JP2008126856A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】あらゆる衝突条件に対して安定して衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保できる衝撃吸収構造を備えた車両を提供する
【解決手段】クラッシャブルゾーンの上部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する上段衝撃吸収手段１００と、クラッシャブルゾーンの下部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する下段衝撃吸収手段１２０と、上下に配置した上段衝撃吸収手段１００と下段衝撃吸収手段１２０との間に保持される中段衝撃吸収手段１１０とから構成し、中段衝撃吸収手段１１０は、緩衝手段１１２とスライド手段１１３から構成し、所定の荷重により緩衝手段１１２が後方にスライドすることを特徴とする衝撃吸収構造を、車両の端部に配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄道車両、道路車両などに代表される輸送機器において、衝突時の衝撃吸収構造を備えた車両に関する。

鉄道車両、道路車両などに代表される輸送機器では、運行中に予期しない衝突が生じることがある。このため、輸送機器に搭乗している乗員・乗客を保護するために、輸送機器の一部を積極的に変形させてエネルギーを吸収する概念が存在する。すなわち、乗員・乗客が搭乗し、その保護のために、衝突時に潰れないことを目的とした空間（以後、サバイバルゾーンと呼ぶ）と、衝突時に積極的に変形させてエネルギーを吸収する空間（以後、クラッシャブルゾーンと呼ぶ）を分離して設けるという概念である。ここで、クラッシャブルゾーンを構成する主要構造を衝撃吸収構造という。

線路上を走る鉄道車両の場合、主な衝突位置は各車両の端部となるので、衝撃吸収構造は車両端部に配置される。

特許文献１には、車両端部の下部に中空形材からなるエネルギー吸収材を配置し、衝突エネルギーを効率良く吸収する衝撃吸収構造の例についての開示がある。
特開２００５−３５００６５号公報

上記従来技術では、エネルギー吸収材を配置した位置での衝突に対しては十分な効果を発揮できるが、他の衝突条件に対しては安定して衝突エネルギーを吸収できないという問題がある。鉄道車両の衝突条件としては、（１）同一線路上にある鉄道車両、（２）線路上にある石、小動物などの小さな障害物、（３）踏切内に停止した車両などの大きな障害物が挙げられる。（１）の鉄道車両間の衝突は、車両の先端から衝突するので、先端に配置したエネルギー吸収材で衝突エネルギーを吸収できる。しかし、異なる種類の車両も同じ線路上を走ることがあり、その場合、構造の異なる衝撃吸収構造を備えた車両が衝突することになるため、エネルギー吸収材の衝突位置がずれたオフセット衝突が発生する。オフセット衝突では、エネルギー吸収材に対して不均衡に負荷がかかるため、エネルギー吸収材が進行方向へ十分潰れないまま湾曲するなどしてエネルギーを十分吸収することができない。そのため、オフセット衝突に対しても、十分衝突エネルギーを吸収できるように衝撃吸収構造を設計する必要がある。また、オフセット衝突では、一方の鉄道車両が他方の鉄道車両に乗り上がる現象(乗り上げ衝突)が生じることがあるので、この乗り上げ衝突も考慮する必要がある。（２）の小さな障害物は、先頭車両に取り付けられる排障器が対応して排除する。（３）の大きな障害物は、鉄道車両端部の全面に衝突する。鉄道車両端部に加わる負荷の位置やタイミングは、障害物の形状と潰れ方に依存するので、あらゆる衝突パターンを想定して衝撃吸収構造を構成する必要がある。また、鉄道車両同士の衝突と同様に障害物が運転台の窓や屋根に乗り上がることもあるので、乗り上げ衝突に対しても考慮する必要がある。特に、高速車両の場合は、車両先端が流線型になっているので乗り上げ衝突が発生しやすい。

これらのあらゆる衝突条件に対応しようとすると、エネルギー吸収材をあらゆる衝突位置に配置することが考えられるが、複数のエネルギー吸収材が関連して潰れる場合、衝突時の衝撃力が強すぎて乗員・乗客に被害が生じたり、エネルギー吸収材ではなくサバイバルゾーンが先に潰れたりする現象が発生する。よって、衝撃吸収構造の設計では、エネルギー吸収材の圧潰荷重や配置位置を適切に設定する必要がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、あらゆる衝突条件に対して安定して衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保できる衝撃吸収構造を備えた車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、クラッシャブルゾーンの上部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する上段衝撃吸収手段と、クラッシャブルゾーンの下部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する下段衝撃吸収手段と、前記上下に配置した上段衝撃吸収構造と下段衝撃吸収構造との間に保持される中段衝撃吸収手段とから構成し、前記中段衝撃吸収手段は、緩衝手段とスライド手段から構成し、所定の荷重により緩衝手段が後方にスライドすることを特徴とする衝撃吸収構造を、車両の端部に配置したものである。

また、中段衝撃吸収手段と下段衝撃吸収手段との境界部に、下段衝撃吸収手段より進行方向に張り出して段差を付けた乗り上げ防止手段を設けることにより、乗り上げ衝突を防ぐことができる。

また、中段衝撃吸収手段と上段衝撃吸収手段との間及び中段衝撃吸収手段と下段衝撃吸収手段との間に、上・下段衝撃吸収手段の潰れシワ以上の空間を確保し、かつ上・下段衝撃吸収手段の潰れ残り量以下の長さの緩衝手段を設けることにより、安定したエネルギー吸収を実現することができる。

本発明によると、あらゆる衝突条件に対しても安定して衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保できる衝撃吸収構造を備えた車両を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。まず、図５〜図８を参照して一般的な鉄道車両構体及び衝撃吸収構造について説明する。

図５は、一般的な鉄道車両構体の構成例を説明するための斜視図である。図５において、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側面を形成する側構体４、およ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、台枠を構成する部材のひとつである側梁６が設けられている。また、妻構体３及び側構体４には、窓や出入口などの開口がある。

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・乗客の生命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ーを吸収するクラッシャブルゾーン１１ａ、１１ｂとで構成されている。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１１ａ、１１ｂは車両の長手方向の両端部に設置し、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。

なお、図５では運転台を持たない車両を用いて構成を説明したが、運転台を有する車両でも、基本的な構成及びクラッシャブルゾーン１１ａ、１１ｂとサバイバルゾーン１０の相対的な配置は変わらない。

次に、一般的な衝撃吸収構造について説明する。図６は、衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の側面図である。図６を参照して、一般的なクラッシャブルゾーンの構成例について説明する。

図６において、クラッシャブルゾーン１１は、衝撃吸収構造２０、連結器３０、及び外板４０から構成する。クラッシャブルゾーン１１の各構成要素は、通常運用に伴って生じる衝撃や振動に耐えられる強度と構造を備えている。すなわち、運転手や機器の質量、通常運用中に作用する振動に対して十分耐えうる構造となっている。また、外板４０は、外観および走行時の風圧を制御するために設けられているものであり、衝突時の挙動にはほとんど影響を及ぼさない。図６では、運転台を持ち、端部が流線型の車両の例を示しており、運転台５０はサバイバルゾーン１０に属している。一方、車両端部が平面になっている場合は、運転台領域１２もクラッシャブルゾーン１１に属することになり、その場合の衝撃吸収構造は、運転台５０の下の衝撃吸収構造領域６０に配置される。

図７は、図６に示した衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の正面図である。図７において、車両全体の大部分は外板４０により覆われており、部分的に窓７０が存在する。クラッシャブルゾーン１１において、外板４０に覆われた内部には、衝撃吸収構造２０、および連結器３０が存在する。衝撃吸収構造２０は、連結器３０に干渉しない領域に配置される。

図８は、図６に示した衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の平面図である。図８において、車両全体は外板４０により覆われており、部分的に窓７０が存在する。クラッシャブルゾーン１１において、外板４０に覆われた内部には、衝撃吸収構造２０、および連結器３０が存在する。

次に、本発明の一実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本例による衝撃吸収構造の概略構成例を示す構成図である。

図１の（１）に示す構成例において、衝撃吸収構造は上段衝撃吸収手段である上段衝撃吸収構造１００と、中段衝撃吸収手段である中段衝撃吸収構造１１０ａ、１１０ｂと、下段衝撃吸収手段である下段衝撃吸収構造１２０ａ、１２０ｂにより構成する。図１の（１）では、中段衝撃吸収構造１１０ａ、１１０ｂと下段衝撃吸収構造１２０ａ、１２０ｂは、連結器を配置する領域を確保するため、左右に分割して配置する。各衝撃吸収構造は、サバイバルゾーン１０とクラッシャブルゾーン１１を分ける壁８０に固定される。下段衝撃吸収構造１２０ａ、１２０ｂは、障害物が最初に衝突する部分であり、エネルギー吸収材を配置して大部分の衝突エネルギーを吸収する。上段衝撃吸収構造１００は、大きな障害物の衝突や運転台への乗り上げに対処するために配置され、衝突エネルギーを適度に吸収しながら障害物を押し返す。中段衝撃吸収構造１１０ａ、１１０ｂは、大きな障害物の衝突、上下段衝撃吸収構造からの衝突物のズレ防止、上・下段衝撃吸収構造の倒れ込み防止などに対応し、各衝撃吸収構造が安定して進行方向に潰れるように制御する。中段衝撃吸収構造の具体的な構成と作用については、図２、図３を用いて説明する。

図１の（２）に本例による衝撃吸収構造の他の構成例を示す。図１の（２）は、連結器が下段衝撃吸収構造の高さに収まった場合の例である。（１）では、中段衝撃吸収構造を連結器の領域を考慮して左右に分割して配置したが、（２）では、中段衝撃吸収構造１１０´は分割せずに配置する。このように、衝撃吸収構造の配置や具体的な形状は、適用する車両の構造などに対応して構成することができる。

図２は、本例による衝撃吸収構造を持つ車両に大きな障害物が衝突した場合を説明するための衝撃吸収構造の側面図である。

図２において、中段衝撃吸収構造１１０は、緩衝手段である緩衝構造１１２と、スライド手段であるスライド構造１１３から構成し、緩衝構造１１２は、車両の端部側に、スライド構造１１３は緩衝構造１１２と壁８０との間に配置する。上段衝撃吸収構造１００、中段衝撃吸収構造１１０、および下段衝撃吸収構造１２０は、壁８０と支持構造１１１に固定し、保持される。

図２は、車両端部が平面になっている場合の例であり、かかる構成において、大きな障害物が衝撃吸収構造に衝突した場合の動作について説明する。大きな障害物が車両端部に衝突した場合、衝突荷重は、支持構造１１１を介して上段衝撃吸収構造１００、緩衝構造１１２、および下段衝撃吸収構造１２０に伝わる。その結果、上段衝撃吸収構造１００と下段衝撃吸収構造１２０が進行方向に潰れて衝突エネルギーを吸収する。緩衝構造１１２は、潰れずにその形状をほぼ維持することにより、上段衝撃吸収構造１００、スライド構造１１３、および下段衝撃吸収構造１２０の間で荷重を伝え、上・下段衝撃吸収構造の倒れこみを防止して進行方向に潰れるように制御する。また、スライド構造１１３は、所定の負荷がかかるとスライド機構が作動して緩衝構造１１２を後方に誘導する。スライド機構の動作は、ボルトや部材の破断を利用したスイッチ機構で制御できる。

このように、緩衝構造１１２は、潰れずに後退するだけなので、衝撃吸収構造の圧潰荷重には関与しない。また、緩衝構造１１２が上・下段衝撃吸収構造の潰れに伴って後退することにより、上・下段衝撃吸収構造が潰れきるまでエネルギーを吸収することができる。これにより、あらゆる衝突条件に対しても上・下段衝撃吸収構造だけで安定して衝突エネルギーを吸収することができる。

図３は、図２の例において、上段衝撃吸収構造１００及び下段衝撃吸収構造１２０のエネルギー吸収材が、衝突によって潰れきった状態を説明する衝撃吸収構造の側面図である。

図３において、上段衝撃吸収構造１００と下段衝撃吸収構造１２０は蛇腹状に連続して変形し、潰れきった状態であり、中段衝撃吸収構造１１０はスライド構造１１３が作動して緩衝構造１１２が最後まで後退した状態であることを示している。この状態より、緩衝構造１１２は、上・下段衝撃吸収構造の潰れシワが干渉せず、かつ底付き状態までスライド機構が動作するように、その形状と大きさ及び配置を決めておく。具体的には、例えば上段衝撃吸収構造１００の潰れシワは、潰れる前の状態の位置よりも外側へ幅Ｈ突出する状態となる。そのため、上段衝撃吸収構造１００と中段衝撃吸収構造１１０との間に、幅Ｈ以上の空間をとって配置する。同様に、下段衝撃吸収構造１２０と中段衝撃吸収構造１１０との間にも、下段衝撃吸収構造１２０の潰れシワの突出する幅を基に、必要な大きさの空間をとって配置する。また、中段衝撃吸収構造１１０の緩衝構造１１２が最後まで後退した状態の長さが、上段衝撃吸収構造１００と下段衝撃吸収構造１２０の潰れきった状態における長さＬよりも長くならないようにする必要がある。そのため、緩衝構造１１２の長さは、長さＬ以下になるように構成する。

これにより、中段衝撃吸収構造１１０は、上・下段衝撃吸収構造が進行方向に潰れるときには干渉せず、かつ倒れ込んだときには干渉して進行方向に潰れるように制御することができる。その結果、さまざまな衝突条件に対しても、安定して衝突エネルギーを吸収することができる。

図４は、本例による衝撃吸収構造を持つ車両における、乗り上げ衝突を説明するための衝撃吸収構造の側面図である。図４は、車両端部が流線型になっている場合の例であり、下段衝撃吸収構造１２０が上段衝撃吸収構造１００よりも前方に突出した構成になっている。本例では、障害物は最初に下段衝撃吸収構造１２０に衝突し、その後車両の形状に沿って上段衝撃吸収構造１００の方向へずれることにより乗り上がる現象が発生することを想定し、そのような乗り上げ衝突にも対応できるよう構成する。

図４において、下段衝撃吸収構造１２０は、上段エネルギー吸収材１２１と下段エネルギー吸収材１２２の２種類のエネルギー吸収材から構成する。下段エネルギー吸収材１２２は、衝撃吸収構造の構成要素の中で最も先端に飛び出しており、最初に障害物が衝突してエネルギーを吸収する。上段エネルギー吸収材１２１は、ここでは下段エネルギー吸収材１２２からの乗り上げに対して作動するエネルギー吸収材である。図４では、中段衝撃吸収構造１１０は、流線型の車両の形状に合わせた形状の緩衝構造１１２とスライド構造１１３から構成する。上段衝撃吸収構造１００、中段衝撃吸収構造１１０、および下段衝撃吸収構造１２０は、壁８０と支持構造１１１に固定し、保持されるが、指示構造１１１は、それぞれの衝撃吸収構造の形状に沿うように、複数の面で構成する。また、下段衝撃吸収構造１２０の上段エネルギー吸収材１２１に固定された支持構造１１１には、上段エネルギー吸収材１２１よりも張り出して段差を付けた、乗り上げ防止手段である乗り上げ防止構造１１４を配置する。

かかる構造において乗り上げ衝突が発生し、障害物が下段エネルギー吸収材１２２を乗り越えてきた場合、乗り上げ防止構造１１４に衝突してそれ以上の上昇を阻止し、下段衝撃吸収構造１２０に留めることにより、上段エネルギー吸収材１２１で効率よく衝突エネルギーを吸収することができる。緩衝構造１１２は、上段エネルギー吸収材１２１の倒れ込みを防止して進行方向に潰れるように制御する。なお、本例のように上段衝撃吸収構造１００と下段衝撃吸収構造１２０の長さが異なるなど、バランスが異なっている場合、障害物の衝突角度を調整し、衝突エネルギーを効率よく吸収するために緩衝構造１１２を潰すよう構成する。図４では、緩衝構造１１２は、所定の負荷がかかった場合に上段衝撃吸収構造１００より突出した部分が潰れ、形状を変えることにより、上段衝撃吸収構造１００と下段衝撃吸収構造１２０の潰れを制御する。また、支持構造１１１は、所定の負荷がかかった場合に上段エネルギー吸収材１２１から分離することにより、上段エネルギー吸収材１２１が潰れるのを妨げない。分離方法としては、ボルトや部材の破断を利用したスイッチ機構で制御できる。

これにより、乗り上げ衝突が生じても、障害物を下段衝撃吸収構造１２０内に留めることができるため、最もエネルギーの吸収効率が良い下段衝撃吸収構造１２０で衝突エネルギーを吸収することができる。

本例の衝撃吸収構造を形成するための材料は、衝突時のエネルギーを吸収するために、所定の負荷がかかった場合に進行方向に蛇腹状に潰れる材料を用いればよい。そのため、従来から衝撃吸収構造に適用されている軽合金（例えば、アウミニウム合金）製の中空押出し形材やその他のエネルギー吸収材などを用いる。また、上、中、下段衝撃吸収構造をそれぞれ異なる特性の材料を用いて形成してもよい。

本発明の一実施の形態による衝撃吸収構造の概略構成例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態による衝撃吸収構造の構成例を示す側面図である。 本発明の一実施の形態によるエネルギー吸収材が潰れきった状態を示す衝撃吸収構造の側面図である。 本発明の一実施の形態による衝撃吸収構造の構成例を示す側面図である。 一般的な鉄道車両構体の構成例を示す斜視図である。 従来の衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の側面図である。 従来の衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の正面図である。 従来の衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の平面図である。

符号の説明

１…鉄道車両構体、２…屋根構体、３…妻構体、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、１２…運転台領域、２０…衝撃吸収構造、３０…連結器、４０…外板、５０…運転台、６０…衝撃吸収構造領域、７０…窓、８０…壁、１００…上段衝撃吸収構造、１１０…中段衝撃吸収構造、１２０…下段衝撃吸収構造、１１１…支持構造、１１２…緩衝構造、１１３…スライド構造、１１４…乗り上げ防止構造、１２１…上段エネルギー吸収材、１２２…下段エネルギー吸収材

Claims (3)

1. クラッシャブルゾーンの上部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する上段衝撃吸収手段と、
   クラッシャブルゾーンの下部に配置し、所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収する下段衝撃吸収手段と、
   前記上下に配置した上段衝撃吸収手段と下段衝撃吸収手段との間に保持される、中段衝撃吸収手段とから構成し、
   前記中段衝撃吸収手段は、緩衝手段とスライド手段から構成し、所定の荷重により緩衝手段が後方にスライドすることを特徴とする衝撃吸収構造を、車両の端部に配置した車両。
2. 請求項１記載の車両において、
   前記中段衝撃吸収手段は、下段衝撃吸収手段との境界部に、下段衝撃吸収手段よりも進行方向に張り出して段差を付けた乗り上げ防止手段を設けることを特徴とする車両。
3. 請求項１記載の車両において、
   前記中段衝撃吸収手段は、上段衝撃吸収手段との間及び下段衝撃吸収手段との間に、上・下段衝撃吸収手段の潰れシワ以上の空間を確保し、かつ上・下段衝撃吸収手段の潰れ残り量以下の長さの緩衝手段を設けることを特徴とする車両。

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