JPH061234A - 鉄道車両の車体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、高速で走行する鉄道車両に好適な車
体に関するもので、高速化に伴う十分な耐圧強度を有
し、強度的信頼性の高い側構体を実現するものである。 【構成】本発明では、側柱１２の両端部において、大型
押出し形材の一部を切削加工して設けた接合部を介して
結合する構造とした。 【効果】本発明によれば、強度的な弱点である側柱と台
枠の結合部の強度向上が図られ、十分な耐圧性能を有す
る軽量な側構体を提供できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の車体に係
り、特に高速で走行するものに好適な鉄道車両の車体に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車体の両側面を構成する側構体は、車体
としての六面体を構成する部材の一つである。従来の側
構体は、幕部上端に位置する長桁、窓部の上、下端の幕
帯、腰帯および腰部下端の長土台からなる車体長手方向
部材と側柱からなる車体周方向部材などにより格子状に
組んだ骨組に薄鋼板の外板を抵抗スポット溶接あるいは
アーク溶接などにより結合した構造としている。この構
造例としては、例えば機械工学便覧、第１５編、第７９
頁から第８０頁（日本機械学会編（１９７７））に論じ
られている。

【０００３】また、アルミニウム製車体の例としては、
アルミニウム合金と車両の軽量化、総論、第４６頁から
第４８頁（産業研究所編（１９９０））に論じられてい
る。

【０００４】この構造において、強度的に厳しい不連続
結合部となる、例えば側柱と台枠の側はりの結合部に
は、複雑な形状を有するつなぎ金を用いて連結してい
る。側構体と屋根構体の結合部においては、長けたを比
較的厚肉の大型形材で構成し、この部材と側柱および屋
根構体のたるきを連結している。

【０００５】しかし、最近の車両では高速化の傾向が著
しく、それに伴い、構体に加わる荷重条件がますます厳
しくなってきている。特に高い気密性能を要求される車
両においては、耐圧強度の高い構体としなければなら
ず、従来の側構造では強度的に厳しくなる。さらに、高
速化に対応して、軽量構造のものが要求される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】車両の高速化に伴っ
て、車体の内外における気圧の変動差が大きくなる。そ
こで、上記の耐圧性能が要求される車両においては、十
分な強度を確保しなければならず、応力低減を図るため
には側構体の側柱の寸法が大きくなり、車体の軽量化を
阻むという問題が生じる。

【０００７】特に、側柱と台枠の結合部あるいは長けた
と側柱またはたるきとの結合部などに大きな局部応力が
発生し、これらの構造設計が重要な課題の一つとなる。
これらの課題の解決手段としては、まず第１に側柱やた
るきの本数を増加させること、第２に上記結合部に補強
をあてることなどの対策が必要となる。このため、前者
対策においては側柱と外板の結合に多大の製作工数が必
要となる。後者に関しては、構体全体を組立てた後、当
該結合部に補強部材を取付ける組立て手順となるため、
溶接施工、溶接結合部のグラインダ仕上げなどに多くの
工数がかかることになる。

【０００８】本発明の目的とするところは、十分な耐圧
強度を有し、かつ、強度信頼性の高い鉄道車両の車体を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は側構体の側柱
と台枠の結合部において、押出し形材で構成したリブ付
き外板の端部材の一部をあらかじめ切削加工し、側柱と
の結合部を設け、この結合部と溶接接合あるいはリベッ
ト、ボルトなどの機械接合により取り付けることにより
達成される。

【００１０】また、側柱と長けたの結合部についても、
押出し形材で構成した長けたの一部をあらかじめ切削加
工し、側柱との結合部を設け、この結合部と上記と同様
の結合手段により結合することにより達成される。

【００１１】

【作用】側構体に圧力荷重が作用すると、該構体内で曲
げ剛性の高い部材である側柱が、屋根構体と台枠との結
合部を支点として、外板に負荷される荷重を受け持つこ
とになる。そのため、側柱は車体の周方向に、面外変形
を起こし、該両結合部に大きな固定モーメントが発生す
る。この固定モーメントにより、当該結合部に過大な局
部応力が生じることになる。

【００１２】本発明では、台枠との当該結合部のうち側
構体の外板の一部を構成する大型押出し形材について、
この形材単品の状態であらかじめ機械加工により切削
し、側柱との結合位置に結合部を設け、この結合部と側
柱を結合する構造とする。これにより、当該結合部のう
ち強度的に厳しい構造部を母材化できるとともに、機械
加工により容易に該結合部における力の流れを滑らかに
する形状とすることができるため、大きな局部応力が発
生せず、強度的信頼性が向上する。

【００１３】さらに、本構造を採用することにより、側
柱、外板部材の最適化、すなわち軽量化を図ることがで
きる。

【００１４】なお、上記の内容は側柱の他の一端となる
長けたの結合部についても同様の作用が成立する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。
図１は本発明による車体の一実施例を示す。同図におい
て、１は側構体、２０は台枠、３０は屋根構体である。
該側構体１は台枠２０と屋根構体３０の端部材である長
桁３１を介して結合される。本実施例では、側構体１は
車体の長手方向に並べたリブ付きの外板１１を一体で押
出した型材で構成したものである。側構体１の周方向に
設けた側柱１２はその両端である台枠２０と屋根構体３
０の長桁３１の位置で結合される。また、側柱１２の一
般部は、リブ付き外板１１のリブ上面の位置で溶接接合
される。

【００１６】次に、側柱１２と台枠２０の結合構造につ
いて述べる。図２は当該結合部の構造例を示したもので
ある。長土台に相当する端部材１３は、その端部におい
て外板１１と一体に押出された型材で構成され、この部
材と台枠２０の一部を構成する側梁２１と溶接接合され
る。側柱１２の一般部は、リブ付き外板１１のリブ１
１’の位置で溶接１５で接合される。

【００１７】側柱１２の端部と台枠の端部に位置する大
型押出し形材よりなる端部材１３との結合は、側柱の位
置であらかじめこの部材単品の状態で機械加工または他
の手段により接合部１４を設け、この端部で溶接１６に
より行う。この側柱１２と接合部１４の結合は、上記の
接合手段以外に、栓溶接またはリベットあるいはボルト
・ナットなどによる機械的締結方式を採ることもでき
る。なお、大型押出し形材の一部を機械加工することに
より形成される接合部１４は、その幅寸法が側柱１２と
の溶接接合位置ではほぼ側柱の幅程度、該端部材１３自
体の下部の位置では力の流れを滑らかに伝達できるよう
に、十分幅広くした形状とする。

【００１８】この接合部１４の寸法形状については、全
長２０ｍ以上に及ぶ大型押出し形材より切削加工するた
め、その高さ（Ｈ）を大きくすると、素材の歩留り率を
低下させ、機械加工の工数を増加させることになる。図
３乃至図６は、上記の欠点を補なうための方策を示した
ものである。基本的には、大型押出し形材１３より切削
する部材量を最小限とするため、接合部１４の高さ
（Ｈ）を小さくする。この接合部１４に他の補接合部材
１４’あるいは１４”を、あらかじめ、形材１３が単品
の状態で接合しておく。この補接合部材１４’あるいは
１４”の形状は、側柱１２からの力を接合部１４に滑ら
かに伝達できるように、隅部の曲率半径を大きくとれる
形状とし、応力集中を生じさせない構造とする。図３，
図４は接合部１４と補接合部材１４’を突合せ溶接によ
り接合した例を示す。図４は、図３において、補接合部
材１４’の高さが大きくなった場合、本部材と側柱１２
の結合を溶接１６以外に、側柱のフランジ面の位置で栓
溶接１８でも接合した場合の実施例を示したもので、両
部材の結合をより強固なものにすることができる。

【００１９】図５，図６は、より強度的に厳しい結合部
が要求される場合の一実施例を示したものである。補接
合部材１４”を接合部１４よりも一段厚肉とし、２段に
機械加工した部材とし、接合部１４と溶接１７および１
９により２個所で接合する構造とする。

【００２０】一方、側構体と屋根構体の結合部となる長
けた３１についても上記の台枠と側構体の結合部の考え
方がそのまま適用できる。図７，図８は長けた３１と側
柱１２の結合構造を示したものである。大型押出し形材
より成る側外板の一部を構成する長けた３１の下フラン
ジの一方を、この部材単品の状態で機械加工し、図８に
示すように、側柱１２と結合する位置に接合部３２を設
け、この結合部３２と側柱１２を該結合部３２の端面部
に溶接３３を形成することにより接合する。

【００２１】次に、当該結合部の動作について説明す
る。側構体には、車体に作用する荷重のうち、台枠に負
荷される垂直等分布荷重と車体の内、外圧における気圧
の変動差に伴う圧力荷重が、強度的に厳しい荷重とな
る。特に、後者の荷重が当該部の構造に大きく影響する
ことになる。

【００２２】いま、側構体に内圧が作用した場合を考え
る。側構体において、面外曲げ剛性の高い部材は側柱１
２である。そのため、外板に加わる荷重のうち、側柱間
の１ピッチあたりの荷重を主として本部材で負担する。
図１に示したように、側構体に内圧が作用すると、側外
板１１を含む側柱１２は、台枠の側はり２１および屋根
構体の長けた３１の位置を支点として、外板の面外に変
形する。このため、側柱１２と台枠および屋根構体との
当該結合部には外板の面外に大きな固定モーメントが作
用する。

【００２３】次に、台枠に負荷される垂直等分布荷重に
より、当該結合部には外板の面内に固定モーメントが作
用する。この面内の固定モーメントは車体の中央部で最
も大きくなる。

【００２４】本発明では上述した通り、側柱１２の両端
部を、大型押出し形材より機械加工により切削し、母材
化した部材と結合する構造とした。この結合部のうち、
大きな固定モーメントが作用する最端部では、部材を母
材化するとともに、機械加工により応力集中が発生しな
い構造とし、両部材の溶接接合は、端部より十分離れた
位置で行うこととした。

【００２５】このような構造を採用することにより、従
来構造のものと比較して、最大荷重が作用する当該結合
部の局部応力を低減するとともに、部材を母材化するこ
とにより、その強度も大幅に向上する。さらに、本結合
部の加工は、部材が単品の状態で実施できるため、複雑
な形状のものも比較的容易に、しかも精度良く行うこと
ができる。また、溶接を併用する場合も、部材単品の状
態で施行できるため、高品質の溶接が保証でき、強度的
信頼性も向上するという効果もある。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、側構体の強度的弱点で
ある側柱と台枠の結合部の強度を向上させることができ
るため、十分な耐圧性能を有する軽量な側構体を提供で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による車体全体の斜視図である。

【図２】図２は本発明による側柱と台枠の結合構造を示
した斜視図である。

【図３】図３は他の実施例による側柱と台枠の結合構造
を示した斜視図である。

【図４】図４は他の実施例による側柱と台枠の結合構造
を示した斜視図である。

【図５】図５は他の実施例による側柱と台枠の結合構造
を示した斜視図である。

【図６】図６は図５のＡ−Ａ断面を示したものである。

【図７】図７は本発明による側柱と長けたの結合構造を
示したものである。

【図８】図８は本発明による側柱と長けたの結合構造を
示した斜視図である。

【符号の説明】

１…側構体、１１…側外板、１２…側柱、１３…端部
材、１４…接合部、１４’，１４”…補接合部材、１
６、１７、１８、１９…溶接部、２０…台枠、２１…側
はり、３０…屋根構体、３１…長けた、３２…接合部
材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 守 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】押出し形材を車体長手方向に引き通して、
   かつ、車体周方向に複数並べて接合し構成する側構体を
   備えた鉄道車両の車体において、前記側構体の車体周方
   向端部に配置される型材に、該型材に対して直角に接合
   される骨部材に一致させた位置に外骨部材の長手方向に
   伸ばして形成され、前記骨部材の側面に重ねて接合され
   る接合部を一体に形成したことを特徴とする鉄道車両の
   車体。