JPH04201664A - 鉄道車両の車体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両の車体に係り、特に高速で走行する
鉄道車両に好適な車体に関するものである。゛ 〔従来の技術〕 屋根構体は車体の両側面を構成する側構体を５その上部
において連結するもので、車体としての六面体を構成す
る部材の一つである。従来の屋根構体は左右の側構体の
幕部上端に位置する長桁間に垂木をわたし、車体の長手
方向にはしご状に多数配設し、この上面に外板を抵抗ス
ポット溶接あるいはアーク溶接などにより結合した構造
としている。この構造例としては、例えば機械工学便覧
、第１５編、７９頁から８０頁（日本機械学会編（１９
７７））に論じられている。 しかし、最適の車両では高速化の傾向が著しく、それに
伴い、構体、に加わる荷重条件がますます厳しくなって
きている。特に高い気密性能を要求される車両において
は、耐圧強度の高い構体としなければならず、従来の屋
根構造では強度的に厳しくなる。さらに、高速化に対応
して、軽量構造のものが要求される。 ［発明が解決しようとする課題〕 車両の高速化に伴い、車体の内外における気圧の変動差
が大きくなる。従来、屋根構体は台枠、側構体に比較し
て、強度的に余裕のある部位の一つであった。しかし、
上記の耐圧性能が要求される車両においては、十分な強
度を確保しなければならず１．応力低減を図るために、
垂木、外板の寸法が大きくなり、車体の軽量化を阻むと
いう問題が生じる。特に、垂木と長桁の結合部に大きな
局部応力が発生し、この部分の構造設計が重要な課題の
一つとなる。これらの課題を解決手段として、垂木の本
数を増加することになるため、垂木と外板の結合に多大
の製作工数が必要になる。 本発明の目的とするところは、十分な耐圧構造を有し、
軽量な屋根構体を提供することにある。 〔課題を解決するための手段］ 上記目的は下記により達成される。 （１）屋根構体および側構体のＲ部を基本的にはハニカ
ム材、サンドイツチ材およびその他の複合材で構成する
。 （２）上記側構体のＲ部の曲率半径を従来構造より太き
（；耐圧仕様に比例して増加させる。 従来構造のものでは、曲率半径は最大３００１１ＩＩ＋
程度であるが、高速車両では５００ｍｍ以上にする。 （３）従来構造と異なり、外板すなわち、上記の複合材
の上面、特に内表面に車体の周方向に配設する垂木材を
なくした構造とする。 ［作　　　用］ 屋根構体に圧力荷重が作用した場合、該部材の一般部に
発生する応力は低減される。すなわち、本部材の板厚が
大きくなることおよび屋根構体の曲率半径Ｒが大きくな
ることにより、下記の式に示す通りとなる。 ａ　＝　Ｐ　Ｘ　Ｒ／　ｔ ここで、０：応力、Ｐ：作用圧力、ｔ：板厚なお、上式
において、Ｒが大きくなれば、応力も増加するが、Ｒ／
ｌが実質的には小さくなるように板厚ｔが増加すること
になり、応力０は低減することになる。 一方、屋根構体の構造決定を支配している長桁周辺の局
部応力についてみると、基本的には周方向の骨組（垂木
）がなくなるため１本部材による不連続応力が発生しな
いことになる。また、複雑な補強構造、グラインダ仕上
げなどの製作工数が省略できる。これにより、屋根部材
の最適化、すなわち、軽量化を図ることができる。 〔実　施　例〕 以下、本発明の一実施例および他の実施例を図により説
明する。第１図は本発明による車体の一実施例を示す、
同図において、ｌは側構体、２は台枠、３０は屋根構体
である。該屋根構体３０は側構体ｌと１８部３１、長桁
３２を介して結合される。本実施例では、屋根構体３０
および１８部３１はハニカム材で構成されている。側構
体１８よび台枠２は車体の長手方向に並べたリブ付きの
板を一体で押出した型材で構成したものである。 第２図は側構体１もハニカム材で構成した場合の実施例
を示したものである。 屋根構体３０と１８部３１との結合は次に示す通りであ
る。第３図はその実施例を示したものである。ハニカム
パネルの大きさは、現状の技術では幅および長さに限界
があり、その端部に縁材を設ける構造とする。第４図は
ハニカムパネル３０′と周方向の縁材との結合構造例を
示したものである。（第３図のＡ−Ａ断面）本実施例で
は周方向の縁材３３の高さをハニカムパネル３０′の高
さよりも大きく、車体長手方向の縁材３２′の高さはハ
ニカムパネルとほぼ同じにする。縁材３３とパネル３０
′の結合部では、縁材に曲率半径の大きな８部３４を設
け、応力集中をさける構造としている。パネル同士の結
合は縁材３３を互いに対称になるように組合せ、パネル
の片面のみから溶接３５で結合できるように、縁材３３
の下面が開いた構造としている。この縁材３３を必要に
応じ、箱形構造にしたい場合には、下側に平板３６を溶
接することにより構成することができる。 なお、本発明においては、曲率半径の大きい屋根構体３
０と曲率半径の小さい１８部３１を別部材にすることに
限定することはなく、一体に成形する構造を用いても良
い。この場合、共析３２は不必要となる。 屋根構体３０および１８部３１の厚さは本部材に作用す
る荷重の大きさにより決まり、高速車両の場合、圧力荷
重に支配されることになる。 このように、該両部材の車体周方向には縁材を除き垂木
に相当する部材は配設されないことになる。ただし、荷
重条件が厳しい場合、第３図に示したパネルの内部の範
囲で車体周方向に骨組を配設することもあり得る。しか
し、パネルの内外面の面板上に骨組部材を配設すること
はない構造をとる。 第５図で、周方向の縁材３３を優先して通し、長手方向
の縁材３２′を縁材３３にぶつけて溶接結合する。 次に、屋根構体に作用する荷重を考える０本部体には、
台枠２の面に作用する垂直等分布荷重、台枠の両端部に
作用する車端圧縮荷重および車体の内外圧における気圧
の変動差に伴う圧力荷重などが加わる。これらのうち、
屋根構体３０および１８部３１の部材寸法は、主として
後者の圧力荷重により決定されることになる。 いま、屋根構体３０に内圧が作用した場合を考える。垂
木のある従来構造では、外板に加わる荷重の垂木１ピッ
チ当りの荷重を本部材で負担することになる。第６図は
車体幅方向の屋根構体に内圧が作用した場合、本構体に
発生する曲げモーメント分布を示したものである。この
曲げモーメントは、１８部３１および共析３２の拘束度
（構造）により異なるが、車体幅の中央部（Ｍｌ）およ
び両端部（Ｍ２）で大きくなる。 本発明では、基本的に屋根構体に車体の周方向部材、す
なわち、垂木−相当する部材を設けない構造とする。こ
のため、上記の曲げモーメントをハニカム材３０で負担
することになるが、該ハニカム材の全板厚を、従来構造
より大きくすることにより、発生する応力を同等以下に
押えることができる。 一方、共析３２の周辺に発生する曲げモーメント（Ｍｚ
）は共析、１８部の構造および側構体との結合構造など
、構体全体との力の釣合いにより決定される。また、こ
の共相近傍では、変形および局部応力が大きく変化する
所であり、強度的にも重要な部位となる６本発明では、
屋根構体を面外の曲げ剛性が大きいハニカム材で構成す
ることと、上記の曲げモーメント荷重を車体の長手方向
全長にわたり一様に分担させることにより、応力低減を
図るとともに、局部的に応力が集中しない構造とするこ
とができる。 次に、第７〜第９図は第１図に示した構造の他の実施例
を示す。 第７図は、リブ付きの大形型材を上、下に組合わすこと
により、パネルを構成し、第１図に示したハニカムパネ
ルと同等の面外曲げ剛性を有する構造材としたものであ
る。 第８図は、薄板を折り曲げた部材でパネルを構成し、こ
の場合、平板部の座屈防止に補強５２を取付ける。折り
曲げ部材５０同士の結合はスポット溶接５４で行い、両
者間のシール溶接を５３に行うようにしたものである。 第９図は、開きの大形型材を組合わすことにより中空型
材を構成し、これによってパネルを構成するようにした
ものである。

【発明の効果】

本発明によれば、屋根構体に局部応力の発生する個所が
なくなり、パネル全体で均等に荷重を分担することにな
るため、十分な耐圧性能を有し、軽量な屋根構体を提供
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明による構体全体の斜視図、第３図は
ハニカムパネルの構造、第４図は縁材の構造、第５図は
パネル同士の結合構造、第６図は屋根構体の横断面に内
圧が作用した場合の曲げモーメント分布図、第７図、第
８図、第９図は本発明による屋根構体のさらに他の実施
例を示す車体幅方向断面図である６ ３０−−−−−一屋根構体、３１−−−−−一軒Ｒ部、
３２−−−−−一共析、３０′−−−−−−ハニカムパ
ネル、３２’　　−−一−−−車体長手方向の縁材、３
３’−−−−ｍ−車体周方向縁材 代理人　弁理士　　小　川　勝　男　−（、／ オ　ｌ　図 ７２　図 Ａ　５　図 ’；ｊｔ　　閃 ４７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車体の上部をなす鉄道車両の屋根構体を、軽合金製
   の表材、芯材および結合用部材とから成り前記芯材の両
   面に前記表材を配置し、かつ、前記芯材および表材の外
   周端に結合用部材を配置してこれらをろう付けによって
   接合したパネルで構成し、少なくとも前記表材の外表面
   上には骨組部材を配設しないことを特徴とする鉄道車両
   の車体。 ２、請求項１記載の鉄道車両構体の屋根構体において、
   該外周端に設けた結合用部材を車体の長手方向および周
   方向に配設し、かつ、該長手方向部材の高さを該パネル
   の厚さと同等以下、周方向部材を同等以上とし、さらに
   、両者の交差部において、該周方向部材を優先して配設
   、該長手方向部材を前者に従って結合することを特徴と
   する鉄道車両の車体。 ３、請求項１記載の鉄道車両において、少なくとも屋根
   構体および側構体の上部軒部の湾曲部を該パネルで、か
   つ、側構体、台枠構体を軽合金製の車体長手方向に引通
   して一体成形されたリブを有する外板とからなる押出し
   型材で構成したことを特徴とする鉄道車両の車体。 ４、屋根構体を構成する該パネルを車体長手方向に引通
   して一体成形されたリブを有する外板を積層した構造で
   構成したことを特徴とする鉄道車両の車体。 ５、屋根構体を構成する該パネルを、薄板を折り曲げ、
   車体の長手方向に通してリブを構成した部材を組合せて
   構成したことを特徴とする鉄道車両の車体。 ６、屋根構体を構成する該パネルを、車体の長手方向に
   引通して一体成形された小さなリブを有する外板を組合
   せて中空型材を構成し、本部材で構成したことを特徴と
   する鉄道車両の車体。