(57)【要約】【課題】本発明の目的は、車両同士が正面衝突した場合のみならず、車両の台枠よりも高い位置に何らかの障害物が衝突した場合においても、効率よく衝撃エネルギーを吸収することで、運転室に有効な空間を十分に確保することにある。【解決手段】運転室が設けられた軌条車両において、前記運転室の運転台１００の床を構成する部材が緩衝床１１０になっており、前記緩衝床１１０は、複数の中空部を有する複数の押出し形材１１１，１１２，１１３からなり、該中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて配置しており、前記緩衝床１１０は、前記車両の台枠高さより上方に配置している。緩衝床１１０の前端が他の車両に衝突すると、緩衝床１１０は蛇腹上の変形し、衝撃エネルギーを吸収する。それよりも下方のアンチクライマーに衝突すると、箱型緩衝器１５５が蛇腹状に変形し、より大きな衝撃エネルギー吸収する。【選択図】        図１
2004268694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転室が設けられた軌条車両において、
前記運転室の運転台の床を構成する部材が緩衝床になっており、
前記緩衝床は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて配置しており、
前記緩衝床は、前記車両の台枠高さより上方に配置していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項２】
請求項１記載の車両において、
前記緩衝床は、前記運転室の運転席よりも前方に配置しており、
前記緩衝床の上方に運転台機器を搭載していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項３】
請求項１記載の車両において、
前記緩衝床の先端の縦断面積は、前記緩衝床の後端の縦断面積に比べて小さいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項４】
請求項１記載の車両において、
前記緩衝床の下面には複数の緩衝リブを設けていること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項５】
請求項４記載の車両において、
前記緩衝リブは、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて、配置しており、
前記中空形材は、前記緩衝床と直交する方向に接合していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項６】
請求項５記載の車両において、
前記緩衝リブの先端の縦断面積は、前記緩衝リブの後端の縦断面積に比べて小さいこと、
を特徴とする軌条車両。
【請求項７】
請求項１記載の車両において、
前記緩衝床に対して下方かつ車体の幅方向に対して両下端に配置している乗上防止装置が緩衝装置になっており、
前記緩衝装置は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、
前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて、配置していること、
を特徴とする軌条車両。
【請求項８】
請求項７記載の車両において、
前記緩衝装置は、前記緩衝床との間を複数のつなぎ板により結合されていること、
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、車両同士が衝突した場合、あるいは車両が何らかの障害物に衝突した場合に発生する大きな衝撃エネルギーを吸収する軌条車両である。
【０００２】
【従来の技術】
現在の鉄道車両では、車両の走行方向に、大きな衝撃を受けた場合、例えば他の車両と衝突した場合に、乗客および運転手に加わる衝撃力を緩和する構造が求められている。そのため、車両には、車両の端部にエネルギー吸収材で構成される動的塑性変形ゾーンを備えることが知られている。さらに、車両は、車両を構成している台枠の高さよりも上方に何らかの障害物が衝突した場合においても、運転室に制御不能な変形を起こすことなく、その衝撃エネルギーを吸収する構造が求められている。
【０００３】
特許文献１によれば、車両は、運転室の下方に設置した非変形剛性フレームと運転室の前方に設けられた保護シールドの間に局所的に挿入された複数のエネルギー吸収要素を有している。運転室は、台枠の高さよりも上方に衝撃力が加わった場合においても、保護シールドの下方に設置したガイドアームにより、運転室全体の変形を制御しつつ、エネルギー吸収要素の塑性変形によって衝撃エネルギーを吸収する構造になっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２５７０４号公報（ＵＳ２００２０７３８８７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、車両同士が正面衝突した場合のみならず、車両の台枠よりも高い位置に何らかの障害物が衝突した場合においても、効率よく衝撃エネルギーを吸収することで、運転室に有効な空間を十分に確保することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、運転室が設けられた軌条車両において、前記運転室の運転台の床を構成する部材が緩衝床になっており、前記緩衝床は、複数の中空部を有する複数の押出し形材からなり、前記中空形材は、その押出し方向を車体の長手方向に向けて配置しており、前記緩衝床は、前記車両の台枠高さより上方に配置すること、により達成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１〜図８により説明する。以下では、丸い先頭形状の運転室について説明するが、必ずしも丸い先頭形状に限定されるべきものではなく、平らな先頭形状の運転室をも含むものである。
【０００８】
車両の先頭運部は、衝突時に発生する衝撃エネルギーを吸収するために柔らかく作られた緩衝床１１０を有する運転台１００、衝突時において運転手の安全を確保するために運転台よりも高強度に作られた車体２００とからなる。運転台１００の下方には、緩衝機能を有する乗上防止装置１５０を配置している。乗上防止装置１５０は、運転室を正面から見た車体中心に対して左右に各１つづつ配置している。乗上防止装置１５０よりも上方に緩衝床１１０を水平方向に配置している。
【０００９】
運転台１００は、運転台機器を搭載する緩衝床１１０、緩衝床１１０および前面ガラス（図示せず）を支持するために高強度に作られた２本の衝突柱１２０と２本の隅柱１２１、運転台１００を車体２００に固定するための外枠１２２と端梁１２３、１２４、衝突柱１２０および隅柱１２１と外枠１２２をつなぐ複数の縦骨１２５、１２６、１２７等から構成している。運転台１００は、外枠１２２および端梁１２３、１２４とを介して車体側の座２４０にボルトで着脱自在に固定し、外板（図示せず）および前面ガラス（図示せず）で滑らかに覆っている。２本の衝突柱１２０は、運転室を正面から見て車体中心側に配置しており、緩衝床１１０の高さから上方に伸びている。２本の隅柱１２１は、衝突柱１２０よりも外側に配置しており、緩衝床１１０の高さから上方に伸びている。２本の衝突柱１２０の上端は、衝突柱の間に貫通路（図示せず）を設けるために、その間を横骨１２８と溶接している。前面ガラスの下部は、運転室内にいる運転手を保護するための保護板１２９を衝突柱１２０、隅柱１２１および横梁１３０に溶接している。端梁１２３、１２４の内部には、衝突時に発生する荷重を車体側に伝え易くするために複数の補強１３２、１３３を溶接している。
【００１０】
緩衝床１１０は、車両の中心側から車体の幅方向に向けて複数の中空形材１１１、１１２、１１３を並べて接合して構成しており、車体２００を構成している台枠２３０の高さよりも上方に配置している。中空形材１１１，１１２，１１３はアルミ合金製の押出し形材で、その押出し方向を車両の長手方向に向けている。中空形材１１１、１１２、１１３は、中空形材の幅方向を車体の幅方向に並べ、それらを接合して一体にしている。緩衝床１１０の前端は、衝突柱１２０、隅柱１２１および横梁１３０、１３１に強固に溶接している。緩衝床１１０の後端は、衝突時に発生する衝撃力を車体に伝えるために、端梁１２３に強固に溶接している。端梁１２３は外枠１２２，端梁１２４等に強固に溶接している。
【００１１】
緩衝床１１０の下面には、複数の中空形材１６１からなる緩衝リブ１６０を緩衝床１１０に対して直交に接合している。緩衝リブ１６０に使用する中空形材１６１は、軽合金（例えば、アルミニウム合金）製の押出し形材で、その押出し方向（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１６１の下面は、板１６２を溶接することにより中空形材１６１を拘束している。緩衝リブ１６０の後端は、衝突時の荷重を車体側に伝えるために端梁１２３、１２４に強固に溶接している。
【００１２】
図４〜図６に示すように、緩衝床１１０、および緩衝リブ１６０を構成している中空形材の縦断面積は、後端よりも前端の方がより小さくなっており、衝突時において、前端側から徐々に塑性変形するようになっている。
【００１３】
車体２００は、屋根構体２１０、側構体２２０、運転室および客室の床を構成する台枠２３０等から構成している。屋根構体２１０、側構体２２０、台枠２３０は、それぞれ複数の中空形材（図示せず）を接合して構成している。車体２００に使用する中空形材は、軽合金製の押出し形材で、その押出し方向を車体の長手方向に向けている。それぞれの中空形材は、中空形材の幅方向を車体の周方向に並べ、それらを接合して一体にしている。
【００１４】
車体２００の端部は運転台１００を固定するための座２４０を取付けている。台枠２３０の上面には運転席２５０を配置している。運転室を正面からみたとき、車体中心側で台枠２３０の下面には、連結器２６０を取付けるために高強度に作られた中梁２７０を溶接している。
【００１５】
乗上防止装置１５０は車体の幅方向の中心部の両側にそれぞれある。乗上防止装置１５０は、車体の前端側から、衝突した車両の脱線を誘発するような乗り上げ挙動を抑制するアンチクライマー１５１、衝突時の衝撃エネルギーを吸収する３つの箱型緩衝器１５５等から構成している。アンチクライマー１５１の表面には、いくつもの凹凸があり、衝突した障害物が上下方向に移動しないようにしている。
【００１６】
箱型緩衝器１５５は、アルミ合金製の４つの中空押出し形材１５６、１５７を箱型に接合して構成している。中空形材１５６、１５７は軽合金製の押出し形材で、その押出し方向を車体の長手方向に向けている。各箱型緩衝器１５５の間は、複数の仕切り板１５２を介して隣接する箱型緩衝器１５５に溶接して一体化している。乗上防止装置１５０の後端は、衝突時に発生する衝撃力を車体側に伝えるために、端梁１２４に強固に溶接している。
【００１７】
乗上防止装置１５０の上面と緩衝床１１０の下面は、つなぎ板１４０を介して結合している。つなぎ板１４０の下端は仕切り板１５２になっている。つなぎ板１４０は不要部に多数の穴をあけている。乗上防止装置１５０（アンチクライマー１５１）の最前面は、車両衝突時において、最初に衝撃力を受けるために運転台１００のあらゆる部材の中で最も前方に位置している。
【００１８】
緩衝床１１０、緩衝リブ１６０、および箱型緩衝器１５５に使用する中空形材１１１、１１２、１１３、１６１、１５６、および１５７は、形材の幅方向に平らであることが望ましいので、台枠２３０に用いる中空形材が適している。側構体２２０にも直線状の中空形材があるので、利用できる。台枠２３０、側構体２２０に用いる中空形材を流用できるので、材料を安価に調達することができる。
【００１９】
中空形材１１１、１１２、１１３、１６１、１５６および１５７は、車体２００を構成している台枠２３０、側構体２２０、屋根構体２１０に用いられる中空形材よりも柔らかく、衝突時において潰れやすくなっている。中空形材１１１、１１２、１１３、１６１、１５６および１５７は、焼なまし処理をすることにより、柔らかくしている。
【００２０】
この焼なましは例えばＯ材処理である。一般に、押出し形材は押出し加工の後、各種の熱処理が行われる。押出し形材の材質が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後の耐力は約６０ＭＰａである。Ｔ５は耐力２４５ＭＰａである。
【００２１】
中空形材１１１、１１２、１１３、１６１、１５６、および１５７の伸びは、前記Ｏ材処理により、車体２００に使用する中空形材よりも大きくなっている。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、あるいはＡ６Ｎ０１材以外の材質も選択される。また、中空形材の板厚も選定される。
【００２２】
緩衝床１１０を構成する中空形材１１１、１１２、１１３は、衝撃がかかる車体の長手方向に沿って摩擦攪拌接合によって接合している。摩擦攪拌接合部の衝撃値はアーク溶接の溶接部に比べて高く、接合部が破断するようなことがない。これは摩擦攪拌接合によって接合部の金属組織が微細になり、エネルギー吸収値が高くなっているためと考えられる。このため、摩擦攪拌接合した場合は、中空形材１１１、１１２、１１３が所定どおり塑性変形し、衝撃エネルギーを吸収できる。中空形材１１１、１１２、１１３の接合は、焼のもどし処理の前でも後でもどちらでもよい。
【００２３】
緩衝リブ１６０を構成する中空形材１６１は、緩衝床１１０の下面と車体の長手方向に沿ってアーク溶接によって接合している。上記で述べたように、アーク溶接の溶接部の衝撃値は摩擦攪拌接合部の衝撃値には劣るものの、アーク溶接後に焼きなまし処理することにより、その短所を軽減することができる。また、中空形材１１１、１１２、１１３と中空形材１６１を一体に押出し成形することにより、接合部の少ない緩衝床１１０を製作することができる。この場合、エネルギー吸収量を増加させるだけでなく、製作コストを低減することができる。
【００２４】
箱型緩衝器を構成する中空形材１５６、１５７は、車体の長手方向に沿ってアーク溶接によって接合している。これらについても、中空形材１５６、１５７を一体に押出し成形することにより、接合部の少ない箱型緩衝器１５０を製作することができる。
【００２５】
ここで、中空形材１１１、１１２、１１３、１５６、１５７、および１６１の衝撃力緩和特性について述べる。圧縮荷重が負荷されると、図７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８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ａ、強度は低いが伸びの良い（粘い）材料ｃ、上記材料ａ，ｃの中間の特性を示す材料ｂが考えられる。図７のＸ（Ｘ１，Ｘ２）で示す曲線（図８の強度特性ａ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８の強度特性ｃに相当する材料）では、図７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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
このため、中空形材１１１、１１２、１１３、１５６、１５７、および１６１は蛇腹状に変形し、車体に加わる衝撃を緩和することになる。さらに、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。
【００２９】
運転台１００を構成している材料の内、押出し形材を除く部材の材料にはＡ５０８３−Ｏ材を使用している。Ａ５０８３−Ｏ材の耐力は約１５０ＭＰａであり、焼きなまし処理後の押出し形材に比べて強度が高い。また、Ａ５０８３−Ｏ材の伸びはＡ６Ｎ０１−Ｔ５材よりも大きいため、衝突時の大きな塑性変形に対しても破断することが少ない。
【００３０】
Ａ５０８３−Ｏ材と押出し形材の接合にはアーク溶接を用いる。一般的に溶接部の近傍は、溶接時に発生する部材への入熱の影響により強度が低下することが知られている。Ａ５０８３−Ｏ材の場合、熱影響部の強度低下が小さいため、溶接部近傍からの破断を防ぐことができる。
【００３１】
車両が障害物に衝突した場合、車両には大きな衝撃荷重が加わることになる。このときの衝突形態は一つではなく、衝撃荷重の加わる高さも同じではない。考えられる衝突の形態の一つは、同じ車両同士の正面衝突である。この場合、衝撃荷重は、車両の最前面にある乗上防止装置１５０に加わる。
【００３２】
上記とは異なるの衝突形態としては、異なる車両あるいは何らかの障害物、例えば自動車等が台枠の高さよりも上方に衝突する場合である。この場合、衝撃荷重は乗上防止装置１５０には加わらずに、運転台１００に直接加わることが考えられる。
【００３３】
ここでは、まず、運転台の高さに衝撃荷重が加わった場合について説明する。図９に、台枠２３０よりも高い位置、例えば横梁１３１あるいは保護板１２９の高さで、車両が何らかの障害物と衝突した場合の荷重−変形線図を示す。この場合、まず、運転台１００を構成する衝突柱１２０に衝撃荷重が加わる。このとき、衝撃荷重は衝突柱１２０を介して、主に緩衝床１１０、緩衝リブ１６０、保護板１２９、および横梁１３０、１３１に伝わり、運転台１００に弾性変形を引き起こす。
【００３４】
ある一定値以上の衝撃荷重が加わると、弾性域を越えて塑性域に達する。ここで最初に塑性変形する部材は、低強度かつ柔らかく作られた緩衝床１１０である。その変形は、中空形材１１１、１１２、１１３を構成している２枚の面板とこの２枚の面板を接続する斜材が車体の長手方向に対して一定間隔で発生する蛇腹状の塑性変形である。しかも、塑性変形は荷重点に近い車両の先端側から発生する。これは、緩衝床１１０の前端の縦断面積が、後端の断面積よりも小さくなっていることから明らかである。比較的小さな障害物との衝突あるいは低速度の衝突では、運転室および客室から最も遠い車端部から塑性変形させることによって、主要部材を破断させることなく運転手並びに乗客の安全を十分に確保することができる。
【００３５】
車体長手方向への変形が進むにつれて、緩衝床１１０に溶接している横梁１３０と、横梁１３０に溶接している保護板１２９は曲げによって塑性変形する。変形することによって、衝撃荷重は衝突柱１１０だけでなく保護板１２９にも直接加わることになる。衝撃荷重を点から線、線から面で受けることによって、安定した塑性変形につながる。
【００３６】
上記の安定した塑性変形は、緩衝床１１０を台枠２３０よりも高い位置に配置すると同時に、衝突柱１２０、隅柱１２１を台枠２３０よりも低い位置にある部材、例えば乗上防止装置１５０と強固に結合しないことが重要である。すなわち、衝突柱１２０、緩衝床１１０と乗上防止装置１５０とは、構造上分離していることが望ましい。
【００３７】
一般的に乗上防止装置１５０は、その機能上の問題から車体長手方向の圧縮力に対して一定値以上の強度を保有する必要があり、その取り付け位置は台枠２３０よりも低い高さに配置される。仮に、乗上防止装置１５０と剛に結合されている衝突柱１２０に、台枠２３０より高い位置の衝撃荷重が加わった場合、荷重点から乗上防止装置１５０までの距離は長くなる。そのため、衝突柱１１０に加わった荷重は、高剛性の乗上防止装置１５０を固定端とする大きな曲げモーメントを発生させる。このような曲げモーメントは、衝突柱１２０と乗上防止装置１５０の結合部からの破壊、あるいは衝突柱１２０自体の破壊を引き起こすことにつながり、エネルギー吸収特性を低下させる。
【００３８】
上記のような破壊モードを避けるために、緩衝床１１０は、台枠２３０よりも高い位置に配置しており、台枠２３０よりも高い位置にある衝突柱１２０、隅柱１２１、横梁１３０、１３１と強固に結合している。ただし、緩衝床１１０と乗上防止装置１５０が完全に分離された場合、乗上防止装置１５０自体が端梁１３３を固定端とする梁構造になってしまうため振動や強度上の問題が残る。そこで、乗上防止装置１５０の上面と緩衝床１１０の下面は、厚さ６ｍｍ程度のつなぎ板１４０で溶接している。つなぎ板１４０の上下間の中央部は、端部に比べて断面積が小さくなっており、溶接部よりも強度が小さい。そのため、つなぎ板１４０は、ある程度まで車体長手方向の塑性変形が進んだ段階で、引張りと曲げにより中央部から破断する。つなぎ板１４０は、破断しても運転室内に存在しないので運転手に危害を与えることはなく、安全上の問題はない。ここで述べるつなぎ板１４０とは、決して板材に限定するものではなく、ある一定の荷重で離脱するような機構を有する部材、例えばせん断ボルトやせん断ピン等でもよい。
【００３９】
さらに車体長手方向への変形が進むと、緩衝床１１０は車体の上下方向に曲げ変形を伴い始める。これは、緩衝床１１０の面外曲げ剛性が、面内曲げ剛性に比べて小さいために起こるものである。従来のように台枠２３０だけでは、一旦床の一部に曲げ変形を誘発すると、そこから全体がくの字型に折れてしまい、耐荷重は一気に低下し、エネルギー吸収特性もまた低下することになる。このような状態を防ぐために、緩衝床１１０の下面には、緩衝リブ１６０を接合している。これにより緩衝床１１０の面外曲げ剛性を増加させて、車体長手方向の安定した塑性変形を実現することができる。
【００４０】
また、緩衝リブ１６０の前端の縦断面積は、後端の断面積よりも小さくなっている。このような緩衝リブ１６０は、緩衝床１１０と同様に運転室および客室から最も遠い車端部から塑性変形させることによって運転手並びに乗客の安全を確保することにつながっている。
【００４１】
車体長手方向への変形が進むにつれて、横骨１２５、１２６、１２７は車体長手方向に対して大きく変形する必要がある。横骨１２５、１２６、１２７の断面はコの字型となっており、開口部を車内側にしている。このとき、変形した部材が運転室内に飛び込んでくることによって運転手に危害が及ばないように、横骨１２５、１２６、１２７の長手方向の中央部に切欠きを設けている。そのため、横骨１２５、１２６、１２７は、車外側に変形することができ、運転手の安全を確保するような構造になっている。
【００４２】
以上のような塑性変形モードを経ることにより、車両に何らかの障害物が台枠２３０の高さよりも上方に衝突する場合においても、緩衝床１１０、および緩衝リブ１６０を蛇腹状に塑性変形させることによって、衝撃エネルギーを効率良く吸収し、運転手と乗客の安全を確保している。なお、上記の衝突形態によって、緩衝床１１０、および緩衝リブ１６０の長さは１／３程度になる。このとき、緩衝床１１０の上方にある運転台機器が、変形時において運転手に危害を与えないように機器配置および機器の大きさ等を考慮する。あるいは、緩衝床１１０の変形に同期して、運転席２５０が後ろ側にスライドする構造にしてもよい。
【００４３】
図１０に、同じ車両同士が正面衝突した場合の荷重−変形線図を示す。この場合、まず、衝撃荷重が加わるのは連結器２６０である。連結器２６０は、それ自体が有する弾性変形と塑性変形により衝撃力を緩和することができるが、ある一定の衝撃荷重に達した段階で、せん断ボルトあるいはせん断ピンによって車両から離脱することが知られている。その後、衝撃荷重は車両の最前方に位置する乗上防止装置１５０に加わる。
【００４４】
乗上防止装置１５０は、アンチクライマー１５１を介して衝撃荷重が加わっても一定値以下の圧縮荷重であれば、塑性変形しない構造になっている。これは、乗上防止装置１５０を構成する箱型緩衝器１５５の強度に依存するためである。箱型緩衝器１５５の縦断面積を変えることによって、弾性限界となる衝撃荷重を制御することができる。箱型緩衝器１５５の縦断面積を操作する方法としては、中空形材１５６、１５７の形材の種類を選定したり、中空形材１５６、１５７自体に切欠きを設けたりすることによって可能である。
【００４５】
箱型緩衝器１５５の断面は、中空形材１５６、１５７自体を板材に想定したロ型断面となっている。一般的に、アルミニウム製合金をロ型あるいは日型に押出した中空形材は、衝撃エネルギー吸収材として使用できることが知られている。これらの吸収材は、比較的エネルギー吸収量が少ないため、これらの吸収材を複数個使用しても部材が占有する単位面積当りのエネルギー吸収量は限られる。
【００４６】
箱型緩衝器１５５は、４辺を構成する全ての面に複数個の閉要素を有しているため、単位面積当たりのエネルギー吸収量を増加させることができる。また、箱型緩衝器１５５は、車体上下方向および幅方向に対する曲げ剛性が形材単体に比べて極めて大きいため、全体的にくの字に変形することなく、車体長手方向に連続した蛇腹状の塑性座屈を実現できる。
【００４７】
上記の理由により箱型緩衝器１５５は、ある一定値の衝撃荷重に達した段階で、弾性変形を経て塑性変形する。車体長手方向に直列に配置した複数個の箱型緩衝器１５５は、同じ荷重−変形特性を有するバネを直列に結合した状態に酷似しており、合成した荷重−変形特性は容易に推定できる。
【００４８】
箱型緩衝器１５５の変形がある程度進んでアンチクライマー１５１の前面が運転台１００の前面と長手方向に同位置になった段階で、衝撃荷重が緩衝床１１０と緩衝リブ１６０に加わり始める。箱型緩衝器１５５は、既にある程度塑性変形した後であるため、耐荷重のピークは終わっている。そのため、箱型緩衝器１５５の耐荷重ピークと緩衝床１１０の耐荷重ピークはずれており、組合せた全体の耐荷重ピークは、極端な増加につながらない。よって、正面衝突時においても、運転手および乗客に加わる衝撃加速度を抑えることができる。
【００４９】
この先の塑性変形モードは、先に述べた障害物が台枠の高さよりも上方に衝突する場合の変形モードに、箱型緩衝器の変形モードを加えたものに相当する。すなわち、このときの荷重−変形特性図は、二つのエネルギー吸収特性を合成したものとなる。実際には、緩衝床１１０と緩衝リブ１６０に加わる衝撃荷重点は、緩衝床１１０の高さにより近くなるため、緩衝床１１０と緩衝リブ１６０によって吸収するエネルギー量は若干増加すると考えられる。先で述べた乗上防止装置１５０を除いた運転台１００のみの塑性変形よるエネルギー吸収量と、乗上防止装置１５０のエネルギー吸収量の比率は約６対４である。
【００５０】
以上のような塑性変形モードを経ることによって、同じ車両同士が正面衝突した場合おいても、箱型緩衝器１５５、緩衝床１１０、および緩衝リブ１６０を蛇腹状に塑性変形させることによって、より大きな衝撃エネルギー吸収し、運転室および居室の空間を十分に確保でき、運転手と乗客の安全を確保できるものである。
【００５１】
なお、上記では焼きなまし処理をしていたが、いわゆる三元系アルミニウム合金とし、金属組織を微細化したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】先頭車両の運転室の側断面で、図２のＩ−Ｉ断面図ある。
【図２】先頭車両の運転室の正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】材料の衝撃エネルギーの説明図である。
【図８】材料の応力−ひずみ線図である。
【図９】運転台に衝突した場合の荷重−変形線図である。
【図１０】正面衝突した場合の荷重−変形線図である。
【符号の説明】
１００：運転台、１１０、緩衝床、１５０：乗上防止装置、１２０：衝突柱、１２５，１２６，１２７：横骨、１５０：運転席、２００：車体、１６０：緩衝リブ、１６１：中空形材、２１０：屋根構体、２２０：側構体、２３０：台枠、２６０：連結器、２７０：中梁
【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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