JP4280265B2 - 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、特に骨部材を接合した外板によって構成される側構体などの外観を良くする鉄道車両に関する。

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。一方、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車両が採用されている。その場合、ステンレス製構体は、押出型材ではなく側構体ブロックなどのパーツを接合して組み合わせる構造の車両構体が採用されている。

近年、ステンレス製の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る鉄道車両が開発され、例えば特開２００２−１０４１８０号公報に開示されている。ここで図８は、同公報に開示された鉄道車両の側構体を示した図面である。
鉄道車両は、この側構体と屋根構体、妻構体及び台枠を接合して構成される。そうした鉄道車両を構成する一方の面の側構体１００は、２組の車端窓ブロック１０１と２組の中間窓ブロック１０２、そして各窓ブロック１０１，１０２の間に位置する３組の側入口ブロック１０３からなっている。

車端窓ブロック１０１や各中間窓ブロック１０２は、幕板部分を含む外板１１０，１２０に骨組みを接合して構成されたものであり、それぞれの外板１１０，１２０は、上部外板と下部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１０３は、幕板部分を含む入口枠板１３０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１０１と中間窓ブロック１０２、３組の側入口ブロック１０３が図８に示すように一体になって側構体１００が構成される。

そうした側構体１００を構成するもののうち、例えば中間窓ブロック１０２は図９に示すように組まれた骨組み２０１が、外板１２０に対して接合されている。骨組み２０１は、縦骨である４本の側柱２１１に、幕帯部材２１２、腰帯部材２１３及び長土台部材２１４の横骨を結合し、窓開口部の上下に腰骨２１５及び幕骨２１６の縦骨を結合して構成されている。そして、外板１２０は、上部外板１２１と下部外板１２２とで骨組み２０１よりも大きく構成され、上部外板１２１は、窓開口部が形成され、腰帯部材２１３から上部の幕板部分と吹き寄せ板部分に貼られ、下部外板１２２は腰板部分に貼られる。また、外板１２０の各骨部材間の内側及び幕帯部材２１２の上部には外板補強骨２１７が取り付けられている。
特開２００２−１０４１８０号公報（第２−３頁、図２、図４） 特開２００２−１０３０７４号公報（第３頁、図２）

従来の鉄道車両は、前述したように、側構体の外板１２０などに側柱２１１などの縦骨や幕帯部材２１２及び腰帯部材２１３などの横骨からなる骨組み２０１などが接合されるが、そうした骨組み２１０などの縦骨によって外観が損なわれるという問題があった。
薄肉の外板に骨組み２１０が接合された場合、その外板に僅かながら撓みが見られる。そのため、鉄道車両全体を見る場合、見る者の視線は横に長い車体をその長手方向になるため、間隔も比較的狭く車体長手方向に沿って接合されている横骨による撓みはあまり気にならないが、車体長手方向に直交して接合された縦骨による撓みは、見る方向とも交わるため、僅かな表面の変化であっても気になることがある。

また、外板１２０に骨組み２０１を一体に接合する場合、従来はスポット溶接によって接合が行われていたが、最近では、上部外板１２１と下部外板１２２との外板同士の接合などの他、骨組み２０１の接合にもレーザ溶接が試みられている。その際、低出力のレーザビームで行ったとしても、側柱２１１や外板補強骨２１７など縦骨を溶接した場合、車体表側の仕上げ面に現れるレーザ溶接の溶接痕が目立ってしまう。一般にステンレス鋼板である外板１２０の表面には車体長手方向、すなわち横方向にヘアライン仕上げなどが行われている。従って、そうした外板１２０に幕帯部材２１２などの横骨をレーザ溶接する場合、その溶接痕はヘアラインなどの仕上げ目の方向と一致するため目立たないが、側柱２１１などの縦骨をレーザ溶接してできる溶接痕は仕上げ目と交差する方向に現れるため微妙な膨らみであっても目立ってしまう。従って、外板に対して骨組みをレーザ溶接する場合、溶接痕が車体外観を悪くしてしまい、意匠の観点から好ましいものではなかった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、骨部材を接合した外板によって構成される側構体などの外観を良くする鉄道車両提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両は、骨部材を接合した外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を接合した車両構体を有するものであって、前記側構体の骨部材は、接合した前記外板に対して起立した状態になる起立面と、その起立面を挟んで形成された前記外板に接合される接合面と前記外板から離れた離間面とを有するものであり、その骨部材からなる車体縦方向に配置した縦骨は、幅広の接合面に対して、前記外板の仕上げ面側の仕上げ目と同じ横方向に送られたレーザビームによって縦方向に複数のレーザ溶接が行われ、車体横方向に配置した横骨は、接合面に対して長手方向に沿ってレーザ溶接が行われ、その縦骨と横骨とからなる骨組みに内板が接合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、前記内板が前記側構体の吹寄せ部に設けら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、前記縦骨が、中間面の幅方向両端に起立面を有し、更に起立面から外側にフランジ面が形成されたハット形形状をしたものであって、前記外板に当てた前記中間面が、横方向に送るレーザビームによって縦方向に複数のレーザ溶接が行われたものであることが好ましい。

よって、本発明の鉄道車両によれば、側構体の外板に対して横骨を接合する一方で、縦骨を設けることなく横骨に対して内板を接合して剛性を確保する構成としたので、従来の鉄道車両のように縦骨による側外板の撓みや、レーザ溶接を行った場合に生じる溶接痕が無くなって外観を良くすることができる。
また、本発明の鉄道車両によれば、縦骨を設ける場合でも横骨と同方向にレーザビームを送ってレーザ溶接すれば、外板の仕上げ面に現れる溶接痕が全て仕上げ目に沿ったものとなるので車体側面の溶接痕を目立たなくすることができ、そうした骨組みに内板を接合することで、鉄道車両の剛性を構造的により高いものにすることができるため、これまでよりも骨部材を薄肉にすることが可能になり、車両全体の重量を軽減することが可能になる。

次に、本発明にかかる鉄道車両の一実施形態を、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、図８に示すような側構体に屋根構体や妻構体、そして台枠が接合されて構成されるものである。そして、その側構体は、同様に車端や中間の窓ブロックの間に側入口ブロックが配置され、それぞれが接合され一体になったものである。

図１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９に示すものと同様に面外変形を防止するため側外板に対して車体内側に骨組みが接合されている。そこで、本実施形態の鉄道車両における中間窓ブロック３の骨組みについて以下に詳しく説明する。ここで図２は、第１実施形態の鉄道車両について、その中間窓ブロックの骨組み構造を示した側外板の内側を示した図である。

側外板６には、図面に表された面とは反対の表面には、横方向にヘアラインなどの仕上げ目がいれられた仕上げ面になっており、図示された車体内側に当たる裏面に複数の骨部材が仕上げ目に沿って横向きに接合されている。本実施形態では特に縦骨はなく、横方向に接合された横骨のみが側外板６に接合された構成になっている。この横骨は、断面がコの字形に折り曲げられて、更に幅方向両側に広がって側外板６に当てて接合するフランジ面が形成されたハット形の部材である。

側外板６に接合される横骨は、先ず窓開口部７の上下横２辺に沿って幕帯部材１１と腰帯部材１２が設けられている。そして、窓開口部７の上下には側外板６の横方向に幕帯部材１１や腰帯部材１２と同じ長さの長尺な補強骨１３が設けられ、窓開口部７の左右両側においては幕帯部材１１と腰帯部材１２との間に短尺な補強骨１４が設けられている。更に、側外板６の下端にはハット形の長土台部材１５がやはり横向きに設けられている。

本実施形態では、前述したように従来からある側柱２１１や腰骨２１５及び幕骨２１６などの縦骨が存在しない。しかし、面外変形を防止するためには横骨だけでは十分ではなく、車体の縦方向にも荷重を支える必要である。そこで本実施形態では、縦骨の代替部材として内板９が設けられている。中間窓ブロック３では、窓開口部７の左右両側に内板９が設けられているが、この内板９の配置位置や形状は必要な剛性に応じて決定される。内板９は、幕帯部材１１、腰帯部材１２及び補強骨１３，１４などの横骨上に当てて重ねられ、そうした横骨に対して接合されている。

ここで図３は、図２のＡ−Ａ断面を示した図であり、図４は、図２のＢ−Ｂ断面を示した図である。幕帯部材１１、腰帯部材１２及び補強骨１３，１４などの横骨１０は、図３に示すハット形をした骨部材であり、中間面１０ａと、その両側に折れ曲がった起立面１０ｂ、そして更に両側に広がったフランジ面１０ｃとからなる。そして、この横骨１０からなる幕帯部材１１、腰帯部材１２及び補強骨１３，１４は、フランジ面１０ｃが側外板６に当接し、レーザ溶接によって接合される。そして、側外板６から離れた位置にある中間面１０ａに内板９が当てられ、その内板９と横骨１０の中間面１０ａが同じくレーザ溶接などによって接合される。

中間窓ブロック３では、窓開口部７の左右両側に内板９が設けられているが、これは側入口ブロック４の入口開口部８を開閉するドアが入る戸袋部に設けられている。そこで、図４に示すように、中間窓ブロック３の窓開口部７に沿って戸当り部材１７が取り付けられている。戸当り部材１７は、戸袋を構成する一部材であって、図示するように断面Ｚ形をした部材である。そして、入口開口部８側には側外板６に対して縦方向に入口フレーム１６が接合されている。この入口フレーム１６は、断面がコの字形の一方が外側に横向きに折れ曲がったフランジ面１６ａが横骨１０の中間面１０ａに重なるように形成されている。

戸当り部材１７は、図２に示すように横骨１０のうち補強骨１４と直交し、窓開口部７の上下位置を通る幕帯部材１１、腰帯部材１２及び補強骨１３と交差する。そして、戸当り部材１７は、接合面１７ａが側外板６に対する直接の接合を避け、各横骨１０のフランジ面１０ｃに接合するように構成されている。従って、直交する補強骨１４は、図４に示すようにフランジ面１０ｃだけが中間面１０ａや起立面１０ｂよりも長く形成され、そこに戸当り部材１７は接合面１７ａが当てられている。一方、交差する幕帯部材１１などの横骨１０に対しては、立体形状部分の中間面１０ａと起立面１０ｂとを回避すべく、その形状に合わせて戸当り部材１７にコの字形の切欠きが形成されている。なお、戸当り部材１７は、接合面１７ａが横骨１０のフランジ面１０ｃに載せられて側外板６との間に隙間が生じているため、戸袋内への水の浸入を防止すべく、その隙間にはシール部材などが設けられている。

次に、本実施形態では幕帯部材１１や補強骨１４などの横骨１０は、前述したように側外板６に対してレーザ溶接によって接合されているが、その場合、側外板６の裏面に当てられたフランジ面１０ｃにレーザビームが照射され、そのレーザビームが側外板６の横方向（車体横方向）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しているからである。従って、図２に二点鎖線で示すように、横骨１０に沿って横方向に溶接ビードＢ１が形成される。そして、フランジ面１０ｃ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、図３に示すように、加熱溶融による溶接ビードＢ１の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、側外板６に接合された複数の横骨１０には、側外板６から離れた中間面１０ａに対して内板９が当てられ、その横骨１０と内板９とが同じくレーザ溶接などによって接合される。レーザ溶接による接合は、内板９の上から横骨１０の中間面１０ａと重なった位置にレーザビームが照射される。そして、レーザビームは横骨１０に沿うように横方向に送られて連続的なレーザ溶接が行われる。横骨１０の側外板６に対するレーザ溶接は、フランジ面１０ｃに対して１本ずつのレーザ溶接であったのに対し、内板９は、横骨１０の中間面１０ａに対して２本ずつのレーザ溶接が行われている。従って、図２に二点鎖線で示すように、補強骨１３などの横骨１０に沿って横方向に溶接ビードＢ２が形成される。また、入口開口部８に設けられた入口フレーム１６は、側外板６に対してすみ肉溶接によって接合されている。そして、内板９を挟んで反対側の戸当り部材１７は、横骨１０のフランジ面１０ｃに対して栓溶接などによって接合されている。

よって、本実施形態の鉄道車両によれば、側外板６に対して幕帯部材１１、腰帯部材１２及び補強骨１３，１４などの横骨１０を設ける一方で、図９に示すような従来からある側柱２１１や腰骨２１５及び幕骨２１６などの縦骨を除いて内板９を設けたので、縦骨による側外板６の撓みやレーザ溶接による溶接痕が無くなって外観を良くすることができた。そして、この内板９を設けることによって、縦骨を設けていた従来の鉄道車両と同様な剛性は確保されている。なお、こうした内板９は、鉄道車両構体の剛性を考慮して必要な位置に必要な幅で設計することができる。

前記実施形態では、縦骨を除いて横骨だけの骨組み構造としたが、縦骨を含む骨組み構造に内板を設けることで車両全体の軽量化を図った構造にすることが考えられる。この場合、従来の課題である縦骨による側外板表面の変形は生じることになる。しかし、横骨と同様に側外板にレーザ溶接したのでは溶接痕が現れてしまい、この点、前記変形に比べて見逃せないものとなるため次のような構成がとられる。
ここで図５は、第２実施形態の鉄道車両について、その中間窓ブロックの骨組み構造を示した側外板の内側を示した図であり、第１実施形態で示した図２と同様の部分を示している。

本実施形態では、縦骨と横骨とを組んだ骨組みが側外板６の車体内側に接合されている。具体的には、側外板６に形成された窓開口部７の縦側の辺に沿って側柱２１が設けられ、更に側外板６の左右端部に位置した側柱２２が設けられている。一方、窓開口部７の横側の辺に沿って上下に幕帯部材２５と腰帯部材２６が設けられ、その窓開口部７の中間位置の下に腰骨２３が縦方向に設けられている。そして、縦方向に設けられた側柱２１，２２及び腰骨２３の間には、横向きに配置された複数の補強骨２７，２８が設けられている。

側柱２１，２２、腰骨２３、幕帯部材２５、腰帯部材２６、補強骨２７，２８などの骨部材は、前記第１実施形態の横骨１０と同様に断面がハット形をした部材である。本実施形態の接合方法では、そうした骨部材からなる骨組みを側外板６に対してレーザ溶接によって接合する。その際、側外板６の仕上げ面にはヘアラインによる仕上げ目等が横向きであるため、これに対して溶接痕が目立たないような方法がとられる。

ここで図６は、図５のＣ−Ｃ断面を示した図である。中間窓ブロック３から側入口ブロック４にまたがって切断された部分であり、側入口ブロック４側の入口開口部８には、その縦側の辺に沿って入口フレーム１６が配置されている。この入口フレーム１６は、断面がコの字形状をした骨部材である。そして、中間窓ブロック３側には、入口フレーム１６と平行に側柱２２と側柱２１が設けられ、こうした側柱２１，２２の間には横骨である補強骨２７が配置されている。そして、本実施形態では、ハット形状の骨部材を側外板６にレーザ溶接する場合、縦骨である側柱２１，２２などは、その中間面２１ａ，２２ａが側外板６に当てられた接合面になってレーザ溶接が行われる。一方、横骨である補強骨２７などは、縦骨とは反対のフランジ面２７ｃが側外板６に当てられた接合面になり、そこにレーザ溶接が行われる。

次に図７は、図５に示す中間窓ブロック３の窓開口部７右側部分であって、Ｃ−Ｃ断面周辺を抜き出し、更にレーザ溶接によってできる溶接ビードを表した図である。縦骨である側柱２１，２２は、側外板６の表面にある仕上げ目の方向とは交差する方向に配置され、側外板６に当接した中間面２１ａ，２２ａにレーザビームが照射される。中間面２１ａ，２２ａは、フランジ面２１ｃ，２２ｃと比べて幅方向に広いため、レーザビームは、その中間面２１ａ，２２ａに対して幅方向、すなわち仕上げ目と平行な横方向に送られる。そして、こうした幅方向に送るレーザ溶接は、側柱２１，２２の長手方向にわたって断続的に行われる。

従って、中間面２１ａ，２２ａには、図７に示すように横向きの溶接ビードＢ３が縦方向に複数形成される。このとき中間面２１ａ，２２ａに対する溶接は、側柱２１，２２の接合強度を確保するため、所定の間隔で所定の数だけ行われる。
一方、横骨である補強骨２７は、前記第１実施形態と同様に側外板６の仕上げ目の方向と平行な横方向に配置され、側外板６に当接したフランジ面２７ｃにレーザビームが照射される。レーザビームは、仕上げ目に沿った補強骨２７の長手方向に連続的に送られ、上下両方のフランジ面２７ｃには図４に示すような溶接ビードＢ１が１本ずつ形成される。

よって、本実施形態の接合方法によれば、側柱２１，２２などの縦骨にできた複数の溶接ビードＢ３と、補強骨２７などの横骨にできた溶接ビードＢ１は、いずれも側外板６表面の仕上げ目と同方向になる。そのため、鉄道車両では、レーザ溶接によって側外板６表面に現れる溶接痕が全て仕上げ目に沿ったものとなるので、例えば車体側面の溶接痕を目立たなくすることができるようになった。

そして、本実施形態では、こうした骨組みに対して例えば前記実施形態と同様に、戸袋部に対応して図６に示すように内板９が接合される。内板９は、縦骨である側柱２１，２２のフランジ面２１ｃ，２２ｃに当接し、そこに栓溶接などによって接合される。
こうして縦骨及び横骨のある骨組みに内板９を接合することにより、鉄道車両の剛性を構造的により高いものにすることができる。そのため、これまでよりも骨部材を薄肉にすることが可能になり、内板９を設けることで部品点数は多くなるものの鉄道車両全体の重量を軽減することが可能になる。

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、前記第１実施形態では横骨１０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。
また、前記実施形態では骨部材が全てハット形であったが、例えば戸当り部材１７のようにＺ形をした骨部材で構成されたものであってもよい。

鉄道車両の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る。 第１実施形態の鉄道車両について、その中間窓ブロックの骨組み構造を示した側外板の内側を示した図である。 図２のＡ−Ａ断面を示した図である。 図２のＢ−Ｂ断面を示した図である。 第２実施形態の鉄道車両について、その中間窓ブロックの骨組み構造を示した側外板の内側を示した図である。 図５のＣ−Ｃ断面を示した図である。 図５に示す中間窓ブロックの窓開口部右側部分であって、Ｃ−Ｃ断面周辺を抜き出し、更にレーザ溶接によってできる溶接ビードを表した図である。 鉄道車両の側構体を示した面図である。 側外板に接合した骨組みを示した図である。

符号の説明

３ 中間窓ブロック
４ 側入口ブロック
６ 側外板
７ 窓開口部
９ 内板
１０ 横骨
１０ａ 中間面
１０ｂ 起立面
１０ｃ フランジ面
１１ 幕帯部材
１２ 腰帯部材
１３，１４ 補強骨
１５ 長土台部材

Claims (3)

1. 骨部材を接合した外板からなる側構体、屋根構体及び妻構体を接合した車両構体を有する鉄道車両において、
   前記側構体の骨部材は、接合した前記外板に対して起立した状態になる起立面と、その起立面を挟んで形成された前記外板に接合される接合面と前記外板から離れた離間面とを有するものであり、
   その骨部材からなる車体縦方向に配置した縦骨は、幅広の接合面に対して、前記外板の仕上げ面側の仕上げ目と同じ横方向に送られたレーザビームによって縦方向に複数のレーザ溶接が行われ、車体横方向に配置した横骨は、接合面に対して長手方向に沿ってレーザ溶接が行われ、その縦骨と横骨とからなる骨組みに内板が接合されたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記内板が前記側構体の吹寄せ部に設けられたものであることを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両において、
   前記縦骨は、中間面の幅方向両端に起立面を有し、更に起立面から外側にフランジ面が形成されたハット形形状をしたものであって、前記外板に当てた前記中間面が、横方向に送るレーザビームによって縦方向に複数のレーザ溶接が行われたものであることを特徴とする鉄道車両。

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