JP2014015067A - 鉄道車両の排障装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を損なうことなく、軽量化を図ることができる鉄道車両の排障装置を提供する。
【解決手段】排障装置１は、鉄道車両の前端部に設けられ、中空本体部２と一対の中空アーム部３と一対のフランジ部４とを備える。中空本体部２は、平面視で鉄道車両の車幅方向中央部が前方に向けて突出し、内部空間を有するＦＲＰ製である。一対の中空アーム部３は、中空本体部２と一体的に成形され、中空本体部２の両端部から後方に向かって上方に延び、中空本体部２の内部空間と連通する内部空間を有するＦＲＰ製である。フランジ部４は中空アーム部３の後端部から突出し、鉄道車両に取り付けられるＦＲＰ製である。中空本体部２、中空アーム部３及びフランジ部４が、一体的に成形される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の排障装置に関し、特に主要部分がＦＲＰからなる排障装置に関する。

従来、鉄道車両の車両装備品として各種のものが知られている。そして、近年の鉄道車両の走行速度の高速化により、鉄道車両全体はもちろんのこと、車両装備品の軽量化も求められている。このような要求に対して、例えば、繊維強化複合材料（ＦＲＰ）で形成された車両用排障器（排障板）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、パイプやタンクとして使用するため、無継目で複数層構造を備えた中空形状のＦＲＰ成形品が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−１２７３８４号公報 特開平７−２３２３８４号公報

中空形状のＦＲＰ成形品を用いて車両装備品を製作することにより、さらなる車両軽量化を図ることも考えられる。

しかしながら、車両装備品のうち、例えば排障装置は鉄道車両の前端部に設けられるので、中空形状により軽量化を図ることができるものの、鉄道車両への取付けが困難である。また、排障装置等の車両装備品は、既に鉄道事業者において運用されている既存の鉄道車両に対しても互換性を確保することが求められる。

さらに、排障装置及び鉄道車両への取付部には十分な強度が要求されるが、特許文献１及び特許文献２には排障装置としての強度を確保する点については開示されておらず、これらの技術を鉄道車両の排障装置に適用することは困難である。特に、特許文献１記載の排障器は、排障板をＦＲＰとしたものであり、排障装置の主要部分に適用したものではない。

本発明は、強度を損なうことなく、軽量化を図ることができる鉄道車両の排障装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排障装置は、平面視で前記鉄道車両の車幅方向中央部が前方に向けて突出し、内部空間を有するＦＲＰ製の中空本体部と、前記本体部の両端部から後方に向かって上方に延び、前記本体部の内部空間と連通する内部空間を有するＦＲＰ製の一対の中空アーム部と、前記中空アーム部の後端部から突出し、前記鉄道車両に取り付けられるＦＲＰ製の一対のフランジ部とを備え、前記中空本体部、前記中空アーム部及び前記フランジ部が、一体的に成形される。

このようにすれば、中空本体部、中空アーム部及びフランジ部はＦＲＰの一体成形品となるので、台車または車体等の鉄道車両に対して容易に取り付けることができる。また、一体的に成形されているので、排障装置としての強度が確保される。これにより、軌道上の障害物との衝突によって衝撃が加わった場合でも、各部の接続部分が分離することがない。

また、ＦＲＰで成形される中空本体部と中空アーム部とを中空形状としているので、全体としてのＦＲＰの使用量を少なくして、軽量化を図りつつ、ＦＲＰを利用することで剛性の高い排障装置を実現できる。

中空アーム部を介して中空本体部に連接されるフランジ部を用いて鉄道車両に取り付ける構成としているので、鉄道車両への取付作業性が向上する。また、中空本体部や中空アーム部の設計変更等を行わずに、フランジ部を変更するだけで、取付態様の異なる複数の車種や、既存の鉄道車両にも取り付けることができる。

本発明により、強度を損なうことなく、軽量化を図ることができる鉄道車両の排障装置を提供することができる。

鉄道車両の排障装置の一実施の形態を示す背面図である。 同平面図である。 同側面図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は図１のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図１のＤ−Ｄ線断面図である。 中空アーム部、閉塞部及びフランジ部の接続部分を成形する方法の説明図である。 中空本体部と突部との接続部分を成形する方法の説明図である。

以下、実施の形態を図面に沿って説明する。
[１．排障装置の構成]
［１−１．全体構成の概略］
図１は鉄道車両の排障装置の一実施の形態を示す背面図、図２は同平面図、図３は同側面図、図４（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、図４（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１〜図４において、排障装置１は、その主要部分がＦＲＰ（例えば、ＣＦＰＲ）からなり、鉄道車両（先頭車両）における前側台車１０１の前端部に固定され、中空本体部２と、一対の中空アーム部３と、フランジ部４とを備えている。
［１−２．中空本体部の構成］
中空本体部２は、内部空間Ｓを有するＦＲＰ製の中空筒形状であり、平面視で、前記鉄道車両の車幅方向中央部が前方に向けて突出している。中空本体部２の前面には、鉄道車両の進行方向断面視において、前方に向けて凹形状に窪み、その凹形状部分が、鉄道車両が走行する際に軌道上の積雪を排除可能なＦＲＰ製のスノープラウ部２Ａを有している。

また、中空本体部２には、鉄道車両が走行する線路に対応する部位に、下方に突出するＦＲＰ製の突部７が一体的に成形されている。この突部７は、線路上の障害物から鉄道車両を保護する排障板または排障器（図示せず）を取付可能な大きさとされている。図７に示すように、突部７は、その内部に、熱発泡性接着剤を介してコア材としての金属部材４１Ｄと発泡樹脂材４１Ｂが充填された内部空間をさらに有する。金属部材４１Ｄなどにより、排障板などの取付部分が確保されるとともに必要な強度を得ることができる。なお、突部７の周辺部分の成形方法については後述する。
［１−３．中空アーム部の構成］
一対の中空アーム部３，３は、中空本体部２と一体的に成形されるＦＲＰ製であり、その前端部が中空本体部２の各端部にそれぞれ連接され、後端部が中空本体部２の各端部からそれぞれ後方に向かって上方に延びている。この中空アーム部３，３は、それぞれ、内部に中空本体部２の内部空間と連通する内部空間を有する。これにより一方の中空アーム部３の内部から中空本体部２の内部を経て他方の中空アーム部３の内部にまで延びる内部空間が形成されている。そして、中空本体部２と中空アーム部３とフランジ部４とは、少なくともその一部において、ＦＲＰの繊維要素（図示せず）が連続している。
［１−４．フランジ部及び閉塞部の構成］
一対のフランジ部４は、各中空アーム部３の後端部に設けられ、中空アーム部３と一体的に成形されるＦＲＰ製である。つまり、フランジ部４は、中空アーム部３の後端部から側方に突出するように設けられ、前側台車１０１に取り付けられる（なお、フランジ部４は、既存の鉄道車両に対しても取付可能な位置に設けられている）。

左右のフランジ部４の間隔は、前側台車１０１の、被取付部分である側はり１０１ａ，１０１ａの前端部の間隔に対応する。そして、側はり１０１ａ，１０１ａの前端部にフランジ部４がそれぞれ、締結部材（例えばボルト５）を用いて取り付けられる。このようにフランジ部４を設けることによって、取付用のボルト５の数量を増やすことができ、排障装置１の取付強度と排障性能を向上させることができる。

閉塞部６は、図１，２に示すように、フランジ部４に連接され、中空アーム部３の端部開口（後述する後側開口部３Ｂ）を塞いでいる。なお、本実施の形態ではフランジ部４と閉塞部６とは、ほぼ一様厚さであり一体的に成形される。フランジ部４及び閉塞部６の周辺部分の成形方法については後述する。
［１−５．排障装置と台車との取付構造］
各中空アーム部３は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、前側面側に形成された前側開口部３Ａと、後側面側に形成された後側開口部３Ｂとを有する。前側開口部３Ａ側には、成形時に形成される周回凸部３Ａａが前側面から突出して一体に成形されている。

接続部材１５は、後側開口部３Ｂから前側開口部３Ａ（周回凸部３Ａａ）まで延びる金属製の部材である。接続部材１５は、前側開口部３Ａ側から嵌め込まれ、接続部材１５の底部１５ａが、後側開口部３Ｂを閉塞する閉塞部６に対して接着により固定されている。

フランジ部４及び閉塞部６と接続部材１５には、ボルト５により前側台車１０１に取り付けるための複数の取付孔が形成されている。すなわち、閉塞部６には、前側開口部３Ａに対応する部分に第１取付孔６ａが形成され、接続部材１５の底部１５ａには、閉塞部６の第１取付孔６ａに対応する部分に接続部材側の第１取付孔１５ｂが形成されている。さらに、フランジ部４には、第２取付孔４ａが形成されている。これらの取付孔６ａ，１５ｂ，４ａは、上下方向に長辺を有する長穴であり、前側台車１０１に対する排障装置１の取付位置を上下方向において容易に調整できるようになっている。

また、ボルト５による取付部分を補強するため、金属製の補強部材１７が、各取付孔６ａ，１５ｂ及び４ａに接着により設けられている。補強部材１７は、筒状部１７ａと鍔部１７ｂとを有している。筒状部１７ａは、各取付孔６ａ，１５ｂ及び４ａに挿入される。また、鍔部１７ｂは、筒状部１７ａの端部に連接され、鍔部１７ｂにボルト５の頭部が接触するまでボルト５を締め込むことで、排障装置１が前側台車１０１に取り付けられる。このように、補強部材１７を設けることで、ボルト取付部分について必要な強度が確保される。
［１−６．各構成の効果］
このように、排障装置１は、ＦＲＰ成形品とするのに加えて、主要部をなす中空本体部２と中空アーム部３をともに中空としているので、ＦＲＰの使用量を少なくしつつ、軽量かつ剛性の高い排障装置を実現できる。特に、前側台車１０１へのボルト５による取付部位を金属製の接続部材１５や補強部材１７にて補強しているので、ボルト５による取付けのために必要な強度は確保される。よって、軽量化と強度確保との両立を図ることができる。

中空本体部２、中空アーム部３及びフランジ部４を成形するＦＲＰの繊維要素が連続するようになっているので、排障装置としての強度を確保し、衝撃が加わった場合でも中空本体部２、中空アーム部３及びフランジ部４の接続部分が分離することがない。

中空アーム部３を介して中空本体部２に連接されるフランジ部４を用いて鉄道車両に取り付ける構成としているので、鉄道車両への取付作業性が向上する。また、中空本体部２や中空アーム部３の設計変更等を行わずに、フランジ部４を変更するだけで、取付態様の異なる複数の車種や、既存の鉄道車両に対しても排障装置１を取り付けることができる。

また、中空形状に形成するために必要とされる前側開口部３Ａから補強部材１７を嵌め込むことで、構造の強化が図れるだけでなく、中空アーム部３の内部空間への雨水侵入を防止することができる。
［２．排障装置の成形方法］
中空成形品の製造方法として、以下のような技術が知られている（例えば特開２００３−３３４８３４号公報）。

まず、成形品に対応する形状を有するキャビティ内面にプリプレグを配置する。次に、プリプレグ上にバギングフィルムを重ねて当該バギングフィルム周縁を前記成形型に直接気密シールする。そしてバギングフィルムと成形型との間を排気するとともに、オートクレーブ内で加圧加熱することによりプリプレグを硬化させ、中空成形品を得ることができる。

しかし、本実施の形態の排障装置１において、中空本体部２、中空アーム部３、フランジ部４及び閉塞部６は一体的に成形されるが、フランジ部４のように外方に突出する形状を含む場合は、成型時に有効に圧力を作用させることができない。また、中空本体部２に設けられる突部７のようにサイズの小さな構成部位についても成形が困難である。そこで、本実施の形態に係る排障装置１は、以下の方法で成形される。
［２−１．フランジ部４及び閉塞部６の周辺部分の成形］
フランジ部４及び閉塞部６の周辺部分の成形方法について、図６を用いて説明する。図６に示すように、成形型として上側型１１と下側型１２とを用い、上側型１１は、本体型１１Ａと、本体型１１Ａから分割され、上側型１１及び下側型１２に固定されない複数の分割型１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄから構成される。なお、参照符号３５はシール材である。

まず、中空アーム部３となるプリプレグ３１に対しては、前側開口部３Ａから内側バギングフィルム３２を挿通してプリプレグ３１の内面を覆い、オートクレーブ処理における加圧圧力と拮抗させるように、中空アーム部３の内面から加圧する。そして、上側型１１（本体型１１Ａ、分割型１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ）と外側バギングフィルム３３との間を真空として、オートクレーブ内で加圧加熱する。これにより、真空圧及びオートクレーブ圧によって、外側バギングフィルム３５が収縮する方向に移動することに伴い、分割型１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄが移動し、内圧が作用しないプリプレグ３４の張り出し部分３４ａ（フランジ部４）を加圧することができる。かかる加圧下で加熱することにより各プリプレグが硬化し、中空アーム部３とフランジ部４及び閉塞部６の一体成形品を得ることができる。なお、成形前に、下側型１２に対し中空アーム部３となるプリプレグ３１に対して所定の位置関係となるように、閉塞部６及びフランジ部４となる板状のプリプレグ３４を配置することにより、成形時に中空アーム部３とフランジ部４とが一体に結合され、ＦＲＰの繊維要素が連続し、成形品の十分な強度を確保することができる。

また、上述のようにフランジ部４及び閉塞部６には、前側台車１０１に取り付けるための第１取付孔６ａ及び第２取付孔４ａが設けられるが、第１及び第２取付孔６ａ，４ａを成形するスロットの幅方向の間隔を微小な範囲で調節可能な成形型を用いて成形することも可能である。よって、共通の成形型を用いて、台車に応じて、左右の第１及び第２取付孔６ａ，４ａの間隔が異なる排障装置を製造することができる。
［２−２．突部７の周辺部分の成形］
次に突部７の周辺部分の成形方法について図７を用いて説明する。図７に示すように、成形型として、上側型１１と下側型１２とを用い、下側型１２は、本体型１２Ａと、分割型１２Ｂとから構成される。突部７となる積層構造物４１は、分割型１２Ｂ内に配置されることにより、中空本体部２となるプリプレグ３１に対して所定の位置関係となるように、成型することができる。

積層構造物４１は、中空殻状のプリプレグ４１Ａ内に、発泡樹脂材４１Ｂ（例えば、アクリルフォーム材）と熱発泡性接着剤４１Ｃと金属製インサート部材４１Ｄが積層されたものが充填されたものである。すなわち、熱発泡性接着剤４１Ｃは、内圧が作用しない箇所に配置されている。

このようにすれば、積層構造物４１のうち内圧が作用しにくい箇所は、成形時の加熱によって熱発泡性接着剤が発泡するので、突部表面となるＣＦＲＰプリプレグ４１Ａを加圧することができる。これにより、排障板などを取り付けるために必要な強度となる突部７を簡単に一体的に成形することができる。

上記実施形態は、前述したほか、次のように変更することも可能である。

（１）スノープラウ部２Ａは、飛石などによる破損防止のために、その表面に補強材をさらに含むようにすることも可能である。例えば、金属板（軟鋼、ＳＵＳ、アルミ合金等）等の補強部材をスノープラウ部２Ａの表面に接着してもよい。また、金属板（軟鋼、ＳＵＳ、アルミ合金等）、鉄製のメッシュ、ガラス繊維やアラミド繊維等の補強材をスノープラウ部２Ａと一体に成形してもよい。

（２）ＦＲＰとしては、ＣＦＲＰを用いてもよい。これにより、ＣＦＲＰは樹脂と繊維の相互作用により、金属に比べて振動吸収が大きく、減衰率も大きく、耐候性にも優れる。

（３）上記実施形態において、排障装置１は前側台車１０１に取り付けられたが、車体に取り付けても良い。

（４）上記実施形態において、ＦＲＰ成形品は排障装置に適用したが、これに限られず、軽量化が要求される鉄道車両の種々の装備品に適用可能である。

１ 排障装置
２ 中空本体部
２Ａ スノープラウ部
３ 中空アーム部
３Ａ 前側開口部
３Ａａ 周回凸部
３Ｂ 後側開口部
４ フランジ部
４ａ 第２取付孔
５ ボルト（締結部材）
６ 閉塞部
６ａ 第１取付孔
７ 突部
１５ 接続部材
１５ａ 底部
１５ｂ 取付孔
１７ 補強部材

Claims (10)

1. 鉄道車両の前端部に設けられる排障装置であって、
   平面視で前記鉄道車両の車幅方向中央部が前方に向けて突出し、内部空間を有するＦＲＰ製の中空本体部と、
   前記本体部の両端部から後方に向かって上方に延び、前記本体部の内部空間と連通する内部空間を有するＦＲＰ製の一対の中空アーム部と、
   前記中空アーム部の後端部から突出し、前記鉄道車両に取り付けられるＦＲＰ製の一対のフランジ部とを備え、
   前記中空本体部、前記中空アーム部及び前記フランジ部が、一体的に成形される、鉄道車両の排障装置。
   
2. 前記中空本体部、前記中空アーム部及び前記フランジ部は、少なくともその一部において、ＦＲＰの繊維要素が連続している、請求項１に記載の鉄道車両の排障装置。
   
3. 各前記中空アーム部は、前側面側に形成された前側開口部と、後側面側に形成された後側開口部とを有し、
   前記排障装置は、
   前記前側開口部と前記後側開口部を接続する接続部材と、
   前記後側開口部を略閉塞するとともに前記フランジ部に連接される閉塞部とをさらに備え、
   前記閉塞部は、締結部材により、前記中空アーム部とともに前記鉄道車両に取り付けるための第１取付孔を前記前側開口部に対応する部分に有する、請求項１または２に記載の鉄道車両の排障装置。
   
4. 前記中空本体部は、前記鉄道車両が走行する線路に対応する部位であって、下方に突出し前記線路上の障害物から前記鉄道車両を保護する排障板または排障器を取り付け可能な、前記中空本体部と一体的に成形されるＦＲＰ製の突部をさらに有する、請求項１〜３にいずれか記載の鉄道車両の排障装置。
   
5. 前記突部は、その内部に内部空間を有し、前記内部空間には熱発泡性接着剤を介してコア材が充填された、請求項４に記載の鉄道車両の排障装置。
   
6. 前記コア材は、金属部材または発泡樹脂材である、請求項５に記載の鉄道車両の排障装置。
   
7. 前記フランジ部は、締結部材により、前記中空アーム部を前記鉄道車両に取り付けるための第２取付孔をさらに有する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の鉄道車両の排障装置。
   
8. 各前記ＦＲＰは、ＣＦＲＰである、請求項１〜７のいずれか１つに記載の鉄道車両の排障装置。
   
9. 前記中空本体部は、その前面に、前記鉄道車両の進行方向断面視において、前方に向けて凹形状であり、前記鉄道車両が走行することにより軌道上の積雪を排除可能なスノープラウ部を有する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の鉄道車両の排障装置。
   
10. 前記スノープラウ部は、その前面側に補強材をさらに含む、請求項９に記載の鉄道車両の排障装置。

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