(57)【要約】【課題】鉄道車両に障害物が衝突した際に、衝撃エネルギーを吸収しつつ、車体の台枠及び構体への最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を実現する。【解決手段】車両幅方向に延びた第１ベース１１及び第２ベース１２、第１ベース１１と第２ベース１２との間において、車両幅方向に沿って並べられ且つそれぞれが車両長手方向に平行である複数のエネルギー吸収梁１３とを含む。複数のエネルギー吸収梁は、第１エネルギー吸収梁１３ａと第２エネルギー吸収梁１３ｂとを含んでおり、第１エネルギー吸収梁１３ａの両端と第１ベース１１及び第２ベース１２との間の距離の合計が、第２エネルギー吸収梁１３ｂの両端と第１ベース１１及び第２ベース１２との間の距離の合計より小さい。これによって、障害物の衝突時、第１エネルギー吸収梁１３ａの方が第２エネルギー吸収梁１３ｂよりも先に座屈を開始する。【選択図】図２
2020179713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の前端部に配置された、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収構造であって、
車両幅方向に延びた第１ベースと、
前記車両幅方向に延び且つ前記第１ベースよりも車両長手方向の後方に配置された第２ベースと、
前記第１ベースと前記第２ベースとの間において、前記車両幅方向に沿って並べられ且つそれぞれが前記車両長手方向に平行である複数のエネルギー吸収梁とを備えており、
前記複数のエネルギー吸収梁が、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁とを含んでおり、
前記第１ベースの後端面と前記第１エネルギー吸収梁の先端との間の距離及び前記第２ベースの先端面と前記第１エネルギー吸収梁の後端との間の距離の合計が、前記第１ベースの後端面と前記第２エネルギー吸収梁の先端との間の距離及び前記第２ベースの先端面と前記第１エネルギー吸収梁の後端との間の距離の合計より小さいことを特徴とする衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項２】
前記複数のエネルギー吸収梁の後端は、前記第２ベースの先端面に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項３】
前記第１ベースの前記後端面及び前記第２ベースの前記先端面が平坦であり、
前記第１エネルギー吸収梁は、前記第２エネルギー吸収梁よりも、前記車両長手方向に沿った長さが長く、
前記第２エネルギー吸収梁の両端のうち少なくとも一方は、前記第１ベース又は前記第２ベースから離隔していることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項４】
前記第２エネルギー吸収梁の前記先端と前記第１ベースの前記後端面との間、又は、前記第２エネルギー吸収梁の前記後端と前記第２ベースの前記先端面との間のうち少なくとも一方に配置されたアダプターをさらに備えており、
前記アダプターは、前記第１ベース又は前記第２ベースと前記第２エネルギー吸収梁とに支持されており、前記第１エネルギー吸収梁及び前記第２エネルギー吸収梁よりも前記車両長手方向の座屈荷重が小さいことを特徴とする請求項３に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項５】
前記複数のエネルギー吸収梁は、前記車両長手方向に沿った長さが同じもの同士が前記車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称に位置するように配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項６】
前記第１ベースの前記後端面が、前記車両長手方向に直交する複数の平面が形成された段差形状を有しており、前記複数の平面が、第１平面と、前記第１平面よりも前方に位置する第２平面とを含んでおり、
前記第１エネルギー吸収梁と前記第１平面とが、前記車両長手方向に延びた同一線上に位置しており、前記第２エネルギー吸収梁と前記第２平面とが、前記車両長手方向に延びた別の同一線上に位置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【請求項７】
前記複数のエネルギー吸収梁が、前記車両長手方向に同じ長さを有していることを特徴とする請求項６に記載の衝撃エネルギー吸収構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の正面に障害物が衝突したときの衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、その運行中において、線路に侵入した自動車や他の鉄道車両などと衝突することがある。このような場合、鉄道車両は修理が困難又は不可能となるまで著しく損傷するおそれがある。そこで、鉄道の先頭車両の前部に衝突による衝撃を吸収する構造を設けることにより、鉄道車両の損傷を抑える技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、鉄道車両の前部において、長手方向が車両進行方向と一致する複数のエネルギー吸収梁が車両幅方向に沿って並べられた構造が開示されている。これら複数の衝撃エネルギー梁は、衝突の際に座屈変形することによって衝突による衝撃を吸収し、鉄道車両の損傷の低減を行っている。エネルギー吸収梁を複数設けることによって、単一の場合と比べて、衝撃エネルギーの吸収性の向上を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０１４７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エネルギー吸収梁の座屈変形時において、エネルギー吸収梁から鉄道車両の台枠及び構体に荷重が加わる。一般に、荷重には、座屈変形が始まる際の最大荷重と、規則的な座屈が進行する際の波形に変化する荷重（以下、平均荷重という）とが存在する。衝撃エネルギーの吸収には、平均荷重を伴うエネルギー吸収梁の規則的な座屈変形を利用するが、座屈変形の性質上最大荷重の発生は不可避である。
【０００６】
特許文献１の構造では、複数のエネルギー吸収梁が同時に座屈変形を開始するため、最大荷重は梁の本数倍となり非常に大きくなる。鉄道車両が大きな荷重に耐えるためには車体の台枠や構体の構造を強化する必要があるが、そのような構造の車体は、例えば乗車スペースが削られるなど制約が多く、車両全体の重量も増加するため走行時の燃費が低下する。
【０００７】
また、平均荷重は、最大荷重を伴う最初の座屈変形以降、規則的に繰り返される複数回の座屈変形の際に発生する。そして、平均荷重の大きさは、エネルギー吸収梁が座屈変形するタイミングに合わせて荷重のピークが来るように波形の変化をする。特許文献１の構造のように複数のエネルギー吸収梁の座屈が同一タイミングで開始される場合、座屈開始後に起こるそれぞれの梁の座屈のタイミングはほぼ一致し、平均荷重のピークが現れるタイミングも一致する。すなわち、それぞれのエネルギー吸収梁から車体に加わる平均荷重の波形の位相はほぼ一致するため、全体として、梁の本数倍の大きさの平均荷重のピークが生じることとなる。したがって、複数のエネルギー吸収梁を設けることで衝撃エネルギーの吸収を十分に行える半面、座屈開始以後においても車体にかかる荷重は大きくなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、鉄道車両に障害物が衝突した際に、衝撃エネルギーを吸収しつつ、車体の台枠及び構体への最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を実現する衝撃エネルギー吸収構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る衝撃エネルギー吸収構造は、鉄道車両の前端部に配置された、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する衝撃エネルギー吸収構造であって、車両幅方向に延びた第１ベースと、前記車両幅方向に延び且つ前記第１ベースよりも車両長手方向の後方に配置された第２ベースと、前記第１ベースと前記第２ベースとの間において、前記車両幅方向に沿って並べられ且つそれぞれが前記車両長手方向に平行である複数のエネルギー吸収梁とを備えており、前記複数のエネルギー吸収梁が、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁とを含んでおり、前記第１ベースの後端面と前記第１エネルギー吸収梁の先端との間の距離及び前記第２ベースの先端面と前記第１エネルギー吸収梁の後端との間の距離の合計が、前記第１ベースの後端面と前記第２エネルギー吸収梁の先端との間の距離及び前記第２ベースの先端面と前記第１エネルギー吸収梁の後端との間の距離の合計より小さいことを特徴とする。
【００１０】
エネルギー吸収梁は、その両端と第１ベースの後端面及び第２ベースの先端面とが接触している状態となってから、さらに車両長手方向の後方側に向かって一定以上の負荷がかかったときに座屈変形を開始する。上記構成によれば、鉄道車両に障害物が衝突したとき、第１エネルギー吸収梁の両端が第２エネルギー吸収梁の両端よりも先に第１ベースの後端面及び第２ベースの先端面と接触する。よって、第１エネルギー吸収梁が第２エネルギー吸収梁より先に座屈変形を開始する。この座屈開始時期の差に伴って、それぞれの梁の間での最大荷重の発生時期をずらすことができ、車体に対して全ての梁から生じた最大荷重が同時にかかることを防ぐことができる。
【００１１】
また、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁との座屈開始時期がずれることによって、その後、平均荷重を伴って規則的に繰り返される座屈変形の発生時期もずれる。平均荷重の大きさはエネルギー吸収梁の座屈時をピークとして波形に変化するが、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁との間で波形がずれるため、車体に対して全てのエネルギー吸収梁から発生する平均荷重のピークが同時にかかることを回避できる。また、波形がずれることで、ある梁から発生する平均荷重が大きいとき、別の梁から発生する平均荷重は小さい、という状況を常に作り出すことができる。これにより、複数のエネルギー吸収梁全体から発生する平均荷重の大きさを平準化することができる。
【００１２】
以上から、上記構成によれば、複数のエネルギー吸収梁を配置することによって衝撃エネルギーの吸収性を向上させつつ、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁の座屈時期をずらすことにより車体へかかる最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を実現できる。
【００１３】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造において、前記複数のエネルギー吸収梁の後端は、前記第２ベースの先端面に支持されていてよい。
【００１４】
エネルギー吸収梁の後端が固定されていない場合、障害物の衝突によって、第１ベース及びエネルギー吸収梁が車両長手方向に沿って後方に移動したとき、エネルギー吸収梁が車両幅方向、上下方向、又はその両方にずれてしまうおそれがある。この場合、エネルギー吸収梁の座屈変形は、車両長手方向に沿った軸から傾いた状態で進行するため、車両長手方向に沿って進行する場合と比べて衝撃エネルギーを十分に吸収することができない。そこで、複数のエネルギー吸収梁の後端を第２ベースの先端面によって固定することで、衝突の際、エネルギー吸収梁が車両幅方向にずれるのを防ぐことができ、衝突エネルギーを十分に吸収することができる。
【００１５】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造において、前記第１ベースの前記後端面及び前記第２ベースの前記先端面が平坦であり、前記第１エネルギー吸収梁は、前記第２エネルギー吸収梁よりも、前記車両長手方向に沿った長さが長く、前記第２エネルギー吸収梁の両端のうち少なくとも一方は、前記第１ベース又は前記第２ベースから離隔していてよい。
【００１６】
それぞれの梁の元々の長さに拘わらず、エネルギー吸収梁の座屈が進行し全ての梁が第１ベース及び第２ベースに接触して以降は、梁の車両長手方向に沿った長さは２つのベース間の距離と実質的に同一となる。第１ベースの後端面及び第２ベースの先端面が平坦でない場合、２つのベース間の距離は車両幅方向において均一ではない。このため、座屈進行時のエネルギー吸収梁の実質的な長さは、梁の車両幅方向における配置位置によって異なる。
ここで、座屈によって生じる荷重の大きさはエネルギー吸収梁が長いほど小さくなる。つまり、車両幅方向におけるエネルギー吸収梁の配置位置によって、第２ベースにかかる平均荷重の大きさには偏りが生じてしまう。この場合、第２ベース及びその後方の車体において、破損しやすい部分と破損しにくい部分とが発生してしまう。
【００１７】
一方で、上記構成では、２つのベース間の距離は車両幅方向に沿ったいずれの位置においても均一となる。つまり、座屈進行時において、全てのエネルギー吸収梁の実質的な長さは全て同じとなり、第２ベースにかかる平均荷重の大きさは、第２ベースの車両幅方向における位置に拘わらず同じとなる。これにより、車体全体としての荷重に対する耐久性を向上させることができる。
【００１８】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造は、前記第２エネルギー吸収梁の前記先端と前記第１ベースの前記後端面との間、又は、前記第２エネルギー吸収梁の前記後端と前記第２ベースの前記先端面との間のうち少なくとも一方に配置されたアダプターをさらに備えていてよい。このとき、前記アダプターは、前記第１ベース又は前記第２ベースと前記第２エネルギー吸収梁とに支持されており、前記第１エネルギー吸収梁及び前記第２エネルギー吸収梁よりも前記車両長手方向の座屈荷重が小さい。
【００１９】
エネルギー吸収梁は、その両端が固定された状態で、さらに負荷がかかったときに衝撃エネルギーの吸収を開始する。第２エネルギー吸収梁が第１ベース又は第２ベースから離隔している場合、障害物の衝突後、まず２つのベースによって両端が固定された第１エネルギー吸収梁が衝突エネルギーの吸収を開始する。その後、第１エネルギー吸収梁の座屈変形が進行して、第２エネルギー吸収梁の両端が２つのベースに固定された状態となった時点で、第２エネルギー吸収梁が衝突エネルギーの吸収を開始する。つまり、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁とで、衝撃エネルギーの吸収を開始するタイミングに差があるため、特に衝突直後において、第１エネルギー吸収梁のみで衝撃エネルギーの吸収を行わなければならず効率が悪い。
【００２０】
一方で、上記構成によれば、第２エネルギー吸収梁はアダプターを介して第１ベース及び第２ベースに固定された状態となっている。そのため、障害物の衝突後、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁とは同時に衝突エネルギーの吸収を開始することができる。よって、衝突直後から全てのエネルギー吸収梁によって衝撃エネルギーの吸収を行えるので効率が良い。
【００２１】
また、アダプターの車両長手方向の座屈荷重は、エネルギー吸収梁の車両長手方向の座屈荷重よりも小さい。なお、座屈荷重とは、部材が圧力を受けたときに座屈変型する際の限界の荷重である。そのため、アダプターの座屈が先行して行われ、アダプターが圧縮した後、時間差で第２エネルギー吸収梁の座屈が開始する。これによって、衝突直後から全てのエネルギー吸収梁に衝撃エネルギーを分散しつつ、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁との間での座屈開始時期をずらすことができる。
【００２２】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造において、前記複数のエネルギー吸収梁は、前記車両長手方向に沿った長さが同じもの同士が前記車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称に位置するように配置されていてよい。
【００２３】
エネルギー吸収梁が吸収できる衝撃エネルギーは、梁の長さが長いほど増大し、短いほど減少する。例えば、上記中心線を挟んだ左右どちらか一方の領域に短いエネルギー吸収梁が複数本配置され、他方の領域に長いエネルギー吸収梁が複数本配置されている場合、他方の領域にある複数本の梁の方が一方の領域にある複数本の梁より多くの衝撃エネルギーを吸収できる。つまり、第２ベース及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーは車両幅方向における一方の領域に偏って大きくなり、ベース及び車体が変形しやすくなるため、鉄道車両の衝撃エネルギー吸収構造として不適切である。
【００２４】
そこで、上記構成とすることで、エネルギー吸収梁が吸収できる衝撃エネルギーの大きさは、車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称となる。これにより、第２ベース及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーの大きさを車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称とすることができ、耐衝撃性の優れた衝撃エネルギー吸収構造を提供することができる。
【００２５】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造において、前記第１ベースの前記後端面が、前記車両長手方向に直交する複数の平面が形成された段差形状を有しており、前記複数の平面が、第１平面と、前記第１平面よりも前方に位置する第２平面とを含んでおり、前記第１エネルギー吸収梁と前記第１平面とが、前記車両長手方向に延びた同一線上に位置しており、前記第２エネルギー吸収梁と前記第２平面とが、前記車両長手方向に延びた別の同一線上に位置していてよい。
【００２６】
第１エネルギー吸収梁と第２平面とが車両長手方向に延びた同一線上に位置しており、第２エネルギー吸収梁と第１平面とが車両長手方向に延びた別の同一線上に位置している場合と比較して、第１エネルギー吸収梁と第２エネルギー吸収梁の長さの差が極端に大きくなるのを抑制しつつ、２つの梁が衝撃エネルギーの吸収を開始するタイミングをずらしやすくすることができる。
【００２７】
また、上記衝撃エネルギー吸収構造において、前記複数のエネルギー吸収梁が、前記車両長手方向に同じ長さを有していてよい。
【００２８】
エネルギー吸収梁が吸収できる衝撃エネルギーの大きさは梁の長さに依存する。それぞれのエネルギー吸収梁の長さが異なる場合、吸収できる衝撃エネルギーの大きさが異なる。これによって、第２ベース及びその後方の車体には、非常に大きい衝撃エネルギーを受ける部分が生じるおそれがあり、衝撃エネルギー吸収構造としては好ましくない。一方で、上記構成では、全てのエネルギー吸収梁の車両長手方向に沿った長さを同一としている。このため、衝突による衝撃エネルギーをそれぞれのエネルギー吸収梁に均等に分散することができる。これにより、第２ベース及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーは、車両幅方向のいずれの位置においても均一とすることができ、車体全体としての耐衝撃性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
鉄道車両に障害物が衝突した際に、衝撃エネルギーを吸収しつつ、車体の台枠及び構体への最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を実現する衝撃エネルギー吸収構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造の、鉄道車両における配置場所を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造を示す図、（ｂ）は第２実施形態における第１ベースとエネルギー吸収梁との接続部分を示す図である。
【図４】変形例１に係る衝撃エネルギー吸収構造を示す図である。
【図５】変形例２に係る衝撃エネルギー吸収構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、衝撃エネルギー吸収構造１は、車両幅方向に沿って鉄道車両１００の下側前部に配置される。
【００３２】
＜第１実施形態＞
ここでは、本発明に係る衝撃エネルギー吸収構造の第１実施形態を説明する。図２に示すように、衝撃エネルギー吸収構造１は、第１ベース１１と、第２ベース１２と、６本のエネルギー吸収梁１３と、第１ベース１１とエネルギー吸収梁１３との間に配置されたアダプター１４とを含んでいる。
【００３３】
第１ベース１１は、車両幅方向に延びて配置されている。第１ベース１１の材質は、第１ベース１１の車両長手方向の座屈荷重が６本のエネルギー吸収梁１３の車両長手方向の座屈荷重の最大値よりも大きく、且つ、第１ベース１１が障害物の衝突によって破壊されない座屈荷重を有する範囲内であれば特に限定されない。一例として、第１ベース１１は、鉄製（ＳＳ４００）である。
【００３４】
第２ベース１２は、車両幅方向に延び且つ第１ベース１１より車両長手方向の後方に配置されている。第２ベース１２の材質は、第２ベース１２の車両長手方向の座屈荷重が６本のエネルギー吸収梁１３の車両長手方向の座屈荷重の最大値よりも大きく、且つ、第２ベース１２がエネルギー吸収梁１３から受ける最大荷重及び平均荷重に耐え得る座屈荷重を有する範囲内であれば特に限定されない。一例として、第２ベース１２は、鉄製（ＳＳ４００）である。例えば、第１ベース１１と第２ベース１２とは同じ材質であってもよい。
なお、第２ベース１２の車両幅方向の長さは、第１ベース１１の車両幅方向の長さより長くてもよく、短くてもよく、又は同じでもよい。
【００３５】
６本のエネルギー吸収梁１３は、第１ベース１１と第２ベース１２との間において、車両幅方向に沿って並べられ且つそれぞれが車両長手方向に平行になるように配置されている。エネルギー吸収梁１３には、図２に示すように、車両長手方向に沿った長さが互いに異なる外側エネルギー吸収梁１３ａ、中間エネルギー吸収梁１３ｂ及び内側エネルギー吸収梁１３ｃの三種類があり、それぞれ２本ずつ配置されている。また、エネルギー吸収梁の車両長手方向に沿った長さの長い順に外側エネルギー吸収梁１３ａ、中間エネルギー吸収梁１３ｂ、内側エネルギー吸収梁１３ｃとしている。そして、これらのエネルギー吸収梁は、その車両長手方向に沿った長さが車両幅方向における中心線側が最も短く外側が最も長くなるように、且つ、長さが同じもの同士が車両長手方向に延びる中心線に対して対称に位置するように間隔を空けて配置されている。すなわち、図２に示すように、中央に２本の内側エネルギー吸収梁１３ｃ、その両外側に２本の中間エネルギー吸収梁１３ｂ、及び、その更に両外側に２本の外側エネルギー吸収梁１３ａがそれぞれ配置されている。なお、三種類のエネルギー吸収梁１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、車両長手方向に沿った長さのみが互いに異なり、車両幅方向に切断した断面形状及び材質はすべて同じである。
【００３６】
図２に示すように、６本のエネルギー吸収梁１３の後端は、それぞれ第２ベース１２の先端面２２に支持されている。また、外側エネルギー吸収梁１３ａの先端は、第１ベース１１の後端面２１に支持されている。そして、中間エネルギー吸収梁１３ｂ及び内側エネルギー吸収梁１３ｃの先端は、後述するアダプター１４を介して第１ベース１１の後端面２１に支持されている。
【００３７】
また、エネルギー吸収梁１３は、第１ベース１１及び第２ベース１２よりも車両長手方向の座屈荷重が小さく、車両長手方向に圧縮された場合にオイラー座屈せず、壁面が蛇腹状に変形される壁面座屈を行うものが使用される。これらの特性は、エネルギー吸収梁１３の材質、長さ及び径の大きさ、梁内部の構造等を適宜調整することで得られる。材質としては、例えばアルミニウム合金（Ａ７００３−Ｔ５）などが挙げられるが、上記特性を得られるものであれば特に限定されない。
なお、エネルギー吸収梁１３の車両長手方向に沿った長さは、例えば、鉄道車両１００における車両前部のスペースの大きさに応じて決定される。
【００３８】
アダプター１４には、第１アダプター１４ａと、第１アダプター１４ａより車両長手方向に沿った長さが長い第２アダプター１４ｂとの二種類があり、第１ベース１１とエネルギー吸収梁１３との間に配置されている（図２の斜線部分）。図２に示すように、第１アダプター１４ａの両端は、それぞれ中間エネルギー吸収梁１３ｂの先端と第１ベース１１の後端面２１とに支持されており、第２アダプター１４ｂの両端は、それぞれ内側エネルギー吸収梁１３ｃの先端と第１ベース１１の後端面２１とに支持されている。
【００３９】
アダプター１４の材質は、エネルギー吸収梁１３と比べてアダプター１４の車両長手方向の座屈荷重を極端に小さくする範囲内であれば特に限定されない。また、アダプター１４に対して、車両長手方向に沿って長孔を形成することで車両長手方向の座屈荷重を小さくしてもよい。
【００４０】
続いて、障害物が鉄道車両１００に衝突したときの、第１実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造１の動作について説明する。鉄道車両１００の通常走行時、第１実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造１は図２の状態となっている。
【００４１】
鉄道車両１００の正面に障害物が衝突すると、まず衝撃エネルギーが車両長手方向に沿って第１ベース１１へ伝わる。続いて、衝突エネルギーは第１ベース１１の後端面２１から外側エネルギー吸収梁１３ａ、第１アダプター１４ａ及び第２アダプター１４ｂの先端に伝わる。そして、外側エネルギー吸収梁１３ａ、第１アダプター１４ａ及び第２アダプター１４ｂは、それぞれ車両長手方向に沿って座屈変形を開始する。
なお、第１アダプター１４ａ及び第２アダプター１４ｂは、エネルギー吸収梁１３と比べて極端に小さい最大荷重及び平均荷重を発生させながら座屈をする。
【００４２】
外側エネルギー吸収梁１３ａ、第１アダプター１４ａ及び第２アダプター１４ｂの座屈が進行するのに伴って、第１ベース１１は車両長手方向に沿って後方に移動する。第１アダプター１４ａが座屈によって圧縮すると、中間エネルギー吸収梁１３ｂの先端が第１ベース１１の後端面２１に接触し、中間エネルギー吸収梁１３ｂが座屈を開始する。
【００４３】
その後、外側エネルギー吸収梁１３ａ、中間エネルギー吸収梁１３ｂ及び第２アダプター１４ｂの座屈が進行するのに伴って、第１ベース１１は車両長手方向に沿ってさらに後方に移動する。そして、第２アダプター１４ｂが座屈によって圧縮すると、内側エネルギー吸収梁１３ｃの先端が第１ベース１１の後端面に接触し、内側エネルギー吸収梁１３ｃが座屈を開始する。
【００４４】
すなわち、衝撃エネルギー吸収構造１において三種類のエネルギー吸収梁の座屈の開始時期は異なっており、外側エネルギー吸収梁１３ａ、中間エネルギー吸収梁１３ｂ、内側エネルギー吸収梁１３ｃの順に座屈を開始する。座屈開始時に発生する最大荷重は第２ベース１２に伝達されるが、三種類の梁の座屈開始時期をずらすことによって、全てのエネルギー吸収梁からの最大荷重が第２ベース１２に同時に伝わることを回避できる。
【００４５】
また、それぞれのエネルギー吸収梁は、座屈開始以後、壁面が蛇腹状に変形する壁面座屈を規則的に繰り返す。壁面座屈に伴って発生する平均荷重は、壁面座屈が起こるタイミングがピークとなるように波形に変化する。三種類のエネルギー吸収梁の座屈開始時期がずれていることで、壁面座屈の起こるタイミングがずれ、平均荷重の波形もそれぞれのエネルギー吸収梁の間でずれる。これにより、全てのエネルギー吸収梁からの平均荷重のピークが第２ベース１２に同時に伝わることを回避できる。また、波形のずれによって、ある梁から発生する平均荷重が大きいとき、別の梁から発生する平均荷重は小さい、という状況を常に作り出すことができるため複数のエネルギー吸収梁全体から発生する平均荷重の大きさを平準化することができる。
【００４６】
以上のように、第１実施形態の衝撃エネルギー吸収構造１によると、三種類のエネルギー吸収梁１３は長さが異なることで座屈開始時期がずれ、車体の台枠や構体にかかる最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を行うことができる。このような構造を備えた鉄道車両１００では、車体の荷重に対する耐久性を過剰に高める必要がなくなり、乗車スペースの確保や軽量化による燃費向上に寄与できる。
【００４７】
また、全てのエネルギー吸収梁１３の後端が第２ベース１２の先端面２２に支持されていることによって、座屈が進行して第１ベース１１が車両長手方向に沿って後方に移動したときに、エネルギー吸収梁１３が車両幅方向、上下方向、又はその両方にずれるのを防ぐことができる。これにより、エネルギー吸収梁１３の座屈変形は車両長手方向に沿って進行するため、衝撃エネルギーを十分に吸収することができる。
【００４８】
また、第１ベース１１の後端面２１及び第２ベース１２の先端面２２が平坦であることによって、２つのベース間の距離は車両幅方向において均一となる。そして、内側エネルギー吸収梁１３ｃの先端と第１ベース１１の後端面２１とが接触して以降、全てのエネルギー吸収梁１３の車両長手方向に沿った長さは２つのベース間の距離と実質的に同一となる。したがって、平均荷重を伴う壁面座屈が生じている場合において、全てのエネルギー吸収梁１３の車両長手方向に沿った実質的な長さは同一となる。
【００４９】
平均荷重の大きさはエネルギー吸収梁１３の長さに依存するが、全ての梁の実質的な長さが同一であるため、全てのエネルギー吸収梁１３から生じる平均荷重の最大値及び最小値、すなわち波形の振幅は等しくなる。つまり、第２ベース１２にかかる平均荷重の大きさも、車両幅方向における位置に拘わらず同じになる。これにより、第２ベース１２全体、ひいては車体全体としての荷重に対する耐久性を向上させることができる。
【００５０】
また、アダプター１４を、第１ベース１１の後端面２１と中間エネルギー吸収梁１３ｂ及び内側エネルギー吸収梁１３ｃとの間に配置することで、障害物の衝突直後から衝撃エネルギーをアダプター１４を介してそれぞれの梁に伝達することができる。すなわち、三種類のエネルギー吸収梁１３の間で座屈開始時期をずらしつつ、衝撃エネルギー吸収の開始時期を揃えることができ、効率良く衝撃エネルギーを吸収できる衝撃エネルギー吸収構造１を提供することができる。
【００５１】
また、２本の外側エネルギー吸収梁１３ａ、２本の中間エネルギー吸収梁１３ｂ及び２本の内側エネルギー吸収梁１３ｃは、それぞれが車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称に位置するように配置されている。これによって、エネルギー吸収梁１３に吸収される衝撃エネルギーの大きさは、車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称となる。すなわち、第２ベース１２及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーの大きさを、車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称とすることができ、耐衝撃性の優れた衝撃エネルギー吸収構造１を提供することができる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る衝撃エネルギー吸収構造の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様のものに関しては、同符号で示し説明を省略する。図３に示すように、第２実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造１０１は、第１ベース３１と、第２ベース１２と、６本のエネルギー吸収梁３３とを含んでいる。本実施形態において、第１ベース３１及び第２ベース１２の車両長手方向の座屈荷重と６本のエネルギー吸収梁３３の車両長手方向の座屈荷重との関係は、第１実施形態と同じである。
【００５３】
６本のエネルギー吸収梁３３は、図３（ａ）に示すように、第１ベース３１と第２ベース１２との間において、車両幅方向に沿って並べられ且つそれぞれが車両長手方向に平行になるように配置されている。また、エネルギー吸収梁３３には、外側エネルギー吸収梁３３ａ、中間エネルギー吸収梁３３ｂ及び内側エネルギー吸収梁３３ｃの三種類があり、それぞれ２本ずつ配置されている。６本のエネルギー吸収梁は、車両長手方向に沿った長さがすべて同じであり、中心線からの距離によって種類が分けられている。
【００５４】
第１ベース３１は、図３（ｂ）に示すように、車両幅方向に延びて配置されており、その後端面１２１は、後端面１２１と同一平面上にある第１平面１２１ａと、車両長手方向に直交する第２平面１２１ｂ及び第３平面１２１ｃが形成された段差形状とを有している。第２平面１２１ｂは第１平面１２１ａよりも車両長手方向の前方側に位置しており、さらに、第３平面１２１ｃは第２平面１２１ｂよりも車両長手方向の前方側に位置している。第２平面１２１ｂと中間エネルギー吸収梁３３ｂとは、車両長手方向に延びた同一線上に位置しており、第３平面１２１ｃと内側エネルギー吸収梁３３ｃとは、車両長手方向に延びた別の同一線上に位置している。
【００５５】
外側エネルギー吸収梁３３ａの先端は、第１ベース３１の第１平面１２１ａに支持されている。また、図３（ｂ）に示すように、第１ベース３１の段差形状の部分を覆うように板４０が配置されており、板４０と第１平面１２１ａとは、車両幅方向に延びた同一線上に位置している。そして、中間エネルギー吸収梁３３ｂ及び内側エネルギー吸収梁３３ｃの先端は、板４０に支持されている。
【００５６】
板４０の材質は、鉄道車両１００の走行時において、エネルギー吸収梁３３を支持することができ、且つ、車両長手方向に沿って力が加わると容易に破壊される強度を備えるものであれば特に限定されない。
なお、板４０は配置されていなくてもよいが、この場合、中間エネルギー吸収梁３３ｂ及び内側エネルギー吸収梁３３ｃは、後端のみが支持されている片持ち梁となる。
【００５７】
続いて、障害物が鉄道車両１００に衝突したときの、第２実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造１０１の動作について説明する。鉄道車両１００の通常走行時、第２実施形態に係る衝撃エネルギー吸収構造１０１は図３（ａ）の状態となっている。
【００５８】
鉄道車両１００の正面に障害物が衝突すると、まず衝撃エネルギーが車両長手方向に沿って第１ベース３１へ伝わる。続いて、衝突エネルギーは第１ベース３１の後端面１２１ａから外側エネルギー吸収梁３３ａの先端に伝わり、外側エネルギー吸収梁３３ａは車両長手方向に沿って座屈変形を開始する。このとき、中間エネルギー吸収梁３３ｂ及び内側エネルギー吸収梁３３ｃの先端は板４０に接触している。板４０は、車両長手方向に沿って力が加わると容易に破壊される材質からなり、外側エネルギー吸収梁３３ａの座屈開始直後、速やかに破壊される。
【００５９】
外側エネルギー吸収梁３３ａの座屈が進行するのに伴って、第１ベース３１は車両長手方向に沿って後方に移動する。そして、中間エネルギー吸３３ｂの先端が第１べース３１の第２平面１２１ｂに接触すると、中間エネルギー吸収梁３３ｂが座屈を開始する。
【００６０】
その後、外側エネルギー吸収梁３３ａ及び中間エネルギー吸収梁３３ｂの座屈が進行するのに伴って、第１ベース３１は車両長手方向に沿ってさらに後方に移動する。そして、内側エネルギー吸収梁３３ｃの先端が第２ベース３１の第３平面１２１ｃに接触すると、内側エネルギー吸収梁３３ｃが座屈を開始する。
【００６１】
以上のように、第２実施形態の衝撃エネルギー吸収構造１０１においても、第１実施形態と同様、三種類のエネルギー吸収梁３３の座屈のタイミングをずらすことができ、車体の台枠や構体にかかる最大荷重の低減及び平均荷重の平準化を行うことができる。
【００６２】
また、第１ベース３１が段差形状を有しているため、全てのエネルギー吸収梁３３の長さを同じにしつつ、三種類の間で座屈のタイミングをずらすことができる。そして、全てのエネルギー吸収梁３３の車両長手方向に沿った長さを同一とすることで、衝突による衝撃エネルギーをエネルギー吸収梁３３に均等に分散することができる。これによって、第２ベース１２及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーは、車両幅方向のいずれの位置においても均一とすることができ、車体全体としての耐衝撃性を向上させることができる。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、これらの例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
【００６４】
例えば、第１実施形態において、複数のエネルギー吸収梁１３の車両長手方向に沿った長さは、中心線側のエネルギー吸収梁１３の長さが最も長く外側が最も短くなるように配置されていてもよい。この場合、障害物の衝突時、中心線側に配置されたエネルギー吸収梁１３が先に座屈を開始する。
【００６５】
また、第１実施形態において、アダプターは、エネルギー吸収梁の後端にのみ取り付けられてもよく、両端に取り付けられていてもよい。例えば、図４に示すように、変形例１に係る衝撃エネルギー吸収構造２０１は、中間エネルギー吸収梁５３ｂの両端と第１ベース１１及び第２ベース１２との間にそれぞれ配置された第１アダプター５４ａ及び第２アダプター５４ｂと、内側エネルギー吸収梁５３ｃの両端と第１ベース１１及び第２ベースとの間にそれぞれ配置された第３アダプター５４ｃ及び第４アダプター５４ｄとを含む。但し、アダプター５４を内側エネルギー吸収梁５３の両側に配置させる場合、製造に手間がかかるため、片側のみ配置することが好ましい。
【００６６】
また、アダプター１４は全てのエネルギー吸収梁１３の先端又は後端に取り付けられていてもよいが、変形例１の場合と同様、製造に手間がかかり、衝撃エネルギー吸収構造としての耐衝撃性を低下させるため、少なくとも１つのエネルギー吸収梁１３の両端は第１ベース１１及び第２ベース１２に直接支持されていることが好ましい。
【００６７】
また、第１実施形態において、アダプター１４は配置されていなくてもよい。但し、アダプター１４が配置されていない場合、衝突時の衝撃エネルギーを同時に全てのエネルギー吸収梁１３に伝達することができない。これにより、特に衝突直後において、第１エネルギー吸収梁１３ａのみで衝撃エネルギーの吸収を行わなければならないため、衝撃エネルギーの吸収効率が悪い。よって、アダプター１４は配置されていることが好ましい。
【００６８】
また、アダプター１４が配置されていない場合において、エネルギー吸収梁１３の後端が第２ベース１２から離隔していてもよい。但し、この場合、座屈が進行して第１ベース１１が車両長手方向に沿って後方に移動すると、後端が固定されていないエネルギー吸収梁は車両幅方向、上下方向、又はその両方にずれてしまうおそれがある。そして、エネルギー吸収梁が車両長手方向に沿った軸から傾いた状態で座屈変形が進行する場合、衝撃エネルギーを十分に吸収することができない。したがって、複数のエネルギー吸収梁１３の後端は全て第２ベース１２に支持されていることが好ましい。
【００６９】
また、第１ベースの後端面は第２実施形態とは異なる段差形状を有していてもよい。例えば、図５に示すように、変形例２に係る衝撃エネルギー吸収構造３０１において、第１ベース６１の後端面２２１は、車両長手方向に直交する第１平面２２１ａ及び第２平面２２１ｂと、後端面２２１と同一平面上にある第３平面２２１ｃとを有している。第２平面２２１ｂは第３平面２２１ｃよりも車両長手方向の前方側に位置しており、さらに、第１平面２２１ａは第２平面２２１ｂよりも車両長手方向の前方側に位置している。第１平面２２１ａと外側エネルギー吸収梁６３ａとは、車両長手方向に延びた同一線上に位置しており、第２平面２２１ｂと中間エネルギー吸収梁６３ｂとは、車両長手方向に延びた別の同一線上に位置している。内側エネルギー吸収梁６３ｃの先端は第３平面２２１ｃに支持されている。そして、全てのエネルギー吸収梁２２１の長さは同じである。また、第２実施形態と同様、第１ベース６１の段差形状の部分を覆うように板２４０が配置されている。
なお、第２実施形態及び変形例２の段差形状は、第２ベース１２が有していてもよい。
【００７０】
また、実施形態及び変形例において、６本のエネルギー吸収梁が配置されているが、７本以上でもよく、５本以下でもよい。一般に、エネルギー吸収梁の配置本数が多いほど衝撃エネルギーの吸収性は向上するが、第２ベースにかかる車両長手方向の座屈荷重の総量は大きくなる。よって、優先させたい性能に応じて最適な本数が選択される。また、図２及び図４に示した例において、複数のエネルギー吸収梁には長さのみが互いに異なる三種類のエネルギー吸収梁が含まれているが、複数のエネルギー吸収梁には長さのみが互いに異なる二種類又は四種類以上のエネルギー吸収梁が含まれていてもよい。また、複数のエネルギー吸収梁には、長さのみが互いに異なるのではなく、長さと車両幅方向に切断した断面形状とが互いに異なる二種類以上のエネルギー吸収梁が含まれていてもよい。さらに、複数のエネルギー吸収梁には、材質が互いに異なる二種類以上のエネルギー吸収梁が含まれていてもよい。
【００７１】
また、複数のエネルギー吸収梁１３は、車両長手方向に沿った長さが同じもの同士が、車両長手方向に沿って延びる中心線に対して非対称に位置するように配置されていてもよい。但し、この場合、エネルギー吸収梁１３が吸収する衝撃エネルギーの大きさは中心線に対して非対象となる。そして、第２ベース及びその後方の車体にかかる衝撃エネルギーは車両幅方向の一方の側に偏って大きくなるため、車体が変形しやすくなり、衝撃エネルギー吸収構造として好ましくない。したがって、複数のエネルギー吸収梁１３は、車両長手方向に沿った長さが同じもの同士が、車両長手方向に沿って延びる中心線に対して対称に位置するように配置されていることが好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１，１０１，２０１，３０１  衝撃エネルギー吸収構造
１１，３１，６１  第１ベース
１２  第２ベース
１３，３３，５３，６３  エネルギー吸収梁
１４，５４  アダプター
４０，２４０  板
１００  鉄道車両
【図１】
2020179713.tif 000003
【図２】
2020179713.tif 000004
【図３】
2020179713.tif 000005
【図４】
2020179713.tif 000006
【図５】
2020179713.tif 000007