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図面 (7)

課題

自動車積雪強度の評価試験を、簡易にかつ精度良く評価可能な試験方法を提供する。

解決手段

自動車の積雪強度簡易試験方法は、評価対象ルーフパネルと同寸若しくはそのルーフパネルを縮小した形状のルーフモデル1を用意し、そのルーフモデル1の外周部を土台2に固定した状態で、上記ルーフモデル1表面に上側から等分布荷重負荷し、上記負荷による上記ルーフモデル1の変形量を測定する。

概要

背景

自動車用パネル部品には、アウターと呼ばれる外板部品フロアダッシュロアなどの内板部品とがある。この自動車用パネル部品は、投影面積が広い部品群である。このため、自動車用パネル部品は、板厚の低減による軽量化量が、他の骨格系部品と比較しても格段に大きい。その中でもルーフパネル部品は、大きな投影面積を持つことから、薄板化による軽量化の効果が特に大きい。
ルーフパネル部品は、特にバンミニバンなどの車両において軽量化の効果が大きな部品である。また、優れた操安性や走りの楽しさの志向から、車体の低重心化が要求される傾向にあるため、車両上部にあるルーフ軽量化のニーズは特に高い。

一方、ルーフの要求性能の一つに積雪強度がある。自動車屋外走行あるいは屋外で駐停車している際に、ルーフパネルに積雪し、その荷重でルーフパネルが反転してしまう場合がある。積雪強度とは、積雪の重みでルーフパネルが反転してしまい、パネルが元に戻らず永久変形を起こしてしまうことを防ぐために必要な強度のことである。この積雪強度は、ルーフパネルにのみ要求される特別な性能である。積雪強度は、強度という名称であるが、パネルの反転(バックリング)に関わるため、剛性一種と考えてよい。

但し季節を問わずに、自動車に対し実際に積雪させて試験を行うためには、降雪機が必要であり、また、低温保持が可能な大型空間が必要となる。さらに評価のために実際に車両を試作する必要もある。ここで、積雪の代用として、等分布荷重をルーフパネルの表面全面に負荷するには水圧負荷や土砂などを乗せるやり方が考えられる。しかし、このような負荷方法では、ルーフパネルの面積が広いことから、等分布荷重を実現することが現実的には困難である。

従来、自動車用パネル部品の強度・剛性試験としては、例えば特許文献1や2に記載の技術がある。特許文献1には、金属パネル圧子で押し込む張り剛性評価試験に関する技術が記載されている。また、特許文献2には、曲率急峻変化部(アウターパネルに付与されたキャラクターラインビード等の部分)におけるデント評価の方法について開示されている。しかしながら、これらは、いずれも荷重が局所的に負荷される場合であり、人が指や手でパネルを押したときの張り剛性及び耐デント性の評価に関するものである。このような評価は、積雪強度のようにパネル全面に等分布荷重が負荷される試験での評価ではなく、相対的に人が触ることの少ないルーフパネルでは重要視されない性能である。

また、ルーフパネル性能に関する試験としては、特許文献3及び特許文献4にて開示されている降雹試験がある。特に欧米では、降雹による自動車用パネル部品(ルーフやフード等)の変形発生が問題となっている。しかし、評価対象の範囲が、積雪強度と同様にルーフパネル全体であるものの、負荷される荷重として、雹が1個1個、個別にルーフパネルに当たる状態を模擬した荷重条件である。このため、降雹試験も、局所的に荷重を負荷する試験形態である。

現状、ルーフ積雪強度の評価試験は、車両そのものを1台試作し、そのルーフパネルの表面に順番重りを載せて順次荷重を負荷していくやり方で行われている。しかしながら、ルーフパネルの表面に対し、重りで部分的に順次負荷していく場合、その過程においては、ルーフパネルの表面全面に対し、等分布荷重ではなく偏った荷重分布負荷状態となってしまう。このため、このような試験では、積雪強度の評価精度が不十分であると考えられる。

概要

自動車の積雪強度の評価試験を、簡易にかつ精度良く評価可能な試験方法を提供する。自動車の積雪強度簡易試験方法は、評価対象のルーフパネルと同寸若しくはそのルーフパネルを縮小した形状のルーフモデル1を用意し、そのルーフモデル1の外周部を土台2に固定した状態で、上記ルーフモデル1表面に上側から等分布荷重を負荷し、上記負荷による上記ルーフモデル1の変形量を測定する。

目的

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、自動車の積雪強度を、簡易にかつ精度良く評価可能な試験方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

評価対象ルーフパネルと同寸若しくはそのルーフパネルを縮小した形状のルーフモデルを用意し、そのルーフモデルの外周部を土台に固定した状態で、上記ルーフモデル表面に上側から等分布荷重負荷し、上記負荷による上記ルーフモデルの変形量を測定することを特徴とする自動車積雪強度簡易試験方法

請求項2

上記等分布荷重の負荷は、上記ルーフモデルの上に、ルーフモデルと同等の形状を有するゴムシートパネルを載せることで実施し、ゴムシートパネルを順次重ねることで、上記負荷する等分布荷重を変更することを特徴とする請求項1に記載した自動車の積雪強度簡易試験方法。

請求項3

上記土台として、上記ルーフパネルを支え自動車ボディの上部部分を構成するアッパーボディのモデルであるアッパーモデルを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した自動車の積雪強度簡易試験方法。

請求項4

上記ルーフモデルは、上記ルーフパネルを縮小した形状であり、上記アッパーモデルは3次元プリンターで作製され、上記ルーフモデルを評価対象のルーフパネルと同じ金属材料で作製することを特徴とする請求項3に記載した自動車の積雪強度簡易試験方法。

技術分野

0001

本発明は、自動車積雪強度評価簡易試験方法に関する。

背景技術

0002

自動車用パネル部品には、アウターと呼ばれる外板部品フロアダッシュロアなどの内板部品とがある。この自動車用パネル部品は、投影面積が広い部品群である。このため、自動車用パネル部品は、板厚の低減による軽量化量が、他の骨格系部品と比較しても格段に大きい。その中でもルーフパネル部品は、大きな投影面積を持つことから、薄板化による軽量化の効果が特に大きい。
ルーフパネル部品は、特にバンミニバンなどの車両において軽量化の効果が大きな部品である。また、優れた操安性や走りの楽しさの志向から、車体の低重心化が要求される傾向にあるため、車両上部にあるルーフ軽量化のニーズは特に高い。

0003

一方、ルーフの要求性能の一つに積雪強度がある。自動車が屋外走行あるいは屋外で駐停車している際に、ルーフパネルに積雪し、その荷重でルーフパネルが反転してしまう場合がある。積雪強度とは、積雪の重みでルーフパネルが反転してしまい、パネルが元に戻らず永久変形を起こしてしまうことを防ぐために必要な強度のことである。この積雪強度は、ルーフパネルにのみ要求される特別な性能である。積雪強度は、強度という名称であるが、パネルの反転(バックリング)に関わるため、剛性一種と考えてよい。

0004

但し季節を問わずに、自動車に対し実際に積雪させて試験を行うためには、降雪機が必要であり、また、低温保持が可能な大型空間が必要となる。さらに評価のために実際に車両を試作する必要もある。ここで、積雪の代用として、等分布荷重をルーフパネルの表面全面に負荷するには水圧負荷や土砂などを乗せるやり方が考えられる。しかし、このような負荷方法では、ルーフパネルの面積が広いことから、等分布荷重を実現することが現実的には困難である。

0005

従来、自動車用パネル部品の強度・剛性試験としては、例えば特許文献1や2に記載の技術がある。特許文献1には、金属パネル圧子で押し込む張り剛性評価試験に関する技術が記載されている。また、特許文献2には、曲率急峻変化部(アウターパネルに付与されたキャラクターラインビード等の部分)におけるデント評価の方法について開示されている。しかしながら、これらは、いずれも荷重が局所的に負荷される場合であり、人が指や手でパネルを押したときの張り剛性及び耐デント性の評価に関するものである。このような評価は、積雪強度のようにパネル全面に等分布荷重が負荷される試験での評価ではなく、相対的に人が触ることの少ないルーフパネルでは重要視されない性能である。

0006

また、ルーフパネル性能に関する試験としては、特許文献3及び特許文献4にて開示されている降雹試験がある。特に欧米では、降雹による自動車用パネル部品(ルーフやフード等)の変形発生が問題となっている。しかし、評価対象の範囲が、積雪強度と同様にルーフパネル全体であるものの、負荷される荷重として、雹が1個1個、個別にルーフパネルに当たる状態を模擬した荷重条件である。このため、降雹試験も、局所的に荷重を負荷する試験形態である。

0007

現状、ルーフ積雪強度の評価試験は、車両そのものを1台試作し、そのルーフパネルの表面に順番重りを載せて順次荷重を負荷していくやり方で行われている。しかしながら、ルーフパネルの表面に対し、重りで部分的に順次負荷していく場合、その過程においては、ルーフパネルの表面全面に対し、等分布荷重ではなく偏った荷重分布負荷状態となってしまう。このため、このような試験では、積雪強度の評価精度が不十分であると考えられる。

先行技術

0008

特許第5024152号公報
特許第5919782号公報
特開2010−197098号公報
特開2011−75307号公報

発明が解決しようとする課題

0009

本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、自動車の積雪強度を、簡易にかつ精度良く評価可能な試験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

0010

評価対象の実車縮小したミニチュアモデルを作成して積雪強度の評価試験を行うことも考えられる。しかし、単純に実車の数分の一縮小モデルミニカーを作る場合、部品点数分の金型作製が必要となり、また溶接機ミニチュア化が必要になってしまう。そして、このような工数投資車種開発ごとに実施することは、現実的ではない。
そこで、発明者は、実車での試験を忠実再現することなく、部品構造やルーフパネルの意匠形状なども考慮した積雪強度対策の効果有無を定性的に検証が出来る方法を考えた。そして、発明者は、車体の上部部分(アッパーボディ)を評価用土台」と解釈し、その土台(アッパーボディ)を剛体塊として作製し、その上に、別製作したルーフパネル(ルーフアウターパネル)のモデルを乗せて評価に供することを考案した。

0011

すなわち課題を解決するために、本発明の一態様の自動車の積雪強度簡易試験方法は、評価対象のルーフパネルと同寸若しくはそのルーフパネルを縮小した形状のルーフモデルを用意し、そのルーフモデルの外周部を土台に固定した状態で、上記ルーフモデル表面に上側から等分布荷重を負荷し、上記負荷による上記ルーフモデルの変形量を測定することを要旨とする。
ルーフモデルは、モデルの作製や等分布荷重負荷の実現を考慮すると、ルーフパネルを縮小したミニチュア形状であることが好ましい。
上記等分布荷重の負荷は、等分布荷重負荷の実現を考慮すると、軟質製のゴムシートパネルを使用することが好ましい。

発明の効果

0012

本発明の一態様によれば、簡便なルーフパネル周りのモデルを使用することで、コストや工数を抑え、簡易に積雪強度の評価を行うことが可能となる。その結果、積雪に対する対策効果の検証が簡単に行えるため、より効果的な部品設計が可能となる。
特に、ルーフパネルをミニチュア化したルーフモデルを採用した場合には、等分布荷重を負荷する面積が小さくなり、よりルーフモデルに等分布荷重を負荷しやすくなると共に、試験で使用する作業空間を小さくすることが出来る。

図面の簡単な説明

0013

ルーフモデルの例を示す図である。
土台の例を示す図である。
土台の拘束例を示す図である。
ルーフモデルのがたつき防止策の例を示す図である。
重りとしてのゴムシートパネルを積載した例を示す図である。
変位積雪荷重の関係を示す図である。

0014

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態の評価方法は、ルーフモデルと、ルーフモデルを拘束する土台と、ルーフモデルの板厚方向の変位(変形量)を測定する変位計と、等分布荷重を実現する重りと、を有する。
<ルーフモデル>
ルーフモデル1は、図1に示すような、評価する実車で使用する予定のルーフパネルを模したモデルである。
ルーフモデル1は、ルーフパネルと同寸形状のモデルでも良いが、ルーフパネルを縮尺(縮小)したミニチュア形状のモデルが好ましい。

0015

以下の説明では、ルーフモデル1として、ルーフパネルを縮小したミニチュア形状のモデルを使用する場合を例に挙げて説明する。
縮小サイズは、縮尺が大きいほど評価精度が上がると思われるが、評価のしやすさを考えると縮尺が小さい方が好ましい。このような観点から、平面視で、例えば1/5〜1/15の縮尺に設定する。なお、縮尺が大きいとは、縮小の度合いが小さいことを指す。
以下の説明では、平面視での縮尺として1/10を採用する場合を例にして説明する。

0016

ここで、ルーフモデル1は、平面視での寸法の縮小と共に生じるサイズ影響を低減するため、できるだけ寸法の縮小に合わせた薄い板厚にすることが好ましい。ただし、例えばルーフモデル1をヤング率の低い樹脂で作製したりすると、合わせ部の剛性が確保出来ず、必要な試験が出来ない場合もある。そのため、ルーフモデル1の材質は、実車のルーフアウターパネルと同じ材質(鉄やアルミの金属)若しくは同様なヤング率を有する材料を使用することが有効である。

0017

但し、実車のルーフアウターパネルと同じ材質(鉄やアルミの金属)を採用しても、縮尺を小さくするほど、板厚の縮尺として、平面視での縮尺と同じ縮尺を採用すると、板厚が薄くなりすぎて剛性が確保出来ずに、評価に適さない場合がある。このような場合には、平面視での縮尺に対し、相対的に板厚の縮尺を大きく、つまり板厚を相対的に厚く設定する。
板厚の縮尺を大きく設定しても、評価基準も同様な板厚に設定することで、積雪強度の評価を精度良く行うことが可能である。

0018

<土台>
土台は、ルーフモデル1の外周を固定して、ルーフモデル1をがたつきなく拘束する部品である。ルーフパネルと車体のアッパーボディとは、通常溶接によって接合させるため、ルーフモデル1の外周は、土台にがたつき等がないように固定することが好ましい。
土台2は、例えば、図2に示すように、車体ボディの上側部分であるアッパーボディを、ルーフモデル1の縮尺と同寸に縮尺した形状からなるアッパーモデルを採用する。但し、アッパーモデルの材質は、アッパーボディと同じ材質とする必要はない。アッパーモデルは樹脂製であっても良い。

0019

アッパーモデルは、例えば3次元プリンターで作製したり、プレス成形で作製したりすればよい。
3次元プリンターを使用した場合、精度良くアッパーモデルを作製することが出来る。3次元プリンターで作製する場合、例えばアッパーモデルを樹脂製とする。
ここで、土台2とルーフモデル1との合わせ部分は、がたつき等がないことが好ましい。そのため、土台2のルーフモデル1との合わせ部は、形状に所定以上の再現精度が要求される。したがって、土台2については、3次元プリンターで「塊」として作製することが有効である。材質は金属でも樹脂でも構わないが、土台2の機能を発揮するために、剛性を高める必要がある。ヤング率が低い樹脂の場合は、梁を入れるなどの構造対策を施して、曲げ剛性ねじり剛性を向上させることが有効である。

0020

アッパーモデルからなる土台2は、プレス成形で作製しても良い。サイズが小さいため小型の金型製作のみで済み、ZAS型などの安価な金型の適用でも問題ない。
なお、土台2とルーフモデル1との拘束(接合)は、ルーフモデル1が横ずれしないことが確保出来れば、図3図4に示すように、機械的なクランプテープ接着剤などを使用しても良い。図3は、土台2の外周に拘束装置3を配置して、土台2の変形を抑える例である。図4は、テープ5で仮止めした例である。

0021

<変位計>
変位計4は、ルーフモデル1の下方に配置されて、ルーフモデル1の板厚方向の変位(変形量)を接触又は非接触で測定する。図3には、変位計4が、接触変位計4である場合を例示している。
変位計4は、グリッドを付与した光学的な手法などで3次元形状測定する装置でも構わない。
変位計4の測定位置は、例えばCAEなどのシミュレーション解析で、変位が相対的に大きな部分に設定する。変位計4を2台以上設定して、複数箇所の変位を測定するようにしても良い。

0022

<重り>
本実施形態の重りは、平面視で、ルーフモデル1と同等の形状であって、ルーフモデル1と同等の面積を有する複数枚のゴムシートパネルからなる。同等とは、ゴムシートパネルで、例えばルーフモデル1の面積の80%以上好ましくは95%以上覆える大きさとする。
このゴムシートパネル6を、図5のように、ルーフモデル1の上に積層することで、負荷する等分布荷重を簡便に変更することが出来る。
ゴムシートパネル6は、ルーフモデル1の表面形状になじむように変形して、出来るだけ等分布荷重の負荷となることが好ましい。例えば、ゴムシートパネル6として、ゴムシートパネル6の材質を軟質の材料にしたり、板厚が薄いゴムシートパネル6を採用したりする。特に、ゴムシートパネル6は、ルーフモデル1の表面形状との密着度を稼ぐためには、少なくとも一番下のゴムシートパネル6に、軟質のゴム材を採用することが好ましい。
このようなゴムシートパネル6を複数枚用意し、順次載せて負荷荷重を変更していく。そして、積層したゴムシートパネル6の重量と枚数で、現時点の負荷荷重が決定される。

0023

<動作その他>
ルーフモデル1の外周を土台2に固定して拘束する。そして、ルーフモデル1の上にゴムシートパネル6を積層するたびなどに、変位計4でルーフモデル1の下方への変位量を変位計4で測定する。
これによって、負荷される等分布荷重とパネルの変位量との関係を取得する。
そして、例えば、負荷される等分布荷重とパネルの変位量との関係の基準となる評価基準と、測定した上記関係とを比較して、ベースとなる基準に対し積雪荷重に対する変位量が小さくなったか否かによって、積雪強度が向上したか評価する。

0024

評価基準のルーフモデル1は、評価するルーフモデル1と同じ縮尺で同じ板厚のモデルを使用して取得する。例えば、現行車のルーフパネルから評価基準のルーフモデル1を作製する。評価基準は、CAEなどの解析によって決定しても良い。
なお、一度、評価基準のデータを決定すれば、その評価基準との比較によって、積雪強度が向上度合いを評価することが出来る。
本実施形態によれば、ミニチュア化した簡易的な積雪強度試験モデルを使用する。

0025

従来では、積雪強度対策の効果の検証をするために、自動車そのものを試作しないと精度良く積雪強度評価が出来なかったが、本実施形態にあっては、コストや工数を少なく、手軽に積雪強度評価が可能となる。その結果、対策効果の検証が簡単に行えるため、より効果的な部品設計が可能になる。なお、実車からの縮小率は特に限定されない。もっとも、3次元プリンターで土台2を作製する場合には、土台2の作製サイズの制約に依存するので、ルーフモデル1の寸法は、500mm×500mm以下のサイズが好ましい。

0026

また本実施形態では、実車試験を忠実に再現することではなく、部品構造やルーフパネル周りの意匠などを考慮しつつ、積雪強度対策の効果の有無を定性的に検証が出来る。すなわち、本実施形態では、車体部分(アッパーボディ)は評価用「土台」と解釈し、土台2(アッパーボディ)を剛体塊として作製し、その上に別製作したルーフアウターパネルのミニチュアモデルを乗せて評価することで、簡便に評価可能となる。

0027

次に、本実施形態に基づく実施例について説明する。
ルーフモデル1を、実車のルーフパネルの1/10サイズに、プレス成形にて作製した。ルーフモデル1の材質は、ルーフアウターと同じ材質(鉄製)とした。本実施例では、ルーフモデル1として、板厚が0.3mmのルーフモデルAと、板厚が0.5mmのルーフモデルBとの2水準のモデルを作製した。なおルーフモデル1の形状は、図1の形状とした。
実車でのアッパーボディの1/10サイズの形状を土台2に設定し、土台2を3次元プリンターで作製した。土台2は樹脂製とした。
そして、図3のように、土台2の外周側面を、アルミフレームで作製した架台上に固定して剛性を稼いだ。また、底側からルーフモデル1の下面に当たるように接触式の変位計4を設定した。これにより、試験中はゴムシートパネルで隠れてしまうルーフモデル1の
変形を測定出来るようになる。

0028

その後、図4に示すように、土台2にルーフモデル1を取付け、ルーフモデル1の横ずれ防止のために、ルーフモデル1を土台2にテープで仮止めをした。
ここで、ルーフモデル1の表面と同等の大きさに切り取ったゴムシートパネル6(1枚当たり220g)を複数枚用意しておく。
そして、図5のように、土台2に固定されたルーフモデル1の上に、ゴムシートパネル6を順次重ねることで等分布での荷重負荷を増やしていった。またゴムシートパネル6を積層するたびに変位計4でルーフモデル1の板厚方向への変位を測定した。

0029

測定結果図6に示す。図6に示す測定結果は、ルーフモデル1の変位と積雪荷重(ゴムシートによる等分布負荷荷重)の関係である。
図6から分かるように、板厚が0.5mmのルーフモデルBの方が、板厚が0.3mmのルーフモデルAよりも剛性が高い結果となっており、本発明に基づく積雪荷重の評価が、正当に評価出来ていることが分かる。ここで、ルーフモデルAとルーフモデルBとは板厚を除き同一形状、同一素材のパネルである。

実施例

0030

ここで、図6中、Cは、ルーフモデルBと同一寸法で同一材料から構成されているが、形状が、ルーフモデルBと異なり、幅方向平坦板材からなるルーフモデル(板厚:0.5mm)の場合である。
ルーフモデルCのようなモデルによって取得したルーフモデル1の変位と積雪荷重を評価基準として、積雪強度の向上度合いを基準として評価すればよい。
なお、同一形状のルーフモデル1であっても、ルーフモデル1の材質を変更することでも積雪強度は変化する。

0031

1ルーフモデル
2土台
3拘束装置
4変位計
6ゴムシートパネル

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