JP5752277B2

JP5752277B2 - 鉄道車両

Info

Publication number: JP5752277B2
Application number: JP2013555074A
Authority: JP
Inventors: 健悟大橋; 林　健太郎; 健太郎林
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: WO2013111315A1; JPWO2013111315A1; CA2862780C; US9421989B2; US20150033978A1; CA2862780A1

Description

本発明は、鉄道車両に関し、詳しくは、流線形の先頭形状を有する鉄道車両における衝撃吸収構造に関する。

鉄道車両の車体は、台枠の四辺部分に側構体及び妻構体をそれぞれ接合し、側構体及び妻構体の上部に屋根構体を接合するとともに、各構体に外板や床板、内装材、扉や窓などを装着して形成されている。従来の鉄道車両では、衝突対策として妻構体や台枠部分を補強したり、衝撃吸収部材を設けたりすることによって客室を保護することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。また、出入台を有する鉄道車両では、出入台部分を破壊域（クラッシャブルゾーン、衝撃吸収部）とすることが通常採用されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００１−４８０１６号公報特開２００１−２６２６８号公報

妻構体においても、一般的な平面状の妻構体の場合は、柱を太くしたり、補強部材を設けたりすることによって強度を向上させているが、一方の妻構体が流線形に形成された鉄道車両における先頭構体では、運転台を設けることから、柱を太くしたり、補強部材を設けたりすることができず、また、運転台の後位に客室が続いていて間に出入台がない場合は、衝撃吸収部材を備えたクラッシャブルゾーンを設けることが困難であった。

そこで本発明は、流線形に形成された先頭構体に大きな外力が加わっても運転台や客室を保護することができる衝撃吸収構造を備えた鉄道車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両は、先頭構体、妻構体、台枠、側構体及び屋根構体を接合するとともに、前記先頭構体を流線形状を有する外板で覆った鉄道車両において、前記先頭構体の下部に接合される前記台枠の端梁における左右両端より内側に左右一対の柱部材を立設し、該一対の柱部材の間の前記端梁の前部に前方が開口した凹部を形成するとともに、該凹部の底面と前記外板の内面との間に衝撃吸収部材を配置したことを特徴としている。

さらに、本発明の鉄道車両は、前記凹部は、前記衝撃吸収部材が圧縮変形後に収まる大きさを有していること、前記台枠の中梁における端梁側先端部の両側面と前記両柱部材の各下端部との間に下部補強部材をそれぞれ設けたこと、また、前記台枠の中梁における端梁側先端部の上面に後端部が中梁の幅寸法に対応し、前端部が前記両柱部材にそれぞれ向かって拡開する台形状の上部補強部材を設けたことを特徴としている。

本発明の鉄道車両によれば、車体前面に加わる外力を、端梁の前部に形成した凹部と外板の内面との間に配置した衝撃吸収部材によって外力を吸収することができ、外力が直接的に端梁に加わることを抑えて端梁より後位に位置する運転台や客室を保護することができる。また、衝撃吸収部材を外板の内側に配置しているので、車体外部に露出することがなく、車体のデザインを損なうことがない。さらに、外力によって圧縮変形した衝撃吸収部材を凹部内に収めることにより、端梁の一部に外力が集中することがなくなり、衝撃吸収部材が圧縮変形した後の外力を端梁全体で受けることができる。また、下部補強部材や上部補強部材を設けることにより、端梁の変形を抑えて衝撃吸収部材を確実に圧縮変形させることができる。

本発明の鉄道車両の一形態例を示す台枠の平面図である。同じく車両構体の側面図である。同じく鉄道車両の外観を示す側面図である。台枠の要部を示す平面図である。台枠の正面図である。台枠と先頭構体との接合部分を示す断面側面図である。

本形態例に示す鉄道車両は、車体の前端に流線形状を有する先頭車両１０である。先頭車両１０を形成する車両構体１１は、台枠２０と、該台枠２０の両側に設けられる左右一対の側構体３０と、前記台枠２０及び側構体３０の両端にそれぞれ設けられる先頭構体４０及び妻構体５０と、側構体３０、先頭構体４０及び妻構体５０の上部を覆うように設けられる屋根構体６０とを備えており、先頭構体４０は、上半部が後方に傾斜するとともに、両側部が後方に傾斜した流線形に形成されている。

前記台枠２０は、レール方向（車体前後方向）に配置された左右一対の側梁２１と、前後両端部近傍の枕木方向（車体幅方向）に配置された前後一対の枕梁２２と、台枠２０の中央部に側梁２１と平行に設けられた中梁２３と、側梁２１と中梁２３とを枕木方向に連結する複数の横梁２４と、枕梁２２の車体両端側の中梁２３の先端にそれぞれ設けられた端梁２６とを備えており、先頭構体４０側に配置される端梁２６の前部には、衝撃吸収部材７１を取り付けるための前方が開口した衝撃吸収部材取付凹部７２が形成されている。

前記側構体３０は、鉛直方向の複数の側柱３１と、車体前後方向の複数の骨部材３２と、乗降口用開口部を形成する扉枠部３３と、側窓用開口部を形成する窓枠部３４とを備えている。側柱３１の下端部は、接合部材３５を介して前記側梁２１の下端から側方に突出した下部突出片２１ａの上で、側梁２１の外面に接合されている。

前記先頭構体４０は、車体幅方向中央部に運転台が設けられるものであって、該先頭構体４０の後部側上端部と側構体３０の先端側上端部との接合部には、枕木方向の上部補強梁４１が設けられている。先頭構体４０の前端部には、前記端梁２６の幅方向両端部と前記上部補強梁４１の幅方向両端部とにわたって左右一対の隅柱４２が設けられ、両隅柱４２の内側で、運転台の両側に位置する部分には、前記端梁２６と前記上部補強梁４１とにわたって左右一対の妻柱４３が設けられている。一方、後部連結側の前記妻構体５０は平板状に形成されており、幅方向中央部には貫通口用開口部が設けられている。

前記屋根構体６０は、レール方向に配置される長桁６１と、該長桁６１に直交して接合される枕木方向の複数の垂木６２と、垂木６２の外面側に接合される屋根板６３とで形成されており、長桁６１が前記側構体３０の上端部に接合され、前後両端の垂木６２が先頭構体４０の上端部、妻構体５０の上端部にそれぞれ接合される。また、屋根構体６０の前端と前記妻柱４３の上部との間は、連結部材６４で連結される。

図３に示すように、各構体の外部側には、各構体に対応した形状の外板１２がそれぞれ取り付けられるとともに、各構体の内外には、各種機器や座席などを含めた艤装、内装が施される。また、扉枠部３３には乗降扉１３が設けられ、窓枠部３４には側窓１４が設けられる。先頭構体４０の前面上下方向中間部には前面窓１５が設けられ、先頭構体４０の側面には乗務員用窓１６が設けられる。妻構体５０の貫通口用開口部の周囲には、連結幌１７が設けられる。さらに、車体両端下部には、連結器１８がそれぞれ設けられ、前面下部にはアンチクライマ１９が設けられている。このように外板１２などの所要部品を車両構体１１の内外にそれぞれ装着することにより、幅方向中央に運転台を有する先頭部が丸みを帯びた流線形の先頭車両１０が形成される。

台枠２０の先頭構体側端部（前端部）に設けられる端梁２６は、枕木方向に連続する車体幅に対応した主端梁２６ａと、該主端梁２６ａの前面両側部分に、前記衝撃吸収部材取付凹部７２を形成するようにして設けられる補強端梁２６ｂ，２６ｂとを有している。両補強端梁２６ｂ，２６ｂの間の主端梁２６ａの前面に形成された前記衝撃吸収部材取付凹部７２には、衝突時の外力により変形して衝突エネルギーを吸収する前記衝撃吸収部材７１が前端部を端梁２６から突出させた状態で取り付けられる。

衝撃吸収部材７１は、十分な衝撃吸収能力を有していれば各種構造のものを用いることが可能であり、例えば、特開２０１０−１２５８５８号公報に記載された複数の角パイプを組み合わせたものなどを用いることができる。衝撃吸収部材７１の前後方向の長さは、前方の突出端が外板１２の内面より後部側に収まる長さであればよく、衝撃吸収部材７１の太さは、衝撃吸収部材取付凹部７２の大きさに応じて設定することが可能であり、衝突時に圧縮変形した衝撃吸収部材７１の前後方向長さが前記衝撃吸収部材取付凹部７２内に収まる長さ及び太さに設定される。

また、端梁２６には、先頭構体４０に設けられる前記隅柱４２の下部を補強するための左右一対の隅柱補強部材２７と、前記妻柱４３の下部に接合される一対の妻補強柱２８とが設けられ、端梁２６の中央下部には連結器支持枠２９が設けられている。妻補強柱２８は、前方からの衝撃に耐えるため、前後方向に長い長方形状の断面を有している。この妻補強柱２８の下部は、前記補強端梁２６ｂに設けたスリット２６ｃを通して端梁２６の前面から連結器支持枠２９の前面にわたって接合されている。さらに、妻補強柱２８の後部には、端梁２６の上面に接合される補強突部２８ａが設けられている。また、隅柱補強部材２７は断面Ｌ字状に形成され、該隅柱補強部材２７の下部には、車体後方及び車体内方に向かって突出し、主端梁２６ａの側端部上面及び前記補強端梁２６ｂの前端部上面に接合される補強突部２７ａ，２７ｂがそれぞれ設けられている。

前記中梁２３における端梁２６側先端部の両側面と、前記両妻柱４３の各下端部との間には、板面を鉛直方向に向けた一対の下部補強板２３ａがそれぞれ設けられている。この下部補強板２３ａは、後端部が中梁２３の側面に接合され、前端部が妻柱４３の下端部後部側に接合されており、平面視では、中梁２３との接合部から妻柱４３との接合部に向かって両下部補強板２３ａが拡開した状態となっており、側面視では、両端接合部が鉛直、上縁が水平で、下縁が中梁２３との接合部から妻柱４３との接合部に向かって下方に拡がる状態の台形状となっている。

さらに、前記中梁２３における端梁２６側先端部の上面には、後端部が中梁２３の幅寸法に対応した幅寸法で、前端部が前記両妻柱４３にそれぞれ向かって拡開する台形状の上部補強板２３ｂが水平方向に設けられている。この上部補強板２３ｂの前端部は、端梁２６の幅寸法と同等の幅寸法を有しており、両妻柱４３の間の前記衝撃吸収部材取付凹部７２に対応した中央切欠部２３ｃが設けられるとともに、補強端梁２６ｂに設けた前記スリット２６ｃに対応したスリット２３ｄが設けられ、両側端部は、前記補強突部２７ａ，２７ｂの後部まで延びており、補強突部２７ａ，２７ｂを収める端部切欠部２３ｅがそれぞれ設けられている。

このような下部補強板２３ａや上部補強板２３ｂを端梁２６の補強部材として設けることにより、衝撃吸収部材取付凹部７２を設けた端梁２６を後方から補強することができ、外力を受けた際に衝撃吸収部材７１より先に端梁２６が変形することを防止し、衝撃吸収部材７１をより確実に圧縮変形させることができる。

前記妻補強柱２８には、前記妻柱４３が接合され、隅柱補強部材２７には前記隅柱４２が接合される。妻柱４３は、鋼鉄製の中実材料で形成されており、妻補強柱２８に接合される鉛直方向の下部柱部４３ａと、前記前面窓１５の内部側に位置する窓開口柱部４３ｂと、後端が上部補強梁４１に接合される水平方向の上部柱部４３ｃとを有している。

下部柱部４３ａは、妻補強柱２８と同様に、前方からの衝撃に備えて、妻補強柱２８と同じ前後方向に長い長方形状の断面を有している。この下部柱部４３ａは、妻補強柱２８の上半部の側面に沿わせた状態で接合され、妻補強柱２８を介して前記端梁２６に接合される。窓開口柱部４３ｂは、下部柱部４３ａの上端から前面窓１５の傾斜に合わせて上方が車体後方に傾斜した状態で設けられている。この窓開口柱部４３ｂは、レール方向（前後方向）の幅寸法が、前記下部柱部４３ａのレール方向の幅寸法に比べて小さく形成され、運転士の視界を妨げることがないようにしている。上部柱部４３ｃは、窓開口柱部４３ｂの後方上端部から上部補強梁４１に向かって水平方向に延びている。

隅柱４２は、隅柱補強部材２７に沿うように接合されており、この隅柱４２も、前面窓１５の内部側に位置する部分は、前面窓１５の傾斜に合わせて上方が車体後方に傾斜した状態で設けられている。

このように、車体幅方向中央部に運転台を設けた流線形状の鉄道車両１０において、端梁２６の前部に、前方が開口した衝撃吸収部材取付凹部７２を設けて衝撃吸収部材７１を取り付けることにより、外力によって圧縮変形した後の衝撃吸収部材７１を衝撃吸収部材取付凹部７２内に収納した状態とすることができる。これにより、衝撃吸収部材７１が圧縮変形した後のエネルギーが低下した外力は、妻柱４３，妻補強柱２８，補強端梁２６ｂを備えた端梁２６で受ける状態にすることができるので、端梁２６より後位に位置する運転台や客室を保護することができる。また、前後方向の長さが長い衝撃吸収部材７１でも外板１２の内側に収めることができるので、衝撃吸収部材７１によって流線形状独特のデザインが損なわれることもなくなる。さらに、下部補強板２３ａや上部補強板２３ｂを設けることにより、端梁２６の変形をより確実に防止することができ、衝撃吸収部材７１を確実に圧縮変形させてエネルギー吸収を効果的に行うことができる。

なお、下部補強部材や上部補強部材は、板状である必要はなく、アングル材などを適宜選択することができる。また、中梁や端梁の形状、構造によっては、下部補強部材や上部補強部材を省略することも可能である。

１０…先頭車両、１１…車両構体、１２…外板、１３…乗降扉、１４…側窓、１５…前面窓、１６…乗務員用窓、１７…連結幌、１８…連結器、１９…アンチクライマ、２０…台枠、２１…側梁、２１ａ…下部突出片、２２…枕梁、２３…中梁、２３ａ…下部補強板、２３ｂ…上部補強板、２３ｃ…中央切欠部、２３ｄ…スリット、２３ｅ…端部切欠部、２４…横梁、２６…端梁、２６ａ…主端梁、２６ｂ…補強端梁、２６ｃ…スリット、２７…隅柱補強部材、２７ａ，２７ｂ…補強突部、２８…妻補強柱、２８ａ…補強突部、２９…連結器支持枠、３０…側構体、３１…側柱、３２…骨部材、３３…扉枠部、３４…窓枠部、３５…接合部材、４０…先頭構体、４１…上部補強梁、４２…隅柱、４３…妻柱、４３ａ…下部柱部、４３ｂ…窓開口柱部、４３ｃ…上部柱部、５０…妻構体、６０…屋根構体、６１…長桁、６２…垂木、６３…屋根板、６４…連結部材、７１…衝撃吸収部材、７２…衝撃吸収部材取付凹部

Claims

先頭構体、妻構体、台枠、側構体及び屋根構体を接合するとともに、前記先頭構体を流線形状を有する外板で覆った鉄道車両において、前記先頭構体の下部に接合される前記台枠の端梁における左右両端より内側に左右一対の柱部材を立設し、該一対の柱部材の間の前記端梁の前部に前方が開口した凹部を形成するとともに、該凹部の底面と前記外板の内面との間に衝撃吸収部材を配置し、前記凹部は前記衝撃吸収部材が圧縮変形後に収まる大きさを有している鉄道車両。
前記台枠の中梁における端梁側先端部の両側面と前記両柱部材の各下端部との間に下部補強部材をそれぞれ設けた請求項２記載の鉄道車両。
前記台枠の中梁における端梁側先端部の上面に後端部が中梁の幅寸法に対応し、前端部が前記両柱部材にそれぞれ向かって拡開する台形状の上部補強部材を設けた請求項２乃至３のいずれか１項記載の鉄道車両。