(57)【要約】【課題】より効率的な材料取りが実現できる側構体を備えた鉄道車両の提供。【解決手段】側構体１０３を備える鉄道車両１００において、側構体１０３には外板５０が備えられ、外板５０は、幕部外板１０と、腰部外板３０と、吹寄部外板２０よりなり、吹寄部外板２０と、幕部外板１０の下辺直線部と、腰部外板３０の上辺直線部とに囲まれて形成される窓部１１０とを有し、吹寄部外板２０の上側には第１重ね部２０ａが形成され、第１重ね部２０ａは幕部外板１０と重なるように配置され、吹寄部外板２０の下側には第２重ね部２０ｂが形成され、第２重ね部２０ｂは腰部外板３０と重なるように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側構体を備える鉄道車両において、
前記側構体には外板が備えられ、
前記外板は、幕部外板と、腰部外板と、吹寄部外板よりなり、
前記吹寄部外板と、前記幕部外板の下辺直線部と、前記腰部外板の上辺直線部とに囲まれて形成される窓部とを有し、
前記吹寄部外板の上側には第１重ね部が形成され、該第１重ね部は前記幕部外板と重なるように配置され、
前記吹寄部外板の下側には第２重ね部が形成され、該第２重ね部は前記腰部外板と重なるように配置されること、
を特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両において、
前記吹寄部外板の第１重ね部及び第２重ね部は、前記幕部外板及び前記腰部外板の厚み分だけオフセットするようにＺ形状に曲げ加工がなされ、溶接により接合されていること、
を特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両において、
前記吹寄部外板に、前記窓部の四隅に形成される曲線部を備えるように加工されること、
を特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両構体の製造に関し、詳しくは鉄道車両の側構体に用いる外板の接続方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速鉄道車両では、車体軽量化などの目的でアルミニウム合金製の車両が採用される傾向にあり、新幹線（登録商標）車両などは車体全長に対応した押出形材を接合して鉄道車両構体が作られている。一方で、在来線を中心とした鉄道車両の車両構体は、メンテナンスの省力化を目的とした無塗装車両が多く使われており、ステンレス製の車両構体が採用される傾向にある。その場合、ステンレス製の車両構体は、押出形材ではなく市販の鋼板を繋いで造る手法が一般的である。このため、その接続方法に関しては様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１に示される様に車両構体を幾つかのブロックに分けて製作して、後に結合する方法がある。
【０００３】
特許文献１には、鉄道車両の側構体製造方法に関する技術が開示されている。骨組みに幕板部分を含む外板を貼った中間窓ブロックと、骨組みに幕板部分を含む外板を貼った車端窓ブロックと、幕板部分を含む枠板に骨部材を取り付けた側入口ブロックを別々に作成し、各ブロックを接合溶接する。この様にブロック化して側構体を製造することで、組立場所や保管場所などが省スペース化できるために作業時間の短縮や効率化を図ることが可能となる。ただし、この手法の場合、ブロック同士を接合するにあたって、マチ取りと称する段差加工を施した構造にする必要があり、結果的に外板同士に段差が出来る問題があった。
【０００４】
特許文献２には、鉄道車両用構体に関する技術が開示されている。鉄道車両が有する側構体には、窓開口部を備える窓ブロックと入口開口部を備える側入口ブロックとが接合される。その側構体と、屋根構体、妻構体及び台枠を接合することにより、車両構体が構成されてなる。この窓ブロックは、骨部材が接合されてなる外板が、幕板部を含む上部外板と腰板部を含む下部外板とを有し、その上部外板と下部外板とを上下に配置して付き合わせた端部同士をレーザー溶接にて連続的に接続している。この溶接部分は窓ブロックのちょうど中間辺りになり突き合わせ溶接されることで上部外板と下部外板の段差が出ないように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０４１８０号公報
【特許文献２】特開２００７−５０７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献２の手法で側構体を製作した場合には、外板に用いる材料を無駄にする問題が考えられる。図９に、特許文献２の手法を用いた場合の外板の模式図を示す。上側外板３０１と下側外板３０２よりなる外板３００は、溶接線３０３で突き合わせ溶接される部分である。この場合、窓部を形成するために窓ヌキ部分３１０（上側３１１及び下側３１２）を、板材から切り落とす必要が出てくる。これは特許文献１の場合でも同じ問題を抱えているものと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、より効率的な材料取りが実現できる側構体を備えた鉄道車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両は、以下のような特徴を有する。
【０００９】
（１）側構体を備える鉄道車両において、前記側構体には外板が備えられ、前記外板は、幕部外板と、腰部外板と、吹寄部外板よりなり、前記吹寄部外板と、幕部外板の下辺直線部と、腰部外板の上辺直線部とに囲まれて形成される窓部とを有し、前記吹寄部外板の上側には第１重ね部が形成され、該第１重ね部は前記幕部外板と重なるように配置され、前記吹寄部外板の下側には第２重ね部が形成され、該第２重ね部は前記腰部外板と重なるように配置されること、を特徴とする。
【００１０】
上記（１）に記載の態様によって、幕部外板、腰部外板、吹寄部外板が外板を構成しており、吹寄部外板が幕部外板と腰部外板とに重ねられ、例えば重ね合わされた板同士が溶接されて備えられている。ここで、吹寄部外板と幕部外板と腰部外板に囲まれて形成される窓部は、上側が幕部外板の下辺直線部、下側が腰部外板の上辺直線部で挟まれる形で形成されている。
【００１１】
こうした構成を採用することで、特許文献１や特許文献２に記載の手法に比べて、窓部を設ける際の材料の無駄を少なくすることが可能となる。これは、特許文献１や特許文献２が図９に示すように、窓部のある面積分を板材から切り落とす必要があるのに対して、（１）の態様では窓部の外周を、幕部外板の下辺直線部と腰部外板の上辺直線部と吹寄部外板の側辺によって囲まれるように構成されている。吹寄部外板の側辺は必要に応じて加工したとしても、窓部は上下の辺が長く、左右の辺は短く構成されることが多い為、無駄にする材料を最小限に抑えることが可能である。
【００１２】
（２）（１）に記載の鉄道車両において、前記吹寄部外板の第１重ね部及び第２重ね部は、前記幕部外板及び前記腰部外板の厚み分だけオフセットするようにＺ形状に曲げ加工がなされ、溶接により接合されていること、が好ましい。
【００１３】
上記（２）に記載の態様によって、幕板外板と腰板外板と吹寄部外板の車両構体外側の外面を揃えることが可能となる。外板の表面を揃えることで、外観上の美観を高めることに貢献できる。
【００１４】
（３）（１）に記載の鉄道車両において、前記吹寄部外板に、前記窓部の四隅に形成される曲線部を備えるように加工されること、が好ましい。
【００１５】
上記（３）に記載の態様によって、窓部の四隅に形成される曲線部が吹寄部外板に形成されるため、その為に切り落とす部分が少なくて済み、材料の無駄が少なくすることが期待できる。また、曲線部が吹寄部外板に形成されることで、溶接部分を曲線部から外す事が可能となり、曲線部分に溶接時の熱影響による加工硬化などの影響を避けることができ、結果的に応力集中するポイントができる事を避けることに繋がる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の、鉄道車両の側面図である。
【図２】第１実施形態の、側構体の拡大図である。
【図３】第１実施形態の、外板の断面図である。
【図４】第１実施形態の、吹寄部外板の切り出し方法を示す説明図である。
【図５】第２実施形態の、外板の部分拡大斜視図である。
【図６】第３実施形態の、幕部外板と吹寄部外板と腰部外板の接続部分を示す拡大図である。
【図７】第４実施形態の、側構体を裏側から見た斜視図である。
【図８】第４実施形態の、側構体の断面図である。
【図９】比較のために用意した、特許文献２の手法を用いた場合における外板の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の第１実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の、鉄道車両１００の側面図を示す。図２に、側構体１０３の拡大図を示す。図３に、外板５０の断面図を示す。図３は、図２に示すＡＡ断面である。鉄道車両１００は、屋根構体１０１と台枠１０２の間に車両の側面に配置される側構体１０３と、前後に配置される妻構体１０４によって囲まれた箱形に形成される。このうち側構体１０３には窓部１１０や側入口１２０が設けられる。本来の鉄道車両１００であれば、窓部１１０にはガラスが配置され、側入口１２０には引戸が設けられるが、ここでは説明を割愛する。
【００１８】
側構体１０３の最外面には、外板５０が設けられる。この外板５０は幕部外板１０、吹寄部外板２０、腰部外板３０の３つパーツに分けられ、それぞれの厚みは概ね１．５ｍｍ程度のステンレス製の鋼板が用いられている。材質は、加工硬化が期待できるＳＵＳ３０１Ｌを用いることが好ましい。幕部外板１０の下辺１１と、吹寄部外板２０の側辺２１と、腰部外板３０の上辺３１に囲まれて構成されるのが窓部１１０である。なお、窓部１１０には窓枠が設けられるが、詳細については割愛する。
【００１９】
また、幕部外板１０の下辺１２と吹寄部外板２０の側辺２２と腰部外板３０の側辺３２に囲まれて構成されるのが側入口１２０である。側入口１２０の内周部には入口枠１２１が配置される。このうち吹寄部外板２０の上部には第１重ね部２０ａが設けられ、下部には第２重ね部２０ｂが設けられている。なお、第１重ね部２０ａや第２重ね部２０ｂは、溶接に必要となる幅が用意されれば良く、第1実施形態では概ね２５ｍｍ程度の幅で設けられている。この第１重ね部２０ａや第２重ね部２０ｂは図３に示すように、吹寄部外板２０の第１重ね部２０ａとの境界部分、及び第２重ね部２０ｂとの境界部分にてＺ形状に曲げ加工されている。
【００２０】
つまり、第１重ね部２０ａ及び第２重ね部２０ｂは、幕部外板１０や腰部外板３０の板厚分だけ吹寄部外板２０の表面から車両内側に控えた位置に設けられる。第１重ね部２０ａと重ねられた幕部外板１０は、レーザー溶接などを用いて重ねられた状態で溶接される。第２重ね部２０ｂについても同様に、重ねられた腰部外板３０と重ねられた状態で溶接される。この結果、幕部外板１０と吹寄部外板２０と腰部外板３０が一体の部品として構成される。
【００２１】
また、第１重ね部２０ａ及び第２重ね部２０ｂは、図２に示される様に吹寄部外板２０の曲線部１１０ａの曲線部分が終わる辺りから形成されている。即ち、曲線部１１０ａは吹寄部外板２０に形成されており、幕部外板１０の下辺や腰部外板３０の上辺は直線で構成されている。
【００２２】
この後、図示しない骨材等が溶接されて側構体１０３が構成される。骨材等は側構体１０３の強度を高める為に用意され、必要に応じた間隔で配置される。なお、幕部外板１０や腰部外板３０と吹寄部外板２０との段差部分には樹脂素材によってシールされたシール部４０が設けられる。なお、溶接方法に関してはレーザー溶接に限定されるものではなく、スポット溶接でもＴＩＧ溶接でもプラズマ溶接でも、母材となる外板５０の厚みや材質その他の事情に合わせて適宜選択する事ができる。
【００２３】
こうして、幕部外板１０と吹寄部外板２０と腰部外板３０が一体の部品として繋がれた結果、窓部１１０が出来上がる。この際に、窓部１１０の角は曲線状に面取りがなされており、この曲線部１１０ａは、吹寄部外板２０を切り出す際に、部品の一部として成形されている。
【００２４】
第１実施形態の鉄道車両１００は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。
【００２５】
まずは、より効率的な材料取りが実現出来る点が効果として挙げられる。これは、第１実施形態の側構体１０３を備える鉄道車両１００において、側構体１０３には外板５０が備えられ、外板５０は、幕部外板１０と、腰部外板３０と、吹寄部外板２０よりなり、吹寄部外板２０の側辺２１と、幕部外板１０の下辺１１と、腰部外板３０の上辺３１とに囲まれたて形成される窓部１１０とを有し、吹寄部外板２０の上側には第１重ね部２０ａが形成され、第１重ね部２０ａは幕部外板１０と重ね合わされ溶接され、吹寄部外板２０の下側には第２重ね部２０ｂが形成され、第２重ね部２０ｂは腰部外板３０と重ね合わされ溶接されることを特徴とする。
【００２６】
図４に、吹寄部外板２０の切り出し方法を図に示す。特許文献２の方法では、比較のために用意した図９で示した通り、窓ヌキ部分３１０の材料を切り落とす必要がでて無駄が生じる。しかし、図４に示すように、第１実施形態では、吹寄部外板２０からカット部分２４を切り落とせば良く、窓ヌキ部分３１０よりカット部分２４の面積は少なく、無駄となる材料が少なくて済むというメリットがある。外板５０を構成する板材は、定尺寸法の鋼板から切り出すため、１枚の鋼板から多くの部品がカットできることが望ましく、無駄にする部分は少ない方が望ましい。
【００２７】
また、幕部外板１０と腰部外板３０とは、窓部１１０の一辺を構成する幕部外板１０の下辺１１と腰部外板３０の上辺３１とが直線で構成されるため、それぞれが直線加工で形成される。このため、加工費が安くなると共に、材料取りに有利になるというメリットがある。この点でも、コストダウンに貢献することができる。
【００２８】
鉄道車両１００には、１両あたり複数の窓部１１０を必要とし、例えば側入口１２０が３箇所設けられるような一般的な車両では、片側の側構体１０３に４箇所の窓部１１０が設けられる。つまり、両側で８箇所、８両編成なら６４箇所ということになり、１箇所の窓部１１０で無駄になる部分が少なければ少ないほどメリットが大きくなる。
【００２９】
一方で、図２に示すように吹寄部外板２０の曲線部１１０ａには溶接部が設けられておらず、溶接による強度低下の心配が無い。部材を溶接すると熱影響によって強度低下するケースがあるが、曲線部１１０ａに溶接部分が来ることを避け、外板５０の溶接は、吹寄部外板２０の上下に備えられる第１重ね部２０ａと第２重ね部２０ｂにて行う構造となっている。したがって、曲線部１１０ａでは溶接による強度低下が生じない。
【００３０】
鉄道車両１００に用いられるステンレス材は、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０１Ｌ、ＳＵＳ３０４といったオーステナイト系ステンレス鋼がよく用いられる。ＳＵＳ３０１は、ＳＵＳ３０４よりも冷間圧延加工により高張力を高めることができる反面、加工に伴う残留応力や溶接によるクロム炭化物の析出などによる応力腐食割れに繋がるリスクがある。
【００３１】
含有炭素量を減らしてこうしたリスクを低減したＳＵＳ３０１Ｌを用いた場合でも、圧延による加工硬化は溶接入熱によって失われる。このため、曲線部１１０ａに溶接部分がくると、強度的に不利になる虞があるため、第１実施形態ではそれを避けた構成となっている。このため、外板５０にもある程度、側構体１０３に必要となる強度を担当させることが可能となり、結果的に側構体１０３の軽量化や長寿命化に寄与することが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の鉄道車両１００の構成とほぼ同じであるが、図３に対応する側面断面図が異なる。図５に、第２実施形態の、外板５０の部分拡大斜視図を示す。第１実施形態と異なる点は、吹寄部外板２５の形状であり、第１実施形態で示した吹寄部外板２０がＺ形状に曲げ加工がなされているが、第２実施形態の吹寄部外板２５は曲げ加工なされていない。つまり、吹寄部外板２５は、幕部外板１０と腰部外板３０の外表面よりもその厚み分だけ車両の車室側に設けられている。吹寄部外板２５と腰部外板３０とは溶接され溶接部ＷＬが形成されている。図示はしないが、吹寄部外板２５と幕部外板１０も同様に溶接されている。
【００３３】
第２実施形態の構成によって外観上の美観が異なるものの、得られる効果は第１実施形態と同じである。曲げ加工を行いたくない場合や、デザイン的に段差が出来ても問題が無い場合、或いは段差部分に図示しない樹脂製パネルを貼り付ける事で、美観的な効果を得たい場合などには有効であると考えられる。また、第１実施形態に比べて第２実施形態では吹寄部外板２５の曲げ加工を行わない分、加工コストが安くなる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態の鉄道車両１００の構成とほぼ同じであるが、吹寄部外板２６の構成が異なる。図６に、第３実施形態の、幕部外板１０と吹寄部外板２６と腰部外板３０の接続部分の拡大図を示す。第３実施形態の吹寄部外板２６は、幕部外板１０と重ねる部分の第１重ね部２６ａが第１実施形態の第１重ね部２０ａより車両長手方向に長く、腰部外板３０と重ねる部分の第２重ね部２６ｂが第１実施形態の第２重ね部２０ｂより車両長手方向に長い。この第１重ね部２６ａと第２重ね部２６ｂはそれぞれ、幕部外板１０と腰部外板３０とにスポット溶接にて接合される。ここでは説明の都合上、スポット溶接部６０が複数形成されているように図６に示している。しかし、必要に応じてレーザー溶接などの連続溶接を用いる事を妨げない。
【００３５】
このように第１重ね部２６ａと第２重ね部２６ｂを長くすることで、第１実施形態の図４に示すような材料取りに関する優位性が低下してしまう問題はあるが、端部スポット溶接部６０ａに応力が集中することを防ぐことが可能となる。なお、第１重ね部２６ａと第２重ね部２６ｂを長くしたとしても第１実施形態に示したような、材料取りについて有利に成るというメリットは、窓部１１０の縦と横の長さの比による影響はあるが、一般的には窓部１１０が線路方向に長く形成されるため、十分に得られる。もちろん、レーザー溶接端部でも似たような影響が発生する事を考えれば、同様な効果が期待できる。第１重ね部２６ａと第２重ね部２６ｂをどの程度延長するかは、応力が許容値以内に収まるか否かに応じて適宜判断することが望ましいが、数ｃｍ程度を想定している。
【００３６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４実施形態は、第１実施形態の鉄道車両１００の構成と似た構成であるが、外板５０の接続方法が異なるので、その点について図を用いて説明する。
【００３７】
図７に、第４実施形態の、側構体の内側から見た斜視図を示す。図８に、側構体の断面図を示す。図７に示すように、第４実施形態の側構体１０３は、腰部外板３０と、鉄道車両１００の車室側に一段低く形成される吹寄部外板２７が、外板５０を構成している。腰部外板３０と吹寄部外板２７の間には、コの字形状の鋼材が接続外板４５として配置されている。腰部外板３０の車室側の面には複数の横骨材３３が配置されている。
【００３８】
縦骨材３５は、ハット状の鋼材３つが接続部３７に結合されるような形で構成され、腰部外板３０と吹寄部外板２７、そして図８に示すように、幕部外板１０を通して支えるような構造になっている。したがって、幕部外板１０と腰部外板３０より車室側に段差になって吹寄部外板２７が形成される形状となっており、吹寄部外板２７の外面と接続外板４５の長辺がコの字を形成する。つまり側構体１０３の一部、吹寄部外板２７部分が凹んだ外観の鉄道車両１００となる。
【００３９】
つまり、側構体１０３を備える鉄道車両１００において、側構体１０３には外板５０が備えられ、外板５０は幕部外板１０と、腰部外板３０と、吹寄部外板２７よりなり、吹寄部外板２７と、幕部外板１０の下辺直線部と、腰部外板３０の上辺直線部とに囲まれて形成される窓部１１０とを有し、吹寄部外板２７の上側には第１重ね部２７ａが形成され、第１重ね部２７ａは接続外板４５を介して幕部外板１０と重ね合わされ、それぞれ（第１重ね部２７ａと接続外板４５、接続外板４５と幕部外板）が溶接され、吹寄部外板２７の下側には第２重ね部２７ｂが形成され、第２重ね部２７ｂは接続外板４５を介して腰部外板３０と重ね合わされ、それぞれ（第２重ね部２７ｂと接続外板４５、接続外板４５と腰部外板３０）が溶接されること、を特徴としている。
【００４０】
こうした形状を採用することで、第１実施形態の図４に示したようなカット部分２４を少なくすることが、第４実施形態においても同様に可能である。ただし第１実施形態と比較して、接続外板４５の分だけ部材が必要となるが、材料取りという観点からすればメリットはある。また、この凹んだ部分を意匠的に利用する事が可能となる。例えば、第３実施形態で言及したような、樹脂素材を用いたパネルを貼り付けたり、各種表示装置等の機器を搭載したりすることもできる。
【００４１】
以上、本発明に係る鉄道車両に関する説明をしたが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第１実施形態乃至第４実施形態では外板５０の材質や大きさになどを示しているが、これに限定されるものでは無い。また、幕部外板１０と吹寄部外板２０、腰部外板３０と吹寄部外板２０（吹寄部外板２５、２６、２７）の溶接について、重ねた状態での接合（レーザー溶接）を例示しているが、スポット溶接を用いても良い。また、隅肉溶接を行って接合することを妨げない。
【００４２】
また、窓部１１０の四隅はＲ加工（曲線加工）がなされたようなデザインとされ、曲線部１１０ａが設けられているが、この曲線部１１０ａを設けないデザインを採用することも考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１０        幕部外板
２０        吹寄部外板
２０ａ      第１重ね部
２０ｂ      第２重ね部
３０        腰部外板
５０        外板
１００      鉄道車両
１０１      屋根構体
１０２      台枠
１０３      側構体
１０４      妻構体
１１０      窓部
【図１】
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【図２】
2020040494.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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