JP7805863B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に関する。

鉄道車両は、鉄道車両構体と台車により構成される。鉄道車両構体は、一般に、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の端部に立設されるとともに側面をなす側構体と、台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上部に備えられる屋根構体とにより構成される６面体の構造物である。近年では、軽量化や製作性の向上を目的として、対向する２枚の面板とこれら面板同士を接続する複数のリブから成るアルミニウム合金製の中空押出形材によって、屋根構体、側構体、台枠などを構成し、鉄道車両構体に組み立てる手法が広まりつつある。

床面をなす台枠の下方には、鉄道車両構体を支持する台車が備えられる。台枠の台車を支持する部位には、強度部材である枕梁が備えられ、台車が車体へ伝達するけん引力やブレーキ力（鉄道車両の前後方向の力）は、これら枕梁を経て鉄道車両構体に伝達される。

枕梁の幅方向の端部には、高速走行時に水平面内で旋回する台車のヨーイングを抑制するヨーダンパが接続されるヨーダンパ支持部が備えられる。ヨーダンパの一方の端部は台枠（構体）に接続するヨーダンパ支持部に接続するとともに、ヨーダンパの他方の端部は台車をなす台車枠に接続して、台車のヨーイングを抑制する。

特許文献１に、ボルスタアンカまたはヨーダンパ支持用ブラケットの締結位置で下フランジに偶力が作用した時に上フランジ及び下フランジに生じる面外曲げ応力を低減できる鉄道車両の台枠構造が開示されている。

特開２０１４－１２５１３８号公報

鉄道車両の速度が向上するにつれて、軌道の不整の影響を受けた台車からヨーダンパ、そして、ヨーダンパ支持部を経て台枠に伝達される荷重が大きくなる傾向がある。このため、ヨーダンパ支持部を台枠に固定する部位であるヨーダンパ受部に、軌道不整に起因するとともに、レール方向、及び上下方向に作用する加振力が大きくなり、ヨーダンパ受部に不具合が生じる場合がある。

本発明の課題は、台車からヨーダンパと、ヨーダンパ支持部を経由して台枠に伝達される加振力を鉄道車両構体に効率的に伝達するとともに、十分な強度を備え、且つ製作工数を低減できる鉄道車両を提供することである。

上記課題を解決する鉄道車両の一態様は、鉄道車両の長手方向に延びる台枠と、台枠の端部から鉄道車両の高さ方向に伸びる側構体と、鉄道車両の長手方向において台車の位置に対応し、台枠の下側に位置する枕梁と、台車から鉄道車両の長手方向に延びるヨーダンパと、ヨーダンパの一端に接続され、他端を枕梁に接続されるヨーダンパ支持部材と、を備える。そして、枕梁は、鉄道車両の幅方向に側構体よりも外側に、鉄道車両の長手方向に一様断面で一体に押し出されて構成され、ヨーダンパ支持部材と接続される支持構造部を有する。

本発明によれば、台車からヨーダンパと、ヨーダンパ支持部を経由して台枠に伝達される加振力を鉄道車両構体に効率的に伝達するとともに、十分な強度を備え、且つ製作工数を低減できる軌条車両を提供することができる。

図１は、鉄道車両構体の側面図である。 図２は、図１のヨーダンパ受部の周囲のＡ－Ａ断面図である。 図３は、図１のヨーダンパ受部の周囲のＢ－Ｂ断面図である。 図４は、第１の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図である。 図５は、第２の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図である。 図６は、第３の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図である。 図７は、第４の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図である。 図８は、第５の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、組立て前の断面図である。 図９は、第５の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、組立て後の断面図である。

以下に、発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。

鉄道車両とは、敷設された軌道５に沿って運行される車両の総称であり、路面電車、新交通システム車両、モノレール車両等を意味する。代表例として、鉄道車両の構成を例示して、実施の形態を説明する。

まず、各方向を定義する。鉄道車両の長手（レール）方向をｘ方向、鉄道車両の幅（枕木）方向をｙ方向、鉄道車両の高さ方向をｚ方向とする。以降、単に、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と記す場合がある。鉄道車両は、鉄道車両構体と台車により構成される。鉄道車両構体は、一般に、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の端部に立設されるとともに側面をなす側構体と、台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上部に備えられる屋根構体とにより構成される６面体の構造物である。

図１は、鉄道車両の側面図である。図２は、図１のヨーダンパ受部の周囲のＡ－Ａ断面図であり、図３は、図１のヨーダンパ受部の周囲のＢ－Ｂ断面図である。鉄道車両１の構体は、床面をなす台枠１０と、台枠１０のｙ方向の両端部に立設される一対の側構体２０と、台枠１０のｘ方向の両端部に立設される一対の妻構体（図示なし）と、側構体２０と妻構体との上端部に載置される屋根構体（図示なし）とから構成される。

枕梁１２は、鉄道車両の長手方向において台車の位置に対応し、台枠１０の下側に位置し、台車７が備える懸架装置（例えば、空気ばねなど）の上面に載置されるとともに、台車７に鉄道車両構体の荷重を台車７によって支持させるための強度部材である。台枠１０を台枠上部としたとき、枕梁１２は台枠下部に相当する。

一部の路線では、運行上の制約で、鉄道車両１の台枠１０の幅を狭くすることが要求される。そのため、図２に示す通り、ヨーダンパ支持部材１７を枕梁１２に接続するため、枕梁１２をｙ方向（車両外側）へ延伸させる必要がある。枕梁１２のｙ方向の端部、台枠１０又は側構体２０のｙ方向の端部の近傍には、ヨーダンパ受部１４が設けられる。台枠１０の外側に位置するヨーダンパ支持部材１７は、図２に示すようにヨーダンパ受部１４にボルト１６で接続されたり、図３に示すように溶接で接続されたりする。

ヨーダンパ受部１４の下端部には、垂下する態様のヨーダンパ支持部材１７が備えられる。例えば、台枠１０の幅（ｙ方向）を狭くするため、ヨーダンパ支持部材１７が枕梁１２や側構体２０より外側（図３のｙ方向）にも位置する場合、ヨーダンパ受部１４及びヨーダンパ受部支持部１４ａが備えられる。枕梁１２、側構体２０及びヨーダンパ受部支持部１４ａは、接続部の強度を高めるために接続部３０で溶接によって接続される。

図１に示す通り、台枠１０をなす枕梁１２の下方には、軌道５に沿って転動する輪軸を有する台車７が備えられる。台車７は、その台車枠７ａの側面に、ｘ方向に沿う態様でヨーダンパ８を備える。ヨーダンパ８の一方の端部は台車枠７ａに接続するとともに、ヨーダンパ８の他方端部はヨーダンパ支持部材１７の下端部に接続する。ヨーダンパ支持部材１７が枕梁１２やヨーダンパ受部１４と接する位置より距離Ｌ１だけ離れた位置(図３参照)にてヨーダンパ８から加振力などの力Ｆがヨーダンパ支持部材１７に伝達される。ヨーダンパ支持部材１７の上端部は、ヨーダンパ受部１４の上部や枕梁１２の内部に備えられたネジ座１５を介して、ｘ方向に隔置されるボルト１６(図２参照)で締結される。

一部の路線では、運行上の制約で、鉄道車両１の台枠１０の幅を狭くする必要があるため、図２、図３に示したように、ヨーダンパ受部１４を車両外側に延伸させ、枕梁１２、側構体２０に、ボルト１６や溶接により接続しているが、これでは、強度や合成の確保が難しく、鉄道車両を制作する工数が増大してしまう。

第１の実施形態

図４は、第１の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。

鉄道車両は、図１に示す通り、鉄道車両１の長手方向に延びる台枠１０と、台枠の端部から鉄道車両の高さ方向に伸びる側構体２０と、鉄道車両１の長手方向において台車７の位置に対応し、台枠１０の下側に位置する枕梁１２と、台車１０から鉄道車両１の長手方向に延びるヨーダンパ８と、ヨーダンパ８に一端が接続され、他端を枕梁１２に接続されるヨーダンパ支持部材１７とを有する。

図４に示す通り、枕梁１２の支持構造部４０は、鉄道車両１の幅方向に側構体２０よりも外側に、鉄道車両１の長手方向に一様断面で一体に押し出されて構成され、ヨーダンパ支持部材１７と接続される。

支持構造部４０が台枠１０、懸架装置１３、ヨーダンパ支持部材１７及び側構体２０と接する。支持構造部４０は、側構体２０よりも鉄道車両の外側（ｙ方向）に押し出されている。つまり、支持構造部４０は、ｘ方向にわたって、鉄道車両の内側から外側にかけて一様断面で一体に押し出されて構成される。つまり、支持構造部４０は、鉄道車両１の外側（ｙ方向）に延伸されている。

図１～３に示す鉄道車両では、ヨーダンパ支持部材１７が側構体２０よりｙ方向の車外側に位置しており、ヨーダンパ受部１４が枕梁１２のｙ方向の車外側に溶接により接続される。

一方、第１の実施形態に関わる支持構造部４０は、図２－３で示した枕梁１２並びにヨーダンパ受部１４及びヨーダンパ受部支持部１４ａを一体に構成した部材である。

支持構造部４０は、台枠１０と接する上面板１０１と、懸架装置１３やヨーダンパ支持部材１７と接する下面板（懸架装置面）１０２と、上面板１０１と下面板１０２との間で、これら２枚の面板を支持する複数のリブ１９とで構成される。下面板１０２は、上面板１０１と対向し、懸架装置１３又はヨーダンパ支持部材１７と接する。複数のリブ１９は、上面板１０１と下面板１０２の間で、上面板１０１と下面板１０２を接続する。車両外側のリブ１９ａは、台枠１０とヨーダンパ支持部材１７の端部を接続するように傾斜を有する。

本構成により、支持構造部４０の強度を確保することができ、台車７からヨーダンパ８とヨーダンパ受部支持部１４ａを経由して台枠１０に伝達される加振力を効率的に伝達することができる。また、ヨーダンパ受部１４及びヨーダンパ受部支持部１４ａの溶接に相当する製作工数を低減することができる。

第２の実施形態

図５は、第２の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。

枕梁１２のヨーダンパ支持部材１７と接続される下面板１０３が、枕梁１２の懸架装置１３と接続される下面板１０２よりも鉄道車両の高さ方向下方に位置して構成される。

支持構造部４０は台枠１０の下面と接する上面板１０１と、懸架装置１３と接する下面板（懸架装置面）１０２と、ヨーダンパ支持部材１７の上面と接する下面板１０３と、３枚の面板とこれら面板同士を接続する複数のリブ１９から構成される。ヨーダンパ支持部材１７と接する面板（ヨーダンパ支持部面）１０３は、懸架装置１３と接する面板１０２よりもｚ方向下方に距離Ｌ２だけ離間されて構成される。

図１～３に示す鉄道車両では、ヨーダンパ支持部材１７が枕梁１２の下面にて懸架装置１３と同じｚ方向位置で接続されて構成される。ヨーダンパ支持部材１７の上端部とヨーダンパ８と接続されるヨーダンパ支持部材１７の下端部とがｚ方向に距離Ｌ１離間されており、ヨーダンパ支持部材１７の下端部にヨーダンパ８よりｘ方向に力Ｆが伝達される。換言すると、ヨーダンパ支持部材１７が接する枕梁１２及びヨーダンパ受部１４には距離Ｌ１と力Ｆが乗算された値に相当するモーメントが発生する。

第２の実施形態に関わる支持構造部４０は、懸架装置１３とヨーダンパ支持部材１７のｚ方向距離がＬ２離間して構成されるため、ヨーダンパ支持部材１７の上端部と下端部との距離Ｌ３は図１～３に示す距離Ｌ１から距離Ｌ２を減算した値に相当し、ヨーダンパ支持部材１７がヨーダンパ８からの力Ｆに起因したモーメントを低減することができる。支持構造部４０が負担するモーメントが低減されることで、支持構造部４０が十分な強度を示すことができる。

支持構造部４０は、ヨーダンパ８からの力Ｆを、ヨーダンパ支持部材１７を介して受けるために十分な剛性を有することが好ましく、一例としてヨーダンパ支持部材１７よりもｘ方向に長く構成されることが好ましい。

図５は、支持構造部４０が側構体２０よりもｙ方向の車外側に延伸して位置して構成される実施形態が示されるが、力Ｆに起因したモーメントを低減する目的のためには支持構造部４０が側構体２０よりもｙ方向の車外側まで延伸する必要はない。

第３の実施形態

図６は、第３の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。

支持構造部４０の面板間に配置されるリブ１９の一部（懸架装置１３近傍の支持構造部内側リブ４０ｃ）は、懸架装置１３が支持構造部４０と接する下面板１０２を延長した態様で構成される。つまり、第１の下面板１０２と同じ高さで側構体２０よりも外側に延長して構成される。複数のリブの他の一部（４０ｄ）は、ヨーダンパ支持部材１７の懸架装置側１３の端部より鉄道車両の高さ方向に延長して構成される。つまり、リブ１９の他の一部（支持構造部内側リブ４０ｄ）は、ヨーダンパ支持部材１７の懸架装置１３側の端部より鉄道車両の高さ方向に延長して構成される。

支持構造部内側リブ４０ｄは、支持構造部４０が接する面板の延長線上から方向を変えて、ヨーダンパ支持部材１７が接する面板と接続される。

支持構造部内側リブ４０ｃよりも懸架装置１３側に位置する支持構造部外側面板４０ｅを切削等の手段により除去することで、懸架装置１３と支持構造部４０との間に空間を拡張することができる。本構成により、図５に示したように、支持構造部４０が十分な強度を示すことができ、かつ、支持構造部４０が懸架装置１３に干渉することないように十分な空間を確保できる。そのため、懸架装置１３がｙ方向車外側に延伸して位置することや他の鉄道車両の部材を配置することが可能となる。

第４の実施形態

図７は、第４の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する（理解を容易にするため、図１のＡ－Ａ断面に現れるヨーダンパ支持部材１７を付して記載している）。

支持構造部４０の面板の一部が他の面板より厚い肉厚で構成され、支持構造部内側凸部４０ｅが構成される。つまり、ヨーダンパ支持部材１７と接続される位置における肉厚が他の個所の肉厚よりも厚く構成される。一例として、図７では、ヨーダンパ支持部材１７が締結される位置に支持構造部内側凸部４０ｇが構成される。支持構造部内側凸部４０ｇにネジ加工等の加工を施工することにより、支持構造部内側凸部４０ｇをネジ座として使用することができる。

図１～３に示す鉄道車両では、ヨーダンパ受部１４の上部や枕梁１２の内部にネジ座１５を別に接続して構成した。第４の実施形態に関わる支持構造部４０が支持構造部内側凸部４０ｇを有することによって、支持構造部内側凸部４０ｇにネジ加工を施工してネジ座を構成する。これにより、支持構造部４０の強度を確保することができ、台車からヨーダンパと、ヨーダンパ支持部を経由して台枠に伝達される加振力を鉄道車両構体に効率的に伝達することができる。また、ネジ座１５の接続に相当する製作工数を低減することができる。

第４の実施形態では、ヨーダンパ支持部材１７が締結される位置に支持構造部内側凸部４０ｇを構成する例を示したが、支持構造部内側凸部４０ｇはヨーダンパ支持部材１７以外にも支持構造部４０が接続される他の部材との締結位置にも適用可能である。

第５の実施形態

図８及び図９は、第５の実施形態に関わるヨーダンパ受部の断面図であり、図１のＢ－Ｂ断面図に相当する。図８は組立て前の断面図であり、図９は組立て後の断面図である。

台枠１０の台枠内側リブ１０ａが台枠１０の面板と接する位置において、台枠外側リブ１０ｂが面板より支持構造部４０側やヨーダンパ支持部材に向けて伸びて構成される。

支持構造部４０は、台枠外側リブ１０ｂを受けるためのスリット部４０ｆを有し、スリット部４０ｆからｙ方向に離間した位置において支持構造部４０の支持構造部内側リブ４０ｃが台枠外側リブ１０ｂと平行に構成される。台枠外側リブ１０ｂをスリット部４０ｆに挿入して、支持構造部４０が台枠１０と側構体２０を有する鉄道車両１の構体と組立てられる。

台枠外側リブ１０ｂと支持構造部内側リブ４０ｃはｘ方向に対して同じ位置で貫通穴をそれぞれ有し、台枠外側リブ１０ｂの貫通穴と支持構造部内側リブ４０ｃの貫通穴を介して台枠１０と支持構造部４０がボルト１６及びナット１８を用いてボルト締結される。

第５の実施形態に関わる構成により、支持構造部４０が台枠１０や側構体２０と接続される位置を接続部３０に限定することなく、支持構造部４０が台枠１０や側構体２０と台枠外側リブ１０ｂ及び支持構造部内側リブ４０ｃを介して接続することができる。本構成により、ヨーダンパ８からの力Ｆを伝達する接続位置を接続部３０以外にも設けることができ、支持構造部４０が十分な強度を示すことができる。

図８及び図９に示す第５の実施形態に関わる構成では、台枠外側リブ１０ｂとスリット部４０ｆがｘ方向に連続して構成される例を示したが、複数の台枠外側リブ１０ｂとスリット部４０ｆがｘ方向に断続的に構成されてもよい。つまり、ｘ方向に複数の台枠外側リブ１０ｂと、複数のスリット部４０ｆとが対応して設けられていても良い。

図８及び図９に示す台枠外側リブ１０ｂは台枠内側リブ１０ａより延長して台枠内側リブ１０ａと同じ向きに構成されるが、台枠外側リブ１０ｂは台枠内側リブ１０ａと異なる方向、例えば、台枠から前記鉄道車両内側、あるいは、外側に傾斜して構成してもよい。

図８及び図９に示す台枠内側リブ１０ａは、ｚ方向に垂直に向いて構成される実施形態で示されるが、台枠内側リブ１０ａはｚ方向とは異なる向き、一例としてｚ方向からｙ方向に対して斜めを向いて構成されてもよい。つまり、台枠内側リブ１０ｃより延長して台枠外側リブ１０ｂを構成しても良い。また、鉄道車両１の長手方向に対して角度を有して構成されても良い。

また、図８及び図９では台枠１０の外面に凸部（台枠外側リブ１０ｂ）を設けその凸部を受けるスリット部を支持構造部４０に設ける実施形態を示したが、支持構造部４０の外面に凸部を設け台枠１０にスリット部を設け台枠１０に支持構造部４０の凸部とボルト締結可能なリブを有する構成でもよい。

第１～第５の実施形態では、支持構造部４０のリブをｙ方向又はｚ方向に向いて図示したが、支持構造部４０はｙ方向又はｚ方向とは異なる向き、一例としてｚ方向からｙ方向に対して斜めを向いて構成されてもよい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：鉄道車両
５：軌道
７：台車
８：ヨーダンパ
１０：台枠
１０ａ：台枠内側リブ
１０ｂ：台枠外側リブ
１１：側梁
１２：枕梁
１３：懸架装置
１４：ヨーダンパ受部
１５：ネジ座
１６：ボルト
１７：ヨーダンパ支持部材
１８：ナット
２０：側構体
３０：接続部
４０：支持構造部
１０１：上面版
１０２：下面板（懸架装置面）
１０３：下面板（ヨーダンパ支持部面）
４０ｃ：支持構造部内側リブ
４０ｄ：支持構造部外側面板
４０ｅ：支持構造部内側凸部
４０ｆ：スリット部

Claims (9)

1. 鉄道車両の長手方向に延びる台枠と、
   前記台枠の端部から鉄道車両の高さ方向に伸びる側構体と、
   前記鉄道車両の長手方向において台車の位置に対応し、前記台枠の下側に位置する枕梁と、
   前記台車から鉄道車両の長手方向に延びるヨーダンパと、
   前記ヨーダンパに一端が接続され、他端を前記枕梁に接続されるヨーダンパ支持部材と、
   を備える鉄道車両において、
   前記枕梁は、鉄道車両の幅方向に前記側構体よりも外側に、鉄道車両の長手方向に一様断面で一体に押し出されて構成され、
   前記ヨーダンパ支持部材と接続される支持構造部を有すること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記台車と前記枕梁との間に設置される懸架装置を有し、
   前記支持構造部は、
   前記台枠と接する上面板と、
   前記上面板と対向し、前記懸架装置又は前記ヨーダンパ支持部材と接する下面板と、
   前記上面板と前記下面板の間で、前記上面板と前記下面板を接続する複数のリブと、を有することを特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載の鉄道車両において、
   前記台車と前記枕梁との間に設置される懸架装置を有し、
   前記支持構造部は、
   前記枕梁の前記ヨーダンパ支持部材と接続される下面板が前記枕梁の前記懸架装置と接続される下面板よりも鉄道車両の高さ方向下方に位置して構成されること、
   を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項２に記載の鉄道車両において、
   前記支持構造部は、
   前記台枠と接する上面板と、
   前記上面板と対向し、前記懸架装置と接する第１の下面板と、
   前記上面板と対向し、前記ヨーダンパ支持部材と接する第２の下面板と、
   前記上面板と、前記第１の下面板及び前記第２の下面板の間で、前記上面板と、前記第１の下面板及び前記第２の下面板を接続する複数のリブと、
   前記第１の下面板と同じ高さで前記側構体よりも外側に延長して構成される第１の支持構造部内側リブと、
   前記ヨーダンパ支持部材の前記懸架装置側の端部より鉄道車両の高さ方向に延長して構成される第２の支持構造部内側リブと、を有すること
   を特徴とする鉄道車両。
5. 請求項２に記載の鉄道車両において、
   前記支持構造部の前記下面板は、
   前記ヨーダンパ支持部材と接続される位置における肉厚が他の個所の肉厚よりも厚く構成されること、
   を特徴とする鉄道車両。
6. 請求項３に記載の鉄道車両において、
   前記台枠は、
   鉄道車両の長手方向に一様断面で一体に押し出されて構成され、
   前記ヨーダンパ支持部材に向けて伸びた外側リブを有し、
   前記支持構造部は、
   前記外側リブを受けるスリット部を有し、
   前記支持構造部の前記複数のリブの少なくとも一つは、前記スリット部から離間した位置において、前記外側リブと平行に構成されること
   を特徴とする鉄道車両。
7. 請求項６に記載の鉄道車両において、
   前記台枠の前記外側リブと、前記外側リブと平行に構成された前記支持構造部のリブは、鉄道車両の長手方向に対して同じ位置で貫通穴をそれぞれ有し、
   前記外側リブと前記支持構造部のリブの前記貫通穴を介して前記外側リブと前記支持構造部のリブとをボルト締結したこと、
   を特徴とする鉄道車両。
8. 請求項７に記載の鉄道車両であって、
   前記外側リブは、前記台枠から前記鉄道車両の内側、あるいは、外側に傾斜を有すること、
   を特徴とする鉄道車両。
9. 請求項７に記載の鉄道車両であって、
   前記外側リブは、前記鉄道車両の長手方向に対して角度を有して設けられること、
   を特徴とする鉄道車両。