JP5977510B2 - 鉄道車両用窓部構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用窓部構造であって、詳しくは、外板と一体的に形成された窓フレーム部を有する窓部構造に関する。

図４、図５、及び図６を参照して、従来の鉄道車両用窓部構造について説明する。従来の鉄道車両における窓部構造として、鉄道車両の側構体に窓フレームがレーザ溶接で取り付けられるもの（特許文献１）が知られている。図４に、従来の鉄道車両用窓部構造を備える鉄道車両を外部から車両幅方向に見た様子を示す。同図において矢印Ｄｖは鉄道車両Ｖの高さ方向（以降、「車両高方向Ｄｖ」）を示し、矢印Ｄｌは鉄道車両Ｖの長手方向（以降、「車両長手方向Ｄｌ」）を示し、矢印Ｄｗは車両高方向Ｄｖ及び車両長手方向Ｄｌに対して垂直な鉄道車両Ｖの幅方向（以降、「車両幅方向Ｄｗ」）を示している。

従来の鉄道車両用窓部構造においては、鉄道車両Ｖの側構体（含む側外板Ｐｅｃ）に、車両長手方向Ｄｌ方向及び車両高方向Ｄｖ方向のそれぞれに所定の長さにわたって矩形状の開口部Ｈｗ（以降、「窓穴部Ｈｗ」）が形成されている。同図においては、外板Ｐｅｃの外面に、外板Ｐｅｃとは別体の窓枠Ｆｗがビス止め等の機械的接合手段（不図示）で取り付けられているように見える。実際は、窓枠Ｆｗは、外板Ｐｅｃに穿たれた窓穴部Ｈｗを規定する外板Ｐｅｃの端部と所定の隙間を有して窓穴部Ｈｗ内に位置決めされた状態で、レーザ溶接により側構体（外板Ｐｅｃ、横骨Ｆｍｈ、及び縦骨Ｆｍｖ）に接合されている。

図５に、鉄道車両用窓部構造Ｃｗを図４において矩形Ｓｃで切り取ったコーナー部Ｃｗｃ（以降、「窓部構造コーナー部Ｃｗｃ」）を左斜め上方及び車両の外部から内部に向かって見た状態を示す。図６に図５の窓部構造コーナー部Ｃｗｃを３つの異なる方向から見た端面を示す。具体的には、図６（ａ）、図６（ｂ）、及び図６（ｃ）は、図５において、矢印Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれの方向に見た鉄道車両用窓部構造を示す。

窓枠Ｆｗは、フレーム本体Ｗｆと、第１のリップＬｏ及び第２のリップＬｉとから一体的に成形されている。フレーム本体Ｗｆは帯状部材がその厚み方向に折り曲げられて外形が窓穴部Ｈｗの輪郭に概ね沿うと共により小さく形成されている。なお、フレーム本体Ｗｆの角の輪郭形状は、図４に示すように所定の曲率半径Ｒで規定される円弧状に形成されている。第１のリップＬｏは、フレーム本体Ｗｆの帯状部材の両端部の一方から垂直方向に第１の所定の長さＨｌｏだけ外側に向かって帯状に延在している。第２のリップＬｉは、フレーム本体Ｗｆの帯状部材の他端部から好ましくは垂直方向に第２の所定の長さＨｌｉ（Ｈｌｉ＜Ｈｌｏ）だけ帯状に延在している。つまり、第１のリップＬｏと第２のリップＬｉとは、フレーム本体Ｗｆの両端部から外側に向かって互いに平行に延在している。

なお、第１のリップＬｏ及び第２のリップＬｉの互いに対向する面をそれぞれの内面と呼び、内面の反対側の面をそれぞれの外面と呼ぶ。第１のリップＬｏ及び第２のリップＬｉそれぞれの内面に連続するフレーム本体Ｗｆの面をフレーム本体Ｗｆの内面と呼び、第１のリップＬｏ及び第２のリップＬｉそれぞれの外面に連続するフレーム本体Ｗｆの面をフレーム本体Ｗｆの外面と呼ぶ。

上述のように形成された窓枠Ｆｗは、第１のリップＬｏの内面が外板Ｐｅｃの外面に当接した状態で、車両の内部側から外板Ｐｅｃの内面に照射されるレーザビームＷｌｐによって外板Ｐｅｃに溶接されている。これは、レーザビームによる溶接では、実用上、被溶接材は２枚重ねが限界であると共に、美観上、第１のリップＬｏの表面にレーザビームによる溶接痕が形成されるのを防止するためである。

なお、外板Ｐｅｃの窓穴部Ｈｗ側端面と窓枠Ｆｗの内面とは、車両長手方向Ｄｌ方向及び車両高方向Ｄｖ方向にそれぞれ所定の間隔Ｇｗｈ（以降、「横間隔Ｇｗｈ」）及びＧｗｖ（以降、「縦間隔Ｇｗｖ」）を有している。横間隔Ｇｗｈおよび縦間隔Ｇｗｖは、主にフレーム本体Ｗｆの外面輪郭形状と窓穴部Ｈｗの輪郭形状との関係と、第１のリップＬｏと外板ＰｅｃのレーザビームＷｌｐとの施工位置や窓枠Ｆｗを窓穴部Ｈｗに取り付ける作業性で適宜決まる寸法である。

つまり、第１のリップＬｏの内面は車両長手方向Ｄｌに所定距離Ｈｐｆｖ（以降、「リップ／縦骨重複距離Ｈｐｆｖ」）だけ重なり、車両高方向Ｄｖ方向に所定距離Ｈｐｆｈ（以降、「リップ／横骨重複距離Ｈｐｆｈ」）だけ重なった状態で、レーザビームＷｌｐによって外板Ｐｅｃに接合されている。この意味において、第１のリップＬｏは窓枠Ｆｗを外板Ｐｅｃに接合させるためのフランジとしての機能を有している。一方、第２のリップＬｉは、窓枠Ｆｗの構造強度部材としての機能を有している。

外板Ｐｅｃは、いわゆるＺ字状の断面を有する縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈの平坦部と、それぞれ所定の長さＨｖｐ（以降、「外板／縦骨重複距離Ｈｖｐ」）及びＨｈｐ（以降、「外板／横骨重複距離Ｈｈｐ」）だけ重なりあって、レーザビームＷｖｐ及びレーザビームＷｈｐによって接合されている。なお、外板Ｐｅｃと第１のリップＬｏとの接合の場合と同様に、レーザ溶接による制約及び美観上の理由により、外板Ｐｅｃは縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈのそれぞれの平坦部の外面に当接した状態で、車両の内部側から縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈの平坦部の内面に照射されるレーザビームＷｖｐ及びＷｈｐによって縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈに接合されている（図５、図６）。

このように、窓枠Ｆｗはそのフランジ部である第１のリップＬｏが外板Ｐｅｃに接合され、外板Ｐｅｃは縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈに接合されている。つまり、窓枠Ｆｗは、構造強度部材である縦骨Ｆｍｖや横骨Ｆｍｈに直接接合されるのではなく、これらの骨材によって支えられる低構造強度の外板Ｐｅｃに接合されている。

特開２００６―３４１３００号公報

上述のように、窓枠Ｆｗは、外板Ｐｅｃを介して縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈに間接的に接合されている。外板Ｐｅｃの第１のリップＬｏとの接合部と外板Ｐｅｃの縦骨Ｆｍｖとの接合部の間（Ｉｗｌｖ）を縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖと呼び、外板Ｐｅｃの第１のリップＬｏとの接合部と外板Ｐｅｃの横骨Ｆｍｈとの接合部の間（Ｉｗｌｈ）の部分を横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈと呼び、縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖと横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈを間接接合部Ｐｉｗｌと呼ぶ。窓枠Ｆｗが変形した場合に生じる応力が、外板Ｐｅｃの間接接合部Ｐｉｗｌに影響する。

そのために、窓枠Ｆｗの取り付け時及び取り付け後に、外板Ｐｅｃの間接接合部Ｐｉｗｌに生じる変形が、窓枠Ｆｗの取り付け精度の狂いや耐久性劣化の原因となるのを防止するために、製造工程で品質管理が行われている。この品質管理が不十分であれば、最悪の事態においては、レーザビームＷｌｐによる溶接部が損傷を受けて、第１のリップＬｏが外板Ｐｅｃから離脱したり、離脱部で外板Ｐｅｃに穴が開いたりすることが有り得る。

窓枠Ｆｗの変形による応力は、レーザビームＷｖｐ及びレーザビームＷｈｐのそれぞれによる接合部に働く。この力は、レーザビームＷｌｐとレーザビームＷｈｐとの間隔Ｉｗｌｈ或いは、レーザビームＷｌｐとレーザビームＷｖｐとの間隔Ｉｗｌｖが大きいほど大きなモーメントになり、外板Ｐｅｃの変形を引き起こす要因となる。さらに、レーザビームＷｌｐ、レーザビームＷｖｐ、及びレーザビームＷｈｐによる接合部に直接或いは間接的に掛かる窓枠Ｆｗの変形による応力により、外板Ｐｅｃの窓穴部Ｈｗの周辺部の強度低下を招く。

また、外板Ｐｅｃの上に、窓枠Ｆｗ（第１のリップＬｏ）を重ねて、レーザビームＷｌｐで溶接するために、第１のリップＬｏと外板Ｐｅｃとが重ね合わされた隙間に外部から水や埃などの異物が侵入する。この隙間に侵入した異物は、隙間から滲み出したり、冬期には凍結して外板Ｐｅｃの変形を引き起こしたりして、車両の美観を損なう原因となり得る。さらに、異物が車両内部に侵入しないように、レーザビームＷｌｐによる溶接の品質管理、及び溶接部の近傍にシーリング材などによる防水／防塵処理が施されている。

上述のように、従来の鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおいては、外板Ｐｅｃに設けられた窓穴部Ｈｗに窓枠Ｆｗが位置決めされてレーザビームＷｌｐにて外板Ｐｅｃに接合され、また外板ＰｅｃはレーザビームＷｖｐ及びＷｈｐによって縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈに接合されている。結果、第１のリップＬｏの接合部には防水／防塵処理が施されて、間接接合部Ｐｉｗｌの変形を防止するための品質管理が実行されている。このような、位置決め、防水／防塵処理、及び品質管理に要する工数及び部材は、窓部構造の製造コストを引き上げる要因になっている。

よって、上述の問題に鑑みて、本発明は、美観及び強度を損なうこと無く、部材数及び加工工数を低減して、均一な品質で安定的に接合された鉄道車両用窓部構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する為に、本発明は、鉄道車両の側構体に窓が設けられる鉄道車両用
窓部構造であって、
前記窓を規定する開口孔が設けられた、鉄道車両の側構体の上端から下端にわたって延
在する外板と、
前記開口孔の縁部より、前記縁部の全周にわたって、前記外板に対して垂直且つ内面方
向に延在し、前記外板と一体的に形成された帯状の窓枠とを備え、
前記窓枠はその全周にわたって接合部が無く、前記窓枠と前記外板との間に接合部が無いことを特徴とする。

本発明は、美観及び強度を損なうこと無く、部材数及び加工工数を低減して、均一な品質で安定的に接合された鉄道車両用窓部構造を実現できる。

本発明の実施の形態にかかる鉄道車両用窓部構造を備える鉄道車両の部分側面図である。 図１に示す鉄道車両用窓部構造のコーナー部の拡大斜視図である。 図２において、鉄道車両用窓部構造のコーナー部を３つの異なる方向から見た端面を示す正面図である。 従来の鉄道車両用窓部構造を備える鉄道車両の部分側面図である。 図４に示す鉄道車両用窓部構造のコーナー部の拡大斜視図である。 図５において、鉄道車両用窓部構造のコーナー部を３つの異なる方向から見た端面を示す正面図である。

本発明の実施の形態について詳述する前に、本発明に係る鉄道車両用窓部構造の技術特徴について簡単に述べる。本発明においては、図４、図５、及び図６を参照して説明した従来の鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおける、別体であった窓枠Ｆｗを外板Ｐｅと一体的に形成している。これにより、窓穴部Ｈｗと窓穴部Ｈｗにおける窓枠Ｆｗの位置決め、横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈ、縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖ、及び第１のリップＬｏと外板Ｐｅｃとの接合部を不要としている。結果、部品点数（窓枠Ｆｗ）、窓枠Ｆｗの位置決め工数、横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈに起因する品質管理及び強度対策コスト、縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖに起因する品質管理及び強度対策コスト、及び第１のリップＬｏと外板Ｐｅｃとの接合部での防水／防塵コストを削減している。

図１、図２、及び図３を参照して、本発明の実施の形態に係る鉄道車両用窓部構造Ｃについて説明する。図１に鉄道車両用窓部構造Ｃを備える鉄道車両を外部から車両幅方向Ｄｗに見た様子を示す。図２に、図１において、矩形Ｓで示す鉄道用車両用窓部構造Ｃのコーナー部Ｃｃを左斜め上方及び車両の外部から内部に向かって見た状態を示す。図３に、図２において、コーナー部Ｃｃを、矢印Ａ、Ｂ、及びＣのそれぞれの方向から見た様子を示す。

先ず、図１に示すように、鉄道車両用窓部構造Ｃの外板Ｐｅは、図４に示した鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおける窓穴部Ｈｗが形成されていない。そして、外板Ｐｅには、従来の鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおいては別体であった窓枠Ｆｗが、外板Ｐｅと一体的に形成されている。本実施の形態においては、窓枠と外板Ｐｅとは同一の板材からプレス成形により形成される。外板Ｐｅに窓枠が一体的に形成されることによって、鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおいて必要な窓枠Ｆｗの窓穴部Ｈｗにおける位置決め、横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈ、縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖ、及び第１のリップＬｏと外板Ｐｅｃとの接合部を無くしている。これについては、図２及び図３を参照して、以下に詳述する。

図２に示すように、鉄道車両用窓部構造Ｃにおいては、鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおける窓枠Ｆｗの第１のリップＬｏに相当する部分が外板Ｐｅと一体的に形成されると共に第２のリップＬｉが廃止されている。つまり、鉄道車両用窓部構造Ｃにおいては、外板Ｐｅから、窓枠を構成するフレーム本体Ｗｆが直接車両幅方向Ｄｗ（外板Ｐｅに対して直角）に延在して、窓Ｗが形成されている。フレーム本体Ｗｆと外板Ｐｅとの境界Ｂｗｐが、窓Ｗの輪郭（縁部）を形成する。つまり、境界Ｂｗｐから外板Ｐｅに対して垂直に、車両内部に延在するフレーム本体Ｗｆによって窓Ｗの開口（必要に応じて、「開口Ｗ」）が規定される。

さらに、外板Ｐｅの内面に当接するように、横骨Ｆｍｈ及び縦骨Ｆｍｖが配置されている。横骨Ｆｍｈは、少なくとも窓Ｗの上下に、車両長手方向Ｄｌに平行な第１の方向に延在して配される。縦骨Ｆｍｖは、少なくとも窓Ｗの両側に、上記第１の方向に概ね垂直な第２の方向に連続して配される（図３）。図２に示すように、横骨Ｆｍｈの平坦部の外面は、車両高方向Ｄｖ方向に所定距離Ｈｈｆだけ重なった状態で外板Ｐｅの内面に当接する。縦骨Ｆｍｖの平坦部の外面は、車両長手方向Ｄｌ方向に所定距離Ｈｖｆだけ重なった状態で外板Ｐｅの内面に当接する。

上述のように形成された外板Ｐｅは、外板Ｐｅの内面が縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈのそれぞれの平坦部の外面に当接した状態で、車両の内部から（図２においてＢ方向に）縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈの平坦部の内面に対して照射されるレーザビームＷｖｆ及びＷｈｆによって縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈに接合されている（図２、図３）。縦骨Ｆｍｖとフレーム本体Ｗｆとは車両長手方向Ｄｌ方向に所定の間隔Ｇｖ（以降、「縦間隔Ｇｖ」）だけ離間し、横骨Ｆｍｈとフレーム本体Ｗｆとは車両高方向Ｄｖ方向に所定の間隔Ｇｈ（以降、「横間隔Ｇｈ」）だけ離間している。

縦間隔Ｇｖ及び横間隔Ｇｈは、主にフレーム本体Ｗｆの外面輪郭形状（境界Ｂｗｐにより規定される開口Ｗ）と縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈとの関係と、外板Ｐｅの車両側構体における施工位置と、レーザビームＷｖｆ及びＷｈｆの照射の作業性で適宜決まる寸法である。とりわけ、縦間隔Ｇｖ及び横間隔Ｇｈはそれぞれ、外板Ｐｅと縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈとの位置合わせ誤差を吸収するように決められることが望ましい。

言わば、本発明においては、図５に示した従来の鉄道車両用窓部構造ＣｗにおけるレーザビームＷｌｐが、レーザビームＷｖｐ及びレーザビームＷｈｐに吸収されて、レーザビームＷｖｆ及びレーザビームＷｈｆに置き換えられていると言える。言い換えれば、鉄道車両用窓部構造ＣｗにおけるレーザビームＷｌｐとレーザビームＷｖｐとの離間距離Ｉｗｌｖと、レーザビームＷｌｐとレーザビームＷｈｐとの離間距離Ｉｗｌｈをゼロにすることにより、縦骨間接接合部Ｐｉｗｌｖ及び横骨間接接合部Ｐｉｗｌｈを無くしている。

上述の構成の結果、鉄道車両用窓部構造Ｃにおいては、鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおけるフランジ（第１のリップＬｏ）を廃止することにより、フレーム本体Ｗｆを構造強度材である縦骨Ｆｍｖ及び横骨Ｆｍｈの近傍に配している。つまり、レーザビーム（Ｗｖｆ及びＷｈｆ）による接合部とフレーム本体Ｗｆとの離間距離は、鉄道車両用窓部構造Ｃｗの場合と比べて離間距離Ｉｗｌｖ及びＩｗｌｈだけ短い。

フレーム本体Ｗｆが変形した場合は応力が生じ、レーザビームＷｖｆ及びレーザビームＷｈｆのそれぞれによる接合部に対してその応力が働く。しかしながら、レーザビーム（Ｗｖｆ及びＷｈｆ）による接合部とフレーム本体Ｗｆとの離間距離が鉄道車両用窓部構造Ｃｗに比して短い分、鉄道車両用窓部構造Ｃｗの場合と比べてその応力のモーメントは小さい。

そのため外板Ｐｅの変形が抑制されると共に、鉄道車両用窓部構造Ｃの構造強度が鉄道車両用窓部構造Ｃｗと比べて向上する。この意味において、鉄道車両用窓部構造Ｃにおいては、窓枠Ｆｗの構造強度部材（第２のリップＬｉ）が廃止されている。

さらに本発明においては、従来の鉄道車両用窓部構造ＣｗにおけるレーザビームＷｌｐとレーザビームＷｖｐとレーザビームＷｈｐとが、レーザビームＷｖｆ及びレーザビームＷｈｆに置き換えられていると言える。つまり、鉄道車両用窓部構造Ｃの製造工程におけるレーザ溶接の回数及び箇所が低減されるため、加工工数が削減されると共に、車両側構体における熱歪み量が低下する。外板Ｐｅへの熱影響を少なくできるため、外板Ｐｅの歪みが少なくなり、鉄道車両用窓部構造Ｃの品質が向上する。

さらに本発明においては、従来の鉄道車両用窓部構造Ｃｗにおける窓枠Ｆｗを外板Ｐｅと一体的に形成している。これにより、部品点数が削減される上に、一括で取扱うことができる。さらに、窓Ｗ周り、特に窓Ｗのコーナー部Ｃｃへの補強とその施工及び防水／防塵処理が不要になり、加工工数及びコストが削減される。

本発明は、鉄道車両の窓部構造に利用できる。

Ｖ 鉄道車両
Ｗ 窓
Ｃ、Ｃｗ 鉄道車両用窓部構造
Ｃｃ コーナー部
Ｐｅ、Ｐｅｃ 外板
Ｆｗ 窓枠
Ｗｆ フレーム本体
Ｂｗｐ 境界
Ｆｍｈ 横骨
Ｆｍｖ 縦骨
Ｗｖｆ、Ｗｈｆ レーザビーム
Ｇｖ 縦間隔
Ｇｈ 横間隔
Ｃｗｃ 窓部構造コーナー部
Ｈｗ 窓穴部
Ｌｏ 第１のリップ
Ｌｉ 第２のリップ
Ｇｗｖ 縦間隔
Ｇｗｈ 横間隔
Ｗｌｐ、Ｗｖｐ、Ｗｈｐ レーザビーム
Ｐｉｗｌｖ 縦骨間接接合部
Ｐｉｗｌｈ 横骨間接接合部
Ｄｌ 車両長手方向
Ｄｖ 車両高方向
Ｄｗ 車両幅方向

Claims (3)

1. 鉄道車両の側構体に窓が設けられる鉄道車両用窓部構造であって、
   前記窓を規定する開口孔が設けられた、鉄道車両の側構体の上端から下端にわたって延在する外板と、
   前記開口孔の縁部より、前記縁部の全周にわたって、前記外板に対して垂直且つ内面方向に延在し、前記外板と一体的に形成された帯状の窓枠とを備え、
   前記窓枠はその全周にわたって接合部が無く、前記窓枠と前記外板との間に接合部が無いことを特徴とする、鉄道車両用窓部構造。
2. 前記側構体は、
   前記窓の上下に、前記鉄道車両の長手方向に平行な第１の方向に延在して配され、前記外板の内面に溶接接合されている第１の骨と、
   前記窓の両側に、第１の方向に概ね垂直な第２の方向に連続して配され、前記外板の内面に溶接接合されている第２の骨とを含み、
   前記窓枠と前記第１の骨及び前記第２の骨とはそれぞれ第１の所定の間隔及び第２の所定の間隔だけ離間していることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両用窓部構造。
3. 前記第１の所定の間隔及び前記第２の所定の間隔は、それぞれ、前記外板と前記第１の骨及び前記第２の骨との位置合わせ誤差を吸収するように決められることを特徴とする、請求項２に記載の鉄道車両用窓部構造。