(57)【要約】【課題】  縦横の骨を外板にレーザ溶接しても継手板なしにそれらの継手強度を高められ、簡単な構造および接合作業にて実用上十分な強度を有する構体骨構造が得られるようにする。【解決手段】  縦横に配した骨１、２の一方の端部２ａが他方の側面に対向する関係を有して外板３に溶接接合５するのに、外板３に溶接接合した一方の骨２の端部２ａおよび外板３に跨って他方の骨１を当てがい、それらの双方に他方の骨１を溶接接合４、６したことにより、上記の目的を達成する。【選択図】  図１
2006341813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横に配した骨の一方の端部が他方の側面に対向する関係を有して外板に溶接接合する鉄道車両の構体骨構造において、
外板に溶接接合した一方の骨の端部および外板に跨って他方の骨を当てがい、それらの双方に他方の骨を溶接接合したことを特徴とする鉄道車両の構体骨構造。
【請求項２】
他方の骨は、窓または出入り口の開口に沿って配してある請求項１に記載の鉄道車両の構体骨構造。
【請求項３】
他方の骨は、窓または出入り口の開口の開口枠または開口枠材である請求項２に記載の鉄道車両の構体骨構造。
【請求項４】
一方の骨はハット型断面を有して両側フランジを外板に当てがいレーザ溶接にて溶接接合し、他方の骨はハット型断面またはＺ型断面を有して一方の骨の端部と外板とに両側のフランジを個別に当てがい一方の骨の端部にはレーザ溶接、スポット溶接、栓溶接の１つによって溶接接合し、外板にはレーザ溶接によって溶接接合した請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両の構体骨構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の構体骨構造、詳しくは、縦横に配した骨の一方の端部が他方の側面に対向する関係を有して外板に溶接接合する鉄道車両の構体骨構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
縦横に配した骨の一方の端部が他方の側面に対向する関係を有して外板に溶接接合する鉄道車両の構体骨構造は既に知られている（例えば、特許文献１参照。）。このものは、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ハット型の断面を有した縦骨ａの側面にハット型の断面を有した横骨ｂの端部が対向する箇所において、一方のフランジａ１の上に他方のフランジｂ１が重なる構造を有して、この重なり部も含めて外板ｃに溶接部ｄにて図７（ｃ）に示すようなスポット溶接をしている。
【０００３】
しかし、このような継手構造では、縦骨ａと横骨ｂとはフランジａ１、ｂ１どうしが重なり合って接合されるだけで、それらのハット型断面による材料力学的構造を生かせない継手構造上その継手強度が低く、外板の座屈強度を高められない。そこで、特許文献１に記載のものは、図７（ａ）（ｂ）に仮想線で示すような継手板ｅを当てがって溶接接合部ｄにてスポット溶接し、必要な強度を得るようにしている。
【特許文献１】特開平９−３０４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、スポット溶接では１ｔもの荷重を掛けて溶接するので、圧痕が外面に出て見栄えが悪く、接合にも手間や時間が掛かりコスト高になるが、今後もスポット溶接の溶接速度の向上は見込めない。また、荷重が大きく大掛かりな装置となる上、図７（ｃ）に示すような高価な銅製の電極盤ｇが必要であるなど設備費も高くつくところ、特許文献１に記載のもののように立体的な継手板ｅを製作してそれをさらにスポット溶接にて取り付けることは、さらなるコスト高の原因になる。これを、継手板ｅに代えて、スポット溶接の間隔を狭く設定して対応すると、さらに見栄えが悪くなるし、スポット溶接箇所が増加するのに比例してコストアップしてしまう。また、スポット溶接の間隔を狭くすることには限界があるので、車両の種類や用途などに応じた強度を確保するのに、スポット溶接に代えてアーク溶接することも行なわれるが、外板への熱影響が強く外面を仕上げ加工する必要があるので、これも高価につく原因になる。
【０００５】
そこで、図８（ａ）（ｂ）に太線ｆで示すように、図８（ｃ）に示すようなレーザ溶接を行うことも考えられる。しかし、レーザ溶接では溶け込み幅が狭いために、骨ａ、ｂの端部では連続接合の利点がなくレーザ溶接部ｆの端部には集中力が働きやすいと考えられ接合強度に不安があるので、継手板ｅの採用は必須となり高価につくことに変わりはない。
【０００６】
本発明の目的は、縦横の骨を外板にレーザ溶接しても継手板なしにそれらの継手強度を高められ、簡単な構造および接合作業にて実用上十分な強度を有する鉄道車両の構体骨構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記のような課題を達成するために、本発明の、鉄道車両の構体骨構造は、縦横に配した骨の一方の端部が他方の側面に対向する関係を有して外板に溶接接合する鉄道車両の構体骨構造において、外板に溶接接合した一方の骨の端部および外板に跨って他方の骨を当てがい、それらの双方に他方の骨を溶接接合したことを主たる特徴としている。
【０００８】
このような構成では、外板に溶接接合された一方の骨の端部と外板とに他方の骨を跨って当てがい双方に溶接接合していることによって、縦横の骨の外板への連続したレーザ溶接をも許容しながら、一方の骨の端部全体が外板への溶接接合構造を有して他方の骨の下に双方の材料力学的な立体形状のまま重なり合って、外板に溶接接合された他方の骨と溶接接合されるので、縦横の骨の継手強度を高めながら一方の骨の端部に応力が集中しないようにすることができる。
【０００９】
他方の骨は、窓または出入り口の開口に沿って配してある、さらなる構成では、
鉄道車両ではその長手方向に長尺の横骨を通して外板を補強することが広く採用され、窓または出入り口の開口に沿う縦骨の側部に端部が対向する本数が多くそれらの間の継手強度や外板への接合強度が問題になりやすいところ、それら継手強度や接合強度を高めるのに有効である。
【００１０】
他方の骨は、窓または出入り口の開口の開口枠または開口枠材である、さらなる構成では、
窓や出入り口の開口に必要な開口枠または、開口枠材を骨に共用して、しかも、前記継手強度や接合強度の向上が図れる。
【００１１】
一方の骨はハット型断面を有して両側フランジを外板に当てがいレーザ溶接にて溶接接合し、他方の骨はハット型断面またはＺ型断面を有して一方の骨の端部と外板とに両側のフランジを個別に当てがい一方の骨の端部にはレーザ溶接、スポット溶接、栓溶接の１つによって溶接接合し、外板にはレーザ溶接によって溶接接合した、さらなる構成では、
縦横の骨の外板へのレーザ溶接による接合を実現して、しかも、前記継手強度や接合強度の向上が図れる。
【００１２】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の鉄道車両の構体骨構造によれば、一方の骨の端部全体が外板への溶接接合構造を有して他方の骨の下に双方の材料力学的な立体形状のまま重なり合って他方の骨と溶接接合された簡単かつ安価な継手構造にて、溶接方式の違いに係わり無く縦横の骨の継手強度を高めながら一方の骨の端部に応力が集中しないようにすることができる。しかも、縦横の骨の外板への連続溶接性を損なわないのでレーザ溶接にてより簡単かつ生産性よく実現するのに好適である。
【００１４】
また、鉄道車両では窓または出入り口の開口に沿う縦骨の側部に横骨の端部が対向する箇所が多くそれらの箇所で問題になりやすい強度を容易に確保し、しかも、開口に沿って連続するレーザ溶接部は開口からの雨水などの進入に対する防水となるので好適である。
【００１５】
また、窓や出入り口の開口に必要な開口枠または、開口枠材を骨に共用して、しかも、前記継手強度や接合強度の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の鉄道車両の構体骨構造に係る実施の形態につき、図１〜図６を参照しながら具体的に説明し、本発明の理解に供する。
【００１７】
本実施の形態の鉄道車両の構体骨構造は、図１に示す例、図２に示す例のように、縦横に配した骨１、２における一方の骨２の端部２ａが他方の骨１の側面に対向する関係を有して外板３に溶接接合し、外板３の補強を図るのに、外板３に溶接接合部５で溶接接合した一方の骨２の端部２ａおよび外板３に跨って他方の骨１を当てがい、それら双方に他方の骨１を溶接接合部６、４にて溶接接合している。このように、外板３に溶接接合された一方の骨２の端部２ａと外板３とに跨って他方の骨１を当てがい双方に溶接接合していることによって、縦横の骨１、２の外板３への連続したレーザ溶接をも許容しながら、一方の骨２の端部２ａ全体が外板３への溶接接合構造を有して他方の骨１の下に双方の材料力学的な立体形状のまま重なり合って、外板に溶接接合された他方の骨１と溶接接合されるので、縦横の骨１、２の継手強度を高めながら一方の骨２の端部２ａに応力が集中しないようにすることができる。縦横の骨１、２どうしの溶接接合は、図１、図２に示す溶接接合部６のような上になる骨１に設けた貫通孔を利用した栓溶接によって十分な接合強度での溶接接合が簡単かつ確実に得られるし、これに代わってレーザ溶接やスポット溶接を採用することもできる。しかし、スポット溶接やレーザ溶接では必要な接合強度を保証するために、複数箇所、複数ラインで溶接接合しておくのが好適である。なお、縦横の骨１、２の外板３とのレーザ溶接は、溶接接合強度と外観上の問題から外板３への溶け込み深さｔを０．１ｍｍ〜外板３の厚みの５０％程度にするのが好適である。
【００１８】
この結果、外板３に溶接接合される縦横の骨１、２の、一方の骨２の端部２ａ全体が外板３への溶接接合構造を有して他方の骨１の下に双方の材料力学的な立体形状のまま重なり合って、つまり、一方の骨２の端部２ａはレーザ溶接された連続性を有する部分の途中で、他方の骨１と溶接接合される簡単かつ安価な継手構造にて、溶接方式の違いに係わり無く縦横の骨１、２の継手強度を高めながら一方の骨２の端部２ａ、特にレーザ溶接接合部の端部に応力が集中しないようにすることができる。しかも、縦横の骨１、２の外板３への連続溶接性を損なわないので、図１、図２に連続した太線で示す溶接接合部４、５のようにレーザ溶接にてより簡単かつ生産性よく実現することができ好適である。また、ステンレス鋼板よりなる外板３にステンレス鋼板よりなる骨１、２を溶接接合するのにも好適である。
【００１９】
さらに、具体的には、一方の骨２は図１の例、図２の例で示すようにハット型断面を有して両側フランジ２ｂ、２ｂを外板３に当てがいレーザ溶接にて溶接接合し、他方の骨１は図１の例のようにハット型断面または図２の例のようにＺ型断面を有して、一方の骨２の端部２ａと外板３とに跨り、それらに両側のフランジ１ｂ、１ｂを個別に当てがい、一方の骨２の端部２ａにはレーザ溶接、スポット溶接、あるいは既述した栓溶接の１つによって溶接接合し、外板３にはレーザ溶接またはスポット溶接によって溶接接合する。これにより、縦横の骨１、２の外板３へのレーザ溶接による接合を実現して、しかも、縦横の骨１、２の相互接合、外板との接合、それらの力学的形状を生かした前記継手強度や接合強度の向上が図れる。
【００２０】
レーザ溶接は、例えば、図５、図６に示すようなレーザ溶接設備を用いて行う。このレーザ溶接設備は図６（ａ）（ｂ）に示すように、溶接作業部１１と、この溶接作業部１１から左右に延びるレール１２上を走行する左右の治具台車１３、１４とを備え、左右の治具台車１３、１４は車体の側、屋根、妻などの構体などを構成する外板３を支持して溶接作業部１１へ交互に進入し、支持している外板３をそれに縦横に配する骨１、２とのレーザ溶接に供することを繰り返し、溶接作業部１１から出る都度溶接によって製作した構体を取外して新たな外板３と交換する。溶接作業部１１はレール１５上を走行する門型の作業脚１６を有している。この作業脚１６は例えば５関節程度の多関節ロボット１７を支持しており、溶接作業部１１に進入した治具台車１３上の外板３に縦横に配する骨１、２をレーザ溶接する。このレーザ溶接のために多関節ロボット１７は図５に示すようにロボットアームの先端にレーザトーチ１８を有し、このレーザトーチ１８によって冷却機構付きのレーザ発振装置１９から光ファイバを通じてレーザを供給され溶接部にレーザ照射して所定のレーザ溶接を行う。このレーザ溶接のために溶接作業部１１は、その左右２箇所に加圧機構２１を有し、溶接作業部１１に進入してきた治具台車１３、１４上の外板およびそれに縦横に配する骨１、２を上方から所定位置に加圧支持し、レーザ溶接に備えるようにしている。加圧機構２１はレール２２上を走行する門型の支持脚２３に加圧ロッド２４を左右に２本ずつ支持しており、これら左右２本ずつの
加圧ロッド２４によって前記加圧支持を行う。これらレーザ溶接作業はロボット系制御装置３１と治具系制御装置３２との協働した動作制御を伴って行われる。
【００２１】
上記のような外板３と縦横に配する骨１、２との溶接接合を車体の側構体に適用した具体例を図３、図４に示している。図３、図４に示す側構体４１は出入り口４２の開口の間に窓４３の開口を１つ設けるタイプのものであり、前記他方の骨１は、窓４３および出入り口４２の開口に沿って配した縦骨としてあり、その側面に端部２ａが対向する前記一方の骨２は出入り口４２の開口と出入り口４２の開口との間に配した横骨、および出入り口４２の開口と窓４３の開口との間に配した横骨としている。
【００２２】
鉄道車両では図３に示す側構体４１で見られるように、その長手方向に長尺の横骨２を通して外板３を補強することが広く採用され、窓４３や出入り口４２の開口に沿う縦骨１の側部に端部２ａが対向する本数が多く，それらの間の継手強度や外板３への接合強度が問題になりやすいところ、それら継手強度や接合強度を高めるのに図３、図４に示す具体例は有効である。しかも、図４に示すように窓４３および出入り口４２の開口に沿って連続するレーザ溶接接合部４はそれら開口からの雨水などの侵入に対する防水となるので好適である。
【００２３】
また、図３、図４に示す例では、窓４３や出入り口４２の開口に沿う縦骨１はいずれもハット型断面のものとし、図４に示すように窓４３や出入り口４２の開口に設ける開口枠ないしは開口枠材４２ａ、４３ａと別体としてあるが、これを一体に形成した共用部材とする簡略構造にても、前記継手強度や接合強度の向上が図れる。
【００２４】
特に、横向きの骨２は外板３の窓４３および出入り口４２の開口を除いた部分の内面に通して上下にほぼ等間隔に配列し、縦向きの骨１は外板３の窓４３および出入り口４２の開口およびの側部、外板３の端部（図示せず）に沿って配し、縦向きの骨１間では横向きの骨２に縦向きの補強材４６を内側から渡して当てがい栓溶接、スポット溶接、レーザ溶接のいずれかの溶接接合部４７で接合している。これにより、横向きの骨２を通せる面域には縦向きの骨１に優先して多く配列し、縦向きの骨１による横向きの骨２に対する分断を回避してレーザ溶接の連続性を確保しながら、極端に少なくなる縦向きの骨１と、縦向きの骨１間で横向きの骨２に縦向きに渡して外板３や外観に影響なく種々な溶接により溶接接合した補強材４６とで必要な構体強度を確保できる。特に、補強材は外板との溶接がない上、接触もせず浮いた状態で、外板の面内せん断力による面外変形に対する強度を高められる。それには、図示しているように横向きの骨２はハット型断面を有してその両側のフランジ２ｂが外板３に溶接接合され、縦向きの補強材４６はハット型の断面を有して横向きの骨２のフランジ２ｂより背部に嵌り合う切り欠き４６ｂを有して横向きの骨２のフランジ２ｂに自身のフランジ４６ａを当ってそのフランジ２ｂに溶接接合されている構成が好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は鉄道車両の構体骨構造に実用でき、作業面、コスト面、強度面等に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における鉄道車両の外板と縦横に配した骨との接合構造の１つの例を示す内面側からの正面図および平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における鉄道車両の外板と縦横に配した骨との接合構造の別の例を示す内面側からの正面図および平面図である。
【図３】図１、図２の接合構造例を適用した側構体を示す内面側からの正面図である。
【図４】図３の窓および出入り口間の横断面図である。
【図５】本実施の形態での溶接接合部の溶接を行うレーザ溶接設備を示す横断面図である。
【図６】図５のレーザ溶接設備の平面図および正面図である。
【図７】従来の外板と縦横に配した骨との溶接接合構造の例を示す内面側からの正面図および平面図、スポット溶接説明図である。
【図８】図７に示す接合例にレーザ溶接を適用した場合を示す内面側からの正面図および平面図、スポット溶接説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２  骨
２ａ  端部
１ｂ、２ｂ  フランジ
３  外板
４、５、６  溶接部
４１  側構体
４２  出入り口
４３  窓
４２ａ、４３ａ  開口枠ないしは開口枠材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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