(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【0011】
図1は、本実施形態に係る鉄道車両1の車体2Aの概略正面図である。
図2は、
図1に示す鉄道車両1の概略部分側面図である。
図3は、
図1に示す鉄道車両1の概略部分上面図である。鉄道車両1は、互いに連結された複数の車体を備えた編成車両であり、
図2及び
図3では、鉄道車両1が備える車体のうちの隣り合う車体2A,2Bの連結部分を示している。図示していないが、車体2Aと車体2Bとの間には蛇腹筒状の幌が設けられており、該幌が車体2Aの貫通路と車体2Bの貫通路とを連通させている。
【0012】
以下の説明では、鉄道車両1が進行する方向であって車体2A,2Bが延びる方向を車両長手方向(又は前後方向)と称し、それに直交する横方向を車幅方向と称する。また、鉄道車両1は車両長手方向の両方向に走行しうるが、以下の説明では、
図2及び
図3中の左向きを前方、右向きを後方と定義する。また、以下では、車体2Aの構成及び車体2Bにおける車体2Aと異なる要素についてのみ説明し、車体2Bにおける車体2Aの要素と同様の要素については説明を省略する。
【0013】
車体2Aは、車体底部となる台枠3と、側構体4と、妻構体5と、屋根構体6とを備える。台枠3の車幅方向の端部に側構体4の下端部が接続される。台枠3の長手方向(前後方向)の端部に妻構体5の下端部が接続される。屋根構体6は、側構体4及び妻構体5の上端部に接続される。台枠3、側構体4、妻構体5、及び屋根構体6は、いずれもアルミ合金製である。妻構体5は、
図1に示すように、隣接する車体(即ち車体2B)との間で乗客の移動を可能にする開口部51aが形成された妻外板51を有する。また、車体2Aは、車体2Aと車体2Bが衝突する場合に、車体2Aに負荷される衝突エネルギーを分散させる衝突エネルギー分散要素としての突起部材20を有する。
【0014】
図4(A)は、
図1に示す鉄道車両1の車体2Aの台枠3の概略部分平面図である。
図4(B)は、
図4(A)に示すIVB−IVBの矢視図である。
図4(C)は、
図4(A)に示すIVC−IVCの矢視図である。
図4(D)は、
図4(A)に示すIVD−IVDの矢視図である。台枠3は、一対の側梁11と、床板12と、一対の中梁13と、端梁14とを有する。
【0015】
図4(A)に示すように、一対の側梁11は、車幅方向両側にて、車両長手方向に延在している。床板12は、車幅方向における両端部が各側梁11に支持されている。また、
図4(A)に示すように、一対の中梁13は、各側梁11の間で、車両長手方向に延在している。一対の中梁13は、互いに車幅方向に離れた状態で車幅方向に対称に設けられている。また、
図4(C)に示すように、中梁13の上部は、床板12の下面を支持している。端梁14は、台枠3の前端部で車幅方向に延在している。
図4(C)に示すように、床板12と各側梁11は、ダブルスキン構造であり、車体2Aの床部分を構成している。また、端梁14は、一対の側梁11、床板12及び中梁13の車両長手方向端部に接続される。より詳しくは、
図4(D)に示すように、端梁14は、車幅方向に延びる板状部分を有しており、この板状部分における車両長手方向外方を向く面14aに突起部材20が設けられており、この面14aの裏面14bに、一対の側梁11、床板12及び中梁13が当接している。
【0016】
本実施形態において、車体2Aの突起部材20は、一対の第1突起部材21及び一対の第2突起部材22を含む。
図4(A)に示すように、一対の第1突起部材21及び一対の第2突起部材22は、端梁14から車両長手方向前方に突出した状態で、車体2Aの台枠3に設けられている。
図4(B)及び
図4(C)からも分かるように、一対の第1突起部材21は、車両長手方向から視て一対の側梁11にそれぞれ重なる位置に設けられている。また、一対の第1突起部材21は、いずれも車両長手方向から視て床板12の車幅方向端部とも重なっている。また、一対の第2突起部材22は、車両長手方向から視て一対の中梁13にそれぞれ重なる位置に設けられている。
【0017】
図2及び
図3に戻って、車体2Aに隣接する車体2Bは、車体2Aと車体2Bが衝突する場合に、車体2Bに負荷される衝突エネルギーを分散させる衝突エネルギー分散要素としての突起部材30を有する。本実施形態において、車体2Bの突起部材30は、一対の第1突起部材31及び一対の第2突起部材32を含む。一対の第1突起部材31及び一対の第2突起部材32は、端梁14から車両長手方向後方に突出した状態で、車体2Bの台枠3に設けられている。車体2Bの第1突起部材31は、車体2Aの第1突起部材21に対向するように設けられており、車体2Bの第2突起部材32は、車体2Aの第2突起部材22に対向するように設けられている。
【0018】
図5(A)及び
図5(B)は、車体2A側の第1突起部材21の正面側斜視図及び背面側斜視図である。第1突起部材21は、床板12の一部と側梁11に重なるように、正面視略L字状に形成されている。第1突起部材21の正面側には、車幅方向に延びる複数の溝部21bと、溝部21bに隣接して前方に突き出た、車幅方向に延びる突部21aが形成されている。
【0019】
図6(A)及び
図6(B)は、車体2B側の第1突起部材31の正面側斜視図及び背面側斜視図である。第1突起部材31は、車両長手方向から視て第1突起部材21と重なるように形成されている。第1突起部材31の正面側には、車幅方向に延びる複数の溝部31bと、溝部31bに隣接して前方に突き出た、車幅方向に延びる突部31aが形成されている。
【0020】
第1突起部材21,31は、突部21aと溝部31bとが向き合い、突部31aと溝部21bとが向き合うように形成されており、このため、車体2A及び車体2Bが衝突する場合に、突部21aが溝部31bの凹面に接触し、突部31aが溝部21bの凹面に接触する。これら第1突起部材21,31は、アンチクライマーとしても機能する。また、
図5(B)及び
図6(B)に示すように、第1突起部材21,31は、軽量化のため、それぞれ背面側に形成された複数の凹部21c,31cを有している。凹部21c,31cは、車両長手方向から視て、ダブルスキン構造である側梁11及び床板12の断面における空洞部分に重なるように位置している。
【0021】
第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32は、それぞれ、側梁11、床板12及び中梁13のうちの車両長手方向から視て重なる部分よりも高い剛性を有する。言い換えれば、第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32は、側梁11、床板12及び中梁13のうちの車両長手方向から視て重なる部分に比べて、車両長手方向の圧縮力により塑性変形しにくい構造を有する。本実施形態において、第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32は、アルミの塊を切削加工して成形された中実部材である。このため、第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32の剛性を高めながらも、これら第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32をコンパクトにすることができる。
【0022】
図7は、車体2Aの概略部分拡大斜視図である。
図8は、
図7に示す平面P1で車体2Aを切断したときの部分拡大斜視断面図である。
図9は、
図7に示す平面P2で車体2Aを切断したときの部分拡大斜視断面図である。
図8及び
図9に示すように、側梁11の車幅方向内方側の端部11aと床板12の車幅方向の端部12aとが接続されることにより、側梁11に床板12が支持される。
図7及び
図8に示すように、一対の側梁11は、それぞれ車両長手方向における端部を部分的に切削して欠落させた欠落部11bを有する。従って、側梁11は、車両長手方向における端部の断面積S1(
図8参照)は、車両長手方向における中央部の断面積S2(
図9参照)よりも小さくなるように形成される。このため、側梁11の車両長手方向における端部を車両長手方向の圧縮力に対して塑性変形しやすくして、衝突時の反力を低減することができる。なお、側梁11の端部の欠落部11bには、雨樋管15が挿通された、側梁11よりも剛性の低い補填部材11cが嵌め込まれている。
【0023】
第2突起部材22,32の車両長手方向の長さD2は、第1突起部材21,31の車両長手方向の長さD1よりも短い(
図7参照)。即ち、車体2Aにおいて、第1突起部材21の突部21aが車体2Aの中で最も前方に位置している。また、車体2Bにおいて、第1突起部材31の突部31aが車体2Bの中で最も後方に位置している。このため、車体2Aと車体2Bが衝突する場合には、第1突起部材21,31同士が最初に接触することになる。
【0024】
図10は、車体2Aと車体2Bとの衝突を時系列順に説明するための部分側面図である。
図10(A)は、衝突する前の車体2Aと車体2Bとの位置関係を示している。このとき、車体2Aの第1突起部材21と車体2Bの第1突起部材31とは、互いに前後方向に間隔をあけて対向しており、また、車体2Aの第2突起部材22と車体2Bの第2突起部材32とは、互いに前後方向に間隔をあけて対向している。
【0025】
図10(B)は、鉄道車両1の先頭が障害物と衝突して玉突き状に車体2Aと車体2Bとが互いに衝突する場合の最初の接触を示している。
図10(B)に示すように、車体2Aと車体2Bの車幅方向両側に配置された第1突起部材21,31同士が最初に接触することになる。第2突起部材22,32の車両長手方向の長さD2が第1突起部材21,31の車両長手方向の長さD1よりも短いため、この時点では、第2突起部材22,32同士は接触していない。側梁11、床板12及び中梁13のうちの車両長手方向から視て第1突起部材21,31に重なる部分は、第1突起部材21,31よりも剛性が低い。このため、該重なる部分は、第1突起部材21,31同士が接触した後から塑性変形し、部分的に衝突エネルギーを吸収する。一方、第1突起部材21は車体2Aの内方へ、第1突起部材31は車体2Bの内方へと移動する。こうして、2段階目の接触である第2突起部材22,32同士の接触へと移る。
【0026】
図10(C)は、第1突起部材21,31同士が接触した後の第2突起部材22,32同士の接触を示している。なお、
図10(C)において、第1突起部材21,31は省略する。側梁11、床板12及び中梁13のうちの車両長手方向から視て第2突起部材22,32に重なる部分は、第2突起部材22,32よりも剛性が低い。このため、該重なる部分は、第2突起部材22,32同士が接触した後から塑性変形し、部分的に衝突エネルギーを吸収する。一方、第2突起部材22は車体2Bの内方へ、第2突起部材32は車体2Bの内方へと移動する。こうして、端梁14同士の接触へと移る。
【0027】
図11は、車体2Aと車体2Bが衝突するときの車体2Aの圧縮変位量と車体2Aに生じる反力との関係を実線で示すグラフである。
図11のグラフにおいて、本実施形態の反力特性(実施例)と比較するために、車体2Aと車体2Bがそれぞれ第1突起部材21,31及び第2突起部材22,32を備えずに衝突した場合の反力特性(比較例)を破線で示す。なお、
図11のグラフにおいて、実施例を示す実線との比較を容易にするために、比較例を示す破線は、実施例における端梁14同士の接触(
図11のd3)と比較例における端梁14同士の接触の時点が一致するように示している。
【0028】
本実施形態では、
図11に示すように、車体2Aと車体2Bが衝突する場合、まず第1突起部材21,31同士が接触する(
図11のd1)。その衝撃により車体2Aには衝突エネルギーが付与されるが、すぐさま第2突起部材22,32同士が接触する(
図11のd2)。そして、最後に端梁14同士が接触する(
図11のd3)。このように、本実施形態では、車体2A,2B同士が衝突する場合、第1突起部材21,31同士の接触、第2突起部材22,32同士の接触、端梁14同士の接触の順で段階的に接触することになるので、瞬間的に接触反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。このように、実施例の場合には、最初から端梁14同士が接触する比較例の場合に比べて、瞬間的に反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。
【0029】
以上に説明した構成によれば、互いに連結された車体2A,2B同士が衝突する場合に、まず、車体2Aから車両長手方向外方に突出した突起部材20(21,22)に、車体2Aに隣接する車体2Bが接触する。ここで、側梁11、中梁13及び床板12のうちの少なくとも1つは、車両長手方向から視て突起部材20に重なっており、さらに、その重なった部分の剛性が突起部材20の剛性より低い。このため、車体2Bが突起部材20に接触することにより、上記重なった部分が変形し、衝突エネルギーが部分的に吸収され、その後、端梁14同士が接触する。このように車体2A,2B同士が段階的に接触することになるため、瞬間的に反力が増加するのを防ぎ、衝突時の最大加速度を低減することができる。
【0030】
さらに、本実施形態では、端梁14同士が接触する前に、まず第1突起部材21に衝突エネルギーが負荷され、次に第1突起部材21よりも短い第2突起部材22に衝突エネルギーが負荷される。このように、端梁14同士の接触の前に、段階的に接触することになるため、衝突時のエネルギーが分散され、反力のピークが小さくなることで最大加速度をより低減することができる。
【0031】
また、先に衝突することになる第1突起部材21が車幅方向の両端に配置されているので、衝突後の車体2Aのヨーイング方向における姿勢を安定させることができる。
【0032】
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0033】
例えば、上記実施形態では、互いに連結された車体2Aと車体2Bのいずれも、衝突エネルギー分散要素としての突起部材を備えていたが、車体2Aと車体2Bのうちのいずれか一方のみが突起部材を備えていてもよい。
【0034】
また、上記実施形態の車体2Aは、衝突エネルギー分散要素として、車両長手方向の長さが異なる2種類の突起部材(第1突起部材21と第2突起部材22)を備える構成であったが、1種類の突起部材(例えば第1突起部材21)のみを備える構成であってもよい。また、車体2Aは、車両長手方向の長さが異なる3種類以上の突起部材を備えた構成であってもよい。例えば、本発明の鉄道車両の車体は、車両長手方向から視て側梁に重なる突起部材と、中梁に重なる突起部材と、床板に重なる突起部材とを備えており、これらの突起部材の車両長手方向の長さが互いに異なっていてもよい。
【0035】
上記実施形態の車体は、端梁14に接続される一対の中梁13を備えていたが、端梁14に接続される中梁13は1つでもよい。また、上記実施形態では、車両長手方向における側梁11の端部の断面積が車両長手方向における側梁11の中央部の断面積よりも小さかったが、側梁11の端部と側梁11の中央部のそれぞれの断面積は同じであってもよい。また、上記実施形態では、突起部材20は中実部材であったが、これに限定されず、突起部材20は、側梁11、床板12及び中梁13のうちの車両長手方向から視て重なる部分よりも高い剛性を確保できれば、中空部材であってもよい。