JP6585552B2 - 台枠構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の台枠に関するものであり、特にステンレスとアルミ合金で構成した台枠に関するものである。

鉄道車両は、大きく分けると、台枠と、左右の側構体、前後の妻構体そして屋根構体の６つの部分に分けることができる。なかでも台枠はこれらの構体の中で最も重い。車両の軽量化は、消費電力の低減だけでなく、軌道へのダメージ低減といった効果もあり、鉄道車両の分野では、常に検討されている。したがって、台枠の軽量化は、鉄道車両の軽量化のための最も効果的な着目点と言える。

しかし、台枠は、台枠上部に形成される他の構体を支えるだけでなく、乗客をも支えるため、強度が必要となる。そのため、剛性の高い材料として鉄材（ステンレス材）を溶接することで構成されている。結果、重量は重くなってしまう。

台枠は、基本的に、車両の長手方向に平行に配置された一対の側梁と、側梁の両端同士を結合させる端梁と、側梁同士を所定の位置で結合させる横梁で構成されている。

側梁は、断面コの字状の骨材が利用される。コの字の両側壁をフランジと呼び、フランジ同士を連結している部分をウエブと呼ぶ。通常、横梁は、ガセット等の接合部材を介して側梁のウエブの内面に溶接することで形成される。

特許文献１には、横梁の端部を加工することで、端部に接合フランジを形成することでガセットを省略できる技術が開示されている。

一方、台枠自体をより軽量の材料で構成する提案もなされている。特許文献２は、側梁をアルミ合金で形成する技術が開示されている。

特開２００２−３０２０３７号公報 特開２００６−２４０４８２号公報

特許文献１では部品点数は減るものの、台枠の軽量化という観点からは大きな改善はない。結局接合フランジがガセット分に近い重量を有するからである。

特許文献２では、側梁を含めてアルミ合金で台枠を作っている。軽量化という観点では効果的ではあるが、新幹線といった特別に確保された軌道を走行する場合に適用できるものであり、横方向からの衝突が考えられる一般軌道を走行する車両にただちに適用することはできない。また、一般車両としては、コストも高くなる。

本発明は上記課題に鑑みて想到されたものであり、従来の台枠より大幅なコスト増にはならず、一定の構造強度を担保しつつ、軽量化が可能な台枠を提供するものである。

具体的に本発明に係る台枠構造は、
ステンレス製の側梁と、
アルミ合金製の横梁を有し、
前記側梁のウエブ内面には突設されたアダプタを有する連結材が配され、
前記横梁の端部には、前記アダプタが挿着される挿着穴が設けられ、
前記アダプタには、長さ方向に溝が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る台枠構造は、側梁は従来通りのステンレス製であるが、横梁はアルミ合金製である。したがって、従来の台枠より軽量化が可能になる。また、車両全体が軽量化されるので、運行にかかるコストも低減できる。また、軌道にかかる負担も少なくなるので、軌道寿命も延び、この点からもコスト低減に効果がある。

本発明に係る台枠を含む鉄道車両構造を示す斜視図である。 側梁と横梁の連結を示す図である。 連結材のアダプタの詳細を示す図である。

以下に本発明に係る鉄道車両の台枠構造について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

図１に本発明に係る台枠１０および、側構体９０、屋根構体９１、妻構体９２の外形を示す。台枠１０は、車両長手方向（進行方向でもある）に平行に配置された側梁１２と、側梁１２の両端をそれぞれ連結する一対の端梁１４と、端梁１４と略平行に配置され側梁１２同士を結合する横梁１６を有する。なお、補強材としては、横梁１６以外に枕梁、中梁、床受け梁といった部材が含まれていてもよい。

図２には、側梁１２と横梁１６およびこれらを連結する連結材２０を例示する。側梁１２はステンレス材を利用する。側梁１２は、構造強度を向上させるために、断面略コの字型に形成されている。したがって、側梁１２は対向する２枚のフランジ１２ａ、１２ｂとフランジ１２ａ、１２ｂ同士を連結するウエブ１２ｃで構成される。これは、板状のステンレス材を縦方向に２か所で折り曲げ、断面Ｕ字形状にしたともいえる。また、フランジ１２ａ、１２ｂの端辺はさらに内側に折り返し１２ａｖ、１２ｂｖが設けられていてもよい。強度向上のためである。

本発明の台枠１０では、側梁１２をステンレス材で形成し、横梁１６をアルミ合金で形成する。しかし、ステンレス材とアルミ合金は融点が異なり、溶接することができない。そこで、凹凸形状を利用して、２つの異なる素材を嵌合することで連結する。そのため、側梁１２のウエブ１２ｃ内面には、連結材２０が取り付けられる。連結材２０は、アダプタ２１とアダプタ座２２で構成される。

アダプタ２１は、突起形状をした部材であり、ステンレス材を用いることができる。例えば、円筒形状部材が好適に利用できる。アダプタ２１の長さは、特に限定されない。横梁１６全長に渡る長さであってもよい。アダプタ２１は、ハット形状のアダプタ座２２に溶接などで、接続されている。

図３（ａ）には、アダプタ２１だけを示した。図３（ｂ）はアダプタ２１の端面を正面視した状態を示す。アダプタ２１は、長さ方向に溝２１ｄが形成されている。この溝２１ｄは、接着剤を保持させるためのものである。図３では、断面Ｖ字状の溝２１ｄが４本形成されている状態を示している。しかし、アダプタ２１の溝２１ｄの配置される数や断面形状にも特に限定されない。

図２に戻って、１つのアダプタ座２２には複数のアダプタ２１を接合させてもよい。ここでは、４本のアダプタ２１がアダプタ座２２に溶接されている連結材２０を示している。アダプタ座２２は、側梁１２のウエブ１２ｃ内面にスポット溶接などで接続される。図２のアダプタ座２２に示したバツ印２２ａはスポット溶接される場所であることを示す。

横梁１６はアルミ合金材を利用する。横梁１６は押し出し成型で作製するのがよい。アルミ合金材はステンレス材と比較して剛性が低い。そのため構造強度を向上させるのに適した断面形状にするのがよい。押し出し成型は、複雑な断面をもった部材でも形成することができるので、好適な断面形状をもつ横梁１６を提供することができるからである。

図２で示した横梁１６の断面は略「Ｘ字」形状をしている。横梁１６は、側梁１２間の圧縮応力に対する強度とともに、上方の床面（図示せず）からの重力下方向への荷重にも耐える必要がある。したがって、断面の縦の長さ１６ａは、横の長さ１６ｂよりも長い形状であるのが望ましい。また、断面の四隅には、アダプタ２１が挿着されるための挿着穴１６ｈが設けられている。挿着穴１６ｈは、横梁１６全長に渡って形成されていてもよい。

台枠１０を製造する際は、予めウエブ１２ｃの内側に連結材２０がスポット溶接などで接続された状態で、横梁１６がアダプタ２１に挿着されていく。その後反対側の側梁１２も連結材２０（アダプタ２１）を介して横梁１６と結合させる。

その後、端梁１４（図１参照）で側梁１２の両端を連結する。なお、横梁１６をアダプタ２１に挿着する際に、接着剤をアダプタ２１の溝２１ｄに流し込んでおいてもよい。

このように本発明に係る台枠１０は、ステンレス製の側梁１２にアダプタ２１を介して、アルミ合金製の横梁１６を接続する。したがって、台枠１０の重量が従来品よりも軽くなる。また、横梁１６は、側梁１２に接続されたアダプタ座２２のアダプタ２１に挿着若しくは接着するだけなので、溶接の手間が省け、製造コストも安くなる。

本発明の鉄道車両の台枠構造は、鉄道車両の台枠に好適に利用することができる。

１０ 台枠
１２ 側梁
１２ａ、１２ｂ フランジ
１２ｃ ウエブ
１２ａｖ、１２ｂｖ 折り返し
１４ 端梁
１６ 横梁
１６ａ 縦の長
１６ｂ 横の長さ
１６ｈ 挿着穴
２０ 連結材
２１ アダプタ
２１ｄ 溝
２２ アダプタ座
２２ａ スポット溶接される場所を示すバツ印
９０ 側構体
９１ 屋根構体
９２ 妻構体

Claims (3)

1. ステンレス製の側梁と、
   アルミ合金製の横梁を有し、
   前記側梁のウエブ内面には突設されたアダプタを有する連結材が配され、
   前記横梁の端部には、前記アダプタが挿着される挿着穴が設けられ、
   前記アダプタには、長さ方向に溝が形成されていることを特徴とする台枠構造。
2. 前記アダプタは、前記側梁の前記ウエブ内面にアダプタ座を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載された台枠構造。
3. 前記アダプタと、前記挿着穴は接着剤で固定されることを特徴とする請求項１または２に記載された台枠構造。