TWI687332B - 鐵道車輛構造體 - Google Patents

Abstract

鐵道車輛構造體之雙層構造具有：口琴型構造部，其從車輛長邊方向來看，封閉空間為四角形；以及桁架型構造部，其從車輛長邊方向來看，與口琴型構造部鄰接，且封閉空間為三角形。雙層構造中，於車頂構造體之車寬方向之中央部與簷梁之車體之周方向之中央部之間、簷梁之中央部與側構造體之成組疏開部之間、以及側構造體之成組疏開部與側梁之間中的至少任一區域上，與鄰接於該區域之鄰接區域相比，內壁部配置於車外側，藉此形成構造體厚度尺寸縮小之厚度縮小部。

Description

鐵道車輛構造體

本發明係關於一種用於高速鐵道車輛等之鐵道車輛構造體。

作為鐵道車輛構造體，已知具有外板部與內板部由多個連結板部連結而成之雙層構造。雙層構造中例如有：桁架型，其從車輛長邊方向來看，由鄰接之2個連結板部、與內板部或外板部所形成之封閉空間為三角形；或口琴型，其如專利文獻1所揭示，從車輛長邊方向來看，由上述2個連結板部、內板部及外板部所形成之封閉空間為四角形。

另外，關於具有桁架型雙層構造之鐵道車輛構造體，如專利文獻2所揭示，提出有如下方法：於側構造體及車頂構造體，將由車內外之氣壓差所引起之彎曲荷重比較大地發揮作用之區域之構造體厚度尺寸增大，且將該彎曲荷重比較小地發揮作用之區域之構造體厚度尺寸減小。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平10-95335號公報 [專利文獻2]日本專利第4163925號公報

[發明所欲解決之問題]

雖然具有桁架型雙層構造之鐵道車輛構造體被廣泛使用，但卻存在鐵道車輛構造體之重量增大之情形。與此相對，具有口琴型雙層構造之鐵道車輛構造體與彎曲強度相等之桁架型雙層構造相比，雖然將內板部與外板部連結之連結板部之總長度短，因此容易輕量化，但對於藉由因車內外之氣壓差所引起之壓力荷重而與車體之周方向垂直地作用之剪切力（以下亦簡稱為剪切力）的強度低。

另外，高速鐵道車輛等中，於如通過隧道時般車外壓變動之情形時，亦要求將乘客或乘務員所在之室內設為氣密構造，將車內壓力維持為大致固定。於由口琴型雙層構造來構成高速鐵道車輛等鐵道車輛構造體之情形時，例如為補充對剪切力之強度不足，而另外需要補強框架。藉此，鐵道車輛構造體構造變得複雜，鐵道車輛構造體之重量增大並且生產性下降。

因此，本發明之目的在於提供一種雙層構造之鐵道車輛構造體，其具有可耐受因車內外之氣壓差而發揮作用之壓力荷重的強度，且可實現輕量化。 [解決問題之手段]

本發明之一形態之鐵道車輛構造體包括具有側梁之底架、側構造體、以及車頂構造體，上述側構造體、上述車頂構造體及上述側梁具有雙層構造，其包含：內壁部、外壁部、以及將上述內壁部與上述外壁部以使壁面隔離之狀態而連結之複數個連結板部；上述雙層構造具有：口琴型構造部，其從車輛長邊方向來看，由上述複數個連結板部中之鄰接之2個連結板部、與藉由上述內壁部及上述外壁部形成之封閉空間為四角形；以及桁架型構造部，其從車輛長邊方向來看，與上述口琴型構造部鄰接，且由上述2個連結板部、與上述內壁部或上述外壁部所形成之封閉空間為三角形；並且從車輛長邊方向來看，上述雙層構造中，於上述車頂構造體之車寬方向之中央部與簷梁之中央部之間之區域、上述簷梁之上述中央部與上述側構造體之成組疏開部之間之區域、以及上述側構造體之成組疏開部與上述側梁之間之區域中之至少任一者上，與鄰接區域相比，上述內壁部配置於車外側，藉此形成構造體厚度尺寸縮小之厚度縮小部。

藉此，可將厚度縮小部中之連結板部之從車輛長邊方向來看之長度尺寸縮短，可使連結板部輕量化。另外，藉由於鐵道車輛構造體之彎曲力矩成為未滿最大值之位置配置厚度縮小部，可確保鐵道車輛構造體之必需強度。因此，不僅可實現鐵道車輛構造體之輕量化，而且即便不使用增強框架，亦可耐受因車內外之差壓而使構造體所負荷之壓力荷重。

另外，由於鐵道車輛構造體之雙層構造包括桁架型構造部及口琴型構造部，故而可將各構造部分開使用而配置於鐵道車輛構造體之適當位置。藉此，例如以如下方式來配置桁架型構造部及口琴型構造部，：於剪切力比較大之鐵道車輛構造體之部分，以與口琴型構造部鄰接之方式配置桁架型構造部，且於剪切力比較小之鐵道車輛構造體之部分配置口琴型構造部；藉此，不僅可由口琴型構造部來實現鐵道車輛構造體之輕量化，而且可由桁架型構造部來確保鐵道車輛構造體之強度。

另外，本發明之其他形態之鐵道車輛構造體包括具有側梁之底架、側構造體、及車頂構造體，並且上述側構造體、上述車頂構造體及上述側梁具有雙側構造，其包含：內壁部、外壁部、以及將上述內壁部與上述外壁部以使壁面隔離之狀態而連結之複數個連結板部，並且從車輛長邊方向來看，上述內壁部、上述外壁部、以及上述複數個連結板部之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸。

依據上述構成，從車輛長邊方向來看，內壁部、外壁部、以及複數個連結板部之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸，藉此，例如於強度比較高之位置可縮小板厚尺寸，於強度比較低之位置可擴大板厚尺寸。藉此，與增大雙層構造之整體之板厚尺寸之情形相比，不僅可實現鐵道車輛構造體之輕量化，而且可確保鐵道車輛構造體之所需強度。 [發明之效果]

依據本發明，能夠提供具有可耐受因車內外之氣壓差而發揮作用之壓力荷重的強度，且可實現輕量化之雙層構造之鐵道車輛構造體。

以下參照各圖對本發明之實施方式進行說明。

圖1係實施方式之鐵道車輛構造體1之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。圖1表示鐵道車輛構造體1之從車寬方向之中央部至一端為止之區域之鉛直剖面。圖2係從車外觀察圖1之鐵道車輛構造體1之側面之側視圖。

具備本實施方式之鐵道車輛構造體1之鐵道車輛為高速鐵道車輛。該高速鐵道車輛中，車內保持為氣密，行駛於隧道內時或高速鐵道車輛彼此會車時等，於車內外產生差壓，壓力荷重作用於鐵道車輛構造體1。此外，包括鐵道車輛構造體1之鐵道車輛亦可為高速鐵道車輛以外者。

如圖1及2所示，鐵道車輛構造體1包括：底架2、一對側構造體3、以及車頂構造體4、一對前後(端)構造體（未圖示）。此外，作為一例，鐵道車輛構造體1之剖面相對於車體中心線CL而對稱。

底架2具有一對側梁2a及複數個橫樑5，將包括側構造體3、車頂構造體4、前後構造體之車體加以支撐。複數個橫樑5於車寬方向上延伸，其兩端與一對側梁2a連接。本實施方式中，作為地板構造，於橫樑5之上方配置有地板8，但亦可為將一對側梁2a之間相連之雙層構造。

於側構造體3上形成有：於車輛長邊方向上隔開間隔而配置之複數個窗部3a、以及複數個成組疏開部3b。車頂構造體4構成鐵道車輛之車頂，其車寬方向之一端（本實施方式中為兩端）係與側構造體3之上端結合。

側構造體3、車頂構造體4、以及側梁2a包括複數個中空形材6，係包括內板部6a、外板部6b、以及複數個連結板部6c之雙層構造。內板部6a配置於車體之車內側。外板部6b配置於車體之車外側。連結板部6c將內板部6a與外板部6b以使板面隔離之狀態而連結。

具體而言，側構造體3、車頂構造體4、及側梁2a具有第1～第13中空形材10～22來作為複數個中空形材6。此中空形材10～22係從鐵道車輛構造體1之上側朝向下側，依序配置於車體之周方向。中空形材10～22係藉由於鄰接之中空形材之間形成搭接接頭，而於車體之周方向上連接。

第1～第4中空形材10～13配置於車頂構造體4上。其中，第1中空形材10配置於車頂構造體4之車寬方向之中央部4a上。第5、6中空形材14、15配置於鐵道車輛構造體1之簷梁上。

第7中空形材16較側構造體3之成組疏開部3b而言配置於上方。第8、9中空形材17、18配置於側構造體3之成組疏開部3b上。第10中空形材19較側構造體3之成組疏開部3b而言配置於下方。第11中空形材20配置於第10中空形材19之下方。第12、13中空形材21、22配置在與底架2之側梁2a對應之位置。

側構造體3、車頂構造體4、及側梁2a中，複數個內板部6a結合而形成內壁部7a，並且複數個外板部6b結合而形成外壁部7b。作為一例，複數個中空形材6藉由熔接而結合，但並不限定於此，例如亦可藉由摩擦攪拌接合法而結合。

雙層構造7包括口琴型構造部H1～H3及桁架型構造部T1～T3。本實施方式之口琴型構造部配置於車頂構造體4之車寬方向之中央部4a、簷梁之車體之周方向之中央部1a、以及側構造體3之成組疏開部3b中之至少任一（本實施方式中為全部）位置。

具體而言，口琴型構造部H1配置於車頂構造體4之中央部4a。口琴型構造部H2配置於簷梁之中央部1a上。口琴型構造部H3配置於側構造體3之成組疏開部3b上。口琴型構造部H1～H3配置於剪切力比較小之鐵道車輛構造體1之部分。

口琴型構造部H1～H3中，從車輛長邊方向來看，由複數個連結板部6c中之鄰接之2個連結板部6c、與內壁部7a及外壁部7b所形成之封閉空間成為四角形。

此處，從車輛長邊方向來看，配置於口琴型構造部H1～H3內之複數個連結板部6c中的於車體之周方向上鄰接之2個以上（作為一例為全部）之連結板部6c係於相互交叉之方向上延伸，並非相對於內壁部7a與外壁部7b之板面而垂直地配置。另外，上述連結板部6c之延伸方向係與因車內外之氣壓差而產生之剪切力（參照圖12）之作用方向平行。

桁架型構造部T1～T3係配置於鐵道車輛構造體1中的比較大之剪切力所施加之部分。具體而言，桁架型構造部T1配置於口琴型構造部H1、H2之間。桁架型構造部T2配置於口琴型構造部H2、H3之間。桁架型構造部T3係與口琴型構造部H3之下方鄰接而配置。

桁架型構造部T1～T3中，由2個連結板部6c與內壁部7a或外壁部7b所形成之封閉空間成為三角形。

此處，於口琴型構造部H1～H3中，藉由與彎曲強度相等之桁架型構造部相比，減少連結板部6c之總長度或數量，或者減少內板部6a與外板部6b之厚度尺寸，可容易使鐵道車輛構造體1輕量化。另外，相對於桁架型構造部T1～T3，口琴型構造部H1～H3之中空部之角部角度大。因此，於藉由擠出成型來製造口琴型構造部H1～H3之中空形材之情形時，模具之角部角度亦可大。角部角度越大，越難以產生模具之因該部之磨耗等所引起之破損，因此可藉由利用口琴型構造部H1～H3，來降低製造成本。

另外，圖2所示之窗部3a可藉由對側構造體3進行切削加工而形成。窗部3a之開口周緣必須加工成複雜之曲線狀，但若使用口琴型構造部，則可減少切削加工之加工量，容易形成窗部3a。

本實施方式中，中空形材12～22為擠出成形構件，但一部分或全部之形材亦可將內板部6a、外板部6b、及連結板部6c熔接而形成。

另外，口琴型構造部H1～H3中，亦可部分性地包含桁架型構造，桁架型構造部T1～T3，亦可部分性地包含口琴型構造。

另外，簷梁或成組疏開部3b中，亦可部分性地包含桁架型構造部。作為一例，鐵道車輛構造體1中，與口琴型構造部H3鄰接而於成組疏開部3b之上側部分坐落有桁架型構造部T2之一部分。

雙層構造7從車輛長邊方向來看，於複數個位置具有不同之構造體厚度尺寸D。即，雙層構造7之構造體厚度尺寸D從車輛長邊方向來看，於鐵道車輛構造體1之周方向上變化。藉此，鐵道車輛構造體1中，其強度與重量之平衡最優化。

具體而言，於鐵道車輛構造體1中，從車輛長邊方向來看，雙層構造7中，於車頂構造體4之車寬方向之中央部4a與簷梁之車體之周方向之中央部1a之間之區域C1、簷梁之中央部1a與側構造體3之成組疏開部3b之間之區域C2、以及成組疏開部3b與側梁2a之間之區域C3之至少任一者（此處為全部）上，與鄰接區域相比，內壁部7a配置於車外側，藉此形成構造體厚度尺寸D縮小之厚度縮小部R1～R3。

厚度縮小部R1～R3係於車體之周方向上隔離而配置。從車輛長邊方向來看，於厚度縮小部R1～R3各自中之車體之周方向之兩側，配置有構造體厚度尺寸D大於鐵道車輛構造體1之厚度縮小部R1～R3之部分。換言之，厚度縮小部R1～R3可稱為鐵道車輛構造體1之內壁部7a朝向外壁部7b而部分性地凹陷之凹陷部。

厚度縮小部R1～R3於車輛長邊方向上延伸。從車輛長邊方向來看之厚度縮小部R1～R3之最大深度尺寸亦可不相同。本實施方式中，作為一例，厚度縮小部R1之最大深度尺寸成為變得大於厚度縮小部R2、R3之最大深度尺寸。

厚度縮小部R1～R3形成於鐵道車輛構造體1中的因車內外之氣壓差而產生之彎曲力矩成為未滿最大值（此處成為最小值）之區域C1～C3中。厚度縮小部R1～R3中，藉由從車輛長邊方向來看，連結板部6c之長度尺寸縮短，從而實現鐵道車輛構造體1之輕量化。

此外，厚度縮小部R1～R3之車外側之面係以與外壁部7b光滑地連接之方式而形成，設為對鐵道車輛構造體1之外觀形狀無影響之構成。

另外，厚度縮小部R1～R3中之內壁部7a之最大深度尺寸例如係根據厚度縮小部R1～R3所形成之位置之鐵道車輛構造體1之彎曲力矩之大小、或厚度縮小部R1～R3所形成之位置及其周邊位置的鐵道車輛構造體1之彎曲力矩之分佈來設定。

此外，厚度縮小部R1～R3之形狀亦可不相同。另外，厚度縮小部R1～R3之形狀例如從車輛長邊方向來看，可為內壁部7a朝向外壁部7b而彎曲之形狀，亦可為內壁部7a朝向外壁部7b而彎曲成楔形或矩形之形狀，其形狀並無限定。

另外，鐵道車輛構造體1中，彎曲力矩比較大之區域（車頂構造體4之中央部4a、簷梁、以及側構造體3之成組疏開部3b）中之雙層構造7之構造體厚度尺寸D設定為實質上成為固定。藉此，該區域中之鐵道車輛構造體1之強度提高。

雙層構造7中，從車輛長邊方向來看，內壁部7a、外壁部7b、以及複數個連結板部6c之至少任一者（此處為全部）於複數個位置具有不同之板厚尺寸。

本實施方式之雙層構造7中，內壁部7a、外壁部7b、以及複數個連結板部6c之板厚尺寸係於彎曲力矩大之區域設定為大值，且於彎曲力矩小之區域設定為小值。藉此，於彎曲力矩比較大之區域，構造體之強度提高，並且於彎曲力矩比較小之區域實現輕量化。

另外，鐵道車輛構造體1所具有之複數個中空形材6中，配置於鐵道車輛構造體1之彎曲力矩尤其大之區域（簷梁及側構造體3之成組疏開部3b）中的中空形材之內板部6a、外板部6b、以及連結板部6c中，至少任一者從車輛長邊方向來看，於複數個位置具有不同之板厚尺寸。

另外，第3中空形材12、第4中空形材13中之車頂構造體4之中央部4a側之部分、第8中空形材17之下方部分、第9中空形材18之上方部分、以及第10中空形材20之各自中，複數個連結板部6c較桁架型構造部T1～T3中之其他複數個連結板部6c（例如第2中空形材11中之複數個連結板部6c）而言，比較高密度地配置於車體之周方向上。藉此，鐵道車輛構造體1中，藉由設置厚度縮小部R1～R3而實現輕量化，並且實現保持必需之強度。

此外，提高彎曲力矩小之位置之剛性，具有抑制彎曲力矩高之位置之變形量的效果。因此，亦可藉由於不妨礙輕量化之範圍內，部分性地增厚位於R1～R3上之形材之內外之板厚，或者使桁架之間隔變窄，而部分性地提高厚度縮小部R1～R3之剛性。

以下，作為具體例，對中空形材10、12～15、17、18、20之各構造進行說明。圖3係圖1之第1中空形材10之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖3所示，從車輛長邊方向來看，第1中空形材10之厚度尺寸（構造體厚度尺寸D）實質上固定。內板部6a之板厚尺寸d1與外板部6b之板厚尺寸d2從車輛長邊方向來看，從第1中空形材10之長邊方向之兩端向內側增大。

複數個連結板部6c係於相互於車體之周方向上隔離之位置，相對於內板部6a與外板部6b之板面而傾斜連結。作為一例，從車輛長邊方向來看，配置於第1中空形材10之內側的鄰接之各連結板部6c之除底邊部以外之部分之板厚尺寸d3係設定為鐵道車輛構造體1所具有之複數個連結板部6c之最小板厚尺寸。作為一例，口琴型構造部H1係由單一之第1中空形材10所構成。

圖4係圖1之第3中空形材12之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖4所示，從車輛長邊方向來看，於第3中空形材12之簷梁側之端部形成有厚度縮小部R1。

內板部6a之板厚尺寸d1於厚度縮小部R1內比較小，且從厚度縮小部R1朝向車頂構造體4之中央部4a（圖4之紙面之從左向右），厚度暫時增大後再次減少。外板部6b之板厚尺寸d2於較第3中空形材12之中央而言之簷梁側之位置，部分性地增大。該外板部6b之板厚尺寸d2之增大區域中之板厚尺寸d2係於較其周邊區域之板厚尺寸d2大之值之範圍內，從車頂構造體4之中央部4a朝向簷梁（圖4之紙面之從上向下），減少後增加。

另外，複數個連結板部6c中之任一個具有板厚尺寸d3從車體之車內側及車外側中之其中一者朝向另一者而遞減之遞減區域。本實施方式之第3中空形材12中，例如，於構造體厚度方向上與外板部6b之板厚尺寸d2之增大區域重疊之連結板部6d（圖4之紙面之從左側起第4個連結板部6c）具有板厚尺寸d3從車外側朝向車內側而減少之遞減區域。

圖5係圖1之第4中空形材13之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖5所示，從車輛長邊方向來看，於第4中空形材13之車頂構造體4之中央部4a側之端部（圖5之紙面之靠上之部位），形成有厚度縮小部R1。該厚度縮小部R1於鐵道車輛構造體1中，與第3中空形材12之厚度縮小部R1連接。即，本實施方式中，厚度縮小部R1係跨越鄰接之中空形材12、13而形成。

內板部6a中，從第4中空形材13之中央向簷梁側（圖5之紙面中，從第4中空形材13之中央靠下之部分），與鄰接之連結板部6c之連結部分間之板厚尺寸d1比較大。另外，與該鄰接之連結板部6c之連結部分間，從車輛長邊方向來看，越遠離各連結部分，板厚尺寸d1越小。

在與連結板部6e、6f（從紙面左側起第4、5個連結板部6c）之連結部分間，越遠離各連結部分，外板部6b之板厚尺寸d2越小。

另外，於第4中空形材13中，包含具有遞減區域之連結板部6e、6f，該遞減區域係板厚尺寸d3從車體之車內側及車外側中之其中一者朝向另一者而遞減。

藉此，連結板部6e、6f具有板厚尺寸d3從內板部6a及外板部6b朝向上述中間部分而遞減之2個遞減區域。連結板部6e、6f之板厚尺寸d3成為最小值之各部分於連結板部6e、6f中最佳化。

圖6係圖1之第5中空形材14之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖6所示，從車輛長邊方向來看，第5中空形材14具有與屋簷之形狀相符之彎曲形狀。

第5中空形材14之厚度尺寸（構造體厚度尺寸D）除了第5中空形材14之從車輛長邊方向來看之靠近車頂構造體4之中央部4a之端部以外，實質上為固定。內板部6a之板厚尺寸d1與外板部6b之板厚尺寸d2係藉由於車體之周方向上微細地變化而最佳化。藉此，不僅實現鐵道車輛構造體1之輕量化，而且以於荷重局部性地集中於鐵道車輛構造體1之簷梁上之情形時亦可耐受之方式，確保第5中空形材14之強度。

連結板部6c係於相互隔離之位置上，向相互交叉之方向延伸，其延伸之方向係與鐵道車輛構造體1上所產生之剪切力（參照圖12）之作用方向平行。

此處，口琴型構造部H2之連結板部6c之平均間隔較口琴型構造部H2以外之口琴型構造部H1、H3之連結板部6c之各平均間隔而言變得狹窄。藉此，簷梁之中央部1a即便具有口琴型構造部H2，而且構造體厚度尺寸D比較小，亦實現其強度之提高。

圖7係圖1之第7中空形材16之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖7所示，從車輛長邊方向來看，第7中空形材16具有與屋簷之下方之形狀相符之彎曲形狀。

第7中空形材16之厚度尺寸（構造體厚度尺寸D）除了第7中空形材16之上端部以外，實質上為固定。內板部6a之板厚尺寸d1係從屋簷之中央部1a側朝向側構造體3之下側，增大後減少。外板部6b之板厚尺寸d2係從屋簷之中央部1a側朝向側構造體3之下側，增大後減少，且於外板部6b之長邊方向中途再次增大後減少。

圖8係圖1之第8中空形材17之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖8所示，第8中空形材17上形成有厚度縮小部R2。內板部6a之板厚尺寸d1係從屋簷之中央部1a側朝向側構造體3之下側而增大，於厚度縮小部R2之內部成為最大後減少。藉此，不僅實現輕量化，而且於成組疏開部3b上局部性地負荷有荷重之情形時亦確保充分之強度。內板部6a之板厚尺寸d1成為最大之部分配置於如下之連結部分，即，與配置於第8中空形材17之內部之1個連結板部6g（此處為從紙面下側起第6個連結板部6c）之連結部分。外板部6b之板厚尺寸d2實質上為固定。

圖9係圖1之第9中空形材18之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖9所示，內板部6a之板厚尺寸d1係於第9中空形材18之上側部分，在與鄰接之連結板部6h、6i之各連結部分增大，但於下側部分實質上為固定。外板部6b之板厚尺寸d2藉由從屋簷之中央部1a側朝向側構造體3之下側而微細地變化，從而最佳化。

另外，第9中空形材18中，從車輛長邊方向來看，複數個連結板部6c中之任一個具有板厚尺寸d3從車體之車內側及車外側中之其中一者朝向另一者而遞減之遞減區域。

具體而言，於第9中空形材18之上下方向內側鄰接之2個連結板部6i、6j之板厚尺寸d3係於內板部6a與外板部6b之間之中間部分成為最小值，且從內板部6a及外板部6b朝向該中間部分而遞減。

圖10係圖1之第11中空形材20之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。如圖10所示，於第11中空形材20上，於其上側部分形成有厚度縮小部R3。第11中空形材20之厚度尺寸（構造體厚度尺寸D）作為整體，從屋簷朝向底架2而增大。內板部6a之板厚尺寸d1與外板部6b之板厚尺寸d2分別實質上為固定。

此外，上述中空形材10、12～15、17、18、20中之板厚尺寸d1～d3僅為一例，可根據彎曲力矩之大小或分佈來適當設定。

關於口琴型雙層構造與桁架型雙層構造相比較，剪切強度低之原因，例如考慮如下。即，桁架型雙層構造中，在與鐵道車輛構造體之車體之周方向垂直之方向、即與內板部及外板部垂直之方向上發揮作用之剪切力對於連結板部，容易作為面內力（壓縮力或者拉伸力）而作用。因此，桁架型雙層構造中，連結板部有效地抵抗此種剪切力。藉此，桁架型雙層構造具有比較高之剪切強度。

與此相對，口琴型雙層構造中，剪切力對於連結板部，容易作為面外力而作用。因此，口琴型雙層構造中，若剪切力發揮作用，則連結板部與桁架型雙層構造之連結板部相比容易變形，因此認為，口琴型雙層構造與桁架型雙層構造相比，剪切強度低。

如此一來，口琴型雙層構造若與桁架型雙層形材相比較，則於因車內外之壓力差，作用於鐵道車輛構造體之壓力所波及之情形時，存在產生大的變形且產生高應力之顧慮。

圖11係表示於圖1之鐵道車輛構造體1上，因車內外之氣壓差而產生之彎曲力矩之大小的模擬圖。圖11中之箭頭之長度尺寸越長，表示彎曲力矩越大，箭頭之方向表示相對於箭頭之起點處之鐵道車輛構造體之表面而言之垂線方向。另外，圖11中之輪廓線L1係對應從圖1之車輛長邊方向來看之鐵道車輛構造體1之輪廓線，線L2表示通過複數個箭頭之前端之線。

如圖11所示，所產生之彎曲力矩之絕對值於車頂構造體4上，在車寬方向之中央部4a中成為最大，於簷梁上在中央部1a中成為最大，於側構造體3上在成組疏開部3b中成為最大。另外，雖未圖示，但根據其他模擬之結果可知，於車內外之氣壓差不同之情形、或車內外之氣壓之哪一者高之情形時，彎曲力矩之絕對值成為最大值之位置均為大致相同之位置。

於鐵道車輛構造體1之彎曲力矩小之部分，藉由提高鐵道車輛構造體1之強度，可減小鐵道車輛構造體1之變形量。藉此，例如，在對應車頂構造體4之中央部4a之第1中空形材10、以及配置於成組疏開部3b上之第8中空形材17之上側部分，可減少連結板部6c之數量。

圖12係根據圖11所示之彎曲力矩，表示相對於車體之周方向而於垂直之方向上作用於鐵道車輛構造體1上之剪切力之大小的模擬圖。圖12中之輪廓線L1係對應於從圖1之車輛長邊方向來看之鐵道車輛構造體1之輪廓線，線L3表示通過複數個箭頭之前端之線。另外，圖12中之箭頭之長度尺寸越長，表示剪切力越大，箭頭之方向表示相對於箭頭之起點處之鐵道車輛構造體1之表面而言之垂線方向。

如圖12所示，於鐵道車輛構造體1之側構造體3與底架2結合之結合部以外之區域，於彎曲力矩之絕對值成為最大值之位置，於垂直方向上發揮作用之剪切力充分低。

考慮到以上所述之方面，本實施方式之鐵道車輛構造體1中，考慮到強度與重量之平衡，口琴型構造部H1～H3、桁架型構造部T1～T3、以及厚度縮小部R1～R3配置於最佳位置，而且鐵道車輛構造體1之構造體厚度尺寸D與板厚尺寸d1～d3最佳化。

如以上所說明，本實施方式中之鐵道車輛構造體1中，從車輛長邊方向來看，於雙層構造7之區域C1～C3上配置有厚度縮小部R1～R3。藉此，可縮短厚度縮小部R1～R3中之連結板部6c之從車輛長邊方向來看之長度尺寸，可使連結板部6c輕量化。另外，藉由於鐵道車輛構造體1之彎曲力矩成為未滿最大值之位置配置厚度縮小部R1～R3，可確保鐵道車輛構造體1之必需強度。因此，不僅實現鐵道車輛構造體1之輕量化，而且即便不使用增強框架，亦可耐受因車內外之差壓而使構造體負荷之壓力荷重。

另外，由於鐵道車輛構造體1之雙層構造7具有桁架型構造部T1～T3及口琴型構造部H1～H3，故而可將各構造部T1～T3、H1～H3分開使用而配置於鐵道車輛構造體1之適當位置。

藉此，例如，於剪切力比較大之鐵道車輛構造體1之部分，以與口琴型構造部H1～H3鄰接之方式配置桁架型構造部T1～T3，且於剪切力比較小之鐵道車輛構造體1之部分，配置口琴型構造部H1～H3，藉此，可由口琴型構造部H1～H3來實現鐵道車輛構造體1之輕量化，而且可由桁架型構造部T1～T3來確保鐵道車輛構造體1之強度。

另外，厚度縮小部R1～R3係對應產生之彎曲力矩之絕對值成為最小值之位置而形成，因此可防止由於設置厚度縮小部R1～R3而引起之鐵道車輛構造體1之強度下降，而且可使鐵道車輛構造體1良好地輕量化。

另外，口琴型構造部H1～H3配置於車頂構造體4之中央部4a、簷梁之車體之中央部1a、以及側構造體3之成組疏開部3b中之至少任一位置上。

如上所述，於車頂構造體4之中央部4a、簷梁之中央部1a、以及側構造體3之成組疏開部3b，與鐵道車輛構造體1之其他位置相比，於因車內外之氣壓差，壓力荷重作用於鐵道車輛構造體1上之情形時，作用於鐵道車輛構造體1上之剪切力亦充分低。因此，藉由於鐵道車輛構造體1之上述位置配置口琴型構造部H1～H3，則鐵道車輛構造體1即便不使用增強框架，亦可耐受壓力荷重。

另外，於比較大之剪切力所作用之鐵道車輛構造體1之部分，與口琴型構造部H1～H3鄰接而配置有桁架型構造部T1～T3，且於比較小之剪切力所作用之鐵道車輛構造體1之部分，配置有口琴型構造部H1～H3，因此即便不使用增強框架，亦可確保鐵道車輛構造體1之與口琴型構造部H1～H3鄰接之位置之強度。

另外，藉由雙層構造7之內壁部7a、外壁部7b、以及複數個連結板部6c之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸，例如於強度比較高之位置可減小板厚尺寸，且於強度比較低之位置可增大板厚尺寸。藉此，與增大雙層構造之整體之板厚尺寸之情形相比，不僅可實現鐵道車輛構造體1之輕量化，而且可獲得鐵道車輛構造體1之必需強度。

另外，從車輛長邊方向來看，複數個連結板部6c中之任一個具有板厚尺寸遞減之遞減區域，因此，例如於板厚尺寸比較大之區域可獲得連結板部6c之強度，而且於板厚尺寸比較小之區域可實現連結板部6c之輕量化。

另外，從車輛長邊方向來看，配置於口琴型構造部H1～H3內之複數個連結板部6c中的於車體之周方向上鄰接之2個以上之連結板部6c係於相互交叉之方向上延伸，因此容易設計配置於口琴型構造部H1～H3內之複數個連結板部6c。因此，可實現輕量化，而且可提高鐵道車輛構造體1之設計自由度。

另外，由於鄰接之2個以上之連結板部6c係與所產生之剪切力之作用方向平行地延伸，故而可抑制連結板部6c之重量，而且可獲得連結板部6c之必需強度。

另外，複數個中空形材6中，複數個內板部6a結合而形成內壁部7a，並且複數個外板部6b結合而形成外壁部7b，因此可效率良好地構成雙層構造7。

另外，複數個中空形材6中，配置於簷梁以及成組疏開部3b上之中空形材之內板部6a、外板部6b、以及連結板部6c中之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸，因此可實現鐵道車輛構造體1之輕量化，而且可容易獲得必需之強度。

本發明並不限定於上述實施方式，可於不脫離本發明之主旨之範圍內，變更、追加、或者削除其構成。雙層構造中，形成外壁部及內壁部之中空形材之數量並不限定於上述實施方式所示之數量，可適當調整。

D‧‧‧構造體厚度尺寸 d1～d3‧‧‧板厚尺寸 H1～H3‧‧‧口琴型構造部 T1～T3‧‧‧桁架型構造部 R1～R3‧‧‧厚度縮小部 C1～C3‧‧‧區域 CL‧‧‧中心線 1‧‧‧鐵道車輛構造體 1a‧‧‧簷梁之中央部 2‧‧‧底架 2a‧‧‧側梁 2b‧‧‧側梁之下側部分 3‧‧‧側構造體 3b‧‧‧成組疏開部 4‧‧‧車頂構造體 4a‧‧‧車頂構造體之中央部 5‧‧‧橫樑 6、10～22‧‧‧中空形材 6a‧‧‧內板部 6b‧‧‧外板部 6c、6d～6j‧‧‧連結板部 7‧‧‧雙層構造 7a‧‧‧內壁部 7b‧‧‧外壁部 8‧‧‧地板

圖1係實施方式之鐵道車輛構造體之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖2係從車外來看圖1之鐵道車輛構造體之側面之側視圖。 圖3係圖1之第1中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖4係圖1之第3中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖5係圖1之第4中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖6係圖1之第5中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖7係圖1之第7中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖8係圖1之第8中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖9係圖1之第9中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖10係圖1之第11中空形材之與車輛長邊方向垂直之鉛直剖面圖。 圖11係表示圖1之鐵道車輛構造體中因車內外之氣壓差而產生之彎曲力矩之大小的模擬圖。 圖12係根據圖11所示之彎曲力矩，表示相對於車體之周方向而於垂直方向上作用於鐵道車輛構造體之剪切力之大小的模擬圖。

1‧‧‧鐵道車輛構造體

1a‧‧‧簷梁之中央部

2‧‧‧底架

2a‧‧‧側梁

2b‧‧‧側梁之下側部分

3‧‧‧側構造體

3b‧‧‧成組疏開部

4‧‧‧車頂構造體

4a‧‧‧車頂構造體之中央部

5‧‧‧橫樑

6、10~22‧‧‧中空形材

6a‧‧‧內板部

6b‧‧‧外板部

6c‧‧‧連結板部

7‧‧‧雙層構造

7a‧‧‧內壁部

7b‧‧‧外壁部

8‧‧‧地板

C1~C3‧‧‧區域

CL‧‧‧中心線

D‧‧‧構造體厚度尺寸

H1~H3‧‧‧口琴型構造部

R1~R3‧‧‧厚度縮小部

T1~T3‧‧‧桁架型構造部

Claims (9)

1. 一種鐵道車輛構造體，其包括：具有側梁之底架、側構造體、及車頂構造體；上述側構造體、上述車頂構造體及上述側梁具有雙層構造，該雙層構造包含內壁部、外壁部、以及將上述內壁部與上述外壁部以使壁面隔離之狀態連結之複數個連結板部；上述雙層構造包括：口琴型構造部，其從車輛長邊方向來看，由上述複數個連結板部中之鄰接之2個連結板部、上述內壁部及上述外壁部所形成之封閉空間為四角形；以及桁架型構造部，其從車輛長邊方向來看，與上述口琴型構造部鄰接，且由上述2個連結板部、與上述內壁部或上述外壁部所形成之封閉空間為三角形；從車輛長邊方向來看，上述雙層構造中，於上述車頂構造體之車寬方向之中央部與簷梁之中央部之間的區域、上述簷梁之上述中央部與上述側構造體之成組疏開部之間的區域、以及上述側構造體之成組疏開部與上述側梁之間的區域中之至少任一者上，與鄰接區域相比，上述內壁部配置於較靠近車外側，上述內壁部朝向車外側凹陷，藉此形成構造體厚度尺寸縮小之厚度縮小部。
2. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛構造體，其中上述厚度縮小部係從車輛長邊方向來看，與鐵道車輛構造體所負荷之彎曲力矩之絕對值為最小值之位置對應而形成。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鐵道車輛構造體，其中上述口琴型構造部配置於上述車頂構造體之車寬方向之上述中央部、上述簷梁之上述中央部、以及上述側構造體之上述成組疏開部中之至少任一者上。
4. 一種鐵道車輛構造體，其包括：具有側梁之底架、側構造體、及車頂構造體； 上述側構造體、上述車頂構造體及上述側梁具有雙層構造，該雙層構造包含內壁部、外壁部、以及將上述內壁部與上述外壁部以使壁面隔離之狀態連結之複數個連結板部；從車輛長邊方向來看，上述內壁部、上述外壁部、以及上述複數個連結板部之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸，從車輛長邊方向來看，於上述車頂構造體之車寬方向之中央部與簷梁之中央部之間之區域、上述簷梁之上述中央部與上述側構造體之成組疏開部之間之區域、以及上述側構造體之成組疏開部與上述側梁之間之區域之至少任一者上，與鄰接區域相比，上述內壁部配置於較靠近車外側，上述內壁部朝向上述外壁部凹陷，藉此形成構造體厚度尺寸縮小之厚度縮小部。
5. 如申請專利範圍第4項之鐵道車輛構造體，其中從車輛長邊方向來看，上述複數個連結板部中之任一者具有板厚尺寸從上述車體之車內側與車外側中之其中一者朝向另一者而遞減之遞減區域。
6. 如申請專利範圍第4或5項之鐵道車輛構造體，其中上述雙層構造，具有從車輛長邊方向來看，由上述複數個連結板部中之鄰接之2個連結板部、與上述內壁部及上述外壁部所形成之封閉空間為四角形之口琴型構造部；從車輛長邊方向來看，配置於上述口琴型構造部內之上述複數個連結板部中的於上述車體之周方向上鄰接之2個以上之連結板部向相互交叉之方向延伸。
7. 一種鐵道車輛構造體，其包括：具有側梁之底架、側構造體、及車頂構造體；上述側構造體、上述車頂構造體及上述側梁具有雙層構造，該雙層構造包含內壁部、外壁部、以及將上述內壁部與上述外壁部以使壁面隔離之狀態連結 之複數個連結板部；從車輛長邊方向來看，上述內壁部、上述外壁部、以及上述複數個連結板部之至少任一者於複數個位置具有不同之板厚尺寸；上述雙層構造，具有從車輛長邊方向來看，由上述複數個連結板部中之鄰接之2個連結板部、與上述內壁部及上述外壁部所形成之封閉空間為四角形之口琴型構造部；從車輛長邊方向來看，配置於上述口琴型構造部內之上述複數個連結板部中的於上述車體之周方向上鄰接之2個以上之連結板部向相互交叉之方向延伸；從車輛長邊方向來看，鄰接之2個以上之連結板部與因車內外之氣壓差而產生之剪切力之作用的方向平行地延伸。
8. 如申請專利範圍第1、2、4、5項中任一項之鐵道車輛構造體，其中上述側構造體與上述車頂構造體具有複數個中空形材，上述複數個中空形材分別包含：配置於上述車體之車內側之內板部、上述連結板部、以及外板部，上述外板部配置於上述車體之車外側，且於使上述內板部與板面隔離之狀態下，藉由上述連結板部而與上述內板部連結；並且於上述複數個中空形材中，結合複數個上述內板部而形成上述內壁部，並且結合複數個上述外板部而形成上述外壁部。
9. 如申請專利範圍第8項之鐵道車輛構造體，其中上述複數個中空形材中，與上述簷梁及上述成組疏開部之至少任一者對應而配置之中空形材之上述內板部、上述外板部、以及上述連結板部之至少任一者從車輛長邊方向來看，於複數個位置具有不同之板厚尺寸。

Images