JP6887237B2 - 鉄道車両構体 - Google Patents

Description

本発明は、高速鉄道の車両構体に関する。

近年、車内音の低減による高品質化や部品点数の削減による低コスト化を目的として、アルミニウム合金製の中空押出形材で、高速鉄道車両構体（以下、「構体」とも記載する。）を製造する場合がある。中空押出形材は、例えば、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する接続板からなるアルミニウム合金製の部材である。

そして、定盤上に並べた複数の中空押出形材を突き合わせて長手方向に接合し、構体の床面をなす台枠、側面をなす側構体、屋根をなす屋根構体等のパネルを製造した後、これらパネルを６面体に組み立てて接合することによって構体が製造される。
特許文献１には、上記のような中空押出形材を用いて構体を構成する例が開示されている。

特開２００４−１３０８７２号公報

一般に、高速鉄道車両の構体は気密性の高い構体（以下、「気密構体」とも記載する。）のため、高速走行時のトンネル通過に伴う車外圧力変動に起因する気密荷重によって、側構体や屋根構体等が面外方向に変形する。
側構体の気密荷重に起因する曲げモーメントによる変形を抑制するためには、側構体の上端部と屋根構体の結合部（以下、「軒部」とも記載する。）および側構体の下端部と台枠の結合部（以下、「腰部」とも記載する。）の中空押出形材の高さ（厚さ）寸法を大きくすることが効果的である。

高速鉄道車両の構体を構成する側構体は、レール方向の中央部の客室（一般）ブロックと、レール方向の両端部に備えられるとともに乗客等の乗降に供される側引戸を含む側出入口ブロックから構成される。
客室ブロックは、対向する２枚の面板からなる複数の中空押出形材から構成されており、側構体の軒部および腰部に接続する厚さを大きくするとともに側構体の高さ方向の中央部（窓近辺）の厚さを小さくして軽量化と客室空間（特に、枕木方向の寸法）の拡大を促進していた。側出入口ブロックは、側引戸と側引戸が収納される戸袋部と含めた厚さ寸法が大きくならないことと、気密荷重に抗する強度を備えるために、厚さが小さい平板状の押出形材と、この平板状の押出形材を補強する複数の補強部材から構成される。

従来の側出入口ブロックは、部品点数が大きいことに加えて、溶接量も多いため品質管理が難しいだけでなく製作工数も大きくなる傾向があった。さらに、側出入口ブロックを客室ブロックの長手方向の両端部に接続する工数も発生するため、側構体全体の製作に要する工数が大きくなりやすい課題があった。

本発明の目的は、気密荷重に起因する側構体の変形を抑制しつつ、側構体を一つのブロックとして構成し、側構体の製造コストを低減することができる鉄道車両構体を提供することである。

上記の課題を解決するために、代表的な本発明による鉄道車両構体の一つは、長手方向の全長に渡って押出成形された複数の中空押出形材からなる側構体を備える鉄道車両構体において、側構体の高さ方向の下部の腰部に備えられる中空押出形材は、車外側の第１面板と、車内側の第２面板と、第１面板と第２面板とを接続する複数の第１リブと、第２面板よりも車内側に配置した第３面板と、第２面板と第３面板とを接続する複数の第２リブとを備えた中空押出形材で構成され、側構体の長手方向に沿って可動する側引戸の可動範囲において、第３面板と第２リブが切除されている。

本発明によれば、気密荷重に起因する側構体の変形を抑制しつつ、側構体を一つのブロックとして構成し、側構体の製造コストを低減することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によりあきらかにされる。

図１は、鉄道車両構体の部分断面の斜視図である。 図２は、鉄道車両構体の部分断面図である。 図３は、鉄道車両構体をなす側構体の客室（一般）ブロックにおける腰部の部分断面図（図１Ａ−Ａ断面図、図２詳細Ａ）である。 図４は、鉄道車両構体をなす側構体の側引戸の可動範囲における腰部の部分断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図、図２詳細Ａ）である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。
まず、以下の説明に供する鉄道車両構体に関係する各方向を、鉄道車両構体１（以下、構体１と記す）の長手方向（レール方向）をＸ方向、構体１の幅方向（枕木方向）をＹ方向、これらＸ方向およびＹ方向に交差する構体１の高さ方向をＺ方向と定義する。以下、単にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と記載する。

図１は、鉄道車両構体の部分断面の斜視図である。ここで、図１に示す構体１は、中心線（一点鎖線）を含むＸ方向に沿う垂直面に関して対称であるため、当該垂直面に対して一方のみを示す。

構体１は、床面をなす台枠４０と、台枠４０のＹ方向の端部に立設される側構体３０と、側構体３０の上端部に載置される屋根構体２０などを備える。
台枠４０は、Ｙ方向の両端部にＸ方向に沿って備えられる一対の側梁４１０同士をＹ方向に接続するとともにＸ方向に沿って離散的に備えられる複数の横梁４３０と、横梁４３０の上面に固定されるとともに側梁４１０に接続され、Ｘ方向に交差する断面形状がＴ字状の複数のリブを備える平板状の押出形材４２０から構成される。

屋根構体２０は、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する複数の接続板からなる中空押出形材２１０、２２０、２３０、２４０からなる。
これら中空押出形材は、アルミニウム合金製であり、Ｘ方向に沿って押出成形されている。

屋根構体２０は、中空押出形材２１０〜２４０のＹ方向の端部を突き合わせて、溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合して製作される。
屋根構体２０のＹ方向の端部に備えられる中空押出形材２４０は、側構体３０のＺ方向の端部に備えられる中空押出形材３００に溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合される。

側構体３０は、対向する２枚の面板とこれら面板を接続する複数の接続板からなるとともに側構体３０の全長（Ｘ方向の一方の端部から他方の端部に至る範囲）に渡って配設される中空押出形材３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０から構成される。
これら中空押出形材の材質および押出方向は屋根構体２０に供される中空押出形材のそれらと同様である。
側構体３０は、中空押出形材３００〜３６０のＺ方向の端部を突き合わせて、溶融溶接（または、摩擦撹拌接合）Ｗで接合して製作される。
側構体３０のＺ方向の上端部に備えられる中空押出形材３００は屋根構体２０のＹ方向の端部の中空押出形材２４０に接続され、側構体３０のＺ方向の下端部に備えられる中空押出形材３６０は、台枠４０をなす側梁４１０に接合される。
側引戸６０は、側構体３０に備えられる出入口フレーム５０を含む側引戸可動範囲９０においてＸ方向に沿って可動する。

図２は、鉄道車両構体の断面図である。ここで、図２に示す構体１は、中心線を含むＸ方向に沿う垂直面に関して対称であるため、当該垂直面に対して一方のみを示す。
側引戸６０は、中空押出形材３１０〜３６０の車内側の面板よりも車内側に配置されている。側構体３０のＺ方向の上部に配設される中空押出形材３１０のＺ方向下部９１ａから側構体３０のＺ方向の下部に配設される中空押出形材３６０のＺ方向上部９１ｃに至る範囲において，中空押出形材の高さ（厚さ）寸法９２ａは同一である。前述した側構体３０のＺ方向の範囲（中空押出形材３１０の下部９１ａから中空押出形材３６０の上部９１ｃに至る範囲を、「中空押出形材３５０等」と記載する。）の車内側の面板と側引戸の車外側の面板との間には、開閉動作中の側引戸６０のＹ方向の変位を考慮し、隙間寸法９２ｂが設けられている。

側引戸６０の上端部と干渉しない中空押出形材３１０のＺ方向上部９１ｂの高さ（厚さ）寸法９２ｃは、中空押出形材３５０等の高さ（厚さ）寸法９２ａよりも大きく設定されている。これにより、側構体３０のＺ方向の上端部の軒部（中空押出形材３００）に接続する側構体３０のＺ方向の上部(中空押出形材３１０)の断面二次モーメントが向上するので、気密荷重に対する剛性を高めることができる。

図３は、鉄道車両構体をなす側構体の客室（一般）ブロックにおける中空押出形材３６０の部分断面図である。（図１におけるＡ−Ａ断面図、図２における詳細Ａ）
図３に示すように、中空押出形材３６０は、車外側の第１面板３１ａと、車内側の第２面板３１ｂと、第１面板３１ａと第２面板３１ｂとを接続する複数の第１リブ３１ｃを有するＺ方向上部９１ｃと、第１面板３１ａと第２面板３１ｂと第１リブ３１ｃに加えて、第２面板３１ｂよりも車内側に配置される第３面板３１ｄと、第２面板３１ｂと第３面板３１ｄとを接続する複数の第２リブ３１ｅをさらに備えるＺ方向下部９１ｄから構成される。

中空押出形材３６０のＺ方向上部９１ｃの中空押出形材の高さ（厚さ）寸法９２ａは、中空押出形材３５０等の高さ（厚さ）寸法と同一である。
一方、中空押出形材３６０のＺ方向下部９１ｄの中空押出形材の高さ（厚さ）寸法９２ｄは、中空押出形材３５０等の高さ（厚さ）寸法９２ａよりも大きくなるように形成される。これにより、気密荷重負荷時に曲げモーメントが支配的に作用する側構体３０の下端部の腰部(中空押出形材３６０)において、断面二次モーメントが向上させることができ、気密荷重に対する所定の剛性を備えることができる。

また、第２面板３１ｂ、第１リブ３１ｃおよび第２リブ３１ｅと接続するＢ点と、第１面板３１ａとの距離（Ｙ方向寸法）９２ｅは中空押出形材３５０等の高さ（厚さ）寸法９２ａよりも小さく設定している。この構成によって、第３面板３１ｄと第２リブ３１ｅと第２面板３１ｂとによって囲まれる中空部Ｃ部の断面積を十分大きくして押出成形時の押出性を確保することができるので、中空押出形材３６０のＺ方向下部９１ｄを３枚の面板を持った中空押出形材として製作することができる。なお、中空部Ｃ部の断面積は、中空押出形材３６０が製作（押出成形）可能であれば良い。そのため、距離（Ｙ方向寸法）９２ｅは中空押出形材３５０等の高さ（厚さ）寸法９２ａと同一の寸法でも良い。

図４は、側引戸可動範囲９０における中空押出形材３６０の部分断面図（図１におけるＢ−Ｂ断面図、図２における詳細Ａ）である。
図４に示すように、側引戸可動範囲９０において、中空押出形材３６０のＺ方向下部９１ｄの第３面板３１ｄと、第２面板と第３面板とを接続する複数の第２リブ３１ｅを機械加工等により削り落とし、切除した状態としている（図３参照）。

これにより、側引戸可動範囲９０において、中空押出形材３６０のＺ方向下部９１ｄと側引戸６０の下端部の干渉を回避できるとともに、第１面板３１ａ、第２面板３１ｂ及び第１リブ３１ｃからなる中空形状（第１面板３１ａと第２面板３１ｂとこれら面板を接続する第１リブ３１ｃからなる中空押出形材）を維持できるので、気密荷重に対する所定の剛性を備えることができる。
以上の構成により、図１に示すように、側出入口ブロックと客室（一般）ブロックの２種類のブロックを接続して構成することなく、側構体３０を主にＸ方向の一方の端部から他方の端部に至る中空押出形材３００〜３６０で形成される１つのブロックによって構成することができる。
その結果、側構体３０をＸ方向の一方の端部から他方の端部に向けて押出成形された中空押出形材３００〜３６０によって構成するとともに、側引戸６０の可動範囲に位置する中空押出形材３６０の第３面板３１および第２リブ３１ｅを取り除くだけで製造することができるため、気密荷重に耐えうる十分な強度（剛性）を備えるとともに、製造コストが小さい鉄道車両構体を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、実施例の構成の一部を他の構成に置き換えることも可能である。更に、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

例えば、中空押出形材の寸法やリブの数、構造などは適宜変更しうるものである。また、実施例では、側引戸を側構体の長手方向の両端部に２箇所設置した例を説明したが、側引戸が設置される個所、それらの可動範囲についは様々な変形例が含まれうることは当然である。
さらに、本発明は、高速鉄道車両に限らず、軌条車両全般にも適用できることも当然である。

１…鉄道車両構体
２０…屋根構体
３０…側構体
３１ａ…第１面板
３１ｂ…第２面板
３１ｃ…第１リブ
３１ｄ…第３面板
３１ｅ…第２リブ
４０…台枠
５０…出入口フレーム
６０…側引戸
９０…側引戸可動範囲
９１ａ…中空押出形材３１０のＺ方向下部
９１ｂ…中空押出形材３１０のＺ方向上部
９１ｃ…中空押出形材３６０のＺ方向上部
９１ｄ…中空押出形材３６０のＺ方向下部
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ、９２ｅ…中空押出形材の高さ（厚さ）寸法
２１０、２２０、２３０、２４０…中空押出形材
３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０…中空押出形材
４１０…側梁
４２０…押出形材
４３０…横梁

Claims (3)

1. 長手方向の全長に渡って押出成形された複数の中空押出形材からなる側構体を備える鉄道車両構体において、
   前記複数の中空押出形材の内の、前記側構体の高さ方向の下部の腰部に備えられる中空押出形材（以下、「腰部中空押出形材」と称する）は、車外側の第１面板と、車内側の第２面板と、前記第１面板と前記第２面板とを接続する複数の第１リブと、前記第２面板よりも車内側に配置した第３面板と、前記第２面板と前記第３面板とを接続する複数の第２リブとを備えており、
   前記側構体の長手方向に沿って可動する側引戸の可動範囲において、前記第３面板と前記第２リブが切除されていて、
   前記腰部中空押出形材の高さ方向の下部の厚さ寸法は、前記複数の中空押出形材の内の、前記側引戸の高さ方向の上端部と干渉しない部分を含む中空押出形材の高さ方向の下部から、前記腰部中空押出形材の高さ方向の上部に至る範囲にある、前記複数の中空押出形材の内の、中空押出形材（以下、「中間中空押出形材」と称する）の厚さ寸法よりも大きく、
   前記第２面板、前記第１リブおよび前記第２リブと接続する点と、前記第１面板との距離は、前記中間中空押出形材の厚さ寸法よりも小さい
   ことを特徴とする鉄道車両構体。
2. 請求項１に記載の鉄道車両構体において、
   前記第３面板及び前記第２リブは、いずれも前記腰部中空押出形材の高さ方向の下部に形成されていることを特徴とする鉄道車両構体。
3. 請求項１または請求項２に記載の鉄道車両構体において、
   前記側引戸の上端部と干渉しない部分を含む中空押出形材の高さ方向の上部の厚さ寸法は、前記中間中空押出形材の厚さ寸法よりも大きいことを特徴とする鉄道車両構体。

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