JP5237355B2 - パネル構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面板の一方の面に、フレームを接合させて製造するパネル構造体の製造方法に関する。

パネル構造体としては、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。

このパネル構造体は、面板と、この面板の一方の面に互いに平行に設けられている複数のリブと、この一方の面に、これらのリブの延びているリブ方向に対して交差する方向で互いに平行に設けられている複数のフレームとを有している。

このパネル構造体は、面板の一方の面に複数のリブが互いに平行に設けられているスキンパネルを製造した後、このスキンパネルの一方の面に複数のフレームを溶接することで、製造される。フレームをスキンパネルに溶接する際、スキンパネルの面板上であって、複数のリブ相互間の部分とフレームとを断続的に溶接することになる。

米国特許第６３６４２５０号明細書

一般的に、２つの部材を溶接する際には、溶接信頼性を高めるため、２つの部材の相互間隔ができる限り小さいことが好ましい。ところで、上記パネル構造体を製造する過程で、スキンパネルの面板上における複数のリブ相互間の各部分とフレームとを断続的に溶接する際、各溶接部は熱影響で変形するため、溶接する順番によっては、リブ相互間の部分とフレームとの相互間隔が大きくなり、溶接信頼性が低下することが予想される。

そこで、本発明は、面板に対するフレームの溶接信頼性を高めることができるパネル構造体の製造方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係るパネル構造体の製造方法は、
面板の一方の面に、フレームを接合させて製造するパネル構造体の製造方法において、
前記接合では、第一フレームの材軸方向の基準位置を前記一方の面に第一溶接し、該第一溶接した後、該材軸方向で該基準位置に最も近い未溶接位置を前記一方の面に第二溶接し、以降、該基準位置を基準にした該材軸方向の両側の部分に関し、該基準位置に最も近い未溶接位置から、該一方の面に断続的に溶接することを特徴とする。

また、上記問題点を解決するための発明に係るパネル構造体の製造方法は、
面板の一方の面に、複数のリブが互いに平行に設けられていると共に、該リブの延びているリブ方向に対して交差するよう、フレームが接合されているパネル構造体の製造方法において、
前記面板の前記一方の面に、前記複数のリブが互いに平行に設けられているスキンパネルを製造するスキンパネル製造工程と、前記スキンパネルの前記面板の前記一方の面に、前記フレームを接合する接合工程と、を実行し、
前記接合工程では、前記一方の面中の前記複数のリブで区切られている各区間に対向する前記フレームの溶接位置のうち、該フレームが延びている材軸方向で、中央部の溶接位置を該一方の面に溶接し、該中央部の溶接位置を溶接した後、該中央部の溶接位置を基準にした該該材軸方向の両側の部分に関し、該中央部の溶接位置に近い溶接位置から、該一方の面に断続的に溶接する、ことを特徴としてもよい。

当該製造方法では、材軸方向において、まず、フレームの基準位置（中央部の溶接位置）を面板に溶接し、その後、両外側に向かって、基準位置に近い位置から面板に順次溶接しているので、フレームの溶接位置と面板と間に隙間が形成されたとしても、簡単に隙間を無くすことができる。これは、全溶接位置の溶接が完了するまでのいずれの時点でも、面板中の未溶接の溶接位置は、フレームによる片持ち支持であるため、フレーム中の溶接済み溶接位置に隣接した外側の未溶接の溶接位置を溶接する際、面板をこの外側の溶接位置に軽く押し付けるだけで、面板をフレーム中の未溶接の溶接位置に接触させることができるからである。しかも、フレーム中の外側の溶接位置を溶接する毎に、溶接による熱影響で、面板がフレームから離れる方向へ変形したとしても、フレーム中の外側の溶接位置を溶接する毎に、面板をこの外側の溶接位置に軽く押付け、面板をこの外側の溶接位置に接触させて状態で溶接することで、溶接毎の変形の蓄積を最小限に抑えることができる。

よって、当該製造方法によれば、面板とフレームとの溶接信頼性を高めることができる。

ここで、前記パネル構造体の製造方法において、
前記基準位置は、前記フレームの前記材軸方向の中央部の位置であることが好ましい。

基準位置がフレームの材軸方向の中央部の位置であると、溶接毎に面板の変形が多少あったとしても、基準位置を基準として材軸方向の両端の各位置において、変形の蓄積量を抑えることができる。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記フレームの前記基準位置を第一溶接した後、該基準位置を基準にして前記材軸方向の一方の側であって、該基準位置に最も近い未溶接位置を第二溶接し、次に、該基準位置を基準にして該材軸方向の他方の側であって、該基準位置に最も近い未溶接位置を第三溶接し、以降、該第二溶接と該第三溶接とを交互に断続的に実行してもよい。

当該製造方法では、基準位置を基準にして、材軸方向の両側の面板の溶接変形をほぼ均等にすることができ、一方の側に偏った溶接変形を抑えることができ、結果として、溶接変形量を抑えることができる。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記第一フレームに平行に配された第二フレームも前記一方の面に接合する場合、前記第一フレームにおける各溶接のうち直前の溶接後であってその直後の溶接の前に、直前の溶接位置に対応する前記第二フレームの未溶接位置を前記一方の面に溶接してもよい。また、前記第一フレームを基準にして前記第二フレームとは反対側に前記第一フレームと平行に配された第三フレームも前記一方の面に接合する場合、前記第二フレームの溶接とその直後になされる第一フレームの溶接との間に、直前の溶接位置に対応する前記第三フレームの未溶接位置を前記一方の面に溶接してもよい。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記第一フレームを含む複数のフレームを互いに平行に前記一方の面に接合する場合、前記第一フレーム中における各溶接のうち直前の溶接後であってその直後の溶接の前に、前記第一フレームの前記直前の溶接の位置に対応する各フレームの未溶接位置を、前記直前の溶接の位置に最も近い未溶接位置から順に断続的に溶接してもよい。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記第一フレームを含む複数のフレームを互いに平行に前記一方の面に接合する場合、
前記第一フレーム中で溶接する複数の位置のうち、一の未溶接位置のみを溶接する第一フレーム溶接を実行し、次に、前記複数のフレームが並んでいるフレーム並び方向で前記第一フレームに最も近い前記一方の面上のフレーム溶接位置に、他のフレーム中で前記一の未溶接位置に対応する未溶接位置のみを溶接する第二フレーム溶接を実行し、
全てのフレームに関して、各フレーム中で前記一の未溶接位置に対応する未溶接位置のみを溶接するフレーム溶接が完了するまで、前記一方の面上で、該第一フレームに最も近いフレーム未溶接位置から、断続的にフレーム溶接を実行し、以降、前記全てのフレームに関して、各フレーム中で溶接する全ての位置の溶接が完了するまで、前記第一フレーム溶接、前記第二フレーム溶接、該第二フレーム溶接に続くフレーム溶接を繰り返して実行してもよい。

この場合、前記第二フレーム溶接後に、前記一方の面上で、前記第一フレームを基準にして該第二フレーム溶接の位置とは逆の前記フレーム並び方向の側であって、該第一フレームに最も近い未溶接のフレーム溶接位置にさらに他のフレームを第三フレーム溶接し、以降、前記第二フレーム溶接と前記第三フレーム溶接とを交互に実行してもよい。

以上の複数のフレームを有するパネル構造体の製造方法では、フレーム並び方向において、面板上の基準のフレーム溶接位置にフレームを溶接し、その後、両外側に向かって各フレーム溶接位置にフレームを順次溶接するので、面板とフレームとの間に隙間が形成されたとしても、簡単に隙間を無くすことができる。これは、全フレーム溶接位置へのフレームの溶接が完了するまでのいずれの時点でも、面板中の未溶接の溶接位置は、片持ち支持であるからである。しかも、フレームを面板上のフレーム溶接位置を溶接する毎に、溶接による熱影響で、面板がフレームから離れる方向へ変形したとしても、フレームを溶接する毎に、面板をフレームに軽く押付け、面板をフレームに接触させて状態で溶接することで、溶接毎の変形の蓄積を最小限に抑えることができる。

また、パネル構造体の製造方法において、
前記一方の面の前記フレームが並んでいる方向の中央部に、前記第一フレームを溶接してもよい。

当該製造方法では、第一フレームをフレーム並び方向の中央部に溶接すると、各フレーム溶接毎に面板の変形が多少あったとしても、第一フレームを基準としてフレーム並び方向の両端の各位置において、変形の蓄積量を抑えることができる。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記面板の前記一方の面と前記フレームとの溶接は、摩擦攪拌接合であってもよい。

溶加材を用いない溶接の一種である摩擦攪拌接合では、溶接対象物の相互間に隙間があっても、この隙間を溶加材によって埋めることができない。このため、以上の製造方法を実行して、溶接対象物の相互間の隙間を簡単に無くすことで、摩擦攪拌接合の信頼性を高めることができる。

また、前記パネル構造体の製造方法において、
前記フレームは、前記一方に面に対向するフランジ部と、該フランジ部から該一方の面から遠ざかる向きに立ち上がっているフレーム本体と、を有し、前記面板の前記一方の面と前記フレームの前記フランジ部とを前記摩擦攪拌接合してもよい。

本発明では、溶接変形等に起因して、面板とフレームとの間に隙間が形成されたとしても、この隙間を簡単に無くすことができるので、溶接信頼性を高めることができる。

本発明に係る一実施形態におけるパネル構造体の斜視図である。 本発明に係る一実施形態における単位スキンパネルの正面図である。 本発明に係る一実施形態におけるスキンパネルの正面図である。 図１におけるＩＶ矢視図である。 図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 本発明に係る一実施形態におけるパネル構造体の製造手順を示すフローチャートである。 図７におけるステップ２０での処理の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るパネル構造体の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。このパネル構造体は、例えば、軌道系車両の外壁板の構成材料として利用される。

まず、本実施形態のパネル構造体の構成について説明する。

本実施形態のパネル構造体は、図１に示すように、面板１７と、この面板１７の一方の面に互いに平行に設けられているｎ（ｎは２以上の自然数）個のリブ１２と、この一方の面に、これらのリブ１２の延びている方向に対して交差する方向で互いに平行に設けられているｍ（ｍは２以上の自然数）個のフレーム２０とを有している。なお、以下の説明の都合上、リブ１２が延びている方向をリブ方向（フレーム並び方向）Ｘとし、フレーム２０が延びている方向をフレーム方向（材軸方向）Ｙとする。

リブ１２は、図１及び図４に示すように、面板１７の一方の面から垂直に立ち上がっているリブ本体１３と、リブ本体１３の端部から面板１７と平行な方向に延びているフランジ部１４と、を有している。すなわち、リブ１２は、リブ方向Ｘに垂直な断面の形状がＬ型を成し、Ｌの一方の腕部分がリブ本体１３を成し、Ｌの他方の腕部分がフランジ部１４を成している。

フレーム２０は、図１及び図５に示すように、面板１７の一方の面から立上がっているフレーム本体２３と、面板１７に対向し、フレーム本体２３の面板１７側の端部からリブ方向Ｘの一方の側に延びている第一フランジ部２１と、面板１７に対向し、フレーム本体２３の面板１７から遠い側の端部からリブ方向Ｘの他方の側に延びている第二フランジ部２２と、を有している。すなわち、フレーム２０は、フレーム方向Ｙに垂直な断面の形状がＺ型を成し、Ｚの一方の腕部分が第一フランジ部２１を成し、Ｚの他方の腕部分が第二フランジ部２２を成している。

また、このフレーム２０には、図１、図４及び図６に示すように、フレーム方向Ｙに対して垂直な方向に貫通して、リブ１２との干渉を避ける切欠２５が形成されている。この切欠２５は、第一フランジ部２１とフレーム本体２３とに形成されている。

次に、以上で説明したパネル構造体の製造方法について、図７に示すフローチャートに従って説明する。

まず、図１及び図２に示すように、一つのリブ１２と、面板１７と同じ厚さの単位板１１とからなる単位スキンパネル１５を成形する（Ｓ１）。単位板１１のリブ方向Ｘの長さは、面板１７のリブ方向Ｘの長さと同一である。また、単位板１１のフレーム方向Ｙの長さは、面板１７のフレーム方向Ｙの長さの１／ｎの長さである。面板１７は、ｎ枚の単位板１１をフレーム方向Ｙに並べて、互いに接合したものである。

単位スキンパネル１５は、リブ方向Ｘに垂直な断面の形状に対応した孔が形成されている型から、例えば、加熱により軟化しているアルミ合金を押出して、単位スキンパネル１５を成形する。

次に、図３に示すように、複数の単位スキンパネル１５の単位板１１相互を接合して、スキンパネル１０を製造する（Ｓ２）。この際、単位スキンパネル１５を構成する単位板１１のフレーム方向Ｙの端縁と、他の単位スキンパネル１５を構成する単位面板１７のフレーム方向Ｙの端縁とを接合する。

なお、本実施形態では、複数の単位スキンパネル１５の単位板１１相互を接合して、スキンパネル１０を製造しているが、パネル構造体の面板１７を形成する一枚の板の一方の面に、複数のリブ１２を互いに平行に溶接することで、スキンパネル１０を製造してもよい。

以上のように製造されたスキンパネル１０は、パネル構造体の面板１７の一方の面に、ｎ個のリブ１２が互いに平行に設けられたものである。パネル構造体は、このスキンパネル１０の面板１７の一方の面に、リブ方向Ｘにｍ個のフレーム２０を互いに平行に設けたものである。よって、スキンパネル１０には、フレーム２０が溶接されるフレーム溶接位置として、リブ方向Ｘに並ぶｍ箇所のフレーム溶接位置がある。

次に、フレーム２０中のフレーム方向（材軸方向）Ｙにおける中央部の溶接位置をフレームの特定溶接位置に設定する（Ｓ３）。

フレーム２０中の溶接位置は、そのフレーム方向Ｙで、スキンパネル１０の一方の面に設けられたｎ個のリブ１２により、（ｎ＋１）箇所に分断されている。そこで、本実施形態では、フレーム２０中の（ｎ＋１）箇所の溶接位置のうち、まず、フレーム方向（材軸方向）Ｙで中央部の溶接位置（基準位置）を、このフレーム２０の特定溶接位置とする。

ここで、フレーム方向Ｙで、フレーム２０中の中央部の溶接位置とは、（ｎ＋１）箇所の溶接位置のうち、フレーム方向Ｙの一方の端の溶接位置から数と、他方の端の溶接位置からの数とが一致する箇所の溶接位置の一溶接位置である。具体的に、（ｎ＋１）が奇数個、例えば、７箇所の溶接位置がある場合、フレーム方向Ｙの一方の端の溶接位置から４番目で、フレーム方向Ｙの他方の端の溶接位置からも４番目の溶接位置が中央部の溶接位置となる。また、（ｎ＋１）が偶数個、例えば、８箇所の溶接位置がある場合、フレーム方向Ｙの一方の端の溶接位置から４番目の溶接位置と、フレーム方向Ｙの他方の端の溶接位置から４番目の溶接位置とのうち、一の溶接位置が中央部の溶接位置となる。

次に、スキンパネル１０のリブ方向（フレーム並び方向）Ｘに並ぶｍ箇所のフレーム溶接位置のうち、リブ方向Ｘで中央部のフレーム溶接位置（フレーム基準位置）に一のフレーム（第一フレーム）２０の特定溶接位置を溶接する（Ｓ４）。

ここで、リブ方向Ｘで中央部のフレーム溶接位置とは、前述のｍ箇所のフレーム溶接位置のうち、リブ方向Ｘの一方の端のフレーム溶接位置から数と、他方の端のフレーム溶接位置からの数とが一致する箇所の溶接位置の一の溶接位置である。具体的に、ｍが奇数個、例えば、３箇所のフレーム溶接位置がある場合、リブ方向Ｘの一方の端のフレーム溶接位置から２番目で、リブ方向の他方の端のフレーム溶接位置からも２番目の溶接位置が中央部の溶接位置となる。また、ｍが偶数個、例えば、４箇所のフレーム溶接位置がある場合、リブ方向Ｘの一方の端のフレーム溶接位置から２番目のフレーム溶接位置と、リブ方向Ｘの他方の端のフレーム溶接位置から２番目のフレーム溶接位置とのうち、一の溶接位置が中央部の溶接位置となる。

本実施形態において、フレーム２０中の溶接位置とスキンパネル１０上の対応部との溶接は、摩擦攪拌接合法を採用する。この摩擦攪拌接合では、図５に示すように、フレーム２０の第一フランジ部２１とスキンパネル１０の面板１７とを重ね合わせ、この重なり合っている部分に、回転ツール３０を回転させつつ押付けて、この回転ツール３０をフレーム方向Ｙに移動させる。この摩擦攪拌接合では、重ね合わせ部分を形成する材料を塑性流動させることで、重なり合っている部材相互を接合する。なお、図５の例では、面板１７に対して、フレーム２０を接合する側から回転ツール３０を近づけているが、面板１７に対して、フレーム２０を接合する側とは反対側から回転ツール３０を近づけて、面板１７とフレーム２０とを接合してもよい。

この溶接（Ｓ４）で、全てのフレーム溶接位置に、全てのフレーム２０の特定溶接位置の溶接が完了していなければ（Ｓ５）、中央部のフレーム溶接位置を基準にして、リブ方向Ｘの一方の側であって、中央部のフレーム溶接位置に最も近い未溶接のフレーム溶接位置に、他のフレーム２０の特定溶接位置を溶接する（Ｓ６）。

この溶接（Ｓ６）でも、全てのフレーム溶接位置に、全てのフレーム２０の特定溶接位置の溶接が完了していなければ（Ｓ７）、中央部のフレーム溶接位置を基準にして、リブ方向Ｘの他方の側であって、中央部のフレーム溶接位置に最も近い未溶接のフレーム溶接位置に、他のフレーム（第２フレーム）２０の特定溶接位置を溶接する（Ｓ８）。

さらに、この溶接（Ｓ８）でも、全てのフレーム溶接位置に、全てのフレーム２０の特定溶接位置の溶接が完了していなければ（Ｓ９）、再び、ステップ６に戻り、以下、全てのフレーム溶接位置に、全てのフレーム（第３フレーム）２０の特定溶接位置の溶接が完了するまで、ステップ７〜９，６の処理を繰り返して実行する。

一方、ステップ６，８の溶接で、全てのフレーム溶接位置に、全てのフレーム２０の特定溶接位置の溶接が完了していれば（Ｓ７，９）、全てのフレームの全ての溶接位置を溶接したか否かを判断する（Ｓ１０）。

ステップ１０で、全てのフレームの全ての溶接位置を溶接したと判断すると、一連の処理を終了する。一方、ステップ１０で全てのフレームの全ての溶接位置を溶接していないと判断すると、フレーム中の新たな特定溶接位置を設定して（Ｓ２０）、ステップ４に戻り、各フレームの特定溶接位置を溶接する。

次に、図８に示すフローチャートに従って、上記ステップ２０の詳細手順について説明する。

まず、前回の特定溶接位置は、フレーム中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置を基準にして、一方の側の溶接位置であったか否かを判断する（Ｓ２１）。

このステップ２１で、前回の特定溶接位置は、フレーム中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置を基準にして、一方の側（（＋）Ｙ側）の溶接位置でなかった、つまり、他方の側（（−）Ｙ側）の溶接位置又は中央部の溶接位置であった、と判断すると、フレーム中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置を基準にして、一方の側（（＋）Ｙ側）の溶接位置であって、中央部に最も近い未溶接の溶接位置を特定溶接位置に設定する（Ｓ２２）。

また、このステップ２１で、前回の特定溶接位置は、フレーム中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置を基準にして、一方の側（（＋）Ｙ側）の溶接位置であった、と判断すると、フレーム中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置を基準にして、他方の側（（−）Ｙ側）の溶接位置であって、中央部に最も近い未溶接の溶接位置を特定溶接位置に設定する（Ｓ２３）。

以上の、ステップ２２又はステップ２３の処理で特定溶接位置が設定されると、ステップ２０の処理が完了し、ステップ４に戻り、このステップ４で、ステップ２０で設定された特定溶接位置を前述したように溶接する。

具体的に、図１の例では、まず、リブ方向（フレーム並び方向）Ｘにおけるスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ａ，Ｂ，Ｃのうち、リブ方向Ｘにおける中央部のフレーム溶接位置Ａに、一のフレーム２０を溶接する。この際、フレーム２０中の各溶接位置Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_８のうち、フレーム方向（材軸方向）Ｙにおける中央部の溶接位置Ａ_１を特定溶接位置として、この特定溶接位置のみをスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ａに溶接する。

次に、リブ方向Ｘにおけるスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ａ，Ｂ，Ｃのうち、中央部のフレーム溶接位置Ａを基準にして、リブ方向Ｘの（＋）Ｘ側のフレーム溶接位置Ｂにフレーム２０を溶接する。このフレーム溶接の際も、前述と同様、フレーム２０中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置Ｂ_１を特定溶接位置として、この特定溶接位置のみをスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ｂに溶接する。

次に、リブ方向Ｘにおけるスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ａ，Ｂ，Ｃのうち、中央部のフレーム溶接位置Ａを基準にして、リブ方向Ｘの（−）Ｘ側のフレーム溶接位置Ｃにフレーム２０を溶接する。このフレーム溶接の際も、前述と同様、フレーム２０中のフレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置Ｃ_１を特定溶接位置として、この特定溶接位置のみをスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ｃに溶接する。

全てのフレームに関して、各フレームの特定溶接位置のスキンパネル１０への溶接が完了していなければ、中央部のフレーム溶接位置Ａを基準にして、リブ方向Ｘの（＋）Ｘ側のフレーム溶接位置への残りのフレームの特定溶接位置の溶接と、リブ方向Ｘの（−）Ｘ側のフレーム溶接位置への残りのフレームの特定溶接位置の溶接とを交互に繰り返して実行する。

全てのフレームに関して、各フレームの特定溶接位置Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１，のスキンパネル１０への溶接が完了していれば、リブ方向Ｘにおけるスキンパネル１０上の中央部のフレーム溶接位置Ａに対して、フレーム２０中の新たな特定溶接位置を溶接する。この際、フレーム２０の中央部の溶接位置Ａ_１を基準にして、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側であって、中央部の溶接位置Ａ_１に最も近い未溶接の溶接位置Ａ_２を、新たな特定溶接位置とする。

次に、スキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ｂに対して、フレーム２０の新たな特定溶接位置を溶接する。この際、フレーム２０の中央部の溶接位置Ｂ_１を基準にして、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側であって、中央部の溶接位置Ｂ_１に最も近い未溶接の溶接位置Ｂ_２を、新たな特定溶接位置とする。

次に、スキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ｃに対して、フレーム２０の新たな特定溶接位置を溶接する。この際、フレーム２０の中央部の溶接位置Ｃ_１を基準にして、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側であって、中央部の溶接位置Ｃ_１に最も近い未溶接の溶接位置Ｃ_２を、新たな特定溶接位置とする。

全てのフレームに関して、各フレームの特定溶接位置のスキンパネル１０への溶接が完了していなければ、中央部のフレーム溶接位置Ａを基準にして、リブ方向Ｘの（＋）Ｘ側のフレーム溶接位置への残りのフレームの特定溶接位置の溶接と、リブ方向Ｘの（−）Ｘ側のフレーム溶接位置への残りのフレームの特定溶接位置の溶接とを交互に繰り返して実行する。

全てのフレームに関して、各フレームの特定溶接位置Ａ_２，Ｂ_２，Ｃ_２，のスキンパネル１０への溶接が完了していれば、リブ方向Ｘにおけるスキンパネル１０上の中央部のフレーム溶接位置Ａに対して、フレーム２０中の新たな特定溶接位置を溶接する。この際、フレーム２０の中央部の溶接位置Ａ_１を基準にして、フレーム方向Ｙの（−）Ｙ側であって、中央部の溶接位置Ａ_１に最も近い未溶接の溶接位置Ａ_３を、新たな特定溶接位置とする。

以下、本実施形態では、溶接位置Ｂ_３→溶接位置Ｃ_３→溶接位置Ａ_４→溶接位置Ｂ_４→溶接位置Ｃ_４→溶接位置Ａ_５→溶接位置Ｂ_５→溶接位置Ｃ_５→溶接位置Ａ_６→溶接位置Ｂ_６→溶接位置Ｃ_６→溶接位置Ａ_７→溶接位置Ｂ_７→溶接位置Ｃ_７→溶接位置Ａ_８→溶接位置Ｂ_８→溶接位置Ｃ_８を順次溶接する。

すなわち、本実施形態では、リブ方向Ｘにおけるスキンパネル１０上のフレーム溶接位置Ａ，Ｂ，Ｃのうち、中央部のフレーム溶接位置Ａに関して、まず、溶接を実行する。次に、この中央部のフレーム溶接位置Ａを基準にして、リブ方向Ｘの（＋）Ｘ側のフレーム溶接位置Ｂと（−）Ｙ側のフレーム溶接位置Ｃとを交互に繰り返して溶接する。さらに、本実施形態では、一のフレーム溶接位置（例えば、溶接位置Ａ）への一のフレーム２０の溶接に着目した場合、まず、フレーム２０中のフレーム方向Ｙの中央部の溶接位置Ａ_１を溶接する。次に、このフレーム２０の全ての溶接位置の溶接が完了するまで、この中央部の溶接位置Ａ_１を基準にして、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側の溶接位置Ａ_２，Ａ_４，Ａ_６，Ａ_８と、（−）Ｙ側の溶接位置Ａ_３，Ａ_５，Ａ_７と、とを交互に繰り返して溶接する。

ここで、一つのフレーム２０をスキンパネル１０上の一の溶接位置に溶接する際、以上で説明した溶接順序と逆に、フレーム方向Ｙにおいて、フレーム２０の両外側の溶接位置を溶接してから、中央部に向かって各溶接位置を順次溶接したとする。

この場合、フレーム２０の両外側の溶接位置を溶接した時点で、両外側の溶接位置の溶接による熱影響でスキンパネル１０が変形し、フレーム２０の中央部の溶接位置とスキンパネル１０との間に比較的大きな隙間が生じたとする。スキンパネル１０の未溶接位置は、この時点で、フレーム２０により既に両持ち支持状態になっている。このため、フレーム２０中の溶接済み溶接位置に隣接した中央側の溶接位置を溶接する際、スキンパネル１０をこの中央側の溶接位置に比較的大きな力で押付けなければ、スキンパネル１０はこの中央側の溶接位置に接触しない。特に、最後に中央部の溶接位置を溶接する際には、フレーム方向Ｙで、スキンパネル１０中の未溶接長さが短くなっている、言い換えると、フレーム２０による両支持間隔が短くなっているため、スキンパネル１０を中央部の溶接位置に非常に大きな力で押付けなければ、スキンパネル１０はこの中央部の溶接位置に接触しない。

しかも、フレーム２０中の中央側の溶接位置を溶接する毎に、スキンパネル１０がフレーム２０から離れる方向へ変形すると、スキンパネル１０とフレーム２０との間の隙間を無くして溶接しない限り、この変形量が蓄積され、中央部の溶接位置とスキンパネル１０との間の隙間は、次第に大きくなってしまう。

仮に、フレーム２０中の溶接済み溶接位置に隣接した中央側の溶接位置を溶接する際、スキンパネル１０をこの中央側の溶接位置に軽く押付けただけで、フレーム２０の中央側の溶接位置とスキンパネル１０との間に隙間がある状態で溶接を試みた場合、その溶接信頼性の低下は否めない。特に、溶加材を用いない溶接の一種である摩擦攪拌接合の場合、溶加材によって隙間を埋めることができないため、溶接対象物相互が互いに接触していなければ、甚だしく溶接信頼性が低下する。

一方、一つのフレーム２０をスキンパネル１０に溶接する際、本実施形態のように、フレーム方向Ｙにおいて、まず、フレーム２０の中央部の溶接位置を溶接し、その後、両外側に向かって各溶接位置を順次溶接すると、フレーム２０の溶接位置とスキンパネル１０と間に隙間が形成されたとしても、簡単に隙間を無くすことができ、高い溶接信頼性を得ることができる。これは、全溶接位置の溶接が完了するまでのいずれの時点でも、スキンパネル１０の未溶接の溶接位置は、フレーム２０による片持ち支持であるため、フレーム２０中の溶接済み溶接位置に隣接した外側の未溶接の溶接位置を溶接する際、スキンパネル１０をこの外側の溶接位置に軽く押し付けるだけで、スキンパネル１０を未溶接の溶接位置に接触させることができるからである。しかも、フレーム２０中の外側の溶接位置を溶接する毎に、スキンパネル１０がフレーム２０から離れる方向へ変形したとしても、フレーム２０中の外側の溶接位置を溶接する毎に、スキンパネル１０をこの外側の溶接位置に軽く押付け、スキンパネル１０をこの外側の溶接位置に接触させて状態で溶接することで、溶接毎の変形の蓄積を回避することができる。

また、本実施形態では、複数のフレーム２０をスキンパネル１０に溶接する際、リブ方向（フレーム並び方向）Ｘにおいて、スキンパネル１０上の中央部のフレーム溶接位置Ａにフレーム２０を溶接し、その後、両外側に向かって各フレーム溶接位置Ｂ，Ｃにフレーム２０を順次溶接しているので、前述の場合と同様、スキンパネル１０とフレーム２０との間に隙間が形成されたとしても、簡単に隙間を無くすことができる。さらに、スキンパネル１０のフレーム溶接位置にフレーム２０を溶接する毎に、スキンパネル１０が変形したとしても、スキンパネル１０のフレーム溶接位置をフレーム２０を溶接する毎に、このフレーム溶接位置をフレーム２０に軽く押付け、このフレーム溶接位置をフレーム２０に接触させて状態で溶接することで、溶接毎の変形の蓄積を回避することができる。

以上にように、本実施形態では、フレーム２０とスキンパネル１０との溶接信頼性を高めることができる。

次に、以上で説明した製造方法の実施形態の変形例について、説明する。

以上の実施形態は、一台の溶接装置（摩擦攪拌接合装置）を用いて、パネル構造体を製造するものである。これに対して、以下で説明する各変形例は、複数台の溶接装置を用いて、パネル構造体を溶接するものである。

まず、以上の実施形態の第一変形例について説明する。

スキンパネル１０上の一のフレーム溶接位置（例えば、溶接位置Ａ）へ一のフレーム２０の溶接に着目した場合、上記実施形態では、図１において、フレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置Ａ_１をスキンパネル１０に溶接した後、このフレーム２０中の全ての溶接位置Ａ_１，Ａ_２，…，Ａ_８の溶接が完了するまで、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_２，Ａ_４，Ａ_６，Ａ_８の溶接と、フレーム方向Ｙの（−）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_３，Ａ_５，Ａ_７の溶接とを、交互に繰り返して行っている。

一方、本変形例では、図１において、一つのフレーム２０をスキンパネル１０に溶接する際、フレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置Ａ_１をスキンパネル１０に溶接した後、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側で、中央部に最も近い未溶接の溶接位置Ａ_２を溶接すると共に、フレーム方向Ｙの（−）Ｙ側で、中央部に最も近い未溶接の溶接位置Ａ_３を溶接する。以下、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_４及びフレーム方向Ｙの（−）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_５を同時溶接し、次に、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_６及びフレーム方向Ｙの（−）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_７を同時溶接し、最後に、フレーム方向Ｙの（＋）Ｙ側の未溶接の溶接位置Ａ_８を溶接する。

すなわち、本変形例では、フレーム方向Ｙにおける中央部の溶接位置Ａ_１をスキンパネル１０に１台の溶接装置で溶接した後、フレーム方向Ｙにおいて、中央部の溶接位置Ａ_１を基準にして、対称な二箇所の溶接位置Ａ_２，Ａ_３、Ａ_４，Ａ_５、Ａ_６，Ａ_７を二台の溶接装置で同時に溶接する。

以上、本変形例では、二箇所の溶接位置を二台の溶接装置で同時に溶接するので、製造時間の短縮化を図ることができる。

次に、以上の実施形態の第二変形例について説明する。

複数のフレーム２０をスキンパネル１０に溶接する際、上記実施形態では、リブ方向Ｘにおいて、スキンパネル１０のフレーム溶接位置に一つのフレーム２０の特定溶接位置を溶接してから、他のフレームの特定溶接位置を溶接している。

一方、本変形例では、あるフレーム２０のフレーム方向Ｙにおける特定の溶接位置をスキンパネル１０に溶接する際、他のフレーム２０のフレーム方向における特定の溶接位置も同時にスキンパネル１０に溶接する。

すなわち、本変形例では、図１において、複数のフレーム２０，２０，２０相互で対応する複数の溶接位置Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１を複数台の溶接装置で同時にスキンパネル１０に溶接する。なお、本変形例において、一つのフレームをスキンパネルに溶接する手順に関しては、以上の実施形態と同様である。よって、複数のフレーム２０，２０，２０相互で対応する複数の溶接位置Ａ_１，Ｂ_１，Ｃ_１を複数台の溶接装置で同時にスキンパネル１０に溶接した後、複数のフレーム２０，２０，２０相互で対応する複数の溶接位置Ａ_２，Ｂ_２，Ｃ_２を複数台の溶接装置で同時に溶接し、以降、同様に、複数のフレーム２０，２０，２０相互で対応する溶接位置Ａ_３，Ｂ_３，Ｃ_３、Ａ_４，Ｂ_４，Ｃ_４、…を複数台の溶接装置で同時に溶接する。

以上、本変形例でも、複数の溶接位置を複数の溶接装置で同時に溶接するので、製造時間の短縮化を図ることができる。

なお、以上の実施形態及び各変形例は、いずれも、図１におけるＩＶ矢視で、面板１７が、フレーム側を曲率中心として湾曲し、これに対応して、フレーム２０もフレーム方向で湾曲しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、面板１７が、フレーム２０と反対側を曲率中心として湾曲していてもよいし、面板１７が湾曲していなくてもよい、ことは言うまでもない。

ところで、スキンパネル及びフレームを共に湾曲させた場合、スキンパネル及びフレームを共に湾曲させない場合と比べて、スキンパネル及びフレームの製作誤差が大きくなりがちで、この製作誤差と以上で説明した溶接歪とにより、スキンパネルの面板とフレームとの間の隙間が大きくなる傾向にある。このため、スキンパネル及びフレームを共に湾曲させる場合に、本発明の適用することで、本発明の顕著な効果を得ることができる。

また、以上の実施形態では、軌道系車両の外壁板の構成材料として利用されるパネル構造体を例示しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、航空機や船舶等の外壁板の構成材料に利用されるパネル構造体、さらに、各種構造物の壁板等の構成材料に利用されるパネル構造体に、本発明を適用してもよい。

１０：スキンパネル、１１：単位板、１２：リブ、１５：単位スキンパネル、１７：面板、２０：フレーム、２１：第一フランジ部、２２：第二フランジ部、２３：フレーム本体、３０：回転ツール

Claims (11)

1. 面板の一方の面に、フレームを接合させて製造するパネル構造体の製造方法において、
   前記接合では、第一フレームの材軸方向の基準位置を前記一方の面に第一溶接し、該第一溶接した後、該材軸方向で該基準位置に最も近い未溶接位置を前記一方の面に第二溶接し、以降、該基準位置を基準にした該材軸方向の両側の部分に関し、該基準位置に最も近い未溶接位置から、該一方の面に断続的に溶接する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
2. 請求項１に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記基準位置は、前記第一フレームの前記材軸方向の中央部の位置である、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第二溶接後に、前記基準位置を基準にして前記第二溶接の位置とは逆の前記材軸方向の側であって、該基準位置に最も近い未溶接位置を第三溶接し、以降、該第二溶接と該第三溶接とを交互に断続的に実行する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第一フレームに平行に配された第二フレームも前記一方の面に接合する場合、
   前記第一フレームにおける各溶接のうち直前の溶接後であってその直後の溶接の前に、直前の溶接位置に対応する前記第二フレームの未溶接位置を前記一方の面に溶接する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
5. 請求項４に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第一フレームを基準にして前記第二フレームとは反対側に前記第一フレームと平行に配された第三フレームも前記一方の面に接合する場合、
   前記第二フレームの溶接とその直後になされる第一フレームの溶接との間に、直前の溶接位置に対応する前記第三フレームの未溶接位置を前記一方の面に溶接する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第一フレームを含む複数のフレームを互いに平行に前記一方の面に接合する場合、
   前記第一フレーム中における各溶接のうち直前の溶接後であってその直後の溶接の前に、前記第一フレームの前記直前の溶接の位置に対応する各フレームの未溶接位置を、前記直前の溶接の位置に最も近い未溶接位置から順に断続的に溶接する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
7. 請求項１から３のいずれか一項に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第一フレームを含む複数のフレームを互いに平行に前記一方の面に接合する場合、
   前記第一フレーム中で溶接する複数の位置のうち、一の未溶接位置のみを溶接する第一フレーム溶接を実行し、
   次に、前記複数のフレームが並んでいるフレーム並び方向で前記第一フレームに最も近い前記一方の面上のフレーム溶接位置に、他のフレーム中で前記一の未溶接位置に対応する未溶接位置のみを溶接する第二フレーム溶接を実行し、
   全てのフレームに関して、各フレーム中で前記一の未溶接位置に対応する未溶接位置のみを溶接するフレーム溶接が完了するまで、前記一方の面上で、該第一フレームに最も近いフレーム未溶接位置から、断続的にフレーム溶接を実行し、
   以降、前記全てのフレームに関して、各フレーム中で溶接する全ての位置の溶接が完了するまで、前記第一フレーム溶接、前記第二フレーム溶接、該第二フレーム溶接に続くフレーム溶接を繰り返して実行する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
8. 請求項７に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記第二フレーム溶接後に、前記一方の面上で、前記第一フレームを基準にして該第二フレーム溶接の位置とは逆の前記フレーム並び方向の側であって、該第一フレームに最も近い未溶接のフレーム溶接位置にさらに他のフレームを第三フレーム溶接し、
   以降、前記第二フレーム溶接と前記第三フレーム溶接とを交互に実行する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
9. 請求項６から８のいずれか一項に記載のパネル構造体の製造方法において、
   前記一方の面の前記フレームが並んでいる方向の中央部に、前記第一フレームを溶接する、
   ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のパネル構造体の製造方法において、
    前記面板の前記一方の面と前記フレームとの溶接は、摩擦攪拌接合である、
    ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。
11. 請求項９に記載のパネル構造体の製造方法において、
    前記フレームは、前記一方に面に対向するフランジ部と、該フランジ部から該一方の面から遠ざかる向きに立ち上がっているフレーム本体と、を有し、
    前記面板の前記一方の面と前記フレームの前記フランジ部とを前記摩擦攪拌接合する、
    ことを特徴とするパネル構造体の製造方法。

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