鉄道車両

【課題】窓隅部を含んだ吹寄せ部をシアプレートによって補強した鉄道車両を提供すること。
【解決手段】窓開口部２１が形成され、外板１１の車内面側に骨部材１２，１３が縦横に接合された側構体１を有するものであって、外板１１の車内面側には、窓開口部２１横の吹寄せ部全体にシアプレート３１が接合され、そのシアプレート３１は、窓開口部２１の上下にまで突き出た突起部３１ａを備え、窓隅部Ｒ１〜Ｒ４を含む窓開口部２１の枠形状に沿って端部が形成された鉄道車両。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両構体を構成する外板の吹寄せ部にシアプレートを接合して剛性を高めた鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、屋根構体、側構体、台枠及び妻構体が互いに接合されて車両用構体が構成されているが、車体の自重や乗客などの垂直荷重によって側構体に対してせん断力などが作用するため、剛性を高めた構造にすることが必要である。そうした場合、車両用構体を構成する外板はそれ自体が骨部材を有するものではないので、剛性を高めるため、断面がハット形状の横骨や縦骨などの骨部材が外板に接合される。
【０００３】
剛性を高めるための従来構造としては、例えば下記特許文献１に、図１３に示すものが開示されている。これは、側構体の一部である中間窓ブロックを示した図である。中間窓ブロック１０１は、幕パネル１０２と、窓枠パネル１０３と、一対の吹寄せパネル１０４と、腰パネル１０６とが互いに接合されたものである。パネル１０２，１０４，１０６は、平板の外板に剛性を高める波板が重ねられ、外板と接触する波板の谷部がレーザ溶接などによって接合されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、図１４に示す構造が開示されている。図１４は、側構体の開口部周辺の構造を示した図である。外板２００に形成された開口部２０１は、行先表示器が設けられる矩形状の開口である、そうした表示用の開口部２０１には、その周りを縁取るように同一形状の開口部が形成された、枠形状のシアプレート２０２が接合されている。シアプレート２０２は、断面がハット形状の横骨２１０とともに、図示するように外板２００に接合され、例えば、シアプレート２０２とフランジ部２３１とを連続したレーザ溶接によって接合されている。
【特許文献１】特開２００５−２６３１２６号公報
【特許文献２】特開２００７−１１２３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような波板は、そのための専用プレス機を用いたのでは加工コストが非常に高くなってしまう。その一方で、専用プレス機を使用しなければ、圧延のステンレス板を波形に加工することは容易ではない。
また、吹寄せ部に関しては、特許文献２のシアプレートを設けることが考えられるが、特許文献２では、開口面積の小さい行先表示用の開口部を対象にしている。そのため、窓開口部や入口開口部のような面積の大きい開口部には、その周りを縁取るように開口を形成した枠形状のシアプレートを張り合わすことは好ましくない。シアプレートが外板全体の大きさになってしまい、車体重量を重くしてしまうからである。
【０００６】
一方で、鉄道車両の側構体には、出入口や窓などの大きな開口部が形成され、台車による支点からの反力が支点近傍の吹寄せ部に大きなせん断力となって作用する。そのため、吹寄せ部は、強度不足によって外板面へのシワが発生し易い箇所となるので、特に応力が集中する窓隅部を含む吹寄せ部を補強することが必要になる。この点、従来の鉄道車両は、多くの補強部材が用いられ、構造が複雑で部品点数が多くなってしまっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、窓隅部を含んだ吹寄せ部をシアプレートによって補強した鉄道車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の鉄道車両は、窓開口部が形成され、外板の車内面側に骨部材が車体高さ方向と車体長手方向の縦横に接合された側構体を有するものであって、前記外板の車内面側には、前記窓開口部横の吹寄せ部全体にシアプレートが接合され、そのシアプレートは、前記窓開口部の上下にまで突き出た突起部を備え、窓隅部を含む前記窓開口部の枠形状に沿って端部が形成されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記シアプレートが、前記窓開口部の枠形状に沿って形成された端部の一部或いは全部にヘリ曲部が形成されたものであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る鉄道車両は、前記シアプレートが、骨部材として機能するように起立した複数の立体部が形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記立体部が、断面がコの字形状、台形形状あるいは山形形状であって、前記シアプレートは、その一つ立体部ごとに形成された分割プレートが連結されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記立体部が、断面がコの字形状または台形形状であって、前記シアプレートは、当該立体部の頂部ごとに分けられた分割プレートが、当該頂部を接合することにより連結されたものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る鉄道車両は、前記立体部が縦骨と同方向に形成されたものであって、隣り合う立体部同士が、当該シアプレートを前記外板に対して溶接するための間隔をあけて形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記窓開口部の上下に前記外板に接合された骨部材を備え、その骨部材は、前記窓開口部の枠形状に沿ってヘリ曲部が形成され、そのヘリ曲部が、前記窓隅部に対応して形成された前記シアプレートのヘリ曲部と連続するようにしたものであることが好ましい。
また、本発明に係る鉄道車両は、前記骨部材が前記シアプレートの突起部とガセットによって連結され、そのガセットにも前記骨部材と突起部の両ヘリ曲部に重なるヘリ曲部が形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、強度不足によって外板面へのシワが発生し易い吹寄せ部に対し、シアプレートを接合して剛性を高めることができる。そのため、部品点数を少なくしながらも強度不足を補い、特に窓開口部の窓隅部に沿って突起部を形成して補強することで、応力が集中する箇所も十分に強度を確保することが可能である。そして、窓開口部の窓隅部や、その他の枠形状に沿った箇所にヘリ曲部を形成することで、より剛性を高めることができる。また、本発明の鉄道車両によれば、シアプレートに骨部材として機能する立体部を形成することにより、骨部材を別途接合する必要がなくなる。その際、シアプレートを複数の分割プレートを連結して構成することで、分割プレート１枚の形状を単純にして加工コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の鉄道車両を構成する側構体を示した図である。この鉄道車両は、ステンレス製構体であって、その側構体１が構体ブロックなどのパーツを接合して組み合わされた車両用構体によって構成されている。車両用構体は、側構体１の上部には屋根構体が、前後には妻構体がそれぞれ接合され、更にその下には台枠が接合されている。側構体１は、２つの車端窓ブロック２と中間窓ブロック３、そして窓ブロック２，３の間に３つの側入口ブロック４が接合されている。車端窓ブロック２や中間窓ブロック３は、例えば上下に分けられた上部外板と下部外板との接合によって側外板が形成され、その車体内側には剛性を保つため骨部材などが接合されている。
【００１３】
次に図２は、中間窓ブロックを車内側から示した図であり、両端には接合された側入口ブロック４が示されている。中間窓ブロック３は、外板１１に骨部材を接合して構成されている。図３乃至図５は、そうした構造が分かりやすいように、それぞれ中間窓ブロックの腰部、吹寄せ部、幕部を横方向に切った図２のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面そしてＣ−Ｃ断面を示した図であり、図６は、腰部を縦方向に切った図２のＤ−Ｄ断面図である。
【００１４】
中間窓ブロック３は、厚さ２ｍｍのステンレス製の外板１１に対し、厚さ１．５ｍｍステンレス製板材から形成された補強部材である横骨１２と縦骨１３とが接合されている。なお、以下の説明において、特定の横骨１２又は縦骨１３を他のものと区別する場合には、ａ，ｂ…の符号を付して示す。横骨１２及び縦骨１３は、そのほとんどが図６に示すように、断面がコの字に折り曲げられた立体部３０１と、その両側に張り出したフランジ部３０２が連続したハット形状をしたものである。
【００１５】
本実施形態では、例えば図６に示すように、横骨１２が外板１１に直接接合され、その横骨１２の上に重ねて縦骨１３が接合されている。横骨１２は、外板１１に重ねられたフランジ部３０２に沿うようにレーザ溶接が行われ、縦骨１３は、そのフランジ部が横骨１２の立体部３０１に重ねられ、その重なった部分にレーザ溶接が行われる。本実施形態では、骨部材の接合にレーザ溶接が使用されるが、接合手段としてはレーザ溶接の他、スポット溶接や栓溶接を使用してもよい。また、本実施形態でも部分的には栓溶接なども使用されている。
【００１６】
腰部では、図２に示すように、４本の横骨１２が外板１１に接合され、その横骨１２の上には、窓開口部２１の下の４本の縦骨１３ａと、窓開口部２１の左右の縦辺に沿って２本の縦骨１３ｂとが接合されている。左右の縦骨１３ｂの間には内骨１６が配置され、図６に示すように、縦骨１３ａの上端を被せるようにして接合されている。内骨１６はＬ字形断面の板材であって、横骨１２ｂの立体部３０１にはレーザ溶接によって接合され、縦骨１３ａ，１３ｂには栓溶接によって接合されている。
【００１７】
最上部の横骨１２ｂは、上方に延びたフランジ部３１１が形成され、その先端には車内側に折り曲げられたヘリ曲部３１１ａが形成され、窓開口部２１の窓枠剛性が高められている。そして、側外板を構成する上部外板１１と下部外板１１との境目Ｐがこのフランジ部３１１の高さにあり、上部に分割された外板１１は段差のない車体表面になるように構成されている。一方、外板１１の下方には、台形形状の断面をした長土台１４が接合され、下側のフランジ部１４ａが下方に延びて内側の側梁１７に沿って形成されている。また、外板１１は、その下端部分が側梁１７やフランジ部１４ａに重ねて接合されている。
【００１８】
ここで図７は、中間窓ブロック３の左側端部を示した図３の一部拡大図である。側入口ブロック４との連結部分であり、側入口フレーム１８が外板１１の外側に重ねて接合されている。外板１１の内側には縦骨１３ｃが接合されているが、この縦骨１３ｃは、立体部３０１の側面と片側のフランジ部３０２に切欠き１３１（図２参照）が複数形成され、横骨１２の先端の端部が挿入されている。縦骨１３ｃの接合は、外板１１に当てられたフランジ部３０２のレーザ溶接によって行われるが、表面側には側入口フレーム１８があるため、縦方向の溶接痕が車体表面に現れることはない。
【００１９】
次に、中間窓ブロック３の幕部には、図５に示すように、外板１１に対して横骨１２ｄが直接接合され、その上に縦骨１３ｄが重ねられて接合が行われる。図８は、幕部を示した図２のＥ−Ｅ断面図である。外板１１には横骨１２ｄが接合され、その上端部に横骨１２ｄのフランジ部３０２と屋根構体８の端部が重ねられて接合されている。一方、幕部における最下部の横骨１２ｅは、下方に延びたフランジ部３１３が形成され、その先端には内側に折り曲げられたヘリ曲部３１３ａが形成され、窓開口部２１の窓枠剛性が高められている。そして、その横骨１２ｅには、立体部３０１に同じく断面がコの字形の内骨２６が重ねられて接合されている。
【００２０】
続いて、せん断力のかかりやすい吹寄せ部には、図２に示すように、補強部材としてシアプレート３１が張り合わされている。このシアプレート３１は、板厚２ｍｍの外板１１に対し、厚さ１．５ｍｍのステンレス鋼板あって、窓開口部２１の左右両側の吹寄せ部にそれぞれ設けられている。シアプレート３１は、吹寄せ部全体に重なる大ききであって、特に窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４の周りに沿うように突起部３１ａが上下に形成され、その窓隅部Ｒ１〜Ｒ４を補強する形状になっている。
【００２１】
吹寄せ部では、こうしたシアプレート３１の上から骨部材を接合した構成になっている。そして、シアプレート３１によって剛性を高めているため、中間の縦骨１３を省略した構造になっている。吹寄せ部は、図４に示すように、外板１１にシアプレート３１が重ねられてレーザ溶接によって接合されているが、横骨１２と同様に車体横方向にレーザを走らせて接合される。そうしたシアプレート３１に対し、横骨１２ｆがレーザ溶接によって接合され、その両端部に縦骨１３ｂ，１３ｃが接合されている。縦骨１３ｂは、片側を長くして段差のついた一方のフランジ部３１４がシアプレート３１に当てられて接合されている。この場合、縦方向にレーザ溶接を行っても、シアプレート３１が間にあるため、外板１１の表面に縦方向の溶接痕は現れない。
【００２２】
外板１１は、端部が応力を受けて変形し易いため、外形線に沿って骨部材を接合するなどして強度を確保しているが、本実施形態では、窓開口部２１の窓枠に沿って起立したヘリ曲部が形成されている。そこで、シアプレート３１には、窓開口部２１の形状に沿って図４に示すようにヘリ曲部３１ｂが形成されている。更に、窓開口部２１の上下にも同様にヘリ曲部が形成されている。ここで図９及び図１０は、窓隅部Ｒ１或いはＲ２を示した図であり、いずれも図（ａ）は図２の一部拡大図であり、図（ｂ）はその横方向断面図である。
【００２３】
図９に示す窓開口部２１の下の腰部には、前述したように横骨１２ｂが外板１１に接合され、それに内骨１６が突き出すように接合されている（図６参照）。内骨１６は、その端部がガセット２５によって縦骨１３ｂと栓溶接によって接合されている。横骨１２ｂは、窓開口部２１側のフランジ部３１１が上方に延び、先端が折り曲げられたヘリ曲部３１１ａになっている。フランジ部３１１は、シアプレート３１の突起部３１ａと干渉しないように切り欠かれ、フランジ部３１１のヘリ曲部３１１ａと、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂは、窓開口部２１の枠形状に沿って連続している。そして、フランジ部３１１とシアプレート３１とはガセット３２によって連結され、そのガセット３２にもヘリ曲部３２ａが形成されている。なお、こうした構造は窓開口部２１において左右対称に形成され、右側の窓隅部Ｒ４にも同様に構成されている。
【００２４】
次に、図１０に示す窓開口部２１の上の腰部には、前述したように横骨１２ｅが外板１１に接合され、それに内骨２６が重ね合わせて接合されている（図８参照）。内骨２６には切欠き部が形成され、そこに縦骨１３ｂの端部が挿入されて接合されている。横骨１２ｅは、窓開口部２１側のフランジ部３１５が延び、先端が折り曲げられたヘリ曲部３１５ａになっている。フランジ部３１５は、シアプレート３１の突起部３１ａと干渉しないように切り欠かれ、フランジ部３１５のヘリ曲部３１５ａと、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂは、窓開口部２１の枠形状に沿って連続している。そして、フランジ部３１５とシアプレート３１とはガセット３３によって連結され、そのガセット３３にもヘリ曲部３３ａが形成されている。なお、こうした構造は窓開口部２１において左右対称に形成され、右側の窓隅部Ｒ３にも同様に構成されている。
【００２５】
よって、本実施形態の鉄道車両では、こうした構造の側構体を構成することにより、次のような効果を奏する。すなわち、鉄道車両の吹寄せ部は、強度不足によって外板面へのシワが発生し易いが、本実施形態では吹寄せ部にシアプレート３１を重ねて剛性を高めることで強度不足を補っている。特に、窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４に対して突起部３１を形成して補強しているため、高い応力が発生する箇所も十分に強度を確保することができている。更に、窓開口部２１の窓隅部Ｒ１〜Ｒ４を含む枠形状に沿って、シアプレート３１のヘリ曲部３１ｂや骨部材のフランジ部３１１，３１５のヘリ曲部３１１ａ，３１５ａが形成されているため、この点でもより剛性を高めた構成になっている。従って、側構体に面積の大きい窓開口部２１が形成された鉄道車両であっても、車体剛性を向上させて面外変形に対する強度を増加させることができた。また、窓開口部２１の枠形状に沿って周状にヘリ曲部３１ｂ，３１１ａ，３１５ａが形成されているため、これが窓周囲のシールだまりを兼ねることもできる。
【００２６】
ところで、車体の剛性については窓開口部などの割付けによる影響も大きいため、割付けによっては本実施形態で示した平板形状シアプレート３１では十分に剛性を確保することができない場合もあり得る。そこで、より剛性を高めるためには、吹寄せ部に起立した立体部を設けることにより面外変形を抑え、鉄道車両の車体剛性を向上させることが望ましい。そこで、吹寄せ部に張り合わせるシアプレートについて、立体部を有する他の実施形態について説明する。
【００２７】
図１１は、立体部を有するシアプレートを示した断面図であり、図４と同様に吹寄せ部の縦方向断面（図２のＢ−Ｂ矢視とは反対方向の断面）を示した図である。前記実施形態と同様に、外板１１に対してシアプレート４０が張り合わされ、レーザ溶接によって一体に接合されている。本実施形態では、３枚の分割プレート４１，４２，４３が連結されてシアプレート４０が構成されている。分割プレート４１，４２，４３には、その１枚ごとに縦骨として機能する立体部４２が一つずつ形成されている。
【００２８】
シアプレート４０を複数の分割プレート４１，４２，４３によって構成しているのは、立体部４５ごとに分け、分割プレート毎の形状を単純にしたためである。つまり、特許文献１のような波板にしてしまうと、プレス加工によるシアプレートの製造コストが非常に高くなってしまうからである。また、シアプレート４０は、隣り合う立体部４５の距離を離している。これは、シアプレート４０を外板１１にレーザ溶接によって接合する際、レーザを横方向に走行させるため、十分な溶接距離を確保して接合強度が得られるようにするためである。
【００２９】
分割プレート４１，４２，４３は、重ね継手４６が溶接によって接合され、１枚のシアプレート４０となっている。シアプレート４０の全体形状は、図２に示すシアプレート３１と同様であり、分割プレート４３は、窓開口部２１の窓隅部Ｒ１，Ｒ２に沿うように突起部（図２の３１ａ）が形成れている。更に、窓開口部２１側の分割プレート４３には、前記実施形態のシアプレート３１と同様に、図２に示す窓開口部２１の枠形状に沿ってヘリ曲部４１ａが形成されている。なお、シアプレート４０では、断面が台形形状の立体部４５としたが、その他、骨部材のようなコの字形状や三角の山形などであってもよい。
【００３０】
次に、図１２は、図１１で示したシアプレート４０の変形例を示した図である。このシアプレート５０は４枚の分割プレート５１，５２，５３，５４が連結されているが、特に立体部５５を溶接継手として構成されたものである。立体部５５は、隣り合う分割プレート（例えば５３，５４）の端部に形成されたいわゆるＺ形状の起立面５６ａ，５６ｂが重なって継手になり、レーザ溶接などによって接合される。よって、このシアプレート５０は、高さを変えた起立面５６ａ，５６ｂを形成するだけで、特別な継手形状の加工を必要としない。しかも、分割プレート５１，５２，５３，５４の端部に形成する起立面５６ａ，５６ｂは、図１１の立体部４５に比べて加工がし易く、そのため加工コストをより低く抑えることができる。
【００３１】
以上、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について説明したが、本発明は、こうした実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、吹寄せ部全体に重ねる大きさのシアプレート３１を示したが、例えば、図１２に示したシアプレート５０の分割プレート５１，５２，５３について左側の起立面５６ｂを無くし、互いを連結しないようにした複数枚のものであってもよい。
また、レーザ溶接を適用した構体を前提として説明したが、必ずしもレーザ溶接を適用する必要はなく、スポット溶接やアーク溶接などで施工してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】鉄道車両の一実施形態についてその側構体を示した図である。
【図２】鉄道車両の中間窓ブロックを接車内側から示した図である。
【図３】中間窓ブロックの腰部を横方向に切った図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】中間窓ブロックの吹寄せ部を横方向に切った図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】中間窓ブロックの幕部を横方向に切った図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】中間窓ブロックの腰部を縦方向に切った図２のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】中間窓ブロックの左側端部を示した図３の一部拡大図である。
【図８】中間窓ブロックの幕部を縦方向に切った図２のＥ−Ｅ断面図である。
【図９】窓開口部における腰部側の窓隅部を拡大して示した図である。
【図１０】窓開口部における幕部側の窓隅部を拡大して示した図である。
【図１１】立体部を有する吹寄せ部のシアプレートを示した断面図である。
【図１２】立体部を有する吹寄せ部のシアプレートを示した断面図である。
【図１３】従来の鉄道車両ついて側構体の一部である中間窓ブロックを示した図である。
【図１４】従来の鉄道車両ついて側構体の開口部周辺の構造を示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１側構体
３中間窓ブロック
１１外板
１２横骨
１３縦骨
２１窓開口部
３１シアプレート
３１ａ突起部
３１ｂヘリ曲部
Ｒ１〜Ｒ４窓隅部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓開口部が形成され、外板の車内面側に骨部材が車体高さ方向と車体長手方向の縦横に接合された側構体を有する鉄道車両であって、
前記外板の車内面側には、前記窓開口部横の吹寄せ部全体にシアプレートが接合され、そのシアプレートは、前記窓開口部の上下にまで突き出た突起部を備え、窓隅部を含む前記窓開口部の枠形状に沿って端部が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載する鉄道車両において、
前記シアプレートは、前記窓開口部の枠形状に沿って形成された端部の一部或いは全部にヘリ曲部が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両において、
前記シアプレートは、骨部材として機能するように起立した複数の立体部が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項３に記載する鉄道車両において、
前記立体部は、断面がコの字形状、台形形状あるいは山形形状であって、前記シアプレートは、その一つ立体部ごとに形成された分割プレートが連結されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項３に記載する鉄道車両において、
前記立体部は、断面がコの字形状または台形形状であって、前記シアプレートは、当該立体部の頂部ごとに分けられた分割プレートが、当該頂部を接合することにより連結されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれかに記載する鉄道車両において、
前記立体部は縦骨と同方向に形成されたものであって、隣り合う立体部同士が、当該シアプレートを前記外板に対して溶接するための間隔をあけて形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載する鉄道車両において、
前記窓開口部の上下に前記外板に接合された骨部材を備え、その骨部材は、前記窓開口部の枠形状に沿ってヘリ曲部が形成され、そのヘリ曲部が、前記窓隅部に対応して形成された前記シアプレートのヘリ曲部と連続するようにしたものであることを特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
請求項７に記載する鉄道車両において、
前記骨部材は、前記シアプレートの突起部とガセットによって連結され、そのガセットにも前記骨部材と突起部の両ヘリ曲部に重なるヘリ曲部が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。

【図１】