JP2002103074A - 意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法 - Google Patents
意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継
ぎ手およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 表側表面に酸化チタン層２を有するステ
ンレス鋼板１からなる溶接継ぎ手において、裏面より照
射面のビーム径で０．８ｍｍ以下のレーザビーム４を照
射し、溶接部５の溶け込み深さを、裏面より板厚の２０
〜８０％以下とすることにより表側表面における温度上
昇を４００℃以下とすることを特徴とする。
ぎ手およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 表側表面に酸化チタン層２を有するステ
ンレス鋼板１からなる溶接継ぎ手において、裏面より照
射面のビーム径で０．８ｍｍ以下のレーザビーム４を照
射し、溶接部５の溶け込み深さを、裏面より板厚の２０
〜８０％以下とすることにより表側表面における温度上
昇を４００℃以下とすることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、意匠性と光触媒活
性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法に関
するものである。
性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光触媒活性に優れた酸化チタン被
覆ステンレス鋼を用いた構造体を製作する際には、剛性
や強度を高くするため裏面に補強材等を配し、これらを
接着もしくは電気抵抗溶接法により接合していた。しか
しながら、接着では耐熱性に問題があり、３００℃以上
の雰囲気では接着剤に用いている有機溶媒からのガスの
発生、あるいは接着力の低下による構造体そのものの崩
壊などの問題があり、特に輸送機器ではその使用が制限
されており、実用的で無いという問題がある。また、電
気抵抗溶接では電極の加圧により酸化チタン被覆に傷が
付き、かつ溶融金属部分からの熱伝導による酸化チタン
被覆部分の温度上昇で、テンパーカラーを生じ意匠性が
劣るばかりでなく、耐食性の低下あるいは光触媒活性が
機能しなくなるという問題がある。
覆ステンレス鋼を用いた構造体を製作する際には、剛性
や強度を高くするため裏面に補強材等を配し、これらを
接着もしくは電気抵抗溶接法により接合していた。しか
しながら、接着では耐熱性に問題があり、３００℃以上
の雰囲気では接着剤に用いている有機溶媒からのガスの
発生、あるいは接着力の低下による構造体そのものの崩
壊などの問題があり、特に輸送機器ではその使用が制限
されており、実用的で無いという問題がある。また、電
気抵抗溶接では電極の加圧により酸化チタン被覆に傷が
付き、かつ溶融金属部分からの熱伝導による酸化チタン
被覆部分の温度上昇で、テンパーカラーを生じ意匠性が
劣るばかりでなく、耐食性の低下あるいは光触媒活性が
機能しなくなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、十分
な接合強度を有する意匠性と光触媒活性に優れたステン
レス鋼継ぎ手およびその製造方法を提供することにあ
る。
な接合強度を有する意匠性と光触媒活性に優れたステン
レス鋼継ぎ手およびその製造方法を提供することにあ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】発明者らは、酸化チタン
層を有する面とは反対側の裏面から必要十分な溶け込み
量でレーザ溶接し、酸化チタン層を有する面での温度上
昇を４００℃以下とすることにより上記課題を解決でき
ることを見いだし、本発明に至ったものであり、その要
旨とするところは以下の通りである。
層を有する面とは反対側の裏面から必要十分な溶け込み
量でレーザ溶接し、酸化チタン層を有する面での温度上
昇を４００℃以下とすることにより上記課題を解決でき
ることを見いだし、本発明に至ったものであり、その要
旨とするところは以下の通りである。
【０００５】（１） 表側表面に酸化チタン層を有する
ステンレス鋼板からなる溶接継ぎ手であって、溶接部の
溶け込み深さが、裏面より板厚の２０〜８０％以下であ
ることを特徴とする意匠性と光触媒活性に優れたステン
レス鋼継ぎ手。 （２） 表側表面に酸化チタン層を有するステンレス鋼
板を溶接するにあたり、裏面より照射面のビーム径で
０．８ｍｍ以下のレーザビームを照射し、表側表面にお
ける温度上昇を４００℃以下とすることを特徴とする意
匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手の製造方
法。
ステンレス鋼板からなる溶接継ぎ手であって、溶接部の
溶け込み深さが、裏面より板厚の２０〜８０％以下であ
ることを特徴とする意匠性と光触媒活性に優れたステン
レス鋼継ぎ手。 （２） 表側表面に酸化チタン層を有するステンレス鋼
板を溶接するにあたり、裏面より照射面のビーム径で
０．８ｍｍ以下のレーザビームを照射し、表側表面にお
ける温度上昇を４００℃以下とすることを特徴とする意
匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手の製造方
法。
【０００６】
【発明の実施の形態】酸化チタン被覆ステンレス鋼は、
酸化チタンが有する光触媒作用、例えば抗菌性、悪臭の
分解、公害物質の分解、汚水の清浄化および親水性を利
用した防弦性の特性を活かす分野で使用されている。ま
た、基材が耐食性、強度、加工性および靭性に優れたス
テンレス鋼であることから、腐食環境あるいは各種の加
工を受ける条件下、特に鉄道車両をはじめとする公共交
通機関や駅やデパートなどの、不特定多数が使用する個
所に用いる構造体、建築材料や什器での使用が有効であ
る。
酸化チタンが有する光触媒作用、例えば抗菌性、悪臭の
分解、公害物質の分解、汚水の清浄化および親水性を利
用した防弦性の特性を活かす分野で使用されている。ま
た、基材が耐食性、強度、加工性および靭性に優れたス
テンレス鋼であることから、腐食環境あるいは各種の加
工を受ける条件下、特に鉄道車両をはじめとする公共交
通機関や駅やデパートなどの、不特定多数が使用する個
所に用いる構造体、建築材料や什器での使用が有効であ
る。
【０００７】しかし、溶接のような入熱が加わる場合、
溶接部においてテンパーカラーの形成による意匠性の低
下、さらには酸化チタン粒子の凝集・粗大化によって光
触媒活性の低下を招くため、接合方法が非常に限られて
きた。
溶接部においてテンパーカラーの形成による意匠性の低
下、さらには酸化チタン粒子の凝集・粗大化によって光
触媒活性の低下を招くため、接合方法が非常に限られて
きた。
【０００８】そこで発明者らは、酸化チタン被覆のない
ステンレス鋼の裏面からレーザ照射を行い、このときの
レーザ照射エネルギーを制御することで、溶接部分の溶
け込み深さを精密に制御し、そして溶け込み深さの制御
により、強度は保ちつつもレーザ照射側とは反対側の面
の粗さ、色、表面反射率などの表面性状に影響を与え
ず、また、酸化チタンの有する光触媒活性を劣化させる
ことなく、継ぎ手の製造が可能となる知見を得た。
ステンレス鋼の裏面からレーザ照射を行い、このときの
レーザ照射エネルギーを制御することで、溶接部分の溶
け込み深さを精密に制御し、そして溶け込み深さの制御
により、強度は保ちつつもレーザ照射側とは反対側の面
の粗さ、色、表面反射率などの表面性状に影響を与え
ず、また、酸化チタンの有する光触媒活性を劣化させる
ことなく、継ぎ手の製造が可能となる知見を得た。
【０００９】すなわち、表側表面に酸化チタン層を有す
るステンレス鋼板を溶接する場合に、溶接部における溶
け込み深さを、裏面より板厚の２０〜８０％とすること
によって、テンパーカラーの発生による意匠性の低下な
らびに光触媒活性の劣化を生じることなく、十分な接合
強度を有する意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼
継ぎ手を得ることができることを見出した。
るステンレス鋼板を溶接する場合に、溶接部における溶
け込み深さを、裏面より板厚の２０〜８０％とすること
によって、テンパーカラーの発生による意匠性の低下な
らびに光触媒活性の劣化を生じることなく、十分な接合
強度を有する意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼
継ぎ手を得ることができることを見出した。
【００１０】溶け込み深さが板厚の２０％未満では、十
分な接合強度を得ることができない。また、溶け込み深
さが８０％を超えると、溶接面の反対側すなわち酸化チ
タン層を有する面の大幅な温度上昇を招き、テンパーカ
ラーの形成および酸化チタン粒子の凝集、粗大化により
光触媒活性の劣化を招く。
分な接合強度を得ることができない。また、溶け込み深
さが８０％を超えると、溶接面の反対側すなわち酸化チ
タン層を有する面の大幅な温度上昇を招き、テンパーカ
ラーの形成および酸化チタン粒子の凝集、粗大化により
光触媒活性の劣化を招く。
【００１１】このような接合部を得ることのできる溶接
方法として、レーザビーム溶接が最も望ましい。この
際、裏面より照射面のビーム径で０．８ｍｍ以下のレー
ザビームを照射し、酸化チタン層を有する表側表面にお
ける温度上昇を４００℃以下とすることによって、溶け
込み深さが適切で、かつテンパーカラーによって意匠性
が低下することもなく、しかも光触媒活性の劣化も防止
することができる。
方法として、レーザビーム溶接が最も望ましい。この
際、裏面より照射面のビーム径で０．８ｍｍ以下のレー
ザビームを照射し、酸化チタン層を有する表側表面にお
ける温度上昇を４００℃以下とすることによって、溶け
込み深さが適切で、かつテンパーカラーによって意匠性
が低下することもなく、しかも光触媒活性の劣化も防止
することができる。
【００１２】このような温度上昇によって温度が４００
℃を超えるような場合には、酸化チタン微粒子の凝集・
粗大化を生じ、光触媒活性の低下を招く。従って、レー
ザビーム径は０．８ｍｍ以下とし、照射面と反対側の酸
化チタン層を有する面での温度上昇を４００℃以下とす
る必要がある。なお、照射面でのレーザビーム径を０．
０５ｍｍ未満にすることは、工学上極めて困難であると
ともに、溶接部が狭くなりすぎ溶け込み深さを制御し難
くなるので、０．０５ｍｍを下限値とすることが好まし
い。
℃を超えるような場合には、酸化チタン微粒子の凝集・
粗大化を生じ、光触媒活性の低下を招く。従って、レー
ザビーム径は０．８ｍｍ以下とし、照射面と反対側の酸
化チタン層を有する面での温度上昇を４００℃以下とす
る必要がある。なお、照射面でのレーザビーム径を０．
０５ｍｍ未満にすることは、工学上極めて困難であると
ともに、溶接部が狭くなりすぎ溶け込み深さを制御し難
くなるので、０．０５ｍｍを下限値とすることが好まし
い。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例について述べる。本発
明に使用したステンレス鋼は、ＪＩＳに規格化されたＳ
ＵＳ３０４鋼であり、鋼中のＣｒ含有量は１８．５質量
％、Ｎｉ含有量は８．７質量％で、冷延後、焼鈍を行
い、さらに酸洗を行ったいわゆる２Ｂ仕上げ材で、板厚
は約２ｍｍである。このようなステンレス鋼板の片面表
面に酸化チタン微粒子分散液を塗布し、２８０℃で５分
間の加熱を行い、酸化チタン層を形成した。
明に使用したステンレス鋼は、ＪＩＳに規格化されたＳ
ＵＳ３０４鋼であり、鋼中のＣｒ含有量は１８．５質量
％、Ｎｉ含有量は８．７質量％で、冷延後、焼鈍を行
い、さらに酸洗を行ったいわゆる２Ｂ仕上げ材で、板厚
は約２ｍｍである。このようなステンレス鋼板の片面表
面に酸化チタン微粒子分散液を塗布し、２８０℃で５分
間の加熱を行い、酸化チタン層を形成した。
【００１４】次に、図１に示すようにステンレス鋼板１
の酸化チタン層２と反対側の面に厚さ１．５ｍｍの凸字
形の補強材３を配し、図２に示すように補強材側からレ
ーザビーム４の照射を行い、レーザビーム溶接して溶接
部５を形成した。レーザ発振器およびレーザの伝送・集
光に用いた光ファイバー伝送・集光光学系は市販のもの
である。レーザ発振器は最大定格出力６００Ｗのパルス
発振型ＹＡＧレーザである。
の酸化チタン層２と反対側の面に厚さ１．５ｍｍの凸字
形の補強材３を配し、図２に示すように補強材側からレ
ーザビーム４の照射を行い、レーザビーム溶接して溶接
部５を形成した。レーザ発振器およびレーザの伝送・集
光に用いた光ファイバー伝送・集光光学系は市販のもの
である。レーザ発振器は最大定格出力６００Ｗのパルス
発振型ＹＡＧレーザである。
【００１５】光ファイバー伝送集光光学系装置のうち、
光ファーバーはＳＩ型、コア径０．８ｍｍ、ファイバー
長さ１０ｍである。集光光学装置は、焦点距離８０ｍ
ｍ、拡大倍率０．７５倍の使用である。レーザ照射にあ
たっては、あらかじめステンレス鋼の表面の酸化チタン
層に影響を与えないように、溶け込み深さと入熱量の関
係から入熱量を最適化している。図３にレーザ照射エネ
ルギーと溶け込み深さの関係の一例を示す。
光ファーバーはＳＩ型、コア径０．８ｍｍ、ファイバー
長さ１０ｍである。集光光学装置は、焦点距離８０ｍ
ｍ、拡大倍率０．７５倍の使用である。レーザ照射にあ
たっては、あらかじめステンレス鋼の表面の酸化チタン
層に影響を与えないように、溶け込み深さと入熱量の関
係から入熱量を最適化している。図３にレーザ照射エネ
ルギーと溶け込み深さの関係の一例を示す。
【００１６】表１は、ステンレス鋼板の板厚に対する溶
け込み深さの割合と溶接強度、照射面の反対面の外観、
光触媒活性の評価を示す。溶接強度の評価はＪＩＳ法に
従って行い、規定以上の強度が得られている場合を○、
規格値以下を×と表記した。溶接部の外観は、照射面の
反対面（酸化チタンの塗布面）より外観観察し、着色等
の外観上の変化が顕著なものを×、軽微なものを△、全
くないものを○と評価した。
け込み深さの割合と溶接強度、照射面の反対面の外観、
光触媒活性の評価を示す。溶接強度の評価はＪＩＳ法に
従って行い、規定以上の強度が得られている場合を○、
規格値以下を×と表記した。溶接部の外観は、照射面の
反対面（酸化チタンの塗布面）より外観観察し、着色等
の外観上の変化が顕著なものを×、軽微なものを△、全
くないものを○と評価した。
【００１７】光触媒活性の評価は、０．１Ｍのヨウ化カ
リウム溶液中に照射面の反対面（酸化チタンの塗布面）
が試験面となるように切り出した１０×１０ｍｍの試験
片を浸漬し、上部より２０ワットのブラックライトを３
０分間照射し、光触媒反応によって形成されたＩ3-を吸
光光度計（測定波長は３６５ｎｍ）によって測定し、試
験片を入れない溶液のみの吸光度との差を計算し、その
値の高いものが光触媒活性に優れるとした。
リウム溶液中に照射面の反対面（酸化チタンの塗布面）
が試験面となるように切り出した１０×１０ｍｍの試験
片を浸漬し、上部より２０ワットのブラックライトを３
０分間照射し、光触媒反応によって形成されたＩ3-を吸
光光度計（測定波長は３６５ｎｍ）によって測定し、試
験片を入れない溶液のみの吸光度との差を計算し、その
値の高いものが光触媒活性に優れるとした。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１より明らかなように、本発明法に従
い、ステンレス鋼板の溶け込み深さを板厚の２０％から
８０％とする場合に、酸化チタン塗布面において着色等
の外観上の問題を発生せず、また溶接強度、光触媒活性
とも優れた特性を示すことが分かる。
い、ステンレス鋼板の溶け込み深さを板厚の２０％から
８０％とする場合に、酸化チタン塗布面において着色等
の外観上の問題を発生せず、また溶接強度、光触媒活性
とも優れた特性を示すことが分かる。
【００２０】表２は、レーザビーム溶接時のレーザビー
ム径を変化させ、溶接試験片を作製し、前述の外観評価
および光触媒活性の評価を行ったものである。照射面で
のレーザビーム径を本発明に従って０．８ｍｍ以下とし
た場合に、外観上問題なく、しかも優れた光触媒活性を
示すことが分かる。
ム径を変化させ、溶接試験片を作製し、前述の外観評価
および光触媒活性の評価を行ったものである。照射面で
のレーザビーム径を本発明に従って０．８ｍｍ以下とし
た場合に、外観上問題なく、しかも優れた光触媒活性を
示すことが分かる。
【００２１】
【表２】
【００２２】酸化チタン被覆ステンレス鋼継ぎ手を用い
た溶接構造体を、鉄道車両の吹き寄せ部分に搭載し走行
試験を行った。吹き寄せ部分は大気中で付着する汚れの
他に、乗客の乗降に際し手が触れる箇所で汚れの激しい
箇所である。走行試験の結果、従来法では洗車機による
洗浄でも落ちることがなかった汚れが、本発明の継ぎ手
を用いた構造体では付着した汚れが光触媒作用で分解
し、防汚性に優れた結果を得た。
た溶接構造体を、鉄道車両の吹き寄せ部分に搭載し走行
試験を行った。吹き寄せ部分は大気中で付着する汚れの
他に、乗客の乗降に際し手が触れる箇所で汚れの激しい
箇所である。走行試験の結果、従来法では洗車機による
洗浄でも落ちることがなかった汚れが、本発明の継ぎ手
を用いた構造体では付着した汚れが光触媒作用で分解
し、防汚性に優れた結果を得た。
【００２３】
【発明の効果】本発明の継ぎ手、さらにはそれを用いた
溶接構造体は、溶接時の光触媒活性および外観の劣化を
生じることがないと共に、十分な溶接強度を有してお
り、鉄道車両、建造物の屋根や外壁、階段やエレベータ
ーの手摺り、ビルディングのエントランス、業務用調理
台などに使用でき、光触媒活性による優れた防汚性を発
揮し長期にわたり清浄な表面を維持できる。したがっ
て、本発明の産業上の価値は極めて高い。
溶接構造体は、溶接時の光触媒活性および外観の劣化を
生じることがないと共に、十分な溶接強度を有してお
り、鉄道車両、建造物の屋根や外壁、階段やエレベータ
ーの手摺り、ビルディングのエントランス、業務用調理
台などに使用でき、光触媒活性による優れた防汚性を発
揮し長期にわたり清浄な表面を維持できる。したがっ
て、本発明の産業上の価値は極めて高い。
【図１】本発明の継ぎ手を有する構造体の一例を示す
図。
図。
【図２】図１に示す構造体の製造におけるレーザビーム
溶接方法を模式的に示す図。
溶接方法を模式的に示す図。
【図３】実施例におけるレーザ照射エネルギーと溶け込
み深さの関係の一例を示す図。
み深さの関係の一例を示す図。
１：ステンレス鋼板 ２：酸化チタン層 ３：補強材 ４：レーザビーム ５：溶接部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 BA01 BF00 DB01 DB15 4G069 AA03 AA08 BA04A BA04B BA17 BA48A CD10 DA06 EA08 ED04 FA03 FB23
Claims (2)
- 【請求項１】 表側表面に酸化チタン層を有するステン
レス鋼板からなる溶接継ぎ手であって、溶接部の溶け込
み深さが、裏面より板厚の２０〜８０％以下であること
を特徴とする意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼
継ぎ手。 - 【請求項２】 表側表面に酸化チタン層を有するステン
レス鋼板を溶接するにあたり、裏面より照射面のビーム
径で０．８ｍｍ以下のレーザビームを照射し、表側表面
における温度上昇を４００℃以下とすることを特徴とす
る意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000302259A JP2002103074A (ja) | 2000-10-02 | 2000-10-02 | 意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000302259A JP2002103074A (ja) | 2000-10-02 | 2000-10-02 | 意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法 |
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| JP2002103074A true JP2002103074A (ja) | 2002-04-09 |
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ID=18783641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000302259A Pending JP2002103074A (ja) | 2000-10-02 | 2000-10-02 | 意匠性と光触媒活性に優れたステンレス鋼継ぎ手およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002103074A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005329412A (ja) * | 2004-05-18 | 2005-12-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接方法、レーザ溶接継手、外板パネルおよび鉄道車両の構体構造 |
| JP2007144520A (ja) | 2007-03-16 | 2007-06-14 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | レーザ溶接継手、外板パネルおよび鉄道車両の構体構造 |
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| EP2286954A3 (en) * | 2004-05-18 | 2011-08-31 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Body structure for rolling stock |
-
2000
- 2000-10-02 JP JP2000302259A patent/JP2002103074A/ja active Pending
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