JP2007137350A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両において、簡素な構成で、衝突時のエネルギ吸収性能が格段に優れたものとすること。
【解決手段】鉄道車両は、車両端部に衝突時のエネルギを吸収するクラッシャブル構造体３０を有する。クラッシャブル構造体３０は梁構造体４０と通路床構造体５０とを備える。通路床構造体５０は、往来通路の床面となる１つの通路床材５１と、この通路床材５１の下面に設置された一対の補強材５２とを備える。通路床材５１は、中空の断面を有する中空部材で構成され、その押出し方向を車体の長手方向に向けて設置されている。一対の補強材５２は、通路床材５１の下側に設置された連結器５４の可動を許容する空間５４を車体幅方向中央に有して設置されるとともに、車端側に細くなるように三角形状に形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、鉄道車両に係り、特に、塑性変形することによりエネルギを吸収する構造を備えた鉄道車両に好適なものである。

鉄道車両では、運行中に予期しない衝突（例えば、他の鉄道車両や障害物などとの衝突）が生じることがある。このような予期せぬ衝突に対して鉄道車両に搭乗している乗員・乗客を保護するために、車両の端部に衝撃時のエネルギを吸収する領域（即ち、クラッシャブルゾーン）を備えることが知られている。

ここで、クラッシャブルゾーンにおいて衝突時のエネルギを吸収する技術は、クラッシャブルゾーンを構成する構造を塑性変形させることが多く行われている。この一例として、Proc. Instrn. Mech. Engrs. Vol.207 p1-16「Development of crashworthiness for railway vehicle structures」著者：A. Scholes & J. H. Lewis（非特許文献１）を挙げることができる。

この非特許文献１には、車両端部のクラッシャブルゾーンの構造が図示されている。隣接する車両間を往来するための貫通路に隣接したクラッシャブルゾーンは、梁部材とエネルギ吸収部材とにより構成されている。ここで、エネルギ吸収材とは、塑性変形することにより衝突時のエネルギを吸収する部材の総称であり、この非特許文献１では、障害物と最初に接触する部位にエネルギ吸収材が配置されている。

また、クラッシャブルゾーンにおいて衝突時のエネルギを吸収する技術として、特開２００４−１６８２１８号公報（特許文献１）を挙げることができる。この特許文献１には、鉄道車両に関して、車両端部に衝突時のエネルギを吸収する部材を付与し、衝突によりエネルギが作用すると、エネルギを吸収する部材が塑性変形してエネルギを吸収するクラッシャブルゾーンを設けることが開示されている。即ち、このクラッシャブルゾーンには、通常運用時に荷重は実質上ほとんど作用しないが、衝突時には荷重が作用して当該構造体が塑性変形することによりエネルギを吸収するエネルギ吸収構造体が備えられている。

さらに、クラッシャブルゾーンにおいて衝突時のエネルギを吸収する技術として、特開２００４−２６８６９４号公報（特許文献２）を挙げることができる。この特許文献２には、軌条車両（鉄道車両）に関して、車両先頭部の運転室に衝突時のエネルギを吸収する部材で構成された緩衝床を備えることが開示されている。

特開２００４−１６８２１８号公報 特開２００４−２６８６９４号公報 Proc. Instrn. Mech. Engrs. Vol.207 p1-16「Development of crashworthiness for railway vehicle structures」著者：A. Scholes & J. H. Lewis

しかし、非特許文献１では、隣接する車両間を往来するための貫通路に隣接したクラッシャブルゾーンの通路の床は梁部材により構成されており、衝突時における十分なエネルギ吸収量は期待できない。

また、特許文献１及び特許文献２では、隣接する車両間を往来するための貫通路に隣接したクラッシャブルゾーンの通路の床を衝突時のエネルギ吸収構造とすることは開示されていない。

なお、クラッシャブルゾーンを設置する車両端部は、隣接する車両との電気的及び機械的な結合が必要であり、クラッシャブルゾーンの通路の床の下側には、電気配線や連結器が配置されるので、これらの配置に支障がないようにエネルギ吸収構造体を設けることが必要である。

本発明の目的は、簡素な構成で、衝突時のエネルギ吸収性能が格段に優れたクラッシャブルゾーンを備えた鉄道車両を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、車両端部に衝突時のエネルギを吸収するクラッシャブル構造体を有する鉄道車両であって、前記クラッシャブル構造体は梁構造体と通路床構造体とを備え、前記梁構造体は、縦梁材と横梁材とを組み合わせて構成され、隣接する車両への往来通路となる中央空間を形成しており、前記通路床構造体は、前記中央空間の下面に配置されて往来通路の床面となる１つの通路床材と、この１つの通路床材の下面に設置された一対の補強材とを備え、前記通路床材は、中空部材で構成され、その押出し方向を車体の長手方向に向けて設置されており、前記一対の補強材は、前記通路床材の下側に設置された連結器の可動を許容するように当該連結器を収納した空間を車体幅方向中央に有して設置されるとともに、車端側に細くなるように三角形状に形成されている構成にしたものである。

係る本発明におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）通路床材は、二枚の実質的に平行な面板とこれらの面板間を接続する複数のリブとからなる中空部材で構成され、前記リブ及び前記面板とにより囲まれる空間の幅方向断面形状が三角形状を呈していること。
（２）前記通路床構造体は車体長手方向の両端部でのみ前記梁構造体に結合されていること。
（３）前記通路床材は、前記梁構造体の車体長手方向に延びる一対の横梁材の間に隙間を有して配置され、車体長手方向の車端側では当該通路床材の両側面のみが取付け部材を介して結合されるとともに、反車端側では当該通路床材の端面全幅にわたって前記梁構造体に結合されていること。
（４）前記通路床材は車端側から反車端側広くなる平面形状及び断面形状を有すること。
（５）前記通路床材を構成する面板は多数の穴が平面上に散在して設けられていること。
（６）前記通路床材は、二枚の実質的に平行な面板と、これらの面板に実質的に直交する複数のリブとから構成されていること。

本発明によれば、簡素な構成で、衝突時のエネルギ吸収性能が格段に優れたクラッシャブルゾーンを備えた鉄道車両を実現できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明は、それぞれの実施形態を適宜に組み合わせることによりさらに効果的なものとすることを含むものであり、上述した実施形態に開示した形態に限られるものではなく、公知技術などに基づく変更を許容するものである。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の鉄道車両を図１から図５を用いて説明する。

まず、本実施形態の鉄道車両の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の鉄道車両の斜視図である。

鉄道車両構体１は、屋根を形成する屋根構体２、車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体３、車体長手方向に対して左右の面を形成する側構体４、及び床面を形成する台枠５から構成されている。側構体４の最下部かつ台枠５の両端には、側梁６が設けられている。また、妻構体３には隣接する車両間を往来するための出入口となる貫通路３ａが設けられ、側構体４には窓４ａが設けられている。

このような基本構造を持つ鉄道車両構体１は、衝突時に乗員・乗客を保護するサバイバルゾーン１０と、衝突時に生じるエネルギを吸収するクラッシャブル構造体３０（図２から図５参照）を有するクラッシャブルゾーン１１と、の二つの領域に区分される。サバイバルゾーン１０は車両の長手方向の中央に設置されている。クラッシャブルゾーン１１は、車両の長手方向の両端部に存在し、あたかもサバイバルゾーン１０を挟み込むように配置されている。本実施形態のクラッシャブルゾーン１１は、運転台を有さず、通常運用中には他の車両と連結する車両端部に形成される領域である。

次に、図２から図５を参照しながら、クラッシャブルゾーン１１におけるクラッシャブル構造体３０に関して説明する。図２は本実施形態のクラッシャブル構造体３０を車両端面側から見た斜視図、図３は図２の通路床構造体５０を構成する通路床材５１の一部拡大断面図、図４は図２のクラッシャブル構造体３０の側面図、図５は図２のクラッシャブル構造体３０を車両端部側から見た図である。

クラッシャブル構造体３０は、梁構造体４０と通路床構造体５０とを備えて構成される。図示していないが、クラッシャブル構造体３０は衝突時にエネルギを吸収するためのエネルギ吸収構造体をさらに別に配置してもよい。その場合、そのエネルギ吸収構造体は、一対の補強材５２の両側のデッドスペースに位置して設置されることがのぞましい。

梁構造体４０は、クラッシャブルゾーン１１における全体の静的な強度を主に確保するためのものであり、サバイバルゾーン１０に固定され、クラッシャブルゾーン１１に配置された機器、連結器などの通常運用に必要な装置や通路床構造体５０や通行する乗客・乗員などの荷重を支持する構造体である。この梁構造体４０は、縦梁材４１と横梁材４２とを格子状に組み合わせて構成され、梁構造体４０の車体幅方向の中央部に、隣接する車両への貫通路３ａ及びサバイバルゾーン１０への貫通路３ａ’に通ずる中央空間４３を形成している。

通路床構造体５０は、図２、図４および図５に示すように、１つの通路床材５１と一対の補強材５２と取付け部材５３とを備え、衝突時に生じるエネルギを効果的に吸収するように構成されている。

通路床材５１は、図３に示すように、二枚の実質的に平行な面板５１ａ、５１ｂと、面板５１ａ、５１ｂ間を接続する複数のリブ５１ｃとからなる中空の断面を有する中空部材（図示例では中空押出型材）で構成されている。本実施形態では、中空部材リブ５１ｃと面板５１ａ、５１ｂとにより囲まれる空間の幅方向断面形状は、あたかも三角形を呈している。通路床材５１の材料は、アルミニウム合金をはじめとする軽合金である。

そして、通路床材５１は、クラッシャブルゾーン１１の通路床面を構成するように設置されると共に、押出し方向を車体長手方向に合致して設置されている。これによって、通路床面を兼ねた衝突時に生じるエネルギを吸収する構造体とすることができる。

また、通路床材５１と梁構造体４０とは、通路床構造体５０の最も車端寄りの部位および最もサバイバルゾーン側の端部のみにて結合されている。通路床材５１は、梁構造体４０の車体長手方向に延びる一対の横梁材４２の間に隙間５５を有して配置され、車体長手方向の両端部で梁構造体４０に結合されて固定されている。そして、通路床材５１の最も車端よりの端部においては、通路床材５１の最も幅方向端部においてのみ結合されるとともに、取付け部材５３を介して結合されて固定されている。一方、通路床構造体５０を構成する通路床材５１の最もサバイバルゾーン側の端部においては、通路床構造体５０を構成する通路床材５１の端面全幅にわたって結合され固定されている。なお、この場合、リブ５１ｃと梁構造体４０を溶接することは不可能であるため、実質的には通路床構造体５０を構成する通路床材５１の面板５１ａ、５１ｂにより梁構造体４０と結合していることになる。

係る構成では、通路床材５１の両側面が車両長手方向に全体にわたって固定される場合と比較して、衝撃時における通路床材５１の塑性変形を徐々に連続的に行わせることが容易となり、衝撃エネルギの吸収を効果的に行うことができる。

補強材５２は、通路床構造体５０の剛性を向上させるために備え付けられ、通路床材５１の下側に一対で設置されている。この一対の補強材５２は、通路床材５１の下側に設置された連結器６０の可動を許容するように収納した連結器収納空間５４を車体幅方向中央に有して設置される。

補強材５２は、車体側面から見ると、図４に示すように、あたかも三角形のような形状をしている。当該三角形は、車両端部ほど細くなっている。補強材５２は、通路床材５１と同様に二枚の実質的に平行な面板とこれらの面板間を接続する複数のとからなる中空押出型材で製作されたものを、三角形に切断することにより構成されている。また、補強材５２の材料は、通路床材５１と同様にアルミ合金をはじめとする軽合金である。補強材５２は通路床材５１の面板５１ａに溶接により強固に結合されている。

かかる構成において、例えば隣接する車両がクラッシャブルゾーン１１に衝突して梁構造体４０が座屈した際には、衝突荷重が通路床構造体５０に作用し、通路床構造体５０を構成する通路床材５１が局部座屈してエネルギを吸収できる。また、この際に、通路床構造体５０を構成する通路床材５１の下面に補強材５２を設置しているので、通路床材５１が「く」の字状に全体座屈する挙動を防止して効率よくエネルギを吸収することができるとともに、通路床材５１を乗員や乗客などが通過した際に作用する荷重およびモーメントを補強材５２で効率よく支持することができる。

これに加えて、補強材５２が中空押出型材で構成されるとともに車端側に細くなる三角形をしているので、補強材５２が通路床材５１とともに局部的に座屈する際に、補強材５２の局部変形が断面積の小さい車端側から始まり、これにより通路床構造体５０の局部的座屈が車端側（補強材５２の三角形の細い側）から徐々に連続的に座屈することとなり、より安定してエネルギを吸収することができる。また、サバイバルゾーンから遠い領域から変形が生じるので、乗員や乗客がより安全になる。

さらには、補強材５２が車両端面側に細くなる三角形をしていること、一対の補強材５２が通路床材５１の下側に設置された連結器６０の可動を許容するように収納した連結器収納空間５４を車体幅方向中央に有して設置されていることから、通路床材５１の下側に存在する連結器６０との物理的干渉を避けつつ、通路床構造体５０の局部的座屈が車両端面側（補強材５２の三角形の細い側）から徐々に連続的に座屈させることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の鉄道車両について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体３０を車両端面側から見た斜視図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、通路床材５１が車端側から反車端側（サバイバルゾーン側）広くなる平面形状及び断面形状を有し、梁構造体４０の横梁材４２がこの通路床材５１の両側に一定間隔の隙間を有して設置されている。

かかる構成において、例えば隣接する車両が衝突した際には、断面積が小さい車端側から局部変形が生じるので、より安定してエネルギを吸収することができる。また、サバイバルゾーンから遠い領域から変形が生じるので、乗員や乗客がより安全になる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の鉄道車両について図７を用いて説明する。図７は本発明の第３実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体３０を車両端面側から見た斜視図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第３実施形態では、通路床材５１を構成する両側の面板５１ａ、５１ｂに多数の穴５５が平面上に散在して設けられている。かかる構成により、衝突した際に穴５５の周辺部に応力が集中して座屈開始時の減速度を低減して安定的にエネルギを吸収することができる。

なお、通路床材５１を構成する一側の面板５１ａまたは５１ｂにのみ穴５５を設けるようにしてもよい。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の鉄道車両について図８を用いて説明する。図８は本発明の第４実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体３０を車両端面側から見た斜視図である。この第４実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第４実施形態では、通路床構造体５０を構成する通路床材５１の断面は、あたかも梯子のようになっている。即ち、通路床材５１は、二枚の実質的に平行な面板５１ａ、５１ｂと、これらの面板５１ａ、５１ｂと実質的に直交する複数のリブ５１ｃとから構成されている。かかる構成により、通路床構造体５０を構成する通路床材５１の製作性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態の鉄道車両の斜視図である。 本第１実施形態のクラッシャブル構造体を車両端面側から見た斜視図である。 図２の通路床構造体を構成する通路床材の一部拡大断面図である。 図２のクラッシャブル構造体の側面図である。 図２のクラッシャブル構造体をクラッシャブルゾーン側から見た図である。 本発明の第２実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体を車両端面側から見た斜視図である。 本発明の第３実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体を車両端面側から見た斜視図である。 本発明の第４実施形態の鉄道車両におけるクラッシャブル構造体を車両端面側から見た斜視図である。

符号の説明

１…鉄道車両構体、２…屋根構体、３…妻構体、３ａ、３ａ’…貫通路、４…側構体、５…台枠、６…側梁、１０…サバイバルゾーン、１１…クラッシャブルゾーン、３０…クラッシャブル構造体、４０…梁構造体、４１…縦梁材、４２…横梁材、５０…通路床構造体、５１…通路床材、５１ａ、５１ｂ…面板、５１ｃ…リブ、５２…補強材、５３…取付け部材、５４…連結器収納空間、５５…隙間、６０…連結器。

Claims (7)

1. 車両端部に衝突時のエネルギを吸収するクラッシャブル構造体を有する鉄道車両であって、
   前記クラッシャブル構造体は梁構造体と通路床構造体とを備え、
   前記梁構造体は、縦梁材と横梁材とを組み合わせて構成され、隣接する車両への往来通路となる中央空間を形成しており、
   前記通路床構造体は、前記中央空間の下面に配置されて往来通路の床面となる１つの通路床材と、この１つの通路床材の下面に設置された一対の補強材とを備え、
   前記通路床材は、中空の断面を有する中空部材で構成され、その押出し方向を車体の長手方向に向けて設置されており、
   前記一対の補強材は、前記通路床材の下側に設置された連結器の可動を許容するように当該連結器を収納した空間を車体幅方向中央に有して設置されるとともに、車端側に細くなるように三角形状に形成されていること、
   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、
   通路床材は、二枚の実質的に平行な面板とこれらの面板間を接続する複数のリブとからなる中空部材で構成され、前記リブ及び前記面板とにより囲まれる空間の幅方向断面形状が三角形状を呈していること、
   を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項１または２に記載の鉄道車両において、
   前記通路床構造体は車体長手方向の両端部でのみ前記梁構造体に結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載の鉄道車両において、
   前記通路床材は、前記梁構造体の車体長手方向に延びる一対の横梁材の間に隙間を有して配置され、車体長手方向の車端側では当該通路床材の両側面のみが取付け部材を介して結合されるとともに、反車端側では当該通路床材の端面全幅にわたって前記梁構造体に結合されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
5. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記通路床材は車端側から反車端側広くなる平面形状及び断面形状を有すること、
   を特徴とする鉄道車両。
6. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記通路床材を構成する面板は多数の穴が平面上に散在して設けられていること、
   を特徴とする鉄道車両。
7. 請求項１に記載の鉄道車両において、
   前記通路床材は、二枚の実質的に平行な面板と、これらの面板に実質的に直交する複数のリブとから構成されていること、
   を特徴とする鉄道車両。

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