(57)【要約】      （修正有）【課題】接合の際における各金属材の密着性を十分に確保できる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】外板パネル１に接合する骨部材２として、フランジ２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１側に位置するように傾斜したものを用いる。そして、フランジ部２３を外板パネル１に当接させるに際し、ウェブ部２２を内側に向かって加圧することにより、フランジ部２３を外板パネル１側に傾動させる。したがって、当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部２３が変形してしまうことはなく、フランジ部２３と外板パネル１との十分な密着性が確保される。【選択図】図２
2008238208.tif 000002
【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ウェブ部を内側に向かって加圧しながら、前記第１の金属材に当接させた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】
前記ウェブ部を前記第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】
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の密着性が重要となっている。しかしながら、金属材には、プレス加工やロールフォーミング加工といった成形工程で製造ばらつきが生じることが多い。製造ばらつきが大きく所望の形状が得られていない場合、外板パネルに骨部材を載置した際に金属材のフランジ部が外板パネルに対して浮いてしまい、密着性が損なわれることが有り得る。
【０００４】
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などが採用されている。しかしながら、金属材の屈曲部分は加工硬化していることが多いため、外板パネルに密着させるようにフランジ部を加圧すると、屈曲部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまう場合があった。そのため、フランジ部の平坦性が損なわれ、接合の際における各金属材の密着性の確保が困難となる場合があった。
【０００５】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、接合の際における各金属材の密着性を十分に確保できる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】
【０００６】
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の金属材におけるウェブ部を内側に向かって加圧しながら、第１の金属材に当接させた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。
【０００７】
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、フランジの先端部が基端部に対して頂部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を第１の金属材に当接させるに際し、第２の金属材のウェブ部を内側に向かって加圧する。これにより、ウェブ部の先端部から外側に突出するフランジ部が、加圧によって内側に傾動するウェブ部の角度に応じて第１の金属材側に傾動し、フランジ部全体が第１の金属材に密着することとなる。この金属材の接合方法では、第２の金属材におけるウェブ部を変形させるが、ウェブ部とフランジ部との交差部分は変形させない。そのため、フランジ部の傾動にあたって、当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまうことはなく、フランジ部と第１の金属材との密着性を十分に確保することができる。
【０００８】
また、ウェブ部を第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、より確実にフランジ部の第１の金属材への傾動を行うことができる。また、加圧によるウェブ部の変形も防止できる。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
この金属材では、ウェブ部を内側に向かって加圧することにより、ウェブ部の先端部から外側に突出するフランジ部を傾動させることができ、フランジ部全体を面板状の金属材に密着させることが可能となっている。ウェブ部を加圧し、ウェブ部とフランジ部との交差部分には加圧力を加えないことで、フランジ部の傾動にあたって当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部が変形してしまうことはなく、フランジ部と第１の金属材との密着性を十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る金属材の接合方法及び金属材によれば、接合の際における各金属材の密着性を十分に確保できる金属材の接合方法及びこれに用いる金属材を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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の金属材）２とを接合している。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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８８°となっている。
【００２０】
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側に位置するように、頂部２１側に約２°程度傾斜して突出した状態となっている。
【００２１】
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の基端部２３ｂのみが外板パネル１の内面１ａに当接することとなる。
【００２２】
次に、加圧装置（図示せず）を用いて骨部材２への加圧を行う。加圧装置は、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のウェブ部２２の外方からチャンネル部２０を挟み込むように加圧治具３２，３２をそれぞれスライドさせる。そして、ウェブ部２２の略中央部分に押さえ板３１を押し当てることにより、骨部材２の長手方向に沿って、ウェブ部２２をチャンネル部２０の内側に向けてそれぞれ加圧する。
【００２３】
加圧治具３２，３２によるウェブ部２２への加圧により、ウェブ部２２は、頂部２１の両端部２１ａが支点となって、ウェブ部２２の先端部２２ａ同士が互いに接近するように、チャンネル部２０の内側に向かって約２°程度傾動する。これにより、ウェブ部２２の先端部２２ａから屈曲して外側に突出するフランジ部２３が、加圧によって内側に傾動したウェブ部２２の角度に応じて外板パネル１側に約２°程度傾動する。したがって、フランジ部２３は、外板パネル１ａと略平行な状態となり、フランジ部２３全体が外板パネル１の内面１ａに密着することとなる。
【００２４】
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。
【００２５】
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２３の先端部２３ａが基端部２３ｂに対して頂部２１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を外板パネル１に当接させるに際し、骨部材２におけるウェブ部２２を内側に向かって加圧し、ウェブ部２２の先端部２２ａから外側に突出するフランジ部２３を外板パネル１側に傾動させる。
【００２６】
フランジ部２３を外板パネル２３に向けて上方から直接加圧する場合、フランジ部２３が変形する際に、屈曲によって加工硬化しているウェブ部２２とフランジ部２３との交差部分の形状が保存されてしまうことがある。この場合、フランジ部２３の平坦性が損なわれ、外板パネル１との密着性の確保が困難となる。これに対し、本実施形態に係る金属材の接合方法では、骨部材２におけるウェブ部２２を変形させており、ウェブ部２２とフランジ部２３との交差部分を変形させてはいない。したがって、当該交差部分の形状が保存されたままフランジ部２３が変形してしまうことはなく、フランジ部２３と外板パネル１との十分な密着性が確保される。この結果、接合材の接合強度が十分に確保される。
【００２７】
また、フランジ部２３の傾動においては、頂部２１とウェブ部２２とがなす開放角θ１が小さくなる方向にウェブ部２２を加圧し、ウェブ部２２及びフランジ部２３を、頂部２１の両端部２１ａを固定端とする単純支持梁のように変形させている。このような変形の実現にあたっては、フランジ部２３を外板パネル２３に向けて上方から直接加圧する場合のように、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２が大きくなる方向にフランジ部２３を加圧する場合と比べると、小さい加圧力で済む。したがって、加圧装置の大型化を抑制できる。
【００２８】
さらに、この金属材の接合方法では、加圧治具３２，３２により、ウェブ部２２の略中央部分を骨部材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、より確実にウェブ部２２の傾動を行うことができ、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。また、加圧によってウェブ部２２が変形してしまうことも抑制される。
【００２９】
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°となっている骨部材４２を用いてもよい。
【００３０】
骨部材４１，４２のいずれにおいても、ウェブ部２２とフランジ部２３とがなす開放角θ２は、上述した骨部材２と同様に約８８°となっている。このような骨部材４１，４２を用いても、接合の際にウェブ部２２を内側に加圧することにより、外板パネル１とフランジ部２３との密着性を容易に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】
【００３１】
【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】
【００３２】
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】
2008238208.tif 000003
【図２】
2008238208.tif 000004
【図３】
2008238208.tif 000005
【図４】
2008238208.tif 000006