JP7216595B2

JP7216595B2 - 鉄道車両

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Publication number: JP7216595B2
Application number: JP2019066149A
Authority: JP
Inventors: 直茂松尾; 哲郎佐藤; 崇貴志
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-02-01
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020164016A

Description

本発明は、台枠と、前記台枠に対し略直角に配置され、前記台枠と結合される前面妻構体と、を有する鉄道車両に関するものである。

鉄道車両の車体は、床面をなす台枠と、台枠の車両長手方向の両端部に立設されることで車体の先頭部または連結部をなす妻構体と、台枠の車両幅方向の両端部に立設されることで車体の側面をなす側構体と、妻構体および側構体の上端部に配置されることで車体の屋根をなす屋根構体とにより６面体をなすように構成される。
台枠と各構体との結合は、台枠の梁や各構体の有する柱などの強度部材同士を直接結合するのではなく、接手板などを介した溶接等によって行われるのが一般的である。例えば、図８および図９に示すように、台枠１１と、前面妻構体１２とを結合する場合、前面妻構体１２を台枠１１に乗せ、前面妻構体１２を構成する妻柱１２７，１２８の下端部において、ガセットと呼ばれる接手板２３を介して溶接する。このとき、台枠１１と妻柱１２７，１２８とを突き当てて台枠１１と妻柱１２７，１２８とを直接溶接するのではなく、接手板２３を台枠１１および妻柱１２７，１２８に溶接することで、台枠１１と妻柱１２７，１２８とが結合される。接手板２３により結合を行うことで、台枠１１と妻柱１２７，１２８との間に隙間を持たせるなどして、公差による寸法のばらつきを吸収するために前面妻構体１２の位置調整を行うことが容易になるのである。例えば、特許文献１に開示される鉄道車両は、台枠の端梁上に妻柱が乗せられ、補強アングルにより台枠と妻柱の結合が行われている。

特開２０１１－２３５７３３号公報特開２０１１－２３５７２８号公報特開２００５－５３３０６号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
例えば、踏切内で立ち往生した自動車など、軌道上の障害物に鉄道車両が正面から衝突するという事故が発生した場合、自動車が乗用車などの小型車であれば、鉄道車両の台枠の部分が自動車と衝突する。台枠は枕梁や中梁を備えることから強固な剛性を有しており、衝突により鉄道車両先頭部分が車室内にめり込む可能性が低い。そのため、衝突した障害物が車室内へめり込むことによって乗客や乗務員が負傷してしまう可能性が低く、車室内の安全は保たれる。

一方で、衝突した自動車が大型トラックなどの大型車である場合、トラックの荷台は、鉄道車両の台枠よりも高い位置に位置していることが多く、図１０に示すように、衝突の衝撃力Ｆが、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に負荷されることがある。台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃力Ｆが負荷されると、台枠１１と前面妻構体１２とがなす略Ｌ字形状の角部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働く。支点となる略Ｌ字形状の角部分は、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分であり、台枠１１と妻柱１２７，１２８は直接結合されておらず、接手板２３を介して結合されているため、接手板２３に大きい負荷がかかる。接手板２３は剛性が低く容易に変形してしまうことや、溶接長も大きく取れないことから、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分が容易に破壊され、前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込む。すると、衝突した障害物が車室内へめり込み、乗客や乗務員が負傷する可能性が高い。

また、接手板２３が容易に変形し、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分が容易に破壊されてしまうため、衝突による衝撃力Ｆを吸収できず、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することができない。そのため、衝撃を受けた乗客や乗務員が、車室内の座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が高い。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、前面妻構体と台枠との結合部分の強度を向上するとともに、衝突に起因する衝撃力を吸収し、衝撃を緩和することが可能な鉄道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に、本発明の鉄道車両は、次のような構成を有している。
（１）台枠と、台枠に対し略直角に配置され、台枠と結合される前面妻構体と、を有する鉄道車両において、前面妻構体は、台枠に対し略直角に配置される妻柱を有すること、妻柱は、前面妻構体に対して略直角に突出して形成された突出部を有し、妻柱と突出部とは、妻柱の、鉄道車両の床面側端部において、曲線で滑らかに接続され、略Ｌ字形状を成すこと、突出部は、台枠の鉄道車両の先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも台枠の上面側と下面側との２箇所で台枠と結合されること、を特徴とする。

（２）（１）に記載の鉄道車両において、突出部は、台枠の、鉄道車両の長手方向に沿って配置される梁の延長線上で、台枠と結合されていること、を特徴とする。
（３）（１）または（２）に記載の鉄道車両において、鉄道車両は、鉄道車両の屋根を形成する屋根構体を有すること、妻柱は、上端部に、突出部と対向するように、第２の突出部を有し、妻柱と第２の突出部とは、妻柱の、鉄道車両の屋根側端部において、曲線で滑らかに接続され、妻柱と、突出部と、第２の突出部とにより略コの字形状を成すこと、第２の突出部は、屋根構体の鉄道車両の先頭側の端面に突き合わされ、屋根構体と結合されること、を特徴とする。
（４）（３）に記載の鉄道車両において、妻柱は、断面積が、妻柱の鉄道車両の高さ方向における中央部から両端部に向かって拡大していくこと、を特徴とする。

本発明の鉄道車両は、上記構成を有することにより次のような作用・効果を有する。
（１）に記載の鉄道車両によれば、前面妻構体と台枠との結合部分が容易に破壊されなくなり、衝突に起因する衝撃力を吸収し、衝撃を緩和することが可能となる。

すなわち、前面妻構体を構成する妻柱は、前面妻構体に対して略直角に形成される突出部を有し、妻柱と突出部とは、妻柱の、鉄道車両の床面側の端部において、曲線（例えば円弧）で滑らかに接続され、略Ｌ字形状を成している。そして、突出部が、台枠の鉄道車両の先頭側の端面に突き合わされ、結合されることで、台枠と前面妻構体とが略Ｌ字形状をなすこととなる。
鉄道車両が軌道上の障害物と衝突し、台枠よりも高い位置で前面妻構体が衝撃を受けた場合、前面妻構体と台枠とがなす略Ｌ字形状の角部分が支点となり、前面妻構体にモーメントが働くが、上述のように妻柱が略Ｌ字形状となり、突出部が台枠と結合されているため、前面妻構体と台枠とがなす略Ｌ字形状の角部分は、前面妻構体と台枠との結合部分ではない。よって、前面妻構体に働くモーメントの支点部分が破壊され、前面妻構体が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減される。前面妻構体が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されると、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

また、妻柱と突出部とが円弧で滑らかに接続されているため、前面妻構体と台枠とがなす略Ｌ字形状の角部分は、円弧状となっている。円弧状となっていることで、応力が分散されるため、円弧状部分が全体的に広く塑性変形を起こし、衝突による衝撃力を有効に吸収することができる。衝突による衝撃力が吸収されることで、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することが可能であり、乗客や乗務員が、車室内において座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が軽減される。

さらにまた、前面妻構体に対して台枠よりも高い位置で衝撃が加わった場合、突出部と台枠との結合部分が支点となり、前面妻構体にモーメントが働き、突出部と台枠との結合部分が破壊されることが懸念されるが、上述のように前面妻構体と台枠とがなす略Ｌ字形状の角部分が結合部分でなくなり、妻柱の円弧状の部分の塑性変形が促され、衝撃力を吸収するため、突出部と台枠との結合部分に負荷される応力が緩和される。さらに、突出部は、台枠の鉄道車両先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも台枠の上面側と、下面側の２箇所で結合される。突出部と台枠とが結合された結合部分が鉄道車両の上下方向に少なくとも２箇所形成されることとなるため、台枠よりも高い位置で前面妻構体に衝撃が加わった場合、２箇所ある結合部分のうち、台枠の上面側の結合部分が支点となって、前面妻構体にモーメントが働く一方で、台枠の下面側の結合部分が、上面側の結合部分を支点として、前面妻構体に働くモーメントに抗することとなる。よって、突出部と台枠との結合部分が容易に破壊されることがない。
よって、前面妻構体が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減される。前面妻構体が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されると、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。
なお、妻柱は、曲線で滑らかに接続された突出部を有するため、ステンレスや鋼，アルミ合金などの金属製の棒材やパイプなどを用い、ローラーによる曲げ加工で生産を行うのが望ましい。曲げ加工による生産が容易であるとともに、安価に量産することが可能である。
また、断面が略コの字状であり、ウエブ面が、角に円弧を持つ略Ｌ字形状であるブレス部材を２つ組み合わせることでも、略Ｌ字形状であり、中空状の妻柱を生産可能である。

（２）に記載の鉄道車両によれば、鉄道車両が軌道上の障害物と正面衝突した場合に前面妻構体が受けた衝撃を、台枠の車両長手方向に沿って配置される梁で受けることができ、衝突による台枠の変形を軽減することができる。
すなわち、台枠の鉄道車両の先頭側の端部は、車両幅方向に延在する端梁によって形成されるのが一般的であり、妻柱が有する突出部は、該端梁に結合される。鉄道車両が軌道上の障害物に衝突し、前面妻構体が衝撃を受けたとき、端梁は、突出部が結合されている箇所において局所的に衝撃力が負荷される可能性がある。そして、この局所的に負荷される衝撃力は、端梁の長手方向に対して直角方向から負荷されることとなるため、端梁が容易に変形してしまうおそれがある。
そこで、台枠は、端梁に対して略直角方向、すなわち鉄道車両の長手方向、に沿って配置され結合される側梁等を有するのが一般的であるため、側梁等の延長線上で、端梁と突出部とを結合することで、結合部分において端梁に対して局所的な衝撃力が負荷されても、側梁等が支えとなり、端梁の変形を防止することができ、ひいては台枠の変形を防止することが可能である。

（３）に記載の鉄道車両によれば、前面妻構体を構成する妻柱は、突出部が台枠と結合されるのみでなく、第２の突出部が屋根構体と結合されることとなる。よって、前面妻構体は、台枠側と屋根構体側の２か所で支えられることとなり、鉄道車両が軌道上の障害物と衝突し、台枠よりも高い位置で前面妻構体が衝撃を受けた場合、前面妻構体が、車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれがより軽減される。前面妻構体が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されると、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

（４）に記載の鉄道車両によれば、妻柱の強度は断面積が最も小さい中央部が最も弱く、両端部に向かうにつれて強度も増大していく。よって、前面妻構体に衝撃が加わった場合、断面積が小さく強度の低い中央部が塑性変形し、より有効に衝撃力を吸収する。衝突による衝撃力が吸収されることで、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することが可能であり、乗客や乗務員が、車室内において座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が軽減される。
なお、上記のように断面積が中央部から両端部に向かって拡大する妻柱を、中空状の部材により形成する場合には、当該中空状の部材を、断面が略コの字状のプレス部材を２つ組み合わせて構成する方法が考えられる。

本願発明に係る鉄道車両１の側面を表す図である。第１の実施形態に係る台枠１１と前面妻構体１２との結合状態を表す斜視図である。第１の実施形態に係る台枠１１と前面妻構体１２との結合部分を表す断面図である。第１の実施形態において、前面妻構体１２に衝撃力Ｆが加わり、変形した状態を表す図である。第２の実施形態に係る台枠１１と前面妻構体１２との結合状態を表す斜視図である。第２の実施形態に係る屋根構体１４と前面妻構体１２との結合部分を表す断面図である。第２の実施形態において、前面妻構体１２に衝撃力Ｆが加わり、変形した状態を表す図である。従来技術における台枠１１と前面妻構体１２との結合状態を表す斜視図である。従来技術における台枠１１と前面妻構体１２との結合部分を表す断面図である。従来技術において前面妻構体１２に衝撃力Ｆが加わり、破壊された状態を表す図である。

本発明の鉄道車両１の第１の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る鉄道車両１の側面図である。図１に示されるように、鉄道車両１の車体２は、床面をなす台枠１１と、台枠１１の車両長手方向の一方の端部に立設されることで車体２の先頭部をなす前面妻構体１２と、台枠１１の他方の端部に立設されることで車体２の連結部をなす連妻構体１５と、台枠１１の車両幅方向の両端部に立設されることで車体２の側面をなす側構体１３と、前面妻構体１２，連妻構体１５および側構体１３の上端部に配置されることで車体２の屋根をなす屋根構体１４とにより構成される。そして、車体２は、枕ばね２４を介して車輪１７を備えた台車１６によって支持されている。側構体１３には、運転席に通じる乗務員昇降口１９Ａ、客室に通じる乗客乗降口１９Ｂおよび窓１９Ｃが設けられている。
また、台枠１１の車両長手方向の端部には、前面妻構体１２および連妻構体１５よりも車両長手方向の外方向に突出するように連結器１８が設けられており、隣接する鉄道車両同士を連結することが可能である。

図２は、台枠１１と、前面妻構体１２との結合状態を示す斜視図である。
図２に示されるように、台枠１１は、端梁１１１と、一対の側梁１１２と、枕梁１１３と、一対の中梁１１４とからなる。端梁１１１が台枠１１の車両長手方向の端部を形成し、端梁１１１の両端部には、側梁１１２の端部が、端梁１１１と側梁１１２とが直交するように結合されている。対向する一対の側梁１１２の間には、台車１６が取り付けられる枕梁１１３が車両幅方向に延在し、枕梁１１３の車両幅方向の両端部は、側梁１１２に結合されている。枕梁１１３と端梁１１１との間には、側梁１１２と平行に、一対の中梁１１４が延在し、中梁１１４の車両長手方向の端部は、それぞれ端梁１１１と、枕梁１１３に結合されている。
さらに、台枠１１は、側梁１１２と、中梁１１４との間に、横補強梁１１５と、縦補強梁１１６とを備える。横補強梁１１５は、一方の端部が側梁１１２に結合され、もう一方の端部が中梁１１４に結合されている。また、縦補強梁１１６は、一方の端部が横補強梁１１５の長手方向中央部に結合され、もう一方の端部が端梁１１１に結合されている。
なお、端梁１１１、側梁１１２、枕梁１１３、中梁１１４、横補強梁１１５および縦補強梁１１６はステンレスや鋼，アルミ合金などの金属板により断面略コの字型、または筒状に形成されるのが一般的であり、それぞれの梁同士の結合は溶接により行われる。

そして、台枠１１の車両長手方向の端部には、前面妻構体１２が、台枠１１に対して略直角に結合されている。
前面妻構体１２は、妻外板１２１と、妻外板１２１に溶接により結合された隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４とからなる。
妻外板１２１は、中央部に略長方形状の貫通路用開口部１２１ｂを有し、貫通路用開口部１２１ｂを挟むようにして、運転席の窓を形成する窓開口部１２１ａが２つ設けられている。
また、妻外板１２１には、妻外板１２１の鉄道車両１高さ方向の下端部から上端部まで延在する隅柱１２２と、貫通路柱１２３が、それぞれ妻外板１２１の鉄道車両１幅方向の両端部と、貫通路用開口部１２１ｂの両側とに配置され、結合されている。
さらに、妻外板１２１の鉄道車両１高さ方向の下端部から窓開口部１２１ａ下端部まで延在する妻柱１２４が、窓開口部１２１ａを挟む隅柱１２２と貫通路柱１２３との間に配置され、結合されている。

隅柱１２２と、貫通路柱１２３と、妻柱１２４とは、それぞれ下端部に、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａが、前面妻構体１２に対して略直角に突出するように設けられ、略Ｌ字形状をなす。そして、隅柱１２２と突出部１２２ａとが、貫通路柱１２３と突出部１２３ａとが、妻柱１２４と突出部１２４ａとが、それぞれ円弧で滑らかに接続されている。
隅柱１２２と、貫通路柱１２３と、妻柱１２４とは、それぞれ曲線で滑らかに接続された突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａを有するため、ローラーによる曲げ加工で生産を行うのが望ましい。曲げ加工による生産が容易であるとともに、安価に量産することが可能である。また、安定した曲げ加工を行うことができるよう閉断面を有する部材または中実部材とすることが望ましい。閉断面の部材を用いる場合には、内部にゴムや樹脂などを充填することで、より安定した曲げ加工を行うことが可能である。
また、断面が略コの字状であり、ウエブ面が、角に円弧を持つ略Ｌ字形状であるブレス部材を２つ組み合わせることでも、略Ｌ字形状であり、中空状の隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４を生産可能である。

突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａは、端梁１１１の車両長手方向外側の端面に突き合わされるようにして、端梁１１１と結合されている。
妻外板１２１の鉄道車両１幅方向の両端部に結合されている隅柱１２２の突出部１２２ａは、側梁１１２の車両長手方向の延長線上に位置するように結合されており、かつ、妻柱１２４の突出部１２４ａは、縦補強梁１１６の車両長手方向の延長線上に位置するように結合されているため、鉄道車両１が軌道上の障害物と正面衝突した場合に前面妻構体１２が受けた衝撃を、側梁１１２または縦補強梁１１６で受けることができ、衝突による台枠１１の変形を軽減することができる。

すなわち、鉄道車両１が軌道上の障害物に衝突し、前面妻構体１２が衝撃を受けたとき、端梁１１１は、端梁１１１の、突出部１２２ａ，１２４ａが結合されている箇所において局所的に衝撃力が負荷される可能性がある。そして、この局所的に負荷される衝撃力は、端梁１１１の長手方向に対して直角方向から負荷されることとなるため、端梁１１１が容易に変形してしまうおそれがある。
そこで、車両長手方向に沿って配置され、端梁１１１に結合される側梁１１２や、縦補強梁１１６の延長線上で、端梁１１１と突出部１２２ａ，１２４ａとを結合することで、端梁１１１に対して、突出部１２２ａ，１２４ａが結合されている箇所における局所的な衝撃力が負荷されても、側梁１１２や、縦補強梁１１６が支えとなり、端梁１１１の変形を防止することができ、ひいては台枠１１の変形を防止することが可能である。
なお、図２中では、一対の貫通路柱１２３の配置間隔は、一対の中梁１１４の配置間隔より広いため、突出部１２３ａは、中梁１１４の車両長手方向の延長線上に位置するように端梁１１１と結合されていないが、例えば、中梁１１４の端梁１１１側の端部において曲げ加工を行うことで、一対の中梁１１４同士の距離が端梁１１１に向かうにつれ拡大するように形成し、中梁１１４と端梁１１１との結合部の、車両長手方向の延長線上に突出部１２３ａが位置するようにしても良い。

図３を用いて、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分についてより詳しく説明する。
隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４から、それぞれ突出する突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａの端面と、台枠１１を構成する端梁１１１の車両先頭側の端面とを、スペーサ２１を介して突き合わせるように配置する。スペーサ２１は、公差による寸法のばらつきを吸収するために突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと端梁１１１との隙間調整の役割を担うとともに、鉄道車両１が軌道上の障害物に衝突し、前面妻構体１２に衝撃が加わった場合に、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４から台枠１１へ、衝撃力を伝達する役割を有する。

端梁１１１と突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａとは、端梁１１１および突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａの上端面側と下端面側との２箇所において、溶接され結合されている。
すなわち、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａの端梁１１１に対向する端面の上端部からは、溶接部１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂが車両長手方向に突出しており、溶接部１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂが端梁１１１の上端面に乗せられるようにして接している。そして、溶接部１２２ｂ，１２３ｂ，１２４ｂと端梁１１１の上端面とが溶接される。
さらに、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａの下端面と、端梁１１１の下端面とには、結合板２０が接するように配置され、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａの下端面と結合板２０とが溶接され、かつ端梁１１１の下端面と結合板２０とが溶接される。

次に、図４を用いて、鉄道車両１が軌道上の障害物に正面衝突し、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃力Ｆが加わった場合を説明する。
鉄道車両１が正面衝突した障害物が大型トラックなどの大型車である場合、トラックの荷台は、鉄道車両の台枠１１よりも高い位置に位置していることが多く、図４に示すように、衝突の衝撃力Ｆが、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に負荷されることがある。台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃力Ｆが負荷されると、台枠１１と前面妻構体１２とがなす略Ｌ字形状の角部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働く。
従来技術においては、支点となる略Ｌ字形状の角部分は、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分であり、台枠１１と妻柱１２７，１２８は直接結合されておらず、接手板２３を介して結合されているため、接手板２３に大きい負荷がかかる。接手板２３は剛性が低く容易に変形してしまうことや、溶接長も大きく取れないことから、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分が容易に破壊されてしまう（図９および図１０参照）。

一方で、本願発明において、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４には、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａが前面妻構体１２に対して略直角に突出して形成されているため、鉄道車両１側面側から見たときに略Ｌ字形状となっている。台枠１１と前面妻構体１２とがなす略Ｌ字形状の角部分が、台枠１１と前面妻構体１２との結合部分ではなく、さらに、隅柱１２２と突出部１２２ａとが、貫通路柱１２３と突出部１２３ａとが、妻柱１２４と突出部１２４ａとが、それぞれ円弧で滑らかに接続されているため、台枠１１と前面妻構体１２とがなす略Ｌ字形状の角部分は、円弧状となっている。

鉄道車両１が軌道上の障害物と衝突し、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２が衝撃を受けた場合、前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働くが、上述のように、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａが台枠１１と結合されているため、前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分は、前面妻構体１２と台枠１１との結合部分ではなく、前面妻構体１２に働くモーメントの支点部分が破壊され、前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減される。よって、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

また、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４と突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａとが円弧で滑らかに接続されているため、前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分は、円弧状となっている。円弧状となっていることで、応力が分散されるため、円弧状部分が全体的に広く塑性変形を起こし、衝突による衝撃力Ｆを有効に吸収することができる。衝突による衝撃力Ｆが吸収されることで、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することが可能であり、乗客や乗務員が、車室内において座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が軽減される。

ここで、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働き、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が破壊されることが懸念されるが、上述のように前面妻構体と台枠とがなす略Ｌ字形状の角部分が結合部分でなくなったことで、前面妻構体の塑性変形が促され、衝撃力Ｆを吸収するため、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分に負荷される応力が緩和される。さらに、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａは、台枠１１の鉄道車両先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも台枠１１の上面側と、下面側の２箇所で結合される。突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１とが結合された結合部分が鉄道車両１の上下方向に少なくとも２箇所形成されることとなるため、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃が加わった場合、２箇所ある結合部分のうち、台枠１１の上面側の結合部分が支点となって、前面妻構体１２にモーメントが働く一方で、台枠１１の下面側の結合部分が、上面側の結合部分を支点として、前面妻構体１２に働くモーメントに抗することとなる。よって、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が容易に破壊されることがない。
よって、前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されるとともに衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

以上説明したように、第１の実施形態の鉄道車両１によれば、
（１）台枠１１と、台枠１１に対し略直角に配置され、台枠１１と結合される前面妻構体１２と、を有する鉄道車両１において、前面妻構体１２は、台枠１１に対し略直角に配置される隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４を有すること、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４は、前面妻構体１２に対して略直角に突出して形成された突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａを有し、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４と突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａとは、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４の、鉄道車両１の床面側端部において、曲線で滑らかに接続され、略Ｌ字形状を成すこと、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａは、台枠１１の鉄道車両１の先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも台枠１１の上面側と下面側との２箇所で台枠１１と結合されること、を特徴とするので、前面妻構体１２と台枠１１との結合部分が容易に破壊されなくなり、衝突に起因する衝撃力Ｆを吸収し、衝撃を緩和することが可能となる。

すなわち、前面妻構体１２を構成する隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４は、前面妻構体１２に対して略直角に形成される突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａを有し、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａが、台枠１１の鉄道車両１の先頭側の端面に突き合わされ、結合されることで、台枠１１と前面妻構体１２とが略Ｌ字形状をなすこととなる。
鉄道車両１が軌道上の障害物と衝突し、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２が衝撃を受けた場合、前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働くが、上述のように隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４が略Ｌ字形状となり、前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分は、前面妻構体１２と台枠１１との結合部分ではない。よって、前面妻構体１２に働くモーメントの支点部分が破壊され、前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されるとともに衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

さらにまた、前面妻構体１２に対して台枠１１よりも高い位置で衝撃が加わった場合、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が支点となり、前面妻構体１２にモーメントが働き、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が破壊されることが懸念されるが、上述のように前面妻構体１２と台枠１１とがなす略Ｌ字形状の角部分が結合部分でなくなり、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４の円弧状の部分の塑性変形が促され、衝撃力Ｆを吸収するため、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分に負荷される応力が緩和される。さらに、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａは、台枠１１の鉄道車両１先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも台枠１１の上面側と、下面側の２箇所で結合される。突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１とが結合された結合部分が鉄道車両１の上下方向に少なくとも２箇所形成されることとなるため、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃が加わった場合、２箇所ある結合部分のうち、台枠１１の上面側の結合部分が支点となって、前面妻構体１２にモーメントが働く一方で、台枠１１の下面側の結合部分が、上面側の結合部分を支点として、前面妻構体１２に働くモーメントに抗することとなる。よって、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａと台枠１１との結合部分が容易に破壊されることがない。
よって、前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されるとともに衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。
また、断面が略コの字状であり、ウエブ面が、角に円弧を持つ略Ｌ字形状であるブレス部材を２つ組み合わせることでも、略Ｌ字形状であり、中空状の隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４を生産可能である。

（２）（１）に記載の鉄道車両１において、突出部１２２ａ，１２４ａは、台枠１１の、鉄道車両の長手方向に沿って配置される側梁１１２や縦補強梁１１６の延長線上で、台枠１１と結合されていること、を特徴とするので、鉄道車両１が軌道上の障害物と正面衝突した場合に前面妻構体１２が受けた衝撃を、台枠１１の車両長手方向に沿って配置される側梁１１２や縦補強梁１１６で受けることができ、衝突による台枠１１の変形を軽減することができる。
すなわち、台枠１１の鉄道車両１の先頭側の端部は、車両幅方向に延在する端梁１１１によって形成されるのが一般的であり、隅柱１２２および妻柱１２４が有する突出部１２２ａ，１２４ａは、該端梁１１１に結合される。鉄道車両１が軌道上の障害物に衝突し、前面妻構体１２が衝撃を受けたとき、端梁１１１は、突出部１２２ａ，１２４ａが結合されている箇所において局所的に衝撃力が負荷される可能性がある。そして、この局所的に負荷される衝撃力は、端梁１１１の長手方向に対して直角方向から負荷されることとなるため、端梁１１１が容易に変形してしまうおそれがある。
そこで、台枠１１は、端梁１１１に対して略直角方向、すなわち鉄道車両１の長手方向、に沿って配置され結合される側梁１１２や縦補強梁１１６の延長線上で、端梁１１１と突出部１２２ａ，１２４ａとを結合することで、結合部分において端梁１１１に対して局所的な衝撃力が負荷されても、側梁１１２や縦補強梁１１６が支えとなり、端梁１１１の変形を防止することができ、ひいては台枠１１の変形を防止することが可能である。

次に、本発明の鉄道車両１の第２の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
鉄道車両１の形態は、図１に示される第１の実施形態と同様である。
図５は、台枠１１と、前面妻構体１２との結合状態を示す斜視図である。
台枠１１の構成は、第１の実施形態と同様であり、台枠１１の車両長手方向の端部を形成する端梁１１１には、前面妻構体１２が、台枠１１に対して略直角に結合されている。

前面妻構体１２は、妻外板１２１と、隅柱１２５，貫通路柱１２６および妻柱１２７とからなる。
妻外板１２１は、上端部に、車両長手方向に突出された屋根部１２１ｃを有し、略Ｌ字形状をなしている。

さらに、妻外板１２１の車両高さ方向の下端部から窓開口部１２１ａ下端部まで延在する妻柱１２７が、窓開口部１２１ａを挟む隅柱１２５と貫通路柱１２６との間に配置され、結合されている。
隅柱１２５と、貫通路柱１２６とは、それぞれ下端部に、突出部１２５ａ，１２６ａが、前面妻構体１２に対して略直角に突出するように設けられ、かつ、それぞれ上端部に、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃが、前面妻構体１２に対して略直角に突出するように設けられ、略コの字形状をなす。そして、隅柱１２５と突出部１２５ａとが、貫通路柱１２６と突出部１２６ａとが、それぞれ曲線で滑らかに接続され、かつ、隅柱１２５と第２の突出部１２５ｃとが、貫通路柱１２６と第２の突出部１２６ｃとが、それぞれ曲線で滑らかに接続されている。また、隅柱１２５および貫通路柱１２６の断面積は、前記妻柱の前記鉄道車両の高さ方向における中央部が最も小さく、中央部から両端部に向かって拡大していく。

妻柱１２７は、下端部に、突出部１２７ａが、前面妻構体１２に対して略直角に突出するように設けられ、略Ｌ字形状をなす。そして、妻柱１２７と、突出部１２７ａとが、円弧で滑らかに接続されている。そして、妻柱１２７の断面積は、上端部が最も小さく、上端部から下端部に向かって拡大していく。
なお、隅柱１２５，貫通路柱１２６および妻柱１２７を、中空状の部材により形成する場合には、当該中空状の部材を、断面略コの字状のプレス部材を２つ組み合わせて構成する方法が考えられる。

突出部１２５ａ，１２６ａ，１２７ａが、端梁１１１の車両長手方向外側の端面に突き合わされるようにして、端梁１１１と結合している点は第１の実施形態と同様であり、溶接部１２５ｂ，１２６ｂ，１２７ｂと、結合板２０とにより、端梁１１１の上面側と下面側の２箇所で溶接により結合されている点も第１の実施形態と同様である（図３参照）。
また、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃは、屋根構体１４の垂木１４２の車両長手方向外側の端面に突き合わされるようにして、垂木１４２と結合している。

図６を用いて、前面妻構体１２と屋根構体１４との結合部分についてより詳しく説明する。
第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃの端面と、屋根構体１４を構成する垂木１４２の車両先頭側の端面とを、スペーサ２１を介して突き合わせるように配置する。スペーサ２１は、公差による寸法のばらつきを吸収するために第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃと垂木１４２との隙間調整の役割を担うとともに、鉄道車両１が軌道上の障害物に衝突し、前面妻構体１２に衝撃が加わった場合に、隅柱１２５および貫通路柱１２６から垂木１４２へ、衝撃力を伝達する役割を有する。

垂木１４２と第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃとは、垂木１４２および第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃの下端面側において、溶接され結合されている。
すなわち、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃの垂木１４２に対向する端面の下端部からは、溶接部１２５ｄ，１２６ｄが車両長手方向に突出しており、溶接部１２５ｄ，１２６ｄが垂木１４２の下端面に乗せられるようにして接している。そして、溶接部１２５ｄ，１２６ｄと垂木１４２の下端面とが溶接される。
さらに、妻外板１２１の屋根部１２１ｃが、屋根外板１４１の鉄道車両１先頭側端面に突き合わされ、溶接により結合されている。

次に、図７を用いて、鉄道車両１が軌道上の障害物に正面衝突し、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に衝撃力Ｆが加わった場合を説明する。
鉄道車両１が正面衝突した障害物が大型トラックなどの大型車である場合、トラックの荷台は、鉄道車両１の台枠１１よりも高い位置に位置していることが多く、図７に示すように、衝突の衝撃力Ｆが、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２に負荷されることがある。しかし、前面妻構体１２を構成する隅柱１２５および貫通路柱１２６は、突出部１２５ａ，１２６ａが台枠１１と結合されるのみでなく、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃが屋根構体１４と結合されているため、前面妻構体１２に衝撃力Ｆが負荷されても、前面妻構体１２は、台枠１１側と屋根構体１４側の２か所で支えられることとなり、前面妻構体１２が、車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれがより軽減されるとともに、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

また、隅柱１２５および貫通路柱１２６は、断面積が、隅柱１２５および貫通路柱１２６の鉄道車両の高さ方向における中央部から両端部に向かって拡大していくため、隅柱１２５および貫通路柱１２６の強度は断面積が最も小さい中央部が最も弱く、両端部に向かうにつれて強度が増大していく。よって、前面妻構体１２に衝撃が加わった場合、図７に示すように、強度の低い中央部が塑性変形する。中央部が塑性変形することで、より有効に衝撃力Ｆを吸収する。衝突による衝撃力Ｆが吸収されることで、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することが可能であり、乗客や乗務員が、車室内において座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が軽減される。

以上説明したように、第２の実施形態の鉄道車両１によれば、
（３）（１）または（２）に記載の鉄道車両１において、鉄道車両１は、鉄道車両１の屋根を形成する屋根構体１４を有すること、隅柱１２５および貫通路柱１２６は、上端部に、突出部１２５ａ，１２６ａと対向するように、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃを有し、隅柱１２５および貫通路柱１２６と第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃとは、隅柱１２５および貫通路柱１２６の、鉄道車両１の屋根側端部において、曲線で滑らかに接続され、隅柱１２５および貫通路柱１２６と、突出部１２５ａ，１２６ａと、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃとにより略コの字形状を成すこと、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃは、屋根構体１４の鉄道車両１の先頭側の端面に突き合わされ、屋根構体１４と結合されること、を特徴とするので、前面妻構体１２を構成する隅柱１２５および貫通路柱１２６は、突出部１２５ａ，１２６ａが台枠１１と結合されるのみでなく、第２の突出部１２５ｃ，１２６ｃが屋根構体１４と結合されることとなる。よって、前面妻構体１２は、台枠１１側と屋根構体１４側の２か所で支えられることとなり、鉄道車両１が軌道上の障害物と衝突し、台枠１１よりも高い位置で前面妻構体１２が衝撃を受けた場合、前面妻構体１２が、車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれがより軽減される。前面妻構体１２が車室内へ倒れ込むようにしてめり込むおそれが軽減されると、衝突した障害物が車室内へめり込むおそれも軽減され、乗客や乗務員が負傷する可能性が低くなる。

（４）（３）に記載の鉄道車両１において、隅柱１２５および貫通路柱１２６は、断面積が、隅柱１２５および貫通路柱１２６の鉄道車両１の高さ方向における中央部から両端部に向かって拡大していくこと、を特徴とするので、隅柱１２５および貫通路柱１２６の強度は断面積が最も小さい中央部が最も弱く、両端部に向かうにつれて強度が増大していく。よって、前面妻構体１２に衝撃が加わった場合、断面積が小さく、強度の低い中央部が塑性変形し、より有効に衝撃力Ｆを吸収する。衝突による衝撃力Ｆが吸収されることで、衝突に起因する乗客や乗務員への衝撃を緩和することが可能であり、乗客や乗務員が、車室内において座席脇の袖仕切りや、握り棒などに打ち付けられて負傷してしまう可能性が軽減される。
なお、上記のように断面積が中央部から両端部に向かって拡大する隅柱１２５および貫通路柱１２６を、中空状の部材により形成する場合には、当該中空状の部材を、断面略コの字状のプレス部材を２つ組み合わせて構成する方法が考えられる。

なお、上記実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、隅柱１２２，貫通路柱１２３および妻柱１２４と、突出部１２２ａ，１２３ａ，１２４ａとは、それぞれ円弧により滑らかに接続されるものとしているが、曲線であればよく、円弧に限定するものではない。

１鉄道車両
１１台枠
１２前面妻構体
１３側構体
１４屋根構体
１２２隅柱（妻柱の一例）
１２３貫通路柱（妻柱の一例）
１２４妻柱
１２２ａ，１２３ａ，１２４ａ突出部

Claims

台枠と、前記台枠に対し略直角に配置され、前記台枠と結合される前面妻構体と、を有する鉄道車両において、
前記前面妻構体は、前記台枠に対し略直角に配置される妻柱を有すること、
前記妻柱は、前記前面妻構体に対して略直角に突出して形成された突出部を有し、前記妻柱と前記突出部とは、前記妻柱の、前記鉄道車両の床面側端部において、曲線で滑らかに接続され、略Ｌ字形状を成すこと、
前記突出部は、前記台枠の前記鉄道車両の先頭側の端面に突き合わされ、少なくとも前記台枠の上面側と下面側との２箇所で前記台枠と結合されること、
を特徴とする鉄道車両。
請求項１に記載の鉄道車両において、
前記突出部は、前記台枠の、前記鉄道車両の長手方向に沿って配置される梁の延長線上で、前記台枠と結合されていること、
を特徴とする鉄道車両。
請求項１または２に記載の鉄道車両において、
前記鉄道車両は、前記鉄道車両の屋根を形成する屋根構体を有すること、
前記妻柱は、上端部に、前記突出部と対向するように、第２の突出部を有し、前記妻柱と前記第２の突出部とは、前記妻柱の、前記鉄道車両の屋根側端部において、曲線で滑らかに接続され、前記妻柱と、前記突出部と、前記第２の突出部とにより略コの字形状を成すこと、
前記第２の突出部は、前記屋根構体の前記鉄道車両の先頭側の端面に突き合わされ、前記屋根構体と結合されること、
を特徴とする鉄道車両。
請求項３に記載の鉄道車両において、
前記妻柱は、断面積が、前記妻柱の前記鉄道車両の高さ方向における中央部から両端部に向かって拡大していくこと、
を特徴とする鉄道車両。