JPH09136646A

JPH09136646A - 鉄道車両構体

Info

Publication number: JPH09136646A
Application number: JP6218458A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ohara; 守大原; Kiyotaka Kikumoto; 清隆菊本; Morishige Hattori; 守成服部; Masato Okazaki; 正人岡崎; Sumio Okuno; 澄生奥野; Kanji Nishiyama; 寛二西山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】製作費安価で超軽量で耐圧性の優れた鉄道車両
構体を又、圧力変動時の柱の形状を提供することにあ
る。【構成】軽合金属製の側外板部材を複合接合して構成さ
れる側構体２と、屋根外板部材を複数接合して構成され
る屋根構体４と、前記側構体２と屋根構体４との間に車
体長手方向に引通して配置される軒桁１１、幕板１２
（これらは軽合金押出型材）と、側構体２の内側に配置
される側柱９ａ、９ｂ、屋根構体４の内側に配置される
垂木１０ａ、１０ｂと、この側柱９ａ、９ｂ、垂木１０
ａ、１０ｂは対称型としたこと、及び台枠３、床８から
構成される。【効果】低騒音で気客性がよく快適な車両が得られ、か
つ、運転経費の低減が図れる。

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、
特に軽量で、かつ、高速で走行するものに好適な鉄道車
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
（以下単に構体という）では骨部材の外側に外板を接合
して構成されている。また、ステンレス鋼の構体は、各
骨部材間と外板接合の強度向上のために、３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
よる構体は、外板と骨部材を一体にした押出型材を用い
て構成されている。例えば、軽金属車両委員会報告書Ｎ
ｏ．３（昭和４９年〜昭和５２年、社団法人日本鉄道車
輌工業会発行）第７０頁ないし第７２項に記載された構
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、床板床面自体を接着製アルミハニカム
サンドイッチパネルとした構造が知られている。この前
記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号或いは実開昭６０−１
７９５６９号等が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】鉄道車両の高速走行に
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、鉄道車両全体を軽量化する必要
がある。この軽量化を図る中で、全体重量のうち大きな
比重を占める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、軽合金製の押出形材を
採用し、更に外板部分も押出形材によって構成してい
る。ところが、押出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
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擦れ違う場合に
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、構体全体を機密構造としている。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、構体の剛性およ
び強度の向上を図ることと、軽量化を図ることとは相反
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、製作費安価
で超軽量で耐圧性の優れた鉄道車両構体を提供すること
にある。

【００１０】又、圧力変動による力を等分に負担するた
めに有効な垂木、側柱の形状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、側構体およ
び屋根構体を軽合金製の表材、芯材、枠材および結合部
材とから構成し、前記芯材の両面に表材を配置し、か
つ、該芯材および表材の外周部に結合用部材を配置し、
これらをそれぞれろう付によって接合し、該側構体およ
び屋根構体と車体長手方向に設置される軒部材および車
体周方向に設置される骨部材とから構体を構成するこ
と、更には側柱、垂木は同一ピッチの円環状に構成する
ことにより、達成される。

【００１２】

【作用】鉄道車両が高速で走行する場合、車外圧力変動
が生じる。特にトンネル内で車両同士が擦れ違う際に前
記圧力変動が最大となる。この車外圧力の変動は構体を
構成する機密壁に作用する。このような圧力変動に耐え
るために、本発明の側構体を構成する側外板部材は、芯
材および表材を重ねあわせて、これらをろう付によって
結合した積層材によって構成されている。前記側外板部
材は、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。したがって、本発明によれば、鉄道車
両構体の耐圧性を向上させることができる。

【００１３】また、前記圧力変動が構体に作用した場
合、屋根構体においても圧力を受ける。また、屋根構体
は、前記圧力変動を受ける面積が広い。そこで、本発明
の屋根構体を構成する屋根外板部材は、芯材および表材
を重ねあわせて、これらをろう付によって接合して構成
されている。前記屋根外板部材は、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。したがっ
て、本発明によれば、鉄道車両構体の耐圧性を向上させ
ることができる。

【００１４】また、該側外板部材と屋根外板部材におい
ては、芯材と結合用部材をろう付によって結合している
ため、結合用部材から表材だけでなく芯材にも荷重を分
散させて伝達できる。このことによって、該各外板部材
の公称応力を低減でき剛性向上が図れる。

【００１５】さらに、前記各外板部材は従来の材料に比
べて軽量である。すなわち、軽合金製簿板によって構成
された表材および芯材を主要な構成材料としていること
から、従来の剛製材料よりも材質自体が軽量であり、か
つ、軽合金製押出形材に比べて各板部が薄いため、軽量
である。したがって、該外板部材を用いて製作される構
体は軽量なものとなる。

【００１６】ところで、前記外板部材は表材および芯材
をろう付によって接合しているため、該各表材自体はそ
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、従来の外板に比べて前記表材はその表面に
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。このことは、表材自体が骨部材とともに
変形を伴うことなく荷重を負担できる状態であるため、
外板部材として用いる場合に極限設計が可能となる。

【００１７】更に、側柱、垂木等を連続して円環になる
ように構成し、かつ台枠、側、軒桁と接合する所は、フ
ランジ幅を広げることにより力の流れを円滑にしたこと
により、構体の剛性向上を図りながら軽量化が図れる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図９によ
って説明する。同図において、構体１は、側構体２、台
枠３、屋根構体４および妻構体５から構成されている。
６は台枠３を構成する側はりで、台枠３の車体幅方向の
両端に車体長手方向に引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通して設置された横はり７
が設置されており、この両端は側はり６の側面６ａに接
合している。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通して設置されている。床
板８としては軽量化のために軽合金製押出形材を採用
し、室内側には一体成形のリブが設けられている。９は
側柱、１０は垂木である。該垂木１０の側面に軒桁１１
が設置され、かつ、車体上部の肩部を構成する幕板１２
が設置されている。骨部材の側柱９、垂木１０、軒桁１
１の外表面には、後述する積層材からなる外板部材１３
が接合される。外板部材１３は側構体２の外板部材１３
ａおよび屋根構体４の外板部材１３ｂとから成る。側柱
９は台枠３の側梁６の上面から車体上方の軒桁１１まで
連続したπ形（またはＵ字形）の部材で成形されてい
る。垂木１０は両側に配置している軒桁１１の間に車体
長手方向について所定のピッチで平行に配置され、該垂
木１０の両端は軒桁１１に接合されている。垂木１０と
側柱９のピッチは合わせて円環を構成している。軒桁１
１と幕板１２は押出形材で形成され、幕板１２は軒桁１
１と外板部材１３ａの間に車体長手方向に引通して配置
される。前記外板部材１３（１３ａ、１３ｂ）は、図３
と図４に示すように表材１４および１５とこの表材１
４、１５の間に配置される芯材１６とから成る積層構造
となっている。この表材１４および１５のうち、一方が
構体１の外表面を成している。この芯材１６としては、
軽合金製ハニカム材が用いられ、該芯材１６と表材１
４、１５はろう付によって接合される。前記外板部材１
３ａは側窓部１７に相当する開口部を有しており、この
側窓部１７には窓ガラス受１８が取付けられている。

【００１９】次に、側柱９ａ（π形）、９ｂ（Ｕ形）と
外板部材１３ａの接合構造および垂木１０ａ（π形）、
１０ｂ（Ｕ形）と外板部材１３ｂの接合構造を図３ない
し図６により説明する。外板部材１３ａおよび１３ｂの
車内係の表材１４、１５の間で側柱９ａ、９ｂおよび垂
木１０ａ、１０ｂの接合位置に対応した箇所にはロ形断
面を有した結合部材１９、２０が配置されている。この
結合用部材１９、２０は表材１４、１５および芯材１６
とろう付によって接合されたもので、外板部材１３ａお
よび１３ｂを形成するときにあらかじめ設けている。結
合用部材１９と芯材１６とを接合面１９ａでろう付によ
り強固に接合するため、その断面形状をロ形とする。
又、前記側柱９ａ（π形）、１０ａ（π形）と垂木９ｂ
（Ｕ形）、１０ｂ（Ｕ形）は同一形状の部品を使用する
ものとし、高さは強度により決めるものとする。即ち９
ａ、１０ｂの高さが異なってもよい。

【００２０】前記外板部材１３ａ、１３ｂのブロック同
士の接合は、各外板部材の結合用部材２０同士を内側す
なわち車内側の一方からの溶接により接合部２１を形成
して行われる。すなわち、構体側表面或いは屋根表面に
一致した支持面を有する治具上に接合しようとする複数
の前記外板部材１３ａ、１３ｂを載せ、これらを拘束し
た状態で隣接した結合用部材２０同士を車内側から溶接
して接合する。その後、前記外板部材１３ａ、１３ｂの
上面すなわち車内側の所定の位置に側柱９ｂ、垂木１０
ｂを乗せ、拘束した状態でこれらを溶接することによっ
て接合する。このようにして側構体２或いは屋根構体４
を同一治具上で構成する。このようにすることにより、
各部の製作が容易となる。なお、側柱９ａ、９ｂ、垂木
１０ａ、１０ｂは前記各ブロック同士の接合部２１に対
応させて対称断面を持った又はＵ字型の形材で形成され
ている。このことにより材料の標準化が図れると共に軽
量化および剛性向上が図れる。

【００２１】また、外板部材１３ａ、１３ｂは結合用部
材２０が全周に設けられていることから側梁６、軒桁１
１幕板との車体長手方向の結合、外板部材１３ａ、１３
ｂ同士の接合、側柱９ａ、９ｂおよび垂木１０ａ、１０
ｂとの接合も全て一方すなわち車内側から作業できる構
造としている。

【００２２】さらに、ブロック間の接合部は、側柱９
ｂ、１０ｂと接合用部材２０により断面が箱形となり、
強度、剛性が向上する。また、表材１４、１５は構体全
体の剛性と軽量化を考えて、車内側の表材１４の板厚を
車外側より薄くして、軽量化を図る。また、製作時ある
いは運搬時に外表面の表材１５は、他の物体と接触する
可能性があることから、板厚を内側より厚くしている。
さらに、結合用部材１９は高応力部である枕梁近傍は強
度向上の観点からそのピッチを密に入れ、車体長手方向
中央部は強度上不必要な箇所は粗に入れる。前記の事項
により、全体として軽量で剛性の高い外板部材（１３
ａ、１３ｂ）が構成される。

【００２３】次に、図７、図８の側柱９ａ、９ｂの側梁
６・軒桁１２部との接合部は十字形の直角接合となり、
内圧が作用した時、車の長さ方向に力が作用した時は角
部に応力が高くなる等のため強度向上を図る必要があ
る。この為、補強２２は側柱９ａの幅をＡとすると側梁
６側の幅ＢはＢ＝２×Ａとし、長さｌは５×Ａ以上あれ
ば重量を大きく増大させることなく強度向上が図れる。
補強２２の大きさ関係を上記の如くしたのは、幅Ｂはい
くらでも大きく取れるが強度上の有効幅は経験上該側柱
９ａのウェブの厚さＣの５〜８倍と言われており、これ
以上あっても意味がない故、経験上幅Ｂは２×Ａ、長さ
ｌは５×Ａとするのが有効である。垂木１０ａ、１０ｂ
も同様な処理をする。又、補強２２は外板１３ａ側の下
端にある結合用部材２５と接合部２１で接合させる。

【００２４】屋根構体４については図９の如く、屋根構
体４と軒桁１１を連結する部分は、軒桁１１側を半径方
向に直角なコ字形としてＦ寸法よりＥ寸法を長く構成す
る。こうすると屋根構体側から平面的に見るとＥ寸法部
の端部の方がＦ寸法部の端部より突き出している構成と
なる。屋根構体４を降す時、屋根構体４側の部材２３の
下面２３ａがＥ寸法部と接することとなり、容易に接合
出来る構成としている。しかし、この部分は、車両全
体が内圧が作用した時モーメントの変極点となる事が多
い為、せん断力が作用する。これを支える為、屋根構体
４の結合部材２３の形状をコ字でなくロとして、トラス
構造２４を作らせることにした。このトラス部材２４が
入ることにより、ロ形から特殊なロとなり、力の流れが
円滑となり、部材２３と軒桁１１のコ字部分の応力集中
及び口開きがなくなる。

【００２５】本実施例によれば、押出形材と面外曲げ剛
性の高い外板部材の併用で構成するため、超軽量で超耐
圧強度を有する構体を得ることができる。従来の押出形
材で構成された構体に比較して単位面積当りの重量が小
さい外板部材で構成される。外板部材と骨部材との接合
および接合強度を十分なものとする補強材の最適化を図
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
軽量で剛性のある超耐圧性の優れた鉄道車両構体を提供
することができるので、低騒音となり、運転経費も低域
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両構体の一実施例を示す断
面斜視図である。

【図２】図１に示した鉄道車両構体の外観斜視図であ
る。

【図３】図２のＡ−Ａ部断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ部断面図である。

【図５】図２のＣ−Ｃ部断面図である。

【図６】図５のＤ−Ｄ部視図である。

【図７】図６のＥ部の詳細を示す正面図である。

【図８】図６のＥ部の車体幅方向の垂直断面図である。

【図９】図１の屋根と軒の部分の拡大断面図である。

【符号の説明】

１…構体、２…側構体、３…台枠、４…屋根構体、５…
妻構体、６…側梁、７…横はり、８…床板、９ａ，９ｂ
…側柱、１０ａ，１０ｂ…垂木、１１…軒、１２…幕
板、１３ａ，１３ｂ…外板部材、１４，１５…表板、１
６…芯材、１７…側窓部、１９，２０…結合用部材、１
９ａ…結合面、２２…補強、２３…結合部材、２４…ト
ラス部材、２５…結合部材。

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【手続補正書】

【提出日】平成７年６月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】

【手続補正２】