特開 2023-171110 鉄道車両の構造部材および鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023171110

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】鉄道車両の構造部材および鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61F 1/12 20060101AFI20231124BHJP

   B61F 5/10 20060101ALI20231124BHJP

   B61D 17/10 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

B61F1/12

B61F5/10

B61D17/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083355

(22)【出願日】2022-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】磯崎 洋平

(72)【発明者】

【氏名】宮永 恭

(57)【要約】

【課題】
車体の組立性向上に寄与するとともに軽量かつ剛性の高い薄型の構造部材、およびこのような構造部材を備えた台枠構造で床面を構成する鉄道車両を提供する。
【解決手段】
鉄道車両の枕梁は、垂直荷重入力部の中心から放射状に配置され、水平方向に配置された平板の面上に突起状の形状を有し、垂直荷重入力部の中心から離れるに従って緩やかに車両の長手方向もしくは幅方向に沿うように曲率が設けられた複数の放射状リブと、複数の放射状リブに重なるように垂直荷重入力座面の周辺に、断続的に配置された円形リブと、を有する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両構体の床を構成する台枠構造に備えられる枕梁部材において、
垂直荷重入力部の中心から放射状に配置され、
水平方向に配置された平板の面上に突起状の形状を有し、
垂直荷重入力部の中心から離れるに従って緩やかに車両の長手方向もしくは幅方向に沿うように曲率が設けられた複数の放射状リブと、
前記複数の放射状リブに重なるように垂直荷重入力座面の周辺に、断続的に配置された円形リブと、
を有することを特徴とする枕梁部材。

【請求項2】

長手方向に延び、床面をなす台枠と、
前記台枠の両端部に配置される側構体と、
前記台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体と、
前記側構体と前記妻構体の上部に配置される屋根構体とを有する構体と、
前記構体を搭載する台車とを有し、
長手方向において前記台車の位置に対応し、前記台枠の下側に位置する枕梁と、
前記台枠から前記台車に垂直荷重を受ける複数の緩衝部材と、
を備える鉄道車両において、
前記枕梁は、
前記緩衝部材に対する垂直荷重入力部の中心から放射状に配置され、
水平方向に配置された平板の面上に突起状の形状を有し、
垂直荷重入力部の中心から離れるに従って緩やかに車両の長手方向もしくは幅方向に沿うように曲率が設けられた複数の放射状リブと、
前記複数の放射状リブに重なるように垂直荷重入力座面の周辺に、断続的に配置された円形リブと、
を有することを特徴とする鉄道車両。

【請求項3】

請求項２に記載の鉄道車両において、
前記放射状リブは、前記枕梁の各辺に対し垂直に交わるような曲線で構成されている
ことを特徴とする鉄道車両。

【請求項4】

請求項３に記載の鉄道車両において、
前記枕梁は、前記鉄道車両の幅方向の中心部に設けられた中梁当接部と、
前記垂直荷重入力部と前記中梁当接部との間において、前記鉄道車両の長手方向に延びる長手方向リブと、
前記中梁当接部付近において、前記枕梁の幅方向の中心部付近に切り欠き部を有する長手方向縁リブとを有する
ことを特徴とする鉄道車両。

【請求項5】

請求項４に記載の鉄道車両において、
前記円形リブの外形が、前記垂直荷重入力部に当接する空気ばねの座面の外径より大きいこと
を特徴とする鉄道車両。

【請求項6】

請求項５に記載の鉄道車両において、
前記円形リブの外形が、前記空気ばね座面の外径の２倍以下であること
を特徴とする鉄道車両。

【請求項7】

請求項６に記載の鉄道車両において、
断続的に配置された前記円形リブは、
リブ２つの前記空気ばね座面の中心を原点とし、原点から中心ピンの中心に向かう方向を０°としたとき、±３０°以上の角度では、切り欠き部を有すること
を特徴とする鉄道車両。

【請求項8】

請求項５に記載の鉄道車両において、
前記枕梁は、
前記複数の放射状リブの一部と、前記長手方向リブとで囲まれた凹部の前記長手方向リブの付近に水抜き穴を有すること
を特徴とする鉄道車両。

【請求項9】

請求項８に記載の鉄道車両において、
前記円形リブの内、２つの前記空気ばね座面の中心を結んだ直線付近の円形リブは、放射状リブの幅より広く構成したこと
を特徴とする鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両の構造部材及び鉄道車両に関して、特に枕梁と台枠の間の空間を確保可能な鉄道車両の構造部材及びそれを備える鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、車両構体（以下、構体と記することもある）は、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の両端部に配置される側構体と、台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体と、側構体と妻構体の上部に配置される屋根構体とから構成される６面体の構造物である。

【0003】

台枠は、台枠の幅方向の両端部にその長手方向に沿って備えられる側梁と、側梁の長手方向の両端部同士を接続する端梁と、構体の長手方向端部から所定距離の位置に端梁に沿って備えられる枕梁と、端梁と枕梁とを構体に接続するための構体長手方向に沿って配置される中梁とを有する。

【0004】

枕梁の下面に構体上下方向に沿って備えられる中心ピンは、台車を構成する台車枠に接続される。車両の加速および減速の際、中心ピンを介して台車から枕梁に車両前後方向の荷重が伝達される。

【0005】

一方、鉄道車両の組立性向上の観点から、床下に取り付けられる配線やダクトの取り付けを容易化することが求められる。取り付けを容易化する上では、台車に枕梁を取り付けた状態で、台枠と枕梁の間に一定の空間を設けて構体に組み付けることが有効である。このような枕梁を搭載した台車構造として、特許文献１、２では、側梁とのみボルト締結する枕梁を備えた台車が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】欧州特許出願公開第2 500 231 号明細書

【特許文献2】欧州特許出願公開第 2 540 592 号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

鉄道車両の台枠構造において、台車から中心ピンを介して枕梁に伝達されるモーメント荷重により、枕梁には捩り変形が生じる。また、走行時の上下振動や車両・乗客の重さによって、台車から空気ばねを介して垂直荷重が伝達される。そのため、枕梁には曲げ変形が生じる。また、こうしたモーメント・垂直荷重に対し、過度の応力集中を避け、枕梁の強度を十分に確保することが必要となる。
特許文献１、２に記載の枕梁を備えた台車構造では、枕梁構造が、車両構体の幅方向に沿って一様な断面のリブと面板から構成されるため、枕梁の重量が増大し、枕梁と台枠との間の空間の大きさが制約される場合がある。

【0008】

本発明は、かかる従来技術の事情を鑑みてなされたものであり、その目的は車体の組立性向上に寄与するとともに軽量・高剛性かつ十分な強度を有する薄型の構造部材により枕梁を構成し、このような構造部材を備えた台枠構造で床面を構成する鉄道車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を解決する鉄道車両の一態様は、鉄道車両の枕梁が、垂直荷重入力部の中心から放射状に配置され、水平方向に配置された平板の面上に突起状の形状を有し、垂直荷重入力部の中心から離れるに従って緩やかに車両の長手方向もしくは幅方向に沿うように曲率が設けられた複数の放射状リブと、複数の放射状リブに重なるように垂直荷重入力座面の周辺に、断続的に配置された円形リブと、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明である構造部材およびそれを備えた台枠構造で床を構成する鉄道車両によれば、垂直荷重・モーメント荷重に対する構造部材の強度と剛性を維持しつつ軽量・薄型化できる。特に本発明を枕梁に適用した場合においては、強度と剛性を維持しつつ軽量・薄型化された結果、枕梁と台枠の間に所定の空間を確保し、車体組立性が向上した台枠構造および鉄道車両を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１に関する枕梁を備えた台枠構造で床面を構成する鉄道車両の側面図である。

【図2】実施例１に関する枕梁を備えた台枠構造で床面を構成する車両構体の下面側斜視図である。

【図3】実施例１に関する枕梁を備えた台枠と台車の位置関係を示す断面図である。

【図4】実施例１に関する枕梁上面の外観を示す図である。

【図5】実施例１に関する枕梁下面の外観を示す図である。

【図6】実施例２に関する枕梁下面の外観を示す図である。

【図7】実施例３に関する枕梁下面の外観を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

台枠と枕梁との間に一定の空間を設けた上で、側梁と中梁に枕梁をボルト締結した構体に関するものである。以下、実施例を、図面を参照して説明する。鉄道車両１００の進行方向あるいは長手方向（前後方向）をＸ方向、鉄道車両１００の幅方向（左右方向）をＹ方向、鉄道車両１００の高さ方向（上下方向）をＺ方向とする。以下、単に、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と記す場合がある。

【実施例0013】

図１は、実施例１の鉄道車両１００の側面図である。図２は、実施例１の車両構体１の下面側斜視図である。本実施例においては、枕梁９に、提案するリブ配置を適用した構造部材に特徴がある。図３は、図１のＡ－Ａ断面を示す図である。

【0014】

鉄道車両１００は構体１と構体１を搭載する台車２を備えている。

【0015】

構体１は、床面をなす台枠３と、台枠３の幅方向の両端部に配置される側構体４と、台枠の長手方向の両端部に配置される妻構体５と、側構体４と妻構体５の上部に配置される屋根構体６とから構成される六面体の構造物である。側構体４には、窓および乗客等が乗降に供する側引き戸等を備える。

【0016】

台枠３は、台枠３のｘ方向の両端部に備えられる端梁８と、台枠３のｙ方向の両端部に備えられる側梁７とを有する周縁部と、この周縁部を外縁とする床構体とからなる平面状の構造体である。台枠３は、台車２に支持される部位にｙ方向に沿って備えられる一対の枕梁９を有する。一方の端梁８と一方の枕梁９とは、ｘ方向に沿って備えられる一対の中梁１０によって接続される。

【0017】

台枠３は、側梁７と、端梁８と、枕梁９と、中梁１０とを備えている。側梁７は、台枠３の幅方向（Ｙ方向）の両端部に長手方向（Ｘ方向）に沿って備えられる。端梁８は、側梁７の長手方向（Ｘ方向）の両端部同士を接続する。枕梁９は、構体１の長手方向（Ｘ方向）端部から所定距離の位置に台枠３の幅方向（Ｙ方向）に沿って備えられる。中梁１０は、端梁８と枕梁９とを接続するように構体１の長手方向（Ｘ方向）に沿って配置される。枕梁９は、構体１の重量を支えつつ、鉄道車両１００を回転させる機能を担う。

【0018】

台車２は、枕梁９の下側に配置され、水平面内でＺ方向に沿う中心ピン１１周りに台枠３に対して旋回可能に備えられる。台車２は、台車枠１２と、台車枠１２に対して回転可能に保持される車軸の両端部に固定される車輪１３とを備えている。台車２は、Ｘ方向中央付近のＹ方向両側に設けられた空気ばね（緩衝部材）１４を介して台枠３を支持している。

【0019】

枕梁９の下面に構体１の上下方向に沿って備えられる中心ピン１１は、台車枠１２に接続される。車両の加速および減速の際、中心ピン１１を介して台車２から枕梁９に車両前後方向の荷重が伝達される。

【0020】

図３に示すように枕梁９は、台車２と台枠３の間に設置される。

【0021】

空間１５は、台枠３と枕梁９との間に設けられる空間である。この空間１５は、配管・ダクト・センサ類・防振材など、様々な部材や部品を配置するスペース１５ａやスペース１５ｂとして活用することが可能である。枕梁９の薄板化により、空間１５を拡げ、配管・ダクト・センサ類・防振材の設置を容易にすることが出来る。

【0022】

図４は、実施例１として示す枕梁９の上面を表とした斜視図、図５は実施例１として示す枕梁９の下面を表とした斜視図である。

【0023】

枕梁９の締結部１６は、側梁７および中梁１０を枕梁９に対してボルト等で固定する部分である。締結部１６は、構体１のＹ方向両端部および中央付近に位置しており、側梁７および中梁１０と、枕梁９とを固定する。枕梁９の空気ばね座面１７（図５参照）は、垂直荷重入力部として、台車２の空気ばね１４の上側に荷重を伝える。

【0024】

枕梁９の中央の穴部１８において、枕梁９は中心ピン１１と接続される。鉄道車両の加減速等により、中心ピン１１からY方向周りモーメント荷重が中央の穴部周辺に入力される。枕梁９においては、このようなモーメント荷重に対し剛性を確保することが求められる。

【0025】

枕梁９は、空気ばね支持穴１９が二か所設けられており、各空気ばね支持穴１９の周辺の空気ばね座面１７（垂直荷重入力部）において、枕梁９は空気ばね１４より伝達される垂直荷重を受ける。空気ばね支持穴１９は垂直荷重入力部の中心に位置する。枕梁９においては、このような垂直荷重に対し強度および剛性を確保することが求められる。また、枕梁９は側梁７および中梁１０とボルト等を介し締結するために、多数のボルト穴が設けられている。

【0026】

図４に示す通り、枕梁９の上面に空気ばね支持穴１９から放射状リブ２０を配置している。放射状リブ２０は、空気バネ１４を支持する垂直荷重入力部（空気ばね座面）１７の中心に位置する空気バネ支持穴１９から離れるに従ってX方向もしくはY方向に徐々に沿うように放射状リブ２０に曲率を設けられている。つまり、各放射状リブ２０は、空気バネ支持穴１９から枕梁９の端部である各辺に向けて放射状に設けられ、枕梁９の端部である各辺と交わる位置において、各辺に対し垂直に交わるような曲線を構成する。

【0027】

枕梁９は、枕梁９のｙ方向の両端部にｘ方向に沿って備えられ側梁７に当接する側梁当接部７ａと、枕梁９のｙ方向の中央部にｘ方向に沿って備えられ中梁１０に当接する中梁当接部１０ａと、側梁当接部７ａと中梁当接部１０ａとの間に備えられる空気ばね当接部と、を有する。

【0028】

枕梁９において、台車の空気ばねが当接する一対の空気ばね当接部は、中梁当接部１０ａを挟み対称形状を有する。空気ばね当接部は、その略中央部に、台車２が備える空気ばね１４の中心部に対応する空気ばね中心部１９を有する。

【0029】

枕梁９は、中梁当接部１０ａと垂直荷重入力部（空気ばね座面）１７との略中心位置に、ｘ方向に延びるｘ方向リブ（長手方向リブ）２３を有する。つまり、枕梁９は、鉄道車両１００の幅方向（ｙ方向）の中心部に設けられた中梁当接部１０ａと、緩衝部材である空気ばね１４が当接する垂直荷重入力部１７との間において、ｘ方向に延びるｘ方向リブとを有する。

【0030】

こうした放射状リブ２０の配置により、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺の応力の緩和および曲げ剛性の確保、ねじりモーメンに対するねじり剛性の確保が、板厚や重量の増加を抑制しつつ実現される。

【0031】

また、枕梁９の上面の空気ばね支持穴１９周辺において、放射状リブ２０のさらに上部で、放射状リブ２０に重なるように円形リブ２１が設けられる。円形リブ２１は、放射状リブ２０の高さが不連続な断続的な形状となる。空気ばね支持穴１９の周辺において、放射状リブ２０と同様の形状であり、周辺部の放射状リブ２０の高さを、空気ばね支持穴１９付近において増加させる。断続的な円形リブ２１の高さは、放射状リブ２０単独の高さの２倍程度とする。

【0032】

また、断続的な円形リブ２１は、外径が空気ばね座面１７の外形より大きくなる（外径が空気ばね座面１７の外形の２倍以下）ように配置され、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺および空気ばね座面周辺の応力を緩和する。

【0033】

枕梁９は、２つの空気ばね支持穴１９を結ぶ直線付近で応力が高くなるため、断続的な円形リブは２１ａの部分で、放射状リブ２０の幅より大きく構成する。

【0034】

放射状リブ２０と断続的な円形リブ２１の配置に加え、ｘ方向リブ２３により、枕梁９は、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺の応力の緩和および曲げ剛性の確保、ねじりモーメンに対するねじり剛性を確保することができる。そのため、放射状リブ２０や円形リブは２１の幅や厚さ（ｚ方向）を抑制することができることの他、中梁当接部１０ａ付近である領域２５にｘ方向縁リブ(長手方向縁リブ)２６を設ける必要がなく、板厚や重量増加を抑止できる。つまり、ｘ方向縁リブ２６は、中梁当接部１０ａ付近において、枕梁９の幅方向（ｙ方向）の中心部付近に切り欠き部２５を有する。

【0035】

また、枕梁９においては、放射状リブ２０または断続的な円形リブ２１の凹部などに溜まる水を水抜き穴２２から排水することが必要となる。空気ばね座面１７に水抜き穴２２を設けることは困難であるため、断続的な円形リブ２１のリブ間の隙間を流路として空気ばね座面１７より外側に設けた水抜き穴２２へと水を流し、排水する。特に、放射状リブ２０の一部とｘ方向リブ（長手方向リブ）２３とで囲まれた凹部は、排水ができないため、水抜き穴２２を設ける。

【実施例0036】

図６に実施例２として示す枕梁９は、枕梁９の外観に示すように、実施例１の枕梁構造に、断続的な円形リブ２１に切り欠き部２４を設けた形状である。実施例１の枕梁構造により、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺の応力、ねじりモーメントの解析を行ったところ、２つの空気ばね支持穴１９を結ぶ直線付近で応力が高くなり、空気ばね支持穴１９からｘ方向に一定距離離れると、応力、ねじりモーメントが小さくなる分析結果が得られた。その結果、放射状リブ２２のみで、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺の応力の緩和および曲げ剛性の確保、ねじりモーメンに対するねじり剛性の確保が図れるため、板厚や重量増加を抑止するため、断続的な円形リブ２１に切り欠き部２４を設けている。

【0037】

図６に示す、切り欠き部２４は、枕梁９全体の剛性や強度に対する影響の小さい箇所に設けられる。具体的には、切り欠き部２４は、２つの空気ばね座面の中心（空気ばね支持穴１９の中心に対応）を原点とし、原点から中心ピン１１の中心に向かう方向を０°としたとき、断続的に配置された円形リブとの角度θが±３０°以上の角度範囲にわたり配置される。図６では、θが±３０°以上の放射状リブ２０に切り欠き部２４が設けられていないが、理論上は、θが±３０°以上の放射状リブ２０では切り欠き部２４を設けることができ、枕梁９の一層の軽量化を図ることができる。

【0038】

こうした断続的な円形リブ２１の形状により、垂直荷重に対する空気ばね支持穴１９周辺の応力の緩和および曲げ剛性の確保、ねじりモーメンに対するねじり剛性の確保が、板厚や重量の増加を抑制しつつ実現される。