(57)【要約】【課題】横衝突時における車体の変形量を抑制する。【解決手段】側柱１０６の上端部が、車体前後方向に延びる長桁１０９にガセット１３を介して連結されている。ガセット１３は、断面コ字形状に形成されるもので、車体外板１０２にほぼ平行に延びる基板部１３Ａと、この基板部１３Ａの前後縁に連接され基板部１３Ａに直交する方向に延びる側板部１３Ｂ，１３Ｃとを有する。ガセット１３の両側板部１３Ｂ，１３Ｃを補強部材２３にて連結する。この補強部材２３は、車体上下方向に傾斜して延びる第１の部分２３ａと、この第１の部分２３ａの下端縁に連接され水平方向に延びる第２の部分２３ｂとを有する。【選択図】  図３
2008285094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、
前記ガセットの内部に、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部材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】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、
前記ガセットの内部に、水平方向に延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部材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３】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合されるともに、前記ガセットの内部に第３の補強部材が設けられ、
前記第３の補強部材は、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部と、この第１の補強部に対して角度をなして延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部とを備えることを特徴とする鉄道車両の車体構造。
【請求項４】
前記側柱の上端部、ガセット及び長桁に対して、それらとの間に第１の閉断面構造を構成する第４の補強部材が設けられ、
前記第４の補強部材は、前記ガセットより車体上下方向の寸法が大きく、前記長桁と前記側柱それぞれに溶接により接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項５】
前記長桁は、車体左右方向に延びるタルキに接合され、
前記タルキに対し前記タルキとの間に、前記第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を構成する第５の補強部材が設けられることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項６】
前記第４の補強部材と第５の補強部材との間に、前記第１及び第２の閉断面構造を仕切る分割板が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項７】
前記側柱の、台枠との連結部分に、第３の閉断面構造を構成する第６の補強部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか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、鉄道車両の車体構造に関し、特に横方向から側構体にかかる衝撃力に対する車両構体の剛性を高めて、上記衝撃力による客室の変形を抑制し、客室内の乗客の安全性を向上させるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、在来線において、鉄道車両の構体構造は、垂直荷重と車端圧縮荷重が主要な荷重条件だった。このため、側構体と屋根構体との結合は、生産性を優先させた構造とされ、屋根構体のタルキ（垂木）と側構体の側柱との連続性はあまり重要視されていないのが現状であった。
【０００３】
近年、鉄道車両が、車体の側面から地上構造物などに衝突する（横衝突）を想定して、構体構造の研究が進められている。そして、斜め方向から衝突する場合を想定して、その衝突による衝撃力を車両構体で効果的に吸収するようにしたものがいくつか提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、車両構体は、屋根構体、左右の側構体、前後の妻構体および台枠によって構成される。発明者は、側構体が鉛直方向に延びる垂直壁などに衝突する横衝突時における車体の変形についての研究において、側構体の上端部と屋根構体との連結部分は、側構体の下端部と台枠との連結部分より剛性が低く、変形しやすいことから、その部分を補強して剛性を高めれば、車体の変形を小さくすることができるという着想に基づいて、後述するようにモデル解析を行った。
【０００５】
具体的には、図２９（ａ）（ｂ）に示すように、車体１０１において、屋根構体１０１Ａに連結される側構体１０１Ｂは、車体外板１０２にドア開口１０３が形成され、その前後縁付近において車体上下方向に延びる断面略ハット形状の出入口柱１０４が設けられている。また、窓部１０５の前後縁付近に出入口柱１０４と平行に延びる断面略Ｚ字形状の側柱１０６が設けられている。そして、出入口柱１０４と側柱１０６との間が戸袋となっている。窓部１０５の上側には、横骨部材１１０が車体前後方向に沿って配置されている。一方、屋根構体１０１Ａは、屋根板１０７に左右方向に延びるタルキ１０８が所定の間隔でもって設けられ、両側縁には長桁１０９が設けられている。長桁１０９は、タルキ１０８に溶接により固定される上側基部１０９ａと、この上側基部１０９ａの上端部から上側基部１０９ａに直交する方向に延びる上側リップ部１０９ｂと、上側基部１０９ａの下端部から屋根板１０７の方に向かって延びる中間部分１０９ｃと、この中間部分１０９ｃに連接され屋根板１０７の内側に沿って延びる下側部分１０９ｄと、この下側部分１０９ｄに連接され屋根板１０７の雨樋部１０７ａの下側に配置される断面逆Ｌ字形状の延長部分１０９ｅとを備える。なお、延長部分１０９ｅの下端部は車体外板１０２の上端部に接合されている。
【０００６】
この側柱１０６の上端部は、図３０及び図３１に示すように、断面Ｌ字形状のガセット１１１および補強プレート１１２を介して、長桁１０９に連結されている。側柱１０６は、断面略Ｚ形状で、外板１０２に接合される取付部１０６Ａと、この取付部１０６Ａの窓部１０５側の端縁に一端縁が連接され取付部１０６Ａと直交する方向に延びる中間部１０６Ｂと、この中間部１０６Ｂの他端縁に一端縁が連接され取付部１０６Ａと略平行に延びる先端部１０６Ｃとを備える。この側柱１０６は、閉断面構造ではなく、開断面構造となっている。また、ガセット１１１は、側柱１０６に下端部が接合される本体部１１１Ａと、この本体部１１１Ａより上方に延長され長桁１０９にプラグ溶接により接合される幅広
板状の延長部１１１Ｂとを有する。本体部１１１Ａは、断面略Ｌ字形状で、側柱１０６の中間部１０６Ｂに溶接により接合される第１の部分１１１Ａａと、先端部１０６Ｃに溶接により接合される第２の部分とを有する。なお、Ｗ１は補強プレート１１２の長桁１０９への溶接部分、Ｗ２はガセット１１１の本体部１１１Ａへの溶接部分である。
【０００７】
このような構造（図３１参照）であると、後述するように、横衝突の場合に、屋根構体と側構体の連結部分がなす角度が大きくなる方向に変形し、左右の側柱１０６の相対距離が小さくなることが確認された。ここで、出入口柱１０４は、ドアの出入り口を構成することになるため、断面ハット形状の部材を用いてはいるものの、断面高さをあまり高くできず、構造を工夫することも困難である。そのため、断面略Ｚ字形状の側柱１０６の断面高さを高くして、戸袋付近の剛性は側柱１０６で主として受け持つようになっている。
【０００８】
そこで、発明者は、そのような変形を抑制するために、鋭意研究を重ねたところ、戸袋付近の剛性は側柱１０６で主として受け持つようになっているので、タルキ１０８と側柱１０６の連続性や結合強度を向上させることで、左右の側柱１０６の相対距離があまり小さくならず、屋根構体１０１Ａと側構体１０１Ｂの連結部分がなす角度が大きくなる方向に変形するのを抑制する上で有効な対策であることを見い出した。よって、タルキ及び長桁と側柱との間に設けるガセットの構造を工夫することで、横衝突の車体の変形量を少なくすることができることを着想した。なお、結合ガセットの構造だけでなく、側柱１０６や出入口柱１０４、タルキ１０８などの構体周方向の骨部材の構成を高めれば、横衝突の車体の変形が小さくなるのは言うまでもない。例えば、側柱１０６は断面略Ｚ字形状で開断面構造であるが、断面略ハット形状とすることで車体外板とで閉断面構造を構成することにより、剛性を高めることができる。
【０００９】
そこで、具体的には、まず、例えば図３２（ａ）（ｂ）に示すように、ガセット１１１Ａをコ字型断面として、その先端縁を側柱１０６及び長桁１０９に溶接により接合して、閉断面構造とする車体構造を考えた。このようにすれば、剛性が高まり、結果として変形量は抑制できるが、長桁１０９の、屋根板１０７と接触する部分においては、ガセット１１１Ａが長桁１０９及び屋根板１０７に溶接により接合されるので、その溶接による歪みや、焼け跡が屋根板１０７の外表面に生じるという不具合が判明した。
【００１０】
そこで、このような問題を解決するために、図３２（ａ）（ｂ）に示すように、長桁１０９の、屋根板１０７と接触する部分において、ガセット１１１Ｂと長桁１０９との間に隙間を設け、それらを溶接しないようにして、溶接による影響が、屋根板１０７に現れないようにした。
【特許文献１】特開２００７−６２４４０号公報（段落００１５及び図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、長桁１０９の、屋根板１０７と接触する部分における溶接を廃止して、図３３（ａ）（ｂ）に示すようにすると、その部分の剛性が低下して、変形量が大きくなり、左右の側柱１０６の相対距離が小さくなる。
【００１２】
そこで、発明者は、ガセット自体の剛性を高めれば、長桁の、屋根板と接触する部分における溶接を廃止したことによる剛性の低下を回復できるのではないかとの着想に基づき、前記ガセットの内部に、補強部材を設ける構造（後述する図１〜図３参照）として、解析を行ったところ、前記変形量を抑制することができ、図３１（ａ）（ｂ）に示す構造と同程度の効果が得られることがわかり、本発明をなすに至ったものである。
【００１３】
本発明は、横衝突時における車体の変形量を抑制することができる鉄道車両の車体構造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】
【００１４】
請求項１の発明は、窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、前記ガセットの内部に、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部材が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、前記ガセットの内部に、水平方向に延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部材が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合されるともに、前記ガセットの内部に第３の補強部材が設けられ、前記第３の補強部材は、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部と、この第１の補強部に対して角度をなして延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部とを備えることを特徴とする。ここで、第２の補強部は、第１の補強部に対して角度をなして、例えば略断面略Ｌ字形状を構成していればよい。第１及び第２の補強部がなす角度は制限されず、鋭角、直角、鈍角のいずれでもよい。
【００１７】
これらの場合には、側柱の上端部と長桁にガセットの内部に補強部材を設けることでガセットの剛性を高められるので、横衝突後において左右の側柱の上端部の相対距離があまり減少せず、客室の容積が確保され、横衝突時における車体の変形量が抑制される。
【００１８】
請求項４に記載のように、前記側柱の上端部、ガセット及び長桁に対して、それらとの間に第１の閉断面構造を構成する第４の補強部材が設けられ、前記第４の補強部材は、前記ガセットより車体上下方向の寸法が大きく、前記長桁と前記側柱それぞれに溶接により接合されている構成とすることが望ましい。
【００１９】
このようにすれば、ガセットによって長桁と側柱の上端部を連結するだけでなく、第４の補強部材で、それらとの間に第１の閉断面構造が構成されるので、さらに剛性が高められる。また、第４の補強部材で長桁と側柱とを連結しているので、第４の補強部材又はガセットの溶接が破断するようなことがあっても、残っている方で強度を保持するため、冗長性のある構造とすることができる。
【００２０】
この場合、請求項５に記載のように、前記長桁は、車体左右方向に延びるタルキに接合され、前記タルキに対し前記タルキとの間に、前記第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を構成する第５の補強部材が設けられる構成とすることが望ましい。
【００２１】
このようにすれば、前記タルキに対し前記タルキとの間に、前記第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を構成する第５の補強部材が設けられることで、長桁とタルキの溶接部分が、前記第５の補強部材によって補強される。また、従来は、タルキはその下フランジで長桁とスポット溶接により接合されているが、横衝突時にはスポット溶接継手に大きな引き剥がし荷重が生じて破断し、大きな変形が生じるおそれがある。第５の補強部材でタルキと長桁とを連結することで、冗長性のある構造とし、いずれが破断しても大きな変形が生じない構造とすることができる。なお、スポット溶接継手は、せん断方向の荷重に対しては強いが、引き剥がし方向の荷重に対しては強度が劣る。このため、一般にスポット溶接はせん断方向の荷重を支えるように構造設計が行われる。
【００２２】
請求項６に記載のように、前記第４の補強部材と第５の補強部材との間に、前記第１及び第２の閉断面構造を仕切る分割板が設けられている構成とすることも可能である。
【００２３】
このようにすれば、製造上の誤差でタルキと側柱が前後にずれた場合でも、分割板を設けることで、その誤差を吸収し、剛性を低下させることなく、第５の補強部材を設けて、第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を形成することができる。
【００２４】
請求項７に記載のように、前記側柱の、台枠との連結部分に、第３の閉断面構造を構成する第６の補強部材が取り付けられている構成とすることが望ましい。
【００２５】
このようにすれば、側柱の下側部分の座屈あるいは倒れを防止し、変形を防止する上でより有利な構造となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明は、側柱の上端部と長桁とを、内部に補強部材を有する断面コ字形状のガセットでもって連結するようにしているので、側柱の上端部と長桁との連結部分の剛性を高め、横衝突時における車体の前記連結部分の変形量を抑制することができる。よって、左右の出入口柱の上端部の相対距離があまり狭くならず、客室の容積を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、図３０〜図３２に示す構造と同一の構成要素については同一の符号を用い、その詳細な説明を省略する。
【００２８】
ー実施例１−
図１は本発明に係る実施例１の鉄道車両の車体構造であって、側柱の上端部と長桁との連結部分を示し、（ａ）は断面図，（ｂ）は車体内方側から見た図である。
【００２９】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、側柱１０６の上端部が、車体前後方向に延びる長桁１０９にガセット１１を介して連結されている。
【００３０】
ガセット１１は、断面コ字形状に形成されるもので、車体前後方向に延びる基板部１１Ａと、この基板部１１Ａの前後縁に連接され基板部１１Ａに直交する方向に延びる側板部１１Ｂ，１１Ｃとを有する。そして、このガセット１１は、上端縁部が溶接により長桁１０９の上側基部１０９ａの下端部付近及び中間部分１０９ｃに接合される一方、下端部（基板部１１Ａ及び側板部１１Ｂの下端部）が、側柱１０６の中間部１０６Ｂ及び先端部１０６Ｃの上端部に溶接により接合されている。つまり、ガセット１１の上端縁が長桁１０９に接した状態で溶接により接合され、下端部が側柱１０６の外側に重複され、下端縁が溶接により接合されている。
【００３１】
そして、ガセット１１の側板部１１Ｂ，１１Ｃの外側縁１１Ｂａ，１１Ｃａは、長桁１０９の下側部分１０９ｄとは間隔を開けて接触しないように配置されている。そして、その外側縁１１Ｂａ，１１Ｃａの少し内側の部位であってガセット１１の内部に、長桁１０９の下側部分１０９ｄにほぼ平行に延び左右の側板部１１Ｂ，１１Ｃを連結する板状の第１の補強部材２１が設けられている。つまり、第１の補強部材２１は、車体上下方向ではあるが傾斜して取り付けられている。
【００３２】
ー実施例２−
上記実施例１（図１（ａ）（ｂ））においては、ガセット内に車体上下方向の第１の補強部材を設けるようにしているが、それに代えて、実施例２では、水平方向の補強部材を設けている。
【００３３】
この実施例２では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ガセット１２の両側板部１２Ｂ，１２Ｃが、水平方向に延びる板状の第２の補強部材２２にて連結されている。この補強部材２２は、長桁１０９と雨樋部１０７ａとが接合する部分に対応する位置付近に設けられている。なお、ガセット１２の側板部１２Ｂ，１２Ｃの、基板部１２Ａと連結される側縁とは反対側の側縁（外側縁）は、実施例１，２と同様に、長桁１０９の下側部分１０９ｄとは間隔を開けて接触していない。
【００３４】
ー実施例３−
この実施例３は、ガセット内に、第１の補強部材と第２の補強部材とを組み合わせた形状に相当する断面略Ｌ字形状の補強部材を設け、より剛性を高めたものである。
【００３５】
この実施例３では、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ガセット１３の両側板部１３Ｂ，１３Ｃを連結する第３の補強部材２３が、車体上下方向に傾斜して前記長桁にほぼ平行に延びる第１の部分２３ａ（第１の補強部材２１に対応する第１の補強部）と、この第１の部分２３ａの下端縁に連接され水平方向に延びる第２の部分２３ｂ（第２の補強部材２２と対応する第２の補強部）とを有する。この実施例３では、第２の部分２３ｂは、水平方向に延びているが、第１の部分２３ａに対して角度をなして延びていればよい。また、第１の部分２３ａの下端縁が第２の部分２３ｂの外側縁に連接されているが、これの部分が離れていても差し支えない。なお、ガセット１３の側板部１３Ｂ，１３Ｃの、基板部１３Ａと連結される側縁とは反対側の側縁（外側縁）は、実施例１，２と同様に、長桁１０９の下側部分１０９ｄとは間隔を開けて接触していない。
【００３６】
ー実施例４−
この実施例４は、実施例３の構造において、側柱の上端部、ガセット及びタルキに対し、第４の補強部材を溶接により接合し、それらの上側に第１の閉断面構造を構成するようにしたものである。
【００３７】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、第４の補強部材２４は断面コ字形状で、基板部２４Ａと、左右の側板部２４Ｂ，２４Ｃを有し、それの上部開口は長桁１０９の上側リップ部１０９ｂにて閉塞されている。側板部２４Ｂ，２４Ｃの先端縁は上側から順に、長桁１０９の取付基部１０９ａ及び上側リップ部１０９ｂ、ガセット１３の基板部１３Ａ及び側柱１０６の先端部分１０６Ｃに溶接により接合され、第１の閉断面構造が構成されている。この第４の補強部材は、ガセット１３の基板部１３Ａより幅が狭く、側柱１０６の先端部分１０６Ｃより幅が狭くなっている。なお、Ｗ１１，Ｗ１２はガセット１３への溶接部分、Ｗ１３，Ｗ１４，Ｗ１５は側柱１０６への溶接部分である。これらは、断続溶接とすることで、溶接歪みの低減を意図している。
【００３８】
このようにすれば、ガセット１３の基板部１３Ａ上に、第４の補強部材２４による第１の閉断面構造が形成されることになり、ガセット１３を設けるだけの構造よりも剛性を高めることができる。
【００３９】
ー実施例５−
この実施例５は、第４の補強部材のさらに上側に第５の補強部材を設け、前記第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を構成するようにしたものである。
【００４０】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、長桁１０９の上側リップ部１０９ｂを挟んでさらに上側に、断面コ字形状の第５の補強部材２５が配置され、第２の閉断面構造が形成されている。この補強部材２５による第２の閉断面構造は、第４の補強部材２４による第１の閉断面構造に連続している。この補強部材２５も、基板部２５Ａと、この基板部２５Ａの両側縁から外方に延びる側板部２５Ｂ，２５Ｃとを有する。なお、基板部２５Ａの中央下端には水抜き穴を意図した半円形の切り欠きが形成されている。そして、第５の補強部材２５は、両側板部２５Ｂ，２５Ｃの外側縁がタルキ１０８に、下側縁が長桁１０９の上側リップ部１０９ｂにそれぞれ溶接により接合されている。第４の補強部材２４と長桁１０９の上側リップ部１０９ｂとの接合はスポット溶接によりなされているので、第５の補強部材２５を設けることで、補強部材２４と上側リップ部１０９ｂとの接合部分（スポット接合部分）にそれらを剥離する方向に大きな力が作用するのを抑制することができる。
【００４１】
ー実施例６−
この実施例６では、実施例５の構造（図５（ａ）（ｂ）参照）に加えて、側柱の下端部側にも、ガセットを設けたものである。
【００４２】
この実施例６では、側柱１０６の上端部にガセット１３及び補強部材２４，２５を設けるのに加えて、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、側柱１０６の下端部側に、断面略コ字形状のガセット２６を設け、第３の閉断面構造を配置するようにしている。このガセット２６は、断面略コ字形状で、中間部１０６Ｂと平行に延びる基部２６Ａと、基板部２６Ａの両側縁より延び先端部１０６Ｃ及び中間部１０６Ｂに接合される側板部２６Ｂ，２６Ｃとを有する。側板部２６Ｂは側板部２６Ｃよりも長さが短くなっている。
【００４３】
このようにすれば、側柱１０６の上端部側だけでなく下端部側も剛性を高めて、側柱１０６周辺における車体の変形をより小さくすることも可能である。
【００４４】
（解析）
続いて、車体を、図７（ａ）（ｂ）に示すように、車体前後方向におけるドア開口と窓部との周期的な配置を考慮して、ドア開口１０３及び窓部１０５の中心部位で切断して、一部（図２８（ａ）のＤ部分参照）を解析モデルとして切り出し、その一部の外側面を、初速度を与えて垂直壁Ｓに衝突させて、変形の状態を調べた。ここで、従来例、比較例１，２及び実施例１〜６の解析モデル（輪切りモデル）を図８〜図１６に示し、それらをＡ１〜Ａ９で表示する。
【００４５】
前記解析において、出入口柱及び側柱の変位検出位置は、それぞれ、図１７に示す出入口柱及び側柱の上端部の位置で、圧壊前の出入口柱及び側柱の上端部間の距離を１とし（図１８参照）、圧壊後の距離を指数で表した結果を図１９及び図２０に、その変形状態を図２１に示す。図２２（ａ）（ｂ）は、それぞれ側柱下端にガセット２６を設けていない場合（Ａ８）と、それを設けた場合（Ａ９）とにおける側柱の下端部付近の変形の状態を示す図である（側柱相対距離は指数表示）。図２３（ａ）（ｂ）それぞれ、出入口柱および側柱の幅方向相対距離の時刻歴波形を示す図である。
【００４６】
この解析結果より、本実施の形態では、いずれも、従来構造よりも少なくとも２０％程度変形量が少なくなっていることがわかる。
【００４７】
また、実施例４（Ａ７）と実施例５（Ａ８）について、スポット溶接継手（タルキー長桁）に作用する力を比較した結果を図２４に示す。ここで、図２５及び図２６に示すように、Ａ，Ｂ断面のうちＡ断面側が衝突側で、Ａ断面側にはスポット溶接点１〜１２が図２６（ａ）に示すように配置され、Ｂ断面側にはスポット点１３〜２４が図２６（ｂ）に示すように配置されている。
【００４８】
この図２４に示す結果より、実施例５（Ａ８）では、第５の補強部材２５を設けることで、側柱の部位でスポット溶接部（スポット溶接点５，６，１７，１８）に作用する引き剥がし力を最大で２０％低減する効果があることがわかる。
【００４９】
前記実施の形態のほか、本発明は次のように構成することも可能である。
【００５０】
(i)図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、長桁１０９’が上側リップ部を有さない構造である場合には、第１の閉断面構造を構成するガセット３１を、長桁１０９’の上端縁付近まで延長し、ガセット３１と長桁１０９’とで形成される開口部分を分割板３２で閉塞し、その分割板３２を挟んでさらに上側にタルキ１０８’に溶接により固定される断面コ字形状の補強部材３３（第５の補強部材）を設けることも可能である。この補強部材３３により、ガセット３１による第１の閉断面構造に連続するように、補強部材３３による第２の閉断面構造が形成され、前記第１及び第２の閉断面構造が分割板３２によって仕切られている。なお、分割板３２には、結露などで生じた水分を逃し腐食を防ぐための水抜き穴３２ａが形成されている。また、ガセット３１内には、実施例３等と同様に、それの両側板部を連結する補強部材３４が設けられ、この補強部材３４が、長桁１０９’にほぼ平行に延びる第１の第１の補強部３４ａと、この第１の補強部３４ａの下端縁に連接され角度（この例では略９０度）をなして延びる第２の第２の補強部３４ｂとを有する。
【００５１】
(ii)前記実施の形態では、側柱を断面略Ｚ字形状の部材としているが、図２８（ａ）（ｂ）に示すように、出入口柱と同様に断面略ハット形状の側柱４１とすることも可能である。側柱４１は、断面コ字形状の本体部４１ａと、この本体部４１Ａの各側縁に連接され互いに反対方向に延び外板１０２に接合される取付フランジ部４１Ｂ，４１Ｃとを有する。側柱自体の剛性を高め、車体の変形量を小さくする上でより有利な構造とすることもできる。
【００５２】
(iii)前記実施の形態では、ドア開口前後縁付近に車体上下方向に延びる出入口柱を、その出入口柱と平行に前記出入口柱との間に戸袋が形成される側柱をそれぞれ設け、この側柱に隣接して窓部を設ける場合の前記側柱の補強構造について説明しているが、そのようなドア開口がなく窓開口を並んで設け、その窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる前後側柱を設ける場合の前記前後側柱の少なくとも一方に対しても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る実施例１の鉄道車両の車体構造であって、側柱の上端部と長桁との連結部分を示し、（ａ）は断面図，（ｂ）は車体内方側から見た図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施例２についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施例３についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施例４についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施例５についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図６】（ａ）（ｂ）はそれぞれ実施例６についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図であり、（ｃ）は図６（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ解析の説明図である。
【図８】従来例の解析モデル（Ａ１）を示す図である。
【図９】比較例１の解析モデル（Ａ２）を示す図である。
【図１０】比較例２の解析モデル（Ａ３）を示す図である。
【図１１】実施例１の解析モデル（Ａ４）を示す図である。
【図１２】実施例２の解析モデル（Ａ５）を示す図である。
【図１３】実施例３の解析モデル（Ａ６）を示す図である。
【図１４】実施例４の解析モデル（Ａ７）を示す図である。
【図１５】実施例５の解析モデル（Ａ８）を示す図である。
【図１６】実施例６の解析モデル（Ａ９）を示す図である。
【図１７】出入口柱及び側柱の変位検出位置を示す説明図である。
【図１８】圧壊前の出入口柱及び側柱の上端部間の距離の説明図である。
【図１９】圧壊後の距離を指数で表した結果を示す図である。
【図２０】圧壊後の距離を指数で表した結果を示す図である。
【図２１】圧壊後の状態を示す図である。
【図２２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ側柱の下端部にガセットを設けていない場合（Ａ８）と、それを設けた場合（Ａ９）とにおける側柱の下端部付近の変形の状態を示す図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、出入口柱および側柱の幅方向相対距離の時刻歴波形を示す図である。
【図２４】実施例４（Ａ７）と実施例５（Ａ８）について、スポット溶接継手（タルキ−長桁）に作用する力を比較した結果を示す図である。
【図２５】車体の側面とスポット溶接点との関係を示す図である。
【図２６】（ａ）（ｂ）はそれぞれ車体の側面Ａ，Ｂにおけるスポット溶接点の配置を示す図である。
【図２７】他の実施例を示し、（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ａ）（ｂ）と同様の図，（ｃ）は図２５（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図２８】（ａ）（ｂ）はそれぞれ変形例についての図１（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図２９】（ａ）（ｂ）はそれぞれ車体の側面図及び、車室内から屋根構体を見た図である。
【図３０】図２６（ａ）のＤ部分を拡大して示す図である。
【図３１】（ａ）（ｂ）はそれぞれ従来例を示し、（ａ）は図２７のＡ−Ａ線における断面図、（ｂ）は車体内方側から見た図である。
【図３２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ比較例１を示す図２８（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【図３３】（ａ）（ｂ）はそれぞれ比較例２を示す図２８（ａ）（ｂ）と同様の図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１，１２，１３，３１    ガセット
１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ    基板部
１１Ｂ，１１Ｃ，１２Ｂ，１２Ｃ，１３Ｃ，１３Ｃ    側板部
２１，２２，２３，２４，２５，３３，３４    補強部材
２３ａ    第１の部分（第１の補強部）
２３ｂ    第２の部分（第２の補強部）
３４ａ    第１の補強部
３４ｂ    第２の補強部
１０３    ドア開口
１０４    出入口柱
１０５    窓部
４１，１０６    側柱
１０８    タルキ
１０９    長桁
【図１】
2008285094.tif 000003
【図２】
2008285094.tif 000004
【図３】
2008285094.tif 000005
【図４】
2008285094.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008285094.tif 000008
【図２７】
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【図２８】
2008285094.tif 000010
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月5日(2008.8.5)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、
前記ガセットの内部に、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部材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】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合され、
前記ガセットの内部に、水平方向に延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部材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３】
窓開口前後縁付近に車体上下方向に延びる側柱を設け、前記側柱の上端部をガセットを介して長桁に連結する鉄道車両の車体構造であって、
前記ガセットは、車体前後方向に延びる基板部と、この基板部の前後縁に連接され前記基板部に直交する方向に延びる側板部とを有する断面コ字形状に形成され、
前記ガセットの上端部が前記長桁に、下端部が前記側柱の上端部にそれぞれ溶接により接合されるともに、前記ガセットの内部に第３の補強部材が設けられ、
前記第３の補強部材は、前記長桁にほぼ平行に延び前記左右の側板部を連結する第１の補強部と、この第１の補強部に対して角度をなして延び前記左右の側板部を連結する第２の補強部とを備えることを特徴とする鉄道車両の車体構造。
【請求項４】
前記側柱の上端部、ガセット及び長桁に対して、それらとの間に第１の閉断面構造を構成する第４の補強部材が設けられ、
前記第４の補強部材は、前記ガセットより車体上下方向の寸法が大きく、前記長桁と前記側柱それぞれに溶接により接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項５】
前記長桁は、車体左右方向に延びるタルキに接合され、
前記タルキに対し前記タルキとの間に、前記第１の閉断面構造に連続する第２の閉断面構造を構成する第５の補強部材が設けられることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項６】
前記第４の補強部材と第５の補強部材との間に、前記第１及び第２の閉断面構造を仕切る分割板が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項７】
前記長桁は、車体左右方向に延びるタルキに接合され、
前記ガセットと長桁とで形成される開口部分を分割板で閉塞し、その分割板を挟んでさらに上側に、前記タルキとの間に閉断面構造を構成する断面コ字形状の第５の補強部材が、前記タルキに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項８】
前記分割板には、水抜き穴が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項９】
前記側柱の、台枠との連結部分に、第３の閉断面構造を構成する第６の補強部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の鉄道車両の車体構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、発明者は、そのような変形を抑制するために、鋭意研究を重ねたところ、戸袋付近の剛性は側柱１０６で主として受け持つようになっているので、タルキ１０８と側柱１０６の連続性や結合強度を向上させることで、左右の側柱１０６の相対距離があまり小さくならず、屋根構体１０１Ａと側溝体１０１Ｂの連結部分がなす角度が大きくなる方向に変形するのを抑制する上で有効な対策であることを見い出した。よって、タルキ及び長桁と側柱との間に設けるガセットの構造を工夫することで、横衝突の車体の変形量を少なくすることができることを着想した。なお、結合ガセットの構造だけでなく、側柱１０６や出入口柱１０４、タルキ１０８などの構体周方向の骨部材の剛性を高めれば、横衝突の車体の変形が小さくなるのは言うまでもない。例えば、側柱１０６は断面略Ｚ字形状で開断面構造であるが、断面略ハット形状とすることで車体外板とで閉断面構造を構成することにより、剛性を高めることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そこで、このような問題を解決するために、図３３（ａ）（ｂ）に示すように、長桁１０９の、屋根板１０７と接触する部分において、ガセット１１１Ｂと長桁１０９との間に隙間を設け、それらを溶接しないようにして、溶接による影響が、屋根板１０７に現れないようにした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
請求項７に記載のように、前記長桁は、車体左右方向に延びるタルキに接合され、前記ガセットと長桁とで形成される開口部分を分割板で閉塞し、その分割板を挟んでさらに上側に、前記タルキとの間に閉断面構造を構成する断面コ字形状の第５の補強部材が、前記タルキに設けられている構成とすることも可能である。
請求項８に記載のように、前記分割板には、水抜き穴が形成されていることが望ましい。
このようにすれば、水抜き穴を通じて、結露などで生じた水分が逃され、腐食が防止される。
請求項９に記載のように、前記側柱の、台枠との連結部分に、第３の閉断面構造を構成する第６の補強部材が取り付けられている構成とすることが望ましい。