(57)【要約】【課題】  艤装レールの重さを増加させたり製造コストを高めることなく、艤装レールの曲げ応力負担を軽減して、艤装レールに作用する曲げモーメントを低減することができる艤装用ボルトの支持構造を提供する。【解決手段】  艤装用ボルト３０に備わる頭部３１のうち、艤装レール１４のアーム部分１６に近い先端部分３３において、下面３４側に高さの低い足部３５が形成されている。モーメントのアームが短くなって係止部分１７に生じる曲げモーメントが小さくなり、艤装レール１４の曲げ応力負担を軽減することができる。また、艤装用ボルト３０から艤装レール１４へ伝達される荷重を艤装レール１４の長手方向に沿って分散させることによって、艤装レール１４に作用する荷重を平均化することもできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーム部分と当該アーム部分から屈曲して延びる係止部分とを有する支持部を備える艤装レールの前記係止部分に艤装用ボルトの頭部が係止される艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装用ボルトの前記頭部は、前記係止部分の前記アーム部分に対する付け根側に位置する先端部分においてのみ前記係止部分に係止されていることから成る艤装用ボルトの支持構造。
【請求項２】
前記艤装用ボルトの前記頭部は、前記艤装レールの長手方向における両端部分においてのみ前記係止部分に係止されていることから成る請求項１に記載の艤装用ボルトの支持構造。
【請求項３】
前記艤装用ボルトの前記頭部の前記先端部分に前記頭部の他の部分より隆起した足部が形成されており、前記足部のみが前記係止部分に係止されることから成る請求項１又は２に記載の艤装用ボルトの支持構造。
【請求項４】
前記艤装レールは、前記支持部が前記係止部分を互いに向かい合った状態に一対に配置されて構成されており、前記両支持部に囲まれる内部には前記艤装用ボルトの前記頭部を収容可能なレール溝が形成されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の艤装用ボルトの支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、表板と裏板とをリブで連結した鉄道車両等に用いられる中空押出形材（ダブルスキン構体）に設けられる艤装レールに対する艤装用ボルトの支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軽量でありながら、必要な強度・剛性を確保できる構造体用の材料として、アルミ材等の軽金属材料で形成されおり表板と裏板とをリブで連結した中空押出し形材が知られており、各分野で多用されている。中空押出形材は、表裏両板とリブとが押出成形によって一体成形された材料である。このような中空押出形材は、例えば図３に斜視図として一部を概略で示す鉄道車両（以下、単に、「車両」という）１においては、その屋根構体２、側構体３又は車両の台枠４等を構成する軒桁、側梁、横梁、長土台および各部外板部材等に用いられており、車両１に必要な強度・剛性、特に曲げモーメントに対する剛性を与えると共に車両１の軽量化にも大きく貢献している（特許文献１）。車両１の屋根構体２や側構体３においては、中空押出形材の裏板が、内装板や種々の機器、ハンガー、ブラケットなどの取付けに利用されている。
【０００３】
図４は、図１に示す車両の台枠に設けられる中空押出形材を用いた艤装用ボルトの支持構造の一例を示す断面図である。中空押出形材１０の基本形状は、表板１１と裏板１２とを一定のピッチで配置された多数の傾斜リブ（一部のみを示す）１３で連結した構造を有している。傾斜リブ１３は、図示のように、交互に反対方向に傾斜させることによって、表板１１と裏板１２の曲げに対する強度・剛性が強化されている。車両１の台枠４には、主電源装置、空気圧縮機或いは空調装置等の種々の機器が取付けられるので、これらの機器の中空押出形材１０への取付けを簡単、容易にするために、表板１１の外面、特に表板１１と傾斜リブ１３，１３とが交差する部位の表面側に、艤装レール１４が設けられている。
【０００４】
艤装レール１４は、表板１１に対して略垂直に延びるアーム部分１６と、アーム部分１６の先端から互いに向かう方向に延びる係止部分１７とから成る一対の支持部１５，１５から構成されている。各支持部１５は、中空押出形材１０の一部として表板１１に一体的にカーテンレール状に形成されている。艤装レール１４には、支持部１５，１５で囲まれ且つ下方に開口１９が形成されているレール溝１８が形成されており、レール溝１８に艤装用ボルト２０の頭部２１が嵌合される。艤装用ボルト２０を頭部２１を介して艤装レール１４に支持させることにより、艤装用ボルト２０のネジが形成されている軸部２２に取り付けられる機器を艤装レール１４に吊り下げることができる。
【０００５】
艤装用ボルト２０の頭部２１の平面形状は、概略四角形状をしている。レール溝１８内に挿入された頭部２１を、その側面がレール溝１８の内面（例えば、隅アール部分２４の内面）に当接することで、艤装用ボルト２０の回り止めとなっている。頭部２１の両側部分２３，２３が、各支持部１５の係止部分１７に対して当接することにより、艤装用ボルト２０に取り付けられる機器の重さや振動による荷重Ｐが艤装レール１４に伝達される。従来の艤装用ボルト２０の支持構造においては、両側部分２３，２３は、その平坦な下面２３ａにおいて、係止部分１７の平坦な係止面１７ａに全面的に当接している。
【０００６】
図４に示す艤装レール１４による艤装用ボルト２０の支持構造において、艤装レール１４に生じる負荷の状況が図５に示されている。図５に示すように、艤装用ボルト２０の頭部２１が艤装レール１４の係止部分１７に係止する幅をＬ１とし、隅アール部分２４の幅をＬ３とするとき、荷重Ｐに起因して係止部分１７に生じる剪断力Ｆと曲げモーメントＭの分布がそれぞれ上側又は下側のグラフに示されている。荷重Ｐによる係止部分１７の幅方向の荷重分布をｗ’とすると、剪断力Ｆは、係止部分１７の付け根側に向かうに従ってリニアに増大する。また、曲げモーメントＭは、係止部分１７の付け根側に向かうに従って二次関数的に増大する。剪断力Ｆの最大値Ｆｍａｘと曲げモーメントの最大値Ｍｍａｘとは、共に隅アール部分２４の付け根部分において生じ、荷重分布ｗと係止幅Ｌ１，Ｌ３とを用いた図示されている値となる。ここで、ｗ’×Ｌ１の値は、荷重Ｐに等しい。
【０００７】
艤装用ボルト２０が支持部１５の係止部分１７に対して重なり幅の全幅で当接していると、剪断力Ｆの最大値Ｆｍａｘは荷重Ｐに相当する値で変えることはできないが、曲げモーメントの最大値Ｍｍａｘは係止幅Ｌ１，Ｌ３の関数である。艤装レール１４の支持部１５において、係止部分１７のアーム部分１６に対する付け根部分に大きな曲げ応力負担が生じるおそれがある。そうした曲げ応力負担に耐えるように艤装レール１４の強度・剛性を高めようとすると、艤装レール１４に費やす材料の使用量が増加し、艤装レール１４自体の重さが増加して、製造コストが高まると共に車両の軽量化に逆行することになるという問題点が生じる。
【０００８】
図６には、艤装用ボルト２０に作用する荷重Ｐに基づいて艤装レール１４に発生する長手方向の応力分布が示されている。図６に示されているように、艤装レール１４の長手方向で見たときの艤装レール１４に発生する応力分布は、艤装用ボルト２０の軸部２２に最も近い領域でピークとなり、軸部２２からいずれの方向においても遠ざかるに従って減少している。この応力分布から、一つのピークの位置の領域で大部分の応力が集中負担されていることが判る。
【特許文献１】特開平２００３−１３７０８９号公報（段落［０００２］〜［０００３］、図１〜図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、中空押出形材は、艤装レールを用いて艤装品の取り付けを行うことから、艤装レールの強度向上（信頼性確保）が重要な課題となっている。しかしながら、現状の艤装レールによる取付け構造では、一般的な艤装ボルトを用いて取り付けていることから、艤装レールに発生する応力は、艤装ボルトによる狭い取付け領域に集中して偏在しており、取付け領域の局所的な応力が強度を支配している。そこで、艤装レールによる艤装用ボルトの支持構造において、艤装用ボルトの頭部が艤装レールに当接する領域の配置に工夫を凝らすことで、艤装レールに用いる材料の使用量を増加させることなく、艤装レールの応力負担を軽減する点で解決すべき課題がある。
【００１０】
この発明の目的は、艤装レールの重さを増加させたり製造コストを高めることなく、艤装レールの応力負担を軽減して、艤装レールに作用する曲げ応力等の応力を低減することができる艤装用ボルトの支持構造を提供することである。また、艤装用ボルトから艤装レールへ伝達される荷重を艤装レールの長手方向に沿って分散させることによって艤装レールに作用する荷重を平均化し、当該荷重が艤装用ボルトに最も近い艤装レールの領域に集中するのを防止することができる艤装用ボルトの支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明による艤装用ボルトの支持構造は、アーム部分と当該アーム部分から屈曲して延びる係止部分とを有する支持部を備える艤装レールの前記係止部分に、艤装用ボルトの頭部が係止される艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装用ボルトの前記頭部は、前記係止部分の前記アーム部分に対する付け根側に位置する先端部分においてのみ前記係止部分に係止されている。
【００１２】
この艤装用ボルトの支持構造によれば、艤装用ボルトに作用する荷重は、艤装用ボルトの頭部のうち、係止部分のアーム部分に対する付け根側に位置する先端部分においてのみ、艤装レールの係止部分に伝達される。したがって、このような艤装レールにおいて、係止部分のアーム部分への付け根位置と艤装用ボルトの頭部が係止部分に力が作用する領域との距離、即ち、モーメントの腕の長さが短くなり、係止部分のアーム部分への付け根部分に作用する曲げモーメントが低減される。
【００１３】
この艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装用ボルトの前記頭部を、前記艤装レールの長手方向における両端部分においてのみ前記係止部分に係止させることができる。艤装レールの係止部分に係止する艤装用ボルトの頭部の部分を艤装レールの長手方向で見て両端部分とすることによって、艤装用ボルトに作用する荷重は、艤装レールにおいて分散して伝達される。したがって、艤装レールに作用する集中荷重が回避され、重量の増加を伴うような艤装レールの強度・剛性向上を図る必要なく、艤装用ボルトからの荷重の平均化を図ることができる。
【００１４】
この艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装用ボルトの前記頭部の前記先端部分に前記頭部の他の部分より隆起した足部を形成し、前記足部のみを前記係止部分に係止させることができる。艤装用ボルトの頭部の先端部分に当該頭部の他の部分より隆起した足部を形成することで、艤装用ボルトの頭部の形状の工夫によって、頭部においては当該足部のみが艤装レールの係止部分に係止する構造を得ることができる。
【００１５】
この艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装レールは、前記支持部が前記係止部分を互いに向かい合った状態に一対に配置して構成されており、前記両支持部に囲まれる内部には前記艤装用ボルトの前記頭部を収容可能なレール溝を形成することができる。艤装レールの支持部を係止部分を互いに向かい合った状態に構成することで、内部に形成されたレール溝に艤装用ボルトの頭部が収容され、頭部を両側の係止部分で係止させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明による艤装用ボルトの支持構造は、上記のように、アーム部分と当該アーム部分から屈曲して延びる係止部分とを有する支持部を備える艤装レールの前記係止部分に艤装用ボルトの頭部が係止される艤装用ボルトの支持構造において、前記艤装用ボルトの前記頭部は、前記係止部分の前記アーム部分に対する付け根側に位置する先端部分においてのみ前記係止部分に係止されているので、係止部分の付け根部分に生じる曲げモーメントが小さくなり、艤装レールの重さを増加させたり製造コストを高めることなく、艤装レールの曲げ応力負担を軽減することができる。また、艤装用ボルトの支持構造において、艤装用ボルトから艤装レールへ伝達される荷重が艤装レールの長手方向に沿って分散されるので、艤装レールに作用する荷重が平均化され、当該荷重が艤装用ボルトに最も近い艤装レールの領域に集中するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による艤装用ボルトの支持構造に係る実施の形態をその実施例と共に詳細に説明する。図１は、この発明による艤装用ボルトの支持構造の一実施例を示す横断面図、図２は図１に示す艤装用ボルトの支持構造の側面図及び艤装レールに発生する応力分布を示すグラフである。
【００１８】
図１に示す艤装用ボルトの支持構造は、図５に示す従来の艤装用ボルトの支持構造と比較して、艤装レールの基本的な構造及び配置において差異はなく、図５に示された構成要素と同等の構成要素及び部位には同じ符号を用いている。よって、それらについての詳細な説明を省略する。
【００１９】
艤装用ボルト３０は、平面形状が概略四角形に形成された頭部３１と該頭部３１に一体的な軸部３２とから成っており、頭部３１のうち艤装レール１４のアーム部分１６に近い先端部分３３において、下面３４側が隆起した高さの低い足部３５として形成されている。したがって、艤装用ボルト３０は、頭部３１の足部３５において足底面３５ａが艤装レール１４の係止部分１７の係止面１７ａに当接することで、艤装レール１４に支持される。
【００２０】
足部３５が係止部分１７に当接する領域は、係止部分１７のアーム部分１６に対する付け根部分３６から隅アール部分２４の幅Ｌ３の距離を置いて延びる係止幅Ｌ２の範囲内である。この範囲は、従来の艤装用ボルト２０の頭部２１が係止部分１７に当接する領域が係止幅Ｌ１で表される範囲内であるのと比較して、付け根部分３６に近い側で広がる狭い範囲である。したがって、付け根部分３６に作用する曲げモーメントの大きさ（曲げモーメントＭの最大値Ｍｍａｘ）が小さくなり、それに対応して付け根部分３６に生じる曲げ応力も小さくなる。このことは、最大値Ｍｍａｘの式において、幅Ｌ３は共通であり且つｗ×Ｌ２は荷重Ｐで同じ大きさであるが、係止幅Ｌ２が短くなっていることによって、最大値Ｍｍａｘが小さくなることからも理解される。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、艤装用ボルト３０の頭部３１に形成される足部３５，３５は、艤装レール１４の長手方向においても頭部３１の両端部分３７，３７において形成されている。艤装レール１４の支持部１５，１５が一対であることを考慮すると、足部３５は頭部３１の四辺に形成されている。こうした足部３５，３５の配置によって、足部３５，３５は、艤装レール１４の係止部分１７に対して艤装用ボルト３０の軸部３２から最も遠く離れた二つの領域３８，３８で係止される。
【００２２】
したがって、艤装用ボルト３０に作用し艤装レール１４に伝達される荷重は、艤装レール１４の長手方向に沿って分散される。それゆえ、艤装レール１４に発生する応力の分布は、図２（ａ）に示すように、二つの領域３８，３８にそれぞれピークを持つ分散した分布となる。このように、艤装レール１４に作用する荷重が平均化されるので、従来の支持構造で見られたような、当該荷重が艤装レール１４のうち艤装用ボルト３０に最も近い領域に集中するという事態を防止することができる。
【００２３】
上記実施例では、足部３５は艤装用ボルト３０の頭部３１側に形成していたが、これに代えて、艤装レール１４側に、艤装用ボルト３０の先端部分３３に対応して一様な隆起棚部を長手方向に沿って設けてもよいことは明らかである。この場合、両端部分において艤装レールに交差する方向に延びる足部３５との組み合わせで、艤装レール１４の長手方向に沿って荷重を分散させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明による艤装用ボルトの支持構造の一実施例を示す横断面図。
【図２】図１に示す艤装用ボルトの支持構造の側面図及び艤装レールに発生する応力分布を示すグラフ。
【図３】艤装用ボルトの支持構造が適用される鉄道車両の一部が概略図示される斜視図。
【図４】図１に示す車両の台枠に設けられる中空押出形材を用いた艤装用ボルトの支持構造の一例を示す断面図。
【図５】図４に示す艤装レールによる艤装用ボルトの支持構造において、艤装レールに生じる負荷の状況を示すグラフ。
【図６】図５に示す支持構造の側面図及び艤装レールに発生する長手方向の応力分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２５】
１  鉄道車両
２  屋根構体
３  側構体
４  台枠
１０  中空押出形材
１１  表板
１２  裏板
１３  傾斜リブ
１４  艤装レール
１５  支持部
１６  アーム部分
１７  係止部分
１７ａ  係止面
１８  レール溝
１９  開口
２０，３０  艤装用ボルト
２１，３１  頭部
２２，３２  軸部
２３  先端部分
２３ａ  下面
２４  隅アール部分
３３  先端部分
３４  下面
３５  足部
３５ａ  足底面
３６  付け根部分
３７，３７  両端部分
３８，３８  領域
Ｌ１  艤装用ボルト２０の頭部２１の係止幅
Ｌ２  艤装用ボルト３０の頭部３１の係止幅
Ｌ３  隅アール部分２４の幅
Ｐ  荷重
ｗ，ｗ’  荷重分布
Ｆ  剪断力
Ｆｍａｘ  剪断力Ｆの最大値
Ｍ  曲げモーメント
Ｍｍａｘ  曲げモーメントの最大値
【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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【図６】
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