JP4227920B2

JP4227920B2 - 鉄道車両構体

Info

Publication number: JP4227920B2
Application number: JP2004081591A
Authority: JP
Inventors: 直樹河田; 一夫玄地; 俊一岩木
Original assignee: Tokyu Car Corp
Current assignee: Tokyu Car Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005263125A

Description

本発明は、外板パネルを有する鉄道車両構体に関する。

従来より側構体に裾絞りが形成された鉄道車両が開発されている（例えば、特許文献１，２）。この裾絞り形状を側構体に採用することにより、車両限界を満足させながら室内の幅を広く確保でき、乗客定員をより多くすることができる。このような裾絞りの側構体において、外板を連結するための支柱は、裾絞りに合わせて塑性変形により湾曲させていた。
特開平９−１０９８８１号公報特許第３４９３９１２号公報

しかしながら、支柱用の板材を塑性変形させる加工方法では、湾曲形状を精度よく加工することは容易ではなかった。

そこで、本発明は、精度の良い支柱をもって形成された外板パネルを有する鉄道車両構体を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両構体は、外板パネルを有する鉄道車両構体において、
外板パネルは、
車両本体の外側に配置される外板と、
切断加工により形成された第１〜第４の板材が組合わされて断面矩形状に形成された長尺状の支柱本体部を有すると共に、外板に接合される支柱とを備え、
外板の平面部に対して直交して配置された第１及び第２の板材は、長手方向において湾曲する湾曲部を有し、第３の板材は、外板の平面部に当接配置され、第４の板材は、第１及び第２の板材を介して第３の板材に連結され、
第４の板材の縁部に沿ってフランジ部が形成され、外板に接合される波板は、車両本体の外側に位置する外側頂部と車両本体の内側に位置する内側頂部とが交互に並設されて断面波形に形成され、
隣接する波板の間に支柱が配置され、波板は、波板の外側頂部の延在方向に対して直交する方向に延在する支柱に連結され、
波板の外側頂部と外板とが外側頂部の長手方向に沿って連続的に溶接され、第３の板材と外板とが支柱の長手方向に沿って連続的に溶接され、第４の板材のフランジ部と内側頂部における長手方向の端部とが溶接されていることを特徴とする。

各板材は塑性変形されることなく、切断加工によって第１〜第４の板材が形成され、そして、精度の良い各板材を断面矩形状に組み合わせるので、精度の良い支柱を形成することができる。したがって、精度の良い支柱を外板に接合する際、外板は支柱の形状に合わせて変形するので、精度の良い支柱をもって精度の良い外板パネルを形成することができる。

さらに、支柱本体部は、湾曲部をもった精度の良い第１及び第２の板材を基準にして製作されるので、湾曲部を持った支柱を精度良く容易に作ることができる。そのことにより、湾曲した外板パネルを精度よく形成することができる。このような外形パネルを、例えば側構体の腰パネルとして用いれば、裾絞り部を有する側構体を精度良く形成することができる。

さらに、第４の板材の縁部に沿ってフランジ部が形成され、外板に接合される波板は、車両本体の外側に位置する外側頂部と車両本体の内側に位置する内側頂部とが交互に並設されて断面波形に形成され、隣接する波板の間に支柱が配置され、波板は、波板の外側頂部の延在方向に対して直交する方向に延在する支柱に連結され、波板の外側頂部と外板とが外側頂部の長手方向に沿って連続的に溶接され、第３の板材と外板とが支柱の長手方向に沿って連続的に溶接され、第４の板材のフランジ部と内側頂部における長手方向の端部とが溶接されている。このような構成を採用することにより、外板と波板と支柱とを確実に溶接することができ、外板パネルの剛性も強化される。

本発明によれば、鉄道車両構体は、精度の良い支柱をもって形成された外板パネルを有する。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る鉄道車両構体の好適な実施形態について詳細に説明する。

[ 鉄道車両における構体の構成について ]
図１に示すように、鉄道車両構体１は、屋根構体３と側構体４と台枠６と妻構体７とが互いに接合されて構成されている。台枠６は車両本体２の床部を構成するものであり、台枠６の側部には側構体４が接合される。屋根構体３には車室内の冷暖房を行うためのエアコンディショナー８やパンタグラフが据え付けられている。側構体４は、各ドアパネル９，９間及び前後端に配置される五個の側構体ブロック１１を有している。そして、図２に示すように、車両本体２においては、側構体４に裾絞り部Ｓが形成されている。

[ 側構体ブロックの構成について ]
図３に示すように、側構体ブロック１１は、幕パネル１２と、窓枠パネル１３と、一対の吹寄せパネル１４と、腰パネル１６とが互いに接合されて構成される。窓枠パネル１３は、側構体ブロック１１の中央部に配置される。幕パネル１２は、ドアパネル９，９間の長さを有し、窓枠パネル１３の上方に配置され、下辺端部が窓枠パネル１３の上辺端部に接合される。腰パネル１６は、ドアパネル９，９間の長さを有し、窓枠パネル１３の下方に配置されて、上辺端部が窓枠パネル１３の下辺端部に接合される。各吹寄せパネル１４，１４は、窓枠パネル１３と略同じ高さを有し、幕パネル１２と腰パネル１６との間で窓枠パネル１３の両側方に配置されて、上辺端部が幕パネル１２の下辺端部に接合され、下辺端部が腰パネル１６の上辺端部に接合される。さらに、このような側構体ブロック１１では、腰パネル１６に裾絞り部Ｓ（図２参照）が形成されている。

[ 腰パネルの構成について ]
図４及び図５に示すように、外板パネルとしての腰パネル１６は、車両本体２の外側に配置される外板１７と、外板１７に接合される四枚の波板１８と、隣接する波板１８を連結するように外板１７に接合される三本の支柱１９と、窓枠パネル１３及び吹寄せパネル１４に接合するために上辺端部に位置する接合部材２１と、台枠６に接合するために下辺端部に位置する接合部材２２とから構成される。

[ 支柱について ]
図５に示すように、隣接する波板１８Ａ，１８Ｂを連結させる支柱１９は、切断して得られた長尺状の第１〜第４の板材２３〜２６を組み合わせて形成されている。この第１及び第２の板材２３，２４は、外板１７の平面部１７aに対して直交して長手方向に延在し、互いに平行となるように配置される。また、第１及び第２の板材２３，２４は、長手方向において、裾絞り部Ｓ（図２参照）を形成するために、湾曲状に切断された湾曲部Ｃと直線部Ｄとを有している（図６参照）。

そして、第３の板材２５は、第１の板材２３と第２の板材２４との間隔よりも幅広に形成されると共に、第１及び第２の板材２３，２４の長手方向と同じ長さに形成されている。この第３の板材２５は、支柱１９において車両本体２の外側に向けて配置される。そして、第１及び第２の板材２３，２４の長手方向の端部と、第３の板材２５の長手方向の端部とを一致させて、第１及び第２の板材２３，２４の形状に沿うように第３の板材２５が配置され、第１〜第３の板材２３〜２５が連続的に溶接される。このとき、第３の板材２５は、第１及び第２の板材２３，２４の湾曲部Ｃ及び直線部Ｄに沿って、第１及び第２の板材２３，２４に連続溶接により接合される。

連続溶接を可能にするものとしては、摩擦撹拌溶接（FSW）、レーザ溶接、ハイブリッドレーザ溶接、タンデムＭＩＧ溶接等が例示される。これらの溶接方法によれば、溶接される金属母材に生ずる歪み量は少ないため、第１〜第３の板材２３〜２５は殆ど歪まない。したがって、支柱１９を寸法精度良く形成することができ、成形性が良くなる。以下に説明する溶接も同様である。

また、第４の板材２６は、第１の板材２３と第２の板材２４との間隔よりも幅広に形成されると共に、第１及び第２の板材２３，２４の長手方向の長さよりも短く形成されている。この第４の板材２６は、支柱１９において車両本体２の内側に向けて配置される。そして、第１及び第２の板材２３，２４の形状に沿うように第４の板材２６が配置され、第１、第２及び第４の板材２３，２４，２６が連続的に溶接される。また、第４の板材２６も、第１及び第２の板材２３，２４の湾曲部Ｃ及び直線部Ｄに沿って、第１及び第２の板材２３，２４に連続溶接により接合される。なお、第１及び第２の板材２３，２４の長手方向における第４の板材２６側の両端部は、接合部材２１及び接合部材２２を接合するために露出している。

図７に示すように、第１〜第４の板材２３〜２６によって形成された支柱１９は、断面矩形状に形成された支柱本体部２７と、その支柱本体部２７の縁部に沿って長手方向に形成されたフランジ部２８，２９とにより形成されることになる。符号Ｗ１は、支柱１９を組み立てるために連続溶接によって形成された溶接ビードである。第１〜第４の板材２３〜２６は塑性変形されることなく、切断加工によって形成され、そして、精度の良い各板材２３〜２６を断面矩形状に組み合わせるので、精度の良い支柱１９を形成することができる。

[ 波板について ]
図８に示すように、波板１８は、波板１８自体に剛性を持たせるため、車両本体２の外側に位置する外側頂部３０と車両本体２の内側に位置する内側頂部３１とを交互に並設させて断面が波形に形成されている。また、図７に示すように、波板１８の端部を支柱１９のフランジ部２８，２９と外板１７との間へ差し込みやすくするために、各波板１８の外側頂部３０の端部には面取り部３０ａが形成され、内側頂部３１の端部にも同様の面取り部３１ａが形成されている。

[ 接合部材について ]
図８に戻り、腰パネル１６の上辺端部に位置する接合部材２１は、断面カップ状に形成された長尺状の接合部材本体部２１ａと、その接合部材本体部２１ａの縁部２１ｂ，２１ｃのそれぞれに沿って長手方向に形成されたフランジ部２１ｄ，２１ｅとで形成されている。この接合部材本体部２１ａは外板１７に接合するために断面コの字状に形成され、波板１８側のフランジ部２１ｅは、波板１８の外側頂部３０と内側頂部３１の並列方向における最上端側の内側頂部３１に接合するために形成されている。また、フランジ部２１ｄは、窓枠パネル１３や吹寄せパネル１４，１４に接合するために形成されている。これに対し、腰パネル１６の下辺端部に位置する接合部材２２は、腰パネル１６を台枠６に接合するために、断面クランク状で長尺状に形成され、外側頂部３０と内側頂部３１の並列方向における最下端側の内側頂部３１と波板１８とに接合される。

[ 腰パネルの組立てについて ]
図５及び図７に示すように、先ず、一枚の外板１７の所定位置に支柱１９の第３の板材２５を当接配置し、支柱１９に外板１７を沿わせた状態で、外板１７の表面側（車両本体２の外側）から支柱１９の長手方向に沿って連続的に溶接する。符号Ｗ２は、支柱１９と外板１７とを溶接して形成された溶接ビードである。このとき、外板１７は、支柱１９の湾曲部Ｃ及び直線部Ｄに沿って裾絞り部Ｓ（図２参照）を形成するように変形させられて、支柱１９に連続的に溶接される。

次いで、図５、図７及び図９に示すように、外板１７に沿うように波板１８Ａを配置させると同時に波板１８Ａの端部をフランジ部２８と外板１７との間に差し込む。そして、溶接装置３３を用いて、波板１８Ａの外側頂部３０と外板１７とを外側頂部３０の長手方向に沿って連続的に溶接する。符号Ｗ３は、外側頂部３０と外板１７とが溶接されて形成された溶接ビードである。さらに、波板１８Ａの内側頂部３１の長手方向における端部とフランジ部２８とを連続的に溶接する。符号Ｗ４は、内側頂部３１の端部とフランジ部２８とを溶接して形成された溶接ビードである。

同様に、外板１７に沿うように波板１８Ｂを配置させると同時に波板１８Ｂの端部をフランジ部２９と外板１７との間に差し込む。そして、波板１８Ｂの外側頂部３０と外板１７とを外側頂部３０の長手方向に沿って連続的に溶接する。さらに、波板１８Ｂの内側頂部３１の長手方向における端部とフランジ部２８とを連続的に溶接する。符号Ｗ６は、内側頂部３１の端部とフランジ部２８とを溶接して形成された溶接ビードである。

このように一枚の外板１７を共有して四枚の波板１８を外板１７に溶接する際に、隣接した波板１８間に支柱１９を配置させて、波板１８同士を支柱１９に溶接して連結させていく。ここで、支柱１９は側構体ブロック１１において鉛直方向に設けられることになるため、腰パネル１６は、鉛直下向きの荷重に対して強い構造となる。また、外板１７に波板１８が溶接されることにより、腰パネル１６の剛性が強化され、外側頂部３０の長手方向に加わる荷重に対して強い構造となる。さらに、腰パネル１６には、支柱１９に形成された裾絞り部Ｓ（図２参照）が形成されることになる。このように、精度の良い支柱１９を外板１７に接合する際、外板１７は支柱１９の形状に合わせて変形するので、精度の良い支柱１９をもって精度の良い腰パネル１６を形成することができる。

次いで、図９に示すように、接合部材２１を外板１７の上辺端部に載置し、溶接装置３３を用いて、接合部材本体２１ａと外板１７の上辺端部とを接合部材２１の長手方向に沿って連続的に接合する。符号Ｗ４は、接合部材本体２１ａと外板１７とを溶接して形成された溶接ビードである。また、接合部材２１のフランジ部２１ｅと、内側頂部３１及び外側頂部３０の並設方向における最上端側の内側頂部３１とを溶接する。この場合、フランジ部２１ｅと内側頂部３１との重なり部分を溶接してもよく、フランジ部２１ｅと内側頂部３１との境界を溶接するようにしてもよい。符号Ｗ６は、フランジ部２１ｅの上方からフランジ部２１ｅと内側頂部３１とを溶接して形成された溶接ビードであり、符号Ｗ７は、フランジ部２１ｅと内側頂部３１との境界を溶接して形成された溶接ビードである。このように外板１７と接合部材２１とが連続溶接により接合されることにより、腰パネル１６の剛性が強化され、接合部材２１の長手方向に加わる荷重に対して強い構造となると共に、窓枠パネル１３及び吹寄せパネル１４に接合可能となる。

また、接合部材２２を外板１７の下辺端部に載置し、接合部材２２と外板１７の下辺端部とを接合部材２２の長手方向に沿って連続的に接合する。符号Ｗ８は、接合部材２２と外板１７とを溶接して形成された溶接ビードである。さらに、接合部材２２と、内側頂部３１及び外側頂部３０の並設方向における最下端側の内側頂部３１とを溶接する。この場合、接合部材２２と内側頂部３１との重なり部分を溶接してもよく、接合部材２２と内側頂部３１との境界を溶接するようにしてもよい。符号Ｗ９は、接合部材２２の上方から接合部材２２と内側頂部３１とを溶接して形成された溶接ビードであり、符号Ｗ１１は、接合部材２２と内側頂部３１との境界を溶接して形成された溶接ビードである。このように外板１７と接合部材２２とが連続溶接により接合されることにより、腰パネル１６の剛性がさらに強化され、接合部材２２の長手方向に加わる荷重に対して強い構造となると共に、台枠６に対して接合可能となる。

なお、支柱１９の溶接と同様に、溶接時において、外板１７と波板１８とによって形成される中空部５１、接合部材２１と波板１８と外板１７とによって形成される中空部５２、及び接合部材２２と波板１８と外板１７とによって形成される中空部５３を積極的に有効活用することができる。例えば、溶接時に中空部５１〜５３内に空気や不活性ガス等の冷却媒体を流動させたり、中空部５１〜５３内に冷却管を配置させたりすると、溶接品質や溶接効率を高めることができる。

[ 腰パネルの接合について ]
図１０に示すように、腰パネル１６を車両本体２に接合する際には、腰パネル１６における接合部材２２の連結部２２ａに台枠６を嵌め合わせ、溶接装置３３を用いて、接合部材２２と台枠６とを接合部材２２の長手方向に沿って車両本体２の内側から連続的に溶接する。符号Ｗ１３は、接合部材２２と台枠６とを溶接して形成された溶接ビードである。また、外板１７の下辺端部と接合部材２２と台枠６とを、接合部材２２の長手方向に沿って、車両本体２の外側から連続的に溶接する。符号Ｗ１４は、外板１７の下辺端部と接合部材２２と台枠６と溶接して形成された溶接ビードである。さらに、接合部材２２の下辺端部と台枠６との境界に沿って連続的に溶接してもよい。符号Ｗ１６は、接合部材２２の下辺端部と台枠６との境界に沿って溶接して形成された溶接ビードである。

また、腰パネル１６の接合部材２１に吹寄せパネル１４及び窓枠パネル１３を突き合わせて、接合部材２１の長手方向に沿って、接合部材２１と吹寄せパネル１４及び窓枠パネル１３とを連続的に溶接する。

ここにおいて、波板１８は、車両本体２の内側に向けて開放された凹部３４を有するので、いわゆるダブルスキンパネル構造の外板パネルと比較して内板が不要であり、軽量化が可能となる。また、凹部３４に沿って、電気配線３６が収容されることにより、波板１８の凹部３４を利用してスペース効率よく電気配線を収容することができる。

以上のように、外板１７に接合される支柱１９は、切断された第１〜第４の板材２３〜２６が組合わされて形成される。ここで、第１〜第４の板材２３〜２６を塑性変形させることなく、切断加工によって形成し、精度の良い各板材２３〜２６を断面矩形状に組み合わせるので、精度の良い支柱１９を形成することができる。すなわち、支柱１９は、切断する板材２３〜２６の形状次第で様々な形状、例えば上記実施形態に示したように湾曲した形状にも精度良く形成することができる。したがって、精度の良い支柱１９を外板１７に接合する際には、外板１７は支柱１９の形状に合わせて変形するので、精度の良い支柱１９をもって精度の良い腰パネル１６を形成することができる。特に、外板１７の平面部１７ａに対して直交して長手方向に延在する第１及び第２の板材２３，２４を、長手方向において湾曲状に切断された湾曲部Ｃを有するように形成することで、裾絞り部Ｓを有する側構体４を精度良く形成することができる。

以上、本発明を各実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、腰パネル１６の支柱１９における第１及び第２の板材２３，２４は、長手方向において湾曲状に切断された湾曲部Ｃを有するように形成したが、勿論、図１１に示す支柱３７のように、第１及び第２の板材３８，３９をストレートに形成し、裾絞り部Ｓが形成されていない側構体４を形成してもよい。なお、支柱１９，３７は、腰パネル１６以外に幕パネル１２、吹寄せパネル１４に適用することも可能である。

また、図１０に示すように、外板１７と波板１８とによって形成される中空部５１、接合部材２１と波板１８と外板１７とによって形成される中空部５２、及び接合部材２２と波板１８と外板１７とによって形成される中空部５３には、充填材として防振材又は防音材の少なくとも一方を充填してもよい。これらの中空部５１〜５３を利用することにより、防振材又は防音材をスペース効率良く充填することができ、車両本体２の防振あるいは防音が実現できる。

本発明に係る鉄道車両構体の斜視図である。鉄道車両本体の正面図である。側構体ブロックを構成する各外板パネルを示す概略図である。腰パネルの正面図である。図４に示す支柱の斜視図である。第１及び第２の板材の側面図である。図５に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。腰パネルにおいて、外板に波板と接合部材とを配置する様子を示す斜視図である。腰パネルにおいて、外板に波板と接合部材とを溶接する様子を示す斜視図である。図９に示す腰パネルを車両本体に溶接する様子を示す断面図である。支柱の他の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１…鉄道車両構体、２…車両本体、１１…側構体ブロック、１６…腰パネル（外板パネル）、１７…外板、１７ａ…平面部、１８…波板、１９，３７…支柱、２１，２２…接合部材、２３〜２６…第１〜第４の板材、２７…支柱本体部、２８,２９…フランジ部、３０…外側頂部、３１…内側頂部、Ｃ…湾曲部。

Claims

外板パネルを有する鉄道車両構体において、
前記外板パネルは、
車両本体の外側に配置される外板と、
切断加工により形成された第１〜第４の板材が組合わされて断面矩形状に形成された長尺状の支柱本体部を有すると共に、前記外板に接合される支柱とを備え、
前記外板の平面部に対して直交して配置された前記第１及び第２の板材は、長手方向において湾曲する湾曲部を有し、前記第３の板材は、前記外板の前記平面部に当接配置され、前記第４の板材は、前記第１及び第２の板材を介して前記第３の板材に連結され、
前記第４の板材の縁部に沿ってフランジ部が形成され、前記外板に接合される波板は、前記車両本体の外側に位置する外側頂部と前記車両本体の内側に位置する内側頂部とが交互に並設されて断面波形に形成され、
隣接する前記波板の間に前記支柱が配置され、前記波板は、前記波板の前記外側頂部の延在方向に対して直交する方向に延在する前記支柱に連結され、
前記波板の前記外側頂部と前記外板とが前記外側頂部の長手方向に沿って連続的に溶接され、前記第３の板材と前記外板とが前記支柱の長手方向に沿って連続的に溶接され、前記第４の板材の前記フランジ部と前記内側頂部における長手方向の端部とが溶接されていることを特徴とする鉄道車両構体。