JP2016159793A - 車両用構造部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両衝突時における角部の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成する車両用構造部材を提供する。
【解決手段】荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部11と、引張方向の力が作用する第2面部12と、第1、第2面部11,12の間に配設され、第1、第2面部11,12の両端部を連結して角部c1〜c4を形成する第3面部13とを有し、第1面部11と第3面部13との角部c1,c2の近傍において、第1面部11と第3面部13とを略直線的に連結する第1連結部21と、第1連結部21と、第1面部11と第3面部13との角部c1,c2とを略直線的に連結する第2連結部22とが設けられたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

この発明は、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずるような車両用構造部材に関する。
近年、車両の軽量化を目的として、サイドシル、バンパレインフォースメント、シャシフレームなどの車体の一部をアルミ化する技術が開発されている。
このような車両用構造部材としては、例えば、特許文献1に開示された構造がある。
すなわち、一定の閉断面を有するように押出材により形成したボディ構造部材であって、閉断面内に相互に略直交する隔壁を有し、一方の隔壁は作用すべき衝突荷重と平行に配置されると共に、他方の隔壁は衝突荷重と直交して配置されており、これら隔壁を設けることで、ボディ構造部材の弾性座屈を抑制するように構成したものである。
要するに、該特許文献1に開示された従来構造は、方形枠状の構造部材本体の内部に、隔壁を十文字状に組合せて一体に配置したものである。
しかしながら、該特許文献1に開示された従来構造においては、方形枠状の構造部材本体の角部が変形しやすく、仮に、当該ボディ構造部材を、サイドシル、バンパレインフォースメント、シャシフレームなどの車体の一部に採用した場合には、衝突時の角部の変形を抑制するため、板厚を厚くするなどの重量が増加するという問題があった。
ところで、特許文献2には、サイドシルインナとサイドシルアウタとを接合して、車両の前後方向に延びるサイドシル閉断面を有する自動車サイドシルにおいて、サイドシルアウタに沿うレインフォースメントを設けると共に、このレインフォースメントのサイドシルアウタ上面角部に対応する部分をサイドシルインナ側に傾斜させて、車両正面視で三角形状の閉断面を形成すべく傾斜壁と成すことで、サイドシルの外側上面角部の潰れを防止するように構成したものが開示されている。
この特許文献2に開示された従来構造においては、上記三角形状の閉断面によりサイドシルアウタの上面角部の潰れが防止できるので、サイドシルの曲げ強度が向上し、側突時におけるサイドシルの車室内への侵入量低減を図ることができるが、未だ充分なものとはいえず、さらなる検討の余地があった。
特開平9−240508号公報 特開2007−191008号公報
そこで、この発明は、車両衝突時における角部の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成することができる車両用構造部材の提供を目的とする。
この発明による車両用構造部材は、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずる車両用構造部材であって、上記荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部と、引張方向の力が作用する第2面部と、上記第1、第2面部の間に配設され、上記第1、第2面部の両端部を連結して角部を形成する第3面部とを有し、上記第1面部と上記第3面部との上記角部の近傍において、上記第1面部と上記第3面部とを略直線的に連結する第1連結部と、該第1連結部と、上記第1面部と上記第3面部との上記角部とを略直線的に連結する第2連結部とが設けられたものである。
上記構成によれば、上述の第1面部と第3面部と第1連結部とによって形成される三角形状部の潰れを、第2連結部で抑制することができ、これにより車両衝突時における角部の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成することができる。
また、上述の第1面部は、第1連結部により面分割されるので、この第1面部の弾性座屈を抑制することもできる。
この発明の一実施態様においては、上記第1連結部と上記第2連結部との成す角度が略90度に設定されたものである。
上述の略90度とは、80度〜100度の範囲を意味する。
上記構成によれば、上述の角度を略90度に設定したので、三角形状部の潰れを、より一層抑制することができ、曲げ強度をさらに高めることができる。
この発明の一実施態様においては、上記第2面部と上記第3面部との上記角部の近傍において、上記第2面部と上記第3面部とを略直線的に連結する第3連結部と、該第3連結部と、上記第2面部と上記第3面部との上記角部とを略直線的に連結する第4連結部とが設けられたものである。
上記構成によれば、上述の第2面部と第3面部と第3連結部とによって形成される三角形状部の潰れを、第4連結部で抑制することができ、これにより車両衝突時における角部の変形を抑制することができる。
この発明の一実施態様においては、上記車両用構造部材が、サイドシルの一部を構成し、該サイドシルは、車両上方および下方に延びるフランジ部を有するサイドシルアウタを有し、上記第1面部が車幅方向外側に、上記第2面部が車幅方向内側に、それぞれ位置するよう配設され、両側の上記第3面部がそれぞれ上側および下側に位置するよう配設され、上側に位置する上記第3面部から車両上方に延びるフランジ部が、下側に位置する上記第3面部から車両下方に延びるフランジ部が、それぞれ設けられ、上記第3面部のフランジ部に上記サイドシルアウタのフランジ部の少なくとも一方が取付けられたものである。
上記構成によれば、サイドシルの側突に対する曲げ強度の向上を図ると共に、当該サイドシルのスモールオーバラップ衝突(フロントサイドフレームに衝突荷重が入力されず、フロントサイドフレームよりも車幅方向外側に衝突荷重が入力されるような衝突)に対する圧縮曲げ強度の向上を図ることができる。
この発明によれば、車両側突時における角部の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成することができる効果がある。
本発明の車両用構造部材の断面図 (a)は比較例1の車両用構造部材を示す断面図、(b)は比較例2の車両用構造部材を示す断面図 実施例1と比較例1の曲げ強度の重量効率の差異を示す特性図 実施例1と比較例1の圧縮曲げ強度の重量効率の差異を示す特性図 曲げ強度の評価方法を示す説明図 車両用構造部材をサイドシルに適用した実施例を示す断面図 車両用構造部材をサイドシルに適用した他の実施例を示す断面図 車両用構造部材の適用範囲を示す車体側面図
車両衝突時における角部の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成するという目的を、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずる車両用構造部材において、上記荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部と、引張方向の力が作用する第2面部と、上記第1、第2面部の間に配設され、上記第1、第2面部の両端部を連結して角部を形成する第3面部とを有し、上記第1面部と上記第3面部との上記角部の近傍において、上記第1面部と上記第3面部とを略直線的に連結する第1連結部と、該第1連結部と、上記第1面部と上記第3面部との上記角部とを略直線的に連結する第2連結部とが設けられるという構成にて実現した。
この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は車両用構造部材を示し、図1は当該車両用構造部材の断面図である。なお、図1において矢印Fは衝突荷重とその入力方向を示す。
図1において、車両用構造部材10は、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずるもので、この車両用構造部材10はアルミニウムまたはアルミニウム合金の押出し成形部材にて構成されている。
図1に示すように、車両用構造部材10は、上述の衝突荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する線分状の第1面部11と、この第1面部11に対して平行で衝突荷重が作用した時に引張方向の力が作用する線分状の第2面部12と、上述の第1面部11と第2面部12との間に互いに平行に配設され、第1および第2の各面部11,12の両端部を連結して合計4つの角部c1,c2,c3,c4を形成する一対かつ線分状の第3面部13,13とを有している。
この実施例では、上述の第1面部11と、第2面部12と、一対の第3面部13,13とで方形枠状の構造部材本体14を形成しており、また第1面部11と第3面部13との成す角度は約90度に設定されると共に、第2面部12と第3面部13との成す角度も約90度に設定されている。
また、上述の第1面部11と第3面部13との角部c1,c2の近傍において、第1面部11と第3面部13とを略直線的に連結する第1連結部21を設けている。すなわち、第1連結部21は角部c1,c2の内側において第1面部11と第3面部13とを斜交い状に連結するものである。
さらに、上述の第1連結部21と、第1面部11と第3面部13との角部c1,c2とを略直線的に連結する第2連結部22を設けている。すなわち、第2連結部22により角部c1,c2の内壁と第1連結部21の中間部とを略直線的に連結し、図1に示すように、第1連結部21と第2連結部22との成す角度θ1を略90度(80度〜100度)に設定している。
ここで、上述の第1面部11と第3面部13と第1連結部21とによって形成される三角形状部T1は、直角二等辺三角形に形成されている。また、角部c1,c2と第1連結部21とを第2連結部22で連結することにより、三角形状部T1の内部には、第1面部11を底辺とする三角形状の閉断面s1と、第3面部13を底辺とする三角形状の閉断面s2とが形成されている。
加えて、上述の第2面部12と第3面部13との角部c3,c4の近傍において、第2面部12と第3面部13とを略直線的に連結する第3連結部23を設けている。すなわち、第3連結部23は角部c3,c4の内側において第2面部12と第3面部13とを斜交い状に連結するものである。
また、第3連結部23と、第2面部12と第3面部13との角部c3,c4とを略直線的に連結する第4連結部24を設けている。すなわち、第4連結部24により角部c3,c4の内壁と第3連結部23の中間部とを略直線的に連結し、図1に示すように、第3連結部23と第4連結部24との成す角度θ2を略90度(80度〜100度)に設定している。
ここで、上述の第2面部12と第3面部13と第3連結部23とによって形成される三角形状部T2は、直角二等辺三角形に形成されている。また、角部c3,c4と第3連結部23とを第4連結部24で連結することにより、三角形状部T2の内部には、第2面部12を底辺とする三角形状の閉断面S3と、第3面部13を底辺とする三角形状の閉断面s4とが形成されている。
図1に示すように、この実施例では、角部c1近傍の第1連結部21と、角部c4近傍の第3連結部23とが略平行に配設されると共に、角部c2近傍の第1連結部21と、角部c3近傍の第3連結部23とが略平行に配設されている。
さらに、同図に示すように、方形枠状の構造部材本体14(第1〜第3面部11,12,13,13により形成される構造部材本体)の内部には、第1面部11の中間部と、第2面部12の中間部と、第3面部13,13の中間部と、第1連結部21,21と、第3連結部23,23とで囲繞された相対的に断面積が大きい略八角形状の閉断面s5が形成されている。
つまり、この実施例では、車両用構造部材10は、相対的に断面積が小さい閉断面s1〜s4と、相対的に断面積が大きい閉断面s5との合計九つの閉断面を備えている。
特に、この実施例では、直角二等辺三角形の三角形状部T1の潰れを第2連結部22で抑制することにより、角部c1,c2の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を図るよう構成したものである。
図1で示した実施例の車両用構造部材10(実施例1とする)と、図2の(a)に示す比較例1の車両用構造部材80と、図2の(b)に示す比較例2の車両用構造部材90との曲げ強度の重量効率および圧縮曲げ強度の重量効率とを比較する。
図2の(a)に示す比較例1の車両用構造部材80は、実施例1(図1参照)のものに対して第2連結部22および第4連結部24が存在しないものであり、図2の(b)に示す比較例2の車両用構造部材90は、実施例1(図1参照)のものに対して全ての連結部21,22,23,24が存在しない単純な方形枠状の構造部材である。なお、図2の(a)、(b)において、図1と同一の部分には図示の便宜上、同一符号を付している。
図5は曲げ強度の評価方法を示す説明であって、剛体で変形しない一対の支持点部材31,32と、同様に、剛体で変形しない一対の負荷点部材33,34とを設け、上述の一対の支持点部材31,32の上部に車両用構造部材10(または、80,90)の第2面部12の両端部が位置するよう上載し、一対の負荷点部材33,34を離間させて、これら各負荷点部材33,34で車両用構造部材10(または、80,90)の第1面部11に対して、図5の矢印方向に曲げ荷重を与え、荷重および、たわみを測定して、曲げに関する試験を行なうものである。
図5で示した曲げ強度の評価方法による試験結果からその重量効率を求めた結果を、図3に示す。
図3に示す曲げ強度の重量効率の特性図は、図2の(b)で示した比較例2の車両用構造部材90の当該重量効率を100%として、実施例1の車両用構造部材10と、比較例1の車両用構造部材80との曲げ強度の重量効率をそれぞれ示している。同図において、数値が大きい程、効率が高いことを表している。
図3から明らかなように、実施例1の車両用構造部材10の曲げ強度の重量効率は約135%であり、比較例1の車両用構造部材80の曲げ強度の重量効率は約128%であって、実施例1のものが曲げ強度の重量効率が優れている。
一方、圧縮曲げ強度の重量効率を求めた結果を、図4に示す。図4に示す圧縮曲げ強度の重量効率の特性図は、図2の(b)で示した比較例2の車両用構造部材90の当該重量効率を100%として、実施例1の車両用構造部材10と、比較例1の車両用構造部材80との圧縮曲げ強度の重量効率をそれぞれ示している。同図において、数値が大きい程、効率が高いことを表している。
図4から明らかなように、実施例1の車両用構造部材10の圧縮曲げ強度の重量効率は約170%であり、比較例1の車両用構造部材80の圧縮曲げ強度の重量効率は約154%であって、実施例1のものが圧縮曲げ強度の重量効率においても優れている。
このように、上記実施例の車両用構造部材は、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずる車両用構造部材10であって、上記荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部11と、引張方向の力が作用する第2面部12と、上記第1、第2面部11,12の間に配設され、上記第1、第2面部11,12の両端部を連結して角部c1,c2,c3,c4を形成する第3面部13,13とを有し、上記第1面部11と上記第3面部13との上記角部c1,c2の近傍において、上記第1面部11と上記第3面部13とを略直線的に連結する第1連結部21,21と、該第1連結部21と、上記第1面部11と上記第3面部13との上記角部c1,c2とを略直線的に連結する第2連結部22,22とが設けられたものである(図1参照)。
この構成によれば、上述の第1面部11と第3面部13と第1連結部21とによって形成される三角形状部T1の潰れを、第2連結部22で抑制することができ、これにより車両衝突時における角部c1,c2の変形を抑制し、曲げ強度および圧縮曲げ強度の向上を、高い重量効率にて達成することができる。
また、上述の第1面部11は、第1連結部21により面分割(この実施例では、3分割)されるので、この第1面部11の弾性座屈を抑制することもできる。
この発明の一実施形態においては、上記第1連結部21と上記第2連結部22との成す角度θ1が略90度に設定されたものである(図1参照)。
上述の略90度とは、80度〜100度の範囲を意味する。
この構成によれば、上述の角度θ1を略90度に設定したので、三角形状部T1の潰れを、より一層抑制することができ、曲げ強度をさらに高めることができる。
この発明の一実施形態においては、上記第2面部12と上記第3面部13との上記角部c3,c4の近傍において、上記第2面部12と上記第3面部13とを略直線的に連結する第3連結部23と、該第3連結部23と、上記第2面部12と上記第3面部13との上記角部c3,c4とを略直線的に連結する第4連結部24とが設けられたものである(図1参照)。
この構成によれば、上述の第2面部12と第3面部13と第3連結部23とによって形成される三角形状部T2の潰れを、第4連結部24で抑制することができ、これにより車両衝突時における角部c3,c4の変形を抑制することができる。
図6,図7は、図1で示した車両用構造部材10をサイドシル20に採用した実施例を示すものである。
図1で示した車両用構造部材10を、車両のサイドシル20に適用する場合には、図6に示すように、側突荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部11を車幅方向外側に位置させ、引張方向の力が作用する第2面部12を車幅方向内側に位置させ、両側の第3面部13,13をそれぞれ上側および下側に位置させるよう車両用構造部材10が配設されている。
そして、この車両用構造部材10には、鋼板プレス成形部材で形成されたサイドシルアウタ25の取付けを考慮して、その第3面部13,13から閉断面s5の外方としての上方および下方に延びるフランジ部15,16が一体形成されている。
図6に示すように、上述のサイドシルアウタ25にはその上下にフランジ部25a,25bが一体形成されている。
上述の車両用構造部材10の上下の各フランジ部15,16に対して、サイドシルアウタ25の上下のフランジ部25a,25bが取付けられている。この実施例においては、両フランジ部の取付け強度向上を図る目的で、フランジ部15,25a間、およびフランジ部16,25b間に接着剤26を介設した状態で、これらフランジ部15,25aおよびフランジ部16,25bをリベット27,27にて固定している。
この実施例の車両用構造部材10は、従前のサイドシルレインフォースメントとサイドシルインナとの両機能を有するものであり、また、上述の接着剤26により電食防止効果をも奏する。
このように、図6で示した実施例においては、上記車両用構造部材10が、サイドシル20の一部を構成し、該サイドシル20は、車両上方および下方に延びるフランジ部25a,25bを有するサイドシルアウタ25を有し、上記第1面部11が車幅方向外側に、上記第2面部12が車幅方向内側に、それぞれ位置するよう配設され、両側の上記第3面部13,13がそれぞれ上側および下側に位置するよう配設され、上側に位置する上記第3面部13から車両上方に延びるフランジ部15が、下側に位置する上記第3面部13から車両下方に延びるフランジ部16が、それぞれ設けられ、上記第3面部13のフランジ部15,16に上記サイドシルアウタ25のフランジ部25a,25bの少なくとも一方(この実施例では両方)が取付けられたものである(図6参照)。
この構成によれば、サイドシル20の側突に対する曲げ強度の向上を図ると共に、当該サイドシル20のスモールオーバラップ衝突(フロントサイドフレームに衝突荷重が入力されず、フロントサイドフレームよりも車幅方向外側に衝突荷重が入力されるような衝突)に対する圧縮曲げ強度の向上を図ることができる。
なお、図6において、矢印INは車幅方向の内方を示し、矢印OUTは車幅方向の外方を示し、矢印UPは車両上方を示す。
図7は、車両用構造部材10をサイドシル20に採用する場合の他の実施例を示し、この実施例においても、図7に示すように、側突荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部11を車幅方向外側に位置させ、引張方向の力が作用する第2面部12を車幅方向内側に位置させ、両側の第3面部13,13をそれぞれ上側および下側に位置させるよう車両用構造部材10が配設されている。
そして、この実施例においても、車両用構造部材10には、鋼板プレス成形部材で形成されたサイドシルアウタ25の取付けを考慮して、その第3面部13,13から閉断面s5の外方としての上方および下方に延びるフランジ部15,16が一体形成されている。
図7に示すように、上述のサイドシルアウタ25にはその上下にフランジ部25a,25cが一体形成されている。
上述の車両用構造部材10の上側のフランジ部15に対して、サイドシルアウタ25の上側のフランジ部25aが取付けられている。また、車両用構造部材10の第1面部11における上下方向中間部には、サイドシルアウタ25の下側のフランジ部25cが取付けられている。
この実施例においては両フランジ部15,25aの取付け強度、および第1面部11と下側のフランジ部25cとの取付け強度の向上を図る目的で、各要素15,25a間、および各要素11,25c間に接着剤26を介設した状態で、これらフランジ部15,25aおよび各要素11,25cをリベット27,27にて固定している。
また、図7に示すように、上述のサイドシルアウタ25の上下方向中間部から車両用構造部材10の車幅方向外側下部に位置する角部c2の直下部にかけ、これらを車幅方向外側から覆う樹脂製ガーニッシュ28を設け、この樹脂製ガーニッシュ28を図示しない樹脂クリップを用いてサイドシル20に取付け固定している。
図7で示したこの実施例においても、車両用構造部材10は、従前のサイドシルレインフォースメントとサイドシルインナとの両機能を有するものであり、また上述の接着剤26により電食防止効果をも奏する。
図7で示した実施例においても、その他の構成、作用、効果については、図6の実施例と同様であるから、図7において、図6と同一の部分には同一符号を付して、その詳しい説明を省略する。
図8は車両用構造部材10の適用範囲を示す車体側面図であって、該車両用構造部材10を図6,図7で示したようにサイドシル20に適用する場合には、図8に適用範囲αで示すように、ヒンジピラー17とセンタピラー18との間におけるストレートまたはストレートに近い範囲が適している。
上記実施例においては、車両用構造部材10をサイドシル20に適用した場合を例示したが、該車両用構造部材10は、サイドシルの他に、バンパレインフォースメントやシャシーフレーム等の、断面サイズが比較的大きく、(閉断面s1〜s4が成形時につぶれない程度に大きいことを意味する)かつストレートに近い車両用部材に適用することができる。
また、上記実施例においては、車両用構造部材10をアルミニウムまたはアルミニウム合金の押出し成形部材にて構成したが、該車両用構造部材10はマグネシウムまたはマグネシウム合金の押出し成形部材にて構成してもよい。
さらに、上記実施例においては、構造部材本体14として略正方形枠状のものを例示したが、これは縦長の方形枠状であってもよく、または、横長の方形枠状であってもよい。
以上説明したように、本発明は、車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずる車両用構造部材について有用である。
10…車両用構造部材
11…第1面部
12…第2面部
13…第3面部
15,16…フランジ部
20…サイドシル
21…第1連結部
22…第2連結部
23…第3連結部
24…第4連結部
25…サイドシルアウタ
25a,25b…フランジ部
c1〜c4…角部

Claims (4)

  1. 車体の一部を構成し、車両の衝突時に荷重が作用して曲げ変形が生ずる車両用構造部材であって、
    上記荷重が作用した時に圧縮方向の力が作用する第1面部と、
    引張方向の力が作用する第2面部と、
    上記第1、第2面部の間に配設され、上記第1、第2面部の両端部を連結して角部を形成する第3面部とを有し、
    上記第1面部と上記第3面部との上記角部の近傍において、上記第1面部と上記第3面部とを略直線的に連結する第1連結部と、
    該第1連結部と、上記第1面部と上記第3面部との上記角部とを略直線的に連結する第2連結部とが設けられたことを特徴とする
    車両用構造部材。
  2. 上記第1連結部と上記第2連結部との成す角度が略90度に設定された
    請求項1記載の車両用構造部材。
  3. 上記第2面部と上記第3面部との上記角部の近傍において、上記第2面部と上記第3面部とを略直線的に連結する第3連結部と、
    該第3連結部と、上記第2面部と上記第3面部との上記角部とを略直線的に連結する第4連結部とが設けられた
    請求項1または2に記載の車両用構造部材。
  4. 上記車両用構造部材が、サイドシルの一部を構成し、
    該サイドシルは、車両上方および下方に延びるフランジ部を有するサイドシルアウタを有し、
    上記第1面部が車幅方向外側に、上記第2面部が車幅方向内側に、それぞれ位置するよう配設され、
    両側の上記第3面部がそれぞれ上側および下側に位置するよう配設され、
    上側に位置する上記第3面部から車両上方に延びるフランジ部が、下側に位置する上記第3面部から車両下方に延びるフランジ部が、それぞれ設けられ、上記第3面部のフランジ部に上記サイドシルアウタのフランジ部の少なくとも一方が取付けられた
    請求項1〜3の何れか一項に記載の車両用構造部材。
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