(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両であって、
前記鉄道車両の車体は、
床面をなす台枠と、
前記台枠の幅方向の両端部に乗降口を有する側構体と、
前記台枠の長手方向の端部に備えられる第１端部床と、
前記第１端部床の前端部の上面に立設される貫通路枠と、
前記貫通路枠の前記台枠の長手方向の中央部の側の前記第１端部床の上面に立設される馬蹄形状の第１枠と、
前記第１枠の前記台枠の長手方向の中央部の側の前記台枠の上面に立設される馬蹄形状の第２枠と、
を備える衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第２枠に隣接されるとともに前記側構体に備えられる乗降口と、
前記貫通路枠の上部と前記第１枠の上部とを接続する第１梁群と、
前記第１枠の上部と前記第２枠の上部とを接続する第２梁と、
前記乗降口の上部の前記側構体に備えられる圧壊領域と、
を備え、
前記鉄道車両が衝撃力を受けたとき、前記衝撃力により前記貫通路枠が前記第１枠に向かって後退し、その際に前記第１端部床が塑性変形することで衝撃エネルギを吸収し、さらに、前記第１梁群を介して前記衝撃力が前記第１枠の上部に伝達され、また前記第２梁を介して前記第２枠の上部に伝達され、前記圧壊領域を圧壊させることにより衝撃エネルギを吸収すること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第１端部床は、前記台枠の長手方向の端部に備えられる端梁に固定されるとともに前記車体の長手方向に沿って備えられる一対の下梁に支持されること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項３】
請求項１に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記貫通路枠は、
前記第１端部床の上面に立設される一対の貫通路枠柱と、前記貫通路枠柱の上端部に架け渡される貫通路枠横梁から構成されており、
前記第１枠は、
前記第１端部床の上面に立設される一対の第１枠柱と、前記第１枠柱の上端部に架け渡される第１枠円弧梁から構成されており、
前記第２枠は、
前記台枠の上面に立設される一対の第２枠柱と、前記第２枠柱の上端部に架け渡される第２枠円弧梁から構成されること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項４】
請求項３に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第１枠は、
前記第１枠円弧梁の下方に、ほぼ水平に架け渡される第１枠横梁を備え、前記第１枠横梁の両端部は前記第１枠円弧梁に接続しており、
前記第２枠円弧梁の下方に、ほぼ水平に架け渡される第２枠横梁を備え、前記第２枠横梁の両端部は前記第２枠円弧梁に接続していること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項５】
請求項４に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第１枠横梁の上面に立設されるとともに、前記第１枠円弧梁の下面に接続する一対の第１枠上部柱を備えること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項６】
請求項５に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第１梁群は、
前記貫通路枠柱の上端部と、前記第１枠横梁と前記第１枠上部柱との接続部と、を接続する一対の第１長手梁と、
前記貫通路枠柱の上端部と、前記第１枠円弧梁と前記第１枠上部柱との接続部とを略鉛直面内で傾斜する態様で接続する一対の第１縦斜梁と、
前記貫通路枠柱の上端部と、前記第１枠円弧梁と前記第１枠横梁の接続部とを略水平面内で傾斜する態様で接続する第１横斜梁と
から構成されること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【請求項７】
請求項５に記載される衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両において、
前記第２梁は、
前記第１枠横梁と前記第１枠上部柱の接続部と、前記第２枠円弧梁と前記第２枠横梁との接続部と、略水平面内で傾斜する態様で接続する第２横斜梁であること
を特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両が障害物に衝突した時に、鉄道車両の一部が塑性変形することによって衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車体は、床面を形成する台枠と、この台枠の幅方向の両端部に立設されると共に車体の側面をなす側構体と、台枠の長手方向の両端部に立設される妻構体と、側構体および妻構体の上端部に配置されると共に車体の屋根をなす屋根構体とから構成される。
【０００３】
台枠は、台枠の幅方向の両端部に長手方向に沿って備えられる一対の側梁と、台枠の長手方向の両端部に幅方向に沿って備えられる側梁を有している。側梁から台枠の長手方向の中央部に向かって所定の寸法だけ離れた位置に、一対の側梁の間に架け渡されるとともに端梁に沿う態様で枕梁が備えられる。側梁および枕梁の中央部には、連結器が備えられる一対の中梁が配設される。
【０００４】
車体の長手方向の両端部に下面には軌道に沿って移動する台車が備えられており、台車の旋回中心となる中心ピンが、枕梁の幅方向の中央部から下方に垂下する態様で備えられる。台車と中心ピンとは牽引装置を介して接続されており、加速時の牽引力や減速時のブレーキ力は中心ピンを介して枕梁に伝達される。さらに、複数の鉄道車両が連結されて編成が構成された時に、連結器を介して隣接する鉄道車両からの引張り荷重や圧縮荷重が台枠をなす中梁に伝達されるため、枕梁や中梁を備える台枠は強固な剛性を備える。
【０００５】
鉄道車両が障害物に衝突した場合に、車体の床面をなす台枠は高い剛性を備えるため、台枠が塑性変形して衝突エネルギを吸収して乗客や乗務員等（以下、乗客等と記す）への衝撃を緩和することが期待できず、乗客等に衝撃が作用するおそれがある。
【０００６】
このため、鉄道車両が障害物へ衝突した場合に、塑性変形によって衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収装置を台枠の端梁に備えることによって、衝突に起因する乗客等への衝撃を緩和する技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２６５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
衝突エネルギ吸収装置（特許文献１）の衝突エネルギ吸収量は圧壊荷重と圧壊量（長手方向の圧壊寸法）の積で与えられる。このため、大きな衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収装置では、その圧壊荷重が大きくなり、乗客等が衝突エネルギ吸収装置の初期崩壊時に衝撃を受けるおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両であって、鉄道車両の車体は、床面をなす台枠と、台枠の幅方向の両端部に乗降口を有する側構体と、台枠の長手方向の端部に備えられる第１端部床と、第１端部床の前端部の上面に立設される貫通路枠と、貫通路枠の台枠の長手方向の中央部の側の第１端部床の上面に立設される馬蹄形状の第１枠と、第１枠の前記台枠の長手方向の中央部の側の台枠の上面に立設される馬蹄形状の第２枠とを備え、第２枠に隣接されるとともに側構体に備えられる乗降口と、貫通路枠の上部と第１枠の上部とを接続する第１梁群と、第１枠の上部と第２枠の上部とを接続する第２梁と、乗降口の上部の側構体に備えられる圧壊領域とを備え、前記鉄道車両が衝撃力を受けたとき、前記衝撃力により前記貫通路枠が前記第１枠に向かって後退し、その際に前記第１端部床が塑性変形することで衝撃エネルギを吸収し、さらに、前記第１梁群を介して前記衝撃力が前記第１枠の上部に伝達され、また前記第２梁を介して前記第２枠の上部に伝達され、前記圧壊領域を圧壊させることにより衝撃エネルギを吸収することを特徴とする衝突エネルギ吸収構造を有する鉄道車両によって達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、衝突時の衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、貫通路を先頭部に備える鉄道車両の一例を示す側面図である。
【図２】図２は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の（図１参照）の骨組みの斜視図である。
【図３】図３は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の長手方向に沿う方向の垂直断面図（図２Ａ−Ａ断面図）である。
【図４】図４は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図）である。
【図５】図５は、衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両の先頭部の幅方向に沿う垂直断面図（図３Ｃ−Ｃ断面図）である。
【図６】図６は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の貫通路枠の上端部高さの水平断面図（図５Ｄ−Ｄ断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明による鉄道車両の一例を説明する。まず、以下の説明に供する鉄道車両に関係する各方向を、鉄道車両１の長手方向（レール方向）１００と、鉄道車両１の幅方向（枕木方向）１１０と、長手方向１００および幅方向１１０に交差する鉄道車両１の高さ方向１２０と定義する。以下、長手方向１００、幅方向１１０、高さ方向１２０と記す。
【００１４】
また、鉄道車両１の長手方向１００の端部（連結器４の側）から長手方向１００の中央部に向かう方向を後方と記し、同様に、鉄道車両１の長手方向１００の中央部に向かう変位（移動）を後退と記載する。
【００１５】
図１は、貫通路を先頭部に備える鉄道車両の一例を示す側面図である。鉄道車両１の車体３は、床面をなす台枠２０と、台枠２０の幅方向１１０の両端部に立設される側構体７と、台枠２０の長手方向１００の一方の端部に立設されるとともに運転室を含む丸妻構体１８と、その他方の端部に立設される（平）妻構体（図示なし）と、これら妻構体（１８）および側構体７の上端部に載置される屋根構体９から構成される。
【００１６】
丸妻構体１８は、衝突時に圧壊する範囲である圧壊領域（クラッシャブルゾーン）Ｅ１と、衝突時に圧壊しないで衝突前の形態を保持しようとする非圧壊領域（サバイバルゾーン）Ｆとを有する（図２、図３参照）。
【００１７】
運転席（乗務員室）を含む丸妻構体１８は、隣接する車両へ乗客等が移動するための貫通路枠４０や蛇腹状の貫通路幌１６ｂなどからなる貫通路１６ａ（図２参照）を備える。側構体７は、採光または自然換気用の窓や、乗務員が乗降するための乗務員昇降口１４ａおよび乗客が乗降する乗客乗降口１４ｂを備える。さらに、鉄道車両１は、車体３の長手方向１００の両端部の下方に、軌道に沿って移動する台車５を備える。
【００１８】
図２は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の（図１参照）の骨組みの斜視図であり、図３は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の長手方向に沿う方向の垂直断面図（図２Ａ−Ａ断面図）である。図４は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の床面高さの水平断面図（図１Ｂ−Ｂ断面図）であり、図５は、衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両の先頭部の幅方向に沿う垂直断面図（図３Ｃ−Ｃ断面図）である。さらに、図６は、衝突エネルギ吸収構造を先頭部に備える鉄道車両の貫通路枠の上端部高さの水平断面図（図５Ｄ−Ｄ断面図）である。
【００１９】
台枠２０（図４参照）は、幅方向１１０の両端部に長手方向１００に沿って備えられる側梁２２と、長手方向１００の一方の端部に幅方向１１０に沿って備えられる端梁２５と、下方に台車５（図１参照）を備える枕梁２１と、端梁２５の幅方向１１０の中央部と枕梁２１の幅方向１１０の中央部を接続する一対の中央部中梁２３と、端梁２５の幅方向１１０の両端部と枕梁２１の幅方向１１０の両端部を接続する一対の端部中梁２４と、側梁２２の間に敷設される第２端部床２６ｂから主に構成される。
【００２０】
貫通路１６ａの下方に備えられる連結器４（図１参照）と連結器４に接続する緩衝装置（図示なし）は、中央部中梁２３に備えられ、鉄道車両１が他の車両と連結する時の衝撃や、鉄道車両１が加速したり減速したりする時の長手方向１００の振動を緩和する。
【００２１】
端梁２５（図４参照）の幅方向１１０の両端部には、長手方向１００に沿って片持ちの態様で、一対のエネルギ吸収装置９０が備えられる。同様に、端梁２５の幅方向１１０の中央部には、片持ちの態様で長手方向１００に沿う一対の下梁３０が備えられる。下梁３０は、中央部中梁２３に連続する態様で、端梁２５に溶接などで固定される。下梁３０の上面と端梁２５の上端縁に、略半円形状の第１端部床２６ａが備えられる（図３、図４参照）。
【００２２】
第１端部床２６ａの長手方向１００の端部の上面（前端縁）には、貫通路幌１６ｂ（図１参照）が固定される貫通路枠４０（貫通路枠柱４０ａ１）が備えられ、長手方向１００の中央部に向かって順に、馬蹄形状の第１枠５０および第２枠７０が備えられる（図２参照）。第１枠５０は第１端部床２６ａの上面に備えられ、第２枠７０は第２端部床２６ｂの上面に備えられる（図３参照）。
【００２３】
貫通路枠４０は、第１端部床２６ａの長手方向１００の端部（前端縁）に立設される一対の貫通路枠柱４０ａ１と、貫通路枠柱４０ａ１の上端部に架け渡される貫通路枠横梁４０ａ２から構成される。
【００２４】
第１枠５０は、第１端部床２６ａの幅方向１１０の両端部に立設される第１枠柱５０ａ１と、第１枠柱５０ａ１の上端部に架け渡されるアーチ状の第１枠円弧梁５０ａ２から構成される。同様に、第２枠７０は、第２端部床（台枠）２６ｂの幅方向１１０の両端部に立設される第２枠柱７０ａ１と、第２枠柱７０ａ１の上端部に架け渡されるアーチ状の第２枠円弧梁７０ａ２から構成される（図２、図３参照）。
【００２５】
第１枠円弧梁５０ａ２は、円弧に略水平に張られる弦のような態様の第１枠横梁５０ｂを備え、第１枠横梁５０ｂの上面に高さ方向１２０に沿って立設される一対の第１枠上部柱５０ｖが、第１枠円弧梁５０ａ２の下面と第１枠横梁５０ｂの上面を接続する。同様に、第２枠円弧梁７０ａ２は円弧に略水平に張られる弦のような態様の第２枠横梁７０ｂを備える（図２参照）。
【００２６】
貫通路枠４０の上部と第１枠５０の上部は第１梁群で接続されており、第１梁群は、一対の第１縦斜梁３２ｕと、一対の第１長手梁３２Ｌと、一対の第１横斜梁３２ｓからなる。第１縦斜梁３２ｕは、貫通路枠柱４０ａ１の上端部（貫通路枠横梁４０ａ２の両端部）と、第１枠円弧梁５０ａ２と第１枠上部柱５０ｖの接続部を略鉛直面内で傾斜して配置される態様で接続する。
【００２７】
第１長手梁３２Ｌは、貫通路枠柱４０ａ１の上端部（貫通路枠横梁４０ａ２の両端部）と、第１枠横梁５０ｂと第１枠上部柱５０ｖの接続部を長手方向１００に沿う方向に配置される態様で接続する。
【００２８】
第１横斜梁３２ｓは、貫通路枠柱４０ａ１の上端部（貫通路枠横梁４０ａ２の両端部）と、第１枠円弧梁５０ａ２と第１枠横梁５０ｂの接続部を略水平面内で傾斜して配置される態様で接続する。
【００２９】
第１枠５０と第２枠７０は、屋根構体９および側構体７の車外側面に沿うとともに長手方向１００に沿う複数の梁６２で接続される（図２、図３参照）。さらに、第１枠横梁５０ｂと第１枠上部柱５０ｖとの接続部（第１枠５０の上部）と第２枠円弧梁７０ａ２と第２枠横梁７０ｂとの接続部（第２枠７０の上部）は、略水平面で傾斜する態様で備えられる第２梁（第２横斜梁３４ｓ）によって接続される（図２、図６参照）。
【００３０】
さらに、丸妻構体１８の貫通路枠４０の幅方向１１０の両側には、第１端部床２６ａに立設されるとともに、第１枠円弧梁５０ａ２の幅方向１１０の両端部に接続する一対の隅柱４６が備えられる。隅柱４６の高さ方向１２０の中央部には、隅柱４６と貫通路枠柱４０ａ１とを接続するとともに、丸妻構体１８の曲面を構成する補強部材４５が備えられる。補強部材４５の上方には、運転室窓４３（図５参照）が備えられる。
【００３１】
側構体７に備えられる乗務員乗降口１４ａは、第２枠７０をなす第２枠柱７０ａ１と、第２枠柱７０ａ１から長手方向１００に沿って隔置されるとともに第２端部床２６ｂ上に立設される出入り口フレーム７ｂと、出入り口フレーム７ｂの上端部と第２枠柱７０ａ１の上端部の間に架け渡される出入り口フレーム７ａに囲まれる範囲に備えられる（図２、図３）。
【００３２】
鉄道車両１が線路上の障害物等に衝突した時に、衝撃を吸収しながら丸妻構体１８が圧壊する過程を説明する。障害物は、踏切で立ち往生したトラック等の大型の道路車両であると仮定する。
【００３３】
鉄道車両１が障害物に衝突すると、連結器４および折りたたまれた貫通路幌１６ｂに衝撃が伝わる。連結器４に接続する緩衝機構（図示なし）が圧縮されて、連結器４は、鉄道車両１の長手方向１００の中央部に向けて衝撃を吸収しながら後退する。
【００３４】
続いて、貫通路幌１６ｂが固定される貫通路枠４０の後退に伴い、エネルギ吸収装置９０および下梁３０が圧壊し、さらに、第１端部床２６ａも塑性変形して衝突エネルギを吸収する。このとき、衝撃力Ｈ（図６参照）は、貫通路枠４０の上部と第１枠横梁５０ｂとに架け渡される第１長手梁３２Ｌと、貫通路枠４０の上部と第１枠円弧梁５０ａ２に架け渡される第１横斜梁３２ｓおよび第１縦斜梁３２ｕも圧壊して衝撃力Ｈが第１枠５０に伝わる。上述した衝突時の丸妻構体１８に関係する各部の挙動は、圧壊領域Ｅ１の範囲内で観察される現象である（図２、図４参照）。
【００３５】
さらに、貫通路枠４０の上部から第１長手梁３２Ｌ等を経由して第１枠横梁５０ｂに伝達された衝撃力Ｈは、第１枠横梁５０ｂと第２枠横梁７０ｂ（両端部）との間に架け渡される第２横斜梁３４ｓを経由して、第２枠横梁７０ｂへと伝達される。第２横斜梁３４ｓに強圧される第２枠横梁７０ｂと、第２枠横梁７０ｂが接続する第２枠円弧床７０ａ２の幅方向１１０の両端部は、乗務員乗降口１４ａの上部の側構体７の一部に設けられる圧壊領域Ｅ２（図２、図３参照）を塑性変形させるとともに、鉄道車両１が障害物に衝突した時の衝突エネルギを吸収する。
【００３６】
つまり、障害物との衝突に伴う衝撃力Ｈは、貫通路枠４０の上部から第１梁群を経て第１枠５０の上部へと伝わり、さらに第１枠の上部から第２梁を経て第２枠７０の上部へ伝わり、第２枠７０の上部を後方に強圧する。この結果、第２枠７０の上部の後方に位置するととともに、乗務員乗降口の上方の側構体７に設けられる圧壊領域Ｅ２が塑性変形する過程において衝撃力Ｈを吸収する。
【００３７】
なお、図示はしないが、下梁３０、第１横斜梁３２ｓ、第１長手梁３２Ｌおよび第１縦斜梁３２ｕは、アルミ合金製の押出形材から製作しても良い。さらに、これら各種梁の側面に、圧壊を促進するとともに衝撃力を緩和する（圧壊荷重を調整する）切り込みやスリット等を備えてもよい。
【００３８】
以上の構成によって、衝突エネルギ吸収装置９０のみが圧壊する過程だけでなく、丸妻構体１８を構成する部品からなる圧壊領域Ｅ１を構成する部材が圧壊する過程においても鉄道車両１が障害物に衝突したことに起因する衝撃を緩和することができるため、圧壊荷重（ピーク荷重）を高めることなく大きな衝撃エネルギを吸収して衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することができる。
【００３９】
さらに、乗務員乗降口１４ａの上方の側構体７の一部に圧壊領域Ｅ２を設けることにより、鉄道車両が障害物に衝突した時の衝撃（衝突エネルギ）を効果的に吸収収できるので、乗客等に作用する衝撃を緩和できる衝突エネルギ吸収構造を備える鉄道車両を提供することができる。
【００４０】
さらに、乗務員乗降口１４ａの上方の側構体７の一部に圧壊領域Ｅ２を設けることにより、衝突時に乗務員乗降口１４ａが破壊されることを抑制するとともに避難経路を確保できるため、乗務員等は乗務員乗降口１４ａを経て容易に避難することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…鉄道車両                              ３…車体
４…連結器                                ５…台車
７…側構体                                ８…妻構体
９…屋根構体
１４ａ…乗務員乗降口                      １４ｂ…乗客乗降口
１６ａ…貫通路                            １６ｂ…貫通路幌
１８…丸妻構体（運転室）                  ２０…台枠
２１…枕梁                                ２２…側梁
２３…中央部中梁                          ２４…端部中梁
２５…端梁
２６ａ…第１端部床                        ２６ｂ…第２端部床
３０…下梁
３２Ｌ…第１長手梁                        ３２ｓ…第１横斜梁
３２ｕ…第１縦斜梁                        ３４ｓ…第２横斜梁
４０…貫通路枠
４０ａ１…貫通路枠柱                      ４０ａ２…貫通路枠横梁
４３…運転室窓                            ４５…補強部材
４６…隅柱
５０…第１枠
５０ａ１…第１枠柱                        ５０ａ２…第１枠円弧梁
５０ｂ…第１枠横梁                        ５０ｖ…第１枠上部柱
６２…梁
７０…第２枠
７０ａ１…第２枠柱                        ７０ａ２…第２枠円弧梁
７０ｂ…第２枠横梁
８０ａ、８０ｂ…出入り口フレーム          ９０…エネルギ吸収装置
１００…長手方向                          １１０…幅方向
１２０…高さ方向                          Ｈ…衝撃力
【図１】
0006325062.tif 000002
【図２】
0006325062.tif 000003
【図３】
0006325062.tif 000004
【図４】
0006325062.tif 000005
【図５】
0006325062.tif 000006
【図６】
0006325062.tif 000007