JP2000264203A

JP2000264203A - 鉄道車両における衝撃吸収構造及び衝撃吸収方法

Info

Publication number: JP2000264203A
Application number: JP11069484A
Authority: JP
Inventors: Koji Funatsu; 浩二舟津; Yasushi Ujita; 寧宇治田; Yasufumi Suzuki; 康文鈴木
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】既存の構造体の一部を改造することにより、
簡単に且つ安価に安全対策が行える鉄道車両における衝
撃吸収構造及び衝撃吸収方法を提供する。【解決手段】鉄道車両の台枠１０は、前後方向に延び
る側梁１２及び中梁１９と、左右方向に延びる端梁１
３、横梁１５、床受梁１６及び枕梁１７を備えている。
側梁１２及び中梁１９は大部分は断面コ字状の溝形鋼か
らなるが、衝撃吸収構造部１については周囲を壁材で囲
まれた中空の閉構造部材からなる。衝撃吸収構造部１の
側壁には、左右方向に開放されたほぼ円形の肉抜き孔２
０が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の衝突時
にエネルギーを吸収して、乗客、乗務員に与える衝撃を
緩和するようにした鉄道車両における衝撃吸収構造及び
衝撃吸収方法に関する。特には、既存の構造体の一部を
改造することにより、簡単に且つ安価に安全対策が行え
る鉄道車両における衝撃吸収構造及び衝撃吸収方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鉄道車
両には、車輪がモータやエンジンで駆動される動力車両
と、この動力車両に推進又は牽引され、自身では動力を
有しない付随車両とがある。隣り合う車両同士（動力車
両と付随車両又は付随車両同士）は、連結器により連結
されている。連結器には連結器作用力（自連力という）
が掛かり、この力のピーク値を低減するために緩衝器が
備えられている。

【０００３】ところで、車両が他の車両あるいは踏切等
で障害物に誤って衝突した際には、車両最前方の車体が
後方の車体よりも破損規模が大きい。一方、衝突した車
両の速度が大きい場合は、低い場合よりも破損規模が大
きい。このため、衝突に関する対策は、詳細には車体部
位や衝突時の状況により、幾つかの異なった手段があ
る。しかしながら、比較的小規模の衝突であっても、車
体の破損を完全に回避するのはほとんど不可能である。
したがって、車両衝突時においては、いかにして乗客、
乗務員に与える衝撃を緩和するか、また、いかにして車
体の破損規模を小さく抑えるかが重要な問題となる。さ
らに、車体構造部材が局部的に大きく変形して客室の空
間がつぶされてしまうような事態も避けなければならな
い。

【０００４】このような車両衝突時における破損規模の
抑制対策として、従来は上記緩衝器の衝撃吸収容量を強
化することが考えられる。ところが、緩衝器の本来の目
的は、車両走行時あるいは連結時の前後動や衝撃を緩和
するものであり、緩衝器では通常使用時の性能を満足
し、さらに衝突事故時のエネルギーを吸収できるものを
設計することは困難である。そのため、衝突時に乗客・
乗員の受けるショックが大きくなり、被害が大きくなる
恐れが多かった。

【０００５】また、衝撃エネルギー吸収のための他の装
置ないしは機器を設けるとすると、既存の車両に設置す
るのに多大な手間とコストを要するという問題がある。
さらに、装置分の重量が増すため、車両全体としての重
量も増えるという問題もあった。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、既存の構造体であっても、その一部を改
造することにより、簡単に且つ安価に安全対策が行える
鉄道車両における衝撃吸収構造及び衝撃吸収方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の鉄道車両における衝撃吸収構造は、鉄道車
両が衝突した際に圧縮荷重を受ける車体構造部材におけ
る衝撃吸収構造であって；上記車体構造部材を、上記
圧縮荷重方向に交差する断面において、基本的には周囲
を壁材で囲まれた中空の閉構造とするとともに、該壁材
の要所に肉抜き孔を設け、鉄道車両の衝突時において
該車体構造部材がアコーディオン状に圧縮変形すること
を助長したことを特徴とする。

【０００８】一般に、既存の車体の主要構造部材は断面
がコ字状の開構造のもの（溝形鋼等）が多い。この部材
を閉断面化し、さらに肉抜き孔を設けることにより、車
両が衝突した際（部材が軸方向に圧縮荷重を受けた際）
に、肉抜き孔部分がアコーディオン状にほぼ一定荷重で
圧縮変形する。これにより、衝突エネルギーが吸収され
やすくなるので、乗客・乗員部分の車体の破損規模を小
さく抑えることができる。また、乗客・乗員にかかるシ
ョックが小さくなる。本発明の構造は、緩衝器の衝撃吸
収能力を超えるような力（衝突による衝撃力）が大規模
にかかるような場合に有効である。特に、既存の車両に
対しても改造が容易であり、安価に実現できるという利
点が著しい。

【０００９】本発明においては、例えば通勤用車両であ
れば、上記車体構造部材が運転席後方の信号機器室部の
台枠の側梁及び中梁であることが好ましい。これによ
り、衝突時は信号機器室部がアコーディオン状に圧縮変
形するので、乗客、乗務員等の人体に危害を加えること
を回避することができる。

【００１０】また、本発明においては、既存車両の溝形
鋼部材の開放部に板を貼って閉断面構造とし、その部材
の側部壁材に複数の円孔を設けることができる。断面が
コ字状の開構造部材の多い既存車両に対しても、安価に
且つ容易に適用することができる。

【００１１】本発明の鉄道車両における衝撃吸収方法
は、鉄道車両が衝突した際に圧縮荷重を受ける車体構造
部材において衝撃を吸収させる方法であって；上記車
体構造部材を、上記圧縮荷重方向に交差する断面におい
て、基本的には周囲を壁材で囲まれた中空の閉構造とす
るとともに、該壁材の要所に肉抜き孔を設け、鉄道車
両の衝突時において、該車体構造部材の肉抜き孔部分を
アコーディオン状に圧縮変形しやすくすることを特徴と
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。なお、本明細書では、通常の鉄道車両の技術におけ
るのと同様に、レールの長手方向（車両の進行方向）を
前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向
を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。

【００１３】図１は本発明の１実施例に係る鉄道車両の
台枠を示す斜視図である。図２は肉抜き孔部分の拡大詳
細図である。図１に示す台枠１０は、前後方向に延びる
側梁１２及び中梁１９と、左右方向に延びる端梁１３、
横梁１５、床受梁１６及び枕梁１７を備えている。同台
枠１０の上面には、床板（図示されず）が張設される。
床板の上部には、箱状の車体構体（図示されず）が設け
られる。台枠１０は、乗客、乗務員や、車内設備品等の
荷重を支え、下面に電気設備や空圧機器類が吊り下げら
れる。台枠１０は、枕梁１７下部において、図示せぬ枕
バネを介して台車に支持される。

【００１４】台枠１０の外枠１１は、前後方向に延びる
一対の側梁１２と、同側梁１２の両端部で左右方向に延
びる一対の端梁１３とが長方形状に組み合わされてな
る。この外枠１１の内側において、左右方向中央部に
は、一対の対向した中梁１９が固定されている。同中梁
１９は、前後それぞれの端梁１３から外枠１１中心部に
向かって前後方向に延びている。中梁１９には、連結器
及び緩衝器（図示されず）が取り付けられる。

【００１５】一方、中梁１９の中途には、左右方向に延
びる枕梁１７が組み合わされている。中梁１９は左右方
向に延び、両端が側梁１２に固定されている。同枕梁１
７は、主として車両の台車を取り付るためのものであ
る。さらに、中梁１９には、端梁１３と枕梁１７間で、
複数の床受梁１６が組み合わされている。床受梁１７は
左右方向に延び、両端が側梁１２に固定されている。図
１では床受梁１６は３つ設けられている。

【００１６】前後の中梁１１と１９の間（すなわち外枠
１１中心部）には、複数の横梁１５が架設されている。
横梁１５は左右方向に延びて両端が側梁１２に固定され
ている。これら横梁１５は、互いに平行に所定間隔おき
に架設されている。同横梁１５と上記床受梁１６は、主
として床板を支持するためのものである。

【００１７】上記側梁１２及び中梁１９は、大部分は断
面コ字状の溝形鋼からなる。しかし、図中で符号１で示
す衝撃吸収構造部については、周囲を壁材で囲まれた中
空の閉構造部材からなる。この閉構造部材としては、図
２に示すように、断面コ字状の溝形鋼１ａの開口部を溶
接等により板材１ｂで覆って構成したものでもよい。そ
して、衝撃吸収構造部１の側壁には、左右方向に開放さ
れたほぼ円形の肉抜き孔２０が形成されている。同肉抜
き孔２０は、前後方向に並んで３つ形成されている。こ
の３つの肉抜き孔２０は、この例では車両の信号機器室
部に相当する箇所（６００〜８００ｍｍの範囲内）にお
いて形成されている。

【００１８】この肉抜き孔２０の具体的な数値例を図２
を参照して説明する。図２において、衝撃吸収構造部１
は、断面コ字状の鋼材１ａの開口部に、板材１ｂを溶接
した閉構造部材からなる。部材の横方向の幅ｐは７５ｍ
ｍ、上下方向の高さｑは１５０ｍｍ、板厚ｔは５〜７ｍ
ｍ程度である。肉抜き孔２０の直径ｄは１１０ｍｍであ
る。３つの肉抜き孔２０は、上記信号機器室部に相当す
る６００〜８００ｍｍの範囲内で形成されている。

【００１９】次に、上記の構成からなる台枠１０の車両
衝突時の作用について説明する。衝突が生じた際、車体
は前後方向に圧縮荷重を受ける。特に、台枠１０のう
ち、前後方向に延びる側梁１２及び中梁１９は、圧縮荷
重により座屈変形が起こるおそれがある。本事例の台車
１０では、側梁１２及び中梁１９は、閉構造部材として
肉抜き孔２０を形成したことにより、同肉抜き孔２０部
分がアコーディオン状にほぼ一定荷重で圧縮変形し、乗
客・乗員乗車部分の座屈変形が回避される。

【００２０】このような部材変形の様子について図３を
参照しつつ説明する。図３（Ａ）は３つの肉抜き孔を形
成した閉構造部材の変形状態を示し、図３（Ｂ）は肉抜
き孔を有しない開構造部材の変形状態を示している。こ
れらは、下端部を固定し、上端側から圧縮荷重を付与さ
せた。図３（Ａ）では、肉抜き孔部分が幅方向に拡がっ
て閉塞するような形態で部材の変形が進むことにより、
アコーディオン状にほぼ一定荷重で圧縮変形している。
したがって、車体構造部材が上下方向に大きく座屈する
ことにより発生する局部的な大変形が回避される。これ
に対して、図３（Ｂ）では、偏った座屈変形が生じてい
る。この座屈変形が、車体構造部材の局部的な大変形、
客室のつぶれに繋がるのである。

【００２１】図４は、閉構造部材に直径１１０ｍｍの円
形孔を１つ形成した部材（グラフＡ）と、円形孔を有し
ない開構造部材（グラフＢ）とに対して、静的圧縮破壊
試験を行った結果を示す図である。同図の縦軸は圧縮荷
重（単位ｋＮ）を表しており、横軸は圧縮量（単位ｍ
ｍ）を表している。この図から明らかなように、グラフ
ＢはグラフＡより圧縮荷重のピーク値が低いが、このピ
ーク値を過ぎた後にも、圧縮荷重が大きく低下していな
いことがわかる。というのは、円形孔を有しない部材
は、上述のように中央部で座屈して変形抵抗が急激に低
下するのに対して、円形孔を有する部材は、孔の周りが
次々に圧壊してゆき比較的高い抵抗力を引き続き発揮す
るからである。

【００２２】このように、本事例の台車１０では、肉抜
き孔２０部分により衝突エネルギーの吸収量が増えるの
で、車体全体としての乗客・乗員の衝撃を緩和するとと
もに、破損規模を限定した箇所に発生させることができ
る。特に、肉抜き孔２０を車両の運転席後方の信号機器
室部に設けたことにより、この部分がアコーディオン状
に圧縮変形するので、乗客、乗務員等の人体に損傷を与
えることを回避することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、車両が衝突した際に、肉抜き孔部分がアコーディオ
ン状にほぼ一定荷重で圧縮変形することにより、衝突エ
ネルギーが吸収されやすくなるので、車体全体としての
乗客・乗員の衝撃を緩和するとともに、破損規模を限定
した箇所に発生させることができる。特に、既存の車両
に対して追加加工が容易であり、特殊な材料、組み立て
を要しないので安価に衝撃吸収を実現できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る鉄道車両の台枠を示す
斜視図である。

【図２】肉抜き孔部分の拡大詳細図である。

【図３】車両衝突時の部材変形の様子を説明する模式図
である。図３（Ａ）は３つの肉抜き孔を形成した閉構造
部材の変形状態を示す模式図であり、図３（Ｂ）は肉抜
き孔を有しない開構造部材の変形状態を示す模式図であ
る。

【図４】静的圧縮破壊試験を行った結果を示す図であ
り、同図の縦軸は圧縮荷重（単位ｋＮ）を表しており、
横軸は圧縮量（単位ｍｍ）を表している。

【符号の説明】

１衝撃吸収構造部１ａ溝形鋼１ｂ板材１０台枠１２側梁１３端梁１５横梁１６床受梁１７枕梁１９中梁２０肉抜き孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両が衝突した際に圧縮荷重を受け
る車体構造部材における衝撃吸収構造であって；上記車
体構造部材を、上記圧縮荷重方向に交差する断面におい
て、基本的には周囲を壁材で囲まれた中空の閉構造とす
るとともに、該壁材の要所に肉抜き孔を設け、鉄道車両の衝突時において該車体構造部材がアコーディ
オン状に圧縮変形することを助長したことを特徴とする
鉄道車両における衝撃吸収構造。
【請求項２】上記車体構造部材が角型中空状であり、
その側部壁材に複数の円孔を設けたことを特徴とする請
求項１記載の鉄道車両における衝撃吸収構造。
【請求項３】上記車体構造部材が信号機器室部の台枠
の側梁及び中梁であることを特徴とする請求項１記載の
鉄道車両における衝撃吸収構造。
【請求項４】鉄道車両が衝突した際に圧縮荷重を受け
る車体構造部材において衝撃を吸収させる方法であっ
て；上記車体構造部材を、上記圧縮荷重方向に交差する
断面において、基本的には周囲を壁材で囲まれた中空の
閉構造とするとともに、該壁材の要所に肉抜き孔を設
け、鉄道車両の衝突時において、該車体構造部材の肉抜き孔
部分をアコーディオン状に圧縮変形しやすくすることを
特徴とする鉄道車両における衝撃吸収方法。
【請求項５】鉄道車両が衝突した際に圧縮荷重を受け
る車体構造部材において衝撃を吸収させる方法であっ
て；上記車体構造部材をなす台枠の側梁及び中梁を、上
記圧縮荷重の方向に交差する断面において基本的には周
囲を壁材で囲まれた中空の閉構造とするとともに、上記
壁材に肉抜き孔を設け、鉄道車両の衝突時において、該車体構造部材の肉抜き孔
部分をアコーディオン状に圧縮変形しやすくすることを
特徴とする鉄道車両における衝撃吸収方法。
【請求項６】既存車両の溝形鋼部材の開放部に板を貼
って閉断面構造とし、その部材の側部壁材に複数の円孔
を設けることを特徴とする請求項４又は５記載の鉄道車
両における衝撃吸収方法。