(57)【要約】  信頼性が高くライフサイクルエネルギーを低減できる軽量の枕梁と、この枕梁を備える軌条車両構体を提供することである。  本発明によれば、金属製の芯材（５０）と、この芯材（５０）を密封する複合材（３３，３５）と、から構成されることを特徴とする枕梁（１４）、または、この枕梁を備える軌条車両構体によって、上記課題を解決できる。
2017104052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌条車両構体の台枠を構成する枕梁において、
前記枕梁は、
金属製の芯材と、
前記芯材に沿って備えられる複合材と、
から構成されること
を特徴とする枕梁。
【請求項２】
請求項１に記載される枕梁において、
前記複合材は、
前記芯材を内部に備える筒状体であること
を特徴とする枕梁。
【請求項３】
請求項１に記載される枕梁において、
前記複合材は、
前記芯材の上面に備えられる第１複合材と、
前記芯材の下面に備えられる第２複合材と、
から構成されること
を特徴とする枕梁。
【請求項４】
請求項３に記載される枕梁において、
前記第１複合材と、前記芯材と、前記第２複合材と、を前記軌条車両構体の高さ方向に貫通する導電性の部材を備えること
を特徴とする枕梁。
【請求項５】
請求項４に記載される枕梁において、
前記芯材は、
金属製のパネルと、
前記パネルの中央部に備えられる中心ピン取り付け座と、から構成されること
を特徴とする枕梁。
【請求項６】
請求項５に記載される枕梁において、
前記パネルは、
対向する２枚の面板と、前記面板を接続するリブを有するアルミ合金製の押出形材であること
を特徴とする枕梁。
【請求項７】
請求項５に記載される枕梁において、
前記パネルは、
前記枕梁の長手方向の中央部に幅方向に沿って配設される第１部材と、
前記第１部材の長手方向の両端部に沿って前記第１部材に接合される第２部材を有すること
を特徴とする枕梁。
【請求項８】
請求項５に記載される枕梁において、
前記中心ピン取り付け座は、
長手方向の寸法が幅方向の寸法より大きい長方形状の板状部材であり、
前記板状部材の周縁に、一方の面板に当接して溶接されるフランジと、
前記中心ピンを前記中心ピン取り付け座に固定するボルトが挿入される複数の筒部と、を有すること
を特徴とする枕梁。
【請求項９】
請求項８に記載される枕梁において、
前記中心ピン取り付け座は、
接合線に前記フランジが重ねられる態様で前記パネルに溶接されること
を特徴とする枕梁。
【請求項１０】
請求項４に記載される枕梁において、
前記枕梁は、
前記芯材と、前記第１複合材および前記第２複合材と、の境界面に絶縁材を備えること
を特徴とする枕梁。
【請求項１１】
請求項４に記載される枕梁において、
前記導電性の部材は筒体であり、その上端部が前記第１複合材の上面より突出していること、
を特徴とする枕梁。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかの１項に記載される前記枕梁を備えること
を特徴とする軌条車両構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌条車両構体の床面をなす台枠を構成するとともに枕木方向に沿って台枠の下面に備えられる板状の枕梁と、それを備える軌条車両構体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軌条車両構体（以下、構体と記す）は、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の両端部に立設される側構体と、台枠の長手方向の両端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上端部に配設される屋根構体とから構成される６面体の構造物である。後の製作工程において、この構体の長手方向の両端部の下面に、軌道上を走行する台車が備えられるとともに、台車を駆動する電力を供給する各種電機品や座席および照明装置等の内装品を備えられる。【０００３】
台枠は、主に、台枠の幅方向の両端部にその長手方向に沿って備えられる側梁と、側梁の長手方向の両端部同士を接続する端梁と、端梁に沿って備えられるとともに構体の長手方向の中央部の側に所定の寸法だけ隔置される枕梁と、端梁と枕梁を構体の長手方向に沿って接続するとともに相互の車両を連結するための連結器を備える中梁から構成される。【０００４】
構体（台枠）をなす枕梁の下面に下方に垂下する態様で備えられる中心ピンは、連結リンクを備える牽引装置を介して、台車をなす台車枠に接続される。軌条車両の加速時の推進力や減速時のブレーキ力は、牽引装置および中心ピンを介して、台車から構体をなす台枠の枕梁に伝達されるため、枕梁は、高い強度および剛性を備える必要がある。特許文献１には、上述した構造を備える鉄道車両構体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１５７４６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
環境問題への関心の高まりから、調達、製作、使用（運行）、再利用の各ステージにおけるエネルギー量の総和であるライフサイクルエネルギーの低減が強く求められている。構体の軽量化は、資源の節約や運行時のエネルギーの節減に寄与するため、ライフサイクルエネルギーの大部分を占める使用と、調達および製作に係るエネルギーを低減することができる。【０００７】
さらに、軽量化によって、軌条車両が走行する際の軌道への衝撃が緩和されるので、軌道の保守コストを低減できる。【０００８】
軽量化を促進するために、構体は、アルミ合金製の中空押出形材によって製作されてきた。しかしながら、二枚の面板とこれら面板を接続する複数のリブを有する現状の中空押出形材は、押出成形能力の限界に近くまで薄肉化されており、さらなる軽量化を進めることが難しくなりつつある。【０００９】
本発明の目的は、信頼性が高くライフサイクルエネルギーを低減できる軽量の枕梁と、この枕梁を備える軌条車両構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、代表的な本発明の軌条車両構体の台枠を構成する枕梁の一つは、金属製の芯材と、この芯材に沿って備えられる複合材から構成されることを特徴とし、この枕梁を備える軌条車両構体によって、上記課題を解決できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性が高くライフサイクルエネルギーを低減できる軽量の枕梁と、この枕梁を備える軌条車両構体を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、鉄道車両の側面図である。
【図２】図２は、鉄道車両構体を下方から見た斜視図である。
【図３】図３は、枕梁の平面図である。
【図４】図４は、図３に示す枕梁を構成するパネルの平面図である。
【図５】図５は、図４に示す芯材に備えられる中心ピン取り付け座の平面図である。
【図６】図６は、図３に示す枕梁のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図７は、図３に示す枕梁のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図８は、図３に示す枕梁のＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図９は、図３に示す枕梁のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図１０は、図７に示す枕梁のＢ−Ｂ断面のＦ部の拡大図である。
【図１１】図１１は、台枠を構成する枕梁のＥ−Ｅ断面図（図３参照）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
軌条車両は、敷設された軌道に沿って運行される車両の総称であり、鉄道車両、モノレール車両、新交通システム車両、路面電車等を意味する。
また、ここに開示する実施例は、金属製の芯材とこの芯材の上下両面に備えられる複合材料から構成される枕梁と、台枠を構成する側梁および中梁にこの枕梁をリベットまたはボルト等の機械的締結手段によって備える構体に関するものである。
以下に、軌条車両の代表として鉄道車両を例に挙げて、本発明による一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
なお、以下の説明に供する鉄道車両に関係する各方向を、鉄道車両の長手方向（レール方向）１００と、鉄道車両の幅方向（枕木方向）１１０と、長手方向１００および幅方向１１０に交差する鉄道車両の高さ方向１２０と定義する。以下、単に長手方向１００、幅方向１１０、高さ方向１２０と記す。
【００１５】
図１は、鉄道車両の側面図である。鉄道車両は、鉄道車両構体（以下、構体１と記す）と、台車５と、電機品や内装品等から構成される。構体１は、床面をなす台枠１０（図２参照）と、台枠１０の幅方向の両端部に立設される側構体２０と、台枠１０の長手方向の両端部に立設される妻構体３０と、側構体２０の上端部と妻構体３０の上端部とに支持される屋根構体４０からなる６面体である。側構体２０は、採光や換気のための窓部２２や、乗客等の乗降に供される側出入り口２１などを備える。
【００１６】
構体１の長手方向１００の両端部は、台車５によって軌道上を移動可能に支持されている。構体１の床面をなす台枠の下面であって台車５が備えられる部位には、台枠１０の幅方向に沿って板状の枕梁１４が備えられる。構体１は、枕梁１４の下方に備えられる台車５の台車枠６の長手方向１００の中央部に配設される一対の空気ばね８（一方のみ図示）に弾性支持される。空気ばね８は、軌道不整等に起因する台車５の振動等が構体１に伝播することを抑制したり、乗客数の増減に合わせて高さ方向１２０に変位する構体１の床面高さを一定に維持したりする機能を担う。
【００１７】
図２は、鉄道車両構体を下方から見た斜視図である。構体１の床面をなす台枠１０は、乗客や床下に備えられる機器の重量を支えるとともに、前後に連結される車両からの圧縮荷重や引張荷重が作用するため高い剛性を備える。台枠１０は幅方向１１０の両端部に側構体２０から延伸する態様で側梁１１を備えており、長手方向１００の両端部に端梁１３を備える。さらに、端梁１３の幅方向１１０の中央部から台枠１０の長手方向１００に沿って延伸する態様で、２本の中梁１２が備えられる。中梁１２は、車両と車両とを連結する連結器（図示なし）を備える。
【００１８】
端梁１３から台枠１０の長手方向１００の中央寄りに所定の距離だけ離れた位置には、台枠１０の幅方向１１０に沿って一方の側梁１１から他方の側梁１１を接続する板状の枕梁１４が設けられる。枕梁１４は、その幅方向１１０の両端部の締結部８２ａ（図３参照）において、側梁１１にボルト等の機械的締結手段で接続されるとともに、その幅方向１１０の中央寄りの締結部８２ｂ（図３参照）において、２本の中梁１２にボルト等の機械的締結手段によって締結される。
【００１９】
図３は枕梁の平面図であり、図４は図３に示す枕梁を構成するパネル５１の平面図である。枕梁１４は板状の部品であり、Ｅ−Ｅ断面を示す仮想線に対して対称な形状である。枕梁１４の幅方向１１０の両端部は、側梁１１に締結される、両端部の締結部８２ａとなっている。また、枕梁１４の幅方向１１０の中央部には、中梁１２に締結される、中央寄りの締結部８２ｂが長手方向１００に沿う方向に突出している。
【００２０】
本実施例における枕梁１４は、金属製の芯材５０とこの芯材５０に沿って備えられる複合材とから構成されている。すなわち、金属製の芯材５０の表面と複合材の表面との少なくとも一部分が略平行して存在している。芯材５０は、金属製のパネル５１と、パネル５１の中央部に接続される金属製の中心ピン取り付け座７５（図５参照）と、から構成される。
このような構成を取ることにより、本実施例の枕梁は、金属部品のみで構成している従来の枕梁に比較して、軽量化を促進することができる。
【００２１】
さらに、好ましくは、枕梁１４は、金属製の芯材５０（図６参照）と、この芯材５０を高さ方向１２０の上面に備えられる第１複合材３３と、下面に備えられる第２複合材３５から構成される。
このような構成を取ることにより、本実施例の枕梁は、枕梁１４に曲げ荷重が作用する場合であっても、引張り強度および圧縮強度に優れる上記複合材が荷重を主に負担するので、軽量化を促進するとともに高い曲げ強度および剛性を備えることができる。
【００２２】
さらに、好ましくは、枕梁１４は、芯材５０の上面を覆う第１複合材３３と芯材５０の下面を覆う第２複合材３５で、芯材５０のほぼ全面を包んで密封されている（図６参照）。つまり、複合材は、芯材５０を内部に備える筒状体であることとなる。
【００２３】
このような構成を取ることにより、本実施例の枕梁は、高い強度と剛性と金属部品の耐久性（耐候性）を備えることができるとともにライフサイクルコストを低減できる軌条車両を提供することができる。
また、枕梁１４は、金属製の芯材５０と第１複合材３３および第２複合材３５からなるハイブリッド構造のため、経年劣化等によって複合材の機械的強度が損なわれる場合であっても、金属性の芯材５０が残存強度を確保することができるため、高い信頼性を備えることができる。
【００２４】
なお、図示はしないが、第１複合材３３および第２複合材３５に代えて、繊維を筒状に編んだ筒状部の開口部から芯材５０を挿入した後この開口部を閉じて、芯材５０を内蔵する筒状体を樹脂で含浸硬化することによって枕梁１４を構成してもよい。
【００２５】
図４は、枕梁１４を構成るパネル５１の平面図である。パネル５１は、例えば、アルミ合金製であり、中央部に幅方向１１０に長辺を配置された長方形状の第１部材５３と、第１部材５３の長手方向１００の両端縁に沿って備えられる第２部材５５と、第１部材５３および第２部材５５の幅方向１１０の両端縁に長手方向１００に沿って備えられる第３部材５７と、第２部材５５及び第３部材５７に接続する第４部材５８からなる。なお、個別に準備した第２部材５５および第３部材５７に代えて、第２部材５５と第３部材５７とを集約した一体の部材を準備しても良い。
【００２６】
パネル５１を構成する第１部材５３の幅方向中央部には、中心ピン取り付け座７５(図５参照)を備えるための開口部６１が備えられている。また、構体１を弾性支持するために、台車５の上面に備えられる空気ばねが当接される部位には、開口部６０が備えられる。
【００２７】
図５は、図４に示す芯材に備えられる中心ピン取り付け座７５の平面図である。中心ピン取り付け座７５は、例えば、アルミ合金製を削り出して製造される長手方向１００の寸法が幅方向１１０の寸法より大きい長方形の板状部材である。中心ピン取り付け座７５の周縁には長手方向に沿うフランジ７５ｂと幅方向１１０に沿うフランジ７５ｃが備えられる。
【００２８】
中心ピン取り付け座７５は、その中央部に開口部７５ｅを有しており、開口部７５ｅの周囲には、高さ方向１２０に沿う軸を備える複数の筒部７５ｄが削り出されている。中心ピン取り付け座７５は、筒部７５ｄに挿入されるボルトによって枕梁１４に締結される（図９参照）。
【００２９】
図６は図３のＡ−Ａにおける枕梁の断面図である。図６における５０は、芯材５０の範囲を示している。この断面において芯材５０は、第１部材５３及び第２部材５５からなるパネル５１、このパネル５１に備えられる中心ピン取り付け座７５などから構成される。そして、図６における７５は、中心ピン取り付け座７５の範囲を示している。また、図６における６１は、開口部を示している。
【００３０】
また、パネル５１と中心ピン取り付け座７５などからなる芯材５０は、高さ方向１２０に分割されたシェル構造の第１複合材３３および第２複合材３５で全面密封されている。
【００３１】
図７は図３のＢ−Ｂにおける枕梁１４の断面図である。枕梁１４は、この断面において芯材５０を構成している、第１部材５３及び第２部材５５が、高さ方向１２０に分割されたシェル構造の第１複合材３３および第２複合材３５によって全面密封されている。
【００３２】
つまり、枕梁１４は、芯として配置される金属性部材（芯材５０）を上下方向（高さ方向１２０）の両面から複合材（第１複合材３３、第２複合材３５）で挟み込んだハイブリッド構造であり、芯材５０を介して高さ方向１２０に２枚の複合材（３３、３５）が隔置された形態であることを示している。
また、第１複合材３３と、第２複合材３５と、芯材５０の一部である第１部材５３又は第２部材５５には、高さ方向１２０に貫通する筒体５９が形成されている。
【００３３】
図８は図３のＣ−Ｃにおける断面図である。この断面においても、枕梁１４は、高さ方向１２０に分割されたシェル構造の第１複合材３３および第２複合材３５で組み立てられた芯材５０を全面密封することによって構成される。
【００３４】
図９は図３のＤ−Ｄにおける枕梁の断面図である。図９における７５は中心ピン取り付け座７５の範囲を示している。中心ピン取り付け座７５は、第１部材５３の下方の面板５３ｃの開口部にフランジ７５ｂが嵌合している。そして、筒部７５ｄの部分を除いて、他の断面図の場合と同様に、シェル構造の第１複合材３３および第２複合材３５によって全面密封されている。
【００３５】
図１０は、図７に示す枕梁のＢ−Ｂ断面のＦ部の拡大図である。図１０の断面構造は、芯材５０（パネル５１、中心ピン取り付け座７５など）の表面に絶縁材３６（ガラス繊維層、または、ＧＦＲＰ）を有しており、この絶縁層の外側を複合材（第１複合材３３、第２複合材３５）で密封した構造を示している。
【００３６】
この構成によって、アルミ合金製の芯材５０の電蝕による劣化を抑制することができるので、信頼性の高い枕梁１４を備える軌条車両を提供することができる。
【００３７】
次に、芯材５０を覆う、第１複合材３３および第２複合材３５について説明する。第１複合材３３および第２複合材３５は、強化繊維に炭素繊維を選定し、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂を選定した炭素繊維強化プラスティック（以下、ＣＦＲＰと記す）で構成されている。なお、強化繊維は炭素繊維に限定されず、強化繊維にガラス繊維やアラミド繊維などを選定してもよい。同様に、マトリックス樹脂はエポキシ樹脂に限定されず、マトリックス樹脂に不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などを選定してもよい。
【００３８】
また、ＣＦＲＰの弾性率とアルミ合金製の芯材のそれとを同等するため、ＣＦＲＰに異方性を与えず疑似等方積層構成としてもよいし、荷重条件（荷重方向）に応じた強度をＣＦＲＰに付与するために異方性を与える積層構成としてもよい。
【００３９】
以下に、枕梁１４の製造工程を説明する。まず、芯材５０をなすパネル５１を製造する。パネル５１を構成する第１部材５３、第２部材５５、第３部材５７、第４部材５８を準備する。
【００４０】
第１部材５３および第２部材５５は、対向する２枚の面板５３ａ（５５ａ）及び面板５３ｃ（５５ｃ）とこれら面板を接続するリブ５３ｂ（５５ｂ）を有する中空押出形材であり、幅方向１１０に沿って押出成形される。パネル５１は、第１部材５３、第２部材５５、第３部材５７及び第４部材５８の４点の部材を位置決めした後、接合線７１、７２、７３に沿って、溶接（または摩擦撹拌接合）によって接合して製作される。
【００４１】
続いて、後述する中心ピン取り付け座７５が嵌合される部位を、パネル５１に加工する。中心ピン取り付け座７５の長方形状（長手方向１００の寸法が幅方向１１０の寸法より大きい長方形状）に合わせて、第１部材５３（パネル５１）の中央部の下方の面板５３ｃを取り除く。さらに、取り除かれた下方の面板に対向する上方の面板５３ａに、中心ピン取り付け座７５に備えられる複数の筒部７５ｄが嵌合する複数の孔８０を加工する（図３、図４、図９参照）。
【００４２】
次に、アルミ合金製を削り出して中心ピン取り付け座７５を製造する。長手方向１００の寸法が幅方向１１０の寸法より大きい長方形に整形して、その中央部に開口部７５ｅを加工する。中心ピン取り付け座７５の全周縁には長手方向１００に沿うフランジ７５ｂと幅方向１１０に沿うフランジ７５ｃと、開口部７５ｅの周囲には、中心ピン１５が締結される複数の筒部７５ｄが高さ方向１２０に軸方向を向ける態様で削り出す。
【００４３】
続いて、中心ピン取り付け座７５をパネル５１に接続して芯材５０を製作する。まず、中心ピン取り付け座７５を、パネル５１（第１部材５３）の加工した部位に嵌め込む。中心ピン取り付け座７５の周縁に備えられるフランジ７５ｂ（７５ｃ）が第１部材５３の面板５３ａに当接するまで嵌め込むとともに、中心ピン取り付け座７５の複数の筒部７５ｄを、パネル５１（第１部材５３）に加工した複数の孔８０に嵌め込む。この時、第１部材５３と第２部材５５の接合線７１に、中心ピン取り付け座７５のフランジ７５ｃが重なることを確認した後、第１部材５３と中心ピン取り付け座７５を溶接する。このように取り付けることにより、中心ピン取り付け座７５をパネル５１に強固に固着することが可能となる。
【００４４】
次に、予め炭素繊維にエポキシ樹脂をなじませるプリプレグ工程を経てオートクレープ（加圧加熱）成形された第１複合材３３および第２複合材３５と、芯材５０を、線膨張係数の差による残留応力が生じないように、常温硬化型接着剤で接着して組み立てる。この時、アルミ合金製の芯材５０（パネル５１、中心ピン取り付け座７５など）に、接する複合材（第１複合材３３、第２複合材３５）の表面に電気的に絶縁して電食を抑制する薄い絶縁材３６（ガラス繊維層、または、ＧＦＲＰ、図１０参照）を備える。さらに、強固な接着面を得るために、数百ｍｍの間隔でビス（小ネジ）等を追設して接着時の面圧を確保しても良い。
【００４５】
なお、複合材の製造方法の一例として、プリプレグ工程の後にオートクレープ成形する製造方法を示したが、この製造法に代えて、プレス成型や、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法や、ＲＩＭ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法、あるいは、プルトルージョン法など連続成形法により成形した各部材を、適当な寸法に切断した後、これら各部材を接合して組み立てても良い。さらに、成形部を減圧すると同時に注入するマトリックス樹脂の拡散材を配置する一体成型法（ＳＣＲＩＭＰ法）等を採用してもよい。
【００４６】
組み立て完了後に、筒体５９（ブッシュ、図７参照）が挿入される孔８１を機械加工した後、第１複合材３３と第２複合材３５と芯材５０とを高さ方向１２０に貫通するとともにこれらを上下方向に拘束する筒体５９を固定して枕梁１４が完成する。
【００４７】
図７に示されるように、筒体５９の軸方向寸法ｔ１は、第１複合材３３の上面と第２複合材３５の下面との間の寸法より若干大きく設定されている。筒体５９の上端部は第１複合材３３の上面より上方（台枠１０の方向）に突出するとともに、筒体５９の下端部は第２複合材３５の下面（軌道側の面）より下方に突出する態様で枕梁１４に固定される。
【００４８】
また、図示はしないが、側梁１１および中梁１２の筒体５９（枕梁１４）が当接する部位に、筒体５９の当接面の形状に合わせた凹部を加工し、側梁１１および中梁１２に備えられる凹部に筒体５９の当接部を嵌め込こんだ状態で、枕梁１４を側梁１１および中梁１２に機械締結してもよい。
なお、凹部は、全ての筒体５９が当接する側梁１１および中梁１２に備えても良いし、選択した筒体５９が当接する部位にのみ、凹部を備えても良い。
【００４９】
このような、第１複合材３３の上面と第２複合材３５の面上から突出する態様の筒体５９の形状に合わせて、側梁１１および中梁１２に凹部を備えると、台車５から枕梁１４に牽引力やブレーキ力が作用しても、枕梁１４が側梁１１および中梁１２に対して滑ることなく締結を維持することができる。さらに、凹部を備えることによって機械的締結部および筒体５９の本数（個数）を少なくでき、製作コストを削減できるとともに軽量化を促進することができる。
【００５０】
枕梁１４は、筒体５９に挿入されるボルトによって、台枠１０を構成する側梁１１および中梁１２に機械的に締結される。さらに、中心ピン１５は、筒部７５ｄに挿入されるボルトによって枕梁１４に機械的に締結される。筒体５９はボルトの締め付け力による座面圧力によって座屈しないために備えられる部品であり、必ずしもアルミ合金でなくても良く、高い座屈強度を備える鉄等であってもよい。
【００５１】
また、筒体５９を導電性の材料で構成すれば、大電圧に起因する電流（以下、サージ電流）が発生した場合に、電気機器の破損やリセットを抑制できる信頼性の高い軌条車両を提供することができる。
【００５２】
例えば、集電装置（パンタグラフ）が架線に接触したり、架線から離線したりする時や、集電装置と主変圧器とを接続する回路に備えられる真空遮断器（ＶＣＢ）を入り切りした場合などに、瞬間的に非常に大きい電圧が発生するとともに、この大電圧に起因してサージ電流が発生する場合がある。
このサージ電流は、軌条車両に搭載される主変換装置、補助電源装置、空調装置などの電気機器を破壊したり、これら電気機器のリセット動作をさせたりする原因となることがある。このため、サージ電流から電気機器を保護するために、構体１と台車５とを電気的に接続して、台車５に備えられる輪軸７（車軸の両端部に車輪を備えたもの）を介して軌道（線路）に接地する接地回路が備えられる。
【００５３】
つまり、複合材で覆われた枕梁の高さ方向１２０の上面及び下面を貫通する導電性または良導電性の部材を設けることによって、構体１（台枠１０をなす中梁１２や側梁１１）から枕梁１４を経て台車５に至る接地回路（図１１参照）を構成することができる。このため、金属等に比較して導電性の低い複合材で枕梁１４が覆われていても、サージ電流による電気機器の破損やリセットを抑制できる信頼性の高い軌条車両を提供することができる。
【００５４】
図１１は台枠を構成する枕梁のＥ−Ｅ断面図（図３参照）である。枕梁１４は構体１の台枠を構成する側梁１１および中梁１２にボルト等の機械的締結手段で接続される。これらの締結に供される枕梁１４に備えられる筒体５９（ブッシュ）は、構体１の長手方向１００に沿って２列あるいは１列の配列で備えられている。
【００５５】
枕梁１４の下面（台車５が備えられる側の面）の幅方向１１０の中央部には、台車５の旋回中心となる中心ピン１５が備えられる。中心ピン１５と台車は牽引装置で連結されており、牽引装置を介して台車５から構体１へ牽引力やブレーキ力が伝達される。また、枕梁１４の長手方向１００の中央部にその幅方向１１０に沿うとともに中心ピン１５を挟む態様で、一組の空気ばね８が備えられる。
【００５６】
台枠１０の下面と枕梁１４の上面の間には、十分な空間が存在しており、台枠１０の下面に、複数の配線や配管を束ねた配管（配線）モジュール９を構体１の長手方向１００に沿ってその端部から中央部に向かって枕梁１４と干渉することなく敷設される。また、上記の空間に空気タンクを併設しても良い。
【００５７】
以上説明したとおり、本実施例の構成を取ることにより、本実施例の枕梁１４は、金属部品のみで構成しないので、枕梁１４の軽量化を促進することができる。さらに、枕梁１４は、板状の金属製の芯材５０を上下方向（高さ方向）の両面に第１複合材３３および第２複合材３５を備えるので、枕梁１４に曲げ荷重が作用する場合であっても、引張り強度および圧縮強度に優れる上記複合材が荷重を主に負担するので、軽量化を促進するとともに高い曲げ強度および剛性を備えることができる。
【００５８】
さらに、本実施例の枕梁１４は、板状の金属製の芯材５０を上下方向（高さ方向）の両面から第１複合材３３および第２複合材３５で全面密封する構成により、高い強度と剛性と金属部品の耐久性（耐候性）を備えることができるとともにライフサイクルコストを低減できる軌条車両を提供することができる。
【００５９】
さらに、本実施例の枕梁１４は、金属製の芯材５０と第１複合材３３および第２複合材３５からなるハイブリッド構造のため、経年劣化等によって複合材の機械的強度が損なわれる場合であっても、金属性の芯材５０が残存強度を確保することができるため、高い信頼性を備えることができる。
【００６０】
さらに、側梁１１および中梁１２に凹部を備え、この凹部に枕梁１４をなす筒体５９を嵌め込んだ状態で枕梁１４と側梁１１および中梁１２とを機械的締結する構成によって、台車５から枕梁１４に牽引力やブレーキ力が作用しても、枕梁１４が側梁１１および中梁１２に対して滑ることなく締結を維持することができる。さらに、凹部を備えることによって機械的締結部および筒体５９の本数（個数）を少なくでき、製作コストを削減できるとともに軽量を促進することができる。
【００６１】
さらに、本実施例の枕梁１４は金属性の芯材と複合材を接着材で組み立てられているため高い減衰率を備える。このため、台車５から牽引装置および中心ピン１５を介して枕梁１４に振動が入力された時、枕梁１４の内部を振動が伝達する過程で振動が減衰するため、台枠１０に振動が伝達されにくい。したがって、台車５から構体１が加振されることによる車内騒音や振動を低減することができるため、快適な軌条車両を提供することができる。
【００６２】
さらに、本実施例の変形例として、台枠１０を構成する枕梁１４の上面（台枠１０の下面に対向する面）に、加速度計９０を備え、運用に供される状態の枕梁１４の振動レベルを監視する状態監視システムを搭載してもよい。枕梁１４を構成する第１（２）複合材３３（３５）の劣化が進行したり、枕梁１４を構成する芯材５０と複合材との接着面が剥がれたりした時、加速度計９０によって監視される枕梁１４の振動レベルや固有振動数が変化する。この振動レベル等の変化を監視することによって、枕梁１４の健全性を常時監視することができるので、信頼性の高い軌条車両を提供することができる。
【００６３】
さらに、枕梁１４は、アルミ合金製の芯材５０と複合材（第１複合材３３、第２複合材３５）の境界面に、絶縁材３６となるガラス繊維層（図１０参照）を備える。この構成によって、アルミ合金製の芯材５０の電蝕による劣化を抑制することができるので、信頼性の高い枕梁１４を備える軌条車両を提供することができる。
【００６４】
また、枕梁１４は導電性のある筒体５９を備えるため、この筒体５９を経由して、構体１（台枠１０をなす中梁１２や側梁１１）から枕梁１４を経て台車５に至る接地回路（図１１参照）を容易に構成することができる。このため、サージ電流による電気機器の破損やリセットを抑制できる信頼性の高い軌条車両を提供することができる。
【００６５】
以上の構成によって、信頼性が高くライフサイクルエネルギーを低減できる軽量の枕梁と、この枕梁を備える軌条車両構体を提供することができる。
【００６６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を変わりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施例の構成に他の構成を加えることも可能である。また、実施例の構成の一部について、構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１…構体
５…台車
６…台車枠
７…輪軸
８…空気ばね
９…配管（配線）モジュール
１０…台枠
１１…側梁
１２…中梁
１３…端梁
１４…枕梁
１５…中心ピン
２０…側構体
２１…側出入り口
２２…窓部
５０…芯材
３０…妻構体
４０…屋根構体
３３…第１複合材
３５…第２複合材
３６…絶縁材
５１…パネル
５３…第１部材
５５…第２部材
５７…第３部材
５８…第４部材
５９…筒体
６０、６１…開口部
７１、７２、７３…接合線
７５…中心ピン取り付け座
７５ｂ、７５ｃ…フランジ
７５ｄ…筒部
７５ｅ…開口部
８０、８１…孔
８２ａ、８２ｂ…締結部
９０…加速度計
１００…長手方向
１１０…幅方向
１２０…高さ方向
【図１】
2017104052.tif 000003
【図２】
2017104052.tif 000004
【図３】
2017104052.tif 000005
【図４】
2017104052.tif 000006
【図５】
2017104052.tif 000007
【図６】
2017104052.tif 000008
【図７】
2017104052.tif 000009
【図８】
2017104052.tif 000010
【図９】
2017104052.tif 000011
【図１０】
2017104052.tif 000012
【図１１】
2017104052.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月8日(2018.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項５に記載される枕梁において、
前記中心ピン取り付け座は、
長手方向の寸法が幅方向の寸法より大きい長方形状の板状部材であり、
前記板状部材の周縁に、一方の面板に当接して溶接されるフランジと、
中心ピンを前記中心ピン取り付け座に固定するボルトが挿入される複数の筒部と、を有すること
を特徴とする枕梁。
【国際調査報告】
2017104052.tif 000014
2017104052.tif 000015
2017104052.tif 000016
2017104052.tif 000017