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】並んで配置される複数のパネル１０の縁部間および縁部１２ａ，１２ａ間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体２０であって、連結部は、複数のパネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれが、各パネル１０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と接合されて形成され、連結板部材３０は、第二主板１２の縁部１２ａに沿う方向に互いに離間して複数設けられていることを特徴としている。
【解決手段】並んで配置される複数のパネル１０の縁部間および縁部１２ａ，１２ａ間に、連結部を有して連結して構成されたパネル接合体２０であって、連結部は、複数のパネル１０の第二主板１２，１２のそれぞれが、各パネル１０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と接合されて形成され、連結板部材３０は、第二主板１２の縁部１２ａに沿う方向に互いに離間して複数設けら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、一般に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。
【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、前記連結部は、前記複数のパネルのそれぞれが、前記パネル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、前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に互いに離間して複数設けられていることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、パネルと各連結板部材との接合部は、パネルの縁部に沿って不連続に形成される。これにより、パネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、歪に起因する応力が途切れて各連結板部材に分散できる。さらに、複数設けられた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、連結板部材をパネルの縁部に沿う方向に不連続に設けることで、連結部の縁部に沿う断面に曲げモーメントによって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。）が、パネルよりも小さく設定される。したがって、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等を施し、連結板部材を塑性変形させるようにして簡単に変形を矯正できる。
【００１０】
また、前記パネルは、互いに向かい合う第一主板および第二主板と、前記第一主板と前記第二主板とを連結するリブと、を有し、前記連結部は、隣接する前記第一主板同士が接合されるとともに、前記第二主板のそれぞれが、前記複数の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ていることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、対向する二枚の主板を有するいわゆるダブルスキンのパネルを接合する際にも本発明を適用できる。これにより、ダブルスキンのパネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、前述同様に当該歪を吸収することができ、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。また、仮にダブルスキンの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、前述同様に、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。このように、接合時の歪に起因する変形を低減でき、変形が生じても簡単に変形を矯正できるとともに、ダブルスキンのパネルにより強度に優れたパネル接合体を形成できる。
【００１２】
また、前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に面する端面が、前記連結板部材の内側に凹んで湾曲形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、パネルの縁部と連結板部材の端面との境界を滑らかに接続できる。また、連結板部材の端面を湾曲形成することで、平坦に形成した場合よりも表面積を大きく確保できる。したがって、パネルの縁部と連結板部材の端面との境界に発生する応力を分散でき、局所的な応力集中を防止できるので、強度に優れたパネル接合体を形成できる。
【００１４】
また、前記パネルの縁部と前記各連結板部材の側縁とに跨るように溶接部が形成されており、前記溶接部における前記縁部に沿う方向の端部には、前記溶接部を分断する開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
一般に、溶接開始部分および溶接終了部分には、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。本発明によれば、溶接開始部分および溶接終了部分に相当する溶接部の端部に、溶接部を分断する開口部を形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネルと各連結板部材の側縁との溶接部の強度を向上させることができる。
また、溶接部の端部に略円形状に開口部を形成することで、溶接部の端部とパネルの縁部および各連結板部材の側縁との接続形状が円弧状に滑らかに形成される。したがって、パネル接合体に曲げモーメントが発生しても、溶接部とパネルおよび各連結板部材との境界に応力が集中するのを防止でき、強度に優れたパネル接合体を形成できる。
さらに、開口部を形成することにより、開口部を形成しない場合よりも溶接部の開口部周辺の断面積が小さくなるので、溶接部の開口部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。したがって、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開口部周辺を塑性変形させることにより、簡単に変形を矯正できる。
【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、前記複数のパネルのそれぞれと、前記縁部に沿う方向に互いに離間して設けられた複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程と、前記溶接工程で形成された溶接部における前記縁部に沿う方向の端部に、前記溶接部を分断するように開口部を形成する開口部形成工程と、前記溶接工程および前記開口部形成工程の後、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、複数のパネルのそれぞれと、複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程を備えているので、パネルと連結板部材との溶接部を不連続に形成できる。これにより、溶接工程でパネルを接合する際に歪が発生しても、歪に起因する応力が途切れて各連結板部材に分散できる。さらに、溶接工程では、複数設けられた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、溶接歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、開口部形成工程を有しているので、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネルと各連結板部材の側縁との溶接部の強度を向上させることができる。
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。特に、開口部形成工程の後に矯正工程を設けているので、溶接部の開口部周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、仮にパネル接合体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のみに曲げ加工を施す等して開口部周辺を塑性変形させることにより、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】実施形態のパネル接合体を備えた交通システム車両の断面斜視図である。
【図２】実施形態のパネルの断面図である。
【図３】実施形態のパネル接合体の断面図である。
【図４】図３におけるＡ矢視図である。
【図５】図４における領域Ｓの拡大図である。
【図６】パネル接合体の製造工程の説明図である。
【図７】第一溶接工程の説明図である。
【図８】第二溶接工程の説明図である。
【図９】矯正工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、実施形態のパネル接合体２０について説明をする。
図１は、交通システム車両１の斜視断面図である。
図１に示すように、交通システム車両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、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。これにより、第一主板１１，１１の境界に第一溶接部７（図３参照）が形成されている。
【００２９】
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、長手方向に沿って複数の連結板部材３０が配置されている。そして、各連結板部材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。これにより、第二主板１２と各連結板部材３０との境界に、長手方向に不連続な複数の第二溶接部８（図４参照）が形成される。
【００３０】
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。
【００３１】
（連結板部材）
図４は、図３におけるＡ矢視図である。
図４に示すように、連結板部材３０は略矩形状に形成された平板部材である。連結板部材３０は、パネル１０の長手方向に沿う方向に面する両端面３１，３１が、それぞれ所定の曲率半径で内側に凹んで湾曲形成されている。連結板部材３０の板厚は、第一主板１１（図３参照）および第二主板１２の板厚と略同一に形成される。連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａは、段差面１８ａ，１８ａと当接可能となっている。
このように形成された連結板部材３０は、第二主板１２，１２の間において、パネル１０の長手方向に沿う方向に、互いに離間して複数設けられている。
【００３２】
（第二溶接部）
図５は、図４における領域Ｓの拡大図である。
図５に示すように、第二主板１２と連結板部材３０とが溶接されることで、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の側縁３０ａとに跨るように第二溶接部８が形成されている。第二溶接部８におけるパネル１０の長手方向の端部には、開口部８ａが形成されている。開口部８ａは、第二溶接部８の長手方向端８ｂを機械加工等で除去することにより形成されている。
ここで、第二溶接部８の長手方向端８ｂは、前述のように、第二主板１２と連結板部材３０とをＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等により溶接する際、溶接開始部分および溶接終了部分に相当しており、一般に、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。しかし、第二溶接部８の長手方向端８ｂを除去して開口部８ａを形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥が確実に除去される。
【００３３】
また、開口部８ａは、第二溶接部８の長手方向の端面８ｃが、平面視略円弧状になるように形成するのが望ましい。これにより、連結板部材３０の側縁３０ａと第二溶接部８の長手方向の端面８ｃ、および第二主板１２の縁部１２ａと第二溶接部８の長手方向の端面８ｃとが、円弧状に滑らかに接続される。したがって、パネル接合体２０に曲げモーメントが発生しても、第二溶接部８と第二主板１２および連結板部材３０との境界に応力が集中するのを防止できる。
【００３４】
なお、本実施形態の開口部８ａは、連結板部材３０および第二主板１２の厚み方向（図５の紙面表裏方向）に第二溶接部８を貫通して形成されている。しかし、開口部８ａは、必ずしも第二溶接部８を貫通させて形成する必要はなく、例えば第二溶接部８の形成側に開口する有底の凹部であってもよい。すなわち、少なくとも第二溶接部８の溶接欠陥が除去できればよい。
【００３５】
（連結部）
図３に示すように、隣接するパネル１０，１０は、第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａに形成された第一溶接部７と、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと第二主板１２，１２とに形成された第二溶接部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。
【００３６】
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。
【００３７】
（効果）
本実施形態によれば、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０との第二溶接部８は、パネル１０の長手方向に沿って不連続に形成される。これにより、パネル１０を溶接する際に、溶接時の熱により溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接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をパネル１０の長手方向に不連続に設けることで、連結部９の長手方向に沿う断面に曲げモーメントによって作用する曲げ降伏荷重が、パネル１０よりも小さく設定される。したがって、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、連結板部材を塑性変形させるようにして簡単に変形を矯正できる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の端面３１との境界を滑らかに接続できる。また、連結板部材３０の端面３１を湾曲形成することで、平坦に形成した場合よりも表面積を大きく確保できる。したがって、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の端面３１との境界に発生する応力を分散でき、局所的な応力集中を防止できるので、強度に優れたパネル接合体２０を形成できる。
【００３９】
ここで、一般に、溶接開始部分および溶接終了部分には、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。しかし、本実施形態によれば、溶接開始部分および溶接終了部分に相当する第二溶接部８の端部に、第二溶接部８を分断する開口部８ａを形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０の側縁３０ａとの接合部分である第二溶接部８の強度を向上させることができる。
また、第二溶接部８の端部に略円形状に開口部８ａを形成することで、第二溶接部８の端面８ｃと第二主板１２の縁部１２ａおよび各連結板部材３０の側縁３０ａとの接続形状が円弧状に滑らかに形成される。したがって、パネル接合体２０に曲げモーメントが発生しても、第二溶接部８と第二主板１２および各連結板部材３０との境界に応力が集中するのを防止でき、強度に優れたパネル接合体２０を形成できる。
さらに、開口部８ａを形成することにより、開口部８ａを形成しない場合よりも第二溶接部８の断面積が小さくなるので、第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、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。
【００４０】
（パネル接合体の製造方法）
続いて、上述した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、溶接工程Ｓ１０と、開口部形成工程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】
（溶接工程）
溶接工程Ｓ１０は、隣接するパネル１０の第一主板１１同士を溶接する第一溶接工程Ｓ１０Ａと、複数のパネル１０の第二主板１２，１２と連結板部材３０とを溶接する第二溶接工程Ｓ１０Ｂとを備えている。
【００４２】
図７は、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。なお、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。
【００４３】
第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。
【００４４】
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、第一溶接工程Ｓ１０Ａが終了する。
【００４５】
（第二溶接工程）
図８は、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
なお、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００４６】
第二溶接工程Ｓ１０Ｂは、具体的には以下の手順で行われる。
まず、図４に示すように、複数のパネル１０の第二主板１２，１２間に、パネル１０の長手方向に沿って連結板部材３０を複数配置する。このとき、各連結板部材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。
【００４７】
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が接合される。
上述の手順を複数繰り返し、全ての連結板部材３０が接合された時点で連結部９を有するパネル接合体２０が形成される。以上で、第二溶接工程Ｓ１０Ｂが終了する。
【００４８】
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、パネル１０と各連結板部材３０との第二溶接部８は、パネル１０の長手方向に沿って不連続に形成される。これにより、パネル１０を溶接する際に、溶接時の熱により溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接歪を吸収することができる。このように、連結部９が良好に弾性変形して、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００４９】
（開口部形成工程）
続いて、開口部形成工程Ｓ２０を行う。図５に示すように、開口部形成工程Ｓ２０では、第二溶接工程Ｓ１０Ｂで形成された第二溶接部８の長手方向端８ｂに、第二溶接部８を分断するように開口部８ａを形成している。
開口部８ａは、例えば不図示のエンドミル等のフライスを用いた機械加工により形成される。具体的には、第二溶接部８が形成されている側（図５における紙面手前側）から、第二溶接部８の長手方向端８ｂに向かって工具を当接して、第二溶接部８の長手方向端８ｂを切削加工する。これにより、第二溶接部８の長手方向端８ｂが除去されて、第二溶接部８の長手方向の端部に平面視略円弧形状の端面８ｃが形成される。以上で、開口部形成工程Ｓ２０が終了する。
【００５０】
（パネル接合体２０の変形量の判断）
開口部形成工程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。
【００５１】
（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。以上で、変形を矯正した時点で矯正工程Ｓ３０が終了し、パネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００５２】
（効果）
本実施形態のパネル接合体２０の製造方法によれば、複数のパネル１０における第二主板１２のそれぞれと、複数の連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａとを溶接する第二溶接工程Ｓ１０Ｂを備えているので、パネル１０の第二主板１２と連結板部材３０との第二溶接部８を不連続に形成できる。これにより、第二溶接工程Ｓ１０Ｂでパネル１０を溶接する際に溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、第二溶接工程Ｓ１０Ｂでは、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接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、溶接歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、開口部形成工程Ｓ２０を有しているので、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０の側縁３０ａとの第二溶接部８の強度を向上させることができる。
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。特に、開口部形成工程Ｓ２０の後に矯正工程Ｓ３０を設けているので、第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、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第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００５３】
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。
【００５４】
パネル１０の形状は、実施形態の形状に限定されることはない。例えば、パネル１０は、いわゆるダブルスキンに限られることは無く、単なる平板であっても同様の効果が得られる。
また、リブの本数は実施形態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。
【００５５】
溶接方法について、第一溶接工程Ｓ１０Ａでは摩擦攪拌接合を採用し、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００５６】
実施形態では、パネル接合体２０を交通システム車両１の車体フレーム５に採用しているが、車両は交通システム車両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。
【００５７】
実施形態では、第二溶接部８の端部に開口部８ａを形成したが、開口部８ａを形成しなくてもよい。ただし、溶接欠陥を除去できる点で、開口部８ａを形成した本実施形態に優位性がある。また、第二溶接部８の端部に開口部８ａを形成したが、これに加えて第一溶接部７の端部に開口部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１：交通システム車両（車両） ５：車体フレーム ８：第二溶接部（溶接部） ８ａ：開口部 １０：パネル １１：第一主板 １２：第二主板 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 ３１：端面 Ｓ１０：溶接工程 Ｓ１０Ａ：第一溶接工程（溶接工程） Ｓ１０Ｂ：第二溶接工程（溶接工程） Ｓ２０：開口部形成工程 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、一般に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。
【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、前記連結部は、前記複数のパネルのそれぞれが、前記パネル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、前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に互いに離間して複数設けられていることを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、パネルと各連結板部材との接合部は、パネルの縁部に沿って不連続に形成される。これにより、パネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、歪に起因する応力が途切れて各連結板部材に分散できる。さらに、複数設けられた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、連結板部材をパネルの縁部に沿う方向に不連続に設けることで、連結部の縁部に沿う断面に曲げモーメントによって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。）が、パネルよりも小さく設定される。したがって、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等を施し、連結板部材を塑性変形させるようにして簡単に変形を矯正できる。
【００１０】
また、前記パネルは、互いに向かい合う第一主板および第二主板と、前記第一主板と前記第二主板とを連結するリブと、を有し、前記連結部は、隣接する前記第一主板同士が接合されるとともに、前記第二主板のそれぞれが、前記複数の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ていることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、対向する二枚の主板を有するいわゆるダブルスキンのパネルを接合する際にも本発明を適用できる。これにより、ダブルスキンのパネルを溶接等により接合する際に歪が発生しても、前述同様に当該歪を吸収することができ、接合時の歪に起因する変形を確実に低減できる。また、仮にダブルスキンの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、前述同様に、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。このように、接合時の歪に起因する変形を低減でき、変形が生じても簡単に変形を矯正できるとともに、ダブルスキンのパネルにより強度に優れたパネル接合体を形成できる。
【００１２】
また、前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に面する端面が、前記連結板部材の内側に凹んで湾曲形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明によれば、パネルの縁部と連結板部材の端面との境界を滑らかに接続できる。また、連結板部材の端面を湾曲形成することで、平坦に形成した場合よりも表面積を大きく確保できる。したがって、パネルの縁部と連結板部材の端面との境界に発生する応力を分散でき、局所的な応力集中を防止できるので、強度に優れたパネル接合体を形成できる。
【００１４】
また、前記パネルの縁部と前記各連結板部材の側縁とに跨るように溶接部が形成されており、前記溶接部における前記縁部に沿う方向の端部には、前記溶接部を分断する開口部が形成されていることを特徴としている。
【００１５】
一般に、溶接開始部分および溶接終了部分には、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。本発明によれば、溶接開始部分および溶接終了部分に相当する溶接部の端部に、溶接部を分断する開口部を形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネルと各連結板部材の側縁との溶接部の強度を向上させることができる。
また、溶接部の端部に略円形状に開口部を形成することで、溶接部の端部とパネルの縁部および各連結板部材の側縁との接続形状が円弧状に滑らかに形成される。したがって、パネル接合体に曲げモーメントが発生しても、溶接部とパネルおよび各連結板部材との境界に応力が集中するのを防止でき、強度に優れたパネル接合体を形成できる。
さらに、開口部を形成することにより、開口部を形成しない場合よりも溶接部の開口部周辺の断面積が小さくなるので、溶接部の開口部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。したがって、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開口部周辺を塑性変形させることにより、簡単に変形を矯正できる。
【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、前記複数のパネルのそれぞれと、前記縁部に沿う方向に互いに離間して設けられた複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程と、前記溶接工程で形成された溶接部における前記縁部に沿う方向の端部に、前記溶接部を分断するように開口部を形成する開口部形成工程と、前記溶接工程および前記開口部形成工程の後、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、複数のパネルのそれぞれと、複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程を備えているので、パネルと連結板部材との溶接部を不連続に形成できる。これにより、溶接工程でパネルを接合する際に歪が発生しても、歪に起因する応力が途切れて各連結板部材に分散できる。さらに、溶接工程では、複数設けられた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、溶接歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、開口部形成工程を有しているので、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネルと各連結板部材の側縁との溶接部の強度を向上させることができる。
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。特に、開口部形成工程の後に矯正工程を設けているので、溶接部の開口部周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、仮にパネル接合体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のみに曲げ加工を施す等して開口部周辺を塑性変形させることにより、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】実施形態のパネル接合体を備えた交通システム車両の断面斜視図である。
【図２】実施形態のパネルの断面図である。
【図３】実施形態のパネル接合体の断面図である。
【図４】図３におけるＡ矢視図である。
【図５】図４における領域Ｓの拡大図である。
【図６】パネル接合体の製造工程の説明図である。
【図７】第一溶接工程の説明図である。
【図８】第二溶接工程の説明図である。
【図９】矯正工程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、実施形態のパネル接合体２０について説明をする。
図１は、交通システム車両１の斜視断面図である。
図１に示すように、交通システム車両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、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。これにより、第一主板１１，１１の境界に第一溶接部７（図３参照）が形成されている。
【００２９】
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、長手方向に沿って複数の連結板部材３０が配置されている。そして、各連結板部材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。これにより、第二主板１２と各連結板部材３０との境界に、長手方向に不連続な複数の第二溶接部８（図４参照）が形成される。
【００３０】
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。
【００３１】
（連結板部材）
図４は、図３におけるＡ矢視図である。
図４に示すように、連結板部材３０は略矩形状に形成された平板部材である。連結板部材３０は、パネル１０の長手方向に沿う方向に面する両端面３１，３１が、それぞれ所定の曲率半径で内側に凹んで湾曲形成されている。連結板部材３０の板厚は、第一主板１１（図３参照）および第二主板１２の板厚と略同一に形成される。連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａは、段差面１８ａ，１８ａと当接可能となっている。
このように形成された連結板部材３０は、第二主板１２，１２の間において、パネル１０の長手方向に沿う方向に、互いに離間して複数設けられている。
【００３２】
（第二溶接部）
図５は、図４における領域Ｓの拡大図である。
図５に示すように、第二主板１２と連結板部材３０とが溶接されることで、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の側縁３０ａとに跨るように第二溶接部８が形成されている。第二溶接部８におけるパネル１０の長手方向の端部には、開口部８ａが形成されている。開口部８ａは、第二溶接部８の長手方向端８ｂを機械加工等で除去することにより形成されている。
ここで、第二溶接部８の長手方向端８ｂは、前述のように、第二主板１２と連結板部材３０とをＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等により溶接する際、溶接開始部分および溶接終了部分に相当しており、一般に、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。しかし、第二溶接部８の長手方向端８ｂを除去して開口部８ａを形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥が確実に除去される。
【００３３】
また、開口部８ａは、第二溶接部８の長手方向の端面８ｃが、平面視略円弧状になるように形成するのが望ましい。これにより、連結板部材３０の側縁３０ａと第二溶接部８の長手方向の端面８ｃ、および第二主板１２の縁部１２ａと第二溶接部８の長手方向の端面８ｃとが、円弧状に滑らかに接続される。したがって、パネル接合体２０に曲げモーメントが発生しても、第二溶接部８と第二主板１２および連結板部材３０との境界に応力が集中するのを防止できる。
【００３４】
なお、本実施形態の開口部８ａは、連結板部材３０および第二主板１２の厚み方向（図５の紙面表裏方向）に第二溶接部８を貫通して形成されている。しかし、開口部８ａは、必ずしも第二溶接部８を貫通させて形成する必要はなく、例えば第二溶接部８の形成側に開口する有底の凹部であってもよい。すなわち、少なくとも第二溶接部８の溶接欠陥が除去できればよい。
【００３５】
（連結部）
図３に示すように、隣接するパネル１０，１０は、第一主板１１，１１の縁部１１ａ，１１ａに形成された第一溶接部７と、連結板部材３０の側縁３０ａ，３０ａと第二主板１２，１２とに形成された第二溶接部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。
【００３６】
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。
【００３７】
（効果）
本実施形態によれば、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０との第二溶接部８は、パネル１０の長手方向に沿って不連続に形成される。これにより、パネル１０を溶接する際に、溶接時の熱により溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接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をパネル１０の長手方向に不連続に設けることで、連結部９の長手方向に沿う断面に曲げモーメントによって作用する曲げ降伏荷重が、パネル１０よりも小さく設定される。したがって、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、連結板部材を塑性変形させるようにして簡単に変形を矯正できる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の端面３１との境界を滑らかに接続できる。また、連結板部材３０の端面３１を湾曲形成することで、平坦に形成した場合よりも表面積を大きく確保できる。したがって、第二主板１２の縁部１２ａと連結板部材３０の端面３１との境界に発生する応力を分散でき、局所的な応力集中を防止できるので、強度に優れたパネル接合体２０を形成できる。
【００３９】
ここで、一般に、溶接開始部分および溶接終了部分には、溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。しかし、本実施形態によれば、溶接開始部分および溶接終了部分に相当する第二溶接部８の端部に、第二溶接部８を分断する開口部８ａを形成することで、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０の側縁３０ａとの接合部分である第二溶接部８の強度を向上させることができる。
また、第二溶接部８の端部に略円形状に開口部８ａを形成することで、第二溶接部８の端面８ｃと第二主板１２の縁部１２ａおよび各連結板部材３０の側縁３０ａとの接続形状が円弧状に滑らかに形成される。したがって、パネル接合体２０に曲げモーメントが発生しても、第二溶接部８と第二主板１２および各連結板部材３０との境界に応力が集中するのを防止でき、強度に優れたパネル接合体２０を形成できる。
さらに、開口部８ａを形成することにより、開口部８ａを形成しない場合よりも第二溶接部８の断面積が小さくなるので、第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、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。
【００４０】
（パネル接合体の製造方法）
続いて、上述した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、溶接工程Ｓ１０と、開口部形成工程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】
（溶接工程）
溶接工程Ｓ１０は、隣接するパネル１０の第一主板１１同士を溶接する第一溶接工程Ｓ１０Ａと、複数のパネル１０の第二主板１２，１２と連結板部材３０とを溶接する第二溶接工程Ｓ１０Ｂとを備えている。
【００４２】
図７は、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。なお、第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。
【００４３】
第一溶接工程Ｓ１０Ａ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。
【００４４】
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、第一溶接工程Ｓ１０Ａが終了する。
【００４５】
（第二溶接工程）
図８は、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
なお、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００４６】
第二溶接工程Ｓ１０Ｂは、具体的には以下の手順で行われる。
まず、図４に示すように、複数のパネル１０の第二主板１２，１２間に、パネル１０の長手方向に沿って連結板部材３０を複数配置する。このとき、各連結板部材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。
【００４７】
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が接合される。
上述の手順を複数繰り返し、全ての連結板部材３０が接合された時点で連結部９を有するパネル接合体２０が形成される。以上で、第二溶接工程Ｓ１０Ｂが終了する。
【００４８】
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、パネル１０と各連結板部材３０との第二溶接部８は、パネル１０の長手方向に沿って不連続に形成される。これにより、パネル１０を溶接する際に、溶接時の熱により溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接歪を吸収することができる。このように、連結部９が良好に弾性変形して、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００４９】
（開口部形成工程）
続いて、開口部形成工程Ｓ２０を行う。図５に示すように、開口部形成工程Ｓ２０では、第二溶接工程Ｓ１０Ｂで形成された第二溶接部８の長手方向端８ｂに、第二溶接部８を分断するように開口部８ａを形成している。
開口部８ａは、例えば不図示のエンドミル等のフライスを用いた機械加工により形成される。具体的には、第二溶接部８が形成されている側（図５における紙面手前側）から、第二溶接部８の長手方向端８ｂに向かって工具を当接して、第二溶接部８の長手方向端８ｂを切削加工する。これにより、第二溶接部８の長手方向端８ｂが除去されて、第二溶接部８の長手方向の端部に平面視略円弧形状の端面８ｃが形成される。以上で、開口部形成工程Ｓ２０が終了する。
【００５０】
（パネル接合体２０の変形量の判断）
開口部形成工程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。
【００５１】
（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。以上で、変形を矯正した時点で矯正工程Ｓ３０が終了し、パネル接合体２０の製造工程が終了する。
【００５２】
（効果）
本実施形態のパネル接合体２０の製造方法によれば、複数のパネル１０における第二主板１２のそれぞれと、複数の連結板部材３０のそれぞれ対応する側縁３０ａとを溶接する第二溶接工程Ｓ１０Ｂを備えているので、パネル１０の第二主板１２と連結板部材３０との第二溶接部８を不連続に形成できる。これにより、第二溶接工程Ｓ１０Ｂでパネル１０を溶接する際に溶接歪が発生しても、溶接歪に起因する応力が途切れて各連結板部材３０に分散できる。さらに、第二溶接工程Ｓ１０Ｂでは、複数設けられた連結板部材３０が弾性変形することにより、当該溶接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、溶接歪に起因する変形を確実に低減できる。
また、開口部形成工程Ｓ２０を有しているので、応力が集中しやすい溶接欠陥を除去できる。したがって、パネル１０の第二主板１２と各連結板部材３０の側縁３０ａとの第二溶接部８の強度を向上させることができる。
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。特に、開口部形成工程Ｓ２０の後に矯正工程Ｓ３０を設けているので、第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させるようにして、溶接歪に起因する変形を簡単に矯正できる。したがって、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第二溶接部８の開口部８ａ周辺を塑性変形させて、簡単に変形を矯正できる。
【００５３】
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。
【００５４】
パネル１０の形状は、実施形態の形状に限定されることはない。例えば、パネル１０は、いわゆるダブルスキンに限られることは無く、単なる平板であっても同様の効果が得られる。
また、リブの本数は実施形態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。
【００５５】
溶接方法について、第一溶接工程Ｓ１０Ａでは摩擦攪拌接合を採用し、第二溶接工程Ｓ１０Ｂ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。
【００５６】
実施形態では、パネル接合体２０を交通システム車両１の車体フレーム５に採用しているが、車両は交通システム車両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。
【００５７】
実施形態では、第二溶接部８の端部に開口部８ａを形成したが、開口部８ａを形成しなくてもよい。ただし、溶接欠陥を除去できる点で、開口部８ａを形成した本実施形態に優位性がある。また、第二溶接部８の端部に開口部８ａを形成したが、これに加えて第一溶接部７の端部に開口部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１：交通システム車両（車両） ５：車体フレーム ８：第二溶接部（溶接部） ８ａ：開口部 １０：パネル １１：第一主板 １２：第二主板 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 ３１：端面 Ｓ１０：溶接工程 Ｓ１０Ａ：第一溶接工程（溶接工程） Ｓ１０Ｂ：第二溶接工程（溶接工程） Ｓ２０：開口部形成工程 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、
前記連結部は、前記複数のパネルのそれぞれが、前記パネル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、
前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に互いに離間して複数設けられている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、
前記パネルは、
互いに向かい合う第一主板および第二主板と、
前記第一主板と前記第二主板とを連結するリブと、
を有し、
前記連結部は、隣接する前記第一主板同士が接合されるとともに、前記第二主板のそれぞれが、前記複数の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、前記縁部に沿う方向に面する端面が、前記連結板部材の内側に凹んで湾曲形成され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、
前記パネルの縁部と前記各連結板部材の側縁とに跨るように溶接部が形成されており、
前記溶接部における前記縁部に沿う方向の端部には、前記溶接部を分断する開口部が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、
前記複数のパネルのそれぞれと、前記縁部に沿う方向に互いに離間して設けられた複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程と、
前記溶接工程で形成された溶接部における前記縁部に沿う方向の端部に、前記溶接部を分断するように開口部を形成する開口部形成工程と、
前記溶接工程および前記開口部形成工程の後、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、
前記連結部は、前記複数のパネルのそれぞれが、前記パネル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、
前記連結板部材は、前記縁部に沿う方向に互いに離間して複数設けられている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、
前記パネルは、
互いに向かい合う第一主板および第二主板と、
前記第一主板と前記第二主板とを連結するリブと、
を有し、
前記連結部は、隣接する前記第一主板同士が接合されるとともに、前記第二主板のそれぞれが、前記複数の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、前記縁部に沿う方向に面する端面が、前記連結板部材の内側に凹んで湾曲形成され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、
前記パネルの縁部と前記各連結板部材の側縁とに跨るように溶接部が形成されており、
前記溶接部における前記縁部に沿う方向の端部には、前記溶接部を分断する開口部が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、
前記複数のパネルのそれぞれと、前記縁部に沿う方向に互いに離間して設けられた複数の連結板部材のそれぞれ対応する側縁とを溶接する溶接工程と、
前記溶接工程で形成された溶接部における前記縁部に沿う方向の端部に、前記溶接部を分断するように開口部を形成する開口部形成工程と、
前記溶接工程および前記開口部形成工程の後、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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０７１１３（Ｐ２０１３−１０７１１３Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４９３１（Ｐ２０１１−２５４９３１）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【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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