JP5936266B2 - 自動車のfrp製キャビン - Google Patents

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本発明は、FRP製のキャビンが、少なくともフロントフロアパネルの後端から起立するキックアップ部と、前記キックアップ部の上端から後方に延びるリヤフロアパネルとを含み、燃料タンクを支持するL字状の燃料タンク支持ブラケット前記キックアップ部の後面および前記リヤフロアパネルの下面に締結されている自動車用のFRP製キャビンに関する。
フロントフロア部の後端から斜め後方に立ち上がる縦壁部の後方に燃料タンクを配置し、燃料タンクの後下方に車幅方向に配置したクロスメンバと、フロントフロア部および縦壁部が交差する角部とにタンク支持バンドを掛け渡し、このタンク支持バンドで燃料タンクの下面を支持するものが、下記特許文献1により公知である。
またFRP製の車体に燃料タンクを支持する取付ブラケットを、車体のクロスメンバとリヤパーティションとの結合部の後面に重ね合わせ、それら三つの部材をリベットで共締めすることで、車体重量を増加させることなく取付ブラケットを強固に固定するものが、下記特許文献2により公知である。
特許第4924166号公報 特開2010−64696号公報
ところで、自動車のFRP製のキャビンがフロントフロアパネルの後端から起立するキックアップ部と、キックアップ部の上端から後方に延びるリヤフロアパネルとを備える場合、キックアップ部とリヤフロアパネルとが交差する角部に大きな荷重が入力すると折れ曲がるように変形する可能性があるため、その角部を補強して曲げ剛性を高める必要がある。しかしながら、特別の補強部材を用いてキックアップ部とリヤフロアパネルとが交差する角部を補強すると重量やコストが増加する問題があるため、既存の部材を利用して前記角部を補強することが望ましい。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、FRP製のキャビンのキックアップ部およびリヤフロアパネルが交差する角部を、重量の増加を最小限に抑えながら補強することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、FRP製のキャビンが、少なくともフロントフロアパネルの後端から起立するキックアップ部と、前記キックアップ部の上端から後方に延びるリヤフロアパネルとを含み、燃料タンクを支持するL字状の燃料タンク支持ブラケット前記キックアップ部の後面および前記リヤフロアパネルの下面に締結されている自動車用のFRP製キャビンであって、前記キックアップ部および前記リヤフロアパネル、車室内側に位置するインナースキンと車室外側に位置するアウタースキンとの間にコア材を挟持して構成され、前記燃料タンク支持ブラケットが締結される第1インサート部材前記キックアップ部のコア材に埋設されるとともに、前記燃料タンク支持ブラケットが締結される第2インサート部材前記リヤフロアパネルのコア材に埋設され、前記燃料タンク支持ブラケットに前記第1、第2インサート部材間を直線状に結ぶ筋交い部が設けられていることを特徴とする自動車のFRP製キャビンが提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記インナースキン、前記第1インサート部材および前記アウタースキンを貫通した状態で前記燃料タンク支持ブラケットの第1ねじ孔に螺合する第1ボルトの頭部と、前記第1インサート部材との間に前記インナースキンが挟持され、前記インナースキン、前記第2インサート部材および前記アウタースキンを貫通した状態で前記燃料タンク支持ブラケットの第2ねじ孔に螺合する第2ボルトの頭部と、前記第2インサート部材との間に前記インナースキンが挟持されていることを特徴とする自動車のFRP製キャビンが提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記燃料タンク支持ブラケット前後方向に配置され、前記キックアップ部のコア材および前記リヤフロアパネルのコア材車幅方向に延びる凹凸部を有する波板で構成されることを特徴とする自動車のFRP製キャビンが提案される。
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記燃料タンク支持ブラケットは、前記キックアップ部または前記リヤフロアパネルに対向する第1フランジと、前記燃料タンクに対向する第2フランジと、前記第1、第2フランジを接続するウエブとからなるI字状断面を有することを特徴とする自動車のFRP製キャビンが提案される。
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、前記燃料タンク、両端前記燃料タンク支持ブラケットに締結された固定バンドで該燃料タンク支持ブラケットに固定されていることを特徴とする自動車のFRP製キャビンが提案される。
請求項1の構成によれば、FRP製のキャビンは、少なくともフロントフロアパネルの後端から起立するキックアップ部と、キックアップ部の上端から後方に延びるリヤフロアパネルとを含み、燃料タンクを支持するL字状の燃料タンク支持ブラケットキックアップ部の後面およびリヤフロアパネルの下面に締結されている。キックアップ部およびリヤフロアパネル、車室内側に位置するインナースキンと車室外側に位置するアウタースキンとの間にコア材を挟持して構成され、燃料タンク支持ブラケットが締結される第1インサート部材キックアップ部のコア材に埋設されるとともに、燃料タンク支持ブラケットが締結される第2インサート部材リヤフロアパネルのコア材に埋設されることで、燃料タンク支持ブラケットが第1、第2インサート部材を介してキックアップ部の後面およびリヤフロアパネルの下面に固定される。
キックアップ部およびリヤフロアパネルをそれらが交差する角部で折り曲げるような曲げモーメントが作用しても、燃料タンク支持ブラケットに第1、第2インサート部材間を直線状に結ぶ筋交い部が設けられているので、燃料タンク支持ブラケットによってキックアップ部およびリヤフロアパネルの角部の剛性を効果的に高めることができる。また燃料タンクをキャビンに支持するための燃料タンク支持ブラケットを利用してキックアップ部およびリヤフロアパネルの角部を補強するので、特別の補強部材が不要になって部品点数、重量およびコストを削減することができ、しかも燃料タンク支持ブラケットの一部を斜めに切除して筋交い部が形成されるので、燃料タンク支持ブラケットの重量を削減することができる。
また請求項2の構成によれば、インナースキン、第1インサート部材およびアウタースキンを貫通した状態で燃料タンク支持ブラケットの第1ねじ孔に螺合する第1ボルトの頭部と、第1インサート部材との間にインナースキンが挟持され、インナースキン、第2インサート部材およびアウタースキンを貫通した状態で燃料タンク支持ブラケットの第2ねじ孔に螺合する第2ボルトの頭部と、第2インサート部材との間にインナースキンが挟持されているので、第1、第2インサート部材の周囲のインナースキンを補強してキックアップ部およびリヤフロアパネルに対する燃料タンク支持ブラケットの支持強度を充分に高めることができる。
また請求項3の構成によれば、燃料タンク支持ブラケット前後方向に配置され、キックアップ部のコア材およびリヤフロアパネルのコア材車幅方向に延びる凹凸部を有する波板で構成されるので、燃料タンク支持ブラケットの方向と波板の凹凸部の方向とが直交することで、キックアップ部およびリヤフロアパネルに燃料タンク支持ブラケットを一層強固に支持することができる。
また請求項4の構成によれば、燃料タンク支持ブラケットは、キックアップ部またはリヤフロアパネルに対向する第1フランジと、燃料タンクに対向する第2フランジと、第1、第2フランジを接続するウエブとからなるI字状断面を有するので、曲げや捩じりに対する燃料タンク支持ブラケットの剛性を充分に高めることができるだけでなく、ウエブの高さを変更するだけで燃料タンク支持ブラケットの高さを任意に設定し、燃料タンクの下面の高さをフロントフロアパネルの下面の高さに容易に一致させることができる。
また請求項5の構成によれば、燃料タンク、両端燃料タンク支持ブラケットに締結された固定バンドで該燃料タンク支持ブラケットに固定されているので、燃料タンクを燃料タンク支持ブラケットに安定して支持することができる。
自動車のCFRP製のキャビンの斜視図。 図1の2方向矢視図。 図1の3方向矢視図。 図2の4−4線断面図。 図4の5部拡大図。 図4の6−6線断面図。
以下、図1〜図6に基づいて本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書における前後方向、左右方向(車幅方向)および上下方向は、運転席に着座した運転者を基準としている。
図1に示すように、自動車の車体フレームはカーボン繊維強化樹脂(CFRP)でバスタブ状に形成したキャビン11と、キャビン11の前端に接続されたアルミニウム合金の鋳造部品である左右一対のサスペンション支持モジュール12,12と、サスペンション支持モジュール12,12の前端から前方に延びるアルミニウム合金の押出し材よりなる左右一対のフロントサイドフレーム前部13,13と、フロントサイドフレーム前部13,13の前端に支持されたCFRP製のフロントエンドモジュール14と、フロントエンドモジュール14の左右両端から後上方に延びるCFRP製の左右一対のロアメンバ15,15と、ロアメンバ15,15の後端から後上方に延びてキャビン11の前端に接続されたCFRP製の左右一対のアッパーメンバ16,16と、キャビン11の後部上面に立設されたCFRP製のロールバー17と、ロールバー17を後方から支えて補強するCFRP製の左右一対のステー18,18とを備える。
キャビン11はインナースキン19およびアウタースキン20を上下に接合した中空構造であり、前端のダッシュパネル21と、ダッシュパネル21の車幅方向両端から後方に延びる左右一対のサイドシル22,22と、サイドシル22,22の後端から後上方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム23,23と、リヤサイドフレーム23,23の後端間を車幅方向に接続するリヤエンドクロスメンバ24と、ダッシュパネル21および左右のサイドシル22,22を接続するフロントフロアパネル25と、フロントフロアパネル25の後端から立ち上がるキックアップ部26と、キックアップ部26の上端から後方に延びてリヤサイドフレーム23,23およびリヤエンドクロスメンバ24に接続するリヤフロアパネル27とを備える。
フロントエンドモジュール14は、車幅方向に延びるバンパービーム28と、バンパービーム28の車幅方向両端部から後方に延びてフロントサイドフレーム前部13,13の前端に接続される左右一対のバンパービームエクステンション29,29と、バンパービームエクステンション29,29間に支持された枠状のフロントバルクヘッド30とを備える。各々のサスペンション支持モジュール12は、フロントサイドフレーム前部13の後端とダッシュパネル21の前面とに接続されたフロントサイドフレーム後部31と、フロントサイドフレーム後部31から車幅方向外側かつ上方に延びてダッシュパネル21の前面に接続されたダンパーハウジング32とを一体に備える。ダッシュパネル21の左右両端部は、サイドシル22,22の前端から上方に立ち上がる左右一対のフロントピラーロア前部33,33を構成する。フロントピラーロア前部33,33の後面に左右一対の金属製のフロントピラーロア後部34,34および左右一対の金属製のフロントピラーアッパー35,35が接続され、左右のフロントピラーアッパー35,35の上端間が車幅方向に延びる金属製のフロントルーフアーチ36で接続される。
ダッシュパネル21はフロントフロアパネル25の前端から斜め上方に延びる傾斜壁37と、傾斜壁37の前端から上方に延びる鉛直壁38とを備える。ダッシュパネル21の傾斜壁37およびフロントフロアパネル25の上下面を構成するインナースキン19およびアウタースキン20の車幅方向中央部から、前後方向に延びるフロアトンネル39が上方に隆起する。またフロントフロアパネル25の上面を構成するインナースキン19から、フロアトンネル39に交差して車幅方向に延びるフロントクロスメンバ40およびリヤクロスメンバ41が上方に隆起する。一方、リヤフロアパネル27は、インナースキン19およびアウタースキン20が共に平坦に形成される。
キックアップ部26の後面およびリヤフロアパネル27の下面に接するように燃料タンク100が装着される。
図1〜図3に示すように、キャビン11を構成するインナースキン19およびアウタースキン20は、ダッシュパネル21、左右のサイドシル22,22、左右のリヤサイドフレーム23,23およびリヤエンドクロスメンバ24の外周を取り囲むように延びる接合フランジ19a,20aを備えており、両接合フランジ19a,20aは接着、溶着、リベット等で接合される。キャビン11の底面にはキックアップ部26の後面と左右のリヤサイドフレーム23,23の車幅方向内面とに三方を囲まれて上方に窪む凹部11a(図3参照)が形成されており、凹部11aに嵌合するように支持された燃料タンク100の底面は、フロントクロスメンバ40の底面と略同じ高さに整列する(図4参照)。キックアップ部26の後面およびリヤフロアパネル27の下面には左右一対の燃料タンク支持ブラケット101,101が前後方向に固定されており、この燃料タンク支持ブラケット101,101に左右一対の固定バンド102,102を介して燃料タンク100が固定される。
図4〜図6に示すように、各々の燃料タンク支持ブラケット101を締結すべく、キックアップ部26のコア材45には、円筒状に形成された金属製の第1インサート部材103が埋設される。同様に、リヤフロアパネル27のコア材46には、円筒状に形成された前後一対の金属製の第2インサート部材104、104が埋設される。第1インサート部材103および第2インサート部材104、104は互換可能な同一部材であり、その一方の面がインナースキン19の裏面に接着され、その他方の面がアウタースキン20の裏面に接着される。
側面視でL字状に形成された燃料タンク支持ブラケット101は、アルミニウム合金でダイキャストした板状の部材であり、その断面は上縁および前縁の第1フランジ101aと、後縁および下縁の第2フランジ101bとをウエブ101cで接続したI字状(図6参照)である。第1フランジ101aおよび第2フランジ101bはウエブ101cを分割する複数のリブ101d…によって接続されており、第1フランジ101a、第2フランジ101bおよびリブ101d…によって囲まれたウエブ101cに肉抜孔101e…が形成される。
燃料タンク支持ブラケット101は、キックアップ部26およびリヤフロアパネル27が接続する角部105(図4参照)に対向する位置を斜めに切除することで、キックアップ部26およびリヤフロアパネル27から離れて直線状に延びる筋交い部101fを備える。筋交い部101fの前端は第1インサート部材103の近傍でキックアップ部26の後面に接しており、そこに形成されたボス部101gに第1インサート部材103に対向する第1ねじ孔101hが形成される。また筋交い部101fの後端は前側の第2インサート部材104に近傍でリヤフロアパネル27の下面に接しており、そこに形成されたボス部101iに第2インサート部材104に対向する第2ねじ孔101jが形成されるとともに、燃料タンク支持ブラケット101の後部にも後側の第2インサート部材104に対向するボス部101iおよび第2ねじ孔101jが形成される。
そして車室側から挿入した第1ボルト106を、インナースキン19、第1インサート部材103およびアウタースキン20を貫通させて燃料タンク支持ブラケット101の第1ねじ孔101hに螺合し、かつ車室側から挿入した2本の第2ボルト107,107を、インナースキン19、第2インサート部材104、104およびアウタースキン20を貫通させて燃料タンク支持ブラケット101の2個の第2ねじ孔101j,101jに螺合することで、燃料タンク100が一対の燃料タンク支持ブラケット101,101に支持される。
燃料タンク100の上面に対向する燃料タンク支持ブラケット101の第2フランジ部101bの下面に、ゴム等の弾性材で板状に形成された前後一対の当て板108,108がボルト109…で固定される。また燃料タンク支持ブラケット101の前端および後端に設けられた前後一対のボス部101k,101kに第3ねじ孔101m,101mが形成されており、帯板状に形成された固定バンド102を燃料タンク100の下面のバンド溝100aに嵌合し、その前後端を貫通する2本のボルト110,110を第3ねじ孔101m,101mに螺合することで、燃料タンク100が一対の燃料タンク支持ブラケット101,101に支持される。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
キャビン11のフロントフロアパネル25の後端から起立するキックアップ部26と、キックアップ部26の上端から後方に延びるリヤフロアパネル27との角部105(図4参照)は急激に屈曲していて応力が集中し易いため、外部から曲げモーメントが入力しても折れ曲がらないように補強する必要がある。本実施の形態によれば、L字状をなす各々の燃料タンク支持ブラケット101の前縁をキックアップ部26の後壁に第1ボルト106で締結し、上縁をリヤフロアパネル27の下面に第2ボルト107,107で締結したので、角部105を挟むキックアップ部26およびリヤフロアパネル27と、燃料タンク支持ブラケット101の筋交い部101fとが三角形を構成することで、角部105を挟んでキックアップ部26およびリヤフロアパネル27が成す角度を筋交い部101により拘束し、角部105の折れ曲がりを効果的に抑制することができる。
特に、筋交い部101fの前端近傍はキックアップ部26のコア材45に埋設した強固な第1インサート部材103に第1ボルト106で固定され、筋交い部101fの後端近傍はリヤフロアパネル27のコア材46に埋設した強固な第2インサート部材104に第2ボルト107で固定されるので、筋交い部101fの両端をキックアップ部26およびリヤフロアパネル27に強固に結合して補強効果を高めることができる。また燃料タンク100をキャビン11の下面に支持するための燃料タンク支持ブラケット101,101を利用してキックアップ部26およびリヤフロアパネル27の角部105を補強するので、特別の補強部材が不要になって部品点数、重量およびコストを削減することができる。また燃料タンク支持ブラケット101の一部を斜めに切除して筋交い部101fを形成したので、燃料タンク支持ブラケット101の重量を削減することができる。
また車室内側から挿入してインナースキン19、第1インサート部材103およびアウタースキン20を貫通する第1ボルト106を燃料タンク支持ブラケット101の第1ねじ孔101hに螺合し、第1ボルト106の頭部106aと第1インサート部材103との間にインナースキン19を挟持し、また車室内側から挿入してインナースキン19、第2インサート部材104,104およびアウタースキン20を貫通する第2ボルト107,107を燃料タンク支持ブラケット101の第2ねじ孔101j,101jに螺合し、第2ボルト107,107の頭部107a,107aと第2インサート部材104,104との間にインナースキン20を挟持したので(図4および図5参照)、第1、第2インサート部材103,104,104の周囲のインナースキン19を補強してキックアップ部26およびリヤフロアパネル27に対する燃料タンク支持ブラケット101の支持強度を充分に高めることができる。
また燃料タンク支持ブラケット101を前後方向に配置し、キックアップ部26のコア材45およびリヤフロアパネル27のコア材46を車幅方向に延びる凹凸部45a…,46a…を有する波板で構成したので(図2参照)、燃料タンク支持ブラケット101の方向と波板の凹凸部45a…,46a…の方向とが直交することで、キックアップ部26およびリヤフロアパネル27に燃料タンク支持ブラケット101を一層強固に支持することができる。
また燃料タンク支持ブラケット101は、キックアップ部26およびリヤフロアパネル27に対向する第1フランジ101aと、燃料タンク100に対向する第2フランジ101bと、第1、第2フランジ101a,101bを接続するウエブ101cとからなるI字状断面を有するので(図6参照)、燃料タンク支持ブラケット101の曲げや捩じりに対する剛性を充分に高めることができるだけでなく、ウエブ101cの高さを変更するだけで燃料タンク支持ブラケット101の高さを任意に設定し、燃料タンク100の下面の高さをフロントフロアパネル25の下面の高さに容易に一致させることができる(図4参照)。
また燃料タンク100を、両端を燃料タンク支持ブラケット101,101に締結した固定バンド102,102で該燃料タンク支持ブラケット101,101に固定したので(図4参照)、燃料タンク100を燃料タンク支持ブラケット101,101に安定して支持することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態ではキャビン11等をCFRPで構成しているが、カーボン繊維以外の繊維を用いたFRP(繊維強化樹脂)で構成しても良い。
11 キャビン
19 インナースキン
20 アウタースキン
25 フロントフロアパネル
26 キックアップ部
27 リヤフロアパネル
45 コア材
45a 凹凸部
46 コア材
46a 凹凸部
100 燃料タンク
101 燃料タンク支持ブラケット
101a 第1フランジ
101b 第2フランジ
101c ウエブ
101f 筋交い部
101h 第1ねじ孔
101j 第2ねじ孔
102 固定バンド
103 第1インサート部材
104 第2インサート部材
106 第1ボルト
106a 頭部
107 第2ボルト
107a 頭部

Claims (5)

  1. FRP製のキャビン(11)が、少なくともフロントフロアパネル(25)の後端から起立するキックアップ部(26)と、前記キックアップ部(26)の上端から後方に延びるリヤフロアパネル(27)とを含み、燃料タンク(100)を支持するL字状の燃料タンク支持ブラケット(101)前記キックアップ部(26)の後面および前記リヤフロアパネル(27)の下面に締結されている自動車用のFRP製キャビンであって、
    前記キックアップ部(26)および前記リヤフロアパネル(27)、車室内側に位置するインナースキン(19)と車室外側に位置するアウタースキン(20)との間にコア材(45,46)を挟持して構成され、前記燃料タンク支持ブラケット(101)が締結される第1インサート部材(103)前記キックアップ部(26)のコア材(45)に埋設されるとともに、前記燃料タンク支持ブラケット(101)が締結される第2インサート部材(104)前記リヤフロアパネル(27)のコア材(46)に埋設され、前記燃料タンク支持ブラケット(101)に前記第1、第2インサート部材(103,104)間を直線状に結ぶ筋交い部(101f)が設けられていることを特徴とする自動車のFRP製キャビン。
  2. 前記インナースキン(19)、前記第1インサート部材(103)および前記アウタースキン(20)を貫通した状態で前記燃料タンク支持ブラケット(101)の第1ねじ孔(101h)に螺合する第1ボルト(106)の頭部(106a)と、前記第1インサート部材(103)との間に前記インナースキン(19)が挟持され、前記インナースキン(19)、前記第2インサート部材(104)および前記アウタースキン(20)を貫通した状態で前記燃料タンク支持ブラケット(101)の第2ねじ孔(101j)に螺合する第2ボルト(107)の頭部(107a)と、前記第2インサート部材(104)との間に前記インナースキン(19)が挟持されていることを特徴とする、請求項1に記載の自動車のFRP製キャビン。
  3. 前記燃料タンク支持ブラケット(101)前後方向に配置され、前記キックアップ部(26)のコア材(45)および前記リヤフロアパネル(27)のコア材(46)車幅方向に延びる凹凸部(45a,46a)を有する波板で構成されることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の自動車のFRP製キャビン。
  4. 前記燃料タンク支持ブラケット(101)は、前記キックアップ部(26)または前記リヤフロアパネル(27)に対向する第1フランジ(101a)と、前記燃料タンク(100)に対向する第2フランジ(101b)と、前記第1、第2フランジ(101a,101b)を接続するウエブ(101c)とからなるI字状断面を有することを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の自動車のFRP製キャビン。
  5. 前記燃料タンク(100)、両端前記燃料タンク支持ブラケット(101)に締結された固定バンド(102)で該燃料タンク支持ブラケット(101)に固定されていることを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の自動車のFRP製キャビン。
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