JP4610907B2

JP4610907B2 - 鉄道車両構体

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Publication number: JP4610907B2
Application number: JP2004046171A
Authority: JP
Inventors: 英之中村; 一成福寄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP2005231576A

Description

本発明は、押出し形材或いは中空押出し形材を摩擦攪拌接合して構成される鉄道車両構体に関する。

鉄道車両の車体すなわち鉄道車両構体は、図４に示す構成となっている。図４において、鉄道車両構体１は、構体の両側面をなす側構体２、走行方向の端面をなす妻構体３、上面をなす屋根構体４、下面をなす台枠５から構成されている。この鉄道車両構体１は、近年、アルミ合金製の押出し形材によって製作される場合が多く、複数の前記押出し形材を摩擦攪拌接合して形成されている。鉄道車両構体を構成する押出し形材は、車体の外表面をなす平板部と、該平板部の補強部材となるリブとからなっている。また、前記押出し形材は、平板状に形成されているが、同様に鉄道車両構体をなす部材として、二枚の平板部をトラスでつないだ形状の中空押出し形材も採用されている。
摩擦攪拌接合を利用して、鉄道車両用の構体を製造する技術は、例えば、下記の特許文献１に記載されている。
図５は、従来の摩擦攪拌接合用継手構造を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの押出し形材１０，２０は、その接合端部が突合わされて、継手部の接合面３０を形成する。

第１の押出し形材１０の接合端部には、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に押出し形材１０の上面から突出する突部１２が形成されている。
突部１２の上面１４は平坦面に形成され、突部１２の側面１３は、押出し形材１０の平板部の上面１１に対して小さな円弧Ｒ_１で結ばれている。

同様に、第２の押出し形材２０の接合端部にも、平板部の上面２１から突出する突部２２が形成されている。突部２２の上面２４は平坦面に形成され、突部２２の側面２３は、押出し形材２０の平板部の上面２１に対して小さな円弧Ｒ_１を有する連結部で結ばれている。

摩擦攪拌接合用工具５０は、先端に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面３０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された押出し形材１０，２０の継手部は、上面が平坦面４０を形成し、その両端部にバリＢ_１が残される。このバリＢ_１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。

この継手部の上面４２は、接合された２つの押出し形材１０，２０の上面１１，２１よりも突出し、段付部を形成する。
この段付部は、ノッチ４１を形成する。
特開平１１−３１４１７３号公報

この継手部においては、接合部の強度低下を補うために、平板部よりも板厚を厚くするほうが有利である。すなわち、押出し形材の平板部は、必要な強度を確保しつつ鉄道車両構体としての軽量化を図るために、板厚を極力薄く構成している。したがって、該押出し形材の接合端部の板厚を平板部の板厚と同様にすると接合部の強度低下によって十分な強度を確保できない懸念がある。そこで、前記継手部の板厚を平板部よりも厚くすることが考えられる。したがって、図５（ｂ）において、継手部のバリＢ_１を除去する際に、突部の１２、２２の一部を残して、図５（ｃ）に示すように該継手部の板厚を確保する。しかしながら、この継手部に残存する突起のノッチ４１は、押出し形材１０，２０に曲げ応力等が加えられたときに、応力集中が発生する恐れがある。
本発明の目的は、上述した問題を解決する鉄道車両構体を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の鉄道車両構体は、基本的な手段として、押出し形材の平板部の上面から摩擦攪拌接合用工具が挿入される側へ突出した突部を備え、該突部の上面と平板部の上面とは、前記突部の側面と、該側面に接続する小さな半径を有する円弧と、該円弧に接続する大きな半径を有する円弧とからなる連結部と、によって接続されており、該連結部は、摩擦攪拌接合後に残される前記突部を後工程で切削除去することによって、前記押出し形材の平板部の上面に前記大きな半径を有する円弧が残るように形成され、前記各押出し形材を鉄道車両構体の外板として用い、各押出し形材の連結部側を車内側に配置したものである。

本発明の鉄道車両構体は、以上の構成を備えるので、継手部の板厚を十分確保することができるとともに摩擦攪拌接合時に発生するバリを切削した接合面と押出し形材の上面との間の段差が大きな半径をもつ円弧で結ばれる。したがって、段差に対する応力の集中は回避できる。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの押出し形材１００，１２０は、その接合端部が突合わされて継手部の接合面１４０を形成する。

第１の押出し形材１００の接合端部には、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に押出し形材１００の平板部の上面から突出する突部１１０を有する。
突部１１０の上面１１４は平坦面に形成され、突部１１０の側面１１２は、押出し形材１００の上面１０２に対して、第１の円弧Ｒ_２と第２の円弧Ｒ_３を有する連結部で結ばれている。第１の円弧Ｒ_２は小さな半径を有し、第２の円弧Ｒ_３は大きな半径を有する。

同様に、第２の押出し形材１２０の接合端部は、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に押出し形材１２０の平板部の上面から突出する突部１３０を有する。
突部１３０の上面１３４は平坦面に形成され、突部１３０の側面１３２は、押出し形材１２０の平板部の上面１２２に対して、第１の円弧Ｒ_２と第２の円弧Ｒ_３を有する連結部で結ばれている。第１の円弧Ｒ_２は小さな半径を有し、第２の円弧Ｒ_３は大きな半径を有する。これらの押出し形材１００，１２０は、鉄道車両構体の外板として用いられ、前記突部１１０，１３０が形成されている面が車内側となるように用いられている。

摩擦攪拌接合用工具５０は、先端部に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面１４０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された押出し形材１００，１２０の継手部は、上面が平坦面１５０を形成し、その両端部にバリＢ_１が残される。このバリＢ_１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。

押出し形材１００，１２０を鉄道車両構体の外板として用いる場合には、突部１１０，１３０を有する面を車内側として用いる。すなわち、押出し形材１００，１２０の接合部以外の板厚Ｔは、鉄道車両構体の外板として必要な強度を確保するために所定の厚さに形成されている。また、この板厚Ｔは、摩擦攪拌接合した部分の強度低下を考慮して決定される接合部分の板厚Ｔｃを確保する必要から、突部１１０，１３０が設けられていない車外側を平坦面とした場合、単に外板に必要な強度を確保するために必要な厚さよりも厚くせざるを得ない。しかし、図１（ｃ）に示すように突部１１０，１３０を円弧Ｒ_３の部分を残して成形することにより、接合部分の板厚Ｔｃを接合部分以外の板厚Ｔよりも厚くすることができるため、接合部分の強度低下を補うための板厚をこの部分によって確保することができる。したがって、接合部以外の板厚Ｔを鉄道車両構体の外板として必要な厚さに設定することができるため、押出し形材１００，１２０の軽量化が図れる。すなわち、鉄道車両構体全体の軽量化が図れる。なお、前記押出し形材１００，１２０の突部１１０，１３０を設けた面を車内側とした際に、摩擦攪拌接合部の車外側表面の見栄えが良好でない場合には、各押出し形材１００，１２０の突部１１０，１３０を形成している反対側の面、すなわち、車外側表面にもわずかな厚さの突部を設けておき、接合完了後に、この部分を切除して平滑に仕上げれば良い。
このような構成によれば、接合部分の板厚Ｔｃは、突部１１０，１３０の円弧Ｒ_３を残して仕上げられることにより、応力集中を発生させることなく、その板厚Ｔｃを十分確保することができる。したがって、押出し形材１００，１２０の接合部以外の板厚Ｔを鉄道車両構体の外板として必要以上に厚くするする必要がないため、鉄道車両構体全体の軽量化を図ることができる。

図２は、本発明の実施例２を示す説明図である。
摩擦攪拌接合される２つの押出し形材２００，２２０は、その接合端部が突合わされて継手部の接合面２４０を形成する。

第１の押出し形材２００の接合端部には、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に押出し形材２００の平板部の上面から突出する突部２１０が形成されている。
突部２１０の上面２１４は平坦面に形成され、突部２１０の側面２１２は、押出し形材２００の平板部の上面２０２に対して、楕円の一部Ｄ_１を有する連結部で結ばれている。前記楕円の一部Ｄ_１は、平板部側が半径が大きく、突部２１０の側面部２１２側が半径が小さくなっている。

同様に、第２の押出し形材２２０の接合端部には、摩擦攪拌接合用の工具５０が挿入される側に押出し形材２２０の平板部の上面から突出する突部２３０を有する。
突部２３０の上面２３４は平坦面に形成され、突部２３０の側面２３２は、押出し形材２２０の上面２２２に対して、楕円の一部Ｄ_１を有する連結部で結ばれている。前記楕円の一部Ｄ_１は、平板部側が半径が大きく、突部２１０の側面部２１２側が半径が小さくなっている。
これらの押出し形材２００，２２０は、鉄道車両構体の外板として用いられ、前記突部２１０，２３０が形成されている面が車内側となるように用いられている。

摩擦攪拌接合用工具５０は、先端部に小径部５２を有し、小径部５２の中心を接合面１４０に合わせて摩擦攪拌接合する（ｂ）。
接合された押出し形材２００，２２０の継手部は、上面が平坦面２５０を形成し、その両端部にバリＢ_１が残される。このバリＢ_１を切削して除去し、継手部が完成する（ｃ）。

このような構成によれば、接合部分の板厚は、突部２１０，２３０の楕円の一部Ｄ_１を残して仕上げられることにより、応力集中を発生させることなく、その板厚を十分確保することができる。したがって、実施例１と同様に押出し形材２１０，２３０の接合部以外の板厚を鉄道車両構体の外板として必要以上に厚くするする必要がないため、鉄道車両構体全体の軽量化を図ることができる。

図３−１，３−２は、本発明の実施例３を示す。
本実施例は、車両の側構をアルミ合金の中空押出形材で製作する例を示す。
継手部を構成する第１の中空押出し形材４００はその断面が中空形状をなしており、平行する２枚の平板４１０，４２０がトラス４６０で連結された構造を有する。

第２の中空押出し形材５００も断面が中空形状をなしており、平行する２枚の平板５１０，５２０がトラス５６０で連結された構造を有する。

第１の中空押出し形材４００の第１の平板４１０は、車両の車内側Ｓ_１に配設され、その接合端部には突部４３０が形成されている。この突部４３０と第１の平板４１０の連結部は、実施例１で説明した小さな半径を有する円弧Ｒ_２と、大きな半径を有する円弧Ｒ_３で結ばれる。

同様に第２の中空押出し形材５００の第１の平板５１０は、車両の車内側Ｓ_１に配設され、その接合端部には突部５３０が形成されている。この突部５３０と第１の平板５１０の連結部は、実施例１で説明した小さな半径を有する円弧Ｒ_２と大きな半径を有する円弧Ｒ_３で結ばれる。

第１の中空押出し形材４００の第２の平板４２０は、車両の車外側Ｓ_２に配設され、突部４４０を有する。突部４４０と平板４２０は、コーナー部Ｃ_１で結ばれる。

第２の中空押出し形材５００の第２の平板５２０も、車両の車外側Ｓ_２に配設され、突部５４０を有する。突部５４０と平板５２０は、コーナー部Ｃ₁で結ばれる。

第１の中空押出し形材４００と第２の中空押出し形材５００の端部は、テーパー面Ｔ_１，Ｔ_２で嵌合される。
そこで、第１の中空部材４００と第２の中空部材５００の突合わせ部には、間隙Ｇ_１，Ｇ_２が形成される。

摩擦攪拌接合は、摩擦攪拌接合用工具５０の小径部５２の中心を、大略この間隙Ｇ_１，Ｇ_２の中央に合わせて行われる。
この際に、摩擦攪拌接合用工具が発生する押圧力は、主として、第２の中空押出し形材の剛性の高いトラス５６０で受けられる。

図の（ｂ）は、室内側Ｓ_１の継手面６００と室外側Ｓ_２の継手面６５０が摩擦攪拌接合された状態を示す。
両継手面６００，６５０の両側部には、バリＢ_１が残される。

図の（ｃ）は、室内側Ｓ_１の継手面６００に加工を施してバリを除去し、継手面６１０を完成した状態を示す。
この継手面６１０は、前記実施例１と同様に第１の中空押出し形材の平板４１０と第２の中空押出し形材の平板５１０から突出した面を形成するが、この連結部は大きな半径を有する円弧Ｒ_３で結ばれ、応力集中は発生しない。車内側Ｓ_１の側構体には、内装が施されるので、継手面６１０を突出された状態でも不都合はない。また、前記継手面６１０が第１の中空押出し形材の平板４１０と第２の中空押出し形材の平板５１０から突出した面を形成することにより、接合部分の板厚を十分確保することができるため、平板４１０、５１０を厚くする必要がないため、鉄道車両構体の軽量化を図ることができる。

図の（ｄ）は、車外側Ｓ_２の継手面６６０を加工して、第１の中空押出し形材の平板４２０と第２の中空押出し形材の平板５２０と同一面を形成する継手面６７０を完成した状態を示す。
車外側Ｓ_２は、同一平面を形成するので、応力集中は発生せず、また、美観の高い側構体を得ることができる。
なお、車内側Ｓ_１の継手面の突部に実施例２で説明した楕円形状を適用することも当然に可能である。

本発明の実施例１の説明図。本発明の実施例２の説明図。本発明の実施例３の説明図。本発明の実施例３の説明図。鉄道車両構体の説明図。従来の継手構造の説明図。

５０摩擦攪拌接合用工具
５２摩擦攪拌接合用工具の小径部
１００押出し形材
１０２押出し形材の上面
１１０押出し形材の突部
１２０押出し形材
１２２押出し形材の上面
１３０押出し形材の突部
１４０接合面
１５０接合された平坦面
１５２バリを切削した平坦面

Claims

複数の押出し形材を摩擦攪拌接合して構成される鉄道車両構体において、
摩擦攪拌接合される前記各押出し形材は平板部と、前記平板部の接合端部に、該平板部の表面より摩擦攪拌接合用工具が挿入される側へ突出した突部を備え、該突部の上面と平板部の上面とは、前記突部の側面と、該側面に接続する小さな半径を有する円弧と該円弧に接続する大きな半径を有する円弧とからなる連結部と、によって接続されており、
該連結部は、摩擦攪拌接合後に残される前記突部を後工程で切削除去することによって、前記押出し形材の平板部の上面に前記大きな半径を有する円弧が残るように形成され、
前記各押出し形材を鉄道車両構体の外板として用い、各押出し形材の連結部側を車内側に配置したこと、
を特徴とする鉄道車両構体。
複数の押出し形材を摩擦攪拌接合して構成される鉄道車両構体において、
摩擦攪拌接合される前記各押出し形材は平板部と、前記平板部の接合端部に、該平板部の表面より摩擦攪拌接合用工具が挿入される側へ突出した突部を備え、該突部の上面と平板部の上面とは、前記突部の側面と、該側面に接続する連結部と、によって接続されており、前記連結部は楕円の一部から構成され、前記楕円の一部は長軸が前記平板部の上面にほぼ平行に配置されて形成され、
該連結部は、摩擦攪拌接合後に残される前記突部を後工程で切削除去することによって、前記押出し形材の平板部の上面に前記楕円の一部の曲線が残るように形成され、
前記各押出し形材を鉄道車両構体の外板として用い、各押出し形材の連結部側を車内側に配置したこと、
を特徴とする鉄道車両構体。
複数の中空押出し形材を摩擦攪拌接合して構成される鉄道車両構体において、
摩擦攪拌接合される前記各中空押出し形材は二枚の平板部とトラスとから構成されており、
前記二枚の平板部のうち少なくとも一方の平板部の接合端部に、該平板部の表面より摩擦攪拌接合用工具が挿入される側へ突出した突部を備え、該突部の上面と平板部の上面とは、前記突部の側面と、該側面に接続する小さな半径を有する円弧と、該円弧に接続する大きな半径を有する円弧とからなる連結部と、によって接続されており、
該連結部は、摩擦攪拌接合後に残される前記突部を後工程で切削除去することによって、前記中空押出し形材の前記一方の平板部の上面に前記大きな半径を有する円弧が残るように形成され、
前記各中空押出し形材を鉄道車両構体の外板として用い、各中空押出し形材の連結部側を車内側に配置したこと、
を特徴とする鉄道車両構体。
複数の中空押出し形材を摩擦攪拌接合して構成される鉄道車両構体において、
摩擦攪拌接合される前記各中空押出し形材は二枚の平板部とトラスとから構成されており、
前記二枚の平板部のうち少なくとも一方の平板部の接合端部に、該平板部の表面より摩擦攪拌接合用工具が挿入される側へ突出した突部を備え、該突部の上面と平板部の上面とは、前記突部の側面と、該側面に接続する連結部と、によって接続されており、前記連結部は楕円の一部から構成され、前記楕円の一部は長軸が前記平板部の上面にほぼ平行に配置されて形成され、
該連結部は、摩擦攪拌接合後に残される前記突部を後工程で切削除去することによって、前記中空押出し形材の前記一方の平板部の上面に前記楕円の一部の曲線が残るように形成され、
前記各中空押出し形材を鉄道車両構体の外板として用い、各中空押出し形材の連結部側を車内側に配置したこと、
を特徴とする鉄道車両構体。