JP2010173628A - 車体構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】枕梁を貫通しての配線や配管の敷設処理を容易にし、部品点数や製作コストの増加等の従来の車体構造が抱える問題を解消するとともに、枕梁の剛性と強度を効率的に確保できる車体構造を提供する。
【解決手段】台枠1において、枕梁5の内部を貫通させた中梁の貫通部10の内部スペースを利用して配線・配管11が通される。また、貫通部10の内部には、対角線に沿って延びる隔壁13がある。これによれば、枕梁5に従来用いられていたような配線・配管専用の貫通管を設ける必要がなく、また、アンチローリング装置からの荷重を隔壁13が負担するので、枕梁を貫通しての配線や配管の敷設処理を容易にでき、部品点数や製作コストの増加等の従来の車体構造が抱える問題を解消できるとともに、枕梁の剛性と強度を効率的に確保できる。
【選択図】図2

Description

この発明は、台枠に枕梁とそれに交差する中梁とを備えている車体構造に関する。特に、当該床下に配線や配管が敷設される車体構造に関する。
近年、鉄道車両用に、押出性、耐食性、溶接性に優れたアルミニウム合金が開発されている。それに伴い、鉄道車両では、軽量化と製作の合理化の面から、アルミニウム合金製の大型形材を有効に活用した車体が、現在主流となっている。特に、鉄道車両の床部を構成する台枠は大きな車端圧縮荷重を負担する必要があり、強度的に有利なアルミニウム合金製中空押出形材(以下、中空押出形材と称す。)で台枠を構成した車体構造が考案されている。このような車体構造としては、例えば非特許文献1に記載された車体構造が挙げられる。
車体は、側構体、妻構体、屋根構体及び台枠から構成される。このうち、台枠は、車体長手方向の両端部に備えられる端梁と、この端梁に接続するとともに、車両を繋ぐための連結器を備える中梁と、鉄道車両の走行装置である台車との結合を行うための枕梁と、座席等を備えるための床と、車体幅方向の両端部に備えられる側梁とから構成される。
そして、前述した車端圧縮荷重を負担するために、台枠の車体長手方向の両車端部に備えられた中梁と枕梁を組合せ、中梁に取り付けた連結器を介して車体に作用する大荷重を負担できる強度を備えた車体構造が採られている。
これらの車体構造例として、中空押出形材の下面板に中梁を溶接する構造が挙げられる(特許文献1参照)。また、本出願人は、複数の形材によって構成される台枠を効率的に製作可能とした台枠の製作方法を提案している(特許文献2参照)。更に、中空押出形材の下面に枕梁を接合した構造例として、上記、非特許文献1の第308頁に記載された車体構造が挙げられる。
従来、鉄道車両の床下には、電源系、制御系、高圧空気系等の各種の機器がひしめいた状態で取り付けられている。このような状況の下において、車体床下には、これら機器を結ぶ配線や配管が配置されているが、特に台車の周りにおいて、これら配線や配管のためのスペースを十分に確保することができない。配線や配管を纏めて通す貫通管は床下構造を簡素化するのに有効な手段である。現在は、枕梁に貫通管を設け、配線や配管をこの貫通管を通して這わせているが、枕梁の剛性と強度の低下や部品点数や製作コストの増加などへの対処まで十分には考慮されてはいない。
図14〜図16に、従来の車体構造の一例を示す。図14は従来の車体構造の底面図、図15及び図16はそれぞれ図14に示す車体構造のE−E断面図とF−F断面図である。この車体構造は、車体幅方向に並んだ2本の中梁7,7を有している。台枠1において、2は床、3は側梁、4は端梁、5は枕梁、6は空気ばね受、8は連結器受、9はアンチローリング装置受である。枕梁5の下面には、中心ピン受20が備わっている。アンチローリング装置は、車体のローリング振動を抑制するための装置で、車体と台車の間に取り付けられる。台枠1の床2の下面には、車体端部と車体中央部とを結ぶ車体長手方向に延びる配線・配管11が配置されており、配線・配管11は、ストレートに配置し車体高さ方向に嵩張らないようにするためにも、車体幅方向に延びる枕梁5を貫通して通す必要がある。配線・配管11は、枕梁5に別途設けられる貫通管15を通して配置される。特に、アンチローリング装置から高い荷重を受けるアンチローリング装置受9を備える枕梁5は高い剛性と強度を必要とする。このため、枕梁5には開口部を設けない方が好ましいが、貫通管15を通すことに起因して枕梁5の剛性と強度が低下する。貫通管15の本数が多いほど枕梁5の剛性低下の傾向が大きく、貫通管15の位置がアンチローリング装置受9に近いほど枕梁5の強度が低下する。また、貫通管15の設置や枕梁5の剛性と強度の低下に伴う補強部材の設置により、部品点数が増加するとともに、床下構造が複雑になり、また床下高さが嵩張って、製作コストが上昇する。
実公昭57−56929号公報 特許第3624527号公報
アルミニウム合金と車両の軽量化(平成2年、日本アルミニウム連盟発行)、第308頁、320頁ないし第368頁
この発明の目的は、車体床下に各種機器とそれらを結ぶ配線や配管が配置されている車体構造において、枕梁を貫通しての配線や配管の敷設処理を容易にし、部品点数や製作コストの増加等の従来の車体構造が抱える問題を解消するとともに、枕梁の剛性と強度を効率的に確保できる車体構造を提供することである。
上記の課題を解決するため、この発明による車体構造は、台枠に車体幅方向に設けられた枕梁と、前記枕梁と交差し且つ車体端部側に向かって車体長手方向に延びて設けられた中梁とを備えた車体構造において、前記中梁は、前記枕梁の車体端部側から車体中央部側に貫通して交差する交差部を有しており、前記中梁の前記交差部は、その長手方向に直交する断面内の対角線に沿って延びる隔壁を有する角筒状形材であることを特徴とする。
この発明による車体構造は、中梁が枕梁を貫通して交差する交差部を有しており、この交差部の内部スペースを利用して配線や配管を通す貫通部としているので、従来の配線・配管専用の貫通管を設ける必要が無くなるとともに、アンチローリング装置受に作用する荷重を中梁内部に対角線に沿って延びる状態で設置した隔壁で負担するので、枕梁の剛性と強度を確保するための補強部材の設置や中梁の板厚増加を不要にできる。
この発明の車体構造によれば、中梁が枕梁を貫通して交差する交差部を有しており、この交差部の内部スペースを利用して配線や配管を通す貫通部としているので、従来の配線・配管専用の貫通管を設ける必要が無くなるとともに、アンチローリング装置受に作用する荷重を中梁の長手方向垂直断面内の対角線に沿って延びる状態で設置した隔壁で負担するので、枕梁の剛性と強度を確保するために補強部材を設ける必要や中梁の板厚を増加する必要がない。したがって、枕梁を貫通しての配線や配管の敷設処理を容易にし、部品点数や製作コストの増加等の従来の車体構造が抱える問題を解消するとともに、枕梁の剛性と強度を効率的に確保できる。
この発明による車体構造の一実施形態を示す底面図である。 図1に示す車体構造のA−A断面図である。 図1に示す車体構造のB−B断面図である。 この発明によらない車体構造である台枠のA−A断面図である。 図4に示す車体構造の変形図(視G)である。 図2に示す車体構造の変形図(視G)である。 この発明による車体構造の別の実施形態を示すA−A断面図である。 この発明による車体構造の別の実施形態を示すA−A断面図である。 この発明による車体構造の別の実施形態を示す底面図である。 図9に示す車体構造のC−C断面図である。 図9に示す車体構造のD−D断面図である。 この発明による車体構造の更に別の実施形態を示すA−A断面図である。 この発明による車体構造の更に別の実施形態を示すB−B断面図である。 従来の車体構造である台枠の底面図である。 図14に示す車体構造のE−E断面図である。 図14に示す車体構造のF−F断面図である。
以下、添付した図面に基づいて、この発明による車体構造の実施形態を説明する。図1は、この発明による車体構造の一実施形態を示す底面図(車体の下面を台車側から見た図)、図2は図1に示す車体構造のA−A断面図、図3は図1に示す車体構造のB−B断面図である。図1〜図3に示す車体構造は、図14〜図16に示した車体構造と同様に2本の中梁を有している。図1においては、長手方向の一方端部を含む部分図として車体構造を示している。
図1〜図3に示す車体構造において、台枠1は、複数の部材を平面に並べて接合して構成した床2と、床2の車体幅方向の両端部に備えられる側梁3と、床2の車体長手方向の両端部に備えられる端梁4、そして、床2の下面に設けた枕梁5及び中梁7から構成される。詳細に図示はしないが、床2は複数本の中空押出形材よりなる部材の長手方向を車体の長手方向に沿って平面に並べ、隣接する部材同士の幅方向の端部を接合することにより構成される。通常、床2は、隣接する部材の上面及び下面、即ち両面を溶接して接合される。側梁3,3は、床2の車体幅方向両端部に車体長手方向に沿って配置されている。各側梁3は中空押出形材であり、図2及び図3に示すように、床2より垂直寸法が長く構成されている。端梁4は、その長手方向を床2の車体長手方向端部に沿わせて配置されている。
枕梁5は、床2の下面の端梁4から所定距離だけ離れた車体長手方向中央部寄りに備えられている。枕梁5は、台車によって車体が支持される位置に設置されており、側梁3,3間に、車体幅方向の全長に渡って構成されている。枕梁5は、車体長手方向に所定幅を有しており、その両端部分には空気ばね受6,6が配設されている。車体重量は、床2の下面に設置された枕梁5に備えられた空気ばね受6,6の位置において、台車が備える空気ばね(図示せず)を介して台車に支持される。
端梁4と枕梁5との間には、2本の中梁7,7が車体幅中心線に対して対称配置された状態で、車体長手方向に延びる態様で設けられている。中梁7,7の車体長手方向端部位置には、隣接した車両と連結するための連結器(図示せず)が取り付けられる連結器受8が設けられている。中梁7,7の車体長手方向中央部側の端部は、枕梁5に交差して結合される。枕梁5には、空気ばね受6,6の近傍、この例では空気ばね受6,6の車体長手方向中央寄りのスペースに、車体のローリング振動を抑制するアンチローリング装置(図示せず。)を固定するためのアンチローリング装置受9,9が設けられている。連結器を介して作用する車端圧縮荷重は、連結器受8を保持する中梁7,7を経て床2と、中梁7,7に結合される枕梁5へと伝達される。
本実施形態では、中梁7は枕梁5を貫通して交差しており、中梁7と枕梁5との交差部が貫通部10となっている。図2に示されるように、この貫通部10の位置における中梁7は、長手方向に直交する断面で見て対角線に沿って延びる隔壁13を一体物として内部に有する中空の矩形断面の中空押出形材で構成されている。隔壁13は、中梁7の床2側の車体幅方向中央部側の角部7aから床2と反対側の車体幅方向端部側の角部7bに向かって対角線状に設置されている。つまり、中梁7の枕梁5との交差部である貫通部10の内部空間は、枕梁5の車体長手方向端部側と車体長手方向中央部側とを連通する空間を構成している。そして、分断された複数の枕梁5とこれら中梁7,7とを接合することによって、車体幅方向全長に渡って枕梁が形成されている。この構造によって、車体長手方向に引き通される配線・配管11は、貫通部10の部分を含めて中梁7の中空となった内部スペースを利用して車体長手方向に這わされている。貫通部10の車体長手方向中央部側は、開口端12として開いている。
枕梁5と中梁7は、それらの上面が床2の下面に接合されており、中梁7の床2側の角部7a,7a’は床2の中空押出形材の面板2aとリブ2bの交点近傍に接合されている。そして、枕梁5と中梁7の両方の下面に跨って中心ピン受20を備えるために、枕梁5の厚さ寸法(車体高さ方向の寸法)と中梁7の厚さ寸法(車体高さ方向の寸法)を揃えて平面を構成している。ここで示される中梁7を枕梁5に貫通させた構成は、中梁7の長手方向垂直断面形状と本数に拠らず、ほぼ同じ厚さ寸法の中梁7と枕梁5とを接合することによって、車体幅方向の全長に渡って、中梁7と枕梁5との双方に跨る連続面を有す枕梁を成す。また、この例では、貫通部10の位置を除いた中梁7は貫通部10の位置における中梁7をそのまま延長して一方の側面と隔壁13を取り除いたコ型断面であるが、コ型断面、一部に開口を有する中空断面、I型断面等の別部材を貫通部10の位置における中梁7に接合しても良い。更に、中梁7の厚さ寸法(車体高さ方向の寸法)が枕梁5の厚さ寸法(車体高さ方向の寸法)より小さい場合であっても、中梁7と枕梁5の交差部を上述した構成とすることにより、配線・配管11が中梁7の内部に通される貫通部とすることができる。
かかる構成においては、枕梁5に配線・配管専用の貫通管を備える必要がないため、部品点数や製作コストを低減することができる。また、貫通部10の位置における中梁7の内部に対角線に沿って延びる状態で設置した隔壁13がアンチローリング装置受9に作用する荷重を負担するので、枕梁5の剛性と強度を確保するための補強部材の設置や中梁7の板厚増加を不要にでき、枕梁5の剛性と強度を効率的に確保できる。この原理は、以下のように説明できる。
図4に貫通部10の位置における中梁7の内部に隔壁13が設置されない場合の図1に示す車体構造におけるA−A断面図を示し、図5に図4に示す車体構造にアンチローリング装置からの荷重14が作用した場合の変形図(図1中の視G)を示す。中梁7の床2側の角部7a’,7a’が床2の中空押出形材の面板2aとリブ2bの交点近傍に接合されている。車体のローリング振動が発生した際、この振動を抑制するために、一方のアンチローリング装置受9には上方向、他方のアンチローリング装置受9には下方向の荷重が作用する。即ち、床2、枕梁5、貫通部10の位置における中梁7には厚さ方向(車体高さ方向)のせん断荷重が作用する。その際、車体長手方向に連続した空洞を有している貫通部10の位置における中梁7は、せん断荷重を十分に支持することができず大きくせん断変形し、その周辺の枕梁5は強度的に厳しい状態になる。これを防止するためには、補強部材の設置や貫通部10の位置における中梁7の板厚増加が必要となり、部品点数や製作コストの増加に繋がる。一方、図6に、図2に示す車体構造にアンチローリング装置からの荷重14が作用した場合の変形図(視G)を示す。厚さ方向(車体高さ方向)のせん断荷重に対する主応力方向である45度に近い角度で配置された隔壁13が、貫通部10の位置における中梁7のせん断変形を効率的に抑制する。また、アンチローリング装置受9の近傍と床2の中空押出形材の面板2aとリブ2bの交点近傍を隔壁13で結合しているので、アンチローリング装置からの荷重14をスムーズに床2に伝達できる。即ち、枕梁5の剛性と強度を効率的に確保できる。
また、図3に示すように、枕梁5の車体長手方向端部側の近傍位置における中梁7はコ型断面であり、中梁7に沿って這わされている配線・配管11は、コ型断面の開放面から引き入れられ、貫通部10の位置における中梁7の内部を貫通し、貫通部10の車体長手方向中央部側の開口端12(図1参照)から台枠1の車体長手方向中央部側へと延びて設けられる。即ち、これらの配線・配管11は、貫通部10の位置における中梁7の内部を通って、枕梁5の車体長手方向端部側から車体長手方向中央部側まで延びるように這わされている。
図7及び図8は、この発明による車体構造の別の実施形態を示す図であって、図1に示す車体構造のA−A断面図である。図7に示す実施例は貫通部10の位置における中梁7の隔壁13が図2に示す実施例と反対の対角線に沿って延びる状態で設置されており、図8に示す実施例は貫通部10の位置における中梁7の隔壁13が両方の対角線に沿って延びる状態で同時に設置されている。いずれも、図2に示す実施例と同様の効果を有するものである。
また、図9〜図11に示す車体構造は、車体幅方向の中央に1本の中梁を有する実施形態である。図9は車体幅方向の中央に1本の中梁を有する車体構造の底面図、図10及び図11はそれぞれ図9に示す車体構造のC−C断面図とD−D断面図である。図9〜図11に示す車体構造は、中梁とそれに関する枕梁の構造以外の他の車体構造については図1〜図3に示した車体構造と変わるところはないので、図1〜図3に示した車体構造と同様の構成要素に関しての詳細な説明を省略する。
図9〜図11に示す台枠1は、1本の中梁7が枕梁5と車体幅方向中央部位置で交差している。中梁7は枕梁5を貫通して延びており、中梁7と枕梁5との交差部は貫通部10となっている。この貫通部10の位置における中梁7は、長手方向に直交する断面で見て対角線に沿って角部7aと角部7bに渡って延びる隔壁13を一体物として内部に有する中空の矩形断面の中空押出形材で構成されている。つまり、中梁7の枕梁5との交差部である貫通部10の内部空間は、枕梁5の車体長手方向端部側と車体長手方向中央部側とを連通する空間を構成している。中梁7は、貫通部10の位置で枕梁5に溶接で結合されている。車体長手方向に引き通される配線・配管11は、貫通部10の部分を含めて中梁7の中空となった内部スペースを利用して這わされている。枕梁5と中梁7は、それらの上面が床2の下面に接合されており、中梁7の床2側の角部7a,7a’は床2の中空押出形材の面板2aとリブ2bの交点近傍に接合されている。
図11に示すように、枕梁5の車体長手方向端部側の近傍位置における中梁7にはその両側面に開口部が形成されており、中梁7の外側に這わされている配線・配管11は、開口部を通じて貫通部10の位置における中梁7の内部を貫通し、貫通部10の車体長手方向中央部側の開口端12(図9参照)から台枠1の車体長手方向中央部側へと延びて設けられる。即ち、これらの配線・配管11は、貫通部10の位置における中梁7の内部を通って、枕梁5の車体長手方向端部側から車体長手方向中央部側まで延びるように這わされている。なお、図9〜図11に示す実施形態においては、隔壁13は一方の対角線に沿ってのみ設けられているが、先の実施形態において図7又は図8に示したように、他方の対角線に沿って延びる状態で設けても、或いは両方の対角線に沿って延びる状態で設けてもよいことは明らかである。
図12及び図13は、この発明による車体構造の更に別の実施形態を示す図であって、図1のA−A断面図およびB−B断面図である。図12及び図13に示される台枠1は、中梁7及び枕梁5の上面が床2の面板2cまで持ち上げられており、鉄道車両の床部が中梁7、枕梁5及び床2から構成されている。この構成以外のその他の車体構造については、図1から図3に示した車体構造と変わるところはないので、図1から図3に示した車体構造と同様の構成要素に関しての詳細な説明を省略する。
中梁7の床2側の車体幅方向中央部側の角部7a,7a’と床2の面板2cとは溶接によって接合されており、床部が形成されている。また、枕梁5の上面も、その車体長手方向端部において、床2の面板2cと溶接によって接合されており、床部が形成されている。これにより、図12に示すように、中梁7の交差部の長手方向に垂直な断面全体を貫通部10とし、配線・配管11をその内部に配設している。
また、図13に示すように、枕梁5の車体長手方向端部側の近傍位置における中梁7はコ型断面である。そして、中梁7に沿って這わされている配線・配管11は、枕梁5の近傍において、中梁7のコ型断面の開放面と床2との隙間7cから中梁7の内部に引き入れられ、貫通部10の位置における中梁7の内部を貫通し、貫通部10の車体長手方向中央部側の開口端12(図1参照)から台枠1の車体長手方向中央部側へと延びて設けられる。即ち、これらの配線・配管11は、貫通部10の位置における中梁7の内部を通って、枕梁5の車体長手方向端部側から車体長手方向中央部側まで延びるように這わされている。
かかる構成においては、枕梁5に配線・配管専用の貫通管を備える必要がないため、部品点数や製作コストを低減することができる。また、貫通部10の位置における中梁7の内部に対角線に沿って延びる状態で設置した隔壁13がアンチローリング装置受9に作用する荷重を負担するので、枕梁5の剛性と強度を確保するための補強部材の設置や中梁7の板厚増加を不要にでき、枕梁5の剛性と強度を効率的に確保できる。さらに、台枠1の厚みを小さくできる利点がある。また、台枠1の厚みが図1に示した車体構造と同じであれば、貫通部10の位置における中梁7の空間を台枠2の厚みに相当する分広くすることができ、貫通部10の位置における中梁7の内部を通す配線・配管11の量を増やすことができる。
プラットホームの高さが低い場合には、車両側においても床高さが低くなる。床高さが低い車両においては、枕梁の厚さ寸法(車体高さ方向の寸法)を大きくとることができない傾向がある。枕梁のみに車体長手方向に延びる貫通管を設けるだけでは、十分な数の配線や配管を通すことができないが、この発明によれば、十分な断面広さを有する中梁を通して配線や配管を這わせることができる。また、貫通管と中梁の貫通部を併用することにより、より多くの配線や配管を這わせることもできる。
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
1 台枠 2 床
2a,2c 面板 2b リブ
3,3 側梁 4 端梁
5 枕梁 6,6 空気ばね受
7,7 中梁 7a,7a’,7b,7b’ 角部
7c 隙間 8 連結器受
9,9 アンチローリング装置受 10,10 貫通部
11 配線・配管 12,12 開口端
13 隔壁 14 荷重
15 貫通管 20 中心ピン受

Claims (13)

  1. 台枠に車体幅方向に設けられた枕梁と、前記枕梁と交差し且つ車体端部側に向かって車体長手方向に延びて設けられた中梁とを備えた車体構造において、
    前記中梁は、前記枕梁の車体端部側から車体中央部側に貫通して交差する交差部を有しており、
    前記中梁の前記交差部は、その長手方向に直交する断面内の対角線に沿って延びる隔壁を有す角筒状形材であること、
    を特徴とする車体構造。
  2. 請求項1記載の車体構造において、
    前記角筒状形材の内部に、配線や配管を通していること、
    を特徴とする車体構造。
  3. 請求項1又は2記載の車体構造において、
    前記中梁を、車体幅方向に並べて配置された2本構造としたこと、
    を特徴とする車体構造。
  4. 請求項3記載の車体構造において、
    前記隔壁を、前記角筒状形材の垂直方向上方側の車体幅方向中央部側の角部から垂直方向下方側の車体幅方向端部側の角部に向かって、又は垂直方向上方側の車体幅方向両側の角部からそれぞれ垂直方向下方側の車体幅方向両の角部に対角状に向かって設けていること、
    を特徴とする車体構造。
  5. 請求項1又は2記載の車体構造において、
    前記中梁を、車体幅方向の中央に配置された1本構造としたこと、
    を特徴とする車体構造。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項記載の車体構造において、
    前記枕梁と交差しない部分の前記中梁であって前記中梁の垂直方向上方側を除いたいずれかの面に開口を設けたこと、
    を特徴とする車体構造。
  7. 請求項6記載の車体構造において、
    前記開口から、前記角筒状形材の内部に通される配線や配管を引き込んでいること、
    を特徴とする車体構造。
  8. 請求項6又は7記載の車体構造において、
    前記枕梁と交差しない部分の前記中梁を、前記角筒状形材を加工することによって製作していること、
    を特徴とする車体構造。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項記載の車体構造において、
    台枠床を、二枚の面板とそれらを接続する複数のリブから成る中空押出形材から構成しており、
    前記床の垂直方向下方に配置した前記角筒状形材の前記床側の角部を、前記面板と前記リブの交点近傍に位置させていること、
    を特徴とする車体構造。
  10. 請求項1〜8のいずれか一項記載の車体構造において、
    前記中梁及び前記枕梁は、当該中梁及び枕梁の上面が台枠床の面板まで持ち上げられており、前記台枠床の一部を兼ねていること、
    を特徴とする車体構造。
  11. 請求項10記載の車体構造において、
    前記中梁の車体幅方向側の角部と前記枕梁の車体長手方向端部とは前記台枠床の面板と溶接によって接合されていること、
    を特徴とする車体構造。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項記載の車体構造において、
    前記枕梁の車体幅方向両端部に、空気ばね受とアンチローリング装置受を設置していること、
    を特徴とする車体構造。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項記載の車体構造において、
    前記枕梁は前記中梁によって分断されており、分断されている前記枕梁と前記中梁とを接合することによって車体幅方向全長に渡って、前記枕梁が構成されていること、
    を特徴とする車体構造。
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