JP3015020B1 - パネル接合方法、パネル構造体及び鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ダブルスキンパネルの接合を効率よく行う方
法を提供し、且つ、ステンレス製ダブルスキンパネルを
用いた新規な鉄道車両構体を提供すること。 【解決手段】 外板４２の接合側縁部及び内板４４の接
合側縁部との間に縁材４６を配置し、外板４２及び内板
４４に縁材４６を固着する。次いで、内板４４，４４間
に所定の間隙が形成されるよう１対のパネル２０，２２
を配置し、前記間隙を利用して、縁材４６の接合部分６
４，６６，６８を溶接により接合する。そして、内板４
４，４４間を閉塞するよう繋ぎ板７２を縁材４６ａ，４
６ｂ間に配置し接合する。この方法によれば、溶接作業
を一側からのみ行うことが可能となり、パネル同士の接
合に際してパネルを反転させる必要がなくなり、効率よ
く溶接作業を行うことができる。また、接合部がダブル
スキン構造となり、接合部における剛性も高いものとな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるダブルス
キン構造のパネル同士を接合する方法、及び、かかるパ
ネル接合方法を用いて構成される鉄道車両構体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在の鉄道車両構体は、一般に、ステン
レス鋼のような鉄系材料又はアルミ系材料のような軽合
金系材料から作られている。

【０００３】例えば、従来一般のステンレス鋼製の構体
は、プレス加工された骨部材を接合して骨組を組み立
て、その後、この骨組に対して外板をスポット溶接する
ことにより構成される、いわゆるシングルスキン構造と
なっている。このようなステンレス製構体は、腐食に強
く、外面の塗装が不要であり、メンテナンスの手間がか
からない等の利点を有しているが、部品点数が多く組立
に手間がかかり、また、強度を確保する観点から軽量化
に限界があるという問題点があった。

【０００４】一方、アルミ製の構体は、押出し加工によ
り製造されたダブルスキン構造の型材同士を連続アーク
溶接により接合して成るものが一般的であり、軽量で剛
性にも優れ、骨組が不要であるという利点を有してい
る。しかしながら、連続アーク溶接を行うため、ビード
の仕上げ作業が必要である。また、経年での腐食や表面
汚れ等に対処するために塗装や頻繁なメンテナンスを行
う必要があるという問題点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のステンレス製構体とアルミ製構体とは相反する特性を
有している。このため、両構体の特長点を併せ持つ新規
な鉄道車両用構体が求められている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ところで、近年、ステン
レス鋼から成るいわゆるダブルスキン構造のパネル（以
下「ダブルスキンパネル」ともいう）が開発されている
（特開平５−１２３７９３号公報等）。このダブルスキ
ンパネルは、ステンレス鋼製の波形コアと、このコアの
表面に接合されたステンレス鋼製のフェースシートとか
ら構成されており、軽量であり且つ剛性を有している。
更に、ステンレス鋼特有の特性、即ち腐食に強く、外面
の塗装が不要であり、メンテナンスの手間がかからない
等の利点もある。

【０００７】そこで、このステンレス鋼製のダブルスキ
ンパネルを鉄道車両構体、少なくとも側構体と屋根構体
に適用した場合、パネル自体の前記利点に加え、骨組が
不要となって部品点数が少なくて済み、組立が容易であ
るという効果が得られ、上記のステンレス鋼製のシング
ルスキン構体とアルミ構体の両方の利点を併せ持ったも
のとなる。

【０００８】ステンレス鋼製のダブルスキンパネルはア
ルミ製押出型材に比して小形であるので、大面積の屋根
構体や側構体を作るためには、パネル同士を効率よく接
合する必要がある。このため、本発明では、コアと、コ
アの一側に固着された第１のフェースシートと、コアの
他側に固着された第２のフェースシートとから成るダブ
ルスキン構造のパネル同士を突き合わせて接合する方法
において、パネルを、第１のフェースシートの接合側縁
部が第２のフェースシートの接合側縁部よりも外方に突
出したものとする第１ステップと、第１のフェースシー
トの接合側縁部及び第２のフェースシートの接合側縁部
との間に縁材を配置し、第１のフェースシート及び第２
のフェースシートのそれぞれに縁材を固着する第２ステ
ップと、第２のフェースシート間に所定の間隙が形成さ
れるよう１対のパネルを配置する第３ステップと、第２
のフェースシート間の間隙を利用して、第１のフェース
シートの接合側縁部に沿う縁材の接合部分同士を溶接に
より接合する第４ステップと、第２のフェースシート間
を閉塞するよう繋ぎ板を縁材間に配置し、該繋ぎ板と縁
材とを溶接により接合する第５ステップとを含むことを
特徴としている。

【０００９】この方法によれば、溶接作業を、第２のフ
ェースシートから第１のフェースシートに向かう方向か
ら行うことが可能となり、パネル同士の接合に際してパ
ネルを反転させる必要がなくなり、効率よく溶接作業を
行うことができる。また、複数のダブルスキンパネルを
接合して構成されたパネル構造体は、接合部においても
ダブルスキン構造となり、ダブルスキンで荷重の伝達が
可能となり、接合部における剛性も高いものとなる。し
かも、ダブルスキン構造であるため、接合部の軽量化に
も対応可能である。

【００１０】パネル、縁材及び繋ぎ板はステンレス鋼で
あることが好ましく、かかる場合、前記第４ステップに
おける溶接をダイレクトスポット溶接とし、前記第５ス
テップにおける溶接をシリーズスポット溶接とすること
が、強度の面等からも有効である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、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。

【００１２】図１及び図２は、本発明に従って構成され
た鉄道車両構体１０を示している。この構体１０は、台
枠１２、側構体１４、屋根構体１６及び妻構体１８を互
い接合して構成されている。

【００１３】台枠１２は、鉄道車両の床部を構成するも
のであり、その側部に側構体１４が接合される。

【００１４】側構体１４は、出入口の縦方向中心線を境
界線にして複数のブロック１４Ａ，１４Ｂに分割されて
おり、互いに隣合うブロック同士を接合することで構成
されている。ブロックは、車両前部及び車両後部のブロ
ック１４Ａと、出入口２８間のブロック１４Ｂの２種類
あるが、いずれのブロック１４Ａ，１４Ｂも、基本的に
は、後述するステンレス鋼製ダブルスキンパネルから成
る３種のパネルを接合した構造となっている。

【００１５】図３は側構体１４における出入口間のブロ
ック１４Ｂの構成を明示したものであるが、この図か
ら、ブロック１４Ｂが、腰パネル２０、吹寄せパネル２
２及び幕パネル２４と称される３種のパネルから構成さ
れていることが理解されよう。ここで、腰パネル２０は
台枠１２の側部から窓部２６の下縁位置までの間に位置
し、吹寄せパネル２２は窓部２６の下縁位置から上縁位
置までの間に位置するものである。また、幕パネル２４
は吹寄せパネル２２の上側に位置し、屋根構体１６に接
合されるものである。なお、図１及び図３において符号
３０は出入口フレーム、符号３２は窓フレームであり、
側構体の一部を構成している。

【００１６】屋根構体１６は、側構体１４の各パネル２
０，２２，２４と同様なダブルスキンパネルを組み合わ
せ接合して構成されている。屋根構体１６は、図２及び
図３に示すように、車両長手方向（レール方向）に沿っ
て複数に分割されたブロック１６Ａ，１６Ｂを接合した
ものであり、各ブロック１６Ａ，１６Ｂは、中央屋根パ
ネル３４と、その両側に接合され且つ側構体１４の上縁
に接合される側寄屋根パネル３６とから構成されてい
る。

【００１７】妻構体１８は車両の端部に配置される構体
であり、ここでは、従来と同様にステンレス鋼製の骨組
にステンレス鋼製の外板を溶接した構造とし、その詳細
な説明及び図示は省略する。

【００１８】前述したように、側構体１４及び屋根構体
１６を構成する各パネル２０，２２，２４，３４，３６
には、ステンレス鋼製のダブルスキンパネルが用いられ
ている。このダブルスキンパネルは、図４又は図５に示
すように、プレス加工により波形（台形形状を交互に連
続した形状）に成形されたコア４０と、当該コア４０を
その両面から挟持する平坦な薄板状のフェースシート４
２，４４とから構成されている。これらのコア４０及び
フェースシート４２，４４はステンレス鋼、好ましくは
ＳＵＳ３０４から成るものである。また、ダブルスキン
パネル同士或いは他の部材と接合するために、接合側の
縁部には、ステンレス鋼、好ましくはＳＵＳ３０４から
成る接合用の縁材（継手部材）４６，４８が取り付けら
れている。

【００１９】このようなダブルスキンパネルを製作する
場合、まず、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、車
両の外側に配置される第１のフェースシート（以下「外
板」という）４２の上にコア４０を載置し、コア４０の
谷部と外板４２とをコア４０側（上方から）から溶接に
より接合する（図４の（ｂ）の符号５０を参照）。この
場合、溶接方法としてはレーザ溶接が好ましい。レーザ
溶接は、入熱量が極めて少ないため、熱歪みを最低限に
抑えることができ、冷却速度が速いため熱影響層の生成
が殆どなく強度にも優れているからである。また、コア
４０側からレーザ溶接することとしたのは、入熱制御を
精密に行うことで外板４２の下面（車両の外側となる
面）に溶接痕を形成することなく、表面性状に優れたパ
ネルを製作することができるからである。

【００２０】次いで、外板４２の縁部に縁材４６，４８
を載置する。縁材４６，４８は被接合部材との接合に適
した断面形状の形鋼であり、縁材４６はダブルスキンパ
ネルとの接合用で、図４の実施形態ではハット（鍔付き
帽子）形の縁材を用いている。縁材４６，４８を図４の
（ｃ）に示す如く外板４２上の所定位置に載置したなら
ば、符号５２で示す位置でレーザ溶接を行う。なお、ダ
ブルスキンパネル接合時に外板４２同士及び縁材４６同
士はせぎり継手が可能となるよう、接合されるパネルの
一方における縁材４６は外板４２の端縁よりも内側に配
置され（図４において添字ａを付す）、他方のパネルに
ついては縁材４６の外側端縁が外板４２の端縁よりも外
側に配置される（図５において添字ｂを付す）。

【００２１】この後、コア４０の上に第２のフェースシ
ート（以下「内板」という）４４を載置すると共に、縁
材４６，４８の上部平坦部５４，５５に内板４４の縁部
を載置し、コア４０の山部と内板４４とを、そして、縁
材４６，４８と内板４４の縁部とを、上方からレーザー
溶接により接合する。なお、内板４４の端縁は縁材４６
の上部平坦部５４の中央部に配置されるため、外板４２
の接合側縁部が内板４４の接合側縁部よりも外方に突出
した形となる。

【００２２】このように構成されたダブルスキンパネル
はトラス構造となっているので、軽量にも拘わらず、十
分な強度を確保することができる。具体的には、側構体
１４に使用するパネル２０，２２，２４では、外板４２
は厚さ約１ｍｍ、内板４４は厚さ約０．８ｍｍ、コア４
０は厚さ約０．４ｍｍ程度の薄板から成るもので足り、
屋根構体１６については、外板４２は厚さ約０．５ｍ
ｍ、内板４４は厚さ約０．５ｍｍ、コア４０は厚さ約
０．４ｍｍ程度でよい。また、構成要素が全てステンレ
ス鋼から成るので、腐食に強く、外面の塗装やメンテナ
ンスが不要である。各ダブルスキンパネルは軽量で、比
較的に小形であるので、パネル製造専門の工場で作り、
その後、車両構体組立工場に搬送するのが有効である。

【００２３】次に、上記構成のダブルスキンパネルを用
いて側構体１４及び屋根構体１６を製作する手順につい
て、腰パネル２０と吹寄せパネル２２との接合を例にし
て図５に沿って説明する。

【００２４】まず、腰パネル２０及び吹寄せパネル２２
を、外板４２が下側となるようにして作業台６０の上に
載置する。この作業台６０は、ダイレクトスポット溶接
が可能なように、上面が銅製の電極板となっている。吹
寄せパネル２２における接合側縁部の、縁材４６ａより
も突出している部分６２は、外板４２の他の部分よりも
一段下げたせぎり部とされており、このせぎり部６２の
上に腰パネル２０における外板４０の接合側縁部を載
せ、位置調整を行う（図５の（ａ）参照）。これによ
り、腰パネル２０の外板４２に沿う縁材４６ｂのせぎり
部（接合部分）６４が、吹寄せパネル２２の外板４２に
沿う縁材４６ａの縁部（接合部分）６６上に重ね合わさ
れた状態となる。また、内板４４，４４間には一定の間
隙が形成され、この間隙から縁材４６ａ，４６ｂの接合
部分６４，６６，６８を臨むことができる。

【００２５】次に、図５の（ｂ）に示すように、スポッ
ト溶接機の電極棒７０を内板４４，４４間の間隙を通し
て下降させ、縁材４６ａ，４６ｂの接合部分６４，６
６，６８の溶接位置に一定の圧力で押し付けると共に、
所定の電圧を作業台６０と電極棒７０との間に印加す
る。これによりダイレクススポット溶接が行われ、縁材
４６ａ，４６ｂ同士と外板４２，４２同士とがそれぞれ
接合される。この際、電極板６０は大面積であるため、
溶接痕が外板４２の表面に殆ど現れない。

【００２６】この後、腰パネル２０の内板４４と吹寄せ
パネル２２の内板４４との間に形成される間隙とほぼ同
寸法のステンレス鋼製の繋ぎ板７２を用意し、これを縁
材４６ａ，４６ｂの上部平坦部５４，５４間に載置す
る。そして、繋ぎ板７２と縁材４６ａ，４６ｂの上部平
坦部５４とを溶接する。この際、縁材４６ａ，４６ｂの
上部平坦部５４の下側に電極を配置することができない
ので、繋ぎ板７２の端縁をアーク溶接したり、繋ぎ板７
２に円形の穴を開け、その穴の周縁に沿ってアーク溶接
したりする手段、或いは、レーザ等のエネルギビームを
利用する溶接手段を採ることが考えられる。しかしなが
ら、アーク溶接は溶接不良が生じやすくビードの処理に
手間がかかり、レーザ溶接は高精度の制御が必要となる
ため、構体組立工場でのオンサイト施工には適していな
い、等の問題がある。

【００２７】そこで、図５の（ｃ）に示すように、本実
施形態ではシリーズスポット溶接を行うこととしてい
る。シリーズスポット溶接は、互いに並設された１対の
電極棒７４，７６を繋ぎ板７２の上面に押し付け、これ
らの電極棒７２，７４間に電圧を印加することにより行
うスポット溶接であり、一側からの溶接作業が可能であ
り、一定条件下で裏当て電極が不要であるという利点を
有している。ここで、図示実施形態においては、電極棒
間に電圧をかけた場合、図６に概略的に示すように電流
は繋ぎ板７２を流れるものと、縁材４６を流れるものと
に分流する。繋ぎ板７２を流れる電流が多い場合には、
繋ぎ板７２と縁材４６との間の入熱量が少なくなり溶接
は不十分なものとなる。このため、本実施形態では、縁
材４６の板厚を繋ぎ板７２の板厚よりも大きくし、縁材
４６に十分に電流が流れるようにしている。勿論、縁材
４６の厚さを大きくすれば、車両の軽量化という要請に
反することとなるので、例えば繋ぎ板７２の板厚が１ｍ
ｍ程度ならば、縁材４６の板厚は２ｍｍ程度とすること
が好ましい。なお、スポット溶接の場合、電極棒７４，
７６の押付け圧力も溶接の良否に影響するが、この点か
らも、縁材４６が薄くても十分な圧力を加えられるよ
う、図４及び図５の示す如く、縁材４６の断面形状をハ
ット形とすることが有効である。

【００２８】このようにして接合された腰パネル２０及
び吹寄せパネル２２は、その接合部もダブルスキン構造
となっており、一方の外板４２を伝達する荷重はそのま
ま他方の外板４２に伝えられ、同様に、一方の内板４４
を伝達する荷重は繋ぎ板７２を介して他方の内板４４に
伝えられる。従って、接合部の強度もダブルスキンパネ
ルと同様に十分なものとなる。また上記から判るよう
に、パネル同士の接合に際し、パネルを反転させる必要
がないので、効率よく接合作業を行うことができる。

【００２９】以上のパネル接合方法は吹寄せパネル２２
と幕パネル２４との間の接合にも適用され、各ブロック
１４Ａ，１４Ｂが完成したならば、ブロック間を適当な
方法で接合すると共に、窓フレーム３２及び出入口フレ
ーム３０をブロックに接合し、側構体１４を製作する。
屋根構体１６の各ブロック１６Ａ，１６Ｂにおける中央
屋根パネル３４と側寄屋根パネル３６との間、及び、屋
根構体１６のブロック間の接合も上記接合方法により行
うことができることは容易に理解されよう。

【００３０】このようにして側構体１４及び屋根構体１
６が完成したならば、側構体１４、屋根構体１６及び妻
構体１８を互いに接合し、最後に台枠１２の周縁部に各
構体の下縁部を接合して鉄道車両構体１０が完成する。

【００３１】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。

【００３２】例えば、上記縁材４６の断面形状はハット
形としているが、図７に示すような一端が他端よりも突
出した溝形の縁材４６′としてもよく、その他の形鋼も
適用可能である。

【００３３】また、上記実施形態では縁材４６の継ぎ方
が重ね継手となっているが、図７に示すように当て金８
０を用いた片面当て金スポット溶接としてもよい。

【００３４】更に、ダブルスキンパネルのコア４０の形
状や寸法等も上記に限定されず、例えばコアはハニカム
コアとしてもよい。

【００３５】また、上記パネル接合方法は鉄道車両構体
に特に適しているが、船舶や航空機の外殻等を製造する
場合や、その他のパネル構造体を製造する場合にも有効
であり、用途によってはパネルの材料もステンレス鋼に
限定されない。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるパネル
接合方法は、一方からの溶接作業のみでダブルスキンパ
ネルの両面の接合が可能であり、接合作業を効率よく行
うことができる。

【００３７】また、この接合方法により複数のダブルス
キンパネルから構成されたパネル構造体は、接合部もパ
ネルと同様にダブルスキン構造となり、全体として軽量
で且つ剛性に優れたものとなる。

【００３８】更に、この接合方法を用いて鉄道車両構体
を製造した場合、特にステンレス鋼製のダブルスキンパ
ネルから製造した場合、上記効果を有することは勿論、
骨組が不要となり、組立が非常に容易となる。更に、腐
食に強く、外観に優れ、外面の塗装が不要となり、メン
テナンスの手間も殆どかからないという数多くの効果を
奏する。また、ステンレス鋼製のダブルスキンパネル自
体も安価であり、車両制作費のコストダウンも可能とな
る。

【００３９】しかも、ダブルスキンパネル自体は小形で
あるため、小さな工場で、流れ生産を行うことが可能で
ある。更に、パネル形状の設計自由度も大きいので、大
量生産から小規模多種生産まで対応することができ、そ
の場合でも高価な金型が不要であるので、低コスト化が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により構成された鉄道車両構体の側面図
である。

【図２】図１に示す鉄道車両構体の平面図である。

【図３】屋根構体と側構体の構成を概略的に示す斜視図
である。

【図４】ダブルスキンパネルの製作手順を示す図であ
る。

【図５】腰パネルと吹寄せパネルとの接合手順を示す図
である

【図６】シリーズスポット溶接の原理を示す説明図であ
る。

【図７】縁材及びパネル接合部の変形例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…鉄道車両構体、１２…台枠、１４…側構体、１６
…屋根構体、１８…妻構体、２０…腰パネル、２２…吹
寄せパネル、２４…幕パネル、３４…中央屋根パネル、
３６…側寄屋根パネル、４０…コア、４２…外板（第１
のフェースシート）、４４…内板（第２のフェースシー
ト）、４６…縁材、７２…繋ぎ板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 勝彦 東京都渋谷区代々木二丁目２番２号 東 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 阿部 光範 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新日本製鐵株式会社内 (72)発明者 南田 勝宏 神奈川県川崎市中原区井田三丁目35番１ 号 株式会社日鐵テクノリサーチ内 (72)発明者 及川 昌志 神奈川県川崎市中原区井田三丁目35番１ 号 株式会社日鐵テクノリサーチ内 (72)発明者 渡辺 忠彦 神奈川県横浜市金沢区大川３番１号 東 急車輛製造株式会社内 (72)発明者 内田 博行 神奈川県横浜市金沢区大川３番１号 東 急車輛製造株式会社内 (72)発明者 西垣 昌司 神奈川県横浜市金沢区大川３番１号 東 急車輛製造株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−118227（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61D 17/06 B61D 17/08 B61D 17/12 B23K 11/00 520

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアと、前記コアの一側に固着された第
   １のフェースシートと、前記コアの他側に固着された第
   ２のフェースシートとから成るダブルスキン構造のパネ
   ル同士を突き合わせて接合する方法であって、 前記パネルを、前記第１のフェースシートの接合側縁部
   が前記第２のフェースシートの接合側縁部よりも外方に
   突出したものとする第１ステップと、 前記第１のフェースシートの接合側縁部及び前記第２の
   フェースシートの接合側縁部との間に縁材を配置し、前
   記第１のフェースシート及び前記第２のフェースシート
   のそれぞれに前記縁材を固着する第２ステップと、 前記第２のフェースシート間に所定の間隙が形成される
   よう１対の前記パネルを配置する第３ステップと、 前記第２のフェースシート間の間隙を利用して、前記第
   １のフェースシートの接合側縁部に沿う前記縁材の接合
   部分同士を溶接により接合する第４ステップと、 前記第２のフェースシート間を閉塞するよう繋ぎ板を前
   記縁材間に配置し、該繋ぎ板と前記縁材とを溶接により
   接合する第５ステップとを含むパネル接合方法。
2. 【請求項２】 前記コア、前記第１のフェースシート、
   前記第２のフェースシート、前記縁材及び前記繋ぎ板が
   ステンレス鋼から成る請求項１に記載のパネル接合方
   法。
3. 【請求項３】 前記第４ステップにおける溶接がダイレ
   クトスポット溶接である請求項１又は２に記載のパネル
   接合方法。
4. 【請求項４】 前記第５ステップにおける溶接がシリー
   ズスポット溶接であり、電極棒を前記繋ぎ板の外面から
   前記縁材に向けて押し付けることにより当該シリーズス
   ポット溶接を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の
   パネル接合方法。
5. 【請求項５】 前記縁材は、前記第１のフェースシート
   の接合側縁部に沿う前記縁材の接合部分が前記繋ぎ板と
   の接合部分よりも突出している請求項１〜４のいずれか
   １項に記載のパネル接合方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載のパ
   ネル接合方法によりダブルスキン構造のパネル同士を接
   合して成るパネル構造体。
7. 【請求項７】 台枠、側構体、屋根構体及び妻構体を互
   い接合して構成される鉄道車両構体であって、 前記屋根構体、前記側構体及び妻構体の少なくとも一つ
   が、請求項１〜５のいずれか１項に記載のパネル接合方
   法によりダブルスキン構造のパネルを接合して成るもの
   である鉄道車両構体。