JP2008238193A - レーザ溶接方法及び鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を照射していない面において、溶接跡を目立たなくすることが可能なレーザ溶接方法及び鉄道車両構体を提供すること。
【解決手段】用意した波板２０を外板１８の一方の面の上に配置し、これらを重ね合わせる。そして、レーザ溶接装置からレーザ光を出射し、外板１８の一方の面側から外板１８及び波板２０に対してレーザ光を照射する。レーザ光は断続的に照射されるため、波板２０と外板１８とは複数箇所においてスポット溶接されることとなる。スポット溶接後に外板１８の他方の主面１８ｂを見ると、溶接部の熱収縮による複数の歪みが生じている。そこで、他方の主面１８ｂに対して、粒状体を打ち付けるショットブラスト処理を施す。これにより、梨地状の凹凸が他方の主面１８ｂに形成されることとなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ溶接方法及び鉄道車両構体に関するものである。

従来、板材同士をレーザ溶接する方法として、特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１に記載の方法では、第１の板材の一方の主面と第２の板材の一方の主面とを重ね合わせ、第２の板材の他方の主面側からレーザ光を照射することにより、第１及び第２の板材を加熱溶融させて接合している。
特開２００１−１６４０３１号公報

しかしながら従来の方法では、レーザ光の照射により形成された溶接部が、第１の板材を貫通してしまうことがあった。この場合、第１の板材の他方の主面に溶接部が露出することとなるため、溶接跡が目立つという問題が生じていた。一方、溶接部が第１の板材に対して非貫通であっても、溶接部の熱収縮によって第１の板材が変形し、この変形によって第１の板材の他方の主面に歪みが生じてしまうことがあった。歪みは溶接部と対応した位置に現れるため、溶接部が貫通していないにもかかわらず、第１の板材の他方の主面において溶接跡が目立ってしまうという問題が生じていた。

そこで本発明は、レーザ光を照射していない面において、溶接跡を目立たなくすることが可能なレーザ溶接方法及び鉄道車両構体を提供することを目的とする。

本発明のレーザ溶接方法は、板状を成す第１部材の一方の主面上に第２部材を配置し、第１部材の一方の主面側からレーザ光を照射することにより第１部材と第２部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、第１部材の他方の主面を粗面化する粗面化工程を有し、当該粗面化した第１部材の他方の主面には塗装を施さないことを特徴とするものである。

本発明のレーザ溶接方法では、第１部材の他方の主面を粗面化する。粗面化により、第１部材の他方の主面にはランダムな凹凸が形成されることとなる。このランダムな凹凸が光を散乱するので、第１部材の他方の主面に溶接跡がついてしまった場合でも、溶接跡の視認性を低下させることができる。また、粗面化した第１部材の他方の主面には塗装を施さないため、塗装により凹凸差が埋められて第１部材の他方の主面が平坦化してしまうということがない。そのため、凹凸で溶接跡の視認性を低下させるという効果を維持することができる。したがって本発明のレーザ溶接方法を用いれば、第１部材の他方の主面、すなわちレーザ光を照射していない面において溶接跡を目立たなくすることができる。

本発明のレーザ溶接方法は、板状を成す第１部材の一方の主面上に第２部材を配置し、第１部材の一方の主面側からレーザ光を照射することにより第１部材と第２部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、第１部材の他方の主面を粗面化する粗面化工程と、粗面化工程の後、第１部材の他方の主面に対して塗装を行う塗装工程と、を含み、塗装工程では、粗面化工程により第１部材の他方の主面に形成された凹凸に追従する塗膜を形成すること特徴とするものである。

本発明のレーザ溶接方法では、第１部材の他方の主面を粗面化する。粗面化により生じたランダムな凹凸が光を散乱するので、第１部材の他方の主面に溶接跡が生じた場合であっても、かかる溶接跡の視認性を低下させることができる。本発明のレーザ溶接方法は塗装工程を有しているが、この塗装工程では、ランダムな凹凸に追従した塗膜を形成するので、塗装により第１部材の他方の主面が平坦化してしまうということはない。そのため、塗装後においても凹凸で光を散乱させることができる。したがって本発明のレーザ溶接方法を用いれば、第１部材の他方の主面、すなわちレーザ光を照射していない面において溶接跡を目立たなくすることができる。

本発明は、レーザ光の照射により、第１部材と第２部材とは複数箇所においてスポット溶接されることが好ましい。スポット溶接の場合には、連続溶接の場合と異なり、溶接部が点在することになる。よって、第１部材の他方の主面にも溶接跡が点在することになる。その結果、溶接跡をより目立たなくすることができる。

本発明のレーザ溶接方法では、レーザ光の照射により第１部材及び第２部材に形成された溶接部は、第１部材に対して非貫通であることが好ましい。この場合、第１部材の他方の主面には溶接部が露出することはなく、歪みのみが現れることになる。よって、溶接部が露出している場合と比べて溶接跡が目立たなくなる。

本発明のレーザ溶接方法では、粗面化工程は、第１部材と第２部材とを溶接した後に実施されることが好ましい。この場合、溶接跡が形成された後に粗面化を行うので、溶接跡の上にランダムな凹凸をつくることができる。よって溶接跡をより確実に目立たなくすることができる。

本発明のレーザ溶接方法では、粗面化工程では、第１部材の他方の主面を梨地面とすることが好ましい。第１部材の他方の主面を梨地面とすることで、光を適度に散乱させることができ、溶接跡の部分に影をより作り難くすることができる。

本発明のレーザ溶接方法では、粗面化工程では、ショットブラスト処理を施すことにより第１部材の他方の主面を粗面化することが好ましい。ショットブラスト処理を施すことにより、第１部材の他方の主面にランダムな凹凸を確実に形成することができる。また、ショットブラスト処理を施すことで、第１部材の他方の主面は硬化され、且つ高い残留圧縮応力が付与されることとなる。よって、第１部材の強度向上を図ることができる。

本発明のレーザ溶接方法では、第１部材はステンレス鋼で構成されていることが好ましい。ステンレス鋼は鉄やアルミと比べて塗装が剥離しやすいため、塗料を厚く塗ることによって溶接跡を目立たなくするという手法を用い難い。本発明のレーザ溶接方法は粗面化することで溶接跡を目立たなくするものであるため、ステンレス鋼でできた部材に対して非常に有用である。

本発明の鉄道車両構体は、外板パネルを備えた鉄道車両構体であって、外板パネルは、車両の内側に位置する一方の主面と車両の外側に位置する他方の主面とを含む外板と、当該外板の一方の主面にレーザ溶接された補強部材とを有し、外板の他方の主面は粗面となっていることを特徴とするものである。

本発明の鉄道車両構体では、外板の他方の主面は粗面となっており、ランダムな凹凸が形成されている。このランダムな凹凸が光を散乱するので、溶接跡の視認性が低下する。よって、本発明の鉄道車両構体によれば、車両の外側において溶接跡を目立たなくすることができる。

本発明の鉄道車両構体では、外板と補強部材とは複数箇所においてスポット溶接されていることが好ましい。スポット溶接の場合には、連続溶接の場合と異なり、溶接部及び溶接跡が点在することになる。よって、溶接跡をより目立たなくすることができる。

本発明の鉄道車両構体では、レーザ溶接によって外板及び補強部材に形成された溶接部は、外板に対して非貫通であることが好ましい。この場合、外板の他方の主面には、溶接部が露出することはなく歪みのみが現れることになる。よって、溶接部が露出している場合と比べて溶接跡を目立たなくすることが容易となる。

本発明の鉄道車両構体では、外板の他方の主面は梨地面となっていることが好ましい。外板の他方の主面を梨地面とすることで、光を適度に散乱させることができ、溶接跡の部分に影をより作り難くすることができる。

本発明の鉄道車両構体では、外板はステンレス鋼で構成されていることが好ましい。ステンレス鋼で構成された外板は、鉄やアルミで構成されたものと比べて塗装が剥離しやすい。そのため、塗料を厚く塗ることによって溶接跡を目立たなくするという手法を用い難い。本発明の鉄道車両構体では、外板の他方の主面を粗面とすることで、溶接跡の視認性が低下させている。よって、塗料を厚く塗らずとも溶接跡を目立たなくすることができる。

本発明によれば、レーザ光を照射していない面において、溶接跡を目立たなくすることが可能なレーザ溶接方法及び鉄道車両構体を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る鉄道車両構体を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る鉄道車両構体が備える腰パネルの側面図であり、図３及び図４は、かかる腰パネルの製造工程を示す図である。

図１に示すように、鉄道車両構体１は、床部を構成する床構体２と、屋根部を構成する屋根構体３と、側部を構成する側構体４と、前部及び後部を構成する妻構体５とが互いに接合されて構成されている。

側構体４は、４個のドアユニット９と、ドアユニット９の上縁部よりも上側に位置し、屋根構体３と接合されるドア上部パネル１０と、ドアユニット９，９間及び前後端に配置される５個の側構体ブロック１１とを有している。側構体ブロック１１は、幕パネル１２と、窓ユニット１３と、一対の吹寄パネル１４と、腰パネル（外板パネル）１６とを含んでいる。

幕パネル１２は、窓ユニット１３の上縁部よりも上側に位置し、屋根構体３と接合されるパネルである。吹寄パネル１４は、ドアユニット９と窓ユニット１３との間、及び妻構体５と窓ユニット１３との間に位置するパネルである。腰パネル１６は、窓ユニット１３の下縁部よりも下側に位置し、床構体２と接合されるパネルである。

腰パネル１６について説明する。図２に示すように、腰パネル１６は、外板（第１部材）１８と、４枚の波板（第２部材、補強部材）２０と、両側及び中央に位置し且つ鉛直方向に延在する支柱２２と、上端で水平に延在する横梁部材２４と、下端で水平に延在する接合部材２６とから構成される。

図３に示すように、外板１８は略平板状を呈しており、ステンレス鋼で構成されている。外板１８の一方の主面１８ａは車両の内側に位置する面であり、外板１８の他方の主面１８ｂは車両の外側に位置する面である。図２（ａ）に示すように、外板１８の他方の主面１８ｂには、梨地状の凹凸が形成されている。

波板２０は、車両の内側に位置する内側頂部２８と車両の外側に位置する外側頂部３０が交互に且つ連続に出現するように形成された、断面波形の板である。波板２０は、ステンレス鋼で構成されている。

腰パネル１６を製造する際には、まず外板１８と波板２０とを溶接する。次に、外板１８と波板２０とを溶接したものに支柱２２を溶接する。そして、支柱２２、外板１８、及び波板２０を溶接したものに横梁部材２４及び接合部材２６を溶接する。以上の工程を経て、腰パネル１６が製造される。

ここで、外板１８及び波板２０の溶接方法について説明する。最初に、外板１８と波板２０とを用意する。外板１８としては、他方の主面１８ｂが梨地面となっていないものを用意する。図３（ａ）に示すように、用意した波板２０を外板１８の一方の主面１８ａの上に配置し、波板２０と外板１８とを重ね合わせる。このとき、波板２０の外側頂部３０が外板１８の一方の主面１８ａと対向するようにする。

外板１８及び波板２０を重ね合わせたのち、図３（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌを出射するレーザ溶接装置３２を用いて、外板１８の一方の主面１８ａ側から外板１８及び波板２０に対してレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、波板２０の上から波板２０の外側頂部３０に向かって照射される。また、レーザ光Ｌは、外側頂部３０の延びる方向に沿って断続的に照射される。これにより、波板２０と外板１８とは複数箇所においてスポット溶接されることとなる。レーザ光Ｌの照射により形成される溶接部ＬＰは、外板１８に対して非貫通となっている。

スポット溶接後に外板１８の他方の主面１８ｂを見ると、図４（ａ）に示すように、複数の歪みＳＰが生じている。歪みＳＰは溶接部の熱収縮によるものであり、溶接部と対応する位置に生じている。このような歪みＳＰが生じている外板１８の他方の主面１８ｂを、粗面化する（粗面化工程）。より具体的には、外板１８の他方の主面１８ｂに対して、粒状体を打ち付けるショットブラスト処理を施す。これにより、図４（ｂ）に示すように、ランダムな凹凸が外板１８の他方の主面１８ｂに形成される。ランダムな凹凸が形成されることにより、外板１８の他方の主面１８ｂは梨地状となる。なお、梨地状となった外板１８の他方の主面１８ｂには塗装を行わない。

このように腰パネル１６においては、外板１８の他方の主面１８ｂを粗面化することにより、かかる面１８ｂにランダムな凹凸を形成している。形成されたランダムな凹凸が光を散乱するので、歪みＳＰの視認性が低下する。粗面化された他方の主面１８ｂには塗装を行わないため、塗装により凹凸差が埋められ平坦面となってしまうということがない。したがって、この他方の主面１８ｂを車両の外側に位置する面とした腰パネル１６では、凹凸により光が散乱され、歪みＳＰが見分けづらくなる。よって、車両の外側において、歪みＳＰすなわち溶接跡を目立たなくすることができる。

腰パネル１６では、外板１８と波板２０とが複数箇所においてスポット溶接されている。スポット溶接の場合には、連続溶接の場合と異なり、溶接部が点在することになる。よって、外板１８の他方の主面１８ｂにおいても歪みＳＰが点在することになる。その結果、歪みＳＰをより目立たなくすることができる。

腰パネル１６では、レーザ光Ｌの照射により形成される溶接部ＬＰが、外板１８に対して非貫通となっている。この場合、外板１８の他方の主面１８ｂには溶接部ＬＰが露出することはなく、歪みＳＰのみが現れることになる。よって、溶接部ＬＰが露出している場合と比べて、溶接跡が目立たなくなる。

腰パネル１６では、外板１８と波板２０とを溶接した後に外板１８の他方の主面１８ｂを粗面化している。この場合、歪みＳＰが生じた後に粗面化を行うので、歪みＳＰの上にランダムな凹凸をつくることができる。よって歪みＳＰをより確実に目立たなくすることができる。

腰パネル１６では、ショットブラスト処理を施すことにより外板１８の他方の主面１８ｂを粗面化している。ショットブラスト処理を施すことにより、外板１８の他方の主面１８ｂにランダムな凹凸を確実に形成することができる。また、ショットブラスト処理を施すことで、外板１８の他方の主面１８ｂは硬化され、且つ高い残留圧縮応力が付与されることとなる。したがって、外板１８ひいては腰パネル１６の強度向上を図ることができる。

腰パネル１６では、外板１８の他方の主面１８ｂを梨地面としている。外板１８の他方の主面１８ｂを梨地面とすることで、光を適度に散乱させることができ、歪みＳＰの部分に影をより作り難くすることができる。

腰パネル１６では、外板１８はステンレス鋼で構成されている。ステンレス鋼は鉄やアルミと比べて塗装が剥離しやすく、塗料を厚く塗ることによって溶接跡を目立たなくするという手法を用い難い。そのため、ステンレス鋼で構成された外板１８において、粗面化工程を経ることで溶接跡を目立たなくする上述の方法は、非常に有用なものとなる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。

本実施形態では、腰パネル１６の製造時における外板１８及び波板２０の溶接方法について説明したが、図１に示すドア上部パネル１０、幕パネル１２、及び吹寄パネル１４が、腰パネル１６と同様に外板及び波板を含むものである場合には、上述した溶接方法をこれらのパネル１０，１２，１４の製造時にも適用することができる。

また、本実施形態では、外板１８と波板２０とは複数箇所においてスポット溶接されているとしたが、外板１８と波板２０とは連続溶接されているとしてもよい。また、溶接部ＬＰは外板１８に対して非貫通であるとしたが、溶接部ＬＰは外板１８に対して貫通していてもよい。また、外板１８と波板２０とを溶接した後に外板１８の他方の主面１８ｂを粗面化するとしたが、外板１８は予め粗面化されており、当該粗面化された外板１８と波板２０とを溶接するとしてもよい。ただし、溶接跡をより目立たなくするという観点からすれば、本実施形態のようにすることが好ましい。

また、本実施形態では、ショットブラスト処理を施すことにより外板１８の他方の主面１８ｂを粗面化するとしたが、粗面化の方法はショットブラスト処理に限られない。また、本実施形態では、外板１８はステンレス鋼で構成されているとしたが、外板１８を構成する材料はこれに限られない。

また、本実施形態では、粗面化された外板１８の他方の主面１８ｂには塗装を行わないとしたが、塗装を行うとしてもよい。ただし、塗装によって形成される塗膜が、粗面化により外板１８の他方の主面１８ｂに形成された凹凸に追従するものでなければならない。この場合には、塗装により凹凸差が埋められて他方の主面１８ｂが平坦化してしまうということが回避できるため、塗装後も、凹凸で生じた散乱光により溶接跡の視認性を低下させるという効果を保つことができる。

本実施形態に係る鉄道車両構体を示す斜視図である。 本実施形態に係る鉄道車両構体が備える腰パネルの側面図である。 本実施形態に係る鉄道車両構体が備える腰パネルの製造工程を示す図である。 本実施形態に係る鉄道車両構体が備える腰パネルの製造工程を示す図である。

符号の説明

１…鉄道車両構体、１６…腰パネル（外板パネル）、１８…外板（第１部材）、１８ａ…一方の主面、１８ｂ…他方の主面、２０…波板（第２部材、補強部材）、２８…内側頂部、３０…外側頂部、３２…レーザ溶接装置、Ｌ…レーザ光、ＬＰ…溶接部、ＳＰ…歪み。

Claims (13)

1. 板状を成す第１部材の一方の主面上に第２部材を配置し、前記第１部材の一方の主面側からレーザ光を照射することにより前記第１部材と前記第２部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第１部材の他方の主面を粗面化する粗面化工程を有し、当該粗面化した前記第１部材の他方の主面には塗装を施さないことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 板状を成す第１部材の一方の主面上に第２部材を配置し、前記第１部材の一方の主面側からレーザ光を照射することにより前記第１部材と前記第２部材とを溶接するレーザ溶接方法であって、
   前記第１部材の他方の主面を粗面化する粗面化工程と、
   前記粗面化工程の後、前記第１部材の他方の主面に対して塗装を行う塗装工程と、を含み、
   前記塗装工程では、前記粗面化工程により前記第１部材の他方の主面に形成された凹凸に追従する塗膜を形成すること特徴とするレーザ溶接方法。
3. 前記レーザ光の照射により、前記第１部材と前記第２部材とは複数箇所においてスポット溶接されること特徴とする請求項１又は２記載レーザ溶接方法。
4. 前記レーザ光の照射により前記第１部材及び前記第２部材に形成された溶接部は、前記第１部材に対して非貫通であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
5. 前記粗面化工程は、前記第１部材と前記第２部材とを溶接した後に実施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
6. 前記粗面化工程では、前記第１部材の他方の主面を梨地面とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
7. 前記粗面化工程では、ショットブラスト処理を施すことにより前記第１部材の他方の主面を粗面化することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
8. 前記第１部材はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載のレーザ溶接方法。
9. 外板パネルを備えた鉄道車両構体であって、
   前記外板パネルは、車両の内側に位置する一方の主面と車両の外側に位置する他方の主面とを含む外板と、当該外板の一方の主面にレーザ溶接された補強部材とを有し、
   前記外板の他方の主面は粗面となっていることを特徴とする鉄道車両構体。
10. 前記外板と前記補強部材とは複数箇所においてスポット溶接されていることを特徴とする請求項９記載の鉄道車両構体。
11. 前記レーザ溶接によって前記外板及び前記補強部材に形成された溶接部は、前記外板に対して非貫通であることを特徴とする請求項９又は１０記載の鉄道車両構体。
12. 前記外板の他方の主面は梨地面となっていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の鉄道車両構体。
13. 前記外板はステンレス鋼で構成されていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項記載の鉄道車両構体。

Images