JP2008207190A - 接合継手及び当該継手による鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接による溶接部の疲労強度を向上させた接合継手及び当該継手による鉄道車両を提供すること。
【解決手段】金属板２１，２２同士を重ね合わせた接合部分を、連続したレーザ溶接によって接合したものであって、レーザ溶接による溶接線３１は、その溶接端部３１ａに、非直線形状で当該溶接線３１の幅方向に広がりをもたせた止め部３２の溶接が行われた接合継手３０。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属板を重ね合わせた継手部分をレーザ溶接によって接合する接合継手、及びその接合継手を使用して構成された鉄道車両に関し、特にレーザ溶接を連続に行った溶接線によって接合した当該溶接部の疲労強度を高めた接合継手及び当該継手による鉄道車両に関する。

鉄道車両は、例えばメンテナンスの省力化を主目的に無塗装車両が多く使われており、アルミ製構体は傷や汚れの点で劣ることからステンレス製構体の車両が採用されている。その場合、鉄道車両用構体を構成する外板同士あるいは外板と骨組みとの接合が、従来はスポット溶接によって行われていたが、最近ではレーザ溶接が採用されている。ここで、図４は、レーザ溶接を用いて構成された下記特許文献１に記載の鉄道車両用構体を示した斜視図である。

鉄道車両は、窓や出入口の形成された左右の側構体２に屋根構体３が接続され、その前後方向には妻構体４が接続され、これらが台枠５と一体になって鉄道車両用構体１が構成されている。側構体２は、例えば図５に示すように、車端窓ブロック１１や中間窓ブロック１２、更にはその間に位置する側入口ブロック１３から構成され、車端窓ブロック１１などは外板２１，２２同士が接合され、側構体２の内側全体に図４に示すような断面ハット形状の補強部材７が長手方向に複数設けられている。最近の鉄道車両は、こうした外板同士あるいは外板と補強部材などがレーザ溶接によって接合されている。

具体的には、図６に示すように、外板２１，２２の端部同士、あるいは外板２２と枠部材２３（開口部の縁部材）の端部同士が重ね合わされた接合継手であって、重ね合わせ部分にレーザビーム５０が照射されてレーザ溶接が行われる。図６では車体表面側を示しているため、図面裏側にレーザビーム５０が照射されて溶接ビードが形成される。そこで、外板２１，２２や枠部材２３の表面に一点鎖線で示しているが、図面裏側には長手方向に沿って溶接ビードによる直線の溶接線８ができている。
特開２００６−２７３６６号公報

こうした従来の接合継手は、図７に示す溶接線２５のうち、特に溶接端部２５ａについて疲労強度を低下させてしまう問題があった。これは、レーザ溶接は連続した線接合であるので、点接合であるスポット溶接などに比べて高応力は作用しないものの、溶接線２５の幅が細く、端部に鋭角が残るからである。加えて、レーザ溶接では、レーザビームの照射を急に停止させることはなく、その出力を徐々に下げていってゼロにするような制御が行われるため、溶接線２５の終端も溶接端部２５ａは、図７に示すように継手部分の端部手前の位置にあって先細りした形状となってしまい、特に溶接端部２５ａに応力が集中しやすいからである。よって、鉄道車両などに使用された接合継手では、走行中、外板２１，２２が引き延ばされる方向に荷重が繰り返しかかり、その度に溶接端部２５ａに応力集中による大きな力が作用することで、その溶接端部２５ａの疲労強度を低下させてしまうことになる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、レーザ溶接による溶接端部の疲労強度を向上させた接合継手及び当該継手による鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明の接合継手は、金属板同士を重ね合わせた接合部分を、連続したレーザ溶接によって接合したものであって、前記レーザ溶接による溶接線は、その溶接端部に、非直線形状で当該溶接線の幅方向に広がりをもたせた止め部溶接が行われたものであることを特徴とする。
また、本発明の接合継手は、前記止め部溶接が、溶接線の溶接端部がスポット溶接されたものであることが好ましい。
また、本発明の接合継手は、前記止め部溶接が、前記溶接線の溶接端部にレーザ溶接による円弧状の返しが形成されたものであることが好ましい。
また、本発明の接合継手は、前記止め部溶接が、前記溶接線の溶接端部がレーザ溶接によって略円形に溶接されたものであることが好ましい。

本発明の鉄道車両は、側構体、屋根構体及び妻構体を備える車両用構体が台枠と一体に組み立てられ、その車両用構体が、金属板をレーザ溶接によって接合して形成されたものであって、前記金属板同士は、重ね合った接合部分が連続したレーザ溶接によって接合され、当該レーザ溶接による溶接線は、その溶接端部に、非直線形状で当該溶接線の幅方向に広がりをもたせた止め部溶接が行われたものであることを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両は、前記止め部溶接が、溶接線の溶接端部がスポット溶接されたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両は、前記止め部溶接が、前記溶接線の溶接端部にレーザ溶接による円弧状の返しが形成されたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両は、前記止め部溶接が、前記溶接線の溶接端部がレーザ溶接によって略円形に溶接されたものであることが好ましい。

本発明によれば、連続するレーザ溶接によって金属板同士を接合する場合に、その溶接線の溶接端部に止め部溶接を行い、細い溶接線の溶接端部を、鋭角な箇所を無くして且つ幅方向に広い溶接部とするようにしたので、金属板同士を引っ張る方向に力が作用して溶接部分に剪断力が働いた場合でも、従来の細い溶接線の溶接端部がシャープエッジになっていたものに比べて応力の集中が緩和される。そのため、鉄道車両を構成する外板同士の接合などのように、走行に繰り返し応力を受けることになっても、本発明によれば溶接部の疲労強度を向上させることができる。

次に、本発明に係る接合継手及び当該継手による鉄道車両において、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の鉄道車両は、図４に示すような側構体２に屋根構体３や妻構体４、そして台枠５が接合されて構成されるものである。そして、側構体２なども従来例と同様に、例えば図５に示すように車端窓ブロック１１や中間窓ブロック１２、更にはその間に位置する側入口ブロック１３から構成され、外板２１，２２同士が重ね合わされた接合継手がレーザ溶接によって接合されている。

しかし、本実施形態では、レーザ溶接によって出来る溶接線の構造に特徴を有する接合継手になっている。ここで、図１は、本実施形態の接合継手を示した図であり、図（ａ）は平面図を、図（ｂ）は、図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、前記従来例と同じ構成については同じ符号を付している。
この接合継手３０は、鉄道車両を構成する外板２１，２２の接合するものであり、特に溶接線３１の溶接端部３１ａを示している。本実施形態の接合継手３０は、レーザ溶接で継手全体が接合され、そのレーザ溶接によってできる溶接線３１の溶接端部３１ａにスポット溶接が行われる。この溶接端部３１ａに行われるスポット溶接が、特許請求の範囲に記載する止め部溶接である。

そこで、接合継手３０は、先ず外板２１，２２の重ね合わされた所定位置、つまり後から行われるレーザ溶接によってできる溶接線３１の終端となる溶接端部３１ａに予めスポット溶接が行われる。スポット溶接では、外板２１，２２が上下から電極によって挟み込まれ、その部分が電流および加圧力の集中による局部的な加熱と加圧によって溶接が行われる。そのため、外板２１，２２の間には、例えば図１（ａ）に破線で示すように、平面視で略円形状の接合線３１よりも幅方向に広い溶接部が形成される。そして、続いて行われるレーザ溶接では、このスポット溶接が行われた止め部３２を目指してレーザビームの照射が行われる。

レーザ溶接を行うレーザ照射装置は、例えば、レーザ集光器とローラからなる押圧手段とが一体に取り付けられ、ローラで外板２１，２２を押さえ付けながら直線的に移動し、その後方をレーザ集光器からレーザビームが照射される。その場合、図２に示すように、レーザ照射エネルギーは、加熱溶融による溶接ビードの溶け込み深さが、重ねられた外板２１，２２のうち下側にある外板２２の途中にまで達するように制御される。そして、レーザ溶接は、接合継手３０の不図示の端部、すなわち金属板端部から溶接を開始し、直線的に移動しながら加熱溶融による接合を行い、その溶接線３１の終端である溶接端部３１ａが止め部３２の位置で止まるようにして行われる。

よって、本実施形態の接合継手３０では、溶接線３１の先端にスポット溶接による止め部３２が設けられ、応力集中が生じやすい部分の溶接面積を大きくしたことにより、レーザ溶接だけの場合に比べて高応力にも耐えられるようになった。そして、特に本実施形態では、スポット溶接によって非直線形状で溶接線３１の幅方向に広い円形の止め部３２を設けたので、溶接線３１の溶接端部３１ａに生じる応力集中を緩和させることになり、レーザ溶接による溶接部の疲労強度を向上させた接合継手及び当該継手による鉄道車両を提供することが可能になった。

前記実施形態では、溶接線３１の先端にスポット溶接による止め部３２を設けるようにしたが、止め部の構成としては、その他にも図３及び図４に示すようにした溶接であってもよい。図３及び図４は、止め部溶接の変形例であり、外板２１，２２の接合継手を示した平面図である。

図２に示す接合継手４０は、レーザ溶接による溶接線４１の溶接端部４１ａに、その溶接線４１を延長し、レーザ溶接による止め部４２が形成されている。この止め部４２は、直線上を移動してきたレーザビームを幅方向に円を描くように移動させ、図示するような円弧状の返しが形成されたものである。これにより、溶接線４１の溶接端部４１ａが円弧状になるため、応力集中が生じやすい部分が幅を持つようになったことで、高応力にも耐えられるようになった。そして、特に、止め部４２が非直線形状の円弧形状になったことで、先細りした先端は存在するものの、止め部４２によって溶接線４１の溶接端部４１ａに生じる応力集中を緩和させることになり、レーザ溶接による溶接部の疲労強度を向上させた接合継手及び当該継手による鉄道車両を提供することが可能になった。

一方、図３に示す接合継手５０は、レーザ溶接による溶接線５１の溶接端部５１ａに、レーザ溶接によって溶接端部を円形に溶融した止め部５２を形成したものである。よって、前記スポット溶接の場合と同様に、溶接線５１先端の止め部３６により応力集中が生じやすい部分の溶接面積を大きくなり、高応力にも耐えられるようになった。そして特に、止め部５２が非直線形状になるように円形状であるため、溶接線５１の溶接端部５１ａに生じる応力集中を緩和させることになり、レーザ溶接による溶接部の疲労強度を向上させた接合継手及び当該継手による鉄道車両を提供することが可能になった。

以上、本発明に係る接合継手及び当該継手による鉄道車両について実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本発明の効果を奏する非直線形状であれば、溶接方法や形状などについて前記実施形態で示した止め部以外のものであってもよい。

接合継手の一実施形態を示した図であり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 接合継手の他の実施形態を示した平面図である。 接合継手の他の実施形態を示した平面図である。 レーザ溶接を使用して構成された鉄道車両用構体を示した斜視図である。 鉄道車両の側構体を平面的に示した図である。 外板同士の接合継手をレーザ溶接する状況を示した斜視図である。 従来の接合継手を示した図であり、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 鉄道車両用構体
２ 側構体
３ 屋根構体
４ 妻構体
５ 台枠
２１，２２ 外板
３０ 接合継手
３１ 溶接線
３１ａ 溶接端部
３２ 止め部

Claims (8)

1. 金属板同士を重ね合わせた接合部分を、連続したレーザ溶接によって接合した接合継手において、
   前記レーザ溶接による溶接線は、その溶接端部に、非直線形状で当該溶接線の幅方向に広がりをもたせた止め部溶接が行われたものであることを特徴とする接合継手。
2. 請求項１に記載する接合継手において、
   前記止め部溶接は、溶接線の溶接端部がスポット溶接されたものであることを特徴とする接合継手。
3. 請求項１に記載する接合継手において、
   前記止め部溶接は、前記溶接線の溶接端部にレーザ溶接による円弧状の返しが形成されたものであることを特徴とする接合継手。
4. 請求項１に記載する接合継手において、
   前記止め部溶接は、前記溶接線の溶接端部がレーザ溶接によって略円形に溶接されたものであることを特徴とする接合継手。
5. 側構体、屋根構体及び妻構体を備える車両用構体が台枠と一体に組み立てられ、その車両用構体が、金属板をレーザ溶接によって接合して形成された鉄道車両において、
   前記金属板同士は、重ね合った接合部分が連続したレーザ溶接によって接合され、当該レーザ溶接による溶接線は、その溶接端部に、非直線形状で当該溶接線の幅方向に広がりをもたせた止め部溶接が行われたものであることを特徴とする鉄道車両。
6. 請求項５に記載する鉄道車両において、
   前記止め部溶接は、溶接線の溶接端部がスポット溶接されたものであることを特徴とする鉄道車両。
7. 請求項５に記載する鉄道車両において、
   前記止め部溶接は、前記溶接線の溶接端部にレーザ溶接による円弧状の返しが形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
8. 請求項５に記載する鉄道車両において、
   前記止め部溶接は、前記溶接線の溶接端部がレーザ溶接によって略円形に溶接されたものであることを特徴とする鉄道車両。

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