JP7109144B2

JP7109144B2 - 鉄道車両構体

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Publication number: JP7109144B2
Application number: JP2018149941A
Authority: JP
Inventors: 優太眞野
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP2020026142A

Description

本発明は、屋根上からの雨水を導く導入路を形成する部品点数を削減できる鉄道車両構体に関するものである。

従来より、鉄道車両の屋根に降った雨水を、屋根構体の雨樋から縦樋へ導く鉄道車両構体が知られている（特許文献１）。特許文献１に開示される技術では、屋根構体の雨樋に連なるように妻構体の桁に受け部を設け、縦樋を隅柱に設けている。その受け部に連通するように桁の下部に管体を接合することで、受け部からの雨水を縦樋に導入するための導入路を管体によって形成している。

特開２０１３－７８９７３号公報

しかしながら上記従来の技術に対して、受け部から縦樋までの導入路を形成する部品点数を削減することが望まれている。

本発明は上述した要求に応えるためになされたものであり、導入路を形成する部品点数を削減できる鉄道車両構体を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の鉄道車両構体は、鉄道車両のレール方向の端部に配置される妻構体と、前記妻構体の上部に配置される屋根構体と、を備え、前記妻構体は、枕木方向の両端縁に配置されると共に縦樋が設けられる一対の隅柱と、一対の前記隅柱の上部にそれぞれ接合される枕木方向外側の一対の桁端部を有して前記屋根構体のレール方向の端部に接合される桁と、を備え、前記桁には、前記屋根構体側に開口して前記屋根構体に降った雨水を受ける受け部と、前記受け部から枕木方向外側に向かって下降傾斜しつつ前記桁端部に設けた開口部から雨水を前記縦樋に導入する導入路と、が形成されている。

請求項１記載の鉄道車両構体によれば、屋根構体に降った雨水を受ける受け部と、受け部に連なる導入路とが桁に形成されており、その桁の枕木方向外側の桁端部に導入路の開口部が設けられる。その開口部が設けられる桁端部と、縦樋が設けられる隅柱とが接合されることで、受け部から導入路を通って開口部から出た雨水が縦樋に導入される。このように、受け部から縦樋までの導入路を桁を利用して形成できるので、桁とは別の管体などから導入路を形成する場合と比べて、導入路を形成する部品点数を削減できる。

請求項２記載の鉄道車両構体によれば、桁は、受け部を有する第１部と、第１部の枕木方向外側の外端部に接合される筒状の第２部と、を備えている。この第１部には、受け部から外端部まで貫通する貫通孔が設けられ、その貫通孔と第２部の中空部分とにより導入路が形成されている。第２部が桁端部へ向かって下降傾斜するので、請求項１の効果に加え、第２部の下降傾斜を利用して導入路の水勾配を形成し易くできる。

請求項３記載の鉄道車両構体によれば、第１部の拡大部は、第１部の下面から貫通孔までの肉厚が外端部から受け部へ向かうにつれて次第に大きくなる。屋根構体側に開口する受け部を有する第１部は、受け部側の第１部の強度が低くなり易いところ、拡大部により受け部側の第１部の強度を確保できる。よって、請求項２の効果に加え、受け部を有する第１部の強度を確保できる。

一実施形態における鉄道車両構体の妻構体の背面図である。（ａ）は妻構体の肩部の平面図であり、（ｂ）は妻構体の肩部の背面図であり、（ｃ）は妻構体の肩部の側面図である。（ａ）は図２（ａ）のＩＩＩａ－ＩＩＩａ線における妻構体の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第１部の下面の変形例を示した妻構体の断面図である。

以下、好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して一実施形態における鉄道車両構体１について説明する。図１は鉄道車両構体１の妻構体３の背面図（客室側から見た図）である。なお、図１では、妻構体３の高さ方向の一部の図示を省略している。

図１に示すように、鉄道車両構体１は、台枠２のレール方向の両端部に配置される妻構体３と、台枠２の枕木方向の両端部に配置される側構体４（図２（ａ）参照）と、それら側構体４及び妻構体３の上部に配置される屋根構体５とを備える。これらの各構体は主にアルミニウム合金製の中空形材から構成され、各構体を互いに接合して鉄道車両構体１が構成される。

妻構体３は、妻構体３の枕木方向の両端縁に配置される一対の隅柱６と、一対の隅柱６の上部に架け渡される桁７と、レール方向視して逆Ｕ字状の板部材により形成されて縁が隅柱６及び桁７に接合される妻外板８とを備える。隅柱６は、中空の角柱状の部材であり、その下端が台枠２の下面まで達するように構成されている。後述するように隅柱６の内部に縦樋６ａが設けられるので、隅柱６（縦樋６ａ）に導入された雨水などは、台枠２の下面まで導かれて排水される。

桁７には、屋根構体５のレール方向の端部が枕木方向に亘って接合されている。桁７の枕木方向外側の一対の桁端部７ａがそれぞれ隅柱６に接合されている。桁７は、桁端部７ａ側（枕木方向外側）の一部分（後述する第１部２０の一部および第２部２２）が桁端部７ａへ向かうにつれて下降傾斜して円弧状（アーチ状）に形成されている。

妻外板８には、妻構体３の枕木方向の略中央から外側（隅柱６側）へ下降傾斜するように排水管９が取り付けられている。この排水管９は、上流端が空調機（図示せず）などに接続され、下流端が隅柱６に接続されている。この排水管９を介して空調機からの排水も隅柱６（縦樋６ａ）に導入される。

次に図２（ａ）から図３（ａ）を参照して隅柱６及び桁７について詳細に説明する。図２（ａ）は妻構体３の肩部の平面図である。図２（ｂ）は妻構体３の肩部の背面図である。図２（ｃ）は妻構体３の肩部の側面図である。図３（ａ）は図２（ａ）のＩＩＩａ－ＩＩＩａ線における妻構体の断面図である。なお、妻構体３の肩部とは、隅柱６と桁７との接合部分の周辺を指す。図２（ａ）から図３（ａ）では、妻構体３の右側（図１右側）について説明する。妻構体３の左側（図１左側）の構成は、妻構体３の右側の構成と略同一である。

図２（ａ）に示す平面視において、隅柱６の外形は、略平行四辺形の角の１箇所を凹ませた形状である。この角が凹んだ部分に側構体４が接合される。そして、中空の隅柱６は、略平行四辺形の角のうち側構体４が接合されない一対の対角を結ぶように隔壁６ｂ（図２（ｃ）参照）が隅柱６の内壁に連結され、隔壁６ｂによって隅柱６の中空部分が区画される。これにより、側構体４から離れた側の中空部分が略直角三角形状に形成される。隔壁６ｂによって区画された側構体４側の中空部分は、上端が塞ぎ板１１により塞がれる。これにより、隅柱６の剛性を上げることができる。

また、側構体４から離れた側の略直角三角形状の中空部分は、上下に開口しており、縦樋６ａとして利用される。このように、縦樋６ａが隅柱６の内側に設けられるので、隅柱６とは別に縦樋を設ける必要がなく、鉄道車両構体１の内部空間を有効利用できる。また、隅柱６とは別に縦樋を設ける場合と比較して、部品点数を削減できる。

平面視において、略直角三角形状の縦樋６ａを形成する隅柱６の内壁の３辺のうち、直交する２辺に、隅柱６の一部である板状の第１立設部１２（図２（ｂ）参照）及び第２立設部１３がそれぞれ接合されている。第２立設部１３は隔壁６ｂの上端に設けられる。第１立設部１２と第２立設部１３とは一体化されている。これにより、第１立設部１２及び第２立設部１３の強度を確保できる。

図２（ｃ）及び図３（ａ）に示すように、第１立設部１２の上端は、桁７の桁端部７ａの下部に接合（水密溶接）される。排水管９の下流端が第１立設部１２を貫通すると共に、第１立設部１２に排水管９の外周が接合（水密溶接）される。

図２（ｂ）に示すように、第２立設部１３は、レール方向視して縦長の略扇状に形成されている。より詳しくは、第２立設部１３は、円弧状に形成された外形が桁７の上面に滑らかに連なる。そして、その円弧状の外形の一部が内側に切欠されて切欠部１３ａが第２立設部１３に形成されている。第２立設部１３には、側構体４の一部が接合される。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、桁７は、複数の部材を枕木方向に互いに接合（水密溶接）して構成される。桁７は、枕木方向に互いに接合される複数の部材の１つとして、第１部２０と、その第１部２０の枕木方向外側の外端部２１から桁端部７ａまで形成する筒状の第２部２２とを備える。

第１部２０には、屋根構体５のうち上面に雨樋５ａ（横樋）が設けられた部分が接合される。第１部２０の上面には、屋根構体５の雨樋５ａと連通する凹状の受け部２３が設けられる。受け部２３は、屋根構体５に降って雨樋５ａを通ってきた雨水を受ける凹みである。受け部２３は、平面視において長方形状に形成されている。

第１部２０の上面は、受け部２３の外端部２１側を上方へ盛り上げた堰部２４を備え、その堰部２４よりも外端部２１側が、屋根構体５に沿って枕木方向外側へ下降傾斜する円弧状に形成されている。堰部２４によって、受け部２３に入った雨水を枕木方向外側へ溢れ難くできる。

さらに第１部２０には、受け部２３から外端部２１まで貫通する貫通孔２５が設けられる。貫通孔２５は、受け部２３から外端部２１へ向かって下降傾斜する。受け部２３を有する第１部２０をアルミニウム合金製の中実部材から構成した後、ドリル加工によって第１部２０に断面円形の貫通孔２５を形成することで、第１部２０が製造される。受け部２３の底面および側面の一部に貫通孔２５を開口させることで、受け部２３に対して枕木方向外側へ延びつつ下降傾斜する貫通孔２５を設け易くできる。

図３（ａ）に示すように、第１部２０は、第１部２０の下面２０ａから貫通孔２５までの肉厚Ｔ１が外端部２１から受け部２３（枕木方向内側）へ向かうにつれて次第に大きくなる第１拡大部２６と、第１部２０の下面２０ａから受け部２３までの肉厚Ｔ２が貫通孔２５（枕木方向外側）へ向かうにつれて次第に大きくなる第２拡大部２７とを備える。

なお、この肉厚Ｔ１は、貫通孔２５の中心を通りつつレール方向に垂直な断面において、第１部２０の下面２０ａから貫通孔２５までの上下方向（枕木方向およびレール方向に垂直な方向）の距離（レール方向に最も薄いところの厚さ）を示す。また、肉厚Ｔ２は、受け部２３を通りつつレール方向に垂直な断面において、受け部２３の底面のうち貫通孔２５が貫通していない部分までの第１部２０の下面２０ａからの上下方向の距離（レール方向に最も薄いところの厚さ）を示す。

屋根構体５側に開口する受け部２３を有する第１部２０は、受け部２３側の第１部２０の強度が低くなり易いところ、受け部２３側の肉厚Ｔ１が大きい第１拡大部２６によって受け部２３側の第１部２０の強度を確保できる。よって、受け部２３を有する第１部２０の強度を確保できる。

また、受け部２３に貫通孔２５が開口しているため、その付近の第１部２０の強度が特に低くなり易い。本実施形態では、受け部２３と貫通孔２５とが上下方向に重なる位置の下部の全体に第１拡大部２６が設けられているので、受け部２３及び貫通孔２５を有する第１部２０の強度を確保できる。

さらに、受け部２３の下部の肉厚Ｔ２が貫通孔２５へ向かうにつれて次第に大きくなる第２拡大部２７によっても、受け部２３に貫通孔２５が開口している部分付近の第１部２０の強度を確保できる。また、第１拡大部２６が貫通孔２５の下部の全体に亘って設けられ、第２拡大部２７が受け部２３の下部の全体に亘って設けられるので、第１部２０の強度を枕木方向の全体に亘って確保できる。

第１拡大部２６及び第２拡大部２７の下面２０ａは、レール方向に垂直な断面において直線状に連なっている。これにより、受け部２３及び貫通孔２５によって強度が低くなり易い部分である、第１拡大部２６と第２拡大部２７との境界に、曲げ応力が集中し易くなることを防止できる。

第２部２２は、アルミニウム合金製の中空形材から構成される筒状の部材である。第２部２２は、桁端部７ａへ向かって下降傾斜する。レール方向視において、第１部２０のうち堰部２４よりも枕木方向外側の一部分の上面と、第２部２２の上面とは、屋根構体５の形状に沿って連続した外側に凸の円弧状に形成されている。

第２部２２は、中空部分２９が両端にそれぞれ開口している。この両端のうち桁端部７ａ側の開口部３０とは逆側の開口には、第１部２０の外端部２１が挿入されて、第１部２０と第２部２２とが全周に亘って水密溶接される。

この第２部２２の中空部分２９と第１部２０の貫通孔２５とによって、受け部２３から枕木方向外側へ向かって下降傾斜する導入路３２が桁７に形成される。導入路３２は、受け部２３からの雨水を開口部３０から排出する部位である。この開口部３０が設けられる桁端部７ａは、縦樋６ａが内部に設けられる隅柱６に接合されるので、受け部２３からの雨水が導入路３２を通って開口部３０から縦樋６ａに導入される。

縦樋６ａの上方および桁端部７ａの枕木方向外側を覆うような壁形成部３３が、縦樋６ａを形成する隅柱６の壁面のうち車両外部に面する部分の上端と、第２部２２の桁端部７ａのうち車両外部に面する部分とに接合される。さらに壁形成部３３は、第２立設部１３や側構体４の一部にも接合される。これにより、第１立設部１２、第２立設部１３及び壁形成部３３によって、開口部３０と縦樋６ａの上端とを繋ぐ樋が形成される。この樋によって、開口部３０や排水管９から排出される雨水などが車両外部へ飛び出すことなく、雨水などを漏れなく縦樋６ａに導くことができる。

さらに、この樋を形成する第１立設部１２、第２立設部１３及び壁形成部３３は、縦樋６ａを形成する隅柱６の壁面の上端にそれぞれ接続されている。これにより、開口部３０や排水管９からの雨水などが縦樋６ａの上端に溜まることなく、雨水などを縦樋６ａに導くことができる。

以上のような鉄道車両構体１によれば、受け部２３から縦樋６ａまでの導入路３２を桁７を利用して形成できるので、桁７とは別の管体などを用いて導入路を形成する場合に比べて、導入路３２を形成する部品点数を削減できる。また、導入路３２が桁７に設けられるので、鉄道車両構体１の外側に導入路を設けることに起因した鉄道車両構体１の外観の悪化を防止できる。さらに、導入路３２が桁７に設けられるので、鉄道車両構体１の内側であって桁７の下方に導入路を設ける場合に比べて、桁７の下方のスペースを広くできると共に、桁７の上下寸法を大きくして桁７の断面係数（剛性）を大きくできる。

筒状の第２部２２が桁端部７ａへ向かって下降傾斜しているので、雨水を桁端部７ａへ導くための導入路３２の水勾配を第２部２２の下降傾斜を利用して形成できる。また、桁７の桁端部７ａ側の一部分が桁端部７ａへ向かって下降傾斜するような円弧状に形成されるので、水勾配を有する導入路３２を桁７に形成し易くできる。

また、円弧状に形成される桁７の一部分は、第１部２０のうち堰部２４よりも枕木方向外側の部位と、第２部２２とによって形成される。そのため、第１部２０の貫通孔２５の傾斜角度と、第２部２２の中空部分２９の傾斜角度とを異ならせることで、円弧状の桁７の一部分の小さいスペースに導入路３２を形成し易くできる。

本実施形態では第２部２２が中空形材から構成されているが、板材を筒状に曲げて縁同士を枕木方向に沿って接合したり、複数の部材を枕木方向に沿って接合したりして筒状の第２部２２を形成しても良い。但し、この場合には、雨水が中空部分２９を通る第２部２２の接合部の水密性の確保が必要となる。これに対して本実施形態では、第２部２２が中空形材から構成されるので、枕木方向に沿った接合部がなく、その接合部の水密性の確保を不要にできる。

第１部２０及び第２部２２は車両外部に面する桁７の一部であるため、雨水が通る導入路３２の形成とは関係なく、第１部２０と第２部２２とを水密溶接する必要があると共に、第２部２２と隅柱６とを水密溶接する必要がある。そのため、枕木方向に沿った接合部がない第２部２２により導入路３２を形成する場合に、新たな水密溶接の必要箇所を生じないようにできる。これにより、桁７とは別の管体などを桁７や隅柱６に水密溶接して管体などから導入路を形成する場合と比べて、水密溶接の必要箇所を削減できる。

さらに、中実部材にドリル加工によって貫通孔２５を形成する第１部２０にも枕木方向に沿った接合部がなく、その接合部の水密性の確保を不要にできる。同様に、第１部２０を用いて導入路３２を形成することで、桁７とは別の管体などを桁７や隅柱６に水密溶接して管体などから導入路を形成する場合と比べて、水密溶接の必要箇所を削減できる。このような第１部２０及び第２部２２を用いて導入路３２を形成することで、水密溶接の必要箇所を削減でき、水密性が確保された導入路３２の形成を容易にできる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら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内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、隅柱６や桁７の各部形状や各部寸法を適宜変更しても良い。また、第１立設部１２に接続される排水管９を省略しても良い。

上記形態では、妻構体３、側構体４及び屋根構体５が主にアルミニウム合金製の中空形材から構成される場合、即ち、各構体がアルミニウム合金製のダブルスキン構造である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。各構体の一部または全部をシングルスキン構造から構成しても良く、各構体の一部または全部をアルミニウム合金以外の金属材料から構成しても良い。

上記形態では、第１拡大部２６及び第２拡大部２７の下面２０ａが、レール方向に垂直な断面において直線状に連なる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１部２０の強度を確保できるのであれば、第１部２０の形状を適宜変更しても良い。例えば、図３（ｂ）に示すように、レール方向に垂直な断面において、第１拡大部２６及び第２拡大部２７の下面４０を曲線状に連ならせても良い。この場合にも、受け部２３及び貫通孔２５によって強度が低くなり易い部分である、第１拡大部２６と第２拡大部２７との境界に、曲げ応力が集中し易くなることを防止できる。

また、図３（ｃ）に示すように、第１部２０の下面のうち、外端部２１側を枕木方向に対して傾斜する傾斜面４６とし、傾斜面４６よりも枕木方向内側を枕木方向に対して略平行な平行面４７としても良い。図３（ｃ）では、受け部２３の下部のうち貫通孔２５に近い部位のみが、貫通孔２５へ向かうにつれて肉厚Ｔ２が次第に大きくなる第２拡大部４５となっている。なお、肉厚Ｔ２を枕木方向に亘って均一とし、第２拡大部２７，４５を省略しても良い。

同様にして、貫通孔２５の下部のうち受け部２３に近い部位のみを、受け部２３へ向かうにつれて肉厚Ｔ１が次第に大きくなる第１拡大部としても良い。また、肉厚Ｔ１を枕木方向に亘って均一とし、第１拡大部２６を省略しても良い。

上記形態では、隅柱６の中空部分を利用して隅柱６の内部に縦樋６ａが設けられる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。隅柱６の外部に縦樋を設けても良い。例えば、縦樋となる管を隅柱６の外部に取り付けても良く、隅柱６の外面を縦樋の内壁の一部となるように隅柱６に板材を接合しても良い。

上記形態では、ドリル加工によって断面円形の貫通孔２５が第１部２０に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。貫通孔２５を有する第１部２０を鋳造により形成しても良い。この場合、貫通孔２５の断面形状を円形以外に形成しても良い。

１鉄道車両構体
３妻構体
５屋根構体
６隅柱
６ａ縦樋
７桁
７ａ桁端部
２０第１部
２０ａ，４０下面
２１外端部
２２第２部
２３受け部
２５貫通孔
２６第１拡大部（拡大部）
２９中空部分
３０開口部
３２導入路
４６傾斜面（下面の一部）
４７平行面（下面の一部）
Ｔ１，Ｔ２肉厚

Claims

鉄道車両のレール方向の端部に配置される妻構体と、
前記妻構体の上部に配置される屋根構体と、を備え、
前記妻構体は、枕木方向の両端縁に配置されると共に縦樋が設けられる一対の隅柱と、
一対の前記隅柱の上部にそれぞれ接合される枕木方向外側の一対の桁端部を有して前記屋根構体のレール方向の端部に接合される桁と、を備え、
前記桁には、前記屋根構体側に開口して前記屋根構体に降った雨水を受ける受け部と、
前記受け部から枕木方向外側に向かって下降傾斜しつつ前記桁端部に設けた開口部から雨水を前記縦樋に導入する導入路と、が形成されていることを特徴とする鉄道車両構体。
前記桁は、前記受け部を有する第１部と、
前記第１部の枕木方向外側の外端部から前記桁端部まで形成すると共に前記桁端部へ向かって下降傾斜する筒状の第２部と、を備え、
前記第１部には、前記受け部から前記外端部まで貫通する貫通孔が設けられ、
前記導入路は、前記貫通孔と前記第２部の中空部分とにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両構体。
前記第１部は、前記第１部の下面から前記貫通孔までの肉厚が前記外端部から前記受け部へ向かうにつれて次第に大きくなる拡大部を備えることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両構体。