(57)【要約】【課題】車体間機器（例えば、車体間ダンパー）の圧壊荷重が高すぎる場合には、車体間機器を支持するブラケットの車端側のボルトが滑り、切り欠きを通じて移動して外れるようにする。【解決手段】車体間に車体間ダンパーを取付ブラケット１６を介して取り付ける。取付ブラケット１６Ａ，１６Ｂは、ボルト１８Ａ，１８Ｂ及びナット１９Ａ，１９Ｂにより車体１７Ａ，１７Ｂに取り付けられる取付板部１６ａと、この取付板部１６ａに連設され車体間ダンパー１１を支持する機器支持部１６ｂとを有する。取付板部１６ａの車端側には車端側に開いたＵ字形状の切り欠き１６ａａを形成し、その切り欠き１６ａａを通じてボルト１８Ａ及びナット１９Ａにて車体１７Ａに締結する一方、取付板部１６ａの車体中央側は、車端側の締結に用いるボルト１８Ａよりもボルトサイズが小さく引張強さが小さいボルト１８Ｂ及びナット１９Ｂにて車体１７Ｂに連結する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後に位置する車両の車体間に機器を配置し、その機器の前後部を取付ブラケットを介して取付固定する鉄道車両の車体間機器の取付構造において、
前記取付ブラケットは、ボルトにより車体に取り付けられる取付板部と、この取付板部に連設され前記機器を支持する機器支持部とを有し、
前記取付板部の車端側は、車端側に開放するＵ字形状の切り欠きが形成され、その切り欠きを通じてボルトにて車体に締結される一方、前記取付板部の車体中央側は、取付孔が形成され、その取付孔を通じて前記車端側の締結に用いるボルトよりもボルトサイズ若しくは引張強さが小さいボルト、又はボルトサイズ及び引張強さが小さいボルトにて車体に締結されていることを特徴とする車体間機器の取付構造。
【請求項２】
前記切り欠きが形成される取付ブラケットは、前記機器の前後部の一方を支持する取付ブラケットのみである請求項１記載の車体間機器の取付構造。
【請求項３】
前記機器は、車体間に配置される車体間ダンパーである請求項１または２記載の車体間機器の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道車両の車体間機器の取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道に用いられる車両は、通常、数両〜数十両の車両を連結して、単一又は複数の駆動源によって軌道上を走行して乗客を輸送するものであるが、車両間に各種機器が配設される場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そのような車両間機器として、例えば、車両相互間の動揺を抑える車体間ダンパーが知られている。新幹線などの高速鉄道車両では、編成位置により左右動揺の程度が異なり、後尾側が大きく揺れる場合が多い。この編成列車の後尾側の左右動揺低減による乗り心地の向上は、鉄道車両の高速化に際して必要であり、この対策として車両相互間の動揺を抑制することを目的として、車体間ダンパー（アンチ・ヨーイング・ダンパー）が設けられている。
【０００４】
そのような車体間ダンパーの取り付けは、ブラケットを介してボルト継ぎ手による引張接合あるいは摩擦接合により行われている。ここで、引張接合とは、図５に示すように、車体１０１，１０２間の機器１０３の前後端部が取付ブラケット１０４，１０５に支持され、その前後の取付ブラケット１０４，１０５を車体１０１，１０２に取り付けるボルト１０６の軸線方向に、機器１０３に対する荷重Ｆの作用方向が一致する接合で、摩擦接合とは、図６に示すように、車体１０１，１０２間の機器１０３’に対する荷重Ｆの作用方向が、取付ブラケット１０４’、１０５’を車体１０１，１０２に取り付けるボルト１０６’の軸線方向に対し直角方向となる接合である。この摩擦接合は、ボルトの締め付け力による接合面の摩擦力で、荷重を伝達する。
【０００５】
ところで、鉄道車両は、それらが衝突すると、車両間に圧縮荷重が生じて圧縮変形し、これにより衝突エネルギーを吸収する構成とされている。そして、この衝突の際に、左右の車体間ダンパーが突っ張って、この圧縮荷重によって押し潰されないと、衝突エネルギーの吸収を妨げることになる。中央部位（連結器の部位）において変形させてエネルギーを吸収しようとするのを妨げる。
【０００６】
また、車体間ダンパーの両端部はそれぞれ、車体に取付固定される取付ブラケットに回転可能に連結され、車体は空気バネで支持されていることから、衝突時には、車体間ダンパーが突っ張り、連結器の部分で乗り上げるような変位をして、衝突エネルギーを吸収する円滑な圧縮変形を妨げるおそれがある。
【０００７】
すなわち、車両間機器である車体間ダンパーが、衝突時の挙動を考慮して、適切な荷重で圧壊するように設計されていれば、問題はないが、車両間機器の圧壊荷重が高すぎる場合には、乗客に過大な減速加速度を与えたり、車両間座屈を生じさせるおそれがある。
【０００８】
よって、車体間機器の圧壊荷重が高すぎる場合には、その車体間機器と車体の結合が外れるような構造とすればよいが、前記引張接合の構造では実現することが困難である。
【０００９】
その一方、前記摩擦接合であれば、その車体間機器と車体の結合が外れるような構造とするには、
(i)取付ボルトがせん断破壊する構造とする（ボルト取付穴は円形穴）、
(ii)ボルト取付穴を車端側に開放されたＵ字形状の切り欠きとすることで、摩擦力を超える荷重が作用すると締結面が滑り、結合が解除される構造とする、
との２案が考えられる。
【特許文献１】特開平９−１５６５０４号公報（段落番号００１２〜００１５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記(i)の案を採用するとすれば、通常作用する荷重に耐え得るボルトサイズ（ボルト径）や強度区分とすると、ボルトがせん断破壊（破断）する荷重が高くなり過ぎる。一方、ボルトがせん断破壊（破断）する荷重が目標値になるボルトサイズや強度区分とすれば、通常作用する荷重であってもせん断破壊してしまうおそれがある。
【００１１】
上記(ii)については、上記(i)に比べ、かなり低い荷重で結合を解除することができる。しかし、万一ボルトが緩み、締結力（軸力）が作用しなくなると、通常の荷重が作用しているだけの状態でも、締結面に滑りが生じて、ブラケットが車体から脱落してしまうおそれがある。
【００１２】
例えば４本のボルト（Ｍ２０、強度区分８．８）でブラケットを車体に取り付ける場合について考えると、上記(i)の構造の場合には、脱落荷重Ｆcr-1は
Ｆcr-1＝４・Ａs・τb
＝４×２４５mm２×３７．７kgf/mm２
＝３６．９tonf
となる。一方、上記(ii)の構造の場合には、脱落荷重Ｆcr-2は
Ｆcr-2＝４・μ・Ｆf＝４・μ・Ａｓ・０．８σy
＝４×０．２×２４５×０．８×６５
＝１０．２tonf
となる。
【００１３】
そこで、発明者は、上記(i)(ii)を併用すれば、衝突時に、車体間機器と車体との締結が解除され、車体間機器が突っ張ることを回避でき、しかも不用意な脱落も回避できることに着想し、本発明をなすに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、前後に位置する車両の車体間に機器を配置し、その機器の前後部を取付ブラケットを介して取付固定する鉄道車両の車体間機器の取付構造において、前記取付ブラケットは、ボルトにより車体に取り付けられる取付板部と、この取付板部に連設され前記機器を支持する機器支持部とを有し、前記取付板部の車端側は、車端側に開放するＵ字形状の切り欠きが形成され、その切り欠きを通じてボルトにて車体に締結される一方、前記取付板部の車体中央側は、取付孔が形成され、その取付孔を通じて前記車端側の締結に用いるボルトよりもボルトサイズ若しくは引張強さが小さいボルト、又はボルトサイズ及び引張強さが小さいボルトにて車体に締結されていることを特徴とする。ここで、車体中央側の締結に用いるボルトは、(i)車端側の締結に用いるボルトよりもボルトサイズが小さい場合、(ii)車端側の締結に用いるボルトよりも引張強さが小さい場合、(iii)車端側の締結に用いるボルトよりもボルトサイズ及び引張強さが共に小さい場合の３つの場合が含まれる。
【００１５】
このようにすれば、車両の衝突時には、車体の端面が近づく方向に変位するので、車体間機器の圧壊荷重が高すぎる場合であっても、車体間機器を支持する取付ブラケットの車端側のボルトが切り欠きの部分に案内されつつ滑り、切り欠きの開放部分から外れる。これにより、車体間機器と車体との締結が解除され、車体間機器が突っ張ることがなくなるので、鉄道車両の乗客に過大な減速度や加速度を与えたり、車両間座屈を生じさせたりすることが回避される。
【００１６】
特に、一方のみ切り欠きとして、他方を取付孔としているので、ボルトが緩んでも、外れにくくなる。なお、緩んだボルトは保守点検の際に締め付けられるので、緩んだ状態が長期に亘って維持されることはない。
【００１７】
このようにして、あまり高くない脱落荷重と、ボルトが緩んだときの冗長性が得られる。つまり、前述した例の場合には、後述するように、ボルトが緩んだ場合には、脱落荷重は８６１４kgf、また、ボルトが緩んでも脱荷はせず、そのときの耐荷重は５４２８kgfとなる。
【００１８】
請求項２に記載のように、前記切り欠きが形成される取付ブラケットは、前記機器の前後部の一方を支持する取付ブラケットのみであることが望ましい。
【００１９】
このようにすれば、一方の取付ブラケットにおいて、車端側のボルトが切り欠きを通じて滑り、切り欠き外に移動して外れても、他方の取付ブラケットはボルトによって車体に締結されているので、すぐに脱落して悪影響を与えるのが回避される。
【００２０】
請求項３に記載のように、前記機器は、車体間に配置される車体間ダンパーとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように構成したから、この発明は、車体間機器（例えば車体間ダンパー）の圧壊荷重が高すぎる場合であっても、車体間機器と車体の締結が解除されるので、乗客に過大な減速度や加速度を与えたり、車両間座屈が生じたりすることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る構造が適用される鉄道車両の側面図、図２は同要部拡大側面図、図３は同要部拡大平面図である。
【００２４】
図１に示すように、本発明に係る構造が適用される高速鉄道車両１は、複数の車両１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ（本例では４両）を連結して、単一又は複数の駆動源によって軌道上を走行して乗客を輸送するものである。各車両間に車体間ダンパー１１（車体間機器）が配設されている。
【００２５】
車体間ダンパー１１は、図２及び図３に詳細を示すように、中央部が連結器１２（前後の連結部材１２Ａ，１２Ｂからなる）にて相互に連結されてなる車両の間の左右側部に配置されている。連結器１２の各連結部材１２Ａ，１２Ｂの車体中央側には、緩衝ゴム１３Ａ，１３Ｂ及び第１のエネルギー吸収構造要素１４Ａ，１４Ｂが設けられている。また、車体（車両１Ａ，１Ｂ）の端面であって車体間ダンパー１１と連結器１２との間にも、第２のエネルギー吸収構造要素１５Ａ，１５Ｂが対向して設けられている。なお、第１及び第２のエネルギー吸収構造要素１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂは、衝突時に蛇腹変形によってエネルギーを吸収するものである。
【００２６】
車体間ダンパー１１の各端部（前後部）は、取付ブラケット１６Ａ，１６Ｂを介して車体１７Ａ，１７Ｂに取り付けられる。すなわち、ダンパー１１の前後端部が、取付ブラケット１６Ａ，１６Ｂに鉛直方向の固定軸回りに回転可能に支持され、その取付ブラケット１６Ａ，１６Ｂが４つのボルト（後述するように、車端側と車両中央側とで異なる２種類のボルト１８Ａ，１８Ｂ）及びナット１９Ａ，１９Ｂにて車体１７Ａ，１７Ｂに取付固定されている。
【００２７】
取付ブラケット１６Ａは、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、ボルト１８Ａ，１８Ｂにより車体１７Ａに取り付けられる上側の取付板部１６ａと、この取付板部１６ａの下側に連設され前記ダンパー１１を支持する機器支持部１６ｂとを有する。機器支持部１６ｂが、左右の側板部１６ｂａと、それらを連結し車体間ダンパー１１に連結される縦板部１６ｂｂとを有する。また、縦板部１６ｂｂに貫通孔部１６ｂｃが上下に間隔を存して形成され、この貫通孔部１６ｂｃを通じて適用されるボルト２１及びナット２２にて固定軸２３を固定する構成とされている。この固定軸２２に車体間ダンパー１１の端部１１ａ，１１ｂが水平回転可能に結合されている。
【００２８】
前記取付板部１６ａは、矩形の平板形状で、その車端側には車端側に開放された左右一対のＵ字形状の切り欠き１６ａａが形成され、その切り欠き１６ａａを通じてボルト１８Ａ及びナット１９Ａにて車体１７Ａに締結されている。なお、取付ブラケット１６Ａが車体１７Ａに取り付けられた取付状態で切り欠き１６ａａは車両前後方向に延びる位置とされる。一方、前記取付板部１６Ａの車体中央側には、左右一対の取付孔１６ａｂが開設され、前記車端側の締結に用いるボルト１８Ａよりもボルトサイズが小さく引張強さが小さいボルト１８Ｂにて車体に締結されている。つまり、取付ブラケット１６Ａを車体１７Ａに取り付けるボルト１８Ａ，１８Ｂは、車端側と車体中央側とでボルトサイズ・強度区分が異なっている。また、取付板部１６ａの下面側には、切り欠き１６ａａの周囲に凹部１６ａｃが形成され、ボルト１８Ａが滑る際の案内を行うように構成されている。なお、取付ブラケット１６Ｂは、取付ブラケット１６Ａと同一部品であるが、それとは対称な配置でもって車体１７Ｂにボルト１８Ａ，１８Ｂにて取り付けられる。
【００２９】
上記の構造によれば、車両の衝突時に、車体間ダンパー１１の圧壊荷重が高すぎ車体間ダンパー１１が圧壊しない場合には、車体間ダンパー１１を支持する取付ブラケット１６Ａまたは１６Ｂの車端側のボルト１８Ａが滑り、切り欠き１６ａａを通じて案内されつつ移動して外れる。これにより、車体間ダンパー１１と車体１７Ａまたは１７Ｂとの、ボルト締結が解除されるので、乗客に過大な減速度や加速度を与えたり、車両間座屈を生じさせたりすることを回避できる。
【００３０】
続いて、上記のような取付構造について、具体的な荷重関係について検討する。
＜条件＞
Ａ．最大荷重±２２００kgfで締結面に滑りが生じることなく、繰り返し最大荷重１６５０kgfでボルト１８Ａ，１８Ｂの応力幅が疲労限以下であるとする。ここで、１６５０kgfは、従来の高速鉄道車両についての走行試験結果による実測値である。
Ｂ．ボルト１８Ａ，１８Ｂが緩んだ際でも、最大荷重±２２００kgfを支えられる構造とする。
Ｃ．車両間のエネルギー吸収構造要素１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂのエネルギー吸収を阻害しないために、衝突時には、１０tonf以下の荷重で車体との結合（締結）が外れる構造とする。
＜取付構造の構成＞
車端側のボルト１８Ａ      ２本（Ｍ２０  ＪＩＳ強度区分８．８）
車体中央側のボルト１８Ｂ  ２本（Ｍ１４  ＪＩＳ強度区分４．６）
ここで、強度区分８．８とは、引張強さが８００Ｎ／mm２で下降伏点または耐力が８００Ｎ／mm２の８０％＝６４０Ｎ／mm２を意味し、強度区分４．６というのは、引張強さが４００Ｎ／mm２で下降伏点または耐力が４００Ｎ／mm２の６０％＝２４０Ｎ／mm２を意味する。
＜最大荷重＞
【００３１】
Ａ．締結面のすべり
(i)車端側ボルト１８Ａはボルト有効断面積Ａs＝２４５mm２、降伏応力σy＝６５kgf/mm２の初期締付け力Ｆf20は、ナット側の材質がＳＳ４００であり、車体がアルミニウム合金であることを考慮して、降伏応力σyの５０％で初期締め付けを行う。
Ｆf20＝０．５×Ａs・σy＝７９６３kgf
(ii)車体中央側ボルト１８Ｂは、初期締付け応力Ｆf14が降伏応力σyの８０％になるようにするために、ボルト有効断面積Ａs＝１１５mm２、降伏応力σy＝２４．５kgf/mm２の初期締付け力Ｆf14は、
Ｆf14＝０．８×Ａs×σy＝２８１８kgf（通常の締付け力）
(iii)締結面の摩擦力Ｆf
Ｆf＝２×μ×（Ｆf20＋Ｆf14）＝２×０．２×（７９６３＋２８１８）
＝４３１２kgf＞２２００kgf（通常走行時に作用する車体間ダンパー１１の最大反力値）
よって、通常の走行状態では、滑りが発生することはない。
【００３２】
Ｂ．ボルトの疲労強度
分岐線通過時の偏奇を考慮し、車体前後方向に対し、２０度の角度でダンパーの通常最大荷重１６５０kgfが負荷される、とする（図５参照）。
(i)ダンパー荷重の前後成分による車体中央側のボルト１８Ｂの荷重ｆx
ｆx  ＝  (１６５０×cos２０°×１３０)／(２×３８０)
＝２６５kgf
(ii)ダンパー荷重の左右の成分による車体中央側のボルト１８Ｂの荷重ｆy
ｆy  ＝  (１６５０×sin２０°×１３０)／(２×１３０)
＝２８２kgf
(iii)車体中央側のボルト１８Ｂの荷重振幅幅ｆa
ｆa＝ｆx＋ｆy＝２６５＋２８２＝５４７kgf
(iv)車体中央側のボルト１８Ｂの応力振幅σa
σa＝（Φ×ｆa）／Ａs＝（０．５×５４７）／１１５
＝２．４kgf/mm２＜４．９kgf/mm２（Ｍ１４で強度区分４．６のボルトの疲労限（振幅））
よって、疲労限以下となり、十分に繰り返し疲労に耐えうる。なお、内力係数Φは、従来の高速鉄道車両についての走行試験の実測結果から推定した値０．５を用いている。
＜ボルトが緩んだ場合の耐荷重＞
押し荷重Ｆcが負荷された場合には、車体中央側のボルト１８Ｂがせん断荷重を負担する。
【００３３】
この車体中央側のボルト１８Ｂのせん断破断荷重Ｆ14shear＝Ａs×τb＝２７１４kgf
（τb＝σb／１．７３２（√３）＝４１／１．７３２＝２３．６kgf/mm２）
Ｆc＝２・Ｆ14shear
＝５４２８kgf＞２２００kgf
よって、通常走行時に作用する車両間ダンパー１１の最大反力値よりも大きく、通常走行時にせん断破壊することはない。
【００３４】
なお、このときの車体端側のボルト１８Ａ（Ｍ２０）には、オフセットによる引き剥がし力が働き、その軸応力σは、
σ＝Ｔ／Ａs＝（Ｆｃ／２Ａs）×（１３０／３８０）
＝３．８kgf/mm２＜σb＝６５kgf/mm２
破断応力σb以下であるので、破断のおそれがない。
＜衝突脱落荷重Ｆbreak＞
車端側のボルト１８Ａは、摩擦力を超える荷重が作用すると、滑るが、車端側のボルト１８Ａは、１本あたりの摩擦力Ｆ20＝０．２×Ｆf＝１５９３kgfであるから、それを超える荷重が作用すると、滑りが生ずる。
【００３５】
一方、車体中央側ボルト１８Ｂは、一本当たりのせん断破断荷重Ｆ14shear＝Ａs×τb＝２７１４kgfであるので、これを超える荷重が作用すると、せん断破壊が生ずる。
【００３６】
よって、衝突脱落荷重Ｆbreakは、
Ｆbreak＝２×（Ｆ20＋Ｆ14shear）＝８６１４kgf＜１００００kgf
ここで、１００００kgf未満としているのは、連結器の衝撃吸収器（ゴム緩衝器の後部に設けられているもの）が破壊されるのは２００ｔであり、その１０％未満である２０ｔ未満としたものであり、左右にあるので、１本当たりはその半分の荷重を受け持つものとしたものである。
【００３７】
前記実施の形態においては、車体間機器が車体間ダンパーである場合について説明しているが、車体間機器は車体間ダンパーに制限されず、他の機器にも適用することが可能である。
【００３８】
また、前記実施の形態においては、車体中央側のボルト１８Ｂは、車端側の締結に用いるボルト１８Ａよりもボルトサイズが小さく引張強さが小さくなるようにしているが、必ずしもその必要はなく、ボルトサイズ又は引張強さのいずれか一方のみがボルト１８Ａよりも小さくなるようにしても、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る発明に係る構造が適用される鉄道車両の側面図である。
【図２】同要部拡大側面図である。
【図３】同要部拡大平面図である。
【図４】取付ブラケットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は図４（ｄ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】取付ブラケットに作用する荷重の説明図である。
【図６】引張接合の説明図である。
【図７】摩擦接合の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    高速鉄道車両
１Ａ〜１Ｄ    車両
１１    車体間ダンパー
１６Ａ，１６Ｂ    取付ブラケット
１６ａ    取付板部
１６ａａ    切り欠き
１６ｂ    機器支持部
１７Ａ，１７Ｂ    車体
１８Ａ，１８Ｂ    ボルト
【図１】
2005081890.tif 000003
【図２】
2005081890.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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