(57)【要約】      （修正有）【課題】    薄板金属構造を局部的に補強するための方法を提供する。【解決手段】薄板金属構造の少なくとも１つの面上の、補強しなければならない領域（４）に、薄板金属構造を構成している材料よりも優れた機械的特性を有する材料から成る溶接ビード型の金属隆起（９）が形成される。隆起の材料は、該薄板金属構造材を構成している材料と同じ種類の金属である。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板金属構造（５）を局部的に補強するための方法において、前記金属構造の少なくとも１つの面（８、８”）の上の、補強しなければならない領域（４）に、前記薄板金属構造を構成している材料よりも機械的特性に優れた材料で構成された、溶接ビード型の金属隆起（７、７”、９）が形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記隆起の材料は、前記薄板金属構造を構成している材料と同じ種類の金属であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄板金属構造を構成している材料はステンレス鋼で、前記隆起の材料はステライトであることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属隆起（９）は、補強の線（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）に従って配置されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記隆起（７、７”）は、前記金属構造の少なくとも１つの面（８、８”）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記隆起は、更に、前記金属構造の切断縁（８’）にも形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記隆起（７、７”）は、２つの面（８、８”）の、互いに反対側の領域に施されていることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの面の上に配置されてい前記隆起（７、７”）は、らせん状の堆積物で構成されていることを特徴とする、請求項５、６、又は７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記金属隆起は、レーザーにより設けられることを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
上記請求項１から９の何れかに従って、金属隆起によって局部的に補強されていることを特徴とする薄板金属構造。
【請求項１１】
車両の構造部材、特に、鉄道車両、路上車両、又は船舶の構造部材を構成していることを特徴とする、請求項１０に記載の薄板金属構造。
【請求項１２】
前記車両は鉄道車両であり、前記補強対象領域は、車体パネルの特異箇所、具体的には窓空間の角部、クロスメンバ、又は前記車体が台車に接触する領域の支承部の様な領域の少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１１に記載の薄板金属構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板金属構造を局部的に補強するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両のような車体の構造は、例えば、表面に窓空間やドアの開口の様な開口部を有する形状に成形又は切り抜かれた金属パネルで構成されている。
金属パネルは、均等に分布しているわけではない様々な種類の負荷に耐えることができなければならない。力の分布に適した耐性を確保し且つパネルの質量を最適化するため、例えば、その一部は或る程度の機械的強度と肉厚を有する薄板材で構成され、別の部分は機械的強度と肉厚が更に大きな薄板材で構成された複合材パネルが製造されている。鋳造や更には鍛造された部品も含め、金属薄板の支柱の様な肉厚の厚い金属部材を追加することによる補強も行われている。これら補強は、全て、金属パネルの製造が複雑になり、パネルのコストと質量が増すという欠点を有している。しかしながら、補強が必要な領域の中には、そのような大掛かりな補強手段が要らない領域もある。これは、特に、窓空間の角部の場合に当てはまるもので、その領域は車両の車体構造の認可を得るための試験の際には大きな試験用の力を受けるが、実際の使用時にはそれほどの力は受けない領域である。認可条件下での各種負荷に耐えられるようにする目的でこれら角部を補強する必要性があるため、補強を施さなくてはならなくなり、これが時として複雑且つコストが嵩む事態を招き、無益に車両の質量を増量する原因となっている。
【０００３】
本発明の目的は、薄板金属構造を、経済的、迅速、且つ便利なやり方で局部的に補強するための手段を提案することにより、この欠点を改善することである。
【特許文献１】欧州特許第０７４５８０号
【特許文献２】米国特許第５，４１８３５０号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため、本発明の主題は、薄板金属構造を局部的に補強するための方法であり、これによると、金属構造の少なくとも１つの面の、補強しなければならない領域に、薄板金属構造を構成している材料よりも機械的特性に優れた材料から成る溶接ビード型の金属の隆起が形成される。その結果、基板と堆積物とから成り、全体としては弾性限界（Ｒｅ）と最大破断強度（Ｒｍ）が処理前よりも優れた、複合材料構造ができあがる。
【０００５】
隆起は、薄板金属構造を構成している材料と同じ種類の金属の材料で形成されるのが望ましい。
薄板金属構造を構成している材料がステンレス鋼であれば、隆起の材料はステライトでもよい。
【０００６】
金属の隆起は、応力線に沿って配置されるのが望ましいが、少なくとも１つの面に配置される。
隆起は、２つの面の互いに反対側の領域に設けても、又は縁部（薄板金属構造の肉厚）に設けても有効である。
【０００７】
金属の隆起は、例えば、レーザーにより実現される。
本発明は、金属の隆起により局部的に補強された薄い金属材料にも関する。
薄板金属構造は、例えば、車両、特に鉄道車両、路上車両又は船舶の、構造部材を構成している。
【０００８】
具体的には、車両が鉄道車両である場合、補強領域は、例えば、窓空間の角部、ドアや面内の開口部の角部、クロスメンバ、又は車体が台車に接触する領域の支承部の様な車体パネルの特異な箇所である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
これより、図面を参照しながら、非限定的な例を用いて本発明を詳しく説明する。
図１で全体を参照番号１で示した鉄道車両の車体用の側部パネルは、１枚又はそれ以上の金属薄板を切断して、既知の方法、特に溶接で組み立てて構成した構造体であり、本パネルには、具体的には、窓を形成するための空間２の様な複数の開口部、又はドアを形成するための大きな開口部３が含まれている。これら開口部の角部４は、構造パネルの機械的強度にこれら特異な領域で影響を及ぼす応力集中が生じる領域である。実際の使用時には、これらの領域４は、一般的には特別に応力を受けることはないが、車両の認可のための試験時には、これらの領域４は、金属の局部的な塑性変形を起こすこと無く耐えなければならない高い応力にさらされる。これらの領域４を補強するために、補強は、高い機械的特性を有する金属材料で隆起を設けることにより行われる。
【００１０】
図２に拡大して示すように、金属板５は、窓空間の角部４を形成している丸みを帯びた切り抜き部分を含んでいる。金属板５には、窓空間の角部の切り抜き部分を取り囲むように、補強部材６が設けられ、面部の構造に全体的な剛性を提供している。
【００１１】
窓空間の角部４に隣接して、全体が三日月状に形成された補強隆起７が設けられているが、これは以下に説明するようにより適合化された形状としてもよい。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、窓空間の角部４の補強は、金属板５の一方の面８のみに施してもよい。こうして、補強用の隆起が得られる。補強は、金属板５の一方の面８と金属板５の切り抜き部分の領域の縁部８’の両方に施してもよい。そうすると、補強隆起７と、補強隆起７を金属板５の切断縁部上に伸張させた補強隆起７’が得られる。補強は、上面８と下面８”の両方に、そして切断縁８’にも設けることができる。そうすると、金属板５の切抜き部を取り巻いて補強隆起７、７’及び７” が得られる。
【００１２】
補強隆起は、金属を貼り付けて隆起させることにより得られる堆積物で構成されるが、この組成は、構造を形成している支持板の金属の組成に適合している。他の隆起についても同様である。隆起は、例えば硬質の隆起又は他の隆起を作るために使用される溶接隆起式の既知の隆起技法で施してもよく、この方法では、局部的に加熱された金属板の表面上に粉末状の金属又は金属線の形態をした金属を送り出し、この金属を加熱して、金属板の表面上で、溶融させ、溶接して、溶接ビード型の層を金属板の表面上に形成する。
【００１３】
本発明の枠組み内で、隆起形成は、具体的には欧州特許第０７４５８０号又は米国特許第５，４１８，３５０号に記載のレーザー同軸ノズルを使用したレーザー支援隆起法によって行われるのが望ましい。ノズルによって、金属板の明確に画定された表面上に、不活性ガス、二次随伴ガス、及びレーザービームで運ばれる粉末金属を同時に送出することができるようになり、レーザービームは金属板の局所加熱と粉末金属の溶融の両方を実施する。本方法は、堆積層と基板を良好に結合させることができ、一方では基板を非常に表面的にしか加熱しないので、基板の機械的特性に対して殆ど又は全く影響を及ぼさず、特に処理対象の構造の変形が限定され好都合である。
【００１４】
堆積は、表面形状を問わず、その表面を掃引することによって覆う溶接ビードを形成することにより行われる。表面は、形状が円形でもよいし、らせん状に堆積させることによって覆ってもよい。
【００１５】
また図４に示すように堆積させることもでき、これが好適な実施形態のモードである。この実施形態のモードでは、金属板５の窓空間の角部４は、様々な種類の負荷の下で窓空間の角部が受ける応力の場に従い、力の主線に沿って伸長する複数のビード１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを含む堆積部９により補強されている。ビードは「魚の骨」型の構造を形成している。
【００１６】
隆起材料の性質は、隆起材料が堆積される基板（即ち、金属板）の性質に適合していなければならない。隆起材料は、当業者には既知の溶接材料又は隆起材料の中から選択され、金属板を構成している材料に適合したものである。隆起材料の組成は、適合性についてはそれぞれの場合で異なる。
【００１７】
一般に、隆起材料は、堆積物の弾性限界が基板の弾性限界より高くなるように、そして堆積物の引き裂き時の伸び率が処理終了時の基板の伸び率に少なくとも匹敵するように、選択される。堆積物の弾性限度は、基板の弾性限度よりも２５％高く、更には５０％高く、又更には８０％高いことが望ましい。
【００１８】
堆積させる材料と基板の適合性には、腐食の問題を回避するという目的と利点もある。この目的のために、特に電気化学的電池現象の発生を回避するためには、堆積させる材料と基板に対応する金属は同種のものでなければならない。
【００１９】
当業者には、特に、基板がアルミニウム、アルミニウム合金、又はオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、又は炭素鋼のような鋼で構成されている場合には、適した材料を選定することができる。
【００２０】
補強堆積物の肉厚は、数十ミリメートル程度から数ミリメートルまであり、０．５ｍｍから１．５ｍｍの間が望ましい。
例えば、標準ＥＮ１０．０８８−２に準拠する肉厚２．５ｍｍの１．４００３型のフェライト系ステンレス鋼の板に切り抜かれた窓空間の角部を補強する場合は、形成される補強層は肉厚が０．９８ｍｍであり、Ｇｒ２５ステライト粉末（それ自体は既知である）から得られる。堆積させたステライトの弾性限界は、金属板を構成しているフェライト系鋼の弾性限界の二倍である。
【００２１】
認可試験時に窓空間の角部が塑性変形しない鉄道車両の側面を、こうして得ることができる。更に、この壁は、重量を殆ど増加させず、また補強処理を行うコストも低い。
この補強方法は、切断され、例えば溶接によって組み立てられる、金属板で構成された多種多様な構造体を局部的に補強するために使用することができる。
【００２２】
これらの構造体は、特に、鉄道車両又は路上車両の車体パネル、又は船舶用の部材である。
補強対象領域は、特異な箇所（小さな曲率半径）を有する形状を備えた開口部が存在することにより、特別な応力を受ける領域である。それらの領域は、特定の機能を果たすことを目的としているために、補強しなければならない領域でもある。これらの領域は、具体的には、例えば車両の車体と台車の間を接続するための、車体／台車を結合するクロスメンバ、即ち支承部を形成している領域である。
【００２３】
これまで説明してきた利用例は限定を課すものではなく、当業者であれば、本発明による方法を他の適した構造にも用いることができるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】鉄道車両の車体構造の側部パネルの名称のついた面部の斜視図である。
【図２】鉄道車両の側面の窓空間の角部の部分図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、鉄道車両の側部パネルの窓空間の角部を補強する３つの実施形態を断面図で示している。
【図４】応力の分布を考慮した、鉄道車両の車体の側部パネルの窓空間の角部の局部的な補強の別の実施形態を示している。
【符号の説明】
【００２５】
４                              補強対象領域
５                              薄板金属構造
８、８”                        面部
８’                            切断縁
７、７”、９                    金属隆起
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  補強線  
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006043772.tif 000005
【図４】
2006043772.tif 000006
【外国語明細書】
2006043772000001.pdf