(57)【要約】【課題】衝突時における車両間のオフセット量が大きくても、衝撃吸収装置が衝突エネルギーを良好に吸収する構成を提供する。【解決手段】鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造は、第１車両の車両長手方向一方側の端部に設けられた第１部材と、第２車両の車両長手方向他方側の端部に設けられた第２部材と、を備える。前記第１部材又は前記第２部材のいずれか一方は、凸部材である。前記第１部材又は前記第２部材のいずれか他方は、凹部材である。前記凸部材の前記車両長手方向一方側の対向面は、前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有する。前記凹部材の前記車両長手方向他方側の対向面は、前記車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有する。前記凸部材の先端角度は、前記凹部材の開き角度よりも小さい。【選択図】図３
2019209921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１車両の車両長手方向一方側の端部に設けられ、前記第１車両に設けられた衝撃吸収装置の中立軸上に配置されて前記衝撃吸収装置に衝突エネルギーを伝達する第１部材と、
前記第１車両に対向し得る第２車両の車両長手方向他方側の端部に設けられ、第１車両と第２車両との衝突時に前記第１部材に接触して衝突エネルギーを発生させる第２部材と、を備え、
前記第１部材又は前記第２部材のいずれか一方は、凸部材であり、
前記第１部材又は前記第２部材のいずれか他方は、凹部材であり、
前記凸部材の前記車両長手方向一方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有し、
前記凹部材の前記車両長手方向他方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て、前記車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有し、
前記凸部材の先端角度は、前記凹部材の開き角度よりも小さい、鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項２】
第１車両の車両長手方向一方側の端部に設けられ、前記第１車両に設けられた衝撃吸収装置の中立軸上に配置されて前記衝撃吸収装置に衝突エネルギーを伝達する第１部材と、
前記第１車両に対向し得る第２車両の車両長手方向他方側の端部に設けられ、第１車両と第２車両との衝突時に前記第１部材に接触して衝突エネルギーを発生させる第２部材と、を備え、
前記第１部材又は前記第２部材のいずれか一方は、凸部材であり、
前記第１部材又は前記第２部材のいずれか他方は、凹部材であり、
前記凸部材の前記車両長手方向一方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有し、
前記凹部材の前記車両長手方向他方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て、前記車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有し、
前記凸部材の前記対向面及び前記凹部材の前記対向面は、互いに点接触又は線接触する形状に形成されている、鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項３】
前記凸部材の先端は、アール形状を有する、請求項１又は２に記載の鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項４】
前記凹部材の底端は、アール形状を有し、
前記凸部材の先端のアール形状の曲率半径は、前記凹部材の底端のアール形状の曲率半径よりも小さい、請求項３に記載の鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項５】
前記第２車両にも衝撃吸収装置が設けられ、前記第２部材は、前記第２車両に設けられた衝撃吸収装置の中立軸上に配置されて前記衝撃吸収装置に衝突エネルギーを伝達し、前記凹部材は、前記第１車両の前記衝撃吸収装置又は前記第２車両の前記衝撃吸収装置に取り付けられており、
前記凹部材が取り付けられた衝撃吸収装置の基端から前記凹部材の先端までの車両長手方向の長さをＨ、前記凹部材の先端開き幅をＡ、前記凹部材の前記対向面の摩擦係数をμとすると、前記凹部材の開き角度２θ2が下記数式（１）を満たす、請求項１に記載の鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
Ａ／２Ｈ≦ｔａｎθ2＜１／μ    ・・・・・・（１）
【請求項６】
前記第１部材の上下方向の中心軸は、前記衝撃吸収装置の中立軸上に位置している、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項７】
前記凹部材は、前記対向面が設けられて且つ車幅方向から見て断面略Ｖ字状の対向壁部と、前記対向面により形成された凹空間を車幅方向から閉鎖するように前記対向壁部の端部に接続された閉鎖壁部とを有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造。
【請求項８】
互いに連結された第１車両及び第２車両と、
前記第１車両の車両長手方向における前記第２車両側の端部に車幅方向に分かれて設けられた一対の衝撃吸収装置と、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の衝撃伝達構造であって、前記一対の衝撃吸収装置に対応して設けられた一対の衝撃伝達構造と、を備え、
前記第１車両の前記端部の車幅方向一方側には前記衝撃伝達構造の前記凹部材が設けられ、前記第１車両の前記端部の車幅方向他方側には前記衝撃伝達構造の前記凸部材が設けられ、
前記第２車両の前記端部の車幅方向一方側には前記衝撃伝達構造の前記凸部材が設けられ、前記第２車両の前記端部の車幅方向他方側には前記衝撃伝達構造の前記凹部材が設けられている、鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両において衝撃吸収装置に衝撃を伝達するための構造及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の分野においては、編成列車同士の衝突発生時に衝突エネルギーを吸収するために、先頭車両の先端部に衝撃吸収装置を取り付けたり、同一編成列車の隣接車両間での衝突発生時に衝突エネルギーを吸収するために、当該隣接車両の互いに対向する端部に衝撃吸収装置が取り付けたりすることがある（例えば、特許文献１参照）。従来の衝撃吸収装置は、その先端に櫛状のアンチクライマを設けることで、衝撃吸収装置同士の衝突時に鉛直方向の相対位置のズレを防止して、衝撃吸収装置の圧壊姿勢を安定化させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開第２００８／００４１２６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、衝突する車両同士の空気バネの高さが互いに大きく異なる場合には、互いに衝突する衝撃吸収装置の間に大きなオフセットが生じる。また、偏倚の大きな路線を走行する編成列車の場合、隣接車両間の距離が大きくなるため、衝突発生時に前傾した前側車両に後側車両が衝突すると、衝突する衝撃吸収装置の間に鉛直方向に大きなオフセットが生じる。このように、衝突時における車両間のオフセット量が大きくなると、アンチクライマ自体が傾いて衝撃吸収装置の中立軸に沿った荷重伝達が行われない。そうすると、衝撃吸収装置が均一に圧壊されず、衝突エネルギーの吸収効果が減ってしまうことになる。なお、空気バネの車幅方向の弾性が大きい場合には、車幅方向にもオフセットが生じる可能性があり、その場合も同様に衝撃吸収装置が均一に圧壊されないことになる。
【０００５】
そこで本発明は、衝突時における車両間のオフセット量が大きくても、衝撃吸収装置が衝突エネルギーを良好に吸収できる構成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】
【０００６】
本発明の一態様に係る鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造は、第１車両の車両長手方向一方側の端部に設けられ、前記第１車両に設けられた衝撃吸収装置の中立軸上に配置されて前記衝撃吸収装置に衝突エネルギーを伝達する第１部材と、前記第１車両に対向し得る第２車両の車両長手方向他方側の端部に設けられ、第１車両と第２車両との衝突時に前記第１部材に接触して衝突エネルギーを発生させる第２部材と、を備え、前記第１部材又は前記第２部材のいずれか一方は、凸部材であり、前記第１部材又は前記第２部材のいずれか他方は、凹部材であり、前記凸部材の前記車両長手方向一方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有し、前記凹部材の前記車両長手方向他方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て、前記車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有し、前記凸部材の先端角度は、前記凹部材の開き角度よりも小さい。
【０００７】
本発明の他態様に係る鉄道車両の衝撃吸収装置への衝撃伝達構造は、第１車両の車両長手方向一方側の端部に設けられ、前記第１車両に設けられた衝撃吸収装置の中立軸上に配置されて前記衝撃吸収装置に衝突エネルギーを伝達する第１部材と、前記第１車両に対向し得る第２車両の車両長手方向他方側の端部に設けられ、第１車両と第２車両との衝突時に前記第１部材に接触して衝突エネルギーを発生させる第２部材と、を備え、前記第１部材又は前記第２部材のいずれか一方は、凸部材であり、前記第１部材又は前記第２部材のいずれか他方は、凹部材であり、前記凸部材の前記車両長手方向一方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有し、前記凹部材の前記車両長手方向他方側の対向面は、車幅方向及び鉛直方向の少なくとも一方から見て、前記車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有し、前記凸部材の前記対向面及び前記凹部材の前記対向面は、互いに点接触又は線接触する形状に形成されている。
【０００８】
前記各構成によれば、第１車両と第２車両とが大きなオフセットを伴って衝突しても、凸部材が凹部材に円滑に案内されることでオフセットが是正され、衝撃吸収装置の中立軸に沿った荷重伝達が行われることになる。よって、衝撃吸収装置が均一に圧壊され、衝撃吸収装置に衝突エネルギーを良好に吸収させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、衝突時における車両間のオフセット量が大きくても、衝撃吸収装置が衝突エネルギーを良好に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る衝撃吸収装置への衝撃伝達構造を備えた鉄道車両の側面図である。
【図２】図１に示す衝撃吸収装置及び衝撃伝達構造の斜視図である。
【図３】図２に示す衝撃吸収装置及び衝撃伝達構造の側方断面図である。
【図４】図３に示す衝撃伝達構造の幾何学形状を説明する模式図である。
【図５】図３に示す衝撃伝達構造のオフセット衝突時の動作を説明する側方断面図である。
【図６】図２に示す衝撃伝達構造の鉄道車両における配置例を模式的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下の説明では、車両が走行する方向を車両長手方向（前後方向）とし、それに直交する横方向を車幅方向（左右方向）として定義する。
【００１２】
図１は、実施形態に係る衝撃吸収装置への衝撃伝達構造を備えた鉄道車両１の側面図である。図１に示すように、鉄道車両１は、第１車両２と、第１車両２に連結された第２車両３とを含む編成列車である。第１車両２のうち車両長手方向における第２車両３側の端部には、衝撃吸収装置４が設けられている。第２車両３のうち車両長手方向における第１車両２側の端部には、衝撃吸収装置５が設けられている。
【００１３】
衝撃吸収装置４は、第１車両２の端部から第２車両３に向けて突出し、その中立軸が車両長手方向に向くように設置されている。衝撃吸収装置５は、第２車両３の端部から第１車両２に向けて突出し、その中立軸が車両長手方向に向くように設置されている。即ち、衝撃吸収装置４，５は、互いの車幅方向位置及び鉛直方向位置が同じであり、互いに車両長手方向に対向している。
【００１４】
第１車両２及び第２車両３の衝撃吸収装置４，５の先端には、衝撃伝達構造１０が設けられている。即ち、衝撃吸収装置４と衝撃吸収装置５との間の衝突エネルギーの伝達は、衝撃伝達構造１０を介して行われる。衝撃伝達構造１０は、第２車両３の衝撃吸収装置５の先端に設けられた凸部材１１と、第１車両２の衝撃吸収装置４の先端に設けられた凹部材１２とを備える。
【００１５】
例えば、鉄道車両１が他の鉄道車両と衝突した場合、衝突発生位置側にある第１車両２が前傾することで第１車両２のうち第２車両３側の端部が上方に変位し、衝撃吸収装置４，５との間に鉛直方向に大きなオフセットが生じ得ることになる。後述する衝撃伝達構造１０によれば、当該オフセットが修正されてから衝撃吸収装置４と衝撃吸収装置５との間の衝突エネルギーの伝達が行われる。
【００１６】
図２は、図１に示す衝撃吸収装置４，５及び衝撃伝達構造１０の斜視図である。図３は、図２に示す衝撃吸収装置４，５及び衝撃伝達構造１０の側方から見た断面図である。図２及び３に示すように、衝撃伝達構造１０の凸部材１１は、衝撃吸収装置５の中立軸Ｘ1上に配置され、衝撃伝達構造１０の凹部材１２は、衝撃吸収装置４の中立軸Ｘ2上に配置されている。具体的には、凸部材１１の上下方向の中心軸Ｙ1が衝撃吸収装置５の中立軸Ｘ1上に位置し、凹部材１２の上下方向の中心軸Ｙ2が衝撃吸収装置４の中立軸Ｘ2上に位置する。本実施形態では、凸部材１１及び凹部材１２の各々は、鉛直方向及び車幅方向に対称な形状を有するので、凸部材１１の先端１１ｂが衝撃吸収装置５の中立軸Ｘ1上に配置され、凹部材１２の底端１２ｂが衝撃吸収装置４の中立軸Ｘ2上に配置されている。なお、凸部材１１を衝撃吸収装置４に設けて凹部材１２を衝撃吸収装置５に設けることで、凸部材１１及び凹部材１２の互いの配置を入れ替えた構成としてもよい。
【００１７】
凸部材１１の車両長手方向一方側の対向面１１ａは、車幅方向から見て前記車両長手方向一方側に向けて凸な略Ｖ形状を有する。具体的には、凸部材１１は、凹部材１２に向いた対向面１１ａが設けられ且つ車幅方向から見て断面略Ｖ字状の対向壁部２１と、対向壁部２１と衝撃吸収装置５の間に形成される空間を車幅方向から閉鎖するように対向壁部２１の端部に接続された閉鎖壁部２２とを有する。なお、凸部材１１は、対向壁部２１と衝撃吸収装置５との間に空間を形成しない中実部材としてもよい。
【００１８】
凹部材１２の車両長手方向他方側の対向面１２ａは、車幅方向から見て、車両長手方向一方側に向けて凹な略Ｖ形状を有する。具体的には、凹部材１２は、対向面１２ａが設けられて且つ車幅方向から見て断面略Ｖ字状の対向壁部３１と、対向面１２ａにより形成された凹空間を車幅方向から閉鎖するように対向壁部３１の端部に接続された閉鎖壁部３２とを有する。このような構成とすることで、凹部材１２がバケット状になって強度が上がるため、衝突時に対向壁部３１が変形することが抑制される。
【００１９】
凸部材１１の先端角度（＝２θ1）は、凹部材１２の開き角度（＝２θ2）よりも小さく設定されている。凸部材１１の先端１１ｂ及び凹部材１２の底端１２ｂは、アール形状を有する。即ち、凸部材１１の先端１１ｂは、車幅方向から見て凹部材１２に向けて突出した円弧形状を有し、凹部材１２の底端１２ｂは、車幅方向から見て凸部材１１側とは反対側に窪んだ円弧形状を有する。凹部材１２の底端１２ｂのアール形状の曲率半径Ｒ2は、凸部材１１の先端のアール形状の曲率半径Ｒ1よりも大きい。
【００２０】
図４は、図３に示す衝撃伝達構造１０を幾何学的に表した模式図である。図４に示すように、凹部材１２が取り付けられた衝撃吸収装置４の基端から凹部材１２の先端までの車両長手方向の長さをＨ、凹部材１２の先端開き幅をＡ、凹部材１２の凹み深さをＣ、凹部材１２の対向面１２ａの摩擦係数をμと定義する。
【００２１】
まず、凸部材１１が凹部材１２の対向面１２ａ上を円滑に滑るには、滑り力（Ｆcosθ2）が摩擦力（μＦsinθ2）よりも大きい必要があるため、数式１が成り立つ。
【００２２】
【数１】
2019209921.tif 000003
そして、数式１を整理すると、数式２が導かれる。
【００２３】
【数２】
2019209921.tif 000004
数式２が成り立つように凹部材１２の開き角度２θ2を設定することで、凹部材１２の対向面１２ａが凸部材１１を滑らかに案内することができる。
【００２４】
次に、凹部材１２が衝撃吸収装置４に対する案内機能を果たす意味から数式３が成り立つ。
【００２５】
【数３】
2019209921.tif 000005
ここで、凹み深さＣは、幾何学的に数式４で表されるため、数式３及び数式４とから数式５が成り立つ。
【００２６】
【数４】
2019209921.tif 000006
【００２７】
【数５】
2019209921.tif 000007
そして、数式５を整理すると、数式６が導かれる。
【００２８】
【数６】
2019209921.tif 000008
即ち、凹部材１２の開き角度２θ2は、数式２及び数式６が成り立つように設定される。
【００２９】
図５は、図３に示す衝撃伝達構造１０のオフセット衝突時の動作を説明する側方から見た断面図である。図５に示すように、衝撃吸収装置４，５同士が鉛直方向にオフセットした状態で凸部材１１及び凹部材１２が互いに衝突しようとする際、凸部材１１の先端１１ｂがアール形状を有するので、凸部材１１が凹部材１２に円滑に案内開始される。また、前述したように凸部材１１の先端角度２θ1が凹部材１２の開き角度２θ2よりも小さいので、凹部材１２に対する凸部材１１の衝突開始時には、凸部材１１の対向面１１ａ及び凹部材１２の対向面１２ａが互いに点接触又は線接触し、凸部材１１が凹部材１２の対向面１２ａ上を滑りながら案内される。
【００３０】
そして、前述したように凹部材１２の底端１２ｂの曲率半径Ｒ2が凸部材１１の先端のアール形状の曲率半径Ｒ1よりも大きいので、最終的には凸部材１１の先端１１ｂが凹部材１２の底端１２ｂに突き当たる。よって、凸部材１１の先端１１ｂ及び凹部材１２の底端１２ｂにおいて衝突エネルギーが発生し、衝撃吸収装置４，５の中立軸Ｘ1，Ｘ2に沿った荷重伝達が行われ、衝撃吸収装置４，５が均一に圧壊されることになる。
【００３１】
以上に説明した構成によれば、第１車両２と第２車両３とが大きなオフセットを伴って衝突しても、凸部材１１が凹部材１２に円滑に案内されることでオフセットが是正され、衝撃吸収装置４，５の中立軸Ｘ1，Ｘ2に沿った荷重伝達が行われることになる。よって、衝撃吸収装置４，５が均一に圧壊され、衝撃吸収装置４，５に衝突エネルギーを良好に吸収させることができる。
【００３２】
図６は、図２に示す衝撃伝達構造１０Ａ，１０Ｂの鉄道車両１における配置例を模式的に説明する平面図である。図６に示すように、第１車両２の端部の車幅方向一方側には衝撃伝達構造１０Ａの凹部材１２が設けられ、第１車両２の端部の車幅方向他方側には衝撃伝達構造１０の凸部材１１が設けられる。第２車両３の端部の車幅方向一方側には衝撃伝達構造１０Ａの凸部材１１が設けられ、第２車両３の端部の車幅方向他方側には衝撃伝達構造１０Ｂの凹部材１２が設けられている。
【００３３】
即ち、衝撃伝達構造１０を左右一対配置する場合には、左側の衝撃伝達構造１０Ａと右側の衝撃伝達構造１０Ｂとの間で凹凸関係を逆転させる。この配置にすれば、第１車両２及び第２車両３の互いの連結を解除して方向転換を行っても、凹部材１２に対して凹部材１２は対向せず凸部材１１が対向することになるので、凸部材１１及び凹部材１２の付け替えを行うことなく車両の編成変更を行うことができる。
【００３４】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、前記実施形態では、凸部材１１及び凹部材１２の対向面１１ａ，１２ａの各々は、上下対称な略Ｖ形状を有するものとしたが、上下何れか一方に大きく開いて上下何れか他方に小さく開いた略Ｖ形状とするなど非対称な形状にしてもよい。凸部材１１及び凹部材１２の各々を対称形状にしたのでは何らかの制約から衝撃吸収装置４，５の中立軸に対して凸部材１１及び凹部材１２の中心軸が相対的に一致しない場合や、衝撃吸収装置４，５の形状を非対称にせざるを得ない場合などには、荷重作用線と中立軸とが一致するように凸部材１１及び凹部材１２の対向面１１ａ，１２ａの各々を非対称形状にし、凸部材１１及び凹部材１２から衝撃吸収装置４，５への荷重伝達においてモーメントが発生しないようにした構成としてもよい。
【００３５】
また、前記実施形態では、凸部材１１及び凹部材１２の対向面１１ａ，１２ａは、鉛直方向のオフセットを修正できるように車幅方向から見て略Ｖ形状を有するものとしたが、車幅方向のオフセットを修正できるように鉛直方向から見て略Ｖ形状を有するものとしてもよい。また、鉛直方向及び車幅方向の両方のオフセットを修正できるように略円錐形状を有するものとしてもよい。
【００３６】
また、衝撃吸収装置４，５は、車両から車両長手方向外側に突出せずに台枠に内蔵されてもよい。衝撃吸収装置４，５は、編成列車の端の車両（先頭車又は最後尾車両）に設けられてもよい。凸部材１１及び凹部材１２の何れか一方は、衝撃吸収装置に設けずに車体に設けてもよい。凸部材１１の対向面１１ａ及び凹部材１２の対向面１２ａは、互いに点接触又は線接触する形状であれば前述した形態とは異なる形状としてもよい。凸部材１１の対向面１１ａ及び／又は凹部材１２の底端１２ｂは、アール形状にせずに尖った形状にしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  鉄道車両
２  第１車両
３  第２車両
４，５  衝撃吸収装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ  衝撃伝達構造
１１  凸部材
１１ａ  対向面
１１ｂ  先端
１２  凹部材
１２ａ  対向面
１２ｂ  底端
３１  対向壁部
３２  閉鎖壁部
【図１】
2019209921.tif 000009
【図２】
2019209921.tif 000010
【図３】
2019209921.tif 000011
【図４】
2019209921.tif 000012
【図５】
2019209921.tif 000013
【図６】
2019209921.tif 000014