JP2892637B2 - 新幹線先頭車両の複合材構体の中央部結合方法 - Google Patents

新幹線先頭車両の複合材構体の中央部結合方法

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JP2892637B2 JP9197938A JP19793897A JP2892637B2 JP 2892637 B2 JP2892637 B2 JP 2892637B2 JP 9197938 A JP9197938 A JP 9197938A JP 19793897 A JP19793897 A JP 19793897A JP 2892637 B2 JP2892637 B2 JP 2892637B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新幹線先頭車両の
左右対称に分割された複合材構体の中央部結合方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の新幹線車両の構体は、アルミ合金
より成る構体が殆んどで、セミモノコック構造である。
かかるアルミ合金構体は、製造するのに成形型無しに手
加工し、溶接しなければならなかった。また、表面仕上
げ加工を必要とし、溶接、パテ盛り修正を行わなければ
ならなかった。さらに電装品組立は、構体完成後でなけ
ればできなかった。そしてアルミ合金構体は、断熱材,
遮音材,内装材などが必要で、それの取り付けに多大な
費用と時間が費やされるものであった。
【0003】近時、新幹線車両の構体材料の規制が緩和
され、金属以外でも使用可能となった。このようなこと
から構体材料に複合材を用いることが検討されている
(尚、複合材を用いた高速車両の従来技術として、特開
平5−345567号公報、特開平7−96833号公
報がある)。新幹線車両の構体は、今後さらに加速され
るが現在最大速度275Km/hに耐えることができ、
鳥衝突強度を有することが必要である。しかもトンネル
通過時最大圧力790mmAq、20年間繰り返される
構造疲労強度(1回のトンネル通過時600mmAq)
に耐え、変形最大7mm程度に抑えることのできる剛性
が必要である。特に先頭車両の構体は、複雑な曲面及び
大面積となるので、これに対応できるものであることが
必要である。
【0004】従来より検討されている新幹線車両の構体
材料としての複合材は、サンドイッチ構造であり、この
サンドイッチ構造の複合材より成る先頭車両構体を作る
ことは、一体成形できる大きさのオートクレーブが無い
ので、また、仮に一体成形できる大きさのオートクレブ
を製作し、この中で巨大な新幹線先頭車両構体を製造し
ても製造後残存応力によって先頭車両構体の上部曲面が
変形し、左右両側部が下部の金属製構体フレームと合わ
なくなるなどの理由から先頭車両の長手方向中心線に沿
って左右対称に分割した構体構造が採用されている。
【0005】ところで分割した複合材構体構造を新幹線
車両に採用することは、次のような問題がある。 図5に示すように複合構体20,21の分割端部2
1,21が薄くなるので、これをファスナー22で結合
した天井部23は、トンネル通過の際に受ける空気圧に
よる変形を小さくすることができず、剛性が不足する。 分割端部21,21の結合部の気密を保つことが困難
で、シール性が悪い。 分割端部21,21に、結合の為の多数のファスナー
22を取り付ける間、複合材構体20,20の形状を保
持する大がかりな治具を必要とし、また、せん断ファス
ナーは非常に高い加工精度を要求するので、予め分割端
部21,21に穴をあけておくことができず、組立性が
悪い。 図5に示す分割端部21,21の結合の仕方では、曲
げ強度に耐えられず、従ってファスナー22を大きくし
なければならず、加工が困難になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、剛性
を高くでき、気密を保つことができ、組立を容易に行う
ことができ、強度を高くできる新幹線先頭車両の複合材
構体の中央部結合方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の新幹線先頭車両の複合材構体の中央部結合方
法の1つは、新幹線先頭車両の長手方向中心線に沿って
左右対称に分割された複合材構体の分割部を結合する方
法であって、分割部の上下方向の厚みを厚くすると共に
垂直な分割面をフラットな面となし、次に分割面を合わ
せてその合わせ面の隙間に接着剤を充填し、次いで分割
部の上下両面を挾むように分割面を中心として帯状平板
を配置し、上下の帯状平板の左右両側長手方向を一定間
隔を存してせん断ファスナーにより締め付けて分割部を
結合することを特徴とするものである。
【0008】本発明の新幹線先頭車両の複合材構体の中
央部結合方法の他の1つは、新幹線先頭車両の長手方向
中心線に沿って左右対称に分割された複合材構体の分割
部を結合する方法であって、分割部の上下方向の厚みを
厚くすると共に垂直な分割面をフラットな面となし、次
にこのフラットな分割面の内側に長手方向に一定間隔を
存して数個の凹部を設け、次いで分割面を合わせて各凹
部より分割面を貫通して引っ張りボルトを水平に取り付
け、次に前記分割面の合わせ面の隙間に接着剤を充填
し、次いで前記引っ張りボルトを締め付けて分割部を仮
止めし、然る後分割部の上下両面を挾むように分割面を
中心として帯状平板を配置し、上下の帯状平板の左右両
側長手方向を一定間隔を存してせん断ファスナーにより
締め付けて分割部を結合することを特徴とするものであ
る。
【0009】上記2つの複合材構体の中央部結合方法に
おいて、分割部の上面の帯状平板は、分割部の表面が平
滑となるように分割部の上面に形成した浅い帯状溝内に
配置されてせん断ファスナーに締め付けられていること
が好ましい。
【0010】また、他の1つの複合材構体の中央部結合
方法において、引っ張りボルト挿通穴は、1本だけ長手
方向位置決め穴とし、他はガタ穴となすことが好まし
い。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の新幹線先頭車両の複合材
構体の中央部結合方法の実施形態を説明する。図1に示
す新幹線先頭車両1の長手方向中心線Lに沿って左右対
称に分割された複合材構体2,2は、上面左右方向が円
弧状に上方に膨らむ曲面3で且つ中央部長手方向が上方
に盛り上がる盛り上がり曲線3aを有し、先頭車両1の
後部から前部にかけて緩く前方に曲面4で傾斜した流面
形状になされ、傾斜曲面4の途中に運転室窓開口部5を
有し、傾斜曲面4の前部左右両側に前照灯取付開口部6
を有し、前端7が連結器カバー8と接続され、後端9が
運転室後方の乗降口10の近くの位置で後部構体11と
接続されるもので、この分割複合材構体2,2を構成し
ている複合材は、高弾性FRPスキンプラスチックコア
サンドイッチ材である。
【0012】かかる構造の分割複合材構体2,2の分割
部を結合する1つの方法について説明すると、予め分割
複合材構体2,2を、分割部に図2に示すように上下方
向の厚み、即ち数30mm〜60mm、本例の場合30
mmの厚みをもたせるように且つ垂直な分割面12,1
2がフラット面となるようにオートクレーブで成形す
る。次に図3のaに示すようにフラットな分割面12,
12を合わせて、その合わせ面の隙間に接着剤13を充
填する。次いで、図3のbに示すように分割部の上下両
面に、分割面12,12の合わせ面の接着剤13を中心
として帯状平板14を配して分割部を挾む。然る後、上
下の帯状平板14の左右両側長手方向を、一定間隔を存
して図3のcに示すようにせん断ファスナー15により
締め付けて分割部を結合する。尚、分割部の上面の帯状
平板14は、分割複合材構体2,2のオートクレーブに
よる成形の際、分割部の表面が平滑となるように分割部
の上面に形成した浅い帯状溝16内に配され、左右両側
端の隙間にシートラント17が充填される。
【0013】次に分割複合材構体2,2の分割部を結合
する他の1つの方法について説明すると、予め分割複合
材構体2,2を、図2に示すように前記と同じ形状にオ
ートクレーブで成形した後、図4のaに示すようにフラ
ットな分割面12,12の内側に、長手方向に一定間隔
を存して数個の凹部18を設ける。次いで、分割面1
2,12を合わせて各凹部18より図4のbに示すよう
に分割面12,12を貫通する引っ張りボルト貫通穴1
9を穿設する。この引っ張りボルト貫通穴19は、1本
だけ長手方向位置決め穴とし、他は径を大きくしてガタ
穴とする。次に、この各引っ張りボルト貫通穴19に図
4のcに示すように引っ張りボルト20を取り付ける。
次いで、前記分割面12,12の合わせ面の隙間に図4
のdに示すように接着剤13を充填塗布する。次に長手
方向位置決め穴とした引っ張りボルト貫通穴19に取り
付けた引っ張りボルト20を最初に締め付けて分割面1
2,12を位置決めし、以後径を大きくしてガタ穴とし
た他の引っ張りボルト貫通穴19に取り付けた引っ張り
ボルト20を締め付けて分割部を仮止めする。次いで、
図4のeに示すように分割部の上下両面に、分割面1
2,12の合わせ面の接着剤13を中心として帯状平板
14を配して分割部を挾む。然る後、上下の帯状平板1
4の左右両側長手方向を、一定間隔を存して図4のfに
示すように多数のせん断ファスナー15により締め付け
て分割部を結合する。尚、分割部の上面の帯状平板14
は、分割複合材構体2,2のオートクレーブによる成形
の際、分割部の表面が平滑となるように分割部の上面に
形成した浅い帯状溝16内に配され、左右両側端の隙間
にシーラント17が充填される。
【0014】上記2つの実施形態の新幹線先頭車両の複
合材構体の中央部結合方法は、分割部の厚さを厚くした
分割面12,12を突き合わせた上、分割部を上下より
2枚の帯状平板14にて挾んで多数のせん断ファスナー
15により結合するので、その結合部の剛性ならびに強
度が高くなる。また、厚い分割部の分割面12,12同
士の隙間に接着剤13を充填塗布するのが容易であり、
分割部は接着剤13を介在して上下2枚の帯状平板14
に挟まれて結合されているので、その結合部のシールは
完全となり、気密を保てる。さらに、先頭車両1の運転
室窓開口部5付近の天井は庇を突き出した構造となって
いるので、たわみが大きくなるが、分割部の厚さを厚く
して結合する実施形態によれば庇の剛性を補強すること
ができる。
【0015】特に数本の引っ張りボルト20により分割
複合材構体2,2の分割部を仮止めする他の実施形態の
複合材構体の中央部結合方法は、特別な治具を用いるこ
となく分割複合材構体2,2を簡単に位置決め固定して
十分に安定させることができるので、分割複合材構体
2,2の結合作業が容易となる。また、引っ張りボルト
20の摩擦でせん断荷重をとり、上下の帯状平板14で
モーメントを伝達できるので、剛性が高く、強度も十分
な結合部となる。
【0016】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の新幹線
先頭車両の複合材構体の中央部結合方法は、厚さの厚い
複合材構体の分割部を、上下より2枚の帯状平板により
挾んで多数のせん断ファスナーにより結合するので、そ
の結合部の剛性ならびに強度が高くなる。また、分割面
に接着剤を介在して分割部を結合するので、その結合部
のシールが完全となり、気密を保持できて信頼性が高く
なる。その上、引っ張りボルトにより複合材構体の分割
部を仮止めした場合は、特別な治具を用いることなく、
複合材構体を簡単に位置決め固定して十分に安定させる
ことができて、複合材構体の結合作業を容易にできる。
さらに引っ張りボルトの摩擦でせん断荷重をとり、上下
の帯状平板でモーメントを伝達できるので、結合部は剛
性が高く、強度も十分なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】新幹線先頭車両における左右対称に分割された
複合材構体を示す斜視図である。
【図2】本発明の複合材構体の中央部結合方法において
採用される複合材構体の分割部の構造を示す断面図であ
る。
【図3】本発明の複合材構体の中央部結合方法の1つを
示すもので、a〜cはその工程図である。
【図4】本発明の複合材構体の中央部結合方法の他の1
つを示すもので、a〜fはその工程図である。
【図5】従来の複合材構体の中央部結合方法を示す要部
断面図である。
【符号の説明】
1 新幹線先頭車両 2 分割された複合材構体 12 分割面 13 接着剤 14 帯状平板 15 せん断ファスナー 16 分割部上面の浅い帯状溝 18 凹部 20 引っ張りボルト
フロントページの続き (72)発明者 石塚 理 神戸市兵庫区和田山通2丁目1番18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B61D 17/00 B61D 17/04 B61D 17/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 新幹線先頭車両の長手方向中心線に沿っ
    て左右対称に分割された複合材構体の分割部を結合する
    方法であって、分割部の上下方向の厚みを厚くすると共
    に垂直な分割面をフラットな面となし、次に分割面を合
    わせてその合わせ面の隙間に接着剤を充填し、次いで分
    割部の上下両面を挾むように分割面を中心として帯状平
    板を配置し、上下の帯状平板の左右両側長手方向を一定
    間隔を存してせん断ファスナーにより締め付けて分割部
    を結合することを特徴とする新幹線先頭車両の複合材構
    体の中央部結合方法。
  2. 【請求項2】 新幹線先頭車両の長手方向中心線に沿っ
    て左右対称に分割された複合材構体の分割部を結合する
    方法であって、分割部の上下方向の厚みを厚くすると共
    に垂直な分割面をフラットな面となし、次にこのフラッ
    トな分割面の内側に長手方向に一定間隔を存して数個の
    凹部を設け、次いで分割面を合わせて各凹部より分割面
    を貫通して引っ張りボルトを水平に取り付け、次に前記
    分割面の合わせ面の隙間に接着剤を充填し、次いで前記
    引っ張りボルトを締め付けて分割部を仮止めし、然る後
    分割部の上下両面を挾むように分割面を中心として帯状
    平板を配置し、上下の帯状平板の左右両側長手方向を一
    定間隔を存してせん断ファスナーにより締め付けて分割
    部を結合することを特徴とする新幹線先頭車両の複合材
    構体の中央部結合方法。
  3. 【請求項3】 分割部の上面の帯状平板が、分割部の表
    面が平滑となるように分割部の上面に形成した浅い帯状
    溝内に配置されてせん断ファスナーに締め付けられてい
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の新幹線先頭車
    両の複合材構体の中央部結合方法。
  4. 【請求項4】 分割面における引っ張りボルト挿通穴
    を、1本だけ長手方向位置決め穴とし、他はガタ穴とな
    したことを特徴とする請求項2又は3記載の新幹線先頭
    車両の複合材構体の中央部結合方法。
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KR101351791B1 (ko) 2012-01-27 2014-01-16 한밭대학교 산학협력단 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 및 그것이 적용된 철도차량
KR101351786B1 (ko) 2012-01-27 2014-01-16 한밭대학교 산학협력단 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 및 그것이 적용된 철도차량
KR101384557B1 (ko) 2012-06-27 2014-04-14 한밭대학교 산학협력단 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 그것이 적용된 철도차량

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