JP6324885B2

JP6324885B2 - 溶接方法

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Publication number: JP6324885B2
Application number: JP2014251859A
Authority: JP
Inventors: 雄祐服部; 田中　康博; 康博田中; 貴岩田; 寺村　弘; 弘寺村; 正悟大河内; 隆宏清水; 亮山中
Original assignee: 近畿車輌株式会社
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: JP2016112577A

Description

本発明は、鉄道車両の外板に骨部材を溶接する方法に関する。

鉄道車両の構体は、図１９に示すように、外板１５１０の内面に骨部材が接合されてなる。骨部材には、外板の長手方向（横方向）に延在した横骨部材１５１１と、外板の縦方向に延在した縦骨部材１５１２とがある。

外板と骨部材の接合には、従来スポット溶接が採用されていたが、スポット溶接では外板の意匠面（外面）に溶接圧痕が残る。そこで、近年はレーザ溶接が採用されている（特許文献１参照）。レーザ溶接では、骨部材を長手方向一端から他端まで一直線状に連続溶接する。これにより横方向の溶接線１５２１及び縦方向の溶接線１５２２が形成される（図１９参照）。

特開２０１１−７３６７４号公報

しかし、レーザ溶接を行っても外板の意匠面（外面）に溶接痕が生じる。溶接痕は図２０に示す溶接部断面のように、溶接入熱による収縮によって溶接線に沿った折れ線となって現れる。そこで、溶接痕が目立ちにくいように、外板の研磨目に平行な方向に多くの溶接線を配置している。しかし、全ての溶接線をこの方向に配置することはできず、研磨方向と直交する縦方向の溶接については溶接痕が目立つ。そのため、外板の意匠面には溶接痕が目立つ場所と目立たない場所とが混在し、車体の外観が好ましくない。

そこで、本発明の目的は、溶接線の方向に関わらず、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくする方法を提供することである。

本発明の溶接方法は、鉄道車両の外板に骨部材をレーザ溶接する溶接方法であり、
複数の溶接領域を前記骨部材の長手方向に離して順に形成し、
前記溶接領域は前記骨部材の長手方向長さが幅方向長さより長い領域であり、
各溶接領域において、前記骨部材の長手方向に平行な一本の直線上の部分と前記直線上以外の部分とを含むように一又は複数の溶接線を形成し、
各溶接領域内をレーザ溶接するときに、
溶接機に設けられ、底部が開口した直方体状のケーシング及び前記ケーシングの内側に配置された直方体状の押圧部を、前記外板の上に配置された前記骨部材に近付け、前記ケーシングの底部を前記骨部材により閉塞するとともに、前記ケーシング及び前記押圧部により前記骨部材と前記外板を加圧することによって、前記溶接領域を包囲する包囲部を加圧する工程と、
前記包囲部を加圧した状態で、加圧位置を変化させることなく、前記ケーシングと前記ケーシングの底部を閉塞した前記骨部材とによって囲まれた密閉空間にレーザを照射することにより前記溶接線を形成する工程を有する。

上記方法では、骨部材の長手方向に平行な直線上と直線上以外の部分に溶接線を形成することにより、レーザの熱を幅方向に拡散することができる。これにより、外板及び骨部材の角変形を緩和できるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、各溶接領域を溶接している間には加圧位置が変化しないため、安定した状態で溶接できる。これにより、熱のバラツキが生じにくくなるため、溶接痕がより生じにくい。さらに、各溶接領域を骨部材の長手方向に離して形成することにより、必要以上の溶接入熱を防ぎ、溶接痕がより生じにくくなる。

また、上記方法において、各溶接領域に一つの溶接線を形成し、前記一つの溶接線は、前記骨部材の長手方向に同じ周期で同じ非直線状のパターンを繰り返して形成されていることが好ましい。同じパターンの溶接を周期的に繰り返すため、溶接処理を円滑に行うことができる。また、非直線状のパターンとすることにより、レーザの熱を幅方向に拡散することができる。

さらに、前記一本の溶接線は、矩形状の凸部と矩形状の凹部が前記骨部材の長手方向に交互に並んだパルス列波形形状であるとともに、前記骨部材の長手方向に対して垂直な方向に沿った領域を有することが好ましい。パルス列波形では、隣り合う２つの凸部（２つの凹部）が頂点から基点まで同じ間隔で離れているため、レーザの熱が均一に拡散しやすい。これにより溶接痕がより生じにくくなる。

本発明によると、レーザの熱を骨部材の幅方向に拡散することできるため、骨部材及び外板の角変形を緩和できる。これにより外板の意匠面に溶接痕が生じにくいため、車体の外観が好ましくなる。

鉄道車両の外観斜視図である。第１実施形態に係る溶接方法を行った側構体の内側面の一部を示す斜視図である。横骨部材に形成された溶接領域の拡大模式図である。縦骨部材と外板とを溶接する工程を示す模式図である。縦骨部材と外板とを溶接する工程を示す模式図である。縦骨部材と外板とを溶接する工程を示す模式図である。縦骨部材と外板とを溶接する工程を示す模式図である。第２実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。変形例１に係る溶接領域の拡大模式図である。第３実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。変形例２に係る溶接領域の拡大模式図である。第４実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。変形例３に係る溶接領域の拡大模式図である。第５実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。第６実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。第７実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。第８実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。第９実施形態に係る溶接領域の拡大模式図である。従来の溶接方法で溶接した外板及び骨部材の斜視図である。従来の溶接方法で溶接した外板及び骨部材の断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ここでは、本発明の第１実施形態である鉄道車両について、図１〜図７を参照しつつ以下に説明する。

〔第１実施形態〕
鉄道車両１００は、図１に示すように、進行方向に長尺な直方体状に形成され、車両の長手方向に延在した側構体１，２と、妻構体３と、屋根構体４と、底部の台枠５とを備えている。側構体１と側構体２は同様な構成である。

側構体１は、図２に示すように、車両の長手方向（横方向）に延在した長方形状の外板１０と、外板１０の内側面にレーザ溶接された横骨部材１１及び縦骨部材１２とを有している。

外板１０には窓や扉が配置される開口１０ａが形成されている。横骨部材１１及び縦骨部材１２は、外板１０の開口１０ａが形成されていない部分に配置されている。外板１０の厚みＴは例えば約１．５〜２．０ｍｍである。

横骨部材１１は外板１０の長手方向（横方向）に延在している。縦骨部材１２は外板１０の長手方向に直交する方向（縦方向）に延在している。縦骨部材１２には、横骨部材１１に重ねて配置されているものもある。横骨部材１１に重なった縦骨部材１２は、横骨部材１１に溶接されている。横骨部材１１及び縦骨部材１２の厚みｔは例えば約０．８〜２．５ｍｍである。

横骨部材１１は、長手方向に垂直な断面視において多くの場合、ハット形状に成形されている。横骨部材１１は、凸状の突出部２１と、突出部２１の両側部から水平方向に延在したフランジ部２２,２３とを有している。フランジ部２２,２３は、外板１０にレーザ溶接されている。レーザが照射された部分は、照射側から順に溶融し、外板の途中まで溶融して骨部材と外板を接合する。縦骨部材１２は、横骨部材１１と同様な形状である。

フランジ部２２,２３には、複数の溶接領域Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄・・・が横方向に並んで形成されている。隣り合う溶接領域（例えば、溶接領域Ｒ₁と溶接領域Ｒ₂）は離隔している。

図３には、溶接領域Ｒ₁の拡大図を示している。溶接領域Ｒ₁の横方向長さ（長手方向長さ）Ｌは縦方向長さＳより長い。溶接領域Ｒ₁には、１つのパルス列波形形状を有する溶接線３０が形成されている。

溶接線３０には、縦方向に突出した凸部３１,３２,３３,３４,３５が横方向に並んで形成されている。凸部３１,３２,３３,３４,３５は全て同じ形状である。隣り合う２つの凸部（例えば凸部３３と凸部３４）は連結領域３６によって接続されている。連結領域３６は横方向長さがＩ₁である。このように溶接線３０は、横方向に同じ周期で同じ凸部を繰り返して形成されている。

凸部３３は、縦方向に延在した２つの縦領域４１,４２と、２つの縦領域４１,４２の上端部同士を接続する接続領域４３と、を有している。接続領域４３は横方向に延在し、隣り合う縦領域４１,４２と略９０度の直角形状をなす。

連結領域３６は、横方向に平行な直線ｌ₁上に存在する。接続領域４３は、直線ｌ₁と異なる直線ｌ₂上に存在する。縦領域４１,４２は、直線ｌ₁,ｌ₂上以外の部分に存在する。直線ｌ₂は横方向に平行な直線であり、直線ｌ₁より上方にあるため直線ｌ₁と重ならない。直線ｌ₁,ｌ₂の線幅ｗは、溶接線３０と同じ線幅ｗであり、通常は０．４〜１．０ｍｍ程度である。溶接線３０はどの位置でも同じ線幅ｗであり、線幅ｗはレーザ溶接による溶融部分の幅である。

溶接線３０の波高（縦方向長さ）Ｗ₁は、溶接線３０の１周期の横方向長さＴ₁の０．２５倍以上２．０倍以下が好ましい。波高Ｗ₁は、溶接線３０の振幅Ｄ₁の２倍である（Ｗ₁＝２×Ｄ₁）。

溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接した時、レーザの熱は少なくとも幅方向に長さＷ₁まで拡散する。溶接線３０の幅方向長さＷ₁は５〜１０ｍｍ程度であり、溶接線３０の線幅ｗの５倍よりも大きいことが好ましい（Ｗ₁＞５×ｗ）。

図２に示す他の溶接領域Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄も上述した溶接領域Ｒ₁と同様な構成である。本実施形態では、隣り合う溶接領域（例えば溶接領域Ｒ₁と溶接領域Ｒ₂）が離隔しているため、隣り合う溶接線３０,３０も離隔している。

また、縦骨部材１２にも横骨部材１１と同様な溶接領域が複数形成されている。縦骨部材１２では、フランジ部に溶接領域Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄・・・が縦方向に並んでいる。

次に、横骨部材１１及び縦骨部材１２を外板１０に溶接する方法を、図４〜７を参照しつつ説明する。図４〜７には外板１０と横骨部材１１を図示している。

図４に示すように、受け台５０に外板１０を配置し、外板１０の上に横骨部材１１を配置する。その後、横骨部材１１のフランジ部２３に溶接機６０を近付ける。図４では１つの横骨部材１１を示しているが、全ての横骨部材１１及び縦骨部材１２を外板１０に配置してから、溶接機６０を横骨部材１１又は縦骨部材１２に近付けるとよい。

溶接機６０は図示しないロボットのロボットアーム７０に接続されている。ロボットは天井に吊り下げられた台車（図示せず）に取り付けられている。台車は縦方向や横方向に移動可能である。台車やロボットアーム７０を作動させることにより、溶接機６０を上下方向及び左右方向に移動させることができる。

溶接機６０は、底部が開口した直方体状のケーシング６１と、ケーシング６１の内側に配置された直方体状の押圧部６２を有している。

この状態から溶接機６０のケーシング６１により、横骨部材１１のフランジ部２３及び外板１０を加圧する（図５参照）。ケーシング６１の底部がフランジ部２３によって閉塞されることにより、ケーシング６１内に密閉空間が形成される。また、図５の拡大図に示すように、ケーシング６１内の押圧部６２が溶接領域Ｒ₁を包囲する四角枠状の領域（包囲部）８０を加圧する。

この状態で溶接領域Ｒ₁の溶接を開始する。ケーシング６１内に照射されたレーザは、ミラー等によって照射方向が瞬時に変えられる（図６参照）。これにより、図６の拡大図に示すように、１つのパルス波形形状を有する溶接線３０が形成される。

溶接線３０の溶接が完了するまで、押圧部６２は四角枠状の領域８０を加圧し続ける。また、溶接線３０の溶接が完了するまでケーシング６１の底部をフランジ部２３によって閉塞する。これによりケーシング６１内のレーザが外部に漏出しないため、溶接中に作業者が溶接機６０の周囲で作業することができる。

溶接領域Ｒ₁の溶接が完了すると、図７に示すように、溶接機６０を移動させて溶接領域Ｒ₂を溶接する（図４(ｄ)参照）。これを横方向に順に繰り返す。

上記では横骨部材１１の溶接方法について説明したが、縦骨部材１２の溶接も同様な方法で行う。縦骨部材１２の場合は縦方向に溶接を繰り返す。

また、図２に示すように、縦骨部材１２を横骨部材１１に重ねて溶接する場合、横骨部材１１を溶接する前に縦骨部材１２を横骨部材１１の上にセットしておいてよい。上述した溶接は断続的に行われるため、横骨部材１１の上に縦骨部材１２が配置されていても、横骨部材１１の溶接に支障が生じない。

以上に述べたように、本実施形態の溶接方法によると以下の効果を奏する。
従来のレーザ溶接では、骨部材の長手方向一端から他端までを一直線状に連続溶接するため、溶接線幅内にレーザ光による熱が集中する。これにより溶接箇所での熱収縮量が多くなるため、角変形つまり溶接痕が生じやすい。しかし、本実施形態の方法では骨部材（横骨部材１１、縦骨部材１２）の長手方向に溶接領域Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄・・・を形成し、各溶接領域Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄で直線ｌ₁,ｌ₂上の部分と直線ｌ₁,ｌ₂上以外の部分とに亘って溶接線３０を形成している。これにより、レーザ光による熱を幅方向に拡散することができる。よって、外板１０及び骨部材（横骨部材１１、縦骨部材１２）の角変形を緩和できるため、外板１０の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。そのため外板の研磨目の方向と溶接方向を合わせなくても、溶接痕を目立たなくすることができる。

さらに、パルス波形形状の溶接線３０は、１本の溶接線からなるとともに、同じ周期で同じパターンの凸部が繰り返される形状である。このため溶接光の移動に複雑な制御を必要としない。また、一直線状でなく凸状とすることにより、溶接線３０の幅方向長さＷ₁を長くできるため、レーザの熱を幅方向に拡散することができる。さらに、溶接線３０には凸部が同じ間隔Ｉで形成されているため、レーザの熱が均一に拡散しやすい。これにより熱収縮量に偏りが生じにくいため、溶接痕がより生じにくくなる。

また、本実施形態の溶接方法では、図６に示すように、溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接する間、四角枠状の領域（包囲部）８０を加圧し続ける。これにより、溶接領域Ｒ₁を安定した状態で溶接できる。従来の一般的な重ね連続溶接では溶接機ヘッドとともに加圧ローラを移動させるため、ローラの振動が加圧ヘッドに伝わり、安定した溶接が難しかった。しかし、本発明では溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接する間、加圧部分が移動することはないため、安定した状態で溶接できる。そのため溶接痕がより生じにくくなる。

さらに、溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接する間、溶接機６０のケーシング６１が横骨部材１１のフランジ部２３によって閉塞されるため、レーザ光がケーシング６１の外部に漏出しない。したがって、溶接中でも溶接機６０の傍で作業者が作業をできる。

また、図２に示すように、複数の溶接領域Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄が横方向に離れて形成されているため、レーザの熱がより拡散しやすい。これにより溶接痕がより発生しにくくなる。

さらに、従来のレーザ溶接方法では、横骨部材１１に縦骨部材１２を重ねて溶接する場合、先ず、外板１０に横骨部材１１を配置し、横骨部材１１を溶接してから縦骨部材１２を横骨部材１１の上に配置し、縦骨部材１２を横骨部材１１に溶接していた。しかし、本実施形態の方法では、外板１０に横骨部材１１を配置し、その上に縦骨部材１２を配置してから、横骨部材１１の溶接及び縦骨部材１２の溶接を行うことができるため、従来よりも工程数を低減できる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図８を参照しつつ説明する。第２実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、１つの溶接線２３０が形成されている。溶接線２３０には、横方向に対して傾斜した凸部２３１,２３２,２３３,２３４,２３５が並んで形成されている。凸部２３１,２３２,２３３,２３４,２３５は全て同じ形状である。隣り合う２つの凸部（例えば凸部２３３と凸部２３４）は連結領域２３６によって接続されている。連結領域２３６は横方向長さがＩ₂である。このように溶接線２３０は、横方向に同じ周期で同じ凸部を繰り返して形成されている。

凸部２３３は、傾斜した傾斜領域２４１と、縦方向に延在した縦領域２４２と、傾斜領域２４１の上端と縦領域２４２の上端とを接続する接続領域２４３とを有している。

連結領域２３６は、横方向に平行な直線ｌ₂₁上に存在する。接続領域２４３は、直線ｌ₂₁と異なる直線ｌ₂₂上に存在する。傾斜領域２４１及び縦領域２４２は、直線ｌ₂₁,ｌ₂₂上以外の部分に存在する。直線ｌ₂₁,ｌ₂₂の線幅ｗは、溶接線２３０と同じ線幅ｗである。

溶接線２３０の波高（縦方向長さ）Ｗ₂は、溶接線２３０の１周期の横方向長さＴ₂の０．２５倍以上２．０倍以下が好ましい。波高Ｗ₂は、溶接線２３０の振幅Ｄ₂の２倍である（Ｗ₂＝２×Ｄ₂）。溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接した時、レーザの熱は少なくとも幅方向に長さＷ₂まで拡散する。

上記構成から、第２実施形態でもレーザの熱を幅方向（縦方向）に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。

〔変形例１〕
次に、第２実施形態の変形例１について、図９を参照しつつ説明する。変形例１において第２実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第２実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、１つの溶接線３３０が形成されている。溶接線３３０には、横方向に対して傾斜した凸部３３１,３３２が並んで形成されている。凸部３３１と凸部３３２は連結領域３３６によって接続されている。

凸部３３１と凸部３３２は同じ形状である。凸部３３１,３３２は第２実施形態の凸部２３１より横長形状である。連結領域３３６は横方向長さがＩ₃であり、第２実施形態の連結領域２３６より長い（Ｉ₃＞Ｉ₂）。このように溶接線２３０は、横方向に同じ周期で同じ凸部を繰り返して形成されている。

凸部３３１は、傾斜した傾斜領域３４１と、縦方向に延在した縦領域３４２と、傾斜領域２４１の上端と縦領域２４２の上端とを接続する接続領域３４３とを有している。接続領域３４３は、第２実施形態の接続領域２４３より横方向長さが長い。

連結領域３３６は直線ｌ₂₁上に存在する。接続領域３４３は直線ｌ₂₂上に存在する。傾斜領域３４１及び縦領域３４２は、直線ｌ₂₁,ｌ₂₂上以外の部分に存在する。

溶接線３３０の１周期の横方向長さＴ₂₁は、第２実施形態の溶接線２３０の１周期の横方向長さＴ₂よりも長い。

上記構成から、変形例１でもレーザの熱を幅方向（縦方向）に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、変形例１の溶接線３３０と第２実施形態の溶接線２３０を比較すると、変形例１の凸部３３１は第２実施形態の凸部２３１より横長形状であり且つ隣り合う凸部の間隔Ｉ₂が長いため、変形例１の溶接線３３０では第２実施形態の溶接線２３０より溶接熱が分散しやすい。このため外板の意匠面に溶接痕がより生じにくい。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。第３実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、１つの波形形状を有する溶接線４３０が形成されている。溶接線４３０には、湾曲状の凸部４３１と湾曲状の凹部４３２が交互に横方向に並んで形成されている。このように溶接線４３０は、凸部４３１及び凹部４３２が横方向に同じ周期で繰り返して形成されている。

凹部４３２は横方向に平行な直線ｌ₃₁上と直線ｌ₃₁上以外の部分とに存在している。凸部４３１は直線ｌ₃₁と異なる直線ｌ₃₂上と直線ｌ₃₁,ｌ₃₂上以外に存在する部分とを有している。直線ｌ₄₁,ｌ₄₂の線幅ｗは、溶接線の線幅ｗと同じ線幅である。

溶接線４３０の波高（縦方向長さ）Ｗ₃は、溶接線４３０の１周期の横方向長さＴ₃の０．２５倍以上２．０倍以下が好ましい。波高Ｗ₃は、溶接線３０の振幅Ｄ₃の２倍である（Ｗ₃＝２×Ｄ₃）。溶接領域Ｒ₁をレーザ溶接した時、レーザの熱は少なくとも幅方向に長さＷ₃まで拡散する。

上記構成から、第３実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。

〔変形例２〕
次に、第３実施形態の変形例２について、図１１を参照しつつ説明する。変形例２において第３実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第３実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、１つの溶接線５３０が形成されている。溶接線５３０には、湾曲状の凸部５３１と湾曲状の凹部５３２を横方向に同じ周期で繰り返して形成されている。

凸部５３１は第３実施形態の凸部４３１より横長であり、凹部５３２は第３実施形態の凹部４３２より横長である。溶接線５３０の１周期の横方向長さＴ₃₁は、第３実施形態の溶接線５３０の１周期の横方向長さＴ₃より長い。

凹部５３２は横方向に平行な直線ｌ₃₁上と直線ｌ₃₁上以外の部分に存在する。凸部５３１は直線ｌ₃₁と異なる直線ｌ₃₂上と直線ｌ₃₁,ｌ₃₂上以外の部分に存在する。直線ｌ₃₁,ｌ₃₂の線幅ｗは、溶接線の線幅ｗと同じ線幅である。

上記構成から、変形例２でもレーザの熱を幅方向（縦方向）に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、変形例２の溶接線５３０と第３実施形態の溶接線４３０を比較すると、変形例２の凸部５３１及び凹部５３２が第３実施形態の凸部４３１及び凹部４３２よりも横長であるため、変形例２の溶接線５３０では第３実施形態の溶接線４３０より溶接熱が分散しやすい。このため外板の意匠面に溶接痕がより生じにくい。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について、図１２を参照しつつ説明する。第４実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、横方向に傾斜した１３本の溶接線６３１,６３２,６３３・・・が形成されている。１３本の溶接線は全て同じ形状であり、略平行に配置されている。

１３本の溶接線は、横方向に平行な直線ｌ₄₁上に存在する部分と、直線ｌ₄₁上以外に存在する部分とを有している。隣り合う２つの溶接線（例えば溶接線６３１,６３２）は、横方向に距離ｇ₁離れている。

上記構成から、第４実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。

〔変形例３〕
次に、第４実施形態の変形例３について、図１３を参照しつつ説明する。変形例３において第４実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第４実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、横方向に傾斜した５本の溶接線７３１,７３２,７３３,７３４,７３５が形成されている。５本の溶接線は全て同じ形状であり、略平行に配置されている。

５本の溶接線７３１,７３２,７３３,７３４,７３５は、横方向に平行な直線ｌ₄₁と、直線ｌ₄₁上以外の部分とに存在している。隣り合う２つの溶接線（例えば溶接線７３１,７３２）は、横方向に距離ｇ₂離れている。距離ｇ₂は第４実施形態の距離ｇ₁よりも長い。

上記構成から、変形例３でも第４実施形態と同様に、溶接線７３１,７３２,７３３,７３４,７３５が短い単位で分断されているため、熱変形をより一層抑制することができる。変形例３の溶接領域Ｒ₁と第４実施形態の溶接領域Ｒ₁とを比較すると、変形例３の溶接線間距離ｇ₂は第４実施形態の溶接線間距離ｇ₁よりも長い。このため変形例３の溶接領域Ｒ₁では第４実施形態の溶接領域Ｒ₁よりも溶接熱が分散されやすい。よって変形例３では第４実施形態よりも外板の意匠面に溶接痕がより生じにくい。

〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態について、図１４を参照しつつ説明する。第５実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、４つの溶接線８３１,８３２,８３３,８３４が形成されている。溶接線８３１と溶接線８３３は同じ高さに形成されている。溶接線８３２と溶接線８３４は溶接線８３１,８３３より高い位置に形成されている。４つの溶接線８３１,８３２,８３３,８３４は、縦方向に重ならないように形成されている。４つの溶接線８３１,８３２,８３３,８３４は全て同じ形状である。

溶接線８３１と溶接線８３３は、横方向に平行な直線ｌ₅₁上に存在する。溶接線８３２と溶接線８３４は、直線ｌ₅₁より上方の直線ｌ₅₂上に配置されている。直線ｌ₅₂は横方向に平行な直線である。

上記構成から、第５実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、溶接線８３１,８３２,８３３,８３４が短い単位で分断されているため、溶接による入熱の放熱が、幅方向だけでなく、溶接線の端点から長手方向へも拡散するため、熱変形をより一層抑制する効果がある。

〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態について、図１５を参照しつつ説明する。第６実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、２本の溶接線９３１,９３２が形成されている。溶接線９３１は溶接線９３２の下方に形成されている。溶接線９３１,９３２は横方向の同じ位置から延在している。溶接線９３１と溶接線９３２は上下方向に離隔している。

溶接線９３１は横方向に平行な直線ｌ₆₁上に存在し、溶接線９３２は直線ｌ₆₁より上方の直線ｌ₆₂上に存在する。直線ｌ₆₂は横方向に平行な直線である。直線ｌ₆₁,ｌ₆₂の線幅ｗは溶接線９３１,９３２と同じ線幅ｗである。

上記構成から、第６実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、線幅ｗの溶接線９３１,９３２を上下方向に離して形成することにより、溶接線９３１の２倍の線幅２ｗの溶接線を１本形成する場合に比べて、溶接による入熱を幅方向に拡散できるため、熱変形をより一層抑制する効果がある。

〔第７実施形態〕
次に、本発明の第７実施形態について、図１６を参照しつつ説明する。第７実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、横長の四角枠状の溶接線１０３０が形成されている。溶接線１０３０は、下横線１０３１と、その上方にある上横線１０３２と、下横線１０３１と上横線１０３２の左端同士を接続する左縦線１０３３と、下横線１０３１と上横線１０３２の右端同士を接続する右縦線１０３４とを有している。下横線１０３１と上横線１０３２は上下方向に離隔している。溶接線１０３０は溶接端が存在しないように形成されている。

下横線１０３１は横方向に平行な直線ｌ₇₁上に存在し、上横線１０３２は直線ｌ₇₁より上方の直線ｌ₇₂上に存在する。直線ｌ₇₂は横方向に平行な直線である。左縦線１０３３及び右縦線１０３４は、直線ｌ₇₁,ｌ₇₂上に存在しない。直線ｌ₇₁,ｌ₇₂の線幅ｗは溶接線１０３０と同じ線幅ｗである。

溶接線１０３０は、例えば、図１６のＡ地点を始点としてレーザ溶接で四角枠を描くことによって形成される。Ａ地点では始点と終点が結合することで、溶接の端点が存在しないように形成される。

上記構成から、第７実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、線幅ｗの上横線１０３２と下横線１０３１を上下方向に離して形成することにより、２倍の線幅２ｗの溶接線を１本形成する場合に比べて、溶接による入熱を幅方向に拡散できるため、熱変形をより一層抑制する効果がある。

また、溶接の始点及び終点では、一般的に溶接欠陥が発生しやすい。さらに、始点および終点は、外力がかかった場合、結合が破壊する始点となりやすい。溶接線１０３０の端部（例えば左端や右端）には溶接の始点と終点が存在しないため、溶接線１１３０の端部でも外板と骨部材を強固に接続することができる。

〔第８実施形態〕
次に、本発明の第８実施形態について、図１７を参照しつつ説明する。第８実施形態において第１実施形態と異なる点は、溶接線の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。

溶接領域Ｒ₁には、横方向に対して傾斜した５本の溶接線１１３１,１１３２,１１３３,１１３４,１１３５が形成されている。５本の溶接線は全て同じ形状であり、略平行に配置されている。隣り合う２つの溶接線（例えば溶接線１１３１と溶接線１１３２）は、横方向に距離ｇ₂離れている。

溶接線１１３３は、傾斜線１１３３ａと、傾斜線１１３３ａの上端部において右下方に向かって折り返された第１曲折部１１３３ｂと、傾斜線１１３３ａの下端部において左上方に向かって折り返された第２曲折部１１３３ｃとを有している。溶接線１１３３の上端ｐ₁及び下端ｐ₂には溶接の始点及び終点が存在しない。溶接線１１３１,１１３２,１１３４,１１３５も、溶接線１１３３と同様な形状である。

５本の溶接線１１３１,１１３２,１１３３,１１３４,１１３５は、横方向に平行な直線ｌ₈₁上と直線ｌ₈₁上以外とに存在している。

上記構成から、第８実施形態でもレーザの熱を幅方向に拡散することができるため、外板の意匠面に溶接痕を生じにくくすることができる。また、溶接線１１３１,１１３２,１１３３,１１３４,１１３５が短い単位で分断されているため、溶接による入熱の放熱が、幅方向だけでなく、溶接線の端点から長手方向へも拡散するため、熱変形をより一層抑制する効果がある。

また、外板と骨部材を剥離させる方向に外力を加えた場合、溶接線１１３１,１１３２,１１３３,１１３４,１１３５の上端ｐ₁及び下端ｐ₂に負荷がかかるが、上端ｐ₁及び下端ｐ₂は溶接の途中部分である。溶接の途中部分は溶接の始点及び終点（ｅ₁,ｅ₂）のような欠陥が生じやすい部分でなく、また破壊の始点となりやすい部分でもないため、溶接の途中部分は溶接の始点及び終点（ｅ₁,ｅ₂）より接合力が高い。
したがって溶接線の折返し位置（上端ｐ₁及び下端ｐ₂）に負荷がかかっても骨部材が外板から外れにくい。よって本実施形態では、第１曲折部１１３３ｂ及び第２曲折部１１３３ｃが形成されていない場合よりも、外板と骨部材をより強固に接続することができる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の第１実施形態では骨部材の長手方向に隣り合う溶接領域（例えば溶接領域Ｒ₁と溶接領域Ｒ₂）が離れているが、これらが接してもよい。また、隣り合う溶接領域が接している場合、隣り合う溶接領域の溶接線同士が連続してもよい。

また、図１５に示す第６実施形態の溶接線９３１の両端を、図１８に示すように中央に向かって戻してもよい。図１８では、溶接線１９３１には、直線部１９３２の左右両端部に環状の左環部１９３３及び右環部１９３４が形成されている。溶接線１９３１は、例えば直線部１９３２と左環部１９３３の接続点となる始点Ｂ₁からレーザ溶接で左環部１９３３を描き、続けて直線部１９３２及び右環部１９３４を描く。溶接の終点Ｂ₂は直線部１９３２及び右環部１９３４との接続点となる。

図１８に示す構成では、溶接の始点及び終点が溶接線１９３１の端部（左端及び右端）に存在しないようにできるため、図１６及び図１７に示す構成のように、溶接線１９３１の端部でも外板と骨部材を強固に接続することができる。

また、図１８に示す構成を、第４実施形態の溶接線６３１,６３２・・・、変形例３の溶接線７３１,７３２、第５実施形態の溶接線８３１,８３２及び第６実施形態の溶接線９３２等に用いてもよい。また、溶接線１９３１の左端部及び右端部を他の実施形態の溶接線の左端部及び右端部に採用してもよい。

また、上述の実施形態では溶接線の線幅が一定であるが、溶接線の途中で線幅を変えてもよい。

１,２側構体
１０,８１０外板
１１,８１１横骨部材
１２,８１２縦骨部材
２２,２３フランジ部
３０,２３０,３３０,４３０,５３０,６３１,６３２,６３４,６３５,７３１,７３２,７３４,７３５,８３１,８３２,８３３,８３４,９３１,９３２,１０３０,１１３１,１１３２,１１３３,１１３４,１１３５,１９３１溶接線
６０溶接機
６１ケーシング
６２押圧部
８０領域（包囲部）
１００鉄道車両
Ｒ₁,Ｒ₂,Ｒ₃,Ｒ₄ 溶接領域

Claims

鉄道車両の外板に骨部材をレーザ溶接する溶接方法であり、
複数の溶接領域を前記骨部材の長手方向に離して順に形成し、
前記溶接領域は前記骨部材の長手方向長さが幅方向長さより長い領域であり、
各溶接領域において、前記骨部材の長手方向に平行な一本の直線上の部分と前記直線上以外の部分とを含むように一又は複数の溶接線を形成し、
各溶接領域内をレーザ溶接するときに、
溶接機に設けられ、底部が開口した直方体状のケーシング及び前記ケーシングの内側に配置された直方体状の押圧部を、前記外板の上に配置された前記骨部材に近付け、前記ケーシングの底部を前記骨部材により閉塞するとともに、前記ケーシング及び前記押圧部により前記骨部材と前記外板を加圧することによって、前記溶接領域を包囲する包囲部を加圧する工程と、
前記包囲部を加圧した状態で、加圧位置を変化させることなく、前記ケーシングと前記ケーシングの底部を閉塞した前記骨部材とによって囲まれた密閉空間にレーザを照射することにより前記溶接線を形成する工程を有することを特徴とする溶接方法。
各溶接領域に一つの溶接線を形成し、
前記一つの溶接線は、前記骨部材の長手方向に同じ周期で同じ非直線状のパターンを繰り返して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
前記一本の溶接線は、矩形状の凸部と矩形状の凹部が前記骨部材の長手方向に交互に並んだパルス列波形状であるとともに、前記骨部材の長手方向に対して垂直な方向に沿った領域を有することを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。