(57)【要約】【課題】アルミニウム合金製の構体を有する鉄道車両の車体構造において、その軽量性を活かしつつ、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触被害を軽減する。【解決手段】鉄道車両の車体構造が、アルミニウム合金製の構体（台枠２、側構体３、妻構体４または屋根構体５）を有する場合に、その構体の外面にアルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板（ステンレス鋼製腰外板６、妻外板７または屋根外板８）を設ける。構体の外面が、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車に衝突接触されても、この金属製外板によってそれらの衝突接触被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形を生じにくく、アルミニウム合金製の構体が有する軽量特性を発揮させつつ、それらの衝突接触による被害の拡大を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金製の構体を有する鉄道車両の車体構造であって、
前記構体の外面にアルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板が設けられていることを特徴とする鉄道車両の車体構造。
【請求項２】
前記金属製外板は、ステンレス鋼製外板であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項３】
前記構体が交差する交差部に、アルミニウム合金製の柱材または梁材の表面の一部にその軸方向にわたって前記金属製外板と材質が同じである板材をはり付けた補強部材が配されており、
交差する前記構体が前記補強部材の柱材または梁材に溶接され、この交差する構体に設けられて交差する前記外板が前記補強部材の板材に溶接されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両の車体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両、特に新幹線などの高速鉄道車両の車体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両、特に新幹線などの高速鉄道車両の構体では、その軽量化を図るために、比剛性（剛性／密度）、比強度（強度／密度）の大きい材料、構造の採用、開発が進められてきた。軽量化された構体としては、アルミニウム合金を用いた、中空押出し形材によるダブルスキン構造や空隙を有する材を用いたハニカム構造などがある。さらに、台枠をステンレス鋼製とし、上部構体をアルミニウム合金製としたハイブリッド構体なども開発されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【非特許文献１】松岡茂樹、「新しい車両構体の開発」、電気車の科学、電気車研究会、１９９２年１２月、第４５巻、第１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、鉄道車両は、地震等により落下してくるトンネル内壁片や飛来物や倒壊建物等と、又は脱線等によりトンネル、高架構造物、ホーム端若しくは対向車などと衝突、接触する可能性がある。しかし、構体の材料であるアルミニウム合金は、普通鋼やステンレス鋼に比較して強度および融点が低いものである。そのため、アルミニウム合金を用いた車体構造では、通常その安全性は確保されているが、新幹線等の高速走行においてはそれらの衝突接触の被害、主に貫通や、摩擦熱による溶融遺失に起因する開口、変形の被害が拡大するおそれがある。
【０００４】
本発明の課題は、アルミニウム合金製の構体を有する鉄道車両の車体構造において、その軽量性を活かしつつ、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触被害を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、アルミニウム合金製の構体（台枠２、側構体３、妻構体４または屋根構体５）を有する鉄道車両の車体構造であって、前記構体の外面にアルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板（ステンレス鋼製腰外板６、妻外板７または屋根外板８）が設けられていることを特徴とする。
【０００６】
ここで、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板としては、普通鋼製、ステンレス鋼製、チタン合金製などの外板が挙げられる。
【０００７】
このように、アルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板を、アルミニウム合金製の構体の外面に設ける。構体の外面が、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車に衝突接触されても、この金属製外板により、それらの衝突接触被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形を生じにくい。また、通常の運行時に必要な車体の強度自体は構体で持たせるため、金属製外板には大きな肉厚は必要としない。したがって、アルミニウム合金製の構体が有する軽量特性を発揮させつつ、それらの衝突接触による被害の拡大を抑えることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１に記載の鉄道車両の車体構造において、前記金属製外板は、ステンレス鋼製外板（ステンレス鋼製腰外板６、妻外板７または屋根外板８）であることを特徴とする。
【０００９】
このように、金属製外板を、ステンレス鋼製外板とすることにより、他の材料に比べ、耐食性に優れ、かつ安価なものとすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、例えば図２に示すように、請求項１または２に記載の鉄道車両の車体構造において、前記構体（３，４）が交差する交差部に、アルミニウム合金製の柱材９ａまたは梁材の表面の一部にその軸方向にわたって前記金属製外板と材質が同じである板材９ｂをはり付けた補強部材９が配されており、交差する前記構体が前記補強部材９の前記柱材９ａまたは梁材に溶接され、この交差する構体に設けられて交差する前記外板が前記補強部材９の板材９ｂに溶接されていることを特徴とする。
【００１１】
このように、構体（３，４）が交差する交差部に、補強部材９が配されている。そして、補強部材９の柱材９ａまたは梁材の表面の一部には、その軸方向にわたって板材９ｂがはり付けられている。交差するアルミニウム合金製の構体を補強部材９のアルミニウム合金製の柱材９ａまたは梁材に溶接し、交差する金属製外板を補強部材９の金属製外板と同じ材質の板材９ｂに溶接することにより、構体どうしを結合して構体結合部１０を形成する。よって、この構体結合部１０が衝突接触されても、金属製外板がその端部からはがされにくくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アルミニウム合金製の構体を有する鉄道車両の車体構造において、その構体の外面にアルミニウム合金よりも強度および融点の高い金属製外板が設けられている。これにより、構体の軽量性を活かしつつ、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触被害の軽減が可能である。
【００１３】
また、金属製外板としてステンレス鋼製外板を用いれば、耐食性に優れ、かつ安価であるという利点がある。さらに、構体が交差する交差部に、アルミニウム合金製の柱材または梁材の表面の一部にその軸方向にわたって金属製外板と材質が同じである板材をはり付けた補強部材を配し、補強部材の柱材または梁材に交差する構体を溶接し、補強部材の板材に交差する構体に設けられている交差する外板を溶接して構体どうしを結合して構体結合部を形成すれば、構体結合部が衝突接触されても、金属製外板がその端部からはがされにくくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る鉄道車両は、新幹線などの高速鉄道車両である。その車体構造１は、台枠２、側構体３、妻構体４及び屋根構体５から構成されている。これらの構体は、例えばアルミニウム合金製のダブルスキン材を接合してなるダブルスキン構造である。
【００１５】
ここで、アルミニウム合金製の構体は、普通鋼製等の構体に比較して地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車との衝突接触による被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形などの被害を受けやすい。本実施の形態の車体構造は、アルミニウム合金製の構体の長所である軽量特性を損なうことなく、この被害の拡大を防ぐために耐貫通性、耐摩擦熱性を得ようとするものである。
【００１６】
そこで、そのアルミニウム合金製の構体の外面に、ステンレス鋼製外板を設けている。詳しくは、側構体３の腰部、妻構体４、屋根構体５に、それぞれステンレス鋼製腰外板６、ステンレス鋼製妻外板７、ステンレス鋼製屋根外板８を設けている。構体の外面にステンレス鋼製外板を設ける方法としては、構体の外面に接着剤により貼り付けることが考えられる。接着剤は、例えばエポキシ接着剤などの強力接着剤である。なお、車体の強度自体は構体で持たせるため、ステンレス鋼製外板には大きな肉厚は必要としない。
【００１７】
ステンレス鋼は、周知のとおり、アルミニウム合金よりも強度（圧縮強度，曲げ強度，耐衝撃性などの機械的強度）および融点が高い金属である。このような性質を有するステンレス鋼製外板を、アルミニウム合金製の構体の外面に設けることにより、構体の外面が、地震等による落下物や、脱線等による構造物、対向車に衝突接触されても、この金属製外板により、それらの衝突接触被害、主に貫通や、摩擦熱により溶融遺失に起因する開口、変形を生じにくい。したがって、アルミニウム合金製の構体が有する軽量特性を発揮させつつ、それらの衝突接触による被害の拡大を抑えることができる。また、他の材料に比べ、耐食性に優れ、かつ安価なものである。
【００１８】
また、ステンレス外板の外面に、例えば車両の長手方向に延びる突条部をその長手方向と直角方向に並設して設けて、衝突接触による被害の拡大を抑えるようにしてもよい。また、ステンレス屋根外板を設ければ、その耐火性により、屋根構体５の上方にある架線が垂れ下がり熱源となっても、車両火災を防止することができる。また、ステンレス鋼製屋根外板８を接着剤により貼り付ければ、絶縁性を持たせることもできる。
【００１９】
なお、ステンレス鋼製外板は、鉄道車両の構体において、衝突接触の可能性がある範囲に設けられていればよい。また、衝突接触の可能性がある範囲とは、例えば、部分的にアルミニウム合金以外の普通鋼、ステンレス鋼製で作製されている場合にはその部分を除いたもののうち、窓、ドア、台車、空調設備、動力装置、パンタグラフなどが取り付けられている範囲以外のものである。
【００２０】
次に、アルミニウム合金製の構体が交差する交差部に、例えば図２（ａ）から（ｃ）に示すように、側構体３と妻構体４と、屋根構体５と妻構体４との交差部に、アルミニウム合金製の柱材９ａまたは梁材（図示せず）の表面の一部にその軸方向にわたって前記金属製外板と材質が同じである板材９ｂをはり付けた補強部材９を配する。
【００２１】
この補強部材９は、図２（ｅ）に示すように、爆発圧着法などによりアルミニウム合金とステンレス鋼とをはり合わせたクラッド材を用いている。補強部材９の製作は、幅の大きなアルミニウム合金製の板材（９ｂ）と、幅の小さなステンレス鋼製の板材（９ｂ）とをはり合わせたクラッド材を、アルミニウム合金製の板材（９ｂ）の断面が円形となるように加工してその端部どうしを溶接して行っている。
【００２２】
そして、補強部材９を車体構造１に組み入れる際に、交差する構体が補強部材９の柱材９ａに溶接され、この交差する構体に設けられて交差する外板が補強部材９の板材９ｂに溶接され、構体どうしを結合して構体結合部１０が形成される。これにより、構体結合部１０が衝突接触されても、金属製外板が補強部材９の板材９ｂに溶接され、補強部材９によって補強されているため、その端部からはがされにくくなっている。
【００２３】
また、編成列車が、地震時において線路近辺からの崩落した土砂、岩石、地上構造物に前方から衝突した場合、編成の各車両が進行方向と向きが変わる編成座屈を起こして脱線、転覆する大事故となるおそれがある。そこで、図３に示すように、車両の両端部のデッキ、便所等のスペースをクラッシャブルゾーン１１とする。衝突時にクラッシャブルゾーン１１のみが破壊され、衝突エネルギーを吸収することにより、編成座屈させることなく編成としての健全を確保して、客室空間を保護する。このとき、前述したステンレス鋼製外板または補強部材９は、このクラッシャブルゾーンが破壊されることを妨げるものではない。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、構体をダブルスキン構造のものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ハニカム構造、骨組み構造のものであっても良い。また、金属製外板は、適宜分割可能であり、その形状、配置等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の鉄道車両の車体構造の構成を示す斜視図である。
【図２】構体の交差部に配した補強部材を説明するための図であり、（ａ）は車両の正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は水平断面図、（ｄ）は構体結合部の部分拡大断面図、（ｅ）は補強部材の加工を説明するための断面図である。
【図３】編成列車のクラッシャブルゾーンを衝突前と後の状態で説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  鉄道車両の車体構造
２  台枠（構体）
３  側構体
４  妻構体
５  屋根構体
６  ステンレス鋼製腰外板
７  ステンレス鋼製妻外板
８  ステンレス鋼製屋根外板
９  補強部材
９ａ  柱材
９ｂ  板材
１０  構体結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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