JP3609354B2 - 鉄道車両用構体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用構体に関し、特に、アルミニウム製の外板パネルを用いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両用構体には、車両自体および乗客による荷重、加えて気密構体の場合には気密荷重が負荷され、その外板パネルに引張、圧縮、剪断、曲げ等の力が作用する。また、鉄道車両用構体では、複数の外板パネルを接続して構体全体を組み立てるのであるが、その外板パネルの接続部にも同様の力が作用するので、その力に耐える接続構成のものが必要とされる。
【０００３】
また、外板パネルは、自然環境下に晒されるので、その接続部は、水漏れ防止のための水密性能、加えて気密構体の場合には空気漏れ防止のための気密性能を備える必要がある。
【０００４】
一方、近年では、車両の高速化や軽量化を図るために、アルミニウム製の外板パネルを用いた車両用構体が多く採用されている。その一例を、図７〜図９により説明する。なお、図７は構体の外板パネルの概要構成を示す横断面図、図８は構体全体の概要構成を示す横断面図、図９は外板パネルの接続部の構成を示す図であって、図９（ａ）は図８のハ部拡大図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【０００５】
図７に示すように、一般に、アルミニウム製の外板パネル２１は、複数のストリンガ２２ａを一体に押出成型したアルミニウム材からなる複数の押出型材２２を、摩擦攪拌接合によって、互いの長手方向側端縁同士を結合することで広幅に形成され、その構成のもとで、図８に示すように、屋根用の外板パネル２１−Ｉ、側面用の外板パネル２１−ＩＩおよび底面用の外板パネル２１−ＩＩＩとして、構体２０に組み込まれる。なお、図８において、Ｆは構体全体の外郭形状および剛性を保持するための構体フレーム、ｂは床板を支持するための床ビーム、Ｓは床ビームｂを支持するためのステイである。
【０００６】
そして、各外板パネル２１は、図８のイ部拡大断面図である図９（ａ）に示すように、それぞれの側辺同士を突き合わさせ、その裏面側にアルミニウム帯板からなるスプライスプレート２３を配して、これらをリベット２４によって車両の長手方向に沿って締結することで、つまりスプライスプレート２３を介して互いに接続されることで構体２０として組み立てられる。
【０００７】
また、その接続部と構体フレームＦとの交差部においては、図９（ａ）に示すように、構体フレームＦ側にスプライスプレート２３の厚さおよび幅に対応する凹部（スニク）を形成し、その構体フレームＦとスプライスプレート２３および外板パネル２１を、リベット２４で一体に締結される。
【０００８】
ここで、外板パネル２１の接続部は、気密荷重による曲げモーメントの少ない部位に設定される。また、外板パネル２１のストリンガ２２ａは、図９（ａ）（ｂ）に示すように、ストリンガグリップ２５を介して構体フレームＦに接続され、これら構成によって気密荷重を分散賦課させて、締結用のリベット２４に大きな軸力が作用することを防いでいる。また、ここでは図示を省略したが、スプライスプレート２３の両側端面と外板パネル２１との間、および外板パネル２１の突合せ部の間隙にシール材を盛り、これによって接続部の水密および気密を保持するものとされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の構体では、先ず、外板パネルを接続するために、別途スプライスプレートを準備する必要がある。また、各外板パネルの両側端縁部それぞれをスプライスプレートにリベット締結する必要があるので、その接続には、多くの工数を要するものとなる。更に加えて、接続部の水密および気密シールは、スプライスプレート端面と外板パネル面にシール材を盛るものであるため、剥離・脱落等が生じることのない確実な水密および気密性能を保持するためには、シール施工面の清浄化等の下準備および事後の確認等に比較的多くの工数が必要になる、などの解決すべき課題が残されている。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、負荷される応力に耐える構造強度を保持してなお、外板パネルの接続に要する工数を低減できる構成の鉄道車両用構体、更に加えて、外板パネルの接続部の水密および気密性能を容易かつ確実に保持することのできる構成の鉄道車両用構体を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉄道車両用構体は、複数のシングルスキン構造の押出型材の長手方向側端縁同士を摩擦攪拌接合によって結合することで広幅の外板パネルを形成すると共に、複数の外板パネルを、互いの側辺部同士をスプライスプレートを用いて車両の長手方向に沿ってリベット締結することで、接続して構体フレームと一体に組み立ててなる鉄道車両用構体において、
前記押出型材はそれぞれの内面側に一体にストリンガが押出成型されると共に、前記外板パネルの一方の側辺に位置する押出型材は、スプライスプレートが、前記外板パネルを延長する方向に延びるように一体に押出成型されており、
前記外板パネルは前記ストリンガを介して前記構体フレームに接続される一方、前記構体フレームの、前記外板パネル同士の接続部と交差する部位に、その接続部の幅および厚さに対応する切欠きが設けられ、
さらに、前記スプライスプレートの、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材との接触面、または、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材の、前記スプライスプレートとの接触面に、シール溝が一体に押出成型されている構成とする。ここで、押出型材には通常アルミニウム材が用いられる。
【００１２】
請求項１記載の鉄道車両用構体によれば、外板パネルと一体化したスプライスプレートを、隣接して配された他の外板パネルの側辺部に重ねてリベット締結するので、前述の従来技術と比べて、接続に必要なスプライスプレートの幅を小さくして、リベット締結数を少なくすることができる。しかも、外板パネルからスプライスプレートへの荷重伝達をスムーズに行なわせて応力の集中を防ぐことができるので、接続部の構造強度をより高めることができる。
【００１４】
また、外板パネルを、その外板パネルに一体成型した複数のストリンガを介して構体フレームに接続して、これらに気密荷重を分散賦課させる一方、構体フレームの、外板パネルの接続部と交差する部位に切欠きを設けることで、前述の従来技術のように、リベットを介して外板パネルが構体フレームに締結されることを回避し、これによって、締結用のリベットに軸力が作用することを、より効果的に防ぐことができる。
【００１６】
さらに、外板パネルの一方の側辺のスプライスプレート、または、他方の側辺に成型したシール溝にシール材を充填することで、接続部の水密および気密を保持する。このとき、シール材は、シール溝と相手側面との間の閉ざされた空間に充填されるので、剥離や脱落等を生じることなく、保有するシール特性を十二分に発揮して、外板パネルの接続部、つまり構体の水密および気密性能を確実に保持することができる。
【００１７】
請求項２記載の鉄道車両用構体のように、さらに、前記スプライスプレート、または、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材は、前記シール溝と側端縁との間を僅かに減肉させて押出成型されることで、前記シール溝から側端縁までの間に接続相手側との間に、そのシール溝に過剰充填されたシール材を逃がす間隙が形成されている構成とすることができる。
【００１８】
請求項２記載の鉄道車両用構体によれば、シール溝から側端縁間の面と接続相手側の面との間に形成した間隙によって、シール溝に過剰充填されたシール材を逃がすことで、シール材の充填量を調整する。なお、施工時には、シール材をやや過剰に充填することでシールの確実性を得る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１、図２および図３は、本発明に係る鉄道車両用構体の一実施の形態を示し、図１は構体の外板パネルの概要構成を示す横断面図、図２は構体全体の概要構成を示す横断面図、図３は外板パネルの接続部の構成を示す図であって、図３（ａ）は図２のイ部拡大図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００２１】
図１に示す本例構体の外板パネル１（シングルスキン構造）は、複数のストリンガ２ａを一体に押出成型したアルミニウム材からなる複数の押出型材を、摩擦攪拌接合（図１のＷ参照）によって、互いの長手方向側端縁同士を結合することで広幅に形成されている。また、その一方の側辺に位置させる押出型材２´には、本体部の厚さと同寸法で内側に段差を付けられた帯板状のスプライスプレート３が、前記外板パネルを延長する方向に延びるように、予め一体に押出成型されている。
【００２２】
そして、この構成のもとで、図２に示すように、屋根用の外板パネル１−Ｉ、側面用の外板パネル１−ＩＩおよび底面用の外板パネル１−ＩＩＩとして、構体１０に組み込まれる。なお、図２において、図８により説明した従来技術と同符号を付したものは実質的に等価であるので、ここでは説明を省略する。
【００２３】
前記各外板パネル１は、図３（ａ）に示すように、それぞれの一方の側辺に有するスプライスプレート３の外側に、隣接する他の外板パネル１の側端部を重ねると共に、リベット４で車両の長手方向に沿って締結することで、互いに接続されると共に、後述の構成のもとで構体フレームＦと一体に接続されることで、構体１０として組み立てられる。
【００２４】
ここで、本例構体では、外板パネル１と一体化させたスプライスプレート３を介して、他の外板パネル１に締結するので、前述の従来技術と比べて、外板パネル１の接続に必要なスプライスプレート３の幅およびリベット４の締結数が半分程度ですむ。
【００２５】
一方、外板パネル１の接続部は、前述の従来技術と同様に、気密荷重による曲げモーメントの少ない部位に設定される。そして、本例では、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、外板パネル１の各ストリンガ２ａを、ストリンガグリップ５を介して構体フレームＦに接続して、これらに気密荷重を分散賦課させると共に、構体フレームＦの外板パネル１の接続部と交差する部位に、その接続部の幅および厚さに対応する切欠きＦｎを設ける。
【００２６】
なお、上記切欠きＦｎを設けることは、本例における外板パネル１の接続部の幅が格段に小さくなり、それに対応する幅の切欠きＦｎによる構体フレームＦの剛性低下も格段に小さくなることから可能とされる。
【００２７】
以上に述べたように、本例構体では、外板パネルの接続のために、別途のスプレートを準備する必要がなくなり、また、接続に要するスプライスプレートの幅およびリベット締結数が従来の半分でよくなり、その分、軽量化と締結工数の大幅な低減を図ることができる。また、外板パネルからスプライスプレートへの荷重伝達をスムースに行なわせて応力の集中を防ぐことができる。これによって、接続部の構造強度をより確かに保持できる構成のものとすることができる。
【００２８】
図４は、本発明に係る鉄道車両用構体の別の実施形態を示す図であって、図４（ａ）は要部の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のロ部拡大図である。なお、本例構体は、次に述べるにシール溝を設けた点を除く各部構成が前記の一実施形態のものと同一であるので、ここでは、等価な各構成部に同一符号を付して説明を省略し、その差異点のみを要約して説明する。
【００２９】
本例では、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、各外板パネル１の、一方の側辺に位置させる押出型材２´に一体成型するスプライスプレート３に、予めシール溝３ａを一体に押出成型している。また、そのスプライスプレート３のシール溝３ａは、締結時における他の外板パネル１との接触面の外側端寄りの部位に設け、このシール溝３ａにシール材６を充填することで、外板パネル１の接続部の水密および気密を保持する構成としている。
【００３０】
更に、そのスプライスプレート３の、シール溝３ａと側端縁との間を僅かに減肉（板厚を薄く）させて押出成型することで、前記シール溝３ａから側端縁間の面と相手側の面との間に、図４（ｂ）に示す間隙Ｇを形成し、この間隙Ｇによって、シール溝３ａに過剰に充填されたシール材６を逃がすことで、シール材６の充填量を調整する構成としている。なお、施工時には、シール材６をやや過剰に充填することでシールの確実性を得る。
【００３１】
上記構成の本例構体では、外板パネルの接続部のシール溝と相手側面との間の閉ざされた空間にシール材を充填するので、剥離や脱落等を生じることなく、そのシール材が保有するシール特性を十二分に発揮させて、水密および気密性能を向上させることができる。また、シール溝の中にシール材を充填するので、接続部の表面にシール材を盛る前述の従来技術に比べて、その施工が格段に容易なものとなる。
【００３２】
なお、本例構体では、外板パネルに一体成型したスプライスプレートにシール溝を設けたが、このシール溝は、例えば図５に示すように、スプライスプレートの相手側となる外板パネルに設けてもよく、また、例えば図６に示すように、スプライスプレートと相手側となる外板パネルとの双方に設けることもより好ましい構成である。
【００３３】
図５は、本発明に係る鉄道車両用構体のまた別の実施形態を示す図、図６は、本発明に係る鉄道車両用構体の更にまた別の実施形態を示す図である。なお、これら例の構体は、シール溝を設ける部位ないしは数が異なる点を除いて各部構成が前記の実施形態のものと同一であるので、ここでは、等価な各構成部に同一符号を付して説明を省略し、その差異点のみを要約して説明する。
【００３４】
図５に示す例の構体では、各外板パネル１の、スプライスプレート３とは反対側となる側辺に位置させる押出型材２に、予めシール溝２ｂを一体に押出成型している。また、そのシール溝２ｂは、締結時における他の外板パネル１のスプライスプレート３との接触面の外側端寄りの部位に設けている。また、ここでは図示を省略したが、そのシール溝２ｂと側端縁との間には、前記の実施形態と同様の間隙Ｇを形成している。
【００３５】
上記構成の本例構体では、各外板パネルのシール溝にシール材を充填することで、外板パネルの接続部、つまり構体の水密および気密を保持する。また、このシール構成は、特に水密機能を保持するに効果的である。
【００３６】
図６に示す例の構体では、各外板パネル１の、一方の側辺に位置させる押出型材２´に一体成型するスプライスプレート３と、このスプライスプレート３とは反対側となる側辺に位置させる押出型材２とに、前記の二実施形態と同様の配置位置および構成のシール溝３ａ、２ｂを、予め一体に押出成型している。また、ここでは図示を省略したが、それらシール溝３ａ、２ｂ溝と側端縁との間には、前記の実施形態と同様の間隙Ｇを形成している。
【００３７】
上記構成の本例構体では、各外板パネルの二つのシール溝それぞれにシール材を充填することで、水密および気密を保持する。また、このシール構成は、水密機能と気密機能とを確実に保持することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明に係る鉄道車両用構体は、外板パネルにスプライスプレートを、前記外板パネルを延長する方向に延びるように一体に押出成型し、そのスプライスプレートを他の外板パネルに重ねてリベット締結することで、外板パネル同士を接続する構成としたので、その接続のために、別途スプライスプレートを準備する必要がなくなり、また、接続に要するスプライスプレートの幅が小さく、リベット締結数を少なくすることが可能となり、その分軽量化と締結工数の大幅な低減を図ることができる。また、外板パネルからスプライスプレートへの荷重伝達をスムーズに行なわせて応力の集中を防ぐことができるので、接続部の構造強度をより高めることができる。
【００３９】
また、外板パネルを、その外板パネルに一体成型した複数のストリンガを介して構体フレームに接続して、これらに気密荷重を分散賦課させる構成とし、加えて、構体フレームの外板パネルの接続部と交差する部位に切欠きを設けることで、前述の従来技術のように、リベットを介して外板パネルが構体フレームに締結されることを回避し、これによって、締結用のリベットに軸力が作用することを防ぐ構成としたので、これらの複合効果によって、接続部の構造強度をより確実に高めることができる。
【００４０】
さらに、外板パネルに一体成型したスプライスプレート、または外板パネルに、予めシール溝を押出成型し、そのシール溝にシール材を充填することで、外板パネルの接続部の水密および気密を保持する構成としたので、接続部の表面にシール材を盛る従来技術に比べて、シール施工が格段に容易なものとなる。また、シール溝と相手側面との間の閉ざされた空間にシール材を充填するので、剥離や脱落等を生じることなく、そのシール材が保有するシール特性を十二分に発揮させて、外板パネルの接続部、つまり構体の水密および気密性能を確実に保持することができる。
【００４１】
請求項２記載の鉄道車両用構体は、シール溝から側端縁間の面と接続相手側の面との間に間隙を形成し、その間隙によって、シール溝に過剰充填されたシール材を逃がすことで、シール材の充填量を調整する構成としたので、外板パネルの接続部のシール施工がより容易になると共に、構体の水密および気密性能をより安定かつ確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄道車両用構体の一実施形態における構体の外板パネルの概要構成を示す横断面図である。
【図２】前記構体全体の概要構成を示す横断面図である。
【図３】前記構体の外板パネル接続部の構成を示し、（ａ）は図２のイ部拡大図、（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】本発明に係る鉄道車両用構体の別の実施形態の要部構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は図４（ａ）のロ部拡大図である。
【図５】本発明に係る鉄道車両用構体のまた別の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る鉄道車両用構体の更にまた別の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図７】従来の構体の外板パネルの概要構成を示す横断面図である。
【図８】前記従来の構体全体の概要構成を示す横断面図である。
【図９】前記従来の構体の外板パネル接続部の構成を示し、（ａ）は図８のハ部拡大図、（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 外板パネル
２ 押出型材
２´ 押出型材
２ａ ストリンガ
２ｂ シール溝
３ スプライスプレート
３ａ シール溝
４ リベット
５ ストリンガグリップ
６ シール材
Ｇ 間隙
Ｂ 床ビーム
Ｆ 構体フレーム
Ｆｎ 切欠き
Ｓ ステイ

Claims (2)

1. 複数のシングルスキン構造の押出型材の長手方向側端縁同士を摩擦攪拌接合によって結合することで広幅の外板パネルを形成すると共に、複数の外板パネルを、互いの側辺部同士をスプライスプレートを用いて車両の長手方向に沿ってリベット締結することで、接続して構体フレームと一体に組み立ててなる鉄道車両用構体において、
   前記押出型材はそれぞれの内面側に一体にストリンガが押出成型されると共に、前記外板パネルの一方の側辺に位置する押出型材は、スプライスプレートが、前記外板パネルを延長する方向に延びるように一体に押出成型されており、
   前記外板パネルは前記ストリンガを介して前記構体フレームに接続される一方、前記構体フレームの、前記外板パネル同士の接続部と交差する部位に、その接続部の幅および厚さに対応する切欠きが設けられ、
   さらに、前記スプライスプレートの、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材との接触面、または、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材の、前記スプライスプレートとの接触面に、シール溝が一体に押出成型されていることを特徴とする鉄道車両用構体。
2. さらに、前記スプライスプレート、または、前記スプライスプレートにリベット締結される押出型材は、前記シール溝と側端縁との間を僅かに減肉させて押出成型されることで、前記シール溝から側端縁までの間に接続相手側との間に、そのシール溝に過剰充填されたシール材を逃がす間隙が形成されている請求項１記載の鉄道車両用構体。

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