JP6622097B2 - 鉄道車両構体 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両構体に関する。

鉄道車両構体は、台枠に側構体、屋根構体、及び妻構体を組み合わせて接合することによって構成されている（例えば特許文献１参照）。側構体において、車両の側壁部をなす外板の下端側には、側梁が延在している。また、台枠には、車両の幅方向に延在する複数の横梁が所定の間隔で設けられている。外板の下端部には、車両の長手方向に沿って接合部列が形成され、当該接合部列によって外板と側梁と横梁との接合がなされている。かかる構成により、乗客の収容時などに台枠に加わる応力が、横梁及び側梁を介して外板に分散されるようになっている。

特開平７−２０５８０７号公報

従来の構造では、外板の下端部と側梁との重ね合わせ部分において、上下２段の接合部列を形成することが一般的であった。ただし、このような構造では、多数の接合部を形成する必要があるため、工数の増加の問題や、接合部が目立つことによる外観不良の問題が生じることが考えられる。しかしながら、接合部列における接合部の形成数を単純に削減したのでは、台枠と側構体との接合強度が不足してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、台枠と側構体との接合強度を維持しつつ接合部の形成数を削減できる鉄道車両構体を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る鉄道車両構体は、台枠に側構体、屋根構体、及び妻構体を接合してなる鉄道車両構体であって、台枠は、所定の間隔をもって車両の幅方向に延在する複数の横梁を備え、側構体は、車両の側壁部をなす外板と、外板の下端側において車両の長手方向に延在する側梁とを備え、外板の下端部には、外板と側梁と横梁とを接合する接合部列が車両の長手方向に沿って形成され、接合部列は、接合部が上下方向に複数段に形成された第１の接合部と、接合部が上下方向に第１の接合部よりも少ない段数で形成された第２の接合部とを有し、第１の接合部は、横梁の位置に設けられ、第２の接合部は、横梁の位置を除く位置に設けられている。

この鉄道車両構体では、第１の接合部によって剛性の高い横梁に対して外板及び側梁がしっかりと接合される。これにより、台枠に加わる応力を外板に対して効率良く分散できる。一方、この鉄道車両構体では、第２の接合部によって接合部列における接合部の点数を削減でき、工数の増加や接合部が目立つことによる外観不良の問題の解消が図られる。また、応力の分散に対する寄与が小さい位置で接合部の点数を削減することで、上下２段の接合部列を形成した従来構造と同程度の応力分散が可能となる。したがって、台枠と側構体との接合強度も維持できる。

また、外板は、ドアフレームが取り付けられた開口部を有し、第１の接合部は、ドアフレームに隣接する位置に更に設けられていてもよい。側構体において、ドアフレーム付近は応力が集中し易い部分となっている。したがって、ドアフレームに隣接して接合部の段数の多い第１の接合部を設けることにより、応力を外板に対して効率良く分散でき、台枠と側構体との接合強度を十分に確保できる。

また、横梁は、車両の上下方向に延びるウェブ部を有し、第１の接合部は、ウェブ部の位置を挟むように設けられていてもよい。このような構成により、台枠から外板への応力の伝達効率を一層向上できる。

また、第１の接合部を構成する接合部と、第２の接合部を構成する接合部とは、上下方向に重なり合わないように設けられていてもよい。接合部同士の間隔を空けることにより、接合部列における接合部の点数を十分に削減できる。

また、第１の接合部を構成する接合部の高さ中心と、第２の接合部を構成する接合部の高さ中心とが略一致していてもよい。第２の接合部を構成する接合部の位置が第１の接合部を構成する接合部の位置に対して上下に偏らないことで、外板と台枠との間の隙間の発生や外板の座屈強度の低下を抑制できる。

本発明によれば、台枠と側構体との接合強度を維持しつつ接合部の形成数を削減できる鉄道車両構体を提供する。

本発明に係る鉄道車両構体の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した鉄道車両構体を側構体側から見た図である。 車両外側から見た図２の要部拡大斜視図である。 車両内側から見た図２の要部拡大斜視図である。 第１の接合部を構成する接合部と第２の接合部を構成する接合部との位置関係を示す図である。 比較例に係る鉄道車両構体の側構体の正面図である。 比較例に係る鉄道車両構体の側構体における応力分布の解析結果を示す図である。 実施例に係る鉄道車両構体の側構体における応力分布の解析結果を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面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。

図１は、本発明に係る鉄道車両構体の一実施形態を示す斜視図である。同図に示すように、鉄道車両構体１は、台枠２と、側構体３と、屋根構体４と、妻構体５とを備え、これらの各構体が相互に接合されることにより、乗客を収容する空間を内部に有する箱型形状をなしている。鉄道車両構体１としては、例えばステンレス構体、一般鋼構体、軽合金シングルスキン構体などが例示される。

台枠２は、車両の床部を構成する構体として鉄道車両構体１の底部に配置されている。台枠２の下部（床下）には、電源装置やブレーキ制御装置といった各種の床下装置が取り付けられている。側構体３及び妻構体５は、車両の側部を構成する構体として、台枠２の左右の縁部及び前後の縁部を囲むように立設されている。側構体３には、乗客・乗員が乗り降りするためのドア部６が等間隔に複数設けられている。

また、ドア部６，６間と側構体３の両端部とには、窓部７が設けられている。妻構体５は、乗客・乗員らが車両間を行き来するための出入口部８が設けられている。屋根構体４は、車両の屋根部を構成する構体として鉄道車両の構体の上部に配置されている。車両の屋根構体４には、上部に車内の温度を調整するためのエアコンディショナーやパンタグラフ（図示しない）などが設けられている。

次に、鉄道車両構体１における台枠と側構体との接合構造について詳細に説明する。図２は、図１に示した鉄道車両構体を側構体側から見た図である。また、図３は、車両外側から見た図２の要部拡大斜視図であり、図４は、車両内側から見た図２の要部拡大斜視図である。

図２に示すように、台枠２は、所定の間隔をもって車両の幅方向に延在する複数の横梁１１を備えている。横梁１１は、いわゆるＣ型鋼であり、例えばウェブ部２１と、ウェブ部２１の一端及び他端からウェブ部２１の一面側に張り出した一対のフランジ部２２，２２とを備えている（図３，４参照）。横梁１１は、ウェブ部２１が鉛直方向を向くように台枠２に対して配置され、下方側のフランジ部２２に沿って形成された不図示の接合部によって台枠２に固定されている。

側構体３は、車両の側壁部をなす外板１２と、外板１２の下端側において車両の長手方向に延在する側梁１３とを備えている。外板１２は、例えば吹寄板、腰板、幕板、ドア上板などを組み合わせて構成されている。外板１２は、ドア部６を取り付ける位置にドア開口部（開口部）１４を有し、ドア開口部１４の縁にはドアフレーム１５が取り付けられている。また、外板１２は、窓部７を取り付ける位置に窓開口部１６を有している。

側梁１３は、いわゆるＣ型鋼であり、例えばウェブ部３１と、ウェブ部３１の一端及び他端からウェブ部３１の一面側に張り出した一対のフランジ部３２，３２とを備えている（図３，４参照）。側梁１３は、ウェブ部３１が外板１２の内面に沿うと共に、ウェブ部３１の下端側が外板１２の下端よりも下方に張り出すように外板１２の内面側に配置されている。

一対のフランジ部３２，３２は、図３及び図４に示すように、車両の幅方向の中央側に向かって突出した状態となっている。側梁１３において、ウェブ部３１と、一対のフランジ部３２，３２とで囲まれる部分には、台枠２の横梁１１の長手方向の端部が差し込まれ、横梁１１の端面が側梁１３のウェブ部３１に突き当てられている。この横梁１１と側梁１３との交差部分においては、横梁１１における一対のフランジ部２２，２２の外面が側梁１３における一対のフランジ部３２，３２の内面にそれぞれ当接している。

また、この横梁１１と側梁１３との交差部分においては、Ｌ字状をなす接続部材４１が配置されている。接続部材４１は、横梁１１のウェブ部２１に沿う平坦部分４２と、側梁１３のウェブ部３１に沿う平坦部分４３とを有している。接続部材４１は、不図示の接合部によって横梁１１のウェブ部２１に対して接合されている。

外板１２と側梁１３と横梁１１とは、図２に示すように、外板１２の下端部１２ａにおいて車両の長手方向に沿って形成された接合部列５１によって互いに接合されている。接合部列５１を構成する複数の接合部Ｗは、抵抗スポット溶接による接合部であってもよく、アーク溶接又はレーザ溶接による接合部であってもよい。また、摩擦撹拌接合による接合部であってもよく、リベットやボルト−ナットによる接合部であってもよい。

接合部列５１は、接合部Ｗが上下方向に複数段に形成された第１の接合部５２と、接合部Ｗが上下方向に第１の接合部５２よりも少ない段数で形成された第２の接合部５３とを有している。本実施形態では、第１の接合部５２の接合部Ｗは上下２段となっており、第２の接合部５３の接合部Ｗは上下１段となっている。

第１の接合部５２は、横梁１１の位置に対応して設けられている。より具体的には、第１の接合部５２は、車両の幅方向から見て、横梁１１のウェブ部２１を車両の長手方向に挟むように一対に設けられている。つまり、本実施形態では、横梁１１の位置に対応して第１の接合部５２が２列で設けられ、第１の接合部５２，５２間に横梁１１のウェブ部２１が位置している。図３及び図４に示すように、ウェブ部２１の一方側の第１の接合部５２を構成する接合部Ｗは、外板１２の下端部１２ａと側梁１３のウェブ部３１とを固定しており、ウェブ部２１の他方側の第１の接合部５２を構成する接合部Ｗは、外板１２の下端部１２ａと側梁１３の側梁１３のウェブ部３１と接続部材４１の平坦部分４３とを固定している。

また、第１の接合部５２は、図２に示すように、ドアフレーム１５に隣接する位置にも設けられている。本実施形態では、ドアフレーム１５に隣接して第１の接合部５２が１列のみ設けられている。この第１の接合部５２を構成する接合部Ｗは、外板１２の下端部１２ａと側梁１３のウェブ部３１とを固定している。

第２の接合部５３は、横梁１１の位置を除く位置に複数設けられている。図３及び図４に示すように、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗのうち、接続部材４１が側梁１３に重なる部分に形成された接合部Ｗは、外板１２の下端部１２ａと側梁１３の側梁１３のウェブ部３１と接続部材４１の平坦部分４３とを固定している。また、接続部材４１が側梁１３に重ならない部分に形成された接合部Ｗは、外板１２の下端部１２ａと側梁１３のウェブ部３１とを固定している。

図５は、第１の接合部を構成する接合部と第２の接合部を構成する接合部との位置関係を示す図である。同図に示すように、接合部列５１において、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗと、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗとは、一定の間隔Ｔをもって等間隔に設けられており、上下方向に互いに重なり合わないようになっている。接合部Ｗ，Ｗ間の間隔Ｔは、外板１２と台枠２との間に隙間が生じないような条件下で適宜設定される。

また、本実施形態では、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗの高さ中心と、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの高さ中心とが略一致している。すなわち、図５に示すように、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの中心同士を結ぶラインＬが、第１の接合部５２における上段の接合部Ｗの上縁と下段の接合部Ｗの下縁との間隔Ｈの中点を通るようになっている。

以上のような鉄道車両構体１では、第１の接合部５２によって剛性の高い横梁１１に対して外板１２及び側梁１３がしっかりと接合される。これにより、台枠２に加わる応力を、横梁１１及び側梁１３を介して外板１２に効率良く分散できる。一方、この鉄道車両構体１では、第２の接合部５３によって接合部列５１における接合部Ｗの点数を削減でき、工数の増加や接合部Ｗが目立つことによる外観不良の問題の解消が図られる。また、応力の分散に対する寄与が小さい位置で接合部Ｗの点数を削減することで、上下２段の接合部列５１を形成した従来構造と同程度の応力分散が可能となる。したがって、台枠２と側構体３との接合強度も維持できる。

また、鉄道車両構体１では、ドアフレーム１５が取り付けられたドア開口部１４が外板１２に設けられ、ドアフレーム１５に隣接する位置に第１の接合部５２が更に設けられている。側構体３において、ドアフレーム１５付近は応力が集中し易い部分となっている。したがって、ドアフレーム１５に隣接して接合部Ｗの段数の多い第１の接合部５２を設けることにより、応力を外板１２に対して効率良く分散でき、台枠２と側構体３との接合強度を十分に確保できる。

また、鉄道車両構体１では、車両の上下方向に延びるウェブ部２１が横梁１１に設けられ、当該ウェブ部２１の位置を挟むように第１の接合部５２が設けられている。このような構成により、横梁１１及び側梁１３を介した台枠２から外板１２への応力の伝達効率を一層向上できる。

また、鉄道車両構体１では、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗと、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗとが上下方向に重なり合わないように設けられている。これにより、接合部Ｗ，Ｗ同士の間隔が空くので、接合部列５１における接合部Ｗの点数を十分に削減できる。

また、鉄道車両構体１では、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗの高さ中心と、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの高さ中心とが略一致している。第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの位置が第１の接合部５２を構成する接合部Ｗの位置に対して上下に偏らないことで、外板１２と台枠２との間の隙間の発生や外板１２の座屈強度の低下を抑制できる。

続いて、本発明の効果確認試験について説明する。

当該効果確認試験は、比較例及び実施例について、一定の荷重を台枠に付加した場合の側構体の応力分布を解析したものである。比較例に係る側構体は、接合部列が全体にわたって上下２段の接合部によって形成されたモデルとした（図６参照）。また、実施例に係る側構体は、上下２段の接合部Ｗからなる第１の接合部と上下１段の接合部からなる第２接合部とを有する接合部列が形成されたモデルとした（図２参照）。

図７は、比較例に係る鉄道車両構体の側構体における応力分布の解析結果を示す図である。また、図８は、実施例に係る鉄道車両構体の側構体における応力分布の解析結果を示す図である。図７及び図８は、台枠の全体に通勤ラッシュ時相当の荷重が均等にかかった場合を想定し、この荷重に対する側構体の下部の応力分布を等高線で示したものである。図７及び図８に示す結果から、比較例の側構体における応力分布と、実施例の側構体における応力分布との間には、横梁の近傍及び横梁間のいずれの領域についても殆ど差異が無いことが分かる。

したがって、本発明のように、接合部が上下方向に複数段に形成された第１の接合部と、接合部が上下方向に第１の接合部よりも少ない段数で形成された第２の接合部とによって接合部列を構成した場合でも、従来のように全体にわたって上下２段の接合部で接合部列を構成した場合と同程度の応力分散が可能であることが確認された。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第１の接合部５２を上下２段の接合部Ｗで構成し、第２の接合部５３を上下１段の接合部Ｗで構成しているが、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの段数が第１の接合部５２を構成する接合部Ｗの段数よりも少ないものであれば、接合部Ｗの段数は任意に設定してよい。また、ドアフレーム１５に隣接する第１の接合部５２は、必ずしも設けなくてもよく、ドアフレーム１５に隣接して第２の接合部５３を設けるようにしてもよい。

上記実施形態では、第１の接合部５２，５２間の接合部Ｗの間隔と、第１の接合部５２と第２の接合部５３との間の接合部Ｗの間隔と、第２の接合部５３，５３間の接合部Ｗの間隔とが全て同一となっているが、これらの間隔は異なっていてもよい。また、上記実施形態では、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗと第２の接合部５３を構成する接合部Ｗとが上下方向に重なり合わないように設けられているが、これらの一部同士が上下に重なり合うように設けられていてもよい。

第１の接合部５２を構成する接合部Ｗの高さ中心と、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの高さ中心とは、必ずしも一致していなくてもよい。この場合であっても、接合部列５１における接合部Ｗの上下の偏りを抑える観点から、第２の接合部５３を構成する接合部Ｗの高さ中心は、第１の接合部５２を構成する接合部Ｗのうち、最上段に位置する接合部Ｗと最下段に位置する接合部Ｗとの間の領域に位置していることが好ましい。

１…鉄道車両構体、２…台枠、３…側構体、４…屋根構体、５…妻構体、１１…横梁、１２…外板、１２ａ…下端部、１３…側梁、１４…ドア開口部（開口部）、１５…ドアフレーム、２１…ウェブ部、５１…接合部列、５２…第１の接合部、５３…第２の接合部、Ｗ…接合部。

Claims (4)

1. 台枠に側構体、屋根構体、及び妻構体を接合してなる鉄道車両構体であって、
   前記台枠は、所定の間隔をもって車両の幅方向に延在する複数の横梁を備え、
   前記側構体は、前記車両の側壁部をなす外板と、前記外板の下端側において前記車両の長手方向に延在する側梁とを備え、
   前記外板の下端部には、前記外板と前記側梁と前記横梁とを接合する接合部列が前記車両の長手方向に沿って形成され、
   前記接合部列は、接合部が上下方向に複数段に形成された第１の接合部と、接合部が上下方向に前記第１の接合部よりも少ない段数で形成された第２の接合部とを有し、
   前記第１の接合部は、前記横梁の位置に設けられ、前記第２の接合部は、前記横梁の位置を除く位置に設けられ、
   前記第１の接合部を構成する前記接合部と、前記第２の接合部を構成する前記接合部とは、上下方向に重なり合わないように設けられている鉄道車両構体。
2. 前記外板は、ドアフレームが取り付けられた開口部を有し、
   前記第１の接合部は、前記ドアフレームに隣接する位置に更に設けられている請求項１記載の鉄道車両構体。
3. 前記横梁は、前記車両の上下方向に延びるウェブ部を有し、
   前記第１の接合部は、前記ウェブ部の位置を挟むように設けられている請求項１又は２記載の鉄道車両構体。
4. 前記第１の接合部を構成する前記接合部の高さ中心と、前記第２の接合部を構成する前記接合部の高さ中心とが略一致している請求項１〜３のいずれか一項記載の鉄道車両構体。