JP5461044B2 - 鉄道車両用構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の側面や屋根などを構成する外板と、その補強材とからなる構造部材に関する。

この種の分野に関する従来技術として、例えば特許文献１に記載の鉄道車両がある。この鉄道車両では、車両側面において、その長手方向に沿って外板を補強する外板補強部材が配置され、レーザ溶接によって接合されている。近年着目されているレーザ溶接では、従来の抵抗スポット溶接に比べ、部材への入熱量を抑えることが可能となり、歪の少ない鉄道車両構体を形成できるという利点がある。

特開２００５−３２９４１２号公報

ところで、鉄道車両の外板と外板補強部材をレーザによって溶接しようとする場合には、外板と外板補強部材とを密着させることが必要となる。そこで、上述した特許文献１では、レーザビームの近傍に設けたローラーによって、外板と外板補強部材とを密着させる方法が採用されている。しかしながら、この方法ではレーザビームの近傍にローラーを有する機構を用意しなくてはならず、製造コストの面で問題がある。

一方、ローラーを用いない方法には、あらかじめ外板に外板補強部材を所定の配列ピッチで配列しておき、外板補強部材の長手方向に沿って配置された拘束治具によって、外板と外板補強部材を接合する方法がある。しかしながら、この方法では、外板と外板補強部材との接触部位が、隣接する外板補強部材の折り曲げ部分を支点とした片持ち梁として作用するため、溶接予定箇所より外側を拘束する必要が生じる。したがって、拘束のための押さえ代を確保しておく必要があり、押さえ代の分だけ外板補強部材の重量が増加してしまうという問題がある。

さらに、ハットの外板と外板補強部材をレーザによって溶接する場合には、外板と外板補強部材との接触部位と、隣接する外板補強部材のなす角度によってレーザビームと外板補強部材が干渉することがあり、干渉を避ける分だけ溶接代を確保する必要があり、外板補強部材の重量が増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、複雑な機構の抑え治具を用いることなく外板と外板補強部材を接合でき、かつ軽量な鉄道車両構造部材を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る鉄道車両用構造部材は、外板とハット型外板補強部材とを含んで構成される鉄道車両用構造部材において、ハット型外板補強部材は、頂部及びウェブ部によって形成されたチャネル部と、チャネル部における幅方向の端部に形成されたフランジ部とを備え、フランジ部の先端には、チャネル部の高さ方向に屈曲する屈曲部分が形成され、フランジ部の平坦部分とウェブ部とがなす角度が９０°よりも大きいことを特徴としている。

本発明に係る鉄道車両用構造部材では、フランジ部の先端に屈曲部分を形成することにより、接合箇所の剛性を向上できる。このため、複雑な形状の治具によって拘束する必要が無くなり、簡易な方法によってハット型外板補強部材に外板等を当接させることができる。一方、この鉄道車両用構造部材では、レーザビームの収束角とハット型外板補強部材のフランジ部とウェブ部とがなす角部の曲率半径とを考慮し、当該角部がなす角度が９０°よりも大きくなっている。このため、フランジ部の平坦部分において角部の近傍にレーザ溶接部を形成することが可能となり、不要な拘束代や溶接代による構造体の重量増加を避けることができる。

また、フランジ部の平坦部分とウェブ部とがなす角度が１４０°よりも小さいことが好ましい。これにより、ハット型外板補強部材におけるチャネル部の剛性が担保される。

また、複数のチャネル部が幅方向に並列配置されていることが好ましい。この場合、ハット型外板補強部材の剛性をより向上させることができる。

また、ハット型外板補強部材を外板及び内板で挟みこむことにより中空構造をなしていることが好ましい。この場合、中空構造により剛性をより一層確保できる。

本発明によれば、複雑な形状の拘束治具を用いることなく、鉄道車両用構造部材を軽量化できる。

本発明に係る鉄道車両用構造部材が適用された鉄道車両の一例を示す斜視図である。 外板及びハット型補強部材の一例を示す図である。 ハット型補強部材の他の例を示す図である。 図３に示したハット型補強部材に外板及び内板を接合した例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る鉄道車両用構造部材の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る鉄道車両用構造部材が適用された鉄道車両の一例を示す斜視図である。図１に示すように、鉄道車両構体１は、床構体２と、側構体３と、屋根構体４と、妻構体５とを備え、これらの各構体が相互に接合されることにより、乗客を収容する空間を内部に有する箱型形状をなしている。

床構体２は、車両の床部を構成する構体として鉄道車両構体１の底部に配置されている。側構体３及び妻構体５は、車両の側部を構成する構体として、床構体２の左右の縁部及び前後の縁部を囲むように立設されている。側構体３には、乗客・乗員が乗り降りするためのドア部６が等間隔に複数（例えば３ヶ所）設けられている。

また、ドア部６，６間と側構体３の両端部とには、窓部７が設けられている。妻構体５は、乗客・乗員らが車両間を行き来するための出入口部８が設けられている。屋根構体４は、車両の屋根部を構成する構体として鉄道車両の構体の上部に空間に蓋をするように配置されている。車両の屋根構体４には、上部に車内の温度を調整するためのエアコンディショナーやパンタグラフ（図示しない）などが設置されている。

上述した鉄道車両構体１は主に金属製であり、近年ではステンレス鋼やアルミニウム合金を用いて製造されている。ステンレス鋼を用いた鉄道車両構体１は、例えば鉄道車両の外面に相当する外板と外板補強部材とによって構成される。外板の形状、耐力・強度、表面処理は、鉄道車両構体１における部位によって適宜設定される。

従来の鉄道車両構体では、外板と外板補強部材との接合、或いは他の骨材との接合に抵抗スポット溶接が多用されていたが、近年では抵抗スポット溶接に代わり、レーザ溶接が用いられるようになっている。以下、この鉄道車両構体１に用いられる鉄道車両用構造部材について詳細に説明する。

図２は、鉄道車両用構造部材を構成する外板及びハット型補強部材の一例を示す図である。同図に示すように、鉄道車両用構造部材１１は、外板２１と、外板補強部材３１とによって構成されている。外板２１の厚さは、適用される部位によって異なるが、概ね０．６ｍｍ〜２．０ｍｍである。特に屋根構体４に適用される場合には０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度の板厚であり、妻構体５に適用される場合には１．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の板厚となる。

外板補強部材３１は、車両の長手方向或いは車両の高さ方向に配列されている。外板補強部材３１は、頂部３２及びウェブ部３３によって形成されたチャネル部３４と、チャネル部３４における幅方向の端部に形成されたフランジ部３５とを備え、全体として断面ハット型をなしている。外板補強部材３１の寸法は、要求される剛性と強度によって適宜設定される。図２の例では、外板補強部材３１の長さは概ね２００ｍｍから５０００ｍｍであり、板厚は概ね０．８ｍｍ程度である。

チャネル部３４を構成する頂部３２の幅は約５０ｍｍであり、ウェブ部３３の幅は約２５ｍｍである。フランジ部３５は、頂部３２と略平行の平坦部分３６と、平坦部分３６の先端からチャネル部３４の高さ方向に屈曲する屈曲部分３７とを有している。平坦部分３６は、外板２１と当接する部分であり、その幅は約１４ｍｍとなっている。屈曲部分３７は、フランジ部３５の剛性向上に寄与する部分であり、その幅は約５ｍｍとなっている。

外板補強部材３１において、頂部３２とウェブ部３３とがなす角部Ｒ１、及びウェブ部３３とフランジ部３５の平坦部分３６とがなす角部Ｒ２は、実際には板厚の３倍程度の半径（ここでは半径２．４ｍｍ程度）の丸みを有している。また、平坦部分３６とウェブ部３３とがなす角度θ１は、例えば約１３５°となっており、平坦部分３６と屈曲部分３７とがなす角度θ２は、θ１と同様に例えば１３５°となっている。なお、θ１とθ２とは、同一の角度である必要はないが、９０°よりも大きく１４０°よりも小さい範囲で適宜設定される。

このような外板補強部材３１は、平坦部分３６を外板２１に当接させた状態で、平坦部分３６において、ウェブ部３３とフランジ部３５の平坦部分３６とがなす角部Ｒ２の近傍、及び屈曲部分３７の近傍にそれぞれ形成されたレーザ溶接部Ｗによって外板２１に対して強固に接合されている。接合状態において、外板２１と外板補強部材３１のチャネル部３４とは断面台形状の中空部Ｓを形成し、これにより鉄道車両用構造部材１１の剛性が確保されている。

以上説明したように、鉄道車両用構造部材１１では、外板補強部材３１のフランジ部３５の先端に屈曲部分３７を形成することにより、接合箇所の剛性を向上できる。このため、複雑な形状の治具によって拘束する必要が無くなり、簡易な方法によって外板補強部材３１に外板２１を当接させることができる。

一方、鉄道車両用構造部材１１では、レーザビームの収束角とフランジ部３５とウェブ部３３とがなす角部Ｒ２の曲率半径とを考慮し、当該角部Ｒ２がなす角度が９０°よりも大きくなっている。このため、レーザビームをフランジ部３５に向けて照射する際に、レーザビームがウェブ部３３或いは角部Ｒ２に干渉することを防止でき、フランジ部３５の平坦部分３６において、角部Ｒ２及び屈曲部分３７の近傍にレーザ溶接部Ｗを形成することが可能となる。これにより、不要な拘束代や溶接代による構造体の重量増加を避けることができる。また、鉄道車両用構造部材１１では、平坦部分３６とウェブ部３３とがなす角度θ１が１４０°よりも小さくなっている。これにより、チャネル部３４の剛性も担保される。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、外板補強部材３１に単一のチャネル部３４を設けているが、図３に示す外板補強部材４１のように、複数のチャネル部３４が外板補強部材３１の幅方向に並列配置されていてもよい。この場合、外板補強部材４１の剛性をより向上させることができる。

また、外板補強部材４１を用いる場合、図４に示すように、外板２１をフランジ部３５の平坦部分３６に当接させると共に、内板６１を頂部３２に当接させ、外板２１と内板６１とによって外板補強部材４１を挟み込むことによって鉄道車両用構造部材５１を形成してもよい。この場合、外板２１と外板補強部材４１のチャネル部３４とによって形成される中空部Ｓ，Ｓに加え、内板６１と外板補強部材４１のチャネル部３４とによって形成される中空部Ｐが中空部Ｓ，Ｓ間に更に形成されるので、鉄道車両用構造部材５１の剛性が一層確保される。

１…鉄道車両、１１，５１…鉄道車両用構造部材、２１…外板、３１，４１…外板補強部材、３２…頂部、３３…ウェブ部、３４…チャネル部、３５…フランジ部、３６…平坦部分、３７…屈曲部分、６１…内板。

Claims (4)

1. 外板とハット型外板補強部材とを含んで構成される鉄道車両用構造部材において、
   前記ハット型外板補強部材は、頂部及びウェブ部によって形成されたチャネル部と、前記チャネル部における幅方向の端部に形成されたフランジ部とを備え、
   前記フランジ部の先端には、前記チャネル部の高さ方向に屈曲する屈曲部分が形成され、前記フランジ部の平坦部分と前記ウェブ部とがなす角度が９０°よりも大きく、
   前記平坦部分と前記屈曲部分とがなす角度が、９０°よりも大きく、１４０°よりも小さいことを特徴とする鉄道車両用構造部材。
2. 前記平坦部分と前記ウェブ部とがなす角度が１４０°よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用構造部材。
3. 複数の前記チャネル部が幅方向に並列配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用構造部材。
4. 前記ハット型外板補強部材を外板及び内板で挟みこむことにより中空構造をなしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の鉄道車両用構造部材。

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