JP2658778B2 - 鉄道車両構体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両構体の構造に
関わり、高速で走行する鉄道車両に好適な鉄道車両構体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術は、特開平３−９０４６８号
に記載のように、側構体、屋根構体、床構体等の外板に
軽合金製のろう付けハニカムパネルを用い、骨部材をパ
ネルより車両内部側に配置した構造が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、鉄道車両の高速
化の要求が高まっている。鉄道車両の高速化にともな
い、軌道破壊や走行時における騒音の増大や動力費の増
加等の問題が生じる。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。

【０００４】従来、鉄製構体および軽合金製構体におい
ては、外板部材および骨部材の薄肉化による軽量化が図
られているが、部材の強度及び剛性の面から軽量化の限
界がある。また、外板部材に軽合金製のハニカムパネル
を用い、骨部材との溶接構造を採用したものがあるが、
車体断面の曲率の変化する箇所やパネルの接合部におい
て局部的に応力が集中し、補強部材を必要とするため軽
量化の妨げになることがあった。

【０００５】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ことが知られてい
る。特に、車両同士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。２００km/h以上の
高速で走行する車両は、このような圧力変動が車内に伝
播して乗客に不快感を与えないようにするために、気密
構造になっている。

【０００６】したがって、車両の構体は、乗客、各種機
器の荷重と構体の自重および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。このため、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。ところが、構体の剛性および強度の向上を図ること
と軽量化を図ることとは相反する関係にあり、実現する
のが困難な状況にある。

【０００７】本発明の目的は、積層パネルを用いた鉄道
車両構体の台枠を小型にすると共に強度を向上できる結
合構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、 ２枚の表材
と、該２枚の表材の間に配置した芯材と、該２枚の表材
の間において該表材の縁部に配置した結合用部材と、か
らなり、前記２枚の表材に、前記芯材および前記結合用
部材をろう付けして積層パネルを構成しており、 複数の
前記積層パネルの前記結合部材同士を溶接して構成した
鉄道車両構体において、 前記積層パネルによって台枠の
床板を構成しており、 該台枠の床板の前記積層パネル同
士の溶接部において、一方の前記積層パネルの前記結合
用部材と他方の積層パネルの前記結合用部材との間に横
梁を配置して おり、 該横梁の上端は前記各積層パネルの
上方の表材側の前記結合用部材の上方のフランジに溶接
しており、 前記横梁の下端は前記各積層パネルの下方の
表材よりも下方に位置しており、該下方の位置において
該横梁の両側の側面に前記各積層パネル側に突出する突
起を備えており、 該突起に前記各積層パネルの下方の表
材が載っており、該突起に該下方の表材を溶接するこ
と、 によって達成できる。

【０００９】

【作用】横梁の上部は積層パネルの一方の表材側の結合
用部材と他方の表材側の結合用部材に結合されている。
横梁の一端から他端までの長さは積層パネルの厚さ方向
の曲げに対する強度として、横梁の一端から他端までの
長さに所定距離が必要であるとき、横梁は積層パネルに
重なっているので、前記他方の表材側からの横梁の突出
量を小さくでき、全体として小型にできるものである。
また、結合用部材の曲がりを防止できるものである。ま
た、横梁の両側に積層パネルを載せる突起を設けている
ので、積層パネルを正確に横梁に接合できると共に、両
者の接合を容易にできるものである。

【００１０】突起を横梁の上端に設けた場合も同様であ
る。この場合は上部の表材同士の溶接の裏当てにするこ
とができる。

【００１１】

【実施例】まず、本発明の一実施例を図１、２によって
説明する。同図において、１０は鉄道車両の構体であ
り、側構体２０、台枠３０、屋根構体４０および妻構体
５０から構成されている。

【００１２】前記側構体２０は、腰板２１、幕板２２、
吹寄せ２３から構成されており、それぞれ後述する積層
構造の外板部材６０を組合せ接合した構造で、車体にお
いて使用する部位により前述のような名称となってい
る。前記腰板２１および幕板２２は、側構体２０の窓開
口部の上方および下方位置に配置される。また、前記吹
寄せ２３は、該腰板２１および幕板２２の間に設置され
る。前記側構体２０は、前記台枠３０の側梁３１の上面
から後述する屋根構体４０の車体周方向端部までが一体
として構成される。個々の外板部材６０の車体長手方向
の寸法は、側構体２０を車体長手方向について複数に分
割した長さとなっている。側構体２０は、個々の外板部
材６０を車体長手方向に並べそれぞれを溶接接合して腰
板２１及び幕板２２の各ブロックを作り、吹寄せ２３を
介してそれぞれを溶接することによって組み立てられ
る。

【００１３】３１は前記台枠３０を構成する側梁で、台
枠３０の車体幅方向両端部において車体長手方向に引通
して配置される。３２は平行に配置された前記側梁３１
の間に、車体幅方向に引き通して設置される横梁であ
り、その両端を側梁３１の側面３１ａに接合している。
また、該横梁３２は、前記側梁３１の間に、車体長手方
向に所定のピッチで平行に配置されている。３３は前記
横梁３２の上に設置される床板である。床板３３は、後
述する積層構造部材製である。該床板３３を車体長手方
向に複数並べ、図１０、１１に示すように横梁３２を介
して接合するとともに、各床板３３は側梁３１の車体幅
方向垂直断面の内側の側面３１ａに接合されることによ
り台枠３０が構成される。また、隣接した床板３３を横
梁３２にその端部を突合せ、各床板３３同士および各床
板３３を横梁３２に接合している配置されている。

【００１４】前記屋根構体４０は、後述する積層構造の
外板部材６０を組合せ接合した構造である。屋根構体４
０は、構体１０の両側面をなす側構体２０と後述する両
端面をなす妻構体５０の上部の間を一体のブロックとし
て構成される。個々の外板部材６０の車体長手方向と幅
方向の寸法は、屋根構体４０を車体長手方向および幅方
向について複数に分割した長さおよび幅になっている。
なお、図１および図２に示した車両構体１０において
は、複数の外板部材６０を車体長手方向に並べて接合し
た屋根構体４０を構成しているが、外板部材６０が小さ
い場合には、車体長手方向および車体幅方向にそれぞれ
並べて接合し屋根構体４０を構成してもよい。屋根構体
４０は、個々の外板部材６０を車体長手方向および幅方
向に並べ溶接接合して、屋根構体４０のブロックを作
り、側構体２０と妻構体５０に溶接することによって組
立てられる。

【００１５】前記妻構体５０は、従来車両の骨部材に外
板を溶接した構造とすることもできるが、ここでは後述
する積層構造の外板部材６０を用いた場合を説明する。
これはトンネル内走行時における耐圧性が、特に問題に
なる場合に有効である。車体形状を球形に近づけて行く
と車体の耐圧性が向上されるが、妻構体５０は車体同士
の連結部に当るため垂直断面になっている。このため、
妻構体５０の中央部における変位量は、他の部位に比べ
て大きい。したがって、後述する外板部材６０の特性を
発揮できる。妻構体５０は、構体１０の両端面を構成
し、側構体２０、台枠３０、屋根構体４０の端部を一体
として構成される。外板部材６０は、妻構体５０の貫通
路５１の上部および左右に配置し、妻構体５０が構成さ
れる。

【００１６】以上のような構成において、構体１０の組
立方法を説明する。構体１０は、側構体２０、台枠３
０、屋根構体４０および妻構体５０をそれぞれ個別に製
作し、これらを互いに接合して完成させる。まず、台枠
３０の車体幅方向の両側の上面すなわち側梁３１の上部
に側構体２０を垂直に配置し、かつ、該台枠３０の車体
長手方向両端部の上面に妻構体５０をそれぞれ配置す
る。そして、前記台枠３０と側構体２０および台枠３０
と妻構体５０を接合する。また、同時に前記側構体２０
と妻構体５０を接合する。この二つの側構体２０および
二つの妻構体５０の上に屋根構体４０を載せ、該屋根構
体４０と前記二つの側構体２０および二つの妻構体５０
をそれぞれ接合する。このようにして、構体１０は組み
立てられる。

【００１７】つぎに、図３、４について説明する。外板
部材６０は、表材６１および６２、該表材６１および６
２の間に設置される芯材６３、強度用部材６４、補強用
部材６５、さらにこれらの外周端に配置した結合用部材
６６とから構成されている。強度用部材６４は、基本的
には結合部材６６間に引き通して配置され、該各結合部
材をつなぐように配置される。ただし、二本の強度用部
材６４同士を交差するように配置する場合には、該強度
用部材６４同士は該交差部で結合される。また、補強用
部材６５は、隣接した強度用部材６４間および強度用部
材６４と結合用部材６６間をつなぐように設置される。
なお、外板部材６０自体が湾曲して構成されている場
合、前記強度用部材６４は当然外板部材６０自体の厚さ
方向に湾曲した構造に構成されている。この湾曲した外
板部材６０を構成する前記芯材６３が折り曲げた複数の
板材を接合して構成するハニカムコアの場合には、該ハ
ニカムコアのＬ方向６７ａを前記強度用部材６４に直交
する方向とする。言い替えれば、外板部材６０が湾曲し
ている方向に対して、前記芯材６３であるハニカムコア
はそのＬ方向６７ａを直交する方向に配置する。ただ
し、ハニカムコアを構成する複数の板状素材を、台形を
なす接続面で接続し、ハニカムコア自体を曲面状に形成
すれば、外板部材６０の湾曲方向に対して平行に前記強
度用部材６４を配置することもできる。

【００１８】外板部材６０は、表材６１、６２が芯材６
３により一定以上の厚さが離隔され、それぞれの芯材６
３が密に支持されているため、単なる平板に比べて曲げ
および剪断剛性が高い。前記外板部材６０としては、例
えば軽合金製の表材６１、６２、芯材６３として六角格
子状のハニカムコア、強度用部材６４、補強用部材６５
をろう付けしたハニカムパネル材が用いられる。前記ハ
ニカムコアは二枚の表材間で連通した複数のセルを有す
る構成となっている。前記軽合金製の芯材６３に代え
て、格子状或いはその他の連続性のある形状に形成した
軽合金製もしくは樹脂製の薄板或は発泡材を用い接着に
よって接合してもよい。これらのパネル同士の接合は、
溶接時の温度上昇を考慮した熱硬化形の樹脂および接着
剤を用いる必要がある。また、結合用部材の接合フラン
ジ部を伸ばすことも有効であり、溶接による熱影響を防
止できる。なお、表材としてステンレス鋼を用い、芯材
として軽合金製材料を用いる組合せ等異種金属材料を組
み合わせても良い。

【００１９】前記強度用部材６４は、それ自体が平板状
に形成されており、表材に対してその幅方向が直交する
ように配置される。さらに、該強度用部材６４の長手方
向は、パネル内で車体の周方向に合わせて配置されてい
る。したがって、外板部材６０が平面状でなく、車体形
状に合わせた曲面の場合には、強度用部材６４を平板か
ら扇形状に切断することにより容易に、かつ、精度良く
製作できる。強度的にも平板状の強度用部材６４を芯材
６３が密に保持しているので、該強度用部材６４の倒れ
がなく、曲げ剛性を十分確保できる。また、強度用部材
の形状としては、前記板状以外にＵ字型或いはロ字型の
型材を用いることも考えられる。これらの型材の場合に
は、全体を極端に曲げることはできないが、断面形状を
損なうこと無く曲げることは可能であり、これらの型材
を用いても良い。なお、これらの型材においては、曲げ
加工に伴う寸法制度の低下は機械加工によって避けるこ
とができる。これにより、強度用部材として前記のよう
な型材を用いることも可能である。以上のように構成さ
れた構体１０の車内外圧力差が変動した場合、外板部材
６０が車内の圧力を一定に保つ気密壁となる。

【００２０】図５に芯材６３の配置を示す。芯材６３
は、波型形状の板をＬ方向６７ａに六角形のセル６８を
形成するように重ね合わせ、それらの隙間をろう材６９
にて接合する構造になっている。該芯材６３を用いた積
層パネルの場合、前記芯材６３のＬ方向６７ａすなわち
板材の連続している方向は、Ｗ方向６７ｂすなわち前記
Ｌ方向に直角な方向に比べて約６割程度剪断強度が高
い。これは、芯材６３の配列の相違によるものである。

【００２１】さらに、補強用部材６５は、強度用部材６
４に対して６０°、結合用部材６６に対して、３０°を
成す角度に設置すると、外板部材６０の芯材６３が個々
の芯材６３の山６３ａもしくは谷６３ｂで切断できるの
で、芯材６３の形態を２種類に標準化することができ
る。また、補強用部材６５は強度用部材６４に対して３
０°、結合用部材６６に対して６０°を成す角度に設置
すると、外板部材６０の芯材６３が個々の芯材６３の山
６３ａの中間で切断できるので、芯材６３の形態を１種
類に標準化することができる。

【００２２】図６において、前記外板部材６０は、その
外周端に結合用部材６６を設け、これを介して、他の外
板部材６０と結合する構造になっている。このため、表
材６１、６２同士を直接結合する場合に比べて、接合部
分の強度低下を防止できる。

【００２３】また、強度用部材６４は、従来の側柱、垂
木等に相当するものを積層構造の一部として表材６１、
６２の間に設置したものである。前記強度用部材６４
は、特に車体内外気圧差による荷重を考慮して、車両構
体１０の垂直断面の周方向に配置する必要がある。

【００２４】すなわち、腰板２１，幕板２２および吹寄
せ２３においては、強度用部材６４が側構体２０の垂直
方向に引き通して配置される。なお、該強度用部材６４
は、前述のように表材に対して直行するように配置され
る。前記幕板２２の強度用部材６４の幅方向の縁の曲率
半径は、腰板２１および吹寄せ２３の強度用部材６４の
縁の曲率半径よりも小さくなっている。また、幕板２２
の強度用部材６４の幅方向の縁の曲率半径は、屋根構体
４０に近づくに従って該曲率半径が短くなる方向に変化
している。このように外板部材６０においては、内部に
設置する強度用部材６４の幅方向の縁の曲面を円弧状の
曲面或いは曲率の異なる曲面等任意に形成して積層パネ
ルを形成することができる。

【００２５】屋根構体４０においては、強度用部材６４
が該屋根構体４０の幅方向に引き通して配置されてい
る。すなわち、前記強度用部材６４が従来の垂木に相当
するように配置されている。そして、構体１０について
見ると、図７に示すように各外板部材６０同士の強度用
部材６４が同一断面線上となるようにそれぞれ配置され
ている。なお、図７は各外板部材６０同士の配置とそれ
ぞれの内部構造の関係を判り易くするため、表面の表材
を無視して作図している。すなわち、屋根構体４０と前
記腰板２１，幕板２２および吹寄せ２３の各強度用部材
６４を車体の周方向に連なるように該各外板部材６０が
配置されている。したがって、前記各強度用部材６４に
荷重を分担させることができる。すなわち、各強度用部
材６４が車体幅方向両側の側梁間に配置されたリング状
の強度部材となるため、構体１０に作用する圧力変動に
対して十分な強度を発揮することができる。

【００２６】さらに補強用部材６５を、強度用部材６４
と結合用部材６６、もしくは強度用部材６４同士を結合
するように設置することにより、各外板部材６０同士の
結合部である溶接線２７の荷重を分散させ、応力集中を
緩和することができる。すなわち、前記強度用部材６４
を各外板部材６０の内部に設置することにより、該外板
部材６０においては結合部材６６と該強度用部材６４が
種々の力を伝達することになる。したがって、該強度用
部材６４と結合部材６６との接合部には、応力が集中す
る可能性が高い。そこで、前記補強用部材６５を前述の
ように設けることにより、前記力を分散させて伝達する
ことができ、応力集中を防止することができる。このこ
とは、結合部材６６の厚さの低減による軽量化或いは構
体１０全体の強度向上につながる。

【００２７】前記曲面形状の外板部材６０の製作状況を
説明する。必要な曲面に支持面が形成された下型の上に
表材６１を載せ、該表材６１に上に折り曲げられた複数
の芯材６３，強度用部材６４および補強用部材６５を載
せる。そして、これらの各部材相互の位置決めを行う
が、強度用部材６４および補強用部材６５は縁がそれぞ
れ曲面に形成されているため、前記型への位置決めを正
確に行う。これらの上に表材６２を乗せ、上型を置く。
このような状態で、前記各部材を例えばろう付けによっ
て接合するのであれば、真空炉内で加温しながら前記上
下の型で加圧して接合を行う。なお、ろう付けのろう材
は表材６１，６２のパネル内面側，芯材６３，強度用部
材６４および補強用部材６５の表面にそれぞれクラッド
されている。前記表材６１，６２は予め曲面状に曲げら
れていれば、作業性は向上される。

【００２８】また、本発明の外板部材６０によって車両
構体１０を製作することにより、該車両構体１０の内側
１０ａを平滑化することができる。したがって、従来、
側柱、垂木等によって取付位置の制約を受けていた内装
材用の取付金具の配置の自由度を広げることができる。
このことによって、内装材取付金具又は内装材及び内装
構造を標準化することができる。

【００２９】以下、個々の構体に外板部材６０を使用し
た場合について詳細に説明をする。図６において、側構
体２０には、構体１０自体の自重、台枠３０から伝わる
該台枠３０の下面に設置される各種機器ならびに乗客等
による垂直荷重と、車内外圧力変動による荷重が作用す
る。これらの荷重に対して前記側構体２０は、前述の外
板部材６０を主体に構成されているため、十分な面外曲
げ剛性及び剪断剛性を有する。すなわち、前記外板部材
６０は、各表材を芯材によって相互にずれないように接
合していることから面外曲げ剛性が高く、構体１０とし
て十分な剛性を確保することができる。また、各外板部
材６０は、その内部に前記強度用部材６４を内蔵してい
ることから、表材と芯材を組み合わせた通常の積層パネ
ルよりも面外強度が高く、その強度は通常の積層パネル
表面に骨部材を設置したものと同等以上になる。詳述す
ると、外板部材６０の強度用部材６４は、その両面を芯
材で支えられているため、比較的薄いものであっても座
屈し難く、積層パネル表面に設置される板厚の厚い型材
と同等の強度を発揮することができる。したがって、前
記強度用部材６４と同一断面積を有する型材を積層パネ
ルに接合した場合よりも剛性を向上させることができ
る。さらに、前記強度用部材６４は、外板部材６０が曲
面状に形成されていも前述のように剛性向上が図れる。
したがって、前記側構体２０は変形を生じにくく、前記
荷重に対して十分に耐えうる。

【００３０】さらに、強度上必要とされる窓周辺部に
は、強度用部材６４、補強用部材６５を配置しているた
め、局部的な応力集中の少ない車両構体１０が得られ
る。さらに、構体１０を構成する各外板部材のうち腰板
２１，幕板２２，吹寄せ２３および屋根構体４０を構成
する外板部材のそれぞれを、車体長手方向について強度
用部材６４、補強用部材６５の配置が同一になるように
標準化して構体１０の設計を行なえば、前記外板部材６
０のコスト低減を図ることができる。なお、腰板２１と
幕板２２は、その寸法関係を同様にして同一の外板部材
としても良い。

【００３１】図７は前記屋根構体４０、腰板２１、幕板
２２、吹寄せ２３および台枠部の側梁３１の配置を示し
ている。屋根構体４０、幕板２２、吹寄せ２３、腰板２
１を構成する各外板部材６０を車体長手方向に対し、交
互に配置して車体幅方向もしくは車体上下方向の溶接線
２７の集中を避けている。これは結合用部材６６におけ
る母材の機械的性質に比べて、溶接部の機械的性質が劣
るためであり、各外板部材６０の溶接線２７の集中を防
ぐことにより、該構体１０の強度信頼性を向上できる。
溶接線２７で結合される結合用部材６６を強度用部材６
４の位置に配置してこれを兼用することにより、軽量化
を促進することも可能である。ところで、前記吹寄せ２
３の幅方向両側の垂直方向に配置される結合用部材６６
は、その端部を直交する水平方向に配置された結合用部
材６６よりも幕板２０或いは腰板２１側へ突出させて構
成されている。この吹寄せ２３の結合用部材６６の突出
によって、腰板２１および幕板２２との接合部分の溶接
線長を長くすることができ、強度向上が図れる。

【００３２】前記図７の構成においては、腰板２１同士
および幕板２２同士を接合する溶接線２７が側窓２４の
中央部に位置している。しかし、この溶接線２７すなわ
ち腰板２１同士および幕板２２同士の接合部を、吹寄せ
２３の幅方向の両側の強度用部材に一致させて互いにず
らして配置すれば、強度用部材６４を低減することがで
き、軽量化が図れる。すなわち、腰板２１同士の接合溶
接線２７を吹寄せ２３の幅方向の一方の強度用部材例え
ば向かって右側の強度用部材に一致させて配置し、幕板
２２同士の接合溶接線２７を吹寄せ２３の幅方向の他方
の強度用部材例えば向かって左側の強度用部材に一致さ
せて配置する。このようにすることにより、側構体２０
において、腰板２１同士および幕板２２同士を接合する
溶接線２７が吹寄せ２３の幅寸法だけずれることにな
る。このような構成によれば、まず、図７に示した構造
と同様な効果を達成することができる。この効果以外
に、腰板２１同士および幕板２２同士の接合部分の結合
用部材６６を図７に示されている吹寄せ２３に対応して
配置されている強度用部材６４として兼用することがで
きる。したがって、図７に示した構造に比べて外板部材
６０の強度用部材６４を少なくすることができる。この
ことは各外板部材を軽量化することになる。

【００３３】前記外板部材６０は、曲げおよび剪断剛性
が高いため、前述のように側構体２０に用いた場合、垂
直荷重および溶接に伴う残留応力によって車体表面に歪
が生じることが少なく、見栄えを向上できる。また、車
体形状にあわせた強度用部材および補強用部材を前記外
板部材６０内部に組み込むことにより、平板状の外板部
材を曲げたものに比べ、さらに車体表面の歪の少ない車
両用構体が得られる。結果として車体表面の歪取り作業
を省略できる。さらに、従来、構体完成後に行なってい
た側構体２０表面の塗装用パテを用いた平滑化作業を簡
略化することができる。

【００３４】図８に示す台枠３０の該床板３３は、前記
外板部材６０もしくは前記外板部材６０において強度用
部材６５と補強用部材６６を省略したものを車両の運用
条件や荷重条件によって使い分けて用いる。台枠３０に
おいて、車体内外気圧差による床板３３に加わる荷重を
受け持つのは側梁３１と横梁３２であるが、車両が高速
になればなるほど、トンネル内走行時の気密荷重が大き
くなり、床板３３の面外曲げ剛性の高いものが必要とな
る。加えて軽量化が必要な場合には、前記外板部材６０
を使用すると効果的である。図９に示すように台枠３０
において、車端圧縮による荷重を受け持つのは、中梁３
５と枕梁３６であるが、端梁３４から枕梁３６までの間
で中梁３５，横梁３２の上に載る床板３３に前記外板部
材６０を配置する。特に、枕梁３６同士の間は、側梁３
１が荷重を受け持つので、枕梁３６から側梁３２に荷重
をスム−ズに流すために枕梁３６の前後の床板３３の内
部には強度用部材６４を結合用部材６６に対し、直角，
３０°もしくは６０°をなすように配置したものを使用
する。その他床板３３に前記外板部材６０から強度用部
材６４と補強用部材６５を省略したものを配置する。外
板部材６０内部の芯材６３を車体長手方向に配置する
と、車端圧縮強度の高い車両構体が得られる。また、図
１０、１１に示すように床板３３の配置は、車体長手方
向に複数並べ、横梁３２の上面で各外板部材６０のコ字
形の結合用部材６６を接合する。すなわち、隣合う外板
部材６０の結合用部材６６の下側のフランジは、横梁３
２の垂直部側面に突き当てて連続或いは断続溶接によっ
て接合する。隣合う外板部材６０の結合用部材６６の上
側のフランジは、横梁３２の垂直部端面でルートギャプ
を設けて配置され、三者一体に溶接される。隣合う外板
部材６０の結合面の一方より横梁３２のＴ字形垂直部分
を貫入せしめ、他の結合面の内側にＴ字形の横梁３２の
先端が接するように配置するために、該Ｔ字形垂直部側
面に位置決め用の突起を設けてもよい。また、外板部材
６０の車体幅方向の結合については、側梁３１の車体幅
方向垂直断面の内側の側面３１ａと結合用部材６６とを
溶接する。

【００３５】このような構成によれば、前記横梁３２は
垂直部先端が外板部材６０に連続的に接合されているこ
とから、従来Ｉ形或いはコ字形としていた横梁を上部平
板部分を形成することなく同等の断面係数を達成するこ
とができる。このことは横梁３２自体の軽量化となり、
構体１０の軽量化につながる。なお、隣接した外板部材
の前横梁３２を介した前記結合構造は、構体１０の他の
部分にも採用することができる。すなわち、前記横梁３
２の外板部材６０からの突出部を機器の取付け用に用い
ることも考えられる。また、この構造は一般構造物例え
ば建築物の壁材に前記外板部材を用いた場合などにも適
用することができる。

【００３６】次に、図１２に示すように、側窓２４から
の視野を確保するために、該側窓２４を直方形に形成
し、該側構体２０の吹寄せ２３と幕板２２および腰板２
１との接合部近傍の該側窓の縁に、局部応力緩和のため
の切欠き部２５を設ける。また、前記各部材間の結合線
に面する吹寄せ２３、幕板２２および腰板２１の内部に
は、補強用部材６５、強度用部材６４を設ける。この場
合、切欠き部２５の側窓２４に対して、最も離れた部分
２６に応力が集中する。すなわち、応力の高い部分は結
合用部材６６の母材部が受け持つようにする。さらに強
度的に必要な場合は、この部分の結合用部材６６に補強
を追加するかもしくはそれ自体の肉厚を厚くする。

【００３７】次に、図１３、図１４にて側窓２４の構造
について説明する。側窓２４の構造は、吹寄せ２３の厚
さと吹寄せ２３、幕板２２および腰板２１の結合用部材
６６の形状を変えることによって、側窓ガラス２４´が
吹寄せ２３まで延長された連続窓もしくは通常の単独の
窓に適用できる。まず、側窓ガラス２４´が吹寄せ２３
まで延長された連続窓の構造については、側窓ガラス２
４´は結合用部材６６に一体に形成された該ガラスを保
持するフランジ部に対して、締結板部材６６ａおよび締
結用部材６６ｂで保持される。締結用部材６６ｂとして
は、例えばボルト、リベット等があげられる。この時、
側窓２４部分における結合用部材６６の不要な部分６６
ｃを除去することにより軽量化を図ることもできる。前
記図１２は側窓ガラスを設けない状態を示し、図１３，
１４は側窓ガラスを設けた状態を示している。

【００３８】また、図１５、１６、１７により通常の単
独の窓の構造について説明する。前記図１５は側窓ガラ
スを設けない状態を示し、図１７は側窓ガラスを設けた
状態を示している。側窓２４の周囲を形成する各結合用
部材６６には、側窓ガラス２４´を保持するフランジ部
が一体に形成されており、該フランジ部に締結板部材６
６ａを介して締結用部材６６ｂで側窓ガラス２４´を締
結する。この場合、吹寄せ２３の側面に設置している結
合用部材６６にもガラス保持用のフランジ部を一体に形
成しており、締結板部材および締結用部材で側窓ガラス
２４´を押え込み締結する。各結合用部材６６の車体内
部側６６ｃを除去すれば、側窓２４の開口部に設置する
内装材形状の自由度を広げることができる。この構造は
幕板２２および腰板２１の厚さと吹寄せ２３の厚さが同
じため、上述した連続窓の構造の車両構体１０に比べて
強度上優位といえる。

【００３９】つぎに、図１８、１９、２０、２１によ
り、該側構体２０の吹寄せ２３の構造について詳細に説
明する。吹寄せ２３に用いる外板部材６０の車体前後方
向の縁すなわち図示した該吹寄せ２３の左右幅方向両側
の縁に設置した強度用部材６６が比較的強度を有するの
で、基本的に捩じりに対して強い構造になっている。ま
た、ここで外板部材６０の芯材６３は、吹寄せ２３の外
形線が直線の場合には、縦、横、斜断面方向に配置し、
主な荷重方向に適合することにより、強度用部材６４、
補強用部材６５を省略することができる。ただし、外形
が曲線形状の場合には、製作上車体長手方向(図１８で
は、左右方向)に配置した方が好ましい。これは、芯材
６３の材料である薄板の形状が、長方形になり加工が容
易で精度が得られ易いからである。まま、車体周方向
(図１８では、上下方向)に配置すると、芯材６３の材料
である薄板の形状が、扇形になり加工後の面精度を確保
するために複雑な加工を行なうことになる。

【００４０】図１８の吹寄せ２３ａは、外板部材６０の
内部に菱形に補強用部材６５を設置した構造である。補
強用部材６５は吹寄せ２３ａの剪断剛性を向上すると共
に特に水平方向の結合用部材６６の中央付近に荷重を伝
える役割をはたし、結合部の溶接線に発生する応力を平
均化する。

【００４１】次に、図１９の吹寄せ２３ｂの構造につい
て説明する。これは、強度用部材６４ｂを外板部材６０
の車体断面外周方向すなわち垂直方向に配置した結合用
部材６６に直角に、しかも複数設置したものである。こ
の構造は、最も単純なで車両構体の負荷荷重が低い場合
には好適である。

【００４２】図２０の吹寄せ２３ｃの構造は、上述した
吹寄せ２３ｂと２３ｃを合わせた構造になっており、図
１９に示した構造における強度用部材６４ｂと垂直方向
の結合用部材６６との結合部の溶接線の応力集中を緩和
するために、補強用部材６５を各部材間に配置したもの
である。車体の負荷荷重が比較的高い場合に好適であ
る。

【００４３】図２１の吹寄せ２３ｄの構造について説明
する。垂直方向の結合用部材６６と別の強度用部材６４
ｃとで吹寄せ部分を細分化し、該区画された部分に補強
用部材６５を各結合用部材６６に対して斜めに配置し筋
交いとしたものである。この構造は左右の垂直方向に設
置される結合用部材６６として剛性の高いものを応力集
中の関係から設置できない場合に、本吹寄せ自体の面外
曲げ剛性を高め、かつ、結合部溶接線２７の応力分布を
均等にさせるのに有効な構造である。

【００４４】図２２，図２３により更に別の吹寄せ２３
の構造を説明する。吹寄せ２３ｅは補強用部材６５を水
平方向および垂直方向の結合用部材６６の接合位置を結
ぶように筋交いに設置した構造となっている。この吹寄
せ２３ｅの構造によれば、比較的簡単な構造で剪断剛性
を向上させることができる。また、吹寄せ２３ｆは前記
吹寄せ２３ｅの構造に強度用部材６４ｂを追加して設置
した構造となっている。この吹寄せ２３ｆの構造によれ
ば、前記吹寄せ２３ｅよりも更に剪断剛性を向上させる
ことができる。ところで、これらの吹寄構造は補強部材
を筋交いとして交差して設けているが、補強部材を一方
のみとしてもよい。すなわち、吹寄せの構体における接
合位置を考慮して、補強部材が車体長手方向中央部を境
に両端側へその上端が車端側へ倒れるように傾斜して配
置してもよい。

【００４５】なお、前記図１８，図１９，図２０，図２
１，図２２および図２３は、図示を明瞭にするために表
面の表材を無視して作図している。

【００４６】つぎに、図２４、２５にて屋根構体４０に
ついて説明する。前述したように、屋根構体４０は外板
部材６０から構成されており、強度用部材６４は車体内
外気圧差による荷重を考慮して、車両構体１０の幅方向
垂直断面の周方向に配置されている。さらに、強度用部
材６４が結合用部材６６に接合する部分は、応力集中を
防ぐために補強用部材６５を配置する。また、屋根構体
４０と幕板２２との外板部材６０が車体長手方向に交互
に配置されている。これによって、車体周方向に伸びた
溶接線２７の大部分が車体長手方向に対してずれること
になる。これは、前記したように溶接線２７の集中する
部分を減らすことによって、強度信頼性を向上すること
ができる。さらに屋根構体４０には、パンタグラフの碍
子を設置するための架台が必要である。そのための受け
台４１は、外板部材６０の内部に配置される。それぞれ
の受け台４１の４辺には、強度用部材６４を配置し、結
合用部材６６に接合する。パンタグラフから加えられる
荷重は、車体上下方向と車体幅方向に変動し負荷され
る。本構造によれば、受け台４１の４辺に強度用部材６
４が配置されているので、上述した荷重条件に対して十
分な強度を有する。

【００４７】図２６に妻構体５０に該外板部材６０を用
いた場合を説明する。該妻構体５０には貫通路５１の開
口が形成されている。上述したように妻構体５０は、車
体同士の連結部に当るため垂直断面になっており、車両
が高速になればなるほど、トンネル内走行時における耐
圧性が問題になる。そのため、外板部材６０の同士の強
度用部材６４を一直線上になるように配置し、耐圧強度
を確保する。また、妻構体５０には、車体の揺動防止の
ための装置を設置するための受け台５２が必要である。
そのための受け台５２は、外板部材６０の内部に配置さ
れる。それぞれの受け台５２の４辺に強度用部材６４を
配置し、結合用部材６６に接合する。揺動防止のための
装置から加えられる荷重は、車体長手方向、車体上下方
向と車体幅方向に変動し負荷される。本構造によれば、
受け台５２の４辺に強度用部材６４が配置されているの
で、上述した荷重条件に対して十分な強度を有する。

【００４８】なお、前記図２５および図２６は、図示を
明瞭にするために表面の表材を無視して作図している。

【００４９】図２７〜図２９に示す実施例について説明
する。図２９はコア７８，７９の板状素材７８ａ，７９
ａの方向を示すために接触部を離して示している。

【００５０】左右方向の中央部には縦方向に強度用部材
７０を配置している。強度用部材７０は四角形断面の例
えばアルミニウム合金製押出し形材よりなる角パイプで
あり、表材６１，６２、コア７８にろう付けによって接
合している。また強度用部材７０の長手方向の端部は結
合部材６６，６６にろう付けによって接合している。強
度用部材７０は表材６１，６２、コア７８よりも板厚が
厚い。外板部材６０Ｘの角部に配置される補強用部材７
５は板状の部材であり、表材６１，６２に対して直角に
接している。補強用部材７５は、隣接した結合部材６６
同士とが成す角部、結合部材６６と強度用部材７０とが
成す角部に配置されている。結合部材６６と強度用部材
７０との中間位置の近傍を中心として２つの補強用部材
７５をＶ状に配置している。補強用部材７５は直角三角
形の斜辺部に相当するように配置されている。２つの表
材６１，６２内の空間内にはハニカム状のコア７８，７
９を配置している。コア７８，７９を構成する板状素材
７８ａ，７９ａの長手方向すなわちＬ方向は強度用部材
７０の長手方向に平行に配置されている。なお、前記強
度用部材７０が湾曲しており、外板部材６０Ｘが曲面を
成す場合には、板状素材７８ａ，７９ａのＬ方向を強度
用部材７０の長手方向に直角な方向に配置する。前記角
部に配置するコア７９の板状素材７９ａの端部又は各部
垂直方向の片の長さは補強用部材７５の板厚分だけ短く
する。強度用部材７０、補強用部材７５のそれぞれの垂
直面にはろう材をクラッドされている。強度用部材７
０、補強用部材７５、コア７８，７９はアルミニウム合
金製である。

【００５１】これによれば、補強用部材７５は三角形の
斜辺部のみであるので、重量が大幅に増大することがな
い。また、コア７８，７９の高さ寸法を同一にできるこ
とにより、板状素材７８ａ，７９ａのを標準化が図れ
る。

【００５２】補強用部材７５は板状であるので、結合部
材６６，６６、強度用部材７０との接触面積が小さい。
そこで、補強用部材７５の長手方向の端部に、それ自体
の端を折曲げて接触片７５ａ，７５ｂを形成し、前記結
合部材６６，６６、補強用部材７０との接触部の増大を
図っている。接触片７５ａ，７５ｂはセルＳ内に位置す
るようにする。これによれば、未完成のセルのなくすこ
とができる。

【００５３】接触片７５ｂに近接する他の補強用部材７
５がある場合は、接触片７５ｂの部分で２つの補強用部
材７５を接続して一体としてもよい。

【００５４】強度用部材７０はアルミニウム合金の押出
し型材である。強度用部材７０は表材６１，６２を介し
て外部の強度部材（骨部材）８５等へ溶接することがで
きる。また、強度用部材７０はネジ等の締結手段の座に
することができる。これらは結合部材６６，６６につい
ても同様である。強度用部材７０の断面形状がチャンネ
ル状の場合は、平行な２辺の間の辺が一方の表材に接す
るように、二枚の表材の間に配置される。また、前記強
度用部材７０は、その断面形状をＩ形としてもよい。Ｉ
形断面の強度用部材７０は、両端のフランジ部分の面積
が外板部材の曲げ剛性に大きく影響を与える。すなわ
ち、前記強度用部材７０のＩ形断面の両端のフランジ部
分の面積が大きければ、これによって構成される外板部
材の曲げ剛性を向上できる。

【００５５】前記強度用部材７０の幅寸法Ｗは、外部の
強度部材８５を溶接によって接合する際に、溶接熱が表
材６１，６２とコア７８，７９とを接合するろう材に悪
影響を与えない距離を確保できる寸法とするのがよい。

【００５６】図２７，図２８および図２９の実施例にお
いて、補強用部材７５よりも角部側の三角形部のコア７
９のセルの大きさを他の部分のコア７８のセルの大きさ
よりも小さくすれば、さらに角部の強度は向上する。上
記外板部材においては各部材の接合手段としてろう付け
を採用しているが、拡散接合や抵抗溶接が考えられる。
また、コアのセルの形状としては六角形以外も考えら
れ、セルの形状に対応して補強用部材の傾斜角度を設定
する。

【００５７】図３０および図３１の台枠の実施例につい
て説明する。これらの台枠は隣接した外板部材６０を横
梁３２ａ，横梁３２ｂを介して溶接によって接合する場
合の例である。図３０の台枠を構成する横梁３２ａは、
隣接した外板部材６０の間に上端部を挿入している。該
横梁３２ａのウエブ３２ｗの両面には、表材６１の表面
に接触する位置に突起３２ｒがそれぞれ形成されてい
る。前記突起３２ｒによって該横梁３２ａと隣接した外
板部材６０の配置が正確に行なえる。組立ては、例え
ば、横梁３２ａに対して上方から外板部材６０を載せる
ことによって行うことができ、容易に行うことができる
ものである。突起３２ｒが表材６１に接した状態で、前
記横梁３２ａの上端部が、結合用部材６６の端部に接触
するように前記横梁３２ａは構成されている。横梁３２
ａの上端部と隣接した外板部材６０の端面は溶接部２７
を形成することにより接合される。また、前記ウエプ３
２ｗと外板部材６０は溶接部２７を構成することにより
接合される。

【００５８】図３１の台枠を構成する横梁３２ｂは、上
端部に突起３２ｒが形成されているる。前記横梁３２ｂ
の突起３２ｒに、隣接した結合部材６０の結合用部材６
６を接触させて配置する。このようにして横梁３２ｂに
対して隣接した外板部材６０を正確に配置する。これに
よれば、突起３２ｒに上方のフランジ（６６）を載せる
ので、溶接部２７の裏当てを確実に構成できるものであ
る。

【００５９】前記図３０および図３１に示した台枠の構
造によれば、各横梁３２ａ，３２ｂに形成されている突
起３２ｒに外板部材６０を接触させて配置することによ
り、溶接によって接合する各部材を正確に配置できる。
また、各横梁３２ａ，３２ｂと外板部材６０とを突起３
２ｒの部分で溶接接合することにより、接合部の強度を
向上できる。図３０および図３１の溶接部２７は、突起
３２ｒおよび外板部材６０の端部の形状を明確にするた
めに、実際よりも小さく示したが、該溶接部２７は接合
する各部材の端部にそれぞれ十分溶け込んで構成されて
いる。また、横梁３２ａ，３２ｂの上部は外板部材（積
層パネル）６０の一方の表材６１側の結合用部材６６と
他方の表材６２側の結合用部材６６に結合されている。
横梁３２ａ，３２ｂの一端から他端までの長さは積層パ
ネルの厚さ方向の曲げに対する強度として、横梁３２
ａ，３２ｂの一端から他端までの長さに所定距離が必要
であるとき、横梁３２ａ，３２ｂは積層パネルに重なっ
ているので、前記他方の表材６６側からの横梁３２ａ，
３２ｂの突出量を小さくでき、全体として小型にできる
ものである。また、結合用部材６６の曲がりを防止でき
るものである。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、鉄道車両構体の台枠を
小型にすると共に強度を向上でき、また、横梁と積層パ
ネルの接合を正確に容易にできるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両構体の一実施例を示した
断面斜視図である。

【図２】図１に示した鉄道車両構体の全体外観を示す斜
視図である。

【図３】図１の鉄道車両構体に用いられる外板部材の構
成を示した正面図である。

【図４】図３のＣＣ部断面図である。

【図５】図３のＤ部を拡大した正面図である。

【図６】図２のＡＡ部断面を含む斜視図である。

【図７】図２のＢ部を拡大して示した正面図である。

【図８】図２の鉄道車両構体の台枠を示した平面図であ
る。

【図９】図８のＥ部を拡大した平面図である。

【図１０】図９のＦＦ部断面図である。

【図１１】図９のＧＧ部断面図である。

【図１２】側構体における側窓部分の一実施例を拡大し
て示した正面図である。

【図１３】図１２のＨＨ部断面図である。

【図１４】図１２のＩＩ部断面図である。

【図１５】側構体における側窓部分の他の実施例を拡大
して示した正面図である。

【図１６】図１５のＪＪ部断面図である。

【図１７】図１５のＫＫ部断面図である。

【図１８】各隅部に補強用部材を備えた吹寄せの詳細構
造を示した正面図である。

【図１９】水平方向の強度用部材を備えた吹寄せの詳細
構造を示した正面図である。

【図２０】水平方向の強度用部材および補強用部材を備
えた吹寄せの詳細構造を示した正面図である。

【図２１】水平，垂直方向の強度用部材および補強部材
を備えた吹寄せの詳細構造を示した正面図である。

【図２２】交差した筋交い状の補強用部材を備えた吹寄
せの詳細構造を示した正面図である。

【図２３】交差した筋交い状の補強用部材および水平方
向の強度用部材を備えた吹寄せの詳細構造を示した正面
図である。

【図２４】図２の鉄道車両構体の屋根構体を示した平面
図である。

【図２５】図２４のＬ部を拡大して示した平面図であ
る。

【図２６】図２の鉄道車両構体の妻構体を示した正面図
である。

【図２７】本発明による外板部材の他の実施例を示した
表材の一部を除いて示した正面図である。

【図２８】図２７のＭＭ部断面図である。

【図２９】図２７のＮ部を拡大して示した平面図であ
る。

【図３０】本発明による鉄道車両の台枠の他の実施例を
示す垂直断面図である。

【図３１】本発明による鉄道車両の台枠のさらに別の実
施例を示す垂直断面図である。

【符号の説明】

１０・・・構体、２０・・・側構体、２１・・・腰板、２２・・・幕
板、２３・・・吹寄せ、２４・・・側窓、３０・・・台枠、３１・
・・側梁、３２・・・横梁、３３・・・床板、４０・・・屋根構
体、５０・・・妻構体、６０・・・外板部材、６１，６２・・・
表材、６３・・・芯材、６４・・・強度用部材、６５・・・補強
用部材、６６・・・結合用部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 正人 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 (72)発明者 奥野 澄生 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 武市 通文 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平４−237667（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の表材と、該２枚の表材の間に配置し
   た芯材と、該２枚の表材の間において該表材の縁部に配
   置した結合用部材と、からなり、前記２枚の表材に、前
   記芯材および前記結合用部材をろう付けして積層パネル
   を構成しており、 複数の前記積層パネルの前記結合部材同士を溶接して構
   成した鉄道車両構体において、 前記積層パネルによって台枠の床板を構成しており、 該台枠の床板の前記積層パネル同士の溶接部において、
   一方の前記積層パネルの前記結合用部材と他方の積層パ
   ネルの前記結合用部材との間に横梁を配置しており、 該横梁の上端は前記各積層パネルの上方の表材側の前記
   結合用部材の上方のフランジに溶接しており、 前記横梁の下端は前記各積層パネルの下方の表材よりも
   下方に位置しており、該下方の位置において該横梁の両
   側の側面に前記各積層パネル側に突出する突起を備えて
   おり、 該突起に前記各積層パネルの下方の表材が載っており、
   該突起に該下方の表材を溶接していること、 を特徴とする鉄道車両構体。
2. 【請求項２】 ２枚の表材と、該２枚の表材の間に配置し
   た芯材と、該２枚の表材の間において該表材の縁部に配
   置した結合用部材と、からなり、前記２枚の表材に、前
   記芯材および前記結合用部材をろう付けして積層パネル
   を構成しており、 複数の前記積層パネルの前記結合部材同士を溶接して構
   成した鉄道車両構体において、 前記積層パネルによって台枠の床板を構成しており、 該台枠の床板の前記積層パネル同士の溶接部において、
   一方の前記積層パネルの前記結合用部材と他方の積層パ
   ネルの前記結合用部材との間に横梁を配置しており、 該横梁の上端部の両側の側面に前記各積層パネル側に突
   出する突起を備えており、該突起に前記各積層パネルの
   前記結合用部材のフランジが載っており、該突起に該フ
   ランジを溶接しており、 前記横梁の下端は前記各積層パネルの下方の表材よりも
   下方に位置しており、該下方の位置において該横梁の両
   側の側面に前記各積層パネルの下方の表材を溶接してい
   ること、 を特徴とする鉄道車両構体。