JP2009107460A - 継ぎ手構造及び鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

【課題】縦骨及び横骨のいずれの部材も分断せずに接続する。
【解決手段】継ぎ手構造１は、対向する一対のフランジ１１及び一対のフランジ１１を接続するウェブ１２を有する縦骨１０と、対向する一対のフランジ２１及び一対のフランジ２１を接続するウェブ２２を有する横骨２０とを交差させて連結する継ぎ手構造である。この継ぎ手構造１では、縦骨１０のウェブ１２に横骨２０を挿入可能な開口部１２ａを形成し、横骨２０を開口部１２ａに挿入した状態で、縦骨１０のフランジ１１と横骨２０のフランジ２１とが接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、継ぎ手構造及び鉄道車両構体に関し、特に、フランジ及びウェブを有する第１骨部材及び第２骨部材を交差させて連結する継ぎ手構造及びその継ぎ手構造を備える鉄道車両構体に関する。

多くの鉄道車両構体は、図１１に示すように、交差する骨部材１１０，１２０を連結させた継ぎ手構造を備えており、この継ぎ手構造は、骨部材同士が十字状（図１１のＡ部分）又はＴ字状（図１１のＢ部分）に接続される（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される鉄道車両構体は、縦部材と横部材との接続部分に立体継手を取り付けることにより、縦部材と横部材とを結合している。

上記した特許文献１に開示されるような立体継手を用いて骨部材（縦部材、横部材）を連結させる技術以外にも、様々な技術が知られている。図１２は、図１１に示したＡ部分の十字状の継ぎ手構造を示した図であり、図１３は、図１１に示したＢ部分のＴ字状の継ぎ手構造を示した図である。図１４は、図１２に示した十字状の継ぎ手構造の接合方法を説明するための模式図である。ここで、図１２〜図１４を参照して、従来の一例に係る継ぎ手構造について説明する。

この継ぎ手構造は、図１２及び図１３に示すように、交差する縦骨１１０及び横骨１２０を溶接により接合することによって構成される。縦骨１１０及び横骨１２０は、それぞれ、対向する一対のフランジ１１１，１２１と当該一対のフランジ１１１，１２１を接続するウェブ１１２，１２２とを有し、断面コの字形状（チャンネル形状）を有している。

特開平９−３０４１４号公報

上記した特許文献１に記載の継ぎ手構造及び図１２に示した継ぎ手構造では、図１４に示すように、骨部材同士が十字状に接続される部分において、縦骨１１０及び横骨１２０のいずれか一方（図１４では、横骨１２０）を分断しておく必要がある。そして、分断された横骨１２０ａ、１２０ｂの端部を縦骨１１０の側部に両側から突き当てた状態で溶接する。

前述した特許文献１の継ぎ手構造及び図１４に示した継ぎ手構造では、以下の問題点が存在する。

まず、第１の問題点は、継ぎ手構造の強度に異方性が生じてしまうことである。つまり、分断されていない縦骨１１０に沿う疲労強度は、本来の部材の疲労強度を有するが、縦骨１１０を介して接続される横骨１２０ａ及び１２０ｂに沿う疲労強度は、接続部で母材が直接つながっておらず、溶接による溶着金属を介して連結されているだけなので、分断されていない場合に比べて弱い。なお、上記特許文献１では、継ぎ手構造の強度を確保するために補強材を用いているが、当該補強材の分だけ部品点数が増加し、且つ、重量が増大するという問題がある。

第２の問題点は、組立溶接の際に、縦骨１１０と、横骨１２０ａ及び１２０ｂとを相互に位置決めする必要があり、組立作業の効率が悪化することである。さらに、縦骨１１０に対して溶接される横骨１２０ａ及び１２０ｂの相互位置がずれて溶接された場合には、横骨１２０ａと１２０ｂとの間の軸力が正確に伝達されず、本来の疲労強度が発揮されないという不都合もある。

第３の問題点は、縦骨１１０に対して横骨１２０ａ及び１２０ｂを溶接するために、母材（横骨１２０）から横骨１２０ａ及び１２０ｂを予め分断しておく必要があるため、その分断作業が増加し、加えて部品点数が増加することである。

第４の問題点は、骨部材同士が十字状に接続される部分において、縦骨１１０と横骨１２０ａとの溶接、及び、縦骨１１０と横骨１２０ｂとの溶接が必要となり、溶接量が増大することである。特に、図１４に示すように、互いのフランジ１１１，１２１が重複しない縦骨１１０と横骨１２０ａとの溶接では、スポット溶接や栓溶接に比べて煩雑な作業が必要となるアーク溶接を用いる必要がある。その結果、アーク溶接時に加わる熱により、縦骨１１０及び横骨１２０ａに熱歪みが発生するという問題もある。

そこで、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、第１骨部材及び第２骨部材のいずれの部材も分断せずに接続することが可能な継ぎ手構造及びその継ぎ手構造を備えた鉄道車両構体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の継ぎ手構造は、一対のフランジ及び一対のフランジを接続するウェブをそれぞれ有する第１骨部材及び第２骨部材を交差させて連結する継ぎ手構造において、第１骨部材のウェブに第２骨部材を挿入可能な開口部を形成し、第２骨部材を開口部に挿入した状態で、第１骨部材のフランジと第２骨部材のフランジとが接合される。

この発明に係る継ぎ手構造では、上記のように、第２骨部材を開口部に挿入した状態で、第１骨部材のフランジと第２骨部材のフランジとを接合するので、第１骨部材及び第２骨部材のいずれの部材も分断せずに接続することができる。このため、第１骨部材及び第２骨部材は、分断した骨部材を溶接により接合する場合に比べて、継ぎ手構造の疲労強度が向上する。その結果、継ぎ手構造の疲労強度に異方性が生じるのを緩和することができる。また、本発明では、継ぎ手構造の強度を確保するための別部品（補強材など）を用いる必要がないので、部品点数が増加するのを抑制し、且つ、継ぎ手構造の重量が増大するのを抑制することができる。

さらに、本発明では、組み立ての際に、第１骨部材に対する第２骨部材の位置決め作業を省略することができる。また、分断した骨部材を別々に位置決めしていた場合と異なり、本発明では骨部材の軸芯がずれることがないので、軸力を正確に伝達することができる。

また、本発明では、骨部材の分断作業や、骨部材の部品点数が増加するという問題を解消することができる。

また、本発明では、第１骨部材のフランジと第２骨部材のフランジとを接合することにより、両骨部材が接続される。従って、分断された２つの骨部材と当該２つの骨部材が接合される骨部材との３つの部材を接合する場合に比べて、接合に係る溶接量を低減することができる。また、接合箇所が少なくなるので、接合の強度がバラツクのを抑制することができ、継ぎ手構造の強度を安定して確保することができる。さらに、第１骨部材のフランジと第２骨部材のフランジとをアーク溶接などに比べて作業が簡便なスポット溶接や栓溶接により接合することができる。

上記継ぎ手構造において、好ましくは、第１骨部材は、そのフランジから延在する鍔部を含み、第２骨部材を開口部に挿入した状態で、鍔部と第２骨部材のフランジとが接合される。このように構成すれば、フランジから延在した鍔部の分だけ第２骨部材のフランジとの接合面積が増大するので、第１骨部材と第２骨部材とを強固に接合することができる。

上記継ぎ手構造において、好ましくは、第２骨部材を開口部に挿入した状態で、第１骨部材のウェブと第２骨部材のウェブとが接合される。このように構成すれば、第１骨部材のフランジと第２骨部材のフランジとの接合に加えて、第１骨部材のウェブと第２骨部材のウェブとが接合されるので、第１骨部材と第２骨部材とをより強固に接合することができる。

また、この発明の鉄道車両構体は、上記したいずれかの継ぎ手構造を備えている。このように構成すれば、第１骨部材及び第２骨部材のいずれの部材も分断せずに接続することが可能な継ぎ手構造を備えた鉄道車両構体を得ることができる。

以下、図面に基づいて、本発明に係る継ぎ手構造の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造を備える鉄道車両構体を示した図である。図２及び図３は、本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。以下、図２〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造の構成について説明する。

第１実施形態に係る継ぎ手構造１は、図１に示した鉄道車両構体（例えば、台枠）に用いられ、当該鉄道車両構体は、複数の縦骨１０と複数の横骨２０とを碁盤目状に組み付けることにより構成される。

継ぎ手構造１は、図２〜図４に示すように、縦骨１０及び横骨２０を有し、縦骨１０のウェブ１２に設けられた開口部１２ａに横骨２０を貫通させる構造である。

縦骨１０は、対向する一対のフランジ１１と当該一対のフランジ１１を接続するウェブ１２とを有する断面コの字形状（チャンネル形状）の部材である。本実施形態では、ウェブ１２には、後述する横骨２０を挿入可能な開口部１２ａ（図５（ｂ）参照）が設けられている。この開口部１２ａは、断面コの字形状の横骨２０の外形に沿ってコの字状に形成され、横骨２０の断面積以上の大きさを有している。これにより、開口部１２ａに対して、横骨２０を容易に挿入させることが可能となる。但し、開口部１２ａにおける横骨２０のウェブ２２が通過する部分は、図５（ｂ）に示すように、横骨２０のウェブ２２の厚みと同等の間隔しか有さず、横骨２０が挿入された状態で、当該開口部１２ａの内周面１２ｂと横骨２０のウェブ２２とが当接する（図３及び図４参照）。また、フランジ１１は、開口部１２ａに対して挿入された横骨２０のフランジ２１と重複して当接するように構成される。また、本実施形態では、縦骨１０には、フランジ１１から延在する鍔部１１ａが設けられており、横骨２０のフランジ２１との当接面積が増大するようになっている。この鍔部１１ａは、ウェブ１２の端部からフランジ１１が延びる方向と同一方向に延在している。

図５は、図２に示した第１実施形態に係る縦骨の作成方法を示した斜視図である。ここで、縦骨１０の作成方法について説明する。まず、図５（ａ）に示すように、レーザー切断機等を用いて、略コの字状の開口部１２ａ’及び鍔部１１ａ’が設けられた板金１０Ａを切り出す。そして、谷折線１３（図５の一点鎖線）を折目としてそれぞれ折り曲げることにより、図５（ｂ）に示すように、対向する一対のフランジ１１が形成される。なお、このフランジ１１は、ウェブ１２を含む面に対して垂直に立設するように折り曲げられる。このようにして、断面コの字形状で、且つ、開口部１２ａ及び鍔部１１ａを有する縦骨１０が作成される。

なお、本実施形態では、従来の骨部材と異なり、開口部１２ａを設けたり、鍔部１１ａを設けたりする必要があるが、当該開口部１２ａや鍔部１１ａを設ける作業は、レーザー切断機等による自動作業であるので、作業負担が従来に比べて増加することはない。

一般的に、上記したようにウェブ１２に開口部１２ａが形成される断面コの字形状の縦骨１０は、開口の無い部材に比べても、Ｚ方向（図４参照）の曲げ強度は顕著に低下しない。その理由は、断面コの字形状の部材のＺ方向の断面二字次モーメントや断面係数は中立軸から遠い部分、つまりフランジ１１の断面積に大きく影響されるから、このように中立軸付近に開口があってもフランジ１１が残っていれば、その値は著しく低下しないからである。

横骨２０は、上記した縦骨１０と同様に、対向する一対のフランジ２１と当該一対のフランジ２１を接続するウェブ２２とを有する断面コの字形状の部材である。ここで、横骨２０の高さ寸法Ｈ１を縦骨１０の高さ寸法Ｈ２より板厚分小さくしている理由は、組立時に縦骨１０に横骨２０を差し込み易くしつつ、横骨２０の一対のフランジ２１と縦骨１０のフランジ１１及び鍔部１１ａと重複させるためである。そして、この当接部分がスポット溶接や栓溶接などの方法で溶接される。

本実施形態では、上記したように、横骨２０を開口部１２ａに挿入した状態で、縦骨１０のフランジ１１と横骨２０のフランジ２１とを接合するので、縦骨１０及び横骨２０のいずれの部材も分断せずに接続することができる。このため、図１４に示した従来の分断した骨部材を溶接により接合する場合に比べて、継ぎ手構造１の疲労強度が向上する。その結果、継ぎ手構造１の疲労強度に異方性が生じるのを緩和することができる。また、本実施形態では、継ぎ手構造１の疲労強度を確保するための別部品（補強材など）を用いる必要がないので、部品点数が増加するのを抑制し、且つ、継ぎ手構造１の重量が増大するのを抑制することができる。

また、縦骨１０と横骨２０とを接合する場合に、組み立ての際に、縦骨１０に対する横骨２０の位置決め作業を省略することができる。また、従来のように分断した骨部材を別々に位置決めしていた場合と異なり、本実施形態では骨部材１０及び２０の軸芯がずれることがないので、軸力を正確に伝達することができる。

また、縦骨１０又は横骨２０の分断作業や、骨部材の部品点数が増加するという問題を解消することができる。

また、縦骨１０のフランジ１１と横骨２０のフランジ２１とをスポット溶接や栓溶接などの方法で接合することにより、両骨部材が接続される。従って、図１４に示した従来の継ぎ手構造のように、分断された２つの骨部材と当該２つの骨部材が接合される骨部材との３つの部材を接合する場合に比べて、接合に係る溶接量を低減することができる。また、接合箇所が少なくなるので、接合の強度がバラツクのを抑制することができ、継ぎ手構造１の強度を安定して確保することができる。さらに、縦骨１０のフランジ１１と横骨２０のフランジ２１とが重複しているので、アーク溶接などに比べて作業が簡便なスポット溶接や栓溶接により接合することができる。

また、本実施形態では、縦骨１０は、そのフランジ１１から延在する鍔部１１ａを含み、横骨２０を開口部１２ａに挿入した状態で、鍔部１１ａと横骨２０のフランジ２１とが接合される。このように構成すれば、鍔部１１ａの分だけ横骨２０のフランジ２１との接合面積が増大するので、縦骨１０と横骨２０とを強固に接合することができる。

（第２実施形態）
図６及び図７は、本発明の第２実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。図８は、図６に示した第２実施形態に係る継ぎ手構造の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態による継ぎ手構造２の構成について説明する。

縦骨３０は、図６〜図８に示すように、対向する一対のフランジ３１と当該一対のフランジ３１を接続するウェブ３２とを有する断面コの字形状（チャンネル形状）の部材である。本実施形態では、ウェブ３２には、後述する横骨２０を挿入可能な矩形状の開口部３２ａ（図９（ｂ）参照）が設けられている。また、フランジ３１は、開口部３２ａに対して挿入された横骨２０のフランジ２１と当接するように構成される。また、本実施形態では、縦骨３０には、フランジ３１から延在する鍔部３１ａが設けられており、横骨２０のフランジ２１との当接面積が増大するようになっている。この鍔部３１ａは、上記した第１実施形態に係る鍔部１１ａと異なり、ウェブ３２を挟んでフランジ３１が延びる方向とは逆方向に延在している。また、鍔部３１ａ、フランジ３１、ウェブ３２が互いに接続する部分には、応力集中を避けるために円状の切込部３２ｂが設けられている。

図９は、図６に示したの第２実施形態に係る縦骨の作成方法を示した斜視図である。ここで、縦骨３０の作成方法について説明する。まず、図９（ａ）に示すように、レーザー切断機等を用いて、Ｈ形状の切込部３２ａ’及びその切込部３２ａ’の終端に位置する円状の４つの切込部３２ｂ’が設けられた板金３０Ａを切り出す。そして、谷折線３３（図９の一点鎖線）を折目として折り曲げることにより、図９（ｂ）に示すように、対向する一対のフランジ３１及び一対の鍔部３１ａが形成される。なお、フランジ３１及び鍔部３１ａは、ウェブ３２を含む面に対して垂直に立設するように折り曲げられる。このようにして、断面コの字形状で、且つ、開口部３２ａ及び鍔部３１ａを有する縦骨３０が作成される。

なお、この第２実施形態では、横骨は、上記第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一の符号を付しその説明を省略する。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、継ぎ手構造について説明したが、本発明はこれに限らず、継ぎ手構造を備えた鉄道車両構体（台枠、側構体、妻構体、屋根構体）も含む。

また、上記第１実施形態では、ウェブ１２の端部からフランジ１１が延びる方向と同一方向に延在する鍔部１１ａを設け、上記第２実施形態では、ウェブ３２を挟んでフランジ３１が延びる方向とは逆方向に延在する鍔部３１ａを設けたが、本発明はこれに限らず、図１０に示す変形例のように、第２実施形態の鍔部３１ａに対応する鍔部４１ａに加えて第１実施形態の鍔部１１ａに対応する鍔部５１ａをさらに付加してもよい。

また、上記実施形態では、断面コの字形状（チャンネル形状）の縦骨及び横骨を用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、断面がＺ形の場合など、中立軸から遠い部分の断面積が大きい骨部材を本発明の継ぎ手構造に効果的に適用できる。

また、上記第１実施形態では、開口部１２ａにおける横骨２０のウェブ２２が通過する部分は、横骨２０のウェブ２２の厚みと同等の間隔しか有さず、横骨２０が挿入された状態で、当該開口部１２ａの内周面１２ｂと横骨２０のウェブ２２とが当接するように構成したが、本発明では、開口部１２ａの内周面１２ｂと横骨２０のウェブ２２とをアーク溶接等により接合しても良い。この場合、接合に係る接合材の使用量は増加するが、縦骨と横骨とを更に強固に接合することができる。

本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造を備える鉄道車両構体を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。 図２に示した第１実施形態に係る継ぎ手構造の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。 図２に示した第１実施形態に係る縦骨の作成方法を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る継ぎ手構造を示した斜視図である。 図６に示した第２実施形態に係る継ぎ手構造の（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。 図６に示したの第２実施形態に係る縦骨の作成方法を示した斜視図である。 本発明の変形例に係る縦骨の斜視図である。 従来の鉄道車両構体を示した図である。 図１１に示したＡ部分の十字状の継ぎ手構造を示した図である。 図１１に示したＢ部分のＴ字状の継ぎ手構造を示した図である。 図１２に示した十字状の継ぎ手構造の接合方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１０、３０ 縦骨
２０ 横骨
１１、２１、３１ フランジ
１２、２２、３２ ウェブ
１２ａ、３２ａ 開口部
１１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ 鍔部

Claims (4)

1. 一対のフランジ及び前記一対のフランジを接続するウェブをそれぞれ有する第１骨部材及び第２骨部材を交差させて連結する継ぎ手構造において、
   前記第１骨部材のウェブに前記第２骨部材を挿入可能な開口部を形成し、
   前記第２骨部材を前記開口部に挿入した状態で、前記第１骨部材のフランジと前記第２骨部材のフランジとが接合されることを特徴とする、継ぎ手構造。
2. 前記第１骨部材は、そのフランジから延在する鍔部を含み、前記第２骨部材を前記開口部に挿入した状態で、前記鍔部と前記第２骨部材のフランジとが接合されることを特徴とする、請求項１に記載の継ぎ手構造。
3. 前記第２骨部材を前記開口部に挿入した状態で、前記第１骨部材のウェブと前記第２骨部材のウェブとが接合されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の継ぎ手構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の継ぎ手構造を備えることを特徴とする、鉄道車両構体。

Images