JP7224908B2 - 車体台枠ユニット、機関車および機関車の製造方法 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、車体台枠ユニット、機関車および機関車の製造方法に関する。

鉄道車両、例えば、電気機関車は、台車と、台車に支持された車体台枠と、車体台枠上に設けられた車体と、を有している。車体は、運転室を形成する運転室構体および機械室を形成する機械室構体を有し、運転室構体および機械室構体は互いに溶接され箱状の車体を構成している。箱状の車体は、溶接により車体台枠に固定されている。機械室内で台枠上にインバータ、ブロワー、変圧器等の室内機器が設置されている。
運転室構体および機械室構体は、それぞれ複数の構成部材同士を互いに溶接することにより形成され、更に、運転室構体および機械室構体は、互いに、かつ、車体台枠に溶接されることにより箱状の車体を構成している。箱状の車体を形成した後、車体に塗装、防水処理等が施される。複数の室内機器は、箱状に形成された車体内に設置され、車体台枠に取付け固定される。更に、車体内で、室内機器に配線あるいは配管が接続される。

特開２００９－１７９３１８号公報 特開平８－２０７７５７号公報

通常、上記のような機関車は、工場で組み立てられた後、納入先に搬送される。溶接により接合された車体は大型であり、かつ、大掛かりな溶接作業を必要とすることから、現地で組み立てることは困難となる。また、上記のように構成される機関車においては、箱状の車体の内部空間に多数の電気機器および配線が設けられるため、機器の設置、配線接続作業を比較的狭い空間で行う必要があり、作業性および作業効率が低くなる。
この発明の課題は、組立、製造が容易な車体台枠ユニット、機関車およびその製造方法を提供することにある。

実施形態によれば、車体台枠ユニットは、間隔を置いて対向配置された一対の側梁モジュールと、一方の前記側梁モジュールにボルトにより締結された一端と他方の側梁モジュールにボルトにより締結された他端とを有し前記一対の側梁モジュール間に配置された横梁を備える横梁モジュールと、前記一対の側梁モジュール間に配置され、前記一対の側梁モジュールにボルトにより締結された少なくとも２つの連結部を有する枕梁を備える枕梁モジュールと、前記一対の側梁モジュールの一端部の間に配置され、それぞれボルトにより前記一対の側梁モジュールに締結された連結部を有する引張箱を備える引張箱モジュールと、を備えている。前記側梁モジュールの各々は、長手方向に延在する側壁と、前記側壁の一側縁から前記一側縁の全長に亘って前記側壁と交差する方向に延出した第１壁と、前記側壁の他側縁から前記他側縁の全長に亘って前記側壁と交差する方向に延出し前記第１壁に間隔を置いて対向した第２壁と、前記第１壁と第２壁との間に前記長手方向に間隔を置いて設けられ、それぞれ前記第１壁、側壁、および前記第２壁に連結された複数の補強壁と、を一体に有し、前記一対の側梁モジュールは前記側壁が向かい合って配置されている。

図１は、実施形態に係る電気機関車を示す斜視図。 図２は、前記電気機関車の車体の分解斜視図。 図３は、前記車体の車体台枠を示す斜視図。 図４は、床板を取外した車体台枠の斜視図。 図５は、組立工程における台枠ユニットを下面側から見た分解斜視図。 図６は、組立工程における前記台枠ユニットを上面側から見た分解斜視図。 図７は、前記台枠ユニットの引張箱および側梁を示す分解斜視図。 図８は、前記台枠ユニットの引張箱および側梁を示す斜視図。 図９は、台枠ユニットの連結工程を示す車体台枠の斜視図。 図１０は、前記車体台枠の連結部分を示す斜視図。 図１１Ａは、図３の線Ａ－Ａに沿った前記車体台枠の断面図。 図１１Ｂは、図３の線Ｂ－Ｂに沿った前記車体台枠の断面図。 図１１Ｃは、図３の線Ｃ－Ｃに沿った前記車体台枠の断面図。 図１１Ｄは、図３の線Ｄ－Ｄに沿った前記車体台枠の断面図。 図１２は、支持枠が取付けられた前記車体台枠を示す斜視図。 図１３は、前記支持枠を概略的に示す断面図。 図１４は、前記車体台枠およびエンドカバーを示す分解斜視図。 図１５は、組立工程における前記車体台枠を下面側から見た分解斜視図。 図１６は、組立工程における前記車体台枠および配線配管ユニットを示す分解斜視図。 図１７は、前記配線配管ユニットを一部破断して示す斜視図。 図１８は、組立工程における前記車体台枠および台車を示す分解斜視図。 図１９は、運転室ユニットの分解斜視図。 図２０は、組立工程における前記車体台枠および運転室ユニットを示す分解斜視図。 図２１は、組立工における前記車体台枠、運転室ユニット、および設置される室内機器を示す分解斜視図。 図２２は、組立工程における前記車体台枠および側壁ユニットを示す分解斜視図。 図２３は、組立工程における前記車体、屋根モジュール、および外板を示す分解斜視図。 図２４は、組立てられた前記車体の横断面図。

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状、寸法等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略あるいは簡略化することがある。

（実施形態）
図１は、鉄道車両として、実施形態に係る電気機関車を示す斜視図である。図示のように、電気機関車１０は、複数台、例えば、２台の台車１２と、台車１２上に支持された車体１４と、を備えている。後述するように、台車１２は、台車枠、台車枠に回転自在に支持された複数の車軸、各車軸に取付けられた車輪、台車枠に実装され車軸を駆動する主電動機等を有している。車体１４は、台車１２上に支持される車体台枠２０と、車体台枠２０の前後両端部に搭載された２つの運転室ユニット３０と、車体台枠２０の両側縁部に立設され機械室を形成する一対の側壁ユニット８０と、機械室を覆う屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、を備えている。電気機関車１０は、車体台枠２０の前後に設けられた連結器１１により他の列車、貨車を牽引することができる。

図２は、電気機関車の車体の主要構成要素を示す車体の分解斜視図である。図示のように、車体１４は、機関車の走行方向（レールの延在方向）に延在する車体台枠２０と、車体台枠２０の長手方向の両端に装着されるエンドカバー２１と、車体台枠２０の前後両端部に搭載される２つの運転室ユニット３０と、互いに連結されて側壁ユニット８０を構成する複数の側壁モジュール４０と、を備えている。運転室ユニット３０は、運転室モジュール３１ａ、運転室モジュール３１ａの前端に締結される先頭モジュール３１ｂ、および運転室モジュール３１ａの後端に締結される隔壁モジュール３１ｃを有している。複数の側壁モジュール４０を有する側壁ユニット８０は、車体台枠２０の両側縁にボルトにより締結され、２つの運転室ユニット３０の間に機械室を形成する。
車体１４は、各側壁ユニット８０の外面を覆う複数の外板（化粧板）４１と、機械室内で車体台枠２０上に搭載される複数の室内機器７０と、を有している。室内機器７０は、後述するように、主電力変換装置７１、補助電源７２、複数のブロワー７３等を含んでいる。また、車体１４は、側壁ユニット８０の上端に掛け渡される複数、例えば、２本の垂木４２と、垂木４２に重ねて側壁ユニット８０の上端に固定される複数、例えば、３つの屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃと、を有している。屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、側壁モジュール４０に締結され、機械室を覆う。

次に、各構成要素の詳細な構成を車両の組立方法と併せて説明する。
図３は、車体台枠を示す斜視図、図４は、床板を取外した状態の車体台枠の分解斜視図である。
図３および図４に示すように、車体台枠２０は、それぞれ車両の走行方向Ｘに延在し互いに間隔を置いて平行に対向配置された２本の側梁２２と、側梁２２の走行方向Ｘの一端部の間および他端部の間にそれぞれ配置され２本の側梁２２に締結された２つの引張箱モジュール２４と、それぞれ２本の側梁２２間に配置され２本の側梁２２に締結された２つの枕梁モジュール２８と、それぞれ２本の側梁２２間に配置され２本の側梁２２に締結された２つの横梁モジュール２６と、を有している。複数枚、例えば、３枚に分割された床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃが車体台枠２０上に敷設され、運転室および機械室の床を構成している。

車体台枠２０は、複数、例えば、２つの台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂを有し、これらの台枠ユニットを互いに連結して構成されている。本実施形態において、台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂは同一構造を有していることから、一方の台枠ユニット２０Ａを代表して、その構成および組立工程を説明する。
図４に示すように、台枠ユニット２０Ａは、側梁２２の長手方向のほぼ半分の長さに形成された、すなわち、側梁２２を２つに分割した半側梁からなる一対の側梁モジュール２２ａと、一対の側梁モジュール２２ａの一端部間に配置され側梁モジュール２２ａに締結された引張箱モジュール２４と、一対の側梁モジュール２２ａの他端部の近傍に配置され一対の側梁モジュール２２ａに締結された横梁モジュール２６と、一対の側梁モジュール２２ａの間で、かつ、引張箱モジュール２４と横梁モジュール２６との間に配置され一対の側梁モジュール２２ａに締結された枕梁モジュール２８と、を有している。

図５は、組立工程における一対の側梁モジュールおよび枕梁モジュールを下から見た分解斜視図、図６は、組立工程における一対の側梁モジュール、枕梁モジュール、および側梁モジュールを上から見た分解斜視図、図７は、組立工程における一対の側梁モジュールおよび引張箱モジュールを上から見た分解斜視図である。図８は、組立工程における一対の側梁モジュールおよび引張箱モジュールを上から見た斜視図である。
図５に示すように、側梁モジュール２２ａ、すなわち、側梁２２の半分の長さに形成された半側梁は、一例では、チャンネル鋼材で構成され、長手方向に延在する側壁２３ａと、側壁２３ａの一側縁から側壁２３ａに対して垂直に延出し一側縁に沿って延在する第１壁２３ｂと、側壁２３ａの他側縁から側壁２３ａに対して垂直に延出し他側縁に沿って延在し第１壁２３ｂと間隔を置いて対向した第２壁２３ｃと、を一体に有している。側梁モジュール２２ａは、長手方向に間隔を置いて配置された複数の補強壁２３ｄを有し、各補強壁２３ｄは、第１壁２３ｂと第１壁２３ｃとの間に位置し第１壁２３ｂ、第１壁２３ｃ、および側壁２３ａに固定されている。側梁モジュール２２ａは、長手方向の一端部２１ａおよび他端部２１ｂを有し、他端部２１ｂは、他の側梁モジュールに連結可能に形成されている。第１壁２３ｂ、第１壁２３ｃ、側壁２３ａの所定位置に、ボルトを通すための複数の透孔が設けられている。
一対の側梁モジュール２２ａは、側壁２３ａ同士が向かい合った状態で、互いに間隔をおいて平行に対向して配置される。一対の側梁モジュール２２ａは、一端部２１ａ同士が対向し、かつ、他端部２１ｂ同士が対向して配置される。

枕梁モジュール２８は、それぞれ走行方向Ｘと直交する方向（枕木方向）に延在する２本の横梁２８ａと、横梁２８ａの間に配置され走行方向Ｘに延在し２本の横梁２８ａに連結された縦梁（枕梁）２８ｂと、２本の横梁２８ａおよび縦梁２８ｂの下面に固定されたベース板２８ｃと、を有している。ベース板２８ｃは、それぞれ横梁２８ａの各端から外方に延出した４つのフランジ２７を一体に有している。ベース板２８ｃには、中心ピンが固定されるピン受け２９ａおよび台車１２の枕ばねに当接する４つのばね受け２９ｂが形成されている。

図５に示すように、枕梁モジュール２８は、側梁モジュール２２ａの一方側から、例えば、下側から一対の側梁モジュール２２の間に装填され、各横梁２８ａの両端が側梁モジュール２２ａの側壁２３ａに当接し、フランジ２７が側梁モジュール２２ａの第２壁２３ｃに当接する。次いで、複数のボルトにより、各横梁２８ａの両端が側壁２３ａに締結され、複数のボルトによりフランジ２７が第２壁２３ｃに締結される。フランジ２７は、側梁モジュール２２ａに対して、枕梁モジュール２８の上方（側梁と直交する上方向）への変位を規制するストッパとして機能する。

図６に示すように、横梁モジュール２６は、それぞれ側梁モジュール２２ａと直交する方向に延在する２本の横梁２６ａと、それぞれ横梁２６ａの間に配置され２本の横梁２６ａに連結された２本の連結梁２６ｂと、を有している。各横梁２６ａは、長手方向の両端上部からそれぞれ側梁モジュール２２ａと直交する方向に延出した２つのフランジ２５を一体に有している。
組立工程において、横梁モジュール２６は、側梁モジュール２２ａの一方側から、例えば、上側から一対の側梁モジュール２２ａの間に装填され、各横梁２６ａの両端が側梁モジュール２２ａの側壁２３ａに当接し、フランジ２５が側梁モジュール２２ａの第１壁２３ｂに当接する。次いで、複数のボルトにより、各横梁２６ａの両端が側壁２３ａに締結され、複数のボルトによりフランジ２５が第１壁２３ｂに締結される。各横梁２６ａの上面は、側梁モジュール２２ａの第１壁２３ｂとほぼ面一に位置する。フランジ２５は、側梁モジュール２２ａに対して、横梁モジュール２６の下方向（側梁に直交する下方向）への変位を規制するストッパとして機能する。

図７に示すように、引張箱モジュール２４は、ほぼ直方体形状を有する引張箱２４ａと、引張箱２４ａの両側面に固定された一対のブラケット２４ｂと、引張箱２４ａの背面に固定された一対のストッパアーム２４ｃと、を有している。各ブラケット２４ｂは、引張箱２４ａの天井板の両端から側梁モジュール２２ａと直交する方向に延出するフランジ２４ｄを有している。引張箱２４ａの底部に、後述する連結器１１が取付けられる凹部２９が形成されている。凹部２９は、走行方向Ｘに延在し、引張箱２４ａの底面、前面、および背面に開口している。

図７および図８に示すように、組立工程において、引張箱モジュール２４は、側梁モジュール２２ａの一方側から、例えば、上側から一対の側梁モジュール２２ａの一端部２１ａ間に装填され、引張箱２４ａの両側面に固定されたブラケット２４ｂがそれぞれ側梁モジュール２２ａの側壁２３ａに当接し、フランジ２４ｄが側梁モジュール２２ａの第１壁２３ｃに当接する。次いで、複数のボルトにより、各ブラケット２４ｂが側壁２３ａに締結され、複数のボルトによりフランジ２４ｄが第１壁２３ｃに締結される。ボルトにより、各ストッパアーム２４ｃの延出端が側梁モジュール２２ａの側壁２３ａに締結される。更に、本実施形態では、ボルトにより、Ｌ字鋼からなる支持ブラケット２９ｆが引張箱２４ａのブラケット２４ｂおよび側梁モジュール２２ａの第１壁２３ｂに締結される。
これにより、引張箱モジュール２４が一対の側梁モジュール２２ａに固定され、引張箱２４ａの上面は、側梁モジュール２２ａの第１壁２３ｃとほぼ面一に位置する。引張箱２４ａの前面は、走行方向Ｘに直交して延在し、かつ、一対の側梁モジュール２２ａの一端にほぼ整列して位置している。フランジ２４ｄは、側梁モジュール２２ａに対して、引張箱モジュール２４の下方向への変位を規制するストッパとして機能する。更に、ストッパアーム２４ｃは、側梁モジュール２２ａに対して、引張箱モジュール２４の走行方向への変位を規制するストッパとして機能する。

以上の工程により台枠ユニット２０Ａが組立てられる。なお、台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂを構成する側梁モジュール２２ａ、引張箱モジュール２４、横梁モジュール２６、および枕梁モジュール２８は、予め、モジュール単位で塗装、防水処理が施されている。そして、塗装、防水処理が施された各モジュールをボルトにより締結して台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂが組立てられる。

図９は、車体台枠の組立工程における台枠ユニットを示す斜視図、図１０は、台枠ユニットの連結部を示す斜視図である。
図９に示すように、車体台枠２０の組立工程において、台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂは、側梁モジュール２２ａが整列した状態に、かつ、側梁モジュール２２ａの他端部２１ｂ同士が向い合う向きに配置される。続いて、他端部２１ｂ同士を突き合わせた後、位置あわせ、レベル出しを行い、２つの台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂを一列に整列させる。
この状態で、図１０に示すように、複数の連結板（例えば、ガセットプレート）ＣＰおよびボルトにより、側梁モジュール２２ａの他端部２１ｂ同士を連結する。一例では、連結部において、各側梁モジュール２２ａの側壁２３ａの外面および内面、第１壁２３ｂの内面および外面、並びに、第１壁２３ｃの外面および内面に分割位置を跨いで連結板ＣＰをそれぞれ配置し、複数のボルトにより、これらの連結板ＣＰを側梁モジュール２２ａに締結する。これにより、２つの台枠ユニット２０Ａ、２０Ｂが互いに連結され、車体台枠２０が構成される。

図３および図４に示したように、上記のように構成された車体台枠２０に３枚の床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃが取り付けられる。車体台枠２０の前後端側に位置する床板３７ａ、３７ｃは、それぞれ矩形状に形成され、さらに、両側縁の一端部に、引張箱モジュール２４のフランジ２４ｄを収容する凹所３８ａが設けられている。中央に位置する床板３７ｂは、矩形状に形成され、両側縁にそれぞれ横梁モジュール２６のフランジ２５を収容する複数の凹所３８ｂが設けられている。また、床板３７ｂには、床下に連通する複数の開口３８ｃが設けられている。
床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、それぞれ両側縁部が側梁２２の第１壁２３ｂ上に載置され、複数のボルトにより第１壁２３ｂに締結される。床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃは、引張箱モジュール２４、横梁モジュール２６、および枕梁モジュール２８を覆い、運転室および機械室の床を構成している。

図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、それぞれ図３の線Ａ－Ａ、線Ｂ－Ｂ、線Ｃ－Ｃ、線Ｄ－Ｄに沿った台車台枠の各部の断面図である。
図１１Ａに示すように、床板３７ｂの両側縁部は側梁２２の第１壁２３ｂ上に載置され、ボルトにより第１壁２３ｂに締結されている。
図１１Ｂに示すように、横梁２６ａの両端は、ボルトにより側梁２２の側壁２３ａに締結され、フランジ２５は第１壁２３ｂ上に位置しボルトにより第１壁２３ｂに締結されている。床板３７ｂは、横梁２６ａの上面に重ねて敷設されている。フランジ２５は、床板３７ｂの凹所３８ｂ内に位置している。
図１１Ｃに示すように、枕梁モジュール２８の横梁２８ａの両端は、ボルトにより側梁２２の側壁２３ａに締結され、ベース板２８ｃのフランジ２７は側梁２２の第２壁２３ｃ上に位置しボルトにより第２壁２３ｃに締結されている。床板３７ａは、横梁２８ａの上面に隙間をおいて対向している。
図１１Ｄに示すように、引張箱モジュール２４のブラケット２４ｂは、ボルトにより側梁２２の側壁２３ａに締結され、ブラケット２４ｂのフランジ２４ｄは側梁２２の第１壁２３ｂ上に位置しボルトにより第１壁２３ｂに締結されている。床板３７ａの一部は、引張箱２４ａの上面に重ねて敷設されている。また、フランジ２４ｄは、床板３７ａの凹所３８ａ内に位置している。

図１２は、複数の支持枠が設置された車体台枠を示す斜視図、図１３は、支持枠の断面図である。
図１２に示すように、組立工程において、車体台枠２０の床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に複数の支持枠（例えば、チャンネルフレーム）４４が設置される。複数の支持枠４４は、走行方向Ｘに沿って２列に並んで設置されている。支持枠４４は、床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上において、機械室の床を構成する領域に設置されている。２列の支持枠列は、それぞれ側梁２２の近傍に設置され、２列の支持枠列の間には設置スペースあるいは通路スペースが残されている。支持枠４４上に後述する室内機器が搭載され、ボルトにより支持枠４４に固定される。複数の支持枠４４は、設置する室内機器に合わせて種々の長さに形成されている。

図１３に示すように、各支持枠４４は、床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に載置されボルトにより床板に締結された矩形状の底板４４ａと、底板４４ａの両側縁に立設された一対の側板４４ｂと、側板４４ｂの上端縁から他方の側板に向って延出した一対の支持板４４ｃと、を一体に有している。各支持板４４ｃに走行方向Ｘに延在するチャンネル（長溝）４５が形成されている。チャンネル４５は、長孔を通して支持板の上面に開口している。支持板４４ｃの上面は、後述する室内機器が搭載される支持面を構成している。また、チャンネル４５にはボルトの頭が挿通され、ボルトのねじ部は長孔を通して支持面から上方に突出する。ボルトは、チャンネル４５に沿って任意の位置にスライド可能に支持されている。

図１４は、エンドカバーおよび車体台枠の一端部を示す分解斜視図、図１５は、車体台枠先端部の背面、エンドカバー、ダクト、連結器を示す分解斜視図である。
図１４および図１５に示すように、組立工程において、車体台枠２０の一端および他端にエンドカバー２１が取り付けられる。エンドカバー２１は、床板３７ａ上に設置される天井壁１９ａと、天井壁１９ａの一側縁からほぼ垂直に延出し引張箱２４ａの前面に対向する前壁１９ｂと、前壁１９ｂの両側縁から走行方向の後方に延出し側梁２２の一端部２１ａの外面を覆う一対の側壁１９ｃと、を一体に有している。前壁１９ｂの中央下部に凹所１９ｄが形成されている。この凹所１９ｄは、引張箱２４ａの凹部２９と対向して配置される。エンドカバー２１内に複数の配管カップラー４６が設置されている。車体台枠２０側に設けられる配管を各配管カップラー４６の一端に接続可能に形成されている。各配管カップラーの他端に接続配管４７が接続されている。前壁１９ｂに電気配線を接続するためのコネクタを設けてもよい。
図１５に示すように、組立工程において、引張箱モジュール２４の凹部２９に連結器１１が取り付けられる。引張箱モジュール２４のピン受けに中心ピン４８が固定される。また、車体台枠２０の床下、例えば、横梁モジュール２６に通風ダクト５２が設置される。

図１６は、配線配管ユニットおよび車体台枠を示す分解斜視図、図１７は、一部を破断して示す配線配管ユニットの斜視図である。
図１６に示すように、車両は、床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に設置される配線配管ユニット６０を備えている。配線配管ユニット６０は、機械室とほぼ等しい長さを有する細長い帯状に形成されている。配線配管ユニット６０は、２列の支持枠４４列の間で、床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に敷設され、機械室のほぼ全長に渡って延在する。配線配管ユニット６０の複数個所は、ボルトにより、床板に締結される。

図１７に示すように、配線配管ユニット６０は、床板３７ｂ上に敷設された細長い第１トレイ６１ａと、第１トレイ６１ａ上に敷設された複数本の配管ＰＰと、第１トレイ６１ａに重ねて配置された細長い第２トレイ６１ｂと、第２トレイ６１ｂ上に敷設された多数本の配線（ハーネス）ＷＨと、第２トレイ６１ｂに重ねて配設された細長い天板６１ｃと、を有している。
第１トレイ６１ａは、床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に配置された帯状の細長い底板６５ａと、底板６５ａの両側縁に沿って立設された一対の側板６５ｂと、側板６５ｂの上端部を他方の側板側に折り曲げて形成された一対のフランジ６５ｃと、を一体に有している。各側板６５ｂの複数個所がブラケット６４を介して床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃに固定されている。また、第１トレイ６１ａは、側板６５ｂの複数個所に形成された複数の開口６１ｄを有し、これらの開口６１ｄは、第１トレイ６１ａの長手方向に間隔を置いて設けられている。

第１トレイ６１ａ上に敷設された複数本の配管ＰＰは、第１トレイ６１ａの全長に亘って延在し、一端が第１トレイ６１ａの一端から外方に延出し、他端が第１トレイ６１ａの他端から外方に延出している。配管ＰＰの一部は、他の配管から分岐し、側板の開口６１ｄを通して側方に延出している。

第２トレイ６１ｂは、第１トレイ６１ａのフランジ６５ｃ上に敷設された帯状の細長い底板６６ａと、底板６６ａの両側縁に沿って立設された一対の側板６６ｂと、側板６６ｂの上端部を他方の側板側に折り曲げて形成された一対のフランジ６６ｃと、を一体に有している。底板６６ａは、複数のボルトにより第１トレイ６１ａのフランジ６５ｃに締結されている。第２トレイ６１ｂは、側板の複数個所に形成された複数の開口６１ｆを有し、これらの開口６１ｆは、第２トレイ６１ｂの長手方向に間隔を置いて設けられている。
第２トレイ６１ｂ上に敷設された複数本の配線ＷＨは、第２トレイ６１ｂの全長に亘って延在し、一端が第２トレイ６１ｂの一端から外方に延出し、他端が第２トレイ６１ｂの他端から外方に延出している。複数本の配線ＷＨは、側板６６ｂの開口６１ｆを通して側方に延出している。
天板６１ｃは、第２トレイ６１ｂのフランジ６６ｃ上に敷設され、複数のボルトによりフランジ６６ｃに締結されている。天板６１ｃは、第２トレイ６１ｂの上部開口を閉塞しているとともに、作業員が乗ることが可能な床板を構成している。

図１８は、車体台枠および台車を示す分解斜視図である。図示のように、組立工程において、上述した配線配管ユニット６０が床板３７ａ、３７ｂ、３７ｃ上に敷設され、第１トレイ６１ａおよび第２トレイ６１ｂの側板から延出する複数の配線ＷＨおよび配管ＰＰが、対応する支持枠４４の近傍に引き回される。また、車体台枠２０の床下に複数の床下機器が艤装される。実施形態において、床下機器は、変圧器８１、バッテリ８２、圧縮空気タンク８３等を含み、これらの床下機器は、横梁モジュール２６に艤装されている。
複数台、例えば、２台の台車１２がレール上に配置される。一例では、台車１２は、３軸台車を用いている。すなわち、台車１２は、台車枠１３ａと、台車枠１３ａに回転自在に支持された３本の車軸１３ｂと、各車軸１３ｂに取り付けられた一対の車輪１３ｃと、台車枠１３ａに支持され各車軸を駆動する３台の主電動機１３ｄと、台車枠１３ａに一体に設けられた芯皿部１５と、台車枠１３ａ上に設置された複数の枕ばね１７と、を有している。
車体台枠２０は２台の台車１２上に載置され、枕梁モジュール２８に固定された中心ピン４８を台車１２の芯皿部１５に差込むことにより、車体台枠２０が２台の台車１２に支持される。枕梁モジュール２８の複数のバネ受け２９ｂは、それぞれ対応する枕ばね１７に当接する。これにより、枕梁モジュール２８は、枕バネ１７を介して台車１２に支持される。

上述した組立工程と並行して、あるいは、上述した組立工程の後に、運転室ユニット３０が組立てられる。図１９は、運転室ユニットを分解して示す分解斜視図である。
図１９に示すように、運転室ユニット３０は、運転室モジュール３１ａ、先頭モジュール３１ｂ、隔壁モジュール３１ｃ、および運転機器としての運転台３２を有している。運転室モジュール３１ａは、互いに対向して配置された一対の側壁３３ａと、一対の側壁３３ａの上端部に連結された屋根３３ｂと、を有し、運転室ＤＲを規定している。各側壁３３ａには側窓３３ｃおよび扉３３ｄが設けられている。屋根３３ｂの上に空調装置３４が設置されている。側壁３３ａおよび屋根３３ｂは、側壁３３ａおよび屋根３３ｂの一側縁（前端縁）に沿って形成されたフランジ３５ａを一体に有し、このフランジ３５ａには、ボルトを挿通するための複数の透孔が設けられている。また、一対の側壁３３ａは、側壁３３ａの他側縁（後端縁）に形成されたフランジ３５ｂを一体に有している。

先頭モジュール３１ｂは、走行方向と交差する方向に延在する先頭壁３６ａと、先頭壁３６ａの両側縁および上側縁から走行方向の後方に延出する周壁３６ｂとを一体に有している。先頭壁３６ａに前窓３６ｃが形成され、また、先頭壁３６ａに複数のライト３６ｄが装着されている。
運転台３２は先頭モジュール３１ｂの内側に配置され、図示しないブラケットを介して先頭壁３６ａに連結されている。隔壁モジュール３１ｃは、運転室ＤＲと機械室とを仕切る隔壁３９ａを有している。隔壁３９ａの中央部には、出入口となる矩形状の開口３９ｂが形成されている。

組立工程において、先頭モジュール３１ｂの周壁３６ｂの端縁が運転室モジュール３１ａの一側縁およびフランジ３５ａに突き当てられ、複数のボルトにより、フランジ３５ａに締結される。この際、先頭モジュール３１ｂとフランジ３５ａとの間に防水用のパッキンを挟んで締結する。隔壁モジュール３１ｃは、運転室ＤＲを塞ぐように運転室モジュール３１ａの後端に装着され、複数のボルトにより運転室モジュール３１ａに締結される。これにより、運転室ユニット３０が組立てられる。
なお、運転室モジュール３１ａ、先頭モジュール３１ｂ、および隔壁モジュール３１ｃは、予め、モジュール単位で塗装、防水処理が施されている。塗装、防水処理が施された各モジュールをボルトにより締結して運転室ユニット３０が組立てられる。

図２０は、台車上に支持された車体台枠および２つの運転室ユニットを示す分解斜視図、図２１は、運転室ユニットが設置された車体台枠および機械室に設置される複数の室内機器を示す分解斜視図である。
図２０および図２１に示すように、組立工程において、２つの運転室ユニット３０が車体台枠２０の前端部および後端部に載置され、それぞれボルトにより車体台枠２０に締結される。各運転室ユニット３０は、先頭壁３６ａが車体台枠２０の走行方向の一端に隣接し、一対の側壁３３ａが側梁２２の側縁と整列する位置に設置される。２つの運転室ユニット３０の隔壁モジュール３１ｃは、走行方向に間隔を置いて、すなわち、機械室を挟んで向かい合うように配置されている。また、配線配管ユニット６０の配線ＷＨの一部が各運転室ユニット３０内の運転機器に接続される。

次いで、図２１および図２２に示すように、複数の室内機器が車体台枠２０上の機械室に設置される。一例では、室内機器は、２つの主電力変換装置７１、補助電源７２、４台のブロワー７３、空気制御バルブユニット７４、圧縮空気タンク７５、ブレーキ抵抗器７６等を含んでいる。これらの室内機器は、それぞれ対応する支持枠４４上に載置され、複数のボルトにより、支持枠４４に締結される。また、配線配管ユニット６０から導出している配管ＰＰあるいは配線ＷＨが各室内機器に接続される。室内機器の設置作業および配線、配管作業は、少なくとも機械室の一側および上側が開放した状態で行われる。

次いで、左右一対の側壁ユニット８０が車体台枠２０の両側縁に設置され、これら一対の側壁ユニット８０、床板、および運転室ユニット３０の隔壁モジュール３１ｃにより機械室が規定される。図２２は、運転室ユニットおよび室内機器が設置された状態の車体および一対の側壁ユニットを示す分解斜視図、図２３は、一対の側壁ユニットが設置された状態の車体および屋根モジュール、外板を示す分解斜視図である。

図２２に示すように、側壁ユニット８０は、複数、例えば、３つの側壁モジュール４０を有し、これら３つの側壁モジュール４０をボルトにより互いに連結して構成されている。各側壁モジュール４０は、矩形状の側板４０ａと側板４０ａの一方の表面（外面）に固定された枠体（フレーム）４０ｂとを有している。枠体４０ｂは、側板４０ａの４辺に沿って延在する外枠と、外枠の内側に格子状に延在した格子枠と、を有している。側壁モジュール４０は、側板４０ａの他方の表面（内面）に取り付けられた複数のフック（後述する）を有している。フックにより後述する複数の制御配線を保持可能としている。３つの側壁モジュール４０は、短辺同士を突き合わせ、ボルトにより枠体４０ｂ同士を締結することにより互いに連結され、１つの側壁ユニット８０を構成している。なお、側壁モジュール４０は、予め、モジュール単位で塗装、防水処理が施されている。塗装、防水処理が施された側壁モジュール４０をボルトにより締結して側壁ユニット８０が組立てられる。
図２３に示すように、側壁ユニット８０は、その長手方向の一側縁が車体台枠２０の一方の側梁２２上に当接し、長手方向の両端縁が２つの運転室ユニット３０のフランジ３５ｂにそれぞれ当接した状態に設置され、更に、枠体４０ｂが車両の外側に位置し側板４０ａが機械室側に位置する向きに設置される。複数のボルトにより枠体４０ｂが側梁２２およびフランジ３５ｂに締結され、側壁ユニット８０が車体台枠２０および運転室ユニット３０に固定される。
なお、前述した室内機器の設置および配線作業は、一対の側壁ユニット８０が設置されていない状態で行っているが、これに限らず、一方の側壁ユニット８０を車体台枠２０の一側に設置した状態で、設置作業および配線作業を行う組立工程としてもよい。また、各側壁モジュール４０を車体台枠２０に取付けた後、側壁モジュール４０同士をボルトにより締結する組立工程とすることも可能である。

次いで、図２３に示すように、左右の側壁ユニット８０の上端に複数本、例えば、２本の垂木４２が掛け渡される。続いて、３つの屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃが垂木に重ねて左右の側壁ユニット８０の上端縁に設置され、機械室の天井を形成する。
屋根モジュール５０ａは、平坦な天井部および天井部の両側に傾斜して延在する左右の側部を有する屋根板５１ａを備えている。屋根板５１ａは、左右の側縁から延出するフランジ５１ｂ、および前端縁および後端縁からそれぞれ垂直に延出するフランジ５１ｂを一体に有している。屋根板５１ａの天井部にパンタグラフ５３が設置されている。屋根モジュール５０ａは、複数のボルトにより、左右のフランジ５１ｂを防水用のパッキンを挟んで側壁ユニット８０の枠体４０ｂに締結することにより、更に、複数のボルトにより先端側のフランジ５１ｃをパッキンを挟んで運転室ユニット３０に締結することにより、車体に取付けられる。

屋根モジュール５０ｂは、平坦な天井部および天井部の両側に傾斜して延在する左右の側部を有する屋根板５４ａを備えている。屋根板５４ａは、左右の側縁から延出するフランジ５４ｂ、および前端縁および後端縁からそれぞれ垂直に延出するフランジ５４ｃ（図２を参照）を一体に有している。屋根板５４ａの側部に複数の吸気口が形成され、更に、吸気口を覆うメッシュ状のカバー５４ｄが側部に取り付けられている。屋根モジュール５０ｂは、複数のボルトにより、左右のフランジを防水用のパッキンを挟んで側壁ユニット８０の枠体４０ｂに締結することにより、側壁ユニット８０に取付けられる。更に、複数のボルトにより、屋根モジュール５０ｂの前端側のフランジ５４ｃがパッキンを挟んで屋根モジュール５０ａのフランジに締結される。

屋根モジュール５０ｃは、平坦な天井部および天井部の両側に傾斜して延在する左右の側部を有する屋根板５５ａを備えている。屋根板５５ａは、左右の側縁から延出するフランジ５５ｂ、および前端縁および後端縁からそれぞれ垂直に延出するフランジ５５ｃ（図２を参照）を一体に有している。屋根板５５ａの側部に複数の吸気口が形成され、また、吸気口を覆うメッシュ状のカバー５５ｄが側部に取り付けられている。屋根モジュール５０ｃは、複数のボルトにより、左右のフランジ５５ｂをパッキンを挟んで側壁ユニット８０の枠体４０ｂに締結することにより、更に、複数のボルトにより、後端側のフランジをパッキンを挟んで運転室ユニット３０に締結することにより、車体に取付けられる。また、複数のボルトにより、屋根モジュール５０ｃの前端側のフランジ５５ｃがパッキンを挟んで屋根モジュール５０ｂのフランジに締結される。
なお、屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、予め、モジュール単位で塗装、防水処理が施されている。塗装、防水処理が施された屋根モジュール５０ａ、５０ｂ、５０ｃが、複数のボルトにより、側壁ユニット８０あるいは運転室ユニット３０に締結される。

次いで、図２３に示すように、複数の外板（化粧板）４１を側壁ユニット８０の枠体４０ｂに取り付け、側壁ユニット８０の外面および側梁２２の側面を外板４１で覆う。各外板４１は、ボルトあるいはリベットにより側壁ユニット８０の枠体４０ｂに締結される。
以上により機関車の組立が完了し、図１に示した電気機関車１０が得られる。
図２４は、組立てられた車体の横断面図である。図示のように、床板３７ｂの両側縁部は、側梁２２の第１壁２３ｂにボルトにより締結されている。配線配管ユニット６０は、床板３７ｂの中央部に敷設されている。左右の側壁ユニット８０は、それぞれ側梁２２の第１壁２３ｂ上に立設され、ボルトにより枠体４０ｂが第１壁２３ｂに締結されている。複数の制御配線ＣＷが側板４０ａの内面に設けられた複数のフック４０ｃに保持され、側壁ユニット８０の長手方向に延在している。これらの制御配線ＣＷは、室内機器、あるいは、運転室内の運転機器に接続される。外板４１は側壁ユニット８０の外面側に配置され、枠体４０ｂに固定されている。外板４１は、側壁ユニット８０の外面および側梁２２の側面を覆っている。屋根モジュール５０ｂのフランジ５４ｂは、パッキン８８を挟んで側壁ユニット８０の上端縁上に配置され、ボルトにより、側壁ユニット８０の枠体４０ｂに締結されている。
複数の室内機器、例えば、主電力変換装置７１およびブロワー７３が床板３７ｂ上の支持枠４４に載置され、ボルトにより支持枠４４に固定されている。配線配管ユニット６０の一部の配線ＷＨは、主電力変換装置７１およびブロワー７３に接続されている。ブロワー７３は、屋根モジュール５０ｂの吸気口に連通した上端部７３ａを有し、吸気口から外気を吸引し、床下の通風ダクトを介して主電動機１３ｄに冷却空気を供給する。

以上のように構成された本実施形態に係る台枠ユニット、電気機関車、および組立方法によれば、複数の部材を締結してモジュール化し、複数のモジュールを締結してユニット化し、更に、複数のユニットを締結して車体を構成する構造とすることにより、組立性が向上し、容易に組立可能な台枠ユニットおよび電気機関車を得ることができる。また、本実施形態に係る組立方法によれば、側壁ユニット８０の一方あるいは両方を設置する前の状態で、複数の室内機器を機械室に設置および配線接続する工程としているため、開放された比較的広い空間で設置作業および配線作業を行うことができ、作業性および作業効率が大幅に向上する。更に、大掛かりな溶接作業を必要とすることなく、組立が容易であることから、モジュール単位あるいはユニット単位で構成部品を任意の現地、例えば、海外の現地に搬送し、現地の作業員により台枠ユニットおよび電気機関車を組立てることが可能となる。

なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、電気機関車の台車は、３軸台車に限らず、２軸台車あるいは４軸以上の多軸台車を用いてもよい。運転室ユニットは、２つに限らず、車体台枠のいずれか一方の端部に設けられる１つ運転室ユニットとしてもよい。更に、横梁モジュール、枕梁モジュール、および引張箱モジュールのストッパは、各モジュールに設けられたフランジに限らず、側梁に設けられたブラケット等を用いても良い。

１０…電気機関車、１２…台車、１４…車体、２０…車体台枠、
２０Ａ、２０Ｂ…台枠ユニット、２２…側梁、２２ａ…側梁モジュール、
２４…引張箱モジュール、２６…横梁モジュール、２６ａ…横梁、
２８…枕梁モジュール、２８ｃ…枕梁、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…床板、
３０…運転室ユニット、３１ａ…運転室モジュール、３１ｂ…先頭モジュール、
３１ｃ…隔壁モジュール、４０…側壁モジュール、４０ａ…側板、４０ｂ…枠体、
４１…外板、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…屋根モジュール、６０…配線配管ユニット、
８０…側壁ユニット

Claims (8)

1. 間隔を置いて対向配置された一対の側梁モジュールと、
   一方の前記側梁モジュールにボルトにより締結された一端と他方の側梁モジュールにボルトにより締結された他端とを有し前記一対の側梁モジュール間に配置された横梁を備える横梁モジュールと、
   前記一対の側梁モジュール間に配置され、前記一対の側梁モジュールにボルトにより締結された少なくとも２つの連結部を有する枕梁を備える枕梁モジュールと、
   前記一対の側梁モジュールの一端部の間に配置され、それぞれボルトにより前記一対の側梁モジュールに締結された連結部を有する引張箱を備える引張箱モジュールと、
   を具備し、
   前記側梁モジュールの各々は、長手方向に延在する側壁と、前記側壁の一側縁から前記一側縁の全長に亘って前記側壁と交差する方向に延出した第１壁と、前記側壁の他側縁から前記他側縁の全長に亘って前記側壁と交差する方向に延出し前記第１壁に間隔を置いて対向した第２壁と、前記第１壁と第２壁との間に前記長手方向に間隔を置いて設けられ、それぞれ前記第１壁、側壁、および前記第２壁に連結された複数の補強壁と、を一体に有し、前記一対の側梁モジュールは前記側壁が向かい合って配置されている、
   車体台枠ユニット。
2. 前記横梁モジュールは、前記横梁の一端から延出した第１フランジと、前記横梁の他端から延出した第２フランジと、を有し、前記横梁の一端および他端がボルトにより前記一対の側梁モジュールの前記側壁に締結され、前記第１フランジおよび第２フランジはそれぞれ前記側梁モジュールの前記第１壁上に位置しボルトにより前記第１壁に締結され、
   前記枕梁モジュールは、前記２つの連結部から延出した２つのフランジを有し、前記２つの連結部はそれぞれボルトにより前記側梁モジュールの側壁に締結され、前記２つのフランジは、前記側梁モジュールの第２壁上に位置し、それぞれボルトにより前記第２壁に締結され、
   前記引張箱モジュールは、前記引張箱の一端および他端から延出した２つのフランジを有し、前記引張箱の一端および他端は、それぞれボルトにより前記側梁モジュールの側壁に締結され、前記２つのフランジは、前記側梁モジュールの第１壁上に位置し、それぞれボルトにより前記第１壁に締結されている請求項１に記載の車体台枠ユニット。
3. 台車と、
   複数の請求項１に記載の車体台枠ユニットをボルトにより連結して構成され、前記台車上に支持された車体台枠と、
   前記車体台枠上に敷設された床板と、
   一対の側壁および前記一対の側壁を連結している屋根を有する運転室モジュールと、先頭壁および前記先頭壁の周縁から延出する周壁を有する先頭モジュールと、隔壁および前記隔壁に形成された出入口を有する隔壁モジュールと、運転機器と、を具備し、前記先頭モジュールの周壁がボルトにより前記運転室モジュールの側壁および屋根に締結され、前記隔壁の周縁部がボルトにより前記運転室モジュールの端部に締結され、前記運転機器が前記運転室モジュール内に配置され前記先頭モジュールに支持されている運転室ユニットと、
   側板と前記側板の一方の表面に固定された枠体とをそれぞれ有する複数の側壁モジュールを有し、前記複数の側壁モジュールをボルトにより連結して構成された一対の側壁ユニットと、
   それぞれ屋根板を有する複数の屋根モジュールと、を備え、
   前記運転室ユニットは、前記車体台枠の一端部上に設置され、ボルトにより前記車体台枠に締結され、
   前記一対の側壁ユニットは、前記車体台枠の側縁部に立設され、ボルトにより、前記車体台枠および前記運転室ユニットに締結され、
   前記複数の屋根モジュールの各々は、前記一対の側壁ユニットに重ねて配置され、ボルトにより前記一対の側壁ユニットに締結されている、
   機関車。
4. 前記車体台枠は、間隔を置いて向かい合って配置された一対の側梁を備え、
   前記床板は、前記一対の側梁の一部に重ねて配置されボルトにより前記側梁に締結された両側縁部を有し、
   前記一対の側壁ユニットの各々は、前記床板の外側で前記側梁に重ねて配置されボルトにより前記側梁に締結されている請求項３に記載の機関車。
5. 前記床板上に設置された複数の室内機器と、
   前記床板上に敷設された配線配管ユニットと、を備え、
   前記配線配管ユニットは、
   前記床板上に配置された帯状の細長い底板と、前記底板の両側縁に沿って立設された一対の側板と、前記側板の上端部を他方の側板側に折り曲げて形成された一対のフランジと、を一体に有する第１トレイと、
   前記第１トレイ内で前記底板上に配置され前記底板の長手方向に延在する複数の配管と、
   前記第１トレイの一対のフランジ上に敷設されボルトにより前記フランジに締結された帯状の細長い底板と、前記底板の両側縁に沿って立設された一対の側板と、前記側板の上端部を他方の側板側に折り曲げて形成された一対のフランジと、を一体に有する第２トレイと、
   前記第２トレイ内で前記底板上に配置された複数本の配線と、
   前記第２トレイの一対のフランジ上に配置され、ボルトにより前記一対のフランジに締結された天板と、
   前記第２トレイ内で前記底板上に配置され前記底板の長手方向に延在する複数本の配線と、
   を備えている請求項３に記載の機関車。
6. 前記第１トレイは、前記側板に形成された複数の開口を有し、
   前記複数の配管の一部は、他の配管から分岐し前記開口を通して前記第１トレイの側方に延出し、
   前記第２トレイは、前記側板に形成された複数の開口を有し、
   前記複数の配線の一部は、前記開口を通して前記第２トレイの側方に延出している前記室内機器に接続されている請求項５に記載の機関車。
7. 複数の請求項１に記載の車体台枠ユニットをボルトにより互いに連結して車体台枠を構成し、
   前記車体台枠に床板を敷設し、
   一対の側壁および前記一対の側壁を連結している屋根を有する運転室モジュールと、先頭壁および前記先頭壁の周縁から延出した周壁を有する先頭モジュールと、隔壁を有する隔壁モジュールと、をボルトにより締結して運転室ユニットを構成し、
   前記運転室ユニットを前記車体台枠の一端部上に設置し、ボルトにより前記車体台枠に締結し、
   前記床板上に複数の室内機器を設置し、
   前記室内機器に配線あるいは配管を接続し、
   側板および側板の一方の表面に固定された枠体を有する複数の側壁モジュールをボルトにより互に連結して一対の側壁ユニットを構成し、
   前記側壁ユニットを前記車体台枠の側縁部に立設し、ボルトにより前記枠体を前記車体台枠および運転室ユニットに締結し、
   それぞれ屋根板を有する複数の屋根モジュールを前記一対の側壁ユニット上に設置し、
   ボルトにより前記屋根板の両側縁部を前記一対の側壁ユニットに締結する
   機関車の製造方法。
8. 前記運転室モジュール、先頭モジュール、隔壁モジュール、側壁モジュールを個別に塗装処理する請求項７に記載の機関車の製造方法。

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