JP2006131113A - 鉄道車両用床構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な強度を有しつつ、軽量化された鉄道車両用床構造を提供する。
【解決手段】 鉄道車両用床構造１は、キーストンプレート２とパネル３を備えている。キーストンプレート２は、鉄道車両における台枠の横梁４に溶接されており、パネル３は、キーストンプレート２に固着されている。パネル３は、芯材７の上面に上板８が貼り合わされ、芯材７の下面に下板９が貼り合わされて構成されている。芯材７は、板状のアクリル樹脂発泡芯材であり、厚さは５〜８ｍｍ、発泡倍率は１を超え１８倍以下である。上板８の厚さは、１．０ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であり、上板８の厚さをＴ_１[ｍｍ]、芯材７の発泡倍率をＸ倍とすれば、Ｔ_１≧０．１・Ｘ−０．３を満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車両内に用いられる床構造に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２０００−１２７９６４号公報がある。この公報に記載された鉄道車両用床構造は、鉄道車両の台枠に固定された横梁にキーストンプレートが溶接され、そのキーストンプレートの上方に、骨材と合成樹脂とにより構成される詰物層が形成されている。
特開２０００−１２７９６４号公報

鉄道車両の運転効率の面から、車両軽量化が望まれており、鉄道車両用の床構造においても軽量化が望まれる。しかしながら、上記の床構造では、軽量化についてまだ十分とはいえない。一方で、鉄道車両の床構造は乗客を支持するものであるため、床構造の軽量化にあたっては、十分な強度を保持していなければならない。

そこで、本発明は、十分な強度を有しつつ軽量化された鉄道車両用床構造を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両用床構造は、板状アクリル樹脂発泡芯材の上面及び下面に軽金属板が貼り合わされたパネルと、パネルの下面に固定されて、パネルを支持する波板とを備え、板状アクリル樹脂発泡芯材の厚さは５〜８ｍｍであって、発泡倍率は１倍を超えて１８倍以下であり、板状アクリル樹脂発泡芯材の上面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_１[ｍｍ]は、１．０≦Ｔ_１≦２．０であって、板状アクリル樹脂発泡芯材の発泡倍率Ｘに対して、Ｔ_１≧０．１・Ｘ−０．３を満たすことを特徴とする。

この鉄道車両床構造においては、パネルの芯材は板状の１倍を超え１８倍以下に発泡させたアクリル樹脂であるため、骨材と合成樹脂とを敷き詰めていた従来の鉄道車両床構造に比べて、この鉄道車両床構造は軽量化される。芯材の厚さが５〜８ｍｍであることでも鉄道車両用床構造は軽量化されると共に適度な強度を有する。また、その芯材の上面及び下面に貼り合わされた金属板は軽金属板であるため、鉄道車両用床構造はさらに軽量化される。したがって、このような軽量化によって鉄道車両の運転効率も図られる。そのうえ、パネルを波板に固定さえすれば鉄道車両床構造は作製できるため、波板に骨材と合成樹脂とを敷き詰めて硬化させていた従来の鉄道車両床構造に比べて、短期間で作製することができ、施工性も良い。しかも、この鉄道車両床構造は、断熱性にも優れる。ここで、板状アクリル樹脂発泡芯材の発泡倍率Ｘが高くなるほど、芯材の強度は低下する。そのため、１．０≦Ｔ_１≦２．０においてＴ_１＜０．１・Ｘ−０．３であると、パネルの上方からの荷重に対する強度が低下するため好ましくない。

さらに、板状アクリル樹脂発泡芯材の上面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_１と、板状アクリル樹脂発泡芯材の下面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_２との合計は２〜４ｍｍであって、Ｔ_１≧Ｔ_２であると好ましい。板状アクリル樹脂発泡芯材の上面及び下面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_１，Ｔ_２の合計を２〜４ｍｍと制限することで、鉄道車両用床構造の軽量化が図られる。しかも、Ｔ_１≧Ｔ_２として、芯材の下面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_２よりも、芯材の上面に貼り合わされた軽金属板の厚さＴ_１を厚くすることで、パネルの上方からの荷重に対する強度を向上させることができる。

また、上記の軽金属板は、アルミ板であるのが好ましい。これにより、鉄道車両用床構造の軽量化が図られると共に、強度も確保される。

本発明による鉄道車両用床構造によれば、十分な強度を有し、軽量化が図られる。

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

＜ 鉄道車両用床構造の構成＞
図１に示すように、鉄道車両用床構造１は、ステンレス鋼で波状に形成された波板状のキーストンプレート２とサンドイッチパネル（以下、パネルともいう）３を備えている。キーストンプレート２は、鉄道車両における台枠の横梁４に溶接されており、キーストンプレート２の高さは１３ｍｍ程度である。パネル３は、このキーストンプレート２に固着されている。すなわち、エッチングプライマーが一次プライマーとしてパネル３及びキーストンプレート２それぞれに塗布され、さらにウレタン樹脂が二次プライマーとしてパネル３及びキーストンプレート２それぞれに塗布されて、常温硬化型２液ウレタン樹脂の接着剤６によって、パネル３はキーストンプレート２に固着されている。

パネル３は、芯材７の上面に上板（軽金属板）８が貼り合わされ、芯材７の下面に下板（軽金属板）９が貼り合わされて構成されている。ここで、芯材７は、軽量化のため、板状のアクリル樹脂発泡芯材が採用されている。上板８及び下板９は、いずれも軽量化のためにアルミ板が採用されている。この上板８と芯材７とは接着されている。すなわち、変性ポリオレフィンが芯材プライマーとして芯材７に塗布され、シランカップリング剤が表面材プライマーとして上板８に塗布されて、上板８と芯材７とが、接着剤である常温硬化型１液ウレタン樹脂により接着されている。同様に、変性ポリオレフィンが芯材プライマーとして芯材７に塗布され、シランカップリング剤が表面材プライマーとして下板９に塗布されて、下板９と芯材７とが、接着剤である常温硬化型１液ウレタン樹脂により接着されている。さらに、パネル３の上面には、床敷物１１（約２．５ｍｍ厚）が敷かれている。床敷物１１の材質としては、塩化ビニルシート、ゴムシート、或いはオレフィン系樹脂シート等が例示される。

このような鉄道車両用床構造１において、パネル３の適度な強度の保持と軽量化のため、芯材７の厚さは、５〜８ｍｍ程度が良い。また、芯材７の素材であるアクリル樹脂発泡芯材の発泡倍率は、１倍を超えて１８倍以下が良い。芯材７の発泡倍率が１８倍を超えると、パネル３の強度が低下するため、好ましくない。なお、芯材７の発泡倍率は、８〜１８倍がより好ましく、１０〜１５倍であるとさらに好ましい。ここで、発泡倍率とは、無発泡時における樹脂の容積に対する発泡後の容積の倍率である。

さらに、パネル３の軽量化のため、上板８の厚さは、１．０ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下であると良い。上板８の厚さが１．０ｍｍ未満であると、パネル３の強度が低下するため好ましくなく、上板８の厚さが２．０ｍｍを超えるとパネル３としての強度はさほど向上せず、むしろ重量が増す影響が大きくなるため好ましくない。

また、芯材７の発泡倍率Ｘが高いほど、パネル３の強度は低下する。したがって、パネル３としての強度、特に、パネル３の上面からの荷重に対する強度を確保するため、芯材７の発泡倍率Ｘが高いほど、上板８の厚さＴ_１はより厚い方が良い。そこで、上板８の厚さをＴ_１[ｍｍ]とし、芯材７の発泡倍率をＸ倍とすれば、次式（１）を満たすと良い。
Ｔ_１≧０．１・Ｘ−０．３ …（１）

なお、上板８の厚さＴ_１[ｍｍ]、芯材７の発泡倍率Ｘ、及び下板９の厚さＴ_２[ｍｍ]の関係は、（１）式を満足し、さらに次式（２）〜（４）を満足するとさらに好ましい。
Ｘ≧１０ …（２）
１．０≦Ｔ_１≦１．５ …（３）
２≦Ｔ_１＋Ｔ_２≦４ …（４）

さらには、次式（５）を満たすと好ましい。
Ｔ_１≧Ｔ_２ …（５）

これは、上板８の厚さＴ_１と下板９の厚さＴ_２との合計を２〜４ｍｍと制限することにより、パネル３の軽量化を図ることができ、Ｔ_１≧Ｔ_２とすることで、パネル３の上面からの荷重に対する強度が確保されるためである。なお、Ｔ_１＋Ｔ_２＝２であるとより好ましく、Ｔ_１＞Ｔ_２であるとさらに好ましい。

なお、本発明は、上記実施形態に限られない。

例えば、上板８や下板９は、アルミ板の代わりに、マグネシウム合金製の板であっても良い。

以下、実施例を用いて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

表１に示す芯材７，上板８、下板９の組み合わせのパネル３を作製し、陥没物性試験、熱貫流率試験、面密度比較を行った。すなわち、芯材７の材質としては、アクリル樹脂（サンプルＮｏ．１〜８）又はポリプロピレン（サンプルＮｏ．９，１０）を採用した。芯材７の厚さは、７ｍｍ又は５ｍｍを採用し、発泡倍率は１０倍又は１５倍を採用した。また、軽量化のため、上板８の厚さと下板９の厚さの合計が２ｍｍとなるように、上板８の厚さは、１．０ｍｍ，１．２ｍｍ，又は１．５ｍｍを採用し、下板９の厚さは、１．０ｍｍ，０．８ｍｍ，又は０．５ｍｍを採用した。なお、各サンプルのパネルのサイズは、厚さ約０．９ｃｍ、幅約４．１ｃｍ、長さ約２１ｃｍである。

[ 陥没物性試験 ]
次に、陥没物性試験について説明する。陥没物性試験は、作製したパネル３（サンプルＮｏ．１〜１０）の中央部に直径１０ｍｍの円柱状の金属によって所定の荷重をかけ、その荷重によるパネル３のたわみ量を測定し、荷重とたわみ量の関係を測定するものである。これにより、床面に集中荷重がかかったときの陥没のしにくさを測定することができる。なお、直径１０ｍｍの円筒状の金属を用いたのは、鉄道車両の走行中に、例えばハイヒールのヒール等によって床に集中荷重がかかった場合を想定したためである。

表１の「弾性限界」の欄に、サンプルのパネル３の中央部に円柱状金属によって荷重をかけたときの弾性限界における荷重とたわみ量を示す。

ここで、鉄道車両の走行中に直径１０ｍｍ程度の円領域で集中荷重がかかるとしても９０ｋｇｆ程度であるから、弾性限界荷重が９０ｋｇｆを十分超え、９０ｋｇｆ程度の荷重がかかっても弾性によりたわみが解消して元の状態に復元することが望ましい。そこで、９０ｋｇｆ以上の荷重を加えても元の状態に復元したパネルを「可」（○）とし、復元しなかったパネルを「不可」（×）とした。

図２に、「可」（○）と判定されたサンプルＮｏ．１〜３，５〜８のパネルにおける荷重とたわみ量の関係を示す。また、図３に「不可」（×）と判定されたサンプルＮｏ．４，９，１０のパネルにおける荷重とたわみ量の関係を示す。図２に示すように、荷重０〜９０ｋｇｆの範囲において、荷重とたわみ量の関係がほぼ直線的な関係（弾性変形領域）にあるサンプルＮｏ．１〜３，６，８は、「可」（○）と判定されたサンプルの中でも、より好ましいため、「良」（◎）と判定した。

図４に、芯材７の材質をアクリル樹脂発泡心材、芯材７の厚さ７ｍｍを採用したサンプルＮｏ．１〜６について、上板８の厚さ（Ｔ_１）と発泡倍率（Ｘ）と評価（◎，○，×）との関係を示す。ここで、図４中のＡ〜Ｄの直線は、下記の関係式の線である。
Ｔ_１＝０．１・Ｘ−０．３ …（Ａ）
Ｔ_１＝０．１・Ｘ−０．１５ …（Ｂ）
Ｔ_１＝０．１・Ｘ …（Ｃ）
Ｘ≧１０ …（Ｄ）

図４からわかるように、１＜Ｘ≦１８，１．０≦Ｔ_１≦２．０，且つＴ_１≧０．１・Ｘ−０．３を満たす範囲には、「可」（○）又は「良」（◎）と判定されたパネルが含まれている。さらに、Ｔ_１≧０．１・Ｘ−０．１５を満たす範囲であれば、「良」（◎）と判定されたパネルのみが含まれている。勿論、Ｔ_１≧０．１・Ｘを満たす範囲も「良」（◎）と判定されたパネルのみが含まれている。なお、これらの関係を満たす範囲であって、Ｘ≧１０を満たすとさらに好ましい。

[ 熱貫流率試験 ]
次に熱貫流率試験について説明する。

熱貫流率を求めるための条件を以下のように設定した。
夏場の外表面熱伝達率ｈｏｓ：２３．３
冬場の外表面熱伝達率ｈｏｗ：３４．９
内表面熱伝達率ｈｉ：９．３

そして、表２に示すように、サンプルＮｏ．１，７と従来型床構造について熱貫流率を求めて対比した。ここで、従来型床構造は、キーストンプレートに骨材と合成樹脂とが敷き詰められて構成された床構造である。また、表２において、熱貫流率は、パネルのみの熱伝導抵抗を測定し、キーストンプレートとその空気層を考慮して計算したものである。従来型床構造の谷と山とは、キーストンプレートの谷状部分と山状部分を意味し、その２種類の部分に分けてパネルの熱伝導抵抗を求め、熱貫流率を計算した。ｈｏｓ，ｈｏｗ，ｈｉ，Ｒ（床構造の熱伝導抵抗），Ｕ（熱貫流率）の関係を次式に示す。
夏場の熱貫流率Ｕ＝１／｛（１／ｈｏｓ）＋（１／ｈｉ）＋Ｒ｝ …（６）
冬場の熱貫流率Ｕ＝１／｛（１／ｈｏｗ）＋（１／ｈｉ）＋Ｒ｝ …（７）

図５は、表２に示した各サンプルの床構造における夏場及び冬場の熱貫流率を示す。図５に示すように、従来型構造の熱貫流率に比べて、サンプルＮｏ．１，７の熱貫流率は１３〜１４％程度低減した。このことから、サンプルＮｏ．１，７のパネルは、断熱性能が向上したことがわかった。

[ 面密度の比較 ]
次に、面密度の比較について説明する。

サンプルＮｏ．１，７のサンプルパネルの面密度は、表２に示すように、測定の結果、１ｍ^２あたりそれぞれ７．７ｋｇ，７．５ｋｇであった。また、骨材と合成樹脂とが敷き詰められて構成された従来型床構造におけるキーストンプレートの重量を除いた面密度は、１ｍ^２あたり１５．８ｋｇであった。このことから、パネルの重量は、５０％以下にまで軽減され、床構造全体としても、その重量は軽減されることが分かった。

本発明に係る鉄道車両用床構造の一実施形態を示す断面図である。 陥没物性試験における各サンプルパネルの荷重−たわみ量の関係を示すグラフである。 陥没物性試験における各サンプルパネルの荷重−たわみ量の関係を示すグラフである。 発泡倍率と上板厚さと強度の評価との関係を示すグラフである。 各サンプルパネルを用いた床構造の熱貫流率を示すグラフである。

符号の説明

１…鉄道車両用床構造、２…キーストンプレート（波板）、３…パネル、７…芯材、８…上板（軽金属板）、９…下板（軽金属板）。

Claims (3)

1. 板状アクリル樹脂発泡芯材の上面及び下面に軽金属板が貼り合わされたパネルと、
   前記パネルの下面に固定されて、前記パネルを支持する波板とを備え、
   前記板状アクリル樹脂発泡芯材の厚さは５〜８ｍｍであって、発泡倍率は１倍を超えて１８倍以下であり、
   前記板状アクリル樹脂発泡芯材の前記上面に貼り合わされた前記軽金属板の厚さＴ_１[ｍｍ]は、１．０≦Ｔ_１≦２．０であって、前記板状アクリル樹脂発泡芯材の発泡倍率Ｘに対して、Ｔ_１≧０．１・Ｘ−０．３を満たすことを特徴とする鉄道車両用床構造。
2. 前記板状アクリル樹脂発泡芯材の前記上面に貼り合わされた前記軽金属板の厚さＴ_１と、前記板状アクリル樹脂発泡芯材の下面に貼り合わされた前記軽金属板の厚さＴ_２との合計は２〜４ｍｍであって、Ｔ_１≧Ｔ_２であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用床構造。
3. 前記軽金属板は、アルミ板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用床構造。

Images