JP6868577B2 - 鉄道車両の床構造およびその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は鉄道車両の床構造に関するものであり、特に耐火性を有する床構造を簡便に製造することができる構成を提供するものである。

鉄道車両は様々な観点から乗客の安全を考慮して設計される。火災に対する耐性についても、少なくとも満足すべき耐火性等が決められている。例えば日本国内では、省令第８３条の解釈基準に「床下面は不燃性又は、表面が金属で覆われたもの」との規定がある。

また、米国では、耐火基準ＡＳＴＭ Ｅ−１１９で、欧州ではＥＮ４５５４５−２等で決められている。例えば欧州の基準によれば、床表面の温度上昇の許容値は平均で初期温度＋１４０℃以下とされている。

さらに、米国の規格ＮＦＰＡ １３０ ＦＩＸＥＤ ＧＵＩＤＥＷＡＹ ＴＲＡＮＳＩＴ ＳＹＳＴＥＭの第４章 車両の規定においては、最低限ＡＳＴＭ Ｅ−１１９によることと、規定されている。この方法で少なくとも１５分間、または乗客が脱出できる時間の２倍の間、この基準温度以下である必要がある。

以上のように、鉄道車両の床構造には耐火性能が求められている。特に床下には、車輪を駆動するモータ、変圧器およびその制御装置が懸架されている。モータや変圧器には大電流が供給されるので、制御回路は発熱する。そこで万一制御回路若しくはモータで火災が発生しても、床より上の客室内に、少なくとも一定時間、炎や煙はもちろん、熱も入り込まないように床構造には耐火性が求められている。

特許文献１には、床下に断熱材を配置した床構造が示されている。図７を参照して、特許文献１によれば、床構造１００は上面１０１と中間層１０２と下層１０３の３層構造をしている。

上面１０１は、水酸化物を有するゴムなどからなる層で、客室からみると床面となる。中間層１０２は、金属などの不燃物で構成され、床の強度を確保する。中間層１０２はいわゆる台枠形材と呼ばれるもので、側梁、端梁、横梁といった梁構造が支える床を構成する部材である。下層１０３には、断熱材１０４が配置され断熱効果を高めている。なお、断熱材１０４は、下板１３１で支えられている。

このような床構造を形成する場合、中間層１０２を裏返して置き、断熱材１０４を配置し、下板１３１で蓋とした後、表返す。そして、他の構体と接続した後、上面１０１を配置してゆく。鉄道車両の製造方法においては、このように床構造を形成する場合、中間層１０２に相当する台枠形材を裏返しておいて、作業を行う場合が多い（特許文献２参照）。

特開昭６２−１８９２５１号公報 国際公開第１９９６／００９１９８号

台枠形材の裏側の構造を形成する場合に、台枠形材を裏返しておけば、作業者は下向きの作業となり、リベット打ち、溶接、機器吊り金具の固定、および断熱材の配置等の作業が容易である。台枠形材の下側からこのような作業を行う場合、被溶接部を下から保持しておく必要がある。また、溶接作業が上向きの作業となり、難易度や疲労度は格段に大きくなるからである。

しかし、これらの台枠形材の裏面構造を形成した後、表返すと、取り付けた機器吊り金具が何かに当たって歪んだり、配置した断熱材が破損するといったおそれがある。断熱材は、ガラスウール等で形成されている場合が多く、破損しやすいからである。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、台枠形材の裏面に対して作業を行うに際して枠構造と一体化した台枠形材を裏返す必要のない床構造および床構造の形成方法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の床構造は、
下面に吊溝が設けられた台枠形材と、
前記吊溝にボルト締結された格子状のサブフロアフレームと、
前記サブフロアフレームに溶接された機器吊り金具と、
前記サブフロアフレームの格子開口部の下面に固定されたサブフロアパンと、
前記サブフロアパンと前記サブフロアフレームの境界部を密閉する耐火シールと、
前記サブフロアパンの上面に配置された断熱材を有することを特徴とする。

また、上記の鉄道車両の床構造の形成方法は、
格子状のサブフロアフレームを裏返し、下面に機器吊り金具を溶接する工程と、
前記サブフロアフレームを表返し、格子開口部の下面にサブフロアパンを固定する工程
と、
前記サブフロアパン上に断熱材を配置する工程と、
前記サブフロアパンと前記サブフロアフレームの境界部およびリベット頭部への耐火シールを配置する工程と、
前記サブフロアフレームを鉄道車両の台枠形材の下方から持ち上げて、前記台枠形材にボルト締結する工程を有することを特徴とする。

本発明に係る鉄道車両の床構造では、台枠形材より小さい格子状のサブフロアフレームを用いて予め台枠形材の裏面構造を形成しておくので、台枠と一体化した台枠形材を裏向けるといった作業が不要となる。したがって、取り付けた機器吊り金具や断熱材の破損といった事故を回避することができる。また、台枠と、台枠形材の裏面構造を別々に形成することができるので、鉄道車両の製造に関して、工程の自由度が向上するという効果がある。

本発明に係る鉄道車両の床構造の下方からの斜視図である。 サブフロアフレームを上方から見た斜視図である。 サブフロアフレームの桟部と機器吊り金具を示す図である。 図２のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す図である。 床構造の形成方法を示す図である。 床構造の形成方法を示す図である。 従来の床構造を示す図である。

以下に本発明に係る鉄道車両の床構造およびその形成方法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。

図１に本発明に係る鉄道車両の床構造１の下方からの斜視図を示す。なお、図中「上」は重力上方向を言い、「下」は重力下方向を言う（以後同じ）。図１では、台枠形材１２は一部を示している。また、図１では、梁構造は省略し、床構造１だけを示している。なお、床構造１は、台枠形材１２とサブフロア構造１４等を有する。台枠形材１２はアルミニウム合金の押出法によって形成されている。下面１２ｄには、吊溝１２ｂが形成されている。上面１２ａは、乗客から見た鉄道車両の床となる。上面１２ａの上にシートや床板などを貼り付けてもよい。

サブフロア構造１４は、サブフロアフレーム１５および機器吊り金具２０等で構成されている。サブフロアフレーム１５は、台枠形材１２より小さく、格子形状をしている。格子形状とは、複数の縦材および横材を交差させた形状で、桟部１５ａと貫通孔の部分（格子開口部１５ｂと呼ぶ。）で形成されている。

サブフロアフレーム１５は、台枠形材１２の下面１２ｄの全面に亘る配置の必然性はない。例えば、機器６０が配置されていない部分は、火災の心配はなく、断熱材２４（図４参照）を配置する必要はないからである。言い換えると、サブフロアフレーム１５は、取り付けられる床下機器配置に合わせて分割されたユニット構造を有することができる。また、サブフロアフレーム１５は１台分の台枠形材１２の下面１２ｄに複数個配置させてもよい。また、台車（車輪およびモータが配置されている部分）には、サブフロアフレーム１５は配置しない。

つまり、サブフロアフレーム１５に懸架させる機器６０の場所毎にサブフロアフレーム１５を配置してもよい。また、１台分の台枠形材１２に複数のサブフロアフレーム１５を配置する場合は、各サブフロアフレーム１５の格子開口部１５ｂの大きさを変えてもよい。

図１では、車輪を駆動するモータ（図示せず。）を制御するインバータ６０ａと、エアタンク６０ｂおよび空気圧縮用モータ６０ｃとそれらの制御回路６０ｄがサブフロアフレーム１５を介して台枠形材１２に懸架されている様子を示している。

図２には、サブフロアフレーム１５を上方（車体床面側）から見た斜視図を示す。台枠形材１２は省略している。サブフロアフレーム１５は、車両進行方向の桟部１５ａＬと車両幅方向の桟部１５ａＴで形成されている。これらの桟部１５ａＬおよび桟部１５ａＴ（まとめて呼ぶ際には桟部１５ａと呼ぶ。）によって、格子開口部１５ｂが形成されている。桟部１５ａの材質は鉄若しくはステンレスが好ましい。

桟部１５ａは、断面ハット型に形成されている。したがって、格子開口部１５ｂでは、サブフロアフレーム１５の下面部分にフランジ部１５ｃが形成されている。また、桟部１５ａＬと桟部１５ａＴの交点１５ｅには、台枠形材１２の下面１２ｄに形成された吊溝１２ｂ（図１参照）とサブフロアフレーム１５をボルト締結３０（図４参照）するための貫通孔であるフレームボルト孔１５ｈが形成されている。

サブフロアフレーム１５の下面には、機器吊り金具２０が溶接される。図２では、機器吊り金具２０がサブフロアフレーム１５に溶接される前の状態を示している。機器吊り金具２０の溶接面を「××」で示した。機器吊り金具２０は断面コの字型の部材である。長さはサブフロアフレーム１５以下であるのが好ましい。機器吊り金具２０の材質は必要な強度に照らして、調質を選定する。

サブフロアフレーム１５と機器吊り金具２０は溶接で接続されるのが望ましいので、互いに溶接するのに適した材料を選択するからである。機器吊り金具２０には、所定の位置に吊具ボルト孔２０ｈが形成されている。各種の機器６０（図１参照）は、サブフロアフレーム１５に溶接された機器吊り金具２０の吊具ボルト孔２０ｈを使って、サブフロアフレーム１５に懸架される。

図３（ａ）には、サブフロアフレーム１５の桟部１５ａＴと機器吊り金具２０が溶接された部分の斜視図を示し、図３（ｂ）には図３（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す。機器吊り金具２０は、サブフロアフレーム１５の車両幅方向の桟部１５ａＴのフランジ部１５ｃに溶接固定される。溶接個所を符号Ｗｄで示した。

図４（ａ）に図２のＡ−Ａ断面を示し、図４（ｂ）に図２のＢ−Ｂ断面を示す。図４（ａ）は、サブフロアフレーム１５の車両幅方向の桟部１５ａＴに沿った断面である。図４（ａ）を参照して、サブフロアフレーム１５は、台枠形材１２の下面（裏面）１２ｄに形成された吊溝１２ｂにフレームボルト孔１５ｈを介してボルト締結３０される。

図４（ｂ）は、サブフロアフレーム１５の格子開口部１５ｂを横断する断面である。図４（ｃ）は図４（ｂ）の一部拡大図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）を参照して、桟部１５ａの下方のフランジ部１５ｃには、上方からサブフロアパン２２が配置される。サブフロアパン２２は板状の部材で、格子開口部１５ｂの底面を覆う部材である。フランジ部１５ｃはサブフロアパン２２を支持している。また、フランジ部１５ｃとサブフロアパン２２はリベット１６等で固定される。

サブフロアパン２２とサブフロアフレーム１５の境界部分は、リベット１６の頭部を含めて耐火シール１７を配置させておくのが望ましい。より具体的には、リベット１６よりサブフロアパン２２の中心側から桟部１５ａの側壁部１５ａｓにかけて耐火シール１７を配置する。

なお、図４（ｂ）では、車両進行方向の桟部１５ａＬの側壁部１５ａＬｓを側壁部１５ａＬとして示しているが、車両幅方向の桟部１５ａＴにおいても、同様に耐火シール１７が配置される。サブフロアパン２２とフランジ部１５ｃとの間から火気や煙が上方に向かうのを抑制するためである。

格子開口部１５ｂはサブフロアパン２２で底面が形成されたことで、容器形状を呈する。このサブフロアパン２２上に断熱材２４が配置される。断熱材２４はサブフロアパン２２若しくは桟部１５ａの側壁部１５ａｓと固定されるのが望ましい。断熱材２４が動くと、異音発生の原因となるからである。

また、断熱材２４の厚み２４ｔは、サブフロアパン２２から台枠形材１２の下面１２ｄまでの厚さを適宜選択することができる。断熱材２４の上面２４ｕが、台枠形材１２の下面１２ｄまで到達しない厚みであれば、断熱材２４と台枠形材１２の下面１２ｄとの間に空気層２６が形成される。したがって、断熱材２４と空気層２６による断熱層が台枠形材１２の下面１２ｄに形成されることとなり、好ましい構成であると言える。

なお、断熱材２４の厚み２４ｔは格子開口部１５ｂ毎に同じでなくてよい。格子開口部１５ｂの下に懸架される機器６０によって、火災のおそれがないものは断熱材２４を薄くしてもよい。一方、原理的に発熱する構造を有する機器６０の直上には厚い断熱材２４を配置するのが望ましい。また、断熱材２４の厚み２４ｔは、要求される車両の耐火性能（一般的に耐火時間で求められる。）に応じて、増減することで対応できる。

次にこのような鉄道車両の床構造１の形成方法について図５を用いて説明する。サブフロアフレーム１５は、型押しや溶接などで予め作成されている。図５（ａ）を参照して、サブフロアフレーム１５を裏返して、機器吊り金具２０を溶接する。次にこれを表返し、サブフロアパン２２を格子開口部１５ｂに配置し、リベット１６で固定する。その後桟部１５ａのフランジ部１５ｃとサブフロアパン２２との間（サブフロアフレームの境界部）を、リベット１６の頭を含め、耐火シール１７で密封する（図５（ｂ）参照）。

サブフロアパン２２の上部に断熱材２４を載置し（図５（ｃ））、固定する。図５（ｃ）では、小物機器や配管支えなども先に溶接しておくことができる。これでサブフロア構造１４が完成する。次に図６を参照する。図５で作成したサブフロア構造１４を台枠形材１２の下方から押し上げ、当接させ、ボルト締結３０する（図６（ａ））。このようにすることで、台枠形材１２すなわち、台枠をひっくり返す工程が無くなる。なお、この際に台枠はすでに台車上に配置しておいてよい。

最後に各種機器６０を下方から機器吊り金具２０に固定していく（図６（ｂ））。この工程は、従来の工程と同じである。このようにすることで、台枠形材１２を裏返すことなく、鉄道車両の下部を作製することができる。

本発明の床構造は鉄道車両の床構造として好適に利用することができる。

１ 床構造
１２ 台枠形材
１２ａ 上面
１２ｄ 下面
１２ｂ 吊溝
１４ サブフロア構造
１５ サブフロアフレーム
１５ａ 桟部
１５ａＬ 車両進行方向の桟部
１５ａＴ 車両幅方向の桟部
１５ａｓ 側壁部
１５ｂ 格子開口部
１５ｃ フランジ部
１５ｅ 交点
１５ｆ 下面開口
１５ｈ フレームボルト孔
１６ リベット
１７ 耐火シール
１８ 蓋板
２０ 機器吊り金具
２０ｈ 吊具ボルト孔
２２ サブフロアパン
２４ 断熱材
２４ｔ 厚み
２４ｕ 上面
２６ 空気層
３０ ボルト締結
６０ 機器
６０ａ インバータ
６０ｂ エアタンク
６０ｃ 空気圧縮用モータ
６０ｄ 制御回路

Claims (5)

1. 下面に吊溝が設けられた台枠形材と、
   前記吊溝にボルト締結された格子状のサブフロアフレームと、
   前記サブフロアフレームに溶接された機器吊り金具と、
   前記サブフロアフレームの格子開口部の下面に固定されたサブフロアパンと、
   前記サブフロアパンと前記サブフロアフレームの境界部を密閉する耐火シールと、
   前記サブフロアパンの上面に配置された断熱材を有することを特徴とする鉄道車両の床構造。
2. 前記断熱材と前記台枠形材の下面の間には空気層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の床構造。
3. 前記断熱材は、前記格子開口部によって厚みが異なることを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された鉄道車両の床構造。
4. 前記サブフロアフレームは、１車両の前記台枠形材に複数個配置されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一の請求項に記載された鉄道車両の床構造。
5. 格子状のサブフロアフレームを裏返し、下面に機器吊り金具を溶接する工程と、
   前記サブフロアフレームを表返し、格子開口部の下面にサブフロアパンを固定する工程と、
   前記サブフロアパン上に断熱材を配置する工程と、
   前記サブフロアパンと前記サブフロアフレームの境界部およびリベット頭部への耐火シールを配置する工程と、
   前記サブフロアフレームを鉄道車両の台枠形材の下方から持ち上げて、前記台枠形材にボルト締結する工程を有することを特徴とする鉄道車両の床構造の形成方法。

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