JP2010012863A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく剛性を高めた鉄道車両を提供すること。
【解決手段】外板１１に骨部材１２，１３を接合した車両用構体１によって構成され、その車両用構体１には装備品を支持するための内骨１６，６１が接合されているものであって、その内骨１６，６１が複数の骨部材１３に接合され、その骨部材１３同士を連結する継手として機能するようにした鉄道車両。
【選択図】 図２

Description

本発明は、開口部の形成された側構体の剛性を高めた鉄道車両に関し、特に、装備品を支持するために設けられた既存の骨部材である内骨を利用して剛性を高めるようにした鉄道車両に関する。

鉄道車両は、屋根構体、側構体、台枠及び妻構体が互いに接合されて車両用構体が構成されているが、車体の自重や乗客などの垂直荷重によって側構体に対してせん断力などが作用するため、剛性を高めた構造にすることが必要である。そうした場合、車両用構体を構成する外板はそれ自体が骨部材を有するものではないので、剛性を高めるため、断面がハット形状の横骨や縦骨などの骨部材が外板に接合される。

例えば、下記特許文献１には、図１４に示す側外板の一部が記載されている。外板１０１の内面には、断面がハット形状の骨部材１０２がレーザ溶接によって接合されている。特に、骨部材１０２は車体横方向に配置された横骨（以下、横骨１０２とする）である。一般的に、外板１０１の車体外側の表面には横方向に研磨加工が施されているので、レーザビームの走行方向を研磨方向に合わせるため、横骨１０２を直接外板１０１に当てたレーザ溶接が行われる。ここで、図１５は、鉄道車両の側構体を車内側から見た状態を示す図である。側構体１１０は、図示するような面積の大きい窓開口部１１１が形成されているため剛性が低くなる。そこで、横骨１０２に重ねて戸尻柱１３１や窓柱１３２などの縦骨１０３がレーザ溶接によって接合されている。
特開２００５−３２９４１２号公報

前記従来例のように、横骨１０２に縦骨１０３を重ねて溶接することで、その鉄道車両について、側構体の断面変形を抑えるための剛性が得られる。しかし、特許文献１に示す構造の鉄道車両は、縦骨１０３が外板１０１から浮いている分、直接外板に接合されたものに比べて加工コストを抑えられる一方で、剛性を高める効果が劣るとも考えられる。側構体の開口面積が大きい構造であればある程、その周囲の変形は無視できないものになってくる。その一方で、別部材を用いて剛性を高めたのでは、部品点数の増加によってコストを上げるだけでなく、車体重量を増加させることになってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、部品点数を増やすことなく剛性を高めた鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両は、外板に骨部材を接合した車両用構体によって構成され、その車両用構体には装備品を支持するための内骨が接合されているものであって、前記内骨が複数の骨部材に接合され、当該骨部材同士を連結する継手として機能するようにしたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記車両用構体が、外板に横骨が接合され、その横骨に対して縦骨が接合されたものであり、前記内骨は、複数の前記縦骨に接合されものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記内骨が、前記車両用構体に形成された窓開口部の上下両側の辺の一方又は双方に沿って配置され、前記窓開口部の上下に設けられた複数の縦骨に接合されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記窓開口部の左右両側の辺に沿って縦骨が設けられ、その左右両側の縦骨に前記内骨が接合されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記車両用構体を構成する側構体が、側梁に対して上方に突き出るように内骨が接合され、その内骨が側構体の縦骨を下端部分で連結するようにしたものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、車両用構体に設けられた内骨が、本来の装備品支持として機能する他、複数の骨部材同士を互いに接続させる継手として機能させているので、部品点数を増やすことなく車両用構体の剛性を高めることができる。

次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の鉄道車両を構成する側構体を示した図である。この鉄道車両は、ステンレス製構体であって、その側構体１が構体ブロックなどのパーツを接合して組み合わされた車両用構体によって構成されている。車両用構体は、側構体１の上部に屋根構体が、前後には妻構体がそれぞれ接合され、更にその下には台枠が接合されている。側構体１は、２つの車端窓ブロック２と中間窓ブロック３、そして窓ブロック２，３の間に３つの側入口ブロック４が接合されている。車端窓ブロック２や中間窓ブロック３は、例えば上下に分けられた上部外板と下部外板との接合によって側外板が形成され、その車体内側には剛性を保つため骨部材などが接合されている。

次に図２は、中間窓ブロックを車内側から表した図であり、両端には接合された側入口ブロック４が示されている。中間窓ブロック３は、外板１１に骨部材を接合して構成されている。図３乃至図５は、そうした構造が分かりやすいように、それぞれ中間窓ブロックの腰部、吹寄せ部、幕部を横方向に切った図２のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面そしてＣ−Ｃ断面を示した図であり、図６は、腰部を縦方向に切った図２のＤ−Ｄ断面図である。

中間窓ブロック３は、厚さ２ｍｍのステンレス製の外板１１に対し、厚さ１．５ｍｍステンレス製板材から形成された補強部材である横骨１２と縦骨１３とが接合されている。なお、以下の説明において、特定の横骨１２又は縦骨１３を他のものと区別する場合には、ａ，ｂ…の符号を付して示す。横骨１２及び縦骨１３は、そのほとんどが図６に示すように、断面がコの字に折り曲げられた立体部３０１と、その両側に張り出したフランジ部３０２が連続したハット形状をしたものである。

本実施形態では、例えば図６に示すように、横骨１２が外板１１に直接接合され、その横骨１２に重ねて縦骨１３が接合されている。横骨１２は、外板１１に重ねられたフランジ部３０２に沿うようにレーザ溶接が行われ、縦骨１３は、そのフランジ部３０２が横骨１２の立体部３０１に重ねられ、その重なった部分にレーザ溶接が行われる。本実施形態では、骨部材の接合にレーザ溶接が使用されるが、接合手段としてはレーザ溶接の他、スポット溶接や栓溶接を使用してもよい。また、本実施形態でも部分的には栓溶接なども使用されている。

腰部では、図２に示すように、４本の横骨１２が外板１１に接合され、その横骨１２の上には、窓開口部２１の下の４本の縦骨１３ａと、窓開口部２１の左右の縦辺に沿って２本の縦骨１３ｂが接合されている。そして、最上部の横骨１２ｂは、上方に延びたフランジ部３１１が形成され、その先端には車内側に折り曲げられたヘリ曲部３１１ａが形成され、窓開口部２１の窓枠剛性が高められている。側外板を構成する上部外板１１と下部外板１１との境目Ｐがこのフランジ部３１１の高さにあり、上部に分割された外板１１は段差のない車体表面になるように構成されている。一方、外板１１の下方には、台形形状の断面をした長土台１４が接合され、下側のフランジ部１４ａが下方に延びて内側の側梁１７に沿って形成される。また、外板１１は、その下端部分が側梁１７やフランジ部１４ａに重ねて接合されている。

ここで図７は、中間窓ブロック３の左側端部を示した図３の一部拡大図である。側入口ブロック４との連結部分であり、側入口フレーム１８が外板１１の外側に重ねて接合されている。外板１１の内側には縦骨１３ｃが接合されているが、この縦骨１３ｃは、立体部３０１の側面と片側のフランジ部３０２に切欠き１３１（図２参照）が複数形成され、横骨１２の先端の端部が挿入されている。縦骨１３ｃの接合は、外板１１に当てられたフランジ部３０２のレーザ溶接によって行われるが、表面側には側入口フレーム１８があるため、縦方向の溶接痕が車体表面に現れることはない。

次に、中間窓ブロック３の幕部には、図５に示すように、外板１１に対して横骨１２が直接接合され、その上に縦骨１３が重ねられて接合が行われる。図８は、幕部を示した図２のＥ−Ｅ断面図である。図示するように、外板１１には横骨１２が接合され、その上端部に横骨１２ｄのフランジ部３０２と屋根構体８の端部が重ねられて接合されている。一方、幕部における最下部の横骨１２ｅは、下方に延びたフランジ部３１３が形成され、その先端には内側に折り曲げられたヘリ曲部３１３ａが形成され、窓開口部２１の窓枠剛性が高められている。

続いて、せん断力のかかりやすい吹寄せ部には、図２に示すように、補強部材としてシアプレート３１が張り合わされている。このシアプレート３１は、板厚２ｍｍの外板１１に対し、厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板あって、窓開口部２１の左右両側に設けられている。シアプレート３１は、吹寄せ部全体に重なる大ききであって、特に窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４の周りに沿うように突起部３１ａが上下に形成され、その窓隅部Ｒ１〜Ｒ４を補強する形状になっている。

吹寄せ部では、こうしたシアプレート３１の上から骨部材を接合した構成になっている。そして、シアプレート３１によって剛性を高めているため、中間の縦骨１３を省略した構造になっている。吹寄せ部は、図４に示すように、外板１１にシアプレート３１が重ねられてレーザ溶接によって接合されているが、横骨１２と同様に車体横方向にレーザを走らせて接合される。そうしたシアプレート３１に対し、横骨１２ｆがレーザ溶接によって接合され、その両端部に縦骨１３ｂ，１３ｃが接合されている。縦骨１３ｂは、片側を長くして段差のついた一方のフランジ部３１４がシアプレート３１に当てられて接合されている。この場合、縦方向にレーザ溶接を行っても、シアプレート３１が間にあるため、外板１１の表面に縦方向の溶接痕は現れない。

外板１１は、端部が応力を受けて変形し易いため、外形線に沿って骨部材を接合するなどして強度を確保しているが、本実施形態では、窓開口部２１の窓枠に沿って起立したヘリ曲部が形成されている。そこで、シアプレート３１には、窓開口部２１の形状に沿って図４に示すようにヘリ曲部３１ｂが形成されている。更に、窓開口部２１の上下にも同様にヘリ曲部が形成されている。ここで図９及び図１０は、窓隅部Ｒ１或いはＲ２を示した図であり、いずれも図（ａ）は図２の一部拡大図であり、図（ｂ）はその横方向断面図である。

図９に示す窓開口部２１の下の腰部には、横骨１２ｂが外板１１に接合され、そこに内骨１６が車内側へ突き出すように（図６参照）接合されている。横骨１２ｂは、窓開口部２１側のフランジ部３１１が上方に延び、先端が折り曲げられたヘリ曲部３１１ａになっている。フランジ部３１１は、シアプレート３１の突起部３１ａと干渉しないように切り欠かれ、フランジ部３１１のヘリ曲部３１１ａと、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂは、窓開口部２１の枠形状に沿って連続している。そして、フランジ部３１１とシアプレート３１とはガセット３２によって連結され、そのガセット３２にもヘリ曲部３２ａが形成されている。なお、こうした構造は窓開口部２１において左右対称に形成され、右側の窓隅部Ｒ４にも同様に構成されている。

次に、図１０に示す窓開口部２１の上の腰部には、横骨１２ｅが外板１１に接合され、そこに内骨２６が重ね合わせて接合されている（図８参照）。内骨２６には切欠き部が形成され、そこに縦骨１３ｂの端部が挿入されて接合されている。横骨１２ｅは、窓開口部２１側のフランジ部３１５が延び、先端が折り曲げられたヘリ曲部３１５ａになっている。フランジ部３１５は、シアプレート３１の突起部３１ａと干渉しないように切り欠かれ、フランジ部３１５のヘリ曲部３１５ａと、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂは、窓開口部２１の枠形状に沿って連続している。そして、フランジ部３１５とシアプレート３１とはガセット３３によって連結され、そのガセット３３にもヘリ曲部３３ａが形成されている。なお、こうした構造は窓開口部２１において左右対称に形成され、右側の窓隅部Ｒ３にも同様に構成されている。

よって、鉄道車両の吹寄せ部は強度不足によって外板面へのシワが発生し易いが、本実施形態では吹寄せ部にシアプレート３１を重ねて剛性を高めることで強度不足を補っている。特に、窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４に対して突起部３１を形成して補強しているため、高い応力が発生する箇所も十分に強度を確保することができている。更に、窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４を含む枠形状に沿って、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂや骨部材のフランジ部３１１，３１５のヘリ曲部３１１ａ，３１５ａが形成されているため、この点でもより剛性を高めた構成になっている。従って、側構体に面積の大きい窓開口部２１が形成された鉄道車両であっても、車体剛性を向上させて面外変形に対する強度を増加させることができる。また、窓開口部２１の枠形状に沿って周状にヘリ曲部３１ｂ，３１１ａ，３１５ａが形成されているため、これが窓周囲のシールだまりを兼ねることもできる。

続いて、鉄道車両の装備品の取り付け構造について説明する。図１１は、ロングシートの取り付け部分を示した図である。腰掛４０は、座布団４１と背ズリ４２から構成されており、座布団４１は座部骨組み４３上に設けられ、背ズリ４２は不図示の背部骨組みに装着されている。腰掛４０は、こうした骨組み４３などが構体の骨部材１２，１３側に固定され、腰掛４０にかかる荷重を支持するよう構成されている。中間窓ブロック３の腰部には、図２に示すように、窓開口部２１の下に４本の縦骨１３ａが接合されている。その縦骨１３ａには、補強プレート４６が接合され、そこに座部骨組み４３がボルトによって締結されている。

ところで、内骨１６には、支持プレート５６が接合され、その支持プレート５６に対して窓部品５８がネジ止めされている。また、内骨１６には車内側に化粧板６０がネジ止めされている。内骨１６は、それ自体が剛性を高める機能はほとんど有していなかったが、本実施形態では、図２に示すように窓開口部２１の下辺に沿って配置され、縦骨１３に接合された剛構造になっている。

内骨１６は、図６に示すように左右の縦骨１３ｂの間に配置され、縦骨１３ａの上端に被せられるようにして接合されている。内骨１６は、断面Ｌ字形の板材であって、横骨１２ｂの立体部３０１にはレーザ溶接などによって接合され、縦骨１３ａ，１３ｂには栓溶接によって接合されている。内骨１６の端部は、図９（ａ）に示すように、縦骨１３ｂとの間にガセット２５によって接合されている。ガセット２５は、一方を縦骨１３ｂに載せ、他方を内骨１６内に入れ、穿設した長孔１６１に栓溶接が行われている。そして、４本ある縦骨１３ａに対応しては、図１２に示すように、穿設された長孔１６２に栓溶接が行われて接合されている。

車両用構体に設けられた内骨は、装備品支持を目的として構成されており、そのことから従来の内骨は、例えば図９（ｂ）の断面で示されるように先端部全体が浮いた状態で取り付けられていた。この点、本実施形態では、内骨１６を縦骨１３ｂ，１３ｂに接合することで、複数の骨部材同士を互いに接続させる継手として機能させている。従って、窓開口部２１の下側では、内骨１６によって縦骨１３ｂ，１３ｂが結合され、剛性を高めたことにより強固な構造になっている。

そして、縦骨１３の下端側でも、図６に示すように側梁１７に内骨６１が突き立てられるようにして接合され、剛構造が構成されている。その内骨６１は、図２に示すように、中間窓ブロック３両端の縦骨１３ｃの間に掛け渡され、縦骨１３ｃの他に縦骨１３ａ，１３ｂにも当接して接合されている。縦骨１３との当接部には長孔が形成され、栓溶接によって接合されている。従って、側構体の下端側では、内骨６１が継手として機能し、縦骨１３同士や側梁１７が結合され、剛性を高めたより強固な構造になっている。

次に、図１３は、側構体に組み付けられた荷棚について、その取り付け構造を示した断面図である。荷棚６５は、複数本の荷受け棒６６が、車体の長手方向に所定間隔で配置された荷棚ブラケット６７に架設されて構成されている。そして、その荷棚ブラケット６７が化粧板６８に当てられ、その裏側に設けられた縦骨１３ｄと、更にネジ座７１が重ねられ、ネジ止めによって荷棚６５が固定されている。ここでも、横骨１２に縦骨１３ｄが接合されており、その上端には屋根構体８の長桁１８０に接合されている。

ところで、内骨２６のような部材は、本来は窓フレーム７２，７３を支持するためのものであって、骨部材１２，１３のように車両構体の剛性を高める目的で設けられてはいない。従って、従来の内骨は、剛性を高める機能はほとんど有していなかったが、本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、内骨２６が横骨１２ｅとともに縦骨１３ｄや１３ｂに接合され、骨部材同士を接続する継手として機能している。すなわち、内骨２６には、図１０（ａ）に示すように、縦骨１３ｂや１３ｄの立体部３０１に当てられ、当該部分に穿設された長孔２６１に栓溶接が行われて接合されている。従って、内骨２６は、縦骨１３ｄや１３ｂを連結して剛構造を構成するとともに、特に窓開口部２１の上辺に沿って配置されていることにより、開口部の剛性を高めるように構成されている。

よって、基本的に内骨は設備品を支える役割を担い、車体剛性向上への寄与度は低いものであったが、本実施形態では、縦骨１３と接合させることで内骨１６，２６，６１を車体剛性向上に対して使用できるようになった。鉄道車両は、軽量化が求められているが、骨部材を別途用いることなく内骨１６，２６，６１を利用することで、質量を増加させることなく効果的に剛性向上を図っている。特に、内骨１６，２６は、窓開口部２１の上下部分の面外変形を抑え、側構体を強化する構成とすることができた。すなわち、内骨１６，２６，６１によって接合箇所を増やすことで窓周りの剛性を高めることができた。

以上、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について説明したが、本発明は、こうした実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、側構体１の中間窓ブロック３を例に挙げ、内骨１６，２６，６１に関して縦骨１３と接合した構造を示したが、側構体１以外の屋根構体や妻構体、或いは側構体３の車端窓ブロック２や側入口ブロック４における内骨についても同様に、複数の骨部材を接合して継手の役割をもたせるようにしてもよい。
また、各箇所においてレーザ溶接や栓溶接を適用して接合を示したが、各箇所の溶接方法は必ずしも当該接合方法に限られるものではない。

鉄道車両の一実施形態についてその側構体を示した図である。 鉄道車両の中間窓ブロックを接車内側から示した図である。 中間窓ブロックの腰部を横方向に切った図２のＡ−Ａ断面図である。 中間窓ブロックの吹寄せ部を横方向に切った図２のＢ−Ｂ断面図である。 中間窓ブロックの幕部を横方向に切った図２のＣ−Ｃ断面図である。 中間窓ブロックの腰部を縦方向に切った図２のＤ−Ｄ断面図である。 中間窓ブロックの左側端部を示した図３の一部拡大図である。 中間窓ブロックの幕部を縦方向に切った図２のＥ−Ｅ断面図である。 窓開口部における腰部側の窓隅部を拡大して示した図である。 窓開口部における幕部側の窓隅部を拡大して示した図である。 ロングシートの取り付け部分を示した図である。 縦骨に対する内骨の接合部を示した図である。 側構体に組み付けられた荷棚について、その取り付け構造を示した断面図である。 外板に接合された骨部材を示した図である。 従来の鉄道車両の側構体を車内側から見た状態を示す図である。

符号の説明

１ 側構体
３ 中間窓ブロック
１１ 外板
１２ 横骨
１３ 縦骨
２１ 窓開口部
１６，２６，６１ 内骨
４０ 腰掛
６５ 荷棚

Claims (5)

1. 外板に骨部材を接合した車両用構体によって構成され、その車両用構体には装備品を支持するための内骨が接合されている鉄道車両において、
   前記内骨が複数の骨部材に接合され、当該骨部材同士を連結する継手として機能するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記車両用構体は、外板に横骨が接合され、その横骨に対して縦骨が接合されたものであり、前記内骨は、複数の前記縦骨に接合されものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記内骨は、前記車両用構体に形成された窓開口部の上下両側の辺の一方又は双方に沿って配置され、前記窓開口部の上下に設けられた複数の縦骨に接合されたものであることを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載する鉄道車両において、
   前記窓開口部の左右両側の辺に沿って縦骨が設けられ、その左右両側の縦骨に前記内骨が接合されたものであることを特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記車両用構体を構成する側構体は、側梁に対して上方に突き出るように内骨が接合され、その内骨が側構体の縦骨を下端部分で連結するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両。

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