JP2876872B2 - 車体強度メンバの結合構造 - Google Patents

車体強度メンバの結合構造

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JP2876872B2 JP4500392A JP4500392A JP2876872B2 JP 2876872 B2 JP2876872 B2 JP 2876872B2 JP 4500392 A JP4500392 A JP 4500392A JP 4500392 A JP4500392 A JP 4500392A JP 2876872 B2 JP2876872 B2 JP 2876872B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動車のサイドメンバ,
サイドシル,ダッシュロアクロスメンバ等、閉断面に形
成されて車体の骨格ベースを構成する車体強度メンバの
結合構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図26,27は自動車の車体骨格構造を
示すもので、車体骨格は車体前後方向の強度メンバであ
るサイドメンバSMやサイドシルSSに、車幅方向の強
度メンバである複数本のクロスメンバCMを接合して骨
格のロアベースとし、この骨格ロアベースにフロントピ
ラーAP,リヤピラーCPを車体上下方向の強度メンバ
として立設すると共に、ルーフ骨格部材のルーフレール
RR等を接合して骨格アッパベースを構成するようにし
ている。
【0003】前述の強度メンバとして、近年、車体の軽
量化と剛性確保の両立化を目的として、アルミ軽合金材
料を用いて方形の閉断面に押出し成形したものが知られ
ている(特開昭64−67482号公報参照)。このよ
うな閉断面の押出し成形による強度メンバを用いる場合
でも、例えばサイドメンバSMのように屈曲部を有する
強度メンバに採用する場合には、屈曲部分までも一体に
押出し成形することができないため、図3にも示すよう
に真直なメンバSMFと屈曲したメンバJMに分割して
それぞれを別成形し、そして、これらメンバSMFとメ
ンバJMとを結合してサイドメンバSMを構成するよう
にしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】メンバSMFとメンバ
JMとを結合する場合、これらメンバSMF,JMの端
面同志を突き合わせ、もしくは嵌合して、これら突き合
わせ,嵌合による重合部分のパーティング部PLを溶接
するようにしている。
【0005】ところが、メンバSMF,JMの端部を単
に重合して溶接しただけでは、車両走行時にメンバSM
F,JMに入力する曲げ荷重や捩り荷重が前記パーティ
ング部PLの溶接部に剥離方向や剪断方向に作用するた
めに、強度的に不利となってしまうことは否めない。
【0006】また、車両衝突時に例えばメンバSMF
に図3の矢印で示すように衝突荷重Fが軸方向に入力し
た場合、メンバJMの他端側が下方にオフセットしてい
るために、該メンバJM結合側の端部に上向きにモーメ
ントが働き、パーティング部PLの溶接部に前述と同様
に剥離荷重として作用して、該パーティング部PL部分
から同図鎖線で示すように屈曲変形して、図4のb線で
示すように衝突エネルギー吸収量が低下してしまうこと
が考えられる。
【0007】一方、メンバの強度,剛性の向上、および
衝突時のエネルギー吸収特性の向上のために、前述のメ
ンバSMFやJMの内部に、それぞれ閉断面を複数に隔
成するリブを長手方向に一体成形することも考えられて
いるが、たとえ、メンバSMF,JMにリブを一体成形
したとしても前述の不具合は依然として払拭されず、特
に衝突時には前述の理由からリブ相互間にも衝突荷重が
軸力として作用しないために、衝突エネルギー吸収量の
大幅な増大は期待することができない。
【0008】そこで、本発明は車両衝突時の荷重をメン
バ相互に軸力として伝達させることができて、エネルギ
ー吸収特性を向上できることは勿論、曲げ荷重,捩れ荷
重に対しても十分に強度を確保することができる車体強
度メンバの結合構造を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】一方のメンバを閉断面に
押出し成形すると共に、内部に該閉断面を複数に隔成す
リブを長手方向に一体成形し、他方のメンバの端部
には、その開口を閉塞する端壁を形成して、この端壁に
前記リブの端部を挾着する挾持部を形成し、これら
リブの端部と挾持部とを嵌合した状態で、一方のメン
他方のメンバの接続端部同士を重合し、該重合部分の
相隣接する接続端に形成されるパーティング部を溶接し
てある。
【0010】
【作用】車両衝突時に一方のメンバの端部に軸方向に衝
突入力が作用すると、該一方のメンバと他方のメンバと
の結合部分では、リブの端部が挾持部に挾着されている
ため、曲げ方向に作用する荷重を挾持部から端壁の面方
向で受けて矯正し、該端壁を介して他方のメンバに軸力
として伝達させることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例をフロントサイドメン
バの結合部を例に採って図面と共に詳述する。
【0012】図1,2において、1はアルミ軽合金材料
により方形の閉断面に押出し成形したフロントサイドメ
ンバSMFのメンバ本体を示し、このメンバ本体1の内
部には、該閉断面を上下方向に隔成する横リブ2を長手
方向に一体成形してある。
【0013】メンバ本体1の接続側端部の一方の側壁3
には、横リブ2を境としてその上,下部に後述する挾持
部14を構成するフランジ14a,14bが嵌合する切
欠部7を形成してある。
【0014】8はフロントサイドメンバSMFと、図2
6,27に示すフロントサイドメンバエクステンション
SMFX,サイドシルSS,ダッシュクロスメンバCMD
とを接続するジョイントメンバJMのメンバ本体を示
し、このメンバ本体8はアルミ軽合金材料をもって、一
側を開放した開断面として鋳造又は押出し成形等で成形
してあり、内部には前記メンバ本体1の横リブ2と同一
の高さ位置に横リブ9を一体成形してあると共に、開断
面を長手方向に複数に隔成する縦リブ10を一体成形し
てある。
【0015】メンバ本体8の開放側の上下縁にはフラン
ジ11を一体成形してあって、これらフランジ11,1
1にアルミ軽合金材料からなるクロージングプレート1
2をスポット溶接により接合して、ジョイントメンバJ
Mを閉断面に形成している。
【0016】また、このメンバ本体8の端部には端壁1
3を一体成形してあり、この端壁13の略中央部には前
記一方のメンバ本体1の横リブ2の厚み寸法の間隔をお
いて一対のフランジ14a,14bを一体に突設して、
該横リブ2を挾着する挾持部14を構成している。
【0017】この実施例では前記端壁13に、挾持部1
4のフランジ14a,14bとそれぞれ連続して前記一
方のメンバ本体1の側壁4の内面に摺接する縦フランジ
15b、および上,下壁5,6の内面に摺接する横フラ
ンジ15aからなる補強フランジ15,15を一体成形
してある。
【0018】メンバ本体1とメンバ本体8は、前記横リ
ブ2を挾持部14のフランジ14a,14b間に嵌合し
て、これらフランジ14a,14b間で挾着すると共
に、補強フランジ15をメンバ本体1の側壁4および
上,下壁5,6に嵌入,内接させて、メンバ本体1の端
面をメンバ本体8の端面に突き合わせて重合し、横リブ
2も端壁13に突き合わせる。この実施例ではフロント
サイドメンバSMとサイドシルSSとを連続させるた
めにメンバ本体8の前側部が若干車幅方向に弯曲して成
形されていて、端壁13はメンバ本体1の端面に対して
非平行となっているので、横リブ2は側壁3側の部分が
端壁13と突き合わさるようになる。そして、これらメ
ンバ本体1とメンバ本体8との突き合わせた重合部分の
パーティング部PL、つまり、メンバ本体1とメンバ本
体8の相隣接する接続端に形成されるパーティング部P
を溶接すると共に、切欠部7の周縁と挾持部14のフ
ランジ14a,14bの側縁とを溶接して、横リブ2も
部分的に直接挾持部14に溶接して結合してある。
【0019】ジョイントメンバJMのメンバ本体8の他
端部にも前述と同様に端壁13と挾持部14,補強フラ
ンジ15が一体成形されていて、図26に示すサイドシ
ルSSをフロントサイドメンバSMFと同様に押出し成
形して結合するようにしてある。
【0020】このように結合されたメンバ本体1の上壁
5には図外のパワーユニットを搭載,支持するマウント
ブラケット16が接合又は締結され、また、メンバ本体
8の上側のフランジ11とクロージングプレート12と
の重合部には、図外のフロントサスペンションのストラ
ットを搭載,支持するストラットハウジング17の下端
縁部がスポット溶接により接合され、メンバ本体1,8
の結合部分を境にそれぞれ荷重入力部が形成される。
【0021】以上の実施例構造によれば、車両走行時に
ジョイントメンバJMにストラットハウジング17を介
して突き上げ方向に路面入力が作用すると、フロントサ
イドメンバSMFにはその反作用でマウントブラケット
16を介して図外のパワーユニットの荷重が下向きに動
荷重として作用するため、これらジョイントメンバJM
とフロントサイドメンバSMFとの結合部には上下方向
に曲げ荷重が作用する。
【0022】ところが、メンバ本体1の横リブ2がメン
バ本体8の挾持部14のフランジ14a,14b間に挾
着されているため、この曲げ荷重を横リブ2からメンバ
本体1の側壁3,4に縦方向に分散,負担させる一方、
挾持部14からメンバ本体8の端壁13に面方向に分
散,負担させることができ、とりわけ、この実施例では
補強フランジ15,15の縦フランジ15bでも曲げ荷
重を縦方向で受けてメンバ本体1,8に各分散,負担さ
せることができ、従って、曲げ剛性が著しく高められ
る。
【0023】また、前記結合部分に捩れ荷重が作用した
場合にも前述と略同様な荷重の分散,負担形態をとるた
め、捩れ剛性も著しく高められる。
【0024】一方、車両衝突時にフロントサイドメンバ
SMFの端部に図3に矢印で示すように衝突荷重Fが軸
方向に入力した場合、ジョイントメンバJMの後端部が
下方にオフセットしていて、該ジョイントメンバJMの
フロントサイドメンバSMFとの結合側の端部に上向き
にモーメントが発生して該結合部分に荷重が曲げ方向に
作用する傾向にあるが、前述と同様にこの曲げ方向の荷
重を挾持部14から端壁13の面方向で受けてジョイン
トメンバJMの軸力として矯正することができると共
に、メンバ本体1の横リブ2に軸方向に入力する荷重を
図3の矢印fで示すように、メンバ本体8の端壁13背
面の横リブ9に直接的に軸力として伝達することができ
て、ジョイントメンバJMで確実に反力を得ることがで
きる。
【0025】この結果、フロントサイドメンバSMF
図3の実線で示すようにその前端側からメンバ本体1,
横リブ2共に蛇腹状に適正に潰れ変形させることができ
て、図4のa線で示すように衝突エネルギー吸収量を増
大させることができる。
【0026】このフロントサイドメンバSMFの衝突時
の潰れ変形モードおよび衝突エネルギー吸収量は、メン
バ本体1内のリブ形状によって任意に調整することがで
きる。
【0027】図5,6に示す実施例は、メンバ本体1と
メンバ本体8との結合剛性を高めるために、パーティン
グ部PLを溶接するのに加えて、挾持部14のフランジ
14a,14bおよび補強フランジ15,15の横フラ
ンジ15a,15aにボルト挿通孔18を形成し、各フ
ランジ14a,14bと横フランジ15aとの間にカラ
ー19を介装し、そして、サブフレーム20の結合用の
ボルト21,ナット22を有効利用して、該ボルト21
を前記ボルト挿通孔18,カラー19を通してサブフレ
ーム20にナット22締結して、挾持部14と補強フラ
ンジ15,15とをメンバ本体1およびその横リブ2に
機械的に結合してある。このような実施例によれば、捩
れ力や剪断力をボルト21を介して確実に横リブ12に
伝達できるため、剛性を一層向上させることができる。
【0028】図7〜図12はパーティング部PLの溶接
面積を増大して接合強度を高めた場合の実施例を示して
いる。
【0029】図7,8に示す実施例は、メンバ本体1の
他方の側壁4にも切欠部7を形成する一方、メンバ本体
8の補強フランジ15,15の各縦フランジ15b,1
5bの隣接側の側縁に、挾持部14のフランジ14a,
14bの延長上に係止突起23をそれぞれ突設し、この
係止突起23を側壁4の切欠部7に係合してその周縁部
を溶接するようにしている。このような実施例によれ
ば、捩れ力を係止突起23を介して伝達することができ
るので、有効に荷重分散を図ることができる。
【0030】図9,10に示す実施例は、前記図7,8
に示した実施例の溶接に加えて、メンバ本体1の側壁
3,4の各上下縁にも切欠部7を形成する一方、メンバ
本体8の補強フランジ15,15の縦フランジ15b,
15bの各他側縁に、横フランジ15a,15aの延長
上に係止突起24をそれぞれ突設し、これら係止突起2
4も対応する切欠部7に係合してその周縁部を溶接する
ようにしている。この実施例によれば、上下の切欠部
7,7や上下の係止突起24,24を介して荷重が分散
され、剛性を向上することができると共に曲げ方向の力
に対しても補強フランジを介して伝達することができる
ため一層強度を増すことができる。
【0031】図11,12に示す実施例は、前記図7,
8に示した実施例の溶接に加えて、メンバ本体1の上壁
5および下壁6の略中央部に切欠部7を形成する一方、
メンバ本体8の補強フランジ15,15の各横フランジ
15a,15aの外面略中央部に係止突起25をそれぞ
れ突設し、これら係止突起25も前記切欠部7に係合し
てその周縁部を溶接するようにしている。この実施例で
は係止突起25により捩り力を補強フランジ15にも伝
えることができるため、捩り剛性を一層向上させること
ができる。
【0032】図13〜図15は同様の趣旨により、メン
バ本体1の横リブ2とメンバ本体8の挾持部14との接
合強度を高めるようにしたものである。
【0033】この実施例にあっては、メンバ本体1の横
リブ2をメンバ本体8の挾持部14のフランジ14a,
14b間に嵌合して、これらフランジ14a,14b間
に挾着した状態でスポットガン26によってこれら横リ
ブ2とフランジ14a,14bとをスポット溶接してい
る。
【0034】このスポットガン26によるスポット溶接
を可能とするため、本実施例ではメンバ本体8の端壁1
3を該メンバ本体8の開断面の開放側に作業空間を確保
できるように傾斜させて一体成形してある。
【0035】図16,17はメンバ本体1とメンバ本体
8との重合の異なる形態を示している。
【0036】この実施例にあっては、メンバ本体1の端
面から横リブ2を延設する一方、メンバ本体8の挾持部
14を構成するフランジ14a,14bに、それぞれ両
側の縦フランジ15b,15cと、これら両側の縦フラ
ンジ15b,15cを連結する横フランジ15aとから
なる補強フランジ15,15を一連に一体成形してあ
る。
【0037】そして、メンバ本体1の横リブ2をメンバ
本体8の挾持部14のフランジ14a,14b間に嵌
合,挾着すると共に、メンバ本体1の端面をこれらフラ
ンジ14a,14bおよび補強フランジ15,15の端
面に突き合わせて重合し、この重合部分のパーティング
部PLおよび横リブ2の側縁と補強フランジ15,15
の上下縦フランジ15c,15c間の周縁とを溶接する
ようにしてある。この実施例によれば、上下の縦フラン
ジ15cを設けることでメンバ本体8の剛性を向上する
ことができるだけでなく、この縦フランジ15cにメン
バ本体1から直接力を伝達することができるため剛性を
一層向上させることができる。
【0038】図18,19に示す実施例は、メンバ本体
8の端部に、端壁13に突設した挾持部14を囲繞し
て、メンバ本体1の端部を嵌合し得る大きさの方形のメ
ンバソケット部27を形成し、メンバ本体1の端部をこ
のメンバソケット部27に嵌合すると共に、該メンバ本
体1の横リブ2の端部を挾持部14のフランジ14a,
14b間に嵌合,挾着させ、メンバ本体1とメンバソケ
ット部27の嵌合による重合部分のパーティング部PL
を溶接するようにしてある。この実施例によれば、メン
バソケット部27の一方の縦壁をメンバ本体8のフラン
ジ11,11に連続させることができ、該フランジ1
1,11にも直接的に荷重を分散、負担させることがで
きて剛性を向上することができる。
【0039】図20,21に示す実施例は、メンバ本体
1のリブ形状を変えて、該メンバ本体1の潰れ変形モー
ド,衝突エネルギー吸収量を変更するようにしたもので
ある。
【0040】この実施例にあっては、メンバ本体1内に
横リブ2に加えて縦リブ28を長手方向に一体に押出し
成形して、メンバ本体1を格子状の閉断面に形成してあ
る。
【0041】一方、メンバ本体8の挾持部14を構成す
るフランジ14a,14b、および補強フランジ15,
15の各横フランジ15a,15aの略中央部に、前記
縦リブ28が嵌合する切欠部29を形成し、横リブ2を
挾持部14に嵌合すると共に縦リブ28をこれら切欠部
29に嵌合してメンバ本体1とメンバ本体8とを結合す
ることによって、該結合部分の曲げ剛性,捩り剛性を更
に高められると共に、メンバ本体1からメンバ本体8へ
の軸力の伝達をより効果的に行えるようにしてある。
【0042】更に、前記メンバ本体8の端壁13と、挾
持部14の各フランジ14a,14bおよび補強フラン
ジ15,15とで囲まれる空間部に、発泡樹脂,発泡金
属等の充填材30を配設して、結合部分の機械的強度,
軸力伝達性をより一層高められるようにしてある。
【0043】図22,23にジョイントメンバJMの、
フロントサイドメンバエクステンションSMF,ダッシ
ュロアクロスメンバCMDとのジョイント部JMa,JM
bの構造を示す。
【0044】これらのジョイント部JMa,JMbにあっ
てもそのメンバ本体8の端部には端壁13と、一対のフ
ランジ14a,14bからなる挾持部14、および補強
フランジ15が一体成形されている。
【0045】フロントサイドメンバエクステンションS
FXは、軽合金材料をもって押出し成形され、メンバ本
体31の内部に横リブ32を長手方向に一体成形してあ
り、ジョイント部JMaのメンバ本体8に対して、横リ
ブ32を挾持部14に嵌合すると共に、メンバ本体31
を補強フランジ15,15に外嵌して該メンバ本体8の
端面に突き合わせ、この突き合わせた重合部分のパーテ
ィング部PLを溶接するようにしている。
【0046】ダッシュロアクロスメンバCMDも軽合金
材料をもって押出し成形され、メンバ本体33の内部に
縦リブ34を長手方向に一体成形してあり、ジョイント
部JMbのメンバ本体8に対して、縦リブ34を挾持部
14に嵌合すると共に、メンバ本体33を補強フランジ
15,15に外嵌して該メンバ本体8の端面に突き合わ
せ、この突き合わせた重合部分のパーティング部PLを
溶接するようにしている。従って、これら補強フランジ
15,15等から有効にジョイント部JMa,JMbのメ
ンバ本体8に力を伝えることができて、剛性を向上する
ことができることは前述と同様である。
【0047】図24,25に真直なメンバ同志を単純に
突き合わせて結合する場合の実施例を示す。
【0048】一方のメンバMAは軽合金材料をもって押
出し成形され、方形の閉断面に形成されたメンバ本体3
5の内部に横リブ36を長手方向に一体成形してある。
【0049】他方のメンバMBは軽合金材料をもって一
側が開放した方形の開断面に鋳造又は押出し成形等によ
り成形されていて、メンバ本体40の接続側の端部には
端壁41を形成してあると共に、該端壁41に前記メン
バ本体35の横リブ36の端部を嵌合,挾着する一対の
フランジ42a,42bからなる挾持部42を一体成形
してある。
【0050】このメンバ本体40の開放側の側部は図外
のクロージングプレートを接合して閉断面に形成され
る。
【0051】メンバMAとメンバMBは、メンバ本体35
の横リブ36の端部をメンバ本体40の挾持部42に嵌
合,挾着させ、該メンバ本体35の端面を端壁41面に
突き合わせ、その重合部分のパーティング部PLおよび
メンバ本体35の側壁37,38に形成した切欠部39
と挾持部42のフランジ42a,42b端縁との周縁部
を溶接して横リブ36を直接挾持部42に接合してあ
る。
【0052】従って、この実施例にあっても前記結合部
分に曲げ荷重,捩り荷重が作用した場合、横リブ36か
らメンバ本体35の側壁37,38に縦方向に分散,負
担させる一方、挾持部42からメンバ本体40の端壁4
1に面方向に分散,負担させることができ、曲げ剛性,
捩り剛性が著しく高められる。
【0053】車両衝突時にメンバMAの端部に衝突荷重
が軸方向に入力した場合、横リブ36と挾持部42との
係合により、結合部分が上下方向に曲がり変形するのを
抑制してメンバMBに軸力として伝達することができ
る。
【0054】なお、メンバMBは両側端部の挾持部42
と共に断面口形に押出し成形し、これを所要幅に切断し
て両側の開放部をクロージングプレートで閉塞して閉断
面に形成することもできるし、内部にリブを一体成形す
ることもできる。
【0055】このような結合構造は、必要に応じて前述
のフロントサイドメンバSMF,サイドシルSS,フロ
ントサイドメンバエクステンションSMFX,ダッシュク
ロスメンバCMDの途中に採用して、衝突時の潰れ変形
モード,衝突エネルギー吸収量のコントロール手段とし
て効果的である。
【0056】なお、本発明は前記実施例の他、リヤサイ
ドメンバSMR,リヤサイドメンバSMRとサイドシルS
Sとの結合部、その他、各隣接する強度メンバ同志の結
合部に採用できることは云うまでもない。
【0057】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、一方のメ
ンバの閉断面内に長手方向に一体成形したリブの端部
を、他方のメンバの端壁に形成した挾持部に嵌合,挾着
させて、メンバ同志を重合してそのパーティング部を溶
接してあるので、これらメンバ同志の結合部分に作用す
る曲げ荷重,捩り荷重を、リブとその挾持部を介して端
壁に面方向に分散,負担させることができると共に、各
メンバ全体に分散,負担させることができて、曲げ剛
性,捩り剛性を著しく高めることができる。
【0058】また、一方のメンバ端部に軸方向に衝突入
力が作用した場合には、前記横リブと挾持部および端壁
とで、曲げ方向の荷重を矯正して他方のメンバに軸力と
して伝達することができるから、該一方のメンバを適正
に座屈変形させて衝突エネルギー吸収効果を高めること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す分解斜視図。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図。
【図3】同実施例の座屈変形状態を示すモデル図。
【図4】同実施例の座屈荷重−変位特性図。
【図5】本発明の第2実施例を示す分解斜視図。
【図6】図5のB−B線に沿う断面図。
【図7】本発明の第3実施例を示す分解斜視図。
【図8】図7のC−C線に沿う断面図。
【図9】本発明の第4実施例を示す分解斜視図。
【図10】図9のD−D線に沿う断面図。
【図11】本発明の第5実施例を示す分解斜視図。
【図12】図11のE−E線に沿う断面図。
【図13】本発明の第6実施例を示す分解斜視図。
【図14】図13のF矢視方向から見た斜視図。
【図15】同実施例の略示的平面図。
【図16】本発明の第7実施例を示す分解斜視図。
【図17】図16のG−G線に沿う断面図。
【図18】本発明の第8実施例を示す分解斜視図。
【図19】図18のH−H線に沿う断面図。
【図20】本発明の第9実施例を示す分解斜視図。
【図21】図20のI−I線に沿う断面図。
【図22】各実施例に用いられるジョイントメンバの平
面図。
【図23】図22のJ方向から見た分解斜視図。
【図24】本発明の第10実施例を示す透視斜視図。
【図25】図24のK−K線に沿う断面図。
【図26】自動車の骨格構造を示す半平面図。
【図27】同骨格構造を示す側面図。
【符号の説明】
1…一方のメンバ(メンバ本体)、2…リブ、8…他方
のメンバ(メンバ本体)、13…端壁、14…挾持部、
PL…パーティング部。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方のメンバを閉断面に押出し成形する
    と共に、内部に該閉断面を複数に隔成するリブを長手
    方向に一体成形し、他方のメンバの端部には、その開口
    を閉塞する端壁を形成して、この端壁に前記リブの端
    部を挾着する挾持部を形成し、これらリブの端部と挾
    持部とを嵌合した状態で、一方のメンバと他方のメンバ
    の接続端部同士を重合し、該重合部分の相隣接する接続
    端に形成されるパーティング部を溶接したことを特徴と
    する車体強度メンバの結合構造。
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