JP5313057B2 - 輸送機器用結合部材 - Google Patents

Description

本発明は、輸送機器用結合部材に関し、特に、結合部材を小型化して軽量化を図り、更に、居住室への結合部材の張り出しを小さくして、居住室のスペースを確保すると共に、締結具に作用する荷重を複数の締結具に分散させて、耐久性の向上を図ることができる輸送機器用結合部材に関するものである。

鉄道車両、航空機、船舶、或いは、車両などの輸送機器では、一般に、複数のフレーム同士を結合して組み立てられた構造体の内部に居住室が形成される。例えば、輸送機器の一例として、鉄道車両の構造を例に説明すると、縦横４本のフレームの端部同士を結合した正面視額縁状の構造体の内部に居住室が形成される。各フレームの端部にはガセット（結合部材）がリベット（締結具）により締結され、この結合部材を介してフレーム同士が結合される（特許文献１）。

ここで、従来の結合部材の構成について、図３を参照して説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、側構体に配設される第１フレーム１０と、床構体に配設される第２フレーム２０とを結合する従来の結合部材１０１，１０２の正面図である。図３（ａ）に示すように、結合部材１０１は、居住室Ｒ側の端縁１０１ａが、第１フレーム１０及び第２フレーム２０の居住室Ｒ側の端縁に滑らかに連なる円弧状に湾曲して形成され、また、両フレーム１０，２０の長手方向および幅方向に沿って格子状に配置されたリベット４０により、両フレーム１０，２０にそれぞれ締結されている。

しかしながら、この結合部材１０１では、端縁１０１ａが円弧状に湾曲されているので、第１フレーム１０及び第２フレーム２０に荷重Ｆ１が負荷されると、結合部材１０１に曲げモーメントが作用して、端縁１０１ａに応力が集中する。そのため、結合部材１０１の板厚を増加させ、強度を確保する必要が生じ、重量の増加を招く。また、端縁１０１ａに曲線加工を施す必要があり、その分、加工工数が嵩む。

そこで、図３（ｂ）に示すように、居住室Ｒ側の端縁１０２ａを直線状に形成した結合部材１０２が提案されている。この結合部材１０２によれば、端縁１０２ａが直線状に形成されているので、端縁１０２ａへの応力の集中や加工工数の増加を抑制できる。

特開２００７−２６９１９７号公報（例えば、第１図）

しかしながら、上述した従来の結合部材１０２では、その結合部材１０２の面積が大きくなるため、重量が嵩むという問題点があった。また、端縁１０２ａの居住室Ｒ側への張り出し量が大きくなるため、その分、居住室Ｒのスペースが減少するという問題点があった。更に、第１フレーム１０及び第２フレーム２０に荷重Ｆ１が負荷されると、複数のリベット４０の内の端縁１０１ａ，１０２ａの端部に最も近接するリベット４０ａ（図３参照）のみに合力Ｆ２が集中するため、耐久性の低下を招くという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、結合部材を小型化して軽量化を図り、更に、居住室への結合部材の張り出しを小さくして、居住室のスペースを確保すると共に、締結具に作用する荷重を複数の締結具に分散させて、耐久性の向上を図ることができる輸送機器用結合部材を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載の輸送機器用結合部材は、第１フレームと、その第１フレームに対して交差する方向へ延びる第２フレームと、それら第１フレーム及び第２フレームに当接される平板状の結合部材と、その結合部材を前記第１フレーム及び第２フレームにそれぞれ締結する締結具とを備え、前記第１フレームと第２フレームとの間に居住室が形成されるものであって、前記結合部材は、前記居住室側に位置し直線状に形成される斜辺を備え、前記締結具は、前記結合部材の斜辺に沿って配設され前記結合部材を前記第１フレームに締結する複数の第１締結具と、前記結合部材の斜辺に沿って配設され前記結合部材を前記第２フレームに締結する複数の第２締結具とを備え、前記複数の第１締結具と前記複数の第２締結具とが、前記斜辺に平行な仮想直線上に位置している。

請求項２記載の輸送機器用結合部材は、請求項１記載の輸送機器用結合部材において、前記複数の第１締結具が前記第１フレームの中心線を挟んで位置すると共に、前記複数の第２締結具が前記第２フレームの中心線を挟んで位置し、前記斜辺の両端が、前記第１フレームの中心線および第２フレームの中心線よりも外側に位置している。

請求項１記載の輸送機器用結合部材によれば、平板状の結合部材に第１フレームと第２フレームとがそれぞれ複数の締結具により締結されることで、これら第１フレームと第２フレームとが結合部材を介して結合される。

この場合、結合部材は、居住室側に位置し直線状に形成される斜辺を備え、その結合部材を第１フレームに締結する複数の第１締結具と、結合部材を第２フレームに締結する複数の第２締結具とが、結合部材の斜辺に平行な仮想直線上に位置するので、第１フレーム及び第２フレームに荷重が負荷された場合には、その荷重の合力を上述した仮想直線上に位置する第１締結具および第２締結具のそれぞれが分担することができる。即ち、仮想直線上に位置する各締結具のそれぞれに合力を分散させることができるので、斜辺の端部に最も近接するリベット４０ａ（図３参照）のみに合力が集中する従来品と比較して、耐久性の向上を図ることができるという効果がある。また、締結具を小型化することができるので、その分、軽量化を図ることができるという効果がある。

更に、このように、結合部材の斜辺に沿って配設される（即ち、斜辺に最も近接する）各２つの締結具を、結合部材の斜辺に平行な仮想直線上に配置することで、締結具を縦横に格子状に配置する従来品と比較して、結合部材の斜辺の位置を居住室側から離れる方向へ後退させることができる。その結果、居住室側への張り出し量を小さくして、その分、居住室のスペースを確保することができるという効果がある。更に、結合部材の面積を小さくして、軽量化を図ることができるという効果がある。

請求項２記載の輸送機器用結合部材によれば、請求項１記載の輸送機器用結合部材の奏する効果に加え、結合部材を第１フレームに締結する複数の第１締結具が、第１フレームの中心線を挟んで位置するので、これら複数の第１締結具を第１フレームに対して一部に偏らせることなく配置することができる。よって、複数の第１締結具から第１フレーム及び結合部材が荷重を受ける領域を分散させることができるので、その分、第１フレーム及び結合部材の耐久性の向上を図ることができるという効果がある。また、荷重を受ける領域の分散により、第１フレーム及び結合部材を薄肉とすることができるので、その分、第１フレーム及び結合部材の軽量化を図ることができるという効果がある。

また、第２フレームについても、結合部材を第２フレームに締結する複数の第２締結具が、第２フレームの中心線を挟んで位置するので、第１フレームの場合と同様に、第２フレーム及び結合部材の耐久性の向上と軽量化とを図ることができるという効果がある。

更に、結合部材の斜辺の両端が、第１フレームの中心線および第２フレームの中心線をそれぞれ越えて位置する（即ち、両端が第１フレームの中心線および第２フレームの中心線の外側に位置する）ので、結合部材の斜辺の位置を上述した各２つの第１締結具および第２締結具に近接させることができる。その結果、居住室側への張り出し量を小さくして、その分、居住室のスペースを確保することができるという効果がある。

本発明の一実施の形態における鉄道車両を構成する構造体の正面図である。 構造体の部分拡大正面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、従来の結合部材の正面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態における鉄道車両を構成する構造体Ｋの正面図である。本実施の形態では、本発明の適用対象として、鉄道車両を例に説明する。まず、図１を参照して、鉄道車両を構成する構造体Ｋの概略構成について説明する。

構造体Ｋは、車両構体の骨組となる部位であり、所定間隔を隔てつつ対向して配置され側構体の骨組の一部を構成する一対の側フレーム１０と、それら一対の側フレーム１０に対して交差する方向へ延び床構体の骨組の一部を構成する床フレーム２０と、その床フレーム２０と所定間隔を隔てつつ対向し屋根構体の骨組の一部を構成する屋根フレーム３０と、それら各フレーム１０，２０，３０の端部にリベット４１ａ〜４１ｅ（図２参照）により締結される結合部材１とを備える。

図１に示すように、構造体Ｋは、結合部材１を介して各フレーム１０，２０，３０の端部同士が４箇所で結合されることで、正面視額縁状に形成される。車両構体は、構造体Ｋを鉄道車両の長手方向（図１紙面垂直方向）へ所定間隔毎に複数配置し、その外面側に外壁となる外板を装着することで、内部に居住室Ｒを有する箱状に形成される。

次いで、図２を参照して、結合部材１による結合構造について説明する。図２は、構造体Ｋの部分拡大正面図である。なお、結合部材１による結合構造は、各フレーム１０，２０，３０において同様であるので、本実施の形態では、側フレーム１０及び床フレーム２０のみについて説明し、側フレーム１０及び屋根フレーム３０についての説明は省略する。

図２に示すように、側フレーム１０及び床フレーム２０は、Ｌ形断面を有する長尺板状の部材である。即ち、リベット４１ａ〜４１ｅが締結される板面の縁部（外板が装着される側）には、板面に垂直となる方向（図２紙面垂直方向）へ向けてリブが立設されている。なお、屋根フレーム３０（図１参照）も側フレーム１０及び床フレーム２０と同様の構成である。

結合部材１は、上述したように、各フレーム１０，２０，３０同士を結合するための平板状の部材であり、正面視二等辺三角形状に形成されている。ここで、結合部材１は、二等辺三角形の頂角をつくる２本の辺が、側フレーム１０の中心線Ｃ１及び床フレーム２０の中心線Ｃ２にそれぞれ平行となり、頂角の対辺となる底辺（以下「斜辺１ａ」と称す）が、居住室Ｒ側に位置する状態に配設される。

なお、側フレーム１０及び床フレーム２０の中心線Ｃ１，Ｃ２とは、側フレーム１０及び床フレーム２０の幅方向（居住室Ｒ側の縁部とリブ側の縁部とを結ぶ方向）中央を通り長手方向に延びる仮想直線である。

結合部材１は、本実施の形態では、側フレーム１０及び床フレーム２０に対してそれぞれ５本のリベット４１ａ〜４１ｅにより締結される。即ち、リベット４１ａ〜４１ｅは、例えば、側フレーム１０側では、２本のリベット４１ａ，４１ｅを結ぶ第１列と、３本のリベット４１ｂ〜４１ｄを結び第１列よりも居住室Ｒ側に位置する第２列とが、中心線Ｃ１を挟みつつその中心線Ｃ１に対して平行となるように配置されている。

第１列のリベット４１ｅと第２列のリベット４１ｄとを結ぶ方向は中心線Ｃ１に対して直交し、第１列のリベット４１ａ，４１ｅ間の離間距離は、第２列のリベット４１ｂ，４１ｄ間の離間距離よりも大きくされている。また、第２列では、各リベット４１ｂ〜４１ｄが等間隔に配置されている。なお、床フレーム２０側のリベット４１ａ〜４１ｅも同様の構成（配置）である。

ここで、結合部材１を側フレーム１０に締結するリベット４１ａ〜４１ｅであって、結合部材１の斜辺１ａに沿って配設される（斜辺１ａに最も近接する）２つのリベット４１ａ，４１ｂと、結合部材１を床フレーム２０に締結するリベット４１ａ〜４１ｅであって、結合部材１の斜辺１ａに沿って配設される（斜辺１ａに最も近接する）２つのリベット４１ａ，４１ｂとは、結合部材１の斜辺１ａに平行な仮想直線Ｌ上にそれぞれ位置する。

これにより、側フレーム１０及び床フレーム２０に荷重が負荷された場合には（図３参照）、その荷重の合力を仮想直線Ｌ上に位置する各リベット４１ａ，４１ｂが分担することができる。即ち、仮想直線Ｌ上に位置する各リベット４１ａ，４１ｂのそれぞれに合力を分散させることができるので、端縁（斜辺）の端部に最も近接するリベット４０ａ（図３参照）のみに合力が集中する従来品と比較して、耐久性の向上を図ることができる。また、リベット４１ａ〜４１ｅを小型化（小径化）することができるので、その分、軽量化を図ることができる。

更に、このように、結合部材１の斜辺１ａに沿って配設される（即ち、斜辺１ａに最も近接する）各２つのリベット４１ａ，４１ｂを仮想直線Ｌ上に配置することで、リベットを縦横に格子状に配置する従来品と比較して、結合部材１の斜辺１ａの位置を居住室Ｒ側から離れる方向へ後退させることができる。その結果、居住室Ｒ側への張り出し量を小さくして、その分、居住室Ｒのスペースを確保することができる。また、結合部材１の面積を小さくすることができるので、その分、軽量化を図ることができる。

この場合、側フレーム１０側において、結合部材１の斜辺１ａに沿って配設される（最も近接する）２つのリベット４１ａ，４１ｂは、側フレーム１０の中心線Ｃ１を挟んで位置するので、これら２つのリベット４１ａ，４１ｂを側フレーム１０に対して一部に偏らせることなく配置することができる。

よって、２つのリベット４１ａ，４１ｂから側フレーム１０及び結合部材１が荷重を受ける領域を分散させることができるので、その分、側フレーム１０及び結合部材１の耐久性の向上を図ることができる。また、荷重を受ける領域の分散により、側フレーム１０及び結合部材１を薄肉とすることができるので、その分、側フレーム１０及び結合部材１の軽量化を図ることができる。

また、床フレーム２０についても、結合部材１の斜辺１ａに沿って配設される（最も近接する）２つのリベット４１ａ，４１ｂが、床フレーム２０の中心線Ｃ２を挟んで位置するので、側フレーム１０の場合と同様に、床フレーム２０及び結合部材１の耐久性の向上と軽量化とを図ることができる。

更に、結合部材１の斜辺１ａは、その両端ｅｇ１，ｅｇ２が、側フレーム１０の中心線Ｃ１及び床フレーム２０の中心線Ｃ２をそれぞれ越えて位置する（即ち、両端ｅｇ１，ｅｇ２が側フレーム１０の中心線Ｃ１及び床フレーム２０の中心線Ｃ２の外側に位置する）ので、結合部材１の斜辺１ａの位置をリベット４１ａ，４１ｂに近接させることができる。その結果、居住室Ｒ側への張り出し量を小さくして、その分、居住室Ｒのスペースを確保することができる。また、結合部材１の面積を小さくすることができるので、その分、軽量化を図ることができる。

以上、各実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、本発明の適用対象として鉄道車両を例に説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の輸送機器に本発明を適用することは当然可能である。他の輸送機器としては、例えば、航空機、船舶、車両、或いは、宇宙船などが例示される。

上記実施の形態ではその説明を省略したが、各フレーム１０，２０，３０に囲まれて形成される居住室Ｒは、人間が居住するための空間に限られるものではなく、荷物などを収容するための収容空間であっても良い。請求項１記載の「居住室」についても同様の趣旨である。

上記実施の形態では、結合部材１と各フレーム１０，２０，３０との締結にリベット４１ａ〜４１ｅを使用する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の締結具を使用することは当然可能である。他の締結具としては、例えば、ボルト及びナットが例示される。

上記実施の形態では、結合部材１と各フレーム１０，２０，３０とを５本のリベット４１ａ〜４１ｅにより締結する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、リベットの本数は、４本以下であっても良く、或いは、６本以上であっても良い。

この場合、外板側に位置する第１列のリベット（上記実施の形態ではリベット４１ａ，４１ｅ）の本数を、居住室Ｒ側に位置する第２列のリベット（上記実施の形態ではリベット４１ｂ〜４１ｄ）の本数よりも少なくすることが好ましい。各リベットに作用する荷重を均一化して、より少ない本数のリベットで強度を確保することができるからである。これにより、リベットの本数を少なくして、部品コストの削減と軽量化とを図ることができる。

具体的には、例えば、リベットの本数を４本とする場合には、上記実施の形態において、リベット４１ａ，４１ｂ，４１ｄ，４１ｅの配置は変更せず、リベット４１ｃを省略する配置とすることが好ましい。これにより、上述したように、強度を確保しつつ、部品コストの削減と軽量化とを図ることができる。

また、例えば、リベットの本数を６本以上とする場合には、上記実施の形態において、リベット４１ａ，４１ｂ，４１ｄ，４１ｅの配置は変更せず、第１列のリベット４１ａ，４１ｅ間と、第２列のリベット４１ｂ，４１ｄ間とに、第１列のリベットの本数が第２列のリベットの本数よりも少なくなる状態を保ちつつ、リベットをそれぞれ追加することが好ましい。これにより、上述したように、強度を確保しつつ、部品コストの削減と軽量化とを図ることができる。

但し、リベットの本数（４本以下、５本、６本以上）に関わらず、仮想直線Ｌ上に位置する複数のリベット（本実施の形態では、リベット４１ａ，４１ｂ）を除く他のリベット（本実施の形態では、リベット４１ｃ〜４１ｅ）については、結合部材１の形状を維持するため、或いは、補強のため必要に応じて適宜配置することができる。即ち、これら他のリベットについては、本数のみならず、配置についても限定されるものではなく、任意の位置に任意の本数を配置することができる。

よって、他のリベット（本実施の形態では、リベット４１ｃ〜４１ｅ）は、第１列および第２列に沿った直線状の配置に限定されるものでは無く、また、側フレーム１０側における他のリベットの配置および本数と、床フレーム２０側における他のリベットの配置および本数とが、互いに異なる配置および本数であっても良い。なお、側フレーム１０と屋根フレーム３０との結合においても同様である。

上記実施の形態では説明を省略したが、第２列の両端に位置するリベット（上記実施の形態ではリベット４１ｂ，４１ｄ）間の離間距離を、仮想線Ｌ上のリベット（上記実施の形態ではリベット４１ａ，４１ｂ）間の離間距離よりも大きくすることが好ましい。各リベットに作用する荷重を均一化して、より少ない本数のリベットで強度を確保することができるからである。従って、この構成によっても、リベットの本数を少なくして、部品コストの削減と軽量化とを図ることができる。

また、上記実施の形態では説明を省略したが、リベット４１ａ，４１ｂと斜辺１ａとの間の最短距離は、第１列のリベット４１ａ，４１ｅと結合部材１の二等辺三角形の頂角をつくる辺との間の最短距離（以下「基準距離」と称す）よりも大きくされ、かつ、その基準距離の２倍よりも小さくされている。これにより、結合部材１の縁部における強度を確保しつつ、結合部材１（斜辺１ａ）の居住室Ｒへの張り出しを小さくして、居住室Ｒのスペースを確保できる。

上記実施の形態では、結合部材１と側フレーム１０との締結において、仮想直線Ｌ上に２つのリベット（リベット４１ａ，４１ｂ）が位置する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも２つ（複数）が位置していれば足りる趣旨であり、３つ以上のリベットが位置する構成であっても良い。結合部材１と床フレーム２０との締結においても同様であり、仮想直線Ｌ上に３つ以上のリベットが位置する構成であって良い。

上記実施の形態では、側フレーム１０、床フレーム２０及び屋根フレーム３０がＬ形断面を有するＬ形鋼（山形鋼）から構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、これら各フレーム１０〜３０を他の断面形状を有する鋼材から構成することは当然可能である。他の断面形状を有する鋼材としては、例えば、Ｚ形断面を有するＺ形鋼やコ字断面を有するＣ形鋼（溝形鋼）などが例示される。なお、各フレーム１０〜３０は全て同じ断面形状を有する必要はなく、それぞれが異なる断面形状を有することは当然可能である。

Ｋ 構造体（鉄道車両の一部、輸送機器用結合部材）
１ 結合部材
１ａ 斜辺
ｅｇ１，ｅｇ２ 斜辺の両端
１０ 側フレーム（第１フレーム）
２０ 床フレーム（第２フレーム）
３０ 屋根フレーム（第２フレーム）
４１ａ〜４１ｅ リベット（締結具の一部）
４１ａ，４１ｂ リベット（第１締結具、第２締結具）
Ｒ 居住室
Ｌ 仮想直線
Ｃ１ 中心線（第１フレームの中心線）
Ｃ２ 中心線（第２フレームの中心線）

Claims (2)

1. 第１フレームと、その第１フレームに対して交差する方向へ延びる第２フレームと、それら第１フレーム及び第２フレームに当接される平板状の結合部材と、その結合部材を前記第１フレーム及び第２フレームにそれぞれ締結する締結具とを備え、前記第１フレームと第２フレームとの間に居住室が形成される輸送機器用結合部材において、
   前記結合部材は、前記居住室側に位置し直線状に形成される斜辺を備え、
   前記締結具は、前記結合部材の斜辺に沿って配設され前記結合部材を前記第１フレームに締結する複数の第１締結具と、前記結合部材の斜辺に沿って配設され前記結合部材を前記第２フレームに締結する複数の第２締結具とを備え、
   前記複数の第１締結具と前記複数の第２締結具とが、前記斜辺に平行な仮想直線上に位置していることを特徴とする輸送機器用結合部材。
2. 前記複数の第１締結具が前記第１フレームの中心線を挟んで位置すると共に、前記複数の第２締結具が前記第２フレームの中心線を挟んで位置し、
   前記斜辺の両端が、前記第１フレームの中心線および第２フレームの中心線よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１記載の輸送機器用結合部材。

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