JP5466114B2 - 鉄道車両構体 - Google Patents

Description

本発明は、車体の上壁を構成する屋根構体と側壁を構成する側構体と下壁を構成する台枠と長手方向の端壁を構成する妻構体から成り、屋根構体、側構体、台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板を複数のリブで接続した中空押出形材によって構成され、側構体に設けられた出入口の少なくとも一つが台枠に連結されて車体を支える台車より中央寄りに配置された鉄道車両構体に関する。

鉄道車両構体は、一般に、車体の上壁を構成する屋根構体と側壁を構成する側構体と下壁を構成する台枠と長手方向の端壁を構成する妻構体から成る。近年では、軽量化や製作性の向上を目的として、屋根構体、側構体、台枠等を、対向する２枚の面板と該面板同士を接続する複数のリブから成るアルミニウム合金製の中空押出形材によって構成し、鉄道車両構体に組み立てる手法が広まりつつある。

ここで、側構体には、一般に、乗客が乗降するための出入口が設けられている。近郊車両の出入口は、短時間での乗降を可能にするため、鉄道車両１両あたり２箇所以上設けられており、出入口横幅の寸法も大きい。また、鉄道車両の編成全体に渡って極力均等になるように、各車両の長手方向に見て、その端部近傍に配置される台車よりも中央寄りに配置されることが多い。

このような構成においては、鉄道車両構体は、図７に示すような変形を生じる。主に床下に設置される主変圧器や主変換器等の大型艤装品及び乗客の質量により、車体は、台車２００，２００を支持点として、特に両支持点間の領域で下方向に大きく変形する。とりわけ、大きな開口となる出入口近傍では、変形が集中して生じる。

このような下方向の変形が過大に生じると、走行中の振動が大きくなり、鉄道車両の乗心地が悪化する。このため、強固な出入口フレーム（図７中に９０で示す。）を溶接し、変形が集中して生じる出入口近傍の変形を抑制する方法が採用される（一例として特許文献１参照）。しかし、板厚の厚い出入口フレームを溶接する際に発生する多大な熱によって、鉄道車両構体が大きくひずむといった問題があった。また、出入口以外の部位に補強部材を溶接し、鉄道車両構体全体の変形を抑制する方法も提案されている（一例として特許文献２参照）。しかし、変形の大部分を出入口近傍で生じる近郊車両においては、十分に変形を抑制できないことがあった。

特開２００８−１６８７３２号公報 特開２００６−２９００２７号公報

変形の大部分が出入口近傍で生じる近郊車両に供される鉄道車両構体において、製造過程における溶接によるひずみの発生を防止でき且つ出入口近傍での変形を十分に抑制することに関して、解決すべき課題があった。
本発明の課題は、溶接によるひずみの発生を防止でき且つ出入口近傍での変形を十分に抑制できる鉄道車両構体を提供することである。

上記課題を解決し、上記目的を達成するため、本発明による鉄道車両構体は、屋根構体と側構体と台枠を有する鉄道車両構体であって、前記屋根構体、前記側構体、前記台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板をリブで接続した中空押出形材から構成されており、前記側構体には乗客が乗降するための出入口が設けられており、前記出入口の少なくとも一つが前記台枠に連結されて車体を支持する台車より前記鉄道車両構体の長手方向の中央寄りに配置されている鉄道車両構体において、前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記屋根構体の車内側の前記面板に前記鉄道車両構体の幅方向に延伸する梁状又は板状の補強部材をボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合すること、若しくは、前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記側構体の車内側の前記面板に前記鉄道車両構体の高さ方向に延伸する梁状又は板状の補強部材をボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合すること、若しくは、前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って前記台枠の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する側梁の下部に前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材をボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合すること、若しくは、前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記側構体の前記鉄道車両構体の高さ方向の上端部又は前記屋根構体の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する軒の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材をボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合すること、から成っている。

本鉄道車両構体によれば、鉄道車両構体の出入口近傍に上述した補強部材をボルト又はリベット等の機械的締結手法により屋根構体、側構体、台枠等に対して結合しており、板厚の厚い部材を溶接によって結合していないので、溶接によるひずみの発生を未然に防止できるだけでなく、出入口近傍が強固な構造となって出入口近傍での変形を十分に抑制できる。さらには、締結が容易なボルト又はリベットで補強部材が結合されているので、施工の効率を向上することができる。

図１は、鉄道車両構体の斜視図である。 図２は、図１の鉄道車両構体のＡ−Ａ断面図（縦半分）である。 図３は、図２の側構体と屋根構体のＢ−Ｂ断面図である。 図４は、鉄道車両構体の側梁（図２のＣ部）の拡大図である。 図５は、図１の鉄道車両構体のＡ−Ａ断面図（縦半分）である。 図６は、図５の側構体と屋根構体のＤ−Ｄ断面図である。 図７は、鉄道車両構体の変形を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明による鉄道車両構体の一例を説明する。
図１は、鉄道車両構体の一例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、鉄道車両構体の高さ方向を１００とし、それに直交する幅方向と長手方向をそれぞれ１１０，１２０とする。鉄道車両構体１は、台枠１０の幅方向１１０の両端部に立設された側構体２０，２０（一方のみ図示）と、台枠１０の長手方向１２０の両端部に立設された妻構体３０，３０（一方のみ図示）と、側構体２０，２０と妻構体３０，３０との高さ方向１００の上端部に載置された屋根構体４０から構成されるとともに、長手方向１２０の両端部を台枠１０に連結される台車２００，２００によって支持される。台車２００より長手方向１２０の中央寄りの側構体２０には、乗客が乗降するための出入口５０が設けられる。

側構体２０において、各出入口５０の側方には、高さ方向１００に延伸する側補強５１，５１が設けられる。屋根構体４０において、側補強５１，５１と長手方向１２０の位置が一致する位置には、幅方向１１０に延伸する屋根補強５２，５２が設けられる。側構体２０の高さ方向１００の上端部に位置する軒２１において、各出入口５０の上方には、側補強５１，５１及び屋根補強５２，５２の間に渡って、長手方向１２０に延伸する軒補強５３が設けられる。台枠１０の幅方向１１０の端部に位置する側梁１１において、出入口５０の下方には、側補強５１，５１の間に渡って、長手方向１２０に延伸する側梁補強５４が設けられる。側補強５１，５１、屋根補強５２，５２、軒補強５３、及び側梁補強５４は、それぞれ梁状又は板状の補強部材として設けられている。

図２は、図１に示される鉄道車両構体１の出入口５０の側方における長手方向１２０の垂直断面の縦半分である。側構体２０、屋根構体４０及び台枠１０は、それぞれ、対向する２枚の面板を複数のリブで接続した中空押出形材をその押出方向を長手方向１２０に沿わせて複数本横に並べ、中空押出形材の幅方向（押出方向に交差する方向）の端部同士を突き合せた後、摩擦撹拌接合又は溶融溶接することによって、所定の幅と長さを備えた平板状に組み立てられる。平板状に組み立てられた側構体２０、屋根構体４０及び台枠１０には、出入口５０を含め、所定の位置に開口が備えられる。側構体２０の高さ方向１００の上端部と屋根構体４０の幅方向１１０の端部及び側構体２０の高さ方向１００の下端部と台枠１０の幅方向１１０の端部は、摩擦撹拌接合又は溶融溶接することによって結合され、最終的に６面体の鉄道車両構体１が製作される。構体同士の結合については、摩擦撹拌接合又は溶融溶接に代えて、ボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されることもある。

軒２１には、先述した軒補強５３が、側構体２０及び屋根構体４０の車内側の面板に設けられたレール７０にボルト６０により結合される。レール７０は、側構体２０及び屋根構体４０を構成する中空押出形材と一体で成形されるが、側構体２０及び屋根構体４０に別部材として摩擦撹拌接合、溶融溶接又は機械的締結手法により結合されることもある。軒補強５３は、長手方向の垂直断面がローマ字のＷの形状であり、その両端部の外面とレール７０の外面が一致するように設計される。レール７０にボルト６０を挿入した状態で、軒補強５３に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、車内側からナットを締めつけることにより、側構体２０及び屋根構体４０と軒補強５３を結合する。

図３は、図２の側構体と屋根構体のＢ−Ｂ断面図である。側構体２０には、先述した側補強５１が、側構体２０の車内側の面板に設けられたレール７０にボルト６０により結合される。側補強５１は、その長手方向の垂直断面がハット型であり、その両端部の外面とレール７０の外面が一致するように設計される。側補強５１には、軽量化や配線・配管の容易化を目的として、軽量化穴５５が設けられる。レール７０にボルト６０を挿入した状態で、側補強５１に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、車内側からナットを締めつけることにより、側構体２０と側補強５１を結合する。また、軒補強５３に設けられた穴にボルト６０を挿入した状態で、側補強５１に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、車内側からナットを締めつけることにより、軒補強５３と側補強５１を結合する。

屋根構体４０には、先述した屋根補強５２が、屋根構体４０の車内側の面板に設けられたレール７０にボルト６０により結合される。屋根補強５２は、長手方向の垂直断面がハット型の形状であり、その両端部の外面とレール７０の外面が一致するように設計される。屋根補強５２には、軽量化や配線・配管の容易化を目的として、軽量化穴５５が設けられる。レール７０にボルト６０を挿入した状態で、屋根補強５２に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、車内側からナットを締めつけることにより、屋根構体４０と屋根補強５２を結合する。また、軒補強５３に設けられた穴にボルト６０を挿入した状態で、屋根補強５２に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、車内側からナットを締めつけることにより、軒補強５３と屋根補強５２を結合する。

図４は、鉄道車両構体の側梁（図２のＣ部）の拡大図である。側梁１１には、先述した側梁補強５４が、側梁１１の車内外の面板にボルト６０により結合される。側梁補強５４は、対向する２枚の面板を複数のリブで接続した中空押出形材であり、幅方向１１０の外側及び内側の面板の内面がそれぞれ側梁１１の幅方向１１０の外側及び内側の面板の外面に一致するように設計される。側梁１１の幅方向１１０の内側の面板に設けられたボルト挿入穴６１から側梁１１の幅方向１１０の外側の面板に設けられた穴にボルト６０を挿入した状態で、側梁補強５４の幅方向１１０の外側の面板に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、幅方向１１０の外側からナットを締めつける。また、側梁補強５４の幅方向１１０の外側の面板に設けられたボルト挿入穴６１から側梁補強５４の幅方向１１０の内側の面板に設けられた穴にボルト６０を挿入した状態で、側梁１１の幅方向１１０の内側の面板に設けられた穴にボルト６０を挿入し、スパナ等の締め付け工具を用いて、幅方向１１０の内側からナットを締めつけることにより、側梁１１と側梁補強５４を結合する。

上記の構成においては、出入口近傍が強固な構造となるので、出入口近傍での変形を十分に抑制できる。また、本構成においては、板厚の厚い部材の溶接が発生しないので、溶接によるひずみの発生を防止できる。さらには、取り付け取り外しの容易なボルトで補強が結合されているので、鉄道車両の乗心地が良好でないことが判明した後の補強の取り付けやメンテナンス時の補強の取り外しが可能となる。

図５及び図６は、この発明による別の実施形態を示す図である。
図５は、図１に示される鉄道車両構体１の出入口５０の側方における長手方向１２０の垂直断面の縦半分である。側構体２０、屋根構体４０、台枠１０の構成及び鉄道車両構体１の製作手順は、図２に示した実施例と同様である。

軒２１には、先述した軒補強５３が、側構体２０及び屋根構体４０の車内側の面板にリベット８０により結合される。軒補強５３は、長手方向の垂直断面がローマ字のＷの形状であり、その両端部の外面と側構体２０及び屋根構体４０の車内側の面板の外面が一致するように設計される。側構体２０、屋根構体４０の車内側の面板および軒補強５３に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、車内側からリベット８０をかしめることにより、側構体２０及び屋根構体４０と軒補強５３を結合する。

図６は、図５の側構体と屋根構体のＤ−Ｄ断面図である。側構体２０には、先述した側補強５１が、側構体２０の車内側の面板にリベット８０により結合される。側補強５１は、長手方向の垂直断面がハット型の形状であり、その両端部の外面と側構体２０の車内側の面板の外面が一致するように設計される。側補強５１には、軽量化や配線・配管の容易化を目的として、軽量化穴５５が設けられる。側構体２０の車内側の面板及び側補強５１に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、車内側からリベット８０をかしめることにより、側構体２０と側補強５１を結合する。また、軒補強５３と側補強５１に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、車内側からリベット８０をかしめることにより、軒補強５３と側補強５１を結合する。

屋根構体４０には、先述した屋根補強５２が、屋根構体４０の車内側の面板にリベット８０により結合される。屋根補強５２は、長手方向の垂直断面がハット型の形状であり、その両端部の外面と屋根構体４０の車内側の面板の外面が一致するように設計される。屋根補強５２には、軽量化や配線・配管の容易化を目的として、軽量化穴５５が設けられる。屋根構体４０の車内側の面板及び屋根補強５２に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、車内側からリベット８０をかしめることにより、屋根構体４０と屋根補強５２を結合する。また、軒補強５３と屋根補強５２に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、車内側からリベット８０をかしめることにより、軒補強５３と屋根補強５２を結合する。

側梁１１には、先述した側梁補強５４が、側梁１１の車内外の面板にリベット８０により結合される。側梁補強５４は、対向する２枚の面板を複数のリブで接続した中空押出形材であり、幅方向１１０の外側及び内側の面板の内面がそれぞれ側梁１１の幅方向１１０の外側及び内側の面板の外面に一致するように設計される。側梁１１の幅方向１１０の外側の面板及び側梁補強５４の幅方向１１０の外側の面板に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、幅方向１１０の外側からリベット８０をかしめ、側梁補強５４の幅方向１１０の内側の面板及び側梁１１の幅方向１１０の内側の面板に設けられた穴にリベット８０を挿入し、締結ツールを用いて、幅方向１１０の内側からリベット８０をかしめることにより、側梁１１と側梁補強５４を結合する。

上記の構成においては、出入口近傍が強固な構造となるので、出入口近傍での変形を十分に抑制できる。また、本構成においては、板厚の厚い部材の溶接が発生しないので、溶接によるひずみの発生を防止できる。さらには、締結が容易なリベットで補強が結合されているので、施工の効率を向上することができる。

本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項の記載又は課題を解決するための手段の項の記載に基づいて定められるが、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。

１…鉄道車両構体
１０…台枠 １１…側梁
２０…側構体 ２１…軒
３０…妻構体 ４０…屋根構体
５０…出入口 ５１…側補強
５２…屋根補強 ５３…軒補強
５４…側梁補強 ５５…軽量化穴
６０…ボルト ６１…ボルト挿入穴
７０…レール ８０…リベット
９０…出入口フレーム １００…高さ方向
１１０…幅方向 １２０…長手方向
２００…台車

Claims (6)

1. 屋根構体と側構体と台枠を有する鉄道車両構体であって、前記屋根構体、前記側構体、前記台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板をリブで接続した中空押出形材から構成されており、
   前記側構体には乗客が乗降するための出入口が設けられており、
   前記出入口の少なくとも一つが前記台枠に連結されて車体を支持する台車より前記鉄道車両構体の長手方向の中央寄りに配置されている鉄道車両構体において、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記側構体の前記鉄道車両構体の高さ方向の上端部又は前記屋根構体の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する軒の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されており、
   前記結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記屋根構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の幅方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記軒の車内側の前記面板に結合された前記補強部材と、前記屋根構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材とがボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
2. 屋根構体と側構体と台枠を有する鉄道車両構体であって、前記屋根構体、前記側構体、前記台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板をリブで接続した中空押出形材から構成されており、
   前記側構体には乗客が乗降するための出入口が設けられており、
   前記出入口の少なくとも一つが前記台枠に連結されて車体を支持する台車より前記鉄道車両構体の長手方向の中央寄りに配置されている鉄道車両構体において、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記側構体の前記鉄道車両構体の高さ方向の上端部又は前記屋根構体の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する軒の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されており、
   前記結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記側構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の高さ方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記軒の車内側の前記面板に結合された前記補強部材と、前記側構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材とがボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
3. 屋根構体と側構体と台枠を有する鉄道車両構体であって、前記屋根構体、前記側構体、前記台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板をリブで接続した中空押出形材から構成されており、
   前記側構体には乗客が乗降するための出入口が設けられており、
   前記出入口の少なくとも一つが前記台枠に連結されて車体を支持する台車より前記鉄道車両構体の長手方向の中央寄りに配置されている鉄道車両構体において、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記側構体の前記鉄道車両構体の高さ方向の上端部又は前記屋根構体の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する軒の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されており、
   前記結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記屋根構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の幅方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記側構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の高さ方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記軒の車内側の前記面板に結合された前記補強部材と、前記屋根構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材及び前記側構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材とがボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
4. 屋根構体と側構体と台枠を有する鉄道車両構体であって、前記屋根構体、前記側構体、前記台枠の少なくとも一つが対向する２枚の面板をリブで接続した中空押出形材から構成されており、
   前記側構体には乗客が乗降するための出入口が設けられており、
   前記出入口の少なくとも一つが前記台枠に連結されて車体を支持する台車より前記鉄道車両構体の長手方向の中央寄りに配置されている鉄道車両構体において、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記側構体の前記鉄道車両構体の高さ方向の上端部又は前記屋根構体の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する軒の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されており、
   前記結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記屋根構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の幅方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に相当する位置の前記側構体の車内側の前記面板に、前記鉄道車両構体の高さ方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われており、
   前記軒の車内側の前記面板に結合された前記補強部材と、前記屋根構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材及び前記側構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材とがボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されており、
   前記出入口の前記鉄道車両構体の長手方向の前後に渡って、前記台枠の前記鉄道車両構体の幅方向の端部に位置する側梁の下部に、前記鉄道車両構体の長手方向に延伸する梁状又は板状の補強部材が結合されていて、当該結合はボルト又はリベット等の機械的締結手法により行われていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載された鉄道車両構体において、
   前記屋根構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材又は前記側構体の車内側の前記面板に結合された前記補強部材に複数の穴が設けられていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載された鉄道車両構体において、
   梁状又は板状の前記補強部材が前記屋根構体又は前記側構体の車内側の面板に設けられたレールにボルト又はリベット等の機械的締結手法により結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両構体。

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