JP2008068816A - 鉄道車両用構体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体を提供すること。
【解決手段】 この鉄道車両用構体１０の側溝体１８は、外板１８ｚと、外板１８ｚを補強するための補強部材と、外板１８ｚに形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材１８１ａ〜１８３ａとを備え、外板１８ｚは、複数の外板部材１８ａ〜１８ｆが突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材１８ａ〜１８ｆがＤＤＬによって突合せ溶接されることで形成され、補強部材は、外板１８ｚの内側に重ね合わせて配置され、ＹＡＧレーザによって非貫通溶接されており、枠部材１８１ａ〜１８３ａは、外板１８ｚに形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分がＤＤＬによって隅肉溶接されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄道車両用構体及びその製造方法に関する。

鉄道車両用構体を構成する外板部材や補強部材といった各種部材をレーザ溶接によって接合し、鉄道車両用構体を製造することが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
特開２００５−３２９４１２号公報

上記特許文献１においては、部材同士を重ね合わせてレーザ光源を移動させながら照射し、部材同士を溶接している。従って、例えば外板同士を溶接する場合には、せぎり継手によって重ね合わせ、そこをレーザ光によって溶接している。

ところで、外板を重ね合わせ溶接にて形成すると、当該部分に段差が生じ、場合によっては防水のためのシール等が必要となる場合もある。一方で、外板以外の部分においては、重ね合わせ溶接が適している部分もある。更に、重ね合わせ溶接も突合せ溶接も適していない部分もありうる。

そこで本発明では、より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体及びその製造方法を提供することを目的とする。

鉄道車両用構体をどのような部材に分割し、それらをどのように組立て接合して鉄道車両用構体とするかは様々な手法がある。本発明者らはそのような種々の手法について詳細に検討すると共に、鉄道車両用構体の構造についてもより詳細に検討を行った。その結果、本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。

本発明に係る鉄道車両用構体は、側構体を備える鉄道車両用構体であって、側溝体は、外板と、外板を補強するための補強部材と、外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを備え、外板は、複数の外板部材が突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材が第１のレーザによって突合せ溶接されることで形成され、補強部材は、外板の内側に重ね合わせて配置され、第１のレーザとは異なる第２のレーザによって非貫通溶接されており、枠部材は、外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分が第１のレーザによって隅肉溶接されている。

本発明によれば、外板は外板部材を突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材は非貫通溶接で外板の内側に、枠部材は隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材及び枠部材が配置される状況に応じた接合が実現された鉄道車両用構体を提供できる。

また本発明に係る鉄道車両用構体では、第１のレーザの発振波長は、第２のレーザの発振波長よりも短いことも好ましい。第１のレーザの発振波長が第２のレーザの発振波長よりも短いので、第１のレーザの吸収率が向上する。従って、第１のレーザのビームサイズを大きくすることが可能となり、的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。

また本発明に係る鉄道車両用構体では、第１のレーザの出力密度は、第２のレーザの出力密度よりも低いことも好ましい。第１のレーザの出力密度が第２のレーザの出力密度よりも低いので、第１のレーザのビームサイズを大きくすることが容易になり、より的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。

また本発明に係る鉄道車両用構体では、第１のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、第２のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることも好ましい。第１のレーザによる溶融が熱伝導型溶融であるので、突合せ継手におけるギャップ裕度を広げることができ、より的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。

本発明に係る製造方法は、側溝体を備える鉄道車両用構体の製造方法であって、側溝体を構成する外板となる複数の外板部材と、外板を補強するための補強部材と、外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを準備する部材準備工程と、複数の外板部材を互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材を第１のレーザによって突合せ溶接し外板を形成する外板溶接工程と、外板溶接工程において形成した外板の内側に補強部材を重ね合わせて配置し、第１のレーザとは異なる第２のレーザによって補強部材を外板に非貫通溶接する補強溶接工程と、枠部材を外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第１のレーザによって隅肉溶接する枠溶接工程と、を備える。

本発明によれば、外板は外板部材を突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材は非貫通溶接で外板の内側に、枠部材は隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材及び枠部材が配置される状況に応じた接合が実現される。

また本発明に係る製造方法では、外板溶接工程と補強溶接工程の間において、枠部材を外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第２のレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備えることも好ましい。枠部材を所定の位置に配置して、非貫通溶接によって外板に固定するので、的確な位置に保持した枠部材を隅肉溶接できる。

また本発明に係る製造方法では、第１のレーザの発振波長は、第２のレーザの発振波長よりも短いことも好ましい。第１のレーザの発振波長が第２のレーザの発振波長よりも短いので、第１のレーザの吸収率が向上する。従って、第１のレーザのビームサイズを大きくすることが可能となり、外板を的確に接合することができる。

また本発明に係る製造方法では、第１のレーザの出力密度は、第２のレーザの出力密度よりも低いことも好ましい。第１のレーザの出力密度が第２のレーザの出力密度よりも低いので、第１のレーザのビームサイズを大きくすることが容易になり、より的確に外板を接合することができる。

また本発明に係る製造方法では、第１のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、第２のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることも好ましい。第１のレーザによる溶融が熱伝導型溶融であるので、突合せ継手におけるギャップ裕度を広げることができ、外板をより的確に接合できる。

本発明によれば、より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体及びその製造方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の構体を概略的に示す斜視図である。なお、本願においては、図１に示す状態を基準に方向を示す用語を用いる。即ち、長手方向とは鉄道車両の進行方向と同方向であり、幅方向とは長手方向に直交する方向である。また、台枠に対して屋根構体が位置する方向が上であり、屋根構体に対して台枠が位置する方向が下である。

図１に示す鉄道車両の構体１０は、一対の妻構体１２、屋根構体１４、台枠１６、及び一対の側構体１８を備えている。

妻構体１２、屋根構体１４、台枠１６、及び側構体１８は、相互に接続されている。一対の妻構体１２は、鉄道車両の長手方向における一端及び他端に設けられている。屋根構体１４は、構体１０における屋根を構成しており、上記の長手方向に延びている。台枠１６は、構体１０における床部を構成しており、床板（図示せず）を支持している。

構体１０における幅方向の両側には、一対の側構体１８が設けられている。側構体１８は、構体１０の側面を構成しており、長手方向に延在している。側構体１８は、外板１８ｚと、枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａとによって構成されている。

側構体１８には、二つの第１の開口１８１が、長手方向の一方側及び他方側に設けられている。また、側構体１８には、第１の開口１８１の間に二つの第２の開口１８２が設けられている。本実施の形態では、第１の開口１８１及び第２の開口１８２は、構体１０における窓用の開口とされている。また、これらの開口の間には、三つの第３の開口１８３が設けられている。本実施の形態では、第３の開口１８３は、構体１０における出入口用の開口とされている。また、本実施形態では第３の開口１８３を三つ設けているが、出入り口の数（１〜６）に応じて設ける数を変更してもよい。また、第３の開口１８３を設ける数に応じて、第１の開口１８１及び第２の開口１８２の数を変更してもよい。

第１の開口１８１は、略矩形の開口が設けられた枠部材１８１ａによって画成されている。第２の開口１８２は、略矩形の開口が設けられた枠部材１８２ａによって画成されている。第３の開口１８３は、略矩形の開口が設けられた枠部材１８３ａによって画成されている。

以下、側構体１８の更に詳細な構造について説明する。図２は、側構体１８を車外側から見て示す平面図である。外板１８ｚは、複数の外板部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆによって構成されている。外板部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ、１８ｆは、それぞれ形状は異なるが略矩形の部材である。

外板部材１８ａ，１８ｂは、側構体１８の下側部分を構成する部材である。外板部材１８ａの上方長辺の両端には、それぞれ外板部材１８ｃが接合されている。外板部材１８ｃと外板部材１８ｃとは、互いに離隔して取り付けられている。外板部材１８ｃ，１８ｃの外板部材１８ａと接合されている辺と対向する辺には、外板部材１８ｅが接合されている。外板部材１８ｅは、長手方向において外板部材１８ａよりも長くなるように形成されている。従って、外板部材１８ａ，１８ｃ，１８ｃ，１８ｅによって形成される部分は、その中心部分に開口が形成され、その一部から外板部材１８ｅの一端が突出した形状となっている。この開口には、枠部材１８１ａが接合されている。

外板部材１８ｂの上方長辺の両端には、それぞれ外板部材１８ｄが接合されている。外板部材１８ｄと外板部材１８ｄとは、互いに離隔して取り付けられている。外板部材１８ｄ，１８ｄの外板部材１８ｂと接合されている辺と対向する辺には、外板部材１８ｆが接合されている。外板部材１８ｆは、長手方向において外板部材１８ｂよりも長くなるように形成されている。従って、外板部材１８ｂ，１８ｄ，１８ｄ，１８ｆによって形成される部分は、その中心部分に開口が形成され、その一部から外板部材１８ｆの両端が突出した形状となっている。この開口には、枠部材１８２ａが接合されている。

外板部材１８ｅの突出した端部と、外板部材１８ｄの突出した端部の一方とが接合されている。従って、外板部材１８ａ，１８ｃ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｄ，１８ｂそれぞれの一部の辺によってアーチ状部分が形成されている。このアーチ状部分には枠部材１８３ａが接合されている。

図３に、外板部材１８ａ〜１８ｆ同士の接合部分を模式的に示す。図３は、外板部材１８ａと外板部材１８ｃとが接合された部分を例示的に示している。図３に示すように、外板部材１８ａと外板部材１８ｃとはその端部同士が突き合わされて、レーザ溶接トーチＴ１を用いて突合せ溶接されている。

レーザ溶接トーチＴ１によるレーザ溶接は、高出力半導体レーザ溶接であって、より具体的にはダイレクト・ダイオード・レーザ（以下、ＤＤＬともいう、第１のレーザ）溶接である。ＤＤＬ溶接は、そのレーザ発振波長が８０８ｎｍであり、出力密度は１０^５Ｗ／ｃｍ^２である。また、ＤＤＬ溶接は、熱伝導型溶融が支配的な溶接である。ＤＤＬ溶接は、高吸収でビームサイズが比較的大きいので、突合せ溶接に用いるのに好適である。高出力半導体レーザは発振波長８０８ｎｍの他に、約８００〜１０００ｎｍまでの仕様のものを用いてもよい。

図４に、外板部材１８ａ〜１８ｆに枠部材１８１ａ〜１８３ａを接合した接合部分を模式的に示す。図４は、外板部材１８ｃと枠部材１８１ａとが接合された部分を例示的に示している。図４に示すように、外板１８ｚの開口部１８ｚ１の周縁を形成する外板部材１８ｃに重ね合わせて枠部材１８１を配置し、その重ね合わせた部分を隅肉溶接にて接合している。この場合も、レーザ溶接トーチＴ１によるレーザ溶接を行い、上述したようにＤＤＬ溶接となる。

図５は、第２の開口１８２近傍の側構体１８を、車内側から見て示す平面図である。なお、図５には、一方側の第２の開口１８２近傍の側構体１８の平面図が示されているが、他方側の第２の開口１８２近傍の側構体１８の構造は、図３に示すものと略対称な構造である。

図５に示すように、第２の開口１８２は、略矩形の開口が設けられた枠部材１８２ａによって画成されている。この枠部材１８２ａが設けられている部分以外の外板部材１８ｂ，１８ｄ，１８ｆには、補強部材２０が設けられている。

図６に、図５のＡ−Ａ断面図を示す。補強部材２０は、いわゆるハット状の部材であって、一対のチャネル部２０２と、一対のチャネル部２０２それぞれを繋ぐフランジ部２０３と、外部に延出するフランジ部２０１とを備えている。

補強部材２０は外板部材１８ｄに対して、フランジ部２０１，２０３において、重ね非貫通レーザ溶接されて接合されている。

レーザ溶接トーチＴ２によるレーザ溶接は、固体レーザ溶接であって、より具体的にはＹＡＧレーザ溶接である。ＹＡＧレーザ溶接は、そのレーザ発振波長が１０６４ｎｍであり、出力密度は１０^６Ｗ／ｃｍ^２である。また、ＹＡＧレーザ溶接は、キーホール型溶融が支配的な溶接である。ＹＡＧレーザ溶接は、高反射でエネルギー密度が比較的大きいので、重ね継手におけるギャップ裕度が大きく、重ね非貫通溶接に用いるのに好適である。また、近年安定化・高出力化している波長１０００〜１２００ｎｍのファイバレーザを用いても構わない。あるいはキーホール型の接合が可能なレーザを用いても構わない。

引き続いて、本実施形態の側構体１８の製造方法について説明する。尚、以下の説明においては、適宜図１〜６を参照する。側構体１８の製造方法は、部材準備工程と、外板溶接工程と、補強溶接工程と、枠溶接工程とを備えている。

部材準備工程では、側溝体１８を構成する外板１８ｚとなる複数の外板部材１８ａ〜１８ｆと、外板１８ｚを補強するための補強部材２０と、外板１８ｚに形成される開口部１８１，１８２，１８３の周縁に取り付けられる枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａとを準備する。

外板溶接工程では、複数の外板部材１８ａ〜１８ｆを互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材１８ａ〜１８ｆをＤＤＬ（第１のレーザ）によって突合せ溶接し外板１８ｚを形成する。

補強溶接工程では、外板溶接工程において形成した外板１８ｚの内側に補強部材２０を重ね合わせて配置し、ＹＡＧレーザ（第２のレーザ）によって補強部材２０を外板１８ｚに非貫通溶接する。

枠溶接工程では、枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａを外板１８ｚに形成される開口部１８１，１８２，１８３の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第１のレーザによって隅肉溶接する。

また本実施形態に係る製造方法では、外板溶接工程と補強溶接工程の間において、枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａを外板１８ｚに形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分をＹＡＧレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備えることも好ましい。枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａを所定の位置に配置して、非貫通溶接によって外板に固定するので、的確な位置に保持した枠部材１８１ａ，１８２ａ，１８３ａを隅肉溶接できる。車両構体の中で、側構体と同様に平面と開口部を有する場合の屋根構体、妻構体、台枠に対して、本発明を適用しても構わない。

本実施形態によれば、外板１８ｚは外板部材１８ａ〜１８ｆを突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材２０は非貫通溶接で外板１８ｚの内側に、枠部材１８１ａ〜１８３ａは隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材２０及び枠部材１８１ａ〜１８３ａが配置される状況に応じた接合が実現される。

図１は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の構体を概略的に示す斜視図である。 図２は、側構体を車外側から見て示す平面図である。 図３は、側構体の外板部材を接合する状況を説明する図である。 図４は、外板に枠部材を接合する状況を説明する図である。 図５は、外板に補強部材を接合する状況を説明する図である。 図６は、外板に補強部材を接合する状況を説明する図である。

符号の説明

１０…構体、１２…妻構体、１４…屋根構体、１６…台枠、１８…側構体。

Claims (9)

1. 側構体を備える鉄道車両用構体であって、
   前記側溝体は、外板と、前記外板を補強するための補強部材と、前記外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを備え、
   前記外板は、複数の外板部材が突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材が第１のレーザによって突合せ溶接されることで形成され、
   前記補強部材は、前記外板の内側に重ね合わせて配置され、前記第１のレーザとは異なる第２のレーザによって非貫通溶接されており、
   前記枠部材は、前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分が前記第１のレーザによって隅肉溶接されている、鉄道車両用構体。
2. 前記第１のレーザの発振波長は、前記第２のレーザの発振波長よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用構体。
3. 前記第１のレーザの出力密度は、前記第２のレーザの出力密度よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用構体。
4. 前記第１のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、前記第２のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用構体。
5. 側溝体を備える鉄道車両用構体の製造方法であって、
   前記側溝体を構成する外板となる複数の外板部材と、前記外板を補強するための補強部材と、前記外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを準備する部材準備工程と、
   前記複数の外板部材を互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材を第１のレーザによって突合せ溶接し外板を形成する外板溶接工程と、
   前記外板溶接工程において形成した外板の内側に前記補強部材を重ね合わせて配置し、前記第１のレーザとは異なる第２のレーザによって前記補強部材を前記外板に非貫通溶接する補強溶接工程と、
   前記枠部材を前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を前記第１のレーザによって隅肉溶接する枠溶接工程と、
   を備える製造方法。
6. 前記外板溶接工程と前記補強溶接工程の間において、前記枠部材を前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を前記第２のレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備える、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記第１のレーザの発振波長は、前記第２のレーザの発振波長よりも短いことを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
8. 前記第１のレーザの出力密度は、前記第２のレーザの出力密度よりも低いことを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。
9. 前記第１のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、前記第２のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることを特徴とする、請求項５に記載の製造方法。

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