JPH05131925A

JPH05131925A - 軽量構体

Info

Publication number: JPH05131925A
Application number: JP29878991A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Ohara; 守大原; Morishige Hattori; 守成服部; Masato Okazaki; 正人岡崎; Michifumi Takechi; 通文武市; Naotaka Arizono; 尚高有薗
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、軽量でありながら、高剛性と高耐圧
を有する鉄道車両構体を提供することにある。【構成】車両断面的には、曲率が連続して変る２次元的
な円弧曲線形状又は円錐曲線形状とした側構体３，屋根
構体４および台枠２で形成され、これらは表材と芯材を
持つ軽合金製の積層材とし、高剛性の向上のため車両四
隅に継ぎ金８及び側梁６を持つ構造とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の軽量構体に
関するもので、特に曲率が連続的に変化する軽量構体の
軽量構造と高耐圧構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両構体には、骨部材の外側
に外板を接合して構成される鉄系車両と、骨部材間と外
板接合の強度向上のため三次元立体継手で構成されるス
テンレス系車両がある。これらの鉄道車両構体として
は、例えば特公昭６２−３５９３７号がある。

【０００３】又、構体を軽合金製材料例えばアルミニウ
ム合金製材料によって構成したものが知られている。こ
れは外板と骨部材を一体に成形した押出型材を用い、製
作工数の低減および構体の剛性向上を図っているもの
で、例えば軽合金車両委員会報告書ＮＯ．３昭４９−
昭５２年社団法人日本鉄道車両工業会発行頁７０−頁
７２に記載された構体構造が挙げられる。

【０００４】これらの他に、客室の床面を構成する床板
に、軽量化のため接着方式のアルミハニカムサンドイッ
チパネルを用いた構造が知られており、これらの例とし
ては例えば実開昭５４−１８３００７号，実開昭６０−
１７９５６９号等が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、鉄道車両におい
ては走行速度の向上が要求されている。鉄道車両の走行
速度向上に伴って、軌道への衝撃力増大，走行に伴う騒
音の増大，さらに運転動力費の増大などの問題が生じ
る。そこで、前記種々の問題点を解決するためには、鉄
道車両構体を軽量化することが必要となってきている。

【０００６】鉄系材料製構体においては、骨部材および
外板自体の薄肉化によって軽量化を図っているが、該構
体自体の剛性を確保するためには、骨部材および外板自
体を薄肉化するとしてもそれには限界があった。

【０００７】また、軽合金製構体においては、外板部分
も含めて押出型材によって構成しているが、前記押出型
材自体の板厚を薄くするには、技術的に限界があった。
また、前記押出型材の板厚を極端に薄くすると、それ自
体の面外曲げ剛性および剪断剛性が低下し、補強材を多
数設置する必要が生じる。さらに押出型材に前記補強材
を設置する構造の場合、製作工数が増大するという問題
があった。

【０００８】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、構体の主要部材、即ち大きな荷重が作用す
る部位に用いた場合、その信頼性の確保の点で問題があ
った。

【０００９】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、構体全体を気密構造としている。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。

【００１０】本発明の第１の目的は、耐圧性の優れた鉄
道車両構体を提供することにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、鉄道車両構体とし
て軽量で剛性のある鉄道車両構体を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的は、鉄道
車両構体を構成する側構体，屋根構体，妻構体および台
枠の下面を軽合金製の表材，芯材および結合用部材とか
ら成り、前記芯材の両面に表材を配置し、かつ、該芯材
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側外板部材と、側構体の車体
長手方向に設置される骨部材と、側構体の車体周方向に
配置される側柱とから構成したことにより、達成され
る。

【００１３】前記第１の目的は、鉄道車両構体を構成す
る側構体，屋根構体，妻構体および台枠の全てを軽合金
製の表材，芯材および結合用部材とから成り、前記芯材
の両面に表材を配置し、かつ、該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
接合した屋根板部材と、屋根構体の幅方向両端に車体長
手方向に引通して配置される長桁と、該長桁間に車体幅
方向に引通して配置される垂木とから構成したことによ
り、達成される。

【００１４】前記第２の目的は、軽合金製の表材，芯材
および結合用部材とから成り、前記芯材の両面に表材を
配置し、かつ、該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、前記結
合用部材の接合部フランジの外面を表材の外表面と面一
にしたことにより、達成される。

【００１５】前記第２の目的は、軽合金製の表材，芯材
および結合用部材とから成り、前記芯材の両面に表材を
配置し、かつ、該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、前記結
合用部材に、構体を構成する骨部材を一体に形成したこ
とにより、達成される。

【００１６】

【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
を構成する気密壁に作用する。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合わせて、これらをろう付けによ
って接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。

【００１７】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
を重ね合わせて、これらをろう付けによって接合した積
層材によって構成されている。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。

【００１８】次に、本発明で使用する積層材は、外周端
の結合用部材の外面が表板の表面と面一となっているた
め、該積層材によって構体を製作した場合、構体表面の
平滑化が容易である。また、積層材同士の接合は、各積
層材を構成する結合用部材を介して行なうため、該接合
部分の十分な強度を確保でき、かつ、接合作業を溶接に
よって行なえるため、作業を容易に行なえる。したがっ
て、鉄道車両構体の製作時における作業工数を低減する
ことができる。

【００１９】また、本発明で使用する積層材は、結合用
部材に構体を構成する骨部材を一体に形成した構成とな
っているため、骨部材と前記積層材との接合作業を削減
でき、鉄道車両構体の製作時における作業工数を低減す
ることができる。

【００２０】次に、本発明による軽量構体のブロック製
作方法によれば、同一の治具上で、かつ、一方側からの
作業によって積層材および骨部材の接合作業が行なえる
ため、鉄道車両構体の製作時における作業工数を低減す
ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図によって説明す
る。本発明を適用した構体１は、台枠２，側構体３，屋
根構体４および妻構体５から構成されている。６は前記
台枠２を構成する側梁で、台枠２の車体幅方向両端部に
車体長手方向に引通して設置されている。７は平行に配
置された前記側梁６の間に、車体幅方向に引通して設置
された横梁で、その両端は側梁６の側面６ａに接合され
ている。

【００２２】又、前記台枠２，側構体３，屋根構体４で
構成される構体は組合せると円弧曲線又は円錐曲線とな
り、気密と高耐圧が図れるものである。さらに、側梁６
と側構体３の上部は押出型材の組合せをした継ぎ金８を
設けることによりモノコック構造体となり、超軽量で高
耐圧で剛性の高い構体が得られる。又、継ぎ金８が両側
にあることにより、製作容易化が図れ曲げ剛性値を向上
できる。

【００２３】側梁６は、中空材とし、車端圧縮荷重の伝
達材および側構体と台枠２，床板，横梁７の接続材を兼
ねている。一方、１１は側柱であり、この骨部材の外表
面に側外板部材１２が接合される。側外板部材１２は、
図３に示すように表材１３および１４と該表材１３およ
び１４の間に設置されるコア１５とから成る軽合金製又
はこれよりも軽い材料の積層構造となっており、図にお
いては、表材１３が構体１の外表面を成している。前記
コア１５としては、例えば軽合金製ハニカム材が用いら
れる。この軽合金製ハニカム材に代えて格子状に形成し
た軽合金製薄板或いは軽合金製発泡材を用いてもよい。
なお、前記表材１３，１４およびコア１５は、ろう付に
よって接合される。構体１の車外の圧力が変動した場
合、側外板部材１２が車内の圧力を一定に保つ気密壁と
なる。

【００２４】ところで、前記側外板部材１２は、前記台
枠２の側梁６の上面から継ぎ金８の側面すなわち屋根構
体４の車体周方向端部までが一体として構成されてい
る。該側外板部材１２の車体長手方向の幅寸法は、側構
体３を車体長手方向について複数に分割した長さとなっ
ている。そして、側構体３の外表面は、複数の側外板部
材１２を溶接によって接合することによって構成され
る。すなわち、図２の側構体２においては、各側柱１１
の間を１枚の側外板部材１２によって構成した例を示し
ている。なお、側外板部材１２の幅寸法については、３
本以上の側柱１１間に亘る長さとしても良い。

【００２５】次に、前記側外板部材１２と側柱１１およ
び垂木９との接合部について説明する。

【００２６】図３において、１７は前記側外板部材１２
の外周端面に成形時に一体にろう付された結合用部材
で、一般的には軽合金製押出形材を用いる。該結合用部
材１７は、コ字形断面に形成され、コア１５がろう付さ
れるように対応している。結合用部材１７の端に、次の
パネルである側外板部材１２との接合のための縁材１８
が溶接２０で結合用部材１７に接合されている。

【００２７】さらに、縁材１８の車内側のフランジ部２
１は、表材１４と同一面を有する。そして、フランジ部
２１に溶接部２０ａを形成して側柱１１に接合する構造
となっている。すなわち、前記側柱１１は隣接した側外
板部材１２の各縁材１８間に跨って接合されている。換
言すれば、各側外板部材１２ブロックは側柱１１の設置
位置で接合される構造となっている。

【００２８】側構体３と屋根構体４は高耐圧と剛性を得
るため、２次元の連続円弧曲線形状又は円錐曲線形状を
採用している。

【００２９】隣接した前記側外板部材１２は、それぞれ
の結合部の縁材１８で溶接によって結合される。このよ
うに側外板部材１２同士の結合作業が終了した時点で、
側柱１１を前述のように各結合用縁材１８に接合する。

【００３０】なお、溶接２０の車外側表面は、前記接合
作業終了後にグラインダ仕上等を行うことにより平滑化
される。

【００３１】次に、図１により屋根構体４について説明
する。８は車体長手方向に引通して配置される継ぎ金、
９は該継ぎ金８に直交して接合される垂木である。これ
ら継ぎ金８，垂木９および屋根板１０によって、屋根構
体４が構成されている。前記継ぎ金８を車体周方向両側
位置に車体長手方向に引通して配置し、継ぎ金８の間に
垂木９を車体長手方向に所定のピッチで車体周方向に伸
ばして平行に配置し、該垂木９の両端を継ぎ金８に接合
している。この継ぎ金８および垂木９の上面側に屋根板
１０が接合される。該屋根板１０は、軽合金製押出形材
を車体長手方向に引通し車体幅方向に隣接して並べ、こ
れらを接合して構成されている。また、該屋根板１０
は、側外板部材１２と同じ積層構造を有している。

【００３２】このような構成において、構体１の組立に
ついて説明する。構体１は、台枠２，側構体３，屋根構
体４および妻構体５をそれぞれ個別に製作し、これらを
互いに接合して完成させる。まず、構体１の基本的な構
成部材である積層材の製作状況を側外板部材１２を例に
説明する。側外板部材１２は、表材１３，１４およびコ
ア１５から構成される。前記表材１３，１４は、素材と
なる軽合金製板材に窓開口部４４を形成するとともに、
該軽合金製板材を側柱１１の間隔に対応した幅寸法およ
び側梁６から継ぎ金８までの寸法に対応した縦寸法に切
断する。一方、コア１５も予め軽合金製板材を組合せて
構成したハニカム材を前記表板１３，１４と同様に所定
の形状に切断する。また、結合用部材１７および縁材１
８も素材を所定の長さに切断し、必要によって成形す
る。これらの表材１３，１４およびコア１５を組合せ
て、各接合部分に金属製接合剤すなわちろうを介在させ
て接合する。このようにして製作された側外板部材１２
は、所定の厚さを有するほぼ平面板であり、側構体３に
おいて、窓開口部４４の上部側の軒部および窓開口部４
４の下側の腰部の部分が曲面を持った構造の場合には、
該曲面を前記側外板部材１２が完成後に成形する。

【００３３】なお、側外板部材１２全体の曲面成形につ
いては、軽合金製板材および軽合金製ハニカム材を切断
して前記表板１３，１４およびコア１５を所定の形状に
成形した後に行なってもよい。但し、この場合には、曲
げる部品の数が増大するとともに各部材間の寸法精度の
確保の問題がある。しかし、表板１３，１４，コア１
５，結合用部材１７および縁材１８を接合した時点で、
既に必要な形状の側外板部材１２が完成していることに
なり、すぐに組立作業が行なえるという利点がある。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、鉄道車両構体を構成す
る側構体，屋根構体，妻構体および台枠のどれも前記側
外板部材によって構成することができ、鉄道車両構体の
高耐圧性と高剛性車両を得ることができ効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による軽量構体の一実施例を示す断面図
である。

【図２】図１に示した軽量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。

【符号の説明】

１…構体、２…台枠、３…側構体、４…屋根構体、５…
妻構体、６…側梁、７…横梁、８…継ぎ金、９…垂木、
１０…屋根板、１１…側柱、１２…側外板部材、１３，
１４…表材、１５…コア、１７…結合用部材、１８…縁
材、４４…窓開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武市通文茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者有薗尚高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】軽合金製の積層材にて製作する車両におい
て、積層材は側，屋根，妻および台枠の全てに使用する
と共に、構体の四隅に型材の中空材をもったモノコック
構造としたことを特徴とする軽量構体。
【請求項２】前記積層材で構成される構体は連続的な円
弧曲線又は円錐曲線で構成されることを特徴とする請求
項１記載の軽量構体。