(57)【要約】【課題】ハモニカ型のダブルスキン構造を部分的に有しながら、車内外の気圧差により作用する圧力荷重に対して、補強フレームを用いなくても耐えられる軽量な鉄道車両構体を提供する。【解決手段】側構体と屋根構体のダブルスキン構造は、車両長手方向から見て、隣接する２つの連結板部と内壁部と外壁部とにより形成される閉空間が矩形であるハモニカ型構造部と、ハモニカ型構造部に隣接し、２つの連結板部と、内壁部又は外壁部とにより形成される閉空間が三角形であるトラス型構造部とを有する。  ハモニカ型構造部は、屋根構体の車幅方向の中央部、軒桁の車体の周方向の中央部、側構体の吹寄せ部、及び床板よりも下方に位置する側梁の下側部分のうちの少なくともいずれかの位置に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車幅方向両側に配置された側梁を有する台枠と、前記台枠の車幅方向両側に配置された側構体と、前記側構体の上方に配置された屋根構体とを備え、
前記側構体と前記屋根構体と前記側梁とは、車体の車内側に配置された内壁部と、前記車体の車外側に配置された外壁部と、前記内壁部と前記外壁部とを壁面を離隔させた状態で連結し、且つ、車両長手方向から見て、前記車体の周方向に配置された複数の連結板部とを含むダブルスキン構造を有し、
前記ダブルスキン構造は、車両長手方向から見て、前記複数の連結板部のうちの隣接する２つの連結板部と前記内壁部と前記外壁部とにより形成される閉空間が矩形であるハモニカ型構造部と、車両長手方向から見て、前記ハモニカ型構造部に隣接し、前記２つの連結板部と、前記内壁部又は前記外壁部とにより形成される閉空間が三角形であるトラス型構造部とを有し、
前記ハモニカ型構造部が、前記屋根構体の車幅方向の中央部、軒桁の前記車体の周方向の中央部、前記側構体の吹寄せ部、及び床板よりも下方に位置する前記側梁の下側部分のうちの少なくともいずれかの位置に配置されている、鉄道車両構体。
【請求項２】
前記側構体と前記屋根構体とは、車両長手方向から見て、前記車体の周方向に配置された複数の中空形材を有し、
前記複数の中空形材の各々は、前記車体の車内側に配置された内板部と、前記連結板部と、前記車体の車外側に配置され、前記内板部と板面を離隔させた状態で前記内板部と前記連結板部により連結された外板部とを含み、
前記複数の中空形材において、複数の前記内板部が結合されて前記内壁部が形成されていると共に、複数の前記外板部が結合されて前記外壁部が形成されている、請求項１に記載の鉄道車両構体。
【請求項３】
前記複数の中空形材のうち、少なくとも前記ハモニカ型構造部の前記内壁部と前記外壁部と前記連結板部とを形成する中空形材が、押出成形部材である、請求項２に記載の鉄道車両構体。
【請求項４】
前記屋根構体の前記中央部、前記側構体の前記吹寄せ部、及び前記側梁の前記下側部分のうちの少なくともいずれかの位置に配置された前記ハモニカ型構造部が、車両長手方向から見て、前記車体の周方向に連続して配置された３つ以上の前記連結板部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速鉄道車両等に用いられる鉄道車両構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両構体では、複数の中空形材により構成されたダブルスキン構造を有するものが知られている。中空形材は、車体の車内側に配置された内板部と、車体の車外側に配置された外板部と、内板部と外板部とを板面を離隔させて配置した状態で連結する連結板部とを含む。鉄道車両構体の製造時には、複数の中空形材の内板部同士が結合されると共に、外板部同士が結合される。
【０００３】
ダブルスキン構造には、例えば特許文献１に開示されるように、車両長手方向から見て、隣接する２つの連結板部と、内板部又は外板部とにより形成される閉空間が三角形であるトラス型や、車両長手方向から見て、前記２つの連結板部と内板部と外板部とにより形成される閉空間が矩形であるハモニカ型がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７７９２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
トラス型のダブルスキン構造を有する鉄道車両構体は広く用いられているが、鉄道車両構体の重量が増大する場合がある。これに対してハモニカ型のダブルスキン構造は、曲げ強度が同等であるトラス型のダブルスキン構造に比べて、中空形材の内板部と外板部とを連結する連結板部のトータル長さが短いため、鉄道車両構体を軽量化し易くできるが、せん断強度が低い。
【０００６】
ここで高速鉄道車両等では、トンネル通過時等において車外圧が変動する場合であっても、乗客や乗務員がいる室内は気密構造であることが求められ、車内圧をほぼ一定に維持することが要求される。例えば、高速鉄道車両等の鉄道車両構体をハモニカ型のダブルスキン構造により構成する場合、トンネル通過時等における車内外の気圧差により鉄道車両構体に作用する圧力荷重に対して、鉄道車両構体の車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力に対する強度が不足するのを補うため、補強フレームが別途必要となる。これにより、鉄道車両構体構造が複雑になり、生産性が低下する。
【０００７】
そこで本発明は、ハモニカ型のダブルスキン構造を部分的に有しながら、車内外の気圧差により作用する圧力荷重に対して、補強フレームを用いなくても耐えられる軽量な鉄道車両構体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】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉄道車両構体は、車幅方向両側に配置された側梁を有する台枠と、前記台枠の車幅方向両側に配置された側構体と、前記側構体の上方に配置された屋根構体とを備え、前記側構体と前記屋根構体と前記側梁とは、車体の車内側に配置された内壁部と、前記車体の車外側に配置された外壁部と、前記内壁部と前記外壁部とを壁面を離隔させた状態で連結し、且つ、車両長手方向から見て、前記車体の周方向に配置された複数の連結板部とを含むダブルスキン構造を有し、前記ダブルスキン構造は、車両長手方向から見て、前記複数の連結板部のうちの隣接する２つの連結板部と前記内壁部と前記外壁部とにより形成される閉空間が矩形であるハモニカ型構造部と、車両長手方向から見て、前記ハモニカ型構造部に隣接し、前記２つの連結板部と、前記内壁部又は前記外壁部とにより形成される閉空間が三角形であるトラス型構造部とを有し、前記ハモニカ型構造部が、前記屋根構体の車幅方向の中央部、軒桁の前記車体の周方向の中央部、前記側構体の吹寄せ部、及び床板よりも下方に位置する前記側梁の下側部分のうちの少なくともいずれかの位置に配置されている。
【０００９】
ここで軒桁部とは、屋根構体と側構体とが接続される部分であり、屋根構体と側構体とに比べて、曲率半径が小さな部分を示す。軒桁部は、例えば、その曲率半径が屋根構体と側構体との曲率半径の１０分の１以下の部分である。
【００１０】
上記構成によれば、ハモニカ型構造部が、屋根構体の車幅方向の中央部、軒桁の車体の周方向の中央部、側構体の吹寄せ部、及び床板よりも下方に位置する側梁の下側部分のうちの少なくともいずれかの位置に配置されている。
【００１１】
発明者らの検討により、車内外の気圧差により発生する曲げモーメントの絶対値は、屋根構体では車幅方向の中央部において最大となり、軒桁では車体の周方向の中央部において最大となり、側構体では吹寄せ部において最大となることが判明した。また、車内外の気圧差が異なる場合や、車内外の気圧のどちらが高い場合でも、曲げモーメントの絶対値が最大値となる位置は、ほぼ同じ位置であることが判明した。
【００１２】
さらに、側構体と台枠とが結合される鉄道車両構体の前記結合部以外の領域において、曲げモーメントの絶対値が最大値となる位置では、鉄道車両構体の車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力が十分に低いことが見出された。
【００１３】
また、鉄道車両構体の台枠の側梁における床板よりも下方の領域は、鉄道車両の室外に位置し、車内外の気圧差により作用する圧力荷重の影響を受けない。このため、床板よりも下方に位置する側梁の下側部分は、ハモニカ型構造とすることが可能である。
【００１４】
上記構成は、これらの知見に基づいてなされたものであり、屋根構体の車幅方向の中央部、軒桁の車体の周方向の中央部、側構体の吹寄せ部、及び床板よりも下方に位置する側梁の下側部分のうちの少なくともいずれかの位置にハモニカ型構造部を配置することにより、鉄道車両構体は、ハモニカ型構造部を有しながら、補強フレームを用いなくても、ほぼ一定の車内圧に対して車外圧が変動することによる気圧差の圧力荷重に耐えることができる。
【００１５】
また、鉄道車両構体に作用する前記せん断力が大きな鉄道車両構体の部分に、トラス構造部がハモニカ構造部に隣接して配置され、鉄道車両構体に作用する前記せん断力が小さな鉄道車両構の部分に、ハモニカ型構造部が配置されているので、補強フレームを用いなくても、鉄道車両構体のハモニカ型構造部に隣接する位置の強度を確保できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハモニカ型のダブルスキン構造を部分的に有しながら、車内外の気圧差により作用する圧力荷重に対して、補強フレームを用いなくても耐えられる軽量な鉄道車両構体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る鉄道車両構体の車両長手方向に垂直な鉛直断面図である。
【図２】図１の鉄道車両構体の側面を車外から見た側面図である。
【図３】図１の鉄道車両構体に車内外の気圧差に発生する曲げモーメントの大きさを示したシミュレーション図である。
【図４】図３に示した曲げモーメントにより、鉄道車両構体に車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力の大きさを示したシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、各図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る鉄道車両構体１の車両長手方向に垂直な鉛直断面図である。図１では、鉄道車両構体１の車幅方向の中央部から一端までの領域の鉛直断面を示している。図２は、図１の鉄道車両構体１の側面を車外から見た側面図である。
【００２０】
本実施形態の鉄道車両構体１を備える鉄道車両は、高速鉄道車両である。この高速鉄道車両では、トンネル内の走行時や高速鉄道車両同士のすれ違い時等において、ほぼ一定に維持された車内圧に対して車外圧が変動するため、この気圧差により鉄道車両構体１に圧力荷重が作用する。なお、鉄道車両構体１を備える鉄道車両は、高速鉄道車両以外のものであってもよい。
【００２１】
図１及び２に示すように、鉄道車両構体１は、台枠２、一対の側構体３、及び屋根構体４を備える。また図示しないが、鉄道車両構体１は、一対の妻構体を備える。鉄道車両構体１は、一例として、車両長手方向から見て、車幅方向の中央を通る車体中心線ＣＬに対して対称的な構造を有する。
【００２２】
台枠２は、一対の側構体３を支持する。台枠２は、一対の側梁２ａと複数の横梁５とを有する。一対の側梁２ａは、台枠２の車幅方向両側に配置されている。一対の側梁２ａは、車両長手方向に延びている。複数の横梁５は、車幅方向に延び、一対の側梁２ａの間で、車両長手方向に間隔をおいて配置されている。横梁５の車幅方向の両端は、一対の側梁２ａと接続されている。横梁５の上方には、床板８が配置されている。
【００２３】
一対の側構体３は、屋根構体４を支持する。一対の側構体３は、台枠２の車幅方向両側に配置されている。側構体３の板面は、上下方向と車両長手方向とに延びている。側構体３の下端は、台枠２の側梁２ａの上部に結合されている。
【００２４】
側構体３には、複数の窓部３ａと、複数の吹寄せ３ｂとが形成されている。複数の窓部３ａは、側構体３に車両長手方向に間隔をおいて配置されている。複数の吹寄せ部３ｂは、側構体３の隣接する一対の窓部３ａの間に配置されている。
【００２５】
屋根構体４は、鉄道車両の屋根を構成する。屋根構体４は、側構体３の上方に配置されている。屋根構体４は、側構体３と結合されている。屋根構体４の車幅方向の一端（本実施形態では両端）は、側構体３の上端と結合されている。
【００２６】
側構体３と屋根構体４と側梁２ａとは、複数の中空形材６を有する。複数の中空形材６は、車両長手方向から見て、車体の周方向に配置されている。複数の中空形材６の各々は、内板部６ａ、外板部６ｂ、及び連結板部６ｃを有する。内板部６ａは、車体の車内側に配置されている。外板部６ｂは、車体の車外側に配置されている。連結板部６ｃは、内板部６ａと外板部６ｂとを板面を離隔させた状態で連結する。
【００２７】
この複数の中空形材６は、中空形材１０〜１７を含む。中空形材１０は、屋根構体４の車幅方向の中央部４ａに配置されている。中空形材１１，１２は、鉄道車両構体１の軒桁に配置されている。中空形材１２は、中空形材１１の下方に配置されている。
【００２８】
中空形材１３，１４は、側構体３の吹寄せ部３ｂに配置されている。中空形材１４は、中空形材１３の下方に配置されている。中空形材１５，１６は、台枠２の側梁２ａに配置されている。中空形材１６は、中空形材１５の下方に配置されている。中空形材１７は、側構体３の中空形材１５と上方に隣接する部分に配置されている。
【００２９】
側構体３と屋根構体４との各々では、複数の中空形材６の複数の内板部６ａが結合されて内壁部７ａが形成されていると共に、複数の外板部６ｂが結合されて外壁部７ｂが形成されている。複数の中空形材６は、一例として溶接により結合されているが、これに限定されず、例えば摩擦撹拌接合法により結合されていてもよい。
【００３０】
側構体３と屋根構体４と側梁２ａとは、ダブルスキン構造７を有する。このダブルスキン構造７は、内壁部７ａ、外壁部７ｂ、及び連結板部６ｃを含む。ダブルスキン構造７における連結板部６ｃは、内壁部７ａと外壁部７ｂとを壁面を離隔させた状態で連結する。本実施形態では、側構体３と屋根構体４と側梁２ａとが、複数の中空形材６により構成されることで、ダブルスキン構造７が形成されている。
【００３１】
ダブルスキン構造７は、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４とトラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３とを有する。ハモニカ型構造部Ａ１は、屋根構体４の中央部４ａに配置されている。ハモニカ型構造部Ａ２は、軒桁の中央部１ａに配置されている。ハモニカ型構造部Ａ３は、側構体３の吹寄せ部３ｂに配置されている。ハモニカ型構造部Ａ４は、側梁２ａの床板８よりも下方に位置する下側部分２ｂに配置されている。
【００３２】
ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４では、車両長手方向から見て、複数の連結板部６ｃのうちの隣接する２つの連結板部６ｃと内壁部７ａと外壁部７ｂとにより形成される閉空間が、矩形となっている。
【００３３】
鉄道車両構体１では、ハモニカ型構造部は、屋根構体４の車幅方向の中央部４ａ、側構体３の吹寄せ部３ｂ、車両長手方向から見た軒桁の車体の周方向の中央部１ａ、及び床板８よりも下方に位置する側梁２ａの下側部分２ｂのうちの少なくともいずれかの位置に配置されていればよい。
【００３４】
トラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３では、車両長手方向から見て、複数の連結板部６ｃのうちの隣接する２つの連結板部６ｃと、内壁部７ａ又は外壁部７ｂとにより形成される閉空間が、三角形となっている。トラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３は、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４に隣接して配置されている。
【００３５】
鉄道車両構体１では、一例として、側構体３と屋根構体４と側梁２ａとが有する複数の中空形材６のうち、少なくともハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４の内壁部７ａと外壁部７ｂと連結板部６ｃとを形成する中空形材６（本実施形態では全ての中空形材６）が、押出成形部材である。なお、複数の中空形材６のうちのいずれかは、例えば内板部６ａ、外板部６ｂ、及び連結板部６ｃを溶接で結合することにより製造されていてもよい。
【００３６】
ハモニカ型構造部Ａ１は、一例として、中空形材１０と、中空形材１０と車幅方向に隣接する２つの中空形材６とにより構成されている。車両長手方向から見て、中空形材１０では、連結板部６ｃが、内板部６ａと外板部６ｂとの板面に垂直に接続されている。
【００３７】
ハモニカ型構造部Ａ２は、一例として、一対の中空形材１１，１２により構成されている。一対の中空形材１１，１２は、車両長手方向から見て、車体の周方向に並んで配置されている。車両長手方向から見て、一対の中空形材１１，１２の互いに結合された部分では、連結板部６ｃが、内板部６ａと外板部６ｂとの板面に垂直に接続されている。
【００３８】
ハモニカ型構造部Ａ３は、一例として、一対の中空形材１３，１４と、一対の中空形材１３，１４に隣接する２つの中空形材６とにより構成されている。一対の中空形材１３，１４は、車両長手方向から見て、車体の周方向に並んで配置されている。中空形材１３は、中空形材１４の上方に位置している。車両長手方向から見て、一対の中空形材１３，１４では、連結板部６ｃが、内板部６ａと外板部６ｂとの板面に垂直に接続されている。
【００３９】
ハモニカ型構造部Ａ４は、一例として、一対の中空形材１５，１６により構成されている。ハモニカ型構造部Ａ４は、側梁２ａの下側部分２ｂを構成している。一対の中空形材１５，１６は、車体の周方向に並んで配置されている。中空形材１５は、中空形材１６の上方に位置している。中空形材１５の上部は、トラス型構造を有し、下部は、ハモニカ型構造を有する。車両長手方向から見て、中空形材１５の下部と中空形材１６とでは、連結板部６ｃが、内板部６ａの板面に垂直に接続されている。
【００４０】
屋根構体４の車幅方向の中央部４ａ、側構体３の吹寄せ部３ｂ、及び床板８よりも下側に位置する側梁２ａの下側部分２ｂのうちの少なくともいずれかのハモニカ型構造部（ここではハモニカ型構造部Ａ１，Ａ３，及びＡ４）は、車両長手方向から見て、車体の周方向に連続して配置された３つ以上の連結板部６ｃを有する。
【００４１】
ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４では、同等の曲げ強度のトラス型構造部に比べて、連結板部６ｃの数を減らしたり、内板部６ａと外板部６ｂとの厚み寸法や車両長手方向から見た連結板部６ｃの長さ寸法を減らすことができる。これにより、鉄道車両構体１を軽量化し易くできる。
【００４２】
図１の屋根構体４の中央部４ａにおけるハモニカ型構造部Ａ１は、中空形材１０の車幅方向の一方側に隣接する中空形材６の中空形材１０に最も近接する連結板部６ｃから、中空形材１０の車幅方向の他方側に隣接する中空形材６の中空形材１０に最も近接する連結板部６ｃまでのダブルスキン構造７の領域に相当する。ハモニカ型構造部Ａ１は、車体の周方向に配置された複数（ここでは合計６個）の連結板部６ｃを有する。ハモニカ型構造部Ａ１では、中空形材１０の連結板部６ｃのピッチが、等間隔に設定されている。
【００４３】
図１の軒桁の中央部１ａにおけるハモニカ型構造部Ａ２は、中空形材１１の中空形材１２に最も近接する連結板部６ｃから、中空形材１２の中空形材１１に最も近接する連結板部６ｃまでのダブルスキン構造７の領域に相当する。ハモニカ型構造部Ａ２は、車体の周方向に配置された複数（ここでは合計２個）の連結板部６ｃを有する。
【００４４】
図１の吹寄せ部３ｂにおけるハモニカ型構造部Ａ３は、中空形材１４の下端に隣接する中空形材６の中空形材１４に最も近接する連結板部６ｃから、中空形材１３の上端に隣接する中空形材６の中空形材１３に最も近接する連結板部６ｃまでのダブルスキン構造７の領域に相当する。ハモニカ型構造部Ａ３は、車体の周方向に配置された複数（ここでは合計１２個）の連結板部６ｃを有する。ハモニカ型構造部Ａ３では、車両長手方向から見て、中空形材１３，１４の各々の両端の連結板部６ｃよりも中空形材１３，１４の内側に位置する連結板部６ｃのピッチが、等間隔に設定されている。
【００４５】
ここで、側構体３において隣接する吹寄せ部３ｂの間には、窓部３ａが切削加工により形成される。窓部３ａの開口周縁は、複雑な曲線状に加工する必要がある。このため、車両長手方向から見て、内板部６ａと外板部６ｂとの板面に傾斜するように配された連結板部６ｃを有するトラス型構造部より、車両長手方向から見て、内板部６ａと外板部６ｂとの板面に垂直に配された連結板部６ｃを有するハモニカ型構造部により吹寄せ部３ｂを構成することで、窓部３ａを切削加工により形成する際の作業性が良い利点がある。
【００４６】
図１の側梁２ａの一部を構成する中空形材１５において、その中空形材１６と近接する他端の車内側と車外側とには、中空形材１５の当該他端を中空形材１６の中空形材１５と近接する一端と接続するための重ね継手が形成されている。
【００４７】
側梁２ａの厚み寸法は、上方から下方に向けて減少している。これに伴ってハモニカ型構造部Ａ４では、車両長手方向から見た連結板部６ｃの長さ寸法が、上方から下方に向けて減少している。
【００４８】
ハモニカ型構造部Ａ４は、中空形材１６の最も下側に位置する連結板部６ｃから、中空形材１５の床板８に最も近接する連結板部６ｃまでのダブルスキン構造７の領域に相当する。ハモニカ型構造部Ａ４は、全体として、車体の周方向に配置された複数（ここでは５つ）の連結板部６ｃを有する。ハモニカ型構造部Ａ４では、連結板部６ｃのピッチが、等間隔に設定されている。
【００４９】
一例として、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４とトラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３の各々において、内板部６ａと外板部６ｂとの板厚寸法は、連結板部６ｃの板厚寸法よりも大きい値に設定されている。また一例として、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４の各々において、内板部６ａと外板部６ｂとの板厚寸法は、同等の値に設定されている。
【００５０】
なお、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４とトラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３との各々において、内板部６ａと外板部６ｂとの板厚寸法は、連結板部６ｃの板厚寸法と同等以下の値に設定されていてもよい。またハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４の各々において、内板部６ａと外板部６ｂとの板厚寸法は、互いに異なる値に設定されていてもよい。
【００５１】
ここで、ハモニカ型のダブルスキン構造がトラス型のダブルスキン構造に比較してせん断強度が低い理由については、例えば以下のように考えられる。すなわち、トラス型のダブルスキン構造では、鉄道車両構体の車体の周方向に垂直な方向、つまり中空形材の内板部と外板部との板面に垂直な方向に作用するせん断力は、中空形材の連結板部に対して、面内力（圧縮力または引張力）として作用し易い。このため、トラス型のダブルスキン構造では、このようなせん断力に対して中空形材の連結板部が有効に抵抗する。これにより、トラス型のダブルスキン構造は、比較的高いせん断強度を有する。
【００５２】
これに対してハモニカ型のダブルスキン構造では、せん断力は、中空形材の連結板部に対して、面外力として作用し易い。このため、ハモニカ型のダブルスキン構造では、せん断力が作用すると、中空形材の連結板部がトラス型のダブルスキン構造における中空形材の連結板部に比べて変形し易い。従って、ハモニカ型のダブルスキン構造は、トラス型のダブルスキン構造に比べて、せん断力に対するせん断強度が低いと考えられる。
【００５３】
このようにハモニカ型のダブルスキン構造は、トラス型ダブルスキン形材に比較すると、車内外の圧力差により鉄道車両構体に作用する圧力（鉄道車両構体の車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力）が及んだ場合、大きい変形を生じ且つ高い応力を生じるおそれがある。
【００５４】
図３は、図１の鉄道車両構体１に車内外の気圧差により発生する曲げモーメントの大きさを示したシミュレーション図である。図３中の矢印は、長さ寸法が長いほど曲げモーメントが大きいことを示し、矢印の方向は、矢印の起点における鉄道車両構体の表面に対する垂線方向を示す。また、図３中の輪郭線Ｌ１は、図１の車両長手方向から見た鉄道車両構体１の輪郭線に対応し、線Ｌ２は、複数の矢印の先端を通る線を示す。
【００５５】
図３に示されるように、車内外の気圧差により発生する曲げモーメントの絶対値は、屋根構体４では車幅方向の中央部４ａにおいて最大となり、軒桁では車体方向の中央部１ａにおいて最大となり、側構体３では吹寄せ部３ｂにおいて最大となることが、シミュレーションの結果により判明した。また図示していないが、別のシミュレーションの結果により、車内外の気圧差が異なる場合や、車内外の気圧のどちらが高い場合でも、曲げモーメントの絶対値が最大値となる位置は、ほぼ同じ位置であることが判明した。
【００５６】
図４は、図３に示した曲げモーメントにより、鉄道車両構体１に車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力の大きさを示したシミュレーション図である。図４中の輪郭線Ｌ１は、図１の車両長手方向から見た鉄道車両構体１の輪郭線に対応し、線Ｌ３は、複数の矢印の先端を通る線を示す。また、図４中の矢印は、長さ寸法が長いほどせん断力が大きいことを示し、矢印の方向は、矢印の起点における鉄道車両構体１の表面に対する垂線方向を示す。
【００５７】
図４に示されるように、鉄道車両構体１の側構体３と台枠２とが結合される結合部以外の領域において、曲げモーメントの絶対値が最大値となる位置では、鉄道車両構体１に車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力が十分に低いことが、シミュレーションの結果により見出された。
【００５８】
また、台枠２の側梁２ａにおける車内の気密を確保するための障壁である床板８よりも下方の領域は、鉄道車両の室外に位置するため気密構造になっておらず、実質的に車外に露出した状態になっている。これにより当該領域は、車内外の気圧差により作用する圧力荷重の影響を受けない。よって、床板８よりも下方に位置する側梁２ａの下側部分２ｂは、ハモニカ構造とすることが可能である。
【００５９】
以上に説明したように、鉄道車両構体１では、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４が屋根構体４の中央部４ａ、軒桁の中央部１ａ、側構体３の吹寄せ部３ｂ、及び床板８よりも下方に位置する側梁２ａの下側部分２ｂのうちの少なくともいずれかの位置（本実施形態ではこの全ての位置）に配置されている。発明者らの検討により、屋根構体４の中央部４ａ、軒桁の中央部１ａ、及び側構体３の吹寄せ部３ｂでは、鉄道車両構体１の他の位置に比べて、車内外の気圧差により鉄道車両構体１に圧力荷重が作用した場合でも、鉄道車両構体１の車体の周方向に対して垂直方向に作用するせん断力が十分に低いことが分かっている。
【００６０】
また、台枠２の側梁２ａにおける床板８よりも下方の領域は、車内外の気圧差により作用する圧力荷重の影響を受けないので、床板８よりも下方に位置する側梁２ａの下側部分２ｂは、ハモニカ構造とすることが可能である。
【００６１】
よって、鉄道車両構体１の上記した位置にハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４を配置することにより、鉄道車両構体１は、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４を有しながら、補強フレームを用いなくても、ほぼ一定の車内圧に対して車外圧が変動することによる気圧差の圧力荷重に耐えることができる。
【００６２】
また、鉄道車両構体１に作用する前記せん断力が大きい鉄道車両構体１の部分に、トラス型構造部Ｂ１〜Ｂ３がハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４に隣接して配置され、鉄道車両構体１に作用する前記せん断力が小さな鉄道車両構体１の部分に、ハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４が配置されているので、補強フレームを用いなくても、鉄道車両構体１のハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４に隣接する位置の強度を確保できる。
【００６３】
また、複数の中空形材６において、複数の内板部６ａが結合されて内壁部７ａが形成されていると共に、複数の外板部６ｂが結合されて外壁部７ｂが形成されているので、鉄道車両構体１の製造時に複数の中空形材６を用いることで、側構体３と屋根構体４とのダブルスキン構造７を効率よく構成できる。
【００６４】
また、複数の中空形材６のうち、少なくともハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４の内壁部７ａと外壁部７ｂとを形成する中空形材６（本実施形態では全ての中空形材６）が、押出成形部材であるので、少なくともダブルスキン構造７のハモニカ型構造部Ａ１〜Ａ４の形成に用いられる中空形材６を、押出成形法により効率よく製造できる。
【００６５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。各ハモニカ型構造部において、外壁部と内壁部とを形成する中空形材の数は、上記実施形態に示した数に限定されず、適宜調整が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
Ａ１〜Ａ４    ハモニカ型構造部
Ｂ１〜Ｂ３    トラス型構造部
１    鉄道車両構体
１ａ    軒桁の中央部
２    台枠
２ａ    側梁
２ｂ    側梁の下側部分
３    側構体
３ｂ    吹寄せ部
４    屋根構体
４ａ    屋根構体の中央部
６、１０〜１８    中空形材
６ａ    内板部
６ｂ    外板部
６ｃ    連結板部
７    ダブルスキン構造
７ａ    内壁部
７ｂ    外壁部
８    床板
【図１】
2018176796.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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