JP5871586B2 - 接合体及び接合体からなる車両、接合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接により接合される接合体及び接合体からなる車両、接合体の製造方法に関する。

例えば軌道車両の車体フレームのような接合体は、一般的に、屋根構体と、互いに向かい合う一対の側構体と、床構体と、互いに向かい合う一対の妻構体等の被接合部材を相互に接合して製造される。
このような車体フレームの各構体を、ダブルスキン板により製作する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ダブルスキン板は、アルミ合金などの押し出し型材であり、２枚の板の間に斜めのリブが設けられたトラス状の断面を持つ。車体フレームの各構体は、このような複数のダブルスキン板を車体の長手方向に沿って溶接することにより製作される。

ここで、アルミ合金を溶接する場合には、鉄を溶接する場合の約３倍の溶接変形が生じ、これに起因した歪みが発生する。特に、車両等の大型構造物においては、溶接量が多くなるため、当該歪みは顕著なものとなる。そのため、溶接後の加熱による歪みの除去や、表面へのパテの塗装によって、車両の外観上の平面度の確保をしていた。

特許第４４２７２４２号公報

しかしながら、例えば塗料削減のために無塗装仕上げを要求される場合など、表面に塗装ができない場合には、歪み取りのために加熱を施すと、表面に焼き跡が残存するため、加熱による歪み取りも行うことができない。
一方、溶接量を低減させることで溶接変形を抑制することも考えられるが、この場合、溶接部の強度の低下が問題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、溶接変形を低減させるとともに溶接部の強度の向上を図ることが可能な接合体及び接合体からなる車両、接合体の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る接合体は、一対の被接合部材同士がこれら被接合部材間の接合線に沿って溶接部が形成されて一体とされた接合体であって、前記溶接部は前記接合線に沿って延びるように、該接合線の延びる方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、隣り合う溶接部同士の間における該溶接部が形成されていない領域が非溶接領域とされ、各前記溶接部の端部と前記一対の被接合部材の前記非溶接領域の一部とに跨るようにして、前記溶接部が形成される表面に開口する穴が形成されていることを特徴としている。

このような接合体によれば、溶接部は断続的に形成されることになるため、接合線全体を溶接する場合に比べて溶接部の量を少なくすることができる。また、溶接部同士の間の穴によって溶接の連続性が断たれるため、溶接による残留応力が開放される。

この構成によれば、凹凸の多い溶接部の端部に穴を形成することにより、溶接部の端部の形状を滑らかにすることができる。また、ピンホール等の溶接欠陥が生じやすい溶接部の端部を除去することができる。従って、溶接部の端部への応力集中を防ぐことができ、溶接部の強度の向上を図ることが可能となる。

さらに、上記の接合体においては、前記穴の直径は、前記溶接部の幅より大きいことが好ましい。

この構成によれば、溶接部の端部を溶接部の幅より大きい穴により除去できる。従って、溶接部の全幅にわたって溶接部の端部の形状を滑らかにすることができ、溶接部の端部を確実に除去することができる。これにより、確実に溶接部の強度の向上を図ることができる。

また、上記接合体においては、互いに向かい合う一対の主板及び該主板同士を連結するリブを有するダブルスキン板と、該ダブルスキン板の互いに対応する主板同士を連結する連結部材とを備え、前記主板と前記連結部材、又は、前記主板同士が前記被接合部材として接合されていることを特徴としている。

この構成によれば、ダブルスキン板の接合においても、上記同様の作用効果を奏することができる。また、強度の高いダブルスキン板の溶接歪みの矯正にかかる多大な工程を低減することができる。

さらに本発明に係る車両は、上記いずれかの接合体からなる車体フレームを備えることを特徴としている。

このような車両によれば、上記接合体からなるため上記同様の作用効果を奏することができる。また、車両の外観を維持するための塗装工程を削減することができ、安全上必要な車体の強度を確実に得ることができる。

また、本発明に係る接合体の製造方法は、一対の被接合部材同士がこれら被接合部材間の接合線に沿って溶接して一体とされた接合体の製造方法であって、前記接合線に沿って延びるように、該接合線の延びる方向に間隔をあけて溶接することで複数の溶接部を形成する溶接工程と、隣り合う溶接部同士の間における該溶接部が形成されていない非溶接領域を残すように、各前記溶接部の端部と前記一対の被接合部材とに跨るようにして、前記溶接部が形成される表面に開口する穴を形成する穴形成工程とを備えることを特徴としている。

この構成によれば、溶接部が間隔をあけて形成されるため、溶接量を少なくすることができる。また、溶接部の端部に、溶接部が形成される表面に開口する穴を形成するため、溶接部の端部の形状を滑らかにすることができる。また、ピンホール等の溶接欠陥が生じやすい溶接部の端部を除去することができる。従って、溶接部の強度の向上を図ることができる。また、溶接部の端部への応力集中を防ぐことができるため、溶接変形を低減させることが可能となる。

また、本発明に係る製造方法は、上記いずれかの製造方法において、互い向かい合う一対の主板及び該主板同士を連結するリブを有するダブルスキン板と、該ダブルスキン板の互いに対応する主板同士を連結する連結部材とを備え、前記主板と前記連結部材、又は、前記主板同士が前記被接合部材として接合されていることを特徴している。

この構成によれば、車両の構体に用いられるダブルスキン板の接合においても、上記の作用効果を奏することができる。また、強度の高いダブルスキン板の溶接歪みの矯正にかかる多大な工程を低減することができる。

本発明の接合体及び接合体による車両、接合体の製造方法によれば、溶接部の量を少なくすることができるため溶接変形を低減させることができ、また、穴を形成したことにより溶接による残留応力が開放されるため溶接部の強度の向上を図ることが可能となる。

本発明に係る車両の長手方向に直交する断面図である。 図１の部分拡大図であって側構体の詳細を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る接合体において、溶接部の詳細を示す図２のＡ矢視図である。 本発明の第１実施形態に係る接合体１の製造手順を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る接合体１の製造手順を説明する図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る車両の断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両は、内部に乗客が収容される空間を備えた略兆直方体箱型をなす車体フレーム１００を備えている。
この車体フレーム１００は、それぞれ被接合体を溶接してなる接合体１である屋根構体１０１、一対の側構体１０２、床構体１０３及び図示しない一対の妻構体の計６つの部位を備えている。

屋根構体１０１は、車体フレーム１００の屋根を構成する部位であって、水平面に平行をなして車両の長手方向に延在する板状をなしている。
一対の側構体１０２は、車体フレーム１００の側壁を構成する部位であって、延直面に平行をなして車両の長手方向に延在する板状をなしている。これら側構体１０２の上縁は、屋根構体１０１の幅方向両側にそれぞれ接合されており、これによって一対の側構体１０２は車両の幅方向に互いに対向状態とされている。

床構体１０１は車体フレーム１００の床を構成する部位であって、屋根構体１０１と平行をなして車体フレーム１００の長手方向に延在する板状をなしている。床構体１０３における車両の幅方向両側は、それぞれ一対の側構体１０２の下縁と接合されている。
そして、一対の妻構体は、車両の進行方向前後の壁部を構成する部位であって、車両の進行方向に直交する方向に延在する板状をなしている。これら妻構体は、車両の進行方向両側において、これら屋根構体１０１、一対の側構体１０２及び床構体１０３にそれぞれ接合されている。
これによって、屋根構体１０１、一対の側構体１０２、床構体１０３及び一対の妻構体に囲まれた内側に一定の空間が形成されている。

屋根構体１０１や側構体１０２は、車両の長手方向に延びる複数のダブルスキン板を、これらダブルスキン板の幅方向、即ち、車体フレーム１００の周方向に突き合わせ、これによって形成される接合線に沿って溶接が行われることで形成されている。

図２は、図１の部分拡大図であって側構体の詳細を示す図である。
側構体１０２は、被接合部材である第一ダブルスキン板２０と第二ダブルスキン板３０と連結部材４０とを互いに溶接することによって構成された接合体である。

これら第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０は、互いにその幅方向の端部において直接的に、又は、連結部材４０を介して間接的に接合されている。

第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０は、互いに向かい合う一対の主板２３と、該主板２３を連結する複数のリブ５２と、を有する。
一対の主板２３は、車体フレーム１００の内外に互い対向するように配置されており、これら一対の主板２３の一方は車体フレームの周方向の寸法を長尺である長主板２１、３１とされ、他方は当該寸法が短尺である短主板２２、３２とされている。

複数のリブ５２は、長主板２１、３１とこれらに対応する短主板２２、３２とを連結しており、垂直リブ５０と、斜めリブ５１とを有している。
垂直リブ５０は、長主板２１、３１及び短主板２２、３２の延在方向に対し垂直をなすように配置され、長主板２１、３１及び短主板２２、３２の延在方向をこれらの幅方向中央部で連結している。
斜めリブ５１は、長主板２１、３１及び短主板２２、３２の延在方向に対し傾斜するように配置され、一端が短主板２２、３２の幅方向端部に接続されるとともに、他端が長主板２１、３１における幅方向端部からの一定の間隔をあけた所定位置に接続されている。

このような第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０は、長主板２１、３１の幅方向端部において車両進行方向にわたって互いに溶接されることで接合されており、これによって長主板２１、３１間に形成される車両進行方向に延びるラインが接合縁７０とされている。

連結部材４０は、上記のように接合縁７０を形成するように配置された第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０の短主板２２、３２同士を連結する。この連結部材４０は、長主板２１、３１及び短主板２２、３２と平行に配置される板状をなしており、幅方向の一端が第一ダブルスキン板２０の短主板２２の幅方向端部に接続されるとともに、他端が第二ダブルスキン板３０の短主板２２の幅方向端部に接続されている。これによって、連結部材４０は、上記接合縁７０に対向するように、第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０にわたって設けられている。

なお、本実施形態では、短主板２２、３２における幅方向の両端部には、連結部材４０の厚さ寸法と略同一の深さを有する凹所からなる継手部６０が形成されている。そして、この継手部６０に連結部材４０の幅方向端部が突き合わせられている。これによって、短主板２２、３２と連結部材４０との間に、車両の進行方向にわたって延びるラインである接合線８１が形成されている。そして、このような該接合線８１に沿って溶接部８０が形成されている。

図３は、第１実施形態の接合体１の溶接部８０、即ち、上述した短い主板２２、３２と連結部材４０との間の溶接部８０を示した図である。図３に示すように、溶接部８０は、接合線８１に沿って互いに間隔をあけて複数設けられており、即ち、接合縁８１の延在方向に沿って間欠的に複数設けられている。また、各短主板２２、３２と連結部材４０に跨るように、溶接部８０が形成される表面に開口する穴８２が形成されている。

次に、以上で説明した接合体１の製造手順について説明する。
図４は、接合体１の製造手順を説明する図である。本実施形態における製造方法においては、第一ダブルスキン板２０、第二ダブルスキン板３０及び連結部材４０を準備する準備工程と、第一ダブルスキン板２０と第二ダブルスキン板３０とを溶接により接合する第一溶接工程と、第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０と、連結部材４０との接合線８１に沿って溶接部８０を形成する第二溶接工程と、溶接部８０の端部に穴８２を形成する穴形成工程と、を実行する。

準備工程では、第一ダブルスキン板２０と第二ダブルスキン板３０の断面形状に対応した孔が形成されており、各ダブルスキン板の短主板２２、３２の両端部に連結部材４０の厚さ寸法と略同一の深さを有する凹部が形成されるような型から、例えば、加熱により軟化しているアルミ合金を押出して、第一ダブルスキン板２０と第二ダブルスキン板３０を製造する。また、連結部材４０を、各ダブルスキン板の互いの長主板２１、３１の接合縁７０を突き合わせて接合させた際に、各ダブルスキン板の短主板２２、３２の凹部に突き合わせることができる長さに、例えばアルミ合金により、製造する。

次に、第一溶接工程を実行する。この第一溶接工程では、まず、各ダブルスキン板の長主板２１、３１の接合縁７０同士を突き合わせる。そして、突き合わせ部を溶接により接合する。溶接は、例えば摩擦攪拌接合により行う。

次に、連結部材４０を第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０に溶接により接合する第二溶接工程を実行する。この第二溶接工程では、まず連結部材４０を、第一溶接工程で接合された各ダブルスキン板２０，３０の短主板２２、３２間に配する。次に、短主板２２、３２のそれぞれの継手部６０に、連結部材４０の端部を突き合わせるように配し、接合線８１を形成する（図４（a））。そして、接合線８１に沿って、一定間隔をあけて断続的に突き合わせ溶接するいわゆる断続溶接を行い、複数の溶接部８０を形成する（図４（ｂ））。

次に、前記溶接部８０の端部に穴８２を形成する穴形成工程を実行する。この穴形成工程では、接合線８１に沿って断続的に形成された複数の溶接部８０のそれぞれの端部に穴８２を形成する（図４（ｃ））。穴８２の形成は、溶接部８０が形成される表面に開口するように、例えばドリルや薬品などを用いて行う。

以上で、第一ダブルスキン板２０、第二ダブルスキン板３０、連結部材４０の接合が終了し、接合体１としての側構体１０２の溶接が完成する。

以上のように、本実施形態の接合体１は、各ダブルスキン板と連結部材４０の溶接部８０が、接合線８１に沿って互いに間隔を有して複数設けられている。これにより、接合線８１全体を溶接する場合に比べ、溶接部８０を少なくすることができるため、溶接変形を低減することが可能となる。また、各溶接部８０の端部には、溶接部８０が形成される表面に開口する穴８２が形成されているため、当該穴８２によって残留応力が開放され、溶接変形の低減が図ることができる。また、凹凸が多く、ピンホール等の溶接欠陥が生じやすい溶接部８０の端部に形成された穴８２により、溶接部８０の端部が除去され、溶接部８０の端部の形状が滑らかになる。これにより、溶接部８０の端部への応力集中を防ぐことができ、溶接部８０の強度の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、溶接部８０の疲労強度の低下を確実に防ぐために、穴８２の直径を、溶接部８０の幅より大きくすることが望ましい。これにより、溶接部８０の全幅に亘って溶接部８０の端部の形状を滑らかにすることができ、溶接部８０の端部を確実に除去することができ、確実に溶接部８０の強度の向上を図ることができる。

なお、穴８２の断面形状は、多角形でも円形でも良いが、円形であることが望ましい。穴８２を円形断面にすることにより、溶接部８０の端部の形状が円弧になり、応力が均等に分散されるため、応力集中を防ぐことができる。

また、穴８２は、連結部材４０側からドリルなどにより形成されるが、各ダブルスキン板２０，３０の短主板２２、３２まで貫通している必要はなく、溶接部８０が除去できる深さまで穴８２が形成されていれば良い。

次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、第１実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。第２実施形態では、接合体１の製造方法における第二溶接工程及び穴形成工程について第１実施形態とは相違する。

図５は、第２実施形態の接合体１の製造手順を説明する図である。本実施形態では、第二溶接工程において、まず、連結部材４０を、第一溶接工程で接合された各ダブルスキン板２０，３０の短主板２２、３２間に配する。次に、短主板２２、３２のそれぞれの継手部６０に、連結部材４０の端部を突き合わせるように配し、接合線８１を形成する（図５（a））。そして、接合線８１に沿って連続的に溶接を行う（図５（ｂ））。なお、ここでの溶接は、摩擦攪拌接合であっても良い。（図４（a））。

次に、前記溶接部８０の端部に穴８２を形成する穴形成工程を実行する。

連続的に形成された溶接された部分に、一定の間隔をあけて複数の穴８２を形成する（図５（ｃ））。穴８２は、溶接された部分が形成される表面に開口するように形成する。穴８２は、例えば、ドリルや薬品により形成する。

この構成によれば、接合線８１に沿って連続的に溶接した後に、溶接線を断つように穴８２を形成するため、溶接による残留応力を開放することができる。したがって、残留応力により発生する溶接変形を低減することができる。

また、穴８２により分断された溶接された部分は、端部が穴８２により滑らかにされているため、断続的に溶接した場合に比べ、強度が高くなり、溶接変形を防ぐことができる。

また、穴８２が形成された部分は他の溶接された部分に比べ強度が弱いため、曲げが容易になる。したがって、溶接変形が生じた場合も、容易に矯正することができる。

なお、本実施形態では、第一ダブルスキン板２０及び第二ダブルスキン板３０と、連結部材４０の両方の溶接された部分に、穴８２を形成したが、どちらか一方に穴を形成するものであっても構わない。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様、溶接部８０の疲労強度の低下を確実に防ぐために、穴８２の直径を、溶接部８０の幅より大きくすることが望ましい。また、穴８２の断面形状は、多角形でも円形でも良いが、円形であることが望ましい。穴８２は、連結部材４０側からドリルなどにより形成されるが、ダブルスキン板の短主板２２、３２まだ貫通している必要はなく、溶接部８０が除去できる深さまで穴８２が形成されていれば良い。それぞれの作用効果は、上記第１実施形態の説明で述べたものと同様である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更も含まれる。
例えば、実施形態では接合体１として車両フレーム１００の側構体１０２の溶接について説明したが、屋根構体、床構体及び妻構体それぞれの溶接についても本発明を適用することができる。また、ダブルスキン板の溶接に限らず、被接合部材の溶接によって製造させる接合体であれば、特に限定はない。

１ 接合体
２０、３０ 第一ダブルスキン板、第二ダブルスキン板（被接合部材）
２１、３１ 長主板
２２、３２ 短主板
４０ 連結部材（被接合部材）
８０ 溶接部
８１ 接合線
８２ 穴
１００ 車体フレーム

Claims (6)

1. 一対の被接合部材同士がこれら被接合部材間の接合線に沿って溶接部が形成されて一体とされた接合体であって、
   前記溶接部は前記接合線に沿って延びるように、該接合線の延びる方向に互いに間隔をあけて複数設けられ、
   隣り合う溶接部同士の間における該溶接部が形成されていない領域が非溶接領域とされ、
   各前記溶接部の端部と前記一対の被接合部材の前記非溶接領域の一部とに跨るようにして、前記溶接部が形成される表面に開口する穴が形成されていることを特徴とする接合体。
2. 請求項１に記載の接合体において、
   前記穴の直径は、前記溶接部の幅より大きいことを特徴とする接合体。
3. 請求項１又は２に記載の接合体において、
   互い向かい合う一対の主板及び該主板同士を連結するリブを有するダブルスキン板と、該ダブルスキン板の互いに対応する主板同士を連結する連結部材とを備え、
   前記主板と前記連結部材、又は、前記主板同士が前記被接合部材として接合されていることを特徴とする接合体。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の接合体からなる車体フレームを備えることを特徴とする車両。
5. 一対の被接合部材同士がこれら被接合部材間の接合線に沿って溶接して一体とされた接合体の製造方法であって、
   前記接合線に沿って延びるように、該接合線の延びる方向に間隔をあけて溶接することで複数の溶接部を形成する溶接工程と、
   隣り合う溶接部同士の間における該溶接部が形成されていない非溶接領域を残すように、各前記溶接部の端部と前記一対の被接合部材とに跨るようにして、前記溶接部が形成される表面に開口する穴を形成する穴形成工程とを備えることを特徴とする接合体の製造方法。
6. 請求項５に記載の接合体の製造方法において、互い向かい合う一対の主板及び該主板同士を連結するリブを有するダブルスキン板と、該ダブルスキン板の互いに対応する主板同士を連結する連結部材とを備え、
   前記主板と前記連結部材、又は、前記主板同士が前記被接合部材として接合されていることを特徴とする接合体の製造方法。

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