JPH06270799A

JPH06270799A - 鉄道車両構体

Info

Publication number: JPH06270799A
Application number: JP5681293A
Authority: JP
Inventors: Michifumi Takechi; 通文武市; Sumio Okuno; 澄生奥野; Morishige Hattori; 守成服部; Hideyori Oba; 英資大場; Mamoru Ohara; 守大原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1993-03-17
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】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を提供することを目的とす
る。【構成】軽合金製の表材４ａ，４ｃ、芯材４ｂおよび縁
材４ｄより成る積層材および軽合金製の押出型材より成
る鉄道車両構体において、前記積層材の厚さを骨部材６
を介して変化させ、さらに、前記積層材の表材に発生す
る応力度および応力の種類に応じて、前記表材４ａ，４
ｃの板厚を薄くした外板部材により構成される。【効果】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。

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。鉄
系材料よりなる鉄道車両構体のうち、ステンレス鋼製の
鉄道車両構体は、各骨部材間と外板の接合部の強度向上
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製によ
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で構成した構造が知られている。
この前記接着製アルミニウムハニカムサンドイッチパネ
ル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号或いは実開昭６０-１７９５６９号
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、技術的に限界がある。また、板自体の面外曲げ剛性
が低下するので多数の補強材を設置する必要が生じ、製
作工数が増大する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強度は、前記樹脂製接着剤自体の
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、その強度上の信頼性を確保する面で問題が
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
動が車内に伝ぱ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】一般的に、高速鉄道車両の車体は空気抵抗
を低減するため車体断面を縮小する傾向にある。この場
合、客室空間を極力低減しないように車体幅および車体
高さを縮小することになるので、構体を構成する屋根構
体、幕板部および側構体の曲率半径のうち側構体の曲率
半径が最も大きくなる。このような高速鉄道車両に前記
車外圧力変動が作用した場合、曲率半径の大きい側構体
は強度的に最も厳しくなる。また、側構体の剛性は乗り
心地に影響する車体の相当曲げ剛性に大きく関係するの
で、前述した圧力荷重とともに垂直荷重を考慮した構造
とする必要がある。そのため、側構体の大幅な軽量化は
困難である。構体を構成する屋根構体、幕板部および側
構体の曲率半径のうち幕板部の曲率半径が最も小さい
が、この幕板部には前記車外圧力変動が作用した場合、
大きな曲げモーメントが発生するため十分な剛性を確保
しておく必要がある。そのため、幕板部は側構体と同様
に大幅な軽量化は困難である。一方、屋根構体の曲率半
径は、側構体の曲率半径より大きくなることはなく、側
構体の高さより屋根構体の幅のほうが短いため、前記車
外圧力変動が作用した場合、側構体あるいは幕板部に比
較して強度を十分に確保した上で軽量化を行うことがで
きる。

【００１０】本発明の目的とするところは、軽量で耐圧
強度の優れた鉄道車両構体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的は、軽合金製の
表材、芯材および縁材より成る積層材および軽合金製の
押出型材より成る鉄道車両構体において、前記積層材の
厚さを前記骨部材を介して変化させて接合した外板部材
で構成することにより達成される。

【００１２】また、前記積層材の表材の板厚を車外側あ
るいは車内側において、発生する応力度および応力の種
類に応じて薄くすることによって達成される。

【００１３】

【作用】鉄道車両が高速でトンネル内を走行する場合、
車体には圧力変動荷重が生じる。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荷重は最大となる。
このような圧力変動荷重に耐えるために、本発明の構体
は、外板部材として、芯材、表材および縁材より成る積
層材を用いている。前記積層材は、従来の軽合金製の押
出し形材よりも積層材の厚さが大きいため面外曲げ剛性
が高く、前記圧力変動荷重が作用しても十分に耐える。
したがって、本発明によれば、鉄道車両の耐圧性および
耐圧強度を向上させることができる。

【００１４】また、前記積層材を用いて製作される構体
は、軽合金製の薄板から成る芯材、表材および縁材およ
び骨部材によって形成されており、従来の軽合金製の押
出し形材より成る外板部材と骨部材で構成された構体に
比較して軽量である。さらに、前記積層材は芯材および
表材を、ろう付によって接合しているため、該表材自体
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
る。したがって、従来の外板部材に比較して前記表材は
その表面に生じる歪が少ない。これは、表材自体に変形
を生じさせることなく外板部材として用いることができ
るので、構体の剛性および強度向上および軽量化を図る
ことができる。

【００１５】前記積層材を用いて製作される構体におい
ては、屋根構体、幕板部および側構体とも同一の厚さの
積層材で構成するほうが前記積層材の製造あるいは車体
の製作をする上で有利であるが、軽量化を行う上では不
利である。従って、軽量化を行うためには屋根構体、幕
板部および側構体におけるそれぞれの積層材の厚さおよ
び車外側および車内側の表材の板厚を十分な剛性および
強度を確保した上で変える必要がある。このように場所
によって積層材の厚さおよび表材の板厚を変える場合、
発生する応力度の低い部分は、前記積層材の厚さを低く
することができるので鉄道車両構体全体の軽量化を図る
ことができる。さらに、前記積層材の車外側あるいは車
内側の表材の板厚を発生する応力度あるいは応力の種類
によって薄くすることができるので鉄道車両構体全体の
軽量化を図ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図２に
よって説明する。本発明を適用した構体１は図１に示す
ように、台枠２、側構体３、幕板部４、屋根構体５およ
び妻構体（図には示していない）から構成されている。
本発明を適用した構体１の側構体３、幕板部４、屋根構
体５の曲率半径は、側構体３で３０００ｍｍないし１０
０００ｍｍ、幕板部４で５００ｍｍないし１０００ｍ
ｍ、屋根構体５で２５００ｍｍないし８０００ｍｍであ
る。車体の種類によって側構体３、幕板部４、屋根構体
５の曲率半径は異なるが、屋根構体５の曲率半径は側構
体３の曲率半径より大きくなることはない。

【００１７】まず、図２に示した本発明を適用した構体
１における幕板部４および屋根構体５の結合部構造につ
いて説明する。前記幕板部４は軽合金製の表材４ａ及び
４ｃ、芯材４ｂおよび縁材４ｄをろう付によって接合し
た積層材である。また、前記屋根構体５は軽合金製の表
材５ａ及び５ｃ、芯材５ｂおよび縁材５ｄをろう付によ
って接合した積層材である。６は、前記幕板部４および
前記屋根構体５を結合するために車体長手方向に配置さ
れた軽合金製の押出型材により成る骨部材である。前記
幕板部４および前記屋根構体５の結合は、骨部材６を介
して幕板部４と溶接部８ａおよび８ｂ、屋根構体５と溶
接部７ａおよび７ｂを形成して行われる。該溶接部７ａ
および８ａは車体の外側表面を成すため溶接後グライン
ダ仕上が行われる。前記骨部材６は、前記幕板部４の厚
さＨ１と前記屋根構体５の厚さＨ２に合わせてその断面
を滑らかに変化させている。本実施例では、前記幕板部
４の厚さＨ１は前記屋根構体５の厚さＨ２より薄くなっ
ている。

【００１８】本実施例によれば、前記屋根構体５の積層
材の厚さを薄くくすることができるので、前記屋根構体
５に発生する応力度を前記幕板部４に発生する応力度と
同等にすることができる。そのため、前記屋根構体５お
よび前記幕板部４とも同一の厚さの積層材で構成した鉄
道車両構体に比較して、本実施例を適用した鉄道車両構
体１における前記屋根構体５の軽量化を行うことができ
る。したがって、鉄道車両構体１全体の軽量化を図るこ
とができる。また、前記骨部材６の断面形状は車外側お
よび車内側とも円弧状に変化しているため、作用する圧
力荷重の流れを滑らかにすることができるので応力集中
を緩和させ溶接結合部７ａ、７ｂ、８ａおよび８ｂの強
度向上を図ることができる。

【００１９】さらに、前記積層材を構成する表材に発生
する応力度および応力の種類に応じて、前記表材の板厚
を薄くすることにより鉄道車両構体１全体の軽量化を図
ることができる。すなわち、引張り応力に対しては疲労
強度、圧縮応力に対しては座屈強度を十分に確保できる
板厚まで薄肉化を行えば鉄道車両構体１全体の軽量化を
図ることができることになる。例えば、構体に内圧荷重
が作用する場合、屋根構体５においては車外側の表材５
ａに引張り応力、車内側の表材５ｃに圧縮応力が発生す
る。一方、幕板部４には屋根構体５とは逆に車内側の表
材４ｃに引張り応力、車外側の表材４ａに圧縮応力が発
生する。引張り応力と圧縮応力の大きさを比較すると引
張り応力より圧縮応力のほうが小さい。また、前記積層
材においては、圧縮応力に対する座屈強度は引張り応力
に対する疲労強度より大きい。そのため、圧縮応力が発
生する側の前記表材の板厚を薄くすることができる。

【００２０】図２に示した前記一実施例において、前述
した理由から、前記積層材を構成する表材の板厚を、屋
根構体５では車内側の表材５ｃの板厚を車外側の表材５
ａより薄くし、一方、幕板部４では車外側の表材４ａの
板厚を車内側の表材４ｃの板厚より薄くすることができ
る。これによって、屋根構体５および幕板部４の軽量化
を行うことができる。したがって、鉄道車両構体１全体
の軽量化を行うとともに耐圧性および耐圧強度を確保し
た鉄道車両構体１を提供することができる。

【００２１】次に、図３に示した本発明を適用した構体
１における幕板部４および屋根構体５の結合部構造の他
の実施例ついて説明する。図３に示した骨部材９は、前
記幕板部４の厚さＨ１と前記屋根構体５の厚さＨ２に合
わせてその断面を二段に変化させている。本実施例で
は、前記屋根構体５の車外側を成す面５ａは前記幕板部
４の車外側を成す面４ａより段差部分９ａによって一段
低くなっている。

【００２２】前記骨部材９は前記屋根構体５の縁材５ｄ
および前記幕板部４の縁材４ｄを溶接部７ａおよび７ｂ
を形成して接合され閉断面形状を成すものである。本実
施例では、段差部分９ａにおける剛性の急変による断面
変形を防止するため隔壁４ｅを縁材４ｄに設けている。
また、前記屋根構体５と前記幕板部４を結合する場合、
製作上の組付けに車体幅方向の余裕度を持たすため、図
３に示すように、縁材５ｄおよび縁材４ｄのフランジに
上方向あるいは下方向に折り曲り部分５ｆおよび４ｆを
設けている。本実施例のように車外側については、幕板
部４の縁材４ｄの上方のフランジに折り曲り部分４ｆを
設け、車内側については屋根構体５の縁材５ｄの下方の
フランジに折り曲り部分５ｆを設けたほうが製作する上
で有利である。

【００２３】本実施例によれば、前記一実施例と同様
に、前記屋根構体５に発生する応力レベルが前記幕板部
４に発生する応力レベルより低い場合は、前記屋根構体
５の積層材の厚さを薄くすることができるので前記屋根
構体５の軽量化を行うことができる。さらに、前記屋根
構体５の車外側を成す面は前記幕板部４の車外側を成す
面より一段低くなっているので、前記骨部材９の段差部
分９ａは雨樋の変わりになるという利点がある。

【００２４】なお、図３に示した実施例の他の実施例と
して、図４に示すように段差部分を車内側に配置する構
造とすることによって車外側の表面の凹凸をなくすこと
ができる。従って、車体の平滑化を図ることができる。
この段差部分を車内側に配置する構造は幕板部より下方
の側構体に適用するのが適切である。

【００２５】

【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】本発明を適用した鉄道車両構体の一実施例を示
す断面斜視図である。

【図２】本発明を適用した鉄道車両構体の幕板部と屋根
構体の結合部であるＡ部の拡大断面図である。

【図３】本発明の鉄道車両構体の他の実施例における幕
板部と屋根構体の結合部を示す断面図である。

【図４】本発明の鉄道車両構体の他の実施例における幕
板部と屋根構体の結合部を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・鉄道車両構体、２・・・台枠、３・・・側構体、４・・・幕
板部、４ａ，４ｃ，５ａ，５ｃ・・・表材、４ｂ，５ｄ・・・
芯材、４ｄ，５ｄ・・・縁材、４ｅ・・・隔壁、４ｆ，５ｆ・・
・折れ曲り部、５・・・屋根構体、６，９・・・骨部材、７
ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ・・・溶接部、９ａ・・・段差部分。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大場英資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 (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽合金製の表材、芯材および縁材より成る
積層材および軽合金製の押出型材より成る鉄道車両構体
において、前記積層材の厚さを前記骨部材を介して変化
させて接合した外板部材で構成したことを特徴とする鉄
道車両構体。
【請求項２】請求項１記載の鉄道車両構体において、前
記積層材の厚さおよび前記積層材を構成する表材の板厚
を任意に変えたことを特徴とする鉄道車両構体。