JP2934582B2 - 鉄道車両の構体 - Google Patents

鉄道車両の構体

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JP2934582B2 JP6218461A JP21846194A JP2934582B2 JP 2934582 B2 JP2934582 B2 JP 2934582B2 JP 6218461 A JP6218461 A JP 6218461A JP 21846194 A JP21846194 A JP 21846194A JP 2934582 B2 JP2934582 B2 JP 2934582B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の構体構造に
係り、特に軽量で高速走行するものに好適な鉄道車両の
構体構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】軽量で高速走行するものに好適な鉄道車
両の構体構造として、軽合金製ろう付け積層パネルを用
いて構成した構体が提供されている。積層パネルは2枚
の面板の間に積層状のコア、補強材、結合部材を配置
し、一体にろう付けしたものである。材料はアルミニウ
ム合金製である。結合部材は面板の周囲に配置され、強
度部材となる。隣接するパネル同士を結合部材の部分で
溶接して、側構体、屋根構体を作り、この各構体を溶接
で接合して車両構体とする。このような構体は例えば、
特開平05−136296号公報に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年鉄道車両は高速化
の傾向にあるが、高速化に伴い、軌道への衝撃の増大、
走行時に発生する騒音の増大、運転動力費の増大、停止
のためのブレ−キエネルギ−の増大などの問題点が生じ
るため、鉄道車両全体を軽量化する必要がある。車両の
軽量化を図る上で、質量の大きなウエイトを占める構体
を軽量化することが必要不可欠である。
【0004】また、鉄道車両が高速でトンネル内を走行
する場合、車外圧力が急激に変化することが知られてい
る。特に、車両同士がトンネル内ですれ違う場合に大き
な圧力変動が短時間に発生し、構体に大きな圧力荷重が
作用する。また、この圧力荷重は走行速度の2乗に比例
する速度依存性を有することが知られている。このた
め、構体の剛性向上および圧力荷重に対する強度向上を
図らなければならない。ところが、構体の剛性および強
度の向上を図ることと、軽量化を図ることとは相反する
関係にあり、実現するのが困難な状況にある。
【0005】構体の剛性向上と軽量化という相反する条
件を満足するために、屋根構体と側構体を、積層パネル
によって構成することは実現の可能性が大きい。
【0006】しかし、屋根構体と側構体の接合部である
軒部分は、一般的に小半径の曲面部材となるため積層パ
ネルの製作と加工が困難になるという問題がある。ま
た、軒部材は応力の変曲点となるため多数の補強材を設
置する必要が生じ、製作工数増大という問題があった。
【0007】また、窓を有する側構体においては窓の周
囲に大きな応力が発生するので、強固に作る必要があ
る。このため、窓の周囲の積層パネルには十分な補強部
材を必要とし、価格が高くなり、重量増加になる。ま
た、窓と窓の間の積層パネルは小さいので、結果的に価
格が高くなりやすい。
【0008】本発明の目的とするところは、側構体の窓
の部分を安価に構成することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的は、台枠、側構
体、屋根構体および妻構体からなり、前記側構体は、2
つの面板の間にコア及び結合部材を備えた積層パネルで
構成してなる鉄道車両の構体において、前記側構体の窓
の上部と下部とをそれぞれ車両の長手方向に沿って前記
積層パネルで構成しており、前記側構体の窓の上部の前
記積層パネルと下部の前記積層パネルとの間の吹き寄せ
部を両者を接続する軽合金製の閉断面の押し出し型材で
構成しており、前記押し出し型材はその押し出し方向を
車両の垂直方向に向けて設置していること、によって達
成できる。
【0010】
【作用】吹き寄せ部を押し出し型材で構成しているの
で、安価にできるものである。
【0011】
【実施例】以下、鉄道車両の構体の構体の一例を図1な
いし図4によって説明する。図において、構体1は、窓
を有する側構体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。側構体2および屋根構体4は後述
する複数の積層パネル10を溶接で接合して構成してい
る。側構体2は、窓Wの下部(腰部と言う。)の積層パ
ネル10と、上部(幕部という。)の積層パネル10
と、窓Wと窓Wとの間(吹き寄せ部という。)の積層パ
ネル10とからなる。
【0012】台枠3は、車体幅方向の両端に車体長手方
向に引通して設置され側梁6と、一対の側梁6の間に車
体幅方向に引通して設置された横梁7と、横梁7の上に
設置された床板8と、からなる。側梁6は側構体2と台
枠3とを接合するためのものであり、その断面形状は閉
断面(中空材)である。横梁7は側梁6の側面に溶接で
結合されている。横梁7は車体長手方向に所定のピッチ
で平行に配置されている。
【0013】側構体2、屋根構体4、床板8の積層パネ
ル10は、図3に示すように、面板11および12と、
面板11、12の間に配置されるハニカム状のコア13
と、コア13とコア13との間に所定間隔で配置した強
度部材14と、面板11,12の外周に沿って配置した
結合部材15と、からなる。かかる部材は軽合金(例え
ばアルミニウム合金)製であり、ろう付けで接合され、
一体になっている。結合部材15を隣接する積層パネル
の結合部材15、側梁6や後述する押し出し型材20等
の強度部材に溶接して、構体とする。
【0014】20は側構体2と屋根構体4とを接合する
ために設けられ、その断面形状が閉断面となっている閉
断面押し出し型材(中空材)である。該閉断面押し出し
型材20は車体長手方向に引通して配置されており、円
弧状である。側構体2側の外表面20aは、側構体2と
連続した面をなすように形成され、例えば側構体の表面
が円弧状に形成されている場合にも同一曲率となるよう
に形成されている。一方、屋根構体4側の外表面20b
も同様に円弧状に形成されている。外表面の中間部はな
めらかに円弧状に形成され、全体として外表面20cは
20a、20bを結んだ円弧状に形成されている。
【0015】押し出し型材20の内面20dは、前記外
表面20cと同様に円弧状に形成されている。さらに、
押し出し型材20は側構体2との接合端に突出形成した
結合部20eおよび屋根構体4との接合端に突出形成し
た結合部20fを有している。結合部20e−20fの
間の内部には複数の隔壁20gで区切られた複数の中空
部20hが形成されている。
【0016】このような構成によれば、側梁6と押し出
し型材20は閉断面となるように形成されており、それ
自体のねじり剛性および曲げ剛性が非常に高くなる。側
梁6を介して側構体2および台枠3を接合し、押し出し
型材20を介して側構体2および屋根構体4を接合して
構体1を構成するため、構体1の剛性を向上できる。
【0017】さらに、押し出し型材20の厚さは、押し
出し型材20と接合される側構体2及び屋根構体4と同
じか、あるいは結合部20eまたは20fの部分の厚み
だけ大きくすることにより、側構体2及び屋根構体4と
連続した面を構成し、構体1の平面度を上げることがで
きる。
【0018】したがって、側構体2、台枠3、屋根構体
4、側梁6および押し出し型材20自体について、それ
ぞれ軽量化が図れるため、構体全体の重量を大幅に低減
できる。また、押し出し型材20は押し出し型材によっ
て一体に構成されているため、側構体2および屋根構体
4を含めても部品点数を大幅に削減できる。また、押し
出し型材の部分の曲率が小さくても、必要な曲率に容易
にできる。ろう付けハニカムパネルの場合は曲率が小さ
くなると、製作ができないか高価になるが、このような
ことが無いものである。
【0019】さらに、前記閉断面押し出し型材20の側
構体2側の外表面20aおよび屋根構体4側の外表面2
0bは、側構体2および屋根構体4との間で連続した面
を形成するように構成され、外表面20c、内表面20
dともに円弧面となっており、局部的な応力集中が生じ
難いため、この点からも強度向上が図れる。
【0020】さらに、押し出し型材20の内面20dが
円弧面となっていることにより、車両の高速走行時に発
生する車内外の圧力変動に耐えるいわゆる耐圧構造とす
る面から考えても有利な構成である。
【0021】また、押し出し型材20の端部には結合部
20e、20fが形成されていることにより、該結合部
20e、20fに側構体2、屋根構体4を載せ掛けるだ
けで位置合せが完了するため、製作時の作業性を向上で
きる。
【0022】前記における閉断面押し出し型材20は軽
合金製押し出し型材であるが、これは全体を一体に成形
したものでもよく、あるいは、部分的に構成したものを
前記各種ブロックと接合する前に組合せ一体に成形した
ものでもよい。
【0023】次に、他の実施例について、図5ないし図
8により説明する。側構体2は、前記に加えて、屋根構
体4に接続する軒部を積層パネル10で構成している。
側構体2の窓Wと窓Wとの間の吹き寄せ部30は積層パ
ネルではなく、押し出し型材で形成している。吹き寄せ
部30は腰部と幕部とを溶接で接合している。吹き寄せ
部30は2つの押し出し型材31a,31bからなり、
両者を溶接で結合している。押し出し型材31a,31
bはその断面形状が閉断面であり、内部には複数の隔壁
で区切られた複数の中空部が形成されている。吹き寄せ
部30の外表面30aは、側構体2の幕部および腰部に
連続した面をなすように形成され、例えば側構体の表面
が円弧状に形成されている場合にも同一曲率となるよう
に形成されている。押し出し型材の押し出し方向は車両
の長手方向であるので、前記円弧を容易に形成できる。
【0024】図7においてLの範囲が切削前の押し出し
型材31a,31bの長さである。幕部及び腰部と接続
する隅部31c,31dは円弧状に形成し、応力の集中
を防止している。
【0025】押し出し型材31a,31bの内面と外面
との間の隔壁を切削して、窓を取り付けるための凹部3
1eを形成している。この凹部31eには補強用の板3
2を溶接している。また、押し出し型材31a,31b
の外面側の窓W側の端部31fが内面側の窓W側の端部
31gよりも窓側に突出し、窓の取付けを容易にしてい
る。
【0026】かかる構成によれば、他の部分に比べて積
層パネルの大きさが小さくなり、応力の大きい吹き寄せ
部30を押し出し型材を構成しているので、軽量で安価
にできるものである。
【0027】上記では、吹き寄せ部30を2つの押し出
し型材31a、31bを溶接接合により構成している
が、窓の大きさにより一体成形の押し出し型材にでき
る。
【0028】図9ないし図11の実施例について説明す
る。図において、前記と同一符号は同一部材を示すもの
である。この実施例は吹き寄せ部30が平面をなす場合
の実施例であり、閉断面押し出し型材を用いている。押
し出し型材35は押し出し方向を車両の垂直方向に向け
ている。幕部及び腰部と接続する隅部35c,35dは
円弧状に形成し、応力の集中を防止している。端部35
f,35gの大きさは前きたん部31f,31gと同様
である。窓W側の隔壁35kの位置は窓を取り付けるた
めの凹部が構成できるように設置している。
【0029】次に、図12,図13により鉄道車両の速
度と剛性及び耐圧度の関係について説明する。図12の
横軸に高速車両の営業最高速度を、縦軸に構体の剛性値
を構体質量で割った比剛性を示す。図12において、●
印は現在営業中の車両の比剛性の値を示したもので、△
印は前に述べた構体構造による車両の比剛性値を示す。
日本では、軌道の構造や騒音、振動等の環境問題などの
制約から車両の速度を向上するためには、車両の重量を
軽量化する必要がある。車両の軽量化を図るためには、
構体及び機器の重量を軽減する必要がある。一方、乗客
の乗心地を良くするためには構体の剛性値を一定に保持
する必要がある。そこで、比剛性値(構体剛性値/構体
質量)の実績車両の値をプロットすると、図12のよう
な1次関数となる。このトレンドを見て300km/h以上
350km/h以下の車両は、0.3(GN・m2/ton)以上0.
4(GN・m2/ton)以下に設計する必要がある。
【0030】次に、図13の横軸に高速車両の営業最高
速度を、縦軸に車両同士のすれ違い時や、トンネル突入
時に構体に作用する圧力荷重を構体質量で割った比耐圧
度を示す。図13において、●印は現在営業中の車両の
比耐圧度の値を示したもので、△印は前に述べた構体構
造による車両の比耐圧度を示す。前に説明したように、
車両の高速化により、車両同士のすれ違いや、トンネル
突入による変動圧力荷重は大きくなり、その値の速度依
存性は速度の2乗則である。したがって、構体の強度を
安全に保つためには構体に作用する圧力荷重の耐量を増
大する必要がある。そこで、比耐圧度(圧力荷重/構体
質量)の実績車両の値をプロットすると図13のように
なり、2乗則の関数で相関性を表わすことができる。こ
の結果300km/h以上350km/h以下の車両は、1.5
(kPa/ton)以上3.0(kPa/ton)以下に設計する必要があ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、安価な鉄道車両構体を
提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】鉄道車両の構体の断面斜視図である。
【図2】図1の鉄道車両の構体の外観斜視図である。
【図3】図1の積層パネルの断面図である。
【図4】図1の構体の軒部の縦断面図である。
【図5】他の例の鉄道車両の構体の断面斜視図である。
【図6】図5の6−6線断面図である。
【図7】図6の左側面図である。
【図8】図7の8−8線断面図である。
【図9】本発明の一実施例の鉄道車両の構体の断面斜視
図である。
【図10】図9の10−10線断面図である。
【図11】図10の11−11線視図である。
【図12】本発明による鉄道車両の速度と比剛性の関係
を示す図である。
【図13】本発明による鉄道車両の速度と比耐圧度の関
係を示す図である。
【符号の説明】
1…構体、2…側構体、3…台枠、4…屋根構体、5…
妻構体、6…側梁、7…横梁、8…床板、10…積層パ
ネル、11、12…面板、13…コア、14…強度部
材、15…結合部材、20…軒部の押し出し型材、30
…吹き寄せ部、31a,31b,35…押し出し型材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 守成 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 日立 笠戸エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 木村 謙治 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 武市 通文 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 平5−229427(JP,A) 特開 平3−90468(JP,A) 特開 平5−139295(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】台枠、側構体、屋根構体および妻構体から
    なり、前記側構体は、2つの面板の間にコア及び結合部
    材を備えた積層パネルで構成してなる鉄道車両の構体に
    おいて、 前記側構体の窓の上部と下部とをそれぞれ車両の長手方
    向に沿って前記積層パネルで構成しており、 前記側構体の窓の上部の前記積層パネルと下部の前記積
    層パネルとの間の吹き寄せ部を両者を接続する軽合金製
    の閉断面の押し出し型材で構成しており、 前記押し出し型材はその押し出し方向を車両の垂直方向
    に向けて設置していること、 を特徴とする鉄道車両の構体。
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