JP2894313B2 - 車 体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層材、特に高速
で走行する鉄道車両車体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両車体は、一般的に鉄系材
料或いは軽合金製例えばアルミニウム材等を用いて構成
されていた。鉄系材料によって構成される車体は、外板
および骨部材の薄肉化を図ることによって軽量化してい
るが、強度および剛性を確保しなければならず軽量化に
も限度があった。一方、軽合金製材料によって構成され
る車体は、外板と骨部材を一体に押出形材により形成
し、部品点数の削減および軽量化を図っている。しか
し、押出材料についても外板部分に相当する板厚を薄く
するには限界があり、十分な軽量化が図れないとともに
それ自身の剛性が低下するため車体全体の強度および剛
性を確保する点において十分ではなかった。

【０００３】このような状況に鑑みて、近年鉄道車両車
体に軽合金製のハニカム構造体すなわちアルミハニカム
材を用いたものが知られている。このアルミハニカム材
を用いた構造として関連するものには、例えば実開昭５
４−１８３００７号、実開昭６０−１７９５６９号等が
挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
用いられているアルミハニカム材は、表材および芯材を
合成樹脂製接着剤によって接合される構造となってお
り、十分な強度信頼性が得られないとともに経年変化に
よる強度低下が懸念されるという問題があった。また、
前記アルミハニカム材は、表材と芯材を単に接着したの
みの構造となっており、その端面は開口したままの形状
となっているため、他の強度部材への接合をリベット或
いはボルトおよびナットとによって行なわなければなら
なかった。強度部材との接合部分の強度向上および接合
に伴う工数の低減について十分な配慮がなされていなか
った。

【０００５】ところで、鉄道車両が高速でトンネル内を
走行する場合、車外の圧力が急激に変化することが知ら
れている。特に、トンネル内で車両同士が擦れ違う場合
に、前記圧力変動は大きく、かつ、最大となる。このよ
うに高速で走行する鉄道車両の車体には圧力荷重が作用
するとともに乗客および各種機器の荷重も作用するた
め、強度および剛性向上を図る必要がある。

【０００６】本発明の目的とするところは、軽量でしか
も高強度の車体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の表材
と、該２枚の表材の間に配置した芯材と、該２枚の表材
の間において該表材の外周部に配置した第１の結合用部
材とからなり、前記２枚の表材に、前記芯材および前記
第１の結合用部材をろう付けして積層材を構成してお
り、 複数の前記積層材を溶接して構成した車体におい
て、前記積層材は、前記２枚の表材の間において前記芯
材の間に配置され、前記２枚の表材および前記芯材にろ
う付けした第２の結合用部材を備え、該第２の結合用部
材は角パイプであり、 前記第２の結合用部材の位置にお
いて、前記積層材の前記表材の外側から、骨部材を溶接
していること、を特徴とする車体である。

【０００８】かかる構成において、積層材の表材を介し
て内蔵した第２の結合部材に骨部材（例えば、車体の側
構体の場合は側柱、屋根構体の場合は垂木をいう。）を
溶接することができるので、骨部材を表材のみに溶接す
る場合に比べて高強度にできるものである。また、第２
の結合部材は角パイプであり、軽量である。また、第２
の結合部材は芯材等にろう付けされているので、高強度
にできるものである。したがって、軽量で高強度にでき
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図８により説明する。同図において、１は鉄道車両
の車体であり、側構体２，台枠３，屋根構体４および妻
構体５から構成されている。６は前記台枠３を構成する
側はりで、該台枠３の車体幅方向両側位置に車体長手方
向に引通して配置されている。７は前記側はり６の間に
車体幅方向に引通して配置された横はりであり、その端
部は前記側はり６の側面６ａに接合されている。該横は
り７は前記側はり６の間に、車体長手方向について所定
のピッチでそれぞれ平行に配置されている。８は前記複
数の横はり７の上に設置される床板で、複数の軽合金製
押出形材によって構成され、室内側には一体成形のリブ
が形成されている。また、前記床板８は車体幅方向断面
が車外側すなわち下方へ凸の曲面に形成されている。９
は側構体２を構成する側柱である。１１は軒桁であり、
１２は車体の上隅すなわち肩部を形成する幕板であり、
該軒桁１１および幕板１２は軽合金製押出形材として一
体に形成されている。また、前記軒桁１１および幕板１
２は車体長手方向に引通して配置される。前記側柱９は
その上端部分が車体幅方向中央側へ湾曲した構造となっ
ており、かつ、該上端部は前記軒桁１１に接合される。
側柱９の外表面には、上方に前記幕板１２が接合され、
かつ、下方に後述する外板部材１３ａが接合される。該
側構体２を構成する外板部材１３ａには側窓部１７に相
当する開口部が形成されており、該側窓部１７の周囲に
は窓ガラス受１８が設置されている。１０は前記屋根構
体４を構成する垂木であって、車体幅方向に引通して配
置され、その外表面には後述する外板部材１３ｂが接合
される。また、前記垂木１０は車体長手方向について所
定のピッチで平行に配置されている。

【００１０】前記外板部材１３ａ，１３ｂは、基本的に
表材１４および１５とその間に配置される芯材１６およ
び結合用部材をろう付けして一体とした積層材から構成
している。複数の積層材を溶接して１つの外板１３ａ，
１３ｂとしている。前記結合用部材の構造および位置は
該外板部材が用いられる位置或いは他の強度部材（例え
ば、側はり、軒桁、隣接する積層材、骨部材）との接合
関係によって異なっている。

【００１１】以下、詳細に説明する。まず、外板部材１
３ａの側柱（骨部材）９が接合される部分に用いられる
第２の結合用部材１９は、その断面形状が矩形（すなわ
ち、角パイプである。）となっており、芯材１６と同様
な高さ寸法となっている。また、該結合部材１９は側柱
９の幅寸法に対応した間隔で外板部材内に配置されてお
り、その表面は完全に表材１４および１５によって覆わ
れ、かつ、各結合用部材１９の間およびその両側には芯
材１６が配置されている。前記表材１４および１５と各
芯材１６および結合用部材１９はそれぞれろう付によっ
て接合され、かつ、該各芯材と結合用部材１９もろう付
によってそれぞれ接合されている。このように構成され
た外板部材１３ａに対して側柱９はその両端フランジ部
を各結合用部材１９の設置位置に対応させて配置し、各
フランジ部先端を溶接部２０を形成することによって接
合する。該溶接部２０は、側柱９，表材１４および結合
用部材１９をそれぞれ溶け込ませるようにして形成され
る。

【００１２】以上のように、積層材の表材１４を介して
内蔵した第２の結合部材１９，１９に骨部材の側柱９を
溶接しているので、表材１４のみに溶接する場合に比べ
て車体を高強度にできるものである。このため、軽量で
耐圧性の優れた車体を提供できる。また、第２の結合用
部材は角パイプであるので、軽量で、かつ、表材１４，
１５等との接合、骨部材との接合用を容易に行うことが
できるものである。

【００１３】次に、外板部材１３ｂの骨部材としての垂
木１０が接合される部分の構造について図４によって説
明する。該外板部材１３ｂも前記外板部材１３ａと同様
に内部に結合用部材１９を配置した構造となっている。
ただし、この結合用部材１９はその幅寸法が垂木１０の
接合部分のフランジの幅寸法よりも若干長くなってい
る。また、前記結合用部材１９の配置は垂木１０の設置
位置に対応している。外板部材１３ｂにおいても表材１
４および１５，芯材１６，結合用部材１９はそれぞれろ
う付によって接合されている。このように構成された外
板部材１３ｂに対して垂木１０は溶接部２０を形成する
ことによって接合される。該溶接部２０は、垂木１０，
表材１５および結合部材１９をそれぞれ溶け込ませるよ
うにして形成される。

【００１４】次に、外板部材１３ａの側窓部１７の構造
に付いて図５により説明する。結合用部材２１は前記結
合用部材１９と同様に矩形断面に形成されており、か
つ、車体外表面に相当する位置から開口部中心に向かっ
て伸びる前記窓ガラス受１８に相当するフランジ部が一
体に形成されている。該結合用部材２１の表材１４およ
び１５が接合される部分には、該各表材の板厚に対応し
た深さを有する段差部２１ｂが形成されている。該段差
部２１ｂに各表材１４および１５は接合される。したが
って、結合用部材２１の外表面は表材１４を接合した状
態で窓ガラス受１８の外表面も含めて平滑になるように
構成されている。前記表材１４および１５，芯材１６，
結合用部材２１はろう付によって相互に接合されてい
る。特に、結合用部材２１のウェブ２１ａは芯材１６に
荷重を伝達可能に接合されている。

【００１５】ところで、前記結合用部材２１の各段差部
２１ｂは、その深さを表材１４或いは１５の板厚寸法よ
りも浅くしておけば、前記各構成部材をろう付する際に
複数枚の外板部材を重ねて圧着する場合に有利である。
すなわち、各外板部材において表材同士で圧着荷重を伝
達することができ。複数の外板部材を一度に形成するこ
とができる。

【００１６】次に、外板部材同士を接合する部分の構造
について図６によって説明する。外板部材１３ａを構成
する第１の結合用部材２２は、断面がコ状をなしてお
り、その開口部が積層材の外縁方向に開口している。前
記コ状の平行な２つの片は表材１４，１５に接してい
る。表材１４および１５，芯材１６，結合用部材２２は
相互にろう付によって接合されている。また、前記結合
用部材２２のウェブも芯材１６に接合されている。この
ように構成された外板部材１３ａは、それぞれの外周部
分の結合用部材２２の端面を突合せた状態で溶接部２０
を形成することにより接合される。該溶接部２０は表材
１４或いは１５と結合用部材２２を溶け込ませるように
して形成される。

【００１７】なお、前記説明は外板部材１３ａについて
述べたが、この構造は屋根構体或いは妻構体を構成する
外板部材にも同様に適用することができる。

【００１８】次に、外板部材１３ａと台枠３を構成する
側はり６との接合部の構造について図７により説明す
る。外板部材１３ａの側はり６への接合端部には、車体
長手方向に引通して結合用部材２３が接合されている。
該結合用部材２３は、表材１４および１５，芯材１６が
接合される部分が前記図５に示した結合用部材２１と同
様に矩形断面に構成されており、また、表材１４および
１５が接合される部部には段差部が成形されている。前
記結合用部材２３の下方には、側はり６の上部に対応さ
せてフランジ部２３ａおよび２３ｂが形成されている。
この結合用部材２３の矩形断面部分に表材１４，１５お
よび芯材１６をろう付によって接合する。表材１４，１
５は矩形断面部分の段差部にそれぞれ対応させ、かつ、
芯材１６はウェブに対応させてそれぞれ結合させる。こ
のようにして構成された外板部材１３ａは、側はり６の
上端部に結合用部材２３のフランジ部２３ａ，２３ｂを
それぞれ溶接部２０を形成することにより、該側はり６
に接合される。

【００１９】次に、外板部材１３ｂと軒桁１１との結合
部の構造について図８により説明する。外板部材１３ｂ
の軒桁１１への接合端部には、車体長手方向に引通して
結合用部材２４が接合されている。結合用部材２４は表
材１４，１５および芯材１６が接合される部分が矩形断
面に形成され、また、該矩形断面部分には表材１４およ
び１５を接合する段差部が形成されている。前記矩形断
面部の軒桁１１への結合部分には、各先端部が軒桁１１
の各フランジ部１１ｂ，１１ｃに重ね合わせることがで
きるような間隔を有してフランジ部２４ａ，２４ｂが形
成されている。この結合用部材２４の矩形断面部に表材
１４，１５および芯材１６をろう付によって結合する。
表材１４，１５は矩形断面部分の段差部にそれぞれ対応
させ、かつ、芯材１６はウェブに対応させてそれぞれ接
合される。このようにして形成された外板部材１３ｂ
は、軒桁１１のフランジ部１１ａ，１１ｂに結合用部材
２４のフランジ部２４ａ，２４ｂの各先端部分を重ね合
わせ溶接部２０を形成することにより、該軒桁１１に接
合される。なお、前記軒桁１１は、前記フランジ部１１
ｂ，１１ｃとこれらをつなぐウェブ１１ａから構成され
ており、かつ、その断面は外板部材１３ｂを接合する部
分が開口したコ字形に形成されている。また、該軒桁１
１は前述のように幕板１２と一体に押出形材によって構
成されている。

【００２０】このような構成によれば、各外板部材１３
ａ，１３ｂは軽合金製の表材１４，１５，芯材１６およ
び結合用部材１９，２１，２２，２３，２４によって構
成されているため、従来の軽合金製外板と骨組の組合せ
或いは骨部材と外板を一体に形成した押出形材よりも、
同一の強度、剛性を有する場合それ自体の軽量化が図れ
る。また、前記各外板部材１３ａ，１３ｂは、表材１
４，１５と芯材１６および各結合部材１９，２１，２
２，２３，２４の間だけでなく、芯材１６と各結合部材
１９，２１，２２，２３，２４のウェブをろう付によっ
て接合しているため、該各結合用部材１９，２１，２
２，２３，２４から表材１４，１５或いは芯材１６への
荷重の伝達が、局部的に集中することなく円滑に行わ
れ、これらの接合部分の強度を向上させることができ
る。したがって、これらの外板部材１３ａ或いは１３ｂ
を他の強度部材すなわち側柱９，垂木１０，側はり６お
よび軒桁１１に接合した場合、該各強度部材から各外板
部材１３ａ或いは１３ｂへの各種荷重の伝達が円滑に行
える。このことにより、車体１全体の強度および剛性を
向上させることができる。また、前記荷重伝達の円滑化
は、車両のトンネル内走行中に生じる車外圧力変動に対
して特に有効であり、このことによって車体１の耐圧性
を向上させることができる。

【００２１】次に、前記外板部材１３ａ或いは１３ｂを
構成する結合用部材１９，２１，２３，２４は、それ自
体が矩形断面部を有しているため、面外曲げ剛性が高
く、車体１の耐圧性の向上に有効である。また、結合用
部材２２にしてもコ字形断面に形成されているため、他
の外板部材に接合した際に矩形断面となるため、前記各
結合用部材と同様な効果を達成することができる。さら
に、結合用部材２３，２４については、車体１のうちで
も大きな荷重が作用する側はり６或いは軒桁１１との結
合部に設置されるため、所定の間隔をもってフランジ部
２３ａ，２３ｂ或いは２４ａ，２４ｂを形成し、側はり
６或いは軒桁１１との接合によって垂直寸法が長い箱形
断面部を構成することができる。したがって、側はり６
或いは軒桁１１の部分に置ける強度を向上させることが
でき、車体１全体の強度および剛性を向上させることが
できる。

【００２２】特に、外板部材１３ａ，１３ｂの外周部に
断面がコ状の結合用部材２２を配置しているので、表材
１４，１５と結合用部材２２との力の伝達を容易の行う
ことができるものである。そして、外板部材１３ａ，１
３ｂの結合において、断面コ状の結合用部材２２，２２
の平行な２片を隣接する外板部材の結合用部材の２片に
溶接している。表材１４，１５も溶接される。このた
め、この結合部は箱型断面（閉断面）の構造部材と同様
な断面形状となり、強度が向上する。また、前記片と共
に表材１４，１５も溶接しているので、表材も確実に結
合できるものである。また、結合用部材２２は芯材１６
にろう付けされているので、力の伝達を確実に行うこと
ができる。。従って、外板部材１３ａ，１３ｂの結合部
の強度を向上させ、軽量化を図ることができる。

【００２３】ところで、前記実施例の説明においては、
側構体および屋根構体に用いられる外板部材について説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前
記外板部材を妻構体に用いても同様の効果を達成するこ
とができる。また車体の側構体或いは屋根構体或いは妻
構体のみに用いても同様の効果を達成することができ
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、軽量で高強度の車体を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両車体の一実施例を示す車
端部を断面とした斜視図である。

【図２】図１の鉄道車両車体全体を示す斜視図である。

【図３】図２のＡ−Ａ部断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ部断面図である。

【図５】図２のＣ−Ｃ部断面図である。

【図６】図１に示した車体で外板部材同士を接合する部
分を示した断面図である。

【図７】図１のＤ部の拡大断面図である。

【図８】図１のＥ部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…車体、２…側構体、３…台枠、４…屋根構体、５…
妻構体、６…側はり、９…側柱、１０…垂木、１１…軒
桁、１３ａ，１３ｂ…外板部材、１４，１５…表材、１
６…芯材、１９，２１，２２，２３，２４…結合。

フロントページの続き (72)発明者 奥本 剛直 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (72)発明者 大原 守 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 実開 昭57−187733（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−102318（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B61D 17/04 - 17/12 B32B 3/12 B23K 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の表材と、該２枚の表材の間に配置し
   た芯材と、該２枚の表材の間において該表材の外周部に
   配置した第１の結合用部材とからなり、前記２枚の表材
   に、 前記芯材および前記第１の結合用部材をろう付けして積
   層材を構成しており、 複数の前記積層材を溶接して構成した車体において、 前記積層材は、前記２枚の表材の間において前記芯材の
   間に配置され、前記２枚の表材および前記芯材にろう付
   けした第２の結合用部材を備え、 該第２の結合用部材は角パイプであり、 前記第２の結合用部材の位置において、前記積層材の前
   記表材の外側から、骨部材を溶接していること、 を特徴とする車体。