JPH01148655A - 車両の構体接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、鉄道車両等における構体接合構造に係り、
詳しくは構体が異種金属の構体部分を有している車両に
おける構体接合構造に関するものである。

〔従来の技術〕

鉄道車両の構体（曝に「構体」と言うときは台枠、側構
体及び妻携体等を組付けた全体を指す。）は互いに接合
される複数個の構体部分を有しているが、近年の鉄道車
両では、一つの構体におけるほとんどの構体部分をアル
ミニウム合金製にするか、又はステンレス鋼製にするか
のいずれかとする場合が多くなっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

構体をアルミニウム合金製とする鉄道車両は、軽量化、
低重心化、及び良好な眺望のための連窓の製造容易化等
には優れているが、耐衝突強度、剛性及び耐火性に関し
て難点がある。また、構体をステンレス鋼製とする鉄道
車両は、衝突時の安全上の剛性及び耐火性は確保される
が、重量及び連窓の製造等に関して難点がある。

したがって、軽量化、低重心化、及び良好な眺望のため
の連窓の製造容易化等、アルミニウム合金が有する利点
と、耐衝突強度、剛性及び耐火性に関してステンレス鋼
が有する利点とを合わせもつ鉄道車両が開発されれば、
有益である。

そこで、この発明者は、電車の構体を、側構体、屋根構
体及び妻構体等の上部構体と、台枠及び衝突柱等の下部
構体とに分け、上部構体には軽くて加工容易なアルミニ
ウム合金とし、下部構体には剛性の大きいステンレス鋼
とすることを提案する。

この場合、アルミニウム合金の構体部分とステンレス鋼
の構体部分とを構造用として十分な強度を確保できる程
度に直接、溶接接合することは。

大掛かりで特殊な設備を有する場所以外では、すなわち
通常の溶接装置しか装備していない一般的な作業現場で
は困難であり、両構体部分を一般的な作業現場でいかに
して接合するかが、問題になる。

溶接接合に代わるものとして通常、考えられるリベット
、ハックボルト及びボルトナツト等による機械的結合一
般による異種金属の構体部分同士の接合の場合には以下
の問題等がある。（ａ）リベット等の挿通孔の加工精度
が厳しいので、接合時に挿通孔を共加工しなければなら
ない。（ｂ）リベット等の頭部を隠ぺいするために、台
枠の側梁を上部構体の側外板から内側へ引き込ませるの
で、側梁と側外板との間の力伝達が不十分となる。

（ｃ）アルミニウム合金とステンレス鋼との熱膨張率が
異なるために、リベット間やハックボルト間等で板が浮
いたり、逆に引張に因る亀裂が生じたりする。（ｄ）ア
ルミニウム合金と他の金属との接合部に隙間があると、
長期の使用においてアルミニウム合金に常食が起き、好
ましくない。

この発明の目的は、一般的な作業現場では実質的に直接
的な溶接接合が困難な異種金属の構体部分をリベット結
合の場合のような上述の問題を生じることなく、相互に
接合することができる車両の構体接合構造を提供するこ
とである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による車両の構体接合構造では、互いに接合さ
れる構体部分は、異種金属から成る。この異種金属は、
一般的な作業現場では、実質的に直接的な溶接、接合、
すなわち所定の接合強度得られる溶接、接合が困難であ
るものを当然に含む。

複合材は、両端体部分の間に介在し１ｗＩ構体赫分との
接触側の表面層をそれぞ４れ哩構体部分と同一の金属材
とされる。複合材を構成する金属材は積層状に配列され
て圧接により接合される。そして、複合材は、その表面
層の金属を両構体部分に溶接により接合されており、融
点が高い方の金属側の構体部分との溶接はスポット溶接
とされる。

〔作用〕

複合材と構体部分との溶接接合は同一の金属同士の接合
であるので、複合材と構体部分との溶接は、一般的な作
業現場における通常の溶接により支障なく行なねれる６
融点の高い方の金属に係る構体部分と複合材との溶接は
スポット溶接により行なわれる。スポット溶接による溶
接は発生熱量が少ない。

複合材は、別の場所において製造され、車両用。

構体部分の接合作業現場へ持ち込まれる。複合材内の異
種の金属材の接合部では、異種の金属材が圧接により接
合され、隙間は複合材の接合部においてほぼ除去されて
いるので、たとえ一つの金属材がアルミニウム合金等の
電食を起ζし易い金属であ゛っても、常食の問題は生じ
ない。また、複合材内における異種金属材同士の接合強
度は極めて大きい。

〔実施例〕

以下、この発明を図面の実施例について説明する。

第４図は電車１０の上部構体１２の側面図である。

上部構体１２の一部としての側外板１４は、電車１０の
側面外側を覆い、眺望上、有利な連窓１６を形成されて
いる。

第５図は電車１０の下部構体１８の側面図である。

下部構体１８は、上部構体１２を支持する台枠２０と、
この台枠２０の前後の端部に起立状態で結合される衝突
柱２２とを備えている。

第６図は電車１０の横断面図である。上部構体１２の一
部としての側構体２４は、電車１０の左右方向外側の面
に側外板１４を有し、上端部において屋根構体２６へ連
なり、下端部において台枠２０へ結合されている。電車
１０の車内では、床２８が台枠２０の上面に張り付けら
れ、座席３０が、電車１０の幅方向中央に通路を置いて
、前後左右に配列され、網棚３２が、座席３０の上方に
おいて屋根構体２６の内面側の左右側部に固定される。

図示の実施例では、電車１０の軽量化、低重心化、及び
良好な眺望のための連窓の製造容易化のためと、衝突時
に台枠２０が隣接車両の台枠２０に乗り上げるのを防止
する等の剛性上の問題に対処するため、上部構体１２（
第４図）は軽くて加工容易なアルミニウム合金とし、下
部構体１８　（第５図）は剛性の大きいステンレス鋼と
する。また、アルミニウム合金とステンレス鋼とは、融
点に大きな差（ステンレス鋼の方が融点が高い。）があ
るとともに、大掛かりで特殊の設備を使用しない一般的
な作業現場では、所定の接合強度を確保できる溶接接合
は困難である。

第１図は電車１０において上部構体１２と下部横体１８
との接合構造の横断面図である。上部構体１２に属する
側構体２４の部分としての長上台３４は、上部構体１２
の他の要素と同じくアルミニウム合金から成り、電車１
０の前後方向に関して側構体２４の両端間を延びており
、上面において側構体２４の本体下面に突き合わせ溶接
等により接合される０台枠２０の部分としての側梁３５
は、下部構体１８の他の要素と同じくステンレス鋼から
成り１台枠２０の側部において長上台３４の下面に沿っ
て電車１０の前後方向へ延びている。側スカート３６は
、上端部において側梁３５の外側側面の下部に接合され
、下端において台枠２０より下方へ達している。複合材
３８は、異種の金属材であって圧接により互いに接合さ
れているアルミニウム合金層４０とステンレス鋼層４２
とを備え、長上台３４と側梁３５との接合部の横断面輪
郭に対応する湾曲状の横断面輪郭を有し、長土台３４と
側梁３５との間に介在される。

なお、アルミニウム合金層４０とステンレス鋼層４２と
の圧接接合には、アルミニウム合金層４０又はステンレ
ス鋼層４２の外面側に爆薬を仕掛け、爆発点が爆薬の一
端から他端へ走るように爆薬を爆発させ、その爆発力に
よりアルミニウム合金層４０とステンレス鋼層４２とが
原子間引力により同一体となるように圧接、密着させる
爆発圧接の他に、ロール圧接、摩擦圧接及び拡散圧接等
も採用可能である。また、複合材３８は、アルミニウム
合金層４０とステンレス鋼層４２との２層構造に限定さ
れず、アルミニウム合金層４０とステンレス鋼層４２と
の間にチタン等の他の金属層がアルミニウム合金層４０
及びステンレス鋼層４２と圧接接合により介在している
もの（三層クラッドとも呼ばれる。）もあり得る。この
ような複合材３８は電車１０の構体の接合現場とは異な
る場所で一般に製造され、構体の接合現場へ持ち込まれ
る。

第１図において、Ａは複合材３８のステンレス鋼層４２
を側梁３５に接合するためのスポット溶接の個所を示し
、Ｂは複合材３８のアルミニウム合金層４０を長上台３
４に接合するためのすみ肉溶接の個所を示している。す
み肉溶接は、Ｍ　Ｉ　Ｇ　（Ｍｅｔａｌ　ＩｎｅｒｔＧ
ａｓ　Ａｒｃ）等のアーク溶接を採用する。複合材３８
のアルミニウム合金層４０と長上台３４との溶接接合の
ために、スポット溶接ではなく、すみ肉溶接を採用する
のは、スポット溶接では所定の接合強度が得られないか
らである。作業手順としては、複合材３８のステンレス
鋼層４２′と側梁３５とをスポット溶接してから、複合
材３８のアルミニウム合金層４０と長上台３４とをすみ
肉溶接を行なう。スポット溶接では、溶接の際の発生熱
意が小さいので、ステンレス鋼より融点の非常頃低いア
ルミニウム合金層４０が複合材３８のステンレス鋼層４
２と側梁３５とのスポット溶接の際に溶解することを回
避され、また、複合材３８の厚さを薄くすることができ
る。

複合材３８内には異種の金属材としてのアルミニウム合
金層４０及びステンレス鋼層４２の接合部が存在するが
、この接合部ではアルミニウム合金層４０及びステンレ
ス鋼層４２が圧接により接合され、隙間は複合材３８の
接合部においてほぼ除去されているので、電食を起こし
易いアルミニウム合金層４０の存在にもかかわらず、複
合材３８内における電食の問題は生じない。

第２図は第１図の接合構造の変形例の横断面図である。

平板状の複合材４４．４６は、第１図の湾曲状の複合材
３８と同一の積層構造から成り、複合材３８と同様にア
ルミニウム合金層４０とステンレス鋼層４２とを爆発圧
接等により互いに接合されている。

複合材４４．４６は、それぞれ、側梁３５の上面及び側
面に置かれ、長土台３４と側梁３５との平板状接合面の
間に介在し、複合材４４．４６のステンレス鋼層４２と
側梁３５とはＡの個所においてスポット溶接され、複合
材４４．４６のアルミニウム合金層４０と長上台３４と
はＢの個所においてすみ肉溶接される。長上台３４と側
梁３５との接合部の湾曲状対峙面には複合材４４、４６
を介在させないので、複合材４４．４６は、平板状とさ
れることができ、湾曲状の複合材３８（第１図）に比し
、製造が容易となる。

第３図は電車１０において上部構体１２と下部構体１８
との他の接合構造の横断面図である。第３図では第１図
及び第２図の側梁３５が複合材製側梁４８に置き換えら
れ、複合材製側梁４８は外面側及び内面側をそれぞれア
ルミニウム合金層４０及びステンレス鋼層４２とされ、
このアルミニウム合金層４０及びステンレス鋼層４２は
第１図及び第２図の複合材３８゜４４、４６と同様に爆
発圧接等により接合されている。

複合材製側梁４８の外面側のアルミニウム合金層４０は
Ｂの個所においてすみ肉溶接によりアルミニウム合金製
の長上台３４に接合されている。また。複合材製側梁４
８のステンレス鋼層４２は、図示されていない個所にお
いてステンレス鋼製の横梁（図示せず）へスポット溶接
により接合されている。この接合構造では、複合材とし
ての複合材製側梁４８が下部構体１８を兼ね、電車１０
の左右方向へ複合材製側梁４８とは別体の複合材が介在
しないので、上部構体１２に対して複合材製側梁４８の
外面側の引き込み量が小さくなり、上部構体１２と下部
構体１８との力伝達上、有利であるとともに、構造がＷ
ｉ嚇となり、また、溶接個所が減少し、溶接作業が簡略
化される。

なお、図示の実施例では、車両として鉄道車両が例示さ
れているが、この発明は、鉄道車両以外の他の車両にも
適用可能である。

さらに、図示の実施例は上部構体１２と下部構体１８と
の間の接合部に関するが、接合される構体部分の材料が
異種の金属である場合のあらゆる接合。

例えば上部構体１２における側構体２４仁屋根構体２６
との接合にも、この発明による接合構造を採用すること
ができる。

互いに接合される構体部分が異種の金属から成る例とし
てアルミニウム合金とステンレス鋼とを示しているが、
他の金属の接合に関してもこの発明は実施可能である。

例えば下部構体１８にステンレス鋼ではなく、炭素鋼等
が使用されることもあり、その場合は、複合材の一方の
側の表面層はステンレス鋼層ではなく、炭素鋼層である
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕 このように、この発明によれば、金属材が積層状に配列
されて圧接により接合される複合材が使用される。そし
て、複合材は、両構体部分との接触側の表面層をそれぞ
れ両構体部分と同一の金属材とされ、表面層の金属を両
構体部分に溶接により接合される。したがって、この発
明の接合構造では、複合材を介在させることにより同一
の金属同士の溶接接合となるので、互いに接合される構
体部分が、所定の接合強度を得るための溶接接合では、
大掛かりで特殊の設備を必要とする場合にも、構体部分
の接合現場ではそのような設備を不要となり、一般的な
作業現場において溶接接合が可能となる。

この発明では、リベット及びハックボルト等の接合を利
用せず、異種金属の構体部分の間に、表面をそれら構体
部分と同種の金属とする複合材を介在させ、構体部分と
複合材とを溶接により接合する。したがって、鉄道車両
における台枠と側構体との接合においてリベットやハッ
クボルト等による接合に関して例示したような上述の種
々の問題を排除することができる。

この発明では、融点の高い方の金属に係る構体部分と複
合材との溶接はスポット溶接とされるので、発生熱量が
少なく、融点の低い金属に係る複合材の金属層が、融点
の高い金属側の溶接により溶融する危険性が減少し、複
合材の厚さを薄くすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例に関し、第１図は電車において
上部構体と下部構体との接合構造の横断面図、第２図は
第１図の接合構造の変形例の横断面図、第３図は電車に
おいて上部構体と下部構体との他の接合構造の横断面図
、第４図は電車の上部構体の側面図、第５図は電車の下
部構体の側面図、第６図は電車の横断面図である。 １０・・・電車（車両）、１２・・・上部構体（構体部
分）、１８・・・下部構体（構体部分）、３８．４４，
４６・・・複合材、４０・・・アルミニウム合金層、４
２・・・ステンレス鋼層。 第１図 ｎ 第４図 枳 第５図 ２゜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに接合される構体部分が、融点の異なる異種
   の金属から成り、複合材が、前記両構体部分の間に介在
   し、かつ前記両構体部分との接触側の表面層をそれぞれ
   前記両構体部分と同一の金属材とされ、前記複合材にお
   ける異種の金属材は積層状に配列されて圧接により接合
   されており、前記複合材は、その表面層の金属を前記両
   構体部分に溶接により接合されており、融点が高い方の
   金属側の構体部分とはスポット溶接により接合されてい
   ることを特徴とする車両の構体接合構造。
2. （２）前記両構体部分の一方はアルミニウム合金であり
   、他方は鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の車両の構体接合構造。
3. （３）前記鋼はステンレス鋼又は炭素鋼であることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の車両の構体接合構
   造。
4. （４）アルミニウム合金の構体部分と複合材のアルミニ
   ウム合金層との溶接はすみ肉溶接であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項又は第３項記載の車両の構体接
   合構造。
5. （５）前記車両は鉄道車両であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の車両
   の構体接合構造。
6. （６）前記鉄道車両は、上部構体をアルミニウム合金製
   とされ、下部構体をステンレス鋼又は炭素鋼製とされて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の車両
   の構体接合構造。