JP2009184568A - 車体構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車体構造10は、前後のドア開口枠23,24を形成するルーフサイドレール28が、アウタパネル41の上下の外フランジ52,53にインナパネル42の上下の内フランジ56,57を溶接で接合されている。ルーフサイドレール28は、上外フランジ52に上内フランジ56が溶接で接合されて上フランジ37が形成され、上フランジ37の先端37aに第1溶接ビード45が形成されている。
【選択図】図2
Description
このサイドシルは、アウタパネルおよびインナパネル間に補強部材を介在させた状態で、アウタパネルのフランジにインナパネルのフランジが溶接で接合されて閉断面に形成されている。
また、センタピラーに車体外側から荷重がかかった場合に、サイドシルにねじりモーメントが作用することが考えられる。
さらに、補強部材を略V字断面に形成することで補強部材の剛性を高めることが可能である。
このように、アウタパネルを補強するとともに、補強部材の剛性を高めることで、サイドシルの剛性を高めることができる。
よって、サイドシルの剛性をねじりモーメントや曲げモーメントに対して高めることが可能である。
このため、ルーフサイドレールなどの他の枠骨格にも、サイドシルと同様に、比較的大きなねじりモーメントや曲げモーメントが作用することが考えられる。
よって、ルーフサイドレールなどの他の枠骨格も剛性を高める必要がある。
よって、この技術をルーフサイドレールなどの他の枠骨格に適用するためには、ルーフサイドレールなどの他の枠骨格に沿わせるとともに、略V字断面に形成した補強部材を新たに用意する必要がある。
このため、特許文献1の技術では、ドア開口枠などの開口枠部を形成する枠骨格(サイドシルやルーフサイドレールなど)の剛性を高めることは難しいとされていた。
第1溶接ビードは、枠骨格のフランジに対して所定高さに形成されている。
よって、枠骨格の断面二次モーメントを増すことができるので、曲げモーメントやねじりモーメントに対する枠骨格の剛性を高めることができる。
これにより、車体構造のドア開口枠などを形成する枠骨格に第1溶接ビードを設けるだけで、枠骨格の剛性を容易に高めることができるという利点がある。
これにより、例えば、設計の自由度を損なうことなく、枠骨格の剛性を高めることができる。
第2溶接ビードは、枠骨格のフランジに対して所定高さに形成されている。
よって、枠骨格の断面二次モーメントをさらに増すことができるので、曲げモーメントやねじりモーメントに対する枠骨格の剛性をさらに高めることができる。
これにより、車体構造のドア開口枠などを形成する枠骨格に第2溶接ビードを設けるだけで、枠骨格の剛性を容易に高めることができるという利点がある。
これにより、例えば、設計の自由度を損なうことなく、枠骨格の剛性をさらに高めることができる。
第1、第2の溶接ビードの所定高さを、枠骨格のフランジに対して1mm未満に小さくすると、第1、第2の溶接ビードの断面積が小さくなる。
そこで、第1、第2の溶接ビードの所定高さを、フランジに対して1mmを超えるように設定した。
よって、枠骨格の断面二次モーメントを増すことができるので、曲げモーメントやねじりモーメントに対する枠骨格の剛性を高めることができる。
図1は本発明に係る車体構造(第1実施の形態)を示す斜視図である。
車体構造10は、左右のフロントサイドフレーム12やサブフレーム13などで形成されたフロントボディ11と、フロントボディ11の後端下部から車体後方に向けて延出されたアンダボディ15と、アンダボディ15の左右側に設けられた左右のサイドボディ16,17と、左右のサイドボディ16,17間に設けられたルーフ19と、左右のサイドボディ16,17の後端部に渡って設けられたリヤエンドパネル21とを備えている。
前後のドア開口枠23,24は、フロントボディ11の左後端部に設けられたフロントピラー(枠骨格)26と、フロントピラー26の下端部26aから車体後方に延出されたサイドシル(枠骨格)27と、フロントピラー26の上後端部26bから車体後方に延出されたルーフサイドレール(枠骨格)28と、ルーフサイドレール28の略中央部28aからサイドシル27の略中央部27aに向けて延出されたセンタピラー(枠骨格)31と、ルーフサイドレール28およびサイドシル27の各後端部28b,27bに渡って設けられたリヤピラー(枠骨格)32とを備えている。
後ドア開口枠24は、センタピラー31と、サイドシル27の後半分部と、ルーフサイドレール28の略後半部と、リヤピラー32とで形成されている。
つぎに、ルーフサイドレール28の構成を図2〜図3に基づいて詳しく説明する。
ルーフサイドレール28は、車体外側に臨むアウタパネル41と、車体内側に臨むインナパネル42と、アウタパネル41およびインナパネル42間に介在された補強部材(スチフナ)43と、上フランジ(一方のフランジ)37に設けられた第1溶接ビード45と、下フランジ(他方のフランジ)38に設けられた第2溶接ビード46とを備えている。
下外フランジ53は、アウタパネル本体51の下端部から下方に向けるとともに、車体外側に向けて下り勾配に張り出された張出片である。
下内フランジ57は、インナパネル本体55の下端部から下方に向けるとともに、車体外側に向けて下り勾配に張り出された張出片である。
下補強フランジ63は、補強部材本体61の下端部から下方に向けるとともに、車体外側に向けて下り勾配に張り出された張出片である。
一体に接合されたフランジ52,56,62で上フランジ37が形成されている。
一体に接合されたフランジ53,57,63で下フランジ38が形成されている。
よって、ルーフサイドレール28は、アウタパネル41とインナパネル42との間に補強部材43が介在された状態で一体に閉断面に形成されている。
第1溶接ビード45は、例えば、アーク溶接で上フランジ37の先端37aとフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、上フランジ37の先端37aの表面に肉盛り状態に形成された溶接金属層である。
この第1溶接ビード45は、上フランジ37に対して所定高さHに形成されるとともに、所定幅Wに形成されている。
第2溶接ビード46は、例えば、アーク溶接で下フランジ38の先端38aとフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、下フランジ38の先端38aの表面に肉盛り状態に形成された溶接金属層である。
この第2溶接ビード46は、第1溶接ビード45と同様に、下フランジ38に対して所定高さHに形成されるとともに、所定幅Wに形成されている。
よって、ルーフサイドレール28の主要部位の断面形状を変えることなくルーフサイドレール28の剛性を高めることができる。
これにより、例えば、設計の自由度を損なうことなく、ルーフサイドレール28の剛性を高めることができる。
加えて、第1、第2の溶接ビード45,46は、所定幅Wが3mmを超えるように設定されている。
第1、第2の溶接ビード45,46の所定高さHを1mmを超えるように設定し、所定幅Wを3mmを超えるように設定した理由はつぎの通りである。
すなわち、第1、第2の溶接ビード45,46の所定高さHを1mm未満に小さくすると、第1、第2の溶接ビード45,46の断面積が小さくなる。
同様に、第1、第2の溶接ビード45,46の所定幅Wを3mm未満に小さくすると、第1、第2の溶接ビード45,46の断面積が小さくなる。
そこで、第1、第2の溶接ビード45,46の所定高さHを1mmを超えるように設定し、かつ、所定幅Wを3mmを超えるように設定して、ルーフサイドレール28の断面二次モーメントを増すようにした。
このように、第1、第2の溶接ビード45,46を中立軸線X1−X1に対して比較的大きく離すことで、第1、第2の溶接ビード45,46の断面二次モーメントを大きく確保することができる。
よって、ルーフサイドレール28の断面二次モーメントを一層増すことができる。
これにより、ルーフサイドレール28に第1、第2の溶接ビード45,46を設けるだけで、ルーフサイドレール28の剛性を容易に高めることができる。
一方、ねじりモーメントについて考えるとき、軸心G1に対する断面二次モーメントを用いる。
軸心G1に対する断面二次モーメントも、第1、第2の溶接ビード45,46を軸心G1から比較的大きく離すことで一層増すことができる。
図4は第1実施の形態に係るルーフサイドレールに曲げモーメントが作用した例を示す説明図である。
ルーフサイドレール28は略中央部28aがセンタピラー31で支持されている。
また、フロントピラーは、アッパピラー部35の前端部35aがロアピラー部34で支持されている。
そして、アッパピラー部35は、後端部(すなわち、上後端部26b)がルーフサイドレール28の前端部28cに一体に連結されている。
よって、アッパピラー部35は、ルーフサイドレール28と同様に断面二次モーメントを増して、曲げモーメントに対する剛性を高めることができる。
断面二次モーメントIは、中立軸線X1−X1(図2参照)に対する断面二次モーメントである。
ルーフサイドレール28に曲げモーメントM1が作用する。
M1=F1×L3
ルーフサイドレール28に曲げモーメントM1が作用することで、前端部28cの下辺(図2に示す第2溶接ビード46側の辺)に引張応力σ1が作用し、前端部28cの上辺(図2に示す第1溶接ビード45側の辺)に引張応力σ2が作用する。
σ1=M1/Z1
但し:Z1=I/e1(e1は図2参照)
σ2=M1/Z2
但し:Z2=I/e2(e2は図2参照)
これにより、ルーフサイドレール28が曲げモーメントM1で変性することを抑えることができる。
すなわち、曲げモーメントM1に対するルーフサイドレール28の剛性を高めることができる。
(a)はセンタピラー31に荷重F2が作用した例を示し、(b)はロアピラー部34に荷重F3が作用した例を示す。
なお、(a),(b)においては、ルーフサイドレール28およびアッパピラー部35に作用するねじりモーメントの理解を容易にするために、ルーフサイドレール28およびアッパピラー部35の断面二次モーメントIPを同じとして説明する。
断面二次モーメントIPは、軸心G1(図2参照)に対する断面二次モーメントである。
ルーフサイドレール28の略中央部28aにねじりモーメントT1が作用する。
T1=F2×L4
略中央部28aにねじりモーメントT1が作用することで、せん断応力τ1が作用する。
τ1=T1/ZP
但し:ZP=IP/ρ1(ρ1:軸心G1(図2参照)から任意点までの半径)
これにより、ルーフサイドレール28およびアッパピラー部35がねじりモーメントT1で変性することを抑えることができる。
すなわち、ねじりモーメントT1に対するルーフサイドレール28およびアッパピラー部35の剛性を高めることができる。
アッパピラー部35の前端部35aにねじりモーメントT2が作用する。
T2=F3×L5
前端部35aにねじりモーメントT2が作用することで、せん断応力τ2が作用する。
τ2=T2/ZP
但し:ZP=IP/ρ1(ρ1:軸心(図2参照)から任意点までの半径)
これにより、ルーフサイドレール28およびアッパピラー部35がねじりモーメントT2で変性することを抑えることができる。
すなわち、ねじりモーメントT2に対するルーフサイドレール28およびアッパピラー部35の剛性を高めることができる。
縦軸は枠骨格の剛性増加率(%)を示し、横軸は曲げモーメント、ねじりモーメントを示す。
なお、図2に示すルーフサイドレール28のアウタパネル41、インナパネル42および補強部材43の板厚を4.8mmとした。また、アッパピラー部35のアウタパネル、およびインナパネルおよび補強部材(図示せず)の板厚を3.6mmとした。
さらに、図2に示すルーフサイドレール28に設けた第1、第2の溶接ビード45,46の所定高さHを1mm、第1、第2の溶接ビード45,46の所定幅Wを3mmとした。
そして、ルーフサイドレール28やアッパピラー部35を、第1、第2の溶接ビード45,46を備えていない従来のルーフサイドレールやアッパピラー部の剛性と比較した。
ここで、前述したように、ルーフサイドレール28の各パネルの板厚を4.8mm、アッパピラー部35の各パネルの板厚を3.6mm、第1、第2の溶接ビードの所定高さHを1mm、所定幅Wを3mmとした。
ここで、前述したように、ルーフサイドレール28の各パネルの板厚を4.8mm、アッパピラー部35の各パネルの板厚を3.6mm、第1、第2の溶接ビードの所定高さHを1mm、所定幅Wを3mmとした。
ここで、前述したように、ルーフサイドレール28の各パネルの板厚を4.8mm、アッパピラー部35の各パネルの板厚を3.6mm、第1、第2の溶接ビードの所定高さHを1mm、所定幅Wを3mmとした。
例えば、第1、第2の溶接ビード45,46の所定幅Wを6mmとすることで、図6に示すグラフG1,G2,G3と比較して剛性を一層高めることができる。
以下、サイドシル27の構成を図7に基づいて詳しく説明する。
サイドシル27は、車体外側に臨むアウタパネル71と、車体内側に臨むインナパネル72と、アウタパネル71およびインナパネル72間に介在された補強部材(スチフナ)73と、上フランジ(一方のフランジ)67に設けられた第1溶接ビード75と、下フランジ(他方のフランジ)68に設けられた第2溶接ビード76とを備えている。
下外フランジ83は、アウタパネル本体81の下端部から下方に向けて張り出された張出片である。
下内フランジ87は、インナパネル本体85の下端部から下方に向けて張り出された張出片である。
下補強フランジ93は、補強部材本体91の下端部から下方に向けて張り出された張出片である。
アウタパネル71の下外フランジ83およびインナパネル72の下内フランジ87間に補強部材73の下補強フランジ93が挟持された状態でスポット溶接されることで、それぞれのフランジ83,87,93が下フランジ68に一体に接合されている。
よって、サイドシル27は、アウタパネル71とインナパネル72との間に補強部材73が介在された状態で一体に閉断面に形成されている。
第1溶接ビード75は、例えば、アーク溶接で上フランジ67の先端67aとフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、上フランジ67の先端67aの表面に肉盛り状態に形成された溶接金属層である。
この第1溶接ビード75は、上フランジ67に対して所定高さHに形成されるとともに、所定幅Wに形成されている。
第2溶接ビード76は、例えば、アーク溶接で下フランジ68の先端68aとフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、下フランジ68の先端68aの表面に肉盛り状態に形成された溶接金属層である。
この第2溶接ビード76は、第1溶接ビード75と同様に、下フランジ68に対して所定高さHに形成されるとともに、所定幅Wに形成されている。
よって、サイドシル27の主要部位の断面形状を変えることなくサイドシル27の剛性を高めることができる。
これにより、例えば、設計の自由度を損なうことなく、サイドシル27の剛性を高めることができる。
加えて、第1、第2の溶接ビード75,76は、第1、第2の溶接ビード45,46と同様に、所定幅Wが3mmを超えるように設定されている。
第1、第2の溶接ビード75,76の所定高さHを1mmを超えるように設定し、所定幅Wを3mmを超えるように設定した理由は、第1、第2の溶接ビード45,46と同じである。
このように、第1、第2の溶接ビード75,76を中立軸線X2−X2に対して比較的大きく離すことで、第1、第2の溶接ビード75,76の断面二次モーメントを大きく確保することができる。
よって、サイドシル27の断面二次モーメントを一層増すことができる。
これにより、サイドシル27に第1、第2の溶接ビード75,76を設けるだけで、サイドシル27の剛性を容易に高めることができる。
一方、ねじりモーメントについて考えるとき、軸心G2に対する断面二次モーメントを用いる。
軸心G2に対する断面二次モーメントも、第1、第2の溶接ビード75,76を軸心G2から比較的大きく離すことで一層増すことができる。
なお、図8〜図9においては、サイドシル27に作用する曲げモーメントやねじりモーメントの理解を容易にするために、サイドシル27の断面二次モーメントおよび断面係数をルーフサイドレール28と同じとして説明する。
サイドシル27は、前端部27cがロアピラー部34で支持されるとともに、略中央部27aがセンタピラー31で支持されている。
サイドシル27の前半部29に曲げモーメントM2が作用する。
M2=F4×L8
前半部29に曲げモーメントM2が作用することで、前半部29の下辺(図7に示す第2溶接ビード76側の辺)に引張応力σ3が作用し、前半部29の上辺(図7に示す第1溶接ビード75側の辺)に引張応力σ4が作用する。
但し:Z1=I/e3
I:中立軸線X2−X2(図7参照)に対する断面二次モーメント
e3:図7参照
但し:Z2=I/e4
I:中立軸線X2−X2(図7参照)に対する断面二次モーメント
e4:図7参照
これにより、サイドシル27の前半部29が曲げモーメントM2で変性することを抑えることができる。
すなわち、曲げモーメントM2に対するサイドシル27の前半部29の剛性を高めることができる。
(a)はセンタピラー31に荷重F5が作用した例を示し、(b)はロアピラー部34に荷重F6が作用した例を示す。
サイドシル27の前半部29(略中央部27a側)にねじりモーメントT3が作用する。
T3=F5×L9
サイドシル27の前半部29にねじりモーメントT3が作用することで、せん断応力τ3が作用する。
但し:ZP=IP/ρ2
IP:軸心G2(図7参照)に対する断面二次モーメント
ρ2:軸心G2(図7参照)から任意点までの半径
これにより、サイドシル27の前半部29がねじりモーメントT3で変性することを抑えることができる。
すなわち、ねじりモーメントT3に対するサイドシル27の前半部29の剛性を高めることができる。
サイドシル27の前半部29(前端部27c側)にねじりモーメントT4が作用する。
T4=F6×L10
サイドシル27の前半部29にねじりモーメントT4が作用することで、せん断応力τ4が作用する。
τ4=T4/ZP
但し:ZP=IP/ρ2
IP:軸心G2(図7参照)に対する断面二次モーメント
ρ2:軸心G2(図7参照)から任意点までの半径
これにより、サイドシル27の前半部29がねじりモーメントT4で変性することを抑えることができる。
すなわち、ねじりモーメントT4に対するサイドシル27の前半部29の剛性を高めることができる。
第2実施の形態のルーフサイドレール100は、上フランジ(一方のフランジ)101に第1溶接ビード102を設け、図示しない下フランジ(他方のフランジ)に第2溶接ビードを設けたもので、その他の構成は第1実施の形態のルーフサイドレール28と同じである。
また、補強部材43の上補強フランジ62に対してインナパネル42の上内フランジ56が間隔Sをおいて配置されている。
上側溶接ビード104は、例えば、アーク溶接でフランジ52,62の先端側とフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、フランジ52,62間にブリッジ状に渡された溶接金属層である。
下側溶接ビード105は、例えば、アーク溶接でフランジ62,56の先端側とフィラーワイヤ(溶加材)とを溶融させて、フランジ62,56間にブリッジ状に渡された溶接金属層である。
よって、上外フランジ52および上内フランジ56間に上補強フランジ62が介在された状態で、それぞれのフランジ52,56,62が第1溶接ビード102で一体に接合されている。
一体に接合したフランジ52,56,62で上フランジ101が形成されている。
そして、上フランジ101の先端101aには第1溶接ビード102が設けられている。
よって、第1溶接ビード102は、上側溶接ビード104の高さH1に下側溶接ビード105の高さH1を加えて所定高さHに形成されている。
また、上側溶接ビード104および下側溶接ビード105は、それぞれ所定幅Wに形成されている。よって、第1溶接ビード102は所定幅Wに形成されている。
また、第1、第2の溶接ビード102は、第1、第2の溶接ビード45,46と同様に、所定幅Wが3mmを超えるように設定されている。
ルーフサイドレール100の断面二次モーメントを増すことで、曲げモーメントやねじりモーメントに対するルーフサイドレール100の剛性を高めることができる。
すなわち、第2実施の形態のルーフサイドレール100によれば、第1実施の形態のルーフサイドレール28と同様の効果を得ることができる。
第3実施の形態のルーフサイドレール110は、上フランジ(一方のフランジ)101に一対の第1溶接ビード112,113を設け、図示しない下フランジ(他方のフランジ)に一対の第2溶接ビードを設けたもので、その他の構成は第2実施の形態のルーフサイドレール100と同じである。
これにより、上側先端溶接ビード114および上側中央溶接ビード115で上外フランジ52および上補強フランジ62が接合されている。
これにより、下側先端溶接ビード117および下側中央溶接ビード118で上補強フランジ62および上内フランジ56が接合されている。
また、一対の第1溶接ビード112,113のうち、他方の第1溶接ビード113が、上側中央溶接ビード115および下側中央溶接ビード118で形成されている。
一体に接合したフランジ52,56,62で上フランジ101が形成されている。
そして、上フランジ101には、先端101aに一方の第1溶接ビード112が設けられ、一方の第1溶接ビード112から所定のピッチPをおいた位置に他方の第1溶接ビード113が設けられている。
よって、一対の第1溶接ビード112,113は、それぞれ所定高さHに形成されている。
よって、一対の第1溶接ビード112,113は、それぞれ所定幅Wに形成されている。
また、一対の第1溶接ビード112,113、および一対の第2溶接ビードは、第2実施の形態の第1、第2の溶接ビード102と同様に、それぞれの所定幅Wが3mm程度に設定されている。
ルーフサイドレール110の断面二次モーメントを増すことで、曲げモーメントやねじりモーメントに対するルーフサイドレール110の剛性を一層高めることができる。
具体的には、曲げモーメントやねじりモーメントに対するルーフサイドレール110の剛性を、図6のグラフに示すG1,G2,G3と略同様まで高めることができる。
すなわち、第3実施の形態のルーフサイドレール110によれば、第2実施の形態のルーフサイドレール100と同様の効果を得ることができる。
一方のフランジのみに溶接ビードを備えた場合でも、第1〜第3の実施の形態と同様に、枠骨格の剛性を容易に高めることができる。
Claims (3)
- ドア開口枠や窓開口枠などの開口枠部を形成する枠骨格が、車体外側に臨むアウタパネルの一対の外フランジに、車体内側に臨むインナパネルの一対の内フランジを溶接で接合することにより閉断面に形成された車体構造において、
前記一対の外フランジの一方に、前記一対の内フランジの一方が溶接で接合されることで一方のフランジが形成され、
前記一方のフランジの先端に、前記一方のフランジに対して所定高さの第1溶接ビードが形成されたことを特徴とする車体構造。 - 前記一対の外フランジの他方に、前記一対の内フランジの他方が溶接で接合されることで他方のフランジが形成され、
前記他方のフランジの先端に、前記他方のフランジに対して所定高さの第2溶接ビードが形成されたことを特徴とする請求項1記載の車体構造。 - 前記第1溶接ビードの所定高さは、前記一方のフランジに対して1mmを超えるように設定され、
前記第2溶接ビードの所定高さは、前記他方のフランジに対して1mmを超えるように設定されたことを特徴とする請求項2記載の車体構造。
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