(57)【要約】【課題】面板と接続板との接合という内部構造を持つ中空押出形材において、開口部のＲ部における複雑な応力場が生じるのを回避して、車両構体の製造を簡単化するとともに製造コストを低減することを可能にする車両構体を提供する。【解決方法】車内側の面板１１の開口部３ｂにＲ部とされている隅部Ｒｂは、車内側の面板１１と接続板１３ａ，１３ｂとの結節部分１４ｂ，１４ｂを外れて位置されている。隅部Ｒｂと結節部分１４ｂとが相互に影響し合って複雑な応力場を生じることが回避される。また、この構造に代えて或いはこの構造に加えて、隅部Ｒｂの縁部分の曲率半径を大きくすることで、大きな応力が生じにくくなり、複雑な応力場を生じることが回避される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二枚の対向した面板と当該両面板を接合する接続板とから成る中空押出形材を用いて構成されており、前記中空押出形材に窓等の開口部が形成されている車両構体において、
車内側の前記面板の前記開口部のＲ部が、当該車内側の面板と前記接続板との結節部分を外れて位置していること、
を特徴とする車両構体。
【請求項２】
請求項１に記載の車両構体において、
前記車内側の面板の前記Ｒ部を、前記車内側の面板における隣り合う前記結節部分の中間に位置させたこと、
を特徴とする車両構体。
【請求項３】
二枚の対向した面板と当該両面板を接合する接続板とから成る中空押出形材を用いて構成されており、前記中空押出形材に窓等の開口部が形成されている車両構体において、
車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、単一の曲率半径を持ち当該Ｒ部を挟む二つの開口縁辺部に接線状に繋がるとしたときの仮想Ｒ部と比較して、当該仮想Ｒ部を超えて前記車内側の面板内側へ入り込む大きな曲率半径で形成したこと、
を特徴とする車両構体。
【請求項４】
請求項３に記載の車両構体において、
前記開口部のＲ部は、前記仮想Ｒ部が前記開口縁辺部と繋がる位置から、複数の大きさの前記曲率半径のＲ縁部分を繋いで形成されていること、
を特徴とする車両構体。
【請求項５】
請求項３に記載の車両構体において、
前記開口部のＲ部は、前記開口縁辺部よりも前記車内側の面板内側へ膨らんで広がる実質的に一つの曲率半径で形成されていること、
を特徴とする車両構体。
【請求項６】
二枚の対向した面板と当該両面板を接合する接続板とから成る中空押出形材を用いて構成されており、前記中空押出形材に窓等の開口部が形成されている車両構体において、
車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、当該車内側の面板と前記接続板との結節部分を外れて位置させるとともに、
車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、単一の曲率半径を持ち当該Ｒ部を挟む二つの開口縁辺部に接線状に繋がるとしたときの仮想Ｒ部と比較して、当該仮想Ｒ部を超えて前記車内側の面板内側へ入り込む大きな曲率半径で形成したこと、
を特徴とする車両構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空押出形材を用いて構成された車体構体、特に鉄道車両の車体に好適な窓等の開口が形成された車両構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の構体には質量軽減と強度向上が強く求められている。この背反する課題を達成するために、構体を構成する側構体に設けた窓等の開口部の角部の強度的検討が必要で、様々な強度向上策が提案されている。
【０００３】
即ち、車両の側構体は、二枚の対向した面板と当該両面板を接続する接続板とから成る中空押出形材を用いて構成されており、側構体には中空押出形材を貫通する開口部を形成することで窓が形成されている。窓は、窓ガラスを車内側から取付けるために、車内側面板の開口部が車外側開口部より一回り大きい形状に形成される。
【０００４】
ところで、車両の側構体においては、例えば、トンネルを単独で通過する際、或いはトンネル内で対向列車とすれ違う場合に生じる車内外気圧差、そして、車両の走行によって生じる振動、車両が搭載する機器の質量などに起因して高い繰り返し応力が発生し、窓として形成されている車内側面板の開口部のＲ部には応力集中が生じやすい。特に、当該曲率の大きいＲ部に、中空押出形材の接続板が面板と接続している結節点が位置していると、当該結節点とその近傍には、複雑な応力場が発生することがある。この複雑な応力場が生じると、特異的に応力が高い部位が生じやすく、ひいては構体の破壊につながることもある。
【０００５】
そこで、従来、側構体に設けられる開口部のＲ部に位置する結節点に種々の加工を施して、こうした複雑な応力場の発生を回避することが行われている。しかしながら、面板と接続板との結節点の構造は一般的には複雑であり、当該部分への加工工具のアクセスが十分に得られず、従って複雑な加工が要求される場合の対応については限界があった。
【０００６】
押出し形材を車体の長手方向に配置して構成した側構体においては、窓部が形成される部分での押出し形材の面板の板厚を厚くしている。即ち、窓の上方から窓の下方までの押出し形材の面板を厚くしている。また、その他の実施例として、窓隅部に相当する部分の板厚のみを厚くし、中央部は板厚を薄くして、軽量化を図ったもの（特許文献１参照）、２枚の面板と接続板により構成された中空の押出し形材を用いた側構体において、同様の構造を採用したもの（特許文献２参照）がある。また、面板の板厚と接続板のピッチにより強度の向上を図っている。更に、窓と窓との間を構成する中空の押出し形材の端部に板を溶接したもの（特許文献３参照）が提案されており、当該板は中空の押出し形材の車内側の面板と車外側の面板の間に配置されている。
【０００７】
また、本出願人は既に、２枚の面板と、概面板同士を接合する接続板とから構成された中空形材を用いて側構体を形成した車両構体において、前記側構体に設けた窓と窓の間の部分である吹き寄せを構成する中空形材の面板の板厚のみを、側構体を構成する他の中空形材の面板の板厚と比べて車体長手方向に一様に厚くすることにより、相当曲げ剛性を高くするとともに質量を軽くした車両構体を提案している（特許文献４参照）。
【０００８】
更に、本出願人は既に、窓の垂直辺と窓の角部の円弧とのそれぞれの連接点を基点としてその上下の範囲の領域の前記押出し形材の面板の板厚を、この領域よりも上下の位置の前記押出し形材の面板の板厚よりも厚くするとともに、窓の上部側の前記連接点を基点として前記板厚が厚い領域と、窓の下部側の前記連接点を基点として前記板厚が厚い領域との間の前記面板の板厚を、この板厚が厚い領域の板厚よりも薄くすることにより、質量を軽減するとともに強度向上を達成することができる車体を提案している（特許文献５参照）。窓の他にも適用可能な別の手段として、開口部の角部の近傍を構成する中空形材に対して、面板と接続板により囲まれる空間に座屈防止具を配置することも提案している。更に別の手段として、側構体を構成する中空形材の車内側の面板の厚さを車外側の面板の厚さよりも厚くした車両を提案している。
【特許文献１】特公平６−４５３４１号公報
【特許文献２】特開平２−２４６８６３号公報
【特許文献３】特開平７−２５７３７１号公報
【特許文献４】特許第３１８９７２０号公報
【特許文献５】特許第３４９７８４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、面板と接続板との接合という内部構造を持つ中空押出形材において、車内側の面板において開口部のＲ部の曲率と、面板と接続板との結節部分との相互関係に着目して、開口部のＲ部における複雑な応力場が生じるのを回避する点で解決すべき課題がある。
【００１０】
この発明の目的は、構体の開口部のＲ部における複雑な応力場の発生を回避するために、特別の加工作業を不要にして、車両構体の構造を簡単化するとともに製造コストを低減することを可能にする車両構体を提供することである。
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明による車両構体は、二枚の対向した面板と当該両面板を接合する接続板とから成る中空押出形材を用いて構成されており、前記中空押出形材に窓等の開口部が形成されている車両構体であって、車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、当該車内側の面板と前記接続板との結節部分を外れて位置させていることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明による車両構体は、車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、単一の曲率半径を持ち当該Ｒ部を挟む二つの開口縁辺部に接線状に繋がるとしたときの仮想Ｒ部と比較して、当該仮想Ｒ部を超えて前記車内側の面板内側へ入り込む大きな曲率半径で形成したことを特徴としている。
【００１３】
更に、この発明による車両構体は、二枚の対向した面板と当該両面板を接合する接続板とから成る空中押出形材を用いて構成されており、前記空中押出形材に窓等の開口部が形成されている車両構体であって、車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、当該車内側の面板と前記接続板との結節部分を外れて位置させているとともに、車内側の前記面板の前記開口部のＲ部を、単一の曲率半径を持ち当該Ｒ部を挟む二つの開口縁辺部に接線状に繋がるとしたときの仮想Ｒ部と比較して、当該仮想Ｒ部を超えて前記車内側の面板内側へ入り込む大きな曲率半径で形成したことを特徴としている。
【００１４】
この車両構体によれば、車内側の面板の開口部のＲ部が、当該車内側の面板と接続板との結節部分を外れて位置しているので、当該Ｒ部と結節部分とが相互に影響し合って複雑な応力場の発生が回避される。また、結節部分を外れた位置にＲ部を置くことに代えて、或いはこれに加えて、当該Ｒ部の縁部分の曲率半径を大きくしていることで、応力集中が生じにくくなり、上述した例に比較して応力を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明は、上記のように構成されているので、構体の開口部のＲ部における複雑な応力場の発生原因と考えられる、結節部分とＲ部の相互作用と、当該Ｒ部の曲率半径とのいずれか又は双方の原因が解消されるので、特別の加工作業を要することなく、Ｒ部における複雑な応力場の発生を回避することができ、しかも、車両構体の製造を簡単化すると共に製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による車両構体の実施形態を説明する。図１はこの発明による車両の側構体の一部を車外側から見た図であり、図２は図１に示す側構体を車両側から見た図（右側の図）と側構体のＲ部を通る平面で切断した断面図（左側の図）とを示す図である。
【００１７】
図１〜図２には、車両の側構体１として、窓２を形成する開口部３とその近傍の構造が示されており、窓２を上下に挟んで車体長手方向に延びる２つの中空押出材１０，１０を接合して構成されている。両中空押出形材１０，１０の接合は、摩擦攪拌接合によって行うことができ、その位置は窓２の高さ方向中間の位置である。
【００１８】
窓２については、窓２を通して見るとき、車内側の窓２ｂの方が車外側の窓２ａを包含するように一回り大きく形成されている。車内側の窓２ｂを形成する開口部３ｂと、車外側の窓２ａを形成する開口部３ａとの四隅はそれぞれＲ部となっているが、車外側の開口部３ａの隅部Ｒａの方が、車内側の開口部３ｂの隅部Ｒｂよりも、大きな曲率半径で縁取られている。
【００１９】
各中空押出形材１０は、互いに略平行に配置された車外側面板１１及び車内板１２と、両面板１１，１２を接続する複数の接続板１３，１３…とで構成されている。各中空押出形材１０において、その長手方向に対して交差方向に開口する両面板１１，１２間の開口側の接続板１３ａ，１３ａは両面板１１，１２に直交して延びているが、接続板１３ａ，１３ａ間の接続板１３ｂ，１３ｂ…は、図３に示す断面で見てトラス状に傾斜して延びている。
【００２０】
接続板１３ａ，１３ｂと面板１１，１２とが交差して接続する部分は、中空押出形材１０の長手方向に延びる帯状の結節部分であり、図３に示される断面図では、当該部分は点状のような比較的狭い範囲として表されるので結節点（結節部分）と称される。結節部分は、面板と接続板が交差する部分であり、複雑な構造となっている。ここでは、車外側面板１１における接続板１３ａ，１３ｂとの結節部分を１４ａとし、車内側面板１２における接続板１３ａ，１３ｂとの結節部分を１４ｂとする。
【００２１】
本実施例においては、車内側の面板１２における開口部３ｂの隅部Ｒｂは、車内側面板１２と接続板１３ａ，１３ｂとの結節部分１４ｂ，１４ｂからは外れた位置に置かれる。図２の断面図に示すように、隅部Ｒｂは隣り合う結節部分１４ｂ，１４ｂ、即ち、車内側面板１２と接続板１３ａとの結節部分１４ｂと、車内側面板１２と接続板１３ｂとの結節点１４ｂとの中間に位置させるのが、応力上好ましい。
【００２２】
車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂにおいては、車外側面板１１の開口部３ａの隅部Ｒａよりも曲率半径が小さく、形状が急激に変化している。そのため、隅部Ｒｂとその近傍では大きな応力が生じやすい。こうした大きな応力が生じやすいところを避けて、結節点１４ｂを配置しているので、結節点１４ｂに複雑な応力場が発生するのを回避することができる。
【００２３】
図３は、この発明による車両構体の別の実施例を示す図であって、車内側面板１２の開口部３ｂの隅部における複雑な応力場の発生を回避する別の構造を示す概略図である。図３に示すように、車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂの現状の縁取りが実線で示されている。現状の隅部Ｒｂは、単一の曲率半径Ｒ１で縁取りがされており、当該隅部Ｒｂを挟む二つの開口縁辺部に接線状に繋がるとしたときの仮想Ｒ部である。
【００２４】
本実施例においては、車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂは、上記仮想Ｒ部と比較して、当該仮想Ｒ部を超えて車内側の面板１２内側へ入り込む大きな曲率半径で形成されている。一例として、車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂは、仮想Ｒ部が開口縁辺部と繋がる位置から、複数の大きさの曲率半径Ｒ２ａ，Ｒ２ｂでのＲ縁部分（点線）を繋いで形成されている。
【００２５】
また、別の例では、開口部の隅部Ｒｂは、曲率半径Ｒ１よりも更に大きく、且つ開口縁辺部よりも車内側の面板１２内側へ膨らんで広がる実質的に一つ曲率半径Ｒ３（一点鎖線）で形成されている。
このように、車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂの縁取りをより大きな曲率半径で定めることにより、結節部分１４ｂが、当該隅部Ｒｂに存在する場合では、複雑な応力場が残るが応力集中を低減することにより、隅部Ｒｂでの応力が低減される。
【００２６】
車内側面板１２の開口部３ｂの隅部Ｒｂの縁取りをより大きな曲率半径で定めると同時に、当該隅部Ｒｂを回避して結節部分１４ｂの位置を定めると、上記と比較して応力場が比較的単一になることにより、隅部Ｒｂでの応力をより一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明による車両構体において、側構体の一部を車外側から見た図。
【図２】図１に示す側構体の一部を車内側から見た図と、側構体のＲ部を通る平面で切断した断面図とを示す図。
【図３】この発明による車両構体の別の実施例を示す図であって、側構体のＲ部の拡大図。
【符号の説明】
【００２８】
１  側構体                      ２  窓
２ａ  車外側の窓                ２ｂ  車内側の窓
３  開口部
３ａ  車外側の開口部            ３ｂ  車内側の開口部
１０  中空押出形材
１１  車外側面板                １２  車内側面板
１３，１３ａ，１３ｂ  接続板
１４ａ，１４ｂ  結節部分
Ｒｂ  車外側の隅部              Ｒｂ  車内側の隅部
【図１】
2010030359.tif 000003
【図２】
2010030359.tif 000004
【図３】
2010030359.tif 000005