JP4809050B2 - 鉄道車両の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体構造に関し、特に、横荷重に対する強度を高めた鉄道車両の車体構造に関するものである。

鉄道車両の車体は特許文献１で知られるように、台枠部、側構体部、屋根構体部を持った図５に示すような胴部ａを有し、胴部ａの両端部は図示しない妻構体で閉じられる。台枠部ｂ、側構体部ｃ、屋根構体部ｄのそれぞれは四隅のコーナ部ｅを挟んで繋がった箱形状をなしている。多くの場合、予め個別に製作した台枠部ｂ、側構体部ｃ、屋根構体部ｄ、妻構体を、ボルト類や溶接など各種の方法で接合して製作され、それぞれの構造や形状の違いに応じた通常設計がなされる。一方、通常設計とは別に、特別な場合の安全性、つまり衝突時の安全性向上のために、車体の先頭部を補強する技術も知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開平６−８８２１号公報 特開２００２−７９９３９号公報 特開２００５−５３３０６号公報

しかし、本発明者が鉄道車両のさらなる安全を図るべく、研究、開発をしているなか、車体の胴部ａは前記のような四隅にコーナ部ｅを持った箱形状をしている関係から、特異な外力、つまり図６に示すような横荷重Ｐを受けた場合の強度は十分でなく、上記のような先頭部の補強構造によっては対応できない。具体的には、車体が前記のような横荷重Ｐを受けると、胴部ａのコーナ部ｅに応力が集中して屈し、胴部ａが図６に示すような菱形に変形しやすく、予め個別に製作した台枠、側構体、屋根構体をコーナ部ｅで連結した車体ではその連結部ｆが前記横荷重Ｐに対するウイークポイントとなり特に変形しやすい。このような変形は車体内空間が次第に狭まることを意味し、過度な変形は乗客に危険をもたらしかねず、その変形量を所定量以内に抑えることが望まれる。

本発明の目的は、通常設計の車体になお残る横荷重に対する強度不足を解消して万一の場合の乗客の安全が図れる鉄道車両の車体構造を提供することにある。

上記のような課題を達成するために、本発明の鉄道車両の車体構造は、台枠部、側構体部、屋根構体部が互いをコーナ部で連結して繋がった胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、台枠部および屋根構体部の側構体部寄りで、胴部のコーナ部を挟んだ、台枠部および側構体部の部分間または同部分間からコーナ部までの所定範囲間と、側構体部および屋根構体部の部分間または同部分間からコーナ部までの所定範囲間と、の双方を、胴部における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須とし、それら位置にて胴部を周方向に走る力骨を連結対象として連結部材にて連結したことを１つの特徴としている。

このような構成では、万一にも車体に横荷重が働いたとき、胴部のコーナ部の特に連結部に集中しがちな応力を、台枠部および側構体部間と、側構体部および屋根構体部間とで、それらのコーナ部を挟んだ部分間または同部分間からコーナ部までの所定範囲間を胴部を周方向に走る力骨を連結対象に連結してその力骨と協働した変形を伴い突っ張りないしは引張りの作用をなそうとする連結部材に分散させて軽減し、胴部を周方向に走る力骨を利用した連結部材による連結構造上、台枠部および側構体部間と、側構体部および屋根構体部間との変形強度を高めることが、胴部における長手方向の途中複数位置での胴部を周方向に走る力骨がなす四隅のコーナ部を少なくとも必須としてなされるので、長尺の鉄道車両の車体の横荷重に対する強度を高められる。また、連結部材は側寄り域にあるので乗客の居住や移動に全く影響しないで設けられる。

本発明の鉄道車両の車体構造は、また、台枠部、側構体部、屋根構体部が互いをコーナ部で連結して繋がった胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、台枠部および屋根構体部の側構体部寄りの部分間または同部分間から側構体部までの所定範囲間を、胴部における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須とし、それら位置にて胴部の周方向に走る力骨を連結対象として連結部材にて連結したことを別の特徴としている。

このような構成では、万一にも車体に横荷重が働いたとき、胴部のコーナ部に集中しがちな応力を、台枠部および屋根構体部の側構体部寄りの部分間を、胴部の周方向に走る力骨を連結対象として連結して、その力骨と協働した変形を伴い突っ張りや引っ張りの作用をなそうとする連結部材に分散して軽減し、側構体部を介した台枠部および屋根構体部間の変形を防止することが、胴部における長手方向の途中複数位置での胴部を周方向に走る力骨がなす四隅のコーナ部を少なくとも必須としてなされるので、長尺の鉄道車両の車体の横荷重に対する強度を高められる。また、連結部材は側構体部寄りに位置するので乗客の貫通方向の移動を妨げることはない。

これら、１つの特徴の車体構造での連結部材と、別の特徴の車体構造での連結部材とは、互いに競合せず併用することができ、それによって車体の横荷重に対する強度をさらに高められる。

連結位置が、車内設置物の一部または全体をなす位置、車内設置物の端部位置、車内設置物の内部、上部車内設置物の上、下部車内設置物の下、の少なくとも１つである、さらなる構成では、
連結部材による連結が、車内設置物に関連して目立たないように、また、車内設置物を越えて乗客の行動を邪魔しないように達成される。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。

本発明の鉄道車両の車体構造の１つの特徴によれば、万一、車体に横荷重が働いても、乗客の居住や移動に影響しない連結部材による連結構造上、台枠部および側構体部間でのコーナ部、側構体部および屋根構体部間でのコーナ部、に集中しがちな応力を、胴部における長手方向の途中複数位置での胴部を周方向に走る力骨を介しそれらの四隅でのコーナ部両側を連結した連結部材に分散して軽減させ、また、それら台枠部および側構体部間、側構体部および屋根構体部間、の変形を、四隅でのコーナ部両側を連結部材により連結して補強された胴部を周方向に走る力骨により防止して、長尺の鉄道車両の車体の横荷重に対する強度を高められ、車体の横荷重による変形に対する乗客の安全を確保することができる。また、連結部材は側寄り域にあるので乗客の居住や移動に全く影響しないで設けられる。

本発明の鉄道車両の車体構造の別の特徴によれば、万一、車体に横荷重が働いても、乗客の居住や移動に特に影響しない連結部材による連結構造上、胴部のコーナ部に集中しがちな応力を、胴部における長手方向の途中複数位置での胴部を周方向に走る力骨を介しそれらの台枠部および屋根構体部の側構体寄り部分間を連結した連結部材に分散して軽減させ、また、側構体部を介した台枠部および屋根構体部間の変形を、台枠部および屋根構体部の側構体寄り部分間を連結部材により連結して補強された胴部を周方向に走る力骨により防止して、長尺の鉄道車両の車体の横荷重に対する強度を高められ、連結部材は側構体部寄りに位置するので乗客の貫通方向の移動を妨げることはない。

上記２通りの連結部材は併用でき、それによって車体の横荷重に対する強度をさらに高められる。

連結位置を、車内設置物の一部または全体をなす位置、車内設置物の端部位置、車内設置物の内部、上部車内設置物の上、下部車内設置物の下、の少なくとも１つとして、車内設置物に関連して目立たないように体裁よく、また、車内設置物を越えて乗客の居住や行動をより邪魔しないようにして強度向上が図れる。

本発明の鉄道車両の車体構造に係る実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載の内容を限定するものではない。

本実施の形態の図１に示す例では、台枠部１、側構体部２、２、屋根構体部３がコーナ部４を有して繋がった胴部５を持つ鉄道車両の車体構造の場合の一例であり、胴部５の両端部は妻構体７により閉じられて車体６を構成する。胴部５のコーナ部４を挟んだ、台枠部１と側構体部２、２との部分１１、１２間または同部分１１、１２間から斜線を施して示すコーナ部４までの全域および途中までを含む所定範囲１３間と、側構体部２、２と屋根構体部３との部分１４、１５間または同部分１４、１５間から斜線で示すコーナ部４までの全域および途中までを含む所定範囲１６間と、の一方または双方を、胴部５における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須として連結部材１７にて連結している。従って、そのような連結が行われる部分１１、１２は図１に示す車体６における内装材１８の内側に隠れることになる。また、連結部材１７は一般に図２にその一部を示すように斜めに配したバー状の部材でよいが、板部材でもよく、板部材を用いるときは前記所定範囲１３、１６を幅広く設定するような場合に有効であり、特に斜線で示すように全域設定する場合に好適といえる。連結部材１７による連結は特に具体的例を図示しないが、取り付け座や取り付けフランジ、連結金具を用いて、あるいは用いないで、ボルト・ナット、抜け止めや緩み止めの仕掛けを持った各種のボルトを含む締結具、カシメ接合、溶接接合などの手法を採用することができる。

また、上記連結部材１７による連結は、台枠部１および側構体部２、２間、側構体部２、２および屋根構体部３間にて、いずれも胴部５の周方向に行うことになるが、図２に示すように台枠部１は横梁２１を多く持ち、側構体部２、２は戸先柱や戸尻柱などの柱２２を多く持ち、屋根構体部３は垂木２３を多く持ち、それらが胴部５の周方向に走っている力骨として、台枠部１、側構体部２、２、屋根構体部３における前記連結部材１７による連結部相手とすることにより、胴部５の長手方向の必要となる各所で連結するのに好都合である。同時に必要な連結強度を得やすいし、連結部材１７による連結効果が、台枠部１、側構体部２、２、屋根構体部３のそれぞれに無理無く、逃げなく、及びやすくなる。連結強度が不足するときは既に知られるガセットなどを当てがって補強すればよい。もっとも、連結部材１７の各構体部への連結は内装材１８が構体部に直付けされるか、双方間の隙間を埋めるスペーサなどを設けるかで、双方間に空間がないような条件では、連結部材１７を内装材１８を介して構体部に連結しても必要な連結強度が得られ、連結部材１７を内装後に後付けできる利点があり、場合により補修ができる。

以上のような連結部材１７を設けると、万一にも車体６に図１に示すような横荷重Ｐが働いたとき、胴部５は既述したように菱形に変形して居住空間を狭め、それが過度であると乗客の安全を損ないかねず、特に、図１、図２に示すように個別に製作された台枠部１、側構体部２、２、屋根構体部３のそれぞれをコーナ部４に連結部５１ができる車体６では顕著となるところ、胴部５のコーナ部４に集中しがちな応力を、台枠部１と側構体部２、２との間で、それらのコーナ部４を挟んだ部分１１、１２間または同部分１１、１２間からコーナ部４までの所定範囲１３間を連結して、その連結部の変形を伴い突っ張りないしは引張りの作用をなそうとする連結部材１７に分散させて軽減し、また、連結部材１７による連結構造上、台枠部１と側構体部２、２との間の変形強度を高めること、または、側構体部２、２と屋根構体部３との間で、それらのコーナ部４を挟んだ部分１４、１５間または同部分１４、１５間からコーナ部４までの全域および途中までを含む所定範囲１６間を連結して、その連結部の変形を伴い突っ張りないしは引張り作用をなそうとする連結部材１７に分散させて軽減し、かすがい状の連結部材１７によるトラス型の連結構造上、側構体部２、２と屋根構体部３との間の変形強度を高めることが、胴部５における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須としてなされる。これにより、長尺の鉄道車両の車体６の横荷重Ｐに対する強度を高められる。これらの結果、車体６の万一もの横荷重Ｐによる変形に対する乗客の安全を確保することができる。ここで、連結部材１７は段落００２７で共通した配置位置とすることができるとした、連結部材３４の配置位置である側構体部２寄り位置と側構体部２との間の側構体側域に配置することで、段落０００９に既述した通り乗客の居住や移動の妨げにならない。

また、連結部材１７は図１、図２に示すように胴部５の四隅部に斜めに位置するだけで乗客の居住や移動に全く影響しないで設けられる。特に、コーナ部４を挟んで、台枠部１と側構体部２、２との間、側構体部２、２と屋根構体部３との間、の双方を図１に示すように連結部材１７により連結することで、車体６の四隅のコーナ部４全てを挟む各箇所にてバランスよく補強することができる。また、それら四隅部での連結部材１７による連結は、胴部５まわりの同一周方向位置にて行うことにより、連結部材１７およびそれによる連結構造上の横荷重に対する対向力を捩れなどなく発揮し、車体６に歪みや捩れを生じさせる原因になるようなことが解消する。このようなコーナ部４に対する応力集中による変形を防止する作用、効果は、車体６がコーナ部４を持った箱形状であるかぎり、そこに連結部５１があるかどうかなど製作方式の違いにかかわりなく有効である。

本実施の形態の図３に示す例では、図１の例の場合と同様な車体６を対象として、図１の例の場合とは別に、台枠部１と側構体部２、２との一方、図３で左側の側構体部２寄りの部分３１、３２間または同部分３１、３２間から一方の側構体部２までの全域または途中部分（図３右側の斜線部分に対応）までを含む所定範囲３３間、および他方、図３で右側の側構体部２寄りの部分３１、３２間または同部分３１、３２間から一方の側構体部２までの全域または図に斜線を施した途中部分までを含む所定範囲３３間を、胴部５における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須として連結部材３４にて連結している。

この場合も、そのような連結が行われる部分３１、３２は図３に示す車体６における内装材１８の内側に隠れることになる。また、連結部材３４は一般に図３の車体６の左側および図４にその一部を示すように台枠部１から屋根構体部３にまで直立に配したバー状の部材でよいが、図３の車体６の右側に示すような板部材でもよく、板部材を用いるときは前記所定範囲３３を幅広く設定するような場合に有効であり、特に図３に斜線で示すように内装材１８までや全域設定する場合に好適といえる。連結部材３４による連結は特に具体的例を図示しないが、取り付け座や取り付けフランジ、連結金具を用いて、あるいは用いないで、ボルト・ナット、抜け止めや緩み止めの仕掛けを持った各種のボルトを含む締結具、カシメ接合、溶接接合などの手法を採用することができる。

また、上記連結部材３４による連結は、台枠部１および屋根構体部３間の上下対向部での、車体６の幅方向の２か所にて行うことになるが、図４に示すように台枠部１は横梁２１を多く持ち、屋根構体部３は垂木２３を多く持ち、それらが車体６の幅方向に走っている力骨として、台枠部１、屋根構体部３における前記連結部材３４による連結部相手とすることにより、胴部５の長手方向の必要となる各所で連結するのに好都合である。また、板部材とするとき図３に示すように透明な窓４４ａを設けることにより車内の見通しを阻害したり、視野を狭めたりしない。同時に必要な連結強度を得やすいし、連結部材３４が側構体部２までに及ぶ範囲で連結する場合は、側構体部２を縦方向に走る各種柱２２を連結相手とすることができ、連結部材３４による連結効果が、台枠部１、側構体部２、２、屋根構体部３のそれぞれに無理無く、逃げなく、及びやすくなる。連結強度が不足するときは既に知られるガセットなどを当てがって補強すればよい。もっとも、連結部材３４の各構体部への連結は内装材１８が構体部に直付けされるか、双方間の隙間を埋めるスペーサなどを設けるかで、双方間に空間がないような条件では、連結部材３４を内装材１８を介して構体部に連結しても必要な連結強度が得られ、連結部材３４を内装後に後付けできる利点があり、場合により補修ができる。

このような連結部材３４を設けると、万一にも車体６に横荷重Ｐが働いたとき、胴部５のコーナ部４に集中しがちな応力を、台枠部１および屋根構体部３の側構体部２、２寄りの部分３１、３２間を連結して、その連結部にそれと近いコーナ部４と協働した変形をもたらし突っ張りや引っ張り作用をなすことのある連結部材３４に分散して軽減し、直立した連結部材３４による矩形な連結構造上から側構体部２、２を介した台枠部１および屋根構体部３間の変形を防止することが、胴部５における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須としてなされる。これにより、長尺の鉄道車両の車体の横荷重に対する強度を高められる。また、連結部材３４は側構体部２、２寄りに位置するので乗客の貫通方向の移動を妨げることはない。

これら、図１に示す連結部材１７と、図３に示す連結部材３４とは、互いに競合せず併用することができ、それによって車体６の横荷重Ｐに対する強度をさらに高められる。

また、連結部材１７、３４による連結位置が、図１、２に示すシート４１、荷棚４２、図３の車体６の左側に示す握棒４３、図３の右側に示す透明窓４４ａを持ったそで仕切り４４、図示しないが客室とデッキとの仕切り壁といった各種の車内設置物の一部または全体をなす位置、車内設置物の端部位置、車内設置物の内部、上部車内設置物の上、下部車内設置物の下、の少なくとも１つとすることで、連結部材１７、３４による連結が、車内設置物に関連して目立たないように、また、車内設置物を越えて乗客の行動を邪魔しないようにして実現する。

さらに詳述すると、図１、図２に示す例では、側構体部２、２の柱２２、特に戸尻柱を利用し、それに対応する横梁２１との間で台枠部１との連結部材１７による連結を行い、ロングシートタイプのシート４１の袖位置にあるようにしている。これによって連結部材１７はシート４１の袖位置にある部材、あるいは袖位置に沿った部材となり連結が目立たなくなる。また、シート４１の袖位置の設定によっては戸先柱やそれに添わされる補助柱なども連結対象として同様な効果が得られる。また、連結部材１７は図１右側に示すようなクロスシートタイプのシート４１の背などの一部をなしたり、それに沿うように設けたりすることもできる。また、連結部材１７は各種タイプのシート４１の座の下などに設けても目立たなくすることができるし、場合によっては側面カバーや蹴込み部の前面カバーで覆い隠すこともできる。

また、側構体部２、２の柱２２、特に戸尻柱を利用し、それに対応する垂木２３との間で屋根構体部３との連結を行い、連結部材１７が荷棚４２の端部に沿って、あるいはその一部として位置できるようにしている。また、荷棚４２の端部位置の設定によっては戸先柱やそれに添わされる補助柱なども連結対象として同様な効果が得られる。荷棚４２は開閉されるボックスタイプのものとすれば、連結部材１７をその内側に配置して覆い隠すこともできる。

図３、図４に示す例では、図３の左側、図４に示すように、側構体部２の柱２２、特に戸尻柱に対応する台枠部１の横梁２１と、屋根構体部３の垂木２３との間で台枠部１と屋根構体部３との連結部材３４による連結を行い、ロングシートタイプのシート４１の袖位置前端部および荷棚４２の端部位置前端部にあるようにしている。これによって連結部材３４はシート４１の袖位置にある握棒４３と兼用されるようにしている。シート４１の袖位置および荷棚４２の端部位置の設定によっては戸先柱やそれに添わされる補助柱に対応する横梁２１と垂木２３との間で連結して同様な効果が得られる。

また、側構体部２の柱２２、特に戸尻柱に対応する台枠部１の横梁２１と、屋根構体部３の垂木２３との間で台枠部１と屋根構体部３とを図３に右側に示すように連結部材３４による連結を行い、ロングシートタイプのシート４１の袖位置前端部および荷棚４２の端部位置前端部にあり、これによって連結部材３４はシート４１の袖位置および荷棚４２の端部にあるそで仕切り４４の内端縁に沿い、あるいはそで仕切り４４の支柱となるようにしている。シート４１の袖位置および荷棚４２の端部位置の設定によっては戸先柱やそれに添わされる補助柱に対応する横梁２１と垂木２３との間で連結して同様な効果が得られる。

本発明は鉄道車両の車体に実用でき、通常設計では不足する横荷重に対する強度を高められる。

本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体の１つの例を示す概略横断面図である。 図１の車体の左半部を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体の別の例を示す概略横断面図である。 図３の車体の左半部を示す分解斜視図である。 従来の鉄道車両の概略横断面図である。 図５の車体の横荷重による変形状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 台枠部
２ 側構体部
３ 屋根構体部
５ 胴部
６ 車体
７ 妻構体
１１、１２、１４、１５、３１、３２ 部分
１３、１６、３３ 所定範囲
１７、３４ 連結部材
１８ 内装材
２１ 横梁
２２ 柱
２３ 垂木
４１ シート
４２ 荷棚
４３ 握棒
４４ そで仕切り

Claims (3)

1. 台枠部、側構体部、屋根構体部が互いをコーナ部で連結して繋がった胴部を持つ鉄道車両の車体構造において、
   台枠部および屋根構体部の側構体部寄りの部分間または同部分間から側構体部までの所定範囲間を、胴部における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須とし、それら位置にて胴部の周方向に走る力骨を連結対象として板部材にて連結したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
2. 台枠部、側構体部、屋根構体部が互いをコーナ部で連結して繋がった胴部を持つ鉄道車
   両の車体構造において、
   台枠部および屋根構体部の側構体部寄りで、胴部のコーナ部を挟んだ、台枠部および側構体部の部分間または同部分間からコーナ部までの所定範囲間と、
   側構体部および屋根構体部の部分間または同部分間からコーナ部までの所定範囲間と、
   台枠部および屋根構体部の側構体部寄りの部分間とを、胴部における長手方向の途中複数位置を少なくとも必須とし、それら位置にて胴部を周方向に走る力骨を連結対象として板部材にて連結したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
3. 連結位置は、車内設置物の一部または全体をなす位置、車内設置物の端部位置、車内設置物の内部、上部車内設置物の上、下部車内設置物の下、の少なくとも１つである請求項１または２のいずれか１項に記載の鉄道車両の車体構造。

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