JP2018070092A - 鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

【課題】気密荷重に起因する側構体の変形を抑制しつつ、軽量で車内空間が広い鉄道車両構体を提供する。【解決手段】車外側の第１面板と、車内側の第２面板と、第１面板と第２面板とを接続する複数の斜めリブと、第１面板と第２面板とに交差する縦リブと、を備える中空押出形材からなる側構体を有する鉄道車両用構体であって、中空押出形材は、鉄道車両構体の長手方向に沿って押出成形されており、側構体は、窓板が取り付けられる窓取付部を有しており、窓取付部は、第１面板に設けられる窓開口部の周縁部に備えられる窓保持部と、窓保持部と一体に備えられる変形抑制リブを有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、軌条車両等の構体に関し、特に、構体の内外で空気の出入りが少ない気密構体であって、高速走行に伴う車外の圧力変動によって、構体に気密荷重が作用する高速鉄道車両構体に関する。

近年、車内音の低減による高品質化や部品点数の削減による低コスト化を目的として、アルミニウム合金製の中空押出形材で、高速鉄道車両構体（以下、構体と記す）を製造する場合がある。
中空押出形材は、例えば、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する接続板からなるアルミニウム合金製の部材である。

そして、複数の中空押出形材を定盤上に並べて長手方向に接合し、構体の床面をなす台枠、側面をなす側構体、屋根をなす屋根構体等のパネルを製造した後、これらパネルを６面体に組み立てて接合することによって構体が製造される。
特許文献１には、上記のような中空押出形材を用いて構体を構成する例が開示されている。

特開２００４−１３０８７２号公報

高速鉄道車両の場合、構体の変形に最も厳しい条件を与えるのは、高速でトンネルを通過する際に、構体に作用する圧力荷重である。
高速鉄道車両の構体は、気密性が高い構体（以下、気密構体）のため、トンネル内走行時に車外圧力が変化すると、気密荷重が構体を構成する側構体や屋根構体等に作用して、これらは面外方向に変形する。

特に、窓ガラス（窓板）が備えられる側構体の窓取付部は、窓開口部の縁にガラス窓が当接されるため、車内外圧力差による圧力荷重（以下、気密荷重）が負荷されると、特に面外方向に大きく変形して局所的に高い応力が生じやすい。
この気密荷重に起因する側構体の変形を抑制するために、中空押出形材を構成する面板および接続板（リブ）の板厚を大きくしたり、中空押出形材の高さ（厚さ）寸法を大きくしたり、または、窓開口部を小さくすることが有効である。

しかしながら、これらの対策は、重量が増加したり、車内の幅方向の客室空間の寸法が減少したりするため、好ましくない場合もある。
そこで、本発明の目的は、気密荷重に起因する側構体の変形を抑制しつつ、軽量で広い車内空間を備えることができる鉄道車両構体を提供することである。

上記の目的を解決するために、本発明による鉄道車両構体は、車外側の第１面板と、車内側の第２面板と、第１面板と第２面板とを接続する複数の斜めリブと、第１面板と第２面板とに交差する縦リブと、を備える中空押出形材からなる側構体を有する鉄道車両用構体であって、中空押出形材は、鉄道車両構体の長手方向に沿って押出成形されており、側構体は、窓板が取り付けられる窓取付部を有しており、窓取付部は、第１面板に設けられる窓開口部の周縁部に備えられる窓保持部と、窓保持部と一体に備えられる変形抑制リブを有することを特徴とする。

本発明によれば、気密荷重に起因する側構体の変形を抑制しつつ、軽量で広い車内空間を備えることができる鉄道車両構体を提供することができる。

図１は、鉄道車両構体の部分断面の斜視図である。 図２は、鉄道車両構体をなす側構体の窓開口部に備えられる窓を車内から見た部分断面の斜視図である。 図３は、鉄道車両構体をなす側構体の窓開口部の近傍の長手方向に交差する断面図（図２Ａ−Ａ断面図）である。 図４は、側構体の窓開口部に固定される窓の固定部の長手方向に沿う断面図（図２Ｂ−Ｂ断面図）である。 図５は、側構体の窓開口部に固定される窓の固定部の長手方向に沿う断面図（図２Ｃ−Ｃ断面図）である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
まず、以下の説明に供する鉄道車両構体に関係する各方向を、鉄道車両構体１（以下、構体１と記す）の長手方向（レール方向）をＸ方向、構体１の幅方向（枕木方向）をＹ方向、これらＸ方向およびＹ方向に交差する構体１の高さ方向をＺ方向と定義する。以下、単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と記す。

図１は、鉄道車両構体の部分断面の斜視図である。ここで、図１に示す構体１は、中心線を含むＸ方向に沿う垂直面に関して対称であるため、当該垂直面に対して一方のみを示す。
構体１は、床面をなす台枠４０と、台枠４０のＹ方向の端部に立設される側構体３０と、側構体３０の上端部に載置される屋根構体２０などを備える。

台枠４０は、Ｙ方向に沿う垂直面における断面形状がＴ字状の複数のリブを備える平板状の押出形材４２０と、その下面にＹ方向に沿って離散的に備えられる複数の横梁４３０と、横梁４３０のＹ方向の両端にＸ方向に沿って備えられる側梁４１０から構成される。

屋根構体２０は、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する複数の接続板からなる中空押出形材２１０、２２０、２３０、２４０、２５０からなる。
これら中空押出形材は、アルミニウム合金製であり、Ｘ方向に沿って押出成形されている。

屋根構体２０は、中空押出形材２１０〜２５０のＹ方向の端部を突き合わせて、溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合して製作される。
屋根構体２０のＹ方向の端部に備えられる中空押出形材２５０は、側構体３０のＺ方向の端部に備えられる中空押出形材３１０に溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合される。

側構体３０は、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する複数の接続板からなる中空押出形材３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０からなる。
これら中空押出形材の材質および押出方向は屋根構体２０に供される中空押出形材のそれらと同様である。

側構体３０は、中空押出形材３１０〜３６０のＺ方向の端部を突き合わせて、溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合して製作される。
側構体３０のＺ方向の下端部に備えられる中空押出形材３６０は、台枠４０をなす側梁４１０に接合される。例えば積層ガラスで構成される窓板３３（図２参照）が嵌め込まれる窓開口部３１（図１の窓取付部９０）は、中空押出形材３３０、３４０に跨って備えられる。

図２は、鉄道車両構体をなす側構体の窓開口部に備えられる窓を車内側から見た部分断面の斜視図であり、図３は、鉄道車両構体をなす側構体の窓開口部の近傍のＸ方向に交差する断面図（図２におけるＡ−Ａ断面図）である。
また、図４は、側構体の窓開口部に固定される窓の固定部のＸ方向に沿う断面図（図２におけるＢ−Ｂ断面図）であり、図５は、側構体の窓開口部に固定される窓の固定部のＸ方向に沿う断面図（図２におけるＣ−Ｃ断面図）である。

図２または図３に示すように、中空押出形材３３０（３４０）は、構体１の車外側の面板３２ａと、構体１の車内側の面板３２ｂと、これら面板（３２ａ、３２ｂ）を接続するとともに傾斜して備えられる複数の斜めリブ３２ｃと、窓取付部９０（図２参照）のＺ方向の上端部と下端部とに備えられるとともにこれら両面板（３２ａ、３２ｂ）を交差する態様で接続する縦リブ３２ｄ１と、縦リブ３２ｄ１からＺ方向の中央部寄りに備えられるとともにこれら両面板（３２ａ、３２ｂ）を交差する態様で接続する縦リブ３２ｄ２を備える。
さらに、これら中空押出形材３３０または３４０のいずれかの一方は、これら中空押出形材（３３０、３４０）を接続する接合部Ｗの位置（Ｚ方向の中央部）に縦リブ３２ｄ３を備える。

窓板３３は、側構体３０を構成する２枚の中空押出形材３３０（３４０）に跨る態様で備えられる。
窓板３３が取り付けられる窓取付部９０は、機械加工によって車内側の面板３２ｂと斜めリブ３２ｃと、縦リブ３２ｄ３と、縦リブ３２ｄ２と、車外側の面板３２ｂを取り除くことによって、側構体３０に備えられる。
窓取付部９０に含まれる車外側の面板３２ａは、車内側の面板３２ｂより小さく取り除かれて、窓開口部３１が形成される（図４、図５参照）。

車外側の面板３２ａに設けられる窓開口部３１の周縁部には、窓板３３が当接されて保持される窓保持部３２ｅが形成される。
窓保持部３２ｅは、窓開口部３１の４隅の車外側の面板３２ａに、比較的大きなＲ部９２ａまたはＲ部９２ｂを備えるとともに窓開口部３１の縁に沿う略矩形の環状の形状を有する。
また、Ｒ部９２ａとＲ部９２ｂとは、窓開口部３１のＸ方向に沿う水平縁とそのＺ方向に沿う垂直縁とを接続する。

窓開口部３１の４隅に形成されるＲ部の曲率半径が小さいと、気密荷重が構体に作用した際に、局所的に大きな変形が生じたり高い応力が生じたりするため、窓開口部３１には、比較的に曲率半径の大きいＲ部９２ａまたはＲ部９２ｂが形成される。
具体的には、図２に示すように、Ｒ部９２ａは、窓開口部３１のＺ方向に沿う直線縁の一方の端部のＲ止端部９１ａと、Ｘ方向に沿う直線縁の他方の端部のＲ止端部９１ｃと、によって区画される部位である。同様に、Ｒ部９２ｂは、Ｒ止端部９１ｂとＲ止端部９１ｄによって区画される部位である。

側構体３０を構成する中空押出形材の型を決める際に、縦リブ３２ｄ２が窓開口部３１の４隅のＲ部９２ａまたは９２ｂのＺ方向の中央部に位置するように、縦リブ３２ｄ２が面板３２ａまたは３２ｂ、斜めリブ３２ｃ等と一体に押出成形される位置として予め定められている。
縦リブ３２ｄ２の一部を削り残すことによってＲ部９２ａまたは９２ｂと一体に備えられる変形抑制リブ３２ｆは、Ｒ止端部９１ａ、９１ｃのＺ方向の中央部付近と、Ｒ止端部９１ｂ、９１ｄのＺ方向の中央部付近に位置する。

また、窓保持部３２ｅの一部をなすＲ部９２ａまたは９２ｂは単一の面板であるため、気密荷重が作用した際に大きく変形するおそれがある。
したがって、気密荷重が作用しても単一面板となるＲ部９２ａまたは９２ｂが大きく変形しないように、縦リブ３２ｄ２の一部を削り残すことによって変形抑制リブ３２ｆがＲ部９２ａまたは９２ｂと一体となるように形成される。

機械加工によって窓開口部３１を削り出し成型する際に、車外側の面板３２ｂと一体に押出成形される縦リブ３２ｄ２の一部を、Ｒ部９２ａまたは９２ｂと共に残すことによって、新たに部品を準備したり、準備した部品を溶接などでＲ部９２ａまたは９２ｂに接合したりすることなく、Ｒ部９２（車外側の面板３２ａ）と一体の変形抑制リブ３２ｆを備えることができる。
また、変形抑制リブ３２ｆは、単一面板である窓保持部３２ｅ（Ｒ部９２ａ、９２ｂ）から面外（法線）方向に高さ寸法を有するため、単一面板となるＲ部９２ａまたは９２ｂの断面二次モーメントを大きく向上させて、気密荷重に対する高い剛性を備えることができる。

窓開口部３１のＺ方向に沿う部位に、当該Ｚ方向に沿って、窓板３３を受ける窓受け金３４（図４参照）が備えられる。
窓受け金３４は、窓保持部３４ｅに溶接部９５で溶接される脚部３４ａと、脚部３４ａの上端部から水平方向に延伸するとともに窓押え金具３６が載置される座部３４ｂと、座部３４ｂのＸ方向の端部からＹ方向に延伸する背部３４ｃを有する。また、背部３４ｃは、車内側の面板３２ｂとの当接部に溶接部９６で溶接される。

窓受け金３４は、窓取付部９０において、側構体３０をなす中空押出形材の車内側の面板３２ｂと車外側の面板３２ａを接続する。
このため、窓取付部９０を施工する際に開放されて強度が低下する傾向にある側構体３０をなす中空押出形材の開口端部を補強するとともに気密荷重が作用する場合であっても十分な剛性（強度）を備えることができる。

図５に示すように、背部３４ｃの下端部と面板３２ａの車内側の面（あるいは、脚部３４ａの下端部）との距離ｈ１は、変形抑制リブ３２ｆの高さ寸法ｈ２より大きく設定されている。
また、変形抑制リブ３２ｆの高さ寸法ｈ２は窓板３３の厚さ寸法（後述する窓押え金３６の車外側の面と面板３２ａの車内側の面との距離）ｈ３より小さく設定されている。
この構成によって、変形抑制リブ３２ｆは、窓取付部９０のＲ部９２ａまたは９２ｂの近傍において、窓板３３、窓受け金３４、窓押え金３６と干渉することなく設けることができる。

窓受け金３４は、Ｚ方向に押出成形されるとともに押出方向に交差する断面形状が略ｈ状のアルミニウム合金製の押出形材であって、背部３４ｃがＺ方向に沿ってほぼ全面に形成されるとともに、不要な部分を取り除くことにより、離散的に脚部３４ａおよび座部３４ｂが形成されている。
脚部３４ａおよび座部３４ｂは、窓取付部９０のＺ方向の両端部と、Ｒ止端部９１ａとＲ止端部９１ｂの間の２箇所の計４箇所に備えられる。

続いて、窓板３３を窓取付部９０に取り付ける手順を説明する。
まず、窓板３３の周縁部を窓保持部３２ｅに、窓開口部３１を塞ぐ態様で車内側から当接して位置決めする。次に、外形が矩形でありその中央部に、ほぼ窓開口部３１の形状と相似の開口部を有する環状の窓押え金３６を準備して、窓押え金３６で窓板３３の周縁を押えるとともに、窓押え金３６のＸ方向の端部の縁を窓受け金３４の座部３４ｂに載置する。

そして、予め窓押え金３６の座部３４ｂの下面に備えられるねじ座３５に、座金３８を備えるボルト３７で、窓押え金３６を窓受け金３４に固定する。
最後に、窓板３３の周縁部と窓保持部３２ｅの周縁部との隙間に、シール材９９を充填して窓板３３を窓取付部９０（側構体３０）へ取り付ける作業が完了する。

以上の構成によって、本発明の側構体３０は、構体に気密荷重が作用する場合であっても、窓板３３が取り付けられる窓取付部９０（側構体３０）のＲ部９２ａまたは９２ｂに、Ｒ部と一体に成形される変形抑制リブ３２ｆを備えるため、側構体３０の厚みを大きくしたり、側構体３０をなす中空押出形材の板厚を大きくしたり、別部品の補強材を備えることなく、面外方向に大きく変形することが抑制できる。
また、側構体３０が局所的に高い応力が生じることを抑制できるので、結果として、軽量で広い車内空間を備えることができる鉄道車両構体１を提供することができる。

１ 鉄道車両構体
２０ 屋根構体
３０ 側構体
３１ 窓
３２ａ 車外側の面板
３２ｂ 車内側の面板
３２ｃ 斜めリブ
３２ｄ１、３２ｄ２、３２ｄ３ 縦リブ
３２ｅ 窓保持部
３２ｆ 変形抑制リブ
３３ 窓板
３４ 窓受け金
３４ａ 脚部
３４ｂ 座部
３４ｃ 背部
３５ ねじ座
３６ 窓押え金
３７ ボルト
３８ 座金
４０ 台枠
９０ 窓取付部
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ Ｒ止端部
９２ Ｒ部
９９ シール
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０ 中空押出形材
３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０ 中空押出形材
４１０ 側梁
４２０ 押出形材
４３０ 横梁

Claims (6)

1. 車外側の第１面板と、車内側の第２面板と、前記第１面板と前記第２面板とを接続する複数の斜めリブと、前記第１面板と前記第２面板とに交差する縦リブと、を備える中空押出形材からなる側構体を有する鉄道車両構体であって、
   前記中空押出形材は、前記鉄道車両構体の長手方向に沿って押出成形されており、
   前記側構体は、窓板が取り付けられる窓取付部を有しており、
   前記窓取付部は、
   前記第１面板に設けられる窓開口部の周縁部に備えられる窓保持部と、
   前記窓保持部と一体に備えられる変形抑制リブと、
   を有すること
   を特徴とする鉄道車両構体。
2. 請求項１に記載される鉄道車両構体において、
   前記窓保持部は、
   前記縦リブの一部をなす前記変形抑制リブと一体で形成されていること
   を特徴とする鉄道車両構体。
3. 請求項２に記載される鉄道車両構体において、
   前記窓保持部は、
   前記窓開口部の隅部に備えられるとともに、前記窓開口部の水平縁と前記窓開口部の垂直縁を接続するＲ部を有しており、
   前記変形抑制リブは、前記Ｒ部における前記側構体の高さ方向中央部に備えられること
   を特徴とする鉄道車両構体。
4. 請求項３に記載される鉄道車両構体において、
   前記窓保持部は、
   前記窓保持部の垂直縁に沿って備えられるとともに窓板が固定される窓受け金を備えており、
   前記窓受け金は、
   前記第１面板と前記第２面板とを接続すること
   を特徴とする鉄道車両構体。
5. 請求項４に記載される鉄道車両構体において、
   前記窓受け金は、
   前記第１面板に接続する脚部と、
   前記脚部の端部から前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する座部と、
   前記長手方向に延伸する前記座部の端部から前記鉄道車両構体の幅方向に延伸する背部と、
   を有すること
   を特徴とする鉄道車両構体。
6. 請求項５に記載される鉄道車両構体において、
   前記窓取付部に備えられる前記窓板は、
   前記窓保持部に当接するとともに前記座部に固定される窓押え金によって拘束されること
   を特徴とする鉄道車両構体。

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