JP6577812B2 - 鉄道車両の台枠構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の台枠構造に関する。

鉄道車両における車体の台枠において、枕梁の下面には台車に連結される中心ピンがボルト締結されている。台車の牽引力又は制動力等（以下、単に「牽引力等」とも言う。）は中心ピンを介して台車から車体に伝達されている。ここで、枕梁は、車幅方向に延びる複数の中空押出形材と、当該複数の中空押出形材を車両長手方向に連結する連結板とによって構成される場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第５７１０３７６号公報

しかしながら、特許文献１の中空押出形材の断面は略矩形状であり、枕梁に作用する台車の牽引力等による荷重が大きくなるほど、当該中空押出形材は略平行四辺形状に変形しようとする。そのため、中空押出形材の変形を抑制して枕梁の強度を確保する必要がある。更に、枕梁にはその車幅方向の略中央において車両長手方向に延びる中梁が接合されているため、上記荷重によって枕梁に大きな応力が発生した場合に、枕梁と枕梁に接合される中梁との接合部分の強度も確保する必要がある。

そこで本発明は、枕梁に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度が確保される好適な鉄道車両の台枠構造を提供することを目的としている。

本発明の一形態に係る鉄道車両の車体は、車幅方向に延びる枕梁と、前記枕梁の車幅方向略中央に接合されて車両長手方向に延びる中梁とを有する台枠と、前記枕梁に設けられ、中心ピンを前記枕梁に固定するボルトに螺合されるネジ座と、を備え、前記枕梁は、前記車両長手方向に間隔をあけて配置され、その内部空間が車幅方向に延びる一対の中空部材と、前記一対の中空部材を互いに連結する連結部材と、を有し、前記一対の中空部材の各々は、上板部と、前記上板部から下方に離間した下板部と、前記上板部及び前記下板部の一端部を互いに接続する内縦板部と、前記上板部及び前記下板部の他端部を互いに接続する外縦板部と、前記内縦板部と前記外縦板部との間に配置され、前記上板部及び前記下板部を互いに接続する中間縦板部と、を有し、前記ネジ座は、前記内部空間のうち、前記上板部と前記下板部と前記内縦板部と前記中間縦板部とで区画される空間に設けられる。

前記構成によれば、枕梁の中空部材が、内縦板部と外縦板部との間で、上板部と下板部とを接続する中間縦板部を有しているため、牽引力等の車両長手方向の荷重が作用した場合に当該中空部材が略平行四辺形状に変形することを抑制し、枕梁の強度を確保することができる。また、中心ピンを枕梁に固定するボルトに螺合するネジ座が、中空部材の内部空間のうち、上板部と下板部と内縦板部と中間縦板部とで区画される空間に設けられているため、急な加減速の際に台車からの車両長手方向の荷重が中心ピンを介して枕梁に作用して中間縦板部に大きな応力が発生した場合でも、枕梁と枕梁の車幅方向略中央に接合されている中梁との接合部に当該応力が直接及ぶことが防がれ、枕梁と中梁との接合部の疲労を抑制することができる。したがって、鉄道車両の台枠構造において、枕梁に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度を確保することができる。

本発明によれば、枕梁に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度が確保される好適な鉄道車両の台枠構造を提供することができる。

第１実施形態に係る鉄道車両の台枠構造の平面図である。 図１のII−II線断面図である。 図２に示す中空部材の製作手順を説明する図面である。 図１のIV−IV線断面図である。 第２実施形態に係る鉄道車両の台枠構造の図２相当の図である。 第３実施形態に係る鉄道車両の台枠構造の図２相当の図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付して重複する詳細説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１の台枠構造１０の平面図である。図１に示すように、車体２に設けられる台枠構造１０は、台枠５を備える。台枠５は、一対の側梁１１と、端梁１２と、枕梁１３と、一対の中梁１４，１５とを有している。台枠５を構成する梁１１〜１５はいずれもアルミニウム合金製であり、特に引張強度の大きい高強度のアルミニウム合金が材料として用いられているが、材質はこれに限られない。また、本実施形態の車体２は、一例として、連結された客車等を牽引するための機関車の車体であり、その動力装置はモータ又はエンジン等である。なお、車体２に搭載される動力装置については特に限定されない。

一対の側梁１１は、それぞれ車両長手方向に延びている。端梁１２は車幅方向に延び、一対の側梁１１の車両長手方向一端部同士を連結している。枕梁１３は、端梁１２よりも車両長手方向内方にて車幅方向に延びている。枕梁１３には、台車３に接続される中心ピン４（図２参照）を固定するボルト７が螺合するネジ座６が設けられている。ネジ座６が後述する締結部材（例えば、ネジ）で台枠５の枕梁１３に締結されることによって、鉄道車両１の台枠構造１０（以下、台枠構造１０と呼ぶ。）が構成される。

一対の中梁１４，１５は、それぞれ端梁１２と枕梁１３とを車両長手方向に連結している。ここで、中梁１４，１５の車両長手方向他端部１４ｂ，１５ｂは、枕梁１３の車幅方向略中央に溶接により接合されている。そして、中梁１４，１５の車両長手方向他端部１４ｂ，１５ｂの側面及び枕梁１３の車両長手方向一方側の端面には補強板１６が固定されており、当該補強板１６によって、中梁１４，１５と枕梁１３との取付強度が向上されている。

図２は、図１のII−II線断面図である。図２に示すように、枕梁１３は、一対の中空部材２１，２２と、上側連結部材２３及び下側連結部材２４とを有する。中空部材２１，２２は互いに車両長手方向に間隔をあけて車幅方向に延びている。中空部材２１，２２の上端部同士は上側連結部材２３を介して連結されており、中空部材２１，２２の下端部同士は下側連結部材２４を介して連結されている。上側連結部材２３及び下側連結部材２４はいずれも、中空部材２１，２２と車幅方向寸法が等しい板材である。なお、一対の中空部材２１，２２は、中心ピン４の軸心Ｊを基準にして互いに対称な形状であるため、以下では、中空部材２１の形状について説明する。

本実施形態では、中空部材２１は、第１部材３１と、当該第１部材３１に溶接により接合される第２部材３２とからなる。第１部材３１及び第２部材３２はいずれも、アルミニウム合金を押出成形することによって形成された押出形材である。ここで、第１部材３１及び第２部材３２を押出成形によって形成するにあたって、その押出方向はいずれも車幅方向である。そして、このように押出成形によって形成された第１部材３１と第２部材３２とからなる中空部材２１には、車幅方向に貫通する内部空間Ｓ１，Ｓ２が形成されている。即ち、内部空間Ｓ１，Ｓ２が延びる方向は、押出方向と同じ車幅方向である。

第１部材３１と第２部材３２とからなる中空部材２１は、上板部２１ａと、下板部２１ｂと、内縦板部２１ｃと、外縦板部２１ｄと、中間縦板部２１ｅとを有している。ここで、本実施形態の第１部材３１は、第１上板部３１ａと、第１下板部３１ｂと、内縦板部２１ｃと、中間縦板部２１ｅとを含むことで断面略四角形状を有している。また、第１部材３１には、第１上板部３１ａと第１下板部３１ｂと内縦板部２１ｃと中間縦板部２１ｅとで区画された内部空間Ｓ１が形成されている。他方、第２部材３２は、第２上板部３２ａと第２下板部３２ｂと外縦板部２１ｄとを含むことで断面略馬蹄形状を有している。

第１部材３１の内部空間Ｓ１には、ネジ座６が設けられている。具体的には、複数の締結部材（例えば、ネジ）をネジ座６に形成されたネジ挿通孔６ａ（図１参照）に下方から挿通することで、当該ネジ座６は第１下板部３１ｂに位置決めされている。以下では、第１部材３１に形成された内部空間Ｓ１を第１空間と呼ぶ。ネジ座６は鋼製の部材であり、車幅方向に長い略直方体形状を有している。また、中心ピン４を固定するボルト７がネジ座６に形成されたボルト挿通孔６ｂに対して枕梁１３の下方から挿通されることで、ネジ座６はボルト７に螺合する。

上板部２１ａは、第１部材３１の第１上板部３１ａと第２部材３２の第２上板部３２ａとを溶接することによって構成される。また、上板部２１ａから下方に離間している下板部２１ｂは、第１部材３１の第１下板部３１ｂと第２部材３２の第２下板部３２ｂとを溶接することによって構成される。第１下板部３１ｂには、ボルト７が挿通される挿通孔３１ｂａが形成されている。

内縦板部２１ｃは、第１上板部３１ａ及び第１下板部３１ｂの一端部を互いに接続しており、具体的には、第１上板部３１ａの上側連結部材２３側の端部と、第１下板部３１ｂの下側連結部材２４側の端部とを互いに接続している。また、外縦板部２１ｄは、第１上板部３１ａ及び第１下板部３１ｂの他端部を互いに接続しており、具体的には、第２上板部３２ａのうち第１部材３１とは反対側の端部と、第２下板部３２ｂのうち第１部材３１とは反対側の端部とを互いに接続している。中間縦板部２１ｅは、車両長手方向において内縦板部２１ｃと外縦板部２１ｄとの間に配置されており、第１上板部３１ａ及び第１下板部３１ｂを互いに接続している。

中空部材２１において、中間縦板部２１ｅよりも外縦板部２１ｄ側には、第１部材３１と第２部材３２との接合部Ｗ１が配置されている。具体的に、第１部材３１と第２部材３２とは、中間縦板部２１ｅと外縦板部２１ｄとの間の位置にて接合されている。このように第２部材３２が第１部材３１に溶接されると、中空部材２１には、第２上板部３２ａと第２下板部３２ｂと外縦板部２１ｄと中間縦板部２１ｅとで区画される内部空間Ｓ２が形成される。以下では、第１部材３１の中間縦板部２１ｅ及び第２部材３２によって形成された内部空間Ｓ２を第２空間と呼ぶ。

また、中空部材２１には、中梁１４の車両長手方向他端部１４ｂが溶接により接合されている。中梁１４は、上壁部１４ｃと、上壁部１４ｃから下方に離間する下壁部１４ｄと、上壁部１４ｃの車幅方向端部と下壁部１４ｄの車幅方向端部とを接続する１つの縦壁部１４ｅとを有している。上壁部１４ｃと下壁部１４ｄと縦壁部１４ｅとで区画される空間は、車幅方向外方に開放されている。

ここで、中梁１４の車両長手方向他端部１４ｂの端面には水平面に対して傾斜する傾斜面が形成されており、車両長手方向他端部１４ｂの当該傾斜面は外縦板部２１ｄと開先を構成して溶接されている。即ち、中梁１４と枕梁１３との接合部Ｗ２は、中間縦板部２１ｅよりも車両長手方向外方に離間した位置に設けられている。なお、中梁１５は、中梁１４と補強板１６を挟んで対称となるように、中空部材２１の外縦板部２１ｄに溶接されている。

図３は、図２に示す中空部材２１の製作手順を説明する図面である。図３（ａ）は、第１部材３１及び第２部材３２を溶接する前の各部材３１，３２の正面図である。図３（ｂ）は、第１部材３１及び第２部材３２を溶接した直後の中空部材２１の正面図である。図３（ｃ）は、第１部材３１及び第２部材３２を溶接した後に切削加工した中空部材２１の正面図である。

図３（ａ）に示すように、第１部材３１において、第１上板部３１ａは、その上面のうち車両長手方向両端から離れた部分から上方に向かって突出する第１突出部３１ｃを有している。第１突出部３１ｃの車両長手方向両端面のうち第２部材３２側の端面Ｒ１０は、その下端を基点として鉛直面に対して第２部材３２から離れる向きに傾斜した傾斜面である。そして、第１上板部３１ａにおいて、第２部材３２側の端縁から第１突出部３１ｃが突出するまでの部分の板厚寸法は、第１突出部３１ｃが設けられた部分の板厚寸法よりも小さい。即ち、第１上板部３１ａにおいて、第２上板部３２ａと対向する端面Ｒ１１の近傍では、薄肉となるように上部が切り欠かれている。なお、本実施形態では、第１上板部３１ａにおいて、上側連結部材２３と対向する端面Ｒ１２の近傍においても、薄肉となるように上部が切り欠かれている。

また、第２部材３２において、第２上板部３２ａは、その上面のうち第１部材３１側の端部から離れた部分から上方に向かって、第１突出部３１ｃの突出量と略等しく突出する第２突出部３２ｃを有している。第２突出部３２ｃのうち第１部材３１側の端面Ｒ２０は、その下端を基点として鉛直面に対して第１部材３１から離れる向きに傾斜した傾斜面である。そして、第２上板部３２ａにおいて、第１部材３１側の端縁から第２突出部３２ｃが突出するまでの部分の板厚寸法は、第２突出部３２ｃが設けられた部分の板厚寸法よりも小さい。即ち、第２上板部３２ａにおいて、第１上板部３１ａと対向する端面Ｒ２１の近傍では、薄肉となるように上部が切り欠かれている。

ここで、材料（この例では、アルミニウム合金）を所望の断面形状となるように押出成形によって第１部材３１及び第２部材３２を成形する場合、各部材３１，３２を構成する板部のうち対向する板部同士の板厚寸法が異なると、成形時に金型内に流れる溶融金属の流量にばらつきが生じる。その結果、材料を押し出す際にねじれが発生してしまい、成形精度が低下する。そのため、第１部材３１において、第１突出部３１ｃが設けられた部分の第１上板部３１ａと第１下板部３１ｂとは板厚寸法がｔ１で等しく、内縦板部２１ｃと中間縦板部２１ｅとは板厚寸法がｔ２で等しい。なお、図３（ａ），（ｂ）の状態において、第１部材３１では、第１突出部３１ｃが設けられた部分の第１上板部３１ａと第１下板部３１ｂとの板厚寸法ｔ１は互いに略同一であり、車両長手方向に対向する内縦板部２１ｃと中間縦板部２１ｅとの板厚寸法ｔ２は互いに略同一ある。更に、第２部材３２では、第２突出部３２ｃが設けられた部分の第２上板部３２ａと第２下板部３２ｂとの板厚寸法ｔ３は互いに略同一である。なお、本実施形態では、第２部材３２における板厚寸法ｔ３は、第１部材３１における板厚寸法ｔ１と等しい。

また、第１上板部３１ａと第２上板部３２ａの互いに対向する端面Ｒ１１，Ｒ２１は、鉛直面に対して傾斜している。第１上板部３１ａの端面Ｒ１１及び第２上板部３２ａの端面Ｒ２１は、第１上板部３１ａと第２上板部３２ａとを溶接するときにＶ字状の開先を構成する開先面となる。そして、第１下板部３１ｂと第２下板部３２ｂの互いに対向する端面Ｒ１３，Ｒ２２も鉛直面に対して傾斜している。第１下板部３１ｂの端面Ｒ１３及び第２下板部３２ｂの端面Ｒ２２は、第１下板部３１ｂと第２下板部３２ｂとを溶接するときにＶ字状の開先を構成する開先面となる。

更に、第１上板部３１ａの端面Ｒ１２及び第１下板部３１ｂの端面Ｒ１４も鉛直面に対して傾斜しており、第１部材３１と連結部材２３，２４とを溶接するときにＶ字状の開先を構成する開先面となる。また、第２部材３２は、第２上板部３２ａの下面のうち第１部材３１側の端部から第１部材３１に向かって延びる延在部３２ｄと、第２下板部３２ｂの上面のうち第１部材３１側の端部から第１部材３１に向かって延びる延在部３２ｅとを有している。

図３（ｂ）に示すように、第１部材３１のうち第２部材３２側の端部が延在部３２ｄの上面に当接し、かつ、第１下板部３１ｂのうち第２部材３２側の端部が延在部３２ｅの下面に当接したとき、上述の開先面によって車幅方向に延びるＶ字状の開先が構成される。ここで、上述の通り、第１上板部３１ａ及び第２上板部３２ａの各開先面（端面）Ｒ１１，Ｒ２１の近傍では、薄肉となるように上部が切り欠かれている。言い換えると、Ｖ字状の開先と各突出部３１ｃ，３２ｃの上面との間に段差部が形成されている。

作業者が第１上板部３１ａ及び第２上板部３２ａを溶接するとき、上記のように開先と各突出部３１ｃ，３２ｃの上面との間に形成された段差部によって、開先面Ｒ１１，Ｒ２１のうち上側の角部を目印にして溶接を行うことができ、第１部材３１と第２部材３２との溶接に必要な溶接ビード量を認識することができる。よって、第１上板部３１ａと第２上板部３２ａとの接合部Ｗ１の上面は、第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃの上面よりも低い。

図３（ｃ）に示すように、第１部材３１及び第２部材３２を溶接した後、第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃは切削加工によって切削される。第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃが切削されると、最終的に第１上板部３１ａの板厚寸法ｔ１１は第１下板部３１ｂの板厚寸法ｔ１よりも小さく、第２上板部３２ａの板厚寸法ｔ２１も第２下板部３２ｂの板厚寸法ｔ３よりも小さくなる。即ち、本実施形態の中空部材２１において、上板部２１ａの板厚寸法は、下板部２１ｂの板厚寸法よりも小さい。なお、第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃは、切削加工されずに残存していてもよい。

図４は、図１に示すIV−IV線断面図である。図４に示すように、枕梁１３の車幅方向両端にはそれぞれ、図示しない空気バネが接続される空気バネ吸気座１９が設けられている。空気バネ吸気座１９は略円錐状の部材であり、車体２に設けられた空気タンクから空気バネに対して圧縮空気を供給する機能を有する。

また、枕梁１３には、上側連結部材２３と下側連結部材２４とを上下方向に接続する複数の補強部材２５が設けられている。補強部材２５は、車両長手方向から視て、逆Ｌ字状の断面形状を呈しており、枕梁１３の強度を補強する機能を有する。本実施形態では、補強部材２５は、空気バネ吸気座１９の車幅方向両側に設けられた複数の第１補強部材２５ａ，２５ｂと、第１補強部材２５ａよりも車幅方向内方に設けられた複数の第２補強部材２５ｃと、を有している。ここで、第２補強部材２５ｃは、車両長手方向から視て、ネジ座６よりも車幅方向外方にずれた位置に設けられている。即ち、補強部材２５ａ〜２５ｃはいずれも、車両長手方向から視て、第１空間Ｓ１に設けられているネジ座６とは重ならない位置に設けられている。

以上のように構成された鉄道車両１の台枠構造１０は、以下の効果を奏する。

枕梁１３の中空部材２１が、内縦板部２１ｃと外縦板部２１ｄとの間で、上板部２１ａと下板部２１ｂとを接続する中間縦板部２１ｅを有しているため、台車３の牽引力又は制動力等（以下、牽引力等と呼ぶ。）の車両長手方向の荷重が作用した場合に当該中空部材２１の断面形状が略平行四辺形状に変形することを抑制し、枕梁１３の強度を確保することができる。また、中心ピン４を固定するボルト７に螺合するネジ座６が、中空部材２１の空間Ｓ１，Ｓ２のうち、上板部２１ａと下板部２１ｂと内縦板部２１ｃと中間縦板部２１ｅとで区画される第１空間Ｓ１に設けられているため、急な加減速の際に台車からの車両長手方向の荷重が枕梁に作用して中間縦板部２１ｅに大きな応力が発生した場合でも、枕梁１３と枕梁１３の車幅方向略中央に接合されている中梁１４との接合部Ｗ２に当該応力が直接及ぶことが防がれ、枕梁１３と中梁１４との接合部Ｗ２の疲労を抑制することができる。したがって、台枠構造１０において、枕梁１３に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度を確保することができる。

特に台枠構造１０を有する車体２は、動力装置が搭載されている機関車の車体であり、その質量が大きくなるため、中心ピン４を介して車体２に作用する牽引力等が大きくなると共に、当該車体２にも大きな慣性力が働く。その結果、枕梁１３に作用する車両長手方向の荷重は大きくなり、枕梁１３と枕梁１３に接合されている中梁１４との接合部Ｗ２に及ぶ応力も大きくなる。このような車体２において、当該枕梁１３の中空部材２１が中間縦板部２１ｅを有することによって、枕梁１３の強度を確保しつつ、ネジ座６を第２空間Ｓ２ではなく第１空間Ｓ１に設け、大きな応力が発生する中間縦板部２１ｅに対して第２部材３２を介して中梁１４を連結することによって、当該応力が枕梁１３と中梁１４との接合部Ｗ２に直接及ぶことが防がれる。

具体的には、中梁１４の車両長手方向他端部１４ｂが中空部材２１の外縦板部２１ｄに接合されているため、接合部Ｗ２、更には中梁１４に対して枕梁１３に発生した応力が直接及ぶことが防がれ、接合部Ｗ２及び中梁１４の疲労を抑制することができる。したがって、台枠構造１０において、枕梁１３の強度を確保しつつ、中梁１４の強度要求を緩和することができる。

また、第１部材３１及び第２部材３２の溶接による接合部Ｗ１が中間縦板部２１ｅよりも外縦板部２１ｄ側に配置されているため、車両長手方向の荷重が枕梁１３に作用した場合に大きな応力が発生する中間縦板部２１ｅから離間した位置において第１部材３１及び第２部材３２を接合することができ、第１部材３１と第２部材３２との接合部Ｗ１に生じる応力を低減することができる。

また、中空部材２１は、上板部２１ａと下板部２１ｂと内縦板部２１ｃと外縦板部２１ｄと中間縦板部２１ｅとを有する断面形状を呈している。このような断面形状の中空部材２１を高強度のアルミニウム合金の押出成形によって一体に成形する場合、当該アルミニウム合金は流動性が低いため、金型内において溶融金属が十分に行き渡らない箇所（例えば、中間縦板部２１ｅを成形する箇所）が生じてしまう。その結果、成形時の押出性が悪化して、中空部材を所望の断面形状に成形することができず、成形後の中空部材の強度も確保することができない可能性がある。本実施形態では、中空部材２１は、別体でそれぞれ押出成形された第１部材３１と第２部材３２とを接合することで構成されているため、中空部材２１を所望の断面形状に成形することができると共に、中空部材２１としての強度も確保することができる。

また、第１部材３１及び第２部材３２をそれぞれ、アルミニウム合金を所望の断面形状になるように押出成形することによって加工する場合、当該部材３１，３２を構成する板部のうち対向する板部同士の板厚を均一にすることにより、押出成型においてアルミニウム合金を押し出す際にねじれが発生して、第１部材３１及び第２部材３２の成形精度が低下するのを防ぐことができる。

ここで、中空部材２１の下板部２１ｂには中心ピン４が固定されるため、当該下板部２１ｂに作用する荷重は大きく、その板厚寸法は強度上、できるだけ大きい方が好ましい。他方、上板部２１ａは下板部２１ｂに比べて作用する荷重が小さい。成形精度を考慮して、第１上板部３１ａと第１下板部３１ｂとの板厚寸法、第２上板部３２ａと第２下板部３２ｂとの板厚寸法をそれぞれ等しくした場合、第１上板部３１ａ及び第２上板部３２ａの各板厚寸法は強度上、必要以上に大きくなる可能性がある。そのため、第１部材３１及び第２部材３２を溶接した後、第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃを切削加工により切削することで、下板部２１ｂの強度を確保しつつ、中空部材２１の軽量化を図ることができる。

また、第１上板部３１ａ及び第２上板部３２ａの各板厚寸法が大きい場合、第１部材３１及び第２部材３２を溶接するとき、作業者が第１突出部３１ｃ及び第２突出部３２ｃの上面まで溶接することとなり、溶接時間が過大になると共に、溶接ビード量も多くなる。溶接ビード量が多くなるほど、溶接箇所に熱ひずみが発生する可能性があるため、溶接ビード量は必要最小限の量に制限することが望まれる。

本実施形態では、第１上板部３１ａ及び第２上板部３２ａの各開先面Ｒ１１，Ｒ２１の近傍では、薄肉となるように上部が切り欠かれているため、第１部材３１と第２部材３２とを溶接するとき、上下方向において、Ｖ字状の開先と各突出部３１ｃ，３２ｃの上面との間に段差部が形成されることとなる。よって、作業者は、開先面Ｒ１１，Ｒ２１のうち上側の角部を目印にすることで溶接を行うと共に、上記のように開先近傍に形成された段差部を基準として、第１部材３１と第２部材３２との溶接に必要な溶接ビード量を認識することができる。したがって、開先近傍に段差部が形成されていない構成と比べて、溶接時間を少なくすることができると共に、溶接ビード量も制限することができる。

また、枕梁１３を車両長手方向から視た場合、連結部材２３，２４を上下方向に接続する逆Ｌ字状の補強部材２５がネジ座６（のボルト挿通孔６ｂ）よりも車幅方向外方にずれた位置に配置されている。即ち、補強部材２５は、枕梁１３を車両長手方向から視て、ネジ座６とは重ならない位置に設けられている。中心ピンが固定される枕梁を車両長手方向から視て、ネジ座と重なる位置に補強部材が設けられている構成の場合、中心ピンを介して枕梁に作用する荷重が当該補強部材に集中し、枕梁のうち補強部材の周辺（特に、補強部材と下側連結部材との接続部分）において大きな応力が発生していることがわかった。

そのため、補強部材２５をネジ座６と重ならない位置に設けることにより、中心ピン４を介して車両長手方向の荷重が枕梁１３に作用しても、ネジ座と重なる位置に補強部材が設けられている構成と比較して、当該荷重を分散させて、枕梁１３に発生する応力を低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る鉄道車両の台枠構造２１０は、第１実施形態に係る枕梁１３の中空部材２１を構成する第１部材３１及び第２部材３２の形状を一部変形したものである。以下では、第２実施形態に係る中空部材２２１，２２２を構成する第１部材２３１及び第２部材２３２について、第１実施形態と異なる点について説明する。

図５は、第２実施形態に係る鉄道車両の台枠構造２１０の図２相当の図である。なお、図５では、中心ピン４及びボルト７の図示を省略している。図５に示すように、第１部材２３１は、上板部２２１ａと下板部２２１ｂと内縦板部２２１ｃと中間縦板部２２１ｅとを有する断面形状を呈している。そして、第２部材２３２は、外縦板部２２１ｄのみを有する断面形状を呈している。

上板部２２１ａは、その下面のうち第２部材２３２側の端部に外縦板部２２１ｄとの溶接のときにＶ字状の開先を構成する開先面を有している。また、下板部２１ｂも、その上面のうち第２部材２３２側の端部に外縦板部２２１ｄとの溶接のときにＶ字状の開先を構成する開先面を有している。また、外縦板部２２１ｄの上下方向両端面には、第１部材２３１との溶接のときにＶ字状の開先を構成する開先面が形成されている。そして、第１部材２３１の上板部２２１ａと第２部材２３２の外縦板部２２１ｄとを溶接することによって、中空部材２２１が構成されている。

また、第１部材２３１の上板部２２１ａ及び下板部２２１ｂには、中梁１４の車両長手方向他端部１４ｂが接合されている。具体的には、中梁１４の車両長手方向他端部１４ｂの上面と上板部２２１ａの上面とを溶接すると共に、当該他端部１４ｂの下面と下板部２２１ｂの下面とが溶接されている。これ以外の構成は、第１実施形態と同様である。

このような第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、枕梁２１３の中空部材２２１が、内縦板部２２１ｃと外縦板部２２１ｄとの間で、上板部２２１ａと下板部２２１ｂとを接続する中間縦板部２２１ｅを有しているため、牽引力等の車両長手方向の荷重が作用した場合に当該中空部材２２１が略平行四辺形状に変形することを抑制し、枕梁２１３の強度を確保することができる。また、ネジ座６が、中空部材２２１の内部空間Ｓ１，Ｓ２のうち、上板部２２１ａと下板部２２１ｂと内縦板部２２１ｃと中間縦板部２２１ｅとで区画される第１空間Ｓ１に設けられているため、枕梁２１３に車両長手方向の荷重が作用して中間縦板部２２１ｅに大きな応力が発生した場合でも、枕梁２１３と枕梁２１３の車幅方向略中央に接合されている中梁１４との接合部Ｗ２に当該応力が直接及ぶことが防がれ、枕梁２１３と中梁１４との接合部Ｗ２の疲労を抑制することができる。したがって、台枠構造２１０において、枕梁１３に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度を確保することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る鉄道車両の台枠構造３１０は、第１実施形態に係る枕梁１３の形状を一部変形したものである。以下では、第３実施形態に係る枕梁３１３について、第１実施形態と異なる点について説明する。

図６は、第３実施形態に係る鉄道車両の台枠構造３１０の図２相当の図である。なお、図６では、中心ピン４及びボルト７の図示を省略している。図６に示すように、中空部材３２１は、上板部３２１ａと下板部３２１ｂと内縦板部３２１ｃと外縦板部３２１ｄと中間縦板部３２１ｅとを有する断面形状を呈するように、押出成形によって一体に成形されている。このように、第３実施形態に係る中空部材３２１は、流動性の低い高強度のアルミニウム合金ではなく、流動性の高い別の材料を用いて押出成形された形材である。これ以外の構成は、第１実施形態と同様である。

このような第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、枕梁３１３の中空部材３２１が、内縦板部３２１ｃと外縦板部３２１ｄとの間で、上板部３２１ａと下板部３２１ｂとを接続する中間縦板部３２１ｅを有しているため、牽引力等の車両長手方向の荷重が作用した場合に当該中空部材３２１が略平行四辺形状に変形することを抑制し、枕梁３１３の強度を確保することができる。また、中心ピン４を固定するボルト７に螺合するネジ座６が、中空部材３２１の内部空間Ｓ１，Ｓ２のうち、上板部３２１ａと下板部３２１ｂと内縦板部３２１ｃと中間縦板部３２１ｅとで区画される第１空間Ｓ１に設けられているため、枕梁３１３に車両長手方向の荷重が作用して中間縦板部３２１ｅに大きな応力が発生した場合でも、枕梁３１３と枕梁３１３の車幅方向略中央に接合されている中梁１４との接合部Ｗ２に当該応力が直接及ぶことが防がれ、枕梁３１３と中梁１４との接合部Ｗ２の疲労も抑制することができる。したがって、台枠構造３１０において、枕梁１３に大きな応力が発生した場合であっても十分な強度を確保することができる。

更に、第３実施形態では、中空部材３２１が押出成形によって一体で成形されることにより、中空部材が第１部材と第２部材とからなる構成と比較して、第１部材と第２部材との溶接作業が不要となるため、作業工数を削減することができる。

上記の各実施形態において、特にアルミ合金製の構体を備えた機関車は、牽引力及び制動力等が動力分散型の車両よりも大きいため、車体―台車間に作用する力も大きい。加えて、機関車は、その車両重量も大きく、その結果、枕梁に生じる荷重も大きいが、上記の各実施形態の構成によれば、枕梁１３，２１３，３１３の強度を確保しつつ、中梁１４の強度要求を緩和することができるため、当該機関車（特に、アルミ合金製の構体を備える機関車）の車体に設けられる台枠構造として適用した場合の効果は大きい。

なお、各実施形態の構成における鉄道車両１は機関車に限られず、枕梁の強度を確保する必要があるような他の車両に適用してもよい。

なお、本発明は前述した各実施形態に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でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。また、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。前述の実施形態では、枕梁１３，２１３，３１３には車端側の中梁１４のみが接合されていたが、この構成に限らず、枕梁１３，２１３，３１３のうち中空部材２２，２２２，３２２に車体中央側で車幅方向に延びる中梁が更に接合されてもよい。

３ 台車
４ 中心ピン
５ 台枠
６ ボルト
７ ネジ座
１０，２１０，３１０ 台枠構造
１３，２１３，３１３ 枕梁
１４ 中梁
１４ｂ 車両長手方向他端部（車両長手方向端部）
２１，２２，２２１，２２２，３２１ 中空部材
２１ａ，２２１ａ，３２１ａ 上板部
２１ｂ，２２１ｂ，３２１ｂ 下板部
２１ｃ，２２１ｃ，３２１ｃ 内縦板部
２１ｄ，２２１ｄ，３２１ｄ 外縦板部
２１ｅ，２２１ｅ，３２１ｅ 中間縦板部
２３，２４ 連結部材
３１，２３１ 第１部材
３２，２３２ 第２部材
Ｒ１１，Ｒ２１ 端面（開先面）
Ｓ１ 第１空間（内部空間）
Ｗ１ 接合部

Claims (6)

1. 車幅方向に延びる枕梁と、前記枕梁の車幅方向略中央に接合されて車両長手方向に延びる中梁とを有する台枠と、
   前記枕梁に設けられ、中心ピンを前記枕梁に固定するボルトに螺合されるネジ座と、を備え、
   前記枕梁は、前記車両長手方向に間隔をあけて配置され、その内部空間が車幅方向に延びる一対の中空部材と、前記一対の中空部材を互いに連結する連結部材と、を有し、
   前記一対の中空部材の各々は、
   上板部と、
   前記上板部から下方に離間した下板部と、
   前記上板部及び前記下板部の一端部を互いに接続する内縦板部と、
   前記上板部及び前記下板部の他端部を互いに接続する外縦板部と、
   前記内縦板部と前記外縦板部との間に配置され、前記上板部及び前記下板部を互いに接続する中間縦板部と、を有し、
   前記ネジ座は、前記内部空間のうち、前記上板部と前記下板部と前記内縦板部と前記中間縦板部とで区画される空間に設けられる、鉄道車両の台枠構造。
2. 前記一対の中空部材のうち、中空部材の前記外縦板部側の端部には、前記中梁の車両長手方向端部が接合される、請求項１に記載の鉄道車両の台枠構造。
3. 前記中空部材は、第１部材と、前記第１部材に接合された第２部材とからなり、
   前記第１部材と前記第２部材との接合部は、前記中間縦板部よりも前記外縦板部側に配置されている、請求項１又は２に記載の鉄道車両の台枠構造。
4. 前記第１部材は、
   前記上板部の一部を構成する第１上板部と、前記下板部の一部を構成する第１下板部と、前記第１上板部及び前記第１下板部の一端部を互いに接続する前記内縦板部と、前記第１上板部及び前記第１下板部の他端部を互いに接続する前記中間縦板部とを含むことで断面略四角形状を有しており、
   前記第２部材は、
   前記上板部の別の一部を構成する第２上板部と、前記下板部の別の一部を構成する第２下板部と、前記第２上板部及び前記第２下板部のうち前記第１部材とは反対側の端部を互いに接続する前記外縦板部とを含むことで断面略馬蹄形状を有しており、
   前記第１部材と前記第２部材とは、前記車両長手方向における前記中間縦板部と前記外縦板部との間の位置にて接合される、請求項３に記載の鉄道車両の台枠構造。
5. 前記第１部材において、前記第１上板部及び前記第１下板部の板厚寸法が略同一、又は、前記内縦板部と前記中間縦板部の板厚寸法が略同一である、請求項４に記載の鉄道車両の台枠構造。
6. 前記第１上板部及び前記第２上板部の互いに対向する端面は、鉛直面に対して傾斜した開先面であり、
   前記第１上板部及び前記第２上板部の各端面近傍では、薄肉となるように上部が切り欠かれている、請求項４又は５に記載の鉄道車両の台枠構造。
   

Images