JPH0733016A

JPH0733016A - 車両構体の製作方法および装置

Info

Publication number: JPH0733016A
Application number: JP15011893A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takenaka; 剛竹中; Yasuo Ishimaru; 靖男石丸; Morishige Hattori; 守成服部; Ryoichi Takayama; 領一高山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-02-03
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JP2626471B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パネルの組合せて構成する車両構体において、
高品質、高精度、高能率を達成する製作方法および装置
を提供する。【構成】まず、ハニカムパネルの曲面方向をレーザビー
ム溶接により接合して長尺パネルを作り、該長尺ブロッ
クを複数並べて長手方向をＭＩＧ・ＴＩＧ溶接すること
により、歪変形を抑え高精度のブロックを製作する。ま
た、治具によってハニカムパネルを拘束し、該治具の溶
接用溝により拘束を解除することなく表裏の溶接を行う
ことで精度の低下を防ぎ、高能率化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両構体の製作方法お
よび装置に係り、特にパネルを組合せこれらを溶接によ
り接合して車両構体を製作する場合に好適な車両構体の
製作方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄道車両の高速化の要求が高まっ
ている。しかし、鉄道車両の高速化は、軌道破壊、走行
時における騒音の増大、あるいは動力費の増加などの問
題を生じる。これらの問題を解決するためには、鉄道車
両の走行速度に応じた軽量化が必要である。また、鉄道
車両が高速でトンネル内ですれ違う場合には、大きな圧
力変動が短時間に発生する。したがって、車両の構体
は、乗客、各種機器の荷重および構体の自重に加えて、
上述した車両外圧力変動による圧力が該構体に繰返し作
用することになる。

【０００３】従来の鉄道車両構体は、屋根部、側部、台
枠部、妻部の６面体より構成され、強度部材としての骨
部材と、車内外を区分する外板とからなっており、素材
としては軟鋼板、ステンレス鋼板、アルミ合金板、アル
ミ合金押出型材などがある。特に軽量化を図ったものと
しては、例えば特開平３−９０４６８号公報に示されて
いる軽合金製ろう付けハニカムパネルを用いたものが知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のろう付
けアルミハニカムパネル（以下、単にハニカムパネルと
いう）を組合せ溶接して、屋根ブロックや側ブロック等
のブロックを製作する場合、溶接の入熱によるろう付部
への影響を少なくしなければならない。また、ハニカム
パネルよりなる各ブロックは、軽量化を図るため薄肉化
されている。このため、強度を確保するため各面板に効
率良く力を伝える高品質の２面溶接を行わねばならな
い。ハニカムパネルの表と裏の２面を溶接する場合、表
側を溶接した後にパネルを組立て治具から外してクレ−
ンなどで反転し、また別の治具へセットしなおして裏面
の溶接をするという作業が予想されるが、この間で組合
せ精度の低下を招く恐れがあった。

【０００５】本発明の目的とするところは、組合せ精度
の低下，変形を防ぎ、かつ、高品質の車両構体を製作す
ることのできる車両構体の製作方法および装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ハニカムパ
ネルよりなる車両構体の製作方法において、二次曲面を
なす複数のハニカムパネル同志の曲面方向を溶接により
接合して長尺ブロックを構成し、該長尺ブロックを複数
その幅方向に並べて長手方向を溶接により接合して構体
ブロックを構成し、複数の前記構体ブロックを溶接によ
って接合することにより、達成される。

【０００７】また、上記目的は、複数のハニカムパネル
を位置決めした状態で拘束して保持し、各ハニカムパネ
ルの表裏両面の各接合溶接部が開口した治具と、該治具
を前記複数のハニカムパネルを保持した状態で反転する
支持手段とから構成することにより、達成される。

【０００８】

【作用】本発明によれば、まず隣接したハニカムパネル
の曲面方向を溶接接合することにより、煩雑な曲面同士
の位置決めをハニカムパネルの最小単位の状態で行なえ
るため、歪が最小限に抑えられた高精度の長尺ブロック
が得ることができる。この長尺ブロック同士或いは他の
パネル等を組合せ、長手方向を溶接することにより、長
手方向の連続溶接が可能となり、溶接の自動化が容易と
なる。

【０００９】また、本発明によれば組合せ溶接の際に溶
接線をさえぎらないように隣接したハニカムパネル同士
等の接合部を開口させて拘束し、一旦拘束すればその拘
束を解除することなく表と裏の両面の溶接ができる製作
装置を使用することにより、組合せ精度の低下を防ぎ、
能率良く各ブロックを製作することができる。

【００１０】

【実施例】鉄道車両が高速でトンネル内を走行する際、
車内外圧力差が急激に変化する。特に車両同志がトンネ
ル内ですれ違う場合には、大きな圧力変動が短時間に発
生する。したがって車両の構体は乗客、各種機器の荷重
および構体に加えて、上述した車内外圧力差による荷重
にさらされることになる。そのため構体の剛性および圧
力荷重に対する強度向上を図らなければならない。この
ような荷重による応力集中を小さく抑えるための車両の
構体は近似円筒形構造となり、車両構体を構成するハニ
カムパネルも曲率をおびた二次曲面形状となっている。

【００１１】図１は本発明の車両構体に用いるハニカム
パネルの一例を示す分解斜視図であり、図２はその平面
図である。ハニカムパネル１は芯材としてのハニカムコ
ア２、端材としての外部結合部材３および一対の面板
４、５により構成される。材料はいずれも軽合金材であ
る。例えばハニカムコア２および面板４、５の材質は、
ＪＩＳ規格Ａ６Ｎ０１である。

【００１２】ハニカムコア２は、波形形状の板が六角形
のセルを形成するように重ねあわせ、それらの隙間をろ
う材にて接合する構造になっている。このハニカムパネ
ル１内には、さらに必要な強度を確保するために、軽合
金製の強度部材６が組込まれている。一例として、図１
の実施例において、ハニカムパネル１のコア２は板厚
０．２mm、高さ５８mmであり、面板４、５の板厚１mm、
外部結合材３の板厚２mmである。また、パネル単体の大
きさは、ろう付けを行なう炉の大きさによって制約さ
れ、例えば長さ４ｍ、幅１．２ｍ程度である。

【００１３】このようなハニカムパネル１を構成する各
部材について下拵した後、一枚のパネルとして一体化す
るために、ろう付け処理がなされる。このろう付けは、
予めパネルを構成する各部材表面にろう材、例えばＢＡ
４０４５をクラッドしておき、パネルとして治具内で組
立て、加熱するものである。

【００１４】強度部材６は外部結合部材３と共に面外曲
げ剛性の向上に寄与している。そして、表面の面板４、
５の間にハニカムコア２を配置することにより厚さ方向
の距離を十分に確保して断面係数を大きくすることと併
せて、ハニカムパネル１としての剛性が確保される。

【００１５】図３はハニカムパネル１，吹き寄せパネル
１ａ，出入口用パネル８から車両構体の側ブロックを製
作していく手順を示す図である。まず、製造されたハニ
カムパネル１の少なくとも次工程溶接部を、図４に示す
ようなトリミング加工機を使用して高精度にトリミング
加工し、溶接開先部を作る。図４において、加工するハ
ニカムパネル１をベース１２の上に載せて拘束した状態
で、加工ヘッド１０により該ハニカムパネル１の次工程
の溶接開先を加工する。これらの動作は制御盤１１に組
み込まれた数値制御系によって自動的に行なわれる。本
トリミング加工機は、最小単位のハニカムパネル１の加
工および長尺ブロックの加工も行なえる。

【００１６】前記トリミング加工機によって開先が形成
されたハニカムパネル１を複数準備し、治具上でその平
面方向に並べ、隣接したハニカムパネル１同士の曲面の
位置決めを行なって拘束する。そして、前記隣接したハ
ニカムパネル１の曲面方向を溶接によって接合し、長尺
ブロック７を製作する。このような曲面方向の溶接に
は、熱入熱が極めて小さく、よって歪変形を抑えること
ができるレ−ザビ−ム溶接を採用するのが良い。このよ
うにして製作された長尺ブロック７と吹き寄せパネル１
ａ，出入口用パネル８を所定の位置に位置決めして拘束
し、ＭＩＧまたはＴＩＧ溶接によって接合して側ブロッ
ク９を構成する。なお、前記吹き寄せパネル１ａ，出入
口用パネル８は、ハニカムパネルで構成してもよく、ま
た、局部的に過大な加重が作用する部分には、型材を用
いても良い。

【００１７】図５はレ−ザビ−ム溶接装置の一例であり
上下一対の治具１８で拘束されたハニカムパネル１の開
先部を該治具１８に設けられた溶接用溝１７を通して溶
接装置１５で接合する。１３はレーザ発振器、１４は制
御盤、１６は加工テーブルである。次に溶接した部分を
変形させないように拘束したまま全体を持ち上げ反転
し、元の位置に下ろし裏面側を溶接して、長尺ブロック
７の製作が終了する。長手方向と残った曲面方向の溶接
には高速のＭＩＧまたはＴＩＧ溶接を採用する。これ
は、レーザビーム溶接で作られた長尺ブロック７の開先
部が、歪などにより多少精度が悪くても、ＭＩＧまたは
ＴＩＧ溶接であれば裕度が広いため、開先部の多少の狂
いを許容できるからである。また、最初に曲面方向を溶
接し、長尺ブロック７を製作することで、残された長手
方向の溶接は、連続した直線溶接となり自動化が容易で
あるという利点を有している。

【００１８】図６は、ＭＩＧまたはＴＩＧ溶接装置の一
例であり、図５のレ−ザビ−ム溶接装置と同様の方法で
側ブロックを製作する。１９は前記長尺ブロック７およ
び出入口パネル，吹き寄せパネル等を位置決め拘束する
側ブロック９用の治具である。２０は前記治具１９の長
手方向端部に設けられ反転させる際の中心軸となる反転
軸である。前記治具１９には長尺ブロック７，出入口パ
ネル、吹き寄せパネル等のそれぞれ隣接したパネル同士
の接合位置に対応して開口された溶接用溝１７が形成さ
れている。溶接装置２４は該溶接用溝１７を介して溶接
位置をセンサー２３でセンシングしながら溶接を行な
う。前記治具１９内の側ブロック９の片面の溶接が終了
した時点で、治具１９全体を拘束を解除することなく支
持装置で反転させ、側ブロック９の反対側の面の溶接作
業を行なう。この溶接も前記と同様に溶接用溝１７を介
して前記溶接装置２４によって各パネルの接合を行な
う。

【００１９】図７は複数のハニカムパネル１から屋根ブ
ロック２１を製作していく手順を示す図である。これも
前記側ブロック９と同様に長尺ブロック７を製作してか
ら、各長尺ブロック７の長手方向を溶接することによ
り、屋根ブロック２１を製作する。前記ハニカムパネル
１は、まず、曲面方向の開先加工を先行して行なった
後、溶接により長尺ブロック７として組み立てられる。
その後、前記長尺ブロック７の平面方向すなわち幅方向
端面の開先加工を行なった後、該長尺ブロック７の溶接
によって接合作業を行ない屋根ブロック２１を製作す
る。

【００２０】図８に長尺ブロック組合せ装置の鳥観図を
示す。高精度にトリミング加工されたハニカムパネル１
を基準板２０におく。基準板２０は、所定の形状すなわ
ち車両構体の前記長尺ブロックが設置される部分の形状
に一致した二次曲面となるように精度良く製作されてい
る。各ハニカムパネル１は、該ハニカムパネル１の固定
位置調整機能を有した位置決め用２０ａピンで正確に位
置決めされる。その後、ハニカムパネル１の上にもう一
枚の基準板２０を載せ、連結用ピン２０ｂで連結し、該
ハニカムパネル１を確実に拘束する。ハニカムパネル１
を２枚の基準板２０で挾み込むように拘束するので、局
所的な力に弱いパネル表面部を保護することができる。
溶接は、溶接用溝１７を介して行なわれる。溶接用溝１
７は溶接線を全くさえぎらないように形成されている。
表面の溶接が終わると、そのまま反転して裏面を溶接す
る。前記基準板２０を溶接線をさえぎらないように構成
することで、精度の向上、作業能率の向上を図ることが
できる。

【００２１】ハニカムパネル１の表と裏の両面を溶接す
る方法として図９に示すものもある。すなわち、まずレ
−ザ光を上側の面板４に設けられたＭＩＧまたはＴＩＧ
用のル−トギャップにとおして、下側の面板５の開先部
をレ−ザビ−ム溶接する。その後、上側の面板４をＭＩ
ＧまたはＴＩＧ溶接することで片面からだけの溶接を可
能とし、ハニカムパネル１同士の接合を行なう際に反転
する作業をなくすことができ、作業の効率化、精度の向
上を図ることができる。

【００２２】図１０に側ブロック組合せ装置の鳥観図を
示す。この装置も図８の長尺ブロック組合せ装置と同様
の機能を有している。溶接用溝１７は溶接に支障をきた
さないようにハニカムパネル同士或いは他のパネルとの
隣接した開先部に対応して形成されている。ハニカムパ
ネル１を拘束治具すなわち基準板２０から外すことなく
全ての溶接を行えるため、精度が良く品質の高いブロッ
クを製作することができる。なお、連結用ピン２０ｂお
よび基準板連結用穴２０ｃの部分の構成を図１１により
説明する。連結用ピン２０ｂと基準板連結穴２０ｃは正
確に位置決めできるように各基準板２０に正確に設置形
成されている。連結用ピン２０ｂを基準板連結穴２０ｃ
へ嵌入することで、一対の基準板２０を正確に位置決め
する。そして、押しつけ部２０ｄを介してナット２０ｅ
で締めつけることで複数のハニカムパネル１を正確にか
つ確実に拘束する。このようにすることで精度良く、作
業能率良く各ブロックを製作することができる。

【００２３】各構体ブロックが完成すると、次は、これ
らに艤装取付座を取付ける。艤装取付座は、図１３に示
すレ−ル方式のものが考えられる。すなわち、艤装取付
座をなす艤装品取付レール３２は、例えば屋根ブロック
２１の長手方向に引き通して配置され、リベットボンド
等の接合方法によって取付けられている。前記艤装品取
付レール３２は、各ハニカムパネルの外部結合部材或い
は強度部材に固定するようにすれば、該艤装品取付レー
ル３２の支持強度を向上させることができる。ところ
で、前記艤装品取付レール３２を支えるハニカムパネル
内に設置される前記強度部材としては、その断面形状が
矩形で中空の押出し型材を用いれば前記取付作業も簡略
化でき、かつ、強度上も十分なものにできる。前記艤装
品取付レール３２は、艤装品取付において長手方向に調
整可能であり、車体総組における溶接歪、変形を吸収す
ることができる。

【００２４】このような構成によれば、高精度の接合が
可能であるので今までのような手直し作業を大幅に減少
させることができる。先行して行なうハニカムパネル１
の曲面方向の接合を、レーザビーム溶接等の低入熱、低
歪溶接によって行ない、その後長手方向にル−トギャッ
プの裕度の広いＭＩＧやＴＩＧ溶接を行うことにより、
作業性の向上と工数の低減が図れる。また、下の面板を
レ−ザビ−ム溶接し、その後上の面板をＭＩＧまたはＴ
ＩＧ溶接する反転作業を省いた製作方法により、高精度
かつ高品質、剛性の高いブロックを製作することができ
る。しかも、高精度に接合できるので今までのような手
直し作業を大幅に減少できる。また、パネルをしっかり
拘束し、溶接線をさえぎらない組合せ装置を用いること
により、高品質、高精度で作業能率の高いブロック製作
が実現出来る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、組
合せ精度の低下を防ぎ、かつ、高品質の車両構体を製作
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による製作方法により製作される車両構
体をなすハニカムパネルを示した斜視図である。

【図２】図１のハニカムパネルの平面図を示す。

【図３】本発明の製作方法の一実施例におけるハニカム
パネルを組合せ溶接し側ブロックを製作する手順を示す
図である。

【図４】図２のハニカムパネルおよび長尺ブロックのト
リミング加工を行なうトリミング加工機を示す斜視図で
ある。

【図５】図３の長尺ブロックを製作するレ−ザビ−ム溶
接装置を示した斜視図である。

【図６】側ブロックを製作している状態の溶接装置を示
した斜視図である。

【図７】本発明の製作方法の一実施例におけるハニカム
パネルを組合せ溶接し屋根ブロックを製作する手順を示
す図である。

【図８】図３の長尺ブロックを製作するための治具を示
した斜視図である。

【図９】図８の各ハニカムパネルを接合する一つの溶接
方法を説明するための溶接部の断面図である。

【図１０】側ブロックを製作するための治具を示した斜
視図である。

【図１１】図８，１０の治具に設置されている基準板連
結部の構造を示した断面図である。

【図１２】艤装取付レールを設けた屋根ブロックを示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…ハニカムパネル、７…長尺ブロック、９…側ブロッ
ク、１５…溶接装置、１７…溶接用溝、１８…治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高山領一山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハニカムパネルよりなる車両構体の製作方
法において、二次曲面をなす複数のハニカムパネル同志
の曲面方向を溶接により接合して長尺ブロックを構成
し、該長尺ブロックを複数その幅方向に並べて長手方向
を溶接により接合して構体ブロックを構成し、複数の前
記構体ブロックを溶接によって接合することを特徴とし
た車両構体の製作方法。
【請求項２】請求項１に記載の車両構体の製作方法にお
いて、前記長尺ブロックを構成する際のハニカムパネル
の曲面方向の接合を、レーザビーム溶接によって行なう
ことを特徴とした車両構体の製作方法。
【請求項３】複数のハニカムパネルを位置決めした状態
で拘束して保持し、各ハニカムパネルの表裏両面の各接
合溶接部が開口した治具と、該治具を前記複数のハニカ
ムパネルを保持した状態で反転する支持手段とから構成
したことを特徴とする車両構体の製作装置。