JP2010149849A - 鉄道車両の側構体 - Google Patents

Abstract

【課題】無塗装車両での外観を向上させる。
【解決手段】裾部長尺材４は、外側面板部４ａと内側面板部４ｂとがウエブにて結合されるダブルスキン構造の押し出し形材で、鉛直方向に延びる本体部分４ｅから車体内方側に延びる上側水平延長部分４ｆが一体的に形成されている。裾部長尺材４の下端縁の内側面板部４ｂが側はり３ａの下側部分外側面に溶接により接合され、水平延長部分４ｆが側はり３ａの上側部分に溶接により接合されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄道車両の側構体、特に開口部が多い通勤型鉄道車両の側構体に関するものである。

国内の通勤型鉄道車両における構体として、アルミニウム合金製構体（以下、アルミ構体という）が知られている。

そのようなアルミ構体においては、大型断面の押出し形材が用いられ、それらを接合する手段としてはＭＩＧ溶接と摩擦撹拌接合（以下ＦＳＷという）とを併用して採用している。

具体的には、例えば図７に示すように、車体前後方向に延びる軒部長尺材１０１と台枠の側はり１０２との間を、車両上下方向に延びる前の縦パネル部材１０３（１０３ａ，１０３ｂ）と後の縦パネル部材１０４（１０４ａ，１０４ｂ）で連結すると共に、前記前後の縦パネル部材１０３，１０４の下側部分を、前後方向に延びる横パネル部材１０５（１０５ａ，１０５ｂ）にて接合することで、ドア開口部Ｓ１１や窓開口部Ｓ１２を有する側構体１０６が形成される。この場合、前の縦パネル部材１０３の部材１０３ａ，１０３ｂ間の接合ラインＬ１１、後の縦パネル部材１０４の部材１０４ａ，１０４ｂ間の接合ラインＬ１２、および横パネル部材１０５の部材１０５ａ，１０５ｂ間の接合ラインＬ１３はＦＳＷ（自動化）により接合されているが、軒部長尺材１０１と前後の縦パネル部材１０３，１０４との間の接合ラインＬ１４，Ｌ１５、前後の縦パネル部材１０３，１０４及び横パネル部材１０５と側はり１０２との接合ラインＬ１６、前後の縦パネル部材１０３，１０４と横パネル部材１０５との間の縦方向の接合ラインＬ１７，Ｌ１８はＭＩＧ溶接（手作業）により接合されている。

このように、従来の側構体では、ＭＩＧ溶接が多用されるため、ブローホール等の溶接欠陥の抑制や溶接ビードの均一化などの接合品質は作業者の力量に委ねられるが、誰が作業しても一定の品質が確保できるようにしたいという要求がある。無塗装の車体の場合には溶接の部位はとくに目立ち、その要求はさらに増す。

そこで、側構体にＦＳＷを全面適用することが考えられる。このようにすれば、ＦＳＷにより自動化を図ることで作業者に品質を委ねることがなく、また接合作業時に高精度・高品質の作り込みが可能で歪み取りなどの修正作業が削減可能である。

ところで、従来、ダブルスキン構造の押し出し形材（中空形材）を用いた鉄道車両の構体は知られている（例えば特許文献１，２参照）。

全面ＦＳＷ化というと従来技術では、図８に示すように、押出し形材をすべて車体前後方向に配置したオールダブルスキン方式の側構体２０１も知られている。
特開２０００−３５１３６５号公報（段落番号０００９〜００１２及び図１） 特開２００２−１７８９１３号公報（段落番号０００７〜０００１８及び図１）

そのようなオールダブルスキン方式の側構体では、一般に材料の歩留りが悪いのに加えて、構造・強度的に無駄が多く、素材費が大幅に増加し構体重量も重くなる。また、オールダブルスキン方式の側構体では表裏両方にＦＳＷによる接合線が存在し、また側出入口・側窓の開口端部に垂直方向のフサギ構造を後付けする必要があり、さらに戸尻柱など形材に直交する骨部材も後付けしなければならない。従って、接合線も多く、品質の低下とコストアップに直結する。従って側開口の多い通勤型車両ではメリットが出ない。

そこで、発明者は、最も歩留りがよい図７に示すような形材の配置パターンをベースとして、すべての形材をＦＳＷで接合することを可能とした本発明をなすに至った。ここで、形材がＴ字状に交わる接合ラインをＦＳＷによって接合しなければならない。従来構造では前後の縦パネル部材１０３，１０４における縦方向の接合ラインＬ１１，Ｌ１２と横パネル部材１０５における横方向の接合ラインＬ１３にのみＦＳＷを適用していた。しかし(i)軒部長尺材１０１と縦パネル部材１０３，１０４との間の横方向の接合ラインＬ１４，Ｌ１５、(ii)縦パネル部材１０３，１０４および横パネル部材１０５と台枠の側はり１０２との間の横方向の接合ラインＬ１６、(iii)縦パネル部材１０３，１０４と横パネル部材１０５との間の縦方向の接合ラインＬ１７，Ｌ１８の３ラインについてはＦＳＷが適用できていない。本発明は、これら(i)〜(iii)の部分についてもＦＳＷの適用できるようにしたものである。

請求項１の発明は、車体前後方向に延び台枠の側はりに接合される裾部長尺材を備え、前記裾部長尺材の上側に側出入口開口部が形成される鉄道車両の側構体であって、
前記裾部長尺材は、外側面板部と内側面板部とがウエブにて結合されるダブルスキン構造の押し出し形材で、鉛直方向に延びる本体部分から車体内方側に延びる上側水平延長部分が一体的に形成されており、前記側はりの下側部分は、車体上下方向に延びる外側面を有する一方、前記本体部分の下端部は、前記内側面板部より前記側はり側に突出する突部を有し、前記本体部分の前記突部が前記側はりの下側部分外側面に溶接により接合され、前記上側水平延長部分が側はりの上側部分に溶接により接合されていることを特徴とする。

このようにすれば、側構体（裾部長尺材）の側はりとの結合はやはりＭＩＧ溶接で実施する必要があるが、プラットホーム上にいる乗客の目につかない、前記本体部分の突部（下端部）を側はりの下側部分外側面に（隅肉）溶接を行うことによりＭＩＧ溶接のビードが表に出ず、また溶接ビードの仕上げ作業も不要になる。車両外部から見える側構体はすべてＦＳＷにより接合して組み立てることを実現する上で有利となる。
請求項２に記載のように、前記本体部分の下端部は、前記外側面板部と内側面板部とをつなぐ水平面板部で構成され、その水平面板部は前記内側面板部よりも前記台枠側に延長される下側水平延長部分を有し、前記下側水平延長部分の端部が前記側はりの下側部分外側面に溶接により接合される前記突部となっている構成とすることができる。

また、請求項３に記載のように、前記裾部長尺材との摩擦攪拌接合によって、前記側出入口開口部を構成する被接合部材を備え、前記被接合部材は、外側面板部と内側面板部とがウエブにて結合されるダブルスキン構造の押し出し形材を摩擦撹拌接合により複数つなぎ合わせて構成されるものであり、さらに、前記裾部長尺材には、前記側出入口開口部の下端を構成する切り欠きが設けられ、その切り欠きに対応して、前記上側延長部分に側引き戸の下部が移動可能に係合するレール部材の取付面を有する構成とすることもできるし、請求項４に記載のように、互いに隣接する、前記被接合部材および前記裾部長尺材の外側面板部には、前記裾部長尺材および前記被接合部材に向かって延びる延長部分が形成され、前記両延長部分が摩擦撹拌接合により内側から接合されている構成とすることも可能である。

このようにすれば、裾部長尺材がレール部材の取付面を含むので、側引戸の動作範囲がすべて側構体ブロックに含まれることになり、側引戸の動作範囲を一工程で高精度に組み立てることができ、側引戸の機能の高品質化を図ることができる。

この場合、請求項５に記載のように、前記裾部長尺材および被接合部材に形成された前記延長部分は、前記裾部長尺材および被接合部材の一部を切削により取り除くことで形成されている構成とすることができる。
また、請求項６に記載のように、前記裾部長尺材の上側水平延長部分は、前記本体部分から水平方向内方に延びる厚肉の水平部と、この水平部の下側と前記本体部分とを連結する傾斜部とにより形成され、前記水平部上に、前記側出入口開口部に対応する部分では、側引き戸の下部が移動可能に係合するレール部材が配設されている構成とすることができる。
このようにすれば、裾部長尺材がレール部材の取付面を含むので、前述した場合と同様に、側引戸の動作範囲がすべて側構体ブロックに含まれることになり、側引戸の動作範囲を一工程で高精度に組み立てることができ、側引戸の機能の高品質化を図ることができる。
この場合、請求項７に記載のように、前記裾部長尺材の本体部分は、前記外側面板部の下端縁が前記内側面板部の下端縁より下方にまで延びていること、請求項８記載のように、前記裾部長尺材の本体部分は、床面より上方まで延びていることが望ましい。

以上のように構成したから、本発明は、通常乗客の目に見える範囲をすべてＦＳＷにより接合することができるので、外板品質がアップし、また従来必要とされていた溶接ビードの仕上げや歪み取りなどの二次作業を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１、図２は本発明に係る鉄道車両の側構体を示し、図１は斜視図、図２は図１のII-II線における断面図である。

図１、図２に示すように、鉄道車両の側構体１は、車体前後方向に延び屋根構体（図示せず）の側縁に接合される軒部長尺材２と、車体前後方向に延び台枠３の側はり３ａに接合される裾部長尺材４と、車両上下方向に延び前記軒部長尺材２及び裾部長尺材４を車体前後方向において間隔をもって相互に連結する前後の縦パネル部材５，６（戸袋パネル部材）とを備える。このように、裾部長尺材４を側構体ブロックに取り込んで一体で組み立てれば、後述するように通常乗客の目に見える範囲をすべてＦＳＷにより組み立てることが実現される。

そして、軒部長尺材２及び裾部長尺材４、並びに前後の縦パネル部材５，６によって囲まれて側出入口開口部Ｓ１が形成される。

また、前後の縦パネル部材の下側部分を相互に連結する横パネル部材７とを備え、前記軒部長尺材２、裾部長尺材４、前後の縦パネル部材５，６及び横パネル部材７によって囲まれて側窓開口部Ｓ２が形成される。

軒部長尺材２及び裾部長尺材４、前後の縦パネル部材５，６、横パネル部材７は、外側面板部と、内側面板部と、それらを結合するウエブ部とを有し、中空部が車体前後方向に延びるダブルスキン構造の中空押し出し形材である。そして、軒部長尺材２及び裾部長尺材４は、中空部が車体前後方向に延び、前後の縦パネル部材５，６は中空部が車両上下方向に延び、横パネル部材７は中空部が車体前後方向に延びる。

前後の縦パネル部材５，６はそれぞれ２つの部材５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂが摩擦撹拌接合により周知の継ぎ手構造でもって接合されてなる。部材５Ａには戸先柱部５ｄが一体に成形され、部材５Ｂには戸尻柱部５ｅが一体に成形されている（図４参照）。

また、横パネル部材７も、２つの部材７Ａ，７Ｂが摩擦撹拌接合により周知の継ぎ手構造でもって接合されてなる。さらに、裾部長尺材４と横パネル部材７（部材７Ｂ）とも、中空部が共に車体前後方向に延びるので、摩擦撹拌接合により周知の継ぎ手構造でもって接合されてなる。

また、前記軒部長尺材２と縦パネル部材５（又は６）とは、中空部の延びる方向が異なる（すなわち、それらは直交している）ので、従来周知の継ぎ手構造を採用できず、図３に示すように構成されている。すなわち、軒部長尺材２は、前記縦パネル部材５（部材５Ａ，５Ｂ）の幅に対応して、内側面板部２ｂ及びウエブ２ｃを切削により取り除き外側面板部２ａのみを残すことで、下方に延びる第１の延長部分（例えばＬ１＝２０〜３０ｍｍ）が形成されている。一方、縦パネル部材５にも、内側面板部５ｂ及びウエブ５ｃを切削により取り除き外側面板部５ａのみを残すことで、第１の延長部分に対応して第２の延長部分（例えばＬ２＝２０〜３０ｍｍ）が形成されている。そして、第１及び第２の延長部分の先端縁どうしが突き合わされ、その突き合わせ部分が摩擦撹拌接合により内側から接合されている。

このようにすることで、２つの部材２，５（又は６）の端面間に摩擦撹拌接合用の回転ツールＴを接合線Ｌに沿って移動させる溝（空間部）を形成することができるので、摩擦撹拌接合により接合することが可能になる。

前記第１及び第２の延長部分（外側面板部２ａ，５ａ）の接合部分に対しては、内側に接合線方向に延びる閉塞部材１１（閉断面構造の部材）が設けられている。この閉塞部材１１は、縦パネル部材５の端面に当接する当接板部１１ａと、軒部長尺材２の段部２ｄに接触する接触板部１１ｂとを有するもので、当接板部１１ａと接触板部１１ｂとの部位でＭＩＧ溶接により接合される。この部分は、外側から見えないので、外観を損なうこともない。なお、この閉塞部材１１は、（剛性を特に必要としない場合などにおいて）必要に応じて省略することができる。

なお、軒部長尺材２と縦パネル部材６との接合、裾部長尺材４と前後の縦パネル部材５，６との接合、及び前後の縦パネル部材５，６と横パネル部材７との接合も、軒部長尺材２と縦パネル部材５との接合と同様に、摩擦撹拌接合により接合されている。

軒部長尺材２及び裾部長尺材４には、側出入口開口部Ｓ１を設ける部位に対応して、側出入口開口部Ｓ１の上側部分及び下側部分の一部を構成する切り欠き部２Ａ，４Ａが形成されている（図１参照）。この切り欠き部２Ａ，４Ａは、押し出し形材である軒部長尺材２及び裾部長尺材４を削り出すことにより形成される。

よって、応力が集中しやすい側出入口開口部Ｓ１のコーナ部は、従来の場合とは異なり、図４及び図５に示すように、軒部長尺材２及び裾部長尺材４の一部として構成され、ＭＩＧ溶接部を含まないので疲労強度的に優れる。なお、前記側出入口開口部Ｓ１のコーナ部は塞ぎ板部材１２で閉塞され、見栄えを損ねないようにされている。

また、図４に示すように、縦パネル部材５と裾部長尺材４との接合部分及び縦パネル部材５と横パネル部材７との接合部分の内側にも、第１及び第２の延長部分（外側面板部２ａ，５ａ）の接合部分即ち軒部長尺材２と縦パネル部材５との接合部分と同様に、閉断面構造の閉塞部材１１Ａ，１１Ｂが設けられている。

また、裾部長尺材４は、前述したように中空部が車体前後方向に延びるダブルスキン構造の押し出し形材であるが、図２に示すように、鉛直方向に延び台枠３の上面（床面）より上方まで延びる本体部分４ｅと、この本体部分４ｅから車体内方側に延びる上側水平延長部分４ｆとが一体的に形成されている。

この上側水平延長部分４ｆは、鉛直方向に延びる本体部分４ｅから水平方向内方に延びる厚肉の水平部４ｆａと、この水平部４ｆａの下側と本体部分４ｅとを連結する傾斜部４ｆｂとにより構成される。そして、上側水平延長部分４ｆ（水平部４ｆａ）の先端部分（下面側）が側はり３ａの上側部分の段部３ｂにＭＩＧ溶接により接合されている。

上側水平延長部分４ｆのうち、ドア開口部Ｓ１（側出入口開口部）に対応する部分では、前記裾部長尺材４の上側水平延長部分４ｆ（水平部４ｆａ）上に、側引き戸（図示せず）が開閉の際に移動可能に案内されるレール部材１３が配設されている。

一方、本体部分４ｅ（裾部長尺材４）の下端縁の内側面板部４ｂは、車体内方側に突出する突部４ｇを有し、この突部４ｇの部分において、側はり３ａの下側部分（外側面）にＭＩＧ溶接により接合されている。また、裾部長尺材４の下縁部は、外側面板部４ａが内側面板部４ｂより下方にまで延びているので、溶接部分Ｐが外側面板部４ａにて隠されている。

このように構成すれば、側構体１を直接に台枠の側はりに接合するのではなく、図３に示すように、所定形状の裾部長尺材４を介して接合する構成（側構体１と台枠３の外側に位置する側はり３ａとをつなぐ位置に別パーツとして裾部長尺材４を長土台状に追加する構成）を採用すると共に、形材がＴ字状に交わる接合ラインにおける接合構造を工夫することで、側構体１のうち、通常乗客から見える外側部分の接合をすべてＦＳＷによる接合とすることができる。よって、無塗装車両であっても外観を損なうことがなくなる。

それに加えて、従来の、車体前後方向にすべての形材が配される側構体（オールダブルスキン構造）に比べて、余分な材料が少なく材料費が安価であるのに加え、完成構体でも軽量化が図れる。

また、裾部長尺材４の本体部分４ｅは、床面より上方まで延びているので、図６に示すように、側方からの衝突により衝撃力Ｆが作用しても、衝突時に大きなせん断力が作用する床上面に、溶接部でなく母材が配置されることになるので、図１０に示すように、床上面が従来の溶接部に位置する構造よりも、破断（剪断）に強い構造となる利点も得られる。

本発明に係る鉄道車両の側構体を示す斜視図である。 図１のII-II線における断面図である。 軒部長尺材と縦パネル部材との継ぎ手構造の説明図である。 本発明に係る鉄道車両の側構体を内側からみた状態を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ側出入口開口部のコーナ部の説明図である。 側方より衝撃力が作用する場合の説明図である。 従来の鉄道車両の側構体を示す斜視図である。 従来の鉄道車両の側構体（オールダブルスキン構造）を示す斜視図である。 従来の側出入口開口部のコーナ部の説明図である。 従来構造についての、側方より衝撃力が作用する場合の説明図である。

１ 側構体
２ 軒部長尺材
２Ａ 切り欠き部
２ａ 外側面板部（第１の延長部分）
３ 台枠
３ａ 側はり
４ 裾部長尺材
４Ａ 切り欠き部
４ａ 外側面板部
４ｂ 内側面板部
４ｅ 本体部分
４ｆ 上側水平延長部分
４ｇ 突部
５，６ 縦パネル部材
５ａ 外側面板部（第２の延長部分）
７ 横パネル部材
１１，１１Ａ，１１Ｂ 閉塞部材
１２ 塞ぎ板部材
Ｓ１ ドア開口部
Ｓ２ 側窓開口部

Claims (4)

1. 車体前後方向に延び台枠の側はりに接合される裾部長尺材を備え、前記裾部長尺材の上側に側出入口開口部が形成される鉄道車両の側構体であって、
   前記裾部長尺材は、外側面板部と内側面板部とがウエブにて結合されるダブルスキン構造の押し出し形材であり、
   前記裾部長尺材は、鉛直方向に延びる本体部から車体内方側に延びる水平延長部分が一体的に形成されており、
   前記裾部長尺材の下端縁の内側面板部が側はりの下側部分外側面に溶接により接合され、前記水平延長部分が側はりの上側部分に溶接により接合されていることを特徴とする鉄道車両の側構体。
2. 前記裾部長尺部材の水平延長部分は、前記本体部から水平方向内方に延びる厚肉の水平部と、この水平部の下側と前記本体部とを連結する傾斜部とにより形成され、
   前記水平延長部分上に、前記側出入口開口部に対応する部分では、側引き戸の下部が移動可能に係合するレール部材が配設されてい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. 前記裾部長尺材の下縁部は、外側面板部が内側面板部より下方にまで延びている請求項１または２記載の鉄道車両の側構体。
4. 前記裾部長尺材の本体部は、床面より上方まで延びている請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両の側構体。

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