JP4280264B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、屋根構体や側構体などを接合して組み立てられる鉄道車両に関し、特に側構体の側外板と台枠の側梁とを接合する場合、ステンレスで構成される側外板の当該仕上げ面の外観を損なうことがないようにした鉄道車両に関する。

新幹線車両などの高速鉄道車両ではアルミ製車両が採用され、車体全長に対応した２０ｍもの押出型材を接合して鉄道車両が構成されている。その一方で在来線を走行する鉄道車両は、メンテナンスの省力化を主目的に無塗装車両が多く使われており、アルミ製構体は傷や汚れの点で劣ることからステンレス製構体の鉄道車両が多く採用されている。

鉄道車両は、一般に台枠、側構体、妻構体及び屋根構体が組み立てられ、六面体で構成された箱状の構造物である。そのうち床構造については、下記非特許文献１によって開示されているものを図８に示す通り、台枠１００の上面に床板を張ることによって、車両構体の構造上、箱体の捩りに対抗できるようになっている。その床構造を構成する台枠１００は、長手方向に側梁１０１が設けられ、それと直交するように床１０２を受けるための多数の横梁１０３や不図示の床受梁などが接合されて組み立てられている。

ここで図９は、図８に示す台枠１００と側構体１１０との組み付け部分である側梁１０１と側外板１１１との接合部分について、その一従来例を示した接合構造断面図である。側外板１１１にはその下端部に断面がＺ形の長土台１１２が重ねて接合され、そうした側外板１１１の端部が、断面コの字形をした台枠の側梁１０１と接合される。その際、側外板１１１の裾部の長土台１１２が例えばスポット溶接によって先組みされ、その重ね合わせ部分が側梁１０１に対して栓溶接等によって接合される。
伊原和夫著，「鉄道車両メカニズム図鑑」，株式会社グランプリ出版，１９９６年１月２５日，ｐ．１０３−１０４

しかしながら、こうした従来の鉄道車両のように、側外板１１１に対して側梁１０１を接合する場合に栓溶接が行われると、その溶接痕１２０が車体表面に現れてしまい見栄えが悪いため、表面側には側外板１１１の裾部に沿って飾り板１１３が貼り合わされていた。しかし、こうした飾り板１１３は、部品点数が多くなって製造工程も増えるためコストが上がる一方で、飾り板１１３自身が車体外観にとってあまり好ましいものではなかった。

よって、本発明は、かかる課題を解決すべく、余分な部品を設けることなく車体外観を良くした鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両は、ステンレスの外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を有し、その側構体と台枠、更に屋根構体や妻構体が接合され一体に組み立てられたものであり、前記側構体を構成する外板の裾部に長土台が接合され、その長土台を介して当該外板と前記台枠の側梁とが接合して側構体と台枠とが組み付けられたものであって、その長土台は、前記側梁との接合面と、その接合面の幅方向両端で折り曲げられた起立面と、更に起立面から外側に折り曲げられた前記側構体の外板に接合されるフランジ面とを有する形状で形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明の鉄道車両は、ステンレスの外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を有し、その側構体と台枠、更に屋根構体や妻構体が接合され一体に組み立てられたものであり、前記側構体を構成する外板の裾部に長土台が接合され、その長土台を介して当該外板と前記台枠の側梁とが接合して側構体と台枠とが組み付けられたものであって、その長土台は、前記側梁との接合面と、その接合面の幅方向両端で折り曲げられた起立面と、更に起立面から共に側構体の下方に向けて折り曲げられた前記側構体の外板に接合されるフランジ面とを有する形状で形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明の鉄道車両は、前記長土台は、前記接合面と上方の起立面との角部に切欠きが形成されたものであることが好ましい。

また、本発明の鉄道車両は、前記長土台が、前記側構体の外板に当てられたフランジ面に対し、外板表面の仕上げ目と同じ横方向にレーザビームを送って溶接が行われたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両は、前記台枠の側梁が、前記長土台の接合面と面接触する接合面を挟んで、上下の折れ面が反対側に折り曲げられた断面Ｚ形をしたものであることが好ましい。
また、本発明の鉄道車両は、前記長土台が、フランジ面の端部が前記外板の下端に揃うようにして配置され、その端部が僅かに折り曲げられて形成されたものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、例えばハット形にした長土台によって側梁を側構体の外板から離して接合するようにしたため、側梁を栓溶接などで接合してもその溶接痕が車体表面に現れなくなり、飾り板などの余分な部品を設けることなく車体外観を良くすることができる。そして、側構体の外板に対する長土台の接合をレーザ溶接によって、しかも外板の仕上げ面の仕上げ目と同方向にレーザビームを送って行うことにより、車体表面の仕上げ面に現れる溶接痕を目立たなくして、仕上げ面の外観を損なうことなく鉄道車両の見栄え良くすることができる。
また、Ｚ形をした側梁によれば、一方の折れ面が長土台側に折り曲げられているため、台枠と側構体を組み付ける場合、その折れ面と長土台の起立面とを重ね合わすだけで簡単に位置決めができる。更に、外板の下端に揃うように配置した長土台のフランジ端部を僅かに折り曲げたことで外板裾部の剛性が高められて変形が起きにくくできる。

次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の鉄道車両は、台枠、側構体、妻構体及び屋根構体が組み立てられ、六面体で構成された箱状の構造物であり、側構体、妻構体及び屋根構体はステンレス製の側外板に芯材を溶接して一体にした構体ブロックによって組み立てられている。図５は、そうした鉄道車両の側構体の一例を示した図である。鉄道車両を構成する一方の面の側構体１は、２組の車端窓ブロック２と２組の中間窓ブロック３、そして各窓ブロック２，３の間に位置する３組の側入口ブロック４からなっている。

車端窓ブロック２や各中間窓ブロック３は、幕板部分を含む側外板５，６に骨組みを接合して構成されたものであり、それぞれの側外板５，６は、上部側外板と下部側外板とに分けられ全体が車体内側に設けられた骨組みより大きく形成されている。また、側入口ブロック４は、幕板部分を含む枠外板７が上部枠部材、下部枠部材及び側枠部材で構成された入口用開口部にドアが取り付けられている。そして、こうした２組の車端窓ブロック２と中間窓ブロック３および３組の側入口ブロック４が図５に示すように一体になって側構体１が構成される。

図６及び図７は、こうした側構体を構成する中間窓ブロックと側入口ブロックとが分離した状態を示した斜視図であって、特に図６には車体外側から見た図を示し、図７には車体内側から見た図を示している。なお、側入口ブロック４は全体が示されているが、中間窓ブロック３はその半分が示されている。こうした中間窓ブロック３及び側入口ブロック４、或いは図示しない車端窓ブロックは、いずれも図７に示すように面外変形を防止するため側外板５，６，７に対して車体内側に骨組みが接合されている。そこで、中間窓ブロック３の骨組みについて見てみる。

骨組みは、断面がハット形状の複数の骨部材が側外板６の車体内側に縦横に組まれて接合されている。具体的には、側外板６に形成された窓開口部１０の左右縦２辺に沿って２本の側柱１２が設けられ、更に側外板６の左右両端部に位置した各２本ずつの側柱１３が設けられている。一方、窓開口部１０の上下横２辺に沿って幕帯部材１５と腰帯部材１６が設けられ、その窓開口部１０上方に幕骨１４が縦方向に設けられている。縦方向に設けられた側柱１２，１３及び幕骨１４の間には、横向きに配置された複数の補強骨１７が設けられている。そして、側外板６の下端部分には底辺に沿って太い長土台部材１８が設けられており、側入口ブロック４を構成する枠外板７の下端にも同じように長土台部材１９が設けられている。

長土台１８は、側外板６の裾について剛性を高めるために設けられている。側外板６を構成するステンレスは一旦歪んでしまうと、歪み取りによって表面の仕上げ面を適切な状態に戻すことができないので、薄板の側外板６について、その裾部が変形して歪みを生じさせない必要があるためである。そこで、中間窓ブロック３などでは、側外板６に長土台１８が接合され、その長土台１８の接合された裾部の剛性が高められるとともに、側柱１２，１３などの縦骨同士がその長土台１８を介して横方向に接合される。

こうした中間窓ブロック３や側入口ブロック４などからなる側構体は、妻構体や屋根構体、そして台枠との接合によって鉄道車両が構成される。図１は、本実施形態の特徴部分である台枠と側構体との接合部分を示した断面図であり、特に台枠の側梁と側構体の側外板との接合構造を示した断面図である。
図１に示す第１形態の接合構造では、側外板６に対して断面がハット形をした長土台２０が設けられている。この長土台２０は側外板６下端の裾部に位置し、図面を貫く車体長手方向に延びている。

ハット形の長土台２０は、その幅方向（図面上下方向）にフランジ面２１，２２が張り出し、起立面２３，２４および接合面２５が折り曲げられた立体的な形状をしたものである。側外板６は、その下端側が図示するように車体内側に傾斜しているため、長土台２０は、側梁３１が接合される接合面２５が垂直になるようにフランジ面２１，２２が傾斜し、上下の起立面２３，２４の高さがそれぞれ異なる寸法で形成されている。そして、台枠を構成する本形態の側梁３０はＺ形をしており、接合面３１を挟んで上下の折れ面３２，３３が反対側に折り曲げられ、特に下方側の折れ面３３が長土台２０に向かう車体外側に折り曲げられている。

長土台２０は、図７に示す長土台１８，１９と同様に予め側外板６の下端に沿って接合されている。そして、その接合には例えばレーザ溶接が行われる。その際、長土台２０はフランジ面２１，２２が図１に示すように側外板６の裏面に当てられ、その裏面からレーザビームが照射される。そして、接合部に照射されたレーザビームは、図面を貫く車体長手方向に沿った方向、すなわち側外板６の横方向に送られて連続的なレーザ溶接が行われる。これは側外板６の仕上げ面（図面右側の車体表面）には横方向にヘアラインなどの仕上げ目が入れられているので、レーザビームの送り方向をこの仕上げ目に沿うようにするためである。

こうしたレーザ溶接は、フランジ面２１，２２と側外板６との接合部にそれぞれ上下２段で行われ、フランジ面２１，２２には２本ずつの溶接ビードＢが形成される。また、フランジ面２１，２２と側外板６とを接合するためのレーザ照射エネルギーは、加熱溶融による溶け込み深さが側外板６の厚み方向の途中になるような制御が行われる。
そして、側構体と台枠とが組み付けられる場合、台枠の側梁３０と側構体の長土台２０が接合される。その際、側梁３０の折れ面３３が長土台２０の下方の起立面２４に下から当てて位置決めされ、突き当てられて面接触した接合面２５，３１同士が例えば栓溶接によって接合される。

よって、図１に示した本形態によれば、ハット形にした長土台２０によって側梁３０を側外板６から離して接合したため、栓溶接などの溶接痕が車体表面に現れなくなり、飾り板などの余分な部品を設けることなく車体外観を良くすることができた。
特に、その側外板６に対する長土台２０の接合をレーザ溶接によって、しかも側外板６の仕上げ面の仕上げ目と同方向にレーザビームを送って行うようにしたので、車体表面の仕上げ面に現れる溶接痕を目立たなくすることができた。すなわち、ステンレスの側外板６は、車体表面側が仕上げ目の入れられた仕上げ面を有するものであるが、その仕上げ面の外観を損なうことなく組み立てられ、鉄道車両の見栄え良くすることができた。

また、本形態の側梁３０は、Ｚ形をして折れ面３３が外側（車体の幅方向外側）に折り曲げられているため、台枠と側構体を組み付ける場合、その折れ面３３と長土台２０の起立面２４を重ね合わすだけで簡単に位置決めができるようになった。
更に、長土台２０は、側外板６の下端に揃えるようにフランジ２２端部が僅かに折り曲げられて起立面２６が形成されている。側外板６の裾部は長土台２０のフランジ２２が重ねられているものの依然として薄肉であるが、これによって自由になっている側外板６の裾部の剛性が高められて変形が起きにくくなっている。

次に図２は、台枠の側梁と側構体の側外板との接合構造を示した第２形態の断面図である。図２に示す第２形態の接合構造では、側外板６に対して断面がハット形をした長土台２０が設けられている。この長土台２０は前記第１形態と同じフランジ面２１，２２、起立面２３，２４，２６および接合面２５が形成されたものであり、側外板６下端の裾部に位置し、図面を貫く車体長手方向に沿って設けられている。
そして、この長土台２０は、フランジ面２１，２２が図２に示すように側外板６の裏面に当てられ、その裏面からレーザビームが照射される。接合部に照射されたレーザビームは、やはり側外板６の仕上げ目に沿うように側外板６の横方向に送られて連続的なレーザ溶接が行われる。

レーザ溶接は、フランジ面２１，２２と側外板６との接合部にそれぞれ上下２段で行われ、フランジ面２１，２２には２本ずつの溶接ビードＢが形成される。また、フランジ面２１，２２と側外板６とを接合するためのレーザ照射エネルギーは、加熱溶融による溶け込み深さが側外板６の厚み方向の途中になるような制御が行われる。
一方、本形態の台枠を構成する側梁４０はコの字形をしており、接合面４１を挟んで上下の折れ面４２，４３が車体内側に折り曲げられている。そして、側構体と台枠とが組み付けられる場合、台枠の側梁４０と側構体の長土台２０が接合される。その際、側梁４０の折れ面４３が長土台２０の下方の起立面２４に下から当てて位置決めされ、突き当てられて面接触した接合面２５，４１同士が例えば栓溶接によって接合される。

よって、図２に示した本形態によれば、ハット形にした長土台２０によって側梁４０を側外板６から離して接合したため、栓溶接などの溶接痕が車体表面に現れなくなり、飾り板などの余分な部品を設けることなく車体外観を良くすることができた。特に、側外板６の仕上げ面の仕上げ目と同方向にレーザビームを送って長土台２０の接合を行ったので、その仕上げ面の外観を損なうことなく鉄道車両の見栄え良くすることができた。更に、長土台２０には側外板６の下端に揃えるように起立面２６が形成されているので、側外板６の裾部の剛性が高められて変形が起きにくくなっている。

次に、側構体１を構成するもののうち、図７に示す入口開口部１１が形成された側入口ブロック４部分と台枠との接合構造について説明する。図３は、そうした台枠の側梁と側構体の外板との接合構造を示した第３形態の断面図である。
本形態の接合構造では、枠外板７に対して図示するような断面形状の長土台５０が設けられている。この長土台５０は枠外板７下端の裾部に位置し、図面を貫く車体長手方向に延びている。枠外板７は、入口開口部１１の底辺に位置する部分に図示するような曲げ部７ａが形成され、枠外板７には曲げ部７ａを覆うようにしてスペーサ６１を介して靴ズリ受６２が接合されている。

長土台５０は、フランジ面５１，５２、起立面５３，５４および接合面５５がそれぞれ折り曲げられた図示するような立体的な形状をしたものである。そして、本形態では曲げ部７ａがあるため上方のフランジ面５１が、起立面５３，５４および接合面５５によって囲まれた内側に折り曲げられている。フランジ面５１，５２が枠外板７に接合されるが、フランジ面５１は接合時に内側に隠れてしまうため、起立面５３と接合面５５との角部には部分的に切欠き５７が形成され、そこから接合作業が行えるようになっている。そして、台枠を構成する本形態の側梁３０はＺ形をしており、下方側の折れ面３３が長土台５０の起立面５４に下から当接するようになっている。

長土台５０は、そのフランジ面５１，５２が図３に示すように枠外板７の裏面に当てられ、スポット溶接によって接合される。そして、側構体と台枠とが組み付けられる場合には、枠外板７から離れた位置にある長土台５０の接合面５５に側梁３０の接合面３１が突き当てられ、面接触した接合面３１，５５同士が栓溶接によって接合される。その際、側梁３０の折れ面３３が長土台５０の下方の起立面５４に下から当てられて位置決めが行われる。

よって、図３に示した本形態によれば、長土台５０によって側梁３０を枠外板７から離して接合したため、栓溶接などの溶接痕が車体表面に現れなくなり、飾り板などの余分な部品を設けることなく車体外観を良くすることができた。
また、長土台５０に枠外板７の下端に揃えるように起立面２６が形成されているので、枠外板７の裾部の剛性が高められて変形が起きにくくなっている。

続いて、図４は、前記第３形態と同じく台枠の側梁と側構体のうち側入口ブロック４部分の外板との接合構造を示した第４形態の断面図である。
本形態の接合構造でも、枠外板７に対して図示するような断面形状の長土台５０が設けられている。枠外板７には曲げ部７ａが形成され、その曲げ部７ａを覆うようにしてスペーサ６１を介して靴ズリ受６２が接合されている。長土台５０は、フランジ面５１，５２、起立面５３，５４，５６および接合面５５がそれぞれ折り曲げられた図示するような立体的な形状をしたものであり、そのフランジ面５１，５２が枠外板７に対してスポット溶接などによって接合される。

そして、側構体と台枠とが組み付けられる場合には、枠外板７から離れた位置にある長土台５０の接合面５５に側梁４０の接合面４１が突き当てられ、面接触した接合面４１，５５同士が栓溶接によって接合される。
よって、図１に示した本形態によれば、長土台５０によって側梁４０を枠外板７から離して接合したため、栓溶接などの溶接痕が車体表面に現れなくなり、飾り板などの余分な部品を設けることなく車体外観を良くすることができた。また、長土台５０に枠外板７の下端に揃えるように起立面２６が形成されているので、枠外板７の裾部の剛性が高められて変形が起きにくくなっている。

以上、本発明に係る鉄道車両について実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、図１及び図２に示した第１及び第２形態では、長土台２０を側外板６に接合するためにレーザ溶接を使用したがスポット溶接であってもよい。

台枠の側梁と側構体の側外板との接合構造を示した第１形態の断面図である。 台枠の側梁と側構体の側外板との接合構造を示した第２形態の断面図である。 台枠の側梁と側構体の枠外板との接合構造を示した第３形態の断面図である。 台枠の側梁と側構体の枠外板との接合構造を示した第４形態の断面図である。 鉄道車両の側構体の一例を示した図である。 側構体を構成する中間窓ブロックと側入口ブロックとが分離した状態を示した車体外側からの斜視図である。 側構体を構成する中間窓ブロックと側入口ブロックとが分離した状態を示した車体内側からの斜視図である。 台枠の側梁と車体側面の側構体を構成する側外板との接合構造を示した図である。 台枠と側構体との組み付け部分である側梁と側外板との接合部分について、その一従来例を示した接合構造断面図である。

符号の説明

１ 側構体
２ 車端窓ブロック
３ 中間窓ブロック
４ 側入口ブロック
５，６ 側外板
７ 枠外板
１８，１９，２０ 長土台
２１，２２ フランジ面
２３，２４ 起立面
２５ 接合面
３０ 側梁
３１ 接合面
３２，３３ 折れ面

Claims (6)

1. ステンレスの外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を有し、その側構体と台枠、更に屋根構体や妻構体が接合され一体に組み立てられた鉄道車両において、
   前記側構体を構成する外板の裾部に長土台が接合され、その長土台を介して当該外板と前記台枠の側梁とが接合して側構体と台枠とが組み付けられたものであって、
   その長土台は、前記側梁との接合面と、その接合面の幅方向両端で折り曲げられた起立面と、更に起立面から外側に折り曲げられた前記側構体の外板に接合されるフランジ面とを有する形状で形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. ステンレスの外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を有し、その側構体と台枠、更に屋根構体や妻構体が接合され一体に組み立てられた鉄道車両において、
   前記側構体を構成する外板の裾部に長土台が接合され、その長土台を介して当該外板と前記台枠の側梁とが接合して側構体と台枠とが組み付けられたものであって、
   その長土台は、前記側梁との接合面と、その接合面の幅方向両端で折り曲げられた起立面と、更に起立面から共に側構体の下方に向けて折り曲げられた前記側構体の外板に接合されるフランジ面とを有する形状で形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記長土台は、前記接合面と上方の起立面との角部に切欠きが形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記長土台は、前記側構体の外板に当てられたフランジ面に対し、外板表面の仕上げ目と同じ横方向にレーザビームを送って溶接が行われたものであることを特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記台枠の側梁は、前記長土台の接合面と面接触する接合面を挟んで、上下の折れ面が反対側に折り曲げられた断面Ｚ形をしたものであることを特徴とする鉄道車両。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載する鉄道車両において、
   前記長土台は、フランジ面の端部が前記外板の下端に揃うようにして配置され、その端部が僅かに折り曲げられて形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。

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