JP6592404B2 - 鉄道車両構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の構造に関するものであり、特に台枠と側構体との接合部分に関するものである。

図７を参照して、鉄道車両７０は、長方形の台枠７２の長手方向（桁方向）の両側面を構成する側構体７３、７４と、短手方向（梁方向）の両側面を構成する妻構体７５、７６と、天井７７を構成する屋根構体の６面の構体で構成されている。ここで、台枠７２と側構体７３、７４との接合は、接合箇所が最も長く、車両構造における構造強度に深く影響する。

側構体７３、７４は、最外面を構成する側外板と縦骨および横骨で構成されている（図示せず。）。縦骨とは、台枠７２から屋根構体７７に向かって伸びる縦方向の部材である。これには、台枠７２から屋根構体７７に届く戸袋内柱、戸袋外柱、戸尻柱といった長い柱と、台枠から窓の下まで伸びる間柱などが含まれる。また、横骨は、縦骨との間を繋ぎ、縦骨に対して略直角方向に配置された部材である。横骨には、窓の上側に配置される幕板帯や、窓の下側に配置される腰板補強などが含まれる。

また、台枠７２には、長手方向に延びる側梁７２ａと、台枠７２の両端を台枠７２に直角に支持する端梁７２ｂを有する。また、端梁７２ｂと同じ方向で側梁７２ａを直角方向に支持する横梁７２ｃが複数本配置される。実際には、さらに枕梁、床受け梁といった部材で構成される。

従来側構体７３、７４と台枠７２との接合は、長土台と呼ばれる接合用の板材を介して行われてきた。例えば、図８を参照して、特許文献１では、側構体に大きな力が加わっても、客室を十分に保護できるように、車両外側に向かって突出している突出片１２１ａを有する側梁１２１の外面部１２１ｂに長土台１２５を介して側柱１３１を接合する構造が開示されている。

また、図９を参照して、特許文献２には、横梁２０５と側梁２０４で構成される台枠２０３と、側構体２０１との結合強度、側外板２０２の表面性、塗装性、シール性を向上させるために、側梁２０４の上面に縦向き材２０８を接合した構造のものが開示されている。

また、図１０を参照して、特許文献３には、側外板３０６と側梁３３０を接合する場合に栓溶接を行うと、溶接痕が側外板３０６の外側表面に現れるという課題を解決するために、断面ハット型の長土台３２０を用いることが開示されている。

特開２０１１−２３５７２９号公報 特開２００９−０５６９９９号公報 特開２００７−１６８５４６号公報

特許文献１では、台枠と側柱１３１との接合は強力にすることができる。しかし、側外板は側柱１３１の部分でしか接合できないので、側外板の接合強度を高くすることが出来ない。また、側外板と側柱１３１の接合は外側から行うので、側外板に溶接痕が直接残ってしまうという課題があった。

特許文献２は側梁２０４に施した側外板２０２の厚み分の段差に側外板２０２の下辺をあてがい、溶接ビードで側梁２０４と側外板２０２を接合するので、側外板２０２の下方に溶接痕が残ることとなる。

特許文献３は、予め長土台３２０と側外板３０６をレーザー溶接しておき、長土台３２０と台枠の側梁３３０を栓溶接するので、側外板３０６の表面に残る溶接痕は目立たなくすることが出来る。しかし、側構体に強い力が加わったときの抗力については、不十分な部分があった。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであって、側外板への溶接の影響を少なくし、なおかつ側構体に加わる力に対する抗力も大きくできる鉄道車両構造を提供するものである。

より具体的に本発明に係る鉄道車両構造は、
台枠と、側構体と、妻構体および屋根構体で組み立てられた鉄道車両構造であって、
前記側構体は、
縦骨と長土台が交差部で接合された骨格構造と、
前記骨格構造に接合された側外板を含み、
前記側構体と前記台枠は、前記側構体の前記交差部と、前記台枠の側梁が接合され、
前記縦骨は、前記側梁と接合される接合面と、
前記接合面から角度をもって折り曲げられ、前記側外板と接合されるフランジ面を有することを特徴とする。

本発明に係る鉄道車両構造では、側構体を縦骨と長土台が接合され骨格構造に側外板が接合された構造を有し、縦骨と長土台が接合された交差部で台枠の側梁と接合されるので、側外板に溶接の際の熱の影響が及びにくい。

また、骨格構造と側外板は、予め側外板の車内側からレーザーで溶接しておくことができるので、側外板に現れる溶接痕も抑制され目立たなくすることができる。

また、台枠と側構体は、縦骨がある交差部で接続されるので、車両構体に大きな力が加わった場合であっても、十分な抗力を発揮することができる。

本発明に係る鉄道車両構造を示す斜視図である。 長土台と縦骨の接合部分の拡大斜視図である。 長土台と縦骨の接合部分の正面図と断面図である。 長土台に断面ハット型の部材を使った場合の正面図と断面図である。 長土台と縦骨の接合部分で長土台が切断されていない場合の状態を示す図である。 側梁との接続部分にガセットが使われた場合の状態を示す斜視図である。 車両構体の全体を示す図である。 従来の車両構体の構造を示す図である。 従来の車両構体の構造を示す図である。 従来の車両構体の構造を示す図である。

以下に本発明に係る鉄道車両構造について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

（実施の形態１）
図１に、本発明に係る鉄道車両構造における、側構体７４と台枠７２の接合部分の組み図を示す。なお、鉄道車両では側構体は左右に一対ずつ存在するが、側構体を符号７４で代表させる。側構体７４は、長土台１０と縦骨２０が接合された骨格構造３０に側外板４０が接合された構成となっている。側構体７４はその他の補強部材や化粧板も含まれてよいが、ここでは省略する。

台枠７２としては、側梁７２ａと横梁７２ｃで構成されている部分を示している。もちろん、台枠７２には、端梁、中梁、枕梁、床受け梁といった部材が含まれていてもよい。なお、側梁７２ａは外側に張出部７２ａａを有している場合を示しているが、無くてもよい。

側梁７２ａには、長土台１０との接合箇所に貫通孔７２ａｈが形成されている。ここでは、貫通孔７２ａｈは、側梁７２ａと横梁７２ｃの接合部分に設けられている場合を示す。もちろん、側梁７２ａの他の部分（横梁７２ｃと接合していない部分）で、長土台１０と接合されていてもよい。

貫通孔７２ａｈが、側梁７２ａと横梁７２ｃとの接合部分に形成された場合は、横梁７２ｃは、縦断面がコの字型構造に形成されている。溶接機をコの字の開放側から入れるためである。

縦骨２０は、側構体７４を構成する縦方向の柱部材であれば、どれでもよい。また全ての柱部材を本発明の構造に組み込んでもよい。また、以後の図を含めて、横梁７２ｃ、側梁７２ａ、長土台１０、縦骨２０、側外板４０は、その端部を平面で切り出した状態で図示する。

鉄道車両構造１では、予め長土台１０と縦骨２０が接合された骨格構造３０が形成される。長土台１０と縦骨２０が接続されている部分を交差部３２と呼ぶ。そして、骨格構造３０に側外板４０がレーザー溶接などで接合され、側構体７４ができる。このとき、長土台１０の車内側から溶接を行うことで、側外板４０の外側表面での溶接痕の影響を小さくすることが出来る。そして、側構体７４の交差部３２と、台枠７２の側梁７２ａが接合される。

なお、本明細書の実施形態においては、交差部３２と台枠７２の側梁７２ａを接合する説明を行う。しかし、本発明においては、交差部３２と台枠７２の側梁７２ａを接合することは、必ずしも必要ではなく、長土台１０の他の部分と側梁７２ａが接合されていてもよい。

図２に長土台１０と縦骨２０の組み立て図を示す。これは骨格構造３０の組み立て図といってもよい。長土台１０は、車両の桁方向に延びる部材であり、側外板４０（図２では省略している。）と接合される構体側横フランジ１１と、側梁７２ａと接続される梁側横フランジ１２と、構体側横フランジ１１と梁側横フランジ１２を繋ぐ横壁１３を有する。すなわち、長土台１０は断面がいわゆるＺ型をした部材である。なお、後述する縦骨２０と接続するために、縦骨２０と接続する端部では、構体側横フランジ１１だけが、端部から一定の距離だけ削り取られている（符号ＬＣの部分）。

縦骨２０は、断面がハット型をしている梁材である。縦骨２０は一対の構体側縦フランジ２１と、天板２２と、天板２２と構体側縦フランジ２１をつなぐ縦壁２３で構成されている。なお、天板２２は梁側縦フランジ２２と言ってもよい。

長土台１０の端部１０ｔは、縦骨２０の縦壁２３に付き合わされる。長土台１０の構体側横フランジ１１は、縦壁２３の構体側縦フランジ２１の幅の分だけ、端部から削られている（符号ＬＣの部分）。したがって、長土台１０の横壁端部１３ｔおよび梁側横フランジ１２の端部１２ｔが縦骨２０の縦壁２３に当接する。また、長土台１０の構体側横フランジ１１の端部１１ｔは、縦壁２３の構体側縦フランジ２１の側辺端部２１ｓｔに当接する。そして、これらの当接部分が溶接される。

ここで、長土台１０の横壁１３の幅１３ｗは、縦骨２０の縦壁２３の幅２３ｗと同じとする。台枠７２の側梁７２ａと溶接されるのは、縦壁２３の梁側縦フランジ２２以外の場所でも生じる。つまり、長土台１０と側梁７２ａとの間でも溶接が行われる。したがって、縦壁２３の梁側縦フランジ２２と長土台１０の梁側横フランジ１２は面一である必要があるからである。長土台１０の構体側横フランジ１１の外側面と縦壁２３の構体側縦フランジ２１の外側面も、面一に設定される。これらの面に側外板４０が接合されるからである。

側外板４０（図２には図示していない。）は、骨格構造３０の構体側縦フランジ２１および構体側横フランジ１１の外面に当てつけられ、各フランジの内側（車内側）からそれぞれのフランジに沿ってレーザー溶接などで溶接される。側外板４０と骨格構造３０が接合されることで、側構体７４が完成する。

なお、ここで完成する側構体７４は、鉄道車両構造１としての側構体７４の全てが完成している必要は無い。側外板４０と骨格構造３０で台枠７２に取り付けてから、さらに加えられる柱部材や幕部材があってもよい。また、窓や扉、電気配線や内部の化粧板などはこの時点（側外板４０と骨格構造３０が接合される時点）で取り付けられていなくてもよい。

図３には側構体７４と台枠７２の接合部分の平面図（図３（ａ））と断面図（図３（ｂ））を示す。なお、図３（ａ）は、側外板４０側から側外板４０を取り除いた状態で見た図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に側外板４０を取り付けた状態のＡ−Ａ断面である。

図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して、側構体７４は、台枠７２の側梁７２ａに取り付けられる。この際には、縦骨２０の梁側縦フランジ２２と側梁７２ａが当接される。側梁７２ａには、縦骨２０と接合される部分に、貫通孔７２ａｈが形成されている。側梁７２ａの貫通孔７２ａｈは、少なくとも横梁７２ｃが接合されている部分に設けられるのが好ましい。台枠７２側でも、側構体７４との接合部分が側梁７２ａと横梁７２ｃの接合箇所になっていると、外部からの応力に対して強い抗力を得ることができるからである。

もちろん、側梁７２ａ上で横梁７２ｃと接合していない部分で、長土台１０の梁側横フランジ１２と側梁７２ａが接合されていてもよい。

側構体７４と台枠７２の接続は側梁７２ａに設けられた貫通孔７２ａｈを用いた栓溶接で行われる。

図４に断面がハット型の長土台１０を用いた場合の接合部の平面図（図４（ａ））と断面（図４（ｂ））を示す。図４（ａ）は、側外板４０が無い状態で、図４（ｂ）は、側外板４０がある状態を示している。このように、長土台１０は、断面がＺ型の部材だけでなく、ハット型の部材を用いていても良い。台枠７２との接合は縦骨２０の梁側縦フランジ２２である。側外板４０は、縦骨２０の構体側縦フランジ２１と長土台１０の構体側横フランジ１１に接合され固定される。

断面ハット型の長土台１０は、構体側横フランジ１１が上側と下側の２箇所有する。上側を構体側横フランジ１１ｕとし、下側を構体側横フランジ１１ｄとする。側外板４０は、いずれかのフランジに接合され、また両方の構体側横フランジ１１ｕ、１１ｄに接合されていてもよい。

断面ハット型の長土台１０を用いた場合は、上側と下側の構体側横フランジ１１ｕ、１１ｄが側外板４０と接合される。したがって、長土台１０のハット部分は、上下方向に関しては密閉された状態に近い。つまり、ここには、水が溜まる恐れがある。そこで、下側の構体側横フランジ１１ｄには、水抜き用の凹みまたはスリット（切込み）１８（図４（ａ）参照）を設けてもよい。側外板４０を接合すれば、この凹みまたはスリット（切込み）は水抜き孔となる。

このようにすることで、長土台１０として、水が溜まりやすい構造になるハット型部材を横向きにつかっても、排水可能な構造とすることができる。

（実施の形態２）
図５には、他の実施形態の鉄道車両構造を示す。図５（ａ）は、長土台１０と縦骨２０を接合する前の状態であり、図５（ｂ）は、接合した状態を示す。本実施の形態に係る鉄道車両構造では、長土台１０が縦骨２０によって切られることがない。実施の形態１では、長土台１０は縦骨２０によって切られていた。したがって、縦骨２０に長土台１０を接合していた。しかし、本実施の形態では長土台１０に縦骨２０を接続する。

縦骨２０は、長土台１０の構体側横フランジ１１の幅１１ｗの分だけ、構体側縦フランジ２１が削除されている（図５のＬＡ部分）。したがって、縦骨２０を長土台１０に接合する際には、長土台１０の横壁１３に縦骨２０の端部２０ｔを当接させ、縦骨２０の構体側縦フランジ２１の下端２１ｔを、長土台１０の構体側横フランジ１１の側面端１１ｓｔに当接させ、結合させる。

本実施の形態の場合、台枠７２の側梁７２ａ（図１参照）と接合するのは、長土台１０である。もちろん、側梁７２ａと接合するのは、長土台１０ではあるものの、側構体７４の長土台１０と縦骨２０の交差部３２が側梁７２ａと接合されるといえる。

なお、本実施の形態の場合も長土台１０は、断面ハット型部材を利用することができる。また、断面ハット型部材を長土台１０として用いた場合は、下側の構体側横フランジ１１ｄに水抜き用凹みまたはスリット（切込み）１８を設けることができる（図４参照）。

（実施の形態３）
図６には、他の実施形態の鉄道車両構造を示す。本実施の形態に係る鉄道車両構造では、側構体７４と台枠７２の接合部分に、ガセット３６を配して、構造体としての強度を向上する。なお、図６では縦骨２０に長土台１０が接合されている場合を示しているが、長土台１０に縦骨２０を接合する場合でも以下の説明は同様に適用できる。

本実施の形態に係る鉄道車両構造では、長土台１０の梁側横フランジ１２と縦骨２０の梁側縦フランジ２２の車内側面は面一に構成される（図２参照）。そして、この面にガセット３６が接合される。したがって、ガセット３６は、長土台１０の梁側横フランジ１２にも、縦骨２０の梁側縦フランジ２２にも接合される。

ガセット３６は、一定の厚みを有する補強板である。ガセット３６という同一の部材に長土台１０と縦骨２０が接合されるので、交差部３２の強度はさらに強くなる。また、長土台１０と縦骨２０およびガセット３６には、栓溶接用の貫通孔が設けられている。もちろん、台枠７２の側梁７２ａにも貫通孔７２ａｈが設けてある。したがって、側梁７２ａ、ガセット３６、縦骨２０、長土台１０が一つに溶接されるので高い強度をえることができる。

なお、本実施の形態でも、長土台１０は、断面Ｚ型部材と断面ハット型部材の何れを用いても良い。また、断面ハット型部材を用いた場合は、下側の構体側横フランジに水抜き用の凹みまたはスリット（切込み）を設けることができる。

本発明の鉄道車両構造は、鉄道車両の製造に好適に利用することができる。

１ 鉄道車両構造
１０ 長土台
１０ｔ （長土台１０の）端部
１１ｔ （構体側横フランジ１１の）端部
１１ｗ （長土台１０の構体側横フランジ１１の）幅
１３ｔ （長土台１０の）横壁端部
１２ｔ （梁側横フランジ１２の）端部
１１ 構体側横フランジ
１２ 梁側横フランジ
１３ 横壁
１８ 水抜き用凹みまたはスリット（切込み）
２０ 縦骨
２１ 構体側縦フランジ
２１ｓｔ （縦壁２３の構体側縦フランジ２１の）側辺端部
２２ 天板
２２ 梁側縦フランジ
２３ 縦壁
４０ 側外板
３０ 骨格構造
３２ 交差部
３６ ガセット
７０ 鉄道車両
７２ 台枠
７２ａ 側梁
７２ａａ 張出部
７２ａｈ 貫通孔
７２ｂ 端梁
７２ｃ 横梁
７３、７４ 側構体
７５、７６ 妻構体
７７ 天井

Claims (3)

1. 台枠と、側構体と、妻構体および屋根構体で組み立てられた鉄道車両構造であって、
   前記側構体は、
   縦骨と長土台が交差部で接合された骨格構造と、
   前記骨格構造に接合された側外板を含み、
   前記側構体と前記台枠は、前記側構体の前記交差部と、前記台枠の側梁が接合され、
   前記縦骨は、前記側梁と接合される接合面と、
   前記接合面から角度をもって折り曲げられ、前記側外板と接合されるフランジ面を有することを特徴とする鉄道車両構造。
2. 前記交差部には、前記縦骨と前記長土台のいずれにも接合されるガセットが備えられていることを特徴とする請求項１に記載された鉄道車両構造。
3. 前記長土台は、水抜き用の凹みまたはスリット（切込み）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載された鉄道車両構造。