JP5050168B2 - 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するものである。

在来線における鉄道車両の車体は、一般的に、台枠と、側壁と、屋根とが、各々独立した梁や柱を備えることによって、各々に必要な強度が確保された構造を有している。例えば、図１０に示されるように、車体１０の屋根外板１２の内側には、車幅方向の全体に渡って、チャネル材１４からなるタルキ２２が固定されることで、屋根の車幅方向の強度が確保されている。なお、屋根外板１２の下方には、内装材として天井板１６が設けられており、屋根外板１２と天井板１６との空間が、空調風道１８及び配線スペース２０に充てられている。図中の矢印Ｗは、空調風道１８からの送風を示している。
以上に例示したように、鉄道車両の車体強度は、台枠、側壁、屋根といった各部材に必要な強度が確保された状態で、各々固定されることにより構成されたものであり、衝突事故等、車体に外力が加わるような事態においても、車体の変形が最小限に抑えられるように、種々の取り組みがなされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開２００１−２６２６８号公報 特開２０００−１６８５５１号公報

本発明においては、必要な強度が確保された構造を各々有している台枠、側壁、屋根を組み合わせて構成される鉄道車両の、車体強度、特に、車体に横方向から外力が加わった場合の車体の変形を、効果的に制限することを課題とするものである。

上記課題を解決するための、本発明に係る鉄道車両の車体構造は、屋根外板の内側に固定された車幅方向に延びるタルキが、屋根外板と天井板との空間に収まる範囲内で可能な限り上下に幅広に形成され、なおかつ、前記タルキに、空調風道又は配線スペースに充てられる切欠きが設けられ、前記タルキの車幅方向の一箇所若しくは数箇所に、下方に開口して断面積を部分的に急減少させる、断面積の急減少部が設けられていることを特徴とするものである。
本発明によれば、車体に横方向から外力が加わった場合に、その外力を、屋根外板と天井板との空間に収まる範囲内で可能な限り幅広に形成された、高強度のタルキによって受け止めることで、車体の断面形状の変化を抑制することが可能となる。しかも、切欠きは空調風道及び配線スペースに充てられていることから、従来の鉄道車両の車体構造と同様に、空調設備や配線の設置が可能となる。一方、切欠きは、タルキに車幅方向の力が加わった際の応力集中部となることから、タルキが外力を受け止める際に、切欠き部分に変形を来しても、切欠き以外の部分が前述のごとく幅広で高強度に形成されており、切欠き以外の部分が突っ張り合うことで、切欠き部分の変形がタルキ全体の変形へと広がることを防ぎ、車体の断面形状の変化を、効率よく抑えることが可能となる。
更に、本発明によれば、タルキに設けられた断面積の急減少部において、意図的にタルキの強度を部分的に低下させることにより、かかる断面積の急減少部が、タルキに車幅方向の力が加わった際の応力集中部となり、タルキの変形を意図的に制御することが可能となる。

又、本発明において、前記タルキは、車幅方向の全体に渡り一体に形成されていることが望ましい。
前記タルキがこのように構成されることで、タルキの構造の複雑化を回避しつつ、車体に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。

又、前記タルキは、車幅方向の全体に渡り設けられたチャネル材と、屋根外板と天井板との空間であって空調風道及び配線スペースを避けた位置に部分的に設けられた補強部材とを組み合わせて構成することも可能である。
本発明によれば、屋根外板と天井板との空間に、空調風道及び配線スペースを確保しつつ、補強部材によって、車体に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。

又、本発明において、前記タルキは、屋根外板と天井板との空間であって空調風道、空調機材及び配線スペースを避けた位置に設けられた複数の補強部材を含むことが望ましい。
本発明によれば、タルキが、屋根外板と天井板との空間であって空調風道、空調機材及び配線スペースを避けた位置に設けられた複数の補強部材を含むことにより、車体に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。

又、本発明において、前記タルキを構成する補強部材の少なくとも一つには、前記断面積の急減少部を挟んで、隣接する補強部材と対向する強度保持部材が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、タルキに車幅方向の力が加わって変形が生じる際に、強度保持部材が隣接する補強部材に当接して突っ張ることにより、タルキの変形を抑制し、車体の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。

又、本発明において、前記強度保持部材の車幅方向端部に、荷重を受ける壁が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、タルキに車幅方向の力が加わって変形が生じ、強度保持部材が隣接する補強部材に当接して突っ張る際に、強度保持部材の壁によって確実に荷重が受止められ、タルキの変形を抑制し、車体の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。

又、本発明において、前記補強部材の、前記断面積の急減少部を挟んで隣接する補強部材の強度保持部材との対向位置に、前記断面積の急減少部を車幅方向に広げる切欠きが設けられていることが望ましい。
この構成によれば、タルキに車幅方向の力が加わって変形が生じ、強度保持部材が隣接する補強部材に当接して突っ張る際に、強度保持部材が、隣接する補強部材の切欠きに収まるようにして確実に受止められ、タルキの変形を抑制し、車体の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。

本発明はこのように構成したので、必要な強度が確保された構造を各々有している台枠と、側壁と、屋根とを組み合わせて構成される鉄道車両の車体強度、特に、車体に横方向から外力が加わった場合の車体の変形を、より効果的に制限することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。

まず、本発明に係る参考例について説明する。本発明に係る参考例の鉄道車両の車体構造は、図１に示されるように、屋根外板１２と天井板１６との空間に収まる範囲内で可能な限り（上下方向に）幅広で高強度に形成され、かつ、空調風道１８及び配線スペース２０とからなる切欠き２２ａが設けられたタルキ２２が、屋根外板１２の内側に固定された構造を有している。
タルキ２２は、板材を屋根外板１２と天井板１６との空間形状に合わせて打抜くと共に、その外周端部を折り曲げることにより構成されたものであり、車体１０に横方向から外力が加わった場合の、車体剛性を確保している。又、板材とチャネル材とを組み合わせることにより、タルキ２２を構成することとしても良い。

そして、この構成によれば、車体１０に横方向から外力が加わった場合に、その外力を可能な限り（上下方向に）幅広で高強度に形成されたタルキ２２によって受け止めることにより、車体の断面形状の変化を抑制することが可能となる。しかも、切欠き２２ａは空調風道１８及び配線スペース２０に充てられていることから、従来の鉄道車両の車体構造と同様に、空調設備や配線の設置が可能となる。一方、切欠き２２ａは、タルキ２２に車幅方向の力が加わった際の応力集中部となることから、タルキ２２が外力を受け止める際に、仮に切欠き２２ａの部分に変形を来しても、切欠き２２ａ以外の部分が前述のごとく幅広で高強度に形成されており、切欠き以外の部分が突っ張り合うことで、切欠き部分２２ａの変形がタルキ２２全体の変形へと広がることを防ぎ、車体１０の断面形状の変化を、効率よく抑えることが可能となる。

なお、図１の例では、タルキ２２は、車幅方向の全体に渡り一体に形成されていることから、タルキ２２の構造の複雑化を回避しつつ、上述のごとく、車体１０に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。

一方、図２に示されるように、車幅方向の全体に渡り設けられたチャネル材１４によってタルキ２２を構成し、なおかつ、空調風道及び配線スペース１８、２０を避けた位置に部分的に設けられた、金属製、樹脂製、カーボン複合材等の、高強度の板材からなる補強部材２４（以下、補強部材２６、３０、３２も同様）を組み合わせることも可能である。この場合には、従来のチャネル材１４によって構成されたタルキ構造を踏襲しつつ、補強部材２４をチャネル材１４に固定することで、屋根外板１２と天井板１６との空間に、空調風道及び配線スペース１８、２０を確保しつつ、車体に横方向から外力が加わった場合の屋根の強度を、補強部材２４により高めることが可能となる。

この場合も、チャネル材１４及び補強部材２４が外力を受け止める際には配線スペース１８、２０の部分が変形して潰れるが、補強部材２４が幅広で高強度に形成されており、補強部材２４と配線スペース１８、２０以外の部分とが突っ張り合うことで、タルキ２２全体の変形へと広がることを防ぎ、車体１０の断面形状の変化を、効率よく抑えることが可能となる。したがって、屋根外板１２と天井板１６との空間に、空調風道及び配線スペース１８、２０を確保しつつ、補強部材２４によって、車体に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。
しかも、図２の例によれば、既存のチャネル材１４からなるタルキ２２を屋根に備える鉄道車両に対しても、補強部材２４を追加することで、車体１０に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。

続いて、図３〜図９を参照しながら、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体構造について説明する。ここで、本発明に係る参考例と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体構造は、図３に示されるように、タルキ２２は、屋根外板１２と天井板１６との空間であって空調風道１８、ファン等の空調機材及び配線スペース２０を避けた位置に設けられた、複数の補強部材２６を含むものである。そして、タルキ２２の車幅方向の中央部の一箇所に、下方に開口して断面積を部分的に急減少させる、断面積の急減少部２８が設けられている。なお、図３の例では、図２の例と同様に、車幅方向の全体に渡り設けられたチャネル材１４を有しており、チャネル材１４と補強部材２６とによってタルキ２２を構成しているが、図１の例の如く、チャネル材１４を用いずに補強部材２６のみでタルキ２２を構成することとしても良い。

又、図４〜図６に示されるように、空調風道１８が車両の長手方向に二列設けられ、タルキ２２が、空調風道１８の車幅方向外側に位置する補強部材３０と、二列の空調風道１８の間に位置する補強部材３２とからなり、タルキ２２の車幅方向の２箇所に、断面積の急減少部３４が設けられている構造とすることも可能である。この例では、断面積の急減少部３４は下方に開口して、空調風道１８内を流れる空気の噴出し口を構成している。そして、車幅方向中央に位置する補強部材３２には、断面積の急減少部３４を挟んで、隣接する補強部材３０と対向する強度保持部材３６が設けられている。図示の例では、強度保持部材３６は角棒からなり、図５（ｂ）に示されるように、強度保持部材３６の車幅方向端部には板が張られることで、荷重を受ける壁３６ａが形成されている。この強度保持部材３６は、角棒に限定されず、丸棒や他の形状であっても、所定の強度を有するものであれば良く、図５（ａ）に示されるように、補強部材３０の一部をチャネル状に折り曲げることによって、補強部材３０と一体に形成することも可能である。この場合には、補強部材３０の、強度保持部材３７にも、壁３７ａが形成されている（図５（ａ））。なお、壁３６ａ、３７ａの表面を溝状（山切り、谷切りの組み合わせ）に形成したり、表面を粗くすることとすれば、後述のごとく、タルキ２２に車幅方向の力が加わって変形が生じ、強度保持部材同士が突っ張り合う際に、お互いの食いつきを良くすることが可能となる。更に、図４に示されるように、空調風道１８の開口幅を、天井板３８、４０によって狭めることにより、視覚的な天井板の連続性を高め、又は、空気の噴出し圧力を調整することとしても良い。なお、図７は、車体に横方向から外力が加わった場合の、タルキ２２の変形状態が示されている。

更に、図８に示されるように、補強部材３０の、断面積の急減少部３４を挟んで隣接する補強部材３２の強度保持部材３６との対向位置に、断面積の急減少部を車幅方向に広げる切欠き４２を設けることとしても良い。又、図９に示されるように、二列の空調風道１８を、車幅方向両端部の補強部材３０に設け、強度保持部材４４を補強部材３０と一体に形成し、車幅方向中央部の補強部材３２には、強度保持部材４４との対向位置に、切欠き４６を設けることとしても良い。この場合にも、強度保持部材４４の端部には、強度保持部材３６、３７と同様に、壁４４ａが形成されている。なお、図４〜図９の例においても、図２の例と同様に、車幅方向の全体に渡り設けられたチャネル材１４を有しており、チャネル材１４と補強部材３０、３２とによってタルキ２２を構成しているが、図１の例の如く、チャネル材１４を用いずに補強部材３０、３２のみでタルキ２２を構成することとしても良い。

上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能となる。まず、本発明の実施の形態においても、タルキ２２が、屋根外板１２と天井板１６、３８、４０との空間であって空調風道１８、空調機材及び配線スペース２０（図３参照）を避けた位置に設けられた複数の補強部材２６、３０、３２を含むことにより、車体に横方向から外力が加わった場合の、屋根の強度を高めることが可能となる。
又、断面積の急減少部３４において、意図的にタルキ２２の強度を部分的に低下させており、かかる断面積の急減少部３４は、タルキ２２に車幅方向の力が加わった際の応力集中部となることから、タルキ２２の変形を意図的に制御することが可能となる。従って、図７に示されるように、車体横方向から力が加わった場合に、タルキ２２を断面積の急減少部３４にて屈曲させることにより、衝撃を吸収するとともに、想定外の変形が車体に生じることを、可能な限り回避することができる。

又、タルキ２２を構成する補強部材３０、３２の少なくとも一つには、断面積の急減少部３４を挟んで、隣接する補強部材と対向する強度保持部材３６、３７、４４が設けられていることから、タルキ２２に車幅方向の力が加わって変形が生じる際に、強度保持部材３６、３７、４４が隣接する補強部材３０又は３２に当接して突っ張ることにより、タルキ２２の変形を抑制し、車体１０の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。
しかも、強度保持部材３６、３７、４４の車幅方向端部に、荷重を受ける壁３６ａ、３７ａ、４４ａが設けられていることから、タルキ２２に車幅方向の力が加わって変形が生じ、強度保持部材３６、３７、４４が隣接する補強部材３０又は３２に当接して突っ張る際に、強度保持部材３６、３７、４４の壁３６ａ、３７ａ、４４ａによって確実に荷重が受止められ、タルキ２２の変形を抑制し、車体１０の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。

又、補強部材３０、３２の、断面積の急減少部３４を挟んで隣接する補強部材の強度保持部材３６、４４との対向位置に、断面積の急減少部３４を車幅方向に広げる切欠き４２、４６が設けられることで、タルキ２２に車幅方向の力が加わって変形が生じ、強度保持部材３６、４４が隣接する補強部材３０又は３２に当接して突っ張る際に、強度保持部材３６、４４が、隣接する補強部材の切欠き４２、４６に収まるようにして確実に受止められ、タルキ２２の変形を抑制し、車体１０の断面形状の変化を、効率良く抑えることが可能となる。
その他、本発明に係る参考例と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。

本発明に係る参考例の車体構造を示す要部断面図である。 図１の応用例を示す車体構造の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る車体構造を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る車体構造の、別例の要部断面図である。 図４に示される車体構造のタルキを部分的に示す斜視図であり、（ａ）は車幅方向外側部分を、（ｂ）は車幅方向中央部分を示すものである。 （ａ）は、図５のＡ−Ａ線における断面図、（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ線における断面図、（ｃ）は、図５のＣ−Ｃ線における断面図である。 図４に示される車体構造において、車体に横方向から外力が加わった場合の、タルキの変形状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る車体構造の、更に別例の要部断面図である。 本発明の実施の形態に係る車体構造の、更に別例の要部断面図である。 従来の車体構造を示す要部断面図である。

１０：車体、１２：屋根外板、１４：チャネル材、 １６：天井板、１８：空調風道、２０：配線スペース、２２：タルキ、２２ａ：切欠き、 ２４、２６、３０、３２：補強部材、 ２８、３４：断面積の急減少部、３６、３７、４４：強度保持部材、 、３６ａ、３７ａ、４４ａ：壁、 ３８、４０：天井板、 ４２、４６：切欠き

Claims (7)

1. 屋根外板の内側に固定された車幅方向に延びるタルキが、屋根外板と天井板との空間に収まる範囲内で可能な限り上下に幅広に形成され、なおかつ、前記タルキに、空調風道又は配線スペースに充てられる切欠きが設けられ、前記タルキの車幅方向の一箇所若しくは数箇所に、下方に開口して断面積を部分的に急減少させる、断面積の急減少部が設けられていることを特徴とする鉄道車両の車体構造。
2. 前記タルキは、車幅方向の全体に渡り一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の車体構造。
3. 前記タルキは、車幅方向の全体に渡り設けられたチャネル材と、屋根外板と天井板との空間であって空調風道及び配線スペースを避けた位置に部分的に設けられた補強部材とを組み合わせてなることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の車体構造。
4. 前記タルキは、屋根外板と天井板との空間であって空調風道、空調機材及び配線スペースを避けた位置に設けられた複数の補強部材を含むことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の車体構造。
5. 前記タルキを構成する補強部材の少なくとも一つには、前記断面積の急減少部を挟んで、隣接する補強部材と対向する強度保持部材が設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の鉄道車両の車体構造。
6. 前記強度保持部材の車幅方向端部に、荷重を受ける壁が設けられていることを特徴とする請求項５記載の鉄道車両の車体構造。
7. 前記補強部材の、前記断面積の急減少部を挟んで隣接する補強部材の強度保持部材との対向位置に、前記断面積の急減少部を車幅方向に広げる切欠きが設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の鉄道車両の車体構造。

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