JP2013035299A - 鉄道車両の屋根構体構造用垂木 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数及び加工工数を低減して、均一な品質で安定的に接合された鉄道車両用の屋根構体構造を実現できる垂木を提供する。
【解決手段】鉄道車両の屋根構体構造に用いられる垂木Ｒは、屋根の形状に対応して円弧状に延在する本体部Ｒａと、本体部Ｒａの両端部にそれぞれ一体的に形成されて、直線状に延在する第１及び第２の直端部Ｒｓとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の屋根構体構造に用いられる垂木に関する。

鉄道車両の屋根構体構造は、一般的に、特許文献１に開示されているような、アルミニウム合金系押出形材を屋根外板として用いるものと、非特許文献１に開示されているような、垂木の上に外板を接合してなるものとがある。後者は、車両の長手方向に所定の間隔で配設された、車両の幅方向に延在する複数の垂木の上に外板が接合されてなる。図５に、従来の垂木をその延在方向に対して垂直な方向から見た状態を示す。垂木Ｒｃは、車両の屋根の形状に合わせて、凸状（その長手方向に概ね円弧状）に延在する梁であり、延在方向の全域にわたって曲面で形成されている。なお、垂木Ｒｃにおいて、外板（不図示）が載置される面を外面Ｒｃｏと呼び、外面Ｒｃｏの反対側の面を内面Ｒｃｒと呼んで識別する。垂木Ｒｃは、端部Ｒｃｅで車両構体に接合される。これについては、後ほど図８及び図９を参照して説明する。

図６を参照して、垂木Ｒｃ（図５）の製作方法について説明する。垂木Ｒｃは、通常Ｚ状断面を有して直線状に延在する垂木材Ｒｃ”を、車両の屋根の形状に合わせて円弧状に曲げて製作される。しかしながら、内面Ｒｃｒ側は圧縮されて座屈を生じる恐れがある。そのために、図６（ａ）に示すように、垂木材Ｒｃ”の両端の直線状の端部Ｒｃｓ（以降、「直端部Ｒｃｓ」）をテンションチャック（不図示）で強固に保持し、これにテンションシリンダー（不図示）による引張荷重を与えながら、内面Ｒｃｒ側を金型Ｄ’に圧接させて曲げ加工を行うストレッチベンダーが用いられる。

図６（ｂ）に、垂木材Ｒｃ”をストレッチベンダーにより曲げ加工後に得られる垂木中間材Ｒｃ’を示す。垂木中間材Ｒｃ’は、両端の直端部Ｒｃｓを残して円弧状に曲げられる。垂木中間材Ｒｃ’から、直端部Ｒｃｓが切断されて、円弧状の垂木Ｒｃが得られる。

図７に、垂木Ｒｃが車両構体に取り付けられている様子（非特許文献１）を車両内部から見た状態を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ、軽量化以前の標準のステンレス車両の構体構造Ｖｃ１と軽量ステンレス車両の構体構造Ｖｃ２を示している。

次に、図８及び図９を参照して、垂木Ｒｃの車両構体への連結方法について説明する。図８（ａ）は、車両構体に取り付けられている垂木Ｒｃの端部Ｒｃｅの周辺を、車両の高さ方向Ｄｖ（以降、「車両縦方向Ｄｖ」）及び車両の幅方向Ｄｗ（以降、「車両幅方向Ｄｗ」）の双方に対して垂直な車両の長手方向Ｄｌ（以降、「車両長手方向Ｄｌ」）に見た様子を示す。図８（ｂ）に図８（ａ）において、ガセットＧ１を介して端部Ｒｃｅが長桁Ｂｌに連結されている部分を、車両縦方向Ｄｖに上から見た状態を示す。図９（ａ）に、図８（ａ）において、端部Ｒｃｅ（垂木Ｒｃ）及びガセットＧ１が連結される前の状態を示す。図９（ｂ）に、図８（ａ）において、ガセットＧ２を介して長桁Ｂｌと側柱Ｐｓとが連結されている様子を、車両幅方向Ｄｗに内側から見た状態を示す。

図８（ａ）に示すように、垂木Ｒｃは、ガセットＧ１、ガセットＧ２、及び長桁Ｂｌを介して、側柱Ｐｓに連結される。長桁Ｂｌは、車両長手方向Ｄｌに延在する一枚の帯状の部材（鋼材或いはアルミニウム合金材）が折り曲げられて形成されている。具体的には、図９（ａ）において、下から側柱Ｐｓに連結される基部Ｂｌｂと、基部Ｂｌｂから幅方向Ｄｗに関して内側（車両の屋根側）に傾斜する外側傾斜部Ｂｌｏと、外側傾斜部Ｂｌｏの上端からほぼ垂直に車両内部側に延在する座部Ｂｌｓと、座部Ｂｌｓの端部から外側傾斜部Ｂｌｏと概ね平行で上方に延在する内側傾斜部Ｂｌｒとを含む。

ガセットＧ２は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、長桁Ｂｌの内側傾斜部Ｂｌｒと側柱Ｐｓとを接続する継手板である。具体的には、ガセットＧ２は、図９（ａ）において、下から側柱Ｐｓに栓溶接Ｗｐにより連結される基部Ｇ２ｂと、基部Ｇ２ｂから外側傾斜部Ｂｌｏ及び内側傾斜部Ｂｌｒと概ね平行で上方に延在して内側傾斜部Ｂｌｒに栓溶接Ｗｐにより連結される上部Ｇ２ｏとを含む。図９（ａ）から見て取れるように、ガセットＧ２は側柱Ｐｓの上端から天井（垂木Ｒｃ）に向かって延びる長桁Ｂｌを下から支え受け止めている。なお、垂木Ｒｃと側柱Ｐｓの上端との車両長手方向Ｄｌの間隔は一定ではない。この間隔のばらつきは、ガセットＧ２によって吸収されている。

図８（ｂ）に示すように、垂木Ｒｃは、端部Ｒｃｅの外面Ｒｃｏに継手板であるガセットＧ１が栓溶接されている。垂木Ｒｃの端部Ｒｃｅは、ガセットＧ２の上面に内面Ｒｃｒが載置され、ガセットＧ１の下面が長桁Ｂｌの外側傾斜部Ｂｌｏに載置された状態で、栓溶接Ｗｐにより互いに連結されている。このように、２枚の継手板であるガセットＧ１及びＧ２を用いる理由は、垂木Ｒｃの車両構体（側柱Ｐｓ）との結合部品（長桁Ｂｌ）との連結に用いられる端部Ｒｃｅの外面Ｒｃｏ及び内面Ｒｃｒが曲面で構成されていることにある。

両面が曲面の端部Ｒｃｅをそのまま受け入れるためには、結合部品の受け入れ面も曲面で構成することが考えられる。しかしながら、端部Ｒｃｅの曲面と、結合部品の曲面を完全に整合させることは実質的に無理である。仮に出来たとしても、曲面断面が真円でないかぎり、両者の相互位置関係が完全に所定通りでない限り、両者間の沿いが確保できずに、間にギャップを生じてしまう。このようなギャップの存在を補償するために、ガセットＧ１及びＧ２を用いて栓溶接という作業者による現場合わせ（手溶接）が行われている。

特開２００９−１１３６９０号公報

「鉄道ジャーナル」、株式会社鉄道ジャーナル社、１９８４年４月号、ｐ．２０−２６

しかしながら、上述のような作業者による現場合わせ作業の品質は、作業者の熟練度や能力に負う度合いが高い。作業者が変われば栓溶接の品質がばらつき、ガセットＧ１及びＧ２による垂木Ｒｃと長桁Ｂｌとの接合強度がばらつき、屋根構体構造の強度がばらつき、ひいては車両構体の強度を損なうことにもなる。このような場合、構体構造の組み立て後の構体の強度補正作業を必要とする。なお、同一の作業者によっても、程度の差はあるにしても、栓溶接の品質のばらつきを生じることは言うまでも無い。

さらに、垂木Ｒｃと長桁Ｂｌの形状に起因する相互位置差を吸収するために用いられているガセットＧ１及びＧ２は、栓溶接の手間も含めてコスト高と共に車両の重量化（特に重心高につながる）も招き、鉄道車両のさらなる高速化と並びに省資源化と省エネ化に対する阻害要因のひとつである。また、垂木Ｒｃは垂木材Ｒｃ”をストレッチベンドされた垂木中間材Ｒｃ’から、直端部Ｒｃｓを切断して製作されており、直端部Ｒｃｓの切断作業及び切断されて使用されない直端部Ｒｃｓは、省資源化及び省エネ化のさらなる阻害要因である。

よって、上述の問題に鑑みて、本発明は、部品点数及び加工工数を低減して、均一な品質で安定的に接合された鉄道車両用の屋根構体構造を実現できる垂木を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する為に、本発明は、鉄道車両の屋根構体構造に用いられる垂木であって、
屋根の形状に対応して円弧状に延在する本体部と、
前記本体部の両端部にそれぞれ一体的に形成されて、直線状に延在する第１及び第２の直端部とを備える。

本発明は、部品点数及び加工工数を低減して、均一な品質で安定的に接合された鉄道車両用の屋根構体構造を実現できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係る垂木を示す側面図である。 図１の垂木の製作方法の説明図である。 図１の垂木が連結された構体構造の説明図である。 図３に示した長桁の説明図である。 従来の垂木を示す側面図である。 図５の垂木の製作方法の説明図である。 図５の垂木が連結された構体構造の説明図である。 図５の垂木が鉄道車両の構体に連結された状態を示す説明図である。 図５の垂木の鉄道車両の構体への連結に用いられる部材の説明図である。

以下に図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係る垂木について説明する。図１は、図５に従来の垂木Ｒｃを示したのと同様に、実施の形態に係る垂木Ｒをその延在方向に対して垂直な方向から見た状態を示す。垂木Ｒは、両端の直端部Ｒｓを除いて、車両の屋根の形状に合わせて、上述の従来の垂木Ｒｃと同様に延在方向に渡って曲面で形成されている。つまり、垂木Ｒは、垂木Ｒｃ（図５）において、端部Ｒｃｅが直端部Ｒｓに交換された構造を有している。垂木Ｒにおいて、両端の直端部Ｒｓの間の円弧状の部分を本体部Ｒａと呼び、外板（不図示）が載置される面を外面Ｒｏと呼び、外面Ｒｏの反対側の面を内面Ｒｒと呼んで識別する。

図２を参照して、垂木Ｒの製作方法について説明する。図２（ａ）に示すように、垂木Ｒは、図６（ａ）を参照して説明したのと同様に、垂木材Ｒ”の両端の直端部Ｒｓをテンションチャックで強固に保持し、これにテンションシリンダーによる引張荷重を与えながら、内面Ｒｒ側を金型Ｄに圧接させて曲げ加工を行い、図２（ｂ）に示す垂木Ｒの形状が得られる。本発明においては、垂木材Ｒ”にストレッチベンディングを１回実施するだけで、直端部Ｒｓを切断することなく、垂木Ｒが得られる。つまり、図６を参照して説明した従来の垂木Ｒｃの製作時に不可欠な垂木中間材（Ｒｃ’）が不要である。このように、直端部Ｒｓの切断に要する時間及びエネルギーが不要であると共に、従来切り落とされていた直端部Ｒｓを垂木Ｒの一部として使用することにより、省資源化に寄与できる。

垂木Ｒは、垂木Ｒｃにおいて、端部Ｒｃｅが直端部Ｒｓに置き換えられたような構造を有している。なお、直端部Ｒｓは直端部Ｒｃｓと同じ長さとは限らない。つまり、垂木Ｒｃと垂木Ｒの全長が同じ場合、直端部Ｒｃｓの２個分だけ垂木材Ｒ”の方が垂木材Ｒｃ”より短い。また、金型Ｄの方が金型Ｄ’より直端部Ｒｃｓの２個分だけ短い。

次に、図３及び図４を参照して、垂木Ｒの車両構体への連結方法について説明する。図３（ａ）は、垂木Ｒが車両構体に取り付けられている様子を車両内部から見た状態を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）において、垂木Ｒが長桁Ｂｌｐｏ及び側長桁Ｂｌｐｓとを介して、側縦柱Ｐｖｓに連結されている部分を車両長手方向Ｄｌに見た状態を示す。図４（ａ）は、図３（ｂ）において、長桁Ｂｌｐｏを中心に車両縦方向Ｄｖに上から見た状態を示す。図４（ｂ）は、図３（ｂ）から長桁Ｂｌｐｏのみを抜き出して示す。

図３（ａ）に示すように、垂木Ｒは、長桁Ｂｌｐｏのガセット状部（図４（ａ））と、側長桁Ｂｌｐｓのガセット状部との間に嵌入された状態（図３（ｂ））で、スポット溶接されて連結される。なお、側長桁Ｂｌｐｓは横骨ＦＭｈと一体的に構成され、横骨ＦＭｈは側外板Ｐｅｓにスポット溶接Ｗｓされている。側長桁Ｂｌｐｓは、さらに、横骨ＦＭｈに連結されている側縦柱Ｐｖｓの上端のフランジ状部分にスポット溶接Ｗｓされている。このようにして、それぞれが独立した継手板であるガセットＧ１及びガセットＧ２が、それぞれ、長桁Ｂｌｐｏ及び側長桁Ｂｌｐｓと一体に形成されることによって、部品点数を減少させると共に、ガセットＧ１及びＧ２との垂木Ｒ以外の連結部材との栓溶接を不要にしている。

図３（ｂ）に示すように、長桁Ｂｌｐｏのガセット状部、側長桁Ｂｌｐｓのガセット状部、及び垂木Ｒにおける直端部Ｒｓの外面Ｒｏ及び内面Ｒｒは曲面ではなく平面である。よって、垂木Ｒの直端部Ｒｓと、長桁Ｂｌｐｏ或いは側長桁Ｂｌｐｓとの相互位置（直端部Ｒｓの嵌入深さ）がばらついても、長桁Ｂｌｐｏのガセット状部と垂木Ｒの外面Ｒｏとの間隔及び側長桁Ｂｌｐｓのガセット状部と垂木Ｒの内面Ｒｒとの間隔は一定である。これによって、これらの間での接合は、栓溶接Ｗｐを廃してスポット溶接Ｗｓで行うことが可能である。なお、側長桁Ｂｌｐｓのガセット状部は、上端のフランジ状部分が溶接された側縦柱Ｐｖｓによって、車両縦方向Ｄｖに対する強度が確保される、つまり垂木Ｒの荷重が側縦柱Ｐｖｓによって受け止められている。

上述のように、本発明においては垂木の端部に直線状断面を有する、つまり曲面ではなく平面で規定される形状に構成している。垂木が嵌入される結合部も平面状に形成することによって、垂木の嵌入深さ（相互位置）がばらついても、垂木と結合部との間隔は一定に保たれる。これによって、従来の現場合わせ手作業である栓溶接による結合を廃して、自動機によるスポット溶接を可能とした。さらに、バラツキに応じて、作業者が条件を調整するのに必要としていたガセットも不要とした。そのために、従来の個々のガセットの代わりに、ガセットに対応するフランジ状部材を側長桁や長桁と一体的に構成することにより、部品点数を減少させると共にガセットと結合部材との栓溶接を不要とした。なお、作業者の熟練度に負うことの多い栓溶接の代わりに、自動機によるスポット溶接を用いることにより、品質の安定及び工数の削減を実現できる。

本発明は、鉄道車両の屋根構体構造用の垂木に利用できる。

Ｒ、Ｒｃ 垂木
Ｒａ 本体部
Ｒｏ、Ｒｃｏ 外面
Ｒｒ、Ｒｃｒ 内面
Ｒ”、Ｒｃ” 垂木材
Ｒ’、Ｒｃ’ 垂木中間材
Ｒｃｅ 端部
Ｒｓ、Ｒｃｓ 直端部
Ｐｅｓ 側外板
Ｂｌｐｏ 長桁
Ｂｌｐｓ 側長桁
Ｐｖｓ 側縦柱
ＦＭｈ 横骨
Ｂｌ 長桁
Ｂｌｂ 基部
Ｂｌｏ 外側傾斜部
Ｂｌｓ 座部
Ｂｌｒ 内側傾斜部
Ｐｓ 側柱
Ｇ１、Ｇ２ ガセット
Ｇ２ｂ 基部
Ｇ２ｏ 上部
Ｗｓ スポット溶接
Ｗｐ 栓溶接
Ｖｃ１、Ｖｃ２ 構体構造
Ｄｌ 車両長手方向
Ｄｖ 車両縦方向
Ｄｗ 車両幅方向

Claims (2)

1. 鉄道車両の屋根構体構造に用いられる垂木であって、
   屋根の形状に対応して円弧状に延在する本体部と、
   前記本体部の両端部にそれぞれ一体的に形成されて、直線状に延在する第１及び第２の直端部とを備える垂木。
2. 前記垂木は直線状に延在する垂木材の両端部をチャックで保持して引っ張りながら、当該両端部の間の部分を、前記屋根の形状に対応して円弧状に形成された金型に押しつけて変形させて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の垂木。