JP5739829B2 - 鉄道車両の床構造及びそれを備えた鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は鉄道車両の床構造及びそれを備えた鉄道車両に関する。

従来より、鉄道車両の床構造として、台枠の横梁間に、断面凹状のフロアパンを配置して、その内部に断熱材等を設けた構造（以下、サブフロア構造という）が知られている。また、波形板及び床受を台枠内に配置し、波形板と床板との間に断熱防音材を設けた床構造が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の床構造は、横梁の上面より低く、かつ台枠下面よりも高い位置に波形板を配置することにより、座屈強度を向上させ、かつ床上面を低くすることができるとしている。

実公昭５９−１３１３５９号公報

しかしながら、従来のサブフロア構造では、車両の強度向上には貢献しないため、構体にねじり変形が生じた場合には、剛性を確保するために構体の各部に補強を必要とし、構造が複雑になるという問題があった。また、サブフロア構造においては、フロアパンはプレス成形やロール成形によって作成されるが、金型を必要とするため、コストが増大するという問題がある。特に、床下機器の配置の都合により、横梁の配置ピッチを変化させる必要がある場合、複数の金型が必要となるため、さらにコストが増大することになる。

一方、特許文献１の床構造は、台枠内部に波形板を配置しているので床上面の高さを低くすることができる。しかし、床板を支持する床受は車両長手方向に延在し、波板の凸部に載置されるため、十分な乗客荷重を支持することができないという問題がある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で剛性を確保することのできる鉄道車両の床構造及びそれを備えた鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明のある形態に係る鉄道車両の床構造は、車両長手方向に延在する一対の側梁と、車両幅方向に延在し、一対の側梁を連結する複数の横梁と、横梁よりも上面に配置され、底面部及び該底面部から上方に突出する凸部が車両幅方向に交互に連続して形成され、車両長手方向に延在する支持部材と、横梁に対応する位置であって支持部材の上面に配置され、車両幅方向に延在する受部材と、受部材の上面に配置される床パネルとを備え、受部材は、床パネルに接触する床板接触部と、床板接触部から支持部材の底面部に延びる脚部とを有する。

かかる構成によれば、乗客荷重を支持する受部材は、横梁上面にある支持部材上に設けられ、受部材の脚部が支持部材の底面部に配置されるので、簡易な構成で十分な剛性を確保することができる。

上述した鉄道車両の床構造によれば、簡易な構成で剛性を確保することのできる鉄道車両の床構造及びそれを備えた鉄道車両を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両の概略側面図である。 図２は、図１に示す鉄道車両の床部分（台枠）の断面斜視図である。 図３は、図２に示す床部分（台枠）の部分断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態に係る支持部材の斜視図である。 図５は、図４に示す支持部材の一部拡大図である。 図６は、図５に示す脚部材の平面図である。 図７は、図６のVII−VII矢視断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、図１から図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両１００について説明する。図１は、本実施形態に係る鉄道車両１００の概略側面図である。図１の紙面左右方向が鉄道車両１００の長手方向であり、紙面に向かう方向が、鉄道車両１００の幅方向である。以下では、鉄道車両１００の長手方向を単に「車両長手方向」と称し、鉄道車両１００の幅方向を単に「車両幅方向」と称して説明する。

図１に示すように、鉄道車両１００は、台車１０２と、台車１０２上に設けられた車体１０３とを備えている。車体１０３は、例えばステンレス製であり、妻面にあたる妻構体１０４と、側面にあたる側構体１０５と、屋根にあたる屋根構体１０６と、床部分にあたる台枠（床構体）１０７と、を有している。このうち台枠１０７の上面には、後述する波板３０が固定されている（図２参照）。

図２は鉄道車両１００の床部分の部分斜視断面図である。以下では、図２の紙面左手前側を車両長手方向前方とし、紙面右奥側を車両長手方向後方として説明する。図２に示すように、鉄道車両１００は、側梁１０と、横梁２０と、支持部材に相当する波板３０と、受部材４０と、吸熱層５０と、熱分散層６０と、床板７０及び表面シート８０を含む床パネル９０とを備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。

側梁１０は、車両幅方向の端部に位置する部材である。側梁１０は車両幅方向の両端部に位置して対をなすとともに、車両長手方向に延在している。ここで図３は、鉄道車両１００の床部分の部分断面図である。なお、図３では、受部材４０の一部を重ねて示している。図３に示すように、側梁１０は、車両幅方向の内側に開口する形状を有している。また、側梁１０は、上面側に位置する上面部１１と、上面部１１に連結されて横梁２０の端面に対向する側面部１２と、側面部１２に連結されて上面部１１に対向する下面部１３と、によって主に構成されている。このうち上面部１１は、車両幅方向外側に位置する上段部１４と、上段部１４に連なって形成され、上段部１４よりも車幅方向内側下方に位置する下段部１５とを有している。なお、本実施形態では、上段部１４及び下段部１５が一体に成形されているが、側梁１０のうち下段部１５とそれ以外の部分とを別々に成形し、その後にそれらを結合してもよい。

横梁２０は、車両幅方向に延在し、車両幅方向両側の側梁１０を連結する。横梁２０は、台枠１０７の車両長手方向に間隔を置いて複数箇所に配置されている。図２に示すように、本実施形態の横梁２０は、断面Ｃ字状の形状を有する。また、図３に示すように、横梁２０の車両幅方向の端部は、側梁１０の内側に位置する。そして、横梁２０の下面と側梁１０の下面部１３の上面とが接触して互いに固定されており、横梁２０の上面と側梁１０の下段部１５の下面が接触して互いに固定されている。

波板３０は、台枠１０７（すなわち側梁１０及び横梁２０）の上面に固定される板材である。波板３０は、例えばステンレス製であり、図２に示すように、底部分にあたる底面部３１と、底面部３１から上方に突出する凸部３２が車両幅方向において交互に連続して形成されたコルゲート構造（corrugated structure）を有している。また、底面部３１と凸部３２は、互いに平行であって車両長手方向に延びている。なお、波板には、図２で示す形状のものの他、隣接する凸部３２の間の距離が下方に向かうに従って広くなるキーストン構造（keystone structure）を有するいわゆるキーストンプレートも含まれる。

また、図３で示すように、波板３０のうち車両幅方向端部の底面部３１の下面と、側梁１０の下段部１５の上面とが接して互いに固定されている。さらに、波板３０のうち車両幅方向端部以外の底面部３１の下面と横梁２０の上面は接触して互いに固定されている。そして、波板３０の凸部３２の上面は、側梁１０の上段部１４の上面よりも下方に位置している。このように波板３０の底面部３１の下面が接する側梁１０の下段部１５は、側梁１０の上段部１４よりも下方に位置することになるため、側梁１０の高さを維持しつつ、波板３０を比較的低い位置に配置することができる。また、側梁１０の上記構成により、強度上重要な枕梁や端梁の高さを確保しつつ、波板３０と床パネル９０上面との空間を確保することができる。以上により、薄型の床構造とすることができるので、床面の位置を下げることができ、広い車内空間を確保することができる。

受部材４０は、車両幅方向に延在し、床パネル９０を支持する部材である。この受部材４０は、例えばステンレス製である。また、受部材４０は、横梁２０の位置に対応して（すなわち横梁２０の上方に）配置されている。さらに、受部材４０は、その上面部分に相当する床板接触部４７を有している。さらに、床板接触部４７は、床板７０の下面に接触する床板接触面４１を有している。図３に示すように、床板接触面４１は波板３０の凸部３２の上面よりも上方に位置しており、側梁１０の上段部１４の上面と略同じ高さ位置にある。これにより、別途部材を設けることなく、床板７０を直接受部材４０と側梁１０に載置することができるので、床パネル９０の上面高さを精度良く、かつ簡単に揃えることができ、床パネル９０の平面度を均一にすることができる。なお、受部材４０の車両幅方向端部は、波板３０を介して側梁１０の下段部１５に載置されている。

さらに、受部材４０は、床板接触面４１の車両長手方向の前端から波板３０の各底面部３１へ延びる脚部を有する。脚部は、第１脚部に相当する前脚部４２と、床板接触面の車両長手方向の後端から波板３０の各底面部３１へ延びる、第２脚部に相当する後脚部４３（図２参照）とをそれぞれ複数有している。そして、前脚部４２の下端と底面部３１は隅肉溶接で固定されているとともに、後脚部４３の下端と底面部３１もまた隅肉溶接で固定されている。このように、前脚部４２及び後脚部４３は底面部３１に対応して設けられているが、全ての底面部３１に対応しているわけではなく、軽量化のため車両幅方向で一つおきの底面部３１に対応して設けられている。なお、受部材４０が設置される箇所においては、受部材４０と波板３０の凸部３２とは離間しているので、乗客荷重等の力は、各脚部から底面部３１を介して横梁２０へ伝わり、波板３０に作用する荷重を小さくすることができる。

吸熱層５０は、熱を吸収するための層であって、後述の熱分散層６０とともに積層部材５１を構成する。図３に示すように、吸熱層５０は、波板３０の上面に積層されている。吸熱層５０は、セラミックウールの内部に吸熱材を散点させたものである。本実施形態では、吸熱材として熱膨張材であるバーミキュライトを使用している。本実施形態の吸熱層５０は、吸熱材（バーミキュライト）が熱膨張するのに伴って全体も膨張する。また、吸熱層５０に使用する吸熱材は、バーミキュライト以外の材料でもよいが、吸熱の開始温度が３５０〜５５０°Ｃであることが望ましい。あまり低い温度で吸熱し始めると、吸熱材としての機能を十分に発揮できないからである。吸熱層５０としては、例えば住友スリーエム株式会社の耐熱・断熱材料Ｍ２０Ａなどが使用可能である。

熱分散層６０は、面方向に熱を分散させるための層であって、吸熱層５０とともに積層部材５１を構成する。図３に示すように、熱分散層６０は、吸熱層５０の上面に積層されている。熱分散層６０は、断熱材によって構成されている。熱分散層６０を構成する断熱材は、特に限定されないが、グラスウール又はセラミックウールなどを用いることができる。上記のとおり熱分散層６０は、断熱材によって構成されているため、熱を分散させる効果だけでなく、断熱効果も有している。なお、吸熱層５０に含まれる「吸熱材」と熱分散層６０を形成する「断熱材」の違いを簡単に説明すると、吸熱材は熱を吸収する吸熱反応を行う材料であるのに対し、断熱材は熱を吸収することはなく単に熱が伝わりにくい材料であるという点で両者は相違する。なお、吸熱層５０と熱分散層６０によって構成される積層部材５１は、床パネル９０や受部材４０と比較して小さい弾性率を有する。

床板７０は、床部分の剛性を確保するための部材であり、いわゆる基材である。本実施形態に係る床板７０は、合成樹脂の発泡材によって形成されている。床板７０は、熱分散層６０の上方に位置しており、波板３０に積層された部材のうち最も大きな厚みを有している。なお、床板７０を形成する材料は、合成樹脂の発泡材に限られず、これに代えて木材や、軽合金製ハニカム材など、床板に使用されている周知の材料を適用しても良い。また、床板７０の車両幅方向端部は、側梁１０の上段部１４に載せられている。そして、床板７０のうち車両幅方向端部以外の部分が受部材４０により支持されている。このように床板７０は受部材４０で支持されるので、床板７０は安定して保持される。すなわち、受部材４０を用いずに、柔らかい（小さい弾性率を有する）積層部材５１（吸熱層５０及び熱分散層６０）の上にそのまま床板７０を載せた場合、床板７０が不安定になり、床パネル９０の平面度を維持することができなくしまうおそれがあるが、受部材４０を用いることでこれを防ぐことができる。

表面シート８０は、床板７０の上面に敷かれる敷材である。表面シート８０は、例えばゴム製のシートであり、乗客が歩くことなどにより生じる衝撃を和らげることができる。また、表面シート８０は、床下に配置された機器から発せられる騒音や振動が客室側に伝わりにくくする役割を果たす。なお、表面シート８０は、ゴム製のシートに限られず、これに代えて塩化ビニル樹脂製シート、オレフィン系樹脂製シート、カーペット等、鉄道車両において一般的に用いられる敷材を適用することができる。なお、図３に示すように、側梁１０の上面部１１には鉛直な板状の仕切部材８１が固定されており、この仕切部材８１と床板７０の間、及び仕切部材８１と表面シート８０との間にシール部材８２が挿入されている。これにより、床パネル９０上面と台枠１０７との間の水密性を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る鉄道車両２００について説明する。本実施形態に係る鉄道車両２００は、受部材４０の構成が第１実施形態に係る鉄道車両１００と異なるが、それ以外は、第１実施形態に係る鉄道車両１００と基本的に同じ構成である。そこで、以下では本実施形態の受部材４０を中心に説明する。ここで図４は、本実施形態に係る受部材４０の斜視図である。また、図５は、受部材４０のうち車両幅方向端部付近の拡大図である。図４及び図５において、紙面手前右側が車両長手方向前方であり、紙面奥左側が車両長手方向後方である。図４及び図５に示すように、受部材４０は、床板接触部材（床板接触部）９１と、複数の脚部材９２と、によって主に構成されている。

床板接触部材９１は、受部材４０のうち床板７０に接する床板接触面４１を含む部材である。床板接触部材９１は、車両幅方向に延びており、断面が逆U字状の形状を有している。また、床板接触部材９１には、軽量化のための軽量穴９３が等間隔に形成されている。この軽量穴９３は、波板３０の底面部３１に対応して形成されており、結果的に後述の脚部材９２はこの軽量穴９３の下方に位置している。また、床板接触部材９１の下面には、所定の間隔をおいて板状のねじ座４９が取り付けられている。ここで、床板７０は、固定ねじ（不図示）によって床板接触部材９１に固定されるが、ねじ座４９はこの固定ねじを取り付けるためのものである。また、床板接触部材９１は、板状の部材を加工して形成されており、その厚みは床板７０を支持するために十分な強度を有する程度の厚みである。一例として、床板接触部材９１の厚みは１.５mm程度である。

脚部材９２は、床板接触部材９１の下面側に配置された部材である。脚部材９２は、車両幅方向に並んで配置されている。ここで、図６は脚部材９２の平面図であり、図７は図６のVII−VII矢視断面図である。図６において、紙面上下方向が車両長手方向であり、紙面左右方向が車両幅方向である。また、図６において紙面下方を車両長手方向前方とし、紙面上方を車両長手方向後方とする。脚部材９２は、車両長手方向前方に位置する前脚部４２と、車両長手方向後方に位置する後脚部４３と、床板接触部材９１の下面に接触するとともに前脚部４２と後脚部４３を連結する脚連結部材４６とを有している。前脚部４２及び後脚部４３はいずれも、床板接触面４１から下方に延びる縦脚部４４と、縦脚部４４の下端から車両長手方向外側に延びて、波板３０の底面部３１と面接触する波板接触部４５と、によって主に構成されている。

また、脚部材９２は、板状の材料から形成されており、その厚みは床板接触部材９１の厚みよりも小さい。一例として、脚部材９２の厚みは０.８mm程度である。このように、脚部材９２の厚みを床板接触部材９１の厚みよりも小さくすることにより、床板接触部材９１については厚みを大きくすることで強度を維持し、かつ、脚部材９２の厚みを小さくすることができる。これにより、脚部材９２と床板接触部材９１とをシリーズスポット溶接あるいはアークスポット溶接により接合することが可能となり、作業時間を短縮することができる。

なお、軽量化の観点から、脚部材９２の厚みが小さい方が好ましいが、脚部材９２であっても所定以上の強度が必要である。そこで本実施形態では、脚部材９２の表面であって幅方向中央において、内側に窪んだ断面Ｖ字状のビード４８が形成されている。なお、本実施の形態では、一例として前脚部４２から脚連結部材４６を通って後脚部４３に至るまで、ビード４８を形成している。このビード４８を形成することで、上方からの力に対する強度を向上させることができる。また、このようにビード４８を幅方向中央に配置することにより、幅方向両側でスポット溶接等が可能である。そのため、脚部材９２と床板接触部材９１とをスポット溶接等により先組みすることができ、作業性が向上する。

以上のような鉄道車両は、車両長手方向に延在する一対の側梁と、車両幅方向に延在し、一対の側梁を連結する複数の横梁と、横梁よりも上面に配置され、底面部及び該底面部から上方に突出する凸部が車両幅方向に交互に連続して形成され、車両長手方向に延在する支持部材と、横梁に対応する位置であって支持部材の上面に配置され、車両幅方向に延在する受部材と、受部材の上面に配置される床パネルとを備え、受部材は、床パネルに接触する床板接触部と、床板接触部から支持部材の底面部に延びる脚部とを有する。

この構成により、乗客荷重を支持する受部材は、横梁上面にある支持部材上に設けられ、支持部材の脚部が支持部材の底面部に配置されるので、簡易な構成で十分な車体の剛性を確保することができる。

また、以上のような鉄道車両は、車両長手方向において隣接する各受部材の間には、支持部材の凸部の上面に、吸熱層と、熱分散層とをさらに備えてもよい。

この構成により、横梁の上面に吸熱層と熱分散層が配置されるので、効率的に耐火・断熱性能を得ることができるとともに、薄型の床構造とすることができる。これにより、十分な車内空間及び床下機器の配置スペースの両方を確保することができる。

また、以上のような鉄道車両は、側梁は、上段部と、上段部よりも下方に位置する下段部とを上面側に有し、床パネルの車両幅方向端部が、側梁の上段部に載置され、支持部材の車両幅方向端部が、側梁の下段部に載置されてもよい。

この構成により、側梁の上辺の高さを維持しつつ、支持部材を低い位置に配置することができ、薄型の床構造とすることができる。また、この構成により、吸熱層及び熱分散層の厚みを確保することができるとともに、強度が要求される枕梁等の他の梁の高さを確保することができる。

また、以上のような鉄道車両は、受部材の車両幅方向端部が、側梁の下段部に載置されてもよい。

この構成により、従来のサブフロア構造のように、側梁上面が横梁と同じ高さにあると側梁上面に受部材を別途設ける必要があるが、上記構成により新たな受部材を設ける必要がない。

また、以上のような鉄道車両において、受部材の脚部は、車両長手方向において対向する一対の第１脚部と第２脚部とを有してもよい。

この構成により、床パネルに掛かる荷重を第１脚部と第２脚部で支持することができるので、簡易な構成で剛性を確保することができる。

また、以上のような鉄道車両において、受部材の脚部は、第１脚部と第２脚部とを連結し、床板接触部の下面に接する脚連結部材をさらに有してもよい。

以上の構成により、床板接触面部材の板厚を大きくして強度を維持又は向上させつつ、脚部材の板厚を小さくしてスポット溶接の作業時間を短縮することができる。

また、以上のような鉄道車両において、第１脚部及び第２脚部の表面には、ビードが形成されてもよい。

以上の構成により、強度を維持したまま、受部材の脚部材を薄い板厚にすることができ、軽量化を図ることができる。また、この構成により、支持部材の底面部（または横梁）と脚部材とをシリーズスポット溶接することができる。

以上、本発明の一実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、以上では、波板の上方に積層される積層部材が、吸熱層と熱分散層によって構成されている場合について説明したが、防音層を吸熱層と熱分散層に加えたもの（又はこれらに代えたもの）を積層部材としても、本発明に含まれる。

本発明に係る鉄道車両は、簡易な構成で剛性を確保することができるため、鉄道車両の技術分野において有益である。

１０ 側梁
１１ 上面部
１４ 上段部
１５ 下段部
２０ 横梁
３０ 波板（支持部材）
３１ 底面部
３２ 凸部
４０ 受部材
４２ 前脚部（第１脚部）
４３ 後脚部（第２脚部）
４５ 波板接触部
４７ 床板接触部
４８ ビード
５１ 積層部材
９０ 床パネル
９１ 床板接触部材（床板接触部）
９２ 脚部材
１００、２００ 鉄道車両

Claims (8)

1. 車両長手方向に延在する一対の側梁と、
   車両幅方向に延在し、前記一対の側梁を連結する複数の横梁と、
   前記横梁よりも上面に配置され、底面部及び該底面部から上方に突出する凸部が車両幅方向に交互に連続して形成され、車両長手方向に延在する支持部材と、
   前記横梁に対応する位置であって前記支持部材の上面に配置され、車両幅方向に延在する受部材と、
   前記受部材の上面に配置される床パネルとを備え、
   前記受部材は、
   前記床パネルに接触する床板接触部と、前記床板接触部から前記支持部材の前記底面部に延びる脚部とを有する、鉄道車両の床構造。
2. 車両長手方向において隣接する各前記受部材の間には、前記支持部材の前記凸部の上面に、吸熱層と、熱分散層とをさらに備える、請求項１に記載の鉄道車両の床構造。
3. 前記側梁は、上段部と、前記上段部よりも下方に位置する下段部とを上面側に有し、
   前記床パネルの車両幅方向端部が、前記側梁の前記上段部に載置され、
   前記支持部材の車両幅方向端部が、前記側梁の前記下段部に載置される、請求項１または２に記載の鉄道車両の床構造。
4. 前記受部材の車両幅方向端部が、前記側梁の前記下段部に載置される、請求項３に記載の鉄道車両の床構造。
5. 前記受部材の前記脚部は、車両長手方向において対向する一対の第１脚部と第２脚部とを有する、請求項１−４のいずれかに記載の鉄道車両の床構造。
6. 前記受部材の前記脚部は、前記第１脚部と前記第２脚部とを連結し、前記床板接触部の下面に接する脚連結部材をさらに有し、
   前記第１脚部及び第２脚部の板厚が、前記床板接触部の板厚よりも小さい、請求項５に記載の鉄道車両の床構造。
7. 前記第１脚部及び前記第２脚部の表面には、ビードが形成される、請求項５に記載の鉄道車両の床構造。
8. 請求項１−７のいずれかに記載の床構造を備えた鉄道車両。

Images