特集「J-TREC 技術の源流をたずねて」

ステンレス車体の溶接技術史−抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−
History of Technology in Stainless Steel Car Body
- From Technology Introduction of Resistance Spot Welding to Development of the World's First Laser Welding Car Body 大 塚 陽 介 Yosuke OTSUKA
及 川 昌 志 Masashi OIKAWA
側垣正 Tadashi SOBAGAKI
大河原克美 Katsumi OGAWARA
木 村 億 尋 Okuhiro KIMURA
鉄道車両構体は，設計技術，材料技術，加工技術によって成立し，加工技術の一つが溶接加工技術である．
金属材料の溶接プロセスのメカニズムは未解明な部分がありつつも，実用技術は革新と同時に産業応用が進んでいる．当社は溶接技術の中でも抵抗スポット溶接技術とレーザ加工技術を革新し，鉄道車両の製造に採用してきた．今後も溶接技術の革新を進め，お客様の要求を満たす鉄道車両の実現に寄与する．本論文では，ステンレス鋼製鉄道車両製造の中核技術である抵抗スポット溶接技術と，レーザ溶接技術の歴史的変遷を述べる．
Railway car body structure consists of design technology, material technology, processing technology, and one ofprocessing techniques is welding processing technology. Although the mechanism of the welding process of materials
is still unknown, practical technology is progressing industrial application at the same time as innovation. We havedeveloped resistance spot welding technology and laser welding technology and have adopted it for manufacturing
railway car body shell. We will continue to innovate welding technology and contribute to the realization of railway
car body shell that meet customer's requirements. In this paper, we describe the historical transition of resistancespot welding technology and laser welding technology, which is the core technology of stainless steel railway car bodyshell manufacturing.
１ はじめに当社の前身である東急車輛製造（以下，東急車輛）は，日本におけるステンレス車両の開発，製造をリードしてきた．
鉄道車両構体は，設計技術，材料技術，加工技術によれた．その原理を応用した抵抗スポット溶接は，1888年にドイツ人の技術者によって初めて特許化され，その約（1）10年後に銅電極を用いる現在の方式が確立されている．
抵抗スポット溶接は薄板の接合に適している．また，溶接電流，通電時間などのパラメータは，予めタイマと呼ばれる制御機に入力して，実際の溶接はボタンが押さって成立し，加工技術の一つが溶接加工技術である．当社は溶接技術の中でも抵抗スポット溶接技術の開発をステンレス車両製造技術導入時の1958年より進めてきた．
また，1996年よりレーザ溶接技術の車両構体製造への適用を検討し，レーザ加工技術を革新してきた．そして世界初のレーザ溶接を採用したJR東日本ACトレインを実れると自動で行われる．そのため，ロボットと組合せた自動化が容易であり，自動車のボディの組立では，依然として主流な溶接方法である．
２．２ 日本初のステンレス車両

現した．
本論文では，ステンレス鋼製鉄道車両製造の中核技術

当社の前身である東急車輛は，日本におけるステンレス車両の開発，製造をリードしてきた．

である抵抗スポット溶接技術と，レーザ溶接技術の歴史的変遷を述べる．

日本初のステンレス車両は，1958年に製造した東急電鉄5200系である．この車両は，東急電鉄5000系をベースとして，外板にステンレス鋼を使用したもので，セミステンレス車両と呼ばれる．外板は抵抗スポット溶接で骨2ステンレス車両と抵抗スポット溶接

２．１ 抵抗スポット溶接の原理と歴史
抵抗スポット溶接は，2枚以上の板を重ねて，それら組みと結合され，板の座屈と歪を防止する目的で側と妻の外板には波形に加工した板を使用している（2）．しかしながら，台枠や構体の骨組は普通鋼を使用しており，こを電極で挟んで加圧し，大電流を流して抵抗発熱によって材料を溶かして接合するものである．抵抗発熱の原理は1856年にイギリスの物理学者ジュールによって発見さ総合車両製作所技報第６号

れらもステンレス鋼としたオールステンレス車両の製造にあたり，アメリカのBUDD社と技術提携を行った．

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ステンレス車体の溶接技術史 −抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−

２．３ BUDD社との技術提携である．また，溶接条件選定方法や各種試験方法についオールステンレス車両の製造にあたっては，素材の加ても，細かく記載されているが，そのやり方は今も変わ工やそれらを組立てるための溶接方法がポイントとなっっておらず，現在の技術の基礎がここにあることがよくてくる．それらの内容についてBUDD社の技術者によるわかる資料である．

講義が行われていたようで，その内容を記したノートのコピー（図1）が接合技術センターの書庫に残されている．

２．４ 日本初のオールステンレス車両
BUDD社の技術提携の下で，1962年に日本初のオール年度に関する記述はないが，1ページ目の日付が2月29日

ステンレス車両の東急電鉄（旧）7000系を製造した．

（月）となっており，1960年のものと考えられる．日本

ステンレス鋼は，普通鋼と比べて線膨張係数が大きい

語の文章に英単語が入り混じった手書きの資料で，当時ため，溶接による入熱での変形が大きくなる．ステンレの状況がわかる貴重なものである．
抵抗スポット溶接についても，その原理を含めた講義

ス車両では，その耐食性の高さを生かして無塗装で使用が行われている．この資料では「ショット溶接（shotされるため，熱による変形は外観を損ねることになってweld）」という単語が用いられているが，これは通常のしまう．そのため，点接合で入熱を抑えられる抵抗スポ

抵抗スポット溶接機に溶接電流と通電時間を監視するレット溶接を多用して，車体を組立てている．ステンレス

コーダを搭載したものを呼んでいて，BUDD社の商標名

鋼は普通鋼よりも固有抵抗が大きいため，発熱しやすい．

であった．1点ごとの溶接において，溶接電流と通電時また，熱伝導率は小さいので熱が溜まりやすい性質があ間が正しく流れたがどうかをチェックしている．メモ書

り，抵抗スポット溶接を適用しやすい材料といえる．

きによれば，「レコーダは電流と時間が正しく流れたか
２．４．１ 抵抗スポット溶接の作業標準をチェックするもので，溶接が完全に行われたことを保障するものではなく，完全な溶接を行うためには作業者

２. ３項の技術提携をうけて，オールステンレス車両による正しい管理が必要」と書かれている．この考え方を製造するにあたって，東急車輛社内の作業標準が作成は，溶接条件選定試験や日常管理試験といった現在でもされている．この時の標準書も接合技術センターの書庫行われている抵抗スポット溶接の品質管理における基本に残されている．

図1

BUDD 社による抵抗スポット溶接の講義のメモ書きの一部

23

2017年12月

ふ しゅうこう  「不 銹 鋼 点溶接作業標準」というタイトルで，1961年を製造したわけであるが，当時の実際の製造状況を記録４月に登録されている（図２）．
『不銹鋼』はステンレスした映像資料「ステンレスカー」がある．東急車輛が宣鋼，『点溶接』は抵抗スポット溶接を意味している．文

伝用として自主的に制作した映像で，普通鋼製の車両と章の構成やそれぞれの内容と，現在当社の社内で運用し比べた様々なメリットなどが紹介されている．ている「ステンレス鋼スポット溶接作業規準」と比べて構体製造の現場映像を見ると，抵抗スポット溶接は，も，大きくは変わっていないことがわかる．溶接条件選ポータブルスポット溶接機を用いて，手作業で位置決め定試験では断面試験を実施するが，ナゲットの板に対すをして溶接をしている（図４～図６）．溶接の打点数もる溶込み率や内部欠陥の許容率の数値はまったく変わっ多く，作業には相当な時間がかかっていたものと思われておらず，書かれている図も含め，この当時の技術が現る．屋根板のシーム溶接の風景も撮影されているが，こ在に継承されていることがわかる（図３）．

ちらは材料の形状も含め，そのやり方は現在とあまり変わっていない（図７）．

２．４．２ 当時の製造方法
これらの作業標準等をもとに，東急電鉄（旧）7000系

図4
図2

側構体の抵抗スポット溶接（3）不銹鋼点溶接作業標準

図5

側構体のポータブルスポット溶接機（3）２．４．３ 保存車両の抵抗スポット溶接部の現在
当社横浜事業所内にJ-TREC産業遺産第２号として東急電鉄（旧）7000系のデハ7052（1965年製）が保存されている（図８）．この車両の抵抗スポット溶接の圧痕（溶接部表面のくぼみ）は，現在製作している車両と比べると，全体的にやや形状がいびつである（図９）．図４に
図3

総合車両製作所技報第６号

示すように，当時の側構体用のポータブルガンは１本の断面試験に関する記述

24

ステンレス車体の溶接技術史 −抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−ワイヤのみで吊られているので，ガンに多少の傾きが出て電極の当たりが悪くなっていた可能性がある．また，腰部はコルゲーションで全体のひずみを目立たなくしている構造であり，現在ほどは圧痕の状態に気を使っていなかったものと思われる．裾部に施工しているアーク溶
接部では，周囲が粒界腐食と思われるサビが出てきているが，抵抗スポット溶接部は，製造当時の状態を保っている（図10）．急熱・急冷で入熱の小さい抵抗スポット溶
接の特徴が生かされていることが，50年以上の月日を経て証明されている．
図8

２．５ 軽量ステンレス車両（第２世代・第３世代）

J-TREC 産業遺産第 2 号

東急電鉄デハ 7052（4）その後，ステンレス車両は軽量化や溶接の自動化などを行い，進化してきた．
今日，日本でオールステンレス車両が定着したのは，当時の国鉄でステンレス車両が制式採用されたことが大きい．1982年から国鉄，車両メーカが合同で，素材，溶接，塑性加工，検査基準などの検討を行い，当社の技術・ノウハウを公開した（2）．ステンレス鋼の抵抗スポット溶

図9

側構体の抵抗スポット溶接の圧痕

図 6 屋根構体と側構体を結合する抵抗スポット溶接（3）アーク溶接部

図 10

抵抗スポット溶接とアーク溶接接については，２. ４. １項で紹介した東急車輛の作業標
準がベースとなって，当時の国鉄規格（JRS）が制定されている．この規格は，その後，日本鉄道車輌工業会規格（JRIS）として改めて制定され，日本国内の車両メーカで共通に使用されている．また，板の組合せ等の設計に関わる項目は，JIS E 4048（鉄道車両－旅客車用構
図7

体－スポット溶接継手の設計方法）にも反映されており，（3）

屋根板のシーム溶接25

2017年12月

日本国内のステンレス車両の溶接技術の原点が当社にあでは，側構体の外板と骨などの接合に，電気サーボ式のることを改めて認識した．

加圧機構により可変加圧機能を有する抵抗スポット溶接

また，抵抗スポット溶接は自動化が進んだ．側ブロッ機であるSmartRSWⓇを用い，溶接プロセス中の加圧力クの製作は，ポータブルガンによる施工から，外板の平を変化させることで従来よりも圧痕外観の品質向上を図

滑化とあわせて，外板側の電極を銅板とした自動溶接機

った（5）．その後のsustina量産車種の製造にあたっては，の導入により時間短縮，外板のひずみ低減を図った（図5576号車製造時の知見をもとに，エアシリンダによる加11）．屋根構体では，ワンサイドアクセスが可能なシリ圧機構を用いて，板厚組合せに応じた適切な加圧力を設ーズスポット溶接の導入により，屋根板とタルキなどを定することができる溶接機を導入し，板厚組合せに応じ自動溶接している．

た最適な溶接条件を設定し，従来車と比べて圧痕の改善を図った（6）（図13）．

側構体（外板）と台枠（側はり）の結合では，従来はポータブルガンを用い，構造的にガンが入らない部位ではアーク溶接で施工していたが，コンタクト電極を側はり下面にとって施工するインダイレクトスポット溶接の自動機の実用化により，外板部の結合もすべて抵抗スポット溶接となって，耐食性が向上した（図12）．
２．６ sustinaにおける抵抗スポット溶接
現在製作しているsustina車両でも抵抗スポット溶接を進化させて用いている．
sustina国内第１号車である東急電鉄5050系5576号車（6）
図 13 側構体の圧痕（左：sustina 量産，右：従来車）

２．７ これからのステンレス車両と抵抗スポット溶接
次章以降に示すレーザ溶接も，ステンレス車両の製造にあたっては大きな革新をもたらす可能性があるが，ステンレス鋼の材料特性と抵抗スポット溶接の溶接原理を考えると，この２つはとても相性が良く，今後も主流な溶接方法として用いられていくと思われる．
図 11側ブロックの自動溶接機

3

レーザ溶接の原理と歴史（7）レーザ発振の最も基本的な原理は1917年にアインシュタインによる誘導放出（負の吸収）の理論まで遡るが，実際的なレーザ発振の原理は1958年に米国の物理学者タウンズとショウロウによって提唱されている．レーザ発振の実現は1960年５月16日にアメリカの実験物理学者メイマンによって行われ，同年７月８日付けのThe New
York Timesの記事よってレーザ発振の実現が世界に知られるようになった（図14）．メイマンは前日の７月７日に新聞記者へレーザ発振のデモンストレーションを行っているが，そこで，剃刀の刃に対する穴あけを披露して
図 12

総合車両製作所技報いる．これがレーザ加工の始まりであり，レーザ溶接のインダイレクトスポット溶接機第６号起点でもある．

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ステンレス車体の溶接技術史 −抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−

クの信号の読み取り装置，スーパーなどで使われるバーコードの読み取り装置にレーザが使われている．近年では自動車の衝突防止のためのレーザレーダの実用化など，その応用例には枚挙に暇がない．光であるレーザはレンズなどの光学装置によって，その大きさを自由に選択できる．太陽光をレンズで集めるのと同じようにレーザもレンズによって集光することができる．例えば出力２kWの加工用レーザでは，直径９μmに集光することもできる．その時の出力密度は，1011W/cm2まで到達し，このような高出力密度のレーザを金属材料などに照射すると，一瞬にして蒸発させることができる．
３．２ レーザ加工とレーザ溶接の特徴（7）1960年７月７日のメイマンによる世界初のレーザ加工のデモンストレーション，剃刀の刃への穴あけは，このレーザ加工の最も基本的な装置構成と原理を示している．1960年代前半には日本国内からもルビーレーザを金属材料に照射し，溶接部を形成した報告が行われている．
1970年代以降はレーザ発振器の安定化と高出力化が進み，1980年代からは日本国内でも各種の生産プロセスにレーザ加工が積極的に採用されるようになってきた．
レーザ加工は，エネルギ密度に応じ固相から気相まで瞬時に相変態を行う加工形態から，金属内部の熱伝導による加工形態を選択することができる．同じ出力密度でもレーザの照射時間（レーザ出力の時間的分布）の制御によって様々な加工状態を選択することができる．低エネルギ密度のレーザ加工では，例えば炭素鋼の焼き入れ，ブレージングなどがある．対して高エネルギ密度のレーザ加工では，脆性材料の孔あけが可能である．レーザ溶接では概ね107 ～ 108W/cm2の出力密度の範囲で行うレー
図 14

ザ加工形態一つである．

世界初のレーザ発振を知らせる記事（8）従来のアーク溶接の出力密度は概ね106W/cm2といわ３．１ レーザの特徴（7）れ，レーザ溶接はそれより１～２桁高い．車両構体のよ

レーザはLight Amplification by Stimulated Emission of

うなステンレス鋼板の薄板にアーク溶接法を適用する

Radiationの頭文字を繋ぎあわせた造語（アクロニム）でと，熱歪みによる変形が大きく，高い施工技能が要求さあり，日本語では「輻射の誘導放出による光の増幅」とれる．レーザ溶接ではレーザを照射した箇所に選択的になる．ここではレーザ発振原理は割愛するが，レーザのエネルギを集中できるため，レーザ照射部と周囲の温度

特徴は波長がほぼ単一で位相の揃った人工の光であり，勾配が急峻となり，アーク溶接法に比べると熱変形の小レーザ発振器の構成により，広がり角を非常に小さくでさな溶接となる．また，母材と溶融凝固部の境界に生じきる．この特性によって，レーザは加工分野に限らず，る熱影響層も少なく，溶融凝固部の冷却速度も速いため，計測分野でも広く活用されている．レーザ発振から数年

一般に鉄鋼材料では溶接部の機械的特性の低下が少ない

後にはアポロ計画で月面上にレーザの反射板を設置し，という特徴がある．その一方で，金属板の突合せ溶接や地上から月面の反射板にレーザを照射し，地上に反射光重ね溶接では，健全な溶接を得るためには材料同士の隙が届くまでの時間から月と地球の距離を数cmの精度で間が板厚の概ね10％以下とする必要があり，材料の寸法測定している．身近な製品では，DVDやBlu-rayディス精度や材料の固定治具を工夫することが求められる．

27

2017年12月

レーザ発振媒質によって異なるものの，半導体レーザや半導体レーザの励起によるレーザ発振は，例えば出力0の状態から出力５kWを安定的に得る時間は数μsのオーダで，時間に対する応答性が高い．また，加工物上のビーム径も熱的な影響を極力排除した集光光学装置によって出力数十kWまで安定的に得ることができる．レー
ザ出力の時間的空間的分布を比較的自由に選択できるので，加工物に対する入熱量を精密に制御することができ，例えば車両構体に使うステンレス鋼の溶け込み深さは

図 15ステンレス製ダブルスキンパネルの概要図

図 16

レーザ溶接によるダブルスキンパネルの製造方法の概要図0.1mm単位で制御することも可能である．ただし，加工雰囲気がレーザ溶接の品質に与える影響の考慮は必須である．鉄鋼材料のレーザ溶接では，酸素量1molあたりの発熱量はおよそ200ｋJであり，酸素量の多寡が溶け込み体積や溶接品質に影響を与える．また，加工雰囲気のガスの電離電圧もレーザ溶接品質に影響を与える．波長10.6μmの炭酸ガスレーザでは，金属材料，加工雰囲気，およびレーザの相互作用によって生じるレーザ誘起プラズマにより，安定溶接を得るためには電離電圧の高いHeを加工ガスに使う必要も生じる． 2010年以降に高出力化した波長１μm帯のYAGレーザやファイバレーザでは，レーザ誘起プラズマは生成しないか，生成してもわずかであり，溶接品質の制御は，炭酸ガスレーザに比べ格段に容易となっている．レーザ発振器に限らず，加工の目的別に加工ヘッドも市販されるようになり，波長1μm帯の高出力レーザを用いたレーザ溶接のメカニズム

図 17の解明には未踏領域があるものの，利用技術の開発領域は十分に開拓されている．

レーザスポット溶接部

で，段ボール形状を得る．なお，この面にはレーザ溶接のナゲット（溶融凝固部）が形成されるが，車両の内側３．３ 鉄道の車体へのレーザ溶接の開発（9）（10）となり，内装材が取り付けられるので，外観の品質には鉄道車両構体へのレーザ溶接の採用の検討は，1996年影響しない．また，レーザスポット溶接では溶融凝固部に開始した東急車輛，JR東日本，新日本製鉄（当時）のがほぼ円錐形に形成されるので，連続溶接で生じるよう３社の共同研究に遡る．そこでは，鉄道車両のコストダな角変形が少ないことも特徴である．薄板で構成する構ウンを背景に，車体をステンレス製のパネルで構成する造物の外板に角変形が生じると，特にこの外板にも応力という構想が描かれた．その解決策の一つが図15に示すを担持する場合にはせん断剛性の低下につながる懸念がステンレス鋼製ダブルスキンパネルである．これは，図あるので注意する必要がある．さらに，同一平面内に複に示すように，１枚の波板を２枚の平板で挟み込んだ段数のレーザ溶接線を形成すると，溶接線と直角の角変形ボール形状であり，波板と平板の接合にレーザ溶接を採に加えレーザ溶接線方向にも変形が生じる．

用したことが特徴である．このパネルの製造方法は図16

レーザ連続溶接の欠点を鑑みステンレス製ダブルスキに示すとおりである．平板の上に波板を重ね合わせ，波ンパネルの製造に採用したレーザスポット溶接は離散的板と平板の接触部分にレーザを照射し，レーザ溶接によな点溶接（レーザスポット溶接）であり，スポット溶接って接合する．このとき，溶け込み深さを平板の厚さのの数量や配置を適正化し，鉄道車両に適したパネルの強30 ～ 50％とすることで，平板の表面にレーザ溶接部や度を確保している．また，ステンレス鋼製鉄道車両の外熱歪みがほとんど生じないという特徴を得られる（図板は，意匠のためベルトグラインダによる微細な磨き疵

17）．次に平板と接合された波板に平板を重ね合わせ，を付与しているが，この研磨の方向と，レーザ溶接の点波板と平板の接触部分にレーザを照射し溶接すること列の方向を一致させることで，外板の意匠性を向上させ

総合車両製作所技報第６号

28ステンレス車体の溶接技術史 −抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−

図 18

レーザ溶接によるステンレス鋼製ダブルスキンパネルの外観ることも検討した．レーザ溶接によるステンレス鋼製ダブルスキンパネルの外観を図18に示す．試作したパネル
は，外板の板厚1.0mm，波板の板厚0.4mm，内板の板厚0.6mmであり，波板の高さは34.4mm，パネルの厚さは

図 1936mmである．

ダブルスキンパネルの定式化の概要

３．４ レーザスポット溶接による（9）ステンレス鋼製ダブルスキンパネルの開発（8）レーザ溶接によるステンレス鋼製ダブルスキンパネル
が鉄道車両構体を構成するために適切な剛性と強度を得ているかどうかの検討を，車両の試作と荷重試験，および数値シミュレーションモデルを活用し検討を行った．

式1

車両構体全体をレーザスポット溶接部まで含めたパネル

ダブルスキンパネルの定式化で構成すると車両モデルが莫大となり，計算時間を多く要するため，パネル単体での等価剛性モデルを作成し，妥当性を検証した．パネルは先に示したように波板を平板で挟み込む構成であり，かつ外板と内板の板厚が異なることから，カップリングを有する直交異方性のモデルの構築が必要となる．このモデルは図19に示すように積層板の理論にしたがう．
そこで，パネルの曲げ剛性，剪断剛性などの機械的特性を調査し，モデル（式１，図20）の妥当性を確認した．

図 20

ダブルスキンパネルを用いた車両のモデル

このモデルと図21に示した試験車両を用いた構体荷重試
験によって，レーザ溶接によるステンレス製ダブルスキンパネルの妥当性を検討し，本パネルを採用した車両構体の機械的特性が適切であることがわかった．そして，実走行試験用の車両，JR東日本ACトレイン「モハE9931」が2002年２月17日に出場した．これが世界初のレーザによる車両構体である（図22）．
３．５ レーザ突合せ溶接による側外板の平滑化の検討
レーザスポット溶接を従来構造の側外板と内部骨組み

図 21

29

構体荷重試験用の試作車両

2017年12月

図 22

世界初のレーザによる車両構体

図 25 レーザスポット溶接でのプルームの時刻歴波形
フレーム，窓フレームと外板の重ね隅肉溶接の採用である．雨樋の構成も変更し，床下から屋根まで平滑化を行っている．
図 23 レーザスポット溶接とレーザ突合せ溶接を採用した横浜シーサイドライン 2000 型（11）（14）
３．６ レーザ溶接品質の確保の開発（13）

これまでに述べたように当社はステンレス鋼製鉄道車両構体の製造にレーザ溶接を採用してきた．
レーザ溶接品質の確保は，レーザ発振器と周辺装置の状態監視によって行う方法を採用している．レーザ溶接中には，レーザ出力，加工物から反射したレーザ，レーザプルームの強度の時刻歴波形の解析によって機器の状態を検知し，溶接品質の異常の可能性を示すことができる．
溶接品質の正常状態を計測することは困難であり，機器の異常を，例えばレーザプルームの時刻歴波形という代用特性によって評価している．
図25はレーザスポット溶接で発生するレーザプルー

図 24

ムの材料同士のギャップに対する時刻歴波形を示す．フ

東急電鉄 5050 系 5576 号車（12）ォトセンサの前に赤外領域を透過させるバンドパスフィとの接合に用い，レーザ連続溶接を側外板の突き合わせルタを介している．図中の赤線はギャップありの場合，溶接に採用した車両を図23に示す．これは2011年に運黒線はギャップ０mmの時刻歴波形である．このように行を開始した横浜シーサイドライン2000型である．従

溶接欠陥の要因であるギャップを容易に判定することが来の鉄道車両の側面は高さ方向に複数枚の板を組み合わできる．一般に時刻歴波形の解析では，取得したデータせて構成していた．これは製鉄メーカで製造されるステにしきい値を設け，取得データとしきい値を比較する方ンレス鋼板の幅による制約のためである．既往の側外板法，取得したデータを正規化し，その上でしきい値を設同士の接合では，一方の外板に背切りと呼ぶ段差を設け，け，しきい値と比較する方法，あるいは，しきい値とデ段差部分を他の板と重ね合わせ，抵抗スポット溶接法にータとの微分特性や積分特性による評価方法がある．求よって接合する方法を採用していた．背切り構造は意匠められるレーザ溶接品質，レーザ溶接の形態に対し，適上の制約になること，樹脂シールが必要であること，背切な波形解析を行う必要がある．

切り部分の汚れが目立つことから車両側外板の平滑化を図った．

３．７ sustinaにおけるレーザ溶接

側外板の平滑化を徹底した東急電鉄5050系5576号車

現在のsustina車両でもレーザ溶接を進化させている．

を図24に示す．その特徴は，横浜シーサイドライン2000型

レーザ溶接の採用箇所は，側外板の平滑化が目的であると同様に側外板へのレーザ突合せ溶接の採用，出入り口外板の突合せ溶接，水密性の確保を狙った出入り口フ

総合車両製作所技報第６号

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ステンレス車体の溶接技術史 −抵抗スポット溶接の技術導入から世界初のレーザ溶接車体の開発まで−（7）	新井武二：「レーザ加工の基礎工学」，（2013），丸レーム，窓フレームと外板との重ね隅肉溶接，同様に妻善出版部の水密性確保を目的とした重ね溶接である．

（8）	Light Amplification Claimed by Scientist：The New

車両構体に要求される機能とレーザ溶接の機能の合致

York Times，（1960.7.8）

によってレーザ溶接を積極的に採用している．

（9）	及川昌志，他：「レーザスポット溶接によるステン
３．８ これからのステンレス車両とレーザ溶接レス鋼ダブルスキンパネルの開発（第１報）」，精密

レーザ溶接を含むレーザ加工の革新は，レーザ発振器

工学会誌，vol.72，No.12，1515-1519，（2006）とその周辺機器の開発によって進化発展してきた．どの（10）	及川昌志，他：「レーザスポット溶接によるステン製品のどの部位にレーザ加工を使えるかという視座でレレス鋼ダブルスキンパネルの開発（第2報）」，精密ーザ加工は用途が探索されてきた．鉄道車両製造の分野

工学会誌，vol.74，No.12，1287-1291，（2008）

では，鋼板のレーザ切断が先行し，レーザ溶接の採用は（11）（株）総合車両製作所ホームページ「製品」	，http://1990年代中盤から検討され産業分野の中でも比較的後発

www.j-trec.co.jp/rw/New_transportation_and_である．

streetcar/index.html

近年のレーザ発振器とその周辺機器の価格の低下，高（12）	浅賀哲也，他：「sustina国内第１号車両の開発」，総機能化によって車両へのレーザ加工の展開が見込まれ合車両製作所技報，Vol.2，4-11，（2016），（株）総る．レーザ溶接を含むレーザ加工は今度とも車両の高付合車両製作所（13）	河田直樹，他：「ステンレス鋼板のレーザスポット加価値化に寄与すると確信している．

溶接に関する品質評価システムの開発」，精密工学

４ おわりに会誌，Vol.75，No.9，973-978，（2009）

鉄道車両構体は，設計技術，材料技術，加工技術によ（14）	河田直樹，他：「ステンレス鋼板のレーザ溶接シスって成立し，加工技術の一つが溶接加工技術である．金テムに関する品質評価システムの開発」，精密工学

属材料の溶接プロセスのメカニズムは未解明な部分があ会誌，Vol.75，No.5，629-633，（2009）

りつつも，実用技術は革新と同時に産業応用が進んでい著者紹介

る．当社は溶接技術の中でも抵抗スポット溶接技術とレーザ加工技術を革新し，鉄道車両の製造に採用してきた．

大塚陽介

今後ともお客様の要求を満たす鉄道車両の実現に寄与する．

技術士（金属部門），IWE
生産本部技術部（接合技術センター） 主査

参考文献（1）	松山欽一，他：「抵抗溶接の基礎と実際」，（2011），
産報出版（株）及川昌志
博士（工学），技術経営修士
生産本部技術部（技術企画） 課長（2）	杉山隆：「東急車輛技報で辿るステンレス車両の技術史」，東急車輛技報，No.60，2-11，（2010），東急
車輛製造（株）（3）	「ステンレスカー」，東急車輛製造（株）

側垣正（4）	松岡茂樹，他：「東急車輛産業遺産と横浜製作所歴

生産本部
生産管理部（生産技術） 主査

史記念館の整備－ 産業遺産による技術の来歴の保存－」，東急車輛技報，No.60，62-69，（2010），東急車輛製造（株）

大河原克美（5）	渥美健太郎，他：「抵抗スポット溶接システム
SmartRSWⓇを用いた鉄道車両の圧痕外観向上に関する研究」，総合車両製作所技報，Vol.1，2-9，（2013）
，

生産本部
生産管理部

部長（生産技術）（株）総合車両製作所（6）	側垣正，他：「sustina車両側構体の量産化について」，

木村億尋

総合車両製作所技報，Vol.5，58-61，（2016）
，
（株）

生産本部
生産管理部

総合車両製作所

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部長（統括）

2017年12月