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【発明の名称】 鉄道車両用構体及びその製造方法
【発明者】 【氏名】木村 億尋

【氏名】側垣 正

【要約】 【課題】より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体を提供すること。

【構成】この鉄道車両用構体10の側溝体18は、外板18zと、外板18zを補強するための補強部材と、外板18zに形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材181a〜183aとを備え、外板18zは、複数の外板部材18a〜18fが突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材18a〜18fがDDLによって突合せ溶接されることで形成され、補強部材は、外板18zの内側に重ね合わせて配置され、YAGレーザによって非貫通溶接されており、枠部材181a〜183aは、外板18zに形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分がDDLによって隅肉溶接されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
側構体を備える鉄道車両用構体であって、
前記側溝体は、外板と、前記外板を補強するための補強部材と、前記外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを備え、
前記外板は、複数の外板部材が突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材が第1のレーザによって突合せ溶接されることで形成され、
前記補強部材は、前記外板の内側に重ね合わせて配置され、前記第1のレーザとは異なる第2のレーザによって非貫通溶接されており、
前記枠部材は、前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分が前記第1のレーザによって隅肉溶接されている、鉄道車両用構体。
【請求項2】
前記第1のレーザの発振波長は、前記第2のレーザの発振波長よりも短いことを特徴とする、請求項1に記載の鉄道車両用構体。
【請求項3】
前記第1のレーザの出力密度は、前記第2のレーザの出力密度よりも低いことを特徴とする、請求項1に記載の鉄道車両用構体。
【請求項4】
前記第1のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、前記第2のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることを特徴とする、請求項1に記載の鉄道車両用構体。
【請求項5】
側溝体を備える鉄道車両用構体の製造方法であって、
前記側溝体を構成する外板となる複数の外板部材と、前記外板を補強するための補強部材と、前記外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを準備する部材準備工程と、
前記複数の外板部材を互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材を第1のレーザによって突合せ溶接し外板を形成する外板溶接工程と、
前記外板溶接工程において形成した外板の内側に前記補強部材を重ね合わせて配置し、前記第1のレーザとは異なる第2のレーザによって前記補強部材を前記外板に非貫通溶接する補強溶接工程と、
前記枠部材を前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を前記第1のレーザによって隅肉溶接する枠溶接工程と、
を備える製造方法。
【請求項6】
前記外板溶接工程と前記補強溶接工程の間において、前記枠部材を前記外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を前記第2のレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備える、請求項5に記載の製造方法。
【請求項7】
前記第1のレーザの発振波長は、前記第2のレーザの発振波長よりも短いことを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
【請求項8】
前記第1のレーザの出力密度は、前記第2のレーザの出力密度よりも低いことを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
【請求項9】
前記第1のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、前記第2のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることを特徴とする、請求項5に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道車両用構体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道車両用構体を構成する外板部材や補強部材といった各種部材をレーザ溶接によって接合し、鉄道車両用構体を製造することが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−329412号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記特許文献1においては、部材同士を重ね合わせてレーザ光源を移動させながら照射し、部材同士を溶接している。従って、例えば外板同士を溶接する場合には、せぎり継手によって重ね合わせ、そこをレーザ光によって溶接している。
【0004】
ところで、外板を重ね合わせ溶接にて形成すると、当該部分に段差が生じ、場合によっては防水のためのシール等が必要となる場合もある。一方で、外板以外の部分においては、重ね合わせ溶接が適している部分もある。更に、重ね合わせ溶接も突合せ溶接も適していない部分もありうる。
【0005】
そこで本発明では、より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
鉄道車両用構体をどのような部材に分割し、それらをどのように組立て接合して鉄道車両用構体とするかは様々な手法がある。本発明者らはそのような種々の手法について詳細に検討すると共に、鉄道車両用構体の構造についてもより詳細に検討を行った。その結果、本発明はこれらの知見に基づいてなされたものである。
【0007】
本発明に係る鉄道車両用構体は、側構体を備える鉄道車両用構体であって、側溝体は、外板と、外板を補強するための補強部材と、外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを備え、外板は、複数の外板部材が突き合わせて配置され、当該突き合わされた複数の外板部材が第1のレーザによって突合せ溶接されることで形成され、補強部材は、外板の内側に重ね合わせて配置され、第1のレーザとは異なる第2のレーザによって非貫通溶接されており、枠部材は、外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置され、当該重ね合わされた部分が第1のレーザによって隅肉溶接されている。
【0008】
本発明によれば、外板は外板部材を突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材は非貫通溶接で外板の内側に、枠部材は隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材及び枠部材が配置される状況に応じた接合が実現された鉄道車両用構体を提供できる。
【0009】
また本発明に係る鉄道車両用構体では、第1のレーザの発振波長は、第2のレーザの発振波長よりも短いことも好ましい。第1のレーザの発振波長が第2のレーザの発振波長よりも短いので、第1のレーザの吸収率が向上する。従って、第1のレーザのビームサイズを大きくすることが可能となり、的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。
【0010】
また本発明に係る鉄道車両用構体では、第1のレーザの出力密度は、第2のレーザの出力密度よりも低いことも好ましい。第1のレーザの出力密度が第2のレーザの出力密度よりも低いので、第1のレーザのビームサイズを大きくすることが容易になり、より的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。
【0011】
また本発明に係る鉄道車両用構体では、第1のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、第2のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることも好ましい。第1のレーザによる溶融が熱伝導型溶融であるので、突合せ継手におけるギャップ裕度を広げることができ、より的確に接合された外板を有する鉄道車両用構体を提供できる。
【0012】
本発明に係る製造方法は、側溝体を備える鉄道車両用構体の製造方法であって、側溝体を構成する外板となる複数の外板部材と、外板を補強するための補強部材と、外板に形成される開口部の周縁に取り付けられる枠部材とを準備する部材準備工程と、複数の外板部材を互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材を第1のレーザによって突合せ溶接し外板を形成する外板溶接工程と、外板溶接工程において形成した外板の内側に補強部材を重ね合わせて配置し、第1のレーザとは異なる第2のレーザによって補強部材を外板に非貫通溶接する補強溶接工程と、枠部材を外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第1のレーザによって隅肉溶接する枠溶接工程と、を備える。
【0013】
本発明によれば、外板は外板部材を突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材は非貫通溶接で外板の内側に、枠部材は隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材及び枠部材が配置される状況に応じた接合が実現される。
【0014】
また本発明に係る製造方法では、外板溶接工程と補強溶接工程の間において、枠部材を外板に形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第2のレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備えることも好ましい。枠部材を所定の位置に配置して、非貫通溶接によって外板に固定するので、的確な位置に保持した枠部材を隅肉溶接できる。
【0015】
また本発明に係る製造方法では、第1のレーザの発振波長は、第2のレーザの発振波長よりも短いことも好ましい。第1のレーザの発振波長が第2のレーザの発振波長よりも短いので、第1のレーザの吸収率が向上する。従って、第1のレーザのビームサイズを大きくすることが可能となり、外板を的確に接合することができる。
【0016】
また本発明に係る製造方法では、第1のレーザの出力密度は、第2のレーザの出力密度よりも低いことも好ましい。第1のレーザの出力密度が第2のレーザの出力密度よりも低いので、第1のレーザのビームサイズを大きくすることが容易になり、より的確に外板を接合することができる。
【0017】
また本発明に係る製造方法では、第1のレーザは熱伝導型溶融が支配的である溶融を起こさせ、第2のレーザはキーホール型溶融が支配的である溶融を起こさせることも好ましい。第1のレーザによる溶融が熱伝導型溶融であるので、突合せ継手におけるギャップ裕度を広げることができ、外板をより的確に接合できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、より適切な溶接加工を各部に施した鉄道車両用構体及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0020】
図1は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の構体を概略的に示す斜視図である。なお、本願においては、図1に示す状態を基準に方向を示す用語を用いる。即ち、長手方向とは鉄道車両の進行方向と同方向であり、幅方向とは長手方向に直交する方向である。また、台枠に対して屋根構体が位置する方向が上であり、屋根構体に対して台枠が位置する方向が下である。
【0021】
図1に示す鉄道車両の構体10は、一対の妻構体12、屋根構体14、台枠16、及び一対の側構体18を備えている。
【0022】
妻構体12、屋根構体14、台枠16、及び側構体18は、相互に接続されている。一対の妻構体12は、鉄道車両の長手方向における一端及び他端に設けられている。屋根構体14は、構体10における屋根を構成しており、上記の長手方向に延びている。台枠16は、構体10における床部を構成しており、床板(図示せず)を支持している。
【0023】
構体10における幅方向の両側には、一対の側構体18が設けられている。側構体18は、構体10の側面を構成しており、長手方向に延在している。側構体18は、外板18zと、枠部材181a,182a,183aとによって構成されている。
【0024】
側構体18には、二つの第1の開口181が、長手方向の一方側及び他方側に設けられている。また、側構体18には、第1の開口181の間に二つの第2の開口182が設けられている。本実施の形態では、第1の開口181及び第2の開口182は、構体10における窓用の開口とされている。また、これらの開口の間には、三つの第3の開口183が設けられている。本実施の形態では、第3の開口183は、構体10における出入口用の開口とされている。また、本実施形態では第3の開口183を三つ設けているが、出入り口の数(1〜6)に応じて設ける数を変更してもよい。また、第3の開口183を設ける数に応じて、第1の開口181及び第2の開口182の数を変更してもよい。
【0025】
第1の開口181は、略矩形の開口が設けられた枠部材181aによって画成されている。第2の開口182は、略矩形の開口が設けられた枠部材182aによって画成されている。第3の開口183は、略矩形の開口が設けられた枠部材183aによって画成されている。
【0026】
以下、側構体18の更に詳細な構造について説明する。図2は、側構体18を車外側から見て示す平面図である。外板18zは、複数の外板部材18a,18b,18c,18d,18e,18fによって構成されている。外板部材18a,18b,18c,18d,18e、18fは、それぞれ形状は異なるが略矩形の部材である。
【0027】
外板部材18a,18bは、側構体18の下側部分を構成する部材である。外板部材18aの上方長辺の両端には、それぞれ外板部材18cが接合されている。外板部材18cと外板部材18cとは、互いに離隔して取り付けられている。外板部材18c,18cの外板部材18aと接合されている辺と対向する辺には、外板部材18eが接合されている。外板部材18eは、長手方向において外板部材18aよりも長くなるように形成されている。従って、外板部材18a,18c,18c,18eによって形成される部分は、その中心部分に開口が形成され、その一部から外板部材18eの一端が突出した形状となっている。この開口には、枠部材181aが接合されている。
【0028】
外板部材18bの上方長辺の両端には、それぞれ外板部材18dが接合されている。外板部材18dと外板部材18dとは、互いに離隔して取り付けられている。外板部材18d,18dの外板部材18bと接合されている辺と対向する辺には、外板部材18fが接合されている。外板部材18fは、長手方向において外板部材18bよりも長くなるように形成されている。従って、外板部材18b,18d,18d,18fによって形成される部分は、その中心部分に開口が形成され、その一部から外板部材18fの両端が突出した形状となっている。この開口には、枠部材182aが接合されている。
【0029】
外板部材18eの突出した端部と、外板部材18dの突出した端部の一方とが接合されている。従って、外板部材18a,18c,18e,18f,18d,18bそれぞれの一部の辺によってアーチ状部分が形成されている。このアーチ状部分には枠部材183aが接合されている。
【0030】
図3に、外板部材18a〜18f同士の接合部分を模式的に示す。図3は、外板部材18aと外板部材18cとが接合された部分を例示的に示している。図3に示すように、外板部材18aと外板部材18cとはその端部同士が突き合わされて、レーザ溶接トーチT1を用いて突合せ溶接されている。
【0031】
レーザ溶接トーチT1によるレーザ溶接は、高出力半導体レーザ溶接であって、より具体的にはダイレクト・ダイオード・レーザ(以下、DDLともいう、第1のレーザ)溶接である。DDL溶接は、そのレーザ発振波長が808nmであり、出力密度は10W/cmである。また、DDL溶接は、熱伝導型溶融が支配的な溶接である。DDL溶接は、高吸収でビームサイズが比較的大きいので、突合せ溶接に用いるのに好適である。高出力半導体レーザは発振波長808nmの他に、約800〜1000nmまでの仕様のものを用いてもよい。
【0032】
図4に、外板部材18a〜18fに枠部材181a〜183aを接合した接合部分を模式的に示す。図4は、外板部材18cと枠部材181aとが接合された部分を例示的に示している。図4に示すように、外板18zの開口部18z1の周縁を形成する外板部材18cに重ね合わせて枠部材181を配置し、その重ね合わせた部分を隅肉溶接にて接合している。この場合も、レーザ溶接トーチT1によるレーザ溶接を行い、上述したようにDDL溶接となる。
【0033】
図5は、第2の開口182近傍の側構体18を、車内側から見て示す平面図である。なお、図5には、一方側の第2の開口182近傍の側構体18の平面図が示されているが、他方側の第2の開口182近傍の側構体18の構造は、図3に示すものと略対称な構造である。
【0034】
図5に示すように、第2の開口182は、略矩形の開口が設けられた枠部材182aによって画成されている。この枠部材182aが設けられている部分以外の外板部材18b,18d,18fには、補強部材20が設けられている。
【0035】
図6に、図5のA−A断面図を示す。補強部材20は、いわゆるハット状の部材であって、一対のチャネル部202と、一対のチャネル部202それぞれを繋ぐフランジ部203と、外部に延出するフランジ部201とを備えている。
【0036】
補強部材20は外板部材18dに対して、フランジ部201,203において、重ね非貫通レーザ溶接されて接合されている。
【0037】
レーザ溶接トーチT2によるレーザ溶接は、固体レーザ溶接であって、より具体的にはYAGレーザ溶接である。YAGレーザ溶接は、そのレーザ発振波長が1064nmであり、出力密度は10W/cmである。また、YAGレーザ溶接は、キーホール型溶融が支配的な溶接である。YAGレーザ溶接は、高反射でエネルギー密度が比較的大きいので、重ね継手におけるギャップ裕度が大きく、重ね非貫通溶接に用いるのに好適である。また、近年安定化・高出力化している波長1000〜1200nmのファイバレーザを用いても構わない。あるいはキーホール型の接合が可能なレーザを用いても構わない。
【0038】
引き続いて、本実施形態の側構体18の製造方法について説明する。尚、以下の説明においては、適宜図1〜6を参照する。側構体18の製造方法は、部材準備工程と、外板溶接工程と、補強溶接工程と、枠溶接工程とを備えている。
【0039】
部材準備工程では、側溝体18を構成する外板18zとなる複数の外板部材18a〜18fと、外板18zを補強するための補強部材20と、外板18zに形成される開口部181,182,183の周縁に取り付けられる枠部材181a,182a,183aとを準備する。
【0040】
外板溶接工程では、複数の外板部材18a〜18fを互いに突き合わせて配置し、当該突き合わせた複数の外板部材18a〜18fをDDL(第1のレーザ)によって突合せ溶接し外板18zを形成する。
【0041】
補強溶接工程では、外板溶接工程において形成した外板18zの内側に補強部材20を重ね合わせて配置し、YAGレーザ(第2のレーザ)によって補強部材20を外板18zに非貫通溶接する。
【0042】
枠溶接工程では、枠部材181a,182a,183aを外板18zに形成される開口部181,182,183の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分を第1のレーザによって隅肉溶接する。
【0043】
また本実施形態に係る製造方法では、外板溶接工程と補強溶接工程の間において、枠部材181a,182a,183aを外板18zに形成される開口部の周縁に重ね合わせて配置し、当該重ね合わせた部分をYAGレーザによって非貫通溶接する枠配置工程を備えることも好ましい。枠部材181a,182a,183aを所定の位置に配置して、非貫通溶接によって外板に固定するので、的確な位置に保持した枠部材181a,182a,183aを隅肉溶接できる。車両構体の中で、側構体と同様に平面と開口部を有する場合の屋根構体、妻構体、台枠に対して、本発明を適用しても構わない。
【0044】
本実施形態によれば、外板18zは外板部材18a〜18fを突合せ溶接して形成しているので、段差が生じにくく美しい外表面を得ることができる。また、補強部材20は非貫通溶接で外板18zの内側に、枠部材181a〜183aは隅肉溶接で開口部の周縁にそれぞれ接合されるので、補強部材20及び枠部材181a〜183aが配置される状況に応じた接合が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】図1は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の構体を概略的に示す斜視図である。
【図2】図2は、側構体を車外側から見て示す平面図である。
【図3】図3は、側構体の外板部材を接合する状況を説明する図である。
【図4】図4は、外板に枠部材を接合する状況を説明する図である。
【図5】図5は、外板に補強部材を接合する状況を説明する図である。
【図6】図6は、外板に補強部材を接合する状況を説明する図である。
【符号の説明】
【0046】
10…構体、12…妻構体、14…屋根構体、16…台枠、18…側構体。
【出願人】 【識別番号】000003377
【氏名又は名称】東急車輛製造株式会社
【出願日】 平成18年9月15日(2006.9.15)
【代理人】 【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹

【識別番号】100092657
【弁理士】
【氏名又は名称】寺崎 史朗

【識別番号】100140486
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 徹


【公開番号】 特開2008−68816(P2008−68816A)
【公開日】 平成20年3月27日(2008.3.27)
【出願番号】 特願2006−251253(P2006−251253)