(57)【要約】【課題】衝突直後のエネルギー吸収部材が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちにエネルギー吸収部材の圧壊を開始・促進することにより、衝突の際のピーク荷重を下げて、乗客や搭乗員に及ぶ衝撃力（加速度）を低減する衝突緩和装置を提供する。【解決手段】軌条車両は、台枠６の端部に、衝突時に圧壊することにより衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収体１００を有する衝突緩和装置を備えている。衝突直後のエネルギー吸収体１００が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちに、エネルギー吸収体１００の圧壊を開始・促進するトリガ機構として、エネルギー吸収体１００の先端部１０２に設けられる突起１０３と、トリガ部材としての筒体１１０が設けられている。トリガ機構の作用がきっかけになり、エネルギー吸収体１００は弾性変形の間に圧壊を開始し、弾性変形が更に進んで衝突の際のピーク荷重が大きくなるのを回避することができる。【選択図】図１
2010083307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突時に圧壊することにより衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を有する衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
衝突直後の前記エネルギー吸収体が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちに前記エネルギー吸収体の圧壊を開始・促進するトリガ機構を備えたこと、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項２】
請求項１に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記トリガ機構は、前記軌条車両の車体側に、前記エネルギー吸収体が前記弾性変形をするうちに前記エネルギー吸収体の前記衝突側先端部と衝突するに至る隙間を置いて配置されたトリガ部材を備えていること、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項３】
請求項２に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記エネルギー吸収体は中空構造を内部に有する筒状体であり、
前記エネルギー吸収体の前記衝突側先端部には前記筒状体の外側に張り出す突起部が設けられており、
前記トリガ部材は、前記筒状体の外側に配置されており、且つ前記突起部に対して先端部が前記隙間を置いて配置された筒体であること、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記エネルギー吸収体を、その圧壊時に生じる圧壊方向への変位を車体に設けられたスライドガイドによって案内したこと、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記エネルギー吸収体は内部に長手方向に延びるスペースが形成された筒状体であり、
前記スペース内に前記エネルギー吸収体の全体座屈を防止する座屈防止材を配置したこと、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記衝突緩和装置は複数のエネルギー吸収体から成っており、
前記複数の各エネルギー吸収体は前記軌条車両の長手方向に対して交差する方向に並べて配置されており、
前記各エネルギー吸収体はその圧壊方向を前記軌条車両の長手方向に揃えて配置されており、
前記複数のエネルギー吸収体の前記圧壊方向先端部は前記軌条車両の長手方向に分散した位置に置かれていること、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記衝突緩和装置は、前記軌条車両としての先頭車両又は後尾車両の先頭部又は編成車両の互いに近接する端部領域に、前記筒状体を前記軌条車両の長手方向に軸線を揃えた状態で配置されていること、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の衝突緩和装置を備えた軌条車両において、
前記軌条車両の車体は、車体本体と、該車体本体の車端部に設置される車端部構造体とから成っており、
前記車端部構造体は、衝突時に圧壊可能であって、前記車体本体の車端部に取外し可能に付設されており、
前記エネルギー吸収体は前記車端部構造体の床部下方に配置されていること、
を特徴とする衝突緩和装置を備えた軌条車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄道車両や路面電車、モノレール車両、新都市交通のような軌条車両に適用されるエネルギー吸収材を有する衝突緩和装置を備えた軌条車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両で代表される軌条車両では、運行中に予期しない物体との衝突が生じる可能性がある。鉄道車両を例として過去の衝突事例を挙げると、衝突物体としては、道路車両、樹木や他の鉄道車両などの大型のものから、石、雪塊や対向車両の部品といった小型のものまでその種類はさまざまである。
【０００３】
ここで、鉄道車両が大きな物体と衝突した場合を考える。大きな物体と衝突した場合、この物体との衝突により鉄道車両には大きな衝撃が作用することになる。この衝撃から、鉄道車両に搭乗している乗員・乗客を保護するために、車両構造物の一部を積極的に変形させることにより衝突のエネルギーを吸収する概念が存在する。即ち、輸送機器の構造物に、乗員・乗客が搭乗しており物体との衝突時に輸送機器の構造物が潰れないことを目的とした空間（以後、「サバイバルゾーン」と呼ぶ）と、物体との衝突時に輸送機器の構造物を積極的に変形させて衝突のエネルギーを吸収する空間（以後、「クラッシャブルゾーン」と呼ぶ）とを分離して設けるという概念である。
【０００４】
先頭車両や最後尾車両のように、車体の長手方向の端部である運端台の先端部に飛来物防御板を設け、当該飛来物防御板に開けた窓にエネルギー吸収部材を貫通させて、エネルギー吸収部材を運転台内から飛来物防御板の先まで延びる形態に配置した軌条車両における衝突緩和装置が提案されている（特許文献１参照）。高吸収容量のエネルギー吸収部材を、車体に設けられる運転台のスペースを利用して効率良く配置することを図っている。衝突緩和装置の圧壊方向は車体の長手方向に揃えられており、エネルギー吸収部材が小刻みな座屈を繰り返して圧壊することで、衝突時のエネルギーを吸収することを可能にしている。また、飛来物防御板を含むクラッシャブルゾーンの梁部材を強固に設置し、サバイバルゾーンに連結させることができる。
【特許文献１】特開２００７−３０２０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
衝突緩和装置は、鉄やアルミニウム等の金属材料、或いはそれらをハイブリッドとして組み合わせた材料からなる筒状体で構成されたエネルギー吸収構造を備えており、エネルギー吸収構造は筒状体の軸線を車両の長手方向に揃えて配置されている。ところで、これらの金属材料には、歪が速度に依存するという特性が存在する。即ち、図４（ａ）に示すように、降伏応力σｙの値は、歪速度ｄε／ｄｔの大きさによって大きく変化することが判っている。この歪速度依存特性は歪速度が大きいほど降伏応力の値も大きくなるという性質を示すものであり、歪速度が大きいときには、材料は恰も剛性が高くなったものとしての振舞いをする。
【０００６】
衝突緩和装置は、この特性により、低速で衝突するときには歪速度が小さいので降伏応力が小さく、圧壊に伴うピーク荷重も小さい。即ち、衝突緩和装置は小さい変位で圧壊が始まり、そのときの最大荷重（ピーク荷重；乗客や搭乗員にとっては最大加速度）も小さくなる（図４（ｂ）のＢ点参照）。しかしながら、高速で衝突するときには変形も急激になることから、歪速度が大きく降伏応力は高い値を示す。このときには、変位が大きくなっても応力が大きな降伏応力に達するまで圧壊が始まらず、圧壊に伴って生じるピーク荷重も大きなものとなり、大きな衝撃力（加速度）が搭乗員や乗客に作用する（図４（ｂ）のＡ点参照）。なお、図４（ｂ）で、圧壊が生じるまで材料は弾性変形を生じ、圧壊の開始後は荷重は変動しながら変位が増加し、ピーク荷重もそうした変位の増加の中で生じる様子が示されている。
【０００７】
そこで、衝突緩和装置において、衝突した直後のエネルギー吸収部材の変形が弾性変形域内にあるうちに、エネルギー吸収体に圧壊のきっかけ（トリガ）を与えて圧壊を促進し、衝突の際のピーク荷重を下げる点で解決すべき課題がある。
【０００８】
この発明の目的は、衝突した直後のエネルギー吸収部材が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちにエネルギー吸収部材の圧壊を開始・促進することで、衝突の際のピーク荷重を下げて、乗客や搭乗員に及ぶ衝撃力（加速度）を低減することができる衝突緩和装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明は、衝突時に圧壊することにより衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収体を有する衝突緩和装置を備えた軌条車両であって、衝突直後の前記エネルギー吸収体が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちに前記エネルギー吸収体の圧壊を開始・促進するトリガ機構を備えたこと、を特徴としている。
【００１０】
この衝突緩和装置を備えた軌条車両によれば、衝突時に衝突緩和装置を構成するエネルギー吸収体が圧縮荷重を受けて弾性変形をしているうちに、トリガ機構が作用してエネルギー吸収体の圧壊を開始・促進する。このトリガ機構の作用がきっかけになり、エネルギー吸収体が圧壊を開始するので、弾性変形が更に進んで衝突の際のピーク荷重が大きくなるのを回避することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明である衝突緩和装置を備えた軌条車両は、上記のように構成されているので、衝突時に衝突緩和装置を構成するエネルギー吸収体が弾性変形をしているうちにトリガ機構が作用して、それをきっかけとしてエネルギー吸収材が圧壊を開始する。したがって、エネルギー吸収材の圧壊が、荷重の低い状態で開始・促進され、衝突の際に生じるピーク荷重が大きくならず、その分、乗客や搭乗員に及ぶ衝撃を緩和させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による衝突緩和装置を備えた軌条車両の実施例を説明する。まず、図３を参照して鉄道車両構体の構造を説明する。図３は鉄道車両の一例を模式的に示す斜視図である。鉄道車両構体１は、屋根を形成する屋根構体２、車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体３、車体長手方向に対して左右の面を形成する側構体４、及び床面を形成する台枠５から構成されている。台枠５は長手方向の圧縮荷重に対して剛性が大きい。側構体４には窓や出入口の開口が形成されている。このような基本構造を持つ鉄道車両構体１は、衝突時に乗員・乗客の生命を保護するサバイバルゾーン１０と、衝突時に生じるエネルギーを吸収するクラッシャブルゾーン１１（１１ａ，１１ｂ）とによって構成されている。サバイバルゾーン１０のクラッシャブルゾーン１１寄りの端部には、屋根構体２、側構体４及び台枠５の各端部で囲まれる開口部２０が形成されている。また、クラッシャブルゾーン１１には、列車を運転するために運転士等の乗務員が搭乗する運転台２５が配置されている。
【００１３】
クラッシャブルゾーン１１は、車両の長手方向の両端部に設置され、サバイバルゾーン１０を車両の長手方向に挟み込むように配置されている。本図では運転台２５を有する車両を用いて構造を説明したが、運転台２５を有さない車両でも、クラッシャブルゾーン１１とサバイバルゾーン１０の相対的な配置は変わらない。
【００１４】
クラッシャブルゾーン１１ａには、運転台２５の進行方向端部に、面内の向きを進行方向直角方向とした平板状の飛来物防御板５０が配置されている。クラッシャブルゾーン１１ａには、また、２つのエネルギー吸収部材１００，１００が飛来物防御板５０を貫通して且つ車幅方向に隔置して配置されている。
【００１５】
図１はこの発明による衝突緩和装置を備えた軌条車両の要部を模式的に示す図である。図１（ａ）は衝突前の状態を示す図、図１（ｂ）は衝突後の一瞬間を示す図、図１（ｃ）は衝突後の圧壊した状態を示す図である。
【００１６】
図１に示す衝突緩和装置を構成するエネルギー吸収部材１００は、軌条車両の端部に設けられる装置であり、図３に示したように、先頭車両や最後尾車両の先端端部のみならず、列車編成の中間車両においても、それらの端部に適用可能である。編成車両は前後の先頭車と所要数の中間車とからなる。例えば、先頭車両（最後尾車両の場合も含む）が障害物や他の車両等と衝突した時には、先頭車両と隣接する中間車両との間のみならず、隣り合う中間車両の端部間同士で次々に衝突が生じる。衝突エネルギー吸収装置を、先頭車両の端部及び中間車両の各端部に適用しておくことで、列車編成のどこで衝突が生じてもその時の衝撃、或いは中間車両間で副次的に生じ得る衝突を本衝突エネルギー吸収装置によってそれぞれ吸収することができる。
【００１７】
エネルギー吸収部材１００は、図示のように細長い筒状の構造を有しており、好ましくは各車両の台枠５（図１参照）の端部６に対してその長手方向を車両の長手方向に揃え且つその基部を固定することで、車体に片持ち状に支持されている。図示されている衝突緩和装置は、１本のエネルギー吸収部材１００から構成されているが、図３に示すように車両の幅方向に複数本、並べて配置し、広い範囲で且つ吸収エネルギー量を多くして衝突を緩和することが好ましい。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、エネルギー吸収部材１００は、中空構造を内部に有する筒状体（詳細は後述する）であって、基部１０１が車両の台枠５の端部６に取り付けられることで、台枠５に対して片持ち状、即ち、横置きされた状態で固定されている。また、エネルギー吸収部材１００に関連して、トリガ部材として、エネルギー吸収部材１００の周囲を取り囲む筒体１１０が設けられている。筒体１１０は、基端部１１１において台枠５の端部６に対して片持ち状に固定されており、エネルギー吸収部材１００よりも短い長さを有している。それゆえ、エネルギー吸収部材１００の先端部１０２は、衝突前の状態では、筒体１０４の先端部１１２よりも前側に突出した位置を占めている。
【００１９】
エネルギー吸収部材１００には、先端部１０２において、径方向に突出した突起１０３が設けられている。突起１０３は、エネルギー吸収部材１００の柱を取り巻く環状突部であっても、エネルギー吸収部材１００の周囲の所定の範囲に渡って延びる扇形突部であっても、或いは、エネルギー吸収部材１００の周囲に所定個数突出形成された小突起であってもよい。衝突前の状態で、突起１０３と筒体１１０の先端部１１２との間には、隙間δが形成されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、車両が衝突物と衝突したとき（中間車両においては、隣の車両と衝突するとき）、エネルギー吸収部材１００の先端部１０２に衝撃力が作用する。隙間δは、衝突速度が速く、エネルギー吸収部材１００が当該衝突に起因して弾性変形をするうちに、突起１０３が筒体１１０の先端部１１２に衝突する広さに設定されている。突起１０３が筒体１１０に衝突することにより、エネルギー吸収部材１００に圧壊のトリガが与えられる。圧壊トリガを与えられたエネルギー吸収部材１００は、塑性変形領域に移行して圧壊を開始し、そうした圧壊の中で生じるピーク荷重は歪速度のみに依存した圧壊の場合に生じる高いピーク荷重よりも低い荷重となる。エネルギー吸収部材１００が圧壊をしつつある状態が図１（ｃ）に示されている。この状態では、筒体１１０も塑性変形をしてエネルギー吸収の作用を奏するが、衝突のエネルギーは主としてエネルギー吸収部材１００が圧壊をすることで吸収される。
【００２１】
図２にこの発明による衝突緩和装置による、衝突時のピーク荷重の低減効果の一例が示されている。図２は、横軸をエネルギー吸収材１００の変位量（先端部１０２の変位量；単位ｍｍ）とし、縦軸をエネルギー吸収材１００に作用する荷重（ｋｇＮ）としたグラフであって、エネルギー吸収材の変位−荷重特性の一例を示している。突起１０３と筒体１１０の先端部１１２との間の隙間δについては、１．０ｍｍの場合（実線で表示される「あ」）と、０．２５ｍｍの場合（点線で表示される「い」）とが示されている。
【００２２】
この例では、隙間δが吸収されて圧壊トリガが作用し、圧壊に伴う変形が進行するなかで、変形量が２．５ｍｍ程度のところでピーク荷重が生じている。ピーク荷重は、隙間δが０．２５ｍｍの場合の方が、１．０ｍｍの場合よりもΔＰだけ軽減されている。即ち、衝突緩和装置は、早期に圧壊を開始するものほど、その後の圧壊に伴って生じるピーク荷重を低減させることができることが解る。衝突の激しさが変われば、より変量の大きいところでより大きなピーク荷重が発生する。その場合も、エネルギー吸収部材１００に圧壊トリガを与えることによって、ピーク荷重の低減を図ることができる。
【００２３】
突起１０３の材質としては、エネルギー吸収部材１００と同様にアルミニウム材とすることができる。
【００２４】
図５〜図７に示される実施形態は、先頭車両の中間車両寄りの車端部構造体２０３ａ及び中間車両同士の車端部構造体２０３ｂに適用されている衝突エネルギー吸収装置２０１を示している。車端部構造体（特に、２０３ｂ）には、編成上、車体間での乗り移り用の貫通路２０３ｇの両脇側に設けられたスペース２０３ｃに運転席２０３ｄを備える場合がある。運転者用のスペース２０３ｃを形成するため、スペース２０３ｃを取り囲むように周囲にはフレーム２０３ｆが配置されており、前面には乗務員等を小石等の飛来物から保護するために飛来物遮蔽板２０３ｅ（ハッチングを付した部分）が配置されている。遮蔽板２０３ｅは左右の主板部分を下辺部分で接続して構成されており、下辺部分にはエネルギー吸収部材２１１，２１１，２１２，２１２が貫通する孔２０３ｉ，２０３ｉ，２０３ｊ，２０３ｊが形成されている。車端部構造体２０３ａ，２０３ｂは、妻構体とほぼ同様な機能を有する。車端部構造体２０３ａ，２０３ｂは、溶接等の適宜の固定手段によって車体本体の妻部分に取り付けられている。車端部構造体２０３ａを車内側から見た場合、その床面２０３ｈは、台枠５上の床面２０４ｂと実質的にフラットであって連続した構造となっている。
【００２５】
この例では、衝突エネルギー吸収装置は、車体の台枠５の端板２０４ａにおいて車体幅方向の外側に各一つずつ取り付けられた大型のエネルギー吸収体２１１，２１１と、車体幅方向の中央寄りに各一つずつが車体幅方向に隔置して取り付けられた小型のエネルギー吸収体２１２，２１２を備えている。各エネルギー吸収体２１１，２１２は、その長手方向を車体長手方向に沿って延びる態様で配置されている。各エネルギー吸収体２１１，２１２の先端部側は、車体全体の長手方向の最も車端側に配置されている。各エネルギー吸収体２１１，２１２の基端部側とは、その車体長手方向の中央寄りの位置を指している。更に、エネルギー吸収体２１１とエネルギー吸収体２１２とは、車体長手方向に対して交差する方向に並べて配置されている。即ち、エネルギー吸収体２１１とエネルギー吸収体２１２とは、車体幅方向に並べて互いにほぼ平行に配置されている。各エネルギー吸収体２１１，２１２は、具体的には、各吸収体の中心を各車体間において同じ高さ位置に合わせて、且つ車体幅方向に関して左右対称な位置に配置されている。各エネルギー吸収体２１１，２１２は、先端側が端板２１１ａ，２１２ａで覆われているとともに、それらの基端部側に備わる端板２１１ｂ，２１２ｃをボルト・ナット等の固着具２１３によって台枠５の端板２０４ａに固定することによって車体（台枠４）に取り付けられている。固着具２１３は、他の形式の締め付け手段でもよく、また溶接で行ってもよい。エネルギー吸収体２１１，２１２は、大型のものと小型のものを示したが、これに限らずすべて同型のものでもよく、或いは大型のものと小型のもので車体幅方向の内外で逆に配置してもよく、更には、より多くの異なる型のものを組み合わせてもよいことは明らかである。
【００２６】
図７に示す実施形態において、大型のエネルギー吸収体２１１は小型のエネルギー吸収体２１２よりも直径及び長さにおいて大きな寸法を有している。小型のエネルギー吸収体２１２は、台枠５の端板２０４ａに取り付けたときに、エネルギー吸収体２１２の先端部が車体の端部（飛来物遮蔽板２０３ｅの端面）と略同じ位置を占めるような長さを有している。一方、大型のエネルギー吸収体２１１は、小型のエネルギー吸収体２１２よりも長さΔＬだけ長い構造となっている。これらエネルギー吸収体２１１，２１２は、台枠５の端板２０４ａに取り付けた状態で、図６にそれぞれが重なって示され、また、図７に並べて示すように配置されている。大型のエネルギー吸収体２１１は、車体の端部から僅か（例えば、１００ｍｍ程度）に突出している。衝突により、台枠５に大きな衝撃力がかかっても、前記したように台枠５は強固であるので、その荷重に耐えることができる。このように、複数のエネルギー吸収体の圧壊方向先端部は、すべての先端部の位置が異なる必要はないが、軌条車両の長手方向に分散した位置に置かれている。
【００２７】
したがって、衝突時にはその衝撃が車体間に及んで隣り合う車両の車端部構造体２０３ａ，２０３ｂのそれぞれに対向して衝突エネルギー吸収装置が設けられている場合には、それら衝突エネルギー吸収装置が作動する。各車体に設置されたエネルギー吸収体２１１，２１２のそれぞれの先端位置のずれ（ΔＬ）によって、隣り合う車両間において、大型のエネルギー吸収体２１１，２１１同士が先に衝突して圧壊し始める。その後、僅かな時間差を置いて小型のエネルギー吸収体２１２，２１２同士が衝突して、遅れて圧壊が始まる。エネルギー吸収体２１１，２１２の圧壊について説明する。例えば、図７に示すエネルギー吸収体２１１の具体的な圧壊の例が図１２（後述する座屈防止材を内蔵した例であるが、圧壊の例として参照）に示されている。衝突発生時の車両の姿勢は軌条が直線状であるか曲線状等であるかによって厳密には同じではないが、隣り合う車両が衝突する場合は車両の長手方向にほぼ沿った方向に衝突すると考えてよい。そうした場合、エネルギー吸収体２１１，２１２は、各吸収体２１１，２１２を構成する筒状体が軸方向に微小な座屈を繰り返して、軸線を維持しながらほぼ真っ直ぐに潰れる形態で破壊していく。圧壊した後の形態は、例えば、縮んだ蛇腹構造の形態となっている。即ち、エネルギー吸収体２１１，２１２は、長さ方向の全体が二つに折れ曲がって、くの字状に座屈する変形、即ち、全体座屈ではなく、蛇腹構造を呈した変形をすることから、衝突エネルギーを十分吸収することができる。
【００２８】
両タイプのエネルギー吸収体２１１，２１２の僅かな圧壊開始時期のずれによって、ピーク荷重が分散されるので、衝突エネルギー吸収装置の圧壊ピーク荷重が低減され、車体本体や乗客等への負担を軽減することができる。ピーク荷重の分散の様子が図１３に一例としてグラフに示されている。図１３に示されているように、従来のエネルギー吸収体の配置では、エネルギー吸収体が複数あっても、先端が揃っているために潰れ開始が同時であり、その結果、圧壊開始当初に非常に高いピーク荷重が発生する（グラフｂ参照）。これに対して、本実施形態のように、両エネルギー吸収体２１１，２１２の長さの違いに起因した先端部の位置の差ΔＬに応じた圧壊開始時期のずれによって、ピーク荷重が生じる時期にずれが生じる。その結果、先に作動したエネルギー吸収体２１１による荷重がピークを付けた後に一端荷重が低下し、その後、後に作動するエネルギー吸収体２１２による荷重がピークを付ける。一度に両方のエネルギー吸収体２１１，２１２が作動するときと比べて、本実施形態では、全体としてのピーク荷重の高さを抑えることができる（グラフａ参照）。
【００２９】
図示の例では、エネルギー吸収体２１１，２１２は、断面のサイズが異なるが、内部の構造は互いに相似形である。図１１を参照して、一つの種類の衝突エネルギー吸収装置を構成するエネルギー吸収体２１１（２１２）について説明する。各エネルギー吸収体２１１（２１２）は、断面が八角形の中空構造２７０を有しており、例えばアルミニウム合金の押出し形材で製造されている。即ち、その断面は、八角形の外側壁部２７１と、外側壁部２７１と相似形を呈する八角形の内側壁部２７２と、両壁部２７１，２７２の八角形の壁部の頂点部分を連結する複数の径方向壁部２７３とを有している。内側壁部２７２内には、断面八角形の内部空間が形成され、外側壁部２７１と内側壁部２７２との間には、径方向壁部２７３で仕切られた断面台形の内部空間が環状に並んで形成されている。各エネルギー吸収体２１１（２１２）の八角形の内部空間は空間２１４（２１５）となっており、座屈防止材２１６（２１７）を挿入可能な収容空間となっている。なお、図１１に示す例ではエネルギー吸収体２１１（２１２）は断面八角形の中空構造２７０としたが、断面形状についてはこれに限らず、断面四角筒、円筒等の適宜の中空断面形状とすることができ、内外の筒壁間を複数のリブによって、例えばトラス構造のように、連結して構成することができる。エネルギー吸収体２１１（２１２）の外径寸法Ｄ１は１８０〜２１０ｍｍであり、内側壁部２７２の内径寸法Ｄ２は１２０ｍｍ程度である。
【００３０】
図７に示すように、各エネルギー吸収体２１１，２１２の八角形の内側の空間２１４，２１５にはそれぞれ座屈防止材２１６，２１７が挿入されている。（ここで、座屈防止材は、エネルギー吸収体の全体座屈を防止する部材であって、全体座屈防止材との意味で用いているが、便宜上、以下、単に「座屈防止材」と記載する。）座屈防止材２１６，２１７は、エネルギー吸収体２１１，２１２の変形が軸方向に蛇腹状に圧壊していく変形となるように規制する。即ち、座屈防止材２１６，２１７をエネルギー吸収体２１１，２１２の中に挿入することによって、エネルギー吸収体２１１，２１２が変形し始めるときに、中間部分が大きく折れるような変形、即ち、前記全体座屈を生じてエネルギー吸収体としての機能が早期に損なわれるのを防止している。
【００３１】
座屈防止材２１６，２１７は、アルミ合金製の円柱体とすることができ、その長さは適宜選択することができる。アルミ合金製に代えて、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）のような材料で製造することができる。即ち、座屈防止材２１６，２１７は、エネルギー吸収体２１１，２１２よりもある程度高い曲げ剛性を持っているが、鉄等の金属製品ほどの曲げ剛性でなくてもよく、エネルギー吸収体２１１，２１２が圧壊するときに蛇腹状に潰れていくように規制できる曲げ剛性であればよい。また、座屈防止材２１６，２１７は、必要な剛性が得られれば、中実体であっても、内部が空洞になった筒状体であってもよい。更に、図７に示されるエネルギー吸収体２１１に設けられる座屈防止材２１６の長さは、エネルギー吸収体２１２に設けられる座屈防止材２１７の長さ（エネルギー吸収体２１２の長さよりも長い）よりも短く設定されているが、これに限ることなく長さについては適宜選択することができる。
【００３２】
図７に示すエネルギー吸収体２１１において、座屈防止材２１６は、長さ方向の中間位置に配置されている。エネルギー吸収体２１１の長さが長くなる場合には、継ぎ板２１４ａ，２１４ｂを隅肉溶接等の手段によって継ぎ足して（エネルギー吸収体２１１を継ぎ板２１４ａ，２１４ｂで多数に仕切る。）設けることができる。エネルギー吸収体２１１内に設けられる座屈防止材２１６は端部側の継ぎ板２１４ａ、又は、基端部側の継ぎ板２１４ｂのいずれか一方に固定されており、継ぎ板２１４ａ，２１４ｂの他方には座屈防止材２１６が通ることができるように孔２１４ｃが形成されている。座屈防止材２１６は、内側壁部２７２及び孔２１４ｃとの間で適当な隙間を以って配置されており、エネルギー吸収体２１１が圧縮されたときには、座屈防止材２１６がエネルギー吸収体２１１に対して軸方向に移動し、エネルギー吸収体２１１を蛇腹状に変形させる。また、座屈防止材２１６と内側壁部２７２との隙間は、内側壁部２７２が内側に蛇腹状に変形する際にその妨げとならない間隔を確保している。即ち、図１１に示すように、座屈防止材２１６（２１７）と内側壁部２７２との間には寸法Ｄ３で示すように、約１５ｍｍの隙間が形成されており、両側で３０ｍｍの余裕が設けられている。座屈防止材２１６の継ぎ板２１４ｂ側端部は、継ぎ板２１４ｂの孔２１４ｃに挿入されていても良い。このように座屈防止材２１６の端部が継ぎ板２１４ｂの孔２１４ｃに挿入された構造であれば、孔２１４ｃが座屈防止材２１６のガイドとなるため、座屈防止材２１６がスムーズに車体長手方向に移動することができる。このような構造において、図１２に示すように、エネルギー吸収体２１１に衝突に伴う衝撃が掛かった場合、エネルギー吸収体２１１が座屈変形を始める。そして、エネルギー吸収体２１１の長手方向中央部分で、くの字状に変形して全体座屈をしようとしても座屈防止材２１６がその変形を防止して、エネルギー吸収体２１１の全体を蛇腹状に変形させることができる。なお、図１２は、圧壊の様子を示す目的のものであり、圧壊を促進するトリガ機構については図示を省略している。座屈防止部材１６を備える形式の衝突緩和装置であっても、図１に示すような突起と筒体等からなるトリガ機構を備えることができるのは、勿論である。
【００３３】
図７において、エネルギー吸収体２１２の内側の空間２１５に１本の座屈防止材２１７が挿入されており、端板２１２ａに溶接によって固定されている。座屈防止材２１７の後端は台枠の端板２０４ａに設けた孔２０４ｃを貫通して配置されている。これによって、エネルギー吸収体２１２に衝撃が掛って座屈変形する際、座屈防止材２１７は、エネルギー吸収体２１２に対して軸方向に移動し、エネルギー吸収体２１２の全体座屈を防止して、蛇腹状の圧壊変形を行わせる。
【００３４】
台枠の端板２０４ａの孔２０４ｃは、継ぎ板２１４ｂの孔２１４ｃと同様に座屈防止材２１７のガイドとなり、エネルギー吸収体２１２の蛇腹状の変形を円滑に行わせることができる。また、エネルギー吸収体２１２の内側壁部２７２と座屈防止材２１７との隙間は、内側壁部２７２の蛇腹状の変形を許容する間隔を確保することが望ましい。以上のように座屈防止材２１７は、それ自体はエネルギーの吸収には殆ど寄与しないが、エネルギー吸収体２１２を蛇腹状に変形させる機能を備えている。
【００３５】
図７に示す実施例において、飛来物遮蔽板２０３ｅには、エネルギー吸収部材２１１の端板２１１ａに向かってトリガ部材１１０，１１０が突出して形成されている。トリガ部材１１０の形態は、図１について説明した態様と同等である。端板２１１ａの周縁部が突起の役目を果している。トリガ部材１１０を設けることによって、図７で示す実施例においても、圧壊の開始を早めて、速度依存性に起因した衝撃荷重のピーク値が高くなるのを回避することができる。なお、ΔＬを適宜設定することにより、飛来物遮蔽板２０３ｅそれ自体が、トリガ部材１１０の役目を果たすこともできる。
【００３６】
次に、図８〜図１０に基づいて、第二の実施形態として、この発明による衝突エネルギー吸収装置及びそれが適用された軌条車両としての先頭車両について説明する。
【００３７】
先頭車両の先頭部２０２は前方に凸の曲面状である。先頭車両の後端と中間車両の先端のそれぞれに衝突エネルギー吸収装置が配置されており、先頭部２０２には障害物等との衝突の際に発生する衝突エネルギーの一部を吸収する衝突エネルギー吸収装置２５０が配置されている。先頭車両の先頭部２０２の最先端部分には、連結器２１０が設けられている。
【００３８】
図８〜図１０に示すように、衝突エネルギー吸収装置２５０（２５０ａ）は、先頭車両において、車体本体の長さ方向の所定領域としての先頭部２０２の領域に車体本体の幅方向に隔置して取り付けられている。具体的には、車体の幅方向に左右の両側に同じ構造の衝突エネルギー吸収装置２５０ａ，２５０ｂが対称的に配置されている。図示の例では片側のみが示されており他方については図示を省略している。各側の衝突エネルギー吸収装置２５０ａ，２５０ｂは、上下二段に構成されている。上下の各段には、それぞれ、先端側に衝突時に圧壊することにより衝突エネルギーを吸収する第１エネルギー吸収体２５１，第２エネルギー吸収体２５２が配置されている。第１エネルギー吸収体２５１，第２エネルギー吸収体２５２は、第一の実施形態の場合と同様に、図１１に示すような断面が八角形の中空構造を有する筒状の構造体であり、その筒の軸線が車体長手方向（前後方向且つ走行方向）と平行となる方向に配置されている。したがって、両側の衝突エネルギー吸収装置２５０ａ，２５０ｂは、全体として車体先端側に向かって合計４本の第１エネルギー吸収体２５１，第２エネルギー吸収体２５２を備えている。
【００３９】
上下二段に構成されている第１エネルギー吸収体２５１及び第２エネルギー吸収体２５２は、その圧壊方向の一端側、即ち車体長手方向の中央よりの端部において、共通の支持板２５８に取り付けられている。両エネルギー吸収体２５１，２５２は、支持板２５８の後方端部（車体長手方向中央寄りの端部）では、１本の共通する第３エネルギー吸収体２５３に接続されている。第３エネルギー吸収体２５３は、後方部（車体長手方向中央寄りの端部）で車体本体の構造フレーム２５４を介して台枠５に連結されている。第１〜第３のエネルギー吸収体２５１〜２５３は、後方（車体長手方向の中央側）に配置される吸収体ほど、その断面が大きく構成されている。
【００４０】
共通の支持板２５８は、周囲端縁が全体として略四角筒状になった案内筒２５９に固定されている。案内筒２５９の外周面２５９ａは、車両本体に取り付けられたガイド筒板２６０の内面側２６０ａに摺動可能に嵌合されている。したがって、衝突時には、まず、第１及び第２エネルギー吸収体２５１，２５２が変形して圧壊によって所定のエネルギーを吸収した後に、第３エネルギー吸収体２５３が変形を開始して、共通の支持板２５８と共に案内筒２５９がガイド筒板２６０に案内されつつ車体後方に向かって移動する。なお、第１及び第２エネルギー吸収体２５１，２５２の圧壊によって、衝突によるエネルギーを吸収しきった場合には、第３エネルギー吸収体２５３は変形しない。第１エネルギー吸収体２５１，第２エネルギー吸収体２５２は、ガイド筒板２６０の内面側２６０ａによって案内されるので、中間部分（ガイド筒板２６０の箇所）で座屈することなく、全長に渡って衝突エネルギー吸収作用を発揮させることができる。案内筒２５９、ガイド筒板２６０は、この発明におけるスライドガイドを構成している。ガイド筒板２６０は台枠５の前端において設置されている。ガイド筒板２６０よりも後方は、運転席である。運転席の前端は飛来物遮蔽板２６１で覆われている。ガイド筒板２６０は飛来物防御板２６１に開いた孔といえる。第１〜第３のエネルギー吸収体２５１，２５２，２５３は、くの字状に全体座屈することなく、衝突エネルギー吸収作用が継続される。
【００４１】
図１０に示すように、第１エネルギー吸収体２５１及び第２エネルギー吸収体２５２の衝突方向先端位置は、車体端部に配置される衝突エネルギー吸収装置の場合と同様に、複数の位置にずらされている。即ち、第１及び第２のエネルギー吸収体２５１，２５２は衝突方向の長さが僅かに異なっており、共通の支持板２５８に支持された状態では第１エネルギー吸収体２５１の先端位置が第２エネルギー吸収体２５２の先端位置よりも僅かΔＬだけ（例えば、１００ｍｍ程度）前方に位置している。これらの先端位置のずれ（ΔＬ）によって、先頭車両の衝突時には、第１エネルギー吸収体２５１が第２エネルギー吸収体２５２よりも先に圧壊され始める。この僅かな圧壊開始時期のずれによってピーク荷重が分散されるので、エネルギー吸収材２５１〜２５２の圧壊ピーク荷重が低減され、車体本体や乗客等への負担を軽減することができる。なお、エネルギー吸収体２５１〜２５４の構造については、図５〜図７に示したエネルギー吸収体の構造に倣って構成してもよいことは明らかである。
【００４２】
図１０に示す実施例においては、車両が衝突物と衝突したとき、各エネルギー吸収体２５１〜２５３に衝撃力が作用する。各エネルギー吸収体２５１〜２５３には横方向に突出する突起１０３が設けられ、突起１０３と仕切り板や支持板２５８に設けられている筒体１１０との間には僅かな隙間δが形成されている。当該隙間δは、衝突速度が速く、各エネルギー吸収部材２５１〜２５３が当該衝突に起因して弾性変形をするうちに、突起１０３が隙間分を移動してトリガ部材である筒体１１０の先端部に衝突する広さに設定されている。突起１０３が筒体１１０に衝突することにより、エネルギー吸収部材１００に圧壊のトリガが与えられる。圧壊トリガを与えられたエネルギー吸収部材１００は、塑性変形領域に移行して圧壊を開始し、そうした圧壊の中で生じるピーク荷重は歪速度のみに依存した圧壊の場合に生じる高いピーク荷重よりも低い荷重となる。なお、ここでは各エネルギー吸収体の全周を取り巻く筒体１１０として説明したが、周方向に分割されて部分的に配置される構造のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明による衝突緩和装置を備えた軌条車両の要部を模式的に示す図である。
【図２】この発明による衝突緩和装置による、衝突時のピーク荷重の低減効果の一例を示すグラフである。
【図３】図３は鉄道車両の一例を模式的に示す斜視図。
【図４】歪の速度依存特性を説明する図である。
【図５】この発明による、衝突エネルギー吸収装置が車端部構造体に適用されている軌条車両の第一の実施形態を示す正面図である。
【図６】図５に示す車端部構造体の側面図である。
【図７】図５に示す衝突エネルギー吸収装置の一部を示す水平断面図である。
【図８】この発明による軌条車両の第二の実施形態としての先頭車両について、その正面右半分を示す底断面図であり、図９のＹ−Ｙ断面図である。
【図９】図８に示す先頭車両の一部をＺ−Ｚの断面で示す縦断面図である。
【図１０】図８に示す先頭車両の一部をＸ−Ｘの断面で示す横断面図である。
【図１１】エネルギー吸収体の一例を示す正面図である。
【図１２】エネルギー吸収体が圧壊した状態の一例を示す断面図である。
【図１３】本発明による衝突エネルギー吸収装置のエネルギー吸収時の変位に応じた荷重の変化の様子の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  鉄道車両構体                      ２  屋根構体
３  妻構体                            ４  側構体
５  台枠                              ６  台枠の端部
１０  サバイバルゾーン              １１ａ，１１ｂ  クラッシャブルゾーン
２０  開口部                          ２５  運転台
５０  飛来物防御板
１００  エネルギー吸収部材            １０１  基部
１０２  先端部                        １０３  突起
１１０  筒体                          １１１  基端部
１１２  先端部                        ２０２  先頭部
２０３ａ，２０３ｂ  車端部構造体      ２０３ｃ  スペース
２０３ｄ  運転席                      ２０３ｅ  飛来物遮蔽板
２０３ｆ  フレーム                    ２０３ｇ  貫通路
２０３ｈ  床面                        ２０３ｉ，２０３ｊ  孔
２０４ａ  端板                        ２０４ｃ  孔
２１０  連結器
２１１，２１２  エネルギー吸収部材    ２１１ｂ，２１２ｃ  端板
２１３  固着具                        ２１４，２１５  空間
２１４ａ，２１４ｂ  継ぎ板            ２１４ｃ  孔
２１６，２１７  座屈防止材
２５０（２５０ａ，２５０ｂ）  衝突エネルギー吸収装置
２５１  第１エネルギー吸収体          ２５２  第２エネルギー吸収体
２５３  第３エネルギー吸収体          ２５８  共通の支持板
２５９  案内筒                        ２５９ａ  案内筒の外周面
２６０  ガイド筒板                    ２６０ａ  内面側
２６１  飛来物遮蔽板                  ２７０  中空構造
２７１  外側壁部                      ２７２  内側壁部
２７３  径方向壁部                    δ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010083307.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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