JPH04339070A - 車両構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両構体に係り、
特に高速で走行する鉄道車両に好適な鉄道車両構体に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄系材料よりなる鉄道車両構体は
、骨部材の外側に外板を接合して構成されている。また
、ステンレス鋼の鉄道車両構体は、各骨部材間と外板接
合の強度向上のために、三次元立体継手で構成されてい
る。

【０００３】また、軽合金製のアルミニウム合金材料に
よる鉄道車両構体は、外板と骨部材を一体に成形した押
出し形材を用いて構成されている。例えば、軽金属車両
委員会報告書Ｎｏ．３（昭和４９年〜昭和５２年、社団
法人日本鉄道車両工業会発行）第７０頁ないし第７２頁
に記載された構体構造が挙げられる。

【０００４】この他、客室の床面を構成する床板の軽量
化を図るために、床板自体を接着製アルミニウムハニカ
ムサンドイッチパネルとした構造が知られている。この
ハニカム材を用いた構造として関連するものには、例え
ば、実開昭５４−１８３００７号公報或いは実開昭６０
−１７９５６９号公報等が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】鉄道車両の高速化に伴
い、軌道への衝撃の増大、走行時に発生する騒音の増大
、運転動力費の増大などの問題が生じる。これらの問題
点を解決するために、鉄道車両構体を軽量化することが
必要不可欠である。

【０００６】軽量化のためには、軽合金製の押出し形材
を採用し、更に外板部分も押出し形材によって構成して
いる。ところが、押出し形材自体の板厚を薄くするには
、技術的に限界があり、また、薄くすると面外曲げ剛性
が低下するので多数の補強材を設置する必要が生じ、製
作工数増大という問題があった。

【０００７】一方、従来床板として用いられているアル
ミニウムハニカムサンドイッチパネルは、表材と芯材を
樹脂製接着剤によって接合していた。したがって、骨部
材との接合をボルト，ナット或いはリベット等によって
行うことになり、溶接接合に比べて工数が増大するとい
う問題があった。さらに、従来のアルミニウムハニカム
サンドイッチパネルの曲げ剛性は、前記樹脂製接着剤の
強度によって決まるため、大きな荷重が作用する部位に
用いた場合、その強度と信頼性の確保の点で問題があっ
た。

【０００８】ところで、鉄道車両が高速でトンネル内を
走行する場合、車外圧力が急激に変化することが知られ
ている。特に、車両同士がトンネル内ですれ違う場合に
大きな圧力変動が短時間に発生する。このような圧力変
動が車内に伝播して乗客に不快感を与えないようにする
ために、構体全体を気密構造としている。したがって、
構体には、乗客および各種機器の荷重、該構体自体の重
量および前記車外圧力変動による圧力が作用する。この
ため、構体の剛性向上および圧力荷重に対する強度向上
を図らなければならない。ところが、構体の剛性向上お
よび強度向上を図ることと軽量化を図ることは相反する
関係にあり、実現するのが困難な状況にある。

【０００９】本発明の目的とするところは、軽量で圧力
荷重に対する強度の優れた鉄道車両構体を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的は、台枠，側構
体，屋根構体および妻構体を、軽合金製の表材，芯材，
枠材および結合用部材から成り、前記芯材の両面に表材
を配置し、かつ芯材および表材の外周端および両表材間
に結合用部材を配置して、これらをろう付によって接合
した板部材と、少なくとも一軸対称断面の軽合金製の骨
部材とから構成し、前記骨部材における板部材に直交す
る中立軸を結合用部材の接合位置に一致させて結合する
ことにより達成される。

【００１１】

【作用】鉄道車両が高速でトンネル内を走行する場合、
車外圧力が生じる。特にトンネル内で車両同士がすれ違
う場合に前記圧力変動は最大となる。この車外圧力の変
動は構体を構成する気密壁に作用する。本発明の各構体
を構成する板部材は、芯材および表材を重ね合わせて、
これらをろう付によって接合した積層材によって構成さ
れているので面外の曲げ剛性が高く、前記車外圧力が作
用しても十分耐え得る。

【００１２】また、前記各構体を構成する板部材は、軽
合金製の薄板から成る芯材および表材によって形成され
ており、構体は軽量なものとなる。

【００１３】また、表材自体はその全面にわたって芯材
に接合された構造となっていてその表面に生じる歪が少
なく、常に平滑な状態で骨部材に接合されることになる
ので板部材として用いることができ、構体の剛性向上お
よび軽量化を図ることができる。

【００１４】また、骨部材における板部材に直交する中
立軸を結合用部材の接合位置に一致させて結合すること
により、内圧荷重が作用した場合、結合用部材と骨部材
が一体となって荷重を分担することができるため、骨部
材の軽量化を図ることができるとともに、溶接結合部に
発生する応力集中を低減することができるので、強度向
上を図ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１０に
よって説明する。図３に示すように本発明を適用する構
体１は、台枠２，側構体３，屋根構体４および妻構体５
から構成されている。

【００１６】まず、本発明の実施例における台枠２の構
成について説明する。図４において、６は台枠２を構成
する側はりで、台枠２の車体幅方向の両端に車体長手方
向に引き通して設置されている。この側はり６の間に車
体幅方向に引き通して設置された断面Ｉ形の横はり７が
設置されており、この横はり７の両端は側はり６の側面
６ａに接合されている。この横はり７は前記側はり６の
間に車体長手方向に所定のピッチで平行に配置されてお
り、この上に床板８が車体長手方向に引き通して設置さ
れている。

【００１７】床板８は、軽合金製の表材９，芯材１０な
らびに結合用部材１１ａおよび１１ｂとから成り、前記
芯材１０の両面に表材９を配置し、かつ芯材１０および
表材９の外周端および両表材９の間に結合用部材１１ａ
および１１ｂを配置して、これらをろう付によって接合
した板部材である。前記芯材１０は、軽合金製ハニカム
材が用いられる。床板８と前記側はり６および前記横は
り７の結合は、図２に示す車体長手方向に引き通して設
置された結合用部材１１ａおよび図１に示す車体幅方向
に引き通して設置された結合用部材１１ｂの位置で溶接
により行われる。

【００１８】まず、図１に示した床板８と横はり７の結
合構造について説明する。車体長手方向に引き通して設
置された床板８は、横はり７と結合する位置に車体幅方
向に引き通して設置された結合用部材１１ｂが設けられ
ている。該結合用部材１１ｂは、上側に配置されたフラ
ンジ１１ｄと下側に配置されたフランジ１１ｅを有して
おり、隣接する該床板８同士の結合はフランジ１１ｄお
よび１１ｅを溶接することによって行われる。ここで、
隣接する床板８の結合用部材１１ｂは互いに向き合うよ
うに設置されている。

【００１９】前記床板８と横はり７の結合は、横はり７
の上部に配置されたフランジ７ａと結合用部材１１ｂの
下側に配置されたフランジ１１ｅを溶接することにより
行う。該床板８と前記横はり７の結合において、横はり
７の床板８に直交する中立軸を結合用部材１１ｂの接合
位置の線上に一致させて結合する。これにより、内圧荷
重が作用した場合、結合用部材１１ｂと横はり７が一体
となって荷重を分担することができるため、前記横はり
７の軽量化を図ることができるとともに溶接結合部の局
部に発生する応力集中を低減することができ、したがっ
て溶接結合部の強度向上を図ることができる。

【００２０】次に、図２に示した床板８と側はり６の結
合構造について説明する。図２に示すように、床板８と
側はり６の結合は、車体長手方向に引き通して設置され
た結合用部材１１ａの上下に配置されたフランジ１１ｃ
と前記側はり６に設けられたフランジ６ｂを溶接して行
われる。

【００２１】また、前記床板８は、表材９と芯材１０が
ろう付けによって密に接合されているので、座屈強度，
曲げ強度およびせん断強度が軽合金製の押出し形材の板
部材に比較して高い。台枠２においては、車端圧縮荷重
が作用した場合、床板８および前記側はり６が車端圧縮
荷重を受け持つ。したがって、圧縮応力が発生するが座
屈強度が高い前記床板８を配置することによって、強度
向上を図ることができる。さらに、内圧荷重が作用した
場合、台枠２を曲げ剛性の高い前記床板８で構成するこ
とによって、構体１全体の面外変形を押さえることがで
き、かつ、剛性，強度の高い前記床板８を配置すること
によって、側はり６および横はり７の小形化および軽量
化を図ることができる。したがって、台枠２全体の軽量
化を図ることができる。

【００２２】次に、本発明の実施例における側構体の構
成について説明する。図５において、１５は台枠２の側
はり６の上面から車体上方の軒桁１６まで連続した部材
で形成されている断面Ｉ形の側柱である。該側柱１５の
車体外表面には、積層材よりなる外板部材１７が接合さ
れる。外板部材１７は、図６，７に示すように、前記床
板８と同様に軽合金製の表材１９，芯材２０および結合
用部材２１ａおよび２１ｇとから成る積層構造となって
いる。表材１９のうち一方が側構体３の外表面を成して
いる。芯材２０としては、軽合金製ハニカム材が用いら
れ、表材１９と芯材２０はろう付けによって接合される
。前記側柱１５と外板部材１７の結合は、図６に示すよ
うに、前述した床板８と横はり７の結合構造と同様に、
車体周方向に引き通して設置された結合用部材２１ａの
室内側に配置されたフランジ２１ｃと側柱１５に設けら
れたフランジ１５ａを溶接して行われる。結合用部材２
１ａは、室内側に配置されたフランジ２１ｃと車外側に
配置されたフランジ２１ｄを有しており、隣接する外板
部材１７同士の結合は、フランジ２１ｃおよび２１ｄを
溶接することによって行われる。ここで隣接する外板部
材１７の結合用部材２１ａは互いに向き合うように設置
されている。

【００２３】次に、図７に示した前記外板部材１７と台
枠２の結合構造について説明する。車体長手方向に引き
通して設置された外板部材１７は、台枠２の結合部に対
応して結合用部材２１ｇが車体長手方向に引き通して設
置されている。該結合用部材２１ｇは、車外側および室
内側にフランジ２１ｈを有しており、該フランジ２１ｈ
において前記台枠２を構成する側はり６と溶接部を形成
して結合される。

【００２４】次に、図８に示した前記外板部材１７と側
構体３の上方に配置される軒桁１６の結合構造について
説明する。車体長手方向に引き通して設置された外板部
材１７は、前記軒桁１６の結合部に対応して結合用部材
２１ｉが車体長手方向に引き通して設置されている。該
結合用部材２１ｉは、車外側および室内側にフランジ２
１ｊを有しており、該フランジ２１ｊにおいて前記軒桁
１６と溶接部を形成して結合される。

【００２５】以上に述べたように、前記外板部材１７は
、表材１９と芯材２０がろう付けによって密に接合され
ているので、座屈強度，曲げ強度およびせん断強度が軽
合金製の押出し形材の板部材に比較して高い。このため
、内圧荷重が作用した場合、側構体３を曲げ剛性の高い
外板部材１７で構成することによって、構体１全体の面
外変形を押さえることができる。さらに、剛性，強度の
高い外板部材１７を側構体３に配置することによって、
側柱１５の小形化および軽量化を図ることができ、した
がって、側構体３全体の軽量化を図ることができる。ま
た、外板部材１７と側柱１５の結合において、側柱１５
の外板部材１７に直交する中立軸を結合用部材２１ａの
接合位置の線上に一致させて結合するので、これにより
、内圧荷重が作用した場合、結合用部材２１ａと側柱１
５が一体となって荷重を分担することができ、側柱１５
の軽量化を図ることができるとともに溶接結合部の局部
に発生する応力集中を低減することができ、したがって
、溶接結合部の強度向上を図ることができる。

【００２６】次に、本発明の実施例における屋根構体４
の構成について説明する。図９において、２６は側構体
３の上部に配置される軒桁１６の間に連続した部材で形
成されている断面Ｉ型の垂木である。該垂木２６の車体
外表面には、積層材よりなる外板部材２７が接合される
。該外板部材２７は、図１０に示すように、前記床板８
および側構体３の外板部材１７と同様に、軽合金製の表
材２８、芯材２９および結合用部材３０ａおよび図８に
示した結合用部材３０ｅとから成る積層構造となってお
り、表材２８のうち一方が屋根構体４の車外表面を成し
ている。芯材２９としては、軽合金製ハニカム材が用い
られ、上記表材２８と芯材２９はろう付けによって接合
される。外板部材２７は、前記軒桁１６の間に車体長手
方向に引き通して配置される。

【００２７】次に、垂木２６と外板部材２７の結合構造
を図１０により説明する。垂木２６と外板部材２７の結
合は、屋根幅方向に引き通して設置された結合用部材３
０ａの位置で溶接により行われる。即ち、垂木２６と外
板部材２７の結合は、図１０に示すように、屋根幅方向
に引き通して設置された結合用部材３０ａの室内側に配
置されたフランジ３０ｂと前記垂木２６に設けられたフ
ランジ２６ａを溶接して行われる。結合用部材３０ａは
、室内側に配置されたフランジ３０ｂと車外側に配置さ
れたフランジ３０ｃを有しており、隣接する外板部材２
７同士の結合は、フランジ３０ｂおよび３０ｃを溶接す
ることによって行われる。ここで、隣接する外板部材２
７の結合用部材３０ａは互いに向き合うように設置され
ている。外板部材２７と前記垂木２６の結合は溶接によ
り行う。

【００２８】次に、図８により外板部材２７と側構体３
の上方に配置される軒桁１６との結合構造について説明
する。車体長手方向に引き通して設置された外板部材２
７は、前記軒桁１６の結合部に対応して結合用部材３０
ｅが車体長手方向に引き通して設置されている。該結合
用部材３０ｅは、車外側および室内側にフランジ３０ｆ
を有しており、該フランジ３０ｆにおいて前記軒桁１６
と溶接部を形成して結合される。

【００２９】以上に述べたように、前記外板部材２７は
、表材２８と芯材２９がろう付けによって密に接合され
ているので、座屈強度，曲げ強度およびせん断強度が軽
合金製の押出し形材の板部材に比較して高い。したがっ
て、内圧荷重が作用した場合、屋根構体４を強度，剛性
の高い外板部材２７で構成することによって、構体１全
体の面外変形を押さえることができ、垂木２６の小形化
および軽量化を図ることができる。したがって、屋根構
体４全体の軽量化を図ることができる。また、外板部材
２７と垂木２６の結合において、垂木２６の外板部材２
７に直交する中立軸を結合用部材３０ａの接合位置の線
上に一致させて結合するので、これにより、内圧荷重が
作用した場合、結合用部材３０ａと垂木２６が一体とな
って荷重を分担することができ、垂木２６の軽量化を図
ることができるとともに溶接結合部の局部に発生する応
力集中を低減することができ、したがって、溶接結合部
の強度向上を図ることができる。

【００３０】次に、本発明による他の実施例を図１１に
より説明する。

【００３１】図１１は、外板部材１７と側柱１５の結合
部を示す断面図である。結合用部材３１ａは、室内側に
配置されたフランジ３１ｂと車外側に配置されたフラン
ジ３１ｃを有しており、フランジ３１ｂは、フランジ３
１ｃよりフランジの幅寸法が小さくなっている。隣接す
る外板部材１７同士の結合は、車外側に配置されたフラ
ンジ３１ｃを溶接することにより行う。ここで、隣接す
る外板部材１７の結合用部材３１ａは互いに向き合うよ
うに設置されている。該結合用部材３１ａのフランジ３
１ｂはフランジ３１ｃよりフランジの幅寸法が小さくな
っているため、結合用部材３１ａを向き合うように設置
して結合した場合、隣接するフランジ３１ｂの間に開口
部３１ｄができる。該開口部３１ｄの幅寸法は、前記側
柱１５の車外側に配置されたフランジ１５ａの幅寸法に
対応して決定される。外板部材１７と側柱１５の結合は
、側柱１５の車外側に配置されたフランジ１５ａを車体
周方向に引き通して設置された結合用部材３１ａのフラ
ンジ３１ｂの間にできた開口部３１ｄに組込み、フラン
ジ１５ａとフランジ３１ｂが面一になるように位置決め
して溶接することにより行う。このような結合構造は、
前記結合用部材３１ａの室内側に配置されたフランジ３
１ｂと車外側に配置されたフランジ３１ｃおよび前記側
柱１５の車外側に配置されたフランジ１５ａにより閉断
面構造になるため、結合強度を前記図６の場合に比べて
より向上させることができる。

【００３２】さらに、隣接する外板部材１７の結合用部
材３１ａ同士の溶接およびフランジ１５ａとフランジ３
１ｂの溶接は、室内側からのみ溶接作業ができるため、
製作性の向上を図ることができる。このような結合構造
は、台枠における床板と横はりの結合部および屋根構体
における屋根外板部材と垂木の結合部等に適用すれば、
前述した効果と同様の効果を得られるものである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、軽
量で耐圧力強度の優れた鉄道車両構体を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】床板と横はりの結合部を示す図４のＡ−Ａ線断
面図である。

【図２】床板と側はりの結合部を示す図４のＢ−Ｂ線断
面図である。

【図３】本発明を適用する鉄道車両構体の斜視図である
。

【図４】台枠の平面図である。

【図５】側構体の側面図である。

【図６】外板部材と側柱の結合部を示す図５のＣ−Ｃ線
断面図である。

【図７】外板部材と側はりの結合部断面図である。

【図８】側外板部材および屋根外板部材と軒桁の結合部
断面図である。

【図９】屋根構体の平面図である。

【図１０】屋根外板部材と垂木の結合部を示す図９のＤ
−Ｄ線断面図である。

【図１１】外板部材と側柱の結合部の他の実施例を示す
図５のＣ−Ｃ線断面図である。

【符号の説明】

１…構体、２…台枠、３…側構体、４…屋根構体、５…
妻構体、６…側はり、７…横はり、８…床板、９，１９
，２８…表材、１０，２０，２９…芯材、１１ａ，１１
ｂ，２１ａ，２１ｇ，２１ｉ，３０ａ，３０ｅ，３１ａ
…結合用部材、１５…側柱、１６…軒桁、１７，２７…
外板部材、２６…垂木。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】台枠，側構体，屋根構体および妻構体を組
   合せて接合して構成される鉄道車両構体において、軽合
   金製の表材，芯材および結合用部材から成り、前記芯材
   の両面に表材を配置し、かつ芯材および表材の外周端お
   よび両表材間に結合用部材を配置して、これらをろう付
   によって接合した板部材と、少なくとも一軸対称断面の
   軽合金製の骨部材とから構成し、前記骨部材における板
   部材に直交する中立軸を結合用部材の接合位置に一致さ
   せて結合したことを特徴とする鉄道車両構体。