JP5579680B2 - 鉄道車両用電気品収容用の筐体構造を構成する薄板及びこれを用いた鉄道車両用電気品収容用の筐体、鉄道車両用電気機器 - Google Patents

Description

鉄道車両の一部を構成する電気機器（インバータ装置、保安装置等）は、主回路とその周辺機器とともに筐体構造の内部に収容されるようになっており、こうした筐体構造は薄板を接合することにより製造されている。
薄板の接合を行う際、強度上問題とならない部位については、断続的に溶接を行うことになるが、本発明は、特にこうした断続溶接を精度高く行うための薄板の構造及びこれを用いた鉄道車両用電気品収容用の筐体、鉄道車両用電気機器に関するものである。

断続溶接は接合部材の全周に対して、所定のピッチで断続的に局所的な溶接を行うものである。例えば、一方の薄板の表面に対し他方の薄板の端面を直交するよう突き合わせた部分を接合する場合、この突き合わせ部に沿って、断続的に溶接を行うＴ継手と呼ばれる隅肉溶接を行うことが一般的に行われている。しかし、溶接ビードが断続的に、しかも、部分的に盛り上がる仕上がりとなるため、筐体の品位を著しく低下させるとともに、溶接ビードにより、電気機器や電気配線を損傷させるなどの問題があった。

また、設計上求められる接合強度を得るためには、断続的に溶接を行う箇所の数（溶接ピッチ）と、各溶接箇所の長さ（溶接スパン）を最適に選定する必要があり、断続溶接を行う際の事前準備として、溶接スパンと溶接ピッチに対するケガキ作業が必要となり、これが工数を増大させ、場合によっては、溶接箇所を誤ったり、必要な溶接箇所を見過ごし、接合強度を低下させるといった懸念があった。

こうした問題を解決するため、下記特許文献１には、仮付け溶接を適確に行うため、裏当金に仮付け溶接位置を表示することが示されている。
また、下記特許文献２には、ディスク体の環状突出部に対するリム体の突き合わせ部に、全周にわたり環状凹部を形成して、この凹部を溶接し、溶接ビードをリム体表面側の外周に設けたフロントフランジで隠すようにした２ピース溶接型の自動車ホイールの溶接構造が示されている。

特開平７−９１９３号公報 特開平９−２０２１０４号公報

しかし、特許文献１に記載されたものは、裏当金を仮溶接する際の仮付け位置を表示するもので、上述した筐体構造を構成する際に行われる薄板の断続隅肉溶接には適用することができず、また、裏当金を使用して本溶接を行うことから、仮溶接時のビードが品位上問題になることはない。
また、特許文献２に記載のものも、２ピース溶接型の自動車ホイールを前提として、ディスク体のフロントフランジ部裏面内周部に環状の凹部を設ける等、特殊な構造を採用しており、筐体構造形を構成する際の薄板の断続隅肉溶接に適用することができない。

そこで、本発明は、鉄道車両用筐体構造を形成する薄板に、予め、設計上求められる接合強度を得るのに必要な断続的な溶接箇所に対応して、溶接ビードを内包する切り欠きを形成しておくことにより、溶接スパンと溶接ピッチに対するケガキ作業を行うことなく、各溶接箇所の箇所と長さを簡単に把握できるようにするとともに、断続的に突出する溶接ビードをこの切り欠き内に収容し、十分な溶接強度の確保、鉄道車両用筐体構造の品位向上、さらには電気機器や電気配線の損傷防止を可能にした薄板材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、断続隅肉溶接を行う位置に対応して、薄板に切り欠きを設けた。具体的には、本発明の薄板は、一方の薄板の端部を折り曲げることにより形成した立ち上がり部と、他方の薄板の表面とを、互いに対向して接触するよう位置決めし、前記立ち上がり部の端面に沿って、断続的な隅肉溶接により接合を行うことで、鉄道車両用電気品を収容する筐体構造を構成する薄板において、前記立ち上がり部の端面に、断続的な隅肉溶接を行う箇所に対応して切り欠き部を形成した。
この切り欠きの深さは、溶接時に発生するビードを完全に収納できるように設定されている。

本発明によれば、断続的に隅肉溶接を行う箇所を明示できるため、ケガキ作業が省け、溶接誤りや忘れといったヒューマンエラーを未然に防止することができるとともに、溶接ビードが切り欠き部に収まるため、部材周りの盛り上がりを抑え、省スペース化や軽量化、筐体構造の品位向上、さらには意匠性に寄与することとなる。

インバータ装置の全体構造を示す図。 筐体構造を示す図。 薄板からなる構成部材１０７を示す図。 図３における構成部材１０７の断面Ａ−Ａを示す図。 構成部材１０７と筐体壁面１０８との配置を示す図。 構成部材１０７の立ち上がり部１０９端面における切り欠き部１１０の配置を示す図。 隅肉溶接の仕上がり時の状態を示す図。

以下、実施例について図面を用いて説明する。本実施例では、鉄道車両の駆動制御を行うインバータ装置を収容する筐体を例に挙げて説明する。

図１に、本実施例のインバータ装置の全体構造を示す。このインバータ装置の設置場所は車両の床下で、装置天板１０５の輪郭に沿って、８箇所設けられた吊り耳１０６をボルト接合によって車体に吊られた状態で固定設置される。このときインバータ装置の長手方向が車両の進行方向となる。
インバータ装置はその電気回路において高電圧部が存在するため、十分な絶縁距離が確保されるよう、必要な電気機器が配置されている。この例では装置内部において、制御部１００、機器部１０１、パワーユニット部１０２、抵抗器部１０３、遮断器部１０４の順で隣り合った構成となっており、隣接するもの同士は仕切り板により区切られている。なお、これら各構成部は互いに電気配線で接続されており、大電流用の導体バーと制御信号用の細い電線が通じるための経路と固定用金具がインバータ装置内部に確保されている。

図１において上述の各電気機器を取り去った構造を図２に示す。これがインバータ装置の筐体となる。この筐体は所定の形状に加工された薄板の接合により構成されており、その接合手段として、一部に断続溶接による隅肉溶接が採用されている。
すなわち、車両静止時の静的応力もしくは車両走行時の振動による動的応力に対して十分な強度が確保されており、しかも厳密な気密性を保つ必要がない接合部については、断続的な溶接により部分的に部材を繋ぎ止めておけば、設計上必要な強度を得ることができる。なお、仮に接合部の全長に溶接を施すと、薄板への入熱量が必要以上に過大となり、歪み変形が生じて筐体としての精度が低下してしまうため、断続的な隅肉溶接は、こうした精度低下を防止することも意図している。

次に、本発明が適用される薄板の構造について具体例を挙げて説明する。
図２に示す、薄板からなる構成部材１０７は、前述のパワーユニット部１０２を固定するため、筐体に取付けられる枠体であり、この構成部材１０７を単独に示したものが図３である。
この構成部材１０７は、図３の断面Ａ−Ａを示す図４から明らかなように、その周囲において所定の幅の曲げ代１９を備えた立ち上がり部１０９が形成されている。
そして、この構成部材１０７は、筐体構造を構成する際、図２において、立ち上がり部１０９と筐体壁面１０８（図示では筐体底面）とが面同士互いに対向して接触する状態で接合されるようになっている。

図４の矢視Ｃ方向からみたものが図５であり、この図に示すように、立ち上がり部１０９の端面には、その長手方向に沿って、切り欠き１１０が形成されている。
この実施例では、切り欠き１１０は、それぞれ幅２０ｍｍ、深さ２ｍｍ程度のもので、両端部に垂直端面を有しており、図６に示すように、構成部材１０７の両端に形成されるとともに、中央に向かって、次の切り欠きとの間が４２ｍｍ、それ以外の切り欠き間では６０ｍｍという規則的なピッチで計９個設けられている。なお、こうした切り欠き１１０を形成する際には、立ち上がり部１０９を形成する以前、あるいは形成後に、タレットパンチで打ち抜くことにより形成すればよいが、薄板をプレス機で打ち抜いて構成部材１０７を成型する際、そのプレス機の金型に、予めこれらの切り欠き１１０に対応する凹部を設けておくことにより、特別なプロセスを必要とすることなく、低コストに形成することができる。

この構成部材１０７をその周囲で折り曲げることにより形成した立ち上がり部１０９を、図７に示すように筐体壁面１０８に、互いの面同士が対向して接触するよう位置決めしたとき、これらの切り欠き１１０は、断続的な隅肉溶接を行う箇所を明示する目印となる。
このように薄板材である構成部材１０７に予め溶接部目印を形成しているため、作業者は溶接箇所を容易に知ることができ、溶接作業毎に行うケガキ作業の手間を大幅に省くことができるとともに、ケガキの出来不出来といったムラを無くすことができる。このことは、工数を減少させるだけでなく、対象製品の品質向上に寄与することとなる。

さらに、この切り欠き１１０で溶接を行う際、作業者は、自然と切り欠き１１０内に溶接ビード１１１が充填させるように心がけることになることから、質の高い溶接を促すとともに、切り欠き１１０両端の垂直端面も溶接ビード１１１が充填されることにより、図７において、切り欠き１１０両端の垂直端面と筐体壁面１０８と間も溶接されることになるから、切り欠き１１０の深さを選定することにより、構成部材１０７に対し水平方向に作用する応力に対する接合強度を高めることができる。

また、切り欠き形成のために除去した薄板材の質量は、一箇所当たりではそれほどのものではないが、筐体内至る所に隅肉溶接箇所が存在するため、例えばこれが１００箇所存在する場合には、切り欠きを持たないものと比較して、一箇所当たりの除去質量の１００倍程度もの軽量化が可能となり、特に、輸送機器においては、同程度の強度を確保した上での軽量化を実現でき、省エネルギの観点でも有益である。

図７に、このように溶接によって切り欠き１１０に形成された溶接ビード１１１の仕上がり状態を示す。この切り欠き１１０は長手方向に対して必要ビード長を有し、薄板内部に向かってはビード幅程度の深さを有しているため、溶接ビード１１１がこの切り欠き１１０の内部にちょうど収容され、溶接部が端面に沿うような仕上がりとなる。
このように、切り欠きが無い場合と比較して、端面より外側にビードがはみ出すことがないため、この分の占有スペースを節減できることになり、特に部品点数が多い場合の部品干渉を防止するとともに、これらを筐体内に設置する際の作業時に、溶接ビードによる電気機器の損傷やこれらを接続する電気配線の損傷、断線を効果的に防止することできる。

以上説明したように、本発明によれば、鉄道車両用電気品を収容する筐体構造を構成する薄板に、断続的な隅肉溶接を行う箇所に対応して予め切り欠きを形成しておくことにより、溶接スパンと溶接ピッチに対するケガキ作業を行うことなく、作業者が各溶接箇所の箇所と長さを簡単に把握させ、十分な溶接強度が確保されるとともに、溶接ビードが断続的に突出することなく、切り欠き内に収容されることにより、筐体の品位向上、さらには電気配線等の損傷防止を実現できるので、鉄道車両用筐体構造を構成する板材として広く採用されることが期待できる。

１００ 制御部
１０１ 機器部
１０２ パワーユニット部
１０３ 抵抗器部
１０４ 遮断器部
１０５ 遮断器部
１０６ パワーユニット固定用構成部材
１０７ 構成部材（薄板）
１０８ 筐体壁面
１０９ 立ち上がり部
１１０ 切り欠き
１１１ 溶接ビード

Claims (3)

1. 一方の薄板の端部を折り曲げることにより形成した立ち上がり部と他方の薄板の表面とを、互いに対向して接触するよう位置決めし、前記立ち上がり部の端面に沿って、断続的な隅肉溶接により接合を行うことにより、鉄道車両用電気品収容用の筐体構造を構成する薄板において、前記立ち上がり部の端面に、断続的な隅肉溶接を行う箇所に対応して、切り欠き部を形成し、該切り欠き部の深さが、溶接時に発生するビードを完全に収納できるように設定されていることを特徴とする薄板。
2. 請求項１に記載の薄板を用いた鉄道車両用電気品収容用の筐体。
3. 請求項２に記載の筐体及び当該筐体に収納される電気品により構成される鉄道車両用電気機器。

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