鉄道車両用構体
【課題】外板パネルにレール部材を取り付ける場合に、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数削減、寸法管理の容易化を図る。
【解決手段】長手方向に連続した開口６１Ａを有するレール部材６１を、屋根構体の横骨６２に車体長手方向に沿って取り付ける。特殊ボルト部材６３を用いて内装品・機器類をレール部材６１に対して吊り下げ状態で取り付ける。レール部材６１は、左右の断面Ｚ形状の外側板部６１ａ，６１ｂと、それらを連結する連結板部６１ｃを有し、外側板部６１ａ，６１ｂの下部と連結板部６１ｃとにより、上側部分６１ｃａを除き二重板構造となっているレール部を構成する。レール部材６１は、一枚の板材を折り曲げてドロー成形若しくはロール成形によりレール状に加工することで形成される。
【解決手段】長手方向に連続した開口６１Ａを有するレール部材６１を、屋根構体の横骨６２に車体長手方向に沿って取り付ける。特殊ボルト部材６３を用いて内装品・機器類をレール部材６１に対して吊り下げ状態で取り付ける。レール部材６１は、左右の断面Ｚ形状の外側板部６１ａ，６１ｂと、それらを連結する連結板部６１ｃを有し、外側板部６１ａ，６１ｂの下部と連結板部６１ｃとにより、上側部分６１ｃａを除き二重板構造となっているレール部を構成する。レール部材６１は、一枚の板材を折り曲げてドロー成形若しくはロール成形によりレール状に加工することで形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製の鉄道車両用構体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄道車両用構体として、ステンレス構体（ステンレス鋼製の鉄道車両用構体）、図２８（ａ）に示す軽量ステンレス構体２０１（外板＋骨組み＋外板補強部材）や、図２８（ｂ）に示すダブルシートステンレス構体２０２（外板＋一体プレス成形内板）のほか、ダブルスキンタイプのステンレス構体が知られている（例えば特許文献１参照）。そのようなステンレス構体は塗装が不要で、メンテナンスが容易で、腐食もないなどの多くの利点を有する。
【０００３】
鉄道車両用構体において、外板と外板補強部材との接合には、熱歪み低減の観点から、抵抗スポット溶接が多用されているが、既打点への分流を避けるためにその打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度とされる。
【０００４】
一般の鉄道車両用構体、とくに側構体は強度設計上いくつかの留意点を有する。ここで、側構体とは、単数又は複数の側外板パネル（外板と外板補強部材とを有する）により構成されるものをいう。
【０００５】
車体自重・乗客により負荷される垂直荷重Ｆ１により、図２９（ａ）に示すように、側外板パネル１０１は主として面内せん断作用を受ける。また、車両間の前後力（車端圧縮荷重）により、図２９（ｂ）に示すように、連結器を通じての荷重Ｆ２により面内軸圧縮・面内曲げ作用も負荷される。強度設計上、第１に留意すべき破壊モードは側外板パネルの座屈であり、これのクライテリアをもとに構造の概要が決定される。
【０００６】
例えば、外板が広範囲で圧縮作用を受ける部位（例えば車端圧縮荷重時の車体中央腰板下部）では、図２９（ｃ）に示すように、所要の面外剛性をもつ外板補強部材１０１（防撓材）を外板１０２の内側に接合することが行われている。一般に、鉄道車両の側構体は車体長手方向の圧縮作用をより大きく受けるので、車体長手方向に沿って外板の内側に外板補強部材（防撓材）を設けるのが普通である。
【０００７】
また、外板が広範囲で主としてせん断を受ける部位（例えば垂直荷重時における台車直上の戸袋部）では、外板補強部材をレール方向に対し４５度の角度で外板に接合するのが理想であるが、そのような角度を持たせて接合することが製造上煩雑であるので、実際には補強部材を水平方向（レール方向）あるいは垂直方向に配置している。座屈強度上はどちらも同等である。
【０００８】
しかし、前述したようなステンレス構体では、いくつかの課題がある。
【０００９】
(i) 第１の課題は、全体座屈および局部座屈に対する強度低下である。
【００１０】
前述したように、外板と外板補強部材との接合には、熱歪み低減の観点から、抵抗スポット溶接が多用されるが、既打点への分流を避けるためにその打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度である。この場合、補強部材にうまく応力が分散せずに理論どおりの座屈強度を得られないことがある。
【００１１】
つまり、防撓パネルとしての面外曲げ剛性が理論値よりも低下し、想定より低い荷重で
全体座屈を引き起こす可能性がある。また、外板補強部材（防撓材）に平行な方向の圧縮に対してスポット溶接点間で外板が座屈するおそれがあり、このような局部座屈に対しても理論上の座屈強度より劣る。
【００１２】
例えば、後述する座屈強度の考え方を参照すればわかるように、外板補強部材（防撓材）のピッチを８０ｍｍとし、これと平行な方向に外板に圧縮応力が作用するとき、補強部材が外板に連続して接合されていれば、概算で１６０ＭＰａまで耐え得るのに、補強部材が外板に８０ｍｍピッチでスポット溶接されているとすれば、わずか６０ＭＰａ程度までしか耐えられない。
【００１３】
また、圧接によるスポットまわりの歪みにより外板に初期歪みが生じ、これによっても局部の座屈強度が大きく低下する。
【００１４】
(ii) 第２の課題は、応力集中部における永久変形（引張側）、あるいは局部座屈（圧
縮側）である。
【００１５】
側外板には、側外板の開口部における隅部において応力集中が生じる。とくに通勤車用の側構体には窓、出入口などの開口部が多く、これらの隅部における応力集中が問題となる。
【００１６】
これら応力集中部において引張側では永久変形、圧縮側では座屈変形を起こして最終的に破壊に至る。これに対する対策としては、引張側ではプレート状の外板補強部材を内側に足して増厚し、応力を軽減することが考えられる。圧縮側も理論上は同様に対処が可能であるが、しかし抵抗スポット溶接で組立てられた従来のステンレス構体ではいくつか問題がある。
【００１７】
すなわち、前述したように、抵抗スポット溶接の打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度であるが、この場合、補強プレートにうまく応力が分散せずに理論どおりの座屈強度を得られないことがある。また、せっかく補強プレートをあてがっても、これを接合するためのスポット溶接が増え、圧接・入熱によるスポットまわりの歪みにより外板に初期歪みが生じ、かえって局部の座屈強度を低下させることがある。
【００１８】
(iii) 第３の課題は、水密性である。
【００１９】
ステンレス構体の組立において多用される抵抗スポット溶接は重ね継手しか構成することができないため、外板どうし、あるいは外板と縁部材（窓枠、ドアマスクなど）との接合も重ね継手となる。
【００２０】
ところで、これらの継手では外部からの浸水を防ぐため、水密性を保つ工夫が必要であるが、重ね部で微小な隙間を生じるのに加えスポット溶接は間欠的な接合法であるため、重ね部にあらかじめシール材をはさみ込んで溶接を行うことにより水密性を確保している。あるいは重ね端部に隅肉状にシール材を盛ることにより水密性を確保している。
【００２１】
しかし、風雨や洗車に伴うシール材の経年劣化によりシール切れが生じ、車内への浸水が発生することがある。ちなみに普通鋼やアルミニウム合金製の構体では連続溶接が可能であるため、このような問題は生じない。
【００２２】
(iv) 第４の課題は、外板（側外板、妻外板）の美観性である。
【００２３】
ステンレス構体の組立において多用される抵抗スポット溶接は、施工時にスポット状に
押圧を行うため、押圧力と入熱によりその周囲に歪みを生じ、また打点部には凹状の圧痕も生じるため、これらが外板の美観を損ねている。とくに側外板、妻外板の美観を損ねることは製品価値を低下させることになる。
【００２４】
なお、スポット溶接による外板の「焼け」は電解処理により消すことが可能であるが、圧痕は比較的深く、接合後の研磨等によって見えなくすることは困難である。
【００２５】
また、カラーバンド（フィルム）により覆うこともできるが、覆っても、見る角度によっては、圧痕はさらに目立つことになりかねない。
【００２６】
(v) 第５の課題は、内部骨組の煩雑さである。
【００２７】
内装、機器類を構体に取り付ける構造として、従来は主構造あるいは内部骨組（２次構造材）にネジ座を溶接付けしたり、あるいは取付金を別途設けたりすることにより対応していた。
【００２８】
これらの取付金、ネジ座はほとんどが車両毎の個別設計であり、構体への取付場所も車種、部位によってまちまちである。
【００２９】
従って、ネジ座、内部骨組、取付金等、部品点数が増し、部品製作、溶接付けに多大な工数を要している。また取付位置が標準化されていないので、取付の寸法管理も煩雑である。
【００３０】
発明者は、外板と外板補強部材との接合に、抵抗スポット溶接に代えて、レーザ溶接を利用すれば、前記課題を解決できることに着想し、別途特許出願をしている（特願２００４−２０６３９０号参照）。
【００３１】
ところで、ステンレス製の車両では、天井板等の内装材や部品を取り付けるための内部骨組の種類が多く、重量、部品コスト、取付コスト的に課題がある。アルミニウム合金製の車両では押出形材においてレール部を一体成形しこれに特殊ボルトを係止する方式（つまり、前記レール部に特殊ボルト（取付ボルト）の頭部を形成させる方式）が実用化されているが、ステンレスは、アルミニウム合金のように押出成形できないので、アルミニウム合金製の車両と同じ方式をステンレス製の車両の場合には採用することができない。
【００３２】
そこで、ステンレス製の車両において、ハット形プレス材に長孔を設けてレール化し、特殊ボルト（ひねって係止するタイプ）を使用して部品を取り付けることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２７６３９８３号公報（段落００１４、００２０及び図４）
【特許文献２】特開２００４−１０６８０６号公報（第３頁、第４頁及び及び図２、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかし、このようなタイプの特殊ボルトを用いる場合には、空転を防ぐためにレール部の巾精度が必要なのに対し、プレス成形では部品精度がよくない（通常±０．５ｍｍ）。なお、アルミニウム合金のレールの場合には±０．２５ｍｍの部品精度が可能である。
【００３４】
また、このタイプのボルトは大きな荷重に対しては、回転して脱落するおそれがあるので、不向きであり、この場合はアルミニウム合金製の車両で用いられているように、頭部をレール部に係止させる特殊ボルトを使用するのがよいが、特許文献２記載の長孔方式で
はそのような特殊ボルト部材を挿入できない。仮に特殊ボルト部材の頭部が進入可能である切り欠きを設けたとしても、レールフランジ部の剛性が低下し、特殊ボルト部材が脱落しやすくなるため安全上不利である。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
請求項１の発明は、外板の内側に補強部材が接合されてなる外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材が取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする。ここで、特殊ボルト部材とは、ボルトの頭部が、レール部材に回転不能に係合する特殊な形状（例えば矩形板形状）を有するものをいう。
【００３６】
このようにすれば、構体の外側部を構成する外板パネルの内側にレール部材が取り付けられ、そのレール部材に特殊ボルト部材を用いて内装品・機器類が取付けられるので、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数の削減、寸法管理の容易化が図れる。また、レール部材のレール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より特殊ボルト部材の頭部を挿入すれば特別な後加工を行うことなしに特殊ボルト部材を使用することができ、高荷重にも対応できる。
【００３７】
請求項２の発明は、外板パネルが、外板と、その外板の内側に接合され外板を補剛する補強部材とを有し、この補強部材がレール方向又はレール幅方向に配置され、前記補強部材が前記外板にレーザ溶接により接合されている鉄道車両用構体であって、前記外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材がレーザ溶接により取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする。
【００３８】
このようにすれば、外板に補強部材を接合して外板パネルとするだけでなく、外板パネルにレール部材を接合するのもレーザ溶接により行うことができる。
【００３９】
これらの場合、請求項３に記載のように、前記レール部材は、左右の断面Ｚ形状の外側板部と、それらを連結する連結板部を有し、前記外側板部の下部と連結板部とによりレール部を構成することができる。
【００４０】
このようにすれば、外板に取り付けるレール部材を簡単に形成することができる。
【００４１】
請求項４に記載のように、前記レール部を構成する部分は、上側部分を除き二重板構造となっていることが望ましい。
【００４２】
このようにすれば、レール部の側部が二重板構造となるので、必要な部分のみ強化して、軽量化と高強度化の両立が図れる。
【００４３】
請求項５に記載のように、前記レール部材は、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げて形成されたことを特徴とする。
【００４４】
このようにすれば、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げてレール部材が形成されるので、レール幅の精度が向上し（±０．２５ｍｍ）、頭部を係止させる特殊ボルト部材を使用する際の安全性が向上する。レール部材の一体成形により強度の向上、精度の向上、コストの低減が図れる。
【発明の効果】
【００４５】
以上のように、本発明は、外板パネルの内側にレール部材を取り付け、そのレール部材に特殊ボルト部材を用いて内装品・機器類を取付けるので、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数の削減、寸法管理の容易化を図ることができる。また、レール部材のレール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より前記特殊ボルト部材の頭部を挿入することで、特別な後加工を行うことなしに、特殊ボルト部材を使用することができ、高荷重にも対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００４７】
まず本発明は、次に説明する座屈強度の考え方に基づいて製造される車両に適用されるものである。
【００４８】
矩形状の平板に対するＥｕｌｅｒ座屈の式は下式のように表される（図１（ａ）参照）。
【００４９】
【数１】
ここでＥは縦弾性係数、νはポアソン比、ｔは平板の板厚である。
またＫは座屈係数であり、矩形板の４辺が単純支持（回転支持）である場合は理論上、
【００５０】
【数２】
と表される。ここで、αは辺長比
【００５１】
【数３】
である。
【００５２】
また、発生応力が大きい場合は塑性の影響が無視できないので、例えばＪｏｈｎｓｏｎの実験式により塑性修正を行う。すなわち、
【００５３】
【数４】
となる。ここでσＹは材料の耐力である。
【００５４】
同様にせん断座屈応力については、
【００５５】
【数５】
となる（図１（ｂ）参照）。
【００５６】
実際の構体構造においては、薄板の外板に、防撓を目的とした補強部材を接合して外板パネルを構成しているが、補強部材によって矩形状に囲まれた外板が座屈しないように補強部材の配置とピッチを決定しなければならない。
【００５７】
構体への垂直荷重あるいは車端圧縮荷重のいずれにおいても、側構体の外板に発生する面内応力は多くの個所で車体長手方向の応力がそれと直交する方向の応力（鉛直方向の応力）に比べて大きいので、補強部材で囲まれた外板矩形領域の長辺方向が車体の長手方向となるよう補強部材を配置すべきである。なぜなら、図１（ｃ）に示す座屈モードを見ても判るように、長辺方向への圧縮の方が短辺方向への圧縮に比べて数倍も座屈に耐え得るからである。
【００５８】
これを数式で表すと以下のようになる。
【００５９】
【数６】
よって、長辺の長さは短辺の長さの５倍以上あれば上式の近似は十分成立する。
【００６０】
これらの式により、矩形領域の短辺長ｂと座屈応力（σｃｒ，ｘ ，σｃｒ，ｙ ，τｃｒ ）の関係
を図示すると図２（ａ）〜（ｃ）のようになる。
【００６１】
外板パネルにおいては、補強部材を配置するピッチが、矩形領域の短辺長ｂに相当するとみなすことができる。
【００６２】
従って逆に、応力解析や構造試験を通じて発生応力（σｘ ，σｙ ，τ）を予測し得れば、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて補強部材のピッチｂを決定できる。これを式に表せば次のようになる。
【００６３】
【数７】
ここで、
図３は本発明に係る一実施の形態である鉄道車両用構体を示す斜視図である。
【００６４】
図３に示すように、鉄道車両用構体１は、左右の側構体２と、屋根構体３と、前後の妻構体４と、台枠５とを備える。側構体２は、外板６と、その外板６の内側に接合される外板補強部材７Ａ，７Ｂ（第１の補強部材）とを有し、それらがレーザ溶接にて接合されている（屋根構体３及び妻構体４も同様である）。この補強部材７Ａ（７Ｂ）は、断面コの字形状のコ字状部７Ａａと、そのコ字状部７Ａａの両端縁に連続して互いに反対方向に延びる取付部７Ａｂ，７Ａｃとを有し、断面ハット形状に構成され、この取付部７Ａｂ，７Ａｃの部分において外板６にレーザ溶接される。
【００６５】
レーザー溶接に用いられるレーザ照射装置（図示せず）は多関節ロボットの手首に取付けられる。この多関節ロボットは、複数軸（たとえば６軸）を有し、溶接されるべき薄板（例えば外板６）が固定された状態で、予め定める溶接線Ｕに沿ってレーザ照射装置を移動させることができるものである。重ねレーザ溶接を行うレーザ照射装置には、レーザ集光器と押圧手段とが一体に取付けられ、例えばローラを有する押圧手段（押さえローラ３１）が、溶接線Ｕに沿って移動してワークの溶接位置近傍を押圧しつつ、レーザ集光器からレーザビーム１２を溶接位置に照射することで、重ね部分の密着性を確保しつつ、レーザビームの焦点距離を正確に保つことができる構成とされている。
【００６６】
また、外板６の開口部（窓開口部Ｓ１、出入り口開口部Ｓ２）の周縁に設けられる縁部材８（窓枠、ドアマスクなど）と外板６との接合も、連続レーザ溶接により行われている。継手は重ね継手でも突合せ継手でもよい。なお、具体的に図示していないが、外板どうしの接合も連続レーザ溶接により行われている。
【００６７】
ところで、外板６に生じる面内応力成分をレール方向とそれに直交する方向の単軸応力σｘ，σｙ、およびせん断応力τに分解し、従来車についての応力解析結果により窓開口部Ｓ１の隅部に作用する応力は、
（σｘ，σｙ，τ）＝（１３０，５０，３５）［ＭＰａ］
程度であると推定される。このとき、前述した（１１）式によりピッチｂの理論値は
ｂ＝ｍｉｎ（１０４，８７，２５５）＝８７ｍｍ
と決まり、やや安全側とするために窓開口部Ｓ１の隅部付近の補強部材７Ａのピッチを８０ｍｍとしている。このことより、レーザ溶接による溶接線Ｕの間隔によって定義される補強部材７Ａのピッチは、補強部材７Ａが延びているレール方向において補強部材７Ａの
荷重負担が最も厳しくなる個所の座屈強度に基づいて決定されている、といえる。
【００６８】
そして、図４に示すように、補強部材７Ａは、レーザ溶接（溶接線Ｕ）の間隔Ｌ１を８０ｍｍ（ハット幅Ｌ２＝５０ｍｍ）とすることで、補強部材７Ａのピッチ８０ｍｍを具体化した。他の部位も同様にして補強部材７Ｂのハット幅（７０ｍｍ）とレーザ溶接の間隔（１００ｍｍ）を決定した。隣り合う補強部材７Ａ，７Ｂのレーザ溶接の間隔Ｌ３は、２０〜５０ｍｍである。ただし、外板６の部位ごとに補強部材の断面形状を決定していくと、補強部材に多くの種類が生じるので、補強部材の断面形状は、この実施の形態では、上記２種類に限定している。補強部材７Ａ，７Ｂの高さＨは２５ｍｍであるが、これは側構体２の外板６の全体座屈強度から決定したものである。
【００６９】
かくして、窓開口部Ｓ１の隅部、出入口開口部Ｓ２の上隅部付近に設けられる補強部材７Ａのハット幅Ｌ２（コの字部分の幅）は５０ｍｍ、その他の部位に設けられる補強部材７Ｂのハット幅は７０ｍｍとして、側構体が形成されている。よって、作用する応力が高く荷重負担が大きい窓開口部Ｓ１の隅部、出入口開口部Ｓ２の上隅部付近に設けられる補強部材７Ａのハット幅を、その他の部位に設けられる補強部材７Ｂのハット幅よりも小さくしている。なお、レール方向に直交する方向の面外曲げについては別途設けた縦骨により補剛することになる。
【００７０】
ところで、さらに条件の悪い荷重等を受ける側構体の場合は、外板と外板補強部材とで構成される閉空間の部分で、外板が、補強部材が延びる方向に直交する方向において座屈するおそれがある。この部分を補強するために、外板に補強部材が接合されて閉空間が構成される前に、外板の、前記閉空間に対応する部位に小型の補強板を接合することが考えられるが、作業性を上げるための他の実施例として図５（ａ）〜（ｃ）に示す構造のものがある。
【００７１】
図５（ａ）に示すように、断面ハット形状の補強部材７の内部に予め断面コ字形状の小型補強部材１１（第２の補強部材）を設けておくことで、局部補強を図ることができる。つまり、補強部材７の端部内に補強部材１１を配置し、補強部材７のコ字状部７ａの両側部に補強部材１１の両側部１１ａを溶接線Ｕにおいて予めレーザ溶接により接合して、両補強部材７，１１を一体にしておけばよい。
【００７２】
このようにすれば、補強部材７を外板６にレーザ溶接により接合するだけで、補強部材１１も外板６に取り付けられ、補強部材７の開口部が補強された状態となるので、工程を増やすことなく、所要部分に必要最小限の補強を追加することができる。
【００７３】
他の実施例として座屈強度を上げるために、図５（ｂ）に示すように、補強部材７（コ字状部７ａの頭部）に設けた開口７ｂ（あるいは切り欠き）を通じてレーザ溶接のビーム１２（又はスポット溶接のガン）により接合して、より座屈強度を増すようにすることもできる。
【００７４】
また、前述した断面ハット形状の外板補強部材は、通常、平板材をＶ曲げプレスして製作されるが、これは２次元断面のため、側窓や側出入口の開口部に至ると、外板補強部材の端部は、閉断面が開放されたフリーエッジ（同一断面形状を維持して特定方向に延びた部材の端部で、その端部が開放され何ら補強あるいは３次元的な加工が施されていないものをいう）となりそのままでは剛性が弱くなる。
【００７５】
そこで、端部処理として、図５（ｃ）に示すように、外板６にレーザ溶接により接合される基部１３ａと、この基部１３ａの中央部分に対し絞り成形により形成され内部が中空である膨出部１３ｂとを有する補強部材１３（端部が塞がれている）を用い、端部におけ
る座屈強度、剛性を増加させることができる。特に、レーザ溶接などの連続溶接を用いれば、補強部材１３の周囲を完全に塞ぐことができ、剛性がさらに増す。
【００７６】
あるいはやはりＶ曲げプレス材を用いる場合は、図６（ａ）に示すように、例えば側窓の開口部Ｓ１の周縁部分において、平板状の内板フレーム１４を補強部材７の断面コ字形状のコ字状部７ａ上に配置し、それらレーザ溶接により接合して、補強部材７の（フリーエッジの）端部を相互に結合すれば、容易に補強が可能である。平板状の内板フレーム１４に代えて、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、ある程度の高さを持つ内板フレーム１５，１６とすることもできる。この場合は、補強部材７にレーザ溶接される部分１５ａ，１６ａに対して、断面Ｌ字形状の部分１５ｂ，１６ｂが外板６とは反対側に連接されている。またこれらの構造（図６（ａ）〜（ｃ）参照）は、外板のその他の開口部の隅部にも応用が可能である。
【００７７】
ただし、このような開口端部において、外板補強部材７のコ字状部７ａ上に設けられた内板１４がフリーエッジのままでは内板フレーム１４Ａにシア（剪断力）が流れにくく、特に隅部において強度不足となる場合がある。
【００７８】
そのため、図７（ａ）に示すように、外板補強部材７のコ字状部７ａ上に設けられた内板フレーム１４Ａの本体部から、この本体部に連接される脚部１４ａを前記端部を塞ぐように延ばして外板６上に下ろし、この脚部１４ａに直交する方向に連続するフランジ部１４ｂを外板６に直接にレーザ溶接により接合する形で端部補強を構成すれば、端部の剛性・強度をより高めることができる。これは、開口部の隅部にも適用が可能であり、このように脚部１４ａ及びフランジ部１４ｂを一体化した内板フレーム１４Ａで開口部まわりを補強すれば、端部補強により効果的である。
【００７９】
なお、これらの開口部の縁補強の内板フレーム１４Ａは断面ハット形状の外板補強部材７を接合後に取り付ければ、後述する押えローラとの干渉の問題もない。
【００８０】
さらに、内板フレーム１４Ｂのうち、開口部の隅部に対応する脚部部分を、図７（ｂ）に示すように、絞り成形等により湾曲部分１４ｃに構成すれば、より開口部の隅部の強度を確保した内板フレーム１４Ｂが得られる。
【００８１】
また、さらに面外剛性の必要な場合は、図７（ｃ）に示すように、内板フレーム１４Ｃを外板補強部材７よりも背を高くすることもできる。この場合、第１の脚部１４ｄより延びる第１のフランジ部１４ｅを外板補強部材７（コ字状部）に、第２の脚部１４ｆより延びる第２のフランジ部１４ｇを外板６にそれぞれ接合し、両脚部１４ｄ，１４ｆの上端縁を結合し外板６と平行に延びる水平部１４ｈが、補強部材７のコ字状部上面と平行であるが、離れている。第１及び第２の脚部１４ｄ，１４ｆは、第１及び第２のフランジ部１４ｅ，１４ｇより互いに平行に同じ高さまで延びる構成とされることで、内板フレーム１４Ｃは不等脚断面となっている。
【００８２】
この場合も、図７（ｄ）に示すように、内板フレーム１４Ｄのうち開口部の隅部に対応する部分を、湾曲部分１４ｋに構成すれば、より隅部の強度を増すことができる。
【００８３】
上記のように構成すれば、(i) 各種要素の接合にレーザ溶接を用いるので、従来構造のように、スポット溶接点間の座屈あるいは初期歪みによる座屈強度の低下がなく、設計どおりの座屈強度が得られる、(ii) 従って、理論どおりに補強部材のピッチを決めれば小
さな補強プレートを外板にあてがう必要がなく、部品点数低減、工数低減に寄与する、(iii) また外板補強の種類が従来に比して格段に少なく、２種類となり、部品製作のコストを下げられる、(iv) さらに部品の種類が少ないので部品の寸法精度向上を図りやすい、
などのメリットを有する。
【００８４】
ところで、連続レーザ溶接により冶金的に重ね部を連続的に接合しているため、新たに別部品としてのシール材を必要とせず、また経年劣化による浸水もない。なお、レーザ溶接は、アーク溶接と異なり、エネルギ密度が高く熱歪みがほとんど生じないため、このような使用が可能である。
【００８５】
このように、シール材を用いることなく連続レーザ溶接のみで水密性を確保できることを利用して、別途水管・雨樋を設けなくても、構体の構造部材のみで雨樋などの水路を形成することができる。
【００８６】
具体的には、側外板と屋根外板の結合は、連続レーザ溶接により行うが、その場合には、通常、レーザ溶接時における反力受けのために屋根外板あるいは側外板のいずれか一方、あるいは両方の端部を折り曲げて、剛性手段としての折り曲げ部分を形成する。例えば図８（ａ）に示すように、側構体の側外板６Ａ（幕板）の端部を折り曲げて、レーザ溶接施工時の反力受け部としての折り曲げ部分６Ａａを形成すると同時に、屋根構体の屋根外板６Ｂ（長桁）の端部を折り曲げて、上方に開放される断面コの字状の雨樋部としての折り曲げ部分６Ｂａを構成する。このように、屋根外板６Ｂの端部を折り曲げることにより、剛性の確保と同時に雨樋部（折り曲げ部分６Ｂａ）を構成することを実現できる。
【００８７】
また、図８（ｂ）に示すように、側構体の範囲を側外板６Ａ（幕板）上部の屋根外板（長桁）まで広げ、この側外板６Ａの端部６Ａｂを折り曲げると同時に、これと接合すべき屋根外板６Ｂの端部６Ｂｂを折り曲げて反力受け部とすることができる。この場合はこの反力受け部がそのまま雨樋を構成する。
【００８８】
また、側構体と妻構体の結合は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、あらかじめ妻構体の妻外板２１に接合された水平断面略Ｌ字状の妻隅柱２２に対しこれを反力受けとし、側外板２３を連続レーザ溶接により接合することにより行う。妻外板２１と側外板２３とは互いに直交する位置関係となる。
【００８９】
その際、図９（ａ）に示すように妻隅柱２２との間で閉空間を構成するような別部材２４を設けることで、屋根から地表へ雨水を導く雨樋を構成することができ、別途水管を設ける必要がなくなる。妻隅柱２２は、妻外板２１に接合される第１の面板部２２ａと、側外板２３に接合される第２の面板部２２ｂとを有する。部材２４は、妻隅柱２２の面板部２２ａ，２２ｂにそれぞれ接合されるフランジ部２４ａ，２４ｂと、それらの間に位置するくの字形状の本体部２４ｃとを有する。この本体部２４ｃと妻隅柱２２との間に水路（雨樋）としての閉空間が形成される。
【００９０】
図９（ｂ）に示すように、妻隅柱２２Ａと妻外板２１との間で閉空間を構成することも可能である。この場合には、妻隅柱２２Ａの妻外板２１側に、断面ハット形状の閉空間構成部分２２ｃが連接されている。閉空間構成部分２２ｃの両側のフランジ部２２ｄ，２２ｅが妻外板２１に連続レーザ溶接され、水密性が確保される。
【００９１】
また、側外板の下部（腰板）と台枠の結合は、図１０に示すように、断面コ字形状の側梁２５を反力受けとし、これに側外板２３を連続レーザ溶接により接合することにより側外板２３と台枠（側梁２５）の結合を行うことができる。
【００９２】
側外板においては、図１１（ａ）に示すように、外板２３Ａ，２３Ｂ端部どうしを重ね合せるか、あるいは外板２３Ｂと枠部材２６（開口部の縁部材）を重ね合せ、連続レーザ溶接することにより重ね継手を構成する。これらの作業は、構体の結合前に各構体ユニッ
トの状態で治具に据え付けて連続レーザ溶接を行うので、反力受けの必要がない。また、このような重ね継手だけでなく、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、突合せ継手Ｊ１、重ね隅肉継手Ｊ２による構成も可能である。
【００９３】
ところで、外板と枠部材（開口部縁部材）とを連続レーザ溶接する際には、枠部材を構成する板材の厚さが外板の板厚と同程度かあるいはそれ以下では外板表面に溶接焼け、角折れが生じ、場合によっては溶接ビードが貫通する。この場合、開口部まわりに沿って溶接痕が見えることとなり、美観を損ねる。
【００９４】
そこで、図１２に示すように、窓枠やドアマスクなどの、外側に位置する縁部材２６を、外板６より厚さの厚い厚板とすることができる。外側に位置する部材である縁部材２６の板厚が３ｍｍ以上であれば、表面処理の種類と状態にかかわらず、溶接線をほとんど見えなくすることができる。
【００９５】
また図１３に示すように、縁部材２７の重ね継手を構成する部分に、板材を巻き込んで内部に中空が形成されるロール部２７ａを構成することで、貫通溶接としても外表面に影響の出ないようにすることもできる。このようなロール部２７ａは、板材をドロー成形、ロール成形するかあるいは、板材をＶ曲げプレス、鋼管をプレスなどして製作することが可能で、中空部が形成されることなく板材どうしが接触している場合でもよい。なお、中空部は必ずしも形成されている必要はなく、外板６との接合部分が、平板を折り曲げてなる重ね板構造になっていればよい
このようにすれば、不要な重量増加を抑えつつ水密を保持し、さらに意匠性も高めることができる。またこのようにロール部を構成しておけば、仮に枠＋外板＋骨材の３枚重ねが必要であっても、貫通のおそれが少ないので、３枚同時に重ね溶接を行うことができる。
【００９６】
また、例えば窓枠ならば吹寄部の外板を、前述したように厚板（３ｍｍ以上）にし、窓枠を廃止することも可能である。この場合は、部品点数も削減できる。
【００９７】
ところで、重ねレーザ溶接を行う際、図１４（ａ）に示すように、重ね部分の密着性を確保するためとレーザビーム１２の焦点距離を正確に保つためにレーザビームと一緒に移動する押さえローラ３１（直径１００ｍｍ程度）を用いる。この押さえローラは、外板６に補強部材７をレーザ溶接する際に、レーザビーム１２と一緒に移動し外板６に補強部材７の接合部分を押さえつけるものである。
【００９８】
このとき、補強部材７の端部に縁部材３２（窓枠、ドアマスクなどのフレーム）を取り付けていると、ローラ３１が縁部材３２に干渉して端部まで連続してレーザー溶接をすることができない。そのため、従来は押さえローラ３１を取り外して別途溶接を行っていたので、多大な工数を要している。逆に、縁部材３２を後付けにするとローラ３１が外板補強部材７に干渉して施工できないおそれがある。
【００９９】
そこで、図１４（ａ）に示すように、押さえローラ３１の通る部分のみ縁部材３２の一部（フランジ３２ａ等）を切り欠いて、押さえローラ３１が侵入可能である切り欠き部３２ｂを形成し、押さえローラ３１を取り外さずに一工程で速く正確に外板６と外板補強部材７とのレーザー溶接を行うことができる。
【０１００】
また、図１４（ｂ）に示すように、縁部材３２の高さ以上の高さ寸法を持つ長尺の押さえ治具３３を外板補強部材７の上に配置し、この治具３３の上から押さえローラ３１で治具３３ごと部材７を押さえつけることも可能である。
【０１０１】
このようにすれば、構造部材に手を加えることなく、補強部材７の端部まで外板６に溶接することができるというメリットがある。
【０１０２】
そして、高精度かつ美麗な外板面をもつステンレス構体を比較的容易に得るために、連続レーザ溶接により外板パネルを組み立てた後には、外板の表面を、ブラッシング、またはショットブラスト処理して美麗に仕上げる。あるいはレーザ溶接により構体を組み立てた後に、外板をブラッシング、またはショットブラスト処理して美麗に仕上げるようにしてもよい。また、溶接線部をカラーバンドで覆うのでもよい。なお、レーザ溶接による継手は、貫通重ね溶接、部分溶込重ね溶接、突合せ溶接のいずれでもよい。
【０１０３】
あるいは外板６の板厚を３ｍｍ以上とすれば外板の表面処理、溶接線の方向に関係なく、外板面に溶接線を出さずに部分溶け込みレーザ溶接を行うことが可能である。
【０１０４】
このようにすれば、ブラッシングなどの後処理を行わなくても溶接工程のみで外板の美観を確保することができる。
【０１０５】
また別の実施例として、外板の板厚は従来どおりであっても、溶接線の方向を一定の方向、特に側外板においては車体長手方向に統一することにより、多少の溶接痕が外板面に出ても目立たなくする（気にならないようにする）ことも可能である。
【０１０６】
外板に現れる溶接線をすべて一定方向とするために、本実施の形態では、外板と長尺の外板補強部材（横骨）とをレーザ溶接し、その上から外板補強部材に直交する方向にメインフレーム（縦骨）を通す「浮き骨構造」を採用している。
【０１０７】
この浮き骨構造においては、横骨と縦骨とを交叉させてレーザ溶接により接合する場合、接合時は重なり部の密着性を確保するために、前述した押えローラが使用される。上側に位置する縦骨のフランジの板厚あるいは剛性が不十分であると、横骨とともに縦骨のフランジ部が撓み、密着性を確保することができない。これの解消のためには大型の押え治具が別途必要となり生産性とコストを著しく悪化させる。
【０１０８】
上に位置する縦骨の板厚（２．５ｍｍ）を下に位置する横骨（１ｍｍ）よりも厚くする、あるいは縦骨のフランジ端部を折り曲げて剛性を確保する、などの対策により大型の治具がなくとも横骨の撓みを解消でき、簡便な押えローラにより当該部の溶接ができるので、生産性・コストに優れる。
【０１０９】
また、横骨と縦骨との交叉部が側窓や側出入口などの外板開口の隅部に近接する場合、横骨と縦骨との間に大きなせん断力が生じやすく、横骨および縦骨の狭小なフランジ重なり部における接合のみでは強度が確保できないことがある。
【０１１０】
そこで、図１５に示すように、縦骨４１のフランジ４１ａを広げてガセット状の延長部４１ｂに構成して接合面積を確保することが考えられる。横骨（補強部材７）は外板６の開口隅部形状に合わせ端部まで延長する。
【０１１１】
ガセット状の延長部４１ｂと外板補強部材の延長部とを接合することにより立体ガセットを構成できる。なお、当該のガセット部は、上に位置する縦骨４１とは別部品でもよい。また、当該部分の接合はレーザ溶接によることが望ましい。
【０１１２】
このようにすれば、横骨（補強部材７）と縦骨４１との重なり部に生じるせん断応力を軽減することができる。さらに外板６に生じる応力を立体ガセットにより軽減することができる。
【０１１３】
また、横骨（補強部材７）、縦骨４１との重なり部や横骨（補強部材７）とガセット部との重なり部などの狭小部においてレーザ溶接を適用する場合、溶接線Ｕは間欠的で短尺になるので、このような狭小部において、図１６（ａ）に示すように、溶接線が閉じるようにレーザビームの光軸を回転させてリング状の溶接線Ｕ１（直径１０〜２０ｍｍ程度のリング溶接）を構成するようにしてもよい。リング径は接合部面積、要求強度から決定される。
【０１１４】
このようにすれば、狭小部においても長い溶接線Ｕ１を確保できるので、必要な強度を得ることができる。また、溶接端部がないので亀裂も生じにくい。
【０１１５】
なお、このリング溶接の際、図１６（ｂ）に示すように、筒状の押さえ治具５１を用いれば上下部材の密着性を確保して適切なレーザ溶接を行うことができる。
【０１１６】
また、内装品、機器類を取り付ける構造として、例えば図１７（ａ）に示すように、板材を折り曲げてレール状に加工し、長手方向に連続した開口６１Ａを有する長尺のレール部材６１を、屋根構体の横骨６２（垂木）に車体長手方向にレーザ溶接（溶接部分Ｕ）により取り付け、矩形板状の頭部を有する特殊ボルト部材６３及びナット６４を使用することにより内装品・機器類としての天井ダクトや蛍光灯などのユニットを吊り下げ状態で取り付けることができる。例えば天井ユニット９１や小天井９２を取り付ける場合の具体例を図３０（ａ）（ｂ）に示す。レール部材６１に特殊ボルト部材６３及び調整ライナ９３を介して天井ユニット組込部材９４が取り付けられ、この組込部材９４に対し天井ユニット９１や小天井９２が詰め込みライナ９５を利用して取り付けられる。このレール部材６１は、図３１に示すように、左右の断面Ｚ形状の外側板部６１ａ，６１ｂと、それらを連結する内側の連結板部６１ｃを有し、前記外側板部６１ａ，６１ｂの下部と連結板部６１ｃとによりレール部を構成している。そしてレール部を構成する部分は、上側部分６１ｃａを除き二重板構造となっている。つまり、レール部材６１は、断面において、特殊ボルト部材６３の頭部６３ａが係合する部分の両側部分及び開口６１Ａを形成する係止部分が、外側板部６１ａ，６１ｂと連結板部６１ｃとの二重板構造とされ、外側板部６１ａ，６１ｂはそれぞれその二重板構造の上端部から互いに反対方向に、横骨６２への取付部分６１ａａ，６１ｂａが延びるように、レール部材６１全体が一枚の板材を折り曲げることで形成されている。
【０１１７】
また、図１７（ｂ）に示すように、開口６５Ａを有する、同様な構造のレール部材６５を側外板６に車体長手方向に、あるいは車体長手方向と直交する方向にレーザ溶接（溶接部分Ｕ）により取り付け、矩形板状の頭部６６ａを有する特殊ボルト部材６６やナットを使用することにより、内装品・機器類としての腰掛や内装パネルをレール部材６５に対し取り付けることもできる。
【０１１８】
図１８（ａ）に示すように、台枠５の床板（キーストンプレート）の間に車体長手方向にレール部材７１を接合し、腰掛けを取り付けられるようにすることもできる（シートトラック）。
【０１１９】
また図１８（ｂ）に示すように、レール部材７２を台枠の横ハリとして用い、レール部材７２に床下機器類を吊り下げられるようにしてもよい。
【０１２０】
これらの場合、レール部材６１，６４，７１，７２の、レール状の成形加工はドロー成形あるいはロール成形により行われ、その長尺レール部材の外板あるいはメインフレームへの取り付けはレーザ溶接により行われる。あるいはメインフレームへの取り付けならばアーク溶接や抵抗スポット溶接によってもよい。
【０１２１】
このようにすれば、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数削減、寸法管理の容易化が図れる。また、レール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より特殊ボルト部材を挿入すれば特別な後加工を行うことなしに特殊ボルト部材を使用でき高荷重にも対応できる。
【０１２２】
レール部材６１，７１，７２のレール部を構成する部分は、連結板部６３ｃの上側部分６１ｃａを除き二重板構造となり、レール部の側部が二重板構造となるので、必要な部分のみ強化することができ、軽量化と高強度化の両立が図れる。
【０１２３】
また、ドロー成形によれば、プレス成形によるよりもはるかに安価で高精度に加工することができ、特殊ボルト部材の頭部との精度のよい嵌め合いを実現できる。つまり、レール幅の精度が向上し（±０．２５ｍｍ）、特殊ボルト部材を使用する際の安全性が向上する。また、レール部材の一体成形により強度向上、精度向上及びコスト低減を図れる。
【０１２４】
次いで、前記レール部材について行った吊具引張試験について説明する。
［目的］
天井ユニット取付用吊具の引っ張り試験を行い、吊り溝レールが降伏点に達するまでの許容耐荷重を測定する。また、ボルト形状の違いによる許容耐荷重への影響も調べる。
［試験方法］
吊溝を構成するレール部材４０１を治具により、図３２（ａ）（ｂ）に示すように固定し、レール部材４０１の中央に設置した特殊ボルト部材４０２に引っ張り荷重を加える。特殊ボルト部材４０２が外れるまで荷重Ｆ１（荷重負荷点Ａ）を加え、レール部材４０１の各測定点Ｐ１１〜Ｐ１４が降伏したときの荷重及び特殊ボルト部材が外れたときの荷重を測定する。
【０１２５】
試験は２種類の特殊ボルト部材を用い、３回測定を行う。なお、供試体であるＳＵＳ３０４は前記表１に、測定点Ｐ１１〜Ｐ１４に設けた歪みゲージは前記表２に示す。各部の寸法はＬ１＝７５ｍｍ、Ｌ２＝１５０ｍｍ，Ｌ３＝４５．３８ｍｍ、Ｌ４＝３４．４８ｍｍである。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
【表２】
［試験結果］
試験結果は、頭部が３４ｍｍ×１６．５ｍｍの矩形板である特殊ボルト部材（Ｍ１０）の場合は表３〜表５に、頭部が３２ｍｍ×３２ｍｍの正方形板である特殊ボルト部材（Ｍ１６）の場合は表６〜表８に示すとおりである。つまり、(i)降伏時の荷重及び特殊ボル
ト部材が外れたときの荷重は、ボルト形状の違いによる大きな差異は認められない。従って、耐荷重はボルト形状に依存しないといえる。(ii)降伏時の耐荷重はいずれも１００kgf以上である。従って、従来の構造に比べて、十分に高い強度を有しているといえる。
【０１２８】
【表３】
【０１２９】
【表４】
【０１３０】
【表５】
【０１３１】
【表６】
【０１３２】
【表７】
【０１３３】
【表８】
続いて、側構体の組立方法、側構体を複数のユニットに分割して製造し、それらの製造後にそれらをレーザ溶接により接合して側構体とする方法について説明する。
（１）第１の方法は、図１９（ａ）（ｂ）に示すように、２種類の側ユニット８１Ａ，８１Ｂ、幕板ユニット８２、及びドアマスク８３を別々に製造し、その後、それらをレーザ溶接にて結合し、側構体８４とするものである。この場合、側ユニット８１Ａ，８１Ｂ、幕板ユニット８２をレーザ溶接にて組立てるようにしてもよい。
（２）第２の方法は、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａを含む側ユニット８１Ｃ，８１Ｄおよびドアマスク８３を別々に製造し、その後、それらをレ
ーザ溶接にて結合し、側溝体８５とするものである。
【０１３４】
前記側ユニット８１Ｃ，８１Ｄはレーザ溶接を用いて組立てられる。ドアマスク８３の結合方法もレーザ溶接である。側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａどうしの結合方法はレーザ溶接、あるいはアーク溶接である。
（３）第３の方法は、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａを含む側ユニット８１Ｃ，８１Ｄおよび幕板部まで延びたドアマスク８３Ａを別々に製造し、その後、それらをレーザ溶接にて結合し、側溝体８６とするものである。ドアマスク８３Ａの幕板部まで延びた部分は、側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａの外側に位置する。
【０１３５】
前記側ユニット８１Ｃ，８１Ｄはレーザ溶接を用いて組立てられる。ドアマスク８３Ａの結合方法、側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａどうしの結合方法は前述したとおりである。
（４）第４の方法は、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｅａ，８１Ｆａ及び半割れドアマスク８１Ｅａ，８１Ｆａを含む側ユニット８１Ｅ，８１Ｆを別々に製造し、その後、側ユニット８１Ｅ，８１Ｆどうしをレーザー溶接にて結合し、側溝体８７とするものである。
【０１３６】
前記側ユニット８１Ｅ，８１Ｆはレーザ溶接を用いて組立てられる。
【０１３７】
このようにすれば、側構体８４〜８７の施工速度を向上させ、側外板の美観を向上させ、水密性を確保してシールレスとし、寸法精度を向上させる上で有利である。
【０１３８】
ところで、前述した側ユニット８１Ａ〜８１Ｆの組立方法は、例えば図２３に示すように、側外板を腰板１４１Ａ、吹寄板１４１Ｂ、幕板１４１Ｃに分割しており、それぞれの外板１４１Ａ〜１４１Ｃに外板補強部材１４２Ａ〜１４２Ｃをレーザ溶接にて接合し、腰パネル１４３Ａ、吹寄パネル１４３Ｂ、幕パネル１４３Ｃを製作する。
【０１３９】
このとき、外板１４１Ａと外板補強部材１４２Ａのフランジ部とでは重ね継手が構成されており、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、外板１４１Ａ外板補強部材１４２Ａ側からの部分溶け込みレーザ溶接により両者が接合される。外板１４１Ｂ，１４１Ｃと外板補強部材１４２Ｂ，１４２Ｃのフランジ部との接合も同様である。なお、窓枠（図示せず）は同様にしてあらかじめ吹寄板１４１Ｂにレーザ溶接により接合しておく。
【０１４０】
吹寄板１４１Ｂの下端縁、および幕板１４１Ｃの下端縁にはせぎり部が設けられており、吹寄板１４１Ｂ下端縁のせぎり部と腰板１４１Ａの上端、および幕板１４１Ｃの下端と吹寄板１４１Ｂの上端とで重ね継手を形成し、この部分をレーザ溶接することにより側ユニット１２１を形成する（図２５参照）。なお、１２２は窓開口部、１２３はドア開口部である。
【０１４１】
さらに前記重ね継手部に位置する腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂをレーザ溶接により外板に接合する（図２６参照）。このとき腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂの存在により、腰パネル１４３Ａと吹寄パネル１４３Ｂ、あるいは吹寄パネルと幕パネルのレーザ溶接による施工に支障がないように腰帯１４５、幕帯１４１Ｂ，１４１Ｃを配置することができれば、腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂをあらかじめ吹寄板１４１Ｂに接合しておくこともできる。
【０１４２】
次に戸先柱１４６Ａ、戸尻柱１４６Ｂ、間柱１４６Ｃの各縦柱１４６を外板補強部材１４２Ａの頭部にレーザ溶接により接合する（図２３、図２４（ｄ）及び図２６参照）。こ
のとき短尺の溶接線であってもよいし、あるいはリング状の溶接線ならばさらに接合強度が安定する。なお、１４８はドア枠である。
【０１４３】
最後に腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂと戸尻柱１４６Ｂの結合部およびその近傍にガセット１５０Ａ〜１５０Ｄをレーザ溶接にて接合して側ユニット１２１を完成させることができる（図２７参照）。
【０１４４】
そして、前述したところの側ユニットの製造方法は、妻構体ユニット、屋根ユニット、台枠ユニットの製造にも適用することができる。
【０１４５】
屋根構体ユニットの場合は屋根外板どうしを連続レーザ溶接により接合した後、垂木と屋根外板を外板側からのレーザ溶接により接合する。このとき屋根構体では高度な美観を要求されないので、レーザ溶接は貫通溶接でも部分溶け込み溶接でもよい。
【０１４６】
台枠ユニットの場合は側梁と横梁とをガセットを介してレーザ溶接もしくは抵抗スポット溶接にて接合して枠組を製作したのち、キーストンプレートの床板と横梁とを床板側からのレーザ溶接により接合する。このとき台枠下部および床板面は、車体完成後は死角もしくは隠蔽部となり美観の要求はないので、レーザ溶接は貫通溶接でも部分溶け込み溶接でもよい。
【０１４７】
そして、これら左右の側ユニット、屋根ユニット、台枠ユニット及び前後の妻ユニットは、図８〜図１０に例示する方法により接合されて、鉄道車両用構体が組み立てられる。
【０１４８】
前記実施の形態では、外板パネルにレール部材を接合するのにレーザ溶接を用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、その接合に、スポット溶接などの他の溶接手段を用いてもよいのはもちろん、リベット接合とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】（ａ）は矩形板の座屈問題の説明図、（ｂ）は矩形板のせん断座屈問題の説明図、（ｃ）は長方形板の座屈モードの説明図である。
【図２】（ａ）は短辺長ｂと長辺方向の座屈応力σcr,xの関係説明図、（ｂ）は短辺長ｂと短辺方向の座屈応力σcr,yの関係説明図、（ｃ）は短辺長ｂとせん断座屈応力τcrの関係説明図である。
【図３】本発明に係る一実施の形態である鉄道車両用構体を示す斜視図である。
【図４】外板と外板補強部材との関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ外板補強部材の端部に小型補強材を設けた実施の形態を示す図、（ｃ）は外板補強部材の変形例を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は開口部の隅部を示す斜視図、（ｂ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｃ）は開口部の隅部のさらに別の例を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｂ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｃ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｄ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は側外板と屋根外板との接合部分を示す斜視図，（ｂ）は側外板と屋根外板との接合部分の別の例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ側外板と妻外板との接合部分の斜視図である。
【図１０】側外板（腰板）と側梁との接合部分の斜視図である。
【図１１】（ａ）は側外板の接合部分の説明図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ側外板の接合部分の説明図である。
【図１２】側外板と縁部材との接合部分の斜視図である。
【図１３】側外板と縁部材との接合部分の斜視図である。
【図１４】（ａ）は外板補強部材の接合方法の説明図，（ｂ）は外板補強部材の接合方法の他の例の説明図である。
【図１５】開口部の隅部の他の例を示す斜視図である。
【図１６】（ａ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｂ）は溶接方法の説明図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ内装品・機器類の取付構造の説明図である。
【図１８】（ａ）は図７のＡ部詳細図、（ｂ）は図７のＢ部詳細図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２０】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２１】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２３】本発明に係る鉄道車両の側構体を組み立てる手順の一例を示す説明図である。
【図２４】（ａ）はレーザ溶接継手の原理の説明図，（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ外板パネルの説明図である。
【図２５】本発明に係る鉄道車両の側構体を、車外側から見た状態を示す図である。
【図２６】同鉄道車両の側構体を、車内側から見た状態を示す図である。
【図２７】同鉄道車両の側構体を、車内側から見た状態を示す斜視図である。
【図２８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来のステンレス構体の説明図である。
【図２９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来の鉄道車両用構体の変形の状態の説明図，（ｃ）は従来の外板と外板補強部材との関係を示す説明図である。
【図３０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ具体例の説明図である。
【図３１】本発明に係るレール部材の説明図である。
【図３２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ吊具引張試験の試験方法の説明図である。
【符号の説明】
【０１５０】
Ｓ１ 窓開口部
Ｓ２ 出入口開口部
Ｕ，Ｕ１ 溶接線
１ 鉄道車両用構体
２ 側構体
３ 屋根構体
４ 妻構体
６ 外板
６Ａａ、６Ｂａ 折り曲げ部分
７，７Ａ，７Ｂ 外板補強部材
７Ａａ コ字状部
７Ａｂ，７Ａｃ 取付部
８ 縁部材
１２ レーザビーム
２１ 妻外板
２２ 妻隅柱
２２ｃ 閉空間構成部分
２７ 縁部材
２７ａ ロール部
３２ 縁部材
３２ｂ 切り欠き部
４１ 縦骨
４１ａ フランジ部
６１，６４，７１，７２ レール部材
６１ａ，６１ｂ 外側板部
６１ｃ 連結板部
６１ｃａ 上側部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス製の鉄道車両用構体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄道車両用構体として、ステンレス構体（ステンレス鋼製の鉄道車両用構体）、図２８（ａ）に示す軽量ステンレス構体２０１（外板＋骨組み＋外板補強部材）や、図２８（ｂ）に示すダブルシートステンレス構体２０２（外板＋一体プレス成形内板）のほか、ダブルスキンタイプのステンレス構体が知られている（例えば特許文献１参照）。そのようなステンレス構体は塗装が不要で、メンテナンスが容易で、腐食もないなどの多くの利点を有する。
【０００３】
鉄道車両用構体において、外板と外板補強部材との接合には、熱歪み低減の観点から、抵抗スポット溶接が多用されているが、既打点への分流を避けるためにその打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度とされる。
【０００４】
一般の鉄道車両用構体、とくに側構体は強度設計上いくつかの留意点を有する。ここで、側構体とは、単数又は複数の側外板パネル（外板と外板補強部材とを有する）により構成されるものをいう。
【０００５】
車体自重・乗客により負荷される垂直荷重Ｆ１により、図２９（ａ）に示すように、側外板パネル１０１は主として面内せん断作用を受ける。また、車両間の前後力（車端圧縮荷重）により、図２９（ｂ）に示すように、連結器を通じての荷重Ｆ２により面内軸圧縮・面内曲げ作用も負荷される。強度設計上、第１に留意すべき破壊モードは側外板パネルの座屈であり、これのクライテリアをもとに構造の概要が決定される。
【０００６】
例えば、外板が広範囲で圧縮作用を受ける部位（例えば車端圧縮荷重時の車体中央腰板下部）では、図２９（ｃ）に示すように、所要の面外剛性をもつ外板補強部材１０１（防撓材）を外板１０２の内側に接合することが行われている。一般に、鉄道車両の側構体は車体長手方向の圧縮作用をより大きく受けるので、車体長手方向に沿って外板の内側に外板補強部材（防撓材）を設けるのが普通である。
【０００７】
また、外板が広範囲で主としてせん断を受ける部位（例えば垂直荷重時における台車直上の戸袋部）では、外板補強部材をレール方向に対し４５度の角度で外板に接合するのが理想であるが、そのような角度を持たせて接合することが製造上煩雑であるので、実際には補強部材を水平方向（レール方向）あるいは垂直方向に配置している。座屈強度上はどちらも同等である。
【０００８】
しかし、前述したようなステンレス構体では、いくつかの課題がある。
【０００９】
(i) 第１の課題は、全体座屈および局部座屈に対する強度低下である。
【００１０】
前述したように、外板と外板補強部材との接合には、熱歪み低減の観点から、抵抗スポット溶接が多用されるが、既打点への分流を避けるためにその打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度である。この場合、補強部材にうまく応力が分散せずに理論どおりの座屈強度を得られないことがある。
【００１１】
つまり、防撓パネルとしての面外曲げ剛性が理論値よりも低下し、想定より低い荷重で
全体座屈を引き起こす可能性がある。また、外板補強部材（防撓材）に平行な方向の圧縮に対してスポット溶接点間で外板が座屈するおそれがあり、このような局部座屈に対しても理論上の座屈強度より劣る。
【００１２】
例えば、後述する座屈強度の考え方を参照すればわかるように、外板補強部材（防撓材）のピッチを８０ｍｍとし、これと平行な方向に外板に圧縮応力が作用するとき、補強部材が外板に連続して接合されていれば、概算で１６０ＭＰａまで耐え得るのに、補強部材が外板に８０ｍｍピッチでスポット溶接されているとすれば、わずか６０ＭＰａ程度までしか耐えられない。
【００１３】
また、圧接によるスポットまわりの歪みにより外板に初期歪みが生じ、これによっても局部の座屈強度が大きく低下する。
【００１４】
(ii) 第２の課題は、応力集中部における永久変形（引張側）、あるいは局部座屈（圧
縮側）である。
【００１５】
側外板には、側外板の開口部における隅部において応力集中が生じる。とくに通勤車用の側構体には窓、出入口などの開口部が多く、これらの隅部における応力集中が問題となる。
【００１６】
これら応力集中部において引張側では永久変形、圧縮側では座屈変形を起こして最終的に破壊に至る。これに対する対策としては、引張側ではプレート状の外板補強部材を内側に足して増厚し、応力を軽減することが考えられる。圧縮側も理論上は同様に対処が可能であるが、しかし抵抗スポット溶接で組立てられた従来のステンレス構体ではいくつか問題がある。
【００１７】
すなわち、前述したように、抵抗スポット溶接の打点ピッチは通常５０〜８０ｍｍ程度であるが、この場合、補強プレートにうまく応力が分散せずに理論どおりの座屈強度を得られないことがある。また、せっかく補強プレートをあてがっても、これを接合するためのスポット溶接が増え、圧接・入熱によるスポットまわりの歪みにより外板に初期歪みが生じ、かえって局部の座屈強度を低下させることがある。
【００１８】
(iii) 第３の課題は、水密性である。
【００１９】
ステンレス構体の組立において多用される抵抗スポット溶接は重ね継手しか構成することができないため、外板どうし、あるいは外板と縁部材（窓枠、ドアマスクなど）との接合も重ね継手となる。
【００２０】
ところで、これらの継手では外部からの浸水を防ぐため、水密性を保つ工夫が必要であるが、重ね部で微小な隙間を生じるのに加えスポット溶接は間欠的な接合法であるため、重ね部にあらかじめシール材をはさみ込んで溶接を行うことにより水密性を確保している。あるいは重ね端部に隅肉状にシール材を盛ることにより水密性を確保している。
【００２１】
しかし、風雨や洗車に伴うシール材の経年劣化によりシール切れが生じ、車内への浸水が発生することがある。ちなみに普通鋼やアルミニウム合金製の構体では連続溶接が可能であるため、このような問題は生じない。
【００２２】
(iv) 第４の課題は、外板（側外板、妻外板）の美観性である。
【００２３】
ステンレス構体の組立において多用される抵抗スポット溶接は、施工時にスポット状に
押圧を行うため、押圧力と入熱によりその周囲に歪みを生じ、また打点部には凹状の圧痕も生じるため、これらが外板の美観を損ねている。とくに側外板、妻外板の美観を損ねることは製品価値を低下させることになる。
【００２４】
なお、スポット溶接による外板の「焼け」は電解処理により消すことが可能であるが、圧痕は比較的深く、接合後の研磨等によって見えなくすることは困難である。
【００２５】
また、カラーバンド（フィルム）により覆うこともできるが、覆っても、見る角度によっては、圧痕はさらに目立つことになりかねない。
【００２６】
(v) 第５の課題は、内部骨組の煩雑さである。
【００２７】
内装、機器類を構体に取り付ける構造として、従来は主構造あるいは内部骨組（２次構造材）にネジ座を溶接付けしたり、あるいは取付金を別途設けたりすることにより対応していた。
【００２８】
これらの取付金、ネジ座はほとんどが車両毎の個別設計であり、構体への取付場所も車種、部位によってまちまちである。
【００２９】
従って、ネジ座、内部骨組、取付金等、部品点数が増し、部品製作、溶接付けに多大な工数を要している。また取付位置が標準化されていないので、取付の寸法管理も煩雑である。
【００３０】
発明者は、外板と外板補強部材との接合に、抵抗スポット溶接に代えて、レーザ溶接を利用すれば、前記課題を解決できることに着想し、別途特許出願をしている（特願２００４−２０６３９０号参照）。
【００３１】
ところで、ステンレス製の車両では、天井板等の内装材や部品を取り付けるための内部骨組の種類が多く、重量、部品コスト、取付コスト的に課題がある。アルミニウム合金製の車両では押出形材においてレール部を一体成形しこれに特殊ボルトを係止する方式（つまり、前記レール部に特殊ボルト（取付ボルト）の頭部を形成させる方式）が実用化されているが、ステンレスは、アルミニウム合金のように押出成形できないので、アルミニウム合金製の車両と同じ方式をステンレス製の車両の場合には採用することができない。
【００３２】
そこで、ステンレス製の車両において、ハット形プレス材に長孔を設けてレール化し、特殊ボルト（ひねって係止するタイプ）を使用して部品を取り付けることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２７６３９８３号公報（段落００１４、００２０及び図４）
【特許文献２】特開２００４−１０６８０６号公報（第３頁、第４頁及び及び図２、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかし、このようなタイプの特殊ボルトを用いる場合には、空転を防ぐためにレール部の巾精度が必要なのに対し、プレス成形では部品精度がよくない（通常±０．５ｍｍ）。なお、アルミニウム合金のレールの場合には±０．２５ｍｍの部品精度が可能である。
【００３４】
また、このタイプのボルトは大きな荷重に対しては、回転して脱落するおそれがあるので、不向きであり、この場合はアルミニウム合金製の車両で用いられているように、頭部をレール部に係止させる特殊ボルトを使用するのがよいが、特許文献２記載の長孔方式で
はそのような特殊ボルト部材を挿入できない。仮に特殊ボルト部材の頭部が進入可能である切り欠きを設けたとしても、レールフランジ部の剛性が低下し、特殊ボルト部材が脱落しやすくなるため安全上不利である。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
請求項１の発明は、外板の内側に補強部材が接合されてなる外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材が取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする。ここで、特殊ボルト部材とは、ボルトの頭部が、レール部材に回転不能に係合する特殊な形状（例えば矩形板形状）を有するものをいう。
【００３６】
このようにすれば、構体の外側部を構成する外板パネルの内側にレール部材が取り付けられ、そのレール部材に特殊ボルト部材を用いて内装品・機器類が取付けられるので、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数の削減、寸法管理の容易化が図れる。また、レール部材のレール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より特殊ボルト部材の頭部を挿入すれば特別な後加工を行うことなしに特殊ボルト部材を使用することができ、高荷重にも対応できる。
【００３７】
請求項２の発明は、外板パネルが、外板と、その外板の内側に接合され外板を補剛する補強部材とを有し、この補強部材がレール方向又はレール幅方向に配置され、前記補強部材が前記外板にレーザ溶接により接合されている鉄道車両用構体であって、前記外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材がレーザ溶接により取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする。
【００３８】
このようにすれば、外板に補強部材を接合して外板パネルとするだけでなく、外板パネルにレール部材を接合するのもレーザ溶接により行うことができる。
【００３９】
これらの場合、請求項３に記載のように、前記レール部材は、左右の断面Ｚ形状の外側板部と、それらを連結する連結板部を有し、前記外側板部の下部と連結板部とによりレール部を構成することができる。
【００４０】
このようにすれば、外板に取り付けるレール部材を簡単に形成することができる。
【００４１】
請求項４に記載のように、前記レール部を構成する部分は、上側部分を除き二重板構造となっていることが望ましい。
【００４２】
このようにすれば、レール部の側部が二重板構造となるので、必要な部分のみ強化して、軽量化と高強度化の両立が図れる。
【００４３】
請求項５に記載のように、前記レール部材は、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げて形成されたことを特徴とする。
【００４４】
このようにすれば、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げてレール部材が形成されるので、レール幅の精度が向上し（±０．２５ｍｍ）、頭部を係止させる特殊ボルト部材を使用する際の安全性が向上する。レール部材の一体成形により強度の向上、精度の向上、コストの低減が図れる。
【発明の効果】
【００４５】
以上のように、本発明は、外板パネルの内側にレール部材を取り付け、そのレール部材に特殊ボルト部材を用いて内装品・機器類を取付けるので、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数の削減、寸法管理の容易化を図ることができる。また、レール部材のレール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より前記特殊ボルト部材の頭部を挿入することで、特別な後加工を行うことなしに、特殊ボルト部材を使用することができ、高荷重にも対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００４７】
まず本発明は、次に説明する座屈強度の考え方に基づいて製造される車両に適用されるものである。
【００４８】
矩形状の平板に対するＥｕｌｅｒ座屈の式は下式のように表される（図１（ａ）参照）。
【００４９】
【数１】
ここでＥは縦弾性係数、νはポアソン比、ｔは平板の板厚である。
またＫは座屈係数であり、矩形板の４辺が単純支持（回転支持）である場合は理論上、
【００５０】
【数２】
と表される。ここで、αは辺長比
【００５１】
【数３】
である。
【００５２】
また、発生応力が大きい場合は塑性の影響が無視できないので、例えばＪｏｈｎｓｏｎの実験式により塑性修正を行う。すなわち、
【００５３】
【数４】
となる。ここでσＹは材料の耐力である。
【００５４】
同様にせん断座屈応力については、
【００５５】
【数５】
となる（図１（ｂ）参照）。
【００５６】
実際の構体構造においては、薄板の外板に、防撓を目的とした補強部材を接合して外板パネルを構成しているが、補強部材によって矩形状に囲まれた外板が座屈しないように補強部材の配置とピッチを決定しなければならない。
【００５７】
構体への垂直荷重あるいは車端圧縮荷重のいずれにおいても、側構体の外板に発生する面内応力は多くの個所で車体長手方向の応力がそれと直交する方向の応力（鉛直方向の応力）に比べて大きいので、補強部材で囲まれた外板矩形領域の長辺方向が車体の長手方向となるよう補強部材を配置すべきである。なぜなら、図１（ｃ）に示す座屈モードを見ても判るように、長辺方向への圧縮の方が短辺方向への圧縮に比べて数倍も座屈に耐え得るからである。
【００５８】
これを数式で表すと以下のようになる。
【００５９】
【数６】
よって、長辺の長さは短辺の長さの５倍以上あれば上式の近似は十分成立する。
【００６０】
これらの式により、矩形領域の短辺長ｂと座屈応力（σｃｒ，ｘ ，σｃｒ，ｙ ，τｃｒ ）の関係
を図示すると図２（ａ）〜（ｃ）のようになる。
【００６１】
外板パネルにおいては、補強部材を配置するピッチが、矩形領域の短辺長ｂに相当するとみなすことができる。
【００６２】
従って逆に、応力解析や構造試験を通じて発生応力（σｘ ，σｙ ，τ）を予測し得れば、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて補強部材のピッチｂを決定できる。これを式に表せば次のようになる。
【００６３】
【数７】
ここで、
図３は本発明に係る一実施の形態である鉄道車両用構体を示す斜視図である。
【００６４】
図３に示すように、鉄道車両用構体１は、左右の側構体２と、屋根構体３と、前後の妻構体４と、台枠５とを備える。側構体２は、外板６と、その外板６の内側に接合される外板補強部材７Ａ，７Ｂ（第１の補強部材）とを有し、それらがレーザ溶接にて接合されている（屋根構体３及び妻構体４も同様である）。この補強部材７Ａ（７Ｂ）は、断面コの字形状のコ字状部７Ａａと、そのコ字状部７Ａａの両端縁に連続して互いに反対方向に延びる取付部７Ａｂ，７Ａｃとを有し、断面ハット形状に構成され、この取付部７Ａｂ，７Ａｃの部分において外板６にレーザ溶接される。
【００６５】
レーザー溶接に用いられるレーザ照射装置（図示せず）は多関節ロボットの手首に取付けられる。この多関節ロボットは、複数軸（たとえば６軸）を有し、溶接されるべき薄板（例えば外板６）が固定された状態で、予め定める溶接線Ｕに沿ってレーザ照射装置を移動させることができるものである。重ねレーザ溶接を行うレーザ照射装置には、レーザ集光器と押圧手段とが一体に取付けられ、例えばローラを有する押圧手段（押さえローラ３１）が、溶接線Ｕに沿って移動してワークの溶接位置近傍を押圧しつつ、レーザ集光器からレーザビーム１２を溶接位置に照射することで、重ね部分の密着性を確保しつつ、レーザビームの焦点距離を正確に保つことができる構成とされている。
【００６６】
また、外板６の開口部（窓開口部Ｓ１、出入り口開口部Ｓ２）の周縁に設けられる縁部材８（窓枠、ドアマスクなど）と外板６との接合も、連続レーザ溶接により行われている。継手は重ね継手でも突合せ継手でもよい。なお、具体的に図示していないが、外板どうしの接合も連続レーザ溶接により行われている。
【００６７】
ところで、外板６に生じる面内応力成分をレール方向とそれに直交する方向の単軸応力σｘ，σｙ、およびせん断応力τに分解し、従来車についての応力解析結果により窓開口部Ｓ１の隅部に作用する応力は、
（σｘ，σｙ，τ）＝（１３０，５０，３５）［ＭＰａ］
程度であると推定される。このとき、前述した（１１）式によりピッチｂの理論値は
ｂ＝ｍｉｎ（１０４，８７，２５５）＝８７ｍｍ
と決まり、やや安全側とするために窓開口部Ｓ１の隅部付近の補強部材７Ａのピッチを８０ｍｍとしている。このことより、レーザ溶接による溶接線Ｕの間隔によって定義される補強部材７Ａのピッチは、補強部材７Ａが延びているレール方向において補強部材７Ａの
荷重負担が最も厳しくなる個所の座屈強度に基づいて決定されている、といえる。
【００６８】
そして、図４に示すように、補強部材７Ａは、レーザ溶接（溶接線Ｕ）の間隔Ｌ１を８０ｍｍ（ハット幅Ｌ２＝５０ｍｍ）とすることで、補強部材７Ａのピッチ８０ｍｍを具体化した。他の部位も同様にして補強部材７Ｂのハット幅（７０ｍｍ）とレーザ溶接の間隔（１００ｍｍ）を決定した。隣り合う補強部材７Ａ，７Ｂのレーザ溶接の間隔Ｌ３は、２０〜５０ｍｍである。ただし、外板６の部位ごとに補強部材の断面形状を決定していくと、補強部材に多くの種類が生じるので、補強部材の断面形状は、この実施の形態では、上記２種類に限定している。補強部材７Ａ，７Ｂの高さＨは２５ｍｍであるが、これは側構体２の外板６の全体座屈強度から決定したものである。
【００６９】
かくして、窓開口部Ｓ１の隅部、出入口開口部Ｓ２の上隅部付近に設けられる補強部材７Ａのハット幅Ｌ２（コの字部分の幅）は５０ｍｍ、その他の部位に設けられる補強部材７Ｂのハット幅は７０ｍｍとして、側構体が形成されている。よって、作用する応力が高く荷重負担が大きい窓開口部Ｓ１の隅部、出入口開口部Ｓ２の上隅部付近に設けられる補強部材７Ａのハット幅を、その他の部位に設けられる補強部材７Ｂのハット幅よりも小さくしている。なお、レール方向に直交する方向の面外曲げについては別途設けた縦骨により補剛することになる。
【００７０】
ところで、さらに条件の悪い荷重等を受ける側構体の場合は、外板と外板補強部材とで構成される閉空間の部分で、外板が、補強部材が延びる方向に直交する方向において座屈するおそれがある。この部分を補強するために、外板に補強部材が接合されて閉空間が構成される前に、外板の、前記閉空間に対応する部位に小型の補強板を接合することが考えられるが、作業性を上げるための他の実施例として図５（ａ）〜（ｃ）に示す構造のものがある。
【００７１】
図５（ａ）に示すように、断面ハット形状の補強部材７の内部に予め断面コ字形状の小型補強部材１１（第２の補強部材）を設けておくことで、局部補強を図ることができる。つまり、補強部材７の端部内に補強部材１１を配置し、補強部材７のコ字状部７ａの両側部に補強部材１１の両側部１１ａを溶接線Ｕにおいて予めレーザ溶接により接合して、両補強部材７，１１を一体にしておけばよい。
【００７２】
このようにすれば、補強部材７を外板６にレーザ溶接により接合するだけで、補強部材１１も外板６に取り付けられ、補強部材７の開口部が補強された状態となるので、工程を増やすことなく、所要部分に必要最小限の補強を追加することができる。
【００７３】
他の実施例として座屈強度を上げるために、図５（ｂ）に示すように、補強部材７（コ字状部７ａの頭部）に設けた開口７ｂ（あるいは切り欠き）を通じてレーザ溶接のビーム１２（又はスポット溶接のガン）により接合して、より座屈強度を増すようにすることもできる。
【００７４】
また、前述した断面ハット形状の外板補強部材は、通常、平板材をＶ曲げプレスして製作されるが、これは２次元断面のため、側窓や側出入口の開口部に至ると、外板補強部材の端部は、閉断面が開放されたフリーエッジ（同一断面形状を維持して特定方向に延びた部材の端部で、その端部が開放され何ら補強あるいは３次元的な加工が施されていないものをいう）となりそのままでは剛性が弱くなる。
【００７５】
そこで、端部処理として、図５（ｃ）に示すように、外板６にレーザ溶接により接合される基部１３ａと、この基部１３ａの中央部分に対し絞り成形により形成され内部が中空である膨出部１３ｂとを有する補強部材１３（端部が塞がれている）を用い、端部におけ
る座屈強度、剛性を増加させることができる。特に、レーザ溶接などの連続溶接を用いれば、補強部材１３の周囲を完全に塞ぐことができ、剛性がさらに増す。
【００７６】
あるいはやはりＶ曲げプレス材を用いる場合は、図６（ａ）に示すように、例えば側窓の開口部Ｓ１の周縁部分において、平板状の内板フレーム１４を補強部材７の断面コ字形状のコ字状部７ａ上に配置し、それらレーザ溶接により接合して、補強部材７の（フリーエッジの）端部を相互に結合すれば、容易に補強が可能である。平板状の内板フレーム１４に代えて、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、ある程度の高さを持つ内板フレーム１５，１６とすることもできる。この場合は、補強部材７にレーザ溶接される部分１５ａ，１６ａに対して、断面Ｌ字形状の部分１５ｂ，１６ｂが外板６とは反対側に連接されている。またこれらの構造（図６（ａ）〜（ｃ）参照）は、外板のその他の開口部の隅部にも応用が可能である。
【００７７】
ただし、このような開口端部において、外板補強部材７のコ字状部７ａ上に設けられた内板１４がフリーエッジのままでは内板フレーム１４Ａにシア（剪断力）が流れにくく、特に隅部において強度不足となる場合がある。
【００７８】
そのため、図７（ａ）に示すように、外板補強部材７のコ字状部７ａ上に設けられた内板フレーム１４Ａの本体部から、この本体部に連接される脚部１４ａを前記端部を塞ぐように延ばして外板６上に下ろし、この脚部１４ａに直交する方向に連続するフランジ部１４ｂを外板６に直接にレーザ溶接により接合する形で端部補強を構成すれば、端部の剛性・強度をより高めることができる。これは、開口部の隅部にも適用が可能であり、このように脚部１４ａ及びフランジ部１４ｂを一体化した内板フレーム１４Ａで開口部まわりを補強すれば、端部補強により効果的である。
【００７９】
なお、これらの開口部の縁補強の内板フレーム１４Ａは断面ハット形状の外板補強部材７を接合後に取り付ければ、後述する押えローラとの干渉の問題もない。
【００８０】
さらに、内板フレーム１４Ｂのうち、開口部の隅部に対応する脚部部分を、図７（ｂ）に示すように、絞り成形等により湾曲部分１４ｃに構成すれば、より開口部の隅部の強度を確保した内板フレーム１４Ｂが得られる。
【００８１】
また、さらに面外剛性の必要な場合は、図７（ｃ）に示すように、内板フレーム１４Ｃを外板補強部材７よりも背を高くすることもできる。この場合、第１の脚部１４ｄより延びる第１のフランジ部１４ｅを外板補強部材７（コ字状部）に、第２の脚部１４ｆより延びる第２のフランジ部１４ｇを外板６にそれぞれ接合し、両脚部１４ｄ，１４ｆの上端縁を結合し外板６と平行に延びる水平部１４ｈが、補強部材７のコ字状部上面と平行であるが、離れている。第１及び第２の脚部１４ｄ，１４ｆは、第１及び第２のフランジ部１４ｅ，１４ｇより互いに平行に同じ高さまで延びる構成とされることで、内板フレーム１４Ｃは不等脚断面となっている。
【００８２】
この場合も、図７（ｄ）に示すように、内板フレーム１４Ｄのうち開口部の隅部に対応する部分を、湾曲部分１４ｋに構成すれば、より隅部の強度を増すことができる。
【００８３】
上記のように構成すれば、(i) 各種要素の接合にレーザ溶接を用いるので、従来構造のように、スポット溶接点間の座屈あるいは初期歪みによる座屈強度の低下がなく、設計どおりの座屈強度が得られる、(ii) 従って、理論どおりに補強部材のピッチを決めれば小
さな補強プレートを外板にあてがう必要がなく、部品点数低減、工数低減に寄与する、(iii) また外板補強の種類が従来に比して格段に少なく、２種類となり、部品製作のコストを下げられる、(iv) さらに部品の種類が少ないので部品の寸法精度向上を図りやすい、
などのメリットを有する。
【００８４】
ところで、連続レーザ溶接により冶金的に重ね部を連続的に接合しているため、新たに別部品としてのシール材を必要とせず、また経年劣化による浸水もない。なお、レーザ溶接は、アーク溶接と異なり、エネルギ密度が高く熱歪みがほとんど生じないため、このような使用が可能である。
【００８５】
このように、シール材を用いることなく連続レーザ溶接のみで水密性を確保できることを利用して、別途水管・雨樋を設けなくても、構体の構造部材のみで雨樋などの水路を形成することができる。
【００８６】
具体的には、側外板と屋根外板の結合は、連続レーザ溶接により行うが、その場合には、通常、レーザ溶接時における反力受けのために屋根外板あるいは側外板のいずれか一方、あるいは両方の端部を折り曲げて、剛性手段としての折り曲げ部分を形成する。例えば図８（ａ）に示すように、側構体の側外板６Ａ（幕板）の端部を折り曲げて、レーザ溶接施工時の反力受け部としての折り曲げ部分６Ａａを形成すると同時に、屋根構体の屋根外板６Ｂ（長桁）の端部を折り曲げて、上方に開放される断面コの字状の雨樋部としての折り曲げ部分６Ｂａを構成する。このように、屋根外板６Ｂの端部を折り曲げることにより、剛性の確保と同時に雨樋部（折り曲げ部分６Ｂａ）を構成することを実現できる。
【００８７】
また、図８（ｂ）に示すように、側構体の範囲を側外板６Ａ（幕板）上部の屋根外板（長桁）まで広げ、この側外板６Ａの端部６Ａｂを折り曲げると同時に、これと接合すべき屋根外板６Ｂの端部６Ｂｂを折り曲げて反力受け部とすることができる。この場合はこの反力受け部がそのまま雨樋を構成する。
【００８８】
また、側構体と妻構体の結合は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、あらかじめ妻構体の妻外板２１に接合された水平断面略Ｌ字状の妻隅柱２２に対しこれを反力受けとし、側外板２３を連続レーザ溶接により接合することにより行う。妻外板２１と側外板２３とは互いに直交する位置関係となる。
【００８９】
その際、図９（ａ）に示すように妻隅柱２２との間で閉空間を構成するような別部材２４を設けることで、屋根から地表へ雨水を導く雨樋を構成することができ、別途水管を設ける必要がなくなる。妻隅柱２２は、妻外板２１に接合される第１の面板部２２ａと、側外板２３に接合される第２の面板部２２ｂとを有する。部材２４は、妻隅柱２２の面板部２２ａ，２２ｂにそれぞれ接合されるフランジ部２４ａ，２４ｂと、それらの間に位置するくの字形状の本体部２４ｃとを有する。この本体部２４ｃと妻隅柱２２との間に水路（雨樋）としての閉空間が形成される。
【００９０】
図９（ｂ）に示すように、妻隅柱２２Ａと妻外板２１との間で閉空間を構成することも可能である。この場合には、妻隅柱２２Ａの妻外板２１側に、断面ハット形状の閉空間構成部分２２ｃが連接されている。閉空間構成部分２２ｃの両側のフランジ部２２ｄ，２２ｅが妻外板２１に連続レーザ溶接され、水密性が確保される。
【００９１】
また、側外板の下部（腰板）と台枠の結合は、図１０に示すように、断面コ字形状の側梁２５を反力受けとし、これに側外板２３を連続レーザ溶接により接合することにより側外板２３と台枠（側梁２５）の結合を行うことができる。
【００９２】
側外板においては、図１１（ａ）に示すように、外板２３Ａ，２３Ｂ端部どうしを重ね合せるか、あるいは外板２３Ｂと枠部材２６（開口部の縁部材）を重ね合せ、連続レーザ溶接することにより重ね継手を構成する。これらの作業は、構体の結合前に各構体ユニッ
トの状態で治具に据え付けて連続レーザ溶接を行うので、反力受けの必要がない。また、このような重ね継手だけでなく、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、突合せ継手Ｊ１、重ね隅肉継手Ｊ２による構成も可能である。
【００９３】
ところで、外板と枠部材（開口部縁部材）とを連続レーザ溶接する際には、枠部材を構成する板材の厚さが外板の板厚と同程度かあるいはそれ以下では外板表面に溶接焼け、角折れが生じ、場合によっては溶接ビードが貫通する。この場合、開口部まわりに沿って溶接痕が見えることとなり、美観を損ねる。
【００９４】
そこで、図１２に示すように、窓枠やドアマスクなどの、外側に位置する縁部材２６を、外板６より厚さの厚い厚板とすることができる。外側に位置する部材である縁部材２６の板厚が３ｍｍ以上であれば、表面処理の種類と状態にかかわらず、溶接線をほとんど見えなくすることができる。
【００９５】
また図１３に示すように、縁部材２７の重ね継手を構成する部分に、板材を巻き込んで内部に中空が形成されるロール部２７ａを構成することで、貫通溶接としても外表面に影響の出ないようにすることもできる。このようなロール部２７ａは、板材をドロー成形、ロール成形するかあるいは、板材をＶ曲げプレス、鋼管をプレスなどして製作することが可能で、中空部が形成されることなく板材どうしが接触している場合でもよい。なお、中空部は必ずしも形成されている必要はなく、外板６との接合部分が、平板を折り曲げてなる重ね板構造になっていればよい
このようにすれば、不要な重量増加を抑えつつ水密を保持し、さらに意匠性も高めることができる。またこのようにロール部を構成しておけば、仮に枠＋外板＋骨材の３枚重ねが必要であっても、貫通のおそれが少ないので、３枚同時に重ね溶接を行うことができる。
【００９６】
また、例えば窓枠ならば吹寄部の外板を、前述したように厚板（３ｍｍ以上）にし、窓枠を廃止することも可能である。この場合は、部品点数も削減できる。
【００９７】
ところで、重ねレーザ溶接を行う際、図１４（ａ）に示すように、重ね部分の密着性を確保するためとレーザビーム１２の焦点距離を正確に保つためにレーザビームと一緒に移動する押さえローラ３１（直径１００ｍｍ程度）を用いる。この押さえローラは、外板６に補強部材７をレーザ溶接する際に、レーザビーム１２と一緒に移動し外板６に補強部材７の接合部分を押さえつけるものである。
【００９８】
このとき、補強部材７の端部に縁部材３２（窓枠、ドアマスクなどのフレーム）を取り付けていると、ローラ３１が縁部材３２に干渉して端部まで連続してレーザー溶接をすることができない。そのため、従来は押さえローラ３１を取り外して別途溶接を行っていたので、多大な工数を要している。逆に、縁部材３２を後付けにするとローラ３１が外板補強部材７に干渉して施工できないおそれがある。
【００９９】
そこで、図１４（ａ）に示すように、押さえローラ３１の通る部分のみ縁部材３２の一部（フランジ３２ａ等）を切り欠いて、押さえローラ３１が侵入可能である切り欠き部３２ｂを形成し、押さえローラ３１を取り外さずに一工程で速く正確に外板６と外板補強部材７とのレーザー溶接を行うことができる。
【０１００】
また、図１４（ｂ）に示すように、縁部材３２の高さ以上の高さ寸法を持つ長尺の押さえ治具３３を外板補強部材７の上に配置し、この治具３３の上から押さえローラ３１で治具３３ごと部材７を押さえつけることも可能である。
【０１０１】
このようにすれば、構造部材に手を加えることなく、補強部材７の端部まで外板６に溶接することができるというメリットがある。
【０１０２】
そして、高精度かつ美麗な外板面をもつステンレス構体を比較的容易に得るために、連続レーザ溶接により外板パネルを組み立てた後には、外板の表面を、ブラッシング、またはショットブラスト処理して美麗に仕上げる。あるいはレーザ溶接により構体を組み立てた後に、外板をブラッシング、またはショットブラスト処理して美麗に仕上げるようにしてもよい。また、溶接線部をカラーバンドで覆うのでもよい。なお、レーザ溶接による継手は、貫通重ね溶接、部分溶込重ね溶接、突合せ溶接のいずれでもよい。
【０１０３】
あるいは外板６の板厚を３ｍｍ以上とすれば外板の表面処理、溶接線の方向に関係なく、外板面に溶接線を出さずに部分溶け込みレーザ溶接を行うことが可能である。
【０１０４】
このようにすれば、ブラッシングなどの後処理を行わなくても溶接工程のみで外板の美観を確保することができる。
【０１０５】
また別の実施例として、外板の板厚は従来どおりであっても、溶接線の方向を一定の方向、特に側外板においては車体長手方向に統一することにより、多少の溶接痕が外板面に出ても目立たなくする（気にならないようにする）ことも可能である。
【０１０６】
外板に現れる溶接線をすべて一定方向とするために、本実施の形態では、外板と長尺の外板補強部材（横骨）とをレーザ溶接し、その上から外板補強部材に直交する方向にメインフレーム（縦骨）を通す「浮き骨構造」を採用している。
【０１０７】
この浮き骨構造においては、横骨と縦骨とを交叉させてレーザ溶接により接合する場合、接合時は重なり部の密着性を確保するために、前述した押えローラが使用される。上側に位置する縦骨のフランジの板厚あるいは剛性が不十分であると、横骨とともに縦骨のフランジ部が撓み、密着性を確保することができない。これの解消のためには大型の押え治具が別途必要となり生産性とコストを著しく悪化させる。
【０１０８】
上に位置する縦骨の板厚（２．５ｍｍ）を下に位置する横骨（１ｍｍ）よりも厚くする、あるいは縦骨のフランジ端部を折り曲げて剛性を確保する、などの対策により大型の治具がなくとも横骨の撓みを解消でき、簡便な押えローラにより当該部の溶接ができるので、生産性・コストに優れる。
【０１０９】
また、横骨と縦骨との交叉部が側窓や側出入口などの外板開口の隅部に近接する場合、横骨と縦骨との間に大きなせん断力が生じやすく、横骨および縦骨の狭小なフランジ重なり部における接合のみでは強度が確保できないことがある。
【０１１０】
そこで、図１５に示すように、縦骨４１のフランジ４１ａを広げてガセット状の延長部４１ｂに構成して接合面積を確保することが考えられる。横骨（補強部材７）は外板６の開口隅部形状に合わせ端部まで延長する。
【０１１１】
ガセット状の延長部４１ｂと外板補強部材の延長部とを接合することにより立体ガセットを構成できる。なお、当該のガセット部は、上に位置する縦骨４１とは別部品でもよい。また、当該部分の接合はレーザ溶接によることが望ましい。
【０１１２】
このようにすれば、横骨（補強部材７）と縦骨４１との重なり部に生じるせん断応力を軽減することができる。さらに外板６に生じる応力を立体ガセットにより軽減することができる。
【０１１３】
また、横骨（補強部材７）、縦骨４１との重なり部や横骨（補強部材７）とガセット部との重なり部などの狭小部においてレーザ溶接を適用する場合、溶接線Ｕは間欠的で短尺になるので、このような狭小部において、図１６（ａ）に示すように、溶接線が閉じるようにレーザビームの光軸を回転させてリング状の溶接線Ｕ１（直径１０〜２０ｍｍ程度のリング溶接）を構成するようにしてもよい。リング径は接合部面積、要求強度から決定される。
【０１１４】
このようにすれば、狭小部においても長い溶接線Ｕ１を確保できるので、必要な強度を得ることができる。また、溶接端部がないので亀裂も生じにくい。
【０１１５】
なお、このリング溶接の際、図１６（ｂ）に示すように、筒状の押さえ治具５１を用いれば上下部材の密着性を確保して適切なレーザ溶接を行うことができる。
【０１１６】
また、内装品、機器類を取り付ける構造として、例えば図１７（ａ）に示すように、板材を折り曲げてレール状に加工し、長手方向に連続した開口６１Ａを有する長尺のレール部材６１を、屋根構体の横骨６２（垂木）に車体長手方向にレーザ溶接（溶接部分Ｕ）により取り付け、矩形板状の頭部を有する特殊ボルト部材６３及びナット６４を使用することにより内装品・機器類としての天井ダクトや蛍光灯などのユニットを吊り下げ状態で取り付けることができる。例えば天井ユニット９１や小天井９２を取り付ける場合の具体例を図３０（ａ）（ｂ）に示す。レール部材６１に特殊ボルト部材６３及び調整ライナ９３を介して天井ユニット組込部材９４が取り付けられ、この組込部材９４に対し天井ユニット９１や小天井９２が詰め込みライナ９５を利用して取り付けられる。このレール部材６１は、図３１に示すように、左右の断面Ｚ形状の外側板部６１ａ，６１ｂと、それらを連結する内側の連結板部６１ｃを有し、前記外側板部６１ａ，６１ｂの下部と連結板部６１ｃとによりレール部を構成している。そしてレール部を構成する部分は、上側部分６１ｃａを除き二重板構造となっている。つまり、レール部材６１は、断面において、特殊ボルト部材６３の頭部６３ａが係合する部分の両側部分及び開口６１Ａを形成する係止部分が、外側板部６１ａ，６１ｂと連結板部６１ｃとの二重板構造とされ、外側板部６１ａ，６１ｂはそれぞれその二重板構造の上端部から互いに反対方向に、横骨６２への取付部分６１ａａ，６１ｂａが延びるように、レール部材６１全体が一枚の板材を折り曲げることで形成されている。
【０１１７】
また、図１７（ｂ）に示すように、開口６５Ａを有する、同様な構造のレール部材６５を側外板６に車体長手方向に、あるいは車体長手方向と直交する方向にレーザ溶接（溶接部分Ｕ）により取り付け、矩形板状の頭部６６ａを有する特殊ボルト部材６６やナットを使用することにより、内装品・機器類としての腰掛や内装パネルをレール部材６５に対し取り付けることもできる。
【０１１８】
図１８（ａ）に示すように、台枠５の床板（キーストンプレート）の間に車体長手方向にレール部材７１を接合し、腰掛けを取り付けられるようにすることもできる（シートトラック）。
【０１１９】
また図１８（ｂ）に示すように、レール部材７２を台枠の横ハリとして用い、レール部材７２に床下機器類を吊り下げられるようにしてもよい。
【０１２０】
これらの場合、レール部材６１，６４，７１，７２の、レール状の成形加工はドロー成形あるいはロール成形により行われ、その長尺レール部材の外板あるいはメインフレームへの取り付けはレーザ溶接により行われる。あるいはメインフレームへの取り付けならばアーク溶接や抵抗スポット溶接によってもよい。
【０１２１】
このようにすれば、部品点数の削減、内部骨組などの２次構造材の取付工数削減、寸法管理の容易化が図れる。また、レール長さは２〜５ｍの単位であり、このレール端部より特殊ボルト部材を挿入すれば特別な後加工を行うことなしに特殊ボルト部材を使用でき高荷重にも対応できる。
【０１２２】
レール部材６１，７１，７２のレール部を構成する部分は、連結板部６３ｃの上側部分６１ｃａを除き二重板構造となり、レール部の側部が二重板構造となるので、必要な部分のみ強化することができ、軽量化と高強度化の両立が図れる。
【０１２３】
また、ドロー成形によれば、プレス成形によるよりもはるかに安価で高精度に加工することができ、特殊ボルト部材の頭部との精度のよい嵌め合いを実現できる。つまり、レール幅の精度が向上し（±０．２５ｍｍ）、特殊ボルト部材を使用する際の安全性が向上する。また、レール部材の一体成形により強度向上、精度向上及びコスト低減を図れる。
【０１２４】
次いで、前記レール部材について行った吊具引張試験について説明する。
［目的］
天井ユニット取付用吊具の引っ張り試験を行い、吊り溝レールが降伏点に達するまでの許容耐荷重を測定する。また、ボルト形状の違いによる許容耐荷重への影響も調べる。
［試験方法］
吊溝を構成するレール部材４０１を治具により、図３２（ａ）（ｂ）に示すように固定し、レール部材４０１の中央に設置した特殊ボルト部材４０２に引っ張り荷重を加える。特殊ボルト部材４０２が外れるまで荷重Ｆ１（荷重負荷点Ａ）を加え、レール部材４０１の各測定点Ｐ１１〜Ｐ１４が降伏したときの荷重及び特殊ボルト部材が外れたときの荷重を測定する。
【０１２５】
試験は２種類の特殊ボルト部材を用い、３回測定を行う。なお、供試体であるＳＵＳ３０４は前記表１に、測定点Ｐ１１〜Ｐ１４に設けた歪みゲージは前記表２に示す。各部の寸法はＬ１＝７５ｍｍ、Ｌ２＝１５０ｍｍ，Ｌ３＝４５．３８ｍｍ、Ｌ４＝３４．４８ｍｍである。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
【表２】
［試験結果］
試験結果は、頭部が３４ｍｍ×１６．５ｍｍの矩形板である特殊ボルト部材（Ｍ１０）の場合は表３〜表５に、頭部が３２ｍｍ×３２ｍｍの正方形板である特殊ボルト部材（Ｍ１６）の場合は表６〜表８に示すとおりである。つまり、(i)降伏時の荷重及び特殊ボル
ト部材が外れたときの荷重は、ボルト形状の違いによる大きな差異は認められない。従って、耐荷重はボルト形状に依存しないといえる。(ii)降伏時の耐荷重はいずれも１００kgf以上である。従って、従来の構造に比べて、十分に高い強度を有しているといえる。
【０１２８】
【表３】
【０１２９】
【表４】
【０１３０】
【表５】
【０１３１】
【表６】
【０１３２】
【表７】
【０１３３】
【表８】
続いて、側構体の組立方法、側構体を複数のユニットに分割して製造し、それらの製造後にそれらをレーザ溶接により接合して側構体とする方法について説明する。
（１）第１の方法は、図１９（ａ）（ｂ）に示すように、２種類の側ユニット８１Ａ，８１Ｂ、幕板ユニット８２、及びドアマスク８３を別々に製造し、その後、それらをレーザ溶接にて結合し、側構体８４とするものである。この場合、側ユニット８１Ａ，８１Ｂ、幕板ユニット８２をレーザ溶接にて組立てるようにしてもよい。
（２）第２の方法は、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａを含む側ユニット８１Ｃ，８１Ｄおよびドアマスク８３を別々に製造し、その後、それらをレ
ーザ溶接にて結合し、側溝体８５とするものである。
【０１３４】
前記側ユニット８１Ｃ，８１Ｄはレーザ溶接を用いて組立てられる。ドアマスク８３の結合方法もレーザ溶接である。側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａどうしの結合方法はレーザ溶接、あるいはアーク溶接である。
（３）第３の方法は、図２１（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａを含む側ユニット８１Ｃ，８１Ｄおよび幕板部まで延びたドアマスク８３Ａを別々に製造し、その後、それらをレーザ溶接にて結合し、側溝体８６とするものである。ドアマスク８３Ａの幕板部まで延びた部分は、側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａの外側に位置する。
【０１３５】
前記側ユニット８１Ｃ，８１Ｄはレーザ溶接を用いて組立てられる。ドアマスク８３Ａの結合方法、側ユニット８１Ｃ，８１Ｄの幕板部８１Ｃａ，８１Ｄａどうしの結合方法は前述したとおりである。
（４）第４の方法は、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、幕板部８１Ｅａ，８１Ｆａ及び半割れドアマスク８１Ｅａ，８１Ｆａを含む側ユニット８１Ｅ，８１Ｆを別々に製造し、その後、側ユニット８１Ｅ，８１Ｆどうしをレーザー溶接にて結合し、側溝体８７とするものである。
【０１３６】
前記側ユニット８１Ｅ，８１Ｆはレーザ溶接を用いて組立てられる。
【０１３７】
このようにすれば、側構体８４〜８７の施工速度を向上させ、側外板の美観を向上させ、水密性を確保してシールレスとし、寸法精度を向上させる上で有利である。
【０１３８】
ところで、前述した側ユニット８１Ａ〜８１Ｆの組立方法は、例えば図２３に示すように、側外板を腰板１４１Ａ、吹寄板１４１Ｂ、幕板１４１Ｃに分割しており、それぞれの外板１４１Ａ〜１４１Ｃに外板補強部材１４２Ａ〜１４２Ｃをレーザ溶接にて接合し、腰パネル１４３Ａ、吹寄パネル１４３Ｂ、幕パネル１４３Ｃを製作する。
【０１３９】
このとき、外板１４１Ａと外板補強部材１４２Ａのフランジ部とでは重ね継手が構成されており、図２４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、外板１４１Ａ外板補強部材１４２Ａ側からの部分溶け込みレーザ溶接により両者が接合される。外板１４１Ｂ，１４１Ｃと外板補強部材１４２Ｂ，１４２Ｃのフランジ部との接合も同様である。なお、窓枠（図示せず）は同様にしてあらかじめ吹寄板１４１Ｂにレーザ溶接により接合しておく。
【０１４０】
吹寄板１４１Ｂの下端縁、および幕板１４１Ｃの下端縁にはせぎり部が設けられており、吹寄板１４１Ｂ下端縁のせぎり部と腰板１４１Ａの上端、および幕板１４１Ｃの下端と吹寄板１４１Ｂの上端とで重ね継手を形成し、この部分をレーザ溶接することにより側ユニット１２１を形成する（図２５参照）。なお、１２２は窓開口部、１２３はドア開口部である。
【０１４１】
さらに前記重ね継手部に位置する腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂをレーザ溶接により外板に接合する（図２６参照）。このとき腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂの存在により、腰パネル１４３Ａと吹寄パネル１４３Ｂ、あるいは吹寄パネルと幕パネルのレーザ溶接による施工に支障がないように腰帯１４５、幕帯１４１Ｂ，１４１Ｃを配置することができれば、腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂをあらかじめ吹寄板１４１Ｂに接合しておくこともできる。
【０１４２】
次に戸先柱１４６Ａ、戸尻柱１４６Ｂ、間柱１４６Ｃの各縦柱１４６を外板補強部材１４２Ａの頭部にレーザ溶接により接合する（図２３、図２４（ｄ）及び図２６参照）。こ
のとき短尺の溶接線であってもよいし、あるいはリング状の溶接線ならばさらに接合強度が安定する。なお、１４８はドア枠である。
【０１４３】
最後に腰帯１４５、幕帯１４４Ａ，１４４Ｂと戸尻柱１４６Ｂの結合部およびその近傍にガセット１５０Ａ〜１５０Ｄをレーザ溶接にて接合して側ユニット１２１を完成させることができる（図２７参照）。
【０１４４】
そして、前述したところの側ユニットの製造方法は、妻構体ユニット、屋根ユニット、台枠ユニットの製造にも適用することができる。
【０１４５】
屋根構体ユニットの場合は屋根外板どうしを連続レーザ溶接により接合した後、垂木と屋根外板を外板側からのレーザ溶接により接合する。このとき屋根構体では高度な美観を要求されないので、レーザ溶接は貫通溶接でも部分溶け込み溶接でもよい。
【０１４６】
台枠ユニットの場合は側梁と横梁とをガセットを介してレーザ溶接もしくは抵抗スポット溶接にて接合して枠組を製作したのち、キーストンプレートの床板と横梁とを床板側からのレーザ溶接により接合する。このとき台枠下部および床板面は、車体完成後は死角もしくは隠蔽部となり美観の要求はないので、レーザ溶接は貫通溶接でも部分溶け込み溶接でもよい。
【０１４７】
そして、これら左右の側ユニット、屋根ユニット、台枠ユニット及び前後の妻ユニットは、図８〜図１０に例示する方法により接合されて、鉄道車両用構体が組み立てられる。
【０１４８】
前記実施の形態では、外板パネルにレール部材を接合するのにレーザ溶接を用いているが、本発明はそれに限定されるものではなく、その接合に、スポット溶接などの他の溶接手段を用いてもよいのはもちろん、リベット接合とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】（ａ）は矩形板の座屈問題の説明図、（ｂ）は矩形板のせん断座屈問題の説明図、（ｃ）は長方形板の座屈モードの説明図である。
【図２】（ａ）は短辺長ｂと長辺方向の座屈応力σcr,xの関係説明図、（ｂ）は短辺長ｂと短辺方向の座屈応力σcr,yの関係説明図、（ｃ）は短辺長ｂとせん断座屈応力τcrの関係説明図である。
【図３】本発明に係る一実施の形態である鉄道車両用構体を示す斜視図である。
【図４】外板と外板補強部材との関係を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ外板補強部材の端部に小型補強材を設けた実施の形態を示す図、（ｃ）は外板補強部材の変形例を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は開口部の隅部を示す斜視図、（ｂ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｃ）は開口部の隅部のさらに別の例を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｂ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｃ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｄ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は側外板と屋根外板との接合部分を示す斜視図，（ｂ）は側外板と屋根外板との接合部分の別の例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ側外板と妻外板との接合部分の斜視図である。
【図１０】側外板（腰板）と側梁との接合部分の斜視図である。
【図１１】（ａ）は側外板の接合部分の説明図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ側外板の接合部分の説明図である。
【図１２】側外板と縁部材との接合部分の斜視図である。
【図１３】側外板と縁部材との接合部分の斜視図である。
【図１４】（ａ）は外板補強部材の接合方法の説明図，（ｂ）は外板補強部材の接合方法の他の例の説明図である。
【図１５】開口部の隅部の他の例を示す斜視図である。
【図１６】（ａ）は開口部の隅部の他の例を示す斜視図、（ｂ）は溶接方法の説明図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ内装品・機器類の取付構造の説明図である。
【図１８】（ａ）は図７のＡ部詳細図、（ｂ）は図７のＢ部詳細図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２０】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２１】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）は側構体の組立方法の説明図である。
【図２３】本発明に係る鉄道車両の側構体を組み立てる手順の一例を示す説明図である。
【図２４】（ａ）はレーザ溶接継手の原理の説明図，（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ外板パネルの説明図である。
【図２５】本発明に係る鉄道車両の側構体を、車外側から見た状態を示す図である。
【図２６】同鉄道車両の側構体を、車内側から見た状態を示す図である。
【図２７】同鉄道車両の側構体を、車内側から見た状態を示す斜視図である。
【図２８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来のステンレス構体の説明図である。
【図２９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来の鉄道車両用構体の変形の状態の説明図，（ｃ）は従来の外板と外板補強部材との関係を示す説明図である。
【図３０】（ａ）（ｂ）はそれぞれ具体例の説明図である。
【図３１】本発明に係るレール部材の説明図である。
【図３２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ吊具引張試験の試験方法の説明図である。
【符号の説明】
【０１５０】
Ｓ１ 窓開口部
Ｓ２ 出入口開口部
Ｕ，Ｕ１ 溶接線
１ 鉄道車両用構体
２ 側構体
３ 屋根構体
４ 妻構体
６ 外板
６Ａａ、６Ｂａ 折り曲げ部分
７，７Ａ，７Ｂ 外板補強部材
７Ａａ コ字状部
７Ａｂ，７Ａｃ 取付部
８ 縁部材
１２ レーザビーム
２１ 妻外板
２２ 妻隅柱
２２ｃ 閉空間構成部分
２７ 縁部材
２７ａ ロール部
３２ 縁部材
３２ｂ 切り欠き部
４１ 縦骨
４１ａ フランジ部
６１，６４，７１，７２ レール部材
６１ａ，６１ｂ 外側板部
６１ｃ 連結板部
６１ｃａ 上側部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外板の内側に補強部材が接合されてなる外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材が取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする鉄道車両用構体。
【請求項２】
外板パネルが、外板と、その外板の内側に接合され外板を補剛する補強部材とを有し、この補強部材がレール方向又はレール幅方向に配置され、前記補強部材が前記外板にレーザ溶接により接合されている鉄道車両用構体であって、
前記外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材がレーザ溶接により取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする鉄道車両用構体。
【請求項３】
前記レール部材は、左右の断面Ｚ形状の外側板部と、それらを連結する連結板部を有し、前記外側板部の下部と連結板部とによりレール部を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用構体。
【請求項４】
前記レール部を構成する部分は、上側部分を除き二重板構造となっていることを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用構体。
【請求項５】
前記レール部材は、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道車両用構体。
【請求項１】
外板の内側に補強部材が接合されてなる外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材が取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする鉄道車両用構体。
【請求項２】
外板パネルが、外板と、その外板の内側に接合され外板を補剛する補強部材とを有し、この補強部材がレール方向又はレール幅方向に配置され、前記補強部材が前記外板にレーザ溶接により接合されている鉄道車両用構体であって、
前記外板パネルの内側に、長手方向に連続した開口を有するレール部材がレーザ溶接により取り付けられ、前記レール部材に特殊ボルト部材の頭部が回転不能に係合することで前記特殊ボルト部材によって前記レール部材に内装品・機器類が取付けられていることを特徴とする鉄道車両用構体。
【請求項３】
前記レール部材は、左右の断面Ｚ形状の外側板部と、それらを連結する連結板部を有し、前記外側板部の下部と連結板部とによりレール部を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用構体。
【請求項４】
前記レール部を構成する部分は、上側部分を除き二重板構造となっていることを特徴とする請求項３記載の鉄道車両用構体。
【請求項５】
前記レール部材は、ドロー成形もしくはロール成形により一枚の板材を折り曲げて形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道車両用構体。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【公開番号】特開２００７−１３７２１７（Ｐ２００７−１３７２１７Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３２６３６（Ｐ２００５−３３２６３６）
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]