JP5685494B2 - 配線・配管モジュールを備える鉄道車両の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の床面をなす台枠の下面に枕梁とそれに交差する中梁とを備えており、当該床下に配線や配管が敷設される車体構造に関する。

近年、鉄道車両用に、押出性、耐食性、溶接性に優れたアルミニウム合金が開発されている。それに伴い、鉄道車両では、軽量化と製作の合理化の面から、アルミニウム合金製の大型形材を有効に活用した車体が、現在主流となっている。

鉄道車両の車体（構体）は、側構体、妻構体、屋根構体及び台枠から構成される。このうち、台枠の下面の車体長手方向の両端部には、相互の車両を繋ぐための連結器を備える中梁と、車体の重量を台車で支えるための枕梁とが設けられる。一般的には、これら中梁と枕梁とを交差して組み合わせ、連結器や台車を介して車体に作用する大荷重を負担できる強度を備えた車体構造が採られている。中梁や枕梁は、寸法の大きなアルミニウム合金製の押出形材であり、同じくアルミニウム合金製の押出形材で構成された台枠の下面に溶接される。

鉄道車両の床下には、電源系、制御系、高圧空気系等の各種の機器がひしめいた状態で取り付けられている。このような状況の下、鉄道車両の床下には、これら機器を結ぶ配線や配管が配置されているが、特に台車周りにおいて、これら配線や配管のためのスペースを十分確保できない。配線や配管をまとめて通す貫通管は、配線や配管のためのスペースを確保するのに有効な手段である。現在は、台車の上方に位置する枕梁に貫通管を設け、この貫通管を通して配線や配管を行っている。このような車体構造の例として、特許文献１の図８、９に示す構造が挙げられる。また、本出願人は、貫通管の代わりに、中梁内のスペースを配線や配管に活用することによって、貫通管の設置に伴った枕梁の強度低下や部品点数の増加等を防止した車体構造を提案している（特許文献１の図１、２参照）。

一方で、車体の製作に要するコストやリードタイムを低減する方法として、配線や配管の組み立てを事前にアウトワークで行う方法や、複数の配線や配管を束ねてモジュール化したものを車体に取り付ける方法が考えられる。例えば、配線においては、機器に挿入するコネクタまでを事前に組み立てることで車体の製作現場における作業を極小化できると共に、複数の配線を束ねてモジュール化することで車体への取り付けを容易にできる。

しかし、これらの方法を床下に適用する場合、台車周りにおいて、配線や配管のためのスペースを十分確保できないことが問題となる。例えば、配線においては、結線用のコネクタが貫通管や中梁内のスペースを通らないため、貫通管や中梁内のスペースに配線を通した後に結線用のコネクタを組み立てる必要があり、配管においては、貫通管や中梁内のスペースに配管を通すために、これらの位置に合わせて配管を適宜屈曲させる必要がある。このため、床下に設置する配線や配管のアウトワークでの組み立てや、配線・配管モジュールの床下への取り付けは困難であり、車体の製作に要するコストやリードタイムを十分低減できない状態にあった。

特開２００９−２５５６４１号公報

そこで、床下に配線や配管が敷設される車体構造において、台車周りにおける配線や配管のためのスペースを十分確保すること、及びそうした車体構造の製作に関して、解決すべき課題がある。
本発明の目的は、台車周りにおける配線や配管のためのスペースを十分確保し、床下に設置する配線や配管のアウトワークでの組み立てや、配線・配管モジュールの床下への取り付けを可能とすることで、車体の製作に要するコストやリードタイムを低減できる車体構造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、本発明による車体構造は、車体幅方向の両端部において車体長手方向に延びて設けられた側梁と、車体幅方向に延びて設けられた枕梁と、前記枕梁と交差し且つ車体端部側に向かって車体長手方向に延びて設けられた中梁とを結合した台枠を備えており、前記側梁及び前記中梁の下面又は側面に前記枕梁が結合され、前記側梁の下面と前記中梁の下面は、前記台枠の下面から車体の上下方向に同一の距離だけ離れた位置に配置され、前記側梁の下面と前記中梁の下面に締結される、前記枕梁の板状部材により空間を形成し、該空間に配線や配管を束ねたモジュール構造が通されていること、を特徴とする。

本車体構造によれば、台車周りにおける配線や配管のためのスペースを十分確保でき、床下に設置する配線や配管のアウトワークでの組み立てや、当該スペースを利用して配線・配管モジュールの床下への取り付けが可能となるので、車体の製作に要するコストやリードタイムを低減できる。

図１は、本発明による車体構造の一実施形態を示す底面斜視図である。 図２は、図１に示す車体構造のＡ部拡大斜視図である。 図３は、枕梁を台枠側から見た斜視図である。 図４は、配線・配管取り付け前の台枠の図である。 図５は、配線・配管取り付け後の台枠の図である。 図６は、枕梁取り付け後の台枠の図である。 図７は、図６に示す枕梁取り付け後の台枠のＢ−Ｂ断面図である。 図８は、本発明による車体構造の他の実施形態を示すＡ部拡大斜視図である。

以下、図面を参照して本発明による車体構造及びその製作方法の一例を説明する。
図１はこの発明による車体構造の一実施形態を示す底面斜視図（車体を台車側から見た斜視図）、図２は図１に示す車体構造のＡ部を拡大して示す斜視図、図３は枕梁を台枠側から見た斜視図である。

図１〜図３に示す車体構造において、車体１は、台枠１０の幅方向の両端部に立設される側構体２０，２０（一方のみ図示）と、台枠１０の長手方向の両端部に立設される妻構体３０，３０と、側構体２０，２０と妻構体３０，３０の上端部に載置される屋根構体４０から構成される。台枠１０の幅方向の両端部には側構体２０，２０と結合するための側梁１１，１１が設けられ、台枠１０の長手方向の両端部には妻構体３０，３０と結合するための端梁１２，１２が設けられる。

端梁１２，１２の幅方向の中央寄りには、当該車体１と前後の車体を繋ぐための連結器（図示せず）を備える連結器受１３，１３が設けられ、端梁１２，１２の後方（台枠１０の長手方向の中央寄り）には台枠１０の長手方向に延伸する中梁１４，１４が配置される。端梁１２，１２から台枠１０の長手方向の中央寄りに所定の距離だけ離れた位置には、台枠１０の幅方向に延伸する枕梁１５，１５が設けられる。枕梁１５，１５は、中梁１４，１４と結合されると共に、空気ばね受１６，１６と中心ピン受１７，１７の位置において台車（図示せず）と結合される。

側構体２０，２０には、乗客の乗降を可能にするための出入口２１，２１，２１と複数の窓が存在する。車体の端部寄りに配置される２枚の出入口２１，２１の側構体２０の長手方向の位置は、枕梁１５，１５の台枠１０の長手方向の位置と近接している。

台枠１０、側構体２０、屋根構体４０は、アルミニウム合金製の複数の中空押出形材を車体の長手方向に沿って並べ、隣接する中空押出形材の幅方向の端部同士を接合することにより構成される。妻構体３０は、アルミニウム合金製の板状部材と梁状部材を接合することにより構成される。側梁１１は、車体の長手方向に沿ったアルミニウム合金製の中空押出形材であり、台枠１０の幅方向の両端部に接合される。端梁１２は、アルミニウム合金製の板状部材と梁状部材を接合することにより構成され、台枠１０の長手方向の両端部に接合される。側梁１１と側構体２０及び側構体２０と屋根構体４０の結合は、ボルトやリベット等の機械的締結手段により行われる。妻構体３０と端梁１２、側構体２０、屋根構体４０との結合は、ボルトやリベット等の機械的締結手段により行われる。

中梁１４は、車体の長手方向に沿ったアルミニウム合金製のＩ型断面状（ローマ字のＨを９０度倒した形状；図７参照）の押出形材であり、台枠１０の下面と端梁１２の後方（台枠１０の長手方向の中央寄り）に接合される。中梁１４の断面形状は、例えば、Ｕ字形等、Ｉ型でなくても良い。なお、端梁１２、中梁１４は、鋼製の場合もあり、その場合、台枠１０との結合は、ボルトやリベット等の機械的締結手段により行われる。端梁１２と中梁１４の結合は、各々が同一材料の場合は接合、異種材料の場合はボルトやリベット等の機械的締結手段により行われる。ただし、車体の長手方向に長く延びる中梁１４を鋼製とした場合、台枠１０との結合を機械的締結手段により行うための平面度の管理が難しくなる上、質量も大きく増加する。故に、車体の製作管理、軽量化等の観点からは、アルミニウム合金製の中梁１４を台枠１０に接合した方が良いと考えられる。

枕梁１５は、鋼製の板状部材５１に鋼製の梁状部材である幅方向梁５２，５３、長手方向梁５４，５５を接合することにより構成される。板状部材５１は、１枚の板材から削り出しても良く、複数の板材を接合することで構成しても良い。台車側の部品である空気ばねと中心ピンを結合する空気ばね受１６、中心ピン受１７は、精度良く台車と結合できるよう、台車側の部品の形状に合わせて平滑に仕上げている。また、板状部材５１は、側梁１１、中梁１４の位置において、台枠１０の長手方向両側に突出している。側梁１１の位置における両突出部の端部間の台枠１０の長手方向の距離Ｗ１は、枕梁１５に近接して配置された出入口２１の幅Ｗ２よりも大きい。板状部材５１は、側梁１１の位置におけるボルト締結部５６（一部のみ符号で示す）において側梁１１の下面に、また中梁１４の位置におけるボルト締結部５７（一部のみ符号で示す）において中梁１４の下面にボルト締結される。ボルト締結部５６，５７の台枠１０の長手方向の締結間隔は、前記突出部の端部において小さくなっている。なお、側梁１１の下面と中梁１４の下面は、台枠１０の下面から車体の上下方向に同一の距離だけ離れているので、板状部材５１は台枠１０と略平行な状態で存在し、台枠１０の下面と板状部材５１の上面の間に十分な空間が存在している。

板状部材５１の下面には、空気ばね受１６、中心ピン受１７と干渉しない位置において、幅方向梁５２が接合される。板状部材５１の上面には、板状部材５１の下面に接合された幅方向梁５２の背面に近接した位置において幅方向梁５３が接合され、その両端部において長手方向梁５４と接合される。また、空気ばね受１６、中心ピン受１７の背面の位置において複数の長手方向梁５５が接合され、その両端部において幅方向梁５３と接合される。板状部材５１の上面に接合される幅方向梁５３、長手方向梁５４，５５の車体の上下方向の高さは、台枠１０の下面と板状部材５１の上面の間の距離より小さい。

台枠１０の下面には、車体の長手方向に沿って、複数の配線や配管を束ねた配線・配管モジュール６０が結合される。配線・配管モジュール６０の台枠１０の下面への結合方法は、ネジ、ボルト、接着等、配線・配管モジュール６０の形態、材質等に合わせて、適切な方法が選択される。各々の機器に結合される配線や配管は、各々の機器の近傍で配線・配管モジュール６０から分岐される。台車周りにおいて、配線・配管モジュール６０は、台枠１０の下面と枕梁１５の板状部材５１の上面の間の空間を通っている。したがって、板状部材５１の上面に接合される幅方向梁５３の車体の上下方向の高さは、配線・配管モジュール６０が台枠１０の下面に通る程度に抑えられる。また、配線・配管モジュール６０は、板状部材５１の上面に接合される長手方向梁５４，５５と干渉しない位置に通される。

以下、この実施形態における配線・配管の車体への取り付け手順を説明する。図４に、配線・配管を取り付ける前の台枠の図（台枠の下面を上方から見た図）を示す。台枠１０は、図に示す状態（台枠の下面が上方を向いた状態）で定盤（図示せず）に載せられており、幅方向の両端部に側梁１１，１１が、長手方向の両端部に端梁１２，１２が、さらに各端梁１２の後方（台枠１０の長手方向の中央寄り）に中梁１４，１４がそれぞれ接合されている。この状態において、中梁１４と干渉しない位置において、台枠１０の下面（図では上方）に配線・配管モジュール６０を取り付ける。

図５に、配線・配管を取り付けた後の台枠の図（台枠の下面を上方から見た図）を示す。この状態において、枕梁１５を側梁１１と中梁１４の下面（図では上方）にボルト締結する。この際、枕梁１５の梁状部材と配線・配管モジュール６０が干渉しないよう、あらかじめ配線・配管モジュール６０の位置を調整しておく。図６に枕梁を取り付けた後の台枠の図（台枠の下面を上方から見た図）、図７に図６におけるＢ−Ｂ断面図を示す。枕梁１５の車体の幅方向の両端部に配置された長手方向梁５４、空気ばね受１６及び中心ピン受１７の背面に配置された長手方向梁５５、中梁１４、並びに配線・配管モジュール６０の車体の幅方向の位置は、全て異なっており、互いに干渉することはない。この後、側梁１１と側構体２０及び側構体２０と屋根構体４０をボルトやリベット等の機械的締結手段で結合した後、妻構体３０と端梁１２、側構体２０、屋根構体４０をボルトやリベット等の機械的締結手段で締結する。以上の手順により製作された車体構造が、図１に示した車体構造となる。

かかる構成においては、台枠１０の下面と枕梁１５の上面の間の広い空間を利用して配線や配管を通すことができ、結線用のコネクタの事前の組み立てや配管の直線化も可能となるので、配線や配管の組み立てを事前にアウトワークで行うことで車体の製作現場における作業を極小化できると共に、複数の配線や配管を束ねてモジュール化することで配線や配管の車体への取り付けを容易にできる。さらに、配線・配管モジュール６０を取り付けた後の車体の製作は、ボルトやリベット等の機械的締結手段により行われるので、接合時の熱の影響による配線や配管の破損を防止できる。故に、台枠１０の状態での下向き作業による配線や配管の取り付けが可能となる。以上により、車体の製作に要するコストやリードタイムを短縮できる。

枕梁１５の主要部材が板状部材５１である本構成においては、枕梁１５の強度不足が懸念されるが、幅方向、長手方向の梁状部材５２〜５５が台車から作用する左右方向や前後方向の荷重を負担すると共に、材料を強度の高い鋼とすることにより、連結器から作用する荷重等の運用時に作用する様々な荷重に対して十分な強度を確保している。また、集中して荷重が流れるボルト締結部においては、突出部を設けることによりボルト本数を増加すると共に、特に荷重の集中する突出部のボルトの締結間隔を縮小することで、当該部位を強化している。合わせて、出入口２１が枕梁１５の近傍に位置する本実施形態では、側梁１１の位置における枕梁１５の突出部間の距離Ｗ１を出入口２１の幅Ｗ２より大きくすることにより、ボルト締結部を流れる荷重を確実に側構体に伝達するようにしている。

ここで、本実施形態においては、枕梁１５が鋼製であったが、アルミニウム合金製であっても、同様の効果を発揮するものである。この場合、枕梁１５の板状部材５１の板厚を大きくする必要があり、配線や配管のための空間が縮小されるが、枕梁１５を軽量化できる可能性がある。また、この場合、同一材料となる側梁１１、中梁１４と枕梁の結合を接合で行うことができる。ただし、接合時の熱の影響により配線や配管が破損しないよう、施工時には十分に注意する必要がある。
また、本実施形態においては、側梁１１、中梁１４と枕梁１５の結合をボルトで行っていたが、リベットで行っても同様の効果を発揮するものである。この場合、枕梁１５の再締結が困難となるが、作業時間を短縮できる可能性がある。
さらに、本実施形態においては、側梁１１と中梁１４の下面に枕梁１５を結合していたが、側梁１１と中梁１４の側面に枕梁１５を結合しても、同様の効果を発揮するものである。この場合、枕梁１５を分割して構成する必要があるので、製作に手間を要するが、中梁１４の高さを大きくできるので、強度的に有利となる。

図８は、この発明による車体構造の他の実施形態を示すＡ部を拡大して示す斜視図（図１参照）である。
枕梁１５の構造を除く車体構造及び配線・配管の車体への取り付け手順は、図１〜７に示した実施形態と同様であり、それらの構成、材質、手順等についての説明は省略する。また、本実施形態を示す図や説明に用いる既出の符号については、図１〜７に示した実施形態と同一である。

枕梁１５は、アルミニウム合金製の下面板状部材７１と上面板状部材７２とそれらを接続する複数のリブ７３（一部のみ符号で示す）より成る複合構造体であり、複数の押出形材と板材を接合することにより構成される。台車側の部品である空気ばねと中心ピンを結合する空気ばね受１６、中心ピン受１７は、精度良く台車と結合できるよう、台車側の部品の形状に合わせて平滑に仕上げている。また、枕梁１５は、側梁１１、中梁１４の位置において、台枠１０の長手方向両側に突出している。側梁１１の位置における突出部の端部間の台枠１０の長手方向の距離Ｗ１は、枕梁１５に近接して配置された出入口２１の幅Ｗ２よりも大きい。上面板状部材７２は、側梁１１の位置におけるボルト締結部５６（一部のみ符号で示す）において側梁１１の下面に、また中梁１４の位置におけるボルト締結部５７（一部のみ符号で示す）において中梁１４の下面にボルト締結される。中梁１４の位置における前記突出部を除いたボルト締結部５７においては、下面板状部材７１に形成したボルト締結用穴７４を介して、上面板状部材７２と中梁１４の下面がボルト締結される。ボルト締結部５６，５７の台枠１０の長手方向の締結間隔は、前記突出部の端部において小さくなっている。なお、側梁１１と中梁１４の下面は、台枠１０の下面から車体の上下方向に同一の距離だけ離れているので、枕梁１５は台枠１０と略平行な状態で存在し、台枠１０の下面と上面板状部材７２の上面の間に十分な空間が存在している。

台枠１０の下面には、車体の長手方向に沿って、複数の配線や配管を束ねた配線・配管モジュール６０が結合される。配線・配管モジュール６０の台枠１０の下面への結合方法は、ネジ、ボルト、接着等、配線・配管モジュール６０の形態、材質等に合わせて、適切な方法が選択される。各々の機器に結合される配線や配管は、各々の機器の近傍で配線・配管モジュール６０から分岐される。台車周りにおいて、配線・配管モジュール６０は、台枠１０の下面と枕梁１５の上面板状部材７２の上面の間の空間を通っている。

かかる構成においては、台枠１０の下面と枕梁１５の上面の間の広い空間を利用して配線や配管を通すことができ、結線用のコネクタの事前の組み立てや配管の直線化も可能となるので、配線や配管の組み立てを事前にアウトワークで行うことで車体の製作現場における作業を極小化できると共に、複数の配線や配管を束ねてモジュール化することで配線や配管の車体への取り付けを容易にできる。さらに、配線・配管モジュール６０を取り付けた後の車体の製作は、ボルトやリベット等の機械的締結手段により行われるので、接合時の熱の影響による配線や配管の破損を防止できる。故に、台枠１０の状態での下向き作業による配線や配管の取り付けが可能となる。以上により、車体の製作に要するコストやリードタイムを短縮できる。

本構成においては、枕梁１５を複合構造体としているので、アルミニウム合金を材料に用いた場合でも、台車や連結器から作用する荷重等の運用時に作用する様々な荷重に対して十分な強度を確保できる。一方で、枕梁１５の高さが大きくなるので、中梁１４の高さが縮小されると共に、配線・配管のための空間が縮小される。また、集中して荷重が流れるボルト締結部においては、突出部を設けることによりボルト本数を増加すると共に、特に荷重の集中する突出部のボルトの締結間隔を縮小することで、当該部位を強化している。合わせて、出入口２１が枕梁１５の近傍に位置する本実施形態では、側梁１１の位置における枕梁１５の突出部間の距離Ｗ１を出入口２１の幅Ｗ２より大きくすることにより、ボルト締結部を流れる荷重を確実に側構体に伝達するようにしている。

本実施形態においては、枕梁１５がアルミニウム合金製であったが、鋼製であっても、同様の効果を発揮するものである。この場合、枕梁１５の質量は増加するが、強度が高いため、枕梁１５の高さを小さくでき、配線や配管のための空間を拡張できる可能性がある。
また、本実施形態においては、側梁１１、中梁１４と枕梁１５の結合をボルトで行っていたが、接合やリベットで行っても同様の効果を発揮するものである。接合の場合、結合部の信頼性は高くなるが、接合時の熱の影響により配線や配管が破損しないよう、施工時には十分に注意する必要がある。リベットの場合、枕梁１５の再締結が困難となるが、作業時間を短縮できる可能性がある。
さらに、本実施形態においては、側梁１１と中梁１４の下面に枕梁１５を結合していたが、側梁１１と中梁１４の側面に枕梁１５を結合しても、同様の効果を発揮するものである。この場合、枕梁１５を分割して構成する必要があるので、製作に手間を要するが、中梁１４の高さを大きくできるので、強度的に有利となる。
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…車体
１０…台枠 １１…側梁
１２…端梁 １３…連結器受
１４…中梁 １５…枕梁
１６…空気ばね受 １７…中心ピン受
２０…側構体 ２１…出入口
３０…妻構体 ４０…屋根構体
５１…板状部材
５２，５３…幅方向梁
５４，５５…長手方向梁
５６，５７…ボルト締結部
６０…配線・配管モジュール
７１…下面板状部材 ７２…上面板状部材
７３…リブ ７４…ボルト締結用穴

Claims (7)

1. 車体幅方向の両端部において車体長手方向に延びて設けられた側梁と、車体幅方向に延びて設けられた枕梁と、前記枕梁と交差し且つ車体端部側に向かって車体長手方向に延びて設けられた中梁とを結合した台枠を備える車体構造において、
   前記側梁及び前記中梁の下面又は側面に前記枕梁が結合され、
   前記側梁の下面と前記中梁の下面は、前記台枠の下面から車体の上下方向に同一の距離だけ離れた位置に配置され、前記側梁の下面と前記中梁の下面に締結される、前記枕梁の板状部材により空間を形成し、該空間に配線や配管を束ねたモジュール構造が通されていること、
   を特徴とする車体構造。
2. 請求項１に記載された車体構造において、
   前記中梁は、アルミニウム合金製であり、前記台枠に接合されていること、
   を特徴とする車体構造。
3. 請求項１に記載された車体構造において、
   前記枕梁は、車体幅方向に延伸する板状部材と車体幅方向又は車体長手方向又は両方向に延伸する複数の梁状部材から構成されていること、
   を特徴とする車体構造。
4. 請求項１に記載された車体構造において、
   前記枕梁は、前記側梁及び前記中梁の下面又は側面に機械的締結手段で締結されていること、
   を特徴とする車体構造。
5. 請求項４に記載された車体構造において、
   前記側梁及び前記中梁に締結される部位の前記枕梁の車体長手方向の両端部における締結間隔は、前記両端部の間における締結間隔より小さいこと、
   を特徴とする車体構造。
6. 請求項１に記載された車体構造において、
   前記枕梁は、前記側梁及び前記中梁に結合される部位の車体長手方向の長さがその他の部位の車体長手方向の長さより長いこと、
   を特徴とする車体構造。
7. 請求項１に記載された車体構造において、
   前記枕梁は、鋼製であること、
   を特徴とする車体構造。

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