JP2533663B2 - 鉄道車両構体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鉄道車両構体に係り、特に高速で走行する
鉄道車両に好適な鉄道車両構体に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の鉄系素材で構成された鉄道車両構体としては、
車両長手方向に配置される骨部材と、該骨部材に直交し
て配置される骨部材とを接合し、前記各骨部材の外側に
外板を接合して製作された構造が知られている。例え
ば、ステンレス鋼を用いて製作された構体にあっては、
各骨部材間および外板接合部の強度向上を図るために三
次元立体継手を用いている。

なお、この種の鉄道車両構体としては、例えば、特公
昭62−35937号が知られている。

また、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。前記軽合金
製構体にあっては、外板と骨部材を一体に成形した押出
形材を用いることによって製作工数の低減および構体の
剛性向上を図っている。

なお、この種の鉄道車両構体としては、例えば、軽金
属車両委員会報告書 No.3 昭和49年−昭和52年 昭和
53年９月15日 社団法人日本鉄道車輛工業会発行 第70
頁乃至第72頁に記載された構体構造が挙げられる。

これらのほかに、客室の床面を構成する床板の軽量化
を図るために、床板自体をアルミハニカムサンドイッチ
パネルとした構造、或いは、外板の室内側にハニカム材
を設置した構体構造が知られている。

なお、前記ハニカム材を用いた構造として関連するも
のには、例えば実開昭54−183007号或いは実開昭60−17
9569号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、鉄道車両においては、走行速度を向上させる要
求が強まっている。鉄道車両の走行速度向上に伴って、
軌道への衝撃の増大、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。

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の薄肉化
するとしても限界があった。

また、軽合金製構体においては、外板部分も含めて押
出形材によって構成している。ところが、前記押出形材
自体の板厚を薄くするには、技術的な限界があった。ま
た、前記押出形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。押出形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言う問題があっ
た。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、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。

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。

本発明の第１の目的は、軽量で耐圧性の優れた鉄道車
両構体を提供することにある。

本発明の第２の目的は、特に、軽量で耐圧性の優れた
鉄道車両構体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の目的は、 二枚の表材と該二枚の表材の間に配置したハニカム材
と、該二枚の表材の間において該表材の縁部に配置した
結合用部材と、からなり、前記二枚の表材に、前記ハニ
カム材および前記結合用部材を接合して積層材を構成し
ており、 複数の前記積層材を接合して構成した鉄道車両構体に
おいて、 前記積層材のを構成する前記二枚の素材、前記ハニカ
ム材および前記結合用部材はろう付けで接合しており、 前記積層材を構成する二枚の表材、ハニカム材および
結合用部材はろう付けによって接合しており、 前記結合用部材は、前記二枚の表材にそれぞれ接合し
た二つの部分と、該二つの部分を連結するウエブと、か
らなり、前記鉄道車両構体の外面側に位置する前記表材
の側の前記ウエブの端部には前記積層材の端部側に突出
したフランジを備え、 該フランジは隣接する前記積層材の前記結合用部材の
前記フランジに突合せ溶接しており、 前記結合用部材は鉄道車両構体の側柱、腰帯、幕帯、
垂木、床板部材の横梁の少なくとも一つの骨部材を兼用
させること、 によって達成できる。

本発明の第２の目的は、 二枚の表材と、該二枚の表材の間に配置したハニカム
材と、該二枚の表材の間において該表材の縁部に配置し
た結合用部材と、からなり、前記二枚の表材に、前記ハ
ニカム材および前記結合用部材を接合して積層材を構成
しており、 複数の前記積層材を接合して構成した鉄道車両構体に
おいて、 前記積層材のを構成する前記二枚の表材、前記ハニカ
ム材および前記結合用部材はろう付けで接合しており、 前記積層材を構成する二枚の表材、ハニカム材および
結合用部材はろう付けによって接合しており、 前記結合用部材は、前記二枚の表材にそれぞれ接合し
た二つの部分と、該二つの部分を連結するウエブと、か
らなり、前記ウエブの両端部はそれぞれ前記積層材の端
部側に突出した二つのフランジを備え、 該二つのフランジは隣接する前記積層材の前記結合用
部材の前記二つのフランジにそれぞれ溶接しており、 前記結合用部材は鉄道車両構体の側柱、垂木、床板部材
の横梁の少なくとも１つにしていること、 によって達成できる。

〔作用〕

第１の目的に対する前記手段によれば、ろう付けによ
って構成した積層材を溶接して構体を構成しているの
で、軽量にでき、高耐圧にできるものである。また、鉄
道車両構体の外面側の結合用部材のフランジを隣接する
結合用部材のフランジに突合せ溶接しているので、溶接
部の表面を外面側の素材と同一線状にでき、構成を簡単
にできるものである。また、結合用部材が側柱、腰帯、
腰帯、垂木、床板部材の横梁の少なくとも一つと兼用し
ているので、軽量にできるものである。

また、窓開口部と窓開口部との間の強度的に問題とな
る部分を高強度部材の押出し形材で構成すれば、幕部お
よび腰部は軽量化を図り、全体としては軽量で高い剛性
を有する構体を提供できると共に、部品点数の削減によ
る製作作業の簡略化を図ることができるものである。

第２の目的に対する前記手段によれば、溶接するに当
たって、結合部材の外側および内側を隣接する積層材の
結合用部材の外側および内側にそれぞれ溶接しているの
で、この部分の断面形状が箱型断面になり、内側または
外側の一方のみを溶接する場合に比べて強度向上を図る
ことができるものである。また、結合部材は二つのフラ
ンジとこれを接続するウエブとからなるので、いわば二
つの溶接部の間を空間にできるので、軽量にできるもの
である。

また、結合用部材の二つのフランジを隣接する積層材
の結合用部材のフランジに突合せ溶接すれば、より箱型
断面になると共に、力の伝達をスムーズにできるもので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第16図によって
説明する。

まず、第１図ないし第４図に示す本発明の一実施例に
ついて説明する。同図において、１は鉄道車両構体であ
り、側構体２、台枠３、屋根構体４および妻構体５から
構成されている。６は台枠３を構成する側梁で、台枠３
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、その両端を側梁６の側
面6aに接合している。該横梁７は平行に配置された側梁
６の間に、車体長手方向に所定のピッチで平行して配置
されている。８は複数の横梁７の上に設置される床板で
ある。該床板９は車体長手方向に引通して配置される複
数の軽合金製押出形材によって構成されており、室内側
には一体成形のリブが設けられている。また、床板８の
平行部分については、車体幅方向断面が車外側へ凸すな
わち下方に凸の曲面に形成されている。

９は腰帯、10は幕帯、11は側柱であり、これらの骨部
材の外表面に後述する積層材から成る側外板部材12が接
合される。腰帯９および幕帯10は、側外板部材12の窓開
口部の上辺および下辺位置に対応して配置される。ま
た、外腰帯９および幕帯10は、側柱11の側面11aに該側
柱11に直交するように接合される。

側外板部材12は、第３図に示すように表材13および14
と該表材13および14の間に設置される芯材15とから成る
積層構造となっている。表材13および14の内、一方が構
体１の外表面を成している。なお、第３図においては、
表材13が構体１の外表面を成している。また、芯材15と
しては、例えば軽合金製ハニカム材が用いられる。前記
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、表材
13,14、芯材15および結合用部材17は、ろう付けによっ
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。

ところで、側外板部材12は、台枠３の側梁６の上面か
ら後述する長桁16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２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２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、側構体２
においては、各側柱11の間を一枚の側外板部材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、三本以上の側柱11間に亘る長さとしても
良い。

次に、側外板部材12と側柱11および腰帯９との接合部
について第３図および第４図によって説明する。

まず、第３図において、17は側外板部材12の外周端面
に成形時に一体にろう付け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、略
Ｚ字形断面に形成され、芯材15が挿入されるウエブ18と
表材13の板厚に対応した段差を設けたフランジ19aを有
している。また、各結合部材17のフランジ19aの反対側
には、隣接する側外板部材12の結合用部材17と溶接によ
って接合するための結合部フランジ19bが形成されてい
る。結合部フランジ19bの外表面は、表材13の外表面と
面一となるように構成されている。20は隣合う結合用部
材17の結合部フランジ19bを結合する溶接部を示してい
る。図に示すごとく、溶接部20は突合せ溶接であり、溶
接部20の車外側表面は表材13の車外側の線上にある。

さらに、結合用部材17の車内側のフランジ21は、表材
14を接合するための段差を有するとともに板厚が厚くな
っている。そして、該内側フランジ21に溶接部20aを形
成して側柱11を接合する構造となっている。すなわち、
側柱11は隣接しな側外板部材12の各結合用部材17間に跨
って接合されている。換言すれば、各側外板部材12は側
柱11の設置位置で接合される構造となっている。

隣接した側外板部材12は、それぞれの結合部フランジ
19bで溶接によって結合される。このように側外板部材1
2同士の結合作業が終了した時点で、側柱11を前述のよ
うに各結合用部材17に接合する。

なお、溶接部20の車外側表面20b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。

次に、第４図において、腰帯９はその断面形状が略Ｌ
字形に形成されている。一方、側外板部材12の第１図に
示した窓開口部44の周りすなわち縁44aには、結合用部
材としての縁材22が設置され、ろう付けされている。該
縁材22によって窓開口部の縁44aの補強を行うとともに
窓ガラスを受ける。この縁材22には、表材13,14の裏当
金および位置決めの役目を果たすフランジ22aおよび窓
ガラスの受けとしてのフランジ22bが形成されている。
腰帯９は縁材22の室内側端面22cに溶接によって接合さ
れる。また、該腰帯９はその車体長手方向端部を側柱11
の側面11aに接合するように、側柱11の設置位置で分割
されている。なお、縁材22への腰帯９の接合は、側外板
部材12同士を接合する前、或いは、接合した後のいずれ
であってもよい。

幕帯10についても、腰帯９とほぼ同様に構成され、縁
材22の室内側端面22cに接合される。また、幕帯10は側
柱11の設置位置に分割され、その車体長手方向端部は側
柱11の側面11aに接合される。

次に、第１図により屋根構体４について説明する。16
は車体長手方向に引通して配置される長桁、23は該長桁
16に直交して接合される垂木である。該長桁16,垂木23
および屋根板24によって、屋根構体４が構成されてい
る。長桁16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、該長桁16の間に垂木23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23の両端を長桁16に接合している。この長桁16およ
び垂木23の上面側に屋根板24が接合される。該屋根板24
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24は、構体の室内側に車体長手方向に一
体形成されたリブ24aを有しいる。

次に、構体１の車体長方向端部に設置される妻構体５
は、垂直方向に配置される骨部材と水平方向に設置され
る骨部材とを接合し、該垂直方向および水平方向の骨部
材の外表面に外板を設置して構成される。なお、妻構体
15においては、作用する荷重の内の大部分を車外圧力変
動による圧力荷重が占める。そのため、垂直荷重および
車外圧力変動に伴う圧力荷重が同時に作用する側構体２
に比べて強度向上を図る必要がない。

このような構成において、構体１の組立状況を説明す
る。構体１は、側構体2,台枠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、該構体１の基本的な構成部材である積
層材の製作状況から順に説明する。側外板部材12は、表
材13,14、芯材15、結合用部材17、および縁材22から構
成される。まず、表材13,14は、素材となる軽合金製板
材に側窓開口部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から長桁
16までの寸法に対応した縦寸法に切断される。一方、芯
材15も予め軽合金製板材を組合せて構成したハニカム材
を表材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22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、芯材15、
結合用部材17、および縁材22を組合せて、各結合部分に
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、構体１の側構体２において、窓
開口部44の上部側の軒部および窓開口部44の下側の腰部
の部分に曲面を持った構造の場合には、該曲面を側外板
部材12が完成後に成形する。

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表材13,1
4および芯材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、成形す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。と
ころが、表材13,14,芯材15,結合用部材17および縁材22
を接合した時点で、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。このよ
うに、縁材22は結合用部材の一つである。

次に、前述のようにして製作した側外板部材12によっ
て、側構体２を製作する状況について説明する。

まず、側外板部材12は、事前に表材13,14、芯材15、
結合用部材17、および縁材22をろう付けによって一体に
接合して構成されている。治具は、側外板部材12を受け
る支持面を側構体２の外表面に対応させて形成してい
る。この治具の側外板部材支持面上に側外板部材12を車
体長手方向に順次並べて配置する。そして、隣合った側
外板部材12の各結合用部材17の接合部フランジ19bを溶
接接合可能な間隔で位置決めする。この状態で、各側外
板部材12を拘束し、前記隣合う側外板部材12の対向した
接合部フランジ19bを溶接によって接合する。なお、前
記溶接作業は、側外板部材12の車内側から行なわれる。
このようにして、各側外板部材12の接合作業が完了した
時点で、該側外板部材12上に骨部材すなわち側柱11,幕
帯10および腰帯９を載せる。そして、これらの各部材の
位置決めを行なった後、側外板部材12,側柱11,幕帯10お
よび腰帯９を拘束する。この状態で、側外板部材12の結
合用部材17と側柱11,縁材22と幕帯10および腰帯９、さ
らに、側柱11と幕帯10および腰帯９の各接合部分を溶接
によって接合する。このように各部材の接合作業が終わ
った時点で、前記治具から側構体２を取り出し、各結合
用部材17の溶接部20の車外側表面20bをグラインダ等に
よって平滑に仕上る。このようにして側構体２は完成す
る。

このようして側構体２を製作すれば、治具上に側外板
部材12,側柱11,幕帯10および腰帯９を順次載せながら接
合作業が行なえる。すなわち、治具上で構成部材を移動
あるいは反転させる必要がないため、作業効率が高く、
大幅な工数低減が図れる。また、側外板部材12,側柱11,
幕帯10および腰帯９の接合作業は、全て治具上の下向き
溶接、すなわち、側構体２の室内側からのみの作業とな
る。したがって、各部材の溶接接合部の信頼性も高く、
作業効率も向上できる。前記接合作業を自動化すること
も可能となる。

ところで、側外板部材12への幕帯10および腰帯９の接
合は、側外板部材12が単体の時点で幕帯10および腰帯９
をその縁材22に接合してもよい。この場合、前記作業工
程が多少異なる。すなわち、各側外板部材12の接合作業
が完了した時点で、側柱11を隣合った側外板部材12の結
合用部材17間に跨らせて載せ、該結合用部材17と側柱1
1,側柱11と幕帯10および腰帯９の端面を接合するのみで
よい。このような作業工程によれば、治具上での各部材
の接合作業を極力削減でき、この点からも作業効率の向
上が図れる。

なお、本実施例の場合、側外板部材12は各側柱11のス
パン分に相当する幅寸法に構成されている。また、この
幅寸法は必要に応じて変更できる。

一方、台枠３は側梁６および横梁７を組合せて接合、
軽合金製押出形材をその幅方向に並べて接合した床板８
を接合して製作される。

さらに、屋根構体４は長桁16および垂木23を組合せて
接合し、軽合金製押出形材をその幅方向に並べて接合し
た屋根板24を接合して製作される。

妻構体５についても、骨部材を組合せて接合した後、
外板を接合して製作される。

このようにして製作された側構体2,台枠3,屋根構体４
および妻構体５を組合せて、構体１を製作する状況につ
いて説明する。まず、台枠３の車体幅方向両側の上面す
なわち側梁６の上部にそれぞれ側構体２を垂直に配置
し、かつ、該台枠３の車体長手方向両端部の上面に妻構
体５をそれぞれ配置する。そして、台枠３と側構体２お
よび台枠３と妻構体５を接合する。また、同時に側構体
２と妻構体５を接合する。この二つの側構体２および二
つの妻構体５の上に屋根構体４を載せ、該屋根構体４と
二つの側構体２および二つの妻構体５をそれぞれ接合す
る。こうのようにして、構体１は組立られる。

このような構成において、側構体２には、構体１自体
の自重，台枠３から伝わる該台枠３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、車外圧力変
動による圧力荷重が作用する。これらの荷重に対して側
構体２は、前述の側外板部材12を主体に構成しているた
め、十分な強度を有する。すなわち、側外板部材12は、
表材13,14および芯材15を積層し、かつ、各部材を接合
して一定以上の厚さを有しているため、単なる平板より
も曲げ剛性および剪断剛性が高い。したがって、側外板
部材12は面外変形を生じにくく、前記荷重に対して十分
に耐え得る。特に、車外圧力変動によって車体に作用す
る圧力荷重に対して有効であり、側外板部材12に補強材
を設けて強度向上を図る必要がない。また、表材13,14
および芯材15を金属製接合剤を用いて接合することも、
剛性を向上させる上で有効である。

ところで、側外板部材12を構成する表材13,14および
芯材15等の各部材の重量と同程度の重量を有した従来の
車両構体用として用いられている軽合金製押出形材とを
比較した場合、側外板部材12の方が前記曲げ剛性が高
い。このことは、構体全体の重量が同じ場合、側外板部
材12を用いた構体１の方が剛性が高いことになる。ま
た、構体全体の剛性が同程度の場合には、側外板部材12
を用いた構体１の方が軽量となる。

また、側外板部材12は曲げ剛性および剪断剛性が高い
ため、前述のように側構体２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
ことがなく見栄えを向上できる。車体表面の歪を抑制で
きることによって、歪除去作業をなくすことができる。

さらに、側外板部材12は、周囲に結合用部材17を設
け、該結合用部材17を介して他の側外板部材12或いは他
の部材例えば側柱11と接合する構造となっているため、
軽合金製ハニカム材自体を接合する場合に比べて接合部
分の強度低下を防止できる。また、結合用部材17として
軽合金製押出形材を用いることによって、複雑な形状で
あっても精度良く簡単に製作でき安価にできる。また、
側外板部材12への腰帯９および膜帯10の接合は、縁材22
を介して行なわれるため、各接合部分の強度低下を防止
できる。さらに、結合用部材17は結合用フランジ19bの
車外表面が表材13の車外表面と面一となっているため、
溶接部20の車外表面を削るだけで側構体２の表面を平滑
にすることができる。したがって、従来、構体完成後に
行なっていた側構体表面のパテを用いた平滑化作業を簡
略化できる。

ところが、結合用部材17に強度部材である側柱11を一
体に形成すれば、部品点数の削減が図れ、かつ、結合用
部材と側柱の接合作業をなくすことができる。このこと
は、側構体製作時における作業工数の低減となる。

以下に、前記側外板部材等の積層材と骨部材例えば側
柱11との接合部構造の他の実施例を第５図および第６図
によって説明する。

まず、第５図において、積層材25の内側の表材26に
は、側柱11と接合するためのフランジ27が一体に形成さ
れている。この表材26,表材13及び芯材15をろう付けに
より接合して積層材25を構成する。このような構成であ
れば、表材26の平面部分に直接側柱11を溶接接合するの
に比較して、フランジ27に溶接部20を介して側柱11を接
合するため、接合部分の強度が向上する。また、積層材
25に側柱11を接合する場合に、フランジ27を該側柱11の
位置決め手段として利用できる。さらに、積層材25のろ
う付け部分への溶接熱の悪影響，溶接熱によって生じる
表材26,13の歪を防止できる。

次に、第６図において、積層材28の内側の表材29に
は、側柱11と接合するためのフランジ30が一体に形成さ
れている。また、表材29の該フランジ30が設けられてい
る結合部31は、板厚が該表材29の他の部分よりも厚くな
っている。側柱11は表材29のフランジ30に溶接によって
接合される。このような構成によれば、側柱１から積層
材28へ伝わる荷重が、フランジ30,結合部31を介して伝
えられる。結合部31の断面積は、フランジ30の断面積よ
りも大きいため、該結合部31の単位面積当たりの伝達す
る荷重を小さくすることができる。このことによって、
積層材28と側柱11の接合部分の強度向上が図れる。積層
材28の前記以外の効果は、積層材25と同様である。

なお、第６図の実施例においては、フランジ30および
結合部31を表材29に一体に形成した例について説明した
が、これらを別部材としてもよい。すなわち、フランジ
30および結合部31のみを一体に形成した押出形材とし、
この押出形材を表材29にろう付けによって接合すれば積
層材28と同様の効果を発揮できる。また、このようにフ
ランジ30および接合部31を一体に押出形材で構成するこ
とにより、側柱11の接合部を任意に形成することができ
る。

次に、積層材同士の接合部分の他の実施例を第７図お
よび第８図によって説明する。

まず、第７図において、前記一実施例と同一符号は同
一部材を示している。32は断面が略Ｉ型に形成された結
合用部材である。表材13,14と接合される段差を有した
フランジ32aおよび他の結合用部材との接合部を構成す
る接合部フランジ32bを有している。20は隣合う接合用
部材32を接合する溶接部である。

このような構成によれば、結合用部材32の断面形状が
Ｉ型であり、該結合用部材32同士を結合することによっ
て、箱型断面の構造部材と同様な断面形状となる。した
がって、積層材33同士の結合部の強度を向上させること
ができる。また、積層材33を用いて構成する構造物の強
度向上にもつながる。また、後述する第８図の実施例に
比べて当て板35を扶養にできるので、安価にできるもの
である。また、結合用部材32は二つのフランジ32b,32b
とこれを接続するウエブとからなるので、いわば二つの
溶接部（フランジ32b,32b）の間を空間にできるもの
で、軽量にできるものである。また、２つの溶接部は突
合せ溶接であるので、力の伝達をスムーズにでき、この
点からも強く軽量にできるものである。

第８図において、前記一実施例と同一符号は同一部材
を示している。34は第３図に示した一実施例の結合用部
材17とほぼ同様な形状を有した結合用部材である。35は
結合用部材34の結合部フランジ34aの反対側のフランジ3
4bを接合するための当て板である。

このような構成によれば、結合用部材34を有した積層
材36同士を接合する場合、まず、結合用部材34の結合部
フランジ34aを接合する。その後、該結合用部材34を当
て板35を介して接合する。このようにして結合すること
により、積層材36同士の接合に伴う溶接作業を積層材36
の一方側から行なえる。このことは、前記溶接作業を全
て下向きで行なう場合、積層材36を反転させる必要がな
く、作業工数を低減できる。なお、積層材36の接合部に
おいて、あたかも箱型断面部材を設置したと同様の構造
を成す点等については、第７図の実施例と同様である。

次に、前記積層材を用いた各種の鉄道車両構体の他の
実施例を第９図ないし第16図により説明する、 まず、第９図に示した実施例について説明する。同図
において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すも
のである。37は側外板部材12の窓開口部44より上部に相
当する幕板、38は側外板部材12の窓開口部44より下部に
相当する腰板である。幕板37および腰板38の車体長手方
向の幅寸法は、各側柱11のスパン分の長さに相当する。
なお、この幅寸法は必要に応じて変更できる。また、幕
板37および腰板38は、側外板部材12と同様に、二枚の表
材および芯材をろう付けによって接合し、かつ、周囲に
結合用部材，開口部の周りに縁材を設けた構成となって
いる。39は幕板37および腰板38の間に設置される窓枠部
材である。該窓枠部材39は軽合金製押出形材より構成さ
れ、一本あるいは複数本の形材を車体長手方向に配置し
ている。窓開口部44については、前記形材の窓開口部に
該当する部分を切り欠くことにより形成される。この窓
枠部材39の上辺に幕板37を接合し、窓枠部材39の下辺に
腰板38を接合する。なお、これらの接合は、幕板37およ
び腰板38の第４図に示した縁材22と窓枠部材39を溶接に
よって接合することにより行なわれる。このようにして
側構体が構成される。本実施例の構体1aは、側構体２の
構造が前記一実施例と異なるのみで、側構体2a以外の部
分は前記一実施例と同様である。

このような構成によれば、側構体2aにおいて最も強度
上厳しい条件となる窓柱部45を窓枠部材39として単体で
構成することができるため、該側構体2aの軽量化および
強度向上が図れる。すなわち、窓枠部材39を十分な強度
を有する仕様にて構成し、かつ、幕板37および腰板38に
ついても強度上十分で軽量化した仕様で構成することが
できる。したがって、十分な強度を有し、かつ、軽量化
した側構体2aを提供することができる。また、窓枠部材
39は、軽合金製押出形材で構成されており、該窓枠部材
39に腰帯９および幕帯10を一体に形成することも可能で
ある。腰帯９および幕帯10を窓枠部材39に一体に形成す
ることによって、部品点数の削減と該窓枠部材39自体の
組立時の工数低減が図れる。

ところで、窓枠部材39を構造用鋼あるいはステンレス
鋼によって構成しても、側構体2aの軽量化および強度向
上が図れる。なお、窓枠部材39を幕板37および腰板38と
異なる材質の材料で構成した場合には、これらの接合は
リベット等の機械的接合手段あるいはクラッド材を介在
させて溶接により接合する必要がある。

次に、第10図に示した実施例について説明する。同図
において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すも
のである。40は二枚の表材，芯材および外周に設置され
る接合用部材をろう付けによって接合した積層材から構
成された屋根板部材である。該屋根板部材40を車体幅方
向両側に平行に配置した長桁16の間に車体長手方向に複
数並べ、かつ、隣合う該屋根板部材40を溶接接合すると
ともに、該接合部に垂木41を接合して屋根構体4aを構成
する。

なお、該屋根構体4aの製作は、次のようにして行なわ
れる。屋根構体4aを構成するための治具は、屋根板部材
40を受ける支持面が屋根構体4aの外表面に一致した形状
となっている。まず、最初に、前記治具の屋根板部材支
持面に複数の屋根板部材40を載せ、該各屋根部材40間の
位置決めを行なう。そして、各屋根板部材40を拘束した
状態で接合する。このようにして複数の屋根板部材40同
士を接合した後、長桁16と垂木41を該複数の屋根板部材
40上に載せ、拘束した状態で接合する。このようにして
組立られた屋根構体4aを、治具から取り出し、各屋根板
部材40の接合部分の外表面を平滑に仕上て完成する。

ところで、屋根板部材40に予め長桁16と垂木41を接合
しておき、これに屋根板部材40を車体長手方向に並べて
接合しても良い。なお、屋根板部材40の車体長手方向の
幅寸法は、側外板部材12とほぼ同様な長さとする。本実
施例は、屋根構体4aの構造が前記一実施例と異なるのみ
で、屋根構体4a以外の部分は前記一実施例と同様であ
る。

このような構成によれば、屋根構体4aを二枚の表材、
芯材、および結合用部材を接合した積層材よりなる屋根
板部材40によって構成しているため、強度向上が図れ、
十分な耐圧強度を確保できる。すなわち、屋根板部材40
は、単なる平板よりも曲げ剛性が高いため、車外圧力変
動による圧力荷重が作用しても十分に耐え得る。したが
って、屋根構体4aとほぼ同様な重量を有する軽合金製押
出形材より成る従来の屋根構体よりも、屋根構体4aはそ
の耐圧強度を向上させることができる。

また、屋根板部材40は、それ自体の曲げ剛性が高いた
め、該屋根構体4aを構成する垂木41の数を減らすことが
できる。このことによって、屋根構体4aを構成する部品
点数を削減できる。また、垂木41の数を減らすことは、
屋根構体4aの軽量化にもつながる。

なお、本実施例においては、側構体２および屋根構体
4aを、積層材によって構成した構造としたが、屋根構体
4aのみを積層材で構成することで構体の耐圧性の向上が
図れる。すなわち、屋根構体は面積が広く、車外圧力変
動に伴って作用する圧力荷重が大きくなる。一方、屋根
構体は客室空間を広く確保するため、あるいは、全体の
軽量化の観点から多くの骨部材を設置しにくい。したが
って、前述のように屋根構体に積層材を用いることは、
積層材の強度が高いため、前記圧力荷重を少ない骨部材
によって支持し得る。このことは、屋根構体自体および
構体全体としての耐圧性を向上できる。また、屋根構体
および構体全体としての軽量化につながる。

次に、前記屋根構体における屋根板部材と垂木との接
合部分の構造について第11図，第12図および第13図によ
って説明する。

第11図は、第10図に示した屋根構体4aの二つの屋根板
部材40および垂木41の接合部分の断面構造を示してい
る。同図において、17aは屋根板部材40の周囲に設置さ
れた結合用部材である。該結合用部材17aは側外板部材1
2の結合用部材17と同様に略Ｚ型に形成され、複数の段
差を有したフランジおよび結合部フランジを有してい
る。そして、隣合う結合用部材17aの車外側のフランジ
を溶接部20において溶接する。また、結合用部材17aの
車内側のフランジには、接合した屋根板部材40の結合用
部材17aに跨って設置される垂木41が接合されている。2
0aは結合用部材17aと垂木41とを接合するための溶接部
である。

屋根構体4aは、隣合う屋根板部材40の接合作業をその
一方側すなわち内側から行なえる。また、垂木41の接合
作業も同様に屋根板部材41の内側から行なえる。このた
め、同一治具上で複数の屋根板部材40および垂木41の接
合作業が行なえる。したがって、屋根構体4aは、側構体
２と同様に製作時の工数低減が図れる。また、屋根構体
4aは、結合用部材17a同士および結合用部材17aと垂木41
とを下向き溶接で接合することができるため、該各接合
部の強度信頼性を向上できる。

次に、第12図は屋根板部材の表材に垂木を接合した構
造を示している。同図において、27aは屋根板部材40aの
車内側の表材に一体に形成されたフランジである。41a
は複数のフランジ27aの間に嵌合可能に構成された垂木
である。該垂木41aは略Ｚ形の断面形状となっている。
フランジ27aと垂木41aは、溶接部20bにより接合され
る。

このような構成によれば、屋根板部材40aに対して垂
木41aの位置決めが容易に行なえる。したがって、屋根
板部材40aに対する垂木41aの接合作業が容易に行なえ
る。また、フランジ27aが所定の高さを有し、かつ、そ
の先端部で垂木41aと接合されるため、表材と芯材との
接合部に溶接による熱影響を与えることがない。さら
に、屋根部材40aの車外側の表材に対する溶接の熱影響
も防止できるため、該表材の歪の発生を防止できる。

ところで、フランジ27aは表材に一体に形成されてい
るが、前記フランジを表材とは別部材として形成し、ろ
う付けによって表材に接合する構成としてもよい。ま
た、前記フランジを表材と別部材の平板に一体に形成
し、該平板をろう付けによって表材に接合する構成とし
ても良い。

次に、第13図は屋根板部材を構成する結合用部材に垂
木を一体に構成した断面構造を示している。同図におい
て、一方の屋根板部材40bの結合用部材17aは、第11図に
示したものと同様に略Ｚ形に形成されている。41bは屋
根板部材40cの結合用部材を一体に構成した垂木であ
る。該垂木41bは、結合用部材17aと同様に軽合金製押出
形材製であって、屋根板部材40cを製作する際に複数の
表材および芯材と接合される。

このような構成によれば、垂木41bが結合用部材を兼
ねているため、部品点数を削減できるとともに結合用部
材と垂木との接合作業を行なう必要がない。

次に、第14図および第15図に示した実施例について説
明する。同図において、第10図に示した実施例と同一符
号は同一部材を示すものである。5aは妻柱46,隅柱47,妻
桁48,横さん49および妻板部材50から構成される妻構体
である。妻板部材50は二枚の表材，芯材および結合用部
材をろう付けによって接合して構成されている。

妻構体5aの製作は、該妻構体5aの形状に合せて形成さ
れた複数の妻板部材50を治具上で位置決めし、拘束した
状態で接合する。次に、前記接合した複数の妻板部材上
に妻柱46,隅柱47,妻桁48および横さん49を載せ、これら
を拘束した状態で接合する。前記各接合は、全て溶接に
よって行なわれる。

このようにして構成された妻構体5aを、台枠3,二つの
側構体２および屋根構体4aの車体長手方向端部に接合し
て構体が完成する。

このような構成によれば、妻構体5aを二枚の表材，芯
材および結合用部材をろう付けによって接合した積層材
である妻板部材50によって構成していることから、前記
実施例の側構体２あるいは屋根構体4aと同様に耐圧性を
向上させることができる。また、妻構体5aを含めて構成
された構体1bは、二つの側構体2,屋根構体4a,二つの妻
構体２が二枚の表材および芯材をろう付けによって接合
した積層材で構成していることから、耐圧性を向上させ
ることができる。すなわち、十分な強度を有し圧力荷重
を十分に支持可能な台枠部分を除いた構体の耐圧性を向
上させることができる。

次に、第16図に示した実施例について説明する。同図
において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すも
のである。42は二枚の表材，芯材および外周に設置され
る結合用部材をろう付けによって接合した積層材から構
成された床板部材である。該床板部材42を車体長手方向
に複数並べて接合し、横梁43の上面および側梁６の車体
周方向中央側の側面6aに接合することにより台枠3aが構
成される。また、隣接した床板部材42の結合用部材に跨
って横梁43が設置される構成となっている。

なお、床板部材42は車外圧力変動を面内の引っ張りあ
るいは圧縮応力として負担させ、表材あるいは芯材の板
厚を薄くして軽量化を図るために、車体周方向断面につ
いて下方へ凸の円弧状に形成されている。該床板部材42
の円弧状断面の曲率は、車体周方向両側に近付くに従っ
て大きくしてもよい。本実施例は、第14図に示した構体
と台枠部分の床板部材42のみが異なっており、他の部分
については第14図の構体1bと同様である。

このような構成によれば、床板部材42が十分な曲げ強
度を有しているため、横梁43の設置間隔を広くして該横
梁43の設置数量を削減することができる。あるいは、床
板部材42が十分な曲げ強度を有しているため、横梁自体
を軽量なものにできる。これらのことがらは、台枠の軽
量化ひいては構体全体の軽量化につながる。

また、本実施例の構体1cにあっては、客室を取り囲む
気密壁すなわち側外板部材12,屋根板部材40,床板部材42
および妻板部材50が積層材によって構成されているた
め、十分な耐圧強度を確保でき、かつ、軽量化が図れ
る。

〔発明の効果〕

本発明は、ろう付けによって構成した積層材を溶接し
て構体を構成しているので、軽量にでき、高耐圧にでき
るものである。また、鉄道車両構体の外面側の結合用部
材のフランジを隣接する結合用部材のフランジに突合せ
溶接しているので、溶接部の表面を外面側の表材と同一
線状にでき、構成を簡単にできるものである。また、接
合用部材が側柱や垂木や横梁を兼用しているので、軽量
にできるものである。

また、窓開口部と窓開口部との間の強度的に問題とな
る部分を高強度部材の押出し形材で構成すれば、幕部お
よび腰部は軽量化を図り、全体としては軽量で高い剛性
を有する構体を提供できると共に、部品点数の削減によ
る製作作業の簡略化を図ることができるものである。

また、溶接するに当たって、結合部材の外側および内
側を隣接する積層材の結合用部材の外側および内側にそ
れぞれ溶接すれば、この部分の断面形状が箱型断面にな
り、内側または外側の一方のみを溶接する場合に比べて
強度向上を図ることができるものである。また、結合用
部材は二つのフランジとこれを接続するウエブとからな
るので、いわば二つの溶接部の間を空間にできるので、
軽量化にできるものである。

また、結合用部材の二つのフランジを隣接する積層材
の結合用部材のフランジに突合せ溶接すれば、より箱型
断面になると共に、力の伝達をスムーズにできるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は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。 第２図は第１図に示した鉄道車両構体の外観を示す斜視
図である。 第３図は第２図のＡ−Ａ部断面図である。 第４図は第２図のＢ−Ｂ部断面図である。 第５図は積層材と骨部材の接合部の他の実施例を示した
断面図である。 第６図は積層材と骨部材の接合部の他の実施例を示した
断面図である。 第７図は積層材同士の接合部の他の実施例を示した断面
図である。 第８図は積層材同士の接合部の他の実施例を示した断面
図である。 第９図は本発明による鉄道車両構体の他の実施例を示し
た断面斜視図である。 第10図は本発明による鉄道車両構体のさらに他の実施例
を示した断面斜視図である。 第11図は屋根板部材と垂木の接合部の一実施例を示す断
面図である。 第12図は屋根板部材と垂木の接合部の他の実施例を示す
断面図である。 第13図は屋根板部材と垂木の接合部の他の実施例を示す
断面図である。 第14図は本発明による鉄道車両構体のさらに他の実施例
を示した断面斜視図である。 第15図は第14図の鉄道車両構体の妻構体を車内側からみ
た正面図である。 第16図は本発明による鉄道車両構体のさらに他の実施例
を示した断面斜視図である。 １……構体、２……側構体、３……台枠、４……屋根構
体、５……妻構体、11……側柱、12……側外板部材、1
3,14……表材、15……芯材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 正人 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 (56)参考文献 特開 昭61−141541（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−102318（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−68825（ＪＰ，Ｕ) 欧州特許出願公開260200（ＥＰ，Ａ)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二枚の表材と、該二枚の表材の間に配置し
   たハニカム材と、該二枚の表材の間において該表材の縁
   部に配置した結合用部材と、からなり、前記二枚の表材
   に、前記ハニカム材および前記結合用部材を接合して積
   層材を構成しており、 複数の前記積層材を接合して構成した鉄道車両構体にお
   いて、 前記積層材のを構成する前記二枚の表材、前記ハニカム
   材および前記結合用部材はろう付けで接合しており、 前記積層材を構成する二枚の表材、ハニカム材および結
   合用部材はろう付けによって接合しており、 前記結合用部材は、前記二枚の表材にそれぞれ接合した
   二つの部分と、該二つの部分を連結するウエブと、から
   なり、前記鉄道車両構体の外面側に位置する前記表材の
   側の前記ウエブの端部には前記積層材の端部側に突出し
   たフランジを備え、 該フランジは隣接する前記積層材の前記結合用部材の前
   記フランジに突合せ溶接しており、 前記結合用部材は鉄道車両構体の側柱、腰帯、幕帯、垂
   木、床板部材の横梁の少なくとも一つの骨部材を兼用し
   ていること、 を特徴とする鉄道車両構体。
2. 【請求項２】請求項１の鉄道車両構体において、前記骨
   部材は前記結合用部材に溶接していること、を特徴とす
   る鉄道車両構体。
3. 【請求項３】請求項１の鉄道車両構体において、前記骨
   部材は、前記溶接した一方の前記積層材と他方の前記積
   層材の両方に溶接していること、を特徴とする鉄道車両
   構体。
4. 【請求項４】請求項３の鉄道車両構体において、前記骨
   部材と前記積層材との前記溶接部は、前記結合用部材で
   あること、を特徴とする鉄道車両構体。
5. 【請求項５】請求項１の鉄道車両構体において、前記フ
   ランジを前記表材の端部よりも隣接した前記積層材側に
   突出しており、該隣接する積層材側に突出した前記フラ
   ンジの外面は前記表材の外面と同一面にあること、を特
   徴とする鉄道車両構体。
6. 【請求項６】請求項１の鉄道車両構体において、前記結
   合用部材の前記二つの部分は前記ウエブの両端から前記
   積層材の内側へも突出していることを、特徴とする鉄道
   車両構体。
7. 【請求項７】請求項１の鉄道車両構体において、 前記骨部材を兼用している前記結合用部材は側構体を構
   成する部材であり、 該側構体は、窓開口部よりも上方の幕部と、該窓開口部
   よりも下方の腰部と、および前記幕部と前記腰部との間
   の窓部材と、からなり、 前記幕部および前記腰部は前記複数の積層材を溶接して
   構成されており、 前記窓部材は少なくとも窓開口部と窓開口部との間の部
   材を構成するものであり、押出し形材で構成しているこ
   と、 を特徴とする鉄道車両構体。
8. 【請求項８】請求項７の鉄道車両構体において、前記窓
   部材は前記押出し形材から窓開口部を開口したものであ
   ること、を特徴とする鉄道車両構体。
9. 【請求項９】請求項７の鉄道車両構体において、前記窓
   部材の押出し方向は車両の長手方向であること、を特徴
   とする鉄道車両構体。
10. 【請求項１０】二枚の表材と、該二枚の表材の間に配置
    したハニカム材と、該二枚の表材の間において該表材の
    縁部に配置した結合用部材と、からなり、前記二枚の表
    材に、前記ハニカム材および前記結合用部材を接合して
    積層材を構成しており、 複数の前記積層材を接合して構成した鉄道車両構体にお
    いて、 前記積層材のを構成する前記二枚の表材、前記ハニカム
    材および前記結合用部材はろう付けで接合しており、 前記積層材を構成する二枚の表材、ハニカム材および結
    合用部材はろう付けによって接合しており、 前記結合用部材は、前記二枚の表材にそれぞれ接合した
    二つの部分と、該二つの部分を連結するウエブと、から
    なり、前記ウエブの両端部はそれぞれ前記積層材の端部
    側に突出した二つのフランジを備え、 該二つのフランジは隣接する前記積層材の前記結合用部
    材の前記二つのフランジにそれぞれ溶接しており、 前記結合用部材は鉄道車両構体の側柱、垂木、床板部材
    の横梁の少なくとも１つになっていること、 を特徴とする鉄道車両構体。
11. 【請求項１１】請求項９の鉄道車両構体において、前記
    二つのフランジは前記表材の端部よりも隣接した前記積
    層材側に突出しており、該隣接する積層材側に突出した
    前記フランジの外面は前記表材の外面と同一面にあるこ
    と、を特徴とする鉄道車両構体。
12. 【請求項１２】請求項９の鉄道車両構体において、前記
    結合用部材の前記二つの部分は前記ウエブの両端から前
    記積層材の内側へも突出していること、を特徴とする鉄
    道車両構体。
13. 【請求項１３】請求項９の鉄道車両構体において、前記
    二つのフランジは隣接する前記積層材の前記二つのフラ
    ンジにそれぞれ突合せ溶接していること、を特徴とする
    鉄道車両構体。
14. 【請求項１４】請求項13の鉄道車両構体において、 前記少なくとも一つを構成する前記側構体は、窓開口部
    よりも上方の幕部、該窓開口部よりも下方の腰部、およ
    び前記幕部と前記腰部との間の窓部材と、からなり、 前記幕部および前記腰部は前記複数の積層材を溶接して
    構成されており、 前記窓部材は少なくとも窓開口部と窓開口部との間の部
    材を構成するものであり、押出し形材で構成しているこ
    と、 を特徴とする鉄道車両構体。
15. 【請求項１５】請求項14の鉄道車両構体において、前記
    窓部材は前記押出し形材から窓開口部を開口したもので
    あること、を特徴とする鉄道車両構体。
16. 【請求項１６】請求項14の鉄道車両構体において、前記
    窓部材の押出し方向は車両の長手方向であること、を特
    徴とする鉄道車両構体。