JP2010047029A - 鉄道車両の側構体 - Google Patents

Abstract

【課題】出入り口や窓となる開口の隅部を母材とすることで、疲労強度を向上させる。
【解決手段】外側及び内側の面板部１３ａ，１３ｂがその間に位置するウエブ部１３ｃによってつながれているダブルスキン構造の押し出し形材１３を接合して形成され、出入り口となる開口Ｓ３が形成される。開口Ｓ３の下側隅部Ｒは、押し出し形材１３を切削して湾曲形状とされた外側の面板部１３ａａで構成される。下側隅部Ｒとなる面板部１３ａａの肉厚は、他の部分の面板部１３ａの肉厚より厚く形成されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、鉄道車両の側構体、特に前記側構体の、出入り口、窓などとなる開口周りの構造に関するものである。

従来より、外側及び内側の面板部がその間に位置するウエブ部によってつながれているダブルスキン構造の押し出し形材を接合して形成される鉄道車両の側構体は知られている（例えば、特許文献１参照）。

このように鉄道車両の側構体は、出入り口や窓などの開口を備える構造となっており、そのような開口の隅部には、応力が集中する。

そこで、このような応力集中を緩和するために、前記開口の隅部を、湾曲形状とすることが一般に行われている。このような湾曲形状とするために、従来は、例えば図１３（ａ）に示すように、開口１０１の周囲の母材１０２（通常はアルミ押し出し形材が使用される）よりも板厚が厚い補強材１０３を溶接により取り付けている。ここで、１０４は入口柱である。
特許２００２−１７８９１３号公報（段落００１９，００２０及び図３）

しかし、このような補強材を溶接により取り付ける構造とすると、大きな応力が生ずる部分、とくに補強材１０３の湾曲形状端部であって母材１０２や入口柱１０４と接する部分Ｐ１，Ｐ２が溶接部となるので、前記補強材の板厚を厚くしても、それほど強度が向上せず、補強効率が悪い。特に、疲労強度については、母材部と溶接部とでは強度が大きく異なるので、顕著に影響が現れる。また、厚さの厚い補強板と厚さの薄い母材との溶接継ぎ手となるため、溶接が困難で、溶接欠陥が生じやすい。

そこで、発明者は、図１３（ｂ）に示すように、開口１０１の下側隅部Ｒをまたぐように母材１０２’（押し出し形材）を入口柱１０４’の下側部分に嵌め込み、その母材１０２’に、開口１０１の下側隅部Ｒとなる湾曲形状の部分を形成するようにすれば、開口１０１の下側隅部Ｒをすべて母材１０２’とすることで、補強材を用いることなく、疲労強度を向上させることができることに着想し、本発明をなすに至ったものである。

この発明は、出入り口や窓となる開口の隅部を母材とすることで、疲労強度を向上させた鉄道車両の側構体を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、外側及び内側の面板部がその間に位置するウエブ部によってつながれているダブルスキン構造の押し出し形材を接合して形成され、出入り口や窓となる開口が形成される鉄道車両の側構体であって、前記開口の下側隅部は、前記押し出し形材を切削して湾曲形状とされた外側の面板部で構成され、前記下側隅部となる部分の面板部の肉厚は、他の部分の面板部の肉厚より厚く形成されていることを特徴とする。

このようにすれば、応力集中が生じる下側隅部がすべて押し出し形材（母材）となるため、溶接により補強板を取り付ける従来の構造に比べて、薄い板厚で疲労強度を向上させることができる。

また、外側の面板部の、前記開口の下側隅部を形成する部分（前記湾曲形状の対応する部分）が他の部分よりも厚肉に形成されている押し出し形材を用いるだけで、下側隅部となる面板部の肉厚が、他の部分の面板部の肉厚より厚く形成されることになる。

特に、溶接により補強板を取り付ける従来の構造のように、応力集中が生じる下側隅部に溶接部がないため、溶接欠陥がなく、この溶接欠陥による不測の事態の発生を回避できる。

この場合、請求項２に記載のように、前記他の部分の面板部の肉厚より厚く形成されている部分は、前記隅部となる部分のみであればよい。

請求項３に記載のように、前記開口は出入り口で、前記押し出し形材の、前記開口の下側隅部（湾曲形状の部分）の上側に係合部が形成され、前記下側隅部の内側には、構体上下方向に延び下側端部に被係合部を有する入口柱が配置され、前記入口柱の被係合部に前記押し出し形材の係合部が係合していることが望ましい。

このようにすれば、入口柱の被係合部に押し出し形材の係合部が係合されることで、下側隅部となる面板部の肉厚の厚い構造が簡単に実現される。

請求項４に記載のように、前記入口柱は、構体上下方向に延び外側面を構成する外板部と、その外板部の内側に設けられ構体上下方向に延びる一対の側柱部とを備え、前記押し出し形材の外側の面板部であって厚肉に形成されている部分の厚さが、前記入口柱の外板部の厚さと同じ厚さとされ、前記被係合部においては、前記外板部が切除されて前記一対の側柱部で構成されている。

このようにすれば、前記押し出し形材の外側の面板部であって厚肉に形成されている部分の厚さが、前記入口柱の外板部の厚さと同じ厚さとされているので、前記入口柱の外板部が切除されて被係合部とされることで、この入口柱の被係合部と押し出し形材の係合部との係合が無理なく形成される。

請求項５に記載のように、前記押し出し形材の外側の面板部は、前記内側の面板部よりも幅広で、その端縁部が、別の押し出し形材の前記外側の面板部と接合可能とされ、前記ダブルスキン構造の部分の端部は、前記内側の面板部側において、段差部が形成され、前記入口柱と戸尻柱との間においては、接合される前記別の押し出し形材の段差部との間に亘って平板が設けられているが望ましい。

このようにすれば、戸袋部となる入口柱と前記出入り口とは反対側に前記入口柱と平行に配置される戸尻柱との間において、端縁部同士が接合される押し出し形材の段差部の間に亘って平板が設けられ、出入り口の周りでシングル構造となる部分の剛性が高められる。

本発明は上記のように構成したから、応力集中が生じる下側隅部がすべて押し出し形材（母材）となるため、溶接により補強板を取り付ける従来の構造に比べて、薄い板厚で疲労強度を向上させることができる。

２次的効果として、台枠と接する側構体の下端部が厚板であるので、オフセット衝突の際に他の車両が台枠上に乗り上げてくるケースにおいて、強度が高められていることになり、有利である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明の一実施の形態である鉄道車両の側構体の横断面図、図２は前記側構体が用いられた鉄道車両の斜視図、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ下降窓開口、固定窓開口及び出入り口となる部分の断面図である。

図１に示すように、鉄道車両の構体１は、左右の側構体２Ｌ，２Ｒと、これらの左右の側構体２Ｌ，２Ｒの上端部を連結する屋根構体３と、前記左右の側構体２Ｌ，２Ｒの下端部同士を連結する台枠４とを備える。

右の側構体２Ｒは、例えば図２に示すように、上下方向の中央部分に、上下方向に配置され相互に接合される４つの押し出し形材１１を備える。これら４つの押し出し形材１１の上下には、それらより上下方向の長さが短い２つの押し出し形材１２，１３がそれぞれ接合されている。そして、この側構体２Ｒには、図２及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、側構体２Ｒの下降窓開口、固定窓開口及び出入り口となる部分には、押し出し形材の一部が切除されて、開口Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が形成される。

押し出し形材１１は、図４に示すように、ダブルスキン構造の中央部分１１Ａと、その両側にそれぞれ連続して設けられるシングルスキン構造の端部部分１１Ｂとを有する。このダブルスキン構造の中央部分１１Ａは、車体外側（表面露出部）となる外側の面板部１１ａと、この外側の面板部１１ａと平行に延び車体内側となる内側の面板部１１ｂと、第１および内側の面板部１１ａ，１１ｂに直交する方向に延びそれらをつなぐ複数の鉛直ウエブ部１１ｃとを有する。

そして、外側の面板部１１ａの延長部分としてのシングルスキン構造の端部部分１１Ｂが中央部分１１Ａの両側に連続して設けられている。この端部部分１１Ｂの端縁同士は、図５に示すように、例えば摩擦攪拌接合により接合される。また、押し出し形材１２，１３についても同様にして接合される。これらの押し出し形材１１〜１３が接合されることで、鉄道車両の側構体２Ｒ（または２Ｒ）となるパネルが形成される。なお、Ｗは窓ガラスである。

換言すれば、１つの押し出し形材１１全体をみれば、外側の面板部１１ａは、内側の面板部１１ｂよりも幅広で、その端縁部が、別の押し出し形材の外側の面板部１１ａの端縁部と接合可能とされ、それらを接合することで側構体２Ｌ，２Ｒとなるパネルが形成される。

また、内側の面板部１１ｂの外表面側には、隣り合う鉛直ウエブ部１１ｃの間に対応する部分の幅方向（形材長手方向に直交する方向）の中心において、形材長手方向に延びる、目印ラインとして機能する直線状の微小凸部１１ｅ（高さ０．３ｍｍ程度）が形成されている。この微小凸部１１ｅは、内側の面板部１１ｂに、吊り溝部を形成するための長孔１１ｆを形材長手方向に後加工により形成する際の目印とするものである。この長孔１１ｆには、後述するように、内装材取り付け用の支持ボルトＴの頭部Ｔ１が挿入される。なお、目印ラインとして機能する微小凸部１１ｅに代えて、微小凹部とすることも可能である。

このようにすれば、押し出し形材１１を、たとえばＦＳＷ接合により接合して側構体２Ｌを形成する前あるいは接合して形成した後に、微小凸部１１ｅを目印として必要箇所に、内装材取り付け用の支持ボルト挿入用の長孔１１ｆ、すなわち内装材取り付け用の支持ボルトＴの頭部Ｔ１を係止可能である長孔１１ｆを形材長手方向に形成することで、内側に突出しない吊り溝部を形成することができる。

特に、車両系式ごとに必要とされる吊り溝レールの位置が異なるので、従来は、異なる形材を用いて側構体を構成していたが、この実施の形態においては、後加工により吊り溝部を形成できるので、前述した４つの押し出し形材１１については共通化を図ることとなり、コストダウンを図る上で有利となっている。

各鉛直ウエブ部１１ｃは、形材厚さ方向の中間部位に、面板部１１ａ，１１ｂと平行に延びる規制凸部１１ｄが互いに対向するように形成されている。規制凸部１１ｄによって、長孔１１ｆを通じて頭部Ｔ１が挿入される支持ボルトＴの、ボルト軸方向の自由な動きを規制するようになっている。つまり、隣り合う２つの鉛直ウエブ部１１ｃと、それに設けられる２つの規制凸部１１ｄとによって、長孔１１ｆが後加工により形成された部分において、従来の吊り溝レールと同様な機能が発揮されることになる。

また、ダブルスキン構造の中央部分１１Ａの端部は、内側の面板部１１ｂ側において、段差部１１ｇが形成され、その段差部１１ｇを形成する面板部１１ｂ’の端縁が傾斜ウエブ部１１ｈを介して外側の面板部１１ａに結合されている。

このような段差部１１ｇを設けているのは、前記パネルを形成する際に接合される別の押し出し形材の段差部との間に亘って平板である補強板２１（図５参照）を設けることを可能とするためであり、この補強板２１を設けることで、必要に応じて車体剛性を高めることができるようになっている。例えば図６及び図７に示すように、出入り口Ｓ３に隣接する戸袋部Ｕ１，Ｕ２において、入口柱２２と、出入り口Ｓ３とは反対側に入口柱２２と平行に配置される戸尻柱２３との間、入口柱２２と開口Ｓ２に設けられた柱２４との間においては、ダブルスキン構造の間でシングルスキン構造となるが、その部分（押し出し形材の接合部分）に対し、段差部１１ｇの間に架け渡すように補強板２１を設けることで、シングルスキン構造の端部分１１Ｂをあたかもダブルスキン構造であるかの如くして、車体剛性を高めることができる。

ところで、出入り口となる開口Ｓ３は、通常側面視でほぼ矩形状となるので、それらの下側隅部には、応力が集中するのを回避するために、開口Ｓ３の下側隅部Ｒを、湾曲形状としている。

この開口Ｓ３の下側隅部Ｒに対応する部分には、図９に示すように、押し出し形材１１ではなく、押し出し形材１３が配置される、この押し出し形材１３は、前述した押し出し形材１１（例えば図４参照）と基本的には同じ構造で、図１０に示すように、ダブルスキン構造の中央部分１３Ａと、その両側にそれぞれ連続して設けられるシングルスキン構造の端部部分１３Ｂとを有する。このダブルスキン構造の中央部分１３Ａは、車体外側（表面露出部）となる外側の面板部１３ａと、この外側の面板部１３ａと平行に延び車体内側となる内側の面板部１３ｂと、外側および内側の面板部１３ａ，１３ｂに直交する方向に延びそれらをつなぐ複数の鉛直ウエブ部１３ｃとを有する。そして、外側の面板部１３ａのうち、出入り口となる開口Ｓ３の下側隅部Ｒに対応する部分の肉厚は、開口Ｓ３の下側隅部Ｒとしての必要な剛性を確保するために、他の部分の面板部１３ａ，１３ｂの３倍程度の肉厚の厚肉の面板部１３ａａとされている。なお、この厚肉の面板部１３ａａの部分では、他の面板部１３ａの部分よりも鉛直ウエブ部１３ｃ’が短くなるのはいうまでもない。

この押し出し形材１３（厚肉の面板部１３ａａの部分）の一部を切削により除去することで、開口Ｓ３の下側隅部Ｒが、湾曲形状とされる。これにより、下側隅部Ｒが押し出し形材１３自体によって形成される。なお、この下側隅部Ｒ（湾曲形状の部分）の内側であって入口柱２２の開口Ｓ３側においては、内側の面板部１３ｂや鉛直ウエブ部１３ｃも切削により除去されている。

また、開口Ｓ３付近で押し出し形材１３の内側には、構体上下方向に延びる入口柱２２が設けられている。この入口柱２２は、外側面を構成する外板部２２ａと、その外板部の内側に設けられ構体上下方向にほぼ平行に延びる一対の側柱部２２ｂ，２２ｃとを備える。

そして、図１１（ａ）（ｂ）及び図１２（ａ）に示すように、押し出し形材１３の外側の面板部であって厚肉に形成されている部分１３ａａの厚さは、入口柱２２の外板部２２ａの厚さとほぼ同じ厚さとされている。そして、押し出し形材１３と、入口柱２２とは、溶接により接合されている（図１１の溶接部分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４参照）。

具体的には、押し出し形材１３のうち下側隅部Ｒを形成する部分の上側であって入口柱２２に対応する部位において、押し出し形材１３を切り欠くことにより係合部１３Ｃが形成されている一方、入口柱２２は、外板部２２ａの下側部分（一部）が切除されて、係合部１３Ｃに対応する被係合部２２Ａが形成されている。この被係合部２２Ａに係合部１３Ｃを係合させることで、外板部２２ａの切除面に外側の面板部１３ａａの上側切り欠き面が接触し、側柱部２２ｂに内側の面板部１３ｂ及び鉛直ウエブ部１３ｃの切り欠き面が接触しかつ、面板部１３ａａの内側面に一対の側柱部２２ｂ，２２ｃが接触する状態で、それらが溶接により接合されて、開口Ｓ３の下側隅部Ｒをまたぐように押し出し形材１３を配置される。

この係合部分では、押し出し形材１３の面板部１３ａ，１３ａａの外側面が、上側の入口柱２２（外板部２２ａ）の外側面に面一に連続して、側構体２Ｒの外側面を形成するようになっている。これにより、必要な剛性が確保される。

このようにすれば、押し出し形材１３（母材）そのもので開口の下側隅部Ｒを構成するので、この部分の押し出し形材１３の面板部１３ａａが、通常の板厚では剛性が不足するため、前述したように下側隅部に相当する位置の面板部１３ａａを厚肉にしている。

これにより、応力が集中する出入り口における下側隅部Ｒは、母材となるため、溶接により厚肉の補強板を取り付ける場合よりも小さい板厚で疲労強度を向上させることができる。よって、厚肉の補強板を溶接により設ける必要がないので、溶接欠陥がなく、不測の事態を回避することもできる。

前記実施の形態では、開口Ｓ３の下側隅部を下側隅部Ｒとしているが、出入り口となる開口Ｓ３の上側隅部や窓開口となる開口Ｓ１，Ｓ２の上下隅部も（図２の鎖線で囲んだ部分参照）、前述した出入り口となる開口Ｓ３の下側隅部と同様に構成することができるのはいうまでもない。

本発明の一実施の形態である鉄道車両の側構体の横断面図である。 前記側構体が用いられた鉄道車両の斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ下降窓開口、固定窓開口及び出入り口となる部分の断面図である。 押し出し形材の断面図である。 押し出し形材の接合部分の説明図である。 （ａ）は側構体を車体内側から見た図、（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である 図６（ｂ）のＧ部の拡大図である。 （ａ）は支持ボルトの取付状態の説明図、（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 図６（ａ）のＮ部の詳細を、車両の外側からみた状態を示す斜視図である。 別の押し出し形材の断面図である。 （ａ）は図９のＣ−Ｃ線における断面図、（ｂ）は図９のＤ−Ｄ線における断面図である。 図６（ａ）のＮ部の詳細を示し（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）は平面図である。 開口の下側隅部を示し、（ａ）は従来例の概略構成を示す斜視図、（ａ）本発明例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 鉄道車両の構体
２Ｌ，２Ｒ 側構体
１１，１２，１３ 押し出し形材
１１ｇ 段差部
１３Ａ 中央部分
１３Ｂ 端部部分
１３Ｃ 係合部
１１ａ，１１ｂ 面板部
１３ａ，１３ａａ 面板部
１３ｃ 鉛直ウエブ部
２１ 補強板
２２ 入口柱
２２ａ 外板部
２２ｂ 支柱部
２２Ａ 被係合部
Ｓ３ 開口
Ｒ 下側隅部

Claims (5)

1. 外側及び内側の面板部がその間に位置するウエブ部によってつながれているダブルスキン構造の押し出し形材を接合して形成され、出入り口や窓となる開口が形成される鉄道車両の側構体であって、
   前記開口の隅部は、前記押し出し形材を切削して湾曲形状とされた外側の面板部で構成され、
   前記隅部となる部分の面板部の肉厚は、他の部分の面板部の肉厚より厚く形成されていることを特徴とする鉄道車両の側構体。
2. 前記他の部分の面板部の肉厚より厚く形成されている部分は、前記隅部となる部分のみであることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の側構体。
3. 前記開口は出入り口で、前記押し出し形材の、前記開口の隅部に係合部が形成され、
   前記隅部の内側には、構体上下方向に延び下側端部に被係合部を有する入口柱が配置され、
   前記入口柱の被係合部に前記押し出し形材の係合部が係合していることを特徴とする請求項１または２記載の鉄道車両の側構体。
4. 前記入口柱は、構体上下方向に延び外側面を構成する外板部と、その外板部の内側に設けられ構体上下方向に延びる一対の側柱部とを備え、
   前記押し出し形材の外側の面板部であって厚肉に形成されている部分の厚さが、前記入口柱の外板部の厚さと同じ厚さとされ、
   前記被係合部においては、前記外板部が切除されて前記一対の側柱部で構成されていることを特徴とする請求項３記載の鉄道車両の側構体。
5. 前記押し出し形材の外側の面板部は、前記内側の面板部よりも幅広で、その端縁部が、別の押し出し形材の前記外側の面板部と接合可能とされ、
   前記ダブルスキン構造の部分の端部は、前記内側の面板部側において、段差部が形成され、
   前記入口柱と、前記出入り口とは反対側に前記入口柱と平行に配置される戸尻柱との間においては、接合される前記別の押し出し形材の段差部との間に亘って平板が設けられていることを特徴とする請求項３または４記載の鉄道車両の側構体。

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