JPH0858583A - 鉄道車両構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耐圧性、車端圧縮性および曲げ剛性の優れた軽
量な鉄道車両構体を提供する。 【構成】側窓２４からの視野を確保するために、該側窓
２４を直方形又は長方形に形成する。そして、側構体２
０の吹寄せ２３と幕板２２および腰板２１との接合部に
おける側窓２４の縁に相当する部位に、局部応力緩和の
ため母材化した窓隅部材８０を設けることによって、該
側窓２４のコーナ部２５を構成し、局部応力を緩和す
る。また、側窓２４をなす吹寄せ２３の幕板２２及び腰
板２１との接合部においては、特に曲率が始まる部分に
応力集中が生じる。そこで、前記応力集中部を避けて溶
接部２７を形成し、母材化された窓隅部材８０が応力の
高い部分を受け持つように、窓隅部材８０の両端を伸ば
して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両構体の構造に
関わり、高速で走行する鉄道車両に好適な鉄道車両構体
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄道車両の高速化の要求が高まっ
ている。鉄道車両の高速化にともない、軌道破壊や走行
時における騒音の増大や動力費の増加等の問題が生じ
る。これらの問題を解決するためには、鉄道車両の走行
速度に応じた軽量化が必要である。

【０００３】また、鉄道車両が高速でトンネル内を走行
する際、車内外圧力差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すれ違う場合に
は、大きな圧力変動が短時間に発生する。２００km／ｈ
以上の高速で走行する車両は、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、気密構造になっている。

【０００４】したがって、車両の構体は、乗客、各種機
器の荷重と構体の自重および上述した車内外圧力差によ
る荷重にさらされることになる。このため、構体の剛性
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。

【０００５】従来、鉄製構体および軽合金製構体におい
ては、外板部材および骨部材の薄肉化による軽量化が図
られている。

【０００６】また、外板部材に軽合金製のハニカムパネ
ルを用い、骨部材との溶接構造を採用したものがある。
例えば、特開平３−９０４６８号に記載のように、側構
体、屋根構体、床構体等の外板に軽合金製のろう付けハ
ニカムパネルを用い、骨部材をパネルより車両内部側に
配置した構造が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、鉄道車両
の高速化にともない、走行速度に応じた車両構体の軽量
化が必要である。また、鉄道車両車両同士がトンネル内
ですれ違う場合に乗客に不快感を与えないようにするた
めに、気密構造になっている。

【０００８】したがって、車両の構体は、乗客、各種機
器の荷重と構体の自重および上述した車内外圧力差によ
る荷重にさらされることになる。このため、構体の剛性
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。

【０００９】従来、鉄製構体および軽合金製構体におい
ては、外板部材および骨部材の薄肉化による軽量化が図
られているが、部材の強度及び剛性の面から軽量化の限
界がある。

【００１０】また、外板部材に軽合金製のハニカムパネ
ルを用いたものがあるが、車体断面の曲率の変化する箇
所やパネルの接合部において局部的に応力が集中し、補
強部材を必要とするため軽量化の妨げになることがあっ
た。特に、従来の技術は、車体断面の曲率の変化する箇
所やパネルの接合部において局部的に応力が集中し、補
強部材を必要とするため軽量化の妨げになることがあっ
た。

【００１１】本発明の第一の目的は、軽量でかつ耐圧性
の優れた鉄道車両構体を提供することにある。

【００１２】本発明の第二の目的は、垂直曲げ剛性の優
れた鉄道車両用構体を提供することにある。

【００１３】本発明の第三の目的は、車端圧縮強度の優
れた鉄道車両用構体を提供することにある。

【００１４】本発明の第四の目的は、車体剛性を確保
し、視界の良好な長方形の車窓を可能にできる構造を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、屋根
部、幕板部、吹寄せ部及び腰板部が軽合金製の外板部材
を組み合わせて結合され、幕板部と吹寄せ部及び腰板部
との間に矩形の側窓が設けられた鉄道車両構体におい
て、側窓の各隅に相当する吹寄せ部と幕板部との接合
部、及び吹寄せ部と腰板との接合部にそれぞれ、局部応
力緩和のため母材化した窓隅部材によって構成されるコ
ーナ部を設けたことにある。

【００１６】また、側梁の側構体接合部近傍に曲面部を
形成した点にも特徴がある。

【００１７】

【作用】本発明によれば、外板部材すなわち、ろう付ア
ルミハニカムパネルで、側窓周囲を構成する場合におい
て、窓開口の隅部分に関し応力集中が生じる可能性が高
いため、該隅部を母材化すなわち溶接接合線を有さない
単体部材で構成する構造とした。すなわち母材化した窓
隅部材を採用した点に特徴がある。なお、隅部から離れ
た位置で外板部材の接合部材に対して溶接接合する。

【００１８】本発明の他の特徴によれば、側梁に曲面部
を形成しているので、側構体が内外へ倒れる方向の変形
に対して、応力集中を防止することが出来る。

【００１９】

【実施例】まず、本発明の一実施例を図１、２によって
説明する。同図において、１０は鉄道車両の構体であ
り、側構体２０、台枠３０、屋根構体４０および妻構体
５０から構成されている。

【００２０】前記側構体２０は、腰板２１、幕板２２、
吹寄せ２３から構成されており、それぞれ後述する積層
構造の外板部材６０を組合せ接合した構造で、車体にお
いて使用する部位により前述のような名称となってい
る。前記腰板２１および幕板２２は、側構体２０の窓開
口部の上方および下方位置に配置される。また、前記吹
寄せ２３は、該腰板２１および幕板２２の間に設置され
る。前記側構体２０は、前記台枠３０の側梁３１の上面
から後述する屋根構体４０の車体周方向端部までが一体
として構成される。個々の外板部材６０の車体長手方向
の寸法は、側構体２０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。側構体２０は、個々の外板部
材６０を車体長手方向に並べそれぞれを溶接接合して腰
板２１及び幕板２２の各ブロックを作り、吹寄せ２３を
介してそれぞれを溶接することによって組み立てられ
る。

【００２１】３１は前記台枠３０を構成する側梁で、台
枠３０の車体幅方向両端部において車体長手方向に引通
して配置される。３２は平行に配置された前記側梁３１
の間に、車体幅方向に引き通して設置される横梁であ
り、その両端を側梁３１の側面３１ａに接合している。
該横梁３２は、前記側梁３１の間に、車体長手方向に所
定のピッチで平行に配置されている。３３は前記横梁３
２の上に設置される床板である。床板３３は、後述する
積層構造部材製である。該床板３３を車体長手方向に複
数並べ、図１０、１１に示すように横梁３２を介して接
合するとともに、各床板３３は側梁３１の車体幅方向垂
直断面の内側の側面３１ａに接合されることにより台枠
３０が構成される。

【００２２】したがって、側構体２０が内圧により曲げ
られても床板３３と大きな曲面部３４で接合されている
ので、応力集中がなくなり、この部分の応力を低くする
ことができる。また、隣接した床板３３を横梁３２にそ
の端部を突合せ、各床板３３同士および各床板３３を横
梁３２に接合して配置されている。この床板３３の取付
が容易になるよう（上から床板３３を落とし込み、該床
板３３を横梁３２で支えた状態で溶接接合が行える）
に、側梁３１の横梁３２側の側面３１ａの部分に突出さ
せて、支持フランジ３１ｆを設けている。このような構
成によれば、車内を気密に保つための気密溶接も車内側
から下向き姿勢で溶接作業が行なえる。

【００２３】前記屋根構体４０は、後述する積層構造の
外板部材６０を組合せ接合した構造である。屋根構体４
０は、構体１０の両側面をなす側構体２０と後述する両
端面をなす妻構体５０の上部の間を一体のブロックとし
て構成される。個々の外板部材６０の車体長手方向と幅
方向の寸法は、屋根構体４０を車体長手方向および幅方
向について複数に分割した長さおよび幅になっている。
但し、外板部材の結合部材６６は、力を受ける方向、す
なわち本図で見ると車の長さ方向でなく車の長さ方向に
対して直角方向に入れることにより、円環となり強度ア
ップになる。

【００２４】なお、図１および図２に示した車両構体１
０、屋根構体４０においては、複数の外板部材６０を車
体長手方向に並べて接合した構成しているが、外板部材
６０が小さい場合には、車体長手方向および車体幅方向
にそれぞれ並べて接合し屋根構体４０を構成してもよ
い。屋根構体４０は、個々の外板部材６０を車体長手方
向および幅方向に並べ溶接接合して、屋根構体４０のブ
ロックを作り、側構体２０と妻構体５０に溶接すること
によって組立てられる。

【００２５】前記妻構体５０は、従来車両の骨部材に外
板を溶接した構造とすることもできるが、ここでは後述
する積層構造の外板部材６０を用いた場合を説明する。
これはトンネル内走行時における耐圧性が、特に問題に
なる場合に有効である。車体形状を球形に近づけて行く
と車体の耐圧性が向上されるが、妻構体５０は車体同士
の連結部に当るため垂直断面になっている。このため、
妻構体５０の中央部における変位量は、他の部位に比べ
て大きい。したがって、後述する外板部材６０の特性を
発揮できる。妻構体５０は、構体１０の両端面を構成
し、側構体２０、台枠３０、屋根構体４０の端部を一体
として構成される。外板部材６０は、妻構体５０の貫通
路５１の上部および左右に配置し、妻構体５０が構成さ
れる。

【００２６】以上のような構成において、構体１０の組
立方法を説明する。構体１０は、側構体２０、台枠３
０、屋根構体４０および妻構体５０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、台枠
３０の車体幅方向の両側の上面すなわち側梁３１の上部
に側構体２０を垂直に配置し、かつ、該台枠３０の車体
長手方向両端部の上面に妻構体５０をそれぞれ配置す
る。そして、前記台枠３０と側構体２０および台枠３０
と妻構体５０を接合する。また、同時に前記側構体２０
と妻構体５０を接合する。この二つの側構体２０および
二つの妻構体５０の上に屋根構体４０を載せ、該屋根構
体４０と前記二つの側構体２０および二つの妻構体５０
をそれぞれ接合する。このようにして、構体１０は組み
立てられる。又、もう一つとしては、屋根構体４０と二
つの側構体２０および二つの妻構体５０を接合した後台
枠３０と接合させてもよい。

【００２７】つぎに、図３、４について説明する。外板
部材６０は、表材６１および６２、該表材６１および６
２の間に設置される芯材６３、強度用部材６４、補強用
部材６５、さらにこれらの外周端に配置した結合用部材
６６，６６ａとから構成されている。結合用部材６６と
６６ａは溶接にて最初に接合しておく。強度用部材６４
は、基本的には結合部材６６ａ間に引き通して配置さ
れ、該各結合部材をつなぐように配置される。ただし、
二本の強度用部材６４同士を交差するように配置する場
合には、該強度用部材６４同士は該交差部で結合され
る。また、補強用部材６５は、隣接した強度用部材６４
間および強度用部材６４と結合用部材６６及び６６ａ間
をつなぐように設置される。なお、外板部材６０自体が
湾曲して構成されている場合、前記強度用部材６４は当
然外板部材６０自体の厚さ方向に湾曲した構造に構成さ
れている。この湾曲した外板部材６０を構成する前記芯
材６３が折り曲げた複数の板材を接合して構成するハニ
カムコアの場合には、該ハニカムコアのＬ方向６７ａを
前記強度用部材６４に直交する方向とする。言い替えれ
ば、外板部材６０が湾曲している方向に対して、前記芯
材６３であるハニカムコアはそのＬ方向６７ａを直交す
る方向に配置する。ただし、ハニカムコアを構成する複
数の板状素材を、台形をなす接続面で接続し、ハニカム
コア自体を曲面状に形成すれば、外板部材６０の湾曲方
向に対して平行に前記強度用部材６４を配置することも
できる。しかし、この方法であるとハニカムコア６３の
製作もむつかしく、一般的でない。特に湾曲が小さくな
ると製作出来なくなる。

【００２８】外板部材６０は、表材６１、６２が芯材６
３により一定以上の厚さが離隔され、それぞれの芯材６
３が密に支持されているため、単なる平板に比べて曲げ
および剪断剛性が高い。前記外板部材６０としては、例
えば軽合金製の表材６１、６２、芯材６３として六角格
子状のハニカムコア、強度用部材６４、補強用部材６５
をろう付けしたハニカムパネル材が用いられる。前記ハ
ニカムコアは二枚の表材間で連通した複数のセルを有す
る構成となっている。前記軽合金製の芯材６３に代え
て、格子状或いはその他の連続性のある形状に形成した
軽合金製もしくは樹脂製の薄板或は発泡材を用い接着に
よって接合してもよい。これらのパネル同士の接合は、
溶接時の温度上昇を考慮した熱硬化形の樹脂および接着
剤を用いる必要がある。また、結合用部材６６の接合フ
ランジ部を伸ばすことも有効であり、溶接による熱影響
を防止できる。なお、表材としてステンレス鋼を用い、
芯材として軽合金製材料を用いる組合せ等異種金属材料
を組み合わせても良い。

【００２９】前記強度用部材６４は、それ自体が平板状
に形成されており、表材に対してその幅方向が直交する
ように配置される。さらに、該強度用部材６４の長手方
向は、パネル内で車体の周方向に合わせて配置されてい
る。したがって、外板部材６０が平面状でなく、車体形
状に合わせた曲面の場合には、強度用部材６４を平板か
らＲ形状に容易に加工でき、かつ、精度良く製作でき
る。強度的にも平板状の強度用部材６４を芯材６３が密
に保持しているので、該強度用部材６４の倒れがなく、
曲げ剛性を十分確保できる。更に強度を増すには、この
部材を多く入れること又は、表材６１、６２の板厚を変
えることで達成できる。また、強度用部材の形状として
は、前記日字型以外にＵ字型或いは板状を用いることも
考えられる。これらの型材の場合には、全体を極端に曲
げることはできないが、断面形状を損なうこと無く曲げ
ることは可能であり、これらの型材を用いても良い。な
お、これらの型材においては、曲げ加工に伴う寸法制度
の低下は機械加工によって避けることができる。これに
より、強度用部材として前記のような型材を用いること
も可能である。以上のように構成された構体１０の車内
外圧力差が変動した場合、外板部材６０が車内の圧力を
一定に保つ気密壁となる。

【００３０】図５に芯材６３の配置を示す。芯材６３
は、波型形状の板をＬ方向６７ａに六角形のセル６８を
形成するように重ね合わせ、それらの隙間をろう材６９
にて接合する構造になっている。該芯材６３を用いた積
層パネルの場合、前記芯材６３のＬ方向６７ａすなわち
板材の連続している方向は、Ｗ方向６７ｂすなわち前記
Ｌ方向に直角な方向に比べて約４割程度剪断強度が高
い。これは、芯材６３の配列の相違によるものである。
更に、結合用部材６６は相手の外板部材６０と接合した
時、力を円滑に流すため主力方向に通す物とする。（本
図では下方向に）また、図５の補強用部材６５と強度用
部材６４と結合用部材６６ａに囲まれて出来る三角形の
所にはコア６３でなく、少し重くなるが板材としてもよ
い。

【００３１】さらに、補強用部材６５は、強度用部材６
４に対して６０°、結合用部材６６ａに対して、３０°
を成す角度に設置すると、外板部材６０の芯材６３が個
々の芯材６３の山６３ａもしくは谷６３ｂで切断できる
ので、芯材６３の形態を２種類に標準化することができ
る。また、補強用部材６５は強度用部材６４に対して３
０°、結合用部材６６ａに対して６０°を成す角度に設
置すると、外板部材６０の芯材６３が個々の芯材６３の
山６３ａの中間で切断できるので、芯材６３の形態を１
種類に標準化することができる。

【００３２】図６において、前記外板部材６０は、その
外周端に結合用部材６６、６６ａを設け、これを介し
て、他の外板部材６０と結合する構造になっている。こ
のため、表材６１、６２同士を直接結合する場合に比べ
て、接合部分の強度低下を防止できる。

【００３３】また、強度用部材６４は、従来の側柱、垂
木等に相当するものを積層構造の一部として表材６１、
６２の間に設置したものである。前記強度用部材６４
は、特に車体内外気圧差による荷重及び垂直，車端圧縮
荷重を考慮して、車両構体１０の垂直断面の周方向に配
置する必要がある。

【００３４】すなわち、腰板２１，幕板２２および吹寄
せ２３においては、強度用部材６４が側構体２０の垂直
方向に引き通して連続円環状に配置される。なお、該強
度用部材６４は、前述のように表材に対して直行するよ
うに配置される。前記幕板２２の強度用部材６４の幅方
向の縁の曲率半径は、腰板２１および吹寄せ２３の強度
用部材６４の縁の曲率半径よりも小さくなっている。ま
た、幕板２２の強度用部材６４の幅方向の縁の曲率半径
は、屋根構体４０に近づくに従って該曲率半径が短くな
る方向に変化している。このように外板部材６０におい
ては、内部に設置する強度用部材６４の幅方向の縁の曲
面を円弧状の曲面或いは曲率の異なる曲面等任意に形成
して積層パネルを形成することができる。

【００３５】屋根構体４０においては、強度用部材６４
が該屋根構体４０の幅方向に引き通して配置されてい
る。すなわち、前記強度用部材６４が従来の垂木に相当
するように配置されている。そして、構体１０全体につ
いて見ると、図７に示すように各外板部材６０同志の強
度用部材６４が同一断面線上となるようにそれぞれ配置
されている。なお、図７は各外板部材６０同士の配置と
それぞれの内部構造の関係を判り易くするため、表面の
表材を無視して作図している。すなわち、屋根構体４０
と前記腰板２１，幕板２２および吹寄せ２３の各強度用
部材６４を車体の周方向に連なるように該各外板部材６
０が配置されている。したがって、前記各強度用部材６
４に荷重を分担させることができる。すなわち、各強度
用部材６４が車体幅方向両側の側梁間に配置されたリン
グ状の強度部材となるため、構体１０に作用する圧力変
動に対して十分な強度を発揮することができる。

【００３６】さらに補強用部材６５を、強度用部材６４
を結合用部材６６、もしくは強度用部材６４同志を結合
するように設置することにより、各外板部材６０同志の
結合部である溶接線２７の荷重を分散させ、応力集中を
緩和することができる。すなわち、前記強度用部材６４
を各外板部材６０の内部に設置することにより、該外板
部材６０においては結合部材６６と該強度用部材６４が
種々の力を伝達することになる。したがって、該強度用
部材６４と結合部材６６ａとの接合部には、応力が集中
する可能性が高い。そこで、前記補強用部材６５を前述
のように設けることにより、前記力を分散させて伝達す
ることができ、応力集中を防止することができる。この
ことは、結合部材６６ａの厚さの低減による軽量化或い
は構体１０全体の強度向上につながる。

【００３７】前記曲面形状の外板部材６０の製作状況を
説明する。必要な曲面に支持面が形成された下型の上に
表材６１を載せ、該表材６１に上に折り曲げられた複数
の芯材６３，強度用部材６４および補強用部材６５を載
せる。そして、これらの各部材相互の位置決めを行う
が、結合部材６６、６６ａはあらかじめ部材同志（６６
と６６ａ）できちんと枠組（溶接等）を完了させ強度用
部材６４および補強用部材６５は縁がそれぞれ曲面に形
成されているため、前記型への位置決めを正確に行う。
これらの上に表材６２を乗せ、上型を置く。このような
状態で、前記各部材を例えばろう付けによって接合する
のであれば、真空炉内で加温しながら前記上下の型で加
圧して接合を行う。なお、ろう付けのろう材は表材６
１，６２のパネル内面側，芯材６３，強度用部材６４お
よび補強用部材６５の表面にそれぞれクラッドされてい
る。前記表材６１，６２は予め曲面状に曲げられていれ
ば、作業性は向上される。

【００３８】また、本発明の外板部材６０によって車両
構体１０を製作することにより、該車両構体１０の内側
１０ａを図６に示すように平滑化することができる。し
たがって、従来、側柱、垂木等によって取付位置の制約
を受けていた内装材用の取付金具の配置の自由度を広げ
ることができる。このことによって、内装材取付金具又
は内装材及び内装構造を標準化することができる。

【００３９】以下、個々の構体に外板部材６０を使用し
た場合について詳細に説明をする。図６において、側構
体２０には、構体１０の自重、台枠３０から伝わる該台
枠３０の下面に設置される各種機器ならびに乗客等によ
る垂直荷重と、車内外圧力変動による荷重が作用する。
これらの荷重に対して前記側構体２０は、前述の外板部
材６０を主体に構成されているため、十分な面外曲げ剛
性及び剪断剛性を有する。すなわち、前記外板部材６０
は、各表材を芯材によって相互にずれないように接合し
ていることから面外曲げ剛性が高く、構体１０として十
分な剛性を確保することができる。また、各外板部材６
０は、その内部に前記強度用部材６４を内蔵しているこ
とから、表材と芯材を組み合わせた通常の積層パネルよ
りも面外強度が高く、その強度は通常の積層パネル表面
に骨部材を設置したものと同等以上になる。詳述する
と、外板部材６０の強度用部材６４は、その両面を芯材
で支えられているため、比較的薄いものであっても座屈
し難く、積層パネル表面に設置される板厚の厚い型材と
同等の強度を発揮することができる。したがって、前記
強度用部材６４と同一断面積を有する型材を積層パネル
に接合した場合よりも剛性を向上させることができる。
さらに、前記強度用部材６４は、外板部材６０が曲面状
に形成されていても前述のように剛性向上が図れる。し
たがって、前記側構体２０は変形を生じにくく、前記荷
重に対して十分に耐えうる。

【００４０】さらに、強度上必要とされる窓周辺部に
は、強度用部材６４、補強用部材６５を配置しているた
め、局部的な応力集中の少ない車両構体１０が得られ
る。さらに、構体１０を構成する各外板部材のうち腰板
２１，幕板２２，吹寄せ２３および屋根構体４０を構成
する外板部材のそれぞれを、車体長手方向について強度
用部材６４、補強用部材６５の配置が同一になるように
標準化して構体１０の設計を行なえば、前記外板部材６
０のコスト低減を図ることができる。なお、腰板２１と
幕板２２は、その寸法関係を同様にして同一の外板部材
としてもよい。また、幕板２２と屋根構体４０との接合
部のは、長手方向について、連続溶接部を行い製作容易
化を図るために両者が容易に嵌合できる断面の型材とし
ておくとよい。また、側梁３１の幅及び高さ寸法は、上
下荷重，車端圧縮荷重により決定される。一方、外板部
材６０の厚さ寸法は、上下荷重，車外圧力により決定さ
れる。床板３３に作用する圧力と側構体２０に作用する
荷重により、曲面部３４の部分を支点として拡がろうと
するため、この部分に応力が集中する。この曲面部３４
を側梁３１の幅寸法以上の大きな曲面とすることによ
り、応力集中を緩和することができる。

【００４１】図７は前記屋根構体４０、腰板２１、幕板
２２、吹寄せ２３および台枠部の側梁３１の配置を示し
ている。屋根構体４０、幕板２２、吹寄せ２３、腰板２
１を構成する各外板部材６０を車体長手方向に対し、交
互に配置して車体幅方向もしくは車体上下方向の溶接線
２７の集中を避けている。これは結合用部材６６におけ
る母材の機械的性質に比べて、溶接部の機械的性質が劣
るためであり、各外板部材６０の溶接線２７の集中を防
ぐことにより、該構体１０の強度信頼性を向上できる。
溶接線２７で結合される結合用部材６６を強度用部材６
４の位置に配置してこれを兼用することにより、軽量化
を促進することも可能である。ところで、前記吹寄せ２
３の幅方向両側の垂直方向に配置される結合用部材６６
は、その端部を直交する水平方向に配置された結合用部
材６６ａよりも幕板２０或いは腰板２１側へ突出させて
構成されている。この吹寄せ２３の結合用部材６６の突
出によって、腰板２１および幕板２２との接合部分の溶
接線長を長くすることができ、強度向上が図れる。又、
吹寄せ２３部は、幅等が狭い為、外側の表材６１の板厚
を厚くすることで吹寄せの強度向上が図れる。

【００４２】前記図７の構成においては、腰板２１同志
および幕板２２同志を接合する溶接線２７が側窓２４の
端部に位置している。しかし、この溶接線２７すなわち
腰板２１同士および幕板２２同士の接合部を、吹寄せ２
３の幅方向の両側の強度部材に一致させて互いにずらし
て配置すれば、強度用部材６４を低減することができ、
軽量化が図れる。すなわち、腰板２１同士の接合溶接線
２７を吹寄せ２３の幅方向の一方の強度用部材例えば向
かって右側の強度用部材に一致させて配置し、幕板２２
同士の接合溶接線２７を吹寄せ２３の幅方向の他方の強
度用部材例えば向かって左側の強度用部材に一致させて
配置する。このようにすることにより、側構体２０にお
いて、腰板２１同士および幕板２２同士を接合する溶接
線２７が吹寄せ２３の幅寸法だけずれることになる。こ
のような構成によれば、まず、図７に示した構造と同様
な効果を達成することができる。この効果以外に、腰板
２１同士および幕板２２同士の接合部分の結合用部材６
６を図７に示されている吹寄せ２３に対応して配置され
ている強度用部材６４として兼用することができる。し
たがって、図７に示した構造に比べて外板部材６０の強
度用部材６４を少なくすることができる。このことは各
外板部材を軽量化することになる。

【００４３】前記外板部材６０は、曲げおよび剪断剛性
が高いため、前述のように側構体２０に用いた場合、垂
直荷重および溶接に伴う残留応力によって車体表面に歪
が生じることが少なく、見栄えを向上できる。また、車
体形状にあわせた強度用部材および補強用部材を前記外
板部材６０内部に組み込むことにより、平板状の外板部
材を曲げたものに比べ、さらに車体表面の歪の少ない車
両用構体が得られる。結果として車体表面の歪取り作業
を省略できる。さらに、従来、構体完成後に行なってい
た側構体２０表面の塗装用パテを用いた平滑化作業を簡
略化することができる。

【００４４】図８に示す台枠３０の該床板３３は、前記
外板部材６０もしくは前記外板部材６０において強度用
部材６５と補強用部材６６を省略したものを車両の運用
条件や荷重条件によって使い分けて用いる。台枠３０に
おいて、車体内外気圧差による床板３３に加わる荷重を
受け持つのは側梁３１と横梁３２であるが、車両が高速
になればなるほど、トンネル内走行時の気密荷重が大き
くなり、床板３３の面外曲げ剛性の高いものが必要とな
る。加えて軽量化及び断熱が必要な場合には、前記外板
部材６０を使用すると効果的である。図９に示すように
台枠３０において、車端圧縮による荷重を受け持つの
は、中梁３５と枕梁３６であるが、端梁３４から枕梁３
６までの間で中梁３５，横梁３２の上に載る床板３３に
前記外板部材６０を配置する。特に、枕梁３６同士の間
は、側梁３１が荷重を受け持つので、枕梁３６から側梁
３１に荷重をスムーズに流すために枕梁３６の前後の床
板３３の内部には強度用部材６４を結合用部材６６に対
し、直角，３０°もしくは６０°をなすように配置した
ものを使用する。その他床板３３に前記外板部材６０か
ら強度用部材６４と補強用部材６５を省略したものを配
置する。外板部材６０内部の芯材６３を車体長手方向に
配置すると、車端圧縮強度の高い車両構体が得られる。
また、図１０、１１に示すように床板３３の配置は、車
体長手方向に複数並べ、横梁３２の上面で落し込みにし
て作業容易化し、各外板部材６０のコの字形の結合用部
材６６を接合する。すなわち、隣合う外板部材６０の結
合用部材６６の下側のフランジは、横梁３２のフランジ
３２ａにのせて連続あるいは断続溶接によって接合す
る。隣合う外板部材６０の結合用部材６６の上側のフラ
ンジは、横梁３２の垂直部端面でルートギャプを設けて
配置され、三者一体に溶接される。また、外板部材６０
の車体幅方向の結合については、側梁３１の車体幅方向
垂直断面３１ａの内側の側フランジ３１ｆと結合用部材
６６とを溶接する。

【００４５】このような構成によれば、前記横梁３２は
垂直部先端が外板部材６０に連続的に接合されているこ
とから、従来Ｉ形或いはコ字形としていた横梁を上部平
板部分を形成することなく同等の断面係数を達成するこ
とができる。このことは横梁３２自体の軽量化となり、
構体１０の軽量化につながる。なお、隣接した外板部材
の前横梁３２を介した前記結合構造は、構体１０の他の
部分にも採用することができる。すなわち、前記横梁３
２の外板部材６０からの突出部を機器の取付け用に用い
ることも考えられる。また、この構造は一般構造物例え
ば建築物の壁材に前記外板部材を用いた場合などにも適
用することができる。

【００４６】次に、図１２に示すように、側窓２４から
の視野を確保するために、該側窓２４を直方形又は長方
形に形成する。そして、図１３に示すように、該側構体
２０の吹寄せ２３と幕板２２および腰板２１との接合部
における側窓２４の縁に相当する部位に、局部応力緩和
のため母材化した窓隅部材８０を設けることによって、
該側窓２４のコーナ部２５を構成し、局部応力を緩和す
る。また、前記各部材間の接合線に面する吹寄せ２３、
幕板２２および腰板２１の表材については、必要強度に
応じて板厚を変えることもできる。また、側窓２４をな
す吹寄せ２３の幕板２２及び腰板２１との接合部におい
ては、特に曲率が始まる部分に応力集中が生じる。した
がって、前記応力集中部を避けて溶接部が形成できるよ
うに、母材化された窓隅部材８０が応力の高い部分を受
け持つように、その両端を伸ばして構成する。さらに、
強度的に必要な場合は、前記窓隅部材８０に補強を追加
するかあるいはそれ自体の板厚を厚くする。

【００４７】また、前記コーナ部２５の中央部分は、応
力が低いため、隅部分を垂直方向に対して４５゜の方向
に形成し、ユニット窓部材との接触面積を可能な限り広
く確保して、強固にユニット窓部材を保持する構成とす
ることも考えられる。さらに、外板部材６０の共通化を
図るため、内側のｈ₁寸法と外側のｈ₂寸法を同一とす
る。また、外側のｈ₃寸法を前記ｈ₁寸法よりも長くし、
この部分の寸法差によってユニット窓部材等の窓構成部
材を支持する。なお、内側のｈ₄寸法と前記ｈ₃寸法は、
ほぼ同等となるように構成され、吹寄せ部２３を構成す
る外板部材６０の外周部の基本形状の標準化を図ってい
る。

【００４８】次に、図１４、１５にて側窓２４の構造に
ついて説明する。側窓２４の構造は、吹寄せ２３の厚さ
と吹寄せ２３、幕板２２および腰板２１の結合用部材６
６の形状を変えることによって、側窓ガラス２４’が吹
寄せ２３まで延長された連続窓もしくは通常の単独の窓
に適用できる。まず、側窓ガラス２４’が吹寄せ２３ま
で延長された連続窓の構造については、側窓ガラス２
４’は結合用部材６６に一体に形成された該ガラスを保
持するフランジ部に対して、締結板部材６６ａおよび締
結用部材６６ｂで保持される。締結用部材６６ｂとして
は、例えばボルト、リベット等があげられる。この時、
側窓２４部分における結合用部材６６の不要な部分６６
ｃを除去することにより軽量化を図ることもできる。前
記図１２，１３は側窓ガラスを設けない状態を示し、図
１４，１５は側窓ガラスを設けた状態を示している。

【００４９】また、図１６、１７、１８により通常の単
独の窓の構造について説明する。前記図１６は側窓ガラ
スを設けない状態を示し、図１８は側窓ガラスを設けた
状態を示している。側窓２４の周囲を形成する各結合用
部材６６には、側窓ガラス２４’を保持するフランジ部
が一体に形成されており、該フランジ部に締結板部材６
６ａを介して締結用部材６６ｂで側窓ガラス６４’を締
結する。この場合、吹寄せ２３の側面に設置している結
合用部材６６にもガラス保持用のフランジ部を一体に形
成しており、締結板部材および締結用部材で側窓ガラス
２４’を押え込み締結する。各結合用部材６６の車体内
部側６６ｃを除去すれば、側窓２４の開口部に設置する
内装材形状の自由度を広げることができる。この構造は
幕板２２および腰板２１の厚さと吹寄せ２３の厚さが同
じため、上述した連続窓の構造の車両構体１０に比べて
強度上優位といえる。

【００５０】次に、図１９、２０、２１、２２により、
該側構体２０の吹寄せ２３の構造について詳細に説明す
る。吹寄せ２３に用いる外板部材６０の車体前後方向の
縁すなわち図示した該吹寄せ２３の左右幅方向両側の縁
に設置した強度用部材６６が強度を有するので、基本的
に捩じりに対して強い構造になっている。また、ここで
外板部材６０の芯材６３は、吹寄せ２３の外形線が直線
の場合には、縦、横、斜断面方向に配置し、主な荷重方
向に適合することにより、強度用部材６４、補強用部材
６５を省略することができる。ただし、外形が曲線形状
の場合には、製作上車体長手方向（図１９では、左右方
向）に配置した方が好ましい。これは、芯材６３の材料
である薄板の形状が、長方形になり加工が容易で精度が
得られ易いからである。まま、車体周方向（図１９で
は、上下方向）に配置すると、芯材６３の材料である薄
板の形状が、扇形になり加工後の面精度を確保するため
に複雑な加工を行なうことになる。

【００５１】図１９の吹寄せ２３ａは、外板部材６０の
内部に菱形に補強用部材６５を設置した構造である。補
強用部材６５は吹寄せ２３ａの剪断剛性を向上すると共
に特に水平方向の結合用部材６６の中央付近に荷重を伝
える役割をはたし、結合部の溶接線に発生する応力を平
均化する。

【００５２】次に、図２０の吹寄せ２３ｂの構造につい
て説明する。これは、強度用部材６４ｂを外板部材６０
の車体断面外周方向すなわち垂直方向に配置した結合用
部材６６に直角に、しかも複数設置したものである。こ
の構造は、最も単純なで車両構体の負荷荷重が低い場合
には好適である。

【００５３】図２１の吹寄せ２３ｃの構造は、上述した
吹寄せ２３ｂと２３ｃを合わせた構造になっており、図
２０に示した構造における強度用部材６４ｂと垂直方向
の結合用部材６６との結合部の溶接線の応力集中を緩和
するために、補強用部材６５を各部材間に配置したもの
である。車体の負荷荷重が比較的高い場合に好適であ
る。

【００５４】図２２の吹寄せ２３ｄの構造について説明
する。垂直方向の結合用部材６６と別の強度用部材６４
ｃとで吹寄せ部分を細分化し、該区画された部分に補強
用部材６５を各結合用部材６６に対して斜めに配置し筋
交いとしたものである。この構造は左右の垂直方向に設
置される結合用部材６６として剛性の高いものを応力集
中の関係から設置できない場合に、本吹寄せ自体の面外
曲げ剛性を高め、かつ、結合部溶接線２７の応力分布を
均等にさせるのに有効な構造である。

【００５５】図２３，図２４により更に別の吹寄せ２３
の構造を説明する。吹寄せ２３ｅは補強用部材６５を水
平方向および垂直方向の結合用部材６６の接合位置を結
ぶように筋交いに設置した構造となっている。この吹寄
せ２３ｅの構造によれば、比較的簡単な構造で剪断剛性
を向上させることができる。また、吹寄せ２３ｆは前記
吹寄せ２３ｅの構造に強度用部材６４ｂを追加して設置
した構造となっている。この吹寄せ２３ｆの構造によれ
ば、前記吹寄せ２３ｅよりも更に剪断剛性を向上させる
ことができる。ところで、これらの吹寄構造は補強部材
を筋交いとして交差してもうけているが、補強部材を一
方のみとしてもよい。すなわち、吹寄せの構体における
接合位置を考慮して、補強部材が車体長手方向中央部を
境に両端側へその上端が車端側へ倒れるように傾斜して
配置してもよい。

【００５６】なお、前記図１９〜図２４は、図示を明瞭
にするために表面の表材を無視して作図している。

【００５７】次に、図２５、２６にて屋根構体４０につ
いて説明する。前述したように、屋根構体４０は外板部
材６０から構成されており、強度用部材６４は車体内外
気圧差による荷重を考慮して、車両構体１０の幅方向垂
直断面の周方向に配置されている。さらに、強度用部材
６４が結合用部材６６に接合する部分は、応力集中を防
ぐために補強用部材６５を配置する。また、屋根構体４
０と幕板２２との外板部材６０が車体長手方向に交互に
配置されている。これによって、車体周方向に伸びた溶
接線２７の大部分が車体長手方向に対してずれることに
なる。これは、前記したように溶接線２７の集中する部
分を減らすことによって、強度信頼性を向上することが
できる。さらに屋根構体４０には、パンタグラフの碍子
を設置するための架台が必要である。そのための受け台
４１は、外板部材６０の内部に配置される。それぞれの
受け台４１の４辺には、強度用部材６４を配置し、結合
用部材６６に接合する。パンタグラフから加えられる荷
重は、車体上下方向と車体幅方向に変動し負荷される。
本構造によれば、受け台４１の４辺に強度用部材６４が
配置されているので、上述した荷重条件に対して十分な
強度を有する。

【００５８】図２７に妻構体５０に該外板部材６０を用
いた場合を説明する。該妻構体５０には貫通路５１の開
口が形成されている。上述したように妻構体５０は、車
体同士の連結部に当るため垂直断面になっており、車両
が高速になればなるほど、トンネル内走行時における耐
圧性が問題になる。そのため、外板部材６０の同士の強
度用部材６４を一直線上になるように配置し、耐圧強度
を確保する。また、妻構体５０には、車体の揺動防止の
ための装置を設置するための受け台５２が必要である。
そのための受け台５２は、外板部材６０の内部に配置さ
れる。それぞれの受け台５２の４辺に強度用部材６４を
配置し、結合用部材６６に接合する。揺動防止のための
装置から加えられる荷重は、車体長手方向、車体上下方
向と車体幅方向に変動し負荷される。本構造によれば、
受け台５２の４辺に強度用部材６４が配置されているの
で、上述した荷重条件に対して十分な強度を有する。

【００５９】なお、前記図２６及び図２７は、図示を明
瞭にするために表面の表材を無視して作図している。

【００６０】図２８〜図３０に示す実施例について説明
する。図３０はコア７８，７８の板状素材７８ａ，７９
ａの方向を示すために接触部を離して示している。

【００６１】左右方向の中央部には縦方向に強度用部材
７０を配置している。強度用部材７０は四角形断面の例
えばアルミニウム合金製押出し形材よりなる角パイプで
あり、表材６１，６２、コア７８にろう付けによって接
合している。また強度用部材７０の長手方向の端部は結
合部材６６，６６にろう付けによって接合している。強
度用部材７０は表材６１，６２、コア７８よりも板厚が
厚い。外板部材６０Ｘの角部に配置される補強用部材７
５は板状の部材であり、表材６１，６２に対して直角に
接している。補強用部材７５は、隣接した結合部材６６
同士とが成す角部、結合部材６６と強度用部材７０とが
成す角部に配置されている。結合部材６６と強度用部材
７０との中間位置の近傍を中心として２つの補強用部材
７５をＶ状に配置している。補強用部材７５は直角三角
形の斜辺部に相当するように配置されている。２つの表
材６１，６２内の空間内にはハニカム状のコア７８，７
９を配置している。コア７８，７９を構成する板状素材
７８ａ，７９ａの長手方向すなわちＬ方向は強度用部材
７０の長手方向に平行に配置されている。なお、前記強
度用部材７０が湾曲しており、外板部材６０Ｘが曲面を
成す場合には、板状素材７８ａ，７９ａのＬ方向を強度
用部材７０の長手方向に直角な方向に配置する。前記角
部に配置するコア７９の板状素材７９ａの端部又は各部
垂直方向の片の長さは補強用部材７５の板厚分だけ短く
する。強度用部材７０、補強用部材７５のそれぞれの垂
直面にはろう材をクラッドされている。強度用部材７
０、補強用部材７５、コア７８，７９はアルミニウム合
金製である。

【００６２】これによれば、補強用部材７５は三角形の
斜辺部のみであるので、重量が大幅に増大することがな
い。また、コア７８，７９の高さ寸法を同一にできるこ
とにより、板状素材７８ａ，７９ａのを標準化が図れ
る。

【００６３】補強用部材７５は板状であるので、結合部
材６６，６６、強度用部材７０との接触面積が小さい。
そこで、補強用部材７５の長手方向の端部に、それ自体
の端を折曲げて接触片７５ａ，７５ｂを形成し、前記結
合部材６６，６６、補強用部材７０との接触部の増大を
図っている。接触片７５ａ，７５ｂはセルＳ内に位置す
るようにする。これによれば、未完成のセルをなくすこ
とができる。

【００６４】接触片７５ｂに近接する他の補強用部材７
５がある場合は、接触片７５ｂの部分で２つの補強用部
材７５を接続して一体としてもよい。

【００６５】補強用部材７０はアルミニウム合金の押出
し型材である。強度用部材７０は表材６１，６２を介し
て外部の強度部材(骨部材)８５等へ溶接することができ
る。また、強度用部材７０はネジ等の締結手段の座にす
ることができる。これらは結合部材６６，６６について
も同様である。強度用部材７０の断面形状がチャンネル
状の場合は、平行な２辺の間の辺が一方の表材に接する
ように、二枚の表材の間に配置される。また、前記強度
用部材７０は、その断面形状をＩ形としてもよい。Ｉ形
断面の強度用部材７０は、両端のフランジ部分の面積が
外板部材の曲げ剛性に大きく影響を与える。すなわち、
前記強度用部材７０のＩ形断面の両端のフランジ部分の
面積が大きければ、これによって構成される外板部材の
曲げ剛性を向上できる。

【００６６】前記強度用部材７０の幅寸法Ｗは、外部の
強度部材８５を溶接によって接合する際に、溶接熱が表
材６１，６２とコア７８，７９とを接合するろう材に悪
影響を与えない距離を確保できる寸法とするのがよい。

【００６７】図２８，図２９および図３０の実施例にお
いて、補強用部材７５よりも角部側の三角形部のコア７
９のセルの大きさを他の部分のコア７８のセルの大きさ
よりも小さくすれば、さらに角部の強度は向上する。上
記外板部材においては各部材の接合手段としてろう付け
を採用しているが、拡散接合や抵抗溶接が考えられる。
また、コアのセルの形状としては六角形以外も考えら
れ、セルの形状に対応して補強用部材の傾斜角度を設定
する。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、鉄道車両構体を構成す
る屋根部、幕板部、吹寄せ部、腰板部、台枠部および妻
部のうち、少なくとも屋根部、幕板部、吹寄せ部、腰板
部に軽合金製の前記外板部材を用いることにより、耐圧
性向上、作業工数低減、さらに車体剛性を確保しつつ、
視界の良好な長方形の車窓を可能にできる構造が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両構体の一実施例を示した
断面斜視図である。

【図２】図１に示した鉄道車両構体の全体外観を示す斜
視図である。

【図３】図１の鉄道車両構体に用いられる外板部材の構
成を示した正面図である。

【図４】図３のＣＣ部断面図である。

【図５】図３のＤ部を拡大した正面図である。

【図６】図２のＡＡ部断面を含む斜視図である。

【図７】図２のＢ部を拡大して示した正面図である。

【図８】図２の鉄道車両構体の台枠を示した平面図であ
る。

【図９】図８のＥ部を拡大した平面図である。

【図１０】図９のＦＦ部断面図である。

【図１１】図９のＧＧ部断面図である。

【図１２】側構体における側窓部分の一実施例を拡大し
て示した正面図である。

【図１３】図１２のａ部拡大斜視図である。

【図１４】図１２のＨＨ部断面図である。

【図１５】図１２のＩＩ部断面図である。

【図１６】側構体における側窓部分の他の実施例を拡大
して示した正面図である。

【図１７】図１６のＪＪ部断面図である。

【図１８】図１６のＫＫ部断面図である。

【図１９】各隅部に補強用部材を備えた吹寄せの詳細構
造を示した正面図である。

【図２０】水平方向の強度用部材を備えた吹寄せの詳細
構造を示した正面図である。

【図２１】水平方向の強度用部材および補強用部材を備
えた吹寄せの詳細構造を示した正面図である。

【図２２】水平，垂直方向の強度用部材および補強用部
材を備えた吹寄せの詳細構造を示した正面図である。

【図２３】交差した筋交い状の補強用部材を備えた吹寄
せの詳細構造を示した正面図である。

【図２４】交差した筋交い状の補強用部材および水平方
向の強度用部材を備えた吹寄せの詳細構造を示した正面
図である。

【図２５】図２の鉄道車両構体の屋根構体を示した平面
図である。

【図２６】図２４のＬ部を拡大して示した平面図であ
る。

【図２７】図２の鉄道車両構体の妻構体を示した正面図
である。

【図２８】本発明による外板部材の他の実施例を示した
表材の一部を除いて示した正面図である。

【図２９】図２７のＭＭ部断面図である。

【図３０】図２８のＮ部を拡大して示した平面図であ
る。

【符号の説明】

１０…構体、２０…側構体、２１…腰板、２２…幕板、
２３…吹寄せ、２４…側窓、２５…コーナ部、２７…接
合溶接線、３０…台枠、３１…側梁、３２…横梁、３３
…床板、４０…屋根構体、５０…妻構体、６０…外板部
材、６１，６２…表材、６３…芯材、６４…強度用部
材、６５…補強用部材、６６…結合用部材、８０…窓隅
部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 進 山口県下松市東豊井794番地 株式会社日 立製作所笠戸工場内 (72)発明者 奥野 澄生 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 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】屋根部、幕板部、吹寄せ部、腰板部、台枠
   部、妻部から構成される鉄道車両の構体であって、前記
   屋根部、幕板部、吹寄せ部及び腰板部は軽合金製の外板
   部材を組み合わせて結合され、前記幕板部と吹寄せ部及
   び腰板部との間に矩形の側窓が設けられた鉄道車両構体
   において、 前記側窓の各隅に相当する前記吹寄せ部と前記幕板部と
   の接合部、及び前記吹寄せ部と前記腰板との接合部にそ
   れぞれ、局部応力緩和のため母材化した窓隅部材によっ
   て構成されるコーナ部を設けたことを特徴とする鉄道車
   両構体。
2. 【請求項２】前記母材化された窓隅部材の両端を垂直方
   向及び水平方向に伸ばすことにより、応力集中部を避け
   て溶接部を形成したことを特徴とする請求項１記載の鉄
   道車両構体。
3. 【請求項３】前記コーナ部の中央部分は、垂直方向に対
   して４５゜傾斜した平面からなることを特徴とする請求
   項１記載の鉄道車両構体。
4. 【請求項４】前記軽合金製の外板部材は一対の表材を有
   し、該表材のうち少なくとも車体内側の表材を前記母材
   化した窓隅部材としたことを特徴とする請求項１記載の
   鉄道車両構体。
5. 【請求項５】屋根部、幕板部、吹寄せ部、腰板部、台枠
   部、妻部から構成される鉄道車両の構体であって、前記
   屋根部、幕板部、吹寄せ部及び腰板部はそれぞれ軽合金
   製の外板部材を組み合わせて結合され、前記幕板部と吹
   寄せ部及び腰板により側構体が構成され、前記台枠部の
   両端に車体長手方向に延びる側梁が設けられ、前記側構
   体と前記側梁とが一体に接合された鉄道車両構体におい
   て、 前記側梁の車体内側の面を曲面部により構成したことを
   特徴とする鉄道車両構体。
6. 【請求項６】前記曲面部を、前記側梁の幅寸法以上の大
   きな曲率を有する曲面としたことを特徴とする請求項５
   記載の鉄道車両構体。