JPH1129038A - 高速車両のピラー取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易でかつ剛性の高い高速車両のピラ
ー取付構造を提供する。 【解決手段】 高弾性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化
性合成樹脂を含浸させた複合材料から成る外周層によっ
て多数の空間を有するコアが外囲されるピラー本体を、
前記複合材料から成り、窓ガラスの周縁部を保持する窓
枠に取付けるための構造であって、サンドイッチ構造の
窓枠のコア内部の前記ピラー本体の延長線上の部位に、
コアよりも剛性の高い材料から成る補強部材が埋設され
るとともに、補強部材に直交して連結され、かつ窓枠の
前記ピラー本体を支持する支持面に沿って延びる隔壁が
埋設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新幹線などの高速
車両のピラー取付構造に関し、さらに詳しくは先頭車両
のピラー取付構造部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１７は従来の窓枠構造によって窓枠部
１が構成される高速車両の先頭部２の一部の平面図であ
り、図１８は図１７に示される窓枠部１付近の側面図で
ある。なお、図１７および図１８においては、車体の幅
方向左半分だけが示されている。

【０００３】新幹線などの高速車両において、先頭車両
の先頭部２は、トンネルに突入する際に、その先頭部２
に形成されて圧力波に起因してトンネルの出口で微気圧
波による衝撃音の発生を低減するために、より先鋭化
し、その形状が連続した３次元的曲面を組合せた流線形
状に形成され、複雑になってきている。このような高速
車両の車体は、強度を向上するために、鋼板およびアル
ミニウム合金板などの金属材料のたたき出しで外板とも
呼ばれる外壁４を形成し、この外壁４を鋼鉄製またはア
ルミニウム合金製の押出し形材から成るフレームに溶接
して取付け、高速車両の先頭部２を製造している。

【０００４】図１９は図１７および図１８の切断面線Ａ
−Ａから見た拡大断面図であり、図２０は図１７および
図１８の切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図であり、図２１
は図２０の切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図である。前記
外壁４には、窓ガラス５，６の相互に隣接する側縁部
７，８を保持するピラー９が設けられる。このピラー９
は、各窓ガラス５，６に関して内側から外側に向かっ
て、すなわち図３１の下から上に向かって内装化粧パネ
ル１０、断面形状が略Ｕ字状のピラー本体１１、断面形
状が略Ｔ字状の中間部材１２および中間部材１２に外部
側から固定される薄板状の押え部材１３とがこの順序に
配置されて構成される。

【０００５】中間部材１２と押え部材１３との間には、
各窓ガラス５，６の側縁部７，８がそれぞれ嵌まり込む
凹所１４，１５が形成され、各凹所１４，１５内には、
断面形状が略Ｕ字状に形成され、各窓ガラス５，６の側
縁部７，８に装着されるパッキン１６，１７、パッキン
１６，１７と中間部材１２との間で前記パッキン１６，
１７に接触して配置される緩衝材１８，１９、各緩衝材
１８，１９と中間部材１２との間に介在されるスペーサ
２０，２１、各パッキン１６，１７と中間部材１２との
間に介在される内部側シール材２２，２３および各パッ
キン１６，１７と押え部材１３との間に介在される外部
側シール材２４，２５とが設けられる。

【０００６】押え部材１３は、面状のシール材３０を介
してボルト２６によって中間部材１２に固定される。前
記ピラー本体１１、中間部材１２および押え部材１３
は、アルミニウム合金製の押し出し形材から成る。

【０００７】このようなピラー９は、窓枠３に嵌め込ま
れ、長手方向両端部が内部側から支持された状態で、前
記押え部材１３によって固定される。窓枠３の内面に
は、断面形状が略Ｌ字状の補強部材２８が固定される。
またピラー本体１１と中間部材１２との間には、厚みが
たとえば１２ｍｍ程度の平板状の補強部材２９が介在さ
れる。この補強部材２９の長手方向両端部は、溶接によ
って窓枠３および前記補強部材２８に固定され、窓枠３
をピラー９の裏側から補強している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
では、トンネル通過の際の圧力変動による各窓ガラス
５，６および窓枠３の変形に耐え得るために、窓枠３に
も大きな曲げ剛性が要求され、そのため各補強部材２
８，２９はアルミニウム合金製とし、前記圧力変動によ
る変形を抑制している。しかしながら、ピラー本体１
１、中間部材１２、押え部材１３および各補強部材２
８，２９は、いずれも金属製であるため、大きな曲げ剛
性が得られるものの、各窓ガラス５，６の形状に一致さ
せるために削りだし加工を行なわなければならず、製作
および取付に手間を要し、製造コストが高くなってしま
うという問題がある。また各補強部材２８，２９および
中間部材１２などは内部側に露出するため、内装化粧パ
ネルを取付ける必要があり、この内装化粧パネル１０の
製作および取付のためにコスト高となってしまうだけで
なく、内装化粧パネル１０の幅が大きいために乗務員の
視界を妨げてしまうという問題がある。

【０００９】したがって本発明の目的は、製造が容易で
かつ剛性の高い高速車両のピラー取付構造を提供するこ
とである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、高弾性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化性合成樹脂
を含浸させた複合材料から成る外周層によって多数の空
間を有するコアが外囲されるピラー本体を、前記複合材
料から成り、窓ガラスの周縁部を保持する窓枠に取付け
るための構造であって、サンドイッチ構造の窓枠のコア
内部の前記ピラー本体の延長線上の部位に、コアよりも
剛性の高い材料から成る補強部材が埋設されるととも
に、補強部材に直交して連結され、かつ窓枠の前記ピラ
ー本体を支持する支持面に沿って延びる隔壁が埋設され
ることを特徴とする高速車両のピラー取付構造である。

【００１１】本発明に従えば、窓枠には補強部材と隔壁
とが埋設されるので、ピラーから窓枠に大きな強度で荷
重に抗することができ、距離衝突による衝撃力およびト
ンネル通過時の圧力変動によって窓ガラスからピラーに
作用する大きな荷重を確実に窓枠に伝達して窓ガラスを
大きな強度で支持することができる。また高弾性繊維を
含む複合材料は疲労強度が高いため、金属材料には防止
し得なかった構造疲労の問題が生じない。

【００１２】請求項２記載の本発明は、ピラー本体のコ
アは、硬質発泡合成樹脂から成り、このコアの周囲に前
記複合材料から成るシートを巻回して積層した外周層が
形成されることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、硬質発泡合成樹脂から成
るコアに複合材料から成る外周層が形成されるので、よ
り高い疲労強度および曲げ剛性を有するピラー本体を実
現することができる。

【００１４】請求項３記載の本発明は、補強部材および
隔壁は、前記複合材料から成る複数のシート材を積層し
て形成され、各シート材の配向方向は、前記ピラー本体
の延長線に対して主として±４５°であることを特徴と
する。

【００１５】本発明に従えば、前記補強部材および隔壁
の配向方向がピラー本体の延長線に対して主として±４
５°を成すように構成されるので、ピラー本体に作用す
るせん断荷重を分散して窓枠に伝達することができ、荷
重が一番狭い領域に集中して作用することが防がれ、ピ
ラー本体から窓枠への荷重の分散によって窓枠に大きな
強度が必要になるという不具合が防がれる。

【００１６】請求項４記載の本発明は、ピラー本体の窓
枠に当接する基端部と、窓枠の前記基端部の周囲の領域
とにわたって、前記複合材料から成る補強シートが貼着
されることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、補強シートによってピラ
ー本体の窓枠への取付部の強度が向上されるので、前記
取付部の変形量を窓枠と同等とすることができるととも
に、構造疲労を抑制し、損壊の発生が防がれる。

【００１８】請求項５記載の本発明は、窓枠には、窓ガ
ラスを外側から押圧して保持する押さえ部材がねじ部材
によって着脱可能に連結されることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、押さえ部材はねじ部材に
よって窓枠に着脱可能に連結されるので、押さえ部材に
作用する荷重の一部は前記ねじ部材を介して直接に窓枠
に伝達され、これによってピラー本体に押さえ部材から
伝達される荷重が軽減され、ピラー本体の断面形状を小
さくすることができる。

【００２０】請求項６記載の本発明は、押さえ部材は、
窓枠上に配置され、窓ガラスを押圧する部分よりも幅が
広く形成される取付部を有し、この取付部が複数のねじ
部材によって窓枠に着脱可能に連結されることを特徴と
する。

【００２１】本発明に従えば、押さえ部材の取付部を幅
広状とし、この取付部を複数のねじ部材によって窓枠に
着脱可能に連結するようにしたので、押さえ部材が窓枠
に前記複数のねじ部材によって大きな強度で取付けら
れ、これによってピラー本体の荷重負担が軽減され、ピ
ラー本体の断面形状を小さくすることができる。特に、
ピラー本体の窓枠への連結部材には、せん断荷重が集中
的に作用するけれども、上記のように押さえ部材が複数
のねじ部材によって直接に窓枠に連結されるため、要求
される強度が軽減され、断面形状の拡大が防がれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の窓
枠構造を示し、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た拡大断面
図であり、図２は図１に示す窓枠構造が実施される高速
車両の先頭部４１の左側半分の構体４２を示す斜視図で
ある。新幹線などの高速車両の先頭部４１の構体４２
は、高弾性繊維を含む強化材料に熱硬化性合成樹脂を含
浸させた複合材料によって内層４４および外層４５が形
成され、これらの内層４４および外層４５間に多数の空
間を有するコア４６が固定される外壁４７を有する。こ
の外壁４７には、図１の上下方向である厚み方向に貫通
した窓ガラス嵌合孔４８が形成され、この窓ガラス嵌合
孔４８に窓ガラス４９が嵌まり込んだ状態で、窓ガラス
４９の周縁部５０を保持するように構成される。

【００２３】このような外壁４７は、運転室パーツ、天
井パーツ、スノープラウパーツおよび連結器カバーなど
の複数の部位に分割して製造され、前記構体４２を構成
している。

【００２４】外層４５および内層４４を構成する各プリ
プレグは、繊維強化熱硬化性合成樹脂製であり、たとえ
ば不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、ポリイミド樹
脂、またはエポキシ樹脂に、カーボン繊維またはアラミ
ド繊維が含浸された構成を有する。本発明の実施の形態
では、加熱硬化形エポキシ樹脂にカーボン繊維が含浸さ
れた構成を有する。カーボン繊維は、アラミド繊維に比
べて、強度の観点から好ましい。各プリプレグは、たて
糸とよこ糸とが、カーボン繊維、ガラス繊維およびアラ
ミド繊維のグループから選ばれる１つから成る平織また
は朱子織などの織物に、前述のように熱硬化性合成樹脂
が含浸されたものである。こうして下から上に順次積み
重ねられる複数層のプリプレグのたて糸の延びる方向
は、４５度ずつ順次的に厚み方向に変化される。こうし
て熱融着されて熱硬化された複数層から成るプリプレグ
を有する外層４５は、ほぼ等方性の引張強度を有する。
内層４４もまた、外層４５と同様な構成を有する。

【００２５】コア４６は、硬質発泡合成樹脂製である。
この硬質発泡合成樹脂としては、たとえばポリメタクリ
ルイミドが好適に用いられる。このポリメタクリルイミ
ドは、他の合成樹脂の発泡体と比較して、引張強度、圧
縮強度、弾性率、せん断強度などの機械的強度が大き
く、特に低温下での特性が優れ、さらに耐熱性、耐溶剤
性、断熱性に優れている。

【００２６】外壁４７には、窓ガラス嵌合孔４８内に突
出し、窓ガラス４９の周縁部５０の内面５２を支持する
内面支持部５３と、内面支持部５３の基端部から車両の
外側にほぼ垂直に屈曲して延び、窓ガラス４９の外周面
５４を支持する周縁支持部５５とが前記内層４４および
外層４５に連なって一体的に形成される。外壁４７には
また、前記複合材料から成り、周縁支持部５５から窓ガ
ラス嵌合孔４８内に突出する部分５６によって、窓ガラ
ス４９の周縁部５０の外面５７を押圧する押え部材５８
が袋状ナット６１とボルト６２とによって着脱可能に取
付けられる。

【００２７】図３は、袋状ナット６１の具体的構成を示
す断面図である。袋状ナット６１は、外層４５の外表面
上で係合するフランジ６３と、フランジ６３側に拡開す
る環状の案内部６４と、案内部６４に軸線方向に立体的
に連なって形成され、案内部６４に関して前記フランジ
６３とは反対側の軸線方向一端部で半径方向外方に突出
するかしめ部６５と、かしめ部６５の軸線方向一端部に
連なり、内周面に内ねじ６６が刻設される環状の螺合部
６７と、螺合部６７の軸線方向一端部を塞ぐ端壁６８と
を有する。このような袋状ナット６１は、ステンレス鋼
またはスチールから成る。

【００２８】図４は、袋状ナット６１の外層４５への取
付け手順を示す断面図である。上記の袋状ナット６１
は、外層４５に取付けるにあたっては、まず外層４５側
に袋状ナット６１をフランジ６３付近まで挿入すること
ができる穴６９（図４（２）参照）をドリルなどの穿孔
工具によって形成し、図４（１）に示されるように、袋
状ナット６１を、外周面に外ねじが刻設されたドリルの
チャック７１に装着されたツール７０に装着し、図４
（２）に示されるようにチャック７１を回転駆動してツ
ール７０を袋状ナット６１の螺合部６７に螺合させた状
態で、フランジ６３の内周部がツール７０の基端部に形
成される複数のリブ７２の当接面７３に当接するまで締
付けて外壁４７に形成した前記穴６９に差込む。

【００２９】次に図４（３）に示されるように、ツール
７０を回転させることによってかしめ部６５が半径方向
外方に突出するように変形してかしめられ、外層４５が
フランジ６３とかしめ部６５とによって挟着される。す
なわち、かしめ部６５は螺合部６７に比べて薄く形成さ
れており、前記ツール７０の回転によって螺合部６７は
フランジ６３に近接する方向に軸線方向に圧縮され、か
しめ部６５が半径方向外方に屈曲しながらフランジ６３
とほぼ同一形になるまで突出して内層４５の前記穴６９
に臨む周縁部７４をフランジ６３に近接する方向に押え
付け、このようにして袋状ナット６１が外壁４７に埋設
された状態で固定される。その後、図４（４）に示され
るように、袋状ナット６１からツール７０を逆回転させ
て抜取り、図４（５）に示されるように、押え部材５８
に形成したボルト挿通孔７５に前記ボルト６２の軸部を
挿通して袋状ナット６１の螺合部６７に螺着して締付
け、押え部材５８が外壁４７に取付けられる。このよう
に押え部材５８はボルト６２によって外壁４７に着脱可
能に取付けられるので、窓ガラス４９を外部から容易に
交換することができる。

【００３０】このような袋状ナット６１およびボルト６
２は、図１の紙面に垂直な周方向に間隔をあけて複数列
（本実施形態では２列）交互に設けられる。窓ガラス寄
りの袋状ナット６１およびボルト６２の列と、外側の列
とは幅方向（図１の左右方向）に約２０ｍｍの間隔を有
し、また前記周方向に７５〜１５０ｍｍの間隔をあけて
千鳥状に設けられる。このように千鳥状に周方向および
幅方向に間隔をあけて袋状ナット６１およびボルト６２
が設けられるので、図１に示されるように、外層４５お
よび押え部材５８の有効断面が少なくならず、袋状ナッ
ト６１およびボルト６２の挿通孔形成による強度の低
下、特に曲げ剛性の低下が防がれる。このように袋状ナ
ット６１を用いることによって、外部から雨水あるいは
洗浄水がコア４６の内部に侵入することが防がれ、水密
性が達成される。

【００３１】上述したように、内面支持部５３、周縁支
持部５５および押え部材５８の部分５６によって、窓ガ
ラス４９の周縁部５０が嵌まり込む凹溝７６が形成され
る。この凹溝７６は、前述したように袋状ナット６１お
よびボルト６２によって押え部材５８が外壁４７に着脱
可能に設けられるので、押え部材６８を取外すことによ
って、凹溝７６は外方（図１の上方）に臨んで開放し、
窓ガラス４９を容易に交換することができる。このよう
な窓ガラス４９の周縁部５０と内面支持部５３、周縁支
持部５５および押え部材５８の部分５６との間には、可
撓性および弾発性を有するたとえば合成ゴムから成る第
１〜第４パッキン７７〜８０が介在される。これらの第
１〜第４パッキン７７〜８０は、スペーサを構成する。

【００３２】第１パッキン７７は、その長手方向に垂直
な断面形状が略Ｕ字状であって、窓ガラス４９の周縁部
５０の周方向全周にわたって装着される。また内面支持
部５３の窓ガラス４９の周縁部５０に臨む表面上には第
２パッキン７８が配置され、周縁支持部５５の窓ガラス
４９の周縁部５０に臨む表面上には第３パッキン７９が
配置され、さらに押え部材５８の部分５６の前記窓ガラ
ス４９の周縁部５０に臨む表面上には第４パッキン８０
が配置される。また内面支持部５３の先端部と窓ガラス
４９の周縁部５０との間には第１湿式シール材８１が充
填され、押え部材５８の部分５６と窓ガラス４９の周縁
部５０との間には第２湿式シール材８２が充填され、さ
らに押え部材５８の幅方向一端部、すなわち図１の左側
の端部と外層４５との間には第３湿式シール材８３が充
填される。これらの第１〜第３湿式シール材８１〜８３
によって高い気密性および水密性が達成される。

【００３３】前記内層４４および外層４５間に介在され
るコア４６のうち、内面支持部５３および周縁支持部５
５の周囲に配置されるコア４６ａは、周方向に所定の幅
で分割され、この分割されたコア４６の一部４６ａは、
前記複合材料から成る補強層８６によって外囲され、固
定される。このような補強層８６によって、前記分割さ
れたコアの一部４６ａの強度は格段に向上される。この
ようなコアの一部４６ａの具体的構成に関しては、後述
の図１５および図１６において詳述する。

【００３４】コア４６と、その一部である分割部分４６
ａとが分割された分割部８７は、その厚み方向に内面８
８から外面８９に向かうにつれて窓ガラス嵌合孔４８か
ら離反する方向、すなわち図１の左方に傾斜して形成さ
れる。これによって、コアの一部４６ａがコア４６の残
部４６ｂとの接触面積を大きくすることができ、これに
よって窓枠側のコアの一部４６ａからその残部４６ｂに
伝達される応力とを軽減することができる。また外壁４
７を窓枠４３とともに加熱および加圧してオートクレー
ブ成形する際、オートクレーブ圧力はコアの厚み方向に
内側から外側に向かって作用するが、分割部８７を傾斜
させることによって、この圧力の一部を、コアの残部４
６ｂから一部４６ａへの成形圧力として利用できる。こ
のためコアの残部４６ｂがコアの一部４６ａによってし
っかりと押さえられ、しわおよびずれが防がれ、複合材
料として充分に信頼性の高い構造を実現することができ
る。

【００３５】また前記コアの一部４６ａは、窓ガラス嵌
合孔４８寄りの端部９０が厚み方向に外面８８から内面
８９に向かって前記窓ガラス嵌合孔４８から離反する方
向に傾斜して面張りされる。これによって窓ガラス４９
の周縁部５０付近が室内側から見てすっきりしたものと
なり、コアの一部４６ａをほぼ同一な厚みにした場合に
比べて無駄な空間を少なくすることができ、内装上の美
観を向上することができる。このことは、新幹線の先頭
車両の運転室では、乗務員に対して窓ガラス４９の周縁
部５０の周囲が室内側に突き出していることによる圧迫
感をなくし、広い視界を得る点においても重要である。

【００３６】図５は図２の切断面線Ｖ−Ｖから見たピラ
ー９８の断面図であり、図６は図２の切断面線ＶＩ−Ｖ
Ｉから見たピラー９８の断面図である。前述した窓枠４
３の上限部９６と下縁部９７とにわたって左右両側に設
けられるピラー９８は、高弾性繊維を含む強化材料に、
熱硬化性合成樹脂を含浸させた前記窓枠４３および外壁
４７と同様な複合材料によって形成される外周層９９、
および外周層９９内に配置されて固定され、多数の空間
を有するコア１００を有し、左右両側に配置される窓ガ
ラス４９ａ，４９ｂ（総称する場合には添字ａ，ｂを省
略する）を内側から支持するピラー本体１０１と、各窓
ガラス４９ａ，４９ｂ間でピラー本体１０１に外部側か
ら固定され、ピラー本体１０１よりも剛性の高い材料で
あるステンレス鋼製の中実棒から成る中間部材１０２
と、中間部材１０２に外部側から固定され、中間部材１
０２を左右両側から挟むようにして配置される各窓ガラ
ス４９ａ，４９ｂの側縁部を、ピラー本体１０１上に押
付けて挟持する押え部材１０３とを含む。押え部材１０
３は、複合材料から成る。

【００３７】中間部材１０２には、その長手方向に間隔
をあけて複数のボルト挿通孔１０４が形成される。また
ピラー本体１０１の外周層９９には、前述の図３に示さ
れる袋ナット６１と同様な構成を有する袋ナット１０５
が固定される。中間部材１０２のボルト挿通孔１０４に
は、中間部材固定用ボルト１０６ａが挿通して前記袋ナ
ット１０５に螺着され、このようにして中間部材１０２
がピラー本体１０１に固定される。押え部材１０３に
は、ボルト挿通孔１０７が形成される。また中間部材１
０２には、前記ボルト挿通孔１０４から長手方向にずれ
た位置で内周面に内ねじが刻設される複数のねじ孔１０
８が形成される。ボルト挿通孔１０７には、押え部材固
定用ボルト１０６ｂが挿通して中間部材１０２のねじ孔
１０８に螺合し、このようにして押え部材１０３が中間
部材１０２に固定される。

【００３８】各窓ガラス４９ａ，４９ｂの周縁部５０に
は、前述したように第１〜第４パッキン７７〜８０がそ
れぞれ設けられる。これらの第１〜第４パッキン７７〜
８０によって、ピラー本体１０１、中間部材１０２およ
び押え部材１０３から各窓ガラス４９ａ，４９ｂに伝達
される振動または衝撃力を緩和することができるととも
に、水密性を達成することができ、外部からピラー本体
１０１が配置される内部への水の侵入を遮断することが
できる。

【００３９】ピラー本体１０１は、内部側（図５および
図６の下側）の角部が中心軸線を含む一鉛直面１０９に
関して左右対称に約４５°で面取りされて傾斜部１１０
ａ，１１０ｂが形成される。これらの傾斜部１１０ａ，
１１０ｂによって、内部から外部を見たときに広い視界
を得ることができる。前記ピラー本体１０１の内部側の
表面には、内層部用の化粧シート１１１が直接貼りつけ
られてもよい。各窓ガラス４９ａ，４９ｂの周縁部５０
と、押え部材１０３の幅方向（図５および図６の左右方
向）両端部との間の空間およびその近傍には、湿式シー
ル材１１２ａ，１１２ｂがそれぞれ充填され、水密性お
よび気密性を達成している。

【００４０】図７は、図５および図６に示されるピラー
本体１０１の正面図であり、図８は図７の下方から見た
ピラー本体１０１の側面図である。ピラー本体１０１
は、前述したように、内部側の角部が面取りされて傾斜
部１１０ａ，１１０ｂが形成される。またピラー本体１
０１の長手方向両端部における内部側、すなわち乗務員
室に臨む側の領域には、前記長手方向外側方になるにつ
れて平坦な内側表面１１３に対して角度θ１，θ２を成
して緩やかに傾斜した第２の傾斜部１１４ａ，１１４ｂ
が形成される。またピラー本体１０１の長手方向両端部
における外部側には、平坦な外側表面１１５に関して角
度θ３，θ４を成して傾斜する第３の傾斜部１１６ａ，
１１６ｂが形成される。前記第２の傾斜部１１４ａ，１
１４ｂの角度θ１，θ２は、たとえば約１５°に選ばれ
る。また第３の傾斜部１１６ａ，１１６ｂの角度θ３，
θ４は、たとえば４５°に選ばれる。各第３の傾斜部１
１６ａ，１１６ｂは、前述の窓枠４３の上縁部９６およ
び下縁部９７によってそれぞれ支持される。

【００４１】図９は、図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見
たピラー本体１０１の断面図である。ピラー本体１０１
は、前述したようにコア１００が外周層９９によって外
囲された構成を有する。コア１００は、硬質の熱硬化性
発泡合成樹脂から成る。この硬質の熱硬化性発砲合成樹
脂としては、前述のポリメタクリルイミドが用いられ
る。また外周層９９は、前記複合材料から成る複数のシ
ートであるプリプレグ１１８を巻回してオートクレーブ
成型された積層構造体から成る。プリプレグ１１８は、
内側表面側で両端部が重ねられ、そのため積層圧が強ま
り大きく形成される。これは、外部側からの圧力変動に
対して内側が引張りとなり、外側が圧縮となるような曲
げ応力に対して大きな強度のためである。このような複
数のプリプレグ１１８によって形成される外周層９９
は、アルミニウム合金の約１／２の密度を有し、重量は
比較的軽い。

【００４２】このような複合材料から成るピラー本体１
０１の寸法を、内層化粧パネルが設けられるべき位置に
該当する寸法まで大きくし、ピラー本体１０１の内側の
表面に前述の化粧シート１１１を貼り付けることによっ
て、ピラー本体１０１の曲げ剛性を向上することができ
るだけでなく、化粧パネルを設ける場合に比べて製造コ
ストおよび取付コストを省略することができ、経済性が
向上される。またピラー本体１０１は、繊維強化複合材
料から成るので、内部側の角部を前述したように面取り
を行って傾斜部１１０ａ，１１０ｂを形成し、さらに角
部を丸く仕上げた形状に成形することは容易であり、ア
ルミニウム合金などの金属を加工する場合に比べて加工
コストも少なくて済む。したがって従来の金属製内装化
粧パネルの形状に近いデザインを安価なコストで容易に
実現することができる。

【００４３】またピラー本体１０１の断面形状を大きく
することによって、外周層９９の厚みを小さくすること
ができ、したがってプリプレグ１１８のプライ数（積重
枚数）を少なくすることができ、機械的強度を低下させ
ずに材料費および工程数を削減することができる。

【００４４】また上記の構成によれば、左右の窓ガラス
４９ａ，４９ｂ間の隙間を金属製の中実棒から成る中間
部材１０２によって埋め、そこに押え部材１０３を取付
用ボルト１０６ｂによって固定することによって、ピラ
ー９８の幅を可及的に小さくし、内部から外部に向かっ
て広い視界を得ることができ、乗務員の視界を広く改善
することができる。

【００４５】さらに複合材料によってピラー本体１０１
と中間部材１０２とを一体成形することが考えられるけ
れども、これは加工が難しくなるだけでなく、上記の押
え部材取付用ボルト１０６ｂを取付けることが困難とな
り、強度上ピラー本体１０１の幅を大きくしなければな
らなくなる。したがって複合材料から成るピラー本体１
０１に金属製の中間部材１０２を組合せた構成とするこ
とは、前記ピラー本体１０１の幅を広げる必要がない点
で合理的である。仮に、ピラー本体１０１の幅を広げる
と、上述したように内部から外部を見たときの視界が狭
くなり、乗務員の視界が妨げられてしまうけれども、上
記の構成によれば、乗務員の視界を広くすることができ
る。

【００４６】さらに前記外周層９９、したがって各プリ
プレグ１１８は、強化材料として炭素繊維およびアラミ
ド繊維などの高弾性繊維を用いることによって、疲労強
度を格段に高くすることができ、トンネル通過時および
鳥衝突などによる繰返し荷重による構造疲労の問題を解
消することができる。

【００４７】さらに前記押え部材１０３は、上記の高弾
性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化性合成樹脂から成る
マトリクスを含浸させた複合材料から成る。このような
押え部材１０３によって、各窓ガラス４９ａ，４９ｂは
ピラー本体１０１との間で挟むようにして取付けられ、
押え部材１０３はボルト１０６ａによって外側から取外
せるようにして取付けられているので、窓ガラス４９
ａ，４９ｂを容易に取付けおよび取外しを行うことがで
き、各窓ガラス４９ａ，４９ｂの交換が容易である。

【００４８】また前述したように窓枠４３および外壁４
７が複合材料から成る場合、ピラー本体１０１は同様の
複合材料によって形成されるので、熱膨張率の差が少な
く、取付構造が簡単であり、製造が容易であり、組立作
業も簡単に行うことができる。しかも従来のように金属
製ピラーはほぼ中実棒と補強板とを溶接したものであ
り、外形は小さくても剛性は高い。このような金属製ピ
ラーと外形寸法が同一で繊維強化複合材料によって同等
の剛性を確保しようとすると、炭素繊維などの高弾性繊
維強化材料を用いたとしても、肉厚の大きい構造となる
割には剛性は充分でなく、製造が困難であるけれども、
繊維強化複合材料から成るピラー本体１０１とステンレ
ス鋼から成る中間部材１０２とを組合せて用いることに
よって、所用の剛性が得られ、かつ外形がむやみに大き
くならず、広い視界を確保することができる。

【００４９】また上記のピラー９８は、高い曲げ剛性を
有するので、トンネル通過時の圧力変動によって大きな
変形が生じることが防がれ、各窓ガラス４９ａ，４９ｂ
が外れてしまうという不具合が防がれる。また変形がそ
れほど大きくない場合であっても、ピラー９８と各窓ガ
ラス４９ａ，４９ｂとの間の気密性および水密性が低下
してしまうという不具合が防がれる。

【００５０】図１０はピラー９８の窓枠４３への取付構
造を示す断面図であり、図１１は図１０の切断面線ＸＩ
−ＸＩから見た断面図である。前述のピラー９８は、窓
枠４３に取付けられる。図１に関連して述べたように、
サンドイッチ構造の窓枠４３のコア４６、したがって窓
ガラス嵌合孔４８寄りに配置されるコアの一部４６ａの
内部の前記ピラー本体１０１の延長線上の部位に、コア
の一部４６ａよりも剛性の高い材料である複合材料から
成る一対の補強部材１２１ａ，１２１ｂが埋設されると
ともに、各補強部材１２１ａ，１２１ｂに直交して連結
され、かつ窓枠４３の前記ピラー本体１０１を支持する
支持面１２２に沿って延びる隔壁１２３が埋設される。

【００５１】各補強部材１２１ａ，１２１ｂは、コアの
一部４６ａの延びる方向、すなわち図１０の紙面に垂直
な方向にピラー９８の幅と同一の間隔をあけて配置され
る。このような補強部材１２１ａ，１２１ｂは、必要に
応じて３枚以上設けるようにしてもよい。またピラー本
体１０１の長手方向両端部は、複合材料から成るコーナ
部補強シート１２４ａ，１２４ｂが貼り付けられて一体
化され、ピラー本体１０１の長手方向両端部が窓枠４３
の上縁部９６および下縁部９７にそれぞれ一体化されて
固定される。

【００５２】図１２は、ピラー本体１０１から外側の補
強部材１２１ａへの曲げ荷重の伝達状態を説明するため
の図である。トンネル通過時または鳥衝突による衝撃力
の作用によってピラー本体１０１に内側に曲げようとす
る曲げモーメントＭが生じると、ピラー本体１０１の長
手方向両端部には、前記曲げモーメントＭによって偶力
Ｆ１，Ｆ２が発生する。このような偶力Ｆ１，Ｆ２が生
じる領域は、窓枠４３内に埋め込まれた領域であって、
偶力Ｆ１，Ｆ２によってピラー本体１０１の長手方向両
端部にはせん断応力が発生する。このようなせん断応力
は、窓枠４３の支持面１２２に押圧力として作用する。
この支持面１２２は、前述したように傾斜して形成さ
れ、この傾斜した支持面１２２にピラー本体１０１の第
３の傾斜部１１６ａ，１１６ｂが当接するため、前記せ
ん断荷重は窓枠４３の厚み方向および延在方向に分散し
て伝達する。このような窓枠４３に作用するせん断荷重
は、押え部材１０３に伝達し、押え部材１０３の外側へ
の押圧力は袋ナット１０５およびボルト１０６を介して
中間部材１０２に伝えられて負荷され、モーメントＭは
ピラー本体１０１と中間部材１０２とによって抗され
る。この曲げモーメントＭによってピラー本体１０１
は、内側の領域が引張り領域となるため、図９に示され
るように複数のプリプレグ１１８の両端部近傍が積重さ
れた厚肉領域１１８ａが形成され、大きな圧縮強度によ
って前記曲げモーメントＭに抗することができるように
構成される。

【００５３】図１３は、ピラー本体１０１から押え部材
１０３への曲げ荷重の伝達状態を説明するための図であ
る。ピラー本体１０１には、前述と同様な曲げモーメン
トＭが作用したとき、内側（図１３の右側）は圧縮領域
となり、外側は引張り領域となる。このような引張り領
域には、前述したように押え部材１０３が複数のボルト
１０６によって押え部材１０３が固定され、各ボルト１
０６には引張り力が作用する。このような引張り力に抗
するために、押え部材１０３の基端部１２７は、複数の
ボルト１２８によって窓枠４３に固定される。基端部１
２７は、これに連なる押え部１２９よりも幅広状とさ
れ、前記引張り力を分散して窓枠４３に伝達することが
できる。

【００５４】図１４は、ピラー本体１０１から各コーナ
部補強シート１２４ａ，１２４ｂへの曲げ荷重の伝達状
態を説明するための図である。トンネル通過時の圧力変
動または鳥衝突による衝撃力の作用によってピラー本体
１０１にせん断力Ｈが作用すると、ピラー本体１０１に
はせん断応力が発生する。このようなせん断応力を小さ
くするためには、ピラー本体１０１から窓枠４３にせん
断力Ｈを伝達して分散する必要があり、そのために前述
の各コーナ部補強シート１２４ａ，１２４ｂが設けられ
る。これらのコーナ部補強シート１２４ａ，１２４ｂに
よって、ピラー本体１０１の長手方向両端部から窓枠４
３にせん断荷重Ｈを確実に伝達して、ピラー本体１０１
に発生するせん断応力を低減して、ピラー本体１０１の
断面形状を小さくすることができる。

【００５５】図１５は窓枠４３およびピラー９８の製造
手順を示すフローチャートであり、図１６は窓枠４３お
よびピラー９８の製造手順を示す図である。作業が開始
され、ステップａ１で治工具が準備され、ステップａ２
で外層４５を形成する複数のプリプレグ１１８が図１６
（１）に示されるように積層され、窓ガラス嵌合孔４８
近傍となるコアの一部４６ａを配置する部位には、断面
形状が三角形のコア積重部分１３１が載置され、このコ
ア積重部分１３１上にはピラー９８と窓枠４３とを連結
するためのピラー接合シート１３２が乗載される。

【００５６】ステップａ３で、コアの一部４６ａには図
１６（２）に示されるように、複数のプリプレグ１１９
が巻付けられ、図１６（３）に示されるように、内側の
領域に両端部が重なるように積重される。ステップａ４
で治具上に積重された外層４５を形成するための複数の
プリプレグ１１８上に、コア４６の残部４６ｂを図１６
（４）に示されるように載置するとともに、前記ステッ
プａ３で製造したコアの一部４６ａを積重し、さらに窓
枠４３を形成する部分の前記ピラー接合シート１３２上
にはピラー１０１を載置し、さらにコーナ部分補強シー
ト１２４（総称する場合には添字ａ，ｂを省略する）を
載置する。

【００５７】次にステップａ６で、図１６（５）に示さ
れるように、内層４４を形成する複数のプリプレグ１３
０を積重するとともに、内側でピラーを接合するための
ピラー接合シート１３３を積重し、孔加工、袋状ナット
６１の取付けおよび仕上げなどを行い、オートクレーブ
成形して製造作業が終了する。

【００５８】このようにピラー９８は、窓枠４３に取付
けられるので、各窓ガラス４９ａ，４９ｂの面外方向の
力はピラー９８からのせん断荷重として各コーナ部補強
シート１２４などを介して窓枠４３に伝達されるが、そ
の内部に埋め込まれた各補強部材１２１ａ，１２１ｂお
よび隔壁１２３によってコア４６、内層４４および外層
４５に拡散させることができ、ピラー９８およびその取
付部における負荷を軽減することができる。またピラー
９８のモーメント荷重は、ピラー内面側では直接に内層
４４および外層４５に各コーナ部補強シート１２４を介
して伝達され、ピラー外面側では押え部材１０３によっ
て内層４４および外層４５に伝達され、力の伝達経路と
して自然であり、安定して分散吸収し、外力に抗するこ
とができる。

【００５９】さらに押え部材１０３の端末部には、荷重
が集中するが、押え部材１０３の基端部において幅を広
く取ることができ、これによってボルト１２８を充分な
数だけ打つことができ、ピラー９８を窓枠４３に大きな
強度で連結することができる。

【００６０】またピラー９８と窓枠４３との間の力の伝
達は、それぞれ複合部材のせん断力および引張り力とい
った面内応力で伝達されるので、上述したような薄い複
合材料から成る各コーナ部補強シート１２４ａ，１２４
ｂおよびピラー接合シート１３０によって無理なく接合
することができる。従来のように金属製の金具で接続す
る場合には、曲げモーメントおよびせん断力を１つの金
具で同時に伝達するため、その金具の強度は大きくなっ
てしまうが、本実施の形態では曲げモーメントおよびせ
ん断力の各力の成分を個別に伝達する経路を形成してい
るため、軽量でかつ薄い部材によって伝達することがで
き、これによって各窓ガラス４９ａ，４９ｂおよびピラ
ー９８が取付金具などに干渉するという不具合が生じな
い。

【００６１】またピラー本体１０１、各補強部材１２１
ａ，１２１ｂ、隔壁１２３、各コーナ部補強シート１２
４ａ，１２４ｂおよびピラー接合シート１３２などは、
高弾性繊維を含む複合材料によって形成されるので、疲
労強度が高く、金属構造では防止し得ない構造疲労に対
して充分な強度を達成することができる。

【００６２】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、窓枠に
は補強部材と隔壁とが埋設されるので、ピラーから窓枠
に大きな強度で荷重に抗することができ、距離衝突によ
る衝撃力およびトンネル通過時の圧力変動によって窓ガ
ラスからピラーに作用する大きな荷重を確実に窓枠に伝
達して窓ガラスを大きな強度で支持することができる。
また高弾性繊維を含む複合材料は疲労強度が高いため、
金属材料には防止し得なかった構造疲労の問題が生じな
い。

【００６３】請求項２記載の本発明によれば、硬質発泡
合成樹脂から成るコアに複合材料から成る外周層が形成
されるので、より高い疲労強度および曲げ剛性を有する
ピラー本体を実現することができる。

【００６４】請求項３記載の本発明によれば、前記補強
部材および隔壁の配向方向がピラー本体の延長線に対し
て主として±４５°を成すように構成されるので、ピラ
ー本体に作用するせん断荷重を分散して窓枠に伝達する
ことができ、荷重が一番狭い領域に集中して作用するこ
とが防がれ、ピラー本体から窓枠への荷重の分散によっ
て窓枠に大きな強度が必要になるという不具合が防がれ
る。

【００６５】請求項４記載の本発明によれば、補強シー
トによってピラー本体の窓枠への取付部の強度が向上さ
れるので、前記取付部の変形量を窓枠と同等とすること
ができるとともに、構造疲労を抑制し、損壊の発生が防
がれる。

【００６６】請求項５記載の本発明によれば、押さえ部
材はねじ部材によって窓枠に着脱可能に連結されるの
で、押さえ部材に作用する荷重の一部は前記ねじ部材を
介して直接に窓枠に伝達され、これによってピラー本体
に押さえ部材から伝達される荷重が軽減され、ピラー本
体の断面形状を小さくすることができる。

【００６７】請求項６記載の本発明によれば、押さえ部
材の取付部を幅広状とし、この取付部を複数のねじ部材
によって窓枠に着脱可能に連結するようにしたので、押
さえ部材が窓枠に前記複数のねじ部材によって大きな強
度で取付けられ、これによってピラー本体の荷重負担が
軽減され、ピラー本体の断面形状を小さくすることがで
きる。特に、ピラー本体の窓枠への連結部材には、せん
断荷重が集中的に作用するけれども、上記のように押さ
え部材が複数のねじ部材によって直接に窓枠に連結され
るため、要求される強度が軽減され、断面形状の拡大が
防がれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の窓枠構造を示し、図２
の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た拡大断面図である。

【図２】図１に示す窓枠構造が実施される高速車両の先
頭部４１の左側半分の構体４２を示す斜視図である。

【図３】袋状ナット６１の具体的構成を示す断面図であ
る。

【図４】袋状ナット６１の外壁４７への取付手順を示す
断面図である。

【図５】図２の切断面線Ｖ−Ｖから見たピラー９８の断
面図である。

【図６】図２の切断面線ＶＩ−ＶＩから見たピラー９８
の断面図である。

【図７】図５および図６に示されるピラー本体１０１の
正面図である。

【図８】図７の下方から見たピラー本体１０１の側面図
である。

【図９】図８の切断面線ＩＸ−ＩＸから見たピラー本体
１０１の断面図である。

【図１０】ピラー９８の窓枠４３への取付構造を示す断
面図である。

【図１１】図１０の切断面線ＸＩ−ＸＩから見た断面図
である。

【図１２】ピラー本体１０１から窓枠取付部への曲げ荷
重の伝達状態を説明するための図である。

【図１３】ピラー本体１０１から押え部材１０３への曲
げ荷重の伝達状態を説明するための図である。

【図１４】ピラー本体１０１から各コーナ部補強シート
１２４ａ，１２４ｂへの曲げ荷重の伝達状態を説明する
ための図である。

【図１５】窓枠４３およびピラー９８の製造手順を示す
フローチャートである。

【図１６】窓枠４３およびピラー９８の製造手順を示す
図である。

【図１７】従来の窓枠構造によって窓枠部１が構成され
る高速車両の先頭部２の一部の平面図である。

【図１８】図１７に示される窓枠部１付近の側面図であ
る。

【図１９】図１７および図１８の切断面線Ａ−Ａから見
た拡大断面図である。

【図２０】図１７および図１８の切断面線Ｂ−Ｂから見
た断面図である。

【図２１】図２０の切断面線Ｃ−Ｃから見た断面図であ
る。

【符号の説明】

４１ 先頭部 ４２ 構体 ４３ 窓枠 ４４ 内層 ４５ 外層 ４６，４６ａ，４６ｂ コア ４７ 外壁 ４８ 窓ガラス嵌合孔 ４９，４９ａ，４９ｂ 窓ガラス ５０ 外壁４７の周縁部 ５１ 窓ガラス４９の周縁部 ５２ 内面 ５３ 内面支持部 ５４ 外周面 ５５ 周縁支持部 ５６ 突出する部分 ５７ 外面 ５８，１０３ 押え部材 ６１ 袋状ナット ６２ ボルト ６３ フランジ ７７〜８０ パッキン ８１〜８３ シール材 ８６ 補強層 ８７ 分割部 ９６ 上縁部 ９７ 下縁部 ９８ ピラー ９９ 外周層 １００ コア １０１ ピラー本体 １０２ 中間部材 １１０ａ，１１０ｂ，１１４ａ，１１４ｂ，１１６ａ，
１１６ｂ 傾斜部 １２１ａ，１２１ｂ 補強部材 １２２ 支持面 １２３ 隔壁 １２４ａ，１２４ｂ コーナ部補強シート １２７ 基端部 １２９ 押え部 １３２ ピラー接合シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 理 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 柳瀬 元昭 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高弾性繊維を含む繊維強化材料に熱硬化
   性合成樹脂を含浸させた複合材料から成る外周層によっ
   て多数の空間を有するコアが外囲されるピラー本体を、
   前記複合材料から成り、窓ガラスの周縁部を保持する窓
   枠に取付けるための構造であって、 サンドイッチ構造の窓枠のコア内部の前記ピラー本体の
   延長線上の部位に、コアよりも剛性の高い材料から成る
   補強部材が埋設されるとともに、補強部材に直交して連
   結され、かつ窓枠の前記ピラー本体を支持する支持面に
   沿って延びる隔壁が埋設されることを特徴とする高速車
   両のピラー取付構造。
2. 【請求項２】 ピラー本体のコアは、硬質発泡合成樹脂
   から成り、このコアの周囲に前記複合材料から成るシー
   トを巻回して積層した外周層が形成されることを特徴と
   する請求項１記載の高速車両のピラー取付構造。
3. 【請求項３】 補強部材および隔壁は、前記複合材料か
   ら成る複数のシート材を積層して形成され、各シート材
   の配向方向は、前記ピラー本体の延長線に対して主とし
   て±４５°であることを特徴とする請求項１または２記
   載の高速車両のピラー取付構造。
4. 【請求項４】 ピラー本体の窓枠に当接する基端部と、
   窓枠の前記基端部の周囲の領域とにわたって、前記複合
   材料から成る補強シートが貼着されることを特徴とする
   請求項１〜３のいずれかに記載の高速車両のピラー取付
   構造。
5. 【請求項５】 窓枠には、窓ガラスを外側から押圧して
   保持する押さえ部材がねじ部材によって着脱可能に連結
   されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の高速車両のピラー取付構造。
6. 【請求項６】 押さえ部材は、窓枠上に配置され、窓ガ
   ラスを押圧する部分よりも幅が広く形成される取付部を
   有し、この取付部が複数のねじ部材によって窓枠に着脱
   可能に連結されることを特徴とする請求項５記載の高速
   車両のピラー取付構造。