JP2011201369A - 衝撃吸収構造を備える鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】出入口（避難口）の領域を確保しつつ、衝突時の衝撃エネルギーを吸収できる鉄道車両における衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】鉄道車両が衝突した場合の衝撃は、鉄道車両１を構成する妻構体３０、屋根構体端部４２および台枠端部５２、第２出入口フレーム７４を介して、上部第３フレーム７６ａおよび下部第３フレーム７６ｂに伝わる。所定よりも大きな衝撃の場合、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２と、台枠端部５２と、上部出入口フレーム７６ａと、下部出入口フレーム７６ｂとが鉄道車両１の長手方向に圧壊・塑性変形する過程において衝撃を吸収する。衝撃吸収後の出入口部６０の幅Ｌ１は衝撃吸収前の出入口部６０の幅Ｌ０より小さくなるが、サバイバル領域１００に配設される第１出入口フレーム７２（７２ａ、７２ｂ）、屋根構体４０および台枠５０は圧壊しないで出入口幅Ｌ１が避難口として確保される。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の長手方向の端部（以下、車両端部）に乗客等の乗降に供される出入口が配置される鉄道車両であって、特に、出入口が、衝突時に圧壊して衝撃を吸収するクラッシャブル領域と、衝突時にも圧壊することなく空間を維持するサバイバル領域と、に跨って配設される鉄道車両に関する。

鉄道車両は、乗客や主回路などに代表される電機品などの質量、走行時のレールや連結器からの負荷、トンネル通過時の車内外圧力差などに耐えられるように、構体の各部に必要に応じて柱や補強材などの強度部材を配置して堅牢に作られている。その中で、乗客等が乗降に供する出入口は、鉄道車両の構体（側構体）に設けられる開口部に備えられるため、当該開口部の周縁に出入口フレームを配設して、当該開口部の強度を確保している。また、鉄道車両端部では編成の組み替え時の連結に伴う衝撃に耐え得る強度を確保するために所定の部位に柱や補強材が設けられている。

一般に、鉄道車両には、運行中に線路上の障害物などとの予期しない衝突に備えて、乗客および乗務員への衝撃を緩和するために、衝突時に鉄道車両の一部を積極的に塑性変形させて衝撃（衝突エネルギー）を吸収するクラッシャブル領域（衝撃吸収領域）が設けられることがある。複数の車両によって編成された鉄道車両が線路上の障害物に衝突する場合、先頭車両の前端部が障害物と衝突した後に、編成をなす各車両の前端部と後端部とが衝突する。このため、衝撃吸収構造は各車両の長手方向の端部に配置される。

よって、鉄道車両に備えられる衝撃吸収構造は、例えば編成を組み替える際の連結に伴う小さい負荷（乗員・乗客に影響を与えない）では潰れない強度を備えるとともに、所定より大きい負荷では潰れて衝撃および衝突エネルギー（以下、衝撃と記す）を吸収する緩衝機構として作用することが求められる。さらに、衝撃吸収構造は、衝突対象の種類（大きさ、質量）や衝突条件（衝突位置、衝突速度）が異なっても、緩衝機構として機能する必要がある。

また、鉄道車両は短時間に多くの乗客を輸送するため、大きな客室容積を確保するために、車両端部に出入口を配置するとともに、鉄道車両の長手方向の中央部に客室が配置されることがある。このような構成の場合、鉄道車両間の衝突が発生した場合、車両端部の圧壊に伴い、車両端部に備えられる出入口も圧壊する可能性がある。出入口が圧壊した鉄道車両に乗り合わせた乗客が車外へ脱出するためには、編成内を移動して脱出可能な出入口まで移動するか、または、窓や車体に避難するために設けられた脱出口を利用して車外に脱出した後、安全な場所まで避難することになる。ただし、乗客の円滑な避難や救助を考慮すると、可能な限り近くの出入口から脱出できることが望ましい。そのため、出入口を避難路として確保しつつ、衝突時の衝撃を十分に吸収することのできる衝撃吸収構造を備える鉄道車両が必要となる。

特許文献１には、車両端部に補強材とエネルギー吸収材の機能を兼ねた骨部材とからなる衝撃吸収構造を備える軌条車両の例が開示されている。特許文献１に示される軌条車両の衝撃吸収構造は、車両端部において車両の周方向に沿った強度部材と、これよりその後方側において周方向に沿った骨部材と、両者を接続する車体の長手方向に沿った骨部材と、これらを覆う外板とから成っている。車体の長手方向に沿う骨部材は、２枚のフランジとこれらの２枚のフランジを接続するウエブとからなり、ウエブ側を外板に隅肉溶接している。骨部材の長手方向の中間の位置のフランジにフランジ端部に開口を有する切り欠きが形成されている。車体の端部に衝突荷重が作用すると、切り欠き部が外板とは反対側に折れ曲がり、骨部材の座屈によっても外板を巻き込まないので、衝突荷重を吸収できる構造とされている。

特開２００８−６２８１７号公報

車両端部に出入口が備えられるとともに、車両端部に衝撃吸収構造が組み込まれる鉄道車両において、車両端部に備えられる衝撃吸収構造が衝撃を効果的に吸収できれば、乗客および乗務員への衝撃の程度を緩和することが可能となるだけでなく、車両の長手方向の中央部に広い客室を設けることが可能となる。
そこで、出入口を含む車両端部の構造を、衝突時には圧壊して十分な衝撃を吸収できる緩衝機構として機能させるとともに、出入口の圧壊しないで残る一部を避難口として利用できる強度を備える構造とする点において解決すべき課題がある。
本発明の目的は、鉄道車両の長手方向の端部に出入口が配置されるとともに、出入口がクラッシャブル領域とサバイバル領域とに跨って配設される鉄道車両であって、衝突時には衝撃を緩和することができるとともに、出入口の圧壊しないで残る一部を避難口として利用できる衝突緩和構造を備える鉄道車両を提供することである。

上記目的は、台枠と、前記台枠の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、前記側構体および前記妻構体の上端部に接続される屋根構体とからなる鉄道車両であって、前記鉄道車両の長手方向の中央部にサバイバル領域が備えられ、前記サバイバル領域に連続する形態で前記鉄道車両の長手方向の端部にクラッシャブル領域が備えられる鉄道車両において、乗降に供される出入口部が、前記側構体の長手方向の端部に備えられるとともに、前記クラッシャブル領域と前記サバイバル領域と、に跨って配設されること、を特徴とする鉄道車両によって達成できる。

また上記目的は、出入口が側構体の車両端部に配置され且つ車体の両端側をクラッシャブル領域とし当該両クラッシャブル領域の間の領域をサバイバル領域とした鉄道車両において、前記出入口を定める前記側構体の開口部周囲には出入口フレームが配設されており、前記出入口フレームは、前記サバイバル領域に配設されている第１出入口フレームと、前記クラッシャブル領域に配設されるとともに、車端側に配設される第２出入口フレームと、前記第１出入口フレームと前記第２出入口フレームとを接続する第３出入口フレームとを備えており、前記第３出入口フレームは、前記車体の長手方向に沿って直列に配置された移動部材および固定部材と、から構成される衝撃吸収装置を備えていること、を特徴とする鉄道車両によって達成できる。

また上記目的は、台枠と、前記台枠の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、前記側構体および前記妻構体の上端部に接続される屋根構体とからなる鉄道車両であって、前記側構体の長手方向の端部に乗降に供される出入口部が備えられ且つ前記出入口部の周縁に出入口フレームが備えられる鉄道車両において、前記鉄道車両の長手方向の端部から順に、第１サバイバル領域と、クラッシャブル領域と、第２サバイバル領域と、が配設されており、前記側構体において前記出入口フレームの長手方向の中央部寄りの部分から前記第２サバイバル領域までの長手方向の範囲が前記クラッシャブル領域に属しており、前記クラッシャブル領域に属する前記側構体は、一方の垂直縁が前記出入口フレームの長手方向の中央部寄りの部分に接続するとともに、他方の垂直縁は２枚の面板をリブで接続した押出形材からなる前記サバイバル領域に配設される前記側構体に接続する板であり、前記鉄道車両の長手方向に所定より大きい衝撃を受けた時に、前記クラッシャブル領域に配設される前記板が圧壊するとともに、前記出入口フレームを含む前記第１サバイバル領域に属する車両端部が前記鉄道車両の長手方向の中央部寄りに移動すること、を特徴とする鉄道車両によって達成できる。

これによれば、鉄道車両の長手方向に沿って所定より大きな衝撃が作用して、クラッシャブル領域に属する出入口の一部分が圧壊したとしても、出入口の残りの部分はサバイバル領域に属するため圧壊することなく、乗客等が避難できるだけの幅が残された避難口として確保される。このため、衝突が生じた場合であっても、乗客等は最も近い出入口から車外へ脱出できる。
また、出入口フレームの水平部分に、内部に空間を備える固定部材と、この固定部材に接続するとともに、衝撃吸収時には固定部材の内部に押し込まれる移動部材と、からなる衝撃吸収装置を備えることにより、衝撃を吸収すると同時に移動部材が固定部材の内部に案内されるため、移動部材が接続される車両端部の圧壊挙動を制御することができる。

図１は、長手方向の端部に出入口が配置された鉄道車両の一例を模式的に示した斜視図である。 図２は、図１に示された鉄道車両の車両端部を拡大した斜視図である。 図３は、図２に示された車両端部の側面図である。 図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。 図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。 図６は、図３のＣ−Ｃ断面図である。 図７は、図３のＤ−Ｄ断面図である。 図８は、図３に示された車両端部において、クラッシャブル領域に配設された屋根構体端部、第３出入口フレーム、台枠端部が圧壊した状態を示す説明図である。 図９は、屋根構体に接続されたブロックが上部第１出入口フレームに備えられた鉄道車両の車両端部の側面図である。 図１０は、図９のＦ−Ｆ断面図である。 図１１は、本発明による衝撃吸収装置が組み込まれた出入口フレームを有す鉄道車両の車両端部構造の一例を模式的に示す側面図である。 図１２は、出入口フレームに備えられる衝撃吸収装置の一例を示す概念図である。 図１３は、出入口フレームに備えられる他の衝撃吸収装置の一例を示す概念図である。 図１４は、車両端部においてクラッシャブル領域とサバイバル領域とに跨って配設される出入口フレームに組み込まれた衝撃吸収装置が衝撃を吸収した状態を示す説明図である。 図１５は、車両の長手方向の最端部から鉄道車両の長手方向に向かって順に、サバイバル領域、クラッシャブル領域、サバイバル領域が備えられた鉄道車両の車両端部の側面図である。 図１６は、図１５のＧ−Ｇ断面図である。 図１７は、図１５に示した鉄道車両のクラッシャブル領域が圧壊して衝撃を吸収した状態を示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明による長手方向の端部（以下、「車両端部」という）に出入口が配置された鉄道車両であって、衝突時に圧壊して衝撃を吸収するクラッシャブル領域と、衝突時にも圧壊することなく空間を維持するサバイバル領域と、に跨って配設される出入口を備える鉄道車両を説明する。

図１は、主に乗客等が乗降するための出入口が鉄道車両の長手方向の端部に配置された鉄道車両の一例を模式的に示した斜視図である。鉄道車両１は、床面を構成する台枠５０と、台枠５０の車体幅方向の端部に立設されるとともに、車体の両側面を構成する側構体２０（一方の側のみを示す）と、台枠５０の長手方向の両端部に立設される妻構体３０（一方の側のみ示す）と、側構体２０および妻構体３０の上端部に備えられる屋根構体４０から構成される略６面体の鉄道車両構体からなる。
側構体２０には、窓を備えるための窓部６２および出入口を備えるための出入口部６０などの開口部が設けられる。一般に、乗降に供される出入口部６0の周縁には、補強のための出入口フレーム７０が備えられる。

鉄道車両１の長手方向の中央部には、衝突時にも圧壊しないで乗客等の生存空間を維持するサバイバル領域１００が配設され、鉄道車両１の長手方向の両端部にはこのサバイバル領域１００に連続する形態で、衝突時には圧壊して衝突エネルギーを吸収するクラッシャブル領域２００が備えられる。サバイバル領域１００に配設される屋根構体４０および台枠５０は、衝突時に圧壊しない強度を備える。一方、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２および台枠端部５２は、所定の荷重より小さい衝撃荷重では圧壊しないが、所定の荷重より大きい衝撃荷重が作用した場合に圧壊する強度を備える。

図２から図７において、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２および台枠端部５２の構成と、サバイバル領域１００に配設される屋根構体４０および台枠５０の構造を説明する。
図２は、図１に示された鉄道車両１の車両端部を拡大した斜視図である。屋根構体４０は、押出形材をその押出方向に沿って所定の枚数を平板状に並べた後、これらの押出形材を押出形材の幅方向（押出方向に交差する方向）に突き合わせて、押出形材の突き合わせ端部同士を摩擦撹拌接合または溶接にて接合して製作される。
屋根構体端部４２は、板の幅方向（矢印５００方向）の端部を曲げ加工によって鉄道車両１の外形に沿う形状に成型して製作される。成型された屋根構体端部４２は、屋根構体４０の長手方向の端部と、出入口フレーム７０の上端部と、妻構体３０の上端部と、に接続されて、鉄道車両１の鉄道車両構体が構成される。

同様に、台枠５０は、押出形材を押出方向に沿って所定の枚数を板状に並べた後、これらの幅方向５００（押出方向に交差する方向）に突き合わせて、押出形材の端部同士を摩擦撹拌接合または溶接にて接合して製作される。
台枠端部５２は、押出方向に垂直な断面形状がＴ字状の複数のリブ（図示なし）を一方の面に備える１枚の面板からなる押出形材で構成される。台枠端部５２をなす押出形材を、その押出方向が鉄道車両１の幅方向（矢印５００方向）に沿う形態で、台枠５０の長手方向の端部と、出入口フレーム７０の下端部と、妻構体３０の下端部とに接続して、鉄道車両１の鉄道車両構体が構成される。

図３は、図２に示された鉄道車両１の車両端部の側面図である。出入口フレーム７０は、鉄道車両１の長手方向の中央部に設けられるサバイバル領域１００において、側構体２０の面内に垂直方向に配設される第１出入口フレーム７２と、クラッシャブル領域２００において、妻構体３０に接続するとともに側構体２０の面内に垂直方向に配設される第２出入口フレームと、クラッシャブル領域２００において、側構体２０の長手方向に沿うとともに第１出入口フレーム７２および第２出入口フレーム７４のそれぞれの上端部と下端部とを接続する第３出入口フレームと、からなる。なお、第１出入口フレーム７２は、その高さ方向の上端部と下端部とから第２出入口フレーム７４に向けて水平方向に伸びる部位７２ａ，７２ｂとを備えてもよい。図３中に、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２および上部第３出入口フレーム７６ａのＡ−Ａ断面と、サバイバル領域１００に配設される屋根構体４０および上部第１出入口フレーム７２ａのＢ−Ｂ断面と、クラッシャブル領域２００に配設される台枠端部５２および下部第３出入口フレーム７６bのＣ−Ｃ断面と、サバイバル領域１００に配設される台枠５０および下部第１出入口フレーム７２ｂのＤ−Ｄ断面と、が示されている。

図４は図３中のＡ−Ａ断面図である。クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２および上部第３出入口フレーム７６ａとは共に一枚の板状であり、屋根構体端部４２の幅方向（矢印５００方向）の端部と上部第３出入口フレーム７６ａの上端部とは溶接等で接続される。上部第３出入口フレーム７６ａの厚さｔ１は、衝突時の所定の衝撃より大きな衝撃が作用した場合には、鉄道車両１の長手方向５１０に沿って圧壊して衝撃を吸収できる厚さに選定される。

図５は図３中のＢ−Ｂ断面図である。サバイバル領域１００に配設される屋根構体４０は、対向する２枚の面板をリブで接続した押出形材からなる。同様に、上部第１出入口フレーム７２ａも一枚の板状であるが、その厚さｔ２は上部第３出入口フレーム７６ａ（図３）の厚さｔ１に比較して大きく、衝突時に圧壊しない強度を得られる厚さに選定される。屋根構体４０をなす２枚の面板の幅方向（矢印５００方向）の端部と、上部第１出入口フレーム７２ｂの上端部とは溶接などで接続される。衝突時に大きな衝撃が鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に作用した場合であっても、屋根構体４０および上部第１出入口フレーム７２aは十分高い強度を備えているため圧壊することなく、サバイバル領域１００（図３）を確保する。

図６は図３中のＣ−Ｃ断面である。クラッシャブル領域２００に配設される台枠端部５２は、鉄道車両１の幅方向（矢印５００方向）の端部に中空部５２ａを備えており、幅方向（矢印５００方向）の中央部寄りの部分は一枚板からなる床部５２ｂを備える。この中空部５２ａは水平に配置した板と垂直に配置した板とを組み合わせて溶接等で接続して構成してもよいし、中空押出形材としてもよい。台枠端部５２を構成する各面板の板厚は、鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に所定の荷重より大きな荷重が作用した場合に、台枠端部５２が鉄道車両１の長手方向に圧壊できる板厚に選定される。

また、下部第３出入口フレーム７６ｂは垂直片の上端部および下端部に連続して形成される２枚の水平片を有すチャンネル材と、この水平片の解放側の端部同士を接続する板８０ａとからなる。下部第３出入口フレーム７６ｂの垂直片の板厚ｔ４と水平片の板厚ｔ３、および、板８０ａの板厚ｔ５は、所定の荷重より大きな荷重が作用した時に、鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に沿って圧壊できる板厚に選定される。

図７は図３のＤ−Ｄ断面図である。サバイバル領域１００に配設される台枠５０は、鉄道車両１の幅方向（矢印５００方向）の端部に中空部５０ａを備える。中空部５０ａに隣接する台枠の幅方向（矢印５００方向）の中央部には、対向する２枚の面板をリブで接合した中空押出形材からなる床部５０ｂが備えられる。台枠５０と床部５０ｂは溶接等で接続される。台枠５０を構成する各面板の板厚と、床部５０ｂを構成する各面板とリブの板厚は、鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に大きい衝撃が作用した場合であっても、台枠５０および床部５０ｂが鉄道車両１の長手方向に圧壊することなく、サバイバル領域１００を確保できる板厚に選定される。

また、下部第１出入口フレーム７２ｂは垂直片の上端部および下端部に連続して形成される２枚の水平片を有すチャンネル材と、この水平片の解放側の端部同士を接続する板８０ｂとからなる。板８０ｂの高さ方向の中央部から下部第１出入口フレーム７２ｂに向けて水平方向に板８１ｂが備えられており、下部第１出入口フレーム７２ｂの鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）の強度を高めるとともに、サバイバル領域１００を確保する。

図８は、図３に示された車両端部において、クラッシャブル領域に配設された屋根構体端部４２、上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂ、台枠端部５２が圧壊して衝撃を吸収した状態を示す説明図である。鉄道車両が矢印５１０方向に衝突した場合、その衝撃は、まず、鉄道車両１を構成する妻構体３０に受け止められ、次に、妻構体３０に隣接する屋根構体端部４２および台枠端部５２へと伝播する。ほぼ同時に、妻構体３０に接続する第２出入口フレーム７４を介して、衝撃が上部第３出入口フレーム７６ａおよび下部第３出入口フレーム７６ｂに伝わる。衝撃の大きさが所定の大きさより大きい場合、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２と、台枠端部５２と、上部第３出入口フレーム７６ａと、下部第３出入口フレーム７６ｂとが鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に圧壊するとともに塑性変形する過程において衝撃（衝突エネルギー）を吸収して、鉄道車両に乗車中の乗客、乗務員への衝撃を緩和する。衝撃吸収後の出入口部６０の幅Ｌ１は衝撃吸収前の出入口部６０の幅Ｌ０（図３）より小さくなるが、サバイバル領域１００に配設される第１出入口フレーム７２（７２ａ、７２ｂ）、屋根構体４０および台枠５０は十分な強度を備えるため圧壊しないで出入口幅Ｌ１が確保される。このため、乗客および乗務員は鉄道車両１が衝突して、鉄道車両１に備えられる衝撃吸収構造（屋根構体端部４２、上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂ、台枠端部５２）が衝撃を吸収した後であっても、最も近い出入口部６０の内、圧壊しないで残る幅Ｌ１の部分を避難口として、そこから車外へ脱出することができる。

図９は、屋根構体４０と上部第１出入口フレーム７２ａとを接続するブロック４５が備えられた鉄道車両の車両端部の側面図であり、図１０は図９に示されるＦ−Ｆ断面である。図９に示される実施例は図３から図５に示された上部第３出入口フレーム７６ａおよび上部第１出入口フレーム７２ａの構造を、圧壊特性および製作性などの点を考慮した代替構造である。図１０に示されるように、上部第１出入口フレーム７２ａの車内側の面にブロック４５が接続されており、ブロック４５の上端部はサバイバル領域１００に配設される屋根構体４０に接続される。上部第３出入口フレーム７６ａの板厚（図９）は、上部第１出入口フレーム７２ａの板厚（図１０）と同じであり、共通の板厚を選択することによって製作性を高めるとともに、上部第１出入口フレーム７２ａの質量を小さくしている。なお、図示はしないが、ブロック４５の下端部を台枠５０に接続するとともに、下部第１出入口フレーム７２ｂの車内側とブロック４５とを接続して、下部第１出入口フレーム７２ｂに図９に示される構造を適用してもよい。

鉄道車両が矢印５１０方向に激しく衝突した場合、その衝撃は、まず、鉄道車両１を構成する妻構体３０に受け止められ、次に、妻構体３０に隣接する屋根構体端部４２および台枠端部５２へと伝播する。サバイバル領域１００に備えられる強固な屋根構体４０に接続されるブロック４５によって、衝撃が受け止められるため、上部第３出入口フレーム７６ａが圧壊を開始する。ほぼ同時に、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２と、台枠端部５２と、下部第３出入口フレーム７６ｂとが鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に圧壊するとともに塑性変形する過程において衝撃（衝突エネルギー）を吸収して、鉄道車両に乗車中の乗客、乗務員への衝撃を緩和する。

図９および図１０に示される実施例において、衝撃吸収後の出入口部６０の幅Ｌ１（図８参照）は衝撃吸収前の出入口部６０の幅Ｌ０（図３）より小さくなるが、サバイバル領域１００に配設される第１出入口フレーム７２（７２ａ、７２ｂ）、屋根構体４０および台枠５０は十分な強度を備えるため圧壊しないで出入口幅Ｌ１が確保される。このため、乗客および乗務員は鉄道車両１が衝突して、鉄道車両１に備えられる衝撃吸収構造（屋根構体端部４２、上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂ、台枠端部５２）が衝撃を吸収した後であっても、最も近い出入口部６０の内、圧壊しないで残る幅Ｌ１の部分を避難口として、そこから車外へ脱出することができる。

図１１は、本発明による衝撃吸収装置が組み込まれた出入口フレームを有す鉄道車両１の車両端部構造の一例を模式的に示す側面図である。鉄道車両１の長手方向の両端部に、乗客等が乗降する出入口が備えられる場合、側構体２０に設けられた出入口部６０の縁に沿って出入口フレーム７０が備えられる。一般的に、出入口フレーム７０の剛性は側構体の剛性よりも大きいため、図４および図６に示したようにクラッシャブル領域２００に配設される上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂの板厚を、サバイバル領域１００に配設される上部及び下部の第１出入口フレーム７２ａ，７２ｂの板厚よりも小さくして、圧壊を促進して衝撃を吸収するものである。そこで、図１１は、図４および図６に示した上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂに替えて、より大きな衝撃吸収量（単位体積当たりの衝撃吸収量）を確保できる衝撃吸収装置３００をサバイバル領域１００とクラッシャブル領域２００とに跨る出入口フレームに備える例である。

図１２は、出入口フレームに備えられる衝撃吸収装置３００の一例を示す概念図である。衝撃吸収装置３００は、内部に空間１２４５を有す固定部材１２４１と、固定部材１２４１に直列に接続する移動部材１２３１とからなる。移動部材１２３１の長手方向の一方の端部は、固定部材１２４１の長手方向の他方の端部に挿入されるとともに、移動部材１２３１と固定部材１２４１との重なり部はボルト等の締結部材１２４２，１２４２によって締結される。衝撃吸収装置３００は、その長手方向を鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に沿う形態で、出入口フレーム７６に備えられる。衝撃吸収装置３００の移動部材１２３１はクラッシャブル領域２００に配設される出入口フレーム７６にボルト等で固定され、衝撃吸収装置３００の固定部材１２４１はサバイバル領域１００に配設される出入口フレーム７２にボルト等で固定される。つまり、衝撃吸収装置３００の移動部材１２３１はクラッシャブル領域２００に配設され、衝撃吸収装置の固定部材１２４１はサバイバル領域１００に配設される。

所定の衝撃より大きな衝撃が衝撃吸収装置３００の長手方向に作用した場合、まず、締結部材１２４２はせん断力を受けて破断する。次に、移動部材１２３１が固定部材１２４１に備えられる空間１２４５に押し込まれる。衝撃（衝突エネルギー）は、締結部材１２４２が破断する過程と、移動部材１２３１が固定部材１２４１の空間１２４５に押し込まれる時の両部材表面の摩擦によって吸収される。衝撃吸収量は締結部材１２４１の個数および強度と、移動部材１２３１の外形寸法および固定部材１２４１に備えられる空間の内寸法を調整することによって制御することができる。

図１３は、出入口フレームに備えられる他の衝撃吸収装置の一例を示す概念図である。衝撃吸収装置３００は、空間１２４５を有する固定部材１２４１と、固定部材１２４１に直列に接続する移動部材１２３１と、からなる。移動部材１２３１の長手方向の一方の端部に備えられる貫入部材１２３５は、固定部材１２４１の長手方向の他方の端部に挿入される形態で接続される。円筒状の貫入部材１２３５の高さ方向寸法Ｄは、固定部材１２４１に備えられる空間１２４５の高さ寸法Ｈよりも大きい。移動部材１２３１はクラッシャブル領域２００に配設される出入口フレーム７６にボルト等で固定され、固定部材１２４１はサバイバル領域１００に配設される出入口フレームにボルト等で固定される。つまり、衝撃吸収装置３００の移動部材１２３１はクラッシャブル領域２００に配設され、衝撃吸収装置３００の固定部材１２４１はサバイバル領域１００に配設される。なお、貫入部材１２３５の形状は必ずしも円筒状である必要はなく、移動部材１２３１から固定部材１２４１の方向に向けて垂直断面が小さくなる部位を備える三角柱状あるいは台形柱状であってもよい。

所定の衝撃より大きな衝撃が衝撃吸収装置３００の長手方向に作用した場合、移動部材１２３１に接続する貫入部材１２３５が固定部材１２４１の空間１２４５に押し込まれる。衝撃（衝突エネルギー）は、貫入部材１２３５が固定部材１２４１に備えられる空間１２４５に押し込まれる過程において、貫入部材１２３５の表面と固定部材１２４１の空間１２４５の内壁面との摩擦と、貫入部材１２３５が空間１２４５に押し込まれる時の固定部材１２４１の変形と、からなる抵抗力がなす仕事量に相当する衝撃（衝突エネルギー）が吸収される。貫入部材１２３５の寸法Ｄと空間１２４５の寸法Ｈを適宜選択することによって衝撃吸収量を調整できる。

図１４は、車両端部においてクラッシャブル領域とサバイバル領域とに跨って配設される出入口フレームに組み込まれた衝撃吸収装置が衝撃を吸収した状態を示す説明図である。鉄道車両が矢印５１０方向に衝突した場合、その衝撃は、まず、鉄道車両１を構成する妻構体３０に受け止められ、次に、妻構体３０に隣接する屋根構体端部４２および台枠端部５２へと伝播する。ほぼ同時に、妻構体３０に接続する第２出入口フレーム７４を介して、衝撃が上部第３出入口フレーム７６ａおよび下部第３出入口フレーム７６ｂに伝わる。クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２と、台枠端部５２と、が鉄道車両１の長手方向（矢印５１０方向）に圧壊するとともに塑性変形するが、これとほぼ同時に、上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂに備えられる衝撃吸収装置３００，３００をなす移動部材１２３１が固定部材１２４１の内部へ押し込まれる。

これらの過程において、衝撃（衝突エネルギー）が吸収されるため、鉄道車両に乗車中の乗客、乗務員への衝撃が緩和される。衝撃吸収後の出入口幅Ｌ１は衝撃吸収前の出入口幅Ｌ０（図３）より小さくなるが、サバイバル領域１００に配設される第１出入口フレーム７２、屋根構体４０および台枠５０は十分な強度を備えるため圧壊しないで出入口幅Ｌ１を維持する。このため、鉄道車両１に備えられる衝撃吸収構造（屋根構体端部４２、上部及び下部の第３出入口フレーム７６ａ，７６ｂに備えられる衝撃吸収装置３００、台枠端部５２）が衝撃を吸収した後であっても、乗客等は最も近い出入口部６０の内、圧壊しないで残る出入口幅Ｌ１の部分を避難口として、そこから車外へ脱出することができる。

衝撃吸収装置３００は、屋根構体端部４２、台枠端部５２等が圧壊する過程において、移動部材１２３１が固定部材１２４１の空間１２４５の内部へ押し込まれるので、屋根構体端部４２および台枠端部５２等が車両の長手方向（矢印５１０方向）に圧壊することを案内する、つまり、衝撃吸収装置３００は自らが衝撃を吸収するとともに、妻構体３０等からなる車両最端部の圧壊挙動を制御する機能も併せ持つ。衝撃吸収装置３００は、ボルト等で第１出入口フレーム７２と第２出入口フレーム７４に固定されるため、衝撃を吸収した場合など必要に応じて、これらのボルトを解いて、他の衝撃吸収装置３００に容易に交換できる。

図１５は、鉄道車両１の長手方向の最端部から鉄道車両の長手方向の中央部に向かって順に、第１サバイバル領域１００ａ、クラッシャブル領域２００、第２サバイバル領域１００ｂが備えられた鉄道車両であって、出入口フレーム７０が第１サバイバル領域１００aに配設される鉄道車両の車両端部の側面図である。客室は第２サバイバル領域１００ｂに備えられる。詳細は後に記すが、台枠端部５２は、第１サバイバル領域１００ａに含まれるが所定の衝撃より大きい衝撃が妻構体３０を介して鉄道車両１に作用した場合には圧壊して衝撃を吸収する。

図１６は、図１５のＧ−Ｇ断面図である。出入口フレーム７０を構成するとともに、側構体２０の長手方向の中央部寄りに配設される第１出入口フレーム７２は、内部に中空部を有するとともに、第１出入口フレーム７２の車両の長手方向の中央部寄りの部位に、側構体２０を構成する面板２４の一方の垂直縁が溶接などで接続される。面板２４の他方の垂直縁は、側構体２０を構成する押出形材２２に溶接などで接続される。面板２４の上端部の水平縁は屋根構体端部４２に接続し、面板２４の下端部の水平縁は台枠５０に接続する。つまり、第１出入口フレーム７２と押出形材２２とを接続する面板２４はクラッシャブル領域２００に属する。なお、押出形材２２は対向する２枚の面板をリブで接合した中空押出形材である。

図１７は、図１５に示した車両端部のクラッシャブル領域２００が圧壊して衝撃を吸収した状態を示す説明図である。鉄道車両が矢印５１０方向に衝突した場合、その衝撃は、まず、鉄道車両１を構成する妻構体３０に受け止められ、次に、妻構体３０に隣接する屋根構体端部４２および台枠端部５２へと伝播する。ほぼ同時に、妻構体３０に接続する出入口フレーム７０を介して、側構体２０を構成する面板２４（図１６）に伝わる。所定の大きさより大きな衝撃が作用した場合、クラッシャブル領域２００に配設される屋根構体端部４２と、側構体２０を構成する面板２４（図１６）が圧壊するとともに、出入口ドアフレーム７０の下端部と台枠５０の鉄道車両１の幅方向（矢印５００方向）の上端部との接続が破断して、出入口ドアフレーム７０を含む車両端部が、鉄道車両１の長手方向の中央部寄りに移動する。

屋根構体端部４２、側構体２０の面板２４などが塑性変形する過程において衝撃（衝突エネルギー）を吸収して、鉄道車両に乗車中の乗客、乗務員への衝撃を緩和する。この時、台枠端部５２は、第１サバイバル領域１００ａに配設されるが、鉄道車両１の床部より下方（レール側）の乗客等にあまり影響しない領域において圧壊する。衝撃吸収後の出入口フレーム７０の幅Ｌ０は、出入口フレーム７０を含む車両端部の全体が鉄道車両１の長手方向中央部寄りに移動するため、衝撃吸収前の出入口幅Ｌ０（図１５）とほぼ同じ出入口幅Ｌ０を維持する。このため、乗客および乗務員は衝撃吸収後に、最も近い位置にあって圧壊されることなくほぼ残る出入口部６０から車外へ脱出することができる。

１…鉄道車両
２０…側構体 ３０…妻構体
４０…屋根構体 ４２…屋根構体端部
４５…ブロック ５０…台枠
５２…台枠端部 ６０…出入口部
７０…出入口フレーム ７２…第１出入口フレーム
７４…第２出入口フレーム ７６…第３出入口フレーム
１００…サバイバル領域 ２００…クラッシャブル領域
３００…衝撃吸収装置
５００…鉄道車両の幅方向を示す矢印
５１０…鉄道車両の長手方向を示す矢印
１２３１…移動部材 １２４１…固定部材
１２４２…締結部材 １２３５…貫入部材
１２４５…空間

Claims (10)

1. 台枠と、前記台枠の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、前記側構体および前記妻構体の上端部に接続される屋根構体とからなる鉄道車両であって、
   前記鉄道車両の長手方向の中央部にサバイバル領域が備えられ、前記サバイバル領域に連続する形態で前記鉄道車両の長手方向の端部にクラッシャブル領域が備えられる鉄道車両において、
   乗降に供される出入口部が、前記側構体の長手方向の端部に備えられるとともに、前記クラッシャブル領域と前記サバイバル領域と、に跨って配設されること、
   を特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載された鉄道車両において、
   前記鉄道車両は、前記屋根構体の長手方向の端部に配設される屋根構体端部と、前記台枠の長手方向の端部に配設される台枠端部と、を備えており、
   前記出入口は、前記側構体の長手方向の端部に設けられる開口部の縁に備えられる出入口フレームを備えており、
   前記出入口フレームは、
   前記サバイバル領域において垂直方向に配設される第１出入口フレームと、
   前記側構体の長手方向の端部に垂直方向に配設されるとともに前記妻構体に接続される第２出入口フレームと、
   前記第１出入口フレーム及び前記第２出入口フレームのそれぞれの上端部と下端部とに接続するとともに、前記側構体の長手方向に向けて延びる２本の第３出入口フレームと、
   からなり、
   前記クラッシャブル領域に、前記屋根構体端部と、前記第２出入口フレームと、前記第３出入口フレームと、前記台枠端部と、が配設されること、
   を特徴とする鉄道車両。
3. 請求項２に記載された鉄道車両において、
   前記屋根構体端部は、一枚の板であるとともに、前記屋根構体の長手方向の端部に接続されており、
   前記台枠端部は、押出形材を並べて幅方向に突き合わせた端部同士を接合して形成した一枚の板であるとともに、前記押出形材の押出方向が前記鉄道車両の幅方向に沿う形態で前記台枠の長手方向の端部に接続されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
4. 請求項３に記載された鉄道車両において、
   前記第２出入口フレームの上端部に接続する前記第３出入口フレームの板厚は、前記第１出入口フレームの上端部の板厚よりも小さく、
   前記第２出入口フレームの下端部に接続する前記第３出入口フレームは、垂直片の上端部および下端部に接続する２枚の水平片を有すチャンネル材と、前記水平片の解放側の端部同士を接続する板と、からなり、
   前記第２出入口フレームの下端部に接続する前記第３出入口フレームに接続する前記第１出入口フレームの下端部は、垂直片の上端部および下端部に接続する２枚の水平片を有すチャンネル材と、前記水平片の解放側の端部同士を接続する板と、該板の高さ方向の中央部から前記垂直片に向けて延びる板と、を備えること、
   を特徴とする鉄道車両。
5. 請求項３に記載された鉄道車両において、
   一方の前記第１出入口フレームの車内側の面にブロックが接続されるとともに、前記ブロックの端部が前記屋根構体に接続されること、
   を特徴とする鉄道車両。
6. 請求項３に記載された鉄道車両において、
   一方の前記第１出入口フレームの車内側の面にブロックが接続されるとともに、前記ブロックの端部が前記屋根構体に接続されており、
   他方の前記第１出入口フレームの車内側の面にブロックが接続されるとともに、前記ブロックの端部が前記台枠に接続されること、
   を特徴とする鉄道車両。
7. 出入口が側構体の車両端部に配置され且つ車体の両端側をクラッシャブル領域とし当該両クラッシャブル領域の間の領域をサバイバル領域とした鉄道車両において、
   前記出入口を定める前記側構体の開口部周囲には出入口フレームが配設されており、
   前記出入口フレームは、
   前記サバイバル領域に配設されている第１出入口フレームと、
   前記クラッシャブル領域に配設されるとともに、車端側に配設される第２出入口フレームと、
   前記第１出入口フレームと前記第２出入口フレームとを接続する第３出入口フレームとを備えており、
   前記第３出入口フレームは、前記車体の長手方向に沿って直列に配置された移動部材および固定部材と、から構成される衝撃吸収装置を備えていること、
   を特徴とする鉄道車両。
8. 請求項７に記載された鉄道車両において、
   前記衝撃吸収装置は、
   前記第３出入口フレームに前記移動部材の一方の端部が接続されるとともに、前記移動部材の他方の端部は、内部に空間を有す前記固定部材の一方の端部に挿入されて重なっており、
   前記固定部材の他方の端部は前記第１出入口フレームに接続されており、
   前記移動部材と前記固定部材との重なり部に、前記移動部材と前記固定部材とを締結する締結部材が備えられること、
   を特徴とする鉄道車両。
9. 請求項７に記載された鉄道車両において、
   前記衝撃吸収装置は、
   前記第３出入口フレームに前記移動部材の一方の端部が接続されるとともに、前記移動部材の他方の端部には貫入部材が備えられており、
   前記移動部材の前記貫入部材は、内部に空間を有す前記固定部材の一方の端部に挿入されるとともに、前記貫入部材の高さ寸法は、前記固定部材の空間の高さ寸法より大きく設定されており、
   前記固定部材の他方の端部は前記第１出入口フレームに接続されていること、
   を特徴とする鉄道車両。
10. 台枠と、前記台枠の幅方向の両端部に立設される側構体と、前記台枠の長手方向の端部に立設される妻構体と、前記側構体および前記妻構体の上端部に接続される屋根構体とからなる鉄道車両であって、前記側構体の長手方向の端部に乗降に供される出入口部が備えられ且つ前記出入口部の周縁に出入口フレームが備えられる鉄道車両において、
    前記鉄道車両の長手方向の端部から順に、第１サバイバル領域と、クラッシャブル領域と、第２サバイバル領域と、が配設されており、
    前記側構体であって前記出入口フレームの前記側構体の長手方向の中央部寄りの部分から前記第２サバイバル領域に至るまでの長手方向の範囲が前記クラッシャブル領域に属しており、
    前記クラッシャブル領域に属する前記側構体は、一方の垂直縁が前記出入口フレームの長手方向の中央部寄りの部分に接続するとともに、他方の垂直縁は２枚の面板をリブで接続した押出形材からなる前記サバイバル領域に配設される前記側構体に接続する板であり、
    前記鉄道車両の長手方向に所定より大きい衝撃を受けた時に、前記クラッシャブル領域に配設される前記板が圧壊するとともに、前記出入口フレームを含む前記第１サバイバル領域に属する車両端部が前記鉄道車両の長手方向の中央部寄りに移動すること、
    を特徴とする鉄道車両。

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