特許 7531536 鉄道車両の側壁構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-01

(45)【発行日】2024-08-09

(54)【発明の名称】鉄道車両の側壁構造

(51)【国際特許分類】

   B61D 17/08 20060101AFI20240802BHJP

   B61D 15/06 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

B61D17/08

B61D15/06

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022030751

(22)【出願日】2022-03-01

(65)【公開番号】P2023127149

(43)【公開日】2023-09-13

【審査請求日】2023-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000163372

【氏名又は名称】近畿車輌株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118924

【弁理士】

【氏名又は名称】廣幸 正樹

(72)【発明者】

【氏名】川口 順平

【審査官】志水 裕司

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０１０００１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｄ １７／０６

Ｂ６１Ｄ １７／０８

Ｂ６１Ｄ １５／０６

Ｂ６１Ｇ １１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

オフセット衝突で隅柱が受けた衝撃を座屈変形によって車内側へ逸らす鉄道車両の側壁構造であって、
吹寄部の高さに相当する領域を含むように高さ方向へ延び、且つ、前記隅柱と側構体との間で前記隅柱側に隙間が形成されるようにして配置されており、車両長手方向に対する圧縮強度が前記側構体よりも低い座屈部と、
前記座屈部のうち車幅方向の外側から延設され、前記隅柱の車幅方向の外側に接合され、車両幅方向の外側において前記座屈部と面を一致させるようにして延設されている隅柱接合片と
を備えたことを特徴とする鉄道車両の側壁構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車幅方向の中心から外れた位置で衝突するオフセット衝突において衝撃を緩和し、側構体の損傷を抑えた擦れ違い通過を可能にする鉄道車両の側壁構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

複線の鉄道において車両が脱線すると、隣接の軌道内に車体の一部が侵入する場合がある。このような場合、後続車両や対向車両と接触（オフセット衝突）し、被害が拡大する恐れがある。オフセット衝突を起こす車両同士の車幅方向の重なりが大きいほど、側構体が大きく損傷し、被害が甚大となる。

【0003】

従来から、このようなオフセット衝突による事故の被害を最小限に抑えるための対策が講じられている。

【0004】

図９は、オフセット衝突対策を施した従来の鉄道車両用構体構造を示している。側構体１００内に弱化部として溝構造のフォールディングスリット１０１が形成されており、オフセット衝突時にこのフォールディングスリット１０１がレール方向に押し潰されることにより衝撃が緩和される。

【0005】

このような技術については、特許文献１に記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１０－１８１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、衝撃緩和のために溝構造を形成するとレール方向の強度が低下するので、広範囲に用いることはできない。このため形成された溝幅により吸収できる衝撃には限界があり、十分に衝撃を吸収しきれない状況も生じ得る。そして、衝撃を十分に吸収しきれず、側構体１００に強大な力が加わった場合、側構体１００は大きく破壊される。また、このように大きく破壊された損傷部分が客車内に侵入すると、被害が拡大する恐れがある。

【0008】

そこで、本発明は、衝撃の大きさに関わらず、効率的に衝撃を吸収しながら側構体を退避させることが可能な鉄道車両の側壁構造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】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の鉄道車両の側壁構造は、オフセット衝突で隅柱が受けた衝撃を座屈変形によって車内側へ逸らす鉄道車両の側壁構造であって、吹寄部の高さに相当する領域を含むように高さ方向へ延び、且つ、前記隅柱と側構体との間で前記隅柱側に隙間が形成されるようにして配置されており、車両長手方向に対する圧縮強度が前記側構体よりも低い座屈部と、前記座屈部のうち車幅方向の外側から延設され、前記隅柱の車幅方向の外側に接合される隅柱接合片とを備えたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明の鉄道車両の側壁構造は、上記構成に加えて、前記座屈部は横断面が矩形に形成された中空構造を有することを特徴とする。

【0011】

また、本発明の鉄道車両の側壁構造は、上記構成に加えて、前記座屈部の上端が天井から離隔していることを特徴とする。

【0012】

また、本発明の鉄道車両の側壁構造は、上記構成に加えて、前記座屈部の下端が床から離隔していることを特徴とする。

【0013】

また、本発明の鉄道車両の側壁構造は、上記構成に加えて、前記隅柱接合片が、車両幅方向の外側において前記座屈部と面を一致させるようにして延設されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、本発明によれば、隅柱と側構体との間に設けられた座屈部の車両長手方向に対する圧縮強度が側構体よりも低いので、隅柱にオフセット衝突の衝撃が加わると、側構体よりも先に座屈部が座屈変形する。また、この座屈部が吹寄部の高さに相当する領域を含むように配置されているので、隅柱の高さ方向の中間域の湾曲変形が可能となる。これにより、隅柱が妻構体側を中心に円弧軌道を描き、座屈部を座屈変形させながら、吹寄部周辺の側構体を車両の幅方向の内側へ引き込むことができる。

【0015】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、座屈部が横断面矩形の中空構造を有しているので、隅柱の円弧軌道を描く変形に対して、外側の壁から先行して座屈する。これにより、オフセット衝突時の衝撃吸収機能を損なうことなく、長手方向に十分な強度を有する構造の設計が可能となる。つまり、長手方向の圧縮強度については十分な強度を維持しながら、オフセット衝突時には、隅柱の円弧軌道を描く作用を利用して外側の壁から順に座屈させることができるので、スムーズな座屈変形が可能になる。

【0016】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、座屈部の上端が天井から離隔しているので、この離隔領域については側構体と隅柱とが直接接続される。これにより、オフセット衝突時には、天井近傍では側構体による大きな抵抗を受けるので、衝撃が吹寄部近傍に集中し、座屈変形が効率的に働く。

【0017】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、座屈部の下端が床から離隔しているので、この離隔領域については側構体と隅柱とが直接接続される。これにより、オフセット衝突時には、床近傍では側構体による大きな抵抗を受けるので、衝撃が吹寄部近傍に集中し、座屈変形が効率的に働く。

【0018】

また、本発明によれば、上記効果に加えて、隅柱接合片が座屈部の外側の面と一致させるようにして延設されるので、隅柱からの衝撃が座屈部の外側に伝達され易くなる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る鉄道車両の車幅方向から見た側壁構造を示す図である。

【図2】座屈部を含む隅柱周辺の部分拡大斜視図である。

【図3】図２の構造の横断面図である。

【図4】鉄道車両のオフセット衝突のシミュレーション結果であり、（ａ）は衝突後０．００６秒後の状態、（ｂ）は０．０１４秒後の状態、（ｃ）は０．０１８秒後の状態、（ｄ）は０．０６０秒後の状態を示す平面図である。

【図5】隅柱側から衝撃を受けた状態を示す座屈部及び隅柱接合片の部分拡大横断面図である。

【図6】隅柱から衝撃を受けた状態を示す座屈部及び側構体の部分拡大横断面図である。

【図7】オフセット衝突に伴う座屈部周辺の変形の推移を第１～第３段階に分類し、（ａ）は衝突後の第１段階、（ｂ）は第２段階、（ｃ）は第３段階を示す図である。

【図8】オフセット衝突で変形した隅柱及び座屈部を表した模式図である。

【図9】従来のオフセット衝突対策を施した鉄道車両構体構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の側壁構造について図を用いて説明する。

【0021】

図１は、本発明に係る鉄道車両を車幅方向から見た側壁構造を示す図である。

【0022】

本発明の側壁構造１には、オフセット衝突の際に衝撃を吸収し、安全に車両を擦れ違い通過させるための座屈部８が設けられている。この座屈部８は、後述の隅柱接合片１０を介して隅柱４と接するように配置されている。

【0023】

また、座屈部８は、側構体２の吹寄部６が形成される高さ領域を含んで高さ方向に延びるように設けられている。本実施の形態に係る構成では、座屈部８の上端側が天井から離隔し、下端側は床から離隔している。

【0024】

そして、座屈部８は、窓１６との間に吹寄部６を介在させるようにして配置されている。このように座屈部８は、側構体２と共に側壁構造１の一部を構成している。図示していないが、車両の幅方向の反対側の側壁構造１にも同様に座屈部８が設けられている。

【0025】

図２は、座屈部８を含む隅柱４周辺の部分拡大斜視図である。

【0026】

図１を用いて説明したように、側構体２と隅柱４との間に座屈部８が配置されている。本実施の形態に係る構成の座屈部８は、横断面が略矩形に形成された中空構造を有している。隅柱４も中空構造を有しているが、座屈部８よりも肉厚に形成されている。

【0027】

側構体２は車両の長手方向（以下、レール方向と呼ぶ。）に延びる押出材で構成されている。中空構造で高さ方向に延びる座屈部８は、高さ方向に比べてレール方向の強度が低い。よって、押出材で構成されている側構体２の押出方向と直交する方向へ延びるように配置されている座屈部８は、レール方向の強度が側構体２よりも低い。

【0028】

また、座屈部８よりも肉厚に形成されている隅柱４と比較しても、座屈部８はレール方向の強度が低くなるように設定されている。

【0029】

図３は、図２の構造の横断面図である。

【0030】

座屈部８は、側構体２及び隅柱４に対してそれぞれ接合片を介して接続されている。隅柱４に対しては、座屈部８の車両の幅方向（以下、枕木方向と呼ぶ。）の外側から延設される隅柱接合片１０を介して接続されている。枕木方向の内側では、角部８ｃにおいて、座屈部８が隅柱４と直接接合されている。

【0031】

横断面が略矩形の中空構造を有する座屈部８のうち、枕木方向の外側に形成される外壁８ａと内側に形成される内壁８ｂとが、２枚の接続壁８ｄ、８ｅによって接続されている。これら２枚の接続壁８ｄ、８ｅのうち、隅柱４側に形成されている接続壁８ｄと隅柱４との間には隙間２０が形成されている。

【0032】

一方、側構体２側では、座屈部８は枕木方向の外側に形成された外面接合片１２及び枕木方向の内側に形成された内面接合片１４の２枚の接合片を介して側構体２と接続されている。外面接合片１２は、座屈部８の外壁８ａよりも枕木方向の内側にオフセットする形で側構体２側へ延設されている。また、内面接合片１４は、座屈部８の内壁８ｂよりも枕
木方向の内側にオフセットする形で側構体２側へ延設されている。

【0033】

図４は、鉄道車両のオフセット衝突のシミュレーション結果であり、（ａ）は衝突後０．００６秒後の状態、（ｂ）は０．０１４秒後の状態、（ｃ）は０．０１８秒後の状態、（ｄ）は０．０６０秒後の状態を示す平面図である。このシミュレーションでは、脱線した車両に対して相対速度６０ｋｍ／ｈの軌道内走行車両がオフセット衝突する状況をモデルとしている。衝突直前の車両同士の枕木方向の重なり代は８９．８ｍｍとして設定されている。図４において左側の車両が軌道内走行車両であり、右側の傾いた車両が脱線車両である。

【0034】

オフセット衝突の場合、隅柱４は妻構体側を中心とした円弧軌道を描くように変形する。衝突の進行に伴って、隅柱４は、枕木方向の内側、且つ、レール方向の内側へ向けて円弧を描くように変形している様子が、図４（ａ）～（ｄ）に表れている。

【0035】

他の車両から衝撃を受けた隅柱４から力が伝達されると、上述のように、側壁構造１の中で相対強度の低い座屈部８が側構体２よりも先に座屈変形する。そして、座屈した座屈部８に引き寄せられるように側構体２が枕木方向の内側へ傾斜する。衝突する車両同士は何れもこのように変形するので、対向する車両同士は、互いに側構体２を枕木方向の内側へ変形させながらスムーズに擦れ違うことが可能となる。

【0036】

ところで、本実施の形態に係る構成とは異なり、座屈部８が設けられていない場合は、隅柱に受けた衝撃がそのまま側構体へ伝達される。上述のように、側構体はレール方向に延びる押出材で構成されているので、隅柱から受けた衝撃を吸収し難い構造となっている。このため、許容値内の衝撃に対しては突っ張るように抵抗するが、隅柱から伝達される強大な力が許容値を超えると、側構体に破壊が始まる。こうなると、隅柱は側構体を大きく破壊しながらレール方向の内側へ向けて倒れ込む。このとき、側構体がダブルスキン構造であれば、外側の鋼材が剥がれるなどして対向車両の進行方向へ飛び出す恐れもある。そして、側構体が対向車両側へ飛び出すと、互いの車両へ側構体が食い込む可能性が高くなるので、被害が非常に大きくなる恐れがある。これにより、乗客の危険度は増大する。

【0037】

しかし、本発明の実施の形態に係る構成によれば、図４のシミュレーション結果が示すように、車両同士が互いに退くように自身の枕木方向の内側へ向けて側壁構造１の変形が促進される。これにより、乗客の安全性を向上させることが可能となる。

【0038】

図５は、隅柱４側から衝撃を受けた状態を示す座屈部８及び隅柱接合片１０の部分拡大横断面図である。

【0039】

隅柱４にオフセット衝突による衝撃が加わると、妻構体の内側を中心にして隅柱４が円弧軌道を描くように変形が進む。図５では、この円弧軌道を一点鎖線による軌道Ｌで表している。この軌道Ｌの方向に向けて隅柱４から力が加わると、隅柱４に接合される隅柱接合片１０に力Ｆ１のような力が生じる。これにより、隅柱接合片１０には、レール方向に沿った力の成分による作用に加えて、枕木方向の内側に向かう力の成分による作用が生じる。

【0040】

本実施の形態に係る構成では、座屈部８と隅柱４との間に隙間２０が形成されているので、隅柱接合片１０は、隅柱４と接合される接合領域１０ａと、接合されない非接合領域１０ｂとを有している。このような構成により、隅柱接合片１０のうち、隅柱４と接合されていない非接合領域１０ｂ側に変形が生じやすくなる。

【0041】

すなわち、座屈部８の外壁８ａに対して枕木方向の内側寄りの位置からレール方向の内
側へ向けて斜めに突き出すように力が加わる。これにより、外壁８ａと接続壁８ｄとの交差位置辺りを中心にして外壁８ａを幅方向の外側へ旋回させるように変形を促す力Ｆ２が生じる。オフセット衝突の初期段階では、このような力Ｆ１、Ｆ２が座屈部８に生じる。

【0042】

図６は、隅柱４から衝撃を受けた状態を示す座屈部８及び側構体２の部分拡大横断面図である。

【0043】

本実施の形態に係る構成では、外面接合片１２は、座屈部８の外壁８ａに対して枕木方向の内側へオフセットするように延設されている。同様に、内面接合片１４は、座屈部８の内壁８ｂに対して枕木方向の内側へオフセットするように延設されている。

【0044】

このように構成されているので、隅柱４に受けた衝撃が座屈部８の外壁８ａ及び内壁８ｂから外面接合片１２及び内面接合片１４へ伝達されると、図５の場合と同様に、接続壁８ｅとの交差位置辺りを中心にして外壁８ａ及び内壁８ｂが枕木方向の外側へ旋回するような力Ｆ３、Ｆ４が生じる。これにより、図６中に点線で示したように外壁８ａ、内壁８ｂが変形する。座屈部８と側構体２との接続領域では、オフセット衝突の初期段階でこのような力Ｆ３、Ｆ４が働く。

【0045】

図７は、オフセット衝突に伴う座屈部８周辺の変形の推移を示し、（ａ）は衝突後の第１段階、（ｂ）は第２段階、（ｃ）は第３段階を示す図である。

【0046】

座屈部８のレール方向の両端には、オフセット衝突直後の初期段階で図５、６に示したような力が働くことを上述した。この初期段階は図７（ａ）の第１段階に相当する。

【0047】

ここで、外壁８ａと内壁８ｂとを比較すると、隅柱４が円弧軌道を描くことから枕木方向の外側の動きの方が大きく、加えて、外壁８ａ側には隅柱接合片１０が設けられていることから、外壁８ａの変形が内壁８ｂに先行する。図７（ａ）では、内壁８ｂに対して外壁８ａが大きく湾曲している様子が表されている。

【0048】

図７（ｂ）の第２段階では、外壁８ａの変形が進むにつれて、隅柱４の枕木方向の内側への変位も大きくなる。この第２段階では、既に外壁８ａが大きく変形することにより強度が低下しているため、内壁８ｂに力が集中する。したがって、内壁８ｂの変形も始まり、座屈部８が全体で座屈変形する。

【0049】

図７（ｃ）では、完全に座屈した座屈部８を介する隅柱４の枕木方向の内側への変形に伴って、側構体２も枕木方向の内側へ引き込まれている状態が表されている。本実施の形態に係る構成では、座屈部８の設けられている領域の長さだけ側構体２と隅柱４とが離れて配置されている。これにより、先行して車両の内側へ旋回しながら変形する隅柱４が側構体２と干渉することを防止でき、側構体２はスムーズに内側へ引き寄せられるように傾斜する。

【0050】

このように側構体２がそれぞれの車両において内側へ退避するので、互いの側構体２の外面を擦り合わせるようにして擦れ違うことが可能となる。したがって、図４（ｄ）に示したように、側構体２同士が大きく干渉することなく通過することができる。

【0051】

図８は、オフセット衝突で変形した隅柱４及び座屈部８を表した模式図である。

【0052】

本実施の形態に係る構成では、図１を用いて上述したように、座屈部８は吹寄部６の高さ領域を含む範囲に形成されており、座屈部８の上方側は天井から離隔し、下方側は床から離隔している。

【0053】

このように構成されているので、隅柱４の上端側及び下端側では直接繋がっている側構体２が抵抗することにより、レール方向の強度の低下が抑えられる。また、上述のように、オフセット衝突が生じた場合には、隅柱４は、座屈部８により力の逃げ場が設けられているので、上端及び下端側の側構体２に接する領域に比べて中間領域で湾曲し易くなる。

【0054】

また、吹寄部６の高さ領域では、長手方向の側構体２が窓１６によって分断されている。このため、図７（ｃ）のように、隅柱４から座屈部８を介して、側構体２を内側へ引き込む力が作用する際、側構体２は、窓１６で区切られた部分的な領域において、水平回転による捻じれを生じ易く、スムーズに内側へ傾斜する。

【0055】

特に、窓１６の設けられている高さ領域が外側へ膨らんだ断面形状を有する車両においては、オフセット衝突が吹寄部６の辺りで生じるので、本実施の形態に係る構成が有効である。また、座屈部８は、吹寄部６の近傍の直線状の領域に形成することができるので、天井近傍や床近傍の傾斜した壁面に合わせる必要がなく、加工が容易である。

【0056】

本発明は、以上に述べた構成に限定されることなく、以下のような変形も含まれる。

【0057】

（１）上記の実施の形態では、隅柱接合片１０が座屈部８の外壁８ａと外面を揃えた位置から延設されている構成を例として示した。しかし、外壁８ａが内壁８ｂに先行して屈曲し、衝突の初期段階で外壁８ａの隅柱４側の部分が枕木方向の外側へ膨らむように変形を促す構成であれば、隅柱接合片１０と外壁８ａの外面とが揃っていなくても構わない。少なくとも座屈部８に対して外壁８ａ寄りの位置から隅柱接合片１０が延設されていれば、隅柱４からの衝撃が内壁８ｂよりも外壁８ａの方に伝達され易くなるので、上記の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。

【0058】

（２）上記の実施の形態では、座屈部８が断面略矩形の中空構造に形成されている構成を例として示した。しかし、少なくとも側構体２よりもレール方向に対する圧縮強度が低い構造であれば、断面コの字形等の開断面形状でも構わない。また、側構体２に対するレール方向の圧縮強度が低ければ、中実構造であっても構わない。

【0059】

（３）上記の実施の形態では、座屈部８が天井及び床から離隔している構成を例として示した。このように構成されていると、より確実に吹寄部６周辺の座屈変形を先行させることができるが、座屈部８は、天井又は床と接していても構わない。

【0060】

（４）上記の実施の形態では、座屈部８の外壁８ａが均一な厚さで形成されている構成を例として示した。しかし、一部で壁を薄く形成した弱化部を有する構成であっても構わない。

【符号の説明】

【0061】

１ 側壁構造
２ 側構体
４ 隅柱
６ 吹寄部
８ 座屈部
８ａ 外壁
８ｂ 内壁
８ｃ 角部
８ｄ、８ｅ 接続壁
１０ 隅柱接合片
１０ａ 接合領域
１０ｂ 非接合領域
１２ 側構体外面接合片
１４ 側構体内面接合片
１６ 窓
１８ ドア開口
２０ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】