JP3443329B2 - 押出し形材及び複合パネルを使用した構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽金属製の押出し
形材及びこれらの形材に接合された軽量複合パネルを使
用した構造に関する。本発明の範囲には、この構造の使
用も含まれる。

【０００２】

【従来の技術】高速鉄道用客車上部構造は、気密性、及
び圧力下での剛性、防音性及び断熱性、衝突中の性能、
重量、製造、及び組み立てに関する高度の要求を満たさ
なければならない。周知の構造形態の客車上部構造は、
これらの必要条件の全てを満たすことができない。

【０００３】欧州特許第ＥＰ−Ａ−０６２２２８５号に
記載された種類の客車上部構造では、軽量複合パネル
は、両側がプラスチック製の外層で被覆されたプラスチ
ックコアからなる。複合パネルと長さ方向賦形ビーム形
材との間の連結は、複合形材の外層間に結合されており
且つ賦形ビーム形材に溶接されたアルミニウム製中間形
材によって達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軽量
であり、高剛性であり、疲労強度が優れていることを特
徴とする冒頭に言及した種類の構造を提供することであ
る。この構造は、簡単であり、製造費用が望ましく、多
くの用途で使用できる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、本発明
によって達成される。本発明は次のような構造上の特徴
を有する。すなわち、複合パネルは、軽金属製の外シー
トが両側に結合されたプラスチックコアを有し、外シー
トは、複合パネルに一体に組み込まれた軽金属製の連結
形材と部分的に重なっており且つこの形材と嵌合により
相互係止しており、連結形材は、形材の対応する連結ス
トリップ上に対をなして載る連結ストリップを有し、連
結ストリップのうちの少なくとも一つが隣接したストリ
ップに機械的に接合されており、隣接した連結ストリッ
プ上で圧力を発生するため、形材の連結ストリップの少
なくとも一方が自由状態で接触平面Ｅに関して所定角度
だけ傾斜した形状を有しこれにより組み立てられたとき
に上記圧力を発生するための予応力が発生するようにな
っており、予応力が加えられた少なくとも一つのストリ
ップの自由縁部が隣接した連結ストリップに溶接によっ
て接合されているような構造である。

【０００６】二つの外連結ストリップ間の機械的接合
は、好ましくはリベット止め接合であるが、ボルト止め
接合や釘止め接合であってもよい。

【０００７】溶接は、好ましくは、レーザー溶接の形態
である。

【０００８】基本的には、形材と連結形材との間を、両
側をレーザー溶接を使用して接合できる。しかしなが
ら、実際には、粗組み立て状態で、互いに接合されるべ
き部品間で最大約０．８mmの小さなレーザー溶接公差限
界を維持することは必ずしも可能ではないということが
わかっている。このことは、特に溶接継目が数ｍと長い
場合にいえる。溶接公差限界を維持できないということ
は、自動溶接プロセスを中断することを意味する。本発
明に従って、一方の側でリベット止めで行い、他方の側
で連結ストリップに予応力を加えることによって接合を
行った場合には、レーザー溶接について特定された公差
を大きな長さの溶接継目に亘って維持することができ
る。

【０００９】有用には、連結ストリップの設計は、比較
的大きな形材厚さを構造が必要とする場合、接合部をリ
ベット止めで形成するように選択される。連結ストリッ
プが十分な予応力を発生しなければならない場合には、
ストリップが適当に薄いか或いは形材の厚さを局部的に
減少する。

【００１０】本発明による構造の特に好ましい態様で
は、予応力を加えた連結ストリップと重なる少なくとも
一つの外シートの自由縁部を溶接、詳細にはレーザー溶
接によって連結ストリップに接合する。外シートは、通
常は、形材よりもはるかに薄い。従って、レーザー溶接
についての公差限界を満たすためには、溶接中に外シー
トをローラーによって下方に押すので十分である。

【００１１】レーザー溶接によって接合されるべき部品
を接着剤が全く付いていない状態に保持するため、連結
形材は、少なくとも予応力が加えられた連結ストリップ
の領域にＵ字形状断面の長さ方向溝を備えている。この
溝は、外シートによって覆われている。

【００１２】軽金属材料としてアルミニウム合金が適し
ているが、マグネシウムやマグネシウム合金を使用でき
る。

【００１３】特に好ましい複合パネルは、発泡ポリエー
テルイミド製のコア及びＡｌＭｇ、詳細にはＡｌＭｇ３
型合金製外シートを有する。

【００１４】連結形材は、好ましくは、中空形材であ
る。

【００１５】本発明による構造は多くの用途で使用で
き、地上及び地下構造物、車輛製造、造船、又は容器製
造で、床部品、壁部品、及び屋根部品の製造に適してい
る。

【００１６】特に、屋外で使用される構造の場合には、
レーザー溶接した側部が、水密性のため、外面を形成
し、リベット接合された側部が内側を形成し、水又は他
の流体との接触を回避できるように注意を払わなければ
ならない。従って、本発明による構造は、水密構造を製
造できる他に、全体に亘って金属接触が連続しているた
め、箱状構造の場合にファラデーケージを形成する。

【００１７】本発明のこの他の利点特徴、及び詳細は、
好ましい実施例の以下の説明を添付図面を参照して読む
ことによって明らかになるであろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】旅客輸送用磁気浮揚式高速鉄道の
客車上部構造１０は、図１に示すように、客室１２を有
する。客室１２は、形材及び積層材料の組み合わせから
なるアルミニウム製の軽量構造の形態である。

【００１９】客室１２は、二つの側ビーム１６によって
境界が定められた床１７を有する。この床は、側ビーム
１６と長さ方向ビーム１８との間に配置された二枚の外
床パネル３０及び二つの長さ方向ビーム１８間に配置さ
れた内床パネル３１によって形成されている。

【００２０】側ビーム１６から側壁２０が上方に突出し
ており、これらの側壁は、窓ポスト２８で屋根２２に連
結されている。

【００２１】屋根２２は、屋根支柱２４間に取り付けら
れた主屋根部品２３と、屋根支柱２４と窓ポスト２８と
の間の連結要素である移行ピース２６からなる。

【００２２】図２は、屋根支柱２４のところでの主屋根
部品２３と移行ピース２６との連結を示す。屋根支柱２
４はＡｌＭｇＳｉ製の押出し中空形材の形態である。主
屋根部品２３及び移行ピース２６は、両側を外シート３
３、３４で被覆したコア３２からなる。コアは、例えば
発泡ポリエーテルイミドでできており、外シートはＡｌ
Ｍｇ３型合金でできている。

【００２３】主屋根部品２３と屋根支柱２４との間の連
結及び移行ピース２６と屋根支柱２４との間の連結は、
主屋根部品２３及び移行ピース２６に一体に組み込んだ
中空連結形材３６を介して行われる。連結形材３６は、
同様に、ＡｌＭｇＳｉ型の押出し合金でできている。屋
根支柱２４の車輛の内部に面した側にはアンダーカット
溝２５が一体に形成されている。これらのアンダーカッ
ト溝は、組み立て中に屋根形材を支持するのに役立ち、
内部被覆用の取り付け手段として役立つ。

【００２４】図３には、図２の屋根支柱２４と移行ピー
ス２６との間の連結を詳細に示す。図３でわかるよう
に、本発明の要旨は、積層パネル３７及び形材３５との
間の連結である。積層パネル３７の発泡コア３２の両側
は外シート３３、３４で被覆してある。外シート３３、
３４は、連結形材３６と重なっており、形状によって連
結形材と係合し、コア３２の表面と一直線上に並ぶ。外
シート３３、３４とコア３２及び連結形材３６との間の
連結は中間接着剤層（図示せず）によって行われる。

【００２５】連結形材３６−これは、形材と接合する目
的で複合パネル３７と一体化してある−は、第１一体連
結ストリップ３８及び連結形材３６から突出した第２連
結ストリップ４０を有する。連結形材３６のこれらの連
結ストリップ３８、４０は、夫々、形材３５から外方に
突出した連結ストリップ４２及び形材３５と一体の連結
ストリップ４４に載る。設置後、連結形材３６の両連結
ストリップ３８、４０は、所定距離間隔が隔てられて互
いに平行に延びる。この距離は、形材３５の平行な連結
ストリップ４２、４４間の距離と一致する。

【００２６】形材３５の連結ストリップ４２は、連結形
材３６の連結ストリップ３８に、外シート３３を間に挟
んで当接し、連結ストリップ３８を貫通したリベット４
６で連結ストリップ３８に取り付けられている。接合部
の反対側では、連結形材３６の連結ストリップ４０が形
材３５の連結ストリップ４４に当接している。連結形材
３６から突出した連結ストリップ４０の自由端部は、レ
ーザー溶接による主溶接継目４８によって形材３５の連
結ストリップ４４に接合されている。

【００２７】外シート３３、３４は、連結形材３６と部
分的に重なっている。外シート３４の自由縁部は、その
下側にある連結形材３６の連結ストリップ４０にレーザ
ー溶接による溶接継目５０によって接合されている。

【００２８】レーザー溶接中に接着剤が溶接領域に入ら
ないようにすることが重要であるため、溶接領域、即ち
外シート３４とその下側の連結形材３６との間に適当な
予防策を講じなければならない。形材３６は、外シート
３４の縁部領域に接着剤が全く付着しておらず、溶接継
目５０の領域で連結形材３６を特別に設計することによ
って追加の方策を講じることができる。この目的のた
め、連結形材３６は長さ方向溝即ちＵ字形状断面の長さ
方向溝を接着剤用のいわゆるトラップとして有する。外
シート３３、３４をコア３２に圧力下で結合するとき、
接着剤が界面から押し出され、溝５２内に捕捉される。
従って、溶接継目５０を形成する領域に進入できない。
溶接継目５０は、外シート３４とその下側にある連結形
材３６の連結ストリップ４０との間に気密継手を形成す
る。その結果、数年に亘って使用した後ですら、外シー
ト３４とコア３２との間の結合が弱くなることを阻止で
きる。

【００２９】第４図に示すように、連結形材３６から自
由に突出した連結ストリップ４０は、形材３６の連結ス
トリップ４０が形成する接触平面Ｅに関して所定の角度
αだけ傾斜している。複合パネル３７を形材３５に接合
するとき、先ず最初にリベット継手４６によって連結が
行われる。このため、及び連結ストリップ４０の傾斜角
度αにより、第５図に示すように、ストリップは距離ｂ
の分だけ予応力が加えられる。この距離は、ストリップ
４０が図５に破線で示すその元の位置から逸らされる距
離である。予応力量を設定するため、連結ストリップ４
０の厚さの局部的減少５４が施してある。

【００３０】連結ストリップ４０がその下側にある連結
ストリップ４４に押し付けられるように連結ストリップ
４０に予応力を加えることによって、主溶接継目４８が
どれ程長かろうと、レーザー溶接についての最大可能な
公差を満たすことができる。これと同時に、主溶接継目
４８とともに、外シート３４の自由端と連結ストリップ
４０との間に溶接継目５０を形成でき、これによって外
シート３４が溶接中にローラーによって下方に押付けら
れる場合でもうまくいく。

【００３１】特に図３に示す接合方法は、一般的には、
積層パネルを形材に接合しなければならないどのような
場合でも使用できる。図１に示す客車上部構造１０の場
合に図３に示す接合方法を使用する場所をｘで示す。移
行ピース２６と窓ポスト２８との間、窓ポスト２８と側
壁２０との間、及び長さ方向ビーム１８と内床パネル３
１との間の他の連結部は、リベット止めされるだけであ
る。

【００３２】本明細書中に説明した積層パネルと形材３
５との接合方法により、図１の客車上部構造１０を三つ
の部品で予め製造した後、窓ポスト形材２８及び内床パ
ネル３１を設置することによって完成した形態に組み立
てることができる。勿論、客車上部構造１０の断面を接
合する方法は、積層パネルと中間横方向ビームとの間を
長さ方向で接合するのにも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】客車上部構造の断面図である。

【図２】図１の接合領域の拡大部分断面図である。

【図３】特別の接合態様を通るの断面図である。

【図４】連結形材の断面図である。

【図５】図３のレーザー溶接領域の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０ 客車上部構造 １２ 客室 １６ 側ビーム １７ 床 １８ 長さ方向ビーム ２０ 側壁 ２２ 屋根 ２３ 主屋根部品 ２４ 屋根支柱 ２５ アンダーカ
ット溝 ２６ 移行ピース ２８ 窓ポスト ３０ 外床パネル ３１ 内床パネル ３２ コア ３３、３４ 外シ
ート ３５ 形材 ３６ 連結形材 ３７ 積層パネル ３８ 第１一体連
結ストリップ ４０ 第２連結ストリップ ４２、４４ 連結
ストリップ ４６ リベット ４８ 主溶接継目 ５０ 溶接継目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター・フェール スイス国ツェーハー−8442 ヘットリン ゲン，ブーヘンヴェーク ７ (72)発明者 ロガー・ベットシャルト スイス国ツェーハー−8104 ヴァイニン ゲン，バーデナーシュトラーセ 11 (72)発明者 ロバート・ジェイ・ディーン スイス国ツェーハー−8248 ウーヴィー セン，リュティブックシュトラーセ ８ (72)発明者 ルッツ・カンプマン スイス国ツェーハー−8222 ベリンゲ ン，ノイグリュトハルデ 60 (72)発明者 アンドレアス・フォン・バルモース スイス国ツェーハー−6372 エンネトモ ース，タルシュトラーセ 13アー (56)参考文献 特開 平７−186943（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−201358（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61D 17/04 B23K 31/00 B23K 33/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軽金属製形材（３５）及びこの形材に接
   合される軽量複合パネル（３７）からなる構造におい
   て、 前記複合パネル（３７）は、軽金属製の外シート（３
   ３、３４）が両側に結合されたプラスチックコア（３
   ２）を有し、 前記外シート（３３、３４）は、前記複合パネル（３
   ７）に一体に組み込まれた軽金属製の連結形材（３６）
   と部分的に重なっており且つこの形材と嵌合により相互
   係止しており、 前記連結形材（３６）は、前記形材（３５）の対応する
   連結ストリップ（４２、４４）上に対をなして載る連結
   ストリップ（３８、４０）を有し、該 連結ストリップのうちの少なくとも一つの連結ストリ
   ップ（３８）が前記対応する連結ストリップの隣接した
   もの（４２）に機械的に接合されており、 隣接した連結ストリップ（４４、３８）上で圧力を発生
   するため、前記形材（３５）又は前記連結形材（３６）
   の前記連結ストリップ（４２、４０）の少なくとも一方
   が自由状態で接触平面Ｅに関して所定角度（α）だけ傾
   斜した形状を有しこれにより組み立てられたときに前記
   圧力を発生するための予応力が発生するようになってお
   り、 前記予応力が加えられた少なくとも一つのストリップ
   （４０）の自由縁部が隣接した連結ストリップ（４４）
   に溶接によって接合される、 ことを特徴とする、軽金属製形材（３５）及びこの形材
   に接合される軽量複合パネル（３７）からなる構造。
2. 【請求項２】 前記溶接は、レーザービーム溶接であ
   る、ことを特徴とする請求項１に記載の構造。
3. 【請求項３】 少なくとも前記予応力が加えられた連結
   ストリップ（４０）と重なった外シートが、その自由縁
   部で、溶接によって前記予応力が加えられたストリップ
   （４０）に接合されている、ことを特徴とする請求項１
   又は２に記載の構造。
4. 【請求項４】 前記連結形材（３６）が、少なくとも前
   記予応力が加えられた連結ストリップ（４０）の領域
   に、接着剤用のトラップとして、Ｕ字形状長さ方向溝
   （５２）を有し、この溝を前記外シート（３４）が覆っ
   ている、ことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載
   の構造。
5. 【請求項５】 前記コア（３２）は、発泡ポリエーテル
   イミド（ＰＥＩ）である、ことを特徴とする請求項１乃
   至４のうちのいずれか一項に記載の構造。
6. 【請求項６】 前記外シート（３３、３４）は、ＡｌＭ
   ｇ合金製であることを特徴とする請求項１乃至５のうち
   のいずれか一項に記載の構造。
7. 【請求項７】 前記連結形材（３６）及び形材（３５）
   のいずれか一方あるいは両方は、押出しＡｌＭｇＳｉ合
   金製である、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの
   いずれか一項に記載の構造。
8. 【請求項８】 前記連結形材（３６）は、中空形材であ
   ることを特徴とする、請求項１乃至７のうちのいずれか
   一項に記載の構造。