(57)【要約】【課題】接合部分の構成を簡素化しつつ、接合部分の密着性を確保することが可能な金属材の接合方法及びこれに用いる金属材を提供する。【解決手段】この金属材の接合方法では、外板パネル１に接合する骨部材２として、フランジ部２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１の反対側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、骨部材２のフランジ部２３の先端部２３ａを外板パネル１の内面１ａに当接させた後、骨部材２の頂部２１を外板パネル１側に加圧する。これにより、フランジ部２３の先端部２３ａが支点となって、フランジ部２３が外板パネル１側に変形するため、フランジ部２３全体を外板パネル１の内面１ａに密着させることができる。また、この接合方法では、フランジ部２３に加圧手段等を配置する必要がない。したがって、溶接部Ｗの形成箇所が制限されてしまうこともない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面板状の第１の金属材に対し、面板状の頂部、前記頂部の両端部に立設されたウェブ部、前記ウェブ部の先端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備えた長尺の第２の金属材を接合する金属材の接合方法であって、
前記第２の金属材の前記フランジ部は、その先端部が基端部に対して前記頂部の反対側に位置するように傾斜しており、
前記第２の金属材における前記フランジ部の前記先端部を前記第１の金属材に当接させ、前記第２の金属材の前記頂部を前記第１の金属材に向かって加圧しながら前記フランジ部の長手方向に沿って溶接部を形成することを特徴とする金属材の接合方法。
【請求項２】
前記第２の金属材における前記頂部の両端部を前記第２の金属材の長手方向に沿ってそれぞれ加圧することを特徴とする請求項１記載の金属材の接合方法。
【請求項３】
前記溶接部をレーザ溶接によって形成することを特徴とする請求項１又は２記載の金属材の接合方法。
【請求項４】
面板状の頂部、前記頂部の両端部に立設されたウェブ部、前記ウェブ部の端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備え、
前記フランジ部は、その先端部が基端部に対して前記頂部の反対側に位置するように傾斜していることを特徴とする金属材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材の接合方法及び金属材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば鉄道車両の構体の製造にあたり、面板状の外板パネルの内側に、例えば断面ハット型の骨部材をレーザ溶接などによって接合したものが数多く存在している。例えば、特許文献１に記載の鉄道車両の外板・付帯物の溶接方法では、外板と骨部材などの付帯物との研磨目を一方向に揃え、この研磨目の方向にレーザ溶接部を形成している。
【特許文献１】２００６−３４１３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したような外板パネル及び骨部材といった金属材の接合では、接合強度を確保する観点から、接合を行う際の各金属材における接合部分の密着性が重要となっている。そのため、一般的な方法としては、溶接ヘッドに取り付けた加圧ローラなどで骨部材のフランジ部を外板パネルに押し付ける方法や、拘束治具で骨部材のフランジ部と外板パネルとを挟み込んで固定する方法などが採用されている。しかしながら、前者の場合には、加圧ローラの配置によって、溶接部の形成箇所が制限されてしまうことがあり、後者の場合には、装置の大型化が懸念される。
【０００４】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、接合部分の構成を簡素化しつつ、接合部分の密着性を確保することが可能な金属材の接合方法及びこれに用いる金属材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】
【０００５】
上記課題の解決のため、本発明に係る金属材の接合方法は、面板状の第１の金属材に対し、面板状の頂部、頂部の両端部に立設されたウェブ部、ウェブ部の先端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備えた長尺の第２の金属材を接合する金属材の接合方法であって、第２の金属材のフランジ部は、その先端部が基端部に対して頂部の反対側に位置するように傾斜しており、第２の金属材におけるフランジ部の先端部を第１の金属材に当接させ、第２の金属材の頂部を第１の金属材に向かって加圧しながらフランジ部の長手方向に沿って溶接部を形成することを特徴としている。
【０００６】
この金属材の接合方法では、面板状の第１の金属材に接合する第２の金属材として、フランジ部の先端部が基端部に対して頂部の反対側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、第２の金属材のフランジ部の先端部を第２の金属材に当接させた後、第２の金属材の頂部を第１の金属材に向かって加圧する。このとき、頂部に加えた加圧力は、ウェブ部を介してフランジ部の基端部に伝達する。これにより、第１の金属材に当接するフランジ部の先端部が支点となって、フランジ部が第１の金属材側に変形するため、フランジ部全体を第１の金属材に密着させることができる。また、この金属材の接合方法では、第２の金属材の頂部を加圧するので、接合部分であるフランジ部に加圧手段等を配置する必要がない。したがって、接合部分の構成が簡素化され、溶接部の形成箇所が制限されてしまうこともない。
【０００７】
また、第２の金属材における頂部の両端部を第２の金属材の長手方向に沿ってそれぞれ加圧することが好ましい。こうすると、頂部に加えた加圧力をより確実にウェブ部を介してフランジ部の基端部に伝達させることができる。また、加圧による頂部の変形も防止できる。
【０００８】
また、溶接部をレーザ溶接によって形成することが好ましい。これにより、接合部分の機械的強度を十分に確保できる。
【０００９】
また、本発明に係る金属材は、面板状の頂部、頂部の両端部に立設されたウェブ部、ウェブ部の端部から外側に突出するように設けられたフランジ部を備え、フランジ部は、その先端部が基端部に対して頂部の反対側に位置するように傾斜していることを特徴としている。
【００１０】
この金属材では、フランジ部の先端部を面板状の金属材に当接させた後、頂部を面板状の金属材に向かって加圧することにより、頂部に加えた加圧力を、ウェブ部を介してフランジ部の基端部に伝達させることができる。これにより、面板状の金属材に当接するフランジ部の先端部が支点となって、フランジ部が面板状の金属材側に変形するため、フランジ部全体を面板状の金属材に密着させることができる。また、金属材の頂部を加圧することで、接合部分であるフランジ部に加圧手段等を配置する必要がないため、溶接部の形成箇所が制限されてしまうこともない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る金属材の接合方法及び金属材によれば、接合部分の構成を簡素化しつつ、接合時の金属材の密着性を確保することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る金属材の接合方法及び金属材の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る金属材の接合方法を用いて接合した金属材の一例を示す斜視図である。図１に示す例では、鉄道車両（図示せず）の側構体を構成する外板パネル（第１の金属材）１と、外板パネル１を補強する骨部材（第２の金属部材）２とを接合している。
【００１４】
外板パネル１は、例えばステンレス鋼からなり、厚さ約２ｍｍの面板状をなしている。外板パネル１は、鉄道車両の窓よりも上方の部分を構成する幕パネル、窓よりも下方の部分を構成する腰パネル、窓とドアとの間の部分を構成する吹寄せパネルといった側構体の各部分を構成する。なお、外板パネル１の材質は、アルミ合金、高張力鋼、その他の一般鋼であってもよい。
【００１５】
骨部材２は、例えばステンレス鋼からなる長尺の型材であり、厚さ約２ｍｍの断面ハット状をなしている。骨部材２は、面板状の頂部２１と、頂部２１の両端部２１ａにそれぞれ立設される一対のウェブ部２２，２２によって構成されるチャンネル部２０と、各ウェブ部２２，２２の先端部２２ａから外側に突出する一対のフランジ部２３，２３とを備えている。
【００１６】
骨部材２は、チャンネル部２０が鉄道車両の車室内側に突出するようにして、鉄道車両の長手方向（水平方向）に沿って延在している。骨部材２のフランジ部２３，２３は、外板パネル１の内面側に密着した状態となっている。そして、骨部材２は、フランジ部２３，２３の長手方向に沿って所定の間隔で形成されたスポット状の溶接部Ｗにより、外板パネル１の内面１ａに強固に固定されている。
【００１７】
続いて、上述した外板パネル１と骨部材２との接合方法について説明する。
【００１８】
まず、図２に示すように、外板パネル１と骨部材２とを用意する。骨部材２としては、例えば頂部２１の幅が約５０ｍｍ、ウェブ部２２の高さが約４０ｍｍ、フランジ部２３，２３の幅が約３０ｍｍのものを用いる。また、骨部材２においては、頂部２１とウェブ部２２とがなす開放角θ１が約９０°となっているのに対し、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２が約９２°となっている。
【００１９】
このように、接合前の骨部材２のフランジ部２３，２３は、各ウェブ部２２，２２の先端部２２ａからウェブ部２２，２２に対して直角に突出するのではなく、フランジ部２３，２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１の反対側に位置するように、頂部２１と反対側に約２°程度傾斜して突出した状態となっている。
【００２０】
外板パネル１と骨部材２とを用意した後、まず、内面１ａを上向きにして外板パネル１を定盤（図示せず）上に載置する。次に、チャンネル部２０が外板パネル１の内面１ａから突出するような向きにして、骨部材２を外板パネル１上に載置する。このとき、上述したように、骨部材２のフランジ部２３，２３が頂部２１と反対側に約２°程度傾斜して突出した状態となっているため、骨部材２を外板パネル１上に載置すると、骨部材２は、フランジ部２３，２３の先端部２３ａのみが外板パネル１の内面１ａに当接することとなる。
【００２１】
次に、固定装置（図示せず）を用いて外板パネル１と骨部材２とを固定させる。固定装置は、長尺の押さえ板３１を有する加圧治具３２を複数（本実施形態では２つ）備えている。固定装置は、動作開始を指示する動作指示情報の入力を受けると、骨部材２の上方から加圧治具３２，３２を下降させる。そして、骨部材２における頂部２１の両端部２１ａに押さえ板３１を押し当てることにより、この頂部２１の両端部２１ａを骨部材２の長手方向に沿ってそれぞれ加圧する。
【００２２】
このとき、頂部２１の両端部２１ａに加えた加圧力は、ウェブ部２２を介してフランジ部２３の基端部２３ｂに伝達する。これにより、外板パネル１の内面１ａに当接しているフランジ部２３の先端部２３ａが支点となって、フランジ部２３が外板パネル１側に変形する。そして、図３に示すように、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２が約９０°となり、フランジ部２３全体が外板パネル１の内面１ａに密着する。
【００２３】
最後に、加圧治具３２，３２による骨部材２への加圧を続けながら、レーザ溶接ヘッド３３をフランジ部２３の上方にセットする。そして、レーザ溶接ヘッド３３をフランジ部２３の長手方向に沿って相対移動させながら、レーザ溶接ヘッド３３の先端から例えば波長１．０６μｍ、出力約４．０ｋＷのＹＡＧレーザを所定の時間間隔で出射させる。これにより、フランジ部２３の略中央部分に、フランジ部２３の長手方向に沿って所定の間隔でスポット状の溶接部Ｗが形成され、図１に示した外板パネル１と骨部材２との接合材が完成する。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る金属材の接合方法では、外板パネル１に接合する骨部材２として、フランジ部２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１の反対側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、骨部材２のフランジ部２３の先端部２３ａを外板パネル１の内面１ａに当接させた後、骨部材２の頂部２１の両端部２１ａを骨部材２の長手方向に沿ってそれぞれ外板パネル１側に加圧する。これにより、外板パネル１に当接するフランジ部２３の先端部２３ａが支点となって、フランジ部２３が外板パネル１側に変形するため、フランジ部２３全体を外板パネル１の内面１ａに好適に密着させることができる。この結果、接合材の接合強度が十分に確保される。
【００２５】
また、この金属材の接合方法では、骨部材２の頂部２１を加圧するので、接合部分であるフランジ部２３に加圧手段等を配置する必要がない。したがって、接合部分の構成が簡素化され、レーザ溶接ヘッド３３の配置位置の制限などによって溶接部Ｗの形成箇所が制限されてしまうこともない。
【００２６】
さらに、この金属材の接合方法では、加圧治具３２，３２により、骨部材２における頂部２１の両端部２１ａを骨部材２の長手方向に沿ってそれぞれ加圧している。このような構成により、頂部２１に加えた加圧力をより確実にウェブ部２２を介してフランジ部２３の基端部２３ｂに伝達させることができ、フランジ部２３と外板パネル１との密着性が更に高められる。加圧によって骨部材２の頂部２１が変形してしまうことも抑制される。
【００２７】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば骨部材２は、フランジ部２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１の反対側に位置するように傾斜しているものであればよく、頂部２１とウェブ部２２とは必ずしも直交していなくてもよい。例えば図４（ａ）に示すように、頂部２１とウェブ部２２とがなす開放角θ１が約９２°となっている骨部材４１（この場合、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２は約９４°）を用いてもよいし、例えば図４（ｂ）に示すように、頂部２１とウェブ部２２とがなす開放角θ１が約８８°（この場合、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２は約８６°）となっている骨部材４２を用いてもよい。
【００２８】
これらの骨部材４１，４２を用いても、外板パネル１とフランジ部２３との好適な密着性を確保することが可能である。また、溶接部Ｗは、スポット状に限られることはなく、フランジ部２３の長手方向に沿った連続溶接部であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属材の接合方法を用いて接合した金属材の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る金属材の接合方法の工程を示す図である。
【図３】図２の後続の工程を示す図である。
【図４】変形例に係る金属材を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…外板パネル（第１の金属材）、２，４１，４２…骨部材（第２の金属材）、２１…頂部、２１ａ…頂部の両端部、２２…ウェブ部、２２ａ…ウェブ部の先端部、２３…フランジ部、２３ａ…フランジ部の先端部、２３ｂ…フランジ部の基端部、Ｗ…溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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