JPH0640330A - 高速走行体用の構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軽量でありながら、大きな内外圧変動に十分耐
え得る強度を有し、高速で走行する新幹線やリニアモー
ターカー等の高速走行体に用いる構体として、極めて好
適な高速走行体用の構体を提供すること。 【構成】本発明の高速走行体用の構体(20)は、主たる荷
重を、車両の構体外形を形成する外板構造(21,22,23,24
等) に分担させる如く、上記外板構造を応力外皮構造と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新幹線やリニアモータ
ーカー等の高速走行体に適用される高速走行体用の構体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】新幹線やリニアモーターカー等の高速走
行体は、走行体どうしの擦れ違いやトンネル通過時等に
おいて、相当大きな変動圧力荷重を受ける。したがって
高速走行体の構体としては、上記のような大きな荷重に
十分耐え得る程度の強度を有するものであることが要求
される。

【０００３】図３は、従来の高速走行体用の構体の一例
として、鉄道車両用構体１を示す斜視図である。図に示
す如くこの車両用構体１は、屋根構造Ａx ，両側構造Ｂ
x ，床構造Ｃx の各ブロックと、図示しない車両前後の
妻構造とで構成されている。これらの各構造のうち、屋
根構造Ａx は車両長手方向の長桁２および軒桁３と車両
横断面方向の垂木４とを組合わせた骨組みの上に、屋根
外板５を張設したものである。また両側構造Ｂx も同様
に、窓上下の窓帯６，腰帯７などの各種横部材と側柱８
とを結合してなる骨組みに、側外板９を接合したもので
ある。さらに床構造Ｃx は、横梁１０や側梁１１などを
組合せた骨組みの上に、床板１２を張設したものであ
る。なおこれらの部材として、アルミニウム合金の型材
や中空型材等を用いて軽量化をはかったものも知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の従来の車両
用構体１には次のような問題がある。

【０００５】(1) 車両用構体１に加わる垂直荷重、曲げ
荷重、捩じり荷重、車端圧縮荷重、等に対しては、屋根
構造Ａx の一部，両側構造Ｂx ，床構造Ｃx などによっ
て、一応満足できる強度を発揮できる。しかし特に内外
圧に対して強度不足が認められ、例えば窓部等に大きな
変形が生じ易い。つまり構造効率が悪く、軽量構造にな
し難いという欠点がある。因みに現行の新幹線車両がト
ンネルの出入り口等で受ける内外圧は、およそ８，５KP
a 程度であるが、この程度の内外圧に対しても変形等を
生じるおそれがある。この為に、垂木４や側柱８などに
相当の補強を施しているのが実情である。

【０００６】(2) 車両の構体に加わる内外圧は、車両の
走行速度が高速化すればするほど大きな値となる。例え
ば現在開発が進められている磁気浮上式リニアモーター
カーでは、およそ２０KPa 前後の内外圧が加わるものと
予想される。したがって上記リニアモーターカー等に用
いられる構体の強度は十分高める必要がある。しかるに
一方、磁気浮上式リニアモーターカーのような高速走行
体においては、走行体の高速化を実現する上で構体重量
を極力軽減化することが要求される。しかし従来の構体
構造では、所要強度を確保するために上記の要求とは逆
に著しい重量の増大を避けられない状況となる。このた
め走行体の超高速化の実現が極めて困難となる。

【０００７】そこで本発明は、軽量でありながら、大き
な内外圧変動に十分耐え得る強度を有し、高速で走行す
る新幹線やリニアモーターカー等の高速走行体に用いる
構体として、極めて好適な高速走行体用の構体を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明においては次のような手段を講
じた。本発明の高速走行体用の構体は、構体を構成する
外板を全周または閉じた空間となるように張設し、この
外板構造が構体に加わる内外圧荷重を分担するようにな
すと共に、垂直荷重、曲げ荷重、捩じり荷重、車端圧縮
荷重、等にも十分耐え得る構造とする。このために、具
体的には外板の内側に複数の円框と車両の長手方向へ向
かう複数の縦通材とを接合すると共に、上記円框と縦通
材との交差部に両者を結合するクリップを配置し、外板
構造を応力外皮構造（半張殻構造）として有効に機能さ
せる。また床荷重を分散させて外板へ伝えるべく、床横
梁を円框毎に配置する。かくして側柱の内外圧による変
形を拘束して、窓近傍の変形を抑制し、乗客への不快
感，不安感を緩和するようにする。なお各円框毎に配置
する床支柱は、床下機器装備との兼ね合いで省略するこ
とも可能である。

【０００９】

【作用】上記手段を講じた結果、次のような作用が生じ
る。上記構体においては、車両の外板の内側が、主とし
て構体の曲げ荷重により長手方向に働く軸力を分担し且
つ外板を区切ってその強度を高める補強部材として働く
縦通材と、外板および縦通材に加わる内外圧荷重を円框
に伝えると共に縦通材を円框に結合するクリップと、さ
らに構体の断面形状を保って圧力負荷を分担する円框と
で補強された応力外皮構造として機能する。

【００１０】換言すると、車体に加わる外部圧力や内部
圧力の全てを外板全体が負担する応力外皮構造となるの
で、構造効率が向上し剛性が高まると共に、重量軽減を
可能にしつつ耐圧力性能が高められることになる。また
内外圧以外の各種荷重（垂直荷重、捩じり荷重、車端圧
縮荷重）に対しても、応力外皮構造として働くため、効
率のよい耐力構造となる。

【００１１】

【実施例】図１および図２は本発明を鉄道車両に適用し
た一実施例に係る車両用構体２０の構成を示す縦断面図
である。車両用構体２０は車両長手方向に設けた縦通材
２１と車両横断面方向に設けた円框２２と、これら縦通
材２１および円框２２を結合するクリップ２３と、更に
これら全体を覆う外板２４と、図示しない妻構造とで構
成されている。前記円框２２の下方には床横梁２５およ
び床支柱２６が設けられており、さらに図示しない床板
が敷設されている。

【００１２】縦通材２１は例えば図２に示すような断面
Ｚ字型の部材にて形成されている。この縦通材２１は円
框２２の外周に沿って適宜な間隔で複数本配置される。
またこの縦通材２１は、窓２７や出入り口２８などの開
口部の間では短く分断されるが、その他の個所では可能
な限り連続させて荷重を分担させる。

【００１３】円框２２は、例えば図２の（ｂ）に示すよ
うな断面Ｚ字型の部材を、車両の外形形状に合わせて成
形し、適当な長さに分断してリベットやボルト或いはス
ポット溶接等の締結手段にて締結する。このようにして
円框２２を車体断面形状に合わせて連続させ、円框２２
に生じる応力を広く分散させる所謂曲り梁として機能さ
せる。また円框２２はクリップ２３を介して縦通材２１
と接合されるため、倒れや座屈に対して強固となり、高
い圧力にも十分耐え得るようにしてある。上記円框２２
は車体長手方向へ多数個並設され、縦通材２１と共に籠
型の骨組みを構成する。

【００１４】円框２２に用いられる部材のウェブにおけ
る縦通材２１と交差する部分には、縦通材２１を貫通さ
せる切欠き２２ａが設けられ、縦通材２１と円框２２と
を接触させない状態で交差させる。さらに、これらの部
材を結合させるために、クリップ２３を図２の（ａ）
（ｂ）に示すように配置し、籠型の骨組み構造を構成す
る。これにより、縦通材２１と円框２２とクリップ２３
とが一体となる。これに外板２４を張ることにより構体
２０が構成され、各部材に加わった荷重が部材相互で遮
断されることなく、全体で分担できるようになる。特に
高速鉄道で問題となる内外圧負荷時における外板２４の
面外（板厚方向）の荷重によって上記交差部に集中する
荷重を、クリップ２３で縦通材２１と円框２２に伝え
る。つまりクリップ２３は、荷重が外板２４と円框２
２，および外板２４と縦通材２１の各結合部（リベット
或いはスポット溶接による結合部）に集中して加わるの
を防ぐための重要な機能を果たす。

【００１５】前述の外板２４は、籠型に組まれた縦通材
２１、円框２２の外側に車両の妻部分を除く両側面と屋
根および底面を略円筒状に連続して囲うように張設され
る。また構体を構成する材料は、アルミニウム合金の
他、鋼材やステンレス鋼、さらにはCFRPやGFRP等でもよ
く、各部材の接合手段としては、リベット、ボルト、熔
接、接着等の手段でも良い。

【００１６】上記の如く構成された本実施例の構体２０
は、図３に示す従来の車両の長手方向に設けられていた
側梁１１や軒桁３、長桁２、窓帯６、腰帯７などの断面
形状の比較的大きな部材が省略され、これに代わって車
両の外周を囲う外板２４の内側を、籠型に組まれた複数
の縦通材２１と円框２２とで補強した応力外皮構造とな
る。つまり外板２４と縦通材２１と円框２２との全体で
外力をうける構造となり、軽量でかつ高い剛性を有する
構造となる。外板２４は車両長手方向へ連続する複数の
縦通材２１による補強作用で十分な荷重伝達能力が確保
され、外板２４に加わる内外圧はこの補強によって外板
２４の周方向と車両長手方向全体へ分散される。すなわ
ち縦通材２１に集った荷重は、クリップ２３を介して車
両の横断面方向へリング状に連続する円框２２へ伝えら
れ、最終的な荷重は外板２４の幕力と縦通材２１および
円框２２によって分担される。

【００１７】本実施例の構体２０においては、断面積や
長さの異なる多数の構体形成部材を大幅に削減できる。
このため材料管理をはじめ、生産性および経済性に優
れ、高性能な高速鉄道車両を短期間に安価に製作するこ
とができる。なお縦通材２１と円框２２の本数や太さ更
には断面形状等は、要求される強度に応じて決定される
が、車両長手方向と車両横断方向へ一体的に連続する形
状であることから、従来の構体形成部材よりも細くて軽
いものですむ。

【００１８】上述の構成に基づいて試作した構体につい
て実験を行なったところ、同じ車両長さを有する従来の
構体に比べて、構体重量は約１／２となり、強度および
剛性は同等以上のものが得られることが判明した。なお
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは
勿論である。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる。

【００２０】(1) 応力外皮構造としての構造効率が高ま
り、超軽量で且つ高剛性の構体となすことができる。し
たがって大きな内外圧変動に十分耐え得る強度を有し、
大負荷が加わる可能性のある新幹線車両や磁気浮上式リ
ニアモーターカーなどの高速走行体用の構体として極め
て好適で、安定した車両の運用が可能となる。

【００２１】(2) 構体に加わる各種荷重を、応力外皮構
造により構体全体で分担する構成であるので、構造各部
に働く荷重が相対的に小さくなる。特にトンネルの出入
り口や車両どうしの擦れ違い時において繰り返し加わる
圧力変動荷重に対しての強度および耐久性が高まる。 (3) 断面積や長さの異なる従来の各種構体の形成部材を
大幅に削減できることから、材料管理をはじめ生産性お
よび経済性に優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る車両用構体の概略的構
成を示す縦断面図。

【図２】同実施例の車両用構体の要部構成を示す図で、
（ａ）は図１のＡ部拡大図、（ｂ）は上記（ａ）のＢー
Ｂ線矢視断面図、（ｃ）は要部側面図。

【図３】従来例に係る鉄道車両用構体の概略的構成を示
す斜視図。

【符号の説明】 ２０…車両用構体、２１…縦通材、２２…円框、２３…
クリップ、２４…外板 ２５…床横梁、２６…床支柱、２７…窓、２８…出入り
口。

フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 一弘 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 保坂 史郎 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 古賀 寛哉 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 佐々 孝光 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主たる荷重を、車両の構体外形を形成す
   る外板構造に分担させる如く、上記外板構造を応力外皮
   構造としたことを特徴とする高速走行体用の構体。