(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台枠（３０）、側構体（１０）、屋根構体（２０）からなる軌条車両において、
前記台枠（３０）において、車両の長手方向の両端（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかく、
前記台枠の床部分を構成する部材（４０）において、前記両端の範囲の材料は、前記中央側の材料に比べて柔らかく、
前記台枠（３０）の前記床部分を構成する部材（４０）およびその幅方向の両側の側梁（３１）において、前記両端の範囲（Ｂ）のそれぞれの材料は、前記中央側（Ａ）のそれぞれの材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項２】
請求項１の軌条車両において、
前記長手方向に沿って設けられ、連結器を接合するために前記台枠（３０）の下面に設置した中梁（３６）において、前記両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項３】
請求項１の軌条車両において、
前記側構体（１０）および前記屋根構体（２０）において、前記両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項４】
台枠（３０）、側構体（１０）、屋根構体（２０）からなり、
前記台枠（３０）は複数の中空形材（４０）で構成しており、
前記中空形材（４０）の押出し方向は車両の長手方向に向いており、該複数の中空形材（４０）を車両の周方向に沿って並べて、該中空形材（４０）同士を接合して構成した軌条車両において、
前記複数の中空形材（４０）において、車両の長手方向の両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項５】
請求項４の軌条車両において、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記材料である前記中空形材（４０）と前記中央側（Ａ）の前記材料である前記中空形材（４０）とは別部材であって、両者は溶接結合されていること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項６】
請求項４の軌条車両において、
前記両端の範囲（Ｂ）の個所の前記中梁（３６）はその上下の面板および両者を接続する側面板に穴（３６ｂ）を設置していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項７】
請求項４の軌条車両において、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記材料である前記中空形材（４０）と前記中央側（Ａ）の前記材料である前記中空形材（４０）とは一つの中空形材であり、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記中空形材（４０）は焼きなまし処理したものであること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項８】
請求項４の軌条車両において、
前記台枠（３０）の幅方向の両側の側梁（３１）において、前記両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項９】
請求項４の軌条車両において、
前記長手方向に沿って設けられ、連結器を接合するために前記台枠（３０）の下面に設置した中梁（３６）において、前記両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項１０】
請求項４の軌条車両において、
前記側構体（１０）および前記屋根構体（２０）は複数の第２の中空形材（２１）で構成しており、
前記複数の第２の中空形材（２１）の押出し方向は車両の長手方向に向いており、該複数の第２の中空形材（２１）を車両の周方向に沿って並べて、該第２の中空形材（２１）同士を溶接接合しており、
前記複数の第２の中空形材（２１）において、前記両端の範囲（Ｂ）の材料は、前記長手方向の中央側（Ａ）の材料に比べて柔らかいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項１１】
請求項１０の軌条車両において、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記材料である前記第２の中空形材（２１）と前記中央側（Ａ）の前記材料である前記第２の中空形材とは別部材であって、両者は溶接結合していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項１２】
請求項１０の軌条車両において、
前記側梁は上面の板および側面の車内側の板に穴（３１ｂ）を設けていること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項１３】
請求項１０の軌条車両において、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記材料である前記第２の中空形材と前記中央側（Ａ）の前記材材料である前記第２の中空形材とは１つの中空形材であり、
前記両端の範囲（Ｂ）の前記中空形材（４０）は焼なまし処理したものであること、
を特徴とする軌条車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌条に沿って走行する車両の車体に係り、軽合金製中空形材によって構成される鉄道車体に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
軌条車両において、衝突の際、乗客に加わる衝撃力を緩和することが求められている。特開平１１−３０１４７６号公報，特開平６−２１１１３３号公報のように、複数の車体を直列に連結してなる編成車両において、先頭の車体の先頭部の台枠に壊れ易い構造などの衝撃緩和機構を設け、衝撃吸収し、乗客への衝撃を緩和するようにしている。
【０００３】
実公昭５７−５６９２９号公報のように、車体の台枠の端部には隣接する車体に連結する連結器がある。このため、台枠の端部の下面には強度部材が設けられ、強固に構成されている。
【０００４】
特開平２−２４６８６３号公報のように、車体は軽合金性の中空形材で構成している。中空形材はその押し出し方向を車体の長手方向に向けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
鉄道車両は複数の車体を連結している（編成車両という。）ので、衝突した場合、編成車両内の車体と車体との衝突を考えなければならない。車両の床である台枠は強固に製作されている。
【０００６】
このため、先頭車の衝突によって、編成車両内の車体同士が衝突、すなわち、台枠同士が衝突する。しかし、台枠同士が衝突しても、台枠は強固のため台枠はつぶれず、衝撃を緩和できない。
【０００７】
また、編成車両の先頭部に衝撃緩和機構を組み込むのみではなく、各車体にも衝撃緩和機構を組み込むことが望ましい。これを組み込む位置は各車体の端部である。この場合、次のような課題がある。
【０００８】
（１）衝撃緩和機構を設置する車体の端部の長さが短く、車体の内部および床下の空間部が狭く制限された構造においては、衝撃緩和機構を設置することができない。
【０００９】
（２）多数の中空形材を車体の長手方向に向け、この中空形材のみで台枠を構成した場合、中空形材はその面内剛性および面外曲げ剛性が高いため、強度上は有利な構造であるが、衝撃力を緩和する面では不利な構造である。
【００１０】
（３）車体の端部は強固であり、この部分に衝撃緩和機構を組み込むのは困難である。
【００１１】
本発明の目的は、衝撃緩和機構を組み込んで安全な車両を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、複数の車体を連結した編成車両において、それぞれの前記車体の両端であって、客室を構成する部分の一部に、隣接する車両に衝突することによって前記車体の長手方向に長さを短くする部分を設置すること、によって達成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図９により説明する。図２において、中空形材４０を示していない。しかし、複数の中空形材４０があることを想定して、該中空形材４０の下方の部材３５，３６，３８を点線で示している。
【００１５】
車体は、側面を構成する側構体１０，屋根構体２０，床を構成する台枠３０等から構成している。側構体１０，屋根構体２０，台枠３０はそれぞれ複数の中空形材を接合して構成している。中空形材は軽合金製の押し出し型材で、その押し出し方向（すなわち、長手方向）を車体の長手方向に向けている。中空形材の幅方向を車体の周方向に並べ、溶接して一体にしている。Ｗは窓である。この車体は２つの台車で支持されている。１つの車体と隣接する車体とは連結器で連結されている。
【００１６】
台枠３０は、床部分と、その両側の側梁３１と、連結器を結合するための連結部材と、からなる。床部分は、押し出し方向を車体の長手方向に向けた複数の中空形材４０からなる。幅方向の両側には中空形材の側梁３１がある。側梁３１は大きく、その板厚が厚く、強固である。
【００１７】
また、台枠３０は、長手方向の両端の下面に、車体相互間を連結する連結器を結合するための連結部材を有する。連結部材は、車体の幅方向に向けた枕梁３５と、枕梁３５から車体の端部に設置した２つの中梁３６，３６と、中梁３６の端部に設置した端梁３９とからなる。２つの中梁３６，３６は部材３８で連結している。中梁３６は車体の幅方向において中央付近にある。２つの中梁３６，３６の間に車体相互間を連結する連結器が配置される。連結器は部材３８よりも端部側に連結されるので、この部分の中梁３６，３６の高さは大きくなっている。これら部材の相互間は溶接で接合されている。枕梁３５の両端は側梁３１，３１に溶接している。端梁３９は複数の中空形材４０の端部に溶接している。端梁３９の両端は側梁３１の側面に溶接している。
【００１８】
車体を構成する一対の側構体１０，屋根構体２０，台枠３０の長手方向の両端部の中空形材（図１，図２の斜線部）Ｂは、車体の中央部の中空形材Ａとは機械的性質が異なる。中空形材Ｂは材料として中空形材Ａの材料よりも柔らかく、衝突時に潰れやすく、衝撃緩和機構になっている。中空形材Ａ，Ｂの断面形状は同一である。前記両端すなわち中空形材Ｂが設置される部分は、車体の客室（トイレ，洗面所，乗務員室を含む。）を構成する。
【００１９】
車体の端部すなわち中空形材Ｂが配置される範囲の中梁３６および側梁３１は、中空形材Ｂと同様に、衝撃力で潰れやすくしている。この範囲Ｂの中梁３６の上面および側面の板には長穴３６ｂを明けている。中梁３６は断面がチャンネル状で、下面には板がない。前記範囲Ｂの側梁３１には、車外の側面を向いた面板を除く面板（車内側を向いた面板）には長穴３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆを明けている。車外側に長穴を設けないのは見栄えの低下を防止するためである。車外に露出した長穴３１ｅ，３１ｆには薄い板（図示せず）を溶接して長穴を閉鎖している。これは側梁３１内に水が浸入するのを防止するためである。
【００２０】
車体を構成する側構体１０，屋根構体２０，台枠３０のそれぞれの中空形材は長手方向の両端部の中空形材Ｂ，Ｂとその他の部分（中央部）の中空形材とからなる。中空形材Ｂの長さは例えば１００ｍｍから５００ｍｍ程度である。中空形材Ｂは中空形材Ａよりも柔らかい。中空形材Ｂは焼なましして柔らかくしている。
側構体１０、屋根構体２０は、台枠３０と同様に複数の中空形材１１、２１を車体の名が手方向に向けて、並列に並べ、溶接している。特許請求の範囲では側構体１０、屋根構体２０の中空形材１１、２１を第２の中空形材と呼んでいる。
【００２１】
この焼なましは例えばＯ材処理である。一般に、押し出し形材は押し出し加工の後、各種の熱処理が行われる。押し出し形材の材質がＡ６Ｎ０１のとき、Ｔ５の人工時効硬化処理が行われる。前記Ｏ材の焼なましはその後行うものである。Ｏ材への焼なまし処理は３８０℃×２時間であり、耐力は３６.８ＭＰａ である。Ｔ５は耐力２４５ＭＰａである。前記Ｏ材への焼なましは中空形材の材料として柔らかくすることを目的としたものである。中空形材Ｂの伸びは中空形材Ａよりも大きい。中空形材Ｂの耐力は中空形材Ａよりも小さい。強度と必要な柔らかさのためには、Ｏ材以外の焼なまし処理も選択される。
【００２２】
この熱処理としては、図４のように中空形材Ｂの長さに切断した状態で実施する場合と、長尺の中空形材の状態で実施する場合が考えられる。長尺の中空形材の場合、前記熱処理の後、所用の長さ（Ｂ，Ｂ）に切断する。
【００２３】
このように加工した中空形材Ａと中空形材Ｂ，Ｂとをそれぞれ溶接Ｗ1 で接合し、車体全長に相当する中空形材４０を構成する。このようにして製作した中空形材４０を図５に示すように幅方向（車体の周方向）に並べ、通常の同じ方法で溶接Ｗ2 により接合し、台枠３０，側構体１０，屋根構体２０を製作する。台枠３０の場合、側梁３１，３１および中梁３６等の連結部材を溶接する。なお、図１の中空形材４０の数と図５の中空形材４０の数が異なるのは、図１を簡単にするために中空形材４０の数を少なくしたためである。
【００２４】
この中空形材Ａと中空形材Ｂ，Ｂとの溶接構造を図６，図７によって説明する。中空形材４０（Ａ，Ｂ）は、公知のように、２枚の面板４１，４２と、この面板４１，４２を接続する接続板４３とからなる。接続板４３は傾斜しており、斜材４３，４３はトラスを構成するように配置している。中空形材４０と中空形材４０を接合する部分は２つの面板４１，４２を接合する板が傾斜していなくて、面板４１，４２に直交している場合がある。
【００２５】
中空形材Ａ，Ｂの端部は互いに嵌め込むことのできる構造になっている。中空形材Ａの長手方向の端部は、面板４１，４２が切削によって除かれ、複数の斜材４３が突出している。他方の中空形材Ｂは端部の複数の斜材４３が除かれている。中空形材Ａの端部の斜材４３は中空形材Ｂの２枚の面板４１，４２の間に入ることができる。このように嵌め合わせた状態で、面板４１，４１（４２，４２）同士を外方から溶接する。嵌め合わせて溶接するので、突き合わせ部に段差や曲がりが生じることを抑制でき、溶接作業を容易に行うことができる。
【００２６】
次に、図１０によって別の製作方法を説明する。車体の全長にわたる中空形材において、中空形材を分離する加工は行わない。長尺の中空形材の両端部において、所用の長さの部分Ｂ，Ｂを長尺のまま熱処理（焼なまし）を行う。この熱処理の方法としては、加熱炉の中で部分的に行う場合と、高周波焼入れのように部分的に加熱して所用の特性を有する中空形材にする場合などが考えられる。このようにして、車体全長の中空形材を構成した後、複数の中空形材を接合して台枠を製作する。
【００２７】
車両が障害物に衝突した場合、車体と車体とを連結する連結器は、その衝撃で脱落する。このため、一方の車体の端部が隣接する車体の端部に衝突する。先ず、一方の車体の端部の端梁３９が隣接する車体の端梁３９に衝突する。これによって複数の中空形材４０，側梁３１，中梁３６に衝撃が作用する。また、側構体１０，屋根構体２０にも端部に衝撃力が作用する。
【００２８】
車体の端部には中央部の中空形材Ａより柔らかい中空形材Ｂがあるので、衝撃が加わった際、台枠３０の中空形材Ｂが中空形材Ａの一般部より先に変形し、衝撃を緩和する。中空形材Ｂの範囲の中梁３６，側梁３１も長穴３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｆによって変形を容易にしているので、同様に変形し、台枠３０の中空形材Ｂの変形を許容する。また、側構体１０，１０，屋根構体２０も台枠３０と同様に端部を柔らかい中空形材Ｂで構成しているので、変形する。
【００２９】
柔らかい中空形材Ｂは車体の端部にある。この位置は、中梁３６の高さが大きくなる部分（連結器用の部材３８の近傍の部分）と端梁３９との間とする。これは車体の内部にいる乗務員や乗客への影響を考慮するためである。車体の端部には便所があったり、他の機器があったり、これらの機器がなくても端部の割合は小さいので、乗客への影響が小さい。また、上記の範囲であれば、例えば、通常、車体に作用する車端圧縮荷重が作用しても、この範囲の荷重分担が少なく、車体の強度に及ぼす影響がほとんどなくなることを考慮したものである。中空形材Ｂの長さは１００mmから５００mm程度であり、前記範囲に収まる。
【００３０】
ここで、中空形材Ｂの衝撃力緩和特性について述べる。通常、鉄道車両に用いられる材料に圧縮荷重が負荷されると、図１１に示す通りの荷重−変形の挙動を示す。材料の特性により、図１２に示すように、引張り強さや耐力などの強度が高く、伸びの小さい（脆い）材料Ｉ、強度は低いが伸びの良い（粘い）材料ＩＩＩ、上記材料Ｉ，ＩＩＩの中間の特性を示す材料ＩＩが考えられる。図１１のＸ（Ｘ１，Ｘ２）で示す曲線（図１２の強度特性Ｉに相当する材料）の材料では、耐荷重は大きくなるが、最大荷重を超えた後の耐荷重が急激に低下することになる。一方、強度が低く、伸びの大きい材料（図１２の強度特性ＩＩＩに相当する材料）では、図１１のＹで示す曲線のように最大の耐荷重は低くなるが、その後の耐荷重が急激に低下しない特性を示す。
【００３１】
Ｙ曲線の例で示す斜線部の範囲は、この材料の破壊エネルギーを示している。ＸとＹ曲線を比較すると、最大耐荷重後の変形挙動により、そこそこの強度を持ち、伸びの良い材料の方（この場合、Ｙ曲線の材料）が、破壊エネルギーは高くなることが解る。このような強度特性Ｙを持つ材料を緩衝部材Ｂとして選ぶことが重要となる。Ｙ曲線の材料は押し出し形材を例えばＯ材処理することによって容易に得ることができる。
【００３２】
Ｘ曲線の場合、材料の強度が高く、伸びが小さいため、部材断面内における応力のアンバランスに伸びが追随できず、部分的に破壊が生じることになり、急激に耐荷重が低下することになる。一方、Ｙ曲線の場合、部材の最大耐荷重は、Ｘ曲線の場合より低下するが、材料の伸びが大きいため、断面内の応力のばらつきに対して部分的に塑性変形する（伸びが追随できる）ことができ、全体として急激な耐荷重の低下につながらず、ある程度の耐荷重を維持しながら大きく変形することができることになる。
【００３３】
このため、車体の端部に衝撃が加わると、中空形材Ｂが中空形材の一般部Ａより先に変形，崩壊し、車体に加わる衝撃を緩和することになる。さらに、部材Ｂを中空形材で構成しているので、一般の薄板構造に比較して、その面内曲げ剛性および面外曲げ剛性が高く、しかも、２枚の面板と斜材からなる複合構造であることから、圧縮荷重に対して破壊エネルギーの吸収特性が高い（単位平面積当たりの）という効果も有している。
【００３４】
中空形材Ｂの位置は客室であるが、車体の端部であり、乗客への影響は少ないと考えられる。
【００３５】
中梁３６，側梁３１の端部を前記中空形材Ｂのように熱処理によって柔らかくしてもよい。この場合、端部と中央部は１つの部材でも溶接によって一体にしたものでもよい。中空形材の場合、前記のように嵌め合わせるようにする。
【００３６】
上記実施例では、構体を中空形材で構成しているが、適宜、薄板と骨部材とで構成することができる。
【００３７】
本発明の技術範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、少なくとも台枠において、車両の長手方向の両端を構成する部材は、台枠の長手方向の中央側の部材の材料に比べて柔らかい材料で構成したので、車体の内部および床下などに特別の部材を追加することなく、衝撃を緩和できるものである。これにより、車体の構造をほとんど変えることなく、突然の列車衝突事故時に際しても乗客，乗員へ与える衝撃力を最小限に緩和し、安全性の高い車両を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の鉄道車両の車体の端部の斜視図である。
【図２】図１の車体の端部の台枠の平面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】本発明の一実施例の中空形材の製作方法の説明図である。
【図５】台枠の全体構造の平面図である。
【図６】図１の台枠の端部の斜視図である。
【図７】図６のVII−VII断面図である。
【図８】図２のVIII−VIII断面図である。
【図９】図２のIX−IX断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例の中空形材の製作方法の説明図である。
【図１１】材料の衝突エネルギーの説明図である。
【図１２】材料の応力−ひずみ線図である。
【符号の説明】
１０…側構体、２０…屋根構体、３０…台枠、３１…側梁、３５…枕梁、３６…中梁、３８…部材、３９…端梁、Ａ，４０…中空形材、Ｂ，Ｂ…緩衝部材（中空形材）。
【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】
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【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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