(57)【要約】【課題】シングルスキン構造を有する外板パネルを用いた場合であっても、接合部の強度を十分に向上できる。【解決手段】鉄道車両構体１は、面板１２，１２同士の接合体１３と、接合体１３の内側に接合された骨部材１４とによって構成された外板パネル１１を備え、面板１２は、車両の外郭を構成する平面部１５と、平面部１５の内側に延在する突出部１６とを有し、骨部材１４は、突出部１６と交差して突出部１６に重なる本体部２１と、平面部１５の内側に重なるフランジ部２３とを有し、面板１２，１２同士は、当該面板１２，１２同士の突き合わせ部分Ｐ１に沿って形成された第１の接合部Ｗ１によって接合され、面板１２と骨部材１４とは、第１の接合部Ｗ１を含む面板１２，１２同士の突き合わせ部分Ｐ１とフランジ部２３との重ね合わせ部分Ｐ２に形成された第２の接合部Ｗ２によって接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面板同士を接合してなる接合体と、前記接合体の内側に接合された骨部材と、によって構成された外板パネルを備えた鉄道車両構体であって、
前記面板は、車両の外郭を構成する平面部と、前記平面部の内側に延在する突出部と、を有し、
前記骨部材は、前記突出部と交差して前記突出部に重なる本体部と、前記本体部から張り出して前記平面部の内側に重なるフランジ部と、を有し、
前記面板同士は、当該面板同士の突き合わせ部分に沿って形成された第１の接合部によって接合され、
前記面板と前記骨部材とは、前記第１の接合部を含む前記面板同士の突き合わせ部分と前記フランジ部との重ね合わせ部分に形成された第２の接合部によって接合されている鉄道車両構体。
【請求項２】
前記外板パネルの厚さ方向から見て、前記第１の接合部の接合線と前記第２の接合部の接合線とが交差している請求項１記載の鉄道車両構体。
【請求項３】
前記第２の接合部は、前記第１の接合部を跨ぐようにスポット状に設けられている請求項２記載の鉄道車両構体。
【請求項４】
前記外板パネルの厚さ方向から見て、前記第１の接合部の接合線と前記第２の接合部の接合線とが非交差となっている請求項１記載の鉄道車両構体。
【請求項５】
前記骨部材の材料の強度が前記面板の材料の強度以上となっている請求項１〜４のいずれか一項記載の鉄道車両構体。
【請求項６】
前記第１の接合部及び前記第２の接合部がいずれも摩擦撹拌接合部である請求項１〜５のいずれか一項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、鉄道車両構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両構体に用いられる外板パネルの構造としてダブルスキン構造が知られている。ダブルスキン構造の外板パネルは、一般に、車両外側に配置される外側面板と、車両内側に配置される内側面板と、外側面板及び内側面板との間でトラス構造を形成する中板とによって構成されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８２６７６号公報
【特許文献２】特表平１１−５００６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダブルスキン構造では、外側面板、内側面板、及び中板によって同一の断面構造が車両の長手方向に連続する。このため、ドア部及び窓部といった開口部或いは台車上に位置する部分など、荷重が比較的集中し易い場所をダブルスキン構造自体で部分的に強化することが難しいという課題がある。また、ダブルスキン構造では、接合のワンサイドアクセスが困難である点も課題となっている。ダブルスキン構造を有する外板パネルを製造する場合、外側面板に対する中板の接合工程と、内側面側に対する中板の接合工程との間で面板の向きを反転させる工程とが必要となる。このため、サイズの大きな面板を裏返す作業に時間を要することが工程上の課題となっている。
【０００５】
外板パネルの部分的な強化、及び外板パネルの接合のワンサイドアクセスの実現の観点では、例えば特許文献２に開示された面状構造物のように、面板の内側に骨部材を接合したシングルスキン構造の方が優れていると考えられる。一方、例えば鉄道車両構体の側構体は、腰パネル、幕パネル、吹き寄せパネルといった各部位の面板同士を互いに接合することによって構成される。このため、鉄道車両構体の側構体は、面板の端部の突き合わせ部分に沿って接合し、面板同士の接合体の内側に骨部材を更に接合することによって構成される。このような構成では、接合体の強度担保上、面板同士の突き合わせ部分に沿って設けられた接合部の強度を十分に向上させる必要がある。例えば鉄道車両の走行によって接合部に亀裂が生じた場合でも、当該亀裂が接合部に沿って容易に拡大しないようにするための工夫が求められる。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、シングルスキン構造を有する外板パネルを用いた場合であっても、接合部の強度を十分に向上できる鉄道車両構体を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る鉄道車両構体は、面板同士を接合してなる接合体と、接合体の内側に接合された骨部材と、によって構成された外板パネルを備えた鉄道車両構体であって、面板は、車両の外郭を構成する平面部と、平面部の内側に延在する突出部と、を有し、骨部材は、突出部と交差して突出部に重なる本体部と、本体部から張り出して平面部の内側に重なるフランジ部と、を有し、面板同士は、当該面板同士の突き合わせ部分に沿って形成された第１の接合部によって接合され、面板と骨部材とは、第１の接合部を含む面板同士の突き合わせ部分とフランジ部との重ね合わせ部分に形成された第２の接合部によって接合されている。
【０００８】
この鉄道車両構体では、面板同士を接合する第１の接合部に骨部材のフランジ部が重ね合わせられ、当該重ね合わせ部分に面板と骨部材とを接合する第２の接合部が設けられている。このような構成により、仮に第１の接合部に亀裂が生じた場合でも、第２の溶接部によって面板に接合されているフランジ部によって亀裂の拡大が抑制される。したがって、シングルスキン構造を有する外板パネルを用いた場合であっても、接合部の強度を十分に向上できる。
【０００９】
また、外板パネルの厚さ方向から見て、第１の接合部の接合線と第２の接合部の接合線とが交差していてもよい。この場合、接合の異方性を解消することが可能となり、接合部の強度を一層十分に確保できる。
【００１０】
また、第２の接合部は、第１の接合部を跨ぐようにスポット状に設けられていてもよい。この場合、第１の接合部と第２の接合部とが離間するため、第１の接合部に生じた亀裂が第２の接合部に伝搬することを抑制できる。
【００１１】
また、外板パネルの厚さ方向から見て、第１の接合部の接合線と第２の接合部の接合線とが非交差となっていてもよい。この場合、第１の接合部と第２の接合部とが離間するため、第１の接合部に生じた亀裂が第２の接合部に伝搬することを抑制できる。
【００１２】
また、骨部材の材料の強度が面板の材料の強度以上となっていてもよい。この場合、骨部材の配置によって外板パネルの部分的な強化を容易に実現できる。
【００１３】
また、第１の接合部及び第２の接合部がいずれも摩擦撹拌接合部であってもよい。この場合、入熱を抑えた状態で第１の接合部及び第２の接合部を形成できる。したがって、面板及び骨部材の変形を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シングルスキン構造を有する外板パネルを用いた場合であっても、接合部の強度を十分に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】鉄道車両構体の一実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】外板パネルの一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示した外板パネルを車両の内側から見た図である。
【図４】外板パネルの変形例を示す図である。
【図５】外板パネルの別の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る鉄道車両構体の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、鉄道車両構体の一実施形態を示す概略斜視図である。同図に示すように、鉄道車両構体１は、床構体２と、側構体３と、屋根構体４と、妻構体５とを備えている。これらの各構体が相互に接合されることにより、鉄道車両構体１は、乗客を収容する空間を内部に有する箱型形状をなしている。
【００１８】
床構体２は、車両の床部を構成する構体として鉄道車両構体１の底部に配置されている。床構体２の下部には、鉄道車両構体１を支持する一対の台車（不図示）が設置されている。側構体３及び妻構体５は、車両の側部を構成する構体として、床構体２の左右の縁部及び前後の縁部を囲むように立設されている。
【００１９】
側構体３には、乗客らが乗り降りするためのドア部６が等間隔に複数設けられている。また、ドア部６，６間と側構体３の両端部とには、窓部７がそれぞれ設けられている。側構体３は、例えば腰パネル、吹き寄せパネル、幕パネル、ドア上パネル等の各部位を形成する外板パネル１１（図２参照）によって構成されている。
【００２０】
腰パネルは、窓部７と床構体２との間に位置するパネルであり、吹き寄せパネルは、ドア部６と窓部７との間、及び窓部と妻構体５との間に位置するパネルである。幕パネルは、窓部７と屋根構体４との間に位置するパネルであり、ドア上パネルは、ドア部６と屋根構体４との間に位置するパネルである。
【００２１】
妻構体５は、乗客らが車両間を行き来するための出入口部８が設けられている。屋根構体４は、車両の屋根部を構成する構体として鉄道車両の構体の上部に空間に蓋をするように配置されている。車両の屋根構体４には、上部に車内の温度を調整するためのエアコンディショナーやパンタグラフ（図示しない）などが設置されている。
【００２２】
次に、上述した側構体３を構成する外板パネル１１について更に詳細に説明する。
【００２３】
図２は、外板パネルの一例を示す斜視図である。同図に示すように、外板パネル１１は、面板１２，１２同士を接合してなる接合体１３と、接合体１３の内側に接合された骨部材１４と、によって構成されたシングルスキン構造を有している。面板１２は、例えば６Ｎ０１等のアルミ合金からなる板材である。面板１２の厚さは、例えば数ミリ程度となっている。面板１２は、車両の外郭を構成する平面部１５と、平面部１５の内側において車両の長手方向に直線状に延在する複数の突出部１６とを有している。
【００２４】
本実施形態では、突出部１６は、車両の高さ方向に所定の間隔で配列されている。突出部１６は、例えば押出成形により、平面部１５と一体に形成されている。突出部１６は、互いに対向する一対の側面部１７，１７と、側面部１７，１７の先端同士を結ぶ頂面部１８とを有し、面板１２との間で断面矩形の中空部Ｓを形成している。中空部Ｓに中板を設け、突出部１６をトラス構造としてもよい。
【００２５】
隣接する面板１２，１２は、平面部１５，１５の端部同士の突き合わせ部分Ｐ１に沿って連続的に形成された第１の接合部Ｗ１によって互いに強固に接合され、接合体１３を構成している。第１の接合部Ｗ１は、例えば摩擦撹拌接合によって形成された摩擦撹拌接合部である。摩擦撹拌接合は、回転ツールを回転させながら金属材等の材料に押し込み、摩擦熱で軟化させた母材同士を塑性流動により一体化させる固相接合方法である。摩擦撹拌接合では、アーク溶接やレーザ溶接のような溶融溶接と比較して母材への入熱量が小さいので、高品質な継手を得ることが可能であり、融点の低いアルミニウム合金の接合に適している。
【００２６】
骨部材１４は、面板１２よりも強度が高い材料からなる柱材である。骨部材１４の材料としては、例えば７Ｎ０１等の高強度アルミ合金が挙げられる。骨部材１４は、面板１２と同一の材料を用いて構成されていてもよい。骨部材１４の厚さは、面板１２と同様に、例えば数ミリ程度となっている。
【００２７】
骨部材１４は、板状の本体部２１と、頂面部１８の幅よりも僅かに広いピッチで本体部２１の両側から本体部２１に対してそれぞれ略直角に張り出す一対の側面部２２，２２と、一対の側面部２２，２２の先端から側面部２２，２２に対してそれぞれ略直角に張り出す一対のフランジ部２３，２３とを有している。骨部材１４は、フランジ部２３が設けられていない部分では、本体部２１のみが板状に存在し、フランジ部２３が設けられた部分では、本体部２１、側面部２２、及びフランジ部２３によって断面ハット状となっている。
【００２８】
本実施形態では、骨部材１４は、車両の長手方向に所定の間隔で配列されている。板状の本体部２１は、面板１２における突出部１６の頂面部１８と略直交するように車両の高さ方向に延在し、頂面部１８と重なるように配置されている。側面部２２は、矩形状をなしている。側面部２２は、面板１２の突出部１６，１６間に位置し、本体部２１から面板１２の内側に向かって延びている。
【００２９】
また、フランジ部２３は、矩形状をなし、面板１２の突出部１６，１６間の位置で平面部１５の内側に重ね合わせられている。一部のフランジ部２３は、第１の接合部Ｗ１を含む面板１２，１２同士の突き合わせ部分Ｐ１に重ね合されている。面板１２と骨部材１４とは、フランジ部２３と面板１２との重ね合わせ部分Ｐ２にスポット状に形成された第２の接合部Ｗ２によって互いに強固に接合されている。
【００３０】
第２の接合部Ｗ２は、第１の接合部Ｗ１と同様に、例えば摩擦撹拌接合によって形成された摩擦撹拌接合部である。第２の接合部Ｗ２を摩擦撹拌接合によって形成する場合、フランジ部２３の幅（側面部２２からの張り出し長さ）は、摩擦撹拌接合で用いる回転ツールの直径以上であることが好ましい。フランジ部２３の幅を十分に確保することで、フランジ部２３の先端側から基端側に向かって付加されるモーメントを確保でき、材料間ギャップを低減した状態での接合が可能となる。
【００３１】
本実施形態では、図３に示すように、外板パネル１１の厚さ方向から見て、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１と、第２の接合部Ｗ２の接合線Ｌ２とが直交している。具体的には、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１は、面板１２，１２の突き合わせ部分Ｐ１に沿って車両の長手方向に延びており、第２の接合部Ｗ２の接合線Ｌ２は、フランジ部２３の中心位置を通るように車両の高さ方向に延びている。
【００３２】
面板１２，１２同士の突き合わせ部分Ｐ１に重ね合わせられたフランジ部２３では、外板パネル１１の厚さ方向から見て、スポット状の第２の接合部Ｗ２，Ｗ２の間を第１の接合部Ｗ１が延在している。すなわち、第１の接合部Ｗ１を跨ぐように第２の接合部Ｗ２が接合線Ｌ２に沿ってスポット状に設けられている。したがって、本実施形態では、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１と第２の接合部Ｗ２の接合線Ｌ２とが直交しているが、第１の接合部Ｗ１と第２の接合部Ｗ２とは、互いに離間した状態となっている。
【００３３】
以上説明したように、鉄道車両構体１では、面板１２，１２同士を接合する第１の接合部Ｗ１に骨部材１４のフランジ部２３が重ね合わせられ、当該重ね合わせ部分Ｐ２に面板１２と骨部材１４とを接合する第２の接合部Ｗ２が設けられている。このような構成により、仮に第１の接合部Ｗ１に亀裂が生じた場合でも、第２の接合部Ｗ２によって面板１２に接合されているフランジ部２３によって亀裂の拡大が抑制される。したがって、シングルスキン構造を有する外板パネル１１を用いた場合であっても、接合部の強度を十分に向上できる。そして、骨部材１４による外板パネル１１の部分的な強化、及び外板パネル１１の接合のワンサイドアクセスの実現といったシングルスキン構造に特有の効果も享受できる。
【００３４】
本実施形態では、外板パネル１１の厚さ方向から見て、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１と第２の接合部Ｗ２の接合線Ｌ２とが直交している。これにより、接合の異方性を解消することが可能となり、第１の接合部Ｗ１及び第２の接合部Ｗ２の強度を一層十分に確保できる。また、本実施形態では、第２の接合部Ｗ２が第１の接合部Ｗ１を跨ぐようにスポット状に設けられている。これにより、第１の接合部Ｗ１と第２の接合部Ｗ２とが離間するため、第１の接合部Ｗ１に生じた亀裂が第２の接合部Ｗ２に伝搬することを抑制できる。
【００３５】
本実施形態では、骨部材１４の材料の強度が面板１２の材料の強度以上となっている。これにより、骨部材１４の配置によって外板パネル１１の部分的な強化を容易に実現できる。また、本実施形態では、第１の接合部Ｗ１及び第２の接合部Ｗ２がいずれも摩擦撹拌接合部となっている。これにより、入熱を抑えた状態で第１の接合部Ｗ１及び第２の接合部Ｗ２を形成できる。したがって、面板１２及び骨部材１４の変形を抑えることができる。また、本実施形態のように、面板１２と骨部材１４との間で異種材料の接合を行う場合でも、金属間化合物の生成を抑制した接合が可能となる。
【００３６】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第２の接合部Ｗ２が接合線Ｌ２に沿ってスポット状に設けられているが、図４に示すように、第２の接合部Ｗ２が接合線Ｌ２に沿って連続的に設けられていてもよい。このような構成であっても、接合の異方性を解消することができるため、第１の接合部Ｗ１及び第２の接合部Ｗ２の強度を十分に確保できる。
【００３７】
また、図５に示すように、外板パネル１１の厚さ方向から見て、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１と第２の接合部Ｗ２の接合線Ｌ２とが非交差となっていてもよい。図５の例では、第１の接合部Ｗ１の接合線Ｌ１の片側（し車両の高さ方向下側）に、接合線Ｌ１と平行に接合線Ｌ２が設けられ、接合線Ｌ２に沿って第２の接合部Ｗ２がスポット状に設けられている。このような構成であっても、第１の接合部Ｗ１と第２の接合部Ｗ２とが離間するため、第１の接合部Ｗ１に生じた亀裂が第２の接合部Ｗ２に伝搬することを抑制できる。
【００３８】
上記実施形態では、側構体３に適用される外板パネル１１を例示したが、外板パネル１１は、屋根構体４に適用してもよい。また、骨部材１４は、本体部２１の両側にフランジ部２３，２３を有する形態に限られず、本体部２１の片側のみにフランジ部２３を有する形態であってもよい。第１の接合部Ｗ１及び第２の接合部Ｗ２は、必ずしも摩擦撹拌接合でなくともよく、レーザ溶接、アーク溶接といった他の手法によって形成した接合部であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…鉄道車両構体、１１…外板パネル、１２…面板、１３…接合体、１４…骨部材。１５…平面部、１６…突出部、２１…本体部、２３…フランジ部、Ｐ１…突き合わせ部分、Ｐ２…重ね合わせ部分、Ｌ１，Ｌ２…接合線、Ｗ１…第１の接合部、Ｗ２…第２の接合部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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