JP5279835B2 - 鉄道車両の構体構造 - Google Patents

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Description

本発明は、鉄道車両等の車両の構体構造に関し、特に、オフセット衝突時の衝撃を緩和する対策が施されている鉄道車両の構体構造に関する。
図9に示すように、相対向して走行する2つの鉄道車両31,32のうち一方の車両(以下、「対向車両」ともいう)31が線路から脱線して他方の車両(以下、「走行車両」ともいう)32の一部分に衝突する衝突をオフセット衝突といい、鉄道車両では、このオフセット衝突に対して様々な対策が講じられている。オフセット衝突の対策として、例えば、特許文献1及び2のように側構体をダブルスキン構造にして側構体の剛性を高めたり、衝突時に双方の車両31,32が離れるように車両31,32の側構体の前端部に傾斜面を形成したりすることが有効である。
特許第3955807号公報(段落0012〜0014および図4) 特開2008−201313号公報(図3、図6参照)
前述のダブルスキン構造は、比重が比較的小さいアルミニウム合金を使用するアルミニウム合金製車両に適用されている。アルミニウム合金よりも比重が大きいステンレス鋼が使用されるステンレス製車両では、車両重量が大きくなるため、一般的にシングルスキン構造が適用されている。シングルスキン構造の構体では、その製造工程を容易にするために、先に隅柱が接合された妻外板が台枠に取付けられ、その後から側外板が台枠に取付けられる。その際、側外板は、その前端部を外側から重ね合わせるようにして隅柱に取付けられている。それ故、側外板の前端部が外側に露出する。このように側外板の前端部が外側に露出しているので、走行車両32がオフセット衝突したときに側外板の前端部を引っ掛けることがあり、前端部を引っ掛けたまま走行車両32が進み、その結果、側外板が隅柱から剥がされることがある。
また、シングルスキン構造の場合、ダブルスキン構造のように側外板と隅柱とを突合せて連続溶接することができず、例えば、側外板を隅柱にスポット溶接しなければならない。つまり、側外板と隅柱とが点でしか接合されていない。それ故、ステンレス製車両では、特許文献1及び2に開示されるアルミニウム合金製車両に比べてオフセット衝突時において側外板が剥がれることがあるという課題がある。
なお、この課題は、シングルスキン構造を適用するステンレス製車両における特有の課題であるかのように見える。しかし、アルミニウム合金製車両であっても側外板と隅柱とが重ね合わされて溶接されて側外板の前後両端部が露出していれば、同様の課題が生じる。
本発明は、オフセット衝突に対して安全性を向上させた鉄道車両の構体構造を提供することを目的としている。
本発明の鉄道車両の構体構造は、車体の車幅方向両端部に位置する側外板と、車体の長手方向端部に位置する妻外板と、前記車体の四隅に夫々配置され、隣接する前記側外板と前記妻外板とに接合されている隅柱とを含む妻構体と、を備え、前記側外板の前端部が、前記隅柱により車幅方向外側から覆われているものである。
本発明に従えば、隅柱により側外板の前端部が外側から覆われているので、オフセット衝突時に走行車両に直接当たらないように側外板の前端部が保護される。それ故、走行車両が側外板の前端部を引っ掛けることがなく、安全性が向上する。
本発明によれば、オフセット衝突に対して安全性を向上させた鉄道車両を提供できる。
本発明に係る実施形態の鉄道車両の構体を前方から見た正面図である。 図1に示す切断線A−Aで切断したときの切断された構体の一部分を拡大して示す拡大断面図である。 図2に示す矢符Bの方向に見たときの構体の一部分を拡大して示す拡大図である。 構体の一部分である図1に示す領域Xを拡大して示す拡大正面図である。 図4に示す断面線C−Cで切断したときの切断された構体の一部分を拡大して示す拡大断面図である。 構体の一部分である図1に示す領域Yを拡大して示す拡大正面図である。 図6に示す断面線D−Dで切断したときの切断された構体の一部分を拡大して示す拡大断面図である。 本発明に係る他の実施形態の鉄道車両の構体の隅柱付近を前方から見た部分正面図である。 相対向して走行する2つの鉄道車両がオフセット衝突した時の状態を示す図であり、(a)がオフセット衝突する時の鉄道車両を上から見た平面図であり、(b)がオフセット衝突する時の鉄道車両を右側から見た図である。
以下では、前述する図面を参照しながら、本発明に係る実施形態の鉄道車両の構体1について説明する。各実施形態における方向の概念は、鉄道車両の進行方向を前方とし、前方を向いたときの方向の概念と一致している。以下に説明する鉄道車両の構体1は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は、以下のような実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。
鉄道車両では、複数の車両が連結されており、先頭及び最後尾の車両の間に中間車両を有している。各車両は、線路上を走行可能に構成された2つの台車(図示せず)を有している。2つの台車は、各車両において長手方向に離れて位置し、それらの上には、図示しない空気ばねを介して構体1が載せられている。構体1は、大略的に中空の直方体形状、つまり箱型になっており、その中には乗客又は貨物を収容する空間が形成されている。構体1は、その底部に図1に示すような台枠2を有している。
<台枠>
台枠2は、平面視で大略的に矩形状になっており、2つの台車の上に載せられている。台枠2の左右両端部には、側構体4が夫々立設され、台枠2の前後両端部には、妻構体3が夫々立設されている。つまり、台枠2は、車体の車幅方向両端部に側構体4が夫々位置し、妻構体3が車体の長手方向両端部に夫々位置している。これら妻構体3及び側構体4は、隣接するもの同士が後述する隅柱5によって繋がれている。そして、側構体4及び妻構体3上には、屋根構体6が設けられており、台枠2、2つの側構体4(図2参照)、2つの妻構体3及び屋根構体6によって、箱型の構体1が構成されている。
<側構体>
側構体4は、図2に示すように、側外板11と、複数の側けた12と、複数の側柱13とを有している。側外板11は、左側又は右側から見た側面視で大略的に前後方向に長尺な直方形状の板部材であり、正面視で下裾が内側へと窄んでいる。側外板11の下端は、台枠2に接合され、上端は、屋根構体6まで延在している。側外板11には、複数の窓(図示せず)が形成されており、側外板11の内側には、この窓を避けるようにして複数の側けた12及び側柱13が固定されている。側けた12は、幕帯や腰帯等の骨部材であり、前後方向に延在する。本実施形態では、側けた12は、窓よりも下側に3つ設けられ、窓よりも上側に1つ設けられている。なお、側けた12の数及び位置は、前述の数及び位置に限定されない。側柱13は、上下に延在し、複数の側けた12に渡されて固定されている。
<妻構体>
妻構体3は、妻外板7、貫通路柱8、かもい9、桟部材10、アーチ桁23及び隅柱5を有している。妻外板7は、前方から見た正面視で大略的に逆U字状の板部材であり、台枠2に立設されている。妻外板7の上端は、後述するアーチ桁23まで延在しており、妻外板7の左右中央にある孔は、貫通路7aを成している。貫通路7aの両側には、貫通路7aに沿って貫通路柱8が夫々立設されており、貫通路7aの上側には、かもい9が設けられている。貫通路柱8は、台枠2からアーチ桁23まで延在しており、かもい9は、これら2つの貫通路柱8の間を渡すように左右に延在している。また、妻外板7の内側には、貫通路柱8より外側に断面ハット状の複数の桟部材10が上下左右に夫々延在させて設けられている。
<隅柱>
隅柱5は、台枠2の前後両端部に1対ずつ配置される。つまり、隅柱5は、車体の四隅に夫々位置している。更に、各隅柱5は、妻構体3の一部を構成し、妻構体3に接合される受け金16と側構体4とを繋ぐように接合されている。これら隅柱5は、上下方向に延在するガイド板14と支持板15とによって構成されており、後述するように、その下端が台枠2の下面まで達し(図4参照)、その上端がアーチ桁23まで達している(図6参照)。
なお、鉄道車両では、往路と復路とでは進行方向を反転させるため、往路で後側に位置していた2つの隅柱5が復路では前側に位置するようになる。それ故、往路及び復路で共にオフセット衝突対策を講じるべく同じ形状の隅柱5が前後及び左右対称に四隅に夫々設けられている。以下では、前側の両隅に配置される隅柱5の構成について説明し、それらに対して前後対称に設けられた後側の2つの隅柱5の構成については、説明を省略する。なお、図2〜図7では、前側の左隅に配置される隅柱5が図示されている。
ガイド部材であるガイド板14は、上下方向に延在する板状の部材であり、妻板側接合部14aと、連結部14bと、傾斜部14cと、側板側接合部14dとを有している。妻板側接合部14aは、平面視で左右方向(即ち、車幅方向)に延在しており、妻外板7の後方に配されている。妻板側接合部14aは、その前面に受け金16が接合されており、この受け金16を介して妻外板7の左端部(右隅の隅柱5の場合、右端部)に接合されている。また、妻板側接合部14aの外側の端部には、連結部14bが繋がっており、連結部14bと共に平面視でL字状の部分を成している。連結部14bは、前後方向に延在しており、その前端部が妻外板7よりも前方に突出している。そして、連結部14bの前端部には、傾斜部14cが繋がっている。
傾斜部14cは、連結部14bの前端から車幅方向外側に延在し、側外板11に向かって後方に傾斜している。これにより、傾斜部14cには、妻外板7側から側外板11側に延在し、側外板11に向かって後方に傾斜する傾斜面Sが形成される。そして、傾斜部14cの外側の端部には、側板側接合部14dが繋がっている。側板側接合部14dは、大略的に平板状になっており、傾斜部14cの外側の端部から後方に延在している。側板側接合部14dは、その下端側の一部を除いて側外板11の前端部に外側から重ね合わされて接合されている。すなわち、側外板11の前端部は、ガイド板14により覆われてそれより内側に位置することになる。
このように配置されたガイド板14は、傾斜部14cにより妻外板7と側外板11との間を塞いでいる。この傾斜部14cは、妻外板7よりも前側に位置しており、妻外板7側から側外板11側に向かって後方に傾斜している。このように傾斜部14cを妻外板7より前側に配置することで、後述する接合部材17を設けた場合であっても、傾斜部14cが構体1内の空間を圧迫することを防ぎ、傾斜部14cを形成しない場合と同程度の空間を構体1内に確保することができる。
また、傾斜部14cの傾斜面Sの斜度は、構体1の前方に連結された車両(以下、単に「前方車両」ともいう、図9の符号33参照)が左右にヨーイングしたときに構体1の傾斜部14cと前方車両の傾斜部14cとが当たらないように設定されている。また、傾斜面Sの幅は、前方車両が最大限ヨーイングしても前方に傾斜面Sしか表出せず、妻外板7が前方車両の後ろに隠れるくらいの長さ又はそれ以上であることが好ましい。
ガイド板14の後面には、支持板15が設けられる。支持部材である支持板15は、ガイド板14より薄く成形されたZ形鋼であり、上下方向に延在する板状の部材である。支持板15は、第1フランジ部15aと、ウェブ15bと、第2フランジ部15cとを有している。第1フランジ部15aは、傾斜部14cの後面に貼り付けるように接合されている。第1フランジ部15aの妻外板7側の端部には、ウェブ15bが繋がっている。ウェブ15bは、第1フランジ部15aに直交し、且つ第1フランジ部15aから後方に延びている。また、ウェブ15bの後端部には、第2フランジ部15cが繋がっている。第2フランジ部15cは、ウェブ15bから妻外板7側まで延びており、妻外板7側の端部が妻板側接合部14aの後面に接合されている。
このように接合された支持板15は、第1フランジ部15aが傾斜部14cより短く、且つ第2フランジ部15cが妻板側接合部14aより長く形成されている。それ故、ウェブ15bは、ガイド板14の連結部14bから車幅方向に離れて位置しており、支持板15とガイド板14との間には、第2フランジ部15c、ウェブ15b、傾斜部14c、及び連結部14bに囲まれた閉塞空間27が形成される。つまり、支持板15とガイド板14とは、閉塞空間27を有する閉断面構造を構成している。
<接合部材>
支持板15の後面には、複数の接合部材17が設けられている。本実施形態では、側外板11の側けた12の1つである幕帯及び腰帯に夫々対応させて2つの接合部材17が設けられている。接合部材17は、大略中空の板状の部材であり、補強部材である側柱13に接合され、またこの側柱13を介して側けた12(幕帯又は腰帯)に接続されている。このように接合部材17は、支持板15と側けた12との間に介在し、支持板15を後方から支持している。
接合部材17は、平面視で大略L字状になっており、窪みを内側に配して大略直方体状に形成される車両内の内装Tの四隅に干渉しないように配置されている。接合部材17は、第1支持部18と、第2支持部19とを有している。第1支持部18及び第2支持部19は、断面U字状になっており、前方及び側外板11側に開口している。第1支持部18は、支持板15の第2フランジ部15cとウェブ15bの形状に合わせて平面視で略L字状になっており、第2フランジ部15cからウェブ15bにかけて溶接されている。また、第2支持部19は、側柱13の前側のアーム13a及びウェブ13bの形状に合わせて平面視で略L字状になっており、前側のアーム13aからウェブ13bにかけて溶接されている。第1支持部18の後面である接合面18a及び第2支持部19の前面である接合面19aは、共に平坦になっており、前後方向に略垂直するように位置している。即ち、これら2つの接合面18a,19aは、車幅方向に延在している。第1支持部18及び第2支持部19は、これら2つの接合面18a、19aを突き合わせるようにして溶接されている。
<その他の構成>
このような構成を有する隅柱5の下端は、図4に示すように台枠2の下端まで達しており、その下端部が台枠2の四つ角を夫々覆うようになっている。そのため、隅柱5の下端部の構成は、残余部の構成と若干異なっており、その構成について図5を参照しながら説明する。下端側において、ガイド板14の連結部14bは、台枠2上面に接する位置で切断されており、そこから妻板側接合部14aまでの部分が欠けている。そして、連結部14bが台枠2に溶接されている。また、支持板15のウェブ15bもまた、台枠2上面に接する位置で切断されており、そこから第2フランジ部15cまでの部分が欠けている。そして、ウェブ15bが台枠2に溶接されている。また、ガイド板14及び支持板15の下端には、夫々閉塞板20,21が設けられ、各閉塞板20,21によりガイド板14と台枠2の間、及び支持板15と台枠2との間が閉塞されている。
隅柱5の上端には、図6に示すように塞ぎ板22が設けられている。塞ぎ板22は、平面視で大略台形状に形成され、ガイド板14の連結部14bから側外板11の前端部にかけて設けられている。閉塞空間27は、この塞ぎ板22により塞がれており、塞ぎ板22の上面にアーチ桁23が接合されている。アーチ桁23は、アーチ上に形成されており、左右両側にある隅柱5に架け渡されている。また、妻外板7の上端もまた、アーチ桁23の形状に形成されるため、アーチ桁23の下側に接合されている。そして、妻外板7の左右両肩の外側には、隅柱5、アーチ桁23及び妻外板7によって囲まれた大略三角形状の隙間が形成され、この隙間の形状に合わせて形成された閉塞板24が前記隙間を塞ぐように妻外板7に設けられている。また、妻外板7とガイド板14の連結部14bとの間には、上下方向に延びる溝25が形成されている。この溝25の開口部には、閉塞板26が設けられており、この閉塞板26によって溝25の開口部が塞がれている。なお、溝25は、妻外板7とガイド板14とを締結するボルト等の頭部を収納するための座ぐりのようなものである。
<構体の組立て方>
以下では、構体1の組立て方の概略を説明する。まず、妻構体3の妻外板7の左右両端部に隅柱5を夫々接合する。そして、妻構体3を台枠2に取付け、その後、側構体4を取付ける。ここで、側外板隅柱よりも外側に配置されている従来の構体構造では、妻構体を台枠2に立てた後、側構体を妻構体に外側から重ね合わせるようにして台枠2に取付ける。しかし、従来と同様の方法では、本実施形態のように隅柱5より内側に側構体4を配置することができない。そこで、本実施形態の構体1を組立てる場合、妻構体3は、台枠2に仮組みした後に若干外側に傾け、側構体4を台枠2に取付けて立てた後に立てられる。これにより、側板側接合14dの内側に側外板11の前端部が配置される。
台枠2に妻構体3及び側構体4を立てた後、側板側接合部14dと側外板11とを接合する。更に、隅柱5に予め取付けられた第1支持部18と側構体4に予め取付けられた第2支持部19とを溶接し、隅柱5と側構体4との間に接合部材17を形成する。形成後、妻構体3及び側構体4の上に屋根構体6を載せ、閉塞板20,21,24,26及び塞ぎ板22により各隙間を塞ぐ。このようにして、構体1が組立てられる。
このように組立てられる構体1では、隅柱5及び側構体4に夫々予め取付けられた第1支持部18と第2支持部19とを溶接するだけで接合部材17が隅柱5と側構体4との間に取付けられる。それ故、接合部材17の取付が容易である。また、第1支持部18及び第2支持部19の接合面18a、19aが車両長手方向に直交し、車幅方向に延在しているため、2つの接合面18a、19aを突き合せる位置を支持板15と側柱13の相対位置に合わせて調整することができる。それ故、2つの接合面18a,19aの突合せが容易である。
<オフセット衝突>
以下では、構体1を夫々備えた2つの車両31,32がオフセット衝突した場合について図2及び図9を参照しながら説明する。線路上を相対向してする走行する2つの車両31,32は、2つの車両31,32のうち一方の車両(以下、単に「対向車両」ともいう)31が線路から脱線し、線路上を走行する他方の車両(以下、単に「走行車両」ともいう)32と対向車両31とがオフセット衝突することがある。このオフセット衝突では、各車両31,32の構体1の妻外板7が前方車両33,34の後に隠れているため、各車両31,32が隅柱5同士で衝突する(図9(a)参照)。
隅柱5同士が衝突することで、隅柱5に大きな衝突荷重が作用する。隅柱5は、閉断面構造で構成されて中空柱のようになっており、また接合部材17によって後方から支持されることによって補強されているので、従来の鉄道車両の構体に比べて、高い剛性を有している。それ故、オフセット衝突時における隅柱5の変形を抑制し、隅柱5の変形に伴う側外板11の剥がれを防ぐことができる。
隅柱5同士で衝突する対向車両31及び走行車両32は、傾斜部14cにより互いに相手側の車両を自身の車両から離れる方向に受け流す。つまり、対向車両31は、走行車両32の傾斜部14cにより走行車両32から離れる方向に受け流され、走行車両32は、対向車両31の傾斜部14cにより対向車両31から離れる方向に受け流される。このように互いを受け流すことで、対向車両31及び走行車両32が受ける衝突荷重を夫々抑えることができ、衝突時に側外板11と側板側接合部14dとの接合部分に作用する剪断力を抑えることができる。また、剪断力は、傾斜部14cにより衝突荷重の一部分を車幅方向に逃すことで抑えられている。このように傾斜部14cは、前記接合部分に作用する剪断力を抑えて側外板11が隅柱5から剥がれることを防いでいる。
更に、車幅方向に衝突荷重を逃がすことで、その逃した力により隅柱5のガイド板14が車幅方向内側に押される。ガイド板14が車幅方向内側に押されることで側板側接合部14dが側外板11に押付けられる。これにより、衝突時において、側外板11が隅柱5から剥がれることが更に抑制される。
なお、上述する剥がれ防止効果を奏するためには、対向車両31及び走行車両32が共に構体1を備えていることが望ましいが、対向車両31及び走行車両32のうち少なくとも一方が本実施形態の構体1を備えていればよい。
衝突後、対向車両31及び走行車両32は、傾斜部14cにより隅柱5同士がぶつからない位置まで離され、相手側の車両31,32の側板側接合部14dに沿って相対向する方向に進行する。側外板11の前端部は、側板側接合部14dより内側に配置されて構体1内に位置している。これにより、側板側接合部14dに沿って進行する対向車両31及び走行車両32が相手側の側外板11の前端部に直接当たらないように隅柱により前端部が保護される。それ故、対向車両31及び走行車両32が相手側の側外板11を引っ掛けて隅柱5から剥がすようなことがない。つまり、側板側接合部14dを外側から側外板11の前端部に重ね合わせることで、対向車両31及び走行車両32が相手側の側外板11の前端部を引っ掛けて隅柱5から剥がすことを防ぐことができ、安全性が向上する。
また、オフセット衝突する対向車両31は、脱線することで走行車両32より低い位置から走行車両32に衝突する(図9(b)参照)。そのため、オフセット衝突時、走行車両32の台枠2が対向車両31の台枠2より高いところに位置するが、隅柱5を台枠2の下端まで延長することで剛性が高い台枠2が相手側の隅柱5に直接当たることを防いでいる。これにより、オフセット衝突時における対向車両31の隅柱5の損傷を抑えることができる。
<その他の実施形態>
本実施形態では、側構体4及び隅柱5の下裾が内側に窄んでいるが、図8に示す構体1Aのように直線的な形状であってもよい。また、本実施形態では、隅柱5が台枠2の下端まで延びているが、必ずしも下端まで延びている必要はない。更に、本実施形態では、複数の側けた12を側外板11の内面に設けて側外板11を補強しているが、前後方向に延在する複数の凸条部が形成された内プレートを側外板11の内側に設けて側外板11を補強してもよい。また、接合部材17もまた、前述のような形状に限定されず、隅柱5を後方から支持できればよい。そして、接合部材17が接合される部材も、側柱13及び支持板15に限定されず、側けた12やガイド板14に直接接合されていてもよい。
本実施形態における構体1は、シングルスキン構造が適用されるステンレス鋼製の車両だけでなく、ダブルスキン構造が適用されるアルミニウム合金製の車両にも適用することができ、車両の材質は問わない。また、接合方法も、本実施のものに限られない。また、本実施形態では、各部材を溶接等により接合しているが、ボルト等の締結部材で2つの部材を接合しても同様の作用効果を奏する。
本発明は、鉄道車両の構体構造に関するものであり、特に、オフセット衝突時の衝撃を緩和する対策を施す必要がある鉄道車両の構体構造に適用することができる。
1 構体
2 台枠
5 隅柱
7 妻外板
11 側外板
12 側けた
13 側柱
14 ガイド板
14c 傾斜部
14d 側板側接合部
15 支持板
17 接合部材
18 第1支持部
18a 当接面
19 第2支持部
19b 当接面

Claims (5)

  1. 車体の車幅方向両端部に位置する側外板と、
    前記車体の長手方向端部に位置する妻外板と、前記車体の四隅に夫々位置し、隣接する前記側外板と前記妻外板とに接合されている隅柱とを含む妻構体と、を備え、
    前記側外板の前端部が、前記隅柱により車幅方向外側から覆われ、
    前記隅柱は、前記妻外板から車幅方向外側に延在し、前記側外板に向かって長手方向後方に傾斜している傾斜部を更に有する、鉄道車両の構体構造。
  2. 前記側外板の内側に設けられ、前記側外板を補強する補強部材と、
    前記補強部材と前記隅柱とに接合され、前記隅柱を後方から支持する接合部材とを更に備える、請求項1に記載の鉄道車両の構体構造。
  3. 前記接合部材は、前記隅柱に接合される第1支持部と、前記補強部材に接合されている第2支持部を有し、
    前記第1支持部及び第2支持部は、各々が有する接合面により接合され、
    前記各接合面は、車幅方向に延在する平面で形成されている、請求項に記載の鉄道車両の構体構造。
  4. 前記隅柱は、前記傾斜部を有するガイド部材と、前記ガイド部材を長手方向後方から支持する支持部材とを更に有し、
    前記支持部材及び前記ガイド部材は、それら間に閉塞空間を有する閉断面構造を構成するようになっている、請求項1に記載の鉄道車両の構体構造。
  5. 前記隅柱の傾斜部は、前記妻外板より前方に突出している、請求項1に記載の鉄道車両の構体構造。
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