パネル接合体、パネル接合体の製造方法およびパネル接合体を備えた車両
【課題】簡単な構造により接合時の歪に起因する変形を低減できるとともに、変形が生じても簡単に変形を矯正できるパネル接合体、このパネル接合体の製造方法およびこのパネル接合体を備えた車両を提供する。
【解決手段】複数のパネル１０の縁部１１ａ，１１ａ間および縁部１２ａ，１２ａ間に、連結部９を有して連結して構成されたパネル接合体２０であって、連結部９は、隣接するパネル１０の第一主板１１，１１同士が接合されるとともに、パネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれが、第二主板１２，１２間に配置された連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａ，３０ａと接合されて形成され、連結部９の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重が、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定されていることを特徴としている。
【解決手段】複数のパネル１０の縁部１１ａ，１１ａ間および縁部１２ａ，１２ａ間に、連結部９を有して連結して構成されたパネル接合体２０であって、連結部９は、隣接するパネル１０の第一主板１１，１１同士が接合されるとともに、パネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれが、第二主板１２，１２間に配置された連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａ，３０ａと接合されて形成され、連結部９の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重が、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定されていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パネル接合体、パネル接合体の製造方法およびパネル接合体を備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道車両等の車体フレームは、屋根構体と、互いに向かい合う側構体と、床構体とを相互に接合して製造される。車体フレームを構成する屋根構体、側構体および床構体の各構体は、ダブルスキンと呼ばれる長尺中空構造のパネルを、パネルの短手方向に複数接合して形成される場合がある。
【０００３】
特許文献１には、中空構造型材および中空構造型材を接合して形成された構造物について記載されている。
特許文献１に記載の中空構造型材は、対向する２つの板と前記両板を接続支持する複数のリブ板とにより形成されている。対向する２つの板のうち一の板は他の板よりも先端が短く形成されており、隣接する中空構造型材の一の板間には継手板が配置されている。構造物は、２つの中空構造型材の他の板同士を接合した後、継手板と一の板とを接合して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造物および構造物の製造方法には、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、接合体を構成するパネルである中空構造型材の一の板と継手板とを接合する過程で、溶接時の熱による膨張や、接合部が溶融後冷却硬化する際の収縮により、接合される中空構造型材相互間に溶接歪が生じる。このため、中空構造型材を接合して形成された構造物の表面に撓み等の変形が生じ、所望の形状に形成できないおそれがある。また、構造物の表面の変形は、美観上も好ましくない。
【０００６】
このため、撓んだ構造物を加熱して歪取りを行うことで構造物の変形を矯正することが考えられるが、矯正工程が煩雑である。さらに、構造物の表面の変形による美観上の問題を解消するために、構造物の表面に樹脂材を塗布した後研磨加工および塗装を行うことが考えられる。しかしながら、近年では、製造過程における環境対策や低コスト化の観点から、中空構造型材の矯正工程後に行われる塗装工程を削除する要望がある。特に、交通システム車両の車体は大型の構造物であるため、発生する変形の矯正に時間がかかり、塗装に要する塗料の量が多い。このため、溶接歪に起因する構造物の変形そのものの低減が特に望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な構造により接合時の歪に起因する変形を低減できるとともに、変形が生じても簡単に変形を矯正できるパネル接合体、このパネル接合体の製造方法およびこのパネル接合体を備えた車両の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明のパネル接合体は、並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体であって、前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、前記連結部は、隣接する前記パネルの一方側の主板同士が接合されるとともに、前記パネルの他方側の主板のそれぞれが、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁と接合されて形成され、前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さいことを特徴としている。
【０００９】
ここで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重とは、連結部の縁部に沿う断面に曲げモーメントにより作用する圧縮荷重または引張荷重に対する降伏荷重をいう。
本発明によれば、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重をパネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定しているので、パネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、連結部が弾性変形して歪を吸収できる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を低減できる。
また、仮にパネル接合体が接合時の歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部のみに曲げ加工を施す等して簡単に変形を矯正できる。
【００１０】
また、前記連結板部材は、前記一方側の主板に向かって凹んだ凹部を有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材に凹部を形成することで、接合時に連結部に歪が発生しても連結板部材が弾性変形することにより、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材の凹部により、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該凹部が、当該連結板部材が接合される他方側の主板と反対側の一方側の主板に向かって凹んでいることで、凹部で連結板部材を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
【００１２】
また、前記連結板部材は、貫通孔を有していることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材に貫通孔を形成することで、連結板部材の強度を下げることができる。これにより、接合時に連結部に歪が発生しても、連結板部材が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材の貫通孔により、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該貫通孔を形成することにより、貫通孔を形成しない場合よりも連結板部材の断面積が小さくなるので、連結板部材の貫通孔周辺を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材に形成する貫通孔の位置や個数を適宜設定することで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００１４】
また、前記連結板部材の板厚は、前記一方側の主板の板厚よりも薄く形成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することで、連結板部材の強度を下げることができる。これにより、接合時に連結部に歪が発生しても、連結板部材が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することで、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することにより、連結板部材の断面積が小さくなるので、連結板部材の貫通孔周辺を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材の板厚を適宜設定することで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００１６】
また、本発明のパネル接合体の製造方法は、並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体の製造方法であって、前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定され、隣接する前記パネルの一方側の主板同士を接合する第一接合工程と、前記パネルの他方側の主板のそれぞれと、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを接合する第二接合工程と、前記第一接合工程および前記第二接合工程の後、前記パネル接合体の変形を矯正する矯正工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、第二接合工程で他方側の主板と連結板部材の側縁とを接合したときに、連結部を構成する連結板部材が弾性変形することで、溶接等により接合する際に発生する歪を吸収できる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を低減できる。
また、矯正工程を備えているので、仮にパネル接合体が接合時の歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部のみに曲げ加工を施す等して連結板部材を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００１８】
また、本発明の車両は、上述したパネル接合体で形成された車体フレームを備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明によれば、上述のパネル接合体で形成された車体フレームを備えているので、精度良くかつ低コストな車両を製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な構造により接合時の歪に起因する変形を低減できるとともに、変形が生じても簡単に変形を矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態のパネル接合体を備えた鉄道車両の断面斜視図である。
【図２】第一実施形態のパネルの断面図である。
【図３】第一実施形態のパネル接合体の断面図である。
【図４】第一実施形態の第一変形例に係るパネル接合体の断面図である。
【図５】第一実施形態の第二変形例に係るパネル接合体の断面図である。
【図６】パネル接合体の製造工程の説明図である。
【図７】第一接合工程の説明図である。
【図８】第二接合工程の説明図である。
【図９】矯正工程の説明図である。
【図１０】第二実施形態の連結板部材の平面図である。
【図１１】第二実施形態の第一変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１２】第二実施形態の第二変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１３】第二実施形態の第三変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１４】第二実施形態の第四変形例に係る連結板部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第一実施形態）
以下に、第一実施形態のパネル接合体２０について説明をする。
図１は、鉄道車両１の斜視断面図である。
図１に示すように、鉄道車両１は、例えば、屋根構体２と、互いに向かい合う複数対の側構体３と、床構体４とで構成された車体フレーム５を備えている。
屋根構体２、側構体３および床構体４は、いずれも長尺のパネル１０をパネル１０の短手方向に複数接合したパネル接合体２０により形成されている。
【００２３】
（パネル）
図２は、パネル１０の断面図である。
図２に示すように、パネル１０は、紙面表裏方向に長手方向を有し、図２の左右方向に短手方向を有する長尺の板状部材である。パネル１０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属を、例えば押し出し成型することにより形成される。
パネル１０は、互いに向かい合う一対の主板１１，１２（第一主板１１および第二主板１２）と、第一主板１１および第二主板１２を連結する複数のリブ（中央リブ１５および一対のサイドリブ１６，１６）とを有しており、いわゆるダブルスキン構造となっている。
【００２４】
一方側（図２における上側）に配置された第一主板１１、および他方側（図２における下側）に配置された第二主板は、いずれも略矩形板状に形成されており、長手方向の長さは同一に形成されている。また、第一主板１１の短手方向の幅は、第二主板１２の短手方向の幅よりも広く形成されている。第一主板１１および第二主板１２は、所定距離だけ離間した状態で略平行に配置されている。
【００２５】
中央リブ１５および一対のサイドリブ１６，１６は、第一主板１１および第二主板１２と長手方向の長さが同一に形成されている。
中央リブ１５は、第一主板１１および第二主板１２の短手方向の略中央において、第一主板１１と第二主板１２とを接続している。
また、中央リブ１５は、第一主板１１および第二主板１２に対して略垂直に配置されている。中央リブ１５の一方側端部１５ａおよび他方側端部１５ｂは、中央リブ１５の他の部分に比べて肉厚が若干厚くなるように形成されている。これにより、中央リブ１５と第一主板１１および第二主板１２との接続部分の強度が確保されている。
【００２６】
一対のサイドリブ１６，１６は、中央リブ１５を挟んで両側において、第一主板１１と第二主板１２とを接続している。サイドリブ１６の一方側（図２における上側）端部１６ａは、第一主板１１の短手方向における縁部１１ａよりも内側に接続されている。また、サイドリブ１６の他方側（図２における下側）端部１６ｂは、第二主板１２の短手方向における縁部１２ａに接続されている。
一対のサイドリブ１６，１６は、他方側から一方側（図２における下側から上側）に向かって、中央リブ１５から離反するように傾斜して配置されている。サイドリブ１６の一方側端部１６ａおよび他方側端部１６ｂは、サイドリブ１６の他の部分に比べて肉厚が若干厚くなるように形成されており、サイドリブ１６と第一主板１１および第二主板１２との接続部分の強度が確保されている。
【００２７】
一対のサイドリブ１６，１６と第二主板１２との接続部分の他方側（図２における下側）には、第二主板１２の外表面よりも一方側（図２における上側）に一段凹んだ段差部１８，１８が形成されている。段差部１８，１８の段差面１８ａ，１８ａには、後述する連結板部材３０の短手方向の側縁３０ａ，３０ａが配置される。
【００２８】
（パネル接合体）
図３は、第一実施形態のパネル接合体２０の断面図である。
図３に示すように、パネル接合体２０は、複数のパネル１０を、パネル１０の短手方向に並べ、隣接するパネル１０，１０同士を溶接により接合することで形成される。
具体的には、隣接するパネル１０，１０の一方側（図３における上側）は、第一主板１１，１１におけるそれぞれの第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａを付き合わせた状態で、例えば摩擦攪拌接合等の溶接方法により接合している。また、隣接するパネル１０，１０の他方側（図３における下側）は、第二主板１２，１２間に連結板部材３０が配置されており、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと、第二主板１２，１２の縁部１２ａ，１２ａに形成された段差部１８，１８とを、例えばＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接やＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接等の溶接方法により接合している。
【００２９】
なお、上記においては、第一主板１１同士を摩擦攪拌接合により、第二主板１２と連結板部材３０とをＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等により、それぞれ溶接接合することを例に挙げているが、逆の組み合わせとしても良く、両方とも同様の溶接方法で実施しても良く、または、上記例以外の他の溶接方法を適用しても良い。
【００３０】
（連結板部材）
図３に示すように、連結板部材３０は、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５を有する断面視略Ｕ字状の板状部材であり、第一主板１１および第二主板１２と長手方向の長さが同一に形成されている。連結板部材３０の板厚は、第一主板１１および第二主板１２の板厚と略同一に形成される。なお、凹部３５は連結板部材３０の一部に位置してもよい。つまり、連結板部材３０の一部のみが断面視略Ｕ字状であってもよい。
【００３１】
連結板部材３０は、段差面１８ａ，１８ａと当接可能な側縁３０ａ，３０ａと、短手方向の略中央において第二主板１２よりも一方側（図３における上側）に形成された平坦部３２と、平坦部３２を挟んで短手方向の両側に形成されて側縁３０ａ，３０ａと平坦部３２とを滑らかに接続する湾曲部３１，３１と、により形成されている。なお、平坦部３２と湾曲部３１，３１とにより凹部３５が形成される。
【００３２】
（連結部）
上述のように、隣接するパネル１０，１０は、第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａの接合部（以下「第一接合部」という。）７と、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと第二主板１２，１２との接合部（以下「第二接合部」という。）８と、により連結される。そして、隣接するパネル１０，１０の第一主板１１，１１、サイドリブ１６，１６、および連結板部材３０で囲まれた領域が、隣接するパネル１０，１０を連結する連結部９となっている。
【００３３】
ここで、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと、第二主板１２，１２の段差部１８，１８とを溶接したとき、溶接時の熱により溶接歪が発生する。しかし、連結部９を構成する連結板部材３０には、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５が形成されているので、連結部９に短手方向に沿って圧縮荷重または引張荷重が発生しても、応力が集中すること無く連結板部材３０が弾性変形する。すなわち、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面に作用する圧縮荷重または引張荷重に対する降伏荷重（以下「曲げ降伏荷重」という。）は、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定される。
これにより、連結部９が良好に弾性変形して溶接歪を吸収するので、パネル接合体２０を形成したときに、溶接時の溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が確実に低減される。さらに、溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が発生しても、連結板部材３０を選択的に塑性変形させてパネル接合体２０の変形を矯正できる。
【００３４】
なお、連結板部材３０の板厚は、第一主板１１および第二主板１２の板厚よりも薄く形成してもよい。これにより、連結板部材３０がさらに容易に弾性変形できるので、溶接歪に起因する変形を低減できる。連結板部材３０の板厚は、連結板部材３０に要求される強度に応じて適宜設定される。
【００３５】
（第一実施形態の第一変形例）
図４は、第一実施形態の第一変形例に係るパネル接合体２０の断面図である。
実施形態のパネル接合体２０では、連結板部材３０の凹部３５が、短手方向の略中央において第二主板１２よりも一方側に形成された平坦部３２と、側縁３０ａ，３０ａと平坦部３２とを滑らかに接続する湾曲部３１，３１とにより形成されていた。これに対して、実施形態の第一変形例では、連結板部材３０の凹部３５が、所定の曲げＲで第一主板１１に向かって凹んで形成されている点で、実施形態のパネル接合体２０と異なっている。なお、実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００３６】
図４に示すように、第一実施形態の第一変形例に係る連結板部材３０は、短手方向の略中央において一方側（図４における上側）に凹んだ凹部３５と、凹部３５を挟んで短手方向の両側に形成された平面部３３とにより形成されている。凹部３５は、所定の曲げＲで第一主板１１に向かって凹んだ底部３５ａと、底部３５ａを挟んで短手方向の両側に形成されて底部３５ａと平面部３３とを滑らかに接続する接続部３５ｂとを有している。これにより、連結板部材３０が弾性変形したときに、特定箇所に応力が集中するのを抑制している。
【００３７】
（第一実施形態の第二変形例）
図５は、第一実施形態の第二変形例に係るパネル接合体の断面図である。
実施形態の第二変形例では、凹部３５が複数形成されている点で第一実施形態および第一変形例に係るパネル接合体２０と異なっている。
図５示すように、第一実施形態の第二変形例に係る連結板部材３０は、凹部３５が短手方向に複数並んで形成されている。隣り合う凹部３５は、底部３５ａを挟んで短手方向の両側に形成された接続部３５ｂにより滑らかに接続されている。このように、連結板部材３０は、複数の底部３５ａと接続部３５ｂとにより、断面視略蛇腹状に形成される。なお、底部３５ａの曲げＲと、接続部３５ｂの曲げＲとは略同一の大きさに形成されるのが望ましい。これにより、連結板部材３０が弾性変形したときに、特定箇所に応力が集中するのを抑制している。
【００３８】
（第一実施形態および第一実施形態の各変形例の効果）
本実施形態および各変形例によれば、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重を、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定しているので、パネル１０を溶接により接合する際に溶接歪が発生しても、連結部９が弾性変形して溶接歪を吸収できる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接歪に起因する変形を低減できる。
また、仮にパネル接合体２０が溶接歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部９のみに曲げ加工を施す等して簡単に変形を矯正できる。
【００３９】
また、本実施形態および各変形例によれば、連結部９を構成する連結板部材３０に凹部３５を形成することで、溶接時に連結部９に歪が発生しても連結板部材３０が弾性変形することにより、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材３０の凹部３５により、パネル１０の曲げ降伏荷重に対して、連結部９の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該凹部３５が、当該連結板部材３０が溶接される第二主板１２と反対側の第一主板１１に向かって凹んでいることで、凹部３５で連結板部材３０を塑性変形させるようにして、溶接時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
【００４０】
（第一実施形態のパネル接合体の製造方法）
続いて、上述した第一実施形態のパネル接合体２０の製造工程について、フローチャートを用いて説明をする。
図６は、パネル接合体２０の製造工程のフローチャートである。
図６に示すように、パネル接合体２０の製造工程は、第一接合工程Ｓ１０と、第二接合工程Ｓ２０と、矯正工程Ｓ３０とを備えている。以下に、各製造工程の詳細について説明をする。
【００４１】
（第一接合工程）
図７は、第一接合工程Ｓ１０の説明図である。なお、図７のパネル１０は、図３に対して天地が逆転して図示されている。
図７に示すように、第一接合工程Ｓ１０では、隣接するパネル１０の第一主板１１同士を、摩擦攪拌接合により溶接する。これにより、第一主板１１，１１の境界に第一接合部７（図３参照）が形成される。なお、第一接合工程Ｓ１０における溶接方法は摩擦攪拌接合に限定されることは無く、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等の溶接方法であってもよい。ただし、摩擦攪拌接合は、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等と比較して、接合部分の外観をきれいに形成できる。したがって、摩擦攪拌接合は、溶接後に第一主板１１の表面に樹脂材を塗布した後研磨加工したり塗装したりする必要がない点で優位性がある。
【００４２】
第一接合工程Ｓ１０は、具体的には以下の手順で行われる。まず、複数のパネル１０の第一主板１１を、図７における下側に配置された作業台（不図示）に載置し、隣接する第一主板１１の縁部１１ａを付き合わせて配置する。続いて、回転ツール４０を回転させつつ、他方側から一方側（図７における上側から下側）に向けて、回転ツール４０を第一主板１１に押圧する。なお、第一主板１１を作業台に載置することで、回転ツール４０の押圧力を効果的に受けることができる。
【００４３】
続いて、プローブ部４０ａを第一主板１１に挿入し、ショルダー面４０ｂを第一主板１１の表面に接触させた状態で、この回転ツール４０を第一主板１１の縁部１１ａ（すなわち接合線）に沿って移動させる。これにより、隣接する第一主板１１の縁部１１ａ同士が摩擦熱で溶融して摩擦攪拌接合される。以上で、第一接合工程Ｓ１０が終了する。
【００４４】
（第二接合工程）
図８は、第二接合工程Ｓ２０の説明図である。なお、図８では、パネル接合体２０に発生する溶接歪を誇張して表現している。
図８に示すように、第二接合工程Ｓ２０では、複数のパネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれと、第二主板１２，１２間に配置された連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａ，３０ａとを、ＴＩＧ溶接で溶接する。これにより、第二主板１２と連結板部材３０との境界に第二接合部８（図３参照）が形成される。なお、第二接合工程Ｓ２０における溶接方法はＴＩＧ溶接に限定されることは無く、摩擦攪拌接合であってもよい。ただし、摩擦攪拌接合は、回転ツール４０の押圧力を受けるための作業台が必要となる。ここで、第二主板１２，１２の一方側（図８における下側）には、第一主板１１、中央リブ１５およびサイドリブ１６が存在しており、第二主板１２，１２の一方側を作業台に載置するのが困難である。したがって、第二接合工程Ｓ２０では、作業性の観点から、ＴＩＧ溶接により第二主板１２，１２と連結板部材３０とを溶接している。
【００４５】
第二接合工程Ｓ２０は、具体的には以下の手順で行われる。
まず、複数のパネル１０の第二主板１２，１２間に、連結板部材３０を配置する。このとき、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａを、第二主板１２の縁部１２ａ，１２ａに形成された段差部１８，１８の段差面１８ａ，１８ａに当接させて配置する。
【００４６】
続いて、不図示のＴＩＧトーチおよびロウ材を、第二主板１２の一方（例えば、図８における右側）の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａに近接させ、ＴＩＧトーチでロウ材を溶融させる。そして、第二主板１２の一方の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａに沿ってロウ付けを行い溶接する。続いて、第二主板１２の他方（例えば、図８における左側）の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａを同様に溶接する。これにより、第二主板１２，１２間に連結板部材３０が接合され、連結部９を有するパネル接合体２０が形成される。以上で、第二接合工程Ｓ２０が終了する。
【００４７】
ここで、ＴＩＧ溶接時の熱による母材の膨張や溶接後の冷却硬化による母材の収縮等により、連結部９に圧縮荷重または引張荷重が発生する。そして、図８に示すように、例えば連結部９を挟んで両側のパネル１０が他方側（図８における上側）に反り返って、パネル接合体２０に歪が発生する。
しかし、連結部９を構成する連結板部材３０には、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５が形成されているので、連結部９に圧縮荷重または引張荷重が発生しても、応力が集中すること無く連結板部材３０が弾性変形する。このように、連結部９が良好に弾性変形して、第二接合工程Ｓ２０における溶接歪を吸収するので、溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が確実に低減される。
【００４８】
（パネル接合体２０の変形量の判断）
第二接合工程Ｓ２０の後、目視確認等によりパネル接合体２０の変形量を確認する（Ｓ２５）。パネル接合体２０の変形量が規定値以上であると判断された場合（Ｓ２５でＹＥＳと判断された場合）には、パネル接合体２０の変形を矯正する矯正工程Ｓ３０を行う。なお、パネル接合体２０の変形量が規定値未満であると判断された場合（Ｓ２５でＮＯと判断された場合）には、パネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００４９】
（矯正工程）
図９は、矯正工程Ｓ３０の説明図である。
図９に示すように、矯正工程Ｓ３０では、連結部９に曲げ加工を施す等してパネル接合体２０の変形を矯正する。
具体的には、パネル１０の反り方向とは反対方向（図９における上側から下側）に不図示のベンダー等で機械的な荷重Ｆを加えて変形を矯正する方法や、不図示のハンマー等で機械的な荷重Ｆを加えて変形を矯正する方法、不図示のバーナーで加熱して変形を矯正する方法、これら各方法を組み合わせる方法等が考えられる。変形を矯正した時点で矯正工程Ｓ３０が終了し、以上でパネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００５０】
（効果）
本実施形態によれば、第二接合工程Ｓ２０で第二主板１２，１２と連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａとを接合したときに、連結部９を構成する連結板部材３０が弾性変形することで、ＴＩＧ溶接により発生する溶接歪を吸収できる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接歪に起因する変形を低減できる。
また、矯正工程Ｓ３０を備えているので、仮にパネル接合体２０が溶接歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部９のみに曲げ加工を施す等して連結板部材３０を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００５１】
（第二実施形態のパネル接合体）
続いて、第二実施形態のパネル接合体について説明する。
図１０は、第二実施形態の連結板部材３０の平面図である。
第一実施形態のパネル接合体２０では、連結板部材３０に凹部３５を形成することにより、連結部９における曲げ降伏荷重をパネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定していた。これに対して、第二実施形態では、連結板部材３０に貫通孔３７を形成することにより、連結部９における曲げ降伏荷重をパネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定している点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
図１０に示すように、第二実施形態の連結板部材３０は、略真円形状の貫通孔３７が、連結板部材３０の短手方向（図１０における上下方向）の略中央において、連結板部材３０の長手方向（図１０における左右方向）に沿って並んで複数形成されている。貫通孔３７を形成することにより、連結板部材３０の強度を低下させて容易に弾性変形できるようにしている。
【００５２】
（第二実施形態の第一〜第四変形例のパネル接合体）
図１１〜図１４は、第二実施形態の第一〜第四変形例の連結板部材３０の平面図である。
図１１〜図１４の各変形例に示すように、貫通孔３７の開口面積および個数は、連結板部材３０に要求される強度に応じて適宜設定が可能である。
【００５３】
図１１に示すように、第二実施形態の第一変形例では、略真円形状の貫通孔３７が、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで形成されており、さらに連結板部材３０の短手方向に三列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５４】
図１２に示すように、第二実施形態の第二変形例では、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔３７が複数形成されている。貫通孔３７は、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで形成されており、さらに連結板部材３０の短手方向に二列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５５】
図１３に示すように、第二実施形態の第三変形例では、上述した第二変形例の貫通孔３７が、連結板部材３０の短手方向に三列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５６】
図１４に示すように、第二実施形態の第四変形例では、連結板部材３０の短手方向に沿って長辺３７ａを有し、連結板部材３０の長手方向に沿って短辺３７ｂを有する略長方形状の貫通孔３７が複数形成されている。貫通孔３７の短辺３７ｂは、連結板部材３０の短手方向の外側に膨出して湾曲形成されており、連結板部材３０が変形した時の応力の集中を抑制している。貫通孔３７は、連結板部材３０の短手方向の略中央において、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで複数形成されている。
【００５７】
（第二実施形態および第二実施形態の各変形例の効果）
第二実施形態および第二実施形態の各変形例によれば、連結部９を構成する連結板部材３０に貫通孔３７を形成することで、連結板部材３０の強度を下げることができる。これにより、溶接時に連結部９に歪が発生しても、連結板部材３０が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材３０の貫通孔３７により、パネル１０の曲げ降伏荷重に対して、連結部９の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該貫通孔３７を形成することにより、貫通孔３７を形成しない場合よりも連結板部材３０の断面積が小さくなるので、連結板部材３０の貫通孔３７周辺を塑性変形させるようにして、溶接時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材３０に形成する貫通孔３７の位置や個数を適宜設定することで、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００５８】
なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５９】
パネル１０の形状は、各実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、リブの本数は各実施形態および各変形例に限定されることはなく、更に多くのリブを備えていてもよい。
【００６０】
連結板部材３０の形状は、各実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、第一実施形態の連結板部材３０の形状と第二実施形態の連結板部材３０の形状とを組み合わせてもよい。具体的には、貫通孔３７を有する連結板部材３０に凹部を形成してもよい。
また、貫通孔３７の形状は、第二実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、貫通孔３７は、円形状や楕円形状に限定されず、平面視略十字形状に形成されていてもよい。
【００６１】
また、第二実施形態の第二変形例および第三変形例では、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔３７が形成されていた。しかし、例えば、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔と、連結板部材３０の短手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔と、を組み合わせてもよい。
【００６２】
溶接方法について、第一接合工程Ｓ１０では摩擦攪拌接合を採用し、第二接合工程Ｓ２０ではＴＩＧ溶接を採用したが、逆の組み合わせとしても良く、両方とも同様の溶接方法で実施しても良く、または、上記例以外の他の溶接方法を適用しても良い。
【００６３】
第一実施形態では、パネル接合体２０を鉄道車両１の車体フレーム５に採用しているが、車両は鉄道車両１に限定されない。また、車両以外の構造体にも、本発明のパネル接合体２０を採用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：鉄道車両（車両） ５：車体フレーム １０：パネル １１：第一主板（一方側の主板） １１ａ：第一主板の縁部（縁部） １２：第二主板（他方側の主板） １２ａ：第二主板の縁部（縁部） １５：中央リブ（リブ） １６：サイドリブ（リブ） ２０：パネル接合体 ３０：連結板部材 ３０ａ：側縁 ３５：凹部 ３７：貫通孔 Ｓ１０：第一接合工程 Ｓ２０：第二接合工程 Ｓ３０：矯正工程
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パネル接合体、パネル接合体の製造方法およびパネル接合体を備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄道車両等の車体フレームは、屋根構体と、互いに向かい合う側構体と、床構体とを相互に接合して製造される。車体フレームを構成する屋根構体、側構体および床構体の各構体は、ダブルスキンと呼ばれる長尺中空構造のパネルを、パネルの短手方向に複数接合して形成される場合がある。
【０００３】
特許文献１には、中空構造型材および中空構造型材を接合して形成された構造物について記載されている。
特許文献１に記載の中空構造型材は、対向する２つの板と前記両板を接続支持する複数のリブ板とにより形成されている。対向する２つの板のうち一の板は他の板よりも先端が短く形成されており、隣接する中空構造型材の一の板間には継手板が配置されている。構造物は、２つの中空構造型材の他の板同士を接合した後、継手板と一の板とを接合して形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構造物および構造物の製造方法には、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、接合体を構成するパネルである中空構造型材の一の板と継手板とを接合する過程で、溶接時の熱による膨張や、接合部が溶融後冷却硬化する際の収縮により、接合される中空構造型材相互間に溶接歪が生じる。このため、中空構造型材を接合して形成された構造物の表面に撓み等の変形が生じ、所望の形状に形成できないおそれがある。また、構造物の表面の変形は、美観上も好ましくない。
【０００６】
このため、撓んだ構造物を加熱して歪取りを行うことで構造物の変形を矯正することが考えられるが、矯正工程が煩雑である。さらに、構造物の表面の変形による美観上の問題を解消するために、構造物の表面に樹脂材を塗布した後研磨加工および塗装を行うことが考えられる。しかしながら、近年では、製造過程における環境対策や低コスト化の観点から、中空構造型材の矯正工程後に行われる塗装工程を削除する要望がある。特に、交通システム車両の車体は大型の構造物であるため、発生する変形の矯正に時間がかかり、塗装に要する塗料の量が多い。このため、溶接歪に起因する構造物の変形そのものの低減が特に望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な構造により接合時の歪に起因する変形を低減できるとともに、変形が生じても簡単に変形を矯正できるパネル接合体、このパネル接合体の製造方法およびこのパネル接合体を備えた車両の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明のパネル接合体は、並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体であって、前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、前記連結部は、隣接する前記パネルの一方側の主板同士が接合されるとともに、前記パネルの他方側の主板のそれぞれが、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁と接合されて形成され、前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さいことを特徴としている。
【０００９】
ここで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重とは、連結部の縁部に沿う断面に曲げモーメントにより作用する圧縮荷重または引張荷重に対する降伏荷重をいう。
本発明によれば、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重をパネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定しているので、パネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、連結部が弾性変形して歪を吸収できる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を低減できる。
また、仮にパネル接合体が接合時の歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部のみに曲げ加工を施す等して簡単に変形を矯正できる。
【００１０】
また、前記連結板部材は、前記一方側の主板に向かって凹んだ凹部を有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材に凹部を形成することで、接合時に連結部に歪が発生しても連結板部材が弾性変形することにより、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材の凹部により、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該凹部が、当該連結板部材が接合される他方側の主板と反対側の一方側の主板に向かって凹んでいることで、凹部で連結板部材を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
【００１２】
また、前記連結板部材は、貫通孔を有していることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材に貫通孔を形成することで、連結板部材の強度を下げることができる。これにより、接合時に連結部に歪が発生しても、連結板部材が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材の貫通孔により、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該貫通孔を形成することにより、貫通孔を形成しない場合よりも連結板部材の断面積が小さくなるので、連結板部材の貫通孔周辺を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材に形成する貫通孔の位置や個数を適宜設定することで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００１４】
また、前記連結板部材の板厚は、前記一方側の主板の板厚よりも薄く形成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、連結部を構成する連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することで、連結板部材の強度を下げることができる。これにより、接合時に連結部に歪が発生しても、連結板部材が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することで、パネルの曲げ降伏荷重に対して、連結部の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、連結板部材を一方側の主板の板厚よりも薄く形成することにより、連結板部材の断面積が小さくなるので、連結板部材の貫通孔周辺を塑性変形させるようにして、接合時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材の板厚を適宜設定することで、連結部の縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００１６】
また、本発明のパネル接合体の製造方法は、並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体の製造方法であって、前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定され、隣接する前記パネルの一方側の主板同士を接合する第一接合工程と、前記パネルの他方側の主板のそれぞれと、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを接合する第二接合工程と、前記第一接合工程および前記第二接合工程の後、前記パネル接合体の変形を矯正する矯正工程と、を備えていることを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、第二接合工程で他方側の主板と連結板部材の側縁とを接合したときに、連結部を構成する連結板部材が弾性変形することで、溶接等により接合する際に発生する歪を吸収できる。したがって、パネル接合体を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を低減できる。
また、矯正工程を備えているので、仮にパネル接合体が接合時の歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部のみに曲げ加工を施す等して連結板部材を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００１８】
また、本発明の車両は、上述したパネル接合体で形成された車体フレームを備えていることを特徴としている。
【００１９】
本発明によれば、上述のパネル接合体で形成された車体フレームを備えているので、精度良くかつ低コストな車両を製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡単な構造により接合時の歪に起因する変形を低減できるとともに、変形が生じても簡単に変形を矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第一実施形態のパネル接合体を備えた鉄道車両の断面斜視図である。
【図２】第一実施形態のパネルの断面図である。
【図３】第一実施形態のパネル接合体の断面図である。
【図４】第一実施形態の第一変形例に係るパネル接合体の断面図である。
【図５】第一実施形態の第二変形例に係るパネル接合体の断面図である。
【図６】パネル接合体の製造工程の説明図である。
【図７】第一接合工程の説明図である。
【図８】第二接合工程の説明図である。
【図９】矯正工程の説明図である。
【図１０】第二実施形態の連結板部材の平面図である。
【図１１】第二実施形態の第一変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１２】第二実施形態の第二変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１３】第二実施形態の第三変形例に係る連結板部材の平面図である。
【図１４】第二実施形態の第四変形例に係る連結板部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第一実施形態）
以下に、第一実施形態のパネル接合体２０について説明をする。
図１は、鉄道車両１の斜視断面図である。
図１に示すように、鉄道車両１は、例えば、屋根構体２と、互いに向かい合う複数対の側構体３と、床構体４とで構成された車体フレーム５を備えている。
屋根構体２、側構体３および床構体４は、いずれも長尺のパネル１０をパネル１０の短手方向に複数接合したパネル接合体２０により形成されている。
【００２３】
（パネル）
図２は、パネル１０の断面図である。
図２に示すように、パネル１０は、紙面表裏方向に長手方向を有し、図２の左右方向に短手方向を有する長尺の板状部材である。パネル１０は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属を、例えば押し出し成型することにより形成される。
パネル１０は、互いに向かい合う一対の主板１１，１２（第一主板１１および第二主板１２）と、第一主板１１および第二主板１２を連結する複数のリブ（中央リブ１５および一対のサイドリブ１６，１６）とを有しており、いわゆるダブルスキン構造となっている。
【００２４】
一方側（図２における上側）に配置された第一主板１１、および他方側（図２における下側）に配置された第二主板は、いずれも略矩形板状に形成されており、長手方向の長さは同一に形成されている。また、第一主板１１の短手方向の幅は、第二主板１２の短手方向の幅よりも広く形成されている。第一主板１１および第二主板１２は、所定距離だけ離間した状態で略平行に配置されている。
【００２５】
中央リブ１５および一対のサイドリブ１６，１６は、第一主板１１および第二主板１２と長手方向の長さが同一に形成されている。
中央リブ１５は、第一主板１１および第二主板１２の短手方向の略中央において、第一主板１１と第二主板１２とを接続している。
また、中央リブ１５は、第一主板１１および第二主板１２に対して略垂直に配置されている。中央リブ１５の一方側端部１５ａおよび他方側端部１５ｂは、中央リブ１５の他の部分に比べて肉厚が若干厚くなるように形成されている。これにより、中央リブ１５と第一主板１１および第二主板１２との接続部分の強度が確保されている。
【００２６】
一対のサイドリブ１６，１６は、中央リブ１５を挟んで両側において、第一主板１１と第二主板１２とを接続している。サイドリブ１６の一方側（図２における上側）端部１６ａは、第一主板１１の短手方向における縁部１１ａよりも内側に接続されている。また、サイドリブ１６の他方側（図２における下側）端部１６ｂは、第二主板１２の短手方向における縁部１２ａに接続されている。
一対のサイドリブ１６，１６は、他方側から一方側（図２における下側から上側）に向かって、中央リブ１５から離反するように傾斜して配置されている。サイドリブ１６の一方側端部１６ａおよび他方側端部１６ｂは、サイドリブ１６の他の部分に比べて肉厚が若干厚くなるように形成されており、サイドリブ１６と第一主板１１および第二主板１２との接続部分の強度が確保されている。
【００２７】
一対のサイドリブ１６，１６と第二主板１２との接続部分の他方側（図２における下側）には、第二主板１２の外表面よりも一方側（図２における上側）に一段凹んだ段差部１８，１８が形成されている。段差部１８，１８の段差面１８ａ，１８ａには、後述する連結板部材３０の短手方向の側縁３０ａ，３０ａが配置される。
【００２８】
（パネル接合体）
図３は、第一実施形態のパネル接合体２０の断面図である。
図３に示すように、パネル接合体２０は、複数のパネル１０を、パネル１０の短手方向に並べ、隣接するパネル１０，１０同士を溶接により接合することで形成される。
具体的には、隣接するパネル１０，１０の一方側（図３における上側）は、第一主板１１，１１におけるそれぞれの第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａを付き合わせた状態で、例えば摩擦攪拌接合等の溶接方法により接合している。また、隣接するパネル１０，１０の他方側（図３における下側）は、第二主板１２，１２間に連結板部材３０が配置されており、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと、第二主板１２，１２の縁部１２ａ，１２ａに形成された段差部１８，１８とを、例えばＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接やＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接等の溶接方法により接合している。
【００２９】
なお、上記においては、第一主板１１同士を摩擦攪拌接合により、第二主板１２と連結板部材３０とをＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等により、それぞれ溶接接合することを例に挙げているが、逆の組み合わせとしても良く、両方とも同様の溶接方法で実施しても良く、または、上記例以外の他の溶接方法を適用しても良い。
【００３０】
（連結板部材）
図３に示すように、連結板部材３０は、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５を有する断面視略Ｕ字状の板状部材であり、第一主板１１および第二主板１２と長手方向の長さが同一に形成されている。連結板部材３０の板厚は、第一主板１１および第二主板１２の板厚と略同一に形成される。なお、凹部３５は連結板部材３０の一部に位置してもよい。つまり、連結板部材３０の一部のみが断面視略Ｕ字状であってもよい。
【００３１】
連結板部材３０は、段差面１８ａ，１８ａと当接可能な側縁３０ａ，３０ａと、短手方向の略中央において第二主板１２よりも一方側（図３における上側）に形成された平坦部３２と、平坦部３２を挟んで短手方向の両側に形成されて側縁３０ａ，３０ａと平坦部３２とを滑らかに接続する湾曲部３１，３１と、により形成されている。なお、平坦部３２と湾曲部３１，３１とにより凹部３５が形成される。
【００３２】
（連結部）
上述のように、隣接するパネル１０，１０は、第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａの接合部（以下「第一接合部」という。）７と、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと第二主板１２，１２との接合部（以下「第二接合部」という。）８と、により連結される。そして、隣接するパネル１０，１０の第一主板１１，１１、サイドリブ１６，１６、および連結板部材３０で囲まれた領域が、隣接するパネル１０，１０を連結する連結部９となっている。
【００３３】
ここで、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと、第二主板１２，１２の段差部１８，１８とを溶接したとき、溶接時の熱により溶接歪が発生する。しかし、連結部９を構成する連結板部材３０には、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５が形成されているので、連結部９に短手方向に沿って圧縮荷重または引張荷重が発生しても、応力が集中すること無く連結板部材３０が弾性変形する。すなわち、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面に作用する圧縮荷重または引張荷重に対する降伏荷重（以下「曲げ降伏荷重」という。）は、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定される。
これにより、連結部９が良好に弾性変形して溶接歪を吸収するので、パネル接合体２０を形成したときに、溶接時の溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が確実に低減される。さらに、溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が発生しても、連結板部材３０を選択的に塑性変形させてパネル接合体２０の変形を矯正できる。
【００３４】
なお、連結板部材３０の板厚は、第一主板１１および第二主板１２の板厚よりも薄く形成してもよい。これにより、連結板部材３０がさらに容易に弾性変形できるので、溶接歪に起因する変形を低減できる。連結板部材３０の板厚は、連結板部材３０に要求される強度に応じて適宜設定される。
【００３５】
（第一実施形態の第一変形例）
図４は、第一実施形態の第一変形例に係るパネル接合体２０の断面図である。
実施形態のパネル接合体２０では、連結板部材３０の凹部３５が、短手方向の略中央において第二主板１２よりも一方側に形成された平坦部３２と、側縁３０ａ，３０ａと平坦部３２とを滑らかに接続する湾曲部３１，３１とにより形成されていた。これに対して、実施形態の第一変形例では、連結板部材３０の凹部３５が、所定の曲げＲで第一主板１１に向かって凹んで形成されている点で、実施形態のパネル接合体２０と異なっている。なお、実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
【００３６】
図４に示すように、第一実施形態の第一変形例に係る連結板部材３０は、短手方向の略中央において一方側（図４における上側）に凹んだ凹部３５と、凹部３５を挟んで短手方向の両側に形成された平面部３３とにより形成されている。凹部３５は、所定の曲げＲで第一主板１１に向かって凹んだ底部３５ａと、底部３５ａを挟んで短手方向の両側に形成されて底部３５ａと平面部３３とを滑らかに接続する接続部３５ｂとを有している。これにより、連結板部材３０が弾性変形したときに、特定箇所に応力が集中するのを抑制している。
【００３７】
（第一実施形態の第二変形例）
図５は、第一実施形態の第二変形例に係るパネル接合体の断面図である。
実施形態の第二変形例では、凹部３５が複数形成されている点で第一実施形態および第一変形例に係るパネル接合体２０と異なっている。
図５示すように、第一実施形態の第二変形例に係る連結板部材３０は、凹部３５が短手方向に複数並んで形成されている。隣り合う凹部３５は、底部３５ａを挟んで短手方向の両側に形成された接続部３５ｂにより滑らかに接続されている。このように、連結板部材３０は、複数の底部３５ａと接続部３５ｂとにより、断面視略蛇腹状に形成される。なお、底部３５ａの曲げＲと、接続部３５ｂの曲げＲとは略同一の大きさに形成されるのが望ましい。これにより、連結板部材３０が弾性変形したときに、特定箇所に応力が集中するのを抑制している。
【００３８】
（第一実施形態および第一実施形態の各変形例の効果）
本実施形態および各変形例によれば、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａ，１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重を、パネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定しているので、パネル１０を溶接により接合する際に溶接歪が発生しても、連結部９が弾性変形して溶接歪を吸収できる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接歪に起因する変形を低減できる。
また、仮にパネル接合体２０が溶接歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部９のみに曲げ加工を施す等して簡単に変形を矯正できる。
【００３９】
また、本実施形態および各変形例によれば、連結部９を構成する連結板部材３０に凹部３５を形成することで、溶接時に連結部９に歪が発生しても連結板部材３０が弾性変形することにより、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材３０の凹部３５により、パネル１０の曲げ降伏荷重に対して、連結部９の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該凹部３５が、当該連結板部材３０が溶接される第二主板１２と反対側の第一主板１１に向かって凹んでいることで、凹部３５で連結板部材３０を塑性変形させるようにして、溶接時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
【００４０】
（第一実施形態のパネル接合体の製造方法）
続いて、上述した第一実施形態のパネル接合体２０の製造工程について、フローチャートを用いて説明をする。
図６は、パネル接合体２０の製造工程のフローチャートである。
図６に示すように、パネル接合体２０の製造工程は、第一接合工程Ｓ１０と、第二接合工程Ｓ２０と、矯正工程Ｓ３０とを備えている。以下に、各製造工程の詳細について説明をする。
【００４１】
（第一接合工程）
図７は、第一接合工程Ｓ１０の説明図である。なお、図７のパネル１０は、図３に対して天地が逆転して図示されている。
図７に示すように、第一接合工程Ｓ１０では、隣接するパネル１０の第一主板１１同士を、摩擦攪拌接合により溶接する。これにより、第一主板１１，１１の境界に第一接合部７（図３参照）が形成される。なお、第一接合工程Ｓ１０における溶接方法は摩擦攪拌接合に限定されることは無く、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等の溶接方法であってもよい。ただし、摩擦攪拌接合は、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等と比較して、接合部分の外観をきれいに形成できる。したがって、摩擦攪拌接合は、溶接後に第一主板１１の表面に樹脂材を塗布した後研磨加工したり塗装したりする必要がない点で優位性がある。
【００４２】
第一接合工程Ｓ１０は、具体的には以下の手順で行われる。まず、複数のパネル１０の第一主板１１を、図７における下側に配置された作業台（不図示）に載置し、隣接する第一主板１１の縁部１１ａを付き合わせて配置する。続いて、回転ツール４０を回転させつつ、他方側から一方側（図７における上側から下側）に向けて、回転ツール４０を第一主板１１に押圧する。なお、第一主板１１を作業台に載置することで、回転ツール４０の押圧力を効果的に受けることができる。
【００４３】
続いて、プローブ部４０ａを第一主板１１に挿入し、ショルダー面４０ｂを第一主板１１の表面に接触させた状態で、この回転ツール４０を第一主板１１の縁部１１ａ（すなわち接合線）に沿って移動させる。これにより、隣接する第一主板１１の縁部１１ａ同士が摩擦熱で溶融して摩擦攪拌接合される。以上で、第一接合工程Ｓ１０が終了する。
【００４４】
（第二接合工程）
図８は、第二接合工程Ｓ２０の説明図である。なお、図８では、パネル接合体２０に発生する溶接歪を誇張して表現している。
図８に示すように、第二接合工程Ｓ２０では、複数のパネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれと、第二主板１２，１２間に配置された連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａ，３０ａとを、ＴＩＧ溶接で溶接する。これにより、第二主板１２と連結板部材３０との境界に第二接合部８（図３参照）が形成される。なお、第二接合工程Ｓ２０における溶接方法はＴＩＧ溶接に限定されることは無く、摩擦攪拌接合であってもよい。ただし、摩擦攪拌接合は、回転ツール４０の押圧力を受けるための作業台が必要となる。ここで、第二主板１２，１２の一方側（図８における下側）には、第一主板１１、中央リブ１５およびサイドリブ１６が存在しており、第二主板１２，１２の一方側を作業台に載置するのが困難である。したがって、第二接合工程Ｓ２０では、作業性の観点から、ＴＩＧ溶接により第二主板１２，１２と連結板部材３０とを溶接している。
【００４５】
第二接合工程Ｓ２０は、具体的には以下の手順で行われる。
まず、複数のパネル１０の第二主板１２，１２間に、連結板部材３０を配置する。このとき、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａを、第二主板１２の縁部１２ａ，１２ａに形成された段差部１８，１８の段差面１８ａ，１８ａに当接させて配置する。
【００４６】
続いて、不図示のＴＩＧトーチおよびロウ材を、第二主板１２の一方（例えば、図８における右側）の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａに近接させ、ＴＩＧトーチでロウ材を溶融させる。そして、第二主板１２の一方の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａに沿ってロウ付けを行い溶接する。続いて、第二主板１２の他方（例えば、図８における左側）の縁部１２ａおよび連結板部材３０の側縁３０ａを同様に溶接する。これにより、第二主板１２，１２間に連結板部材３０が接合され、連結部９を有するパネル接合体２０が形成される。以上で、第二接合工程Ｓ２０が終了する。
【００４７】
ここで、ＴＩＧ溶接時の熱による母材の膨張や溶接後の冷却硬化による母材の収縮等により、連結部９に圧縮荷重または引張荷重が発生する。そして、図８に示すように、例えば連結部９を挟んで両側のパネル１０が他方側（図８における上側）に反り返って、パネル接合体２０に歪が発生する。
しかし、連結部９を構成する連結板部材３０には、第一主板１１に向かって凹んだ凹部３５が形成されているので、連結部９に圧縮荷重または引張荷重が発生しても、応力が集中すること無く連結板部材３０が弾性変形する。このように、連結部９が良好に弾性変形して、第二接合工程Ｓ２０における溶接歪を吸収するので、溶接歪に起因するパネル接合体２０の変形が確実に低減される。
【００４８】
（パネル接合体２０の変形量の判断）
第二接合工程Ｓ２０の後、目視確認等によりパネル接合体２０の変形量を確認する（Ｓ２５）。パネル接合体２０の変形量が規定値以上であると判断された場合（Ｓ２５でＹＥＳと判断された場合）には、パネル接合体２０の変形を矯正する矯正工程Ｓ３０を行う。なお、パネル接合体２０の変形量が規定値未満であると判断された場合（Ｓ２５でＮＯと判断された場合）には、パネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００４９】
（矯正工程）
図９は、矯正工程Ｓ３０の説明図である。
図９に示すように、矯正工程Ｓ３０では、連結部９に曲げ加工を施す等してパネル接合体２０の変形を矯正する。
具体的には、パネル１０の反り方向とは反対方向（図９における上側から下側）に不図示のベンダー等で機械的な荷重Ｆを加えて変形を矯正する方法や、不図示のハンマー等で機械的な荷重Ｆを加えて変形を矯正する方法、不図示のバーナーで加熱して変形を矯正する方法、これら各方法を組み合わせる方法等が考えられる。変形を矯正した時点で矯正工程Ｓ３０が終了し、以上でパネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００５０】
（効果）
本実施形態によれば、第二接合工程Ｓ２０で第二主板１２，１２と連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａとを接合したときに、連結部９を構成する連結板部材３０が弾性変形することで、ＴＩＧ溶接により発生する溶接歪を吸収できる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、溶接歪に起因する変形を低減できる。
また、矯正工程Ｓ３０を備えているので、仮にパネル接合体２０が溶接歪に起因して変形した場合であっても、曲げ降伏荷重の小さい連結部９のみに曲げ加工を施す等して連結板部材３０を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００５１】
（第二実施形態のパネル接合体）
続いて、第二実施形態のパネル接合体について説明する。
図１０は、第二実施形態の連結板部材３０の平面図である。
第一実施形態のパネル接合体２０では、連結板部材３０に凹部３５を形成することにより、連結部９における曲げ降伏荷重をパネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定していた。これに対して、第二実施形態では、連結板部材３０に貫通孔３７を形成することにより、連結部９における曲げ降伏荷重をパネル１０の曲げ降伏荷重よりも小さく設定している点で、第一実施形態とは異なっている。なお、第一実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
図１０に示すように、第二実施形態の連結板部材３０は、略真円形状の貫通孔３７が、連結板部材３０の短手方向（図１０における上下方向）の略中央において、連結板部材３０の長手方向（図１０における左右方向）に沿って並んで複数形成されている。貫通孔３７を形成することにより、連結板部材３０の強度を低下させて容易に弾性変形できるようにしている。
【００５２】
（第二実施形態の第一〜第四変形例のパネル接合体）
図１１〜図１４は、第二実施形態の第一〜第四変形例の連結板部材３０の平面図である。
図１１〜図１４の各変形例に示すように、貫通孔３７の開口面積および個数は、連結板部材３０に要求される強度に応じて適宜設定が可能である。
【００５３】
図１１に示すように、第二実施形態の第一変形例では、略真円形状の貫通孔３７が、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで形成されており、さらに連結板部材３０の短手方向に三列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５４】
図１２に示すように、第二実施形態の第二変形例では、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔３７が複数形成されている。貫通孔３７は、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで形成されており、さらに連結板部材３０の短手方向に二列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５５】
図１３に示すように、第二実施形態の第三変形例では、上述した第二変形例の貫通孔３７が、連結板部材３０の短手方向に三列形成されている。各列の貫通孔３７は、交互に千鳥配置されている。
【００５６】
図１４に示すように、第二実施形態の第四変形例では、連結板部材３０の短手方向に沿って長辺３７ａを有し、連結板部材３０の長手方向に沿って短辺３７ｂを有する略長方形状の貫通孔３７が複数形成されている。貫通孔３７の短辺３７ｂは、連結板部材３０の短手方向の外側に膨出して湾曲形成されており、連結板部材３０が変形した時の応力の集中を抑制している。貫通孔３７は、連結板部材３０の短手方向の略中央において、連結板部材３０の長手方向に沿って並んで複数形成されている。
【００５７】
（第二実施形態および第二実施形態の各変形例の効果）
第二実施形態および第二実施形態の各変形例によれば、連結部９を構成する連結板部材３０に貫通孔３７を形成することで、連結板部材３０の強度を下げることができる。これにより、溶接時に連結部９に歪が発生しても、連結板部材３０が弾性変形することで、当該歪を吸収することができる。したがって、パネル接合体２０を形成したときに、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、連結板部材３０の貫通孔３７により、パネル１０の曲げ降伏荷重に対して、連結部９の曲げ降伏荷重が小さく設定されている。そして、当該貫通孔３７を形成することにより、貫通孔３７を形成しない場合よりも連結板部材３０の断面積が小さくなるので、連結板部材３０の貫通孔３７周辺を塑性変形させるようにして、溶接時の歪に起因する変形を簡単に矯正できる。
特に、連結板部材３０に形成する貫通孔３７の位置や個数を適宜設定することで、連結部９における第一主板１１の縁部１１ａに沿う断面の曲げ降伏荷重を所望の値に容易に設定できる。
【００５８】
なお、この発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５９】
パネル１０の形状は、各実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、リブの本数は各実施形態および各変形例に限定されることはなく、更に多くのリブを備えていてもよい。
【００６０】
連結板部材３０の形状は、各実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、第一実施形態の連結板部材３０の形状と第二実施形態の連結板部材３０の形状とを組み合わせてもよい。具体的には、貫通孔３７を有する連結板部材３０に凹部を形成してもよい。
また、貫通孔３７の形状は、第二実施形態および各変形例の形状に限定されることはない。例えば、貫通孔３７は、円形状や楕円形状に限定されず、平面視略十字形状に形成されていてもよい。
【００６１】
また、第二実施形態の第二変形例および第三変形例では、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔３７が形成されていた。しかし、例えば、連結板部材３０の長手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔と、連結板部材３０の短手方向に沿って長軸を有する略楕円形状の貫通孔と、を組み合わせてもよい。
【００６２】
溶接方法について、第一接合工程Ｓ１０では摩擦攪拌接合を採用し、第二接合工程Ｓ２０ではＴＩＧ溶接を採用したが、逆の組み合わせとしても良く、両方とも同様の溶接方法で実施しても良く、または、上記例以外の他の溶接方法を適用しても良い。
【００６３】
第一実施形態では、パネル接合体２０を鉄道車両１の車体フレーム５に採用しているが、車両は鉄道車両１に限定されない。また、車両以外の構造体にも、本発明のパネル接合体２０を採用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：鉄道車両（車両） ５：車体フレーム １０：パネル １１：第一主板（一方側の主板） １１ａ：第一主板の縁部（縁部） １２：第二主板（他方側の主板） １２ａ：第二主板の縁部（縁部） １５：中央リブ（リブ） １６：サイドリブ（リブ） ２０：パネル接合体 ３０：連結板部材 ３０ａ：側縁 ３５：凹部 ３７：貫通孔 Ｓ１０：第一接合工程 Ｓ２０：第二接合工程 Ｓ３０：矯正工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体であって、
前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、
前記連結部は、隣接する前記パネルの一方側の主板同士が接合されるとともに、前記パネルの他方側の主板のそれぞれが、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁と接合されて形成され、
前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さいことを特徴とするパネル接合体。
【請求項２】
請求項１に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材は、前記一方側の主板に向かって凹んだ凹部を有していることを特徴とするパネル接合体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材は、貫通孔を有していることを特徴とするパネル接合体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材の板厚は、前記一方側の主板の板厚よりも薄く形成されていることを特徴とするパネル接合体。
【請求項５】
並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体の製造方法であって、
前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、
前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定され、
隣接する前記パネルの一方側の主板同士を接合する第一接合工程と、
前記パネルの他方側の主板のそれぞれと、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを接合する第二接合工程と、
前記第一接合工程および前記第二接合工程の後、前記パネル接合体の変形を矯正する矯正工程と、
を備えていることを特徴とするパネル接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のパネル接合体で形成された車体フレームを備えていることを特徴とする車両。
【請求項１】
並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体であって、
前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、
前記連結部は、隣接する前記パネルの一方側の主板同士が接合されるとともに、前記パネルの他方側の主板のそれぞれが、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁と接合されて形成され、
前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さいことを特徴とするパネル接合体。
【請求項２】
請求項１に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材は、前記一方側の主板に向かって凹んだ凹部を有していることを特徴とするパネル接合体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材は、貫通孔を有していることを特徴とするパネル接合体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のパネル接合体であって、
前記連結板部材の板厚は、前記一方側の主板の板厚よりも薄く形成されていることを特徴とするパネル接合体。
【請求項５】
並んで配置される複数のパネルの縁部間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体の製造方法であって、
前記パネルは、互いに向かい合う一対の主板と、前記主板同士を連結するリブとを有し、
前記連結部の前記縁部に沿う断面の曲げ降伏荷重が、前記パネルの曲げ降伏荷重よりも小さく設定され、
隣接する前記パネルの一方側の主板同士を接合する第一接合工程と、
前記パネルの他方側の主板のそれぞれと、前記他方側の主板間に配置された連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを接合する第二接合工程と、
前記第一接合工程および前記第二接合工程の後、前記パネル接合体の変形を矯正する矯正工程と、
を備えていることを特徴とするパネル接合体の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のパネル接合体で形成された車体フレームを備えていることを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０３６７６（Ｐ２０１３−１０３６７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０６９１（Ｐ２０１１−２５０６９１）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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