(57)【要約】【課題】高速走行時に発生する圧力差に対して膨らみを無くし、空気抵抗・空力音の低減を計り得るとともに、曲線での車体変位を吸収出来る伸縮機能をもつ鉄道車両の連結部用覆体を提供する。【解決手段】鉄道車両の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体を、外側シートと、内側シートと、両者間に配された高分子合成スポンジ体によって構成し、張設空間よりも広幅とした内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製することによって外側シートを背面から斜め方向のテンションにて引っ張るようにするとともに、外側シートと内側シートを高分子合成スポンジ体に接着することによって全体としての断面剛性を高める。【選択図】  図３
2004268603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体において、外側シート、内側シート並びに両シート間に配された高分子合成スポンジ体からなり、張設空間よりも広幅とした内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して、内側シートを傾斜状に張設し、外側シートと内側シートによって構成される断面略三角形状の空間内に断面略三角形状の剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、外側シートと内側シートを該高分子合成スポンジ体に接着してなる鉄道車両用の連結部用覆体。
【請求項２】
鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体において、外側シート、内側シート並びに両シート間に配された高分子合成スポンジ体からなり、外側シート及び内側シートは連結部の長手方向空間を覆う長さ方向（Ｚ方向）と連結部の幅方向空間を覆う幅方向（Ｘ方向）の伸度が異なる異方弾性性能をもつ編物等のシート材で構成され、張設空間よりも広幅とした内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して内側シートを傾斜状に張設し、外側シートと内側シートによって構成される断面略三角形状の空間内に断面略三角形状の剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、外側シートと内側シートを該高分子合成スポンジ体に接着してなる鉄道車両用の連結部用覆体。
【請求項３】
外側シート及び内側シートが、基材となる編物等のシート材とその一面にコーティングした伸縮復元性に富むエラストマーからなり、エラストマーは編物等のシート材の表面繊維にのみ絡ませてコーティングしてなる請求項１又は２記載の鉄道車両用の連結部用覆体。
【請求項４】
編物等のシート材は芳香族ポリアミド繊維の緯編組織からなり、エラストマーは、ウレタンエラストマー、オレフィン系エラストマー及びシリコン樹脂のいずれかで、高分子合成スポンジ体はネオプレンスポンジからなる請求項３記載の鉄道車両用の連結部用覆体。
【請求項５】
高分子合成スポンジ体が周方向に複数に分割して配設されている請求項１ないし４のいずれかに記載の鉄道車両用の連結部用覆体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は超電導磁気浮上式鉄道車両等の鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体の改良に関するものである。超電導磁気浮上式鉄道車両等の鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体においては、車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を滑らかに連続してつなぎ、隙間を塞ぐことによって空気抵抗・空力音の低減を図る機能と、鉄道車両の走行時における曲線での車体同士又は車体−台車間の相対変位を吸収する機能の２つの機能が必要とされる。
【０００２】
車体同士又は車体−台車間の相対変位を吸収するためには、幌、フェアリング等の連結部用覆体に伸縮機能が必要となるが、連結部用覆体の伸縮機能は高速走行時に発生する圧力差に対して膨らみが発生する原因となり、空気抵抗・空力音の低減を妨げる原因となる。この２つの相反する性能を満足し、かつ高速走行時の飛来物によって破損しない耐久性のある連結部用覆体が必要となる。
【０００３】
【従来の技術】
これまでの鉄道車両用の外幌としては、ゴム引布を表面膜及び裏面膜とし、中間層に軟質のウレタンスポンジを接着した３層複合構造の外幌が提供されている。外幌の膨らみ対策としては外幌の取り付け時にプリテンション（張力）を与えることによって高速走行時に発生する動圧による圧力差に対抗しようとするものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外幌取り付け時に予め与えるプリテンション（張力）は車体本体又は台車本体に負荷できる最大荷重によって制限を受け、外幌の動作時にこの最大荷重を越えるプリテンションは与えることが出来ないため、取り付け時のプリテンション（張力）を越える圧力差が発生するとその圧力差に対応出来ず、大きな膨らみとなり、鉄道車両の空気抵抗・空力音の原因となっていた。例えば、４００ｋｍ／ｈ程度の高速走行時になると膨らみ量が数十ｍｍ程度と大きくなり空気抵抗・空力音の原因となっていた。
【０００５】
また、飛来物の衝突による対策は、ゴム引布を用いた表面膜、裏面膜及び軟質ウレタンスポンジによる中間層の３層複合構成による材料の強度で対応していた。  しかしながら、外幌の表面膜の材料強度が不足し、高速鉄道車両の繰り返し高速走行により、外幌側面部位の表面膜に破損・裂傷が発生していた。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、従来の鉄道車両用の外幌がもつ、上記の様な欠点を取り除き、鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体を改良しようとするものであり、高速走行時に発生する圧力差に対して膨らみを無くし、空気抵抗・空力音の低減を図り得るとともに、曲線での車体同士又は車体−台車間の相対変位を吸収出来る伸縮機能をもつ鉄道車両用の連結部用覆体を提供するところにある。
【０００７】
また、高速走行時の飛来物による破損に対しては連結部用覆体の表面膜の材料性能によって衝撃エネルギーを吸収する緩衝構造とし、さらにまた、繰り返し高速走行によっても外幌側面部位に破損・裂傷が発生するおそれのない耐久性に富んだ鉄道車両用の連結部用覆体を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の連結部用覆体は次のように構成される。すなわち、鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体において、外側シート、内側シート並びに両シート間に配された高分子合成スポンジ体からなり、張設空間よりも広幅とした内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して、内側シートを傾斜状に張設し、外側シートと内側シートによって構成される断面略三角形状の空間内に断面略三角形状の剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、外側シートと内側シートを該高分子合成スポンジ体に接着するようにしたものである。
【０００９】
このように内側シートを張設空間よりも広幅として長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して、内側シートを傾斜状に張設する構成とすれば、外側シートを背面から斜め方向のテンションにて引っ張ることとなり、膨らみを抑制する力として作用する。また、外側シートと内側シートの間に剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、両シートを接着することによって連結部用覆体全体としての断面剛性を向上させることにより、膨らみを有効に抑制することができる。
【００１０】
さらにまた、外側シート及び内側シートを異方弾性性能をもつ編物等のシート材で構成した連結部用覆体を提供している。すなわち、鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体において、外側シート、内側シート並びに両シート間に配された高分子合成スポンジ体からなり、外側シート及び内側シートは連結部の長手方向空間を覆う長さ方向（Ｚ方向）と連結部の幅方向空間を覆う幅方向（Ｘ方向）の伸度が異なる異方弾性性能をもつ編物等のシート材で構成され、張設空間よりも広幅とした内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して内側シートを傾斜状に張設し、外側シートと内側シートによって構成される断面略三角形状の空間内に断面略三角形状の剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、外側シートと内側シートを該高分子合成スポンジ体に接着したものである。
【００１１】
このように内側シートを張設空間よりも広幅として長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製する構成とすれば、外側シートを背面から斜め方向のテンションにて引っ張ることとなり、膨らみを抑制する力として作用する。また、外側シートと内側シートの間に剛性を有する高分子合成スポンジ体を配設し、両シートを接着することによって連結部用覆体全体としての断面剛性を向上させることができ、この点においても連結部用覆体の膨らみを抑制することができる。従って、たとえば、超電導磁気浮上式鉄道車両の高速走行時（５５０ｋｍ／ｈ）においても、車体−車体間又は車体−台車間等の連結部に発生する動圧により空気抵抗・空力音の原因となる膨らみを有効に低減し得るものである。
【００１２】
また、外側シートをＸ方向に高伸度に構成することにより、曲線での車体同士又は車体−台車間の相対変位を吸収することができるとともに、飛来物衝突時に衝突エネルギーを吸収する緩衝機能を持たせることができる。
【００１３】
外側シート及び内側シートは、基材を編物等のシート材で構成し、その一面に伸縮復元性に富むエラストマーをコーティングするのが望ましく、その際、エラストマーは編物等のシート材の表面繊維にのみ絡ませてコーティングすることが望ましい。例えばループ状にした繊維の遊び代を一側方向に配列すれば、容易に高伸度の方向と低伸度の方向を持った異方弾性性能を有する編物等のシート材を構成することができ、エラストマーをコーティングすることによって耐久性を向上させることができる。伸縮復元性に富んだエラストマーを使用すれば基材としての編物等のシート材の高伸度を生かすことができる。またエラストマーのコーティングに際し、編物等のシート材の表面繊維にのみ絡ませるようにすれば、繊維がループ状をなす編物等のシート材の繊維の遊び代を生かし、編物等のシート材の異方弾性性能を生かすことができるとともに、シート材自体の引裂強度を低下させることがない。
【００１４】
また、基材としての編物等のシート材は高強度の繊維、例えば芳香族ポリアミド繊維を緯編組織に編成することが望ましく、エラストマーとしては耐久性、伸縮復元性に富んだウレタンエラストマー、オレフィン系エラストマー及びシリコン樹脂のいずれか、高分子合成スポンジ体はネオプレンスポンジで構成するのが望ましい。
【００１５】
たとえば、ケブラー（商標）のような高強度の芳香族ポリアミド繊維で緯編組織のシート材を構成すれば、シート材の引張強度と伸び量によって飛来物の衝撃エネルギーを吸収する良好な緩衝機能を持たせることができ、耐久性、伸縮復元性に富んだエラストマーをコーティングすることによって、繰り返し高速走行によっても車体−車体間を覆う幌の側面部位や、車体−台車間を覆うフェアリングに破損・裂傷が発生するおそれのない耐久性に富んだ連結部用覆体を提供することができる。
【００１６】
なお、上記のような連結部用覆体の取付構造としては、鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部の車体本体又は台車本体に固定された取り付け枠体とこの枠体に相対する反対側の取り付け枠体の間に外側シートを取り付け、内側シーは取り付け枠部において、両側共外側シートと一定の間隔をあけて取り付ける構成を採用することができ、従来例のようなプリテンションを与える必要はない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る連結部用覆体を好適に使用できる超電導磁気浮上式鉄道車両の概略側面図、図２は同底面図であり、車体１、２間の連結部を覆う幌Ｈ及び車体１、２と台車Ｄ間の連結部を覆うフェアリングＦが示されている。フェアリングＦは台車Ｄの上部と車体１、２の連結部を覆う上部フェアリングＦ１、車両進行方向に対して台車Ｄの前後と車体１、２の連結部を覆う端部フェアリングＦ２、上部フェアリングＦ１と端部フェアリングＦ２のコーナー部における連結部を覆う隅部フェアリングＦ３及び車両の底面側において台車Ｄの前後と車体１、２の連結部を覆う底面フェアリングＦ４などが設けられる。本発明に係る連結部用覆体は主として車体１、２間の連結部を覆う幌Ｈ及び車両の底面側において台車Ｄの前後と車体１、２の連結部を覆う底面フェアリングＦ４として好適に使用し得るものである。
【００１８】
図３は編成車両の車体１、２間の連結部を覆う幌Ｈとして連結部用覆体を取り付けた状態を示す水平断面図であり、編成車両の車体１、２間の空間３に連結部用覆体が幌として取り付けられている状態を示している。
【００１９】
連結部用覆体は、外側シート４、内側シート５並びに両シート間に配された剛性を有する高分子合成スポンジ体６によって構成され、張設空間よりも広幅とした内側シート５を長手方向の全長に渡り幅方向の略中央部において外側シート４に接着縫製することにより、Ｘ方向において斜めに設けられている。外側シート４に接着縫製することによりＹ方向に働く膨らみをＸ方向のテンションにて裏側から外側シート４を引っ張り、膨らみを抑制するとともに、Ｘ方向に斜めに設けることにより、Ｘ方向長さにて車体同士の相対変位を吸収する構造としたものである。
【００２０】
台車Ｄの前後と車体１、２の連結部を覆う底面フェアリングＦ４として連結部用覆体を取り付ける場合も台車Ｄ、車体１、２及び連結部用覆体の配置関係及び連結部用覆体の構成は図３と同様であり、連結部用覆体を台車Ｄ及び車体１、２に取り付ける際に用いる取付用の枠体の具体的な構造において差異が生じるのみである。
【００２１】
上記いずれの場合においても、内側シート５から外側シート４に作用させるテンションは図示のような中央部に限られる必要はなく、その効率により、２カ所以上の場合も考えられる。また、内側シート５から外側シート４に作用させるテンション方向は図示のような直線状に限らず、放物線のような曲線状の場合も考えられる。
【００２２】
ここで、図６を参照して本発明に係る連結部用覆体の膨らみ低減効果について試算をしてみると次の通りである。
本発明の連結部用覆体の構成を図示のような概略構成とした場合に、右半分の三角形において考察すると、初期状態では、次のような長さとなっている。但し、ａ、ｘ≪１である。
【００２３】
（外側シート長さ）＝Ｌ
（内側シート長さ）＝Ｌ（１＋ａ２）１／２
この状態から、連結部用覆体の中央の接合部を外側へｘＬだけ引っ張った状態を考える。すると、各々シートの長さは次のようになる。
【００２４】
（外側シート長さ）＝Ｌ（１＋ｘ２）１／２
（内側シート長さ）＝Ｌ｛１＋（ａ＋ｘ）２｝１／２
この時、各々のシートの伸び率は、次の通り。
【００２５】
（外側シート伸び率α）＝（１＋ｘ２）１／２
（内側シート伸び率β）＝｛１＋（ａ＋ｘ）２｝１／２／（１＋ａ２）１／２
ここで、伸び率αとβの大きさを比較するが、計算を簡単にするために、α２とβ２とを比較することとする。
【００２６】
2004268603.tif 000003
何故なら  ａ、ｘ≪１  であるため。
故に、β２＞α２  すなわち  β＞α
従って、内側シートの伸び率βの方が大きいことが判る。
【００２７】
さらに、この状態で内側シートのバネ力が外側シートのバネ力と同等以上であれば、外側方向の変位が与えられた時に、内側シートの伸び率が外側シートの伸び率よりも大きいために、内側シートの方が復元力が大きくなる。この作用のために、内側シートと外側シートで囲まれた断面略三角形状の区画には外側方向の変位をキャンセルする方向にモーメント荷重が働く。この結果、外側への過剰な変位が抑制されて膨らみの少ない外幌とすることができる。
【００２８】
ここで、仮に外側シートと内側シートの素材を同一の物とし、その伸び率に対するバネ定数をｋとした場合の膨らみ抑制効果を考える。
【００２９】
外側シートのみの場合の内側（ｙ）方向への復元力：Ｆｙｏ
外側シートの張力Ｆｔｏ＝α・ｋ＝｛（１＋ｘ２）１／２｝・ｋ
故に、Ｆｙｏ＝［ｘＬ／｛（１＋ｘ２）１／２・Ｌ｝］・Ｆｔｏ＝ｘ・ｋ
内側シートの内側（ｙ）方向への復元力：Ｆｙｉ
内側シートの張力Ｆｔｉ＝β・ｋ＝［｛１＋（ａ＋ｘ）２｝１／２／（１＋ａ２）１／２］・ｋ
故に、Ｆｙｉ＝（ａ＋ｘ）・Ｌ／［｛１＋（ａ＋ｘ）２｝１／２・Ｌ］・Ｆｔｉ＝［（ａ＋ｘ）／（１＋ａ２）１／２］・ｋ
簡略化のために、ｘ＝ａ＝０．３とおくと、
Ｆｙｏ＝ａ・ｋ＝０．３ｋ
Ｆｙｉ＝［２ａ／（１＋ａ２）１／２］・ｋ＝０．５７ｋ
すなわち、この例では、内側シートの追加によりｙ方向の復元力を外側シートのみの復元力０．３ｋに対して約３倍の０．８７ｋ（０．３ｋ＋０．５７ｋ）になし得ることが判明する。
【００３０】
従って、内側シートを長手方向の全長に渡り少なくとも幅方向の一部において外側シートに接着縫製して、内側シートを傾斜状に張設することにより、Ｘ方向のテンションにて裏側から外側シート４を引っ張れば、車両の高速走行時において連結部に発生する動圧により空気抵抗・空力音の原因となる膨らみを有効に低減し得るものである。
【００３１】
さらにまた、本実施形態においては外側シート４及び内側シート５を異方弾性性能を有する編物等のシート材で構成することにより、膨らみ抑制効果を高め、また、車体同士又は車体と台車間の相対変位を吸収する機能を持たせている。すなわち、外側シート４は連結部の幅方向空間を覆う幅方向（Ｘ方向）に高伸度を有し、連結部の長手方向空間を覆う長さ方向（Ｚ方向）には低伸度の異方弾性性能をもつ編物等のシート材で構成されている。Ｚ方向に低伸度とすることにより膨らみを支え、Ｘ方向の高伸度で、車体同士又は車体と台車間の相対変位を吸収する構造としたものである。
【００３２】
一方、内側シート５は外側シート４に接着縫製することによりＹ方向に働く膨らみをＸ方向のテンションにて裏側から外側シート４を引っ張ることにより膨らみを抑制するとともに、Ｘ方向に斜めに設けることにより、Ｘ方向長さにて車体同士又は車体と台車間の相対変位を吸収する構造としたものである。
【００３３】
外側シート４及び内側シート５は、いずれも基材を高強度の芳香族ポリアミド繊維であるケブラー（商標）を用いて緯編組織として天竺編で編成した編物で構成し、その一面に伸縮復元性に富むエラストマーであるシリコン樹脂をコーティングしている。このシリコン樹脂のコーティングに際しては編物の表面繊維にのみ絡ませてコーティングすることにより、編物の繊維の遊び代を生かし、編物の異方弾性性能を生かすとともに、編物自体の引裂強度を低下させないようにしている。基材としては編物に限らずその他の異方弾性性能をもつシート材を用いることもでき、シリコン樹脂の代りにウレタンエラストマーあるいはオレフィン系エラストマーを用いてもよい。
【００３４】
外側シート４と内側シート５の中間層に配された断面略三角形状の高分子合成スポンジ体６は剛性を有するネオプレンスポンジを使用している。  外側シート４と内側シート５の間に剛性を有する高分子合成スポンジ体６を配して両シートを接着することによって、連結部用覆体に厚みをもたせ、断面剛性を向上させ、膨らみの低減作用を持たせるとともに、鉄道車両の高速走行時の空気振動による連結部用覆体のバタツキを防止している。なお、この高分子合成スポンジ体６は連結部の長手方向においては図５に示す通り、複数個に分割して配置されるものである。このように、長手方向において複数個に分割して配置すれば、長手方向の剪断力を大幅に低減することができ、車体と台車の取り付け座に加わる負荷を低減することができる。
【００３５】
車体１、２間の連結部を覆う幌Ｈとして連結部用覆体を取り付けた状態を示す図３を例にとって、連結部用覆体の取付構造を説明すると、車体−車体間の連結部の車体本体１、２には各々取付部材８が固定されている。この取付部材はたとえば車体本体１、２側の枠体と連結部用覆体側の枠体からなり、この枠体間に外側シート４と内側シート５を取り付けている。外側シート４の幅方向の一部において接着、縫付けされている内側シート５は外側シート４とは所定空間を開けて固定する。すなわち、車体本体１、２間の空間３に連結部用覆体がプリテンションを与えずに取り付けられることになる。車体−台車間の連結部において車体本体と台車本体に連結部用覆体を底面フェアリングＦ４として取り付ける場合も使用する枠体の形状等において若干の相違がある以外はほぼ同様の手法で取り付けられる。
【００３６】
幌Ｈとして連結部用覆体を取り付けた状態を図示した図４において示す分割ライン７から明らかなように、連結部用覆体の長手方向（幌の周方向）下方部を分割することにより、必要に応じて下方部を取り外し、内部を点検可能としている。
【００３７】
【発明の効果】
上述の通り、本発明においては、鉄道車両の車体−車体間又は車体−台車間等の連結部を覆う幌、フェアリング等の連結部用覆体を、外側シートと、この外側シートを背面から斜め方向のテンションで引っ張る内側シートと、両シート間の断面略三角形状の空間内に配され両シートと接着した剛性を有する高分子合成スポンジ体で構成することにより、内側シートのテンション作用並びに全体の断面剛性によって、連結部に発生する動圧による膨らみを有効に低減し得たのである。
【００３８】
また、車体−車体間又は車体−台車間等の連結部の長手方向空間を覆う長さ方向（Ｚ方向）と連結部の幅方向空間を覆う幅方向（Ｘ方向）の伸度が異なる異方弾性性能をもつ編物等のシート材で構成した外側シートと内側シートを、その伸びの特性を利用した配設の仕方とすることによって、膨らみ低減効果を高めるとともに、曲線での車体同士又は車体と台車間の相対変位を有効に吸収し、また飛来物衝突時の衝突エネルギーを吸収する緩衝機能を持たせることができる。また連結部用覆体を車両本体に取り付けるに際しプリテンションを与える必要がないため、従来例のようにプリテンションの付与を必要とする場合の問題点も払拭し得たのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る連結部用覆体を好適に使用できる超電導磁気浮上式鉄道車両の概略側面図。
【図２】同概略底面図。
【図３】本発明に係る連結部用覆体を鉄道車両の車体間の連結部を覆う幌Ｈとして用いた例を示す水平断面図。
【図４】同側面図。
【図５】図２におけるＸ−Ｘ線断面図。
【図６】本発明に係る連結部用覆体の膨らみ防止効果のメカニズムを示す概略図。
【符号の説明】
Ｈ…幌
Ｄ…台車
Ｆ…フェアリング
１、２…車体
３…空間
４…外側シート
５…内側シート
６…高分子合成スポンジ体
７…分割ライン
８…取付部材
【図１】
2004268603.tif 000004
【図２】
2004268603.tif 000005
【図３】
2004268603.tif 000006
【図４】
2004268603.tif 000007
【図５】
2004268603.tif 000008
【図６】
2004268603.tif 000009