特許 7594704 鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61D 15/06 20060101AFI20241127BHJP

   B61D 17/06 20060101ALI20241127BHJP

   B61F 1/10 20060101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

B61D15/06

B61D17/06

B61F1/10

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024048372

(22)【出願日】2024-03-25

【審査請求日】2024-08-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】柿谷 拓実

(72)【発明者】

【氏名】貴志 崇

(72)【発明者】

【氏名】松尾 直茂

(72)【発明者】

【氏名】河合 竜太

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恭平

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴之

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大貴

【審査官】近藤 利充

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／１０９８９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－３０２０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２２１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－８０１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平６－６３４６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】畑弘敏，大野潔，“衝突シミュレーションを活用した車両の安全確保対策に関する研究”，JR EAST Technical Review，日本，東日本旅客鉄道株式会社，2003年，No.3，p.35-40，ISSN 1347-8419

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｄ １５／０６

Ｂ６１Ｄ １７／０６

Ｂ６１Ｆ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

台枠と、
前記台枠の車両前後方向の前側端部に立設された正面フレームと、
Ｖ字形をなし、前記正面フレームより後方に隙間を空けて配置され、両端部を前記台枠に固定される支持フレームと、
を有し、
前記隙間は、前記正面フレームが塑性変形した後、前記正面フレームを前記支持フレームに接触させるための隙間である、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項2】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記支持フレームは、第１支持柱と第２支持柱とを結合した櫓構造をなし、
前記第１支持柱は、前記正面フレームの後方に前記隙間を空けて前記台枠に垂設され、
前記第２支持柱は、前記第１支持柱の後方に配置され、一端が前記第１支持柱の上端部に結合され、他端が前記台枠に結合されている、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項3】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記正面フレームは、前記支持フレームに前記隙間を空けて正対するように車両前方に配置され、前記台枠に立設された縦柱を有し、
前記縦柱は、障害物と前記支持フレームとの間で塑性変形して衝突エネルギーを吸収する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項4】

請求項３に記載する鉄道車両において、
前記正面フレームは、前記縦柱の前方に配置される衝撃吸収部材を有し、
前記衝撃吸収部材および前記縦柱は、障害物と前記支持フレームとの間で塑性変形して衝突エネルギーを吸収する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載する鉄道車両において、
前記支持フレームは、前記縦柱と比べて高さが低い、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項6】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記支持フレームの頂部に対応する位置で前記正面フレームに固定され、塑性変形する前記正面フレームに対して前記支持フレームの位置ずれを抑制する位置ずれ防止部材を有する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項7】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記台枠は、
車両幅方向両端部に前記車両前後方向に沿って配置される側梁と、
前記側梁より車内側の位置に前記車両前後方向に沿って配置される中梁と、
前記前側端部に配置され、前記側梁と前記中梁とに結合する前側端梁と、
を有し、
前記支持フレームの両端部が前記前側端梁に結合し、
前記支持フレームが前記正面フレームから受けた荷重を、前記前側端梁から前記中梁に伝達する中間フレームを有する、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項8】

請求項１に記載する鉄道車両において、
前記正面フレームの後方であって前記支持フレームの固定位置で前記台枠に溶接される固定プレートを有し、
前記支持フレームの一端および他端が前記固定プレートに接合されている、
ように構成されている鉄道車両。

【請求項9】

請求項８に記載する鉄道車両において、
前記固定プレートは、溶接に用いる複数の穴部を有する、
ように構成されている鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収構造を備えた鉄道車両に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両が、例えば、車高が高く且つ質量の大きな車両（例えば、大型トラック等）に衝突した場合には、鉄道車両の先頭構体が室内側へ変形し、居住空間を減少させる懸念がある。また、衝撃加速度が乗客や乗員に危害を及ぼす懸念がある。例えば、特許文献１には、このような衝突時における居住空間の減少や、衝撃加速度による危害を軽減するための衝撃吸収構造を備える鉄道車両が、開示されている。

【0003】

例えば、特許文献１に開示される鉄道車両は、車体の正面部分に位置する正面フレームを台枠に固定し、台枠より高い位置で正面フレームを構成する衝突柱に緩衝部材を結合ししている。緩衝部材は、筒形状をなし、車内側に延びるように配置されている。緩衝部材の車内側端部は、台枠に固定された支持部材に結合されている。正面フレームが衝撃荷重を受けると、緩衝部材が衝突柱を支え、正面フレームの変形を抑制する。衝突柱が倒れ、緩衝部材に一定以上の衝撃荷重が加わると、緩衝部材が軸方向に潰れて、衝突エネルギーを吸収する。緩衝部材が台枠よりも高い位置で衝突時の衝突エネルギーを吸収するので、衝突による居住空間の減少が軽減される。また、緩衝部材が倒れる衝突柱を支えるので、衝突エネルギーが緩衝部材で緩やかに吸収され、衝撃加速度が低減される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１０／１０９８９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された鉄道車両では、緩衝部材が、正面フレームを支える機能と、衝撃吸収機能とを有する。しかし、緩衝部材は、潰れ始めると、それ以上の荷重を支えることができない。つまり、緩衝部材は、潰れ始めるタイミングが破壊強度となり、それ以上の荷重を受けると際限無く潰れ、正面フレームを支持できなくなる。よって、特許文献１に記載された鉄道車両は、衝突時における居住空間の保護が不十分であり、改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本明細書で開示する技術の一態様は、（１）台枠と、前記台枠の車両前後方向の前側端部に立設された正面フレームと、Ｖ字形をなし、前記正面フレームより後方に隙間を空けて配置され、両端部を前記台枠に固定される支持フレームと、を有し、前記隙間は、前記正面フレームが塑性変形した後、前記正面フレームを前記支持フレームに接触させるための隙間である、ように構成されている鉄道車両である。

【0007】

上記構成を有する鉄道車両では、衝突開始時、正面フレームが支持フレームとの間の隙間分、単独で変形する。隙間が残っている間は、衝突エネルギーは、正面フレームの変形と、正面フレームと支持フレームとの間の隙間と、によって吸収される。隙間を超えて塑性変形した正面フレームは、後方に固定された支持フレームに接触し、衝撃荷重を支持フレームに伝達する。支持フレームは、Ｖ字形をなし、両端部が台枠に固定されたトラス状の構造をなし、破壊強度が強くされている。支持フレームは、正面フレームを塑性変形させる衝撃荷重以上の荷重を、塑性変形した正面フレームから受けても、破壊強度に至らず、居住空間側へ塑性変形する正面フレームを支持して居住空間を保護できる。

【0008】

（２）（１）に記載する鉄道車両において、前記支持フレームは、第１支持柱と第２支持柱とを結合した櫓構造をなし、前記第１支持柱は、前記正面フレームの後方に前記隙間を空けて前記台枠に垂設され、前記第２支持柱は、前記第１支持柱の後方に配置され、一端が前記第１支持柱の上端部に結合され、他端が前記台枠に結合されている、ことが好ましい。

【0009】

上記構成を有する鉄道車両は、居住空間側に正面フレームが塑性変形する場合、支持フレームの第２支持柱が台枠と塑性変形する正面フレームとの間で突っ張って、正面フレームの変形を阻止し、居住空間を保護できる。

【0010】

（３）（１）または（２）に記載する鉄道車両において、前記正面フレームは、前記支持フレームに前記隙間を空けて正対するように車両前方に配置され、前記台枠に立設された縦柱を含み、前記縦柱は、障害物と前記支持フレームとの間で塑性変形して衝突エネルギーを吸収する、ことが好ましい。

【0011】

上記構成を有する鉄道車両は、例えば、車両前方に障害物が衝突した場合、正面フレームの縦柱が変形し、衝突エネルギーを吸収する。縦柱は、支持フレームとの間の隙間を狭めるように塑性変形することで、衝突エネルギーをさらに吸収できる。縦柱が隙間を無くすまで塑性変形し、支持フレームに接触すると、正面フレームが縦柱を介して支持フレームに支持され、居住空間側への変形を抑制される。よって、鉄道車両は、衝突エネルギーを吸収する縦柱を座屈させる衝撃荷重が車両前方に作用しても、居住空間を保護できる。

【0012】

（４）（３）に記載する鉄道車両において、前記正面フレームは、前記縦柱の前方に配置される衝撃吸収部材を有し、前記衝撃吸収部材および前記縦柱は、障害物と前記支持フレームとの間で塑性変形して衝突エネルギーを吸収する、ことが好ましい。

【0013】

上記構成を有する鉄道車両は、例えば、車両前方に障害物が衝突した場合に、縦柱だけでなく、衝撃吸収部材によっても衝突エネルギーを吸収できるので、衝撃荷重のピーク値を抑制し、より一層確実に居住空間を保護できる。

【0014】

（５）（３）または（４）に記載する鉄道車両において、前記支持フレームは、前記縦柱と比べて高さが低い、ことが好ましい。

【0015】

上記構成を有する鉄道車両は、支持フレームが破壊強度に至る前に正面フレームの縦柱にめり込んで正面フレームの変形を抑制し、居住空間を保護できる。

【0016】

（６）（１）から（５）の何れか１つに記載する鉄道車両において、前記支持フレームの頂部に対応する位置で前記正面フレームに固定され、塑性変形する前記正面フレームに対して前記支持フレームの位置ずれを抑制する位置ずれ防止部材を有する、ことが好ましい。

【0017】

上記構成を有する鉄道車両は、正面フレームが塑性変形する場合に、支持フレームが位置ずれ防止部材に案内されて正面フレームにめり込むので、支持フレームが塑性変形する正面フレームを確実に支持できる。また、鉄道車両は、障害物と支持フレームの間で正面フレームの部品を安定して押し潰すことにより、衝突エネルギーを安定して吸収することができる。

【0018】

（７）（１）から（６）の何れか１つに記載する鉄道車両において、前記台枠は、車両幅方向両端部に前記車両前後方向に沿って配置される側梁と、前記側梁より車内側の位置に前記車両前後方向に沿って配置される中梁と、前記前側端部に配置され、前記側梁と前記中梁とに結合する前側端梁と、を有し、前記支持フレームの両端部が前記前側端梁に結合し、前記支持フレームが前記正面フレームから受けた荷重を、前記前側端梁から前記中梁に伝達する中間フレームを有する、ことが好ましい。

【0019】

上記構成を有する鉄道車両は、支持フレームが正面フレームから受ける荷重を前側端梁と中間フレームとを介して中梁に伝達できるので、支持フレームが受ける衝撃荷重が中間フレームによって支持され、支持フレームおよびその後方の構造が衝撃荷重で変形するのを抑制できる。

【0020】

（８）（１）から（７）の何れか１つに記載する鉄道車両において、前記正面フレームの後方であって前記支持フレームの固定位置で前記台枠に溶接される固定プレートを有し、前記支持フレームの一端および他端が前記固定プレートに接合されている、ことが好ましい。

【0021】

上記構成を有する鉄道車両は、例えば、支持フレームと固定プレートとをあらかじめ溶接等で組み立てたものを台枠に溶接する工法をとることにより、正面フレームと台枠との組み立て後に支持フレームを台枠に取り付けることができ、支持フレームと正面フレームとの間に形成する隙間の調整が容易になる。

【0022】

（９）（８）に記載する鉄道車両において、前記固定プレートは、溶接に用いる複数の穴部を有する、ことが好ましい。

【0023】

上記構成を有する鉄道車両は、複数の穴部の縁部に沿って溶接し、あるいは、複数の穴部を用いて栓溶接することにより、固定プレートの溶接長を大きくできる。これにより、支持フレームが固定プレートを介して台枠に強固に固定される。よって、支持フレームは、正面フレームから荷重を受けても台枠から離脱しにくく、居住空間を保護できる。

【発明の効果】

【0024】

上記鉄道車両によれば、衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収構造を備える鉄道車両において、衝撃荷重の緩和と居住空間の保護とを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施形態の鉄道車両の側面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面から見た先頭部構体構造を示す図である。

【図3】図２のＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図２のＣ－Ｃ断面の要部拡大斜視図である。

【図5】図２のＣ－Ｃ断面図である。

【図6】衝突による車両変形のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】衝突による車両変形のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】衝突による車両変形のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】衝突による車両変形のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】鉄道車両の異なる実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本形態の鉄道車両について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書は、前頭部に衝撃吸収構造を備える鉄道車両を開示する。

【0027】

＜鉄道車両の構成＞
図１に示す本形態の鉄道車両１は、レールＲａに沿って走行する列車の先頭車両である。鉄道車両１は、台枠２と、側構体３と、先頭構体４と、屋根構体５と、図示しない妻構体と、を備え、台枠２の前後端部付近に台車７が配置されている。鉄道車両１は、前方部分に前面窓６を備える。本形態の前面窓６は、１枚窓で形成されているが、複数の窓を並べて構成されてもよい。前面窓６の後方は、運転室であってもよいし、客席であってもよい。以下、前面窓６に臨む乗務員または乗客がいる空間を居住空間ＳＰという。

【0028】

図１および図２に示すように、側構体３は、台枠２の車幅方向両端部に車両前後方向Ｘに沿って配置され、下端部を台枠２に結合されている。側構体３には、図示しないドアや窓を取り付けるための側開口部が形成されている。先頭構体４は、台枠２および側構体３の前側端部にそれぞれ結合されている。先頭構体４は、車幅方向Ｙに沿って前面窓６を取り付けるための窓取付開口部４７が設けられている。屋根構体５は、側構体３、先頭構体４、および、図示しない妻構体の上端部にそれぞれ結合されている。

【0029】

鉄道車両１の先頭構体４は、前面窓６の下側に正面フレーム４１を設けられ、衝突時の衝撃荷重が正面フレーム４１によって支持される。鉄道車両１は、正面フレーム後方の左右対称位置に、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂが正面フレーム４１との間に車両前後方向Ｘに隙間Ｓ１１を空けて設置されている。正面フレーム４１、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂ、隙間Ｓ１１については、後述する。なお、図１および図２に示すＸ，Ｙ，Ｚは、鉄道車両１の向きを示す。Ｘは、車両前後方向を示し、Ｙは、車幅方向を示し、Ｚは、車両上下方向を示す。

【0030】

図３を参照して台枠２の構造を説明する。台枠２は、側梁２１Ａ，２１Ｂと、前側端梁２２Ａ，２２Ｂと、中梁２３Ａ，２３Ｂと、枕梁２４と、横梁２５Ａ，２５Ｂと、を備えている。

【0031】

側梁２１Ａ，２１Ｂは、台枠２の左右両側に車両前後方向Ｘに沿って配置されている。中梁２３Ａ，２３Ｂは、側梁２１Ａ，２１Ｂの間に車両前後方向Ｘに沿って平行に配置されている。中梁２３Ａ，２３Ｂは、台枠２の中央付近に車両前後方向Ｘに沿って平行に配置され、結合梁２８を介して結合されている。

【0032】

前側端梁２２Ａは、側梁２１Ａおよび中梁２３Ａの前側端部とそれぞれ結合している。枕梁２４は、前側端梁２２Ａの後方に配置されて側梁２１Ａに結合されており、前方には中梁２３Ａが結合されている。枕梁２４は、下方から台車７に支持されている。横梁２５Ａは、前側端梁２２Ａと枕梁２４との間に車幅方向Ｙに沿って架設されている。前側端梁２２Ｂおよび横梁２５Ｂは、前側端梁２２Ａおよび横梁２５Ａと同様に配置されている。前側端梁２２Ａ，２２Ｂは、連結梁３１を介して連結されている。

【0033】

図２および図４を参照して先頭構体４の構造を説明する。先頭構体４は、正面フレーム４１の外側に外板４５が溶接等で結合されている。外板４５は、車両上下方向Ｚの約上半分より上側に窓取付開口部４７が形成されている。正面フレーム４１は、窓取付開口部４７の下側で外板４５を車内側から支持する。

【0034】

正面フレーム４１は、隅柱４１１Ａ，４１１Ｂと、中央柱４１２と、縦柱４１３Ａ，４１３Ｂと、横桁４１７と、横補強桁４１４Ａ，４１４Ｂ、４１５Ａ，４１５Ｂ，４１６Ａ，４１６Ｂと、縦補強桁４１８Ａ，４１８Ｂと、上下結合柱４１９Ａ，４１９Ｂと、を備える。中央柱４１２と、縦柱４１３Ａ，４１３Ｂと、横補強桁４１４Ａ，４１４Ｂ、４１５Ａ，４１５Ｂ，４１６Ａ，４１６Ｂと、縦補強桁４１８Ａ，４１８Ｂとは、衝突エネルギーを吸収するために、中空部を備えている。

【0035】

隅柱４１１Ａ，４１１Ｂは、先頭構体４の前面と側面との接続部で台枠２の前側端部に立設されている。中央柱４１２は、先頭構体４の車幅方向中央部で台枠２の前側端部に立設されている。隅柱４１１Ａ，４１１Ｂと中央柱４１２とは、台枠２から窓取付開口部４７の下端部まで延びて配置され、窓取付開口部４７の下端部に沿って配置される横桁４１７に溶接等で結合されている。隅柱４１１Ａ，４１１Ｂの上端部は、窓取付開口部４７の側端部に沿って上方に延設される上下結合柱４１９Ａ，４１９Ｂを介して屋根構体５に結合されている。

【0036】

縦柱４１３Ａは、隅柱４１１Ａと中央柱４１２との間に立設されている。縦柱４１３Ａは、隅柱４１１Ａと中央柱４１２との中間位置より中央柱４１２寄りに立設されている。縦柱４１３Ａは、台枠２から隅柱４１１Ａおよび中央柱４１２の約半分の高さまで延びて配置され、台枠２の前側端部に垂直に立設されている。横補強桁４１４Ａ、４１５Ａは、台枠２と窓取付開口部４７とのほぼ中間位置に配置されている。横補強桁４１４Ａは、隅柱４１１Ａと縦柱４１３Ａとに結合されている。横補強桁４１５Ａは、縦柱４１３Ａと中央柱４１２とに結合されている。横補強桁４１６Ａは、横補強桁４１５Ａの下方に台枠２の前側端部に沿って配置され、縦柱４１３Ａと中央柱４１２とに結合されている。

【0037】

縦補強桁４１８Ａは、隅柱４１１Ａと中央柱４１２との中間位置、すなわち、縦柱４１３Ａより隅柱４１１Ａ寄りに車両上下方向Ｚに沿って配置され、横桁４１７と横補強桁４１４Ａとに溶接等で結合されている。縦柱４１３Ｂ，横補強桁４１４Ｂ，４１５Ｂ，４１６Ｂ、縦補強桁４１８Ｂは、縦柱４１３Ａ，横補強桁４１４Ａ，４１５Ａ，４１６Ａ、縦補強桁４１８Ａと同様に構成されているので、説明を省略する。

【0038】

図４および図５を参照して支持フレーム１０Ａ，１０Ｂの構造を説明する。支持フレーム１０Ａ，１０Ｂは、同様に構成されているので、ここでは支持フレーム１０Ａについて説明し、支持フレーム１０Ｂの説明を省略する。

【0039】

図４および図５に示すように、支持フレーム１０Ａは、正面フレーム４１の縦柱４１３Ａの真後ろに、隙間Ｓ１１を空けて設置されている。隙間Ｓ１１は、正面フレーム４１が塑性変形した後、正面フレーム４１の縦柱４１３Ａを支持フレーム１０Ａに接触させるための間隔である。本実施形態は、支持フレーム１０Ａと縦柱４１３Ａとの車両前後方向Ｘの間隔を５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下として、隙間Ｓ１１を形成している。

【0040】

支持フレーム１０Ａは、正面フレーム４１が居住空間ＳＰ側へ塑性変形した場合に縦柱４１３Ａにめり込んで正面フレーム４１を支持するように、車幅方向Ｙの幅寸法が縦柱４１３Ａの幅寸法より小さく、車両上下方向Ｚの高さが縦柱４１３Ａの高さより低くされている。縦柱４１３Ａは、中空部を備えることにより、支持フレーム１０Ａより破壊強度が小さく、塑性変形しやすい。本形態の支持フレーム１０Ａは、第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとの上端部を結合してＶ字形（設置状態ではＡ字形）に結合した櫓構造を備える。支持フレーム１０Ａは、前後方向に離間した両下端部が台枠２に固定されることでトラス状の構造を形成し、外力に対する強度を増加させている。

【0041】

第１支持柱１１Ａは、縦柱４１３Ａの真後ろに隙間Ｓ１１を空けて、台枠２の前側端梁２２Ａに垂設されている。本形態の第１支持柱１１Ａは、板状の直方体形状をなす。第１支持柱１１Ａは、車両上下方向Ｚの高さ（縦寸法）が縦柱４１３Ａの高さ（縦寸法）より低く、車幅方向Ｙの横幅寸法が縦柱４１３Ａの横幅寸法より小さく、車両前後方向Ｘの厚さが縦柱４１３Ａの車両前後方向Ｘの長さより小さい。第２支持柱１２Ａは、第１支持柱１１Ａより太く、強度が大きい。第２支持柱１２Ａは、一端が第１支持柱１１Ａの上端部に固定され、他端が台枠２の前側端梁２２Ａに固定されることで、前方を後方より高くして傾斜し、居住空間ＳＰ側へ倒れた縦柱４１３Ａと台枠２との間で突っ張って正面フレーム４１を支えることができる。

【0042】

図５に示すように、支持フレーム１０Ａは、位置ずれ防止部材１５Ａを介して、塑性変形する縦柱４１３Ａに案内される。位置ずれ防止部材１５Ａは、上板１５１の車幅方向Ｙの両端部に側板１５２を結合したコの字形状をなす。位置ずれ防止部材１５Ａは、第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとの結合部分を上方と左右方向から覆う位置で、縦柱４１３Ａの後方に位置する面に固定されている。位置ずれカバーと支持フレーム１０Ａとの間には、僅かな隙間が形成され、車両走行時に接触することによる騒音を防止すると共に、車両製作時の支持フレーム１０Ａの位置調整を容易にしている。

【0043】

図４に示すように、支持フレーム１０Ａは、固定プレート１６Ａを介して台枠２に固定されている。固定プレート１６Ａは、細長い板形状をなす。固定プレート１６Ａは、溶接長を拡大するため、複数の穴部を備えている。本形態の固定プレート１６Ａは、車幅方向Ｙ（短手方向）の両端部に車両前後方向Ｘ（長手方向）に沿って栓溶接用の溶接穴１６１が複数形成されている。さらに、固定プレート１６Ａは、車幅方向Ｙの中央部に車両前後方向Ｘに沿って栓溶接用の溶接穴１６１よりも径が大きく、内縁を隅肉溶接可能な溶接穴１６２が複数形成されている。溶接穴１６１，１６２は、「複数の穴部」の一例である。

【0044】

支持フレーム１０Ａは、固定プレート１６Ａを用いて、構体に後付けされる。すなわち、固定プレート１６Ａは、構体組み立て後、前側端梁２２Ａに栓溶接、および、周囲を線溶接される。支持フレーム１０Ａは、第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとを固定プレート１６Ａ上に配置し、第１支持柱１１Ａの縁部と固定プレート１６Ａ、および、第２支持柱１２Ａの縁部と固定プレート１６Ａ、をそれぞれ溶接することで、台枠２に固定されている。固定プレート１６Ａは、さらに、溶接穴１６２の縁部に沿って溶接され、台枠２に固定されている。

【0045】

続いて、鉄道車両１の衝突時の変形について、図６～図９のシミュレーション結果を参照して説明する。本形態では、車高が高く且つ質量の大きな障害物ＯＢに鉄道車両１が正面衝突する場合を例にして説明する。鉄道車両１は、ほぼ左右同様に変形を生じるので、ここでは、左半分の変形を例にして説明する。

【0046】

図６に示すように、鉄道車両１が障害物ＯＢに衝突する前は、正面フレーム４１の縦柱４１３Ａと支持フレーム１０Ａの第１支持柱１１Ａとの間に隙間Ｓ１１が設けられ、支持フレーム１０Ａが正面フレーム４１に非接触である。

【0047】

図７に示すように、鉄道車両１が障害物ＯＢへの衝突を開始すると、正面フレーム４１が支持フレーム１０Ａに接触するまで、先頭構体４が単独で変形する。すなわち、正面フレーム４１は、まず、中央柱４１２が変形して衝突エネルギーを吸収する。中央柱４１２が受けた衝撃荷重は、横補強桁４１５Ａ，４１６Ａを介して縦柱４１３Ａに伝達される。このとき、横補強桁４１５Ａ，４１６Ａが変形して衝撃荷重を緩和する。縦柱４１３Ａは、横補強桁４１５Ａ，４１６Ａとの結合部分に引っ張り荷重が作用し、台枠２との結合部分を起点に曲げモーメントが作用する。引っ張り荷重は、横補強桁４１４Ａおよび縦補強桁４１８Ａへ伝達される。横補強桁４１４Ａおよび縦補強桁４１８Ａは、塑性変形し、引っ張り荷重を軽減する。正面フレーム４１は、中央柱４１２に作用した衝撃荷重が縦柱４１３Ａ、横補強桁４１４Ａなどに分散し、衝突エネルギーが吸収される。

【0048】

図８に示すように、正面フレーム４１の縦柱４１３Ａは、支持フレーム１０Ａとの間の隙間Ｓ１１を狭めながら居住空間ＳＰ側に塑性変形し、支持フレーム１０Ａに接触する。よって、鉄道車両１は、正面フレーム４１と支持フレーム１０Ａとの間の隙間Ｓ１１によって衝突開始時の衝撃荷重が緩和される。

【0049】

縦柱４１３Ａは、隙間Ｓ１１を無くすまで塑性変形し、支持フレーム１０Ａに接触する。支持フレーム１０Ａは、Ｖ字形に形成され、両端部（第１支持柱１１Ａおよび第２支持柱１２Ａ）が台枠２に固定されることで、外力に対する強度が高いトラス状の構造を形成し、縦柱４１３Ａより破壊強度が高くされている。しかも、支持フレーム１０Ａは、第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとを介して、縦柱４１３Ａから受ける衝撃荷重を台枠２に分散させることができ、支持フレーム１０Ａよりも後方の構造に荷重が集中することによる変形も防止できる。よって、支持フレーム１０Ａおよびその後方の構造は、正面フレーム４１から衝撃荷重を伝達されても、変形しにくい。

【0050】

支持フレーム１０Ａは、台枠２に垂設された第１支持柱１１Ａと、第１支持柱１１Ａと台枠２との間に傾斜して設置される第２支持柱１２Ａと、を結合した櫓構造をなし、正面フレーム４１から付与された衝撃荷重と反対向きに正面フレーム４１を押し返し、正面フレーム４１を支持できる。これにより、衝突時に正面フレーム４１が変形して居住空間ＳＰを圧迫することを抑制できる。

【0051】

支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａと比べて高さが低く、幅寸法が小さい。居住空間ＳＰ側へ塑性変形した縦柱４１３Ａが支持フレーム１０Ａの頂部付近、すなわち、第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとの結合部分付近に接触すると、支持フレーム１０Ａの頂部が集中的に縦柱４１３Ａに押し付けられ、第１支持柱１１Ａが第２支持柱１２Ａに支えられた状態で縦柱４１３Ａにめり込む。さらに、縦柱４１３Ａの車長方向（前後方向）Ｘの寸法は、第１支持柱１１Ａの車長方向（前後方向）Ｘの長さ（厚さ）よりも大きい。そのため、縦柱４１３Ａの側面は第１支持柱１１Ａの側面よりも座屈荷重が小さい。よって、縦柱４１３Ａの側面が優先的に座屈する。第１支持柱１１Ａが縦柱４１３Ａにめり込んだ際に、第２支持柱１２Ａは、縦柱４１３Ａと台枠２との間で突っ張って、曲げモーメントが作用する正面フレーム４１を支え、居住空間ＳＰを保護する。

【0052】

縦柱４１３Ａが隙間Ｓ１１側へ塑性変形する際に、位置ずれ防止部材１５Ａは縦柱４１３Ａが支持フレーム１０Ａから外れないように案内する。位置ずれ防止部材１５Ａは、左右両側の側板１５２によって支持フレーム１０Ａが縦柱４１３Ａに対して左右方向にずれることを回避できる。位置ずれ防止部材１５Ａは、縦柱４１３Ａの居住空間ＳＰ側への塑性変形に応じて、左右両側の側板１５２を結合する上板１５１によって支持フレーム１０Ａを縦柱４１３Ａ側に押し付けることができる。よって、支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａに確実にめり込んで正面フレーム４１を支持することができる。さらに、ずれを防止することにより支持フレーム１０Ａと障害物ＯＢとの間で縦柱４１３Ａの中空断面を安定的に押し潰すことができ、効果的に衝突エネルギーを吸収できる。

【0053】

支持フレーム１０Ａが縦柱４１３Ａから受ける衝撃荷重は、前側端梁２２Ａ、支持フレーム１０Ａの後端近傍の前側端梁２２Ａから横梁２５Ａに車両長手方向に平行に延設される第１中間フレーム１３Ａ、横梁２５Ａ、第１中間フレーム１３Ａが接合された横梁２５の後面から後段の横梁２５Ａと中梁２３Ａとの接合部に向けて車両長手方向に対して傾斜して延在する第２中間フレーム１４Ａを介して中梁２３Ａへ伝達され、支持される。そのため、支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａから受ける荷重により潰れ難い。

【0054】

支持フレーム１０Ａは、固定プレート１６Ａを用いて台枠２に溶接する溶接領域を増やしている。よって、支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａから後方への荷重を受けても、台枠２から引き剥がされずに正面フレーム４１を支持することができる。

【0055】

図９に示すように、衝突終了時、前側端梁２２Ａや中梁２３Ａの前側端部や第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａなどが変形することがある。この場合も、支持フレーム１０Ａは、破壊強度には至らず、正面フレーム４１を後方から支持して正面フレーム４１が居住空間ＳＰ側へ倒れ込むのを防止して居住空間ＳＰを保護できる。

【0056】

以上説明したように、本形態の鉄道車両１は、衝突開始時、正面フレーム４１が支持フレーム１０Ａとの間の隙間Ｓ１１分、単独で変形する。隙間Ｓ１１が残っている間、衝突エネルギーは、正面フレーム４１の変形と、正面フレーム４１と支持フレーム１０Ａとの間の隙間Ｓ１１と、によって吸収される。隙間Ｓ１１を超えて塑性変形した正面フレーム４１は、後方に固定された支持フレーム１０Ａに接触し、衝撃荷重を支持フレーム１０Ａに伝達する。支持フレーム１０Ａは、Ｖ字形をなし、両端部が台枠２に固定されたトラス状の構造をなし、破壊強度が強くされている。支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａを塑性変形させる衝撃荷重以上の荷重を、塑性変形した正面フレーム４１から受けても、破壊強度に至らず、居住空間ＳＰ側へ塑性変形する正面フレーム４１を支持して居住空間ＳＰを保護すると同時に、縦柱４１３Ａの変形によりさらに衝突エネルギーを吸収できる。よって、本形態の鉄道車両１によれば、衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収構造を備える鉄道車両１において、衝撃荷重の緩和と居住空間ＳＰの保護とを実現できる。

【0057】

＜変形例＞
本明細書において開示する技術は、上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態では、台枠２が左右に分割されて対称の構造を有するが、左右対称の構造でなくてもよい。

【0058】

支持フレーム１０Ａは、１部品で構成されてもよい。ただし、支持フレーム１０Ａが第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとを結合した櫓構造をなし、第１支持柱１１Ａが縦柱４１３Ａの後方に隙間Ｓ１１を空けて台枠２に垂設され、第２支持柱１２Ａが第１支持柱１１Ａの後方に配置されて台枠２と第１支持柱１１Ａとの間に傾斜して設置されることで、支持フレーム１０Ａは、第２支持柱１２Ａが台枠２と塑性変形する正面フレーム４１との間で突っ張って、正面フレーム４１の変形を抑制し、居住空間ＳＰを保護できる。

【0059】

支持フレーム１０Ａは、例えば、第１支持柱１１Ａが台枠２に対して垂設されず、台枠２に対して直角三角形状に形成されていなくてもよい。ただし、支持フレーム１０Ａは、第１支持柱１１Ａが台枠２に対して垂設され、台枠２に対して直角三角形状に形成されていることにより、居住空間ＳＰ側に倒れる正面フレーム４１から受ける荷重によって倒れ込みにくくなり、正面フレーム４１を支持し易くなる。

【0060】

鉄道車両１は、正面フレーム４１に変えて、例えば図１０に示す正面フレーム１０４１を使用してもよい。正面フレーム１０４１は、横補強桁４１４Ａを複数有し、縦柱１４１３Ａが、支持フレーム１０Ａに隙間Ｓ１１を空けて正対するように車両前方に配置され、台枠２に垂設されている。縦柱１４１３Ａは、横補強桁４１４Ａを超えて上方に延び、横桁４１７に接続している。正面フレーム１０４１は、縦柱１４１３Ａの前方に衝撃吸収部材１４２０が配置されている。衝撃吸収部材１４２０は、例えば、中空部を備える柱により形成され、縦柱１４１３Ａの前面に車両前後方向Ｘと略平行に配置されている。正面フレーム１０４１を備える鉄道車両１は、例えば、車両前方に障害物が衝突した場合に、縦柱１４１３Ａだけでなく、衝撃吸収部材１４２０によっても衝突エネルギーを吸収できるので、衝撃荷重のピーク値を抑制し、より一層確実に居住空間ＳＰを保護できる。また、鉄道車両１は、衝撃吸収部材１４２０によって、縦柱１４１３Ａの後方の隙間Ｓ１１だけでなく、縦柱１４１３Ａの前方にも隙間Ｓ１２を設けることで、衝突エネルギーの吸収量が増え、居住空間ＳＰを保護しやすくなる。

【0061】

支持フレーム１０Ａは、縦柱４１３Ａと同じ高さ、あるいは、縦柱４１３Ａより高さが高くてもよい。ただし、支持フレーム１０Ａが縦柱４１３Ａより高さが低いことにより、支持フレーム１０Ａが破壊強度に至る前に縦柱４１３Ａにめり込んで正面フレーム４１の変形を抑制し、居住空間ＳＰを保護できる。また、縦柱４１３Ａの変形によりさらに衝突エネルギーが吸収される。

【0062】

位置ずれ防止部材１５Ａ，１５Ｂはなくてもよい。ただし、縦柱４１３Ａ，４１３Ｂに位置ずれ防止部材１５Ａ，１５Ｂを固定することで、正面フレーム４１が塑性変形する場合に、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂが位置ずれ防止部材１５Ａ，１５Ｂに案内されて縦柱４１３Ａ，４１３Ｂにめり込むので、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂが塑性変形する正面フレーム４１を確実に支持できる。また、鉄道車両１は、障害物と支持フレーム１０Ａとの間で正面フレームの部品である縦柱４１３Ａを安定して押し潰し、縦柱４１３Ａを変形させることにより、さらに衝突エネルギーを安定して吸収できる。

【0063】

第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａはなくてもよい。ただし、例えば、第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａを有することにより、支持フレーム１０Ａが正面フレーム４１から受ける荷重を前側端梁２２Ａ、第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａ、横梁２５Ａを介して中梁２３Ａに伝達できるので、支持フレーム１０Ａが受ける衝撃荷重が第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａによって支持され、支持フレーム１０Ａおよびその後方の構造が衝撃荷重で変形するのを抑制できる。

【0064】

第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａに代えて、前側端梁２２Ａと中梁２３Ａとに結合する中間フレームを使用してもよい。この場合も、支持フレーム１０Ａが受ける衝撃荷重を中梁２３Ａに伝達して支持し、支持フレーム１０Ａが衝撃荷重で変形するのを抑制できる。ただし、第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａを用いて支持フレーム１０Ａから中梁２３Ａに衝撃荷重を伝達する経路を長く確保することで、第１および第２中間フレーム１３Ａ，１４Ａが変形して衝突エネルギーを吸収することが期待できる。

【0065】

第１中間フレーム１３Ａが枕梁２４まで伸びている構造でもよい。ただし、第２中間フレーム１４Ａを用いて中梁２３Ａに衝撃荷重を伝達することにより、部材長さが低減され、より軽量な構造で衝撃荷重を支持することができる。

【0066】

固定プレート１６Ａ，１６Ｂを省略し、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂが台枠２に直接溶接等で固定されてもよい。ただし、鉄道車両１は、固定プレート１６Ａ，１６Ｂを介して支持フレーム１０Ａ，１０Ｂを台枠２に固定することで、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂと固定プレート１６Ａ，１６Ｂとをあらかじめ溶接等で組み立てたものを台枠２に溶接する工法をとることが可能になる。これによれば、鉄道車両１は、正面フレーム４１と台枠２との組み立て後に支持フレーム１０Ａ，１０Ｂを台枠２に取り付けることができ、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂと正面フレーム４１の縦柱４１３Ａ，４１３Ｂとの間に形成する隙間Ｓ１１の調整が容易になる。

【0067】

固定プレート１６Ａ，１６Ｂの溶接穴１６１，１６２は、なくてもよい。ただし、固定プレート１６Ａ，１６Ｂは、溶接穴１６１，１６２を設けて溶接長を大きくすることにより、支持フレーム１０Ａ，１０Ｂが固定プレート１６Ａ，１６Ｂを介して台枠２に強固に固定される。よって、支持フレーム１０Ａは、正面フレーム４１から荷重を受けても台枠２２から離脱しにくく、居住空間ＳＰを保護できる。

【0068】

台枠２は、例えば、中梁１本、前側端梁を車幅方向Ｙに沿って１本配置するなど、上記実施形態の構造と異なる構造であってもよい。先頭構体４は、車両前方に突き出す形状でなく、車両後方に凹む形状や、車幅方向Ｙに沿って平坦な形状など、上記実施形態と異なる形状であってもよい。正面フレーム４１は、上記実施形態と異なる構成でもよい。例えば、正面フレーム４１は、縦柱４１３Ａ，４１３Ｂの数を増減させてもよいし、中央柱４１２を省略してもよいし、横補強桁４１４Ａ，４１６Ａとの間に更に横補強桁を配置してもよいし、縦補強桁４１８Ａ，４１８Ｂの数を増減してもよいし、隅柱４１１Ａ，４１１Ｂを台枠２から屋根構体５まで延びるように配置して上下結合柱４１９Ａ，４１９Ｂを省略してもよい。

【0069】

支持フレームは、正面フレームを構成する縦柱の後方に隙間Ｓ１１を空けて設置すれば、上記実施形態と数や配置が異なってもよい。縦柱４１３Ａ，４１３Ｂは、穴を開設することで強度を調整してもよい。

【0070】

支持フレーム１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、車両前後方向Ｘに沿って配置されて第１支持柱１１Ａと第２支持柱１２Ａとを結合する補強柱をさらに備えていてもよい。

【0071】

縦柱４１３Ａは、中空の四角柱形状に形成されたり、台枠２に対して垂直に設置されたりしていなくてもよい。例えば、縦柱４１３Ａは、先頭形状に応じて湾曲した形状でもよいし、台枠２に対して傾斜していてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 鉄道車両
２ 台枠
１０Ａ，１０Ｂ 支持フレーム
２２Ａ，２２Ｂ 前側端梁
２３Ａ，２３Ｂ 中梁
４１ 正面フレーム
Ｓ１１ 隙間

【要約】

【課題】衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収構造を備える鉄道車両において、衝撃荷重の緩和と居住空間の保護とを実現すること。
【解決手段】鉄道車両１は、台枠２の車両前後方向Ｘの前側端部に正面フレーム４１が立設されている。鉄道車両１は、正面フレーム４１より後方に隙間Ｓ１１を空けて支持フレーム１０Ａを設置する。支持フレーム１０Ａは、Ｖ字形に形成され、両端部が台枠２に固定される。隙間Ｓ１１は、正面フレーム４１が塑性変形した後、正面フレーム４１を支持フレーム１０Ａに接触させるように設ける。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】