JP6082436B2 - 耐熱床を備えた鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に関し、特に耐熱床を備えた鉄道車両に関する。

鉄道車両の床には、床下の火災を考慮して、所定の耐熱性（耐火性）が求められることがある。例えば、耐火規格の一つとして、アメリカの耐火規格ＡＳＴＭ（American Standard Test Method）Ｅ−１１９がある。ＡＳＴＭＥ−１１９では、試験体（床）に下面から所定時間熱を加え続け、上面における温度上昇が一定以下であること等、いくつかの規定が設けられている。かかる規格を考慮した鉄道車両の床構造が、例えば、特許文献１においては提案されている。つまり、特許文献１に記載の床構造は、上層と、中層と、下層とからなり、下層と中層との間に断熱材の層が設けられている。かかる床構造によれば、断熱材の層が設けられているため、床の断熱効果を高めることができる（特許文献１の２頁左下欄の６行目以降参照）。

通常、断熱層の厚みを大きくすれば、耐熱性を向上させることができる。しかし、断熱層を厚くしすぎると床下の空間が狭くなり、床下のケーブルや機器などを配置するためのスペースを確保できなくなる場合も生じる。そこで、特許文献２では、床下に配置する機器等の配設スペースを圧迫することなく、従来と同様の耐火機能を持たせることを目的としたリニアモータ車両の床構造が提案されている。この床構造は、板状の膨張型断熱材が床板の下面を覆うように配置され、かつ、側梁、横梁、及び中梁の各表面を覆うように配置されている（例えば特許文献２の図４参照）。上記の膨張型断熱材は、炎の熱によって膨張して断熱層を形成することになり、床板の上面の温度上昇を抑えることができ、また、従来の板状の断熱材に比べて板厚が薄いため、ケーブル等の配設スペースを圧迫することもないと説明されている（特許文献２の段落００１６参照）。

特開昭６２−１８９２５１号公報 特開２００９−１９６５３１号公報

特許文献１の床構造は、床の断熱効果を高めることができるものの、構造が複雑であるとともに、当該床構造を採用した車両の重量が増大するという問題がある。さらに、当該床構造を採用すると、床の厚みが増大するため、床下におけるケーブル等の配設スペースが圧迫されるという問題がある。

また、特許文献２の床構造は、ケーブル等の配設スペースが圧迫されるのを抑制できるものの、十分な耐熱性能が得られないという問題がある。すなわち、特許文献２で用いられている膨張型断熱材は、膨張して断熱層を形成することを主な目的としているため、吸熱量が比較的小さいうえに、比較的低い温度である１００〜１５０°Ｃから膨張し始めて早々に膨張を終える。そのため、特許文献２の床構造では、次第に温度が上昇していく過程で十分に熱を吸収することができず、十分な耐熱性能が得られないという問題が生じるのである。

そこで、本発明は、簡易な構造で、かつ、耐熱性の高い耐熱床を備えた鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明のある形態に係る鉄道車両は、床板と、前記床板の下方に設けられ、熱を吸収する吸熱層と、前記吸熱層を下方から支持する支持板と、を有し、前記支持板は、前記吸熱層に接触する接触部と、前記接触部から車両幅方向に連続して形成され、前記吸熱層に対して下方に離間し、車両長手方向に延在する離間部と、を含む耐熱床を備える。かかる構成によれば、耐熱床の下面から熱が加えられた場合、吸熱層のうち、支持板に接触する部分は比較的早い段階で熱を吸収し始め、支持板から離間した部分は比較的遅い段階で熱を吸収し始める。このように、吸熱層の部分ごとに吸熱の開始時間をずらすことにより、吸熱層全体として長い時間熱を吸収し続けることができる。

本発明によれば、簡易な構造で、かつ、耐熱性の高い耐熱床を備えた鉄道車両を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る耐熱床の断面斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る耐熱床の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る変形例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る吸熱層の膨張の状況を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る耐熱床の断面斜視図である。

以下、本発明に係る鉄道車両の耐熱床の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
はじめに、図１から図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る鉄道車両１００について説明する。図１は、本実施形態に係る鉄道車両１００が備える耐熱床１０の断面斜視図である。なお、図１の紙面手前（断面が表れている側）から奥に向かう方向が鉄道車両１００の長手方向である。以下では、鉄道車両１００の長手方向を単に「長手方向」と称し、また、鉄道車両１００の幅方向を単に「幅方向」と称して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る鉄道車両１００は、耐熱床１０を備えている。

＜耐熱床の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態に係る耐熱床１０の構成について説明する。図１に示すように、耐熱床１０は、鉄道車両１００の床面を構成する部材であって、横梁７０に支えられているとともに、側梁８０に固定されている。そして、耐熱床１０は、支持板２０と、表面シート３０と、床板４０と、熱分散層５０と、吸熱層６０と、を有している。以下、これらの各構成要素について順に説明する。

支持板２０は、吸熱層６０を下方から支持する部材である。支持板２０は、ステンレス鋼などの金属によって形成されている。図１に示すように、支持板２０には、吸熱層６０に接触する接触部２１と、吸熱層６０から下方に離間する離間部２２と、が含まれる。接触部２１は、平板状に形成されており、長手方向に延びている。各接触部２１は、同一平面上に配置されている。また、離間部２２は、断面がＵ字状に形成されており、長手方向に延びている。接触部２１と離間部２２とは幅方向において交互に連続して配置されており、そのため支持板２０は全体として波状に形成されている。つまり、支持板２０は、いわゆるコルゲート構造（corrugated structure）を有している。より厳密には、支持板２０は、例えば、断面視において下方に向かうに従って幅が広くなるように形成されている。つまり、支持板２０は、いわゆるキーストン構造（keystone structure）を有している。支持板２０がこのようなキーストン構造を有することにより、離間部２２が梁（補強部材）の役割を果たし、支持板２０の強度を向上させることができ、ひいては耐熱床１０の強度を向上させることができる。

表面シート３０は、耐熱床１０に積層された各部材のうち、最も上面側に位置する部材である。表面シート３０は、例えばゴム製のシートであり、乗客が歩くこと等により生じる耐熱床１０への衝撃を和らげることができる。また、表面シート３０は、床下に配置された機器から発せられる騒音が客室側に伝わりにくくすることもできる。さらに、後述するように床板４０にはスクリュ４１が取り付けられているが、スクリュ４１によって床板４０上に生じる凹凸を耐熱床１０の表面に表れないようにすることができる。なお、表面シート３０は、ゴム製のシートに限られず、これに代えて塩化ビニル樹脂製シート、オレフィン系樹脂製シート、カーペット等、鉄道車両において一般的に用いられる敷材を適用することができる。

床板４０は、耐熱床１０の剛性を確保するための部材であり、いわゆる基材である。本実施形態に係る床板４０は、合成樹脂の発泡材によって形成されている。床板４０は、表面シート３０の下方に位置しており、耐熱床１０に積層された各部材のうち最も大きな厚みを有している。なお、床板４０を形成する材料は、合成樹脂の発泡材に限られず、これに代えて木材や、軽合金製ハニカム材など、床板に使用されている周知の材料を適用しても良い。

熱分散層５０は、面方向に熱を分散させるための層である。図１に示すように、熱分散層５０は、床板４０と吸熱層６０の間に位置している。熱分散層５０は、断熱材によって形成されている。熱分散層５０を形成する断熱材は、特に限定されないが、グラスウール又はセラミックウールなどを用いることができる。上記のとおり熱分散層５０は、断熱材によって形成されているため、熱を分散させる効果だけでなく、断熱効果も有している。なお、後述する吸熱層６０に含まれる「吸熱材」と熱分散層５０を形成する「断熱材」の違いを簡単に説明すると、吸熱材は熱を吸収する吸熱反応を行う材料であるのに対し、断熱材は熱を吸収することはなく単に熱が伝わりにくい材料であるという点で両者は相違する。

吸熱層６０は、熱を吸収するための層である。図１に示すように、吸熱層６０は、支持板２０によって支持されている。吸熱層６０は、セラミックウールの内部に吸熱材を散点させることにより形成されている。本実施形態では、吸熱材として熱膨張材であるバーミキュライトを使用している。本実施形態に係る吸熱層６０は、吸熱材（バーミキュライト）が熱膨張するのに伴って全体も膨張する。また、吸熱層６０に使用する吸熱材は、バーミキュライト以外の部材でもよいが、吸熱の開始温度が３５０〜５５０°Ｃであることが望ましい。あまり低い温度で吸熱し始めると、吸熱材としての機能を十分に発揮できないからである。吸熱層６０としては、例えば住友スリーエム株式会社の耐熱・断熱材料Ｍ２０Ａなどが使用可能である。

また、本実施形態では、吸熱層６０のうち支持板２０に接触する部分の面積は、吸熱層６０の全体の面積の少なくとも２割程度となるように構成されている。ただし、吸熱層６０を構成する吸熱材の特性等に応じて、全体のうち支持板２０に接触する部分が占める面積の割合を変更してもよい。例えば、割合を５割程度としてもよく、熱が伝わるのが早い部分と遅い部分を同じ割合にすることもできる。さらに、吸熱層６０と支持板２０の離間部２２との間には閉空間が形成され空洞となっている。つまり、それらの間には空気層が形成されている。

＜耐熱床の固定構造＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る耐熱床１０の固定構造について説明する。図２は、本実施形態に係る耐熱床１０の端部における拡大断面図である。上述のとおり、耐熱床１０は、横梁７０に支えられており、側梁８０に固定されている。

ここで、横梁７０と側梁８０について簡単に説明する。横梁７０は、幅方向に延びて、鉄道車両１００の構体（車体の強度を担う部分）の一部を構成している。この横梁７０は、耐熱床１０に接する水平な板状の上面部７１と、上面部７１に連結されて鉛直な板状の側面部７２と、側面部７２に連結されて上面部７１に対向する水平な板状の下面部７３と、から主に構成されている。また、側梁８０は、長手方向に延びて、鉄道車両１００の構体の一部を構成している。この側梁８０は、上方に位置する水平な板状の上面部８１と、上面部８１に連結されて鉛直な板状の側面部８２と、側面部８２に連結されて上面部８１に対向する水平な板状の下面部８３と、から主に構成されている。側梁８０は幅方向内側に開口しており、側梁８０の内側に横梁７０の端部が挿入されている。なお、本実施形態では、側梁８０上面部８１は下面部８３に比べて幅広に形成されている。側梁８０と横梁７０とは、溶接等により固定されている。また、側梁８０の側面部８２の外側には、鉄道車両１００の側構体９０が固定されている。

本実施形態では、あらかじめ耐熱床１０を形成し、その後に耐熱床１０全体を一括して側梁８０に固定しているわけではない。つまり、本実施形態では、耐熱床１０の各構成要素を支持板２０から順に横梁７０及び側梁８０上に積層し固定することで、最終的に耐熱床１０全体を側梁８０に固定しているのである。まず、支持板２０に関しては、その端部（図２では、紙面左端側）付近が側梁８０に直接固定されている。具体的には、支持板２０の端部付近は平板状に形成されており、離間部２２の底面部分２３よりも側梁８０の厚み分だけ上方に位置している。そして、この支持板２０の端部付近が、溶接等により側梁８０に固定されている。

また、熱分散層５０および吸熱層６０に関しては、支持板２０と床板４０とによって挟まれることで固定されている。なお、熱分散層５０および吸熱層６０の端縁は、台部材９１又はライナー９２にまで延びて止まっている。この台部材９１は、断面Ｌ字状の形状を有しており、側梁８０の上面部８１と仕切部材９３とを橋渡すようにしてこれらに固定されている部材である。また、ライナー９２は、長手方向に延びる棒状の部材であって、台部材９１に載置されている。さらに、このライナー９２は、その上面と熱分散層５０の上面とが同一平面上に位置するように厚みが設定されている。

また、床板４０に関しては、その端部がライナー９２に載置されている。この床板４０の端部には貫通孔が形成されている。さらに、床板４０の貫通孔に対応して、ライナー９２にも貫通孔が形成されているとともに、台部材９１にはねじ孔が形成されている。そして、スクリュ４１が、床板４０及びライナー９２に形成された貫通孔を通って、台部材９１に形成されたねじ孔にねじ込まれている。これにより、床板４０は台部材９１（側梁８０）に固定される。

最後に、表面シート３０に関しては、床板４０の上面からスクリュ４１を覆うようにして敷かれる。ただし、本実施形態では耐熱床１０の幅方向外側に仕切部材９３が設けられている。仕切部材９３は、鉛直な板状の部材であって、側梁８０の上面部８１に固定され、長手方向に延びている。そして、この仕切部材９３と床板４０の間、及び仕切部材９３と表面シート３０との間にシール部材９４が挿入されている。これにより、床板４０および表面シート３０が幅方向に移動するのを防止することができる。

以上が、耐熱床１０の固定構造の説明である。なお、以上では、床板４０と支持板２０とをスクリュ４１によって固定する場合について説明したが、これに限られず、各層を接着により取り付けたり、両面テープ等を用いて取り付けたりすることで、耐熱床１０を固定してもよい。

＜変形例＞
本実施形態では、図２に示すような構成で耐熱床１０を固定したが、これに代えて図３に示すような構成で耐熱床１０を固定してもよい。図３は、図２で示した構成の変形例を示した図である。図３に示すように、変形例では、図２の場合に比べて横梁７０の鉛直方向の寸法（高さ）が小さく形成されている。また、側梁８０の上面部８１には、横梁７０の上面部７１と接するように、他の部分よりも下方に位置する段差部８４が形成されている。そして、図２と図３を比較すれば理解できるように、上面部８１のうち段差部８４以外の部分は図２の台部材９１の役割を果たしており、そのため変形例では台部材９１は設けられていない。つまり、図３に示す変形例では、図２の場合に比べ、台部材９１の高さ方向の寸法分だけ耐熱床１０の設置位置が下がる構成となっている。以上のような構成を備えた変形例によれば、耐熱床１０の設置位置が低くなる分、鉄道車両１００の居住空間をより広く確保することができる。

＜耐熱床の作用＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係る耐熱床１０の下面に熱を加えたときの作用について説明する。図４は、本実施形態に係る吸熱層６０の膨張の状況を示した図である。耐熱床１０の下面から徐々に熱を加えていくと、支持板２０は全体的にほぼ一律に温度が上昇してゆく。その後、支持板２０からの熱が伝わって吸熱層６０の温度が上昇する。このとき、吸熱層６０のうち、支持板２０に接する接触部２１が、離間部２２よりも早く温度が上昇する。上述したように、吸熱層６０と離間部２２の間には空気層が存在し、支持板２０のうち、離間部２２は接触部２１よりも熱が伝わりにくいからである。そのため、吸熱層６０のうち支持板２０に接する部分がはじめに吸熱して膨張し、支持板２０に接していない部分が遅れて吸熱して膨張する。

このように、本実施形態に係る耐熱床１０によれば、吸熱層６０は全体が同時に吸熱し始めるのではなく、部分ごとに吸熱の開始に時間差が生じるため、全体として熱を吸収する時間が長く、温度上昇の速度を小さくすることができる。さらに、吸熱層６０のうち膨張した部分は、図４の二点鎖線で示すように、当初の吸熱層６０と離間部２２との間の空間に徐々に広がり、その後断熱層として機能する。そのため、吸熱層６０は、吸熱が終わった後も熱が上面側に伝わるのを抑え、引き続き耐熱床１０の上面側の温度上昇を抑えるのに役立つ。なお、本実施形態では、断面視において離間部２２の幅が下方に向かうに従って広くなるように形成されているため、離間部２２の幅が下方に広がらないように形成されている場合に比べ、吸熱層６０と離間部２２との間の空間を広く確保することができ、これにより吸熱後の膨張した吸熱層６０を十分に収容することができる。

また、支持板２０は、床下からの火炎に対して防火壁としての役割を果たすとともに、鉄道車両１００の構体の一部としての役割を果たしている。したがって、本実施形態によれば、防火壁として新たな構成要素を追加する必要もなく、また、剛性を確保するための補強材を別途追加する必要もない。よって、本実施形態によれば、十分な耐熱性と強度を有しつつも、鉄道車両を簡易な構造とし、軽量化を図ることができる。

ここで、吸熱層６０が膨張して断熱層として機能する場合、支持板２０の接触部２１に対応する部分と、離間部２２に対応する部分とでは厚みが大きく異なることになる。そのため、吸熱層６０における断熱効果は部分ごとに異なる。しかしながら、吸熱層６０の上面側に位置する熱分散層５０では、熱を面方向（水平方向）に分散させることができるため、吸熱層６０から伝わった不均一な熱は面方向において均一化される。このような熱分散層５０による熱の均一化によって、耐熱床１０の耐熱性をさらに向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る鉄道車両２００について説明する。本実施形態に係る鉄道車両２００は、吸熱層６０と離間部２２との間に断熱材２５が挿入されている点で、第１実施形態に係る鉄道車両１００と構成が異なる。この点以外は、両者は基本的に同じ構成を有している。吸熱層６０と離間部２２との間に挿入された断熱材２５は、特に限定されないが、例えばセラミックウール又はグラスウールが使用できる。ただし、断熱材２５は、容易に変形可能で非常に柔らかい材料であることが望ましい。吸熱層６０が熱膨張して、吸熱層６０と離間部２２との間に入り込んだときに、断熱材２５が吸熱層６０の膨張の障害にならないようにするためである。

本実施形態に係る耐熱床１０は、上記のように吸熱層６０と離間部２２との間に断熱材２５が挿入されているため、離間部２２から吸熱層６０へと熱が伝達する速度を抑えることができる。その結果、支持板２０に接触しない部分の温度の上昇をさらに遅らせることができる。よって、第１実施形態に係る耐熱床１０に比べ、吸熱層６０における熱を吸収する時間がより長くなり、上面での温度上昇の速度をさらに遅らせることができる。

以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図を参照して説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、以上では、離間部２２は溝状に形成されている場合について説明したが、各離間部２２が半球状に下方に突出するような構成であっても本発明に含まれる。

また、以上では、吸熱層６０が熱膨張する場合について説明したが、吸熱材として膨張しにくい材料を使用したり、吸熱材の量を減らしたりするなどして、吸熱層６０を熱膨張しないように構成しても本発明に含まれる。

本発明に係る耐熱床を備えた鉄道車両は、当該耐熱床の吸熱層が長い時間熱を吸収し続けることができるため、耐熱性を向上させることができる。よって、耐熱床を備えた鉄道車両の技術分野において有益である。

１０ 耐熱床
２０ 支持板
２１ 接触部
２２ 離間部
２５ 断熱材
５０ 熱分散層
６０ 吸熱層
１００、２００ 鉄道車両

Claims (7)

1. 車両幅方向に延びる横梁と、
   前記横梁に支えられた耐熱床と、
   車両長手方向に延び、内側に前記横梁の端部が挿入された側梁と、を備え、
   前記耐熱床は、
   床板と、
   前記床板の下方に設けられ、熱を吸収し、吸熱の際に膨張する吸熱層と、
   前記横梁と前記吸熱層との間に配置される支持板と、を有し、
   前記支持板は、
   前記吸熱層に接触する接触部と、
   前記接触部から車両幅方向に連続して形成されて車両長手方向に延在し、前記吸熱層に対して下方に離間して前記吸熱層に対して非接触である離間部と、を含み、
   前記側梁は、幅方向内側に開口しており、上方に位置する上面部と、前記上面部に連結された側面部と、前記側面部に連結されて前記上面部に対向する底面部とを有し、
   前記側梁の上面部は、前記横梁の上面と接するように、他の部分よりも下方に位置する段差部が形成されており、
   前記支持板の車両幅方向端部に位置する前記離間部の下面と、前記段差部の上面とが接する、鉄道車両。
2. 前記支持板の前記接触部の上面は、前記側梁上面部の上面よりも下方に位置する、請求項１に記載の鉄道車両。
3. 前記支持板は、前記接触部と前記離間部とが車両幅方向に沿って交互に連続して設けられたコルゲート板である、請求項１又は２に記載の鉄道車両。
4. 前記吸熱層と前記離間部との間には、空気層が設けられる、請求項１−３にいずれか記載の鉄道車両。
5. 前記吸熱層と前記離間部との間には、断熱材が設けられる、請求項１−３にいずれか記載の鉄道車両。
6. 前記床板と前記吸熱層との間に設けられ、面方向に熱を分散させる熱分散層をさらに有する、請求項１−５にいずれか記載の鉄道車両。
7. 前記吸熱層は３５０〜５５０°Ｃで吸熱を開始する、請求項１−６にいずれか記載の鉄道車両。

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