鉄道車両の先頭衝撃吸収構造
【課題】障害物が鉄道車両の台枠より上部でオフセット正面衝突した時の衝突エネルギーを吸収する鉄道車両の先頭衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】鉄道車両Ｖｐの乗務員室部分Ｖｐｆが台枠Ｆｕより上の部分で障害物Ｏｃとオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造Ｓｐｓは、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁１０１の、天井より高い位置から台枠Ｆｕまで延在して、側壁（１０１）の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段１０１、１３４を備える。
【解決手段】鉄道車両Ｖｐの乗務員室部分Ｖｐｆが台枠Ｆｕより上の部分で障害物Ｏｃとオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造Ｓｐｓは、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁１０１の、天井より高い位置から台枠Ｆｕまで延在して、側壁（１０１）の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段１０１、１３４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でオフセット正面衝突した時の衝突エネルギーを吸収する鉄道車両の先頭衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、障害物に衝突した時に鉄道車両に掛かる衝突エネルギーを吸収する様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。具体的には、特許文献１は、鉄道車両の床下に設置される衝撃吸収装置を開示している。同衝撃吸収装置は、衝突時に衝撃吸収部材の移動を停止且つ固定させることによって、衝突エネルギーを衝撃吸収部材で吸収している。特許文献２は、壊れ易く且つ衝撃エネルギー吸収量の多い構造を組み込んだ鉄道車両用衝撃吸収台枠構造を開示している。
【０００３】
図９に示すように、特許文献３は、車両のクラッシャブルゾーン１１（図９（ｂ））に、車両の長手方向に延在する衝撃吸収部材である骨部材１７（図９（ｂ））を、強度部材１５、１６の間に、上下方向に離散して設けている。骨部材１７は、２枚のフランジ１７ｃ、１７ｄと、同フランジを接続するウエブ１７ｂとからなり、Ｕ字状断面を有する。ウエブ１７ｂ側が外板１８（図９（ｂ））に隅肉溶接されている。
【０００４】
骨部材１７の長手方向の中間の位置のフランジ端部に開口を有する切り欠き２１が設けられている。さらに、ウエブ１７ｂの両端近傍には、開口２２、２３が設けられている。衝突荷重がかかると、切り欠き２１部が外板１８とは反対側に折れ曲がることにより、骨部材１７が座屈しても外板１８を巻き込まずに、衝突荷重を吸収して、クラッシャブルゾーンの外、例えば窓Ｗまで衝撃が及ぶことの防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４１３０５号公報
【特許文献２】特開２０００−５２９８４号公報
【特許文献３】特開２００８−６２８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先ず、図１０を参照して、本発明にかかる先頭衝撃吸収構造が衝撃軽減を図っている、鉄道車両のオフセット正面衝突について説明する。図１０（ａ）に、先頭の鉄道車両Ｖｃ（以降、「車両Ｖｃ」）の先頭部（以降、「先頭車両先頭部Ｖｃｆ」）を横から見た内部の様子を模式的に示す。本発明においては、先頭車両先頭部Ｖｃｆは、車両Ｖｃにおいて運客仕切部Ｐによって、客室（不図示）と仕切られた運転手室を対象としている。
【０００７】
オフセット正面衝突とは、車両Ｖｃの台枠Ｆｕより上の先頭車両先頭部Ｖｃｆに、トラック等の障害物Ｏｃが正面衝突することをいう。オフセット正面衝突の場合、障害物Ｏｃが、車両Ｖｃの前面Ｗｆに衝突すると衝撃力Ｆｉが発生する。図１０（ｂ）に、車両Ｖｃにおける、衝撃力Ｆｉに対する反力Ｆｒを縦軸に、経過時間ｔを横軸にとり、図１０（ａ）と共に、オフセット正面衝突時の先頭車両先頭部Ｖｃｆの状態について説明する。
【０００８】
時刻ｔ０に、障害物Ｏｃが車両Ｖｃにオフセット正面衝突すると、次の瞬間である時刻ｔ１において反力Ｆｒは最大Ｆｒ１になる。この時点で、衝撃力Ｆｉによる先頭車両先頭部Ｖｃｆ（壁、天井、前面Ｗｆ）の変形や崩壊が開始する。変形や崩壊された前面Ｗｆを被破壊前面Ｗｆｂと呼ぶ。変形や崩壊は時刻ｔ２迄継続する。この間、図１０（ａ）で二点鎖線で示すように、衝撃力Ｆｉは減衰しつつ、側壁や天井を破壊しながら被破壊前面Ｗｆｂを客室に向かって押し下げていく。そして、時刻ｔ２で、被破壊前面Ｗｆｂは運客仕切部Ｐに受け止められる。この時刻ｔ１から時刻ｔ２迄の期間を、衝突による「崩壊・変形期間Ｐｄ」と呼ぶ。
【０００９】
崩壊・変形期間Ｐｄにおいて、被破壊前面Ｗｆｂの移動によって、被破壊前面Ｗｆｂと運転手Ｏとの間にある運転台Ｄｏなどの機材を運転手Ｏに衝撃的に押し当てたり、運転手Ｏを運客仕切部Ｐに押しつけたりして死傷させてしまう可能性がある。このように、崩壊・変形期間Ｐｄで衝撃力Ｆｉのエネルギーのかなりの部分が消費・吸収され、残った衝撃エネルギーは、運客仕切部Ｐや側壁や天井及び台枠などの車両Ｖｃの構体を経て伝播・吸収される。つまり、台枠より上でのオフセット正面衝突に関しては、崩壊・変形期間Ｐｄでエネルギーを十分に減少させることがポイントである。これは、図１０（ｂ）において、崩壊・変形期間Ｐｄでの反力Ｆｒの積分値を大きくすることを意味する。
【００１０】
上述のような、オフセット正面衝突において、特許文献１に開示の衝撃吸収装置は、床（台枠）下に設置されて、台枠の下でのオフセット正面衝突エネルギーは吸収できる。しかし、台枠の上でのオフセット正面衝突エネルギーは吸収できない。特許文献２は鉄道車両用衝撃吸収台枠構造を開示しており、オフセット正面衝突エネルギー吸収に不適であることは言うまでも無い。つまり、特許文献１及び特許文献２のいずれの開示においても、上述の崩壊・変形期間Ｐｄでのエネルギーを十分に減少できないことは明らかである。
【００１１】
一方、特許文献３に開示の骨部材１７は車両のクラッシャブルゾーン１１に設けられており、本発明と同様に、台枠より上でのオフセット正面衝突を対象としている。しかしながら、衝撃吸収部材である骨部材１７はＵ字状断面の開口部を外板１８と反対側に向けた状態で、車両Ｖｃの進行方向（オフセット正面衝突の衝撃力Ｆｉの伝播方向）に離間する２つの強度部材１５、１６との間に設けられている。つまり、先頭車両先頭部に加えられた衝撃力は、強度部材１５を介して、骨部材１７に対して垂直に伝えられる。この衝撃力により、骨部材１７が切り欠き２１で内部に向かって折れることにより衝撃エネルギーの吸収を図っている。
【００１２】
しかしながら、骨部材１７は、Ｕ字状断面という立体構造で、衝撃力Ｆｉの伝播方向に一部材で延在しているため、本来は延在方向に加えられる力に抗する能力が高く、エネルギー吸収の観点からは不利である。そのために、開口部に切り欠き２１を設けて、衝撃力Ｆｉが加わった時に、切り欠き２１から折れやすくしている。そのために、一本の骨部材１７は切り欠き２１で急激に折れる。つまり、骨部材１７の全長（強度部材１５、１６の間）で一度だけ折れる。言い換えれば、骨部材１７は一度折れたらそれ以上、衝撃エネルギーを吸収できない。
【００１３】
これは、骨部材１７は、クラッシャブルゾーン１１で衝撃エネルギーを瞬間的に一度だけ吸収すると、後は衝撃エネルギーを吸収できない。つまり、クラッシャブルゾーン１１は急激に変形・破壊することを意味する。つまり、クラッシャブルゾーン１１は、連続的にではなく断続的に変形・破壊する。そのため、衝撃もなめらかに吸収できずに、ショックと共に断続的に吸収するので、乗員への衝撃を抑えることができない。
【００１４】
なお、１本の骨部材１７に切り欠き２１を複数設けることにより、骨部材１７を多段に折ることが考えられる。しかし、骨部材１７は立体的（Ｕ字状断面）構造のために、複数の切り欠き２１を有しても、１つの切り欠き２１で折れれば、その部分の変形が進行して、残りの切り欠き２１が折れたとしても、エネルギー吸収に対する寄与は小さい。
【００１５】
また、車両Ｖｃの台枠上の高さ方向に、数本（図９（ｂ）の例では５本）の骨部材１７が離間して設けられている。つまり、クラッシャブルゾーン１１のスペースの一部のみが衝撃力Ｆｉの吸収に利用されているに過ぎない。なお、車両Ｖｃにオフセット正面衝突した障害物Ｏｃは、強度部材１５によって受け止められて、衝撃力Ｆｉは離間した数本の骨部材１７に分散して伝えられるようにみえる。しかしながら、強度部材１５は剛体ではないので、やはり障害物Ｏｃが実際に当たっている部分に近い骨部材１７に、衝撃力Ｆｉは集中して伝えられる。
【００１６】
そのため、数本の骨部材１７の内の一本が折れても残りの骨部材１７は折れないことがある。この場合、折れた骨部材１７の周囲部分が極度に破壊されるが他の部分は破壊されない。つまり、数本の骨部材１７の全てを衝撃エネルギー吸収に使用できない。これは、骨部材１７を離間させないで、互いに隣接させてクラッシャブルゾーン１１の全域に配しても、全ての骨部材１７を有効的に使用できないことを意味している。つまり、クラッシュブルゾーン１１で吸収できる衝撃力は極めて低いことを意味している。
【００１７】
よって、上述の問題に鑑みて、本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でオフセット正面衝突した時の衝突エネルギーを吸収する鉄道車両の先頭衝撃吸収構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決する為に、本発明は、鉄道車両の乗務員室部分が台枠より上の部分で障害物とオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造であって、
前記乗務員室部分の側壁の、天井より高い位置から前記台枠まで延在して、当該側壁の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でのオフセット正面衝突したときの衝突エネルギーを効率良くかつなめらかに吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造が組み込まれた鉄道車両の構体を前から見た正面図である。
【図２】図１の鉄道車両の乗務員室の構体を上から見た平面図である。
【図３】図１の鉄道車両の乗務員室の側面図である。
【図４】図３において、直線ＩＶ−ＩＶで切った、乗務員室の断面図である。
【図５】図１において、直線Ｖ−Ｖで切った、乗務員室の上部の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る乗務員室部分における先頭衝撃吸収構造を模式的に示す図である。
【図７】図６に示す乗務員室部分における、オフセット正面衝突時の衝撃吸収を説明する図である。
【図８】図６に示したステージ毎のオフセット正面衝突時の乗務員室部分の状態を示す図である。
【図９】従来の鉄道車両のクラッシャブルゾーン及び当該クラッシャブルゾーンに設けられた衝撃吸収部材を示す図である。
【図１０】オフセット正面衝突時の、鉄道車両の先頭車両先頭部の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１、図２、図３、図４、及び図５を参照して、本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造について説明する。図１は、本発明の先頭衝撃吸収構造が組み込まれた鉄道車両Ｖｐ（以降、「車両Ｖｐ」）の先頭部である乗務員室部分Ｖｐｆの構体を正面から見た状態を示す。図２は、図１の乗務員室部分Ｖｐｆの構体を上からみた状態を示す。同図において、左半分はアーチ桁１３９及びアーチ桁１４０で支えられている屋根の外板１０２（以降、「屋根外板１０２」）で覆われている状態を表し、右半分は屋根外板１０２が無い状態を表している。図３は、図１において、運転士側の乗務員室部分Ｖｐｆの側面を見た状態を示している。図４は、図３において、直線ＩＶ−ＩＶで乗務員室部分Ｖｐｆの構体を切った断面を示す。図５は、図１において、直線Ｖ−Ｖで切ったアーチ桁１３９及びアーチ桁１４０と、カモイ１１４との間の部分、つまり図２の右衝撃吸収部材１７５Ｒの部分を右から見た状態を示す。
【００２２】
図１に示すように、車両Ｖｐ（乗務員室部分Ｖｐｆ）の前面中央には、天井より高い位置から台枠の中まで貫通して延在するＨ字状に構成された貫通路柱Ｐｔが配設されている。貫通路柱Ｐｔは、同図において向かって右側（車両Ｖｐの内部から見て左側）に示す左貫通路柱ユニットＵＬと、左側（車両Ｖｐの内部から見て右側）に示す右貫通路柱ユニットＵＲと、カモイ１１４とを含む。なお、車両Ｖｐの正面から見て、左貫通路柱ユニットＵＬより右側が運転士側であり、右貫通路柱ユニットＵＲより左側が助士側である。左右の側壁の外板１０１（以降、「側外板１０１」）の内側にはそれぞれ、複数の補強板１３４Ｌ及び１３４Ｒが設けられている。
【００２３】
図２に示すように、左貫通路柱ユニットＵＬは、車両Ｖｐの長手（進行）方向Ｄｌに関して、前方（車両Ｖｐの正面）に位置する左前方ユニット１１２Ｌと後方に位置する左後方ユニット１１３Ｌとで、内側と外側のそれぞれに段差を有する（図２）ように一体的に構成されている。同様に、右貫通路柱ユニットＵＲは、前方に位置する右前方ユニット１１２Ｒと後方に位置する右後方ユニット１１３Ｒとで、内側と外側のそれぞれに段差を有するように一体的に構成されている。この内側の段差に、カモイ１１４の両端が当接して、右貫通路柱ユニットＵＲと左貫通路柱ユニットＵＬは一体的に連結（図１参照）されている。さらに、外側の段差に、脇骨１２４Ｌと１２４Ｒの端部がそれぞれ当接して、側外板１０１に連結（図１参照）されている。
【００２４】
左貫通路柱ユニットＵＬ及び右貫通路柱ユニットＵＲは、長手方向Ｄｌに運客仕切部Ｐに向かって延在している。左貫通路柱ユニットＵＬ及び右貫通路柱ユニットＵＲのこの延在端部と運客仕切部Ｐとの間に、それぞれ左衝撃吸収部材１７５Ｌ及び右衝撃吸収部材１７５Ｒが連結されている。なお、前述の複数（本例では、それぞれ４枚）の補強板１３４Ｌ及び補強板１３４Ｒが、側外板１０１の正面からアーチ桁１３９までの領域に設けられている。
【００２５】
図３に示すように、乗務員室部分Ｖｐｆの左側壁には、車両の先頭正面からアーチ桁１３９までの領域には補強板１３４Ｌが設けられ、アーチ桁１３９からアーチ桁１４０までの領域には、出入口Ｄが開口されている。図４に示すように、複数（本例では、４枚）の補強板１３４Ｌが、側外板１０１に対して、ほぼ垂直（車両幅方向Ｄｗと平行）に突出して、車両高さ方向Ｄｖ方向に延在している。結果、隣接する補強板１３４Ｌと側外板１０１によって、台枠から天井にかけて延在するコの字状の空間Ｓｖが形成される。この空間Ｓｖは、配管や配線などの収容に利用できる。
【００２６】
図３に戻って、出入口Ｄの上部を、左衝撃吸収部材１７５Ｌがカモイ１１４と運客仕切部Ｐとに連結されているのが見て取れる。なお、乗務員室部分Ｖｐｆの右側壁にも同様に、補強板１３４Ｒが側外板１０１に対してほぼ垂直（車両幅方向Ｄｗと平行）に突出して、車両高さ方向Ｄｖ方向に延在している。そして、隣接する補強板１３４Ｒと側外板１０１によって、台枠から天井にかけて延在するコの字状の空間Ｓｖが形成される。この空間Ｓｖは、配管や配線などの収容に利用できる。そして、出入口Ｄの上部を、右衝撃吸収部材１７５Ｒがカモイ１１４の後端部と運客仕切部Ｐとに連結されている。
【００２７】
図５を参照して、右衝撃吸収部材１７５Ｒの構成について説明する。本例においては、右衝撃吸収部材１７５Ｒは、カモイ１１４と横ハリ１５１とに接続されるものと、横ハリ１５１と横ハリ１５２とに接続されるものとの二体物として構成されている。この理由については後述するが、右衝撃吸収部材１７５Ｒが変形或いは崩壊することによって、オフセット正面衝突時の衝撃エネルギーを吸収する。そのためには、衝撃力Ｆｉを受けた時に大きく変形あるいは移動すると引き続き衝撃力Ｆｉを受けることができなくなるので、基本的な位置を保つために２以上の別体物として、それぞれを横ハリなどのしっかりした反力受で保持している。
【００２８】
つまり、衝撃力Ｆｉに対して右衝撃吸収部材１７５Ｒが逃げてしまわないようにするために、複数の部材に分割してそれぞれを、衝撃力Ｆｉの伝播進路上に保持している。よって、右衝撃吸収部材１７５Ｒの個数は２に限らず適宜決められるものである。なお、左衝撃吸収部材１７５Ｌについても同様である。衝撃吸収部材１７５（右衝撃吸収部材１７５Ｒ及び左衝撃吸収部材１７５Ｌを総称）は、通常の荷重に耐える強度を有しながら、衝突荷重に対しては座屈変形しやすい部材である必要がある。衝撃吸収部材１７５の具体例として、金属製の角型のパイプや、複数個の穴を形成した金属製のチューブ状の部材が挙げられる。衝撃吸収部材１７５の素材は、アルミニウム合金材や鋼材等である。
【００２９】
次に、図６、図７、及び図８を参照して、本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造による、オフセット正面衝突時の衝撃吸収について以下に説明する。図６に、乗務員室部分Ｖｐｆにおける先頭衝撃吸収構造を模式的に示す。同図において、運客仕切部Ｐより左側が乗務員室部分Ｖｐｆであり、右側が客室部分Ｖｐｐである。本発明に係る先頭衝撃吸収構造は、貫通路柱Ｐｔの端部が台枠Ｆｕに貫入されている構造（以降、「貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ」）と、複数（本例では、３つ）の衝撃吸収部材１７５が貫通路柱Ｐｔのカモイ１１４と運客仕切部Ｐとの間で保持されている構造（以降「天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃ」」）と、複数（本例では、４枚）の補強板１３４が側外板１０１に対して垂直に且つ台枠から天井に向かって延在している構造（以降、「側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓ」）とを含んでいる。
【００３０】
次に、図７を参照して、図６に示した乗務員室部分Ｖｐｆがオフセット正面衝突した時の貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとによる衝撃吸収について、ステージＳ１〜Ｓ５の５段階に分けて説明する。
【００３１】
ステージＳ１では、障害物Ｏｃ（たとえば、２５トントラック）が時速６０ｋｍの速度で車両Ｖｐの貫通路柱Ｐｔに衝突する。
【００３２】
ステージＳ２では、貫通路柱Ｐｔが倒れる。本発明においては、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆによって、貫通路柱Ｐｔの下端が台枠Ｆｕに貫通されて固定されているので、貫通路柱Ｐｔは従来の前面Ｗｆのように被破壊前面Ｗｆｂとなって、運転手Ｏに向かって平行移動することはない。貫通路柱Ｐｔは、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆの部分を支点として、回転しながら運客仕切部Ｐに近づく。貫通路柱Ｐｔの回転により、台枠Ｆｕは先頭から第２端バリまでまくれ上がる。この時に、衝突エネルギーが吸収される。これを、衝突エネルギーの一次吸収Ａｅｃ１と呼ぶ。
【００３３】
ステージＳ３では、貫通路柱Ｐｔが天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃの衝撃吸収部材１７５ごと、乗務員室部分Ｖｐｆの屋根部と側部を押しつぶす。このとき、ステージＳ２で吸収されなかった衝突エネルギーが衝撃吸収部材１７５によって吸収（以降、「二次吸収Ａｅｃ２」）されると共に乗務員室部分Ｖｐｆの屋根部と側部によって吸収（以降、「三次吸収Ａｅｃ３」）される。
【００３４】
ステージＳ４では、貫通路柱Ｐｔ（及び、押しつぶされた衝撃吸収部材１７５）が運客仕切部Ｐで受け止められて、ステージＳ３で吸収されなかったエネルギーは、運客仕切部Ｐから客室部分Ｖｐｐに伝播される。
【００３５】
ステージＳ５では、崩壊・変形が終息し、伝播されたエネルギーが後方の構造で緩やかに低減される。この状態では障害物と列車の速度はほぼ等しくなっているが、障害物を引きずる抵抗があるために、反力Ｆｒは０とならない。
【００３６】
図８に、図１０と対比して、ステージＳ１〜ステージＳ５までの車両Ｖｐにおけるオフセット正面衝突時の乗務員室部分Ｖｐｆの状態について説明する。同図において、二点鎖線Ｌｃは、図１０に示した車両Ｖｃにおける反力Ｆｒ−時刻ｔの関係を示す。実線Ｌｐは本発明の実施の形態に係る貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ及び天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃを組み込んだ車両Ｖｐ（乗務員室部分Ｖｐｆ）における反力Ｆｒ−時刻ｔの関係を示す。なお、対比のために、崩壊・変形期間Ｐｄの開始時刻ｔ１及び終了時刻ｔ２は同じとして表示しているが、実際にそれぞれ乗務員室部分Ｖｐｆや貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ及び天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃによって異なることは言うまでもない。
【００３７】
図８に示すように、本発明に係る先頭衝撃吸収構造を用いることにより、衝撃力のピーク値がＦｒ１からＦｒｐに下がると共に、特にステージＳ３においては、直線Ｌｐの傾きが、直線Ｌｃの傾きに比して小さくなっているため、効果的にエネルギーが吸収されていることが見て取れる。このように、衝撃力ピークつまり、Ｆｒｐ（Ｆｒ１）は時間の短いステージＳ１にある。エネルギー吸収の効果の観点からは、衝撃力ピークを大きくすることも有効であるが、加速度が増すために乗員が被る損傷が大きくなる傾向がある。また、崩壊時間Ｐｄを長くすることもエネルギー吸収を増大させる。
【００３８】
しかしながら、時間に比例した変形量を伴うので、乗員を保護する空間が減少する。これらに基づき、乗員の保護の観点から言えば、クラッシャブルゾーンを設ける構造は、エネルギー吸収要素と許容変形量を組み合わせることで、ステージＳ３の部分を反力の高い位置で長い時間保持するものである。
【００３９】
図７及び図８を参照して、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの組み合わせにおける衝撃エネルギー吸収について説明した。天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、その構造が異なるため、厳密に言えば、衝撃吸収パターンは天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとは異なる。
【００４０】
つまり、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓの補強板１３４は側外板１０１の内面上に設けられているので、衝突時に外板が側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓ（側外板１０１或いは補強板１３４）に当たることはない。つまり、障害物Ｏｃが貫通路柱Ｐｔに当たった後に、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓに当たる。以降の動作は、基本的に貫通路柱Ｐｔと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの動作と同様である。
【００４１】
但し、長手方向Ｄｌに、複数枚の補強板１３４が平行に配されているので、障害物Ｏｃによって側外板１０１が面外変形すると、対応する補強板１３４は長手方向Ｄｌ方向に移動して、変形した側外板１０１と共に次の補強板１３４に当接する。衝撃の伝播及び吸収と、側外板１０１の変形とが進行するにつれて、当接する補強板１３４の枚数が増える。これにより、最初の補強板１３４に加えられた衝撃力Ｆｉは、補強板１３４の枚数が増えるごとに吸収されると共に、より分散される。
【００４２】
つまり、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓにおいては、補強板１３４が側外板１０１の破断や破壊を抑えることによって、側外板１０１が変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することを促進する、これにより、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓが設けられている側外板１０１の面外変形をエネルギー吸収に利用することができる。さらに、衝撃が補強板１３４ごとに分散されるので、衝撃エネルギーをよりなめらかに低減できる。上述のように、縦骨や横骨の骨材と外板とから成る骨皮構造においては、皮に相当する外板を破断させずに変形させることが、衝突時の車両の衝撃エネルギー吸収の観点から望ましい。
【００４３】
また、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁の全幅にではなく、正面からアーチ桁１３９までの長さを幅とする領域に設けられている。よって、乗務員室部分Ｖｐｆがオフセット正面衝突した際にも、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁の変形は側外板１０１の面外変形のみに抑えられて、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓの後端から運客仕切部Ｐまでの側壁は変形・崩壊を免れる。結果、運客仕切部Ｐから側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓまでの空間が乗務員のために確保できる。なお、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは運客仕切部Ｐに接続する必要がないので、路面電車など運客仕切部Ｐを有しない車両にも適用できる。
【００４４】
このように、衝撃エネルギーの吸収の仕方は異なるものの、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、基本的には天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと類似の衝撃吸収性能を有している。よって、本発明においては、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの組み合わせ、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓとの組み合わせ、さらに貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓとを組み合わせて実施することができる。天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓを同時に実施すれば、ステージＳ１〜Ｓ５のタイミングは両者で異なり得るもののその衝撃吸収能力は足し算されるので、効果的に貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆの衝撃的な破壊を防止し、乗務員の安全を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、鉄道車両の構体に利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
Ｖｐ、Ｖｃ 鉄道車両
Ｖｐｆ 乗務員室部分
Ｖｐｐ 客室部分
Ｐ 運客仕切部
Ｆｕ 台枠
Ｄｗ 車両幅方向
Ｄｖ 車両高さ方向
Ｄｌ 車両長手（進行）方向
Ｓｐｆ 貫通路柱台枠固定構造
Ｓｐｃ 天井部衝撃吸収構造
Ｓｐｓ 側壁衝撃吸収構造
Ｏｃ 障害物
Ｆｉ 衝撃力
Ｐｔ 貫通路柱
ＵＬ 左貫通路柱ユニット
ＵＲ 右貫通路柱ユニット
１１４ カモイ
１０１ 側外板
１３４、１３４Ｌ、１３４Ｒ 補強板
１２４Ｌ、１２４Ｒ 脇骨
１０２ 屋根外板
１３９、１４０ アーチ桁
１５１、１５２ 横ハリ
１７５、１７５Ｌ、１７５Ｒ 衝撃吸収部材
Ｖｃｆ 先頭車両先頭部
Ｗｆ 前面
Ｗｆｂ 被破壊前面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でオフセット正面衝突した時の衝突エネルギーを吸収する鉄道車両の先頭衝撃吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、障害物に衝突した時に鉄道車両に掛かる衝突エネルギーを吸収する様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。具体的には、特許文献１は、鉄道車両の床下に設置される衝撃吸収装置を開示している。同衝撃吸収装置は、衝突時に衝撃吸収部材の移動を停止且つ固定させることによって、衝突エネルギーを衝撃吸収部材で吸収している。特許文献２は、壊れ易く且つ衝撃エネルギー吸収量の多い構造を組み込んだ鉄道車両用衝撃吸収台枠構造を開示している。
【０００３】
図９に示すように、特許文献３は、車両のクラッシャブルゾーン１１（図９（ｂ））に、車両の長手方向に延在する衝撃吸収部材である骨部材１７（図９（ｂ））を、強度部材１５、１６の間に、上下方向に離散して設けている。骨部材１７は、２枚のフランジ１７ｃ、１７ｄと、同フランジを接続するウエブ１７ｂとからなり、Ｕ字状断面を有する。ウエブ１７ｂ側が外板１８（図９（ｂ））に隅肉溶接されている。
【０００４】
骨部材１７の長手方向の中間の位置のフランジ端部に開口を有する切り欠き２１が設けられている。さらに、ウエブ１７ｂの両端近傍には、開口２２、２３が設けられている。衝突荷重がかかると、切り欠き２１部が外板１８とは反対側に折れ曲がることにより、骨部材１７が座屈しても外板１８を巻き込まずに、衝突荷重を吸収して、クラッシャブルゾーンの外、例えば窓Ｗまで衝撃が及ぶことの防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４１３０５号公報
【特許文献２】特開２０００−５２９８４号公報
【特許文献３】特開２００８−６２８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先ず、図１０を参照して、本発明にかかる先頭衝撃吸収構造が衝撃軽減を図っている、鉄道車両のオフセット正面衝突について説明する。図１０（ａ）に、先頭の鉄道車両Ｖｃ（以降、「車両Ｖｃ」）の先頭部（以降、「先頭車両先頭部Ｖｃｆ」）を横から見た内部の様子を模式的に示す。本発明においては、先頭車両先頭部Ｖｃｆは、車両Ｖｃにおいて運客仕切部Ｐによって、客室（不図示）と仕切られた運転手室を対象としている。
【０００７】
オフセット正面衝突とは、車両Ｖｃの台枠Ｆｕより上の先頭車両先頭部Ｖｃｆに、トラック等の障害物Ｏｃが正面衝突することをいう。オフセット正面衝突の場合、障害物Ｏｃが、車両Ｖｃの前面Ｗｆに衝突すると衝撃力Ｆｉが発生する。図１０（ｂ）に、車両Ｖｃにおける、衝撃力Ｆｉに対する反力Ｆｒを縦軸に、経過時間ｔを横軸にとり、図１０（ａ）と共に、オフセット正面衝突時の先頭車両先頭部Ｖｃｆの状態について説明する。
【０００８】
時刻ｔ０に、障害物Ｏｃが車両Ｖｃにオフセット正面衝突すると、次の瞬間である時刻ｔ１において反力Ｆｒは最大Ｆｒ１になる。この時点で、衝撃力Ｆｉによる先頭車両先頭部Ｖｃｆ（壁、天井、前面Ｗｆ）の変形や崩壊が開始する。変形や崩壊された前面Ｗｆを被破壊前面Ｗｆｂと呼ぶ。変形や崩壊は時刻ｔ２迄継続する。この間、図１０（ａ）で二点鎖線で示すように、衝撃力Ｆｉは減衰しつつ、側壁や天井を破壊しながら被破壊前面Ｗｆｂを客室に向かって押し下げていく。そして、時刻ｔ２で、被破壊前面Ｗｆｂは運客仕切部Ｐに受け止められる。この時刻ｔ１から時刻ｔ２迄の期間を、衝突による「崩壊・変形期間Ｐｄ」と呼ぶ。
【０００９】
崩壊・変形期間Ｐｄにおいて、被破壊前面Ｗｆｂの移動によって、被破壊前面Ｗｆｂと運転手Ｏとの間にある運転台Ｄｏなどの機材を運転手Ｏに衝撃的に押し当てたり、運転手Ｏを運客仕切部Ｐに押しつけたりして死傷させてしまう可能性がある。このように、崩壊・変形期間Ｐｄで衝撃力Ｆｉのエネルギーのかなりの部分が消費・吸収され、残った衝撃エネルギーは、運客仕切部Ｐや側壁や天井及び台枠などの車両Ｖｃの構体を経て伝播・吸収される。つまり、台枠より上でのオフセット正面衝突に関しては、崩壊・変形期間Ｐｄでエネルギーを十分に減少させることがポイントである。これは、図１０（ｂ）において、崩壊・変形期間Ｐｄでの反力Ｆｒの積分値を大きくすることを意味する。
【００１０】
上述のような、オフセット正面衝突において、特許文献１に開示の衝撃吸収装置は、床（台枠）下に設置されて、台枠の下でのオフセット正面衝突エネルギーは吸収できる。しかし、台枠の上でのオフセット正面衝突エネルギーは吸収できない。特許文献２は鉄道車両用衝撃吸収台枠構造を開示しており、オフセット正面衝突エネルギー吸収に不適であることは言うまでも無い。つまり、特許文献１及び特許文献２のいずれの開示においても、上述の崩壊・変形期間Ｐｄでのエネルギーを十分に減少できないことは明らかである。
【００１１】
一方、特許文献３に開示の骨部材１７は車両のクラッシャブルゾーン１１に設けられており、本発明と同様に、台枠より上でのオフセット正面衝突を対象としている。しかしながら、衝撃吸収部材である骨部材１７はＵ字状断面の開口部を外板１８と反対側に向けた状態で、車両Ｖｃの進行方向（オフセット正面衝突の衝撃力Ｆｉの伝播方向）に離間する２つの強度部材１５、１６との間に設けられている。つまり、先頭車両先頭部に加えられた衝撃力は、強度部材１５を介して、骨部材１７に対して垂直に伝えられる。この衝撃力により、骨部材１７が切り欠き２１で内部に向かって折れることにより衝撃エネルギーの吸収を図っている。
【００１２】
しかしながら、骨部材１７は、Ｕ字状断面という立体構造で、衝撃力Ｆｉの伝播方向に一部材で延在しているため、本来は延在方向に加えられる力に抗する能力が高く、エネルギー吸収の観点からは不利である。そのために、開口部に切り欠き２１を設けて、衝撃力Ｆｉが加わった時に、切り欠き２１から折れやすくしている。そのために、一本の骨部材１７は切り欠き２１で急激に折れる。つまり、骨部材１７の全長（強度部材１５、１６の間）で一度だけ折れる。言い換えれば、骨部材１７は一度折れたらそれ以上、衝撃エネルギーを吸収できない。
【００１３】
これは、骨部材１７は、クラッシャブルゾーン１１で衝撃エネルギーを瞬間的に一度だけ吸収すると、後は衝撃エネルギーを吸収できない。つまり、クラッシャブルゾーン１１は急激に変形・破壊することを意味する。つまり、クラッシャブルゾーン１１は、連続的にではなく断続的に変形・破壊する。そのため、衝撃もなめらかに吸収できずに、ショックと共に断続的に吸収するので、乗員への衝撃を抑えることができない。
【００１４】
なお、１本の骨部材１７に切り欠き２１を複数設けることにより、骨部材１７を多段に折ることが考えられる。しかし、骨部材１７は立体的（Ｕ字状断面）構造のために、複数の切り欠き２１を有しても、１つの切り欠き２１で折れれば、その部分の変形が進行して、残りの切り欠き２１が折れたとしても、エネルギー吸収に対する寄与は小さい。
【００１５】
また、車両Ｖｃの台枠上の高さ方向に、数本（図９（ｂ）の例では５本）の骨部材１７が離間して設けられている。つまり、クラッシャブルゾーン１１のスペースの一部のみが衝撃力Ｆｉの吸収に利用されているに過ぎない。なお、車両Ｖｃにオフセット正面衝突した障害物Ｏｃは、強度部材１５によって受け止められて、衝撃力Ｆｉは離間した数本の骨部材１７に分散して伝えられるようにみえる。しかしながら、強度部材１５は剛体ではないので、やはり障害物Ｏｃが実際に当たっている部分に近い骨部材１７に、衝撃力Ｆｉは集中して伝えられる。
【００１６】
そのため、数本の骨部材１７の内の一本が折れても残りの骨部材１７は折れないことがある。この場合、折れた骨部材１７の周囲部分が極度に破壊されるが他の部分は破壊されない。つまり、数本の骨部材１７の全てを衝撃エネルギー吸収に使用できない。これは、骨部材１７を離間させないで、互いに隣接させてクラッシャブルゾーン１１の全域に配しても、全ての骨部材１７を有効的に使用できないことを意味している。つまり、クラッシュブルゾーン１１で吸収できる衝撃力は極めて低いことを意味している。
【００１７】
よって、上述の問題に鑑みて、本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でオフセット正面衝突した時の衝突エネルギーを吸収する鉄道車両の先頭衝撃吸収構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決する為に、本発明は、鉄道車両の乗務員室部分が台枠より上の部分で障害物とオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造であって、
前記乗務員室部分の側壁の、天井より高い位置から前記台枠まで延在して、当該側壁の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、障害物が鉄道車両の台枠より上部でのオフセット正面衝突したときの衝突エネルギーを効率良くかつなめらかに吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造が組み込まれた鉄道車両の構体を前から見た正面図である。
【図２】図１の鉄道車両の乗務員室の構体を上から見た平面図である。
【図３】図１の鉄道車両の乗務員室の側面図である。
【図４】図３において、直線ＩＶ−ＩＶで切った、乗務員室の断面図である。
【図５】図１において、直線Ｖ−Ｖで切った、乗務員室の上部の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る乗務員室部分における先頭衝撃吸収構造を模式的に示す図である。
【図７】図６に示す乗務員室部分における、オフセット正面衝突時の衝撃吸収を説明する図である。
【図８】図６に示したステージ毎のオフセット正面衝突時の乗務員室部分の状態を示す図である。
【図９】従来の鉄道車両のクラッシャブルゾーン及び当該クラッシャブルゾーンに設けられた衝撃吸収部材を示す図である。
【図１０】オフセット正面衝突時の、鉄道車両の先頭車両先頭部の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１、図２、図３、図４、及び図５を参照して、本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造について説明する。図１は、本発明の先頭衝撃吸収構造が組み込まれた鉄道車両Ｖｐ（以降、「車両Ｖｐ」）の先頭部である乗務員室部分Ｖｐｆの構体を正面から見た状態を示す。図２は、図１の乗務員室部分Ｖｐｆの構体を上からみた状態を示す。同図において、左半分はアーチ桁１３９及びアーチ桁１４０で支えられている屋根の外板１０２（以降、「屋根外板１０２」）で覆われている状態を表し、右半分は屋根外板１０２が無い状態を表している。図３は、図１において、運転士側の乗務員室部分Ｖｐｆの側面を見た状態を示している。図４は、図３において、直線ＩＶ−ＩＶで乗務員室部分Ｖｐｆの構体を切った断面を示す。図５は、図１において、直線Ｖ−Ｖで切ったアーチ桁１３９及びアーチ桁１４０と、カモイ１１４との間の部分、つまり図２の右衝撃吸収部材１７５Ｒの部分を右から見た状態を示す。
【００２２】
図１に示すように、車両Ｖｐ（乗務員室部分Ｖｐｆ）の前面中央には、天井より高い位置から台枠の中まで貫通して延在するＨ字状に構成された貫通路柱Ｐｔが配設されている。貫通路柱Ｐｔは、同図において向かって右側（車両Ｖｐの内部から見て左側）に示す左貫通路柱ユニットＵＬと、左側（車両Ｖｐの内部から見て右側）に示す右貫通路柱ユニットＵＲと、カモイ１１４とを含む。なお、車両Ｖｐの正面から見て、左貫通路柱ユニットＵＬより右側が運転士側であり、右貫通路柱ユニットＵＲより左側が助士側である。左右の側壁の外板１０１（以降、「側外板１０１」）の内側にはそれぞれ、複数の補強板１３４Ｌ及び１３４Ｒが設けられている。
【００２３】
図２に示すように、左貫通路柱ユニットＵＬは、車両Ｖｐの長手（進行）方向Ｄｌに関して、前方（車両Ｖｐの正面）に位置する左前方ユニット１１２Ｌと後方に位置する左後方ユニット１１３Ｌとで、内側と外側のそれぞれに段差を有する（図２）ように一体的に構成されている。同様に、右貫通路柱ユニットＵＲは、前方に位置する右前方ユニット１１２Ｒと後方に位置する右後方ユニット１１３Ｒとで、内側と外側のそれぞれに段差を有するように一体的に構成されている。この内側の段差に、カモイ１１４の両端が当接して、右貫通路柱ユニットＵＲと左貫通路柱ユニットＵＬは一体的に連結（図１参照）されている。さらに、外側の段差に、脇骨１２４Ｌと１２４Ｒの端部がそれぞれ当接して、側外板１０１に連結（図１参照）されている。
【００２４】
左貫通路柱ユニットＵＬ及び右貫通路柱ユニットＵＲは、長手方向Ｄｌに運客仕切部Ｐに向かって延在している。左貫通路柱ユニットＵＬ及び右貫通路柱ユニットＵＲのこの延在端部と運客仕切部Ｐとの間に、それぞれ左衝撃吸収部材１７５Ｌ及び右衝撃吸収部材１７５Ｒが連結されている。なお、前述の複数（本例では、それぞれ４枚）の補強板１３４Ｌ及び補強板１３４Ｒが、側外板１０１の正面からアーチ桁１３９までの領域に設けられている。
【００２５】
図３に示すように、乗務員室部分Ｖｐｆの左側壁には、車両の先頭正面からアーチ桁１３９までの領域には補強板１３４Ｌが設けられ、アーチ桁１３９からアーチ桁１４０までの領域には、出入口Ｄが開口されている。図４に示すように、複数（本例では、４枚）の補強板１３４Ｌが、側外板１０１に対して、ほぼ垂直（車両幅方向Ｄｗと平行）に突出して、車両高さ方向Ｄｖ方向に延在している。結果、隣接する補強板１３４Ｌと側外板１０１によって、台枠から天井にかけて延在するコの字状の空間Ｓｖが形成される。この空間Ｓｖは、配管や配線などの収容に利用できる。
【００２６】
図３に戻って、出入口Ｄの上部を、左衝撃吸収部材１７５Ｌがカモイ１１４と運客仕切部Ｐとに連結されているのが見て取れる。なお、乗務員室部分Ｖｐｆの右側壁にも同様に、補強板１３４Ｒが側外板１０１に対してほぼ垂直（車両幅方向Ｄｗと平行）に突出して、車両高さ方向Ｄｖ方向に延在している。そして、隣接する補強板１３４Ｒと側外板１０１によって、台枠から天井にかけて延在するコの字状の空間Ｓｖが形成される。この空間Ｓｖは、配管や配線などの収容に利用できる。そして、出入口Ｄの上部を、右衝撃吸収部材１７５Ｒがカモイ１１４の後端部と運客仕切部Ｐとに連結されている。
【００２７】
図５を参照して、右衝撃吸収部材１７５Ｒの構成について説明する。本例においては、右衝撃吸収部材１７５Ｒは、カモイ１１４と横ハリ１５１とに接続されるものと、横ハリ１５１と横ハリ１５２とに接続されるものとの二体物として構成されている。この理由については後述するが、右衝撃吸収部材１７５Ｒが変形或いは崩壊することによって、オフセット正面衝突時の衝撃エネルギーを吸収する。そのためには、衝撃力Ｆｉを受けた時に大きく変形あるいは移動すると引き続き衝撃力Ｆｉを受けることができなくなるので、基本的な位置を保つために２以上の別体物として、それぞれを横ハリなどのしっかりした反力受で保持している。
【００２８】
つまり、衝撃力Ｆｉに対して右衝撃吸収部材１７５Ｒが逃げてしまわないようにするために、複数の部材に分割してそれぞれを、衝撃力Ｆｉの伝播進路上に保持している。よって、右衝撃吸収部材１７５Ｒの個数は２に限らず適宜決められるものである。なお、左衝撃吸収部材１７５Ｌについても同様である。衝撃吸収部材１７５（右衝撃吸収部材１７５Ｒ及び左衝撃吸収部材１７５Ｌを総称）は、通常の荷重に耐える強度を有しながら、衝突荷重に対しては座屈変形しやすい部材である必要がある。衝撃吸収部材１７５の具体例として、金属製の角型のパイプや、複数個の穴を形成した金属製のチューブ状の部材が挙げられる。衝撃吸収部材１７５の素材は、アルミニウム合金材や鋼材等である。
【００２９】
次に、図６、図７、及び図８を参照して、本発明の実施の形態に係る先頭衝撃吸収構造による、オフセット正面衝突時の衝撃吸収について以下に説明する。図６に、乗務員室部分Ｖｐｆにおける先頭衝撃吸収構造を模式的に示す。同図において、運客仕切部Ｐより左側が乗務員室部分Ｖｐｆであり、右側が客室部分Ｖｐｐである。本発明に係る先頭衝撃吸収構造は、貫通路柱Ｐｔの端部が台枠Ｆｕに貫入されている構造（以降、「貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ」）と、複数（本例では、３つ）の衝撃吸収部材１７５が貫通路柱Ｐｔのカモイ１１４と運客仕切部Ｐとの間で保持されている構造（以降「天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃ」」）と、複数（本例では、４枚）の補強板１３４が側外板１０１に対して垂直に且つ台枠から天井に向かって延在している構造（以降、「側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓ」）とを含んでいる。
【００３０】
次に、図７を参照して、図６に示した乗務員室部分Ｖｐｆがオフセット正面衝突した時の貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとによる衝撃吸収について、ステージＳ１〜Ｓ５の５段階に分けて説明する。
【００３１】
ステージＳ１では、障害物Ｏｃ（たとえば、２５トントラック）が時速６０ｋｍの速度で車両Ｖｐの貫通路柱Ｐｔに衝突する。
【００３２】
ステージＳ２では、貫通路柱Ｐｔが倒れる。本発明においては、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆによって、貫通路柱Ｐｔの下端が台枠Ｆｕに貫通されて固定されているので、貫通路柱Ｐｔは従来の前面Ｗｆのように被破壊前面Ｗｆｂとなって、運転手Ｏに向かって平行移動することはない。貫通路柱Ｐｔは、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆの部分を支点として、回転しながら運客仕切部Ｐに近づく。貫通路柱Ｐｔの回転により、台枠Ｆｕは先頭から第２端バリまでまくれ上がる。この時に、衝突エネルギーが吸収される。これを、衝突エネルギーの一次吸収Ａｅｃ１と呼ぶ。
【００３３】
ステージＳ３では、貫通路柱Ｐｔが天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃの衝撃吸収部材１７５ごと、乗務員室部分Ｖｐｆの屋根部と側部を押しつぶす。このとき、ステージＳ２で吸収されなかった衝突エネルギーが衝撃吸収部材１７５によって吸収（以降、「二次吸収Ａｅｃ２」）されると共に乗務員室部分Ｖｐｆの屋根部と側部によって吸収（以降、「三次吸収Ａｅｃ３」）される。
【００３４】
ステージＳ４では、貫通路柱Ｐｔ（及び、押しつぶされた衝撃吸収部材１７５）が運客仕切部Ｐで受け止められて、ステージＳ３で吸収されなかったエネルギーは、運客仕切部Ｐから客室部分Ｖｐｐに伝播される。
【００３５】
ステージＳ５では、崩壊・変形が終息し、伝播されたエネルギーが後方の構造で緩やかに低減される。この状態では障害物と列車の速度はほぼ等しくなっているが、障害物を引きずる抵抗があるために、反力Ｆｒは０とならない。
【００３６】
図８に、図１０と対比して、ステージＳ１〜ステージＳ５までの車両Ｖｐにおけるオフセット正面衝突時の乗務員室部分Ｖｐｆの状態について説明する。同図において、二点鎖線Ｌｃは、図１０に示した車両Ｖｃにおける反力Ｆｒ−時刻ｔの関係を示す。実線Ｌｐは本発明の実施の形態に係る貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ及び天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃを組み込んだ車両Ｖｐ（乗務員室部分Ｖｐｆ）における反力Ｆｒ−時刻ｔの関係を示す。なお、対比のために、崩壊・変形期間Ｐｄの開始時刻ｔ１及び終了時刻ｔ２は同じとして表示しているが、実際にそれぞれ乗務員室部分Ｖｐｆや貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆ及び天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃによって異なることは言うまでもない。
【００３７】
図８に示すように、本発明に係る先頭衝撃吸収構造を用いることにより、衝撃力のピーク値がＦｒ１からＦｒｐに下がると共に、特にステージＳ３においては、直線Ｌｐの傾きが、直線Ｌｃの傾きに比して小さくなっているため、効果的にエネルギーが吸収されていることが見て取れる。このように、衝撃力ピークつまり、Ｆｒｐ（Ｆｒ１）は時間の短いステージＳ１にある。エネルギー吸収の効果の観点からは、衝撃力ピークを大きくすることも有効であるが、加速度が増すために乗員が被る損傷が大きくなる傾向がある。また、崩壊時間Ｐｄを長くすることもエネルギー吸収を増大させる。
【００３８】
しかしながら、時間に比例した変形量を伴うので、乗員を保護する空間が減少する。これらに基づき、乗員の保護の観点から言えば、クラッシャブルゾーンを設ける構造は、エネルギー吸収要素と許容変形量を組み合わせることで、ステージＳ３の部分を反力の高い位置で長い時間保持するものである。
【００３９】
図７及び図８を参照して、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの組み合わせにおける衝撃エネルギー吸収について説明した。天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、その構造が異なるため、厳密に言えば、衝撃吸収パターンは天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとは異なる。
【００４０】
つまり、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓの補強板１３４は側外板１０１の内面上に設けられているので、衝突時に外板が側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓ（側外板１０１或いは補強板１３４）に当たることはない。つまり、障害物Ｏｃが貫通路柱Ｐｔに当たった後に、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓに当たる。以降の動作は、基本的に貫通路柱Ｐｔと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの動作と同様である。
【００４１】
但し、長手方向Ｄｌに、複数枚の補強板１３４が平行に配されているので、障害物Ｏｃによって側外板１０１が面外変形すると、対応する補強板１３４は長手方向Ｄｌ方向に移動して、変形した側外板１０１と共に次の補強板１３４に当接する。衝撃の伝播及び吸収と、側外板１０１の変形とが進行するにつれて、当接する補強板１３４の枚数が増える。これにより、最初の補強板１３４に加えられた衝撃力Ｆｉは、補強板１３４の枚数が増えるごとに吸収されると共に、より分散される。
【００４２】
つまり、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓにおいては、補強板１３４が側外板１０１の破断や破壊を抑えることによって、側外板１０１が変形することにより、衝撃エネルギーを吸収することを促進する、これにより、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓが設けられている側外板１０１の面外変形をエネルギー吸収に利用することができる。さらに、衝撃が補強板１３４ごとに分散されるので、衝撃エネルギーをよりなめらかに低減できる。上述のように、縦骨や横骨の骨材と外板とから成る骨皮構造においては、皮に相当する外板を破断させずに変形させることが、衝突時の車両の衝撃エネルギー吸収の観点から望ましい。
【００４３】
また、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁の全幅にではなく、正面からアーチ桁１３９までの長さを幅とする領域に設けられている。よって、乗務員室部分Ｖｐｆがオフセット正面衝突した際にも、乗務員室部分Ｖｐｆの側壁の変形は側外板１０１の面外変形のみに抑えられて、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓの後端から運客仕切部Ｐまでの側壁は変形・崩壊を免れる。結果、運客仕切部Ｐから側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓまでの空間が乗務員のために確保できる。なお、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは運客仕切部Ｐに接続する必要がないので、路面電車など運客仕切部Ｐを有しない車両にも適用できる。
【００４４】
このように、衝撃エネルギーの吸収の仕方は異なるものの、側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓは、基本的には天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと類似の衝撃吸収性能を有している。よって、本発明においては、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃとの組み合わせ、貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓとの組み合わせ、さらに貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆと天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓとを組み合わせて実施することができる。天井部衝撃吸収構造Ｓｐｃと側壁衝撃吸収構造Ｓｐｓを同時に実施すれば、ステージＳ１〜Ｓ５のタイミングは両者で異なり得るもののその衝撃吸収能力は足し算されるので、効果的に貫通路柱台枠固定構造Ｓｐｆの衝撃的な破壊を防止し、乗務員の安全を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、鉄道車両の構体に利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
Ｖｐ、Ｖｃ 鉄道車両
Ｖｐｆ 乗務員室部分
Ｖｐｐ 客室部分
Ｐ 運客仕切部
Ｆｕ 台枠
Ｄｗ 車両幅方向
Ｄｖ 車両高さ方向
Ｄｌ 車両長手（進行）方向
Ｓｐｆ 貫通路柱台枠固定構造
Ｓｐｃ 天井部衝撃吸収構造
Ｓｐｓ 側壁衝撃吸収構造
Ｏｃ 障害物
Ｆｉ 衝撃力
Ｐｔ 貫通路柱
ＵＬ 左貫通路柱ユニット
ＵＲ 右貫通路柱ユニット
１１４ カモイ
１０１ 側外板
１３４、１３４Ｌ、１３４Ｒ 補強板
１２４Ｌ、１２４Ｒ 脇骨
１０２ 屋根外板
１３９、１４０ アーチ桁
１５１、１５２ 横ハリ
１７５、１７５Ｌ、１７５Ｒ 衝撃吸収部材
Ｖｃｆ 先頭車両先頭部
Ｗｆ 前面
Ｗｆｂ 被破壊前面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の乗務員室部分が台枠より上の部分で障害物とオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造であって、
前記乗務員室部分の側壁の、天井より高い位置から前記台枠まで延在して、当該側壁の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段を備える、先頭衝撃吸収構造。
【請求項２】
前記面外変形促進手段は、
前記乗務員室部分の側壁を形成する外板と、
前記外板の内面に対して、概ね垂直に車両幅方向に所定の長さだけ延在すると共に車両高さ方向に延在する複数の補強板とを備える、請求項１に記載の先頭衝撃吸収構造。
【請求項３】
複数の補強板は、車両長手方向に所定の距離だけ離間して、互いに平行に配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の先頭衝撃吸収構造。
【請求項１】
鉄道車両の乗務員室部分が台枠より上の部分で障害物とオフセット正面衝突した時の衝撃を吸収する先頭衝撃吸収構造であって、
前記乗務員室部分の側壁の、天井より高い位置から前記台枠まで延在して、当該側壁の変形を促進すると共に破断を防止する面外変形促進手段を備える、先頭衝撃吸収構造。
【請求項２】
前記面外変形促進手段は、
前記乗務員室部分の側壁を形成する外板と、
前記外板の内面に対して、概ね垂直に車両幅方向に所定の長さだけ延在すると共に車両高さ方向に延在する複数の補強板とを備える、請求項１に記載の先頭衝撃吸収構造。
【請求項３】
複数の補強板は、車両長手方向に所定の距離だけ離間して、互いに平行に配設されていることを特徴とする、請求項２に記載の先頭衝撃吸収構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２８２９２（Ｐ２０１３−２８２９２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６０６０（Ｐ２０１１−１６６０６０）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００１６３３７２）近畿車輌株式会社 (108)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００１６３３７２）近畿車輌株式会社 (108)
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