JP2015063238A - 軌道系車両 - Google Patents

Abstract

【課題】開口部を大きくすることが出来るとともに、輸送体積を大幅に減少させることが出来る軌道系車両を提供すること。【解決手段】軌道に沿って走行する軌道系車両（１）において、車両長手方向の前方および後方に夫々配置される前方台車（２）および後方台車（３）と、前方台車および前記後方台車に支持される台枠（４）と、台枠の上面に配置される上部構体（５）とを備え、上部構体は、台枠の上方を前記車両長手方向の一側辺（４ｂ）に沿って延在する第１縦通梁部材（２２）と、台枠の上方を車両長手方向の他側辺（４ｃ）に沿って延在する第２縦通梁部材（２４）と、台枠の上面に車両長手方向に沿って間隔を空けて配置され、第１縦通梁部材および第２縦通梁部材によって夫々連結される複数のアーチ状部材（２０）とからなり、台枠は、上部構体よりも車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成される。【選択図】図３

Description

本開示は、軌道に沿って走行する軌道系車両に関する。

新交通システムなどの軌道系車両は、軌道に沿って設けられたガイドレールに案内されながら軌道に沿って走行する。軌道系車両は、レール上を走行する鉄道車両とは異なり、ゴムタイヤなどの走行輪によって走行する。

この軌道系車両の車両構造として、従来は、床・側面・天井の全てで強度を受け持つように設計されるモノコックボディが主流であった。このようなモノコックボディによる車両構造は、床・側面・天井の全てで強度を受け持つため、車両全体の軽量化を図ることが出来るとの利点がある。

特開２０１０−２５４１２２号公報

ところで、モノコックボディからなる車両構造では、ドア開口部、窓開口部などの開口部において剛性が低下するため、開口端部に変形が生じ、高い応力が発生する。特に近年の軌道系車両においては開放的な雰囲気の車両に対するニーズが高まっており、開口部をより一層大きくすることが求められている。しかしながら、床・側面・天井の全てで強度を受け持つモノコックボディにおいて開口部を大きくするのは難しいとの問題がある。

また、モノコックボディからなる車両は、床・側面・天井を一体化した状態で輸送されるのが一般的である。これは、モノコックボディでは、床・側面・天井の全てで強度を受け持つため、床と側面、及び側面と天井とを全長にわたって接合する必要があり、現地での組み立てが困難だからである。このため、輸送体積が大きくなるとの問題がある。

特許文献１には、軌道系車両において、台枠の剛性を大幅に高めることで、台枠で強度の大半を受け持つようにした車両構造が開示されている。しかしながらこの特許文献１の軌道系車両は、車両の形状は従来のモノコックボディのままに、上部構体の材料のみをＦＲＰとするものである。このような特許文献１の車両構造にあっては、引用文献１の図１に示されているように、床・側面・天井を一体化した状態で輸送されるため、輸送体積を小さくすることは出来ない。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、軽量・開放的な車両構造を実現するとともに、輸送体積を大幅に減少させることが出来る軌道系車両を提供することにある。

本発明の少なくとも一つの実施形態は、
軌道に沿って走行する軌道系車両において、
車両長手方向の前方および後方に夫々配置される前方台車および後方台車と、
前記前方台車および前記後方台車に支持される台枠と、
前記台枠の上面に配置される上部構体と、を備え、
前記上部構体は、
前記台枠の上方を前記車両長手方向の一側辺に沿って延在する第１縦通梁部材と、
前記台枠の上方を前記車両長手方向の他側辺に沿って延在する第２縦通梁部材と、
前記台枠の上面に前記車両長手方向に沿って間隔を空けて配置され、前記第１縦通梁部材および前記第２縦通梁部材によって夫々連結される複数のアーチ状部材と、からなり、
前記台枠は、前記上部構体よりも前記車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成される。

このような本発明の一実施形態にかかる軌道系車両によれば、台枠と、台枠の上面に配置される上部構体とを備えるとともに、この上部構体が、第１縦通梁部材、第２縦通梁部材、及びアーチ状部材の３つの部材から構成される骨組み構造となっている。そして、台枠は、上部構体よりも車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成されており、基本的に台枠で強度を受け持つ車両構造となっている。このため、アーチ状部材の配置間隔を適宜設定することで、軌道系車両に大きな開口部を設けることが出来る。

また、上部構体を構成する第１縦通梁部材、第２縦通梁部材、及びアーチ状部材の３つの部材を別々の状態のまま現地に輸送し、これらを現地で組み立てることも可能である。このように、従来のモノコックボディのように車両のままの状態で輸送する必要がないため、輸送体積を大幅に減少することが出来る。

幾つかの実施形態では、
前記複数のアーチ状部材は、
前記台枠の前記車両長手方向の一側辺に沿って間隔を空けて配置される複数の第１側柱と、
前記台枠の前記車両長手方向の他側辺に沿って間隔を空けて配置される複数の第２側柱と、
前記複数の第１側柱と前記複数の第２側柱との間に夫々配置される複数の天井梁と、を含み、
前記上部構体は、
前記複数の第１側柱の各々の先端面と連結される前記第１縦通梁部材によって、前記複数の第１側柱を夫々連結し、
前記複数の第２側柱の各々の先端面と連結される前記第２縦通梁部材によって、前記複数の第２側柱を夫々連結し、
前記複数の天井梁によって、前記第１縦通梁部材と前記第２縦通梁部材とを連結することで構成される。

このような実施形態によれば、複数の第１側柱、第２側柱、天井梁、並びに第１縦通梁部材及び第２縦通梁部材から上部構体を構成することが出来る。また、複数の第１側柱の各々の先端面と第１縦通梁部材とを連結し、複数の第２側柱の各々の先端面と第２縦通梁部材とを連結し、第１縦通梁部材と第２縦通梁部材とを複数の天井梁によって連結することで上部構体を構成することが出来る。
これにより、少ない部材点数からなる単純な構造によって上部構体を構成することが出来るため、組み立て性に優れている。よって、上部構体を構成する各部材を輸送した後、現地で組み立てることも容易である。

幾つかの実施形態では、上記台枠は金属で形成され、上記上部構体はＦＲＰで形成される。

このような実施形態によれば、台枠は剛性の高い金属から形成し、上部構体は軽量なＦＲＰ（繊維強化プラスチック）から形成することで、基本的には台枠で強度を受け持つとともに、車両全体の軽量化を図ることが出来る。

上記実施形態において、上記台枠は、波状の芯材と、該波状の芯材を挟持する上板及び下板とを有するパネル構造からなる。

このような実施形態によれば、台枠を高剛性のパネル構造とすることで、台枠で強度を受け持たせる車両構造とすることが出来る。

幾つかの実施形態では、上記第１縦通梁部材および第２縦通梁部材の少なくとも何れか一方から車両用ドアがスライド可能に吊り下げられる。

このような実施形態によれば、複数のアーチ状部材を連結するための縦通梁部材に車両用ドアを吊り下げることで、車両用ドアを簡単に設置することが出来る。

幾つかの実施形態では、
前記台枠に設計鉛直荷重が作用した時の前記車両長手方向におけるたわみをδ、
前記台枠に設計鉛直荷重が作用した時の最大応力をσ、安全率をＦｓ、とした時に、
前記台枠が、下記式（１）、（２）を満たす。
δ≦Ｌ×１．５／１０００ ・・・（１）
σ≦σｙ／１．５ ・・・（２）
（ただし、Ｌは前方台車および後方台車に支持される台枠の支持スパン、σｙは降伏応力 である。）

このような実施形態によれば、台枠で全ての設計鉛直荷重を受け持たせることが出来る車両構造となる。このため、開口部の大きさや配置、上部構体の形状や材料選択など、上部構体の設計の自由度を飛躍的に高めることが出来る。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、軽量・開放的な車両構造を実現することが出来るとともに、輸送体積を大幅に減少させることが出来る軌道系車両を提供することが出来る。

本発明の一実施形態にかかる軌道系車両を示した側面図である。 一実施形態にかかる軌道系車両の台枠を示した概略図であって、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は部分斜視図である。 一実施形態にかかる軌道系車両の上部構体を示した概略斜視図である。 一実施形態にかかる軌道系車両の上部構体におけるアーチ状部材を示した概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる軌道系車両を示した側面図である。
図１に示したように、本実施形態の軌道系車両１は、車両長手方向の前方および後方に夫々配置される前方台車２および後方台車３と、前方台車２および後方台車３に支持される台枠４と、台枠４の上面に配置される上部構体５と、を備える。

前方台車２および後方台車３は、左右一対のゴムタイヤからなる走行輪２ａ、３ａを夫々有しており、これら前方台車２および後方台車３によって、軌道に沿って設けられたガイドレールに案内されながら軌道に沿って走行するように構成される。
なお、本明細書において車両長手方向の前方および後方とは、車両の進行方向を前方、進行方向と反対側を後方と定義している。図１では、軌道系車両が図の左側に向かって進行している状態を示しているが、車両の進行方向が反対向きになれば、上述した前方台車２および後方台車３も入れ替わる。

図２は、一実施形態にかかる軌道系車両の台枠を示した概略図であって、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は部分斜視図である。
図２に示したように、台枠４は、断面視で波状の芯材１８と、該波状の芯材１８を挟持する上板１２及び下板１４とを有する金属製のパネル構造からなる。このパネル構造は、例えばアルミの押し出し成形によって製造される。また、荷重等の制限によって一度の押し出し成形で製造出来ない場合は、パネル構造をその幅方向に分割して押し出し成形し、該分割体を幅方向に溶接することでパネル構造を製造してもよい。また、台枠４の車両長手方向の両側面には、金属製の側梁１６ａ，１６ｂが例えば溶接によってパネル構造と接合されている。この側梁１６ａ，１６ｂの上面は、上板１２の上面よりも一段高くなっている。

かかる台枠４は、後述する上部構体５よりも車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成されている。
これら台枠４を構成する金属の材料としては、押出成形性に優れるアルミ合金の他、軟鉄鋼、ステンレス鋼などを使用することが出来る。

図３は、一実施形態にかかる軌道系車両の上部構体を示した概略斜視図である。
図３に示したように、上部構体５は、上述した台枠４の上方を車両長手方向の一側辺４ｂに沿って延在する第１縦通梁部材２２と、台枠４の上方を車両長手方向の他側辺４ｃに沿って延在する第２縦通梁部材２４と、台枠４の上面４ａに車両長手方向に沿って間隔を空けて配置され、第１縦通梁部材２２および第２縦通梁部材２４によって夫々連結される複数のアーチ状部材２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｃ，２０ｅ）とからなる。そして、これら複数のアーチ状部材２０の各々の基端部が、上述した台枠４の上面４ａに連結されている。

図１及び図３に示したように、最前方のアーチ状部材２０ａと隣接するアーチ状部材２０ｂとの間の開口部３０には、窓９ａを有する前方窓パネル９が取り付けられている。アーチ状部材２０ｂと隣接するアーチ状部材２０ｃとの間の開口部３１には、窓６ａを有する前方車両用ドア６が取り付けられている。アーチ状部材２０ｃと隣接するアーチ状部材２０ｄとの間の開口部３２には、窓７ａを有する側面パネル７が取り付けられている。アーチ状部材２０ｄと隣接するアーチ状部材２０ｅとの間の開口部３３には、窓８ａを有する後方車両用ドア８が取り付けられている。アーチ状部材２０ｅと最後方のアーチ状部材２０ｆとの間の開口部３４には、窓１０ａを有する後方窓パネル１０が取り付けられている。なお、これらの窓付きのパネル７、９、１０に替えて、全体が透明のパネルを用いることで、より開放的な雰囲気の車両とすることが出来る。

前方車両用ドア６及び後方車両用ドア８は、上述した第１縦通梁部材２２および第２縦通梁部材２４の少なくとも何れか一方からスライド可能に吊り下げられている。このような構成によれば、複数のアーチ状部材２０を連結するための縦通梁部材２２，２４に車両用ドア６，８を吊り下げることで、車両用ドア６，８を簡単に設置することが出来る。
また、これら複数のアーチ状部材２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｃ，２０ｅ）の各々の間に形成される天井開口部３５〜３９には、天井パネルが取り付けられる。

このような本発明の一実施形態にかかる軌道系車両１によれば、台枠４と、台枠４の上面４ａに配置される上部構体５とを備えるとともに、この上部構体５が、第１縦通梁部材２２、第２縦通梁部材２４、及びアーチ状部材２０の３つの部材から構成される骨組み構造となっている。そして、台枠４は、上部構体５よりも車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成されており、基本的に台枠４で強度を受け持つ車両構造となっている。このため、アーチ状部材２０の配置間隔を適宜設定することで、軌道系車両１に大きな開口部３０〜３９を設けることが出来るようになっている。

また、上述した実施形態の軌道系車両１によれば、上部構体５を構成する第１縦通梁部材２２、第２縦通梁部材２４、及びアーチ状部材２０の３つの部材を別々の状態のまま現地に輸送し、これらを現地で組み立てることも可能である。このように、従来のモノコックボディのように車両のままの状態で輸送する必要がないため、輸送体積を大幅に減少することが出来るようになっている。

図４は、一実施形態にかかる軌道系車両の上部構体におけるアーチ状部材を示した概略図である。
幾つかの実施形態では、上述したアーチ状部材２０は、台枠４の車両長手方向の一側辺４ｂに沿って間隔を空けて配置される直線状の第１側柱２６と、台枠４の車両長手方向の他側辺４ｃに沿って間隔を空けて配置される直線状の第２側柱２７と、第１側柱２６と第２側柱２７との間に配置される天井梁２８とを含む。

そして、上述した上部構体５は、図３及び図４に示したように、複数の第１側柱２６の各々の先端面２６ａと連結される第１縦通梁部材２２によって、複数の第１側柱２６を夫々連結し、複数の第２側柱２７の各々の先端面２７ａと連結される第２縦通梁部材２４によって、複数の第２側柱２７を夫々連結し、複数の天井梁２８によって、第１縦通梁部材２２と第２縦通梁部材２４とを連結することで構成される。

この際、図４（ａ）に示したように、矩形断面を有する第１縦通梁部材２２及び第２縦通梁部材２４を用い、逆Ｕ字状の天井梁２８によって第１縦通梁部材２２と第２縦通梁部材２４とを連結しても良い。また、図４（ｂ）に示したように、円弧状断面を有する第１縦通梁部材２２´及び第２縦通梁部材２４´を用い、直線状の天井梁２８´によって第１縦通梁部材２２´と第２縦通梁部材２４´とを連結しても良い。

このような実施形態によれば、複数の第１側柱２６、第２側柱２７、天井梁２８、並びに第１縦通梁部材２２及び第２縦通梁部材２４から上部構体５を構成することが出来る。また、複数の第１側柱２６の各々の先端面２６ａと第１縦通梁部材２２とを連結し、複数の第２側柱２７の各々の先端面２７ａと第２縦通梁部材２４とを連結し、第１縦通梁部材２２と第２縦通梁部材２４とを複数の天井梁によって連結することで上部構体５を構成することが出来る。
これにより、少ない部材点数からなる単純な構造によって上部構体５を構成することが出来るため、組み立て性に優れている。よって、上部構体５を構成する各部材を輸送した後、現地で組み立てることも容易である。

これら上部構体５を構成するアーチ状部材２０、第１縦通梁部材２２、第２縦通梁部材２４の材料は、特に限定されないが、幾つかの実施形態では軽量で引張強度に優れるＦＲＰ（繊維強化プラスチック）から形成される。使用可能なＦＲＰとしては、例えばＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）やＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などが挙げられる。
そして、第１縦通梁部材２２、第２縦通梁部材２４、第１側柱２６、第２側柱２７、天井梁２８などの各部材は、ボルト等によって互いに剛結される。

このような実施形態によれば、台枠４は剛性の高い金属から形成し、上部構体５は軽量なＦＲＰから形成することで、基本的には台枠４で強度を受け持つとともに、車両全体の軽量化を図ることが出来るようになっている。

また、上述したように、台枠４を高剛性のパネル構造とすることで、台枠４で強度を受け持たせる車両構造とすることが出来る。

幾つかの実施形態では、台枠４に設計鉛直荷重が作用した時の車両長手方向におけるたわみをδ、台枠４に設計鉛直荷重が作用した時の最大応力をσ、安全率をＦｓ、とした時に、台枠４が、下記式（１）、（２）を満たす。
δ≦Ｌ×１．５／１０００ ・・・（１）
σ≦σｙ／１．５ ・・・（２）
（ただし、Ｌは前方台車２および後方台車３に支持される台枠４の支持スパン、σｙは降伏応力である。）

ここで設計鉛直荷重とは、車両設計時において車両のたわみ及び応力を計算する際に車両に作用させる鉛直荷重の合計値であり、下記式（３）より求められる。
設計鉛直荷重＝車両自重＋満車時の群集荷重＋搭載機器荷重 ・・・（３）

また、安全率Ｆｓは、設計鉛直荷重が作用した時の余裕の度合いを意味するものであり、一般に１．５〜２．０の範囲で設定される。

このような実施形態によれば、台枠４で全ての設計鉛直荷重を受け持たせる車両構造とすることが出来る。このため、開口部３０〜３９の大きさや配置、上部構体５の形状や材料選択など、上部構体５の設計の自由度を飛躍的に高めることが出来るようになっている。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

本発明の少なくとも一実施形態は、軌道に沿って走行する軌道系車両の車両構造として好適に用いることが出来る。

１ 軌道系車両
２ 前方台車
３ 後方台車
４ 台枠
５ 上部構体
６ 前方車両用ドア
７ 側面パネル
８ 後方車両用ドア
９ 前方窓パネル
１０ 後方窓パネル
１２ 上板
１４ 下板
１６ａ、１６ｂ 側梁
１８ 芯材
２０ アーチ状部材
２２ 第１縦通梁部材
２４ 第２縦通梁部材
２６ 第１側柱
２７ 第２側柱
２８ 天井梁
３０〜３４ 開口部
３５〜３９ 天井開口部

Claims (6)

1. 軌道に沿って走行する軌道系車両において、
   車両長手方向の前方および後方に夫々配置される前方台車および後方台車と、
   前記前方台車および前記後方台車に支持される台枠と、
   前記台枠の上面に配置される上部構体と、を備え、
   前記上部構体は、
   前記台枠の上方を前記車両長手方向の一側辺に沿って延在する第１縦通梁部材と、
   前記台枠の上方を前記車両長手方向の他側辺に沿って延在する第２縦通梁部材と、
   前記台枠の上面に前記車両長手方向に沿って間隔を空けて配置され、前記第１縦通梁部材および前記第２縦通梁部材によって夫々連結される複数のアーチ状部材と、からなり、
   前記台枠は、前記上部構体よりも前記車両長手方向に対する剛性が高くなるように構成される、
   軌道系車両。
2. 前記複数のアーチ状部材は、
   前記台枠の前記車両長手方向の一側辺に沿って間隔を空けて配置される複数の第１側柱と、
   前記台枠の前記車両長手方向の他側辺に沿って間隔を空けて配置される複数の第２側柱と、
   前記複数の第１側柱と前記複数の第２側柱との間に夫々配置される複数の天井梁と、を含み、
   前記上部構体は、
   前記複数の第１側柱の各々の先端面と連結される前記第１縦通梁部材によって、前記複数の第１側柱を夫々連結し、
   前記複数の第２側柱の各々の先端面と連結される前記第２縦通梁部材によって、前記複数の第２側柱を夫々連結し、
   前記複数の天井梁によって、前記第１縦通梁部材と前記第２縦通梁部材とを連結することで構成される、
   請求項１に記載の軌道系車両。
3. 前記台枠は金属で形成され、前記上部構体はＦＲＰで形成される、
   請求項１に記載の軌道系車両。
4. 前記台枠は、波状の芯材と、該波状の芯材を挟持する上板及び下板とを有するパネル構造からなる、
   請求項３に記載の軌道系車両。
5. 前記第１縦通梁部材および前記第２縦通梁部材の少なくとも何れか一方から車両用ドアがスライド可能に吊り下げられる、
   請求項１に記載の軌道系車両。
6. 前記台枠に設計鉛直荷重が作用した時の前記車両長手方向におけるたわみをδ、
   前記台枠に設計鉛直荷重が作用した時の最大応力をσ、安全率をＦｓ、とした時に、
   前記台枠が、下記式（１）、（２）を満たす、
   請求項１に記載の軌道系車両。
   δ≦Ｌ×Ｆｓ／１０００ ・・・（１）
   σ≦σｙ／Ｆｓ ・・・（２）
   （ただし、Ｌは前方台車および後方台車に支持される台枠の支持スパン、σｙは降伏応力である。）

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