JP5234993B2 - 鉄道車両構体への内装品の取付け構造、及び内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両 - Google Patents

鉄道車両構体への内装品の取付け構造、及び内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両 Download PDF

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本発明は、天井ダクト、車内灯、荷棚等の内装品を集約した内装品モジュールを車両構体に取り付ける鉄道車両構体への内装品の取付け構造、及び内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両に関する。
近年、鉄道車両においては、高性能化、快適性の他、製作コストの低減が強く求められている。低コスト車両を実現するためには、まず、内装品の鉄道車両構体への取付け位置を合わせる位置合わせ作業工数を少なくすることができる寸法精度の高い鉄道車両構体を製作することが必要である。次に、各々の内装品を車両構体の車内へ取り付ける際の作業工数を削減するために、各々の内装品を集約したモジュール化が進められている。これら内装品モジュールは、効率的に生産するために、車両構体の外部の作業場等で生産するアウトワークが推進されている。
寸法精度を高めた鉄道車両構体としては、アルミ合金製の大型中空押し出し形材で屋根構体、側構体、妻構体及び台枠を構成したのち、それらを箱状に組立てた車両構体が主流になりつつある。一方、内装品モジュールとしては、鉄道車両の天井部を対象に天井ダクトや天井灯をモジュール化した例がある。また、空調ダクトと照明具とをユニット化し、且つ内装材を軽量、断熱、遮音性に優れた材料(非強度部材)で内装品モジュールを構成することにより、車内へ内装品を取り付ける作業工数を低減できる内装材の取付け方法が開示されている(特許文献1参照)。
車体に取り付けられる各部品を集約するモジュール化を進めていくと、内装品モジュールが大きくなるとともに、質量も増加する。このため、内装品モジュールには自立的にモジュールの形態を維持できるだけの剛性が求められるとともに、内装品モジュールを車両構体に取り付ける取付け部に高い強度が求められる。内装品モジュールの車両構体への取付けは複数の取付け部において行われており、各取付け部はボルト等の締結手段で内装品モジュールを車両構体の車内側に直に固定する構造とされている。
一方、鉄道車両構体は、特に寒冷地において外気温度の大きな変化によって、鉄道車両構体の長手方向、幅方向及び高さ方向に熱膨張、熱収縮(変形)をする場合がある。これに対して、車内温度は空調装置(ヒータ含む)等によって乗客が快適さを感じ得る程度に車内温度が調整されているので、車内に配置される内装品モジュールの温度変化による熱膨張、熱収縮(変形)の程度は小さい。このため、鉄道車両を製造する際の温度条件の下で、鉄道車両構体に内装品モジュールを直に締結することにより完成された鉄道車両が運用に供された場合、鉄道車両構体の外気温度変化による熱収縮、熱膨張(変形)の程度と内装品モジュールの熱膨張、熱収縮(変形)の程度に差が生じる。
図7に従来の内装品モジュール100の取付け部(鉄道車両構体の長手方向の側面図)の詳細図を示す。内装品モジュール100の受金200と屋根構体20に備えられる固定レール25の固定面との間に調整用ライナー220を介して、ボルト・ナット35によって直に締結されている。そして、鉄道車両構体10と内装品モジュール100との間に生じる温度変化に起因して、両者の間にボルト・ナット35の軸方向に垂直な面内で相対的な変位が生じた場合には、主に、鉄道車両構体10に直に取り付けられている内装品モジュールの取付け部に大きな荷重として作用する傾向があった。そして、内装品モジュールの取付け部に生じるこれら荷重は、内装品モジュールを取り付けるボルト、ナットの弛み(緩解)等の不具合を誘発する懸念があった。
特開2000−62611号公報
そこで、鉄道車両構体が外気温度変化に起因して熱変形を生じても、内装品モジュールの取付け構造にて当該熱変形を吸収可能とする点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、鉄道車両構体の外気温度変化に起因する熱変形に追随し、内装品モジュールを車両構体に取り付けるボルト、ナットの固着手段の弛み等の不具合を解消できる内装品モジュールの鉄道車両構体への取付け構造及び内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両を提案することである。
本発明は、屋根構体、側構体、妻構体及び台枠から構成される鉄道車両構体に内装品を取り付けた鉄道車両において、前記内装品は、前記鉄道車両構体の車内側の面に備えられた固定レールと、前記内装品に一体に備えられた弾性変形吸収機能を有する複数の取付け部と、前記複数の取付け部をそれぞれ前記固定レールに対して固着する固着手段と、からなる取付け構造によって、前記鉄道車両構体に取り付けられており、前記固定レールは、前記鉄道車両構体の長手方向に沿って配置されており、前記内装品に備えられた前記各取付け部は、前記固定レールに当接可能な当接面部と、前記当接面部に接続する垂下面部と、前記垂下面部に接続するとともに前記内装品に固定された取付け面部とを備えており、前記垂下面部は、前記鉄道車両構体の長手方向の中心線に対して垂直に配置されており、前記固定レールに嵌入されたボルトを、前記当接面部に設けた開口部に通して、前記当接面部を前記固定レールに当接させた状態で、前記ボルトに螺合されるナットで締め付けることによって、前記取付け部を前記固定レールに固着することにより、前記鉄道車両構体が変形することによって隣り合う前記取付け部同士の間隔が変化した際に、その変化量に見合うだけ前記取付け部が弾性変形すること、を特徴としている。
本発明による鉄道車両構体への内装品の取付け構造、及び内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両によれば、外気温度変化によって鉄道車両構体が熱変形をすることに起因して内装品モジュールの鉄道車両構体への取付け部に荷重が作用したとしても、内装品モジュールと鉄道車両構体との締結部に弛みが生じる等の不具合の発生を防止することができる。特に、取付け部に応力緩和、即ち、弾性変形吸収機能を備えることにより、外気温度変化によって鉄道車両構体が熱変形をしても、その変形は取付け部において吸収され、内装品モジュールと鉄道車両構体との間におけるボルト・ナットのような締結部に弛みを生じさせることがない。
本発明による鉄道車両構体への内装品モジュールの取付け構造を適用した鉄道車両構体の長手方向からみた垂直縦断面である。 図1に示す内装品モジュールを搭載した車両構体のA−A断面図である。 図1に示すB部(取付け構造)の鉄道車両構体の長手方向(レール方向)からみた断面図である。 図1に示すB部(取付け構造)の鉄道車両構体の幅方向(枕木方向)からみた垂直断面図である。 本発明による取付け構造に供される別の取付け部の斜視図である。 本発明による取付け構造に供される更に別の取付け部の斜視図である。 従来の内装品モジュール100の取付け部(鉄道車両構体の長手方向からみた側面図)の詳細図である。
本発明による鉄道車両構体への内装品の取付け構造の実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明による内装品モジュールの取り付け構造を適用した鉄道車両構体の長手方向の垂直断面図である。図2に、図1に示す内装品モジュールを搭載した車両構体のA−A断面図を示す。そして、図3と図4に、各々図1に示すB部(取り付け構造)の鉄道車両構体の垂直長手方向(レール方向)の断面図と(枕木方向)の垂直断面図を示す。
本発明による内装品モジュールの取付け構造(実施例1)を図1から図4を参照して説明する。鉄道車両構体10は、屋根構体20、車体幅方向両側の側構体30,30、図示はしないが屋根構体20の対面に配置される台枠、そして屋根構体20と側構体30,30と台枠とで構成される筒状体の長手方向の両端部を閉鎖する妻構体(図示なし)によって構成されている。図1は、これらのうち、屋根構体20と側構体30に内装品モジュール100が取り付けられた状態の鉄道車両構体10の長手方向(レール方向)垂直断面図である。
鉄道車両構体10を構成する各構体と台枠は、アルミ合金製の押出形材からなり、各構体と台枠の車内側の面板には、固定レール25が一体成形によって車体長手方向に延びるように形成されている。押出形材の押出方向は、鉄道車両構体10の長手方向に沿っているので、図1では押出形材はその断面で示されている。固定レール25は、カーテンレール状の断面形状を構成しており、後述する内装品モジュール100を鉄道車両構体10へ取り付けるボルト、ナット35のボルトの頭部をカーテンレール状の溝に嵌入可能な構造となっている。鉄道車両構体10の車内側の面には、固定レール25の高さと同じ程度に、断熱材50が敷設されている。
内装品モジュール100は、従来、個別に鉄道車両構体10へ取り付けられていた空調ダクト110、スピーカ120、室内燈130、荷棚140等を集約した一体構造として構成されている。内装品モジュール100は、基本的には、鉄道車両構体10に搬入される前に、作業場等でアウトワークによって製作される。図示はしないが、内装品モジュール100には必要に応じて乗客用吊り手を備えてもよいし、荷棚を構成する面に吸音、遮音機能を追加してよい。
また、図1では内装品モジュール100を鉄道車両構体10の屋根構体20と側構体30とに取り付けているが、内装品モジュール100を屋根構体20のみに取り付ける構造とすれば、側構体30には取り付ける必要がないため、屋根構体20と側構体30との寸法精度が高くない場合でも、鉄道車両構体10の車内側取付け面と内装品モジュールの取付け部との間隔調整作業(調整用ライナー取付け作業)等が不要となる。その結果、少ない作業工数で、鉄道車両構体10へ取り付けることができる。
一般に、内装品モジュール100は、鉄道車両構体10の内部で容易に取りまわせることが可能なように、鉄道車両構体10の全幅(枕木方向寸法)を勘案して、内装品モジュール100の長手方向(レール方向)寸法L1は3000mm前後とし、内装品モジュール100の幅方向(枕木方向)寸法L2を1000mm前後としている。
図2は図1のA−A断面図であり、鉄道車両構体10の屋根構体20と側構体30に設置された内装品モジュール100の側面図である。個々の内装品モジュール100の長さは鉄道車両構体10の長さに比べて十分短いが、内装品モジュール100は、その長手方向を鉄道車両構体10の長手方向に沿わせるとともに鉄道車両構体10の長手方向に直列に設置し、鉄道車両構体10の長手方向の全長に渡って内装を構成している。
各内装品モジュール100は、屋根構体20と側構体30(図示なし)に予め備えられる固定レール25に対して所定の間隔P1で鉄道車両構体10に装着される。各内装品モジュール100は、各取付け位置に備えられる取付け部210を固定レール25に当接した後、固定レール25に嵌入されたボルトと、そのボルトに螺合して締めつけられるナット(ボルト・ナット35)によって、調整用ライナー220を介して鉄道車両構体10に装着される。取付け部210に備えられる当接面部には、必要に応じて、ボルト・ナット35のボルトを通す開口部が備えられている。
調整用ライナー220は、取付け部210の当接面部210a(図3参照)と屋根構体10の固定レール25の固定面との隙間を調整するために挿入される部品である。したがって、鉄道車両構体10及び内装品モジュール100の寸法精度が許容できる範囲内であれば必ずしも施工される必要はない。
図3は図1のB部(取付け構造)を鉄道車両構体10の長手方向に垂直な断面でみた詳細図であり、図4は図1のB部(取付け構造)を鉄道車両構体10の幅方向(枕木方向)に垂直な断面でみた詳細図である。内装品モジュール100の取付け部210の近傍には受金200を備えることにより、内装モジュール100の取付け部210の近傍の強度と剛性を高めている。取付け部210の取付け面部210cが受金200にスポット溶接、リベット、ネジ等の固着手段で固定されており、取付け部210は内装品モジュール100と一体構造に構成されている。
内装品モジュール100が、取付け部210と調整用ライナー220とを介して、鉄道車両構体10の屋根構体20に対してボルト・ナット35で締結されている状況下で、外気温度の変化によって鉄道車両構体10が熱膨張、熱収縮をして変形しようとする時に、屋根構体20に備えられる固定レール25の固定面(図示なし)と、内装品モジュール100の取付け部210の当接面部210aとの間で生じる相対的な変位である限界すべり量Scrは、式1によって算出される。
Figure 0005234993
ここで、
Scr:締結面の限界すべり量(mm)
ΔT:ボルトの雄ねじとナットの雌ねじとの軸方向に垂直な断面内で移動可能な隙間
Lc:被締結体の厚さ
Leng:ねじのはめあい長さ
Fs:軸力
μws:座面の横滑り時(ボルトの軸方向に垂直な断面内)
E0:ボルト材料の縦弾性係数
I0:ボルト断面二次モーメント(=πd4/4 d:ボルトの軸部直径)
また、外気温度変化による鉄道車両構体10の熱膨張、熱収縮による変形量は、式2によって算出される。
Figure 0005234993
ΔL:鉄道車両構体10の熱膨張、熱収縮による変形量
L:検査対象長さ(mm)
※Lは、屋根構体20への内装品モジュール100の取り付けピッチP1、P2である。
α:線膨張係数(/℃)
ΔC:温度差(℃)
限界すべり量Scrは、複数の物体を締結するボルトとナットの弛み(緩解)が発生するか否かを示す指標である。したがって、外気温度の変化によって鉄道車両構体10が熱膨張、熱収縮(変形)をする結果、当該熱変形に起因して生じる屋根構体20(鉄道車両構体10)の内装品モジュール100の取付けピッチP1の変化量ΔLが限界すべり量Scrより小さければ、外気温度変化によって屋根構体20(鉄道車両構体10)が熱膨張、熱収縮によって変形したとしても、内装品モジュール100の取付け部210の当接面部210aと屋根構体20の固定レール25の固定面とを締結するボルト・ナット35の弛み(緩解)が生じない。このため、鉄道車両構体10(内装品モジュール100)の枕木方向の取付けピッチP2を、当該ピッチP2の車外温度変化に起因して熱膨張、熱収縮をする変化量(式2から算出されるΔL)が締結面の限界すべり量Scr(式1から算出されるScr)を超過することがない程度に決定すれば、外気温度変化に起因する締結部(ボルト、ナット等)の弛み等を検討しなくて良い。
実施例1では、上記考え方を取り入れており、内装品モジュール100の車体幅方向の取付けピッチP2(図1)は、外気温度変化に起因して鉄道車両構体10が変形したとしても、締結部に弛みが生じない寸法としている。そして、内装品モジュール100の車体長手方向の取付けピッチP1(図2)に対してのみ、外気温度変化に起因して鉄道車両構体10が変形したとしても、締結部に弛みが生じない内装品モジュール100の取付け構造が適用されている。
図4に示すように、取付け部210は1枚の板状部材からなり、調整用ライナー220に当接される当接面部210aと当接面部210aに接続する垂下面部210bと、垂下面部210bに接続するとともに内装品モジュール100の受金200に接合する取付け面部210cを備えている。
内装品モジュール100は変形しないが、屋根構体20(鉄道車両構体10)のみが外気温度変化によってその長手方向に熱膨張、熱収縮をして変形する際に、取付け部210の当接面部210aと屋根構体10の固定レール25の固定面との間に生じる相対変位を取付け部210の主に垂下面部210bの弾性変形によって吸収できるように、垂下面部210bを鉄道車両構体10の長手方向(その中心線;図示なし)に対して垂直になる態様で配置している。図4に示されるように、取付け部210の垂下面部210bを配置すれば、屋根構体20又は内装品モジュール100が長手方向に変形した際に、垂下面部210bは容易に変形できる姿勢であるので、弾性変形吸収機能を発揮して、自らの弾性変形によって屋根構体20と内装品モジュール100との相対変位差を吸収することができる。
以上の構成により、鉄道車両構体10が車外温度変化に起因して熱膨張、熱収縮をするとき、当該熱変形に起因して生じる鉄道車両構体10(内装品モジュール100)の車体長手方向の取付けピッチP1の変化量(式2から算出されるΔL)が、締結面の限界すべり量Scr(式1から算出されるScr)を超過しても、取付け部210を上述した形態で内装品モジュール100に装着しているので、両者間を締結するボルト・ナット35の弛みを抑制することができる。
図5に本発明による取付け構造に供される別の取付け部の斜視図を示す。図5に示される取付け部210は、板状部材を曲げて成形される2つの部分からなる。そして、一方の部分(第1取付け部)は、調整用ライナー220又は固定レール25の固定面に当接される当接面部210a1と当接面部210a1に接続する垂下面部210b1と、垂下面部210b1に接続するとともに当接面部210a1に対して平行となるように配置される取付け面部210c1を備えている。そして、他方の部分(第2取付け部)は、一方の部材(第1取付け部)の取付け面部210c1に当接される当接面部210a2と当接面部210a2に接続する垂下面部210b2と、垂下面部210b2に接続するとともに当接面部210a2に対して平行となるように配置される取付け面部210c2を備えている。そして、垂下面部210b1と垂下面部210b2とが直交する態様で、取付け面部210c1と当接面部210a2がスポット溶接、リベット等(図示なし)の固着手段で接合されている。なお、当接面部210a1及び取付け面部210c2には、ボルト等を通す開口部215が必要に応じて備えられている。
鉄道車両構体10に内装品モジュール100を取り付けた際に、取付け部210は第1取付け部の垂下面部210b1又は第2取付け部の垂下面部210b2が鉄道車両構体10の中心線(図示なし)に直交する態様で、内装品モジュール100にスポット溶接、リベット等(図示なし)の固着手段で固定される。固定レール25へのボルト等への締結は実施例1の場合と同じであるので、再度の説明を省略する。
以上の構成により、鉄道車両構体10が車外温度変化に起因して熱膨張、熱収縮をするとき、鉄道車両構体10(内装品モジュール100)の車体長手方向の取付けピッチP1及び車体幅方向(枕木方向)の取付けピッチP2の変化量(式2から算出されるΔL)が締結面の限界すべり量Scr(式1から算出されるScr)を超過しても、取付け部210を上述した形態で内装品モジュール100に装着しているので、取付け部210の垂下面部210b1又は垂下面部210b2が弾性変形することによって、両者を締結するボルト・ナット35の弛みを抑制することができる。
図6に本発明による取付け構造に供される更に別の取付け部の斜視図を示す。図6に示される取付け部210は、調整用ライナー220又は固定レール25の固定面に当接される当接面部210aと当接面部210aに接続する第1垂下面部210b1と、第1垂下面部210b1に接続部210dを介して接続するとともに、当接面210aから後述する取付け面部210cを垂直下方に見て、第1垂下面部210b1の面から接続部210dにおいて約90度にねじった面に位置する第2垂下面部210b2を備え、第2垂下面部210b2に接続するとともに、当接面aに平行な位置に取付け面部210cを備えた点に特徴がある。
鉄道車両構体10に内装品モジュール100を取り付けた際に、取付け部210はその第1垂下面部210b1又は第2垂下面部210b2が鉄道車両構体10の長手方向(中心軸;図示なし)に直交する態様で内装品モジュール100にスポット溶接、リベット等(図示なし)の固着手段で接合される。実施例3に示される取付け部210は、実施例2で示される取付け部210より少ない部品点数で構成できるため、取付け部210を低い製造コストで調達できる。この構成により、鉄道車両構体10(内装品モジュール100)が車外温度変化に起因して熱膨張、熱収縮をするとき、車体長手方向の取付けピッチP1及び車体幅方向(枕木方向)の取付けピッチP2の変化量(式2から算出されるΔL)が締結面の限界すべり量Scr(式1から算出されるScr)を超過しても、取付け部210を上述した形態で内装品モジュール100に装着しているので、取付け部210の第1垂下面210b1及び第2垂下面210b2が容易に弾性変形して、両者を締結するボルト・ナット35の弛みを抑制することができる。
鉄道車両構体10がアルミ合金製の押出形材から構成される場合は、アルミ合金の線膨張係数が大きいので、その他の金属材料から構成される鉄道車両構体に比較して、外気温度変化に起因する熱膨張、熱収縮(変形)量が大きい傾向にある。したがって、上述した各実施例は、特に、年間を通じて寒暖の差が大きい地域で営業に供されるアルミ合金製の鉄道車両構体10からなる鉄道車両に好適である。
10…鉄道車両構体 20…屋根構体
25…固定レール
30…側構体 35…ボルト・ナット
50…断熱材 B…内装品モジュール取付け部
100…内装品モジュール 110…空調ダクト
120…スピーカ 130…車内灯
140…荷物棚
200…受金 210…取付け部
210a、210a1、210a2…当接面部
210b…垂下面部,210b1…第1垂下面部,210b2…第2垂下面部
210c、210c1、210c2…取付け面部
210d…接続部
220…調整用ライナー

Claims (3)

  1. 屋根構体、側構体、妻構体及び台枠から構成される鉄道車両構体に内装品を取り付けた鉄道車両において、
    前記内装品は、前記鉄道車両構体の車内側の面に備えられた固定レールと、前記内装品に一体に備えられた弾性変形吸収機能を有する複数の取付け部と、前記複数の取付け部をそれぞれ前記固定レールに対して固着する固着手段と、からなる取付け構造によって、前記鉄道車両構体に取り付けられており
    前記固定レールは、前記鉄道車両構体の長手方向に沿って配置されており、
    前記内装品に備えられた前記各取付け部は、前記固定レールに当接可能な当接面部と、前記当接面部に接続する垂下面部と、前記垂下面部に接続するとともに前記内装品に固定された取付け面部とを備えており、
    前記垂下面部は、前記鉄道車両構体の長手方向の中心線に対して垂直に配置されており、
    前記固定レールに嵌入されたボルトを、前記当接面部に設けた開口部に通して、前記当接面部を前記固定レールに当接させた状態で、前記ボルトに螺合されるナットで締め付けることによって、前記取付け部を前記固定レールに固着することにより、
    前記鉄道車両構体が変形することによって隣り合う前記取付け部同士の間隔が変化した際に、その変化量に見合うだけ前記取付け部が弾性変形すること、
    を特徴とする内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両。
  2. 請求項1に記載の内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両において、
    前記固定レールは、前記鉄道車両構体の長手方向に沿って配置されており、
    前記内装品に備えられた前記取付け部は第1取付け部と第2取付け部とから構成されており、
    前記第1取付け部は、前記固定レールに当接可能な当接面部と、前記当接面部に接続する垂下面部と、前記垂下面部に接続するとともに、前記当接面部に平行に配置される取付け面部とを備えており、
    前記第2取付け部は、前記第1取付け部の前記取付け面部に平行に配置される当接面部と、前記当接面部に接続する垂下面部と、前記垂下面部に接続するとともに前記当接面部に平行に配置される取付け面部とを備えており、
    前記第1取付け部と前記第2取付け部は、前記第1取付け部の前記垂下面部が前記第2取付け部の前記垂下面部に対して直角に配置された態様で、前記第1取付け部の前記取付け面部と前記第2取付け部の前記当接面部とが接合されており、
    第1取付け部の前記当接面部は、前記固着手段としてのボルトを通す開口部を備えており、
    前記取付け部は前記内装品に対して、前記第1取付け部の前記垂下面部、又は前記第2取付け部の前記垂下面部のどちらか一方が、前記鉄道車両構体の長手方向の中心線に対して垂直に配置されるように、前記第2取付け部の前記取付け面部が前記内装品に固定されており、
    前記固定レールに嵌入された前記ボルトを第1取付け部の前記当接面部の前記開口部に通して、前記当接面部を前記固定レールに当接させた状態で前記ボルトに螺合されるナットで締め付けることによって、前記取付け部を前記固定レールに固着していること、
    を特徴とする内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両。
  3. 請求項1に記載の内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両において、
    前記固定レールは、前記鉄道車両構体の長手方向に沿って配置されており、
    前記内装品に備えられた前記各取付け部は、前記固定レールに当接可能な当接面部と、
    前記当接面部に接続する第1垂下面部と、前記第1垂下面部に接続部を介して接続する第2垂下面部と、前記第2垂下面部に接続するとともに前記当接面部に平行に配置される取付け面部とを備えており、
    前記当接面部は、前記固着手段としてのボルトを通す開口部を備えており、
    前記第1垂下面部と前記第2垂下面部との前記接続部は、前記当接面部から前記取付け面部を見た方向において、ほぼ90度に捻られた形態であり、
    前記取付け部は前記内装品に対して、前記第1垂下面部又は前記第2垂下面部のどちらか一方が、前記鉄道車両構体の長手方向の中心線に対して垂直に配置されるように、前記取付け面部が前記内装品に固定されており、
    前記固定レールに嵌入された前記ボルトを前記当接面部の前記開口部に通して、前記当接面部を前記固定レールに当接させた状態で前記ボルトに螺合されるナットで締め付けることによって、前記取付け部を前記固定レールに固着していること、
    を特徴とする内装品を車両構体に取り付けた鉄道車両。
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