JP5487001B2 - 多角形断面フレーム - Google Patents

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Description

本発明は、車両の車体などフレームに採用される多角形断面フレームに関するものである。
多角形断面フレームには、断面が六角形、閉断面形状で、車両のフレームに採用されているものがある。
フレームは、曲げたフレームとした場合でも、フレームの側面にビードを形成することによって、フレームの軸方向の圧縮荷重を効率よく吸収することができる(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来技術(特許文献1)は、フレームの軸方向の圧縮荷重を効率よく吸収するが、フレームの軸線に対して角度を持って入力される斜めの荷重を吸収し難い。
フレームに斜めに入力される荷重を効率よく吸収できるようにすることが望まれていた。
特開平9−309455号公報
本発明は、フレーム側面にビードを使うことなくフレームの軸線に入る圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収し、かつ、フレームの軸線に交差するように斜めに向かう斜めの圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収し、強度を高めた多角形断面フレームを提供することを課題とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、断面がL字形の閉断面形状で、六角形の多角形断面フレームであって、多角形断面フレームは、四角形の角部のうち第1角部を形成していた第1側部、第2側部から第1角部を取り除き、第1側部の残部に連ね四角形の内方に位置する図心又は図心近傍へ向けて第1中央支持側部を延ばし、該第1中央支持側部へ第2側部の残部に連ね延びる第2中央支持側部を接続した切り取りへこみ部を有し、多角形断面フレームは、車室の床から前に延びるフロントサイドフレームと床から後に延びるリヤフレームのうち少なくとも一方に延びるフレームであり、車幅方向内側且つ車両の前後に延び、多角形断面フレームを略水平に配置したときに、第1中央支持側部と第2中央支持側部のうち一方の中央支持側部が垂直に配置され、他方の中央支持側部が水平に配置され、第1中央支持側部に第2中央支持側部が直交し、切り取りへこみ部は、車両の内側に向けられ、且つ、車両の下方に向けられていることを特徴とする。
請求項2に係る発明では、多角形断面フレームは、車両の後部フレームで、直線状に延設されて、車両の車室の床から後方へ延びる前部フレームの後端部のサブフレーム取付け部に接続されていることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、多角形断面フレームは、車室の床に連ねて床より上位に配置されて、上部に、車室のルーフの左右端をなすルーフレールに連続して下方へ向かって延びるフレームの下端を接合していることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、先ず断面がL字形の多角形断面フレームは、四角形の角部のうち第1角部を形成していた第1側部、第2側部から第1角部を取り除き、第1側部の残部に連ね四角形の内方に位置する図心又は図心近傍へ向けて第1中央支持側部を延ばし、該第1中央支持側部へ第2側部の残部に連ね延びる第2中央支持側部を接続した切り取りへこみ部を有しているので、多角形断面フレームの端に軸線に対し交差する方向へ圧縮荷重が斜めに入力されると、断面中央(図心)へ斜めに向かう斜めの圧縮荷重を第1中央支持側部および第2中央支持側部が分散するという利点がある。
その結果、第1中央支持側部および第2中央支持側部が変形することによって、断面中央(図心)へ向かう斜めの圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収することができる。
また、多角形断面フレームの端に軸線に平行に圧縮荷重が入力されると、圧縮荷重を第1中央支持側部および第2中央支持側部が分散するという利点がある。従って、圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収することができる。
次ぎに本発明では、多角形断面フレームは、車室の床から前に延びるフロントサイドフレームと床から後に延びるリヤフレームのうち少なくとも一方に延びるフレームであり、サイドシルよりも内側且つ前後に延びている。
リヤフレームでは、リヤフレームに車両後部に障害物が接触して荷重が入力されると、第1中央支持側部および第2中央支持側部が変形して、リヤフレームの軸線に対し斜めに入力される圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収することができる。
フロントサイドフレームでは、フロントサイドフレームに車両正面に障害物が接触して荷重が入力されると、第1中央支持側部および第2中央支持側部が変形して、フロントサイドフレームの軸線に対し斜めに入力される圧縮荷重(衝撃)を効率よく吸収することができる。
又本発明では、多角形断面フレームを略水平に配置したときに、第1中央支持側部と第2中央支持側部のうち一方の中央支持側部が垂直に配置され、他方の中央支持側部が水平に配置されているので、垂直方向又は水平方向に対して傾斜する角度、つまり斜め下、斜め上へ、斜め右、斜め左へ向かって入力される圧縮荷重を第1中央支持側部及び第2中央支持側部によって分散することができるという利点がある。
更に本発明では、第1中央支持側部に第2中央支持側部を直交させているので、圧縮荷重に対しより強度を高めることができるという利点がある。
更に又本発明では、切り取りへこみ部は、車両の内側に向けられ、且つ、車両の下方に向けられているので、切り取りへこみ部にタンクやサスペンションなどの周辺部品を配置することができ、設計の自由度を高めることができる。
また、切り取りへこみ部に周辺部品を配置すると、切り取りへこみ部の無いフレームに比べ、周辺部品の位置が切り取りへこみ部の量だけ車両上方へ移動する。その結果、周辺部品を一般的な地上高に配置することによって、低床化を図ることができる。
さらに、切り取りへこみ部に周辺部品を配置すると、切り取りへこみ部の無いフレームに比べ、車両の内側の切り取りへこみ部間により多くの周辺部品を配置することができ、車載部品の収容能力を高めることができる。
請求項2に係る発明では、多角形断面フレームは、車両の後部フレームで、直線状に延設されて、車両の車室の床から後方へ延びる前部フレームの後端部のサブフレーム取付け部に接続されているので、前部フレームを延長したものに比べ、後部フレームをL字形の閉断面形状で直線状に形成することによって、後部フレームを折り曲げるモーメントが発生し難くなるという利点がある。
また、前部フレームの後端部のサブフレーム取付け部は強度を大きくした部位であり、このサブフレーム取付け部によって後部フレームの前部が支持される。従って、モーメントに対する反力をより発生させやすいという利点がある。
請求項3に係る発明では、多角形断面フレームは、車室の床に連ねて床より上位に配置されて、上部に、車室のルーフの左右端をなすルーフレールに連続して下方へ向かって延びるフレームの下端を接合しているので、
多角形断面フレームの端(他端部)に圧縮荷重が入力されると、床に接合している上に向かって傾斜する一端部を支点に上方へ折れ曲げるモーメントが発生する。このモーメントは多角形断面フレームの上部からピラーに伝達されるので、上方へ折れ曲げるモーメントに対する多角形断面フレームの強度を高めることができる。
本発明の実施例1に係る多角形断面フレーム及びそれを採用した車両の概要の斜視図である。 図1の2矢視図である。 図1の3−3線断面図である。 実施例1に係る多角形断面フレームを採用した車両の斜視図である。 図4の5矢視図である。 図4の6矢視図である。 図4の7矢視図である。 図4の8矢視図である。 実施例1に係る多角形断面フレームの低床化を図る機構を説明する図である。 実施例1に係る多角形断面フレームの収容能力を高める機構を説明する図である。 実施例2に係る多角形断面フレームの断面図である。 実施例3に係る多角形断面フレーム及びそれを採用した車両の概要の斜視図である。 実施例4に係る多角形断面フレームの断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、実施例1〜実施例4で詳細に説明する。
実施例1に係る多角形断面フレーム11は、図1、図2に示すように、6角形の中空で所望の長さSである。また、断面がL字形で閉断面形状である。
多角形断面フレーム11は、多角形断面フレーム11の軸線J(図1、図5、図6)に直交する断面(図3の視点)において、四角形の一箇所を四角形の図心Gまでへこませた、切り取りへこみ部12を形成している。
四角形は、図3に示す通り、図の右下から順に第1角部21〜第4角部24、図下から順に第1側部31〜第4側部34で形成されている。
そして、切り取りへこみ部12を形成した六角形は、第2角部22〜第7角部27と、順に連なる第3側部33、第4側部34、第1残部側部35、第1中央支持側部36、第2中央支持側部37、第2残部側部38からなる。
次に、多角形断面フレーム11の主要構成を図1〜図8で説明する。
多角形断面フレーム11は、断面がL字形の閉断面形状で、六角形である。
多角形断面フレーム11は、四角形の角部(第1角部21〜第4角部24)のうち第1角部21を形成していた第1側部31、第2側部32から第1角部21を取り除き、第1側部31の残部(第1残部側部35)に連ね四角形の内方に位置する図心G又は図心G近傍へ向けて第1中央支持側部36を延ばし、第1中央支持側部36へ第2側部32の残部(第2残部側部38)に連ね延びる第2中央支持側部37を接続した切り取りへこみ部12を有している。
多角形断面フレーム11は、図4に示す通り、車両41の車室42の床(アンダボデー44)から前に延びるフロントサイドフレーム45と床(アンダボデー44)から後に延びるリヤフレーム46のうち少なくとも一方(ここでは後)に延びるフレーム(リヤフレーム46)である。
なお、車両41の車体47は図2、図6の中心Cを基準に左右がほぼ対称である。
多角形断面フレーム11を略水平に配置したときに(図2、図3、図5)、第1中央支持側部36と第2中央支持側部37のうち一方の中央支持側部(ここでは第1中央支持側部36)が垂直に配置され、他方の中央支持側部(第2中央支持側部37)が水平に配置されている。
第1中央支持側部36に第2中央支持側部37を直交させている。
切り取りへこみ部12は、図2、図7に示す通り、車両41の内側(矢印a1の方向)に向けられ、且つ、車両41の下方(矢印a2の方向)に向けられている。
多角形断面フレーム11は、図4〜図6に示す通り、車室42の床(アンダボデー44)に連ねて床(アンダボデー44)より高さHrだけ上位に配置されて、上部(第3側部33)に、車室42のルーフ48の左右端をなすルーフレール51に連続して下方へ向かって延びるフレーム(リヤピラー52)の下端53を接合している。
次に車両41を説明し、その次に多角形断面フレーム11を詳しく説明していく。
車両41は、車室42、車体47を有する。
車体47は、車室42の床(アンダボデー44)、車室42の側壁(サイドボデー56)、車室42の前に連続する車体前部(フロントボデー57)、車室42の後に連続する車体後部(リヤボデー58)、車室42のルーフ48を備える。
なお、車体47は図2、図6の中心Cを基準に左右がほぼ対称である。
サイドボデー56は、ルーフレール51の前端から下方へ延びるフロントピラー61と、ルーフレール51の後端62から下方へ延びるリヤピラー52と、を有する。なお、リヤピラー52はリヤボデー58にも含まれる。
さらに、ルーフレール51の中央から下方へ延びるセンタピラー64と、センタピラー64の下端65を接合したサイドシル66を有する。サイドシル66はアンダボデー44にも含まれる。
なお、サイドシル66には、フロントピラー61の下端68を接合している。
アンダボデー44は、後部にミドルフロアクロスメンバ71を配置するとともに車幅方向へ延ばしてサイドシル66の後部にミドルフロアクロスメンバ71の一端、他端を接合している。
また、ミドルフロアクロスメンバ71、サイドシル66に接合したフロアパネル72を有する。
フロアパネル72はリヤボデー58の荷室74まで連なり、荷室74のフロアパネル72にはスペアタイヤ75(図6)を収納するスペアタイヤ収納凹部76を形成している。
ミドルフロアクロスメンバ71とサイドシル66とで形成される交差部77にコーナ部材78を取付けている。
ミドルフロアクロスメンバ71から後方へ、リヤボデー58のリヤフレーム46が延びている。
リヤボデー58は、リヤフレーム46と、リヤフレーム46の後端部に立設したリヤエンドフレーム81と、このリヤエンドフレーム81に連ねリヤフレーム46の上方へ配置したリヤサイドアッパフレーム82と、を備える。
リヤサイドアッパフレーム82は、リヤピラー52の上部(ルーフレール51の後端62)に一端を接合して車両41後方、且つ斜め下方へ延ばして他端をリヤエンドフレーム81の上端に接合している。
リヤエンドフレーム81は、略L字形である(図5)。立設したエンド部84と、リヤフレーム46にほぼ平行なミッド部85と、からなる。
より詳しくは、車両41の側面視(図5の視点)、リヤフレーム46の後端部にエンド部84を垂直に接合している。このエンド部84は、車両41の背面視(図7の視点)で、リヤフレーム46の後端部から車両41の上方且つ、外側へ向かって湾曲している。
エンド部84の上端からミッド部85をリヤピラー52の中央まで水平に延ばして接合している。
リヤピラー52は、リヤエンドフレーム81のミッド部85を接合した中央から車両41の内側(荷室74側)に押し込んだホイール凹部91を形成し、このホイール凹部91の下縁を多角形断面フレーム11(リヤフレーム46)の上部(第3側部33)に接合した。
リヤピラー52に含まれるリヤピラー前フレーム93(図4)の下端をミドルフロアクロスメンバ71に接合した。リヤピラー前フレーム93を多角形断面フレーム11の外方へ湾曲させている。
多角形断面フレーム11は、図3に示す通り、各側部(後述)を直角に接合している。各側部は第3側部33、第4側部34、第1残部側部35、第1中央支持側部36、第2中央支持側部37、第2残部側部38である。
第1側部〜第4側部31〜34は、それぞれ長さMである。
第1残部側部35は長さm1で、長さm1はMの約50%である。
第2残部側部38は長さm2で、長さm2はMの約50%である。
なお、m1、m2は荷重の大きさなどの条件によって変わる。
多角形断面フレーム11を採用したリヤフレーム46は、より詳しくは、図1に示す通り、多角形断面フレーム11である多角形断面フレーム本体と、傾斜固定部96と、からなる。そして、傾斜固定部96で上がって(図5)、一直線に延びている。
また、多角形断面フレーム11に傾斜固定部96を連続させ、この傾斜固定部96をミドルフロアクロスメンバ71に接合している。
傾斜固定部96は、ミドルフロアクロスメンバ71及びサイドシル66に接合した前部に連ね斜め後方へ上昇する上昇傾斜部97を形成し、上昇傾斜部97を多角形断面フレーム11に接合している。
次に、実施例1に係る多角形断面フレーム11(リヤフレーム46)の作用を説明する。
多角形断面フレーム11(リヤフレーム46)は、図1、図5〜図8に示すように、後端(他端)101に圧縮荷重Fdまたは圧縮荷重Fuがリヤフレーム46(多角形断面フレーム11)の軸線Jに対し斜めに入力されると、第1中央支持側部36と第2中央支持側部37が圧縮荷重FdまたはFuによるモーメントに対して反力を発生させる。
また、リヤフレーム46(多角形断面フレーム11)が、軸線Jに対し斜めに入力される圧縮荷重Fdまたは圧縮荷重Fuでたわみ、塑性変形し始めると、第1中央支持側部36と第2中央支持側部37によって圧縮荷重FdまたはFuを効率よく吸収することができる。
次に低床化を図る機構を図9で説明する。図9(a)は比較例の説明図、(b)は実施例1の説明図である。
実施例1のリヤフレーム46は、比較例の一般的なリヤフレーム201に比べ、荷室74の床(アンダボデー44)の高さを高さAhだけ低くすることができる。
図9(a)において、一般的なリヤフレーム201では、リヤフレーム201の下側部202にサブフレーム203を取付けると、荷室204の床(アンダボデー205)の位置はEである。
図9(b)において、実施例1のリヤフレーム46(多角形断面フレーム11)の切り取りへこみ部12にサブフレーム103を取付けると、サブフレーム103が荷室74の床(フロアパネル72)に近接する。サブフレーム103を一般的な地上高Gh(地面Gからの距離)まで下げると、荷室74の床(フロアパネル72)の位置はNとなるので、低床化を図ることができる。
次に収容能力を高める機構を図10で説明する。図10(a)は比較例の説明図、(b)は実施例1の説明図である。
実施例1のリヤフレーム46は、比較例の一般的なリヤフレーム202に比べ、物を入れる容量が大きくなる。
図10(a)において、一般的なリヤフレーム202では、左右のリヤフレーム202の間にスペアタイヤ75、排気管206(又はキャニスタ)を配置している。
なお、排気管206(又はキャニスタ)はフロアパネル207の外に配置されている。
図10(b)において、実施例1のリヤフレーム46では、切り取りへこみ部12に排気管105(又はキャニスタ)を配置すると、左右のリヤフレーム46の間にスペアタイヤ75に加えて工具箱106など物を載せることができるので、収容能力が高まるという利点がある。
リヤフレーム46(多角形断面フレーム11)では、図1、図5、図8に示す通り、他端部(後端101)に荷重が入力されると、リヤフレーム46の一端部(傾斜固定部96)を支点にリヤフレーム46を上方へ矢印a4のように折り曲げるモーメントが発生する。モーメントは多角形断面フレーム11の上部(第3側部33)からピラー(リヤピラー52)に矢印a5、a6のように伝達される。従って、上方へ(矢印a4の方向)折り曲げるモーメントに対する多角形断面フレーム11の強度を高めることができる。
次に、実施例2に係る多角形断面フレーム11Bを図11で説明する。図11は図3に対応する図である。
上記図1〜8に示す実施例1と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
実施例2に係る多角形断面フレーム11Bは、切り取りへこみ部12Bを有していることを特徴とする。
切り取りへこみ部12Bは、第1切り取りへこみ部12aと、第2切り取りへこみ部12bと、からなる。
第1切り取りへこみ部12aは、第1角部21を取り除き形成している。
第2切り取りへこみ部12bは、第4角部24を取り除き形成している。第1側部31の残部(第1残部側部35B)に連ね四角形の内方に位置する図心G又は図心G近傍へ向けて第3中央支持側部36Bを延ばし、第1中央支持側部36Bへ第4側部34の残部(第3残部側部38B)に連ね延びる第4中央支持側部37Bを接続した。
第1側部31の残部(第1残部側部35B)を第1側部31の中央に形成している。
なお、第1切り取りへこみ部12a及び第2切り取りへこみ部12bは、荷重などの条件によって大きさを変える。
また、図11に示すように、図心Gを通る垂直線を基準に図の左右対称に第1切り取りへこみ部12a及び第2切り取りへこみ部12bを形成したが、非対称でもよい。
実施例2に係る多角形断面フレーム11Bは、実施例1に係る多角形断面フレーム11と同様の作用、効果を発揮する。
次に、実施例3に係る多角形断面フレーム11Cを図12で説明する。
上記図1〜8に示す実施例1と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
実施例3に係る多角形断面フレーム11Cは、リヤフレーム46Cに採用され、多角形断面フレーム11cと、第2の多角形断面フレーム(前部フレーム131)と、からなる。
多角形断面フレーム11cは、実施例1に係る多角形断面フレーム11の全長を短くしたものである。
多角形断面フレーム11cは、車両41Bの後部フレームで、直線状に延設されて、車両41Bの車室42の床(アンダボデー44)から後方へ延びる前部フレーム131の後端部133のサブフレーム取付け部(サブフレーム後部取付け部)134に接続されている。
多角形断面フレーム11cは、切り取りへこみ部12を有している。
前部フレーム131は、断面四角形である。
サブフレーム136は、矩形で、図に示していない、後輪を支持する。下方から上昇させて、サブフレーム取付け部(サブフレーム後部取付け部)134及びサブフレーム前部取付け部137にそれぞれサブフレーム136の後部141及び前部142を締結している。
実施例3に係る多角形断面フレーム11Cは、実施例1に係る多角形断面フレーム11と同様の作用、効果を発揮する。
また、多角形断面フレーム11Cは、傾斜固定部96で接合したものに比べ、後部フレーム11cをL字形の閉断面形状で直線状に形成することによって、後部フレーム11cを折り曲げるモーメントが発生し難くなるという利点がある。
また、前部フレーム131の後端部133のサブフレーム取付け部134は強度を大きくした部位であり、このサブフレーム取付け部134によって後部フレーム11cの前部144が支持される。従って、モーメントに対する反力をより発生させやすいという利点がある。
次に、実施例4に係る多角形断面フレーム11Dを図13で説明する。図13は図3に対応する図である。
上記図1〜8に示す実施例1と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
実施例4に係る多角形断面フレーム11Dは、多角形断面フレーム11Dの軸線Jに平行に分割した第1半割部151と、この第1半割部151に接合する第2半割部152と、からなることを特徴とする。
第1半割部151は、例えば鋼板で、鋼板を用いて塑性加工したものである。そして、第3側部33に連続する第1接合フランジ部153を形成し、第4側部34に連続する第1接合フランジ部153を形成している。
第2半割部は、例えば鋼板で、鋼板を用いて塑性加工したものである。そして、第1接合フランジ部153に接合した第2接合フランジ部154を形成している。
実施例4に係る多角形断面フレーム11Dは、実施例1に係る多角形断面フレーム11と同様の作用、効果を発揮する。
本発明の多角形断面フレームは、車両のフロントサイドフレーム及びリヤフレームに好適である。
11…多角形断面フレーム、12…切り取りへこみ部、21〜24…四角形の角部(第1角部〜第4角部)、31…第1側部、32…第2側部、33…多角形断面フレームの上部(第3側部)、35…第1側部の残部(第1残部側部)、36…第1中央支持側部、37…第2中央支持側部、38…第2側部の残部(第2残部側部)、41…車両、42…車室、44…車室の床(アンダボデー)、45…フロントサイドフレーム、46…リヤフレーム、48…ルーフ、51…ルーフレール、52…フレーム(リヤピラー)、53…フレームの下端、131…前部フレーム、133…前部フレームの後端部、134…サブフレーム取付け部(サブフレーム後部取付け部)、G…図心。

Claims (3)

  1. 断面がL字形の閉断面形状で、六角形の多角形断面フレーム(11)であって、
    前記多角形断面フレーム(11)は、四角形の角部のうち第1角部(21)を形成していた第1側部(31)、第2側部(32)から前記第1角部(21)を取り除き、前記第1側部(31)の残部(35)に連ね前記四角形の内方に位置する図心(G)又は図心近傍へ向けて第1中央支持側部(36)を延ばし、該第1中央支持側部(36)へ前記第2側部(32)の残部(38)に連ね延びる第2中央支持側部(37)を接続した切り取りへこみ部(12)を有し、
    前記多角形断面フレーム(11)は、車室の床から前に延びるフロントサイドフレーム(45)と床から後に延びるリヤフレーム(46)のうち少なくとも一方に延びるフレームであり、サイドシル(66)より車幅方向内側且つ車両の前後に延び、
    前記多角形断面フレーム(11)を略水平に配置したときに、前記第1中央支持側部(36)と第2中央支持側部(37)のうち一方の中央支持側部(36)が垂直に配置され、他方の中央支持側部(37)が水平に配置され、
    前記第1中央支持側部(36)に第2中央支持側部(37)が直交しており、
    前記切り取りへこみ部(12)は、車両の内側に向けられ、且つ、前記車両の下方に向けられている、
    ことを特徴とする多角形断面フレーム。
  2. 前記多角形断面フレーム(11)は、車両の後部フレームで、直線状に延設されて、前記車両の車室の床から後方へ延びる前部フレーム(131)の後端部のサブフレーム取付け部(134)に接続されていることを特徴とする請求項1記載の多角形断面フレーム。
  3. 前記多角形断面フレーム(11)は、車室の床に連ねて前記床より上位に配置されて、上部に、前記車室のルーフの左右端をなすルーフレール(51)に連続して下方へ向かって延びるフレーム(52)の下端(53)を接合していることを特徴とする請求項1記載の多角形断面フレーム。
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