に製造要件で必要とされる間隙Ｄ１（図１３参照）を確保することができる。
【０００８】
さらに、フロントヘッダ本体６は、図１３に示すように、ルーフパネル８の前縁の下側に配置されたとき、フロントヘッダ本体６のオフセットマス取付領域６ａに取り付けられたオフセットマス７の上面がルーフパネル８の下面との間に製造要件で必要とされる間隙Ｄ２を画成する。
【０００９】
また、フロントヘッダ本体６は、図１３に示すように、その前縁から上方に立ち上がった縦壁６ｅを備えており、この縦壁６ｅの上端がルーフパネル８に対向している。
これに対して、フロントヘッダ本体６は、同様に図１３に示すように、前述した間隙Ｄ１及びＤ２を確保するために、その後縁からルーフパネル８の下面付近まで上方に立ち上がったフランジ６ｆを備えている。
【００１０】
オフセットマス７は全体が扁平な直方体状に形成されている。また、その下面が平坦であると共に、上面の前縁付近が切り欠かれることにより、肉薄部７ａを有している。この肉薄部７ａは、図示の場合、左右に並んだ二つの取付孔７ｂを有しており、この取付孔７ｂに固定ボルト（図示せず）を挿通することにより、フロントヘッダ本体６の固定台６ｂに対して螺着される。
【００１１】
このような構成のフロントヘッダ構造５によれば、フロントヘッダ本体６のオフセットマス取付領域６ａ内で、その固定台６ｂに対して図示しない固定ボルトによりオフセットマス７が取り付けられることによって、フロントヘッダ本体６の質量が見かけ上増大したことになる。従って、振動理論に基づいて、前述した式（１）により、共振周波数Ｆが低くなるので、容易に一次共振周波数Ｆを例えば４０Ｈｚ以下に抑制することができる。
【００１２】
これに対して、特許文献１には、フロントウィンドウの上縁を支持するヘッダ部と下縁を支持するカウル部が、それぞれ二次モードの振動を逆位相で生じて、対角モードで振動するように、それぞれ二次の共振周波数が設定されているウィンドシールドガラスの支持構造が開示されている。
また、特許文献２には、ウィンドシールドガラスの上縁支持部及び下縁支持部の一次曲げ共振周波数の間に、車室の車両前後方向における一次共鳴周波数が収まるようにして、ガラス上下方向に位相差を生じさせ、ウィンドシールドガラス自体の振動により発音相殺することにより、車内こもり音を低減させるようにした、ウィンドシールドガラス支持構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１３７３２７号公報
【特許文献２】特開２００７−１０６３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図１０に示したフロントヘッダ構造５においては、オフセットマス７の下面が平坦であることから、オフセットマス７をフロントヘッダ本体６の固定台６ｂ上に取り付けて、オフセットマス７の下面とフロントヘッダ本体６の底面との間に前述した間隙Ｄ２を確保するためには、フロントヘッダ本体６の底面に段部６ｃを介して一段低い平坦部６ｄを設ける必要がある。このため、フロントヘッダ本体６の縦壁６ｅの高さｈ１が比較的高くなってしまう。
【００１４】
他方、オフセットマス７の上面とルーフパネル８との間の間隙Ｄ１を確保するためには、フロントヘッダ本体６の前縁から立ち上がる縦壁６eが必要である。これにより、フロントヘッダ本体６は、その前縁の縦壁６eの高さｈ２と、前述した後縁のフランジ６ｆの高さｈ１により、図１４に概念的に示すように、オフセットマス７の断面積Ｓ１が大きくなるので、その断面二次モーメントｍも大きくなってしまう。
【００１５】
ここで、フロントヘッダ部３の共振に関しては、断面二次モーメントをｍ，フロントヘッダ質量をＭ１，オフセットマス重量をＭ２としたとき、Ｋ＝フロントヘッダ剛性＝断面二次モーメントｍ，Ｍ＝フロントヘッダ質量Ｍ１＋オフセットマス重量Ｍ２であるので、上述した式（１）は、
Ｆ＝（ｍ／（Ｍ１＋Ｍ２））1/2／２π            ・・・（２）
となる。
【００１６】
従って、共振周波数Ｆを低下するためには、フロントヘッダの剛性Ｋそして断面二次モーメントｍを減少させることが有効である。他方、同じ共振周波数Ｆを得るためには、断面二次モーメントｍを減少させることによって、より少ない質量Ｍ、即ちオフセットマス質量Ｍ２で済むことが明らかである。さらに、断面二次モーメントｍを減少させることによって、従来より少ないオフセットマス質量Ｍ２により、共振周波数Ｆを低下させることも可能である。
【００１７】
しかしながら、上述したフロントヘッダ構造５においては、フロントヘッダ本体６の剛性を低くすることが困難である。従って、一次共振周波数Ｆを低くするためには、フロントヘッダ質量Ｍ（＝Ｍ１＋Ｍ２）、即ちオフセットマス７の質量Ｍ２を重くする必要がある。このため、フロントヘッダ構造５全体が重くなってしまうことから、自動車の燃費改善の観点からの総重量の低減という要請に反することになる。
【００１８】
これに対して、特許文献１によるウィンドシールドガラスの支持構造においては、ヘッダ部及びカウル部における二次共振周波数を制御することにより、ウィンドシールドガラスの二次モードの共振を低減することはできるが、一次共振については、考慮されていない。
【００１９】
また、特許文献２によるウィンドシールドガラス支持構造においては、上縁支持部と下縁支持部の一次曲げ共振周波数の差を生じさせている。この場合、共振周波数の制御は、下縁支持部に調整マスを設けることにより行なわれ、この調整マスによる重量増加は僅かで済む。しかしながら、このようなウィンドシールドガラス支持構造においては、車幅方向の一次共鳴周波数を低く抑制することは考慮されていない。
【００２０】
本発明は、以上の点に鑑み、製造要件を満たすと共に、断面二次モーメントを低減するようにしたオフセットマス付きのフロントヘッダ構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は、本発明によれば、自動車の車体における左右のフロントピラー上端の間で、フロントガラスの上縁を支持するようにルーフパネル前縁の下側に配置されたフロントヘッダ本体と、このフロントヘッダ本体の車幅方向中央付近の上面に取り付けられフロントガラスの一次共振を低下させるオフセットマスとを含むフロントヘッダ構造であって、フロントヘッダ本体の底面が、少なくともオフセットマス取付領域において、後方に向かって下方に傾斜するように形成されていて、オフセットマスの下面が、フロントヘッダ本体の底面の傾斜に対応して形成されていることで達成される。
【００２２】
本発明によるフロントヘッダ構造は、好ましくは、フロントヘッダ本体が、その後縁に沿って上方に立ち上がるフランジ部を備えていると共に、このフランジ部が車幅方向中央付近に切欠部を備えている。
【発明の効果】
【００２３】
上記構成によれば、フロントヘッダ本体のオフセットマス取付領域に対してオフセットマスが取り付けられることによって、オフセットマスの質量分だけフロントヘッダ本体の質量が見かけ上増大したことになる。従って、振動理論に基づいて、一次共振の共振周波数が低くなるので、容易に共振周波数Ｆを例えば４０Ｈｚ以下に抑制することができる。
【００２４】
また、フロントヘッダ本体のオフセットマス取付領域において、その底面が後方に向かって下方に傾斜していると共に、この傾斜に対応して、オフセットマスの下面が形成されている。これにより、オフセットマスの上下に製造要件で必要とされる間隙を確保しても、オフセットマスそしてフロントヘッダ本体が前側領域において、その上方のルーフパネルに対してより接近して配置される。従って、フロントヘッダ本体の前縁から上方に立ち上がる縦壁の高さが縮小されあるいは縦壁が省略され得るので、断面二次モーメントが低減される。
【００２５】
このようにして、フロントヘッダ本体の剛性が低減されることになるので、振動理論に基づいて、一次共振周波数が低く抑制されると共に、同じ一次共振周波数であれば、フロントヘッダ全体の質量そしてオフセットマスの質量を低減することが可能である。これにより、より軽量のオフセットマスを使用して、フロントヘッダの一次共振周波数を低くすることができ、自動車の総重量の低減にも寄与することができる。
【００２６】
フロントヘッダ本体が、その後縁に沿って上方に立ち上がるフランジ部を備えていると共に、このフランジ部の車幅方向中央付近が、切欠部を備えている場合には、この切欠部の存在によって、断面二次モーメントが低減されるので、フロントヘッダ本体の剛性が低減される。従って、一次共振周波数がより一層低く抑制されると共に、同じ一次共振周波数であれば、フロントヘッダ全体の質量そしてオフセットマスの質量をさらに低減することが可能である。
【００２７】
このように、本発明によれば、一次共振を抑制するためのオフセットマスを備えていても、製造要件を満たすと共に、断面二次モーメントを低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図中のＦｒは車両前方を、Ｕｐは車両上方を、ＲＨは車幅方向であって右方を示す。
図１及び図２は、本発明によるフロントヘッダ構造の一実施形態の構成を示している。フロントヘッダ構造１０は、左右のフロントピラー上縁の間の領域でフロントガラス（図示せず）の上縁を支持するように構成されている。
【００２９】
フロントヘッダ構造１０は、自動車の車幅方向に延びるフロントヘッダ本体１１と、このフロントヘッダ本体１１の車幅方向中央付近に取り付けられたオフセットマス１２と、から構成されている。
【００３０】
フロントヘッダ本体１１は、金属パネルから構成されており、全体としてほぼ板状に形成されている。また、フロントヘッダ本体１１は、図２及び図３に示すように、その車幅方向中央付近に、オフセットマス１２を取り付けるための領域１１ａを備えている。
【００３１】
このオフセットマス取付領域１１ａは、前側にオフセットマス１２を取り付けるための上方に突出した固定台１１ｂを有していると共に、この固定台１１ｂ付近から後縁までの範囲に亘って、後方に向かって下方に傾斜した傾斜部１１ｃを有している。これにより、フロントヘッダ本体１１のオフセットマス取付領域１１ａに取り付けられたオフセットマス１２の下面がフロントヘッダ本体１１の傾斜部１１ｃの上面との間に製造要件で必要とされる間隙Ｄ１（図４参照）を確保することができる。
【００３２】
さらに、フロントヘッダ本体１１は、図４に示すように、ルーフパネル１３の前縁の下側に配置されたとき、フロントヘッダ本体１１のオフセットマス取付領域１１ａに取り付けられたオフセットマス１２の上面がルーフパネル１３の下面との間に製造要件で必要とされる間隙Ｄ２を画成する。
【００３３】
また、フロントヘッダ本体１１は、図４に示すように、その前縁が自動車の前方に向かって延びた延長部１１ｄを備えており、この延長部１１ｄがルーフパネル１３の前端部１３ａに対向している。
これに対して、フロントヘッダ本体１１は、同様に図４に示すように、前述した間隙Ｄ１及びＤ２を確保するために、その後縁からルーフパネル１３に向かって上方に立ち上がったフランジ１１ｅを備えている。このフランジ１１ｅは、図２に示すように、車幅方向中央付近において、切欠部１１ｆを備えている。フロントヘッダ本体１１は、この切欠部１１ｆの存在によって、断面二次モーメントが低減されている。
【００３４】
オフセットマス１２は、金属等の重量のある素材から構成されており、全体が扁平な直方体状に形成されている。また、その上面が平坦であると共に、下面の前縁付近が切り欠かれることにより、肉薄部１２ａを有している。この肉薄部１２ａは、図示の場合、左右に並んだ二つの取付孔１２ｂを有しており、この取付孔１２ｂに固定ボルト（図示せず）を挿通することにより、フロントヘッダ本体１１の固定台１１ｂに対して螺着される。
【００３５】
また、オフセットマス１２は、その下面が、この取付孔１２ｂの後方から後縁までの範囲に亘って、前述したフロントヘッダ本体１１の下方の傾斜部１１ｃの傾斜に対応して、前述した間隙Ｄ１を画成するように形成されている。図示の場合には、オフセットマス１２の下面は、後方に向かって下方に傾斜した傾斜部１２ｃと、この傾斜部１２ｃの後方の平坦部１２ｄと、を有している。
【００３６】
本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０は以上のように構成されており、フロントヘッダ本体１１のオフセットマス取付領域１１ａ内で、その固定台１１ｂに対して図示しない固定ボルトでオフセットマス１２が取り付けられることによって、フロントヘッダ本体１１の質量がオフセットマス１２の質量分だけ見かけ上増大したことになる。従って、振動理論に基づいて、一次共振周波数が低くなるので、容易に一次共振周波数を例えば４０Ｈｚ以下に抑制することができる。
【００３７】
この場合、フロントヘッダ本体１１の底面が傾斜部１１ｃを有しており、オフセットマス１２の下面がこの傾斜部１１ｃの傾斜に対応して形成されている。これにより、オフセットマス１２の下面とフロントヘッダ本体１１の底面との間に、製造要件により必要とされる間隙Ｄ１が確保され得ると共に、フロントヘッダ本体１１の前縁には、従来のような縦壁が不要である。
【００３８】
また、フロントヘッダ本体１１の後縁から上方に立ち上がるフランジ１１ｅが切欠部１１ｆを備えている。切欠部１１ｆを設けたことで、フロントヘッダ本体１１の前縁に縦壁がないことと相まって、図５に概念的に示すように、オフセットマス１２の断面積Ｓ２が小さく、その断面二次モーメントも小さくなる。これにより、フロントヘッダ本体１１の剛性が低減されるので、一次共振周波数が低く抑制されると共に、同じ一次共振周波数であれば、フロントヘッダ本体１１そしてオフセットマス１２が軽量に構成される。
【００３９】
次に、上述した本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０と図１０に示した従来のフロントヘッダ構造５におけるフロントガラスバウンス共振と車内こもり音のシミュレーション結果について図６及び図７に示す。図６及び図７において、符号Ｘは本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０における関係、そして符号Ｙは従来のフロントヘッダ構造５における関係を示す。
【００４０】
図６は、（Ａ）位相と共振周波数との関係、そして（Ｂ）振動と共振周波数との関係をそれぞれ示している。図６（Ａ）において、従来のフロントヘッダ構造５は、位相１８０度、即ち逆位相となる上限の周波数が４０Ｈｚ以上であるが、本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０においては、この周波数は４０Ｈｚ以下であることが分かる。
また、図６（Ｂ）においては、従来のフロントヘッダ構造５と比較して、本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０においては、振動のピークが約６Ｈｚ低く、４０Ｈｚ以下と低くなっていることが分かる。
【００４１】
図７においては、４０Ｈｚ付近の周波数における車内こもり音に関して、従来のフロントヘッダ構造５と比較して、本発明の実施形態によるフロントヘッダ構造１０では、４０Ｈｚ付近における車内こもり音が低減している。これにより、車内こもり音が改善されることが分かる。
【００４２】
このようにして、例えば振動ピークを６Ｈｚ低くして車内こもり音を改善するためには、従来のフロントヘッダ構造５においては、質量６３０ｇのオフセットマスが必要であったのに対して、本発明によるフロントヘッダ構造１０によれば、オフセットマス１２の質量は、例えば４８５ｇまで約１５０ｇだけ低減される。従って、従来よりも軽量のオフセットマスを使用して、フロントヘッダの一次共振、そしてフロントガラスのバウンス共振を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、フロントヘッダ本体１１は、ルーフパネル１３の全幅に対して、その一部分に設けられているが、これに限らず、ルーフパネル１３の全幅に亘って設けられていてもよい。
【００４４】
また、フロントヘッダ本体１１には、その後縁から立ち上がるフランジ１１ｅに切欠部１１ｆが設けられているが、フロントヘッダ本体１１の前縁に縦壁を備えないことで、フロントヘッダ本体１１の断面二次モーメントが十分に低減されていれば、この切欠部１１ｆは省略されてもよい。
【００４５】
以上のように、本発明によれば、製造要件を満たすと共に、断面二次モーメントを低減するようにしたオフセットマス付きの極めて優れたフロントヘッダ構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるフロントヘッダ構造の一実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１のフロントヘッダ構造の要部を示す斜め前方から見た概略斜視図である。
【図３】図１のフロントヘッダ構造の要部を示す斜め後方から見た概略斜視図である。
【図４】図１のフロントヘッダ構造の使用状態における要部断面図である。
【図５】図１のフロントヘッダ構造におけるオフセットマスの断面積を示す要部断面図である。
【図６】図１のフロントヘッダ構造におけるフロントガラスバウンス共振のシミュレーション結果を示しており、（Ａ）は位相と共振周波数との関係を示すグラフ、（Ｂ）は振動と共振周波数との関係を示すグラフである。
【図７】図１のフロントヘッダ構造におけるシミュレーションによる車内こもり音の周波数特性を示すグラフである。
【図８】従来の自動車におけるフロントガラス周辺の構成を示す概略断面図である。
【図９】従来のフロントガラスとフロントヘッダとの関係を示す概略斜視図である。
【図１０】従来のオフセットマスを備えたフロントヘッダ構造の一例の構成を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０のフロントヘッダ構造の要部を示す斜め前方から見た概略斜視図である。
【図１２】図１０のフロントヘッダ構造の要部を示す斜め後方から見た概略斜視図である。
【図１３】図１０のフロントヘッダ構造の使用状態における要部断面図である。
【図１４】図１３の状態を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    フロントヘッダ構造
１１    フロントヘッダ本体
１１ａ  オフセットマス取付領域
１１ｂ  固定台
１１ｃ  傾斜部
１１ｄ  延長部
１１ｅ  フランジ部
１１ｆ  切欠部
１２    オフセットマス
１２ａ  肉薄部
１２ｂ  取付孔
１２ｃ  傾斜部
１２ｄ  平坦部
１３    ルーフパネル
【図１】
2009067149.tif 000003
【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】
2009067149.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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