JP4448470B2 - 鉄道車両の構体 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両、特に新幹線（登録商標）などの高速鉄道車両の構体に関する。

従来、鉄道車両、特に新幹線（登録商標）などの高速鉄道車両の構体では、その軽量化を図るために、比剛性（剛性／密度）、比強度（強度／密度）の大きい材料、構造の採用、開発が進められてきた（例えば、非特許文献１参照。）。軽量化された構体としては、アルミニウム合金を用いたダブルスキン構造がある。このダブルスキン構造は、構体を構成する外板と内板とがトラスやリブで結合されたもの、例えばダブルスキン材である中空アルミ押出し形材を接合して作製されるものである（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、鉄道車両は、地震等により落下してくるトンネル内壁片や飛来物や倒壊建物等と、又は脱線等によりトンネル、高架構造物、ホーム端若しくは対向車などと衝突、接触する可能性がある。しかし、構体の材料であるアルミニウム合金は、普通鋼やステンレス鋼に比較して強度および融点が低いものである。さらに、ダブルスキン構造は、その外板などの部材がより薄くできている。そのため、アルミニウム合金を用いたダブルスキン構造では、通常その安全性は確保されているが、新幹線（登録商標）等の高速走行においてはそれらの衝突接触の被害、主に貫通や、摩擦熱による溶融遺失に起因する開口、変形の被害が拡大するおそれがある。

本発明の課題は、アルミニウム合金製で中空部を有するダブルスキン材から構成される鉄道車両の構体において、その軽量性を活かしつつ、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触被害を軽減することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、アルミニウム合金製で中空部５を有するダブルスキン材（アルミ中空押出し形材４）から構成される鉄道車両の構体であって、前記中空部５内に、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製管材（ステンレス鋼製管材６）が設けられていることを特徴とする。

ここで、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製管材としては、普通鋼製、ステンレス鋼製、チタン合金製などの管材が挙げられる。

このように、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製管材を、アルミニウム合金製のダブルスキン材の中空部５内に設けている。ダブルスキン材の外板などの部材が、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触による被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形の被害などを受けても、金属製管材がその被害をくい止めることができる。また、車体の強度自体は構体で持たせるため、ステンレス鋼製管材６には大きな肉厚は必要としない。したがって、アルミニウム合金製のダブルスキン構造が有する軽量特性を発揮させつつ、それらの衝突接触による被害の拡大を抑えることができる。

なお、金属製管材は、鉄道車両の構体において、衝突接触の可能性がある範囲に設けられていればよい。また、衝突接触の可能性がある範囲において、全ての中空部５内に設けられる必要は無く、開口被害などをくい止めることができる限り、適宜間隔を開けて設けられていてもよい。

請求項２に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の鉄道車両の構体において、前記金属製管材は、ステンレス鋼製管材６であることを特徴とする。

このように、金属製管材をステンレス鋼製管材６とすることにより、他の材料に比べ、耐食性に優れ、かつ安価なものとすることができる。

請求項３に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１または２に記載の鉄道車両の構体において、前記金属製管材は、前記鉄道車両に備えられる設備配管７を利用したものであることを特徴とする。

このように、金属製管材として鉄道車両に備えられる設備配管７を利用することにより、金属製管材の重量、コストの増加を抑えることができる。

本発明によれば、アルミニウム合金製で中空部を有するダブルスキン材から構成される鉄道車両の構体において、その中空部内に、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製管材が設けられている。これにより、構体の軽量性を活かしつつ、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触被害の軽減が可能である。

また、金属製管材としてステンレス鋼製管材を用いれば、耐食性に優れ、かつ安価であるという利点がある。さらに、金属製管材として鉄道車両に備えられる設備配管を利用すれば、金属製管材の重量、コストの抑制が可能である。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る鉄道車両は、新幹線（登録商標）などの高速鉄道車両である。その構体は、台枠１、側構体２、妻構体（図示せず）、及び屋根構体３がダブルスキン材で構成されるダブルスキン構造である。図１（ｂ）に示すように、ダブルスキン材は、アルミニウム合金を用いたアルミ中空押出し形材４である。

このアルミ中空押出し形材４は、アルミニウム合金を押出し加工して、トラス状の形材に形成したものである。そして、アルミ中空押出し形材４の押出し方向（車両の構体の長手方向）にわたって連続する中空部５が、押出し方向と直角方向に並設されて形成されている。

ここで、構体を構成するアルミ中空押出し形材４の外板などの部材は、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触による被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形などの被害を受けやすい。本実施の形態の構体は、アルミニウム合金のダブルスキン構造の長所である軽量特性を損なうことなく、この被害の拡大を防ぐために耐貫通性、耐摩擦熱性を得ようとするものである。

そこで、そのアルミ中空押出し形材４の中空部５、すなわち構体の中空部５に、ステンレス鋼製管材６を設けている。なお、通常運行時に車体に作用する荷重に対する車体の強度は構体で持たせるため、ステンレス鋼製管材６には大きな肉厚は必要としない。

ステンレス鋼は、周知のとおり、アルミニウム合金よりも強度および融点が高い金属である。このような性質を有するステンレス鋼製管材６を、アルミニウム合金製のダブルスキン材の中空部５内に設けることにより、ダブルスキン材の外板などの部材が、被害を受けても、ステンレス鋼製管材６がその被害をくい止めることができる。したがって、アルミニウム合金製のダブルスキン材が有する軽量性を発揮させつつ、それらの衝突接触による被害の拡大を抑えることができる。また、他の材料に比べ、耐食性に優れ、かつ安価なものである。

なお、ステンレス鋼製管材６は、鉄道車両の構体において、衝突接触の可能性がある範囲に設けられていればよい。また、衝突接触の可能性がある範囲とは、例えば、部分的にアルミニウム合金以外の普通鋼、ステンレス鋼製で作製されている場合にはその部分を除いたもののうち、窓、ドア、台車、空調設備、動力装置、パンタグラフなどが取り付けられている範囲以外のものである。なお、側構体２の腰部、妻構体、屋根構体３に設けることが望ましい。

また、衝突接触の可能性がある範囲において、全ての中空部５内に設ける必要は無く、開口被害などをくい止めることができる限り、適宜間隔を開けて設けてもよい。例えば、平面的にみて千鳥状に配置してもよい。

また、ステンレス鋼製管材６のうち、例えば台枠１の中空部５に設けられるステンレス鋼製管材６は、鉄道車両に設けられる設備配管７を有効利用したものである。設備配管７としては、例えば、空気管、電線管などが挙げられる。このように、金属製管材として鉄道車両に備えられる設備配管７を利用することにより、金属製管材の重量、コストの増加を抑えることができる。

ステンレス鋼製管材６の中空部５への設置は、構体の組み立て後で、中空部５への断熱材等の充填に先立って行ってもよいし、ダブルスキン材の作製時に行ってもよい。例えば、ダブルスキン材の接合部８の接合をその端部どうしを摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）などで行う場合には、その端部どうしが突き合わされて形成される中空部５に予めステンレス鋼製管材６を配置して行ってもよい。このステンレス鋼製管材６を接合時の裏当て材としても用いれば、構体作製の作業効率を向上させることができる。

なお、以上の実施の形態においては、ダブルスキン材をアルミ中空押出し形材４としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、中空部５を有するダブルスキン材であれば、その製造方法は問わない。また、金属製管材の形状、配置等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態の鉄道車両の構体の構成を示す図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 台枠（構体）
２ 側構体
３ 屋根構体
４ アルミ中空押出し形材（ダブルスキン材）
５ 中空部
６ ステンレス鋼製管材（金属製管材）
７ 設備配管（金属製管材）

Claims (3)

1. アルミニウム合金製で中空部を有するダブルスキン材から構成される鉄道車両の構体であって、
   前記中空部内に、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製管材が設けられていることを特徴とする鉄道車両の構体。
2. 前記金属製管材は、ステンレス鋼製管材であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の構体。
3. 前記金属製管材は、前記鉄道車両に備えられる設備配管を利用したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両の構体。

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