パネルの成形方法

【課題】パネル成形の効率化を図るようにしたパネルの成形方法を提供する。
【解決手段】補強材２６のフランジ２８を外板２４の裏面２４ａ側の予め定めた位置に、レーザビーム３２をフランジ２８に連続して照射し、補強材２６と外板２４とをレーザ溶接する。レーザ溶接による入熱は外板２４の裏面２４ａ側に偏るため、４本の補強材２６が外板２４に溶接されると、入熱による歪エネルギーによって、外板２４の両端が反り上がるような熱応力が生じる。溶接による熱応力によって、補強材２６を溶接した側に外板２４は湾曲する。この場合、外板２４はレーザ溶接によって与えられた入熱量によって定まる一定の曲率で湾曲する。これによって、補強材２６を溶接する前に外板２４を湾曲させる工程を別途行う必要がなく、パネル成形効率をアップさせることができ、結果的にコスト低下を可能にする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に鉄道車両構体に適用されるパネルの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来このような分野の技術として特開平５−４２３３７号公報がある。平板の一面側に骨組み等となる補強材が溶接されたパネルを、特開平５−４２３３７号公報に記載されているように所望の曲面に湾曲させる場合には、平板に補強材を溶接する前に、ベンディングロール等の曲げ工具を用いて平板に外力を加えることによって、所望の曲率に湾曲させたパネルを成形することが行われている。
【特許文献１】特開平５−４２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のように、平板に補強材を溶接する前に、平板に外力を与えて湾曲させる手法では、平板に補強材を溶接する他に、平板を湾曲させる工程が別途必要となり、パネルを成形する効率が悪いという問題点がある。また、平板を湾曲させた後に補強材を溶接すると、必要以上に曲がりが強くなってしまう。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、パネル成形の効率化を図るようにしたパネルの成形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、平板の一面側に補強材を溶接しつつ、溶接による入熱によって平板に熱応力を生じさせて平板を湾曲させるにあたって、平板の曲率を入熱量により決定するパネルの成形方法である。
【０００６】
この構成によれば、補強材を溶接する入熱によって平板に熱応力を生じさせ、当該熱応力によって平板を予め定めた曲率に湾曲させることができるため、補強材を溶接する前に平板を湾曲させる工程を別途行う必要がなく、パネル成形効率をアップさせることができ、結果的にコスト低下を可能にする。
【０００７】
この場合、溶接はレーザ溶接によって行うことが好適である。レーザ溶接は、急速加熱および急速冷却を生じ、レーザ溶接による入熱量は外乱が入りにくく安定しているため、より高精度で平板を予め定めた曲率に湾曲させることができる。
【０００８】
一方、平板の一面上に配置される複数の補強材の間隔を変えることにより、曲率を変えることが可能である。例えば、補強材の間隔を狭くすると、溶接の際に大きな入熱量を平板に与えることができ、補強材の間隔を広くすると、溶接の際により小さな入熱量を平板に与えることができる。このため、補強材を予め定めた間隔をもって溶接することにより、常に一定の入熱量を平板に与えることができ、平板を常に一定の曲率に湾曲させることができる。
【０００９】
また、入熱量は溶接速度により変化させることが可能である。例えば、溶接速度を遅くすると、溶接の際により大きい熱量を平板に与えることができ、溶接速度を速くすると、溶接の際により小さい熱量を平板に与えることができる。このため、補強材を予め定めた溶接速度で溶接することによって、平板に予め定めた熱量を与え、平板を予め定めた曲率に湾曲させることができる。
【００１０】
あるいは、入熱量は溶接出力により変化させることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のパネルの成形方法によれば、パネル成形の効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１３】
以下、本発明に係る成形方法を鉄道車両構体に適用した場合を例として説明する。図１に示すように、ステンレス鋼製の鉄道車両構体１０は、内部に乗客を収容する空間を有する略箱型の形状をなしており、底部に位置する台枠１２と、その両側に位置して鉄道車両構体１０の側面を形成する側構体１４と、車両の前後に位置する妻構体１６と、上部に位置する屋根構体１８とから構成されている。側構体１４は、車窓が取り付けられる窓枠パネル２０と、下部が車両の内側に向かって湾曲している腰パネル２１a（２１ｂ）とから構成されている。また、屋根構体１８は、車両の内側に向かって湾曲する２枚の屋根パネル２２ａ，２２ｂから構成されている。
【００１４】
図２に示すように、屋根パネル２２aは、外板（平板）２４の裏面２４a側に、４本の長尺状の補強材２６が、それぞれ所定の間隔をなすように平行にレーザ溶接されている。外板２４は、予め定められた曲率をもって、補強材２６が溶接された面が凹状になるように湾曲している。補強材２６は、一対のフランジ２８を有する断面ハット形状の部材であり、一対のフランジ２８がそれぞれ外板２４に当接され、フランジ２８と外板２４とは直線的な溶接部３０により重ね溶接がなされている。また、この溶接部３０は、レーザによる連続溶接により達成されている。なお、補強材２６は、断面ハット形状の部材の他、断面がＺ形状の部材も用いることができる。
【００１５】
以下、パネルの成形方法について説明する。図３は、パネルの成形の手順を示す図である。図３（ａ）に示すように、平坦なステンレス鋼製の外板２４を用意し、外板２４の端部は冶具によって仮固定される。
【００１６】
次に、図３（ｂ）に示すように、各々の補強材２６のフランジ２８を外板２４の裏面２４ａ側の予め定めた位置に、冶具で押さえながら当接させ、レーザビーム３２をフランジ２８に連続して照射し、補強材２６と外板２４とをレーザ溶接する。レーザ溶接による入熱は外板２４の裏面２４ａ側に偏るため、４本の補強材２６が外板２４に溶接されると、入熱による歪エネルギーによって、外板２４の両端が反り上がるような熱応力が生じる。なお、外板２４は端部を冶具により仮固定されているため、外板２４は平坦な状態に保たれている。
【００１７】
次に、固定した外板２４の端部を冶具から解放すると、図３（ｃ）に示すように、溶接による熱応力によって、補強材２６を溶接した側に外板２４は湾曲する。この場合、外板２４はレーザ溶接によって与えられた入熱量によって定まる一定の曲率で湾曲する。
【００１８】
このようなパネル成形方法によれば、外板２４の裏面２４a上に配置される複数の補強材２６の間隔を変えることにより、外板２４への入熱量を変えることができ、外板２４の曲率を変えることが可能である。例えば、補強材２６の間隔を狭くすると、溶接の際に大きな入熱量を外板２４に与えることができ、補強材２６の間隔を広くすると、溶接の際により小さな入熱量を外板２４に与えることができる。従って、溶接速度やレーザ出力を一定にした条件下で、補強材２６の間隔を曲率に応じて決定しておくことにより、一定の入熱量を外板２４に与えることができ、外板２４を常に一定の曲率に湾曲させることができる。
【００１９】
また、レーザ溶接による外板２４への入熱量は、溶接速度により変化させることが可能である。例えば、溶接速度を遅くすると、溶接の際により大きい熱量を外板２４に与えることができ、溶接速度を速くすると、溶接の際により小さい熱量を外板２４に与えることができる。従って、レーザ出力や補強材２６の間隔を一定にした条件下で、溶接速度を曲率に応じて決定しておくことにより、外板２４に一定の入熱量を与え、外板２４を常に一定の曲率に湾曲させることができる。あるいは、レーザビーム３２の出力を変更することによって外板２４への入熱量を変化させることもでき、出力を曲率に応じて決定しておくことにより外板２４を所望の曲率に湾曲させることができる。
【００２０】
図１および図４に示すような屋根構体１８を成形する場合には、図５に示すように、上記のようにして成形した屋根パネル２２ａの外板２４の端部と、別の平坦な外板２４Ａの端部とを突き合わせ、一方の外板２４と他方の外板２４Ａとをレーザビーム３２によって接合する。なお、符号３４は溶接部である。この場合の接合方法は、図５に示すようなレーザ溶接の他、ＭＩＧ（Metal Inert Gas welding）溶接、ＭＡＧ（Metal Active Gas welding）溶接、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ＝Friction Stir Welding）を適用することができる。
【００２１】
次に、図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、屋根パネル２２ａに新たに接合した外板２４Ａの裏面２４ａ上には、補強材２６がレーザ溶接され、外板２４を所望の曲率に湾曲させる。このようにして図４に示すような屋根構体１８が成形される。なお、図３および図５に示す手順を繰り返すことにより、大きな面積の構造物を成形することができる。
【００２２】
このようにして成形された屋根パネル２２ａおよび屋根構体１８は、外板２４の曲率に合わせて湾曲した骨材を、補強部材２６間を架け渡すように溶接することによって、湾曲形状が安定し、パネル剛性を高めることができる。なお、本実施形態に係る成形方法は、同様にして腰パネル２１ａ，２１ｂの成形にも適用することができる。
【００２３】
本実施形態に係る成形方法は、従来とは異なり、補強材２６を溶接する際の入熱によって外板２４に熱応力を生じさせ、当該熱応力によって外板２４を予め定めた曲率に湾曲させることができるため、補強材２６を溶接する前に外板２４を湾曲させる工程を別途行う必要がなく、パネル成形効率をアップさせることができ、結果的にコスト低下を可能にする。
【００２４】
また、補強材２６を溶接する際の入熱による熱応力により外板２４を湾曲させるため、外板２４の補強材２６を溶接した側とは反対側の面が伸張されることになり、溶接による筋状の突起と歪みが目立ちにくくなる。
【００２５】
加えてレーザ溶接は、急速加熱および急速冷却を生じ、レーザ溶接による入熱量は外乱が入りにくく安定しているため、平板を予め定めた一定の曲率に高精度で湾曲させることができる。
【００２６】
尚、本発明の金属材の接合方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
例えば、上記実施形態においては、本発明の成形方法によって成形されたパネルを鉄道車両構体に適用する例を示したが、本発明の成形方法を適用するパネルは、バスや、タンク車等の特装車両や、車両以外の工業的用途にも適用することができる。また、鉄道車両構体およびパネルの材質をステンレス鋼としたが、軟鋼及び高張力鋼等の鉄系金属、アルミニウム合金等の非鉄金属、あるいはこれらの組み合わせを用いても良い。ただし、車両構体の剛性および軽量化の向上を考慮した場合、ステンレス鋼を用いることがより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るパネル成形方法が適用される鉄道車両構体の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るパネル成形方法が適用されたパネルの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】パネルの成形の手順を示す側面図である。
【図４】屋根構体を示す斜視図である。
【図５】屋根構体の成形途中の状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０…鉄道車両構体、１２…台枠、１４…側構体、１６…妻構体、１８…屋根構体、２０…窓枠パネル、２１ａ，２１ｂ…窓枠パネル、２２ａ，２２ｂ…屋根パネル、２４…外板（平板）、２４Ａ…外板（平板）の裏面（一面）、２６…補強材、２８…フランジ、３０…溶接部、３２…レーザビーム、３４…溶接部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板の一面側に補強材を溶接しつつ、前記溶接による入熱によって前記平板に熱応力を生じさせて前記平板を湾曲させるにあたって、前記平板の曲率を前記入熱量により決定するパネルの成形方法。
【請求項２】
前記溶接はレーザ溶接によって行う、請求項１に記載のパネルの成形方法。
【請求項３】
前記平板の一面上に配置される複数の前記補強材の間隔を変えることにより、前記曲率を変える、請求項１または２に記載のパネルの成形方法。
【請求項４】
前記入熱量は溶接速度により変化させる、請求項１または２に記載のパネルの成形方法。
【請求項５】
前記入熱量は溶接出力により変化させる、請求項１または２に記載のパネルの成形方法。

【図１】