JPH1159412A

JPH1159412A - 鉄道車両の車体

Info

Publication number: JPH1159412A
Application number: JP22333897A
Authority: JP
Inventors: Sumio Okuno; 澄生奥野; Takeshi Kawasaki; 健川崎; Toshiaki Makino; 俊昭牧野; Kentaro Masai; 健太郎正井; Seijirou Totori; 征二郎戸取; Kazufumi Yamaji; 和文山地
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1999-03-02

Abstract

(57)【要約】【課題】中空形材で構成した車体において、軽量で歪み
の少ない車体を提供する。【解決手段】中空押出し形材で構成される車体におい
て、窓隅10の面板21に発生する局部応力を低減する補強
構造として、あらかじめ形材の内側に補強部材32を挿入
可能な形材構造とする。補強部材２３は面板２２に嵌合
等で結合され、面板２１には円弧状で接触しており、リ
ブ２３、２３に溶接で結合している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空形材を用いて
構成した鉄道車両の車体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軽金属性の中空の押出し形材を用いて鉄
道車両の車体を構成することは特開平２−２４６８６３
号公報に示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例のよう
に、車体を中空押出し形材で構成した構造において、次
のような課題がある。

【０００４】(1)高応力が発生する側構体の窓隅の応力
低減を図るため、この部分を構成する腰部、幕部および
吹寄せ（窓柱）部の中空押出し形材の板厚を厚くする必
要がある。したがって、本構造部は重量増となる。

【０００５】比較的肉厚となる中空押出し形材で車体を
構成する場合、車体全体として軽量化を図るためには、
強度的に厳しい部位のみ厚肉化した形材を使用し、それ
以外の部位には通常の中空押出し形材を用いる必要があ
る。しかし、窓隅のように、車体の長手方向に肉厚の異
なる形材を適用しようとすると、形材の種類が多くな
り、コスト高につながる。また、形材の内部に当て板補
強などを行い、溶接で組立てるには、面板間の間隔が狭
く、しかも形材が閉構造となっているため、長手方向の
溶接ができない。さらに、溶接を行うと、溶接部近傍の
形材の強度特性が低下するため、周辺の強度の再評価が
必要となる。

【０００６】(2)中空押出し形材の幅はその製作性の面
から有限長（400〜500mm程度）となり、各形材同士を溶
接結合する必要がある。そのため、溶接による熱変形を
考慮して、形材の薄肉化には限界がある。

【０００７】中空押出し形材で構成した車体は、形材の
面外曲げ剛性が大きく、車体の外面に生じる歪を小さく
押えることができるため、車体外観の見栄えの良いとこ
ろが特徴である。そのため、軽量構造にする場合、溶接
変形を防止することが重要となる。

【０００８】本発明の目的は、中空形材で構成した車体
において、局部的な高応力部の応力を緩和でき、しかも
車体全体として重量増とならない鉄道車両の車体を提供
することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、複数の中空押出し形
材で構成される車体の外面に歪を発生させず、見栄えの
良い車体とするための製作方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、中空形材で
構成した車体において、側構体の支点近傍の窓隅部のよ
うに高応力が発生する部位の中空形材の内側の面板と外
側の面板との間に、補強部材を挿入可能な形材構造とし
ておくことにより、達成される。

【００１１】本発明の他の目的は、中空形材同士を溶接
結合する継手近傍の形材の内、外面の面板間に、後から
補強部材を挿入可能な形材構造とし、溶接する前に補強
部材を設置し、溶接した後、該補強部材を取り外す製作
方法によって、達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１ないし図
４によって説明する。図２において、鉄道車両の車体
は、床を構成する台枠（図示せず）と、屋根を構成する
屋根構体（図示せず）と、両者の間を構成する側構体１
とからなる。側構体１は、台枠に接続する側梁２と、窓
４から下部を構成する腰部７と、窓４から上方を構成す
る幕部８と、屋根構体に接続するのき桁６と、窓４と窓
４との間の吹寄せ９等からなる。これらは溶接で接続さ
れている。３は出入り口である。側構体１は出入口３お
よび窓４などの大きな開口部を有する。

【００１３】側構体１は台枠を介して台車（図示せず）
に載っている。５は台車の位置、すなわち、車体重量を
支える支点である。この支点５から荷重（集中荷重）が
付加されることになる。そのため、２つの支点５、５の
間であって、支点５の近傍の吹寄せ９を含む窓隅10に
は、大きなせん断力に伴う高応力が局部的に発生するこ
とになる。

【００１４】図３、図４において、側構体１は、中空の
押出し形材を車体の長手方向に沿って並列に複数並べ、
溶接して構成している。窓隅10には局部的に高応力が発
生するため、腰部７および幕部８の押し出し形材の窓４
側を機械加工により削り落し、窓隅を円弧状に構成して
いる。このような構造を採用することにより、窓隅の強
度が本構成材料の母材の強度まで向上できることにな
り、軽量化には有利となる。

【００１５】腰部７および幕部８と吹寄せ９との溶接位
置１１は、図２および図３に示したとおり、高応力が発
生する窓隅（円弧部）から少し離れた、発生応力の低い
位置としている。溶接線12、13は、それぞれ腰部および
幕部と台枠、屋根構体との溶接線を示している。

【００１６】図４において、側構体１の形材同士の溶接
部は、隣接の形材と雄雌の形状とし、両者の結合部で差
し込み構造としている。すなわち、吹寄せ９の端部材25
を腰部７の端部材24に挿入し、両者を溶接11で結合して
いる。

【００１７】中空押出し形材は、その端部を除き、２枚
の面板21、22とトラス状に配置した複数のリブ23で構成
される。すなわち、リブ２３は面板２１（２２）に対す
る向きを交互に変えて配置している。面板２１、２２と
リブ２３は両者の結合部において滑らかに力が伝達する
ように円弧部（フィレット部）を介して連結されてい
る。

【００１８】中空押出し形材で構成した車体において、
窓隅の円弧部に発生する応力は、窓４の窓隅の円弧部の
円弧止端近傍において最大となる。これは、窓４を可能
な限り広く確保する設計が行われ、吹寄せ９の幅を狭く
した構造とするためである。そのため、図３、図４に示
した中空押出し形材のうち、窓隅に近い部分の部材に最
大応力が発生することになる。この最大応力は、２枚の
面板21、22の面内応力と面外曲げ応力成分から成り、こ
の両者の和で表される。

【００１９】窓隅に発生する応力は、車体の長手方向の
位置においても異なる。最大応力は、支点５の近傍の窓
隅に発生し、車体中央に近づくにしたがい応力値が低く
なっていく（車体の端部側も同様である。）。

【００２０】中空押出し形材で窓隅を構成する場合、形
材の寸法は、車体全長にわたり一様となる。そのため、
最大応力が生じる面板21、22の板厚は、最大応力が発生
する窓隅の応力値で決定される。このため、それ以外の
低い応力発生点では限界値より厚肉の構造となり、軽量
化の面では不利な構造となる。

【００２１】一方、窓隅の円弧部より離れた吹寄せ９の
中央部の部材には大きな応力は発生しない。そのため、
強度的には本部材の薄肉化は可能となる。しかし、部材
の薄肉化を図ると、形材同士を結合する溶接による熱歪
が発生するため、軽量化にも限界がある。

【００２２】図１において、窓隅の高応力が発生すると
考えられる部分の形材の内側に、後から補強部材３２を
挿入できる形材構造としている。面板22の内側に、嵌め
合いによって補強部材32に結合する突起31を設けてい
る。この突起31の形状は、面板21と22が外側にふくれて
も補強部材32が遊離しないようにテーパ部41を備えてい
る。補強部材３２にはこのテーパ部４１に対応するテー
パ状の凹部を設けている。突起３１は２つのリブ２３、
２３の中間にある。突起３１は、面板２１、２２に接続
する２つのリブ２３、２３の間隔（面板に沿った距離）
が大きい方の面板２２に設けている。すなわち、面板に
接続するリブ２３、２３の間が円弧状でない面板２２に
突起３１を設けている。補強部材３２は吹寄せ９の窓隅
のうち、高応力が発生し、補強が必要と考えられ部部分
にのみ設置する。

【００２３】補強部材32の他端は、２つのリブ２３、２
３の間隔が狭い側に位置し、２つのリブ２３、２３のと
面板２１との接続部の円弧部（最大応力はこの円弧部の
中央部に発生）に沿った形状としている。そして、この
円弧部の端部（この位置では低応力しか発生しない）に
おいて、リブ23、２３とそれぞれ溶接33で結合してい
る。

【００２４】補強部材３２の長さは吹寄せ９の長さか若
干短い。溶接線３３の長さは窓４から溶接できる長さで
ある。溶接によって強度低下が考えられるので、できる
だけ短くする。

【００２５】かかる構成によれば、中空押出し形材にお
ける面板21および22の面外変形を防止することができ、
この部分に発生する面外曲げ応力が大幅に低減されるこ
とになる。また、補強部材３２に円弧状の部材を配設し
ているので、面板21に発生する面内応力成分を低減でき
る。このことから、面板21の円弧部の中央に発生する最
大応力を低減できることになる。また、補強部材３２は
必要部のみに設置すればよいので、車両全体としては軽
量にできるものである。

【００２６】面板２１とリブ２３との接続部から離れた
リブ２３の位置で溶接しているので、応力集中部から離
れたところで、溶接できるものである。

【００２７】突起３１と補強部材３２の凹部とを溶接し
てもよい。また、補強部材３２と中空押し出し形材との
接触部を接着剤で結合してもよい。

【００２８】図５の実施例は、補強部材52と面板２２と
の嵌め合い部分を、図４と異ならせたものである。面板
22に設けた２つの突起51の内側を円形状の空間とし、補
強部材52の先端部53を球状にしている。先端部53にはス
リット54を設け、弾性を持たせている。これによって、
面板２２と補強部材５２とを強固に結合している。

【００２９】図６の実施例は、補強部材62を中空押出し
形材の中に挿入し、両者を接着により結合する構造であ
る。面板２２と補強部材62との接触部には、それぞれ接
着強度を上げるため波形の突起61を設け、両者を接着剤
63により結合する。面板２１と補強部材62との接触部は
は、図４の場合とほぼ同一であり、両者を接着剤64で結
合する。なお、面板22側に波形の突起を設けない場合も
考えられる。この場合、中空押出し形材には突起がな
く、基本寸法の形材構造のままでよい。

【００３０】なお、吹寄せ９の中央部のように薄肉化し
た中空押出し形材においては、その溶接結合部近傍にあ
らかじめ図６に示した補強部材62を追加しておき、溶接
施工時に生じる面板の面外変形を防止することができ
る。この構造部については、その状況に応じ、溶接施工
後、補強部材を取り除くこともできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
強度的に厳しい窓隅も、あらかじめ中空形材の内側に挿
入可能な構造としておくことにより、容易に補強部材を
取付けることができ、応力を低減できる。これにより、
比較的薄肉の中空押出し形材により車体全体を構成する
ことができ、軽量でしかも外板に歪の少ない見栄えの良
い車体を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要部の縦断面図である。

【図２】鉄道車両の車体の側構体の側面図である。

【図３】図１の“３”部の拡大図である。

【図４】図３の４−４断面図である。

【図５】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【図６】本発明の他の実施例の縦断面図である。

【符号の説明】

１…側構体、４…窓、９…吹寄せ、10…窓隅、21…面
板、22…面板、23…リブ、31…突起部、32…補強部材。

フロントページの続き (72)発明者正井健太郎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)発明者戸取征二郎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)発明者山地和文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】２枚の面板と、該面板同士を接合するもの
であって、前記面板に対する向きを交互に変えた複数の
リブと、から構成された中空形材を用いて側構体を構成
した鉄道車両の車体において、吹寄せの窓隅の２つの前記リブと２つの前記面板で囲ま
れた空間内に、前記中空形材の長手方向に沿って挿入さ
れた補強部材を有し、該補強部材の一端側は一方の前記面板側、他端側は他方
の前記面板にそれぞれ結合されており、前記補強部材の一端側は前記２つの前記リブが前記面板
に接続する間隔が小さい側であり、該一端側は前記２つ
の前記リブに結合していること、を特徴とする鉄道車両の車体。
【請求項２】請求項１記載の鉄道車両の車体において、
前記補強部材の一端側は、前記２つのリブの間の前記面
板の円弧に接触する円弧状であること、特徴とする鉄道
車両の車体。
【請求項３】請求項１記載の鉄道車両の車体において、
前記補強部材の一端側と前記２つのリブとの結合は溶接
であること、特徴とする鉄道車両の車体。
【請求項４】請求項１記載の鉄道車両の車体において、
前記補強部材の他端側と前記他方の面板との結合は嵌め
合わせで行なっていること、を特徴とする鉄道車両の車
体。
【請求項５】請求項１記載の鉄道車両の車体において、
前記補強部材の他端側と前記他方の面板との結合は接着
で行なっていること、を特徴とする鉄道車両の車体。
【請求項６】２枚の面板と、該面板同士を接合するもの
であって、前記面板に対する向きを交互に変えた複数の
リブと、から構成された中空形材において、２つの前記リブと２つの前記面板で囲まれた空間内にお
いて、前記２つの前記リブが前記面板に接続する間隔が
大きい方の面板に他方の面板側に突出する突起を設けて
いること、を特徴とする中空形材。
【請求項７】２枚の面板と、該面板同士を接合するリブ
と、から構成された中空形材を溶接して側構体を構成す
る鉄道車両の車体の製作方法において、吹寄せを構成する中空形材同士を結合する溶接結合部近
傍において、該中空形材の内側に、中空形材の内、外面
の面板同士を連結でき、しかもそれ自体を取りはずし可
能な補強部材を挿入して溶接すること、を特徴とする鉄道車両車体の製作方法。