(57)【要約】【課題】外板の表面側への外観上の影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体としての鉄道車両構体を提供すること。【解決手段】この鉄道車両構体を構成する側構体ブロックＳＢａは、外板８と補強部品２０とを有し、補強部品２０は、第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とによって構成されている。第一補強部品２０１と第二補強部品２０２を構成する第二補強部分２０２ａとの間には空隙が形成されると共に、第一補強部品２０１は第二補強部分２０２ａと重なり合う領域で外板８に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、第二補強部分２０２ａには、第一補強部品２０１が外板８に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該レーザ光を用いた溶接接合に起因するレーザ痕ＷＴａが形成されている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面が外観面を形成する金属製の外板と、前記外板の裏面に接合され前記外板を補強する金属製の補強部品とを備える金属製構造体であって、
前記補強部品は、前記外板に当接される第一補強部分と、前記第一補強部分を挟んで前記外板とは反対側に配置される第二補強部分とを有しており、
前記第一補強部分と前記第二補強部分との間には空隙が形成されると共に、前記第一補強部分は前記第二補強部分と重なり合う領域で前記外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、
前記第二補強部分には、前記第一補強部分が前記外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該レーザ光を用いた溶接接合に起因するレーザ痕が形成されていることを特徴とする金属製構造体。
【請求項２】
前記補強部品は、前記第一補強部分と前記第二補強部分とを繋ぐ第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とが一体化された部材として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製構造体。
【請求項３】
前記補強部品は筒状の部材であって、前記第一補強部分の一端と前記第二補強部分の一端とを繋ぎ、前記第一補強部分の他端と前記第二補強部分の他端とを繋ぐ一対の前記第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とで筒状部分が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の金属製構造体。
【請求項４】
前記補強部品は、前記第一補強部分を構成する第一補強部品と前記第二補強部分を構成する第二補強部品とが別体を成し、前記第一補強部品と前記第二補強部品とが溶接接合されることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の金属製構造体。
【請求項５】
前記第一補強部品は平板状を成し、
前記第二補強部品は、前記第一補強部品に当接されるフランジ部と、前記フランジ部と繋がっており前記第一補強部品から離隔するように形成されるチャネル部とを有しており、
前記第一補強部品は、少なくとも前記チャネル部と重なり合う領域で、前記外板に対して溶接接合されていることを特徴とする請求項４に記載の金属製構造体。
【請求項６】
前記第一補強部品は、前記フランジ部と重なり合う領域においても前記外板に対して溶接接合されており、
前記フランジ部と前記第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置であることを特徴とする請求項５に記載の金属製構造体。
【請求項７】
前記第一補強部品と前記チャネル部とが重なり合う領域において前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記フランジ部と前記外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されていることを特徴とする請求項６に記載の金属製構造体。
【請求項８】
前記第一補強部品を前記外板に溶接接合した結果生じる溶接痕は点状の溶接痕であって、前記第一補強部品が配置されている領域において格子状に配置されるように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の金属製構造体。
【請求項９】
その表面が外観面を形成する金属製の外板と、前記外板の裏面に接合され前記外板を補強する金属製の補強部品とを備える金属製構造体の製造方法であって、
前記外板と、前記外板に当接される第一補強部分及び前記第一補強部分を挟んで前記外板とは反対側に配置される第二補強部分を有する前記補強部品を準備する準備工程と、
前記第一補強部分と前記第二補強部分との間に空隙が形成されるように保持し、前記第一補強部分を前記外板の裏面に当接させる配置工程と、
前記第二補強部分を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部分を前記第二補強部分と重なり合う領域で前記外板に対して溶接接合し、前記第二補強部分に当該溶接接合に起因するレーザ痕を形成する溶接工程と、を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
前記溶接工程において、前記第一補強部分を前記外板に対してレーザ焦点深度の深いレーザ光によって溶接接合するものであって、当該溶接接合する際には前記第二補強部分にレーザ通過孔が形成されてレーザ光線が通過し、当該溶接接合が完了した際には前記第二補強部分に形成された前記レーザ通過孔が塞がれて前記レーザ痕が形成されることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記補強部品は、前記第一補強部分と前記第二補強部分とを繋ぐ第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とが一体化された部材として構成されており、
前記配置工程において、前記第一補強部分を前記外板に当接させることで、前記第二補強部分が前記空隙を形成するように配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記補強部品は筒状の部材であって、前記第一補強部分の一端と前記第二補強部分の一端とを繋ぎ、前記第一補強部分の他端と前記第二補強部分の他端とを繋ぐ一対の前記第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とで筒状部分が構成されており、
前記溶接工程において、前記第二補強部分を貫き前記第三補強部分に沿うようにレーザ光を照射し、前記筒状部分内において前記第一補強部分を前記外板に対して溶接接合することを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記準備工程において、前記第一補強部分を構成する第一補強部品と、前記第二補強部分を構成する第二補強部品とを準備し、
前記配置工程において、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを重ね合わせて前記外板に当接させ、
前記溶接工程において、前記第二補強部品を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを溶接接合すると共に、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することを特徴とする９又は１０に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第一補強部品は平板状を成し、
前記第二補強部品は、前記第一補強部品に当接されるフランジ部と、前記フランジ部と繋がっており前記第一補強部品から離隔するように形成されるチャネル部とを有するものであって、
前記配置工程において、前記フランジ部が前記第一補強部品に当接するように重ね合わせて前記外板に当接させ、
前記溶接工程において、前記チャネル部を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記溶接工程において、前記第一補強部品と前記フランジ部とが重なり合う領域においてもレーザ光を照射し、前記フランジ部と前記第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置となるように、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを溶接接合すると共に、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記溶接工程において、前記第一補強部品と前記チャネル部とが重なり合う領域において前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記フランジ部と前記外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されるようにレーザ光を照射することを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記溶接工程において、レーザ光を用いるスポット溶接にて溶接接合するものであって、前記第一補強部品が配置されている領域において溶接痕が格子状に形成されるようにレーザ光を照射することを特徴とする請求項１６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、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、その外板の裏面に接合され外板を補強する金属製の補強部品と、を備える金属製構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
その表面が外観面を形成する金属製の外板と、その外板の裏面に接合され外板を補強する金属製の補強部品と、を備える金属製構造体としては、自動車のボディや鉄道車両構体が広く知られている。鉄道車両構体としては、外板と骨組みと外板補強部品とからなる構体や、外板と一体プレス成形内板とからなる構体や、いわゆるダブルスキンタイプの構体等が知られている。
【０００３】
尚、本明細書において、鉄道車両構体とは、鉄道車両のボディを構成するものであって、主に鉄道車両ボディの側面を構成する側構体と、主に鉄道車両ボディの屋根を構成する屋根構体と、主に鉄道車両ボディの端面を構成する妻構体とを備えるものとして説明している。側構体、屋根構体、及び妻構体は、単数又は複数の外板を有しており、その外板に対して適宜補強部品が取り付けられるものである。
【０００４】
そのような鉄道車両構体の一例として、下記特許文献１に記載の技術が開示されている。下記特許文献１に記載の技術は、屋根構体や側構体などを接合して組み立てられる鉄道車両構体に関するものであって、特に側構体などを構成する外板に骨組みをレーザ溶接する場合、表の仕上げ面に現れる溶接痕が目立たないようにした骨組み溶接に関するものである。
【０００５】
下記特許文献１に記載の技術の背景には、外板に骨組みを一体に接合する際に、従来用いられてきたスポット溶接に代えて、レーザ溶接が用いられてきたことがある。具体的には、外板に骨組みを溶接接合するにあたってレーザ溶接を用いる場合には、低出力のレーザビームで行ったとしても、縦骨を溶接すれば鉄道車両構体の表側の仕上げ面に現れるレーザ溶接の溶接痕が目立ってしまうという背景がある。一般にステンレス鋼板である外板の表面には鉄道車両構体の車体長手方向、すなわち横方向にヘアライン仕上げが行われている。従って、そうした外板に横骨をレーザ溶接する場合、その溶接痕はヘアラインなどの仕上げ目の方向と一致するため目立たないが、縦骨をレーザ溶接してできる溶接痕は仕上げ目と交差する方向に現れるため微妙な膨らみであっても目立ってしまうものである。従って、外板に対して骨組みをレーザ溶接する場合、溶接痕が車体外観を悪くしてしまい、意匠の観点から好ましいものではなかった。
【０００６】
そこで下記特許文献１では、車体外観を損なうことなく外板に骨組みをレーザ溶接した鉄道車両構体を提供することを目的として新たな技術を提案している。下記特許文献１に記載されている鉄道車両構体は、外板に骨組みを接合して構成された側構体と、その側構体に屋根構体、妻構体及び台枠が接合されてなるものであって、側構体は、外板の仕上げ面の裏面に縦横に骨部材が組まれた骨組みをレーザ溶接によって接合したものであり、所定の骨部材には外板との間にインナープレートが挟み込まれ、そのインナープレートは、仕上げ面側の仕上げ目と同方向にレーザビームを送って溶接が行われ、所定の骨部材がそのインナープレートに対してレーザ溶接されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の技術は、確かにそれ以前の鉄道車両構体に比べて、インナープレートを外板に対して仕上げ面の仕上げ目と同方向にレーザビームを送って溶接するので、仕上げ面に現れる溶接痕が目立たなくなっている。そのように溶接接合されたインナープレート上にレーザ溶接される骨部材の溶接方向が仕上げ目と異なる場合でも、仕上げ面に溶接痕が現れないため、車体外観を損なうことなく外板に骨組みをレーザ溶接した鉄道車両構体を提供することが可能になっている。従って、上記従来の技術はその限りにおいては優れた技術ともいえる。
【０００９】
ところで、上記従来の技術では、インナープレートとして平板状の部材を用い、骨部材として、いわゆるハット材を用いている。ハット材とは、外板に当接されるフランジ部と、そのフランジ部と繋がっており外板から離隔するように形成されるチャネル部とを有するものである。より具体的には、断面が鍔付き帽子形状をなしており、断面がＣ字状のチャネル部と、断面がＣ字状のチャネル部の両端から外側に延びるフランジ部とを有するものである。従って、上記従来の技術においては、実質的に補強機能を担保する部材はハット材であって、インナープレートは外板との間の緩衝機能を果たしているに過ぎないものである。
【００１０】
このように上記従来の技術は、外板と実質的に補強機能を担保するハット材との間に介在するインナープレートを必須の構成要件とするものであって、鉄道車両構体の軽量化には対応し難いものである。また、インナープレートの存在を是認したとしても、外板にインナープレートを溶接接合する工程と、その後インナープレートにハット材を溶接接合する工程との二工程が必ず必要であり、製造工程上も改善すべき点がある。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、外板の裏面に接合され外板を補強する金属製の補強部品とを備える金属製構造体であって、外板の表面側への外観上の影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することにある。また、そのような金属製構造体を製造するための製造方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る金属製構造体は、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、前記外板の裏面に接合され前記外板を補強する金属製の補強部品とを備える金属製構造体であって、前記補強部品は、前記外板に当接される第一補強部分と、前記第一補強部分を挟んで前記外板とは反対側に配置される第二補強部分とを有しており、前記第一補強部分と前記第二補強部分との間には空隙が形成されると共に、前記第一補強部分は前記第二補強部分と重なり合う領域で前記外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、前記第二補強部分には、前記第一補強部分が前記外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該レーザ光を用いた溶接接合に起因するレーザ痕が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る金属製構造体においては、補強部品を第一補強部分と第二補強部分とで構成している。第一補強部分は外板に当接されるものであり、第二補強部分は第一補強部分を挟んで外板とは反対側に配置されるものである。更に、前記第一補強部分と前記第二補強部分との間には空隙が形成されるように、第二補強部分は第一補強部分から離隔配置されている。従って、第一補強部分は外板と当接するために好適な形態となす一方で、第二補強部分が第一補強部分から離隔配置された態様全体で補強部品の強度を担わせることができ、結果として補強部品による補強強度を十分に確保しつつ外板との当接性を高めることができる。
【００１４】
更に第一補強部分は第二補強部分と重なり合う領域で外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、第二補強部分には、第一補強部分が外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該レーザ光を用いた溶接接合に起因するレーザ痕が形成されている。このレーザ痕は、第一補強部分を外板にレーザ光を用いて溶接接合する際に、第二補強部分が影響を受けた結果生じる溶融痕であり、孔が開いたままの場合もあり一度開いた孔が塞がって痕跡のみが残っている場合もある。従って、第一補強部分と第二補強部分とが一体的に構成されている場合には、第一補強部分と第二補強部分とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり、補強部品の小型化及び軽量化を図ることができる。一方、第一補強部分と第二補強部分とを別体に構成した場合でも、第一補強部分と第二補強部分とを重ね合わせて溶接接合することができ、その溶接箇所は第一補強部分全体に広がるように形成できるので、外板の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【００１５】
また本発明に係る金属製構造体では、前記補強部品は、前記第一補強部分と前記第二補強部分とを繋ぐ第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とが一体化された部材として構成されていることも好ましい。
【００１６】
この好ましい態様では、補強部品を、第一補強部分と第二補強部分と第三補強部分とが一体化された部材として構成しているので、単一の部材としての補強部品を外板に当接させ溶接接合することで金属製構造体を構成することができ、金属製構造体を構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、第三補強部分によって第一補強部分と第二補強部分とを繋いでいるので、第三補強部分は第一補強部分と第二補強部分とを繋ぐ機能のみを担えばよく、第一補強部分と第二補強部分とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり、補強部品の小型化及び軽量化を図ることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化及び製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【００１７】
また本発明に係る金属製構造体では、前記補強部品は筒状の部材であって、前記第一補強部分の一端と前記第二補強部分の一端とを繋ぎ、前記第一補強部分の他端と前記第二補強部分の他端とを繋ぐ一対の前記第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とで筒状部分が構成されていることも好ましい。
【００１８】
この好ましい態様では、補強部品を、第一補強部分と第二補強部分と第三補強部分とで筒状部分が構成されるように筒状の部材として構成しているので、簡易な構成で補強部品としての強度を確保することができる。また、第一補強部分は第二補強部分と重なり合う領域で外板に対して溶接接合されているので、筒状の補強部品の周辺部分で溶接接合するのではなく第一補強部分の内側全域に渡って溶接接合することが可能となり、金属製構造体の強度を十分に確保することが可能となる。
【００１９】
また本発明に係る金属製構造体では、前記補強部品は、前記第一補強部分を構成する第一補強部品と前記第二補強部分を構成する第二補強部品とが別体を成し、前記第一補強部品と前記第二補強部品とが溶接接合されることで構成されていることも好ましい。
【００２０】
この好ましい態様では、第一補強部分と第二補強部分とを別体に構成しつつ、第一補強部分と第二補強部分とを外板に取り付ける際には、第一補強部分と第二補強部分とを重ね合わせて溶接接合することができ、金属製構造体を構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、第一補強部分を外板に溶接接合する溶接箇所は第一補強部分全体に広がるように形成できるので、外板の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【００２１】
また本発明に係る金属製構造体では、前記第一補強部品は平板状を成し、前記第二補強部品は、前記第一補強部品に当接されるフランジ部と、前記フランジ部と繋がっており前記第一補強部品から離隔するように形成されるチャネル部とを有しており、前記第一補強部品は、少なくとも前記チャネル部と重なり合う領域で、前記外板に対して溶接接合されていることも好ましい。
【００２２】
この好ましい態様では、第一補強部品を平板状に形成しているので、外板との当接性をより高めることができる。また、平板状の第一補強部品とフランジ部及びチャネル部を有する第二補強部品とを重ね合わせ、チャネル部と重なり合う領域で第一補強部品を外板に溶接接合しているので、チャネル部と重なり合う第一補強部分全体において接合することができる。このように第一補強部品と外板とを、第一補強部品とチャネル部とが重なり合う領域で溶接接合することで、溶接領域を広げることによる補強強度のアップと、溶接接合の接合箇所の分散による外板表面側への溶接に起因する痕跡の影響の低減とを両立することができる。
【００２３】
また本発明に係る金属製構造体では、前記第一補強部品は、前記フランジ部と重なり合う領域においても前記外板に対して溶接接合されており、前記フランジ部と前記第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置であることも好ましい。
【００２４】
この好ましい態様では、フランジ部と第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように溶接接合しているので、外板表面側へ溶接に起因する痕跡の数を減らすことができる。また、フランジ部と第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように、同一の溶接工程で溶接接合しているので、別々に溶接接合する場合に比較して全体としてのエネルギーロスを低減することができる。
【００２５】
また本発明に係る金属製構造体では、前記第一補強部品と前記チャネル部とが重なり合う領域において前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記フランジ部と前記外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されていることも好ましい。
【００２６】
この好ましい態様では、第一補強部品とチャネル部とが重なり合う領域において第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と前記フランジ部と外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されているので、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、チャネル部に相当するものなのかフランジ部に相当するものなのかを判別し難くなる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは一様な痕跡として認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【００２７】
また本発明に係る金属製構造体では、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合した結果生じる溶接痕は点状の溶接痕であって、前記第一補強部品が配置されている領域において格子状に配置されるように形成されていることも好ましい。
【００２８】
この好ましい態様では、第一補強部分に形成されている溶接痕を、格子状に配置されるように形成しているので、第一補強部分と第二補強部分とを溶接接合する箇所や第一補強部分と外板とを溶接接合する箇所を格子状に配置することができる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは縦に並んでいるようにも横に並んでいるようにも認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【００２９】
上記課題を解決するために本発明に係る金属製構造体の製造方法は、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、前記外板の裏面に接合され前記外板を補強する金属製の補強部品とを備える金属製構造体の製造方法であって、前記外板と、前記外板に当接される第一補強部分及び前記第一補強部分を挟んで前記外板とは反対側に配置される第二補強部分を有する前記補強部品を準備する準備工程と、前記第一補強部分と前記第二補強部分との間に空隙が形成されるように保持し、前記第一補強部分を前記外板の裏面に当接させる配置工程と、前記第二補強部分を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部分を前記第二補強部分と重なり合う領域で前記外板に対して溶接接合し、前記第二補強部分に当該溶接接合に起因するレーザ痕を形成する溶接工程と、を備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る金属製構造体の製造方法においては、補強部品を第一補強部分と第二補強部分とで構成している。配置工程では、第一補強部分は外板に当接されるものであり、第二補強部分は第一補強部分を挟んで外板とは反対側に配置されるものである。配置工程では更に、第一補強部分と第二補強部分との間には空隙が形成されるように、第二補強部分は第一補強部分から離隔配置される。配置工程に続く溶接工程では、そのように配置した第一補強部品及び第二補強部品に対して、第二補強部分を貫くようにレーザ光を照射し、第一補強部分を第二補強部分と重なり合う領域で外板に対して溶接接合し、第二補強部分に当該溶接接合に起因するレーザ痕を形成するものである。従って、第一補強部分は外板と当接するために好適な形態となす一方で、第二補強部品が第一補強部品から離隔配置された態様全体で補強部品の強度を担わせることができ、結果として補強部品による補強強度を十分に確保しつつ外板との当接性を高めることができる。
【００３１】
更に第一補強部分は第二補強部分と重なり合う領域で外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、第二補強部分には、第一補強部分が外板に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該溶接接合に起因するレーザ痕が形成されている。ここのレーザ痕は、第一補強部分を外板にレーザ光を用いて溶接接合する際に、第二補強部分が影響を受けた結果生じる溶融痕であり、孔が開いたままの場合もあり一度開いた孔が塞がって痕跡のみが残っている場合もある。従って、第一補強部分と第二補強部分とが一体的に構成されている場合には、第一補強部分と第二補強部分とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり、補強部品の小型化及び軽量化を図ることができる。一方、第一補強部分と第二補強部分とを別体に構成した場合でも、第一補強部分と第二補強部分とを重ね合わせて溶接接合することができ、その溶接箇所は第一補強部分全体に広がるように形成できるので、外板の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体の製造方法を提供することができる。
【００３２】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記溶接工程において、前記第一補強部分を前記外板に対してレーザ焦点深度の深いレーザ光によって溶接接合するものであって、当該溶接接合する際には前記第二補強部分にレーザ通過孔が形成されてレーザ光線が通過し、当該溶接接合が完了した際には前記第二補強部分に形成された前記レーザ通過孔が塞がれて前記レーザ痕が形成されることも好ましい。
【００３３】
この好ましい態様では、溶接工程においてレーザ焦点深度の深いレーザ光によって溶接接合するので、第一補強部品との間に空隙を設けて離隔配置されている第二補強部分側からレーザ光を照射し、第二補強部分にレーザ通過孔を形成させるようにしても、レーザ光のパワーが低減されずに第一補強部分まで到達する。従って、第一補強部分と外板とを確実に溶接接合することができる。また、溶接工程において溶接接合が完了してレーザ光の照射を停止すると、第二補強部分に形成されたレーザ通過孔は塞がれてレーザ痕となるように調整されているので、第二補強部分にレーザ通過孔が残ることなく第二補強部分の補強能力の低減を回避することができる。
【００３４】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記補強部品は、前記第一補強部分と前記第二補強部分とを繋ぐ第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とが一体化された部材として構成されており、前記配置工程において、前記第一補強部分を前記外板に当接させることで、前記第二補強部分が前記空隙を形成するように配置されることも好ましい。
【００３５】
この好ましい態様では、補強部品を、第一補強部分と第二補強部分と第三補強部分とが一体化された部材として構成しているので、単一の部材としての補強部品を配置工程における一つの動作で外板に当接させ、続く溶接工程で溶接接合することで金属製構造体を構成することができ、金属製構造体を構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、第三補強部分によって第一補強部分と第二補強部分とを繋いでいるので、第三補強部分は第一補強部分と第二補強部分とを繋ぐ機能のみを担えばよく、第一補強部分と第二補強部分とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり、補強部品の小型化及び軽量化を図ることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化及び製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【００３６】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記補強部品は筒状の部材であって、前記第一補強部分の一端と前記第二補強部分の一端とを繋ぎ、前記第一補強部分の他端と前記第二補強部分の他端とを繋ぐ一対の前記第三補強部分を有し、前記第一補強部分と前記第二補強部分と前記第三補強部分とで筒状部分が構成されており、前記溶接工程において、前記第二補強部分を貫き前記第三補強部分に沿うようにレーザ光を照射し、前記筒状部分内において前記第一補強部分を前記外板に対して溶接接合することも好ましい。
【００３７】
この好ましい態様では、補強部品を、第一補強部分と第二補強部分と第三補強部分とで筒状部分が構成されるように筒状の部材として構成しているので、簡易な構成で補強部品としての強度を確保することができる。また、溶接工程では、第一補強部分を第二補強部分と重なり合う領域で外板に対して溶接接合しているので、筒状の補強部品の周辺部分で溶接接合するのではなく第一補強部分の内側全域に渡って溶接接合することが可能となり、金属製構造体の強度を十分に確保することが可能となる。
【００３８】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記準備工程において、前記第一補強部分を構成する第一補強部品と、前記第二補強部分を構成する第二補強部品とを準備し、前記配置工程において、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを重ね合わせて前記外板に当接させ、前記溶接工程において、前記第二補強部品を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを溶接接合すると共に、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することも好ましい。
【００３９】
この好ましい態様では、第一補強部分と第二補強部分とを別体に構成しつつ、配置工程及び溶接工程で第一補強部分と第二補強部分とを外板に取り付ける際には、第一補強部分と第二補強部分とを重ね合わせて溶接接合することができ、別々に溶接接合するのに比べて金属製構造体を構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、溶接工程において第一補強部分を外板に溶接接合する際に、溶接箇所は第一補強部分全体に広がるように形成できるので、外板の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【００４０】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記第一補強部品は平板状を成し、前記第二補強部品は、前記第一補強部品に当接されるフランジ部と、前記フランジ部と繋がっており前記第一補強部品から離隔するように形成されるチャネル部とを有するものであって、前記配置工程において、前記フランジ部が前記第一補強部品に当接するように重ね合わせて前記外板に当接させ、前記溶接工程において、前記チャネル部を貫くようにレーザ光を照射し、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することも好ましい。
【００４１】
この好ましい態様では、第一補強部品を平板状に形成しているので、外板との当接性をより高めることができる。また、配置工程において平板状の第一補強部品とフランジ部及びチャネル部を有する第二補強部品とを重ね合わせ、溶接工程ではチャネル部と重なり合う領域で第一補強部品を外板に溶接接合しているので、チャネル部と重なり合う第一補強部分全体において接合することができる。このように第一補強部品と外板とを、第一補強部品とチャネル部とが重なり合う領域で溶接接合することで、溶接領域を広げることによる補強強度のアップと、溶接接合の接合箇所の分散による外板表面側への溶接に起因する痕跡の影響の低減とを両立することができる。
【００４２】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記溶接工程において、前記第一補強部品と前記フランジ部とが重なり合う領域においてもレーザ光を照射し、前記フランジ部と前記第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置となるように、前記第一補強部品と前記第二補強部品とを溶接接合すると共に、前記第一補強部品を前記外板に溶接接合することも好ましい。
【００４３】
この好ましい態様では、溶接工程において、フランジ部と第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように溶接接合しているので、外板表面側へ溶接に起因する痕跡の数を減らすことができる。また、フランジ部と第一補強部品とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように、同一の溶接工程で溶接接合しているので、別々に溶接接合する場合に比較して全体としてのエネルギーロスを低減することができる。
【００４４】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記溶接工程において、前記第一補強部品と前記チャネル部とが重なり合う領域において前記第一補強部品と前記外板とが溶接接合されている箇所と、前記第一補強部品と前記フランジ部と前記外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するようにに配列されるようにレーザ光を照射することも好ましい。
【００４５】
この好ましい態様では、第一補強部品とチャネル部とが重なり合う領域において第一補強部品と外板とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品と前記フランジ部と外板とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されるように溶接工程での溶接を調整しているので、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、チャネル部に相当するものなのかフランジ部に相当するものなのかを判別し難くなる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは一様な痕跡として認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【００４６】
また本発明に係る金属製構造体の製造方法では、前記溶接工程において、レーザ光を用いるスポット溶接にて溶接接合するものであって、前記第一補強部品が配置されている領域において溶接痕が格子状に形成されるようにレーザ光を照射することも好ましい。
【００４７】
この好ましい態様では、第二補強部分に形成されている溶接痕を、格子状に配置されるように溶接工程における溶接を調整しているので、第一補強部分と第二補強部分とを溶接接合する箇所や第一補強部分と外板とを溶接接合する箇所を格子状に配置することができる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは縦に並んでいるようにも横に並んでいるようにも認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、外板の表面側への外観上の影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る鉄道車両構体を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る鉄道車両構体の製造方法を示すフロー図である。
【図３】図２の外板形成工程において形成される外板を示す平面図である。
【図４】図２の配置工程において配置される補強部品を示す斜視図である。
【図５】図２の配置工程において配置される補強部品を示す斜視図である。
【図６】図２の溶接工程において用いられるファイバーレーザ溶接装置の構成を示す概略図である。
【図７】図２の溶接工程において溶接された補強部品を示す斜視図である。
【図８】図７の矢印Ａ方向から見た状態を示す平面図である。
【図９】図７の矢印Ｂ方向から見た状態を示す側面図である。
【図１０】図４に示す補強部品の変形例を示す斜視図である。
【図１１】図４に示す補強部品の変形例を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示す補強部品を溶接した状態を示す斜視図である。
【図１３】図１２の矢印Ｃ方向から見た状態を示す側面図である。
【図１４】図３に示す外板に溶接工程によって補強部品を取り付けた状態を示す平面図である。
【図１５】図１４に示す補強部品を取り付けた外板に更に補強部品を取り付ける様子を示す平面図である。
【図１６】図１４に示す補強部品を取り付けた外板に更に補強部品を取り付ける様子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の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。本実施形態では、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、その外板の裏面に接合され外板を補強する金属製の補強部品と、を備える金属製構造体の一例として鉄道車両構体について説明する。もっとも、金属製構造体は鉄道車両構体に限られるものではなく、自動車のボディや船舶のボディといったように、その表面が外観面を形成する金属製の外板と、その外板の裏面に接合され外板を補強する金属製の補強部品と、を備えるものであれば足りるものである。
【００５１】
図１は、本実施形態に係る鉄道車両構体を示す斜視図である。図１に示すように、鉄道車両構体ＢＤは、床構体ＦＢと、屋根構体ＣＢと、側構体ＳＢと、妻構体ＥＢとが互いに接合されて構成されている。床構体ＦＢは、鉄道車両構体ＢＤの床部を構成する部分である。屋根構体ＣＢは、鉄道車両構体ＢＤの屋根部を構成する部分である。側構体ＳＢは、鉄道車両構体ＢＤの側部を構成する部分であって、左右対称に一対設けられている。妻構体ＥＢは、鉄道車両構体ＢＤの端部を構成する部分であって、前方の端部と後方の端部とに一対設けられている。
【００５２】
側構体ＳＢは、ドアユニットＤＵと、ドア上部パネルＤＵＰと、側構体ブロックＳＢａと、側構体ブロックＳＢｂと、窓ユニットＷＵａと、窓ユニットＷＵｂとを有している。ドアユニットＤＵは、鉄道車両構体ＢＤの出入り口を構成するユニットであって、片側に（一つの側構体ＳＢにおいて）４個設けられている。ドア上部パネルＤＵＰは、ドアユニットＤＵの上縁部よりも上側に位置し、屋根構体ＣＢと接合される部分である。
【００５３】
側構体ブロックＳＢａは、妻構体ＥＢとドアユニットＤＵとの間に配置される部分であって、片側に（一つの側構体ＳＢにおいて）２個設けられている。側構体ブロックＳＢａは、幕パネルＵＰａと、吹寄パネルＭＰａと、吹寄パネルＭＰｂと、腰パネルＬＰａとを備えている。窓ユニットＷＵａは、側構体ブロックＳＢａに配置される窓を構成するユニットである。
【００５４】
幕パネルＵＰａは、窓ユニットＷＵａの上縁部よりも上側に位置し、屋根構体ＣＢと接合されるパネルである。吹寄パネルＭＰａは、妻構体ＥＢと窓ユニットＷＵａとの間に配置されるパネルである。吹寄パネルＭＰｂは、ドアユニットＤＵと窓ユニットＷＵａとの間に配置されるパネルである。腰パネルＬＰａは、窓ユニットＷＵａの下縁部よりも下側に位置し、床構体ＦＢと接合されるパネルである。従って、窓ユニットＷＵａは、幕パネルＵＰａと、吹寄パネルＭＰａと、吹寄パネルＭＰｂと、腰パネルＬＰａとによって囲まれている。
【００５５】
側構体ブロックＳＢｂは、ドアユニットＤＵとドアユニットＤＵとの間に配置される部分であって、片側に（一つの側構体ＳＢにおいて）３個設けられている。側構体ブロックＳＢｂは、幕パネルＵＰｂと、吹寄パネルＭＰｃ，ＭＰｃと、腰パネルＬＰｂとを備えている。窓ユニットＷＵｂは、側構体ブロックＳＢｂに配置される窓を構成するユニットである。
【００５６】
幕パネルＵＰｂは、窓ユニットＷＵｂの上縁部よりも上側に位置し、屋根構体ＣＢと接合されるパネルである。吹寄パネルＭＰｃは、ドアユニットＤＵと窓ユニットＷＵｂとの間に配置されるパネルである。腰パネルＬＰｂは、窓ユニットＷＵｂの下縁部よりも下側に位置し、床構体ＦＢと接合されるパネルである。従って、窓ユニットＷＵｂは、幕パネルＵＰｂと、吹寄パネルＭＰｃ，ＭＰｃと、腰パネルＬＰｂとによって囲まれている。
【００５７】
続いて、鉄道車両構体ＢＤを構成する側構体ブロックＳＢａについて説明する。側構体ブロックＳＢａの説明にあたっては、その製造方法も併せて説明する。図２は、側構体ブロックＳＢａ及び鉄道車両構体ＢＤの製造方法を示すフロー図である。図２に示すように、側構体ブロックＳＢａ及び鉄道車両構体ＢＤの製造方法は、準備工程Ｓ０１と、外板形成工程Ｓ０２と、配置工程Ｓ０３と、溶接工程Ｓ０４と、構体形成工程Ｓ０５とを備えている。
【００５８】
準備工程Ｓ０１では、床構体ＦＢ、屋根構体ＣＢ、側構体ＳＢ、及び妻構体ＥＢをそれぞれ構成するための部材を準備する。側構体ＳＢを例にとると、ドアユニットＤＵと、ドア上部パネルＤＵＰと、側構体ブロックＳＢａと、側構体ブロックＳＢｂと、窓ユニットＷＵａと、窓ユニットＷＵｂとを構成するための部材を準備する。側構体ブロックＳＢｂを構成する部材は、形状は若干異なるものの側構体ブロックＳＢｂを構成する部材とほぼ同等なのでその説明を省略する。また、ドアユニットＤＵ、ドア上部パネルＤＵＰ、窓ユニットＷＵａ、及び窓ユニットＷＵｂの構成は公知の構成であるので、それらの説明についても省略する。
【００５９】
上述したように側構体ブロックＳＢａは、幕パネルＵＰａと、吹寄パネルＭＰａと、吹寄パネルＭＰｂと、腰パネルＬＰａとを備えている。側構体ブロックＳＢａを構成する部材として、幕パネルＵＰａ、吹寄パネルＭＰａ、吹寄パネルＭＰｂ、及び腰パネルＬＰａを構成する外板と、それら外板の裏側に設けられる補強部品を構成する部材とを準備する。
【００６０】
外板形成工程Ｓ０２では、幕パネルＵＰａ、吹寄パネルＭＰａ、吹寄パネルＭＰｂ、及び腰パネルＬＰａを構成する外板を形成する。図３に、その外板８の平面図を示す。図３に示すように、外板８は、外板部材１０と、外板部材１２と、外板部材１４と、外板部材１６とを備えている。
【００６１】
外板部材１０は、ステンレス製の板状部材であって、幕パネルＵＰａに対応するものである。外板部材１２は、ステンレス製の板状部材であって、腰パネルＬＰａに対応するものである。外板部材１４は、ステンレス製の板状部材であって、吹寄パネルＭＰａに対応するものである。外板部材１６は、ステンレス製の板状部材であって、吹寄パネルＭＰｂに対応するものである。
【００６２】
外板部材１０と、外板部材１２と、外板部材１４と、外板部材１６とを図３に示すような所定の位置に配置し、互いに溶接接合することで外板８を形成する。
【００６３】
図２に戻り、外板形成工程Ｓ０２に続く配置工程Ｓ０３では、外板８の裏面に取り付ける補強部品を配置する。図４及び図５に、補強部品の斜視図を示す。図４に示す補強部品２０は、第一補強部品２０１（第一補強部分）と、第二補強部品２０２とを有している。第二補強部品２０２は、長手方向において第一補強部品２０１よりも短くなるように形成されている。
【００６４】
第一補強部品２０１は、外板８に当接されるものであって、外板８に当接される当接面２０１ａと、当接面２０１ａとは反対側の裏面２０１ｂとを有している。第一補強部品２０１は、外板８に当接されて、更に第二補強部品２０２が当接される（図５参照）。
【００６５】
第二補強部品２０２は、第一補強部品２０１が外板８と当接される当接面２０１ａとは反対側の裏面２０１ｂにおいて第一補強部品２０１に当接されるものである。第二補強部品２０２は、チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａ及び一対の第三補強部分２０２ｃ，２０２ｃと、一対のフランジ部２０２ｂ，２０２ｂ（本願発明の第三補強部分の一部として機能する）とを有している。
【００６６】
フランジ部２０２ｂ，２０２ｂは、第一補強部品２０１に当接される部分である。チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａは、フランジ部２０２ｂ，２０２ｂが第一補強部品２０１と当接しても、その第一補強部分２０１からは離隔するように形成されている。第二補強部分２０２ａは、その両端から同じ方向に延びる第三補強部分２０２ｃ，２０２ｃに繋がっており、その第三補強部分２０２ｃ，２０２ｃを介してフランジ部２０２ｂ，２０２ｂと繋がっている。第二補強部品２０２は、その断面が鍔付き帽子（ハット）形状を成している。従って、チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａと第三補強部分２０２ｃ，２０２ｃとは、断面がＣ字状をなしている。フランジ部２０２ｂ，２０２ｂは、断面Ｃ字状のチャネル部を構成する第三補強部分２０２ｃ，２０２ｃの両端から互いに外側に延出するように形成されている。
【００６７】
第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とは、互いの長手方向が沿うように配置し、第二補強部品２０２のフランジ部２０２ｂ，２０２ｂを第一補強部品２０１の裏面２０１ｂに当接させる（図５参照）。
【００６８】
図２に戻り、配置工程Ｓ０３に続く溶接工程Ｓ０４では、図５に示すように配置した第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とを外板８に溶接する。溶接工程Ｓ０４において用いる溶接装置の一例を図６に示す。図６は、溶接工程Ｓ０４において用いられるファイバーレーザ溶接装置ＦＬＡの構成を示す概略図である。
【００６９】
ファイバーレーザ溶接装置ＦＬＡは、ファイバーレーザ発振器ＦＢＬと、光学ヘッドＯＰＨとを備えており、光学ヘッドＯＰＨからレーザ光ＬをワークＷ１及びワークＷ２に照射し、ワークＷ１とワークＷ２とを溶接接合するものである。
【００７０】
ファイバーレーザ発振器ＦＢＬは、制御部ＦＢＬａと、ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂと、ビームコンバイナＦＢＬｃとを備えている。制御部ＦＢＬａは、ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂに電力を供給すると共に、ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂの挙動を制御する部分である。
【００７１】
ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂは、複数個並列して設けられている。各ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂには、ダブルクラッドファイバーが用いられ，そのコアファイバーはＹｂがドーピングされレーザ媒質となっている。内部クラッド層に導入されたＬＤ励起光がこのファイバー内を伝送することでコアファイバーが励起され，さらにこのファイバーの両端に埋め込まれた回折格子によりＦＢＧ(Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ)の原理で光が反射し往復することで増幅される。
【００７２】
並列接続された各ファイバーレーザ発振モジュールＦＢＬｂの出力は、複数本の光ファイバーＦａによってビームコンバイナＦＢＬｃに集約され、１本の光ファイバーＦｂを介して光学ヘッドＯＰＨに伝送される。光学ヘッドＯＰＨ内にはコリメーションレンズといった各種のレンズによって光学系が形成され、深いレーザ焦点深度のレーザ光Ｌが出力されるように構成されている。具体的には、ビーム品質として５ｍｍ・ｍｒａｄ程度のレーザ光Ｌが出力される。
【００７３】
図６に示すファイバーレーザ溶接装置ＦＬＡを用い、図５に示す第一補強部品２０１及び第二補強部品２０２を外板８に溶接すると、図７に示すような状態となる。具体的には、第二補強部品２０２の第二補強部分２０２ａには、レーザ光Ｌを用いた溶接接合に起因するレーザ痕ＷＴａが形成される。溶接痕ＷＭａは、レーザ痕ＷＴａの直下に形成されているため、第一補強部品２０１と外板８とが重なり合う部分であって、レーザ痕ＷＴａが形成されている場所に対応する位置には、溶接痕ＷＭａが形成されている。また、第二補強部品２０２のフランジ部２０２ｂと第一補強部品２０１とが重なり合う部分には、溶接痕ＷＭｂが形成されている。
【００７４】
図８に、図７の矢印Ａ方向から見た平面図を示す。図８に示すように、第二補強部分２０２ａに形成されているレーザ痕ＷＴａと、フランジ部２０２ｂに形成されている溶接痕ＷＭｂとは、全体として格子状を成すように形成されている。従って、格段のレーザ痕ＷＴａと溶接痕ＷＭｂとは、同一直線上に位置するように配列されている。上述したように、レーザ痕ＷＴａと同じ位置に溶接痕ＷＭａが形成されているので、溶接痕ＷＭａと溶接痕ＷＭｂとが同一直線上に位置するように形成されている。
【００７５】
図９に、図７の矢印Ｂ方向から見た側面図を示す。図９に示すように、溶接痕ＷＭｂは、外板８と第一補強部品２０１と第二補強部品２０２のフランジ部２０２ｂとを繋ぐように溶接接合した部位に生じる溶接痕である。また、溶接痕ＷＭａは、外板８と第一補強部品２０１とを繋ぐように溶接接合した部位に生じる溶接痕である。本実施形態では、ファイバーレーザ溶接によって溶接接合しているので、溶接痕ＷＭａが生じるように溶接する際には、第二補強部品２０２のチャネル部を構成する第二補強部分２０２ａをレーザ光が貫通する。より具体的には、第二補強部分２０２ａにレーザ光を照射することで、金属蒸気を発生させてキーホールを形成し、そのキーホールをレーザ光が通過することで第一補強部品２０１と外板８とを溶接接合する。この溶接接合が終了するとキーホールが閉塞されてレーザ痕ＷＴａが形成される。もっとも、溶接接合が終了してもキーホールに相当する孔が残存するようにしても、第二補強部品２０２が担うべき強度が担保されるものであれば何ら問題がない。
【００７６】
本実施形態では、外板８に当接される第一補強部分を構成するものとして第一補強部品２０１を用い、第一補強部分である第一補強部品２０１を挟んで外板８とは反対側に配置される第二補強部分２０２ａをフランジ部として有する第二補強部品２０２を用いたけれども、第一補強部分と第二補強部分とが一体的に構成される補強部品を採用することも好ましい態様である。
【００７７】
図１０及び図１１に、第一補強部分と第二補強部分とを一体的に構成した補強部品３０を示す。補強部品３０は筒状の部品であって、第一補強部分３０２と、第二補強部分３０１と、第三補強部分３０３，３０４とを有している。第一補強部分３０２は、外板８に当接される平板状の部分である。第二補強部分３０１は、第一補強部分３０２を挟んで外板８とは反対側に離隔して配置される平板状の部分である。第三補強部分３０３は、第一補強部分３０２の一端側の辺と第二補強部分３０１の一端側の辺とを繋ぐ平板状の部分である。第三補強部分３０４は、第一補強部分３０２の他端側の辺と第二補強部分３０１の他端側の辺とを繋ぐ平板状の部分である。
【００７８】
図１１に示すように、補強部品３０の第一補強部分３０２を外板８に当接するように配置し、図６を参照しながら説明したファイバーレーザ溶接装置ＦＬＡを用い、第二補強部分３０１を貫通するようにレーザ光を照射し、第一補強部分３０２を外板８に対して溶接接合すると図１２に示す状態となる。
【００７９】
図１２に示すように、第一補強部分３０２を外板８に溶接接合した溶接痕ＷＭｃに対応し、第二補強部分３０１にはレーザ痕ＷＴｂが形成される。
【００８０】
図１３に、図１２の矢印Ｃ方向から見た側面図を示す。図１３に示すように、溶接痕ＷＭｃは、外板８と第一補強部分３０２とを繋ぐように溶接接合した部位に生じる溶接痕である。本実施形態では、ファイバーレーザ溶接によって溶接接合しているので、溶接痕ＷＭｃが生じるように溶接する際には、第二補強部分３０１をレーザ光が貫通する。より具体的には、第二補強部分３０１にレーザ光を照射することで、金属蒸気を発生させてキーホールを形成し、そのキーホールをレーザ光が通過することで第一補強部分３０２と外板８とを溶接接合する。この溶接接合が終了するとキーホールが閉塞されてレーザ痕ＷＴｂが形成される。もっとも、溶接接合が終了してもキーホールに相当する孔が残存するようにしても、補強部品３０が担うべき強度が担保されるものであれば何ら問題がない。
【００８１】
続いて、より具体的に外板８に補強部品２０等を配置する手順を、図１４〜図１６を参照しながら説明する。図１４〜図１６においては、外板８の裏面に補強部品２０，２２，２４を取り付けて、側構体ブロックＳＢａを形成している。補強部品２２は、上述した補強部品２０を構成する第二補強部品２０２と、この第二補強部品２０２よりも長手方向の長さが長い第二補強部品２２２とを用い、第一補強部品２０１よりも長手方向の長さが長い第一補強部品２２１と組み合わせることで形成している。補強部品２４は、上述した補強部品２０を構成する第二補強部品２０２よりも長手方向の長さが長い第二補強部品２４２を用い、第一補強部品２０１よりも長手方向の長さが長い第一補強部品２４１と組み合わせることで形成している。
【００８２】
まず図１４に示すように、外板８（図３参照）に、補強部品２０を構成する第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とを配置し、上述したようなファイバーレーザ溶接にて溶接接合する。更に外板８に、補強部品２２を構成する第一補強部品２２１と第二補強部品２０２，２２２とを配置し、上述したようなファイバーレーザ溶接にて溶接接合する。外板８の外板部材１０及び外板部材１２に相当する領域（図３参照）には、補強部品２２を取り付ける。外板８の外板部材１６に相当する領域（図３参照）には、補強部品２０を取り付ける。
【００８３】
補強部品２０，２２は、鉄道車両構体ＢＤの長手方向（図１参照）に沿うように、すなわち鉄道車両が走行するレールが延伸する方向に沿うように取り付けられる。補強部品２０，２２を外板８に取り付けるにあたっては、補強部品２０を構成する第二補強部品２０２と、補強部品２２を構成する第二補強部品２２２とが略同じ位置になるように取り付けるものとする。
【００８４】
続いて図１５に示すように、外板８に挟み板２６，２８を取り付ける。挟み板２６，２８は、第一補強部品２０１，２２１と略同一の厚みを有する板状部材である。挟み板２６は、外板部材１０に相当する領域（図３参照）の最下方に取り付けられた補強部品２２と、外板部材１２に相当する領域（図３参照）の最上方に取り付けられた補強部品２２との間に配置され、レーザ溶接にて外板８に溶接接合される。挟み板２６は、縦方向に配置される一方で、レーザ溶接は横方向に沿って適宜決められる間隔において溶接接合される。
【００８５】
挟み板２８は、補強部品２０と補強部品２０との間、補強部品２０と補強部品２２との間、補強部品２２と補強部品２２との間に配置され、レーザ溶接にて外板８に溶接接合される。挟み板２８は、縦方向に配置される一方で、レーザ溶接は横方向に沿って適宜決められる間隔において溶接接合される。
【００８６】
続いて図１６に示すように、補強部品２４を取り付ける。補強部品２４は、補強部品２０，２２に対して、第一補強部品２０１，２２１が露出している部分に縦方向に沿って取り付けられる。また、挟み板２６，２８は、このように取り付けられる補強部品２４に対応する位置に取り付けられるものである。補強部品２４は、外板８に既に取り付けられている補強部品２０，２２及び挟み板２６，２８に対してレーザ溶接によって溶接接合される。
【００８７】
図２に戻り、構体形成工程Ｓ０５では、上述したように形成した側構体ブロックＳＢａ等を利用して側構体ＳＢを組み立てる。最終的には、床構体ＦＢ、屋根構体ＣＢ、側構体ＳＢ、及び妻構体ＥＢを用いて鉄道車両構体ＢＤを組み立てる。
【００８８】
上述した本実施形態においては、補強部品２０を第一補強部分に相当する第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａを有する第二補強部品２０２とで構成している。第一補強部品２０１は外板８に当接されるものであり、第二補強部分２０２ａは第一補強部品２０１を挟んで外板８とは反対側に配置されるものである。更に、第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａとの間には空隙が形成されるように、第二補強部分２０２ａは第一補強部品２０１から離隔配置されている。従って、第一補強部品２０１は外板８と当接するために好適な形態である平板状となす一方で、第二補強部分２０２ａが第一補強部品２０１から離隔配置された態様全体で補強部品２０の強度を担わせることができ、結果として補強部品２０による補強強度を十分に確保しつつ外板８との当接性を高めることができる。
【００８９】
更に第一補強部品２０１は第二補強部分２０２ａと重なり合う領域で外板８に対してレーザ光を用いて溶接接合されており、第二補強部分２０２ａには、第一補強部品２０１が外板８に対してレーザ光を用いて溶接接合されている箇所に対応し、当該レーザ光を用いた溶接接合に起因するレーザ痕ＷＴａが形成されている。このレーザ痕ＷＴａは、第一補強部品２０１を外板８にレーザ光を用いて溶接接合する際に、第二補強部分２０２ａが影響を受けた結果生じる溶融痕であり、キーホールといった孔が開いたままの場合もあり一度開いた孔が塞がって痕跡のみが残っている場合もある。
【００９０】
従って、補強部品２０のように第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａとを別体に構成した場合には、第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａとを重ね合わせて溶接接合することができ、その溶接箇所は第一補強部品２０１全体に広がるように形成できるので（図８等参照）、外板８の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。また、第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とを外板８に対して同時に溶接接合することができるので、別々に溶接接合することに比較して工程が簡略化される。
【００９１】
一方、図１０〜図１３を参照しながら説明した補強部品３０のように、第一補強部分３０２と第二補強部分３０１とが一体的に構成されている場合には、第一補強部分３０２と第二補強部分３０１とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり（補強部品２０のようなフランジ部２０２ｂが不要となり）、補強部品３０の小型化及び軽量化を図ることができる。従って、外板の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、軽量化若しくは製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体としての鉄道車両構体ＢＤを提供することができる。
【００９２】
図１０〜図１３を参照しながら説明した補強部品３０のように、第一補強部分３０２と第二補強部分３０１と第三補強部分３０３，３０４とが一体化された部材として構成すれば、単一の部材としての補強部品３０を外板８に当接させ溶接接合することで金属製構造体としての鉄道車両構体ＢＤを構成することができ、金属製構造体を構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、第三補強部分３０３，３０４によって第一補強部分３０２と第二補強部分３０１とを繋いでいるので、第三補強部分３０３，３０４は第一補強部分３０２と第二補強部分３０１とを繋ぐ機能のみを担えばよく、第一補強部分３０２と第二補強部分３０１とが重なり合う領域外に接合のための部分を張り出させる必要が無くなり、補強部品３０の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００９３】
図１０〜図１３に示したように、補強部品３０は、第一補強部分３０２と第二補強部分３０１と第三補強部分３０３，３０４とで筒状部分が構成されるように筒状の部材として構成しているので、簡易な構成で補強部品としての強度を確保することができる。また、第一補強部分３０２は第二補強部分３０１と重なり合う領域で外板８に対して溶接接合されているので、筒状の補強部品３０の周辺部分で溶接接合するのではなく第一補強部分３０２の内側全域に渡って溶接接合することが可能となり、金属製構造体としての鉄道車両構体ＢＤの強度を十分に確保することが可能となる。
【００９４】
一方、図４〜図９を参照しながら説明した補強部品２０では、第一補強部分を構成する第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａを含む第二補強部品２０２とを別体に構成しつつ、第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とを外板に取り付ける際には、第一補強部品２０１と第二補強部品２０２とを重ね合わせて溶接接合することができ、金属製構造体である鉄道車両構体ＢＤを構成する際の製造工程の簡略化を図ることができる。また、第一補強部品２０１を外板８に溶接接合する溶接箇所は第一補強部品２０１全体に広がるように形成できるので、外板８の外観面側に溶接接合に起因する何らかの痕跡が生じたとしても違和感の無いように分散させることができる。従って、外板８の表面側への影響を極力低減することを可能なものとしつつ、製造工程の簡略化に資することが可能な金属製構造体としての鉄道車両構体ＢＤを提供することができる。
【００９５】
補強部品２０では、第一補強部品２０１を平板状に形成しているので、外板８との当接性をより高めることができる。また、平板状の第一補強部品２０１と、フランジ部２０２ｂ及び第二補強部分２０２ａ及び第三補強部分２０２ｃを含むチャネル部を有する第二補強部品２０２とを重ね合わせ、チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａと重なり合う領域で第一補強部品２０１を外板８に溶接接合している。従って、チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａと重なり合う第一補強部品２０１全体において接合することができる。このように第一補強部品２０１と外板８とを、第一補強部品２０１とチャネル部を構成する第二補強部分２０２ａとが重なり合う領域で溶接接合することで、溶接領域を広げることによる補強強度のアップと、溶接接合の接合箇所の分散による外板表面側への溶接に起因する痕跡の影響の低減とを両立することができる。
【００９６】
また補強部品２０を採用した場合には、フランジ部２０２ｂと第一補強部品２０１とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品２０１と外板８とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように溶接接合している（図９参照）。従って、外板表面側へ溶接に起因する痕跡の数を減らすことができる。また、フランジ部２０２ｂと第一補強部品２０１とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品２０１と外板８とが溶接接合されている箇所とが同じ位置になるように、同一の溶接工程で溶接接合しているので、別々に溶接接合する場合に比較して全体としてのエネルギーロスを低減することができる。
【００９７】
また補強部品２０を採用した場合には、第一補強部品２０１とチャネル部を構成する第二補強部分２０２ａとが重なり合う領域において、第一補強部品２０１と外板８とが溶接接合されている箇所と、第一補強部品２０１とフランジ部２０２ｂと外板８とが溶接接合されている箇所とは、同一直線上に位置するように配列されている（図８参照）。このように配列すると、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、チャネル部を構成する第二補強部分２０２ａに相当するものなのかフランジ部２０２ｂに相当するものなのかを判別し難くなる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは一様な痕跡として認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【００９８】
本実施形態では、第一補強部分を構成する第一補強部品２０１に形成されている溶接痕ＷＭａ，ＷＭｂや、第一補強部分３０２に形成されている溶接痕ＷＭｃを、格子状に配置されるように形成しているので、第一補強部分を構成する第一補強部品２０１と第二補強部分２０２ａを含む第二補強部品２０２とを溶接接合する箇所や、第一補強部分を構成する第一補強部品２０１と外板８とを溶接接合する箇所や、第一補強部分３０２と外板８とを溶接接合する箇所を格子状に配置することができる。従って、外板表面側に溶接に起因する痕跡が生じたとしても、外板表面側からは縦に並んでいるようにも横に並んでいるようにも認識させることができ、感覚的に美観を向上させることができる。
【００９９】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１００】
８：外板
１０，１２，１４，１６：外板部材
２０，２２，２４：補強部品
２６，２８：挟み板
２０１：第一補強部品
２０１ａ：当接面
２０１ｂ：裏面
２０２：第二補強部品
２０２ａ：第二補強部分（チャネル部）
２０２ｂ：フランジ部
２０２ｃ：第三補強部分（チャネル部）
ＢＤ：鉄道車両構体
ＣＢ：屋根構体
ＤＵ：ドアユニット
ＤＵＰ：ドア上部パネル
ＥＢ：妻構体
ＦＢ：床構体
ＬＰａ，ＬＰｂ：腰パネル
ＭＰａ，ＭＰｂ，ＭＰｃ：吹寄パネル
ＳＢ：側構体
ＳＢａ，ＳＢｂ：側構体ブロック
ＵＰａ，ＵＰｂ：幕パネル
ＷＵａ，ＷＵｂ：窓ユニット
ＷＭａ，ＷＭｂ：溶接痕
ＷＴａ：レーザ痕
ＦＬＡ：ファイバーレーザ溶接装置
ＦＢＬ：ファイバーレーザ発振器
ＦＢＬａ：制御部
ＦＢＬｂ：ファイバーレーザ発振モジュール
ＦＢＬｃ：ビームコンバイナ
ＯＰＨ：光学ヘッド
Ｆａ，Ｆｂ：光ファイバー
Ｌ：レーザ光
Ｗ１，Ｗ２：ワーク
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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