JP2002284002A - 衝突エネルギー吸収部材及びこれを用いた衝突エネルギー吸収構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管部材をエネルギー吸収部材として用いた場
合、その変形の初期段階で高いピーク荷重となる。初期
のピーク荷重が大きい場合は、衝突エネルギーを吸収す
る部材の後方に位置する部材や、積載物あるいは人員に
大きな加速度を発生させることになり好ましくない。 【解決手段】 管部材１と、管部材１に比較し断面積の
小さな棒部材４を管部材１と並列に配置し、棒部材４に
初期張力を与えて、棒部材１と端部で固着したものであ
る。これにより、圧壊時の荷重がほぼ均一になる構造と
なる。棒部材１を線部材とする構造でも良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両等の輸送機
器における衝突時の衝突エネルギーを吸収する部材及び
これを用いた衝突エネルギー吸収構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、管部材を軸方向に蛇腹状に塑
性変形させて衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収
部材が知られている。

【０００３】例えば、特開昭５８−１１６２６７号公報
に記載の自動車の車体フレーム構造では、軸方向に切り
欠き部を設けたチャンネル部材と切り欠き部のないチャ
ンネル部材とを組み合わせた箱型断面構造によって、長
手方向に衝撃力により蛇腹変形を生じさせ、変形現象が
異なる切り欠き部に対応した部位で順次生じさせて、図
６（ｂ）のようなエネルギー吸収曲線図を得て衝突エネ
ルギーの吸収能力を高めんとする。

【０００４】この従来技術は、図６（ａ）に示すような
箱型断面柱０１において、座屈が起きた瞬間の最初のピ
ーク荷重Ｐｌは、図６（ｂ）に示すように高いままで、
他にも幾つかピーク荷重Ｐ２、Ｐ３、・・・を生じるよ
うな部材構成にしてエネルギー吸収能力を高めんとする
思想である。なお、図６（ａ）は、箱型断面柱０１にお
ける変形領域（斜線で示す）の遷移を模式的に示したも
ので、図６（ｂ）は、これに対応する圧壊荷重（縦軸）
と変位（横軸）の関係図である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のエ
ネルギー吸収構造では、図６（ｂ）に示されるように衝
突エネルギーを吸収する部材において、その変形の初期
段階で高いピーク荷重Ｐｌが生じる。この初期のピーク
荷重Ｐｌが大きい場合は、衝突エネルギーを吸収する部
材の後方に位置する部材や、積載物あるいは人員に大き
な加速度を発生させることになり好ましくない。

【０００６】また、衝突エネルギーを吸収する部材の後
方部材の変形を生じさせることになる場合もあり、衝撃
吸収部材としては好ましくない性質を持っていることに
なる。

【０００７】そこで、本願発明の目的は、衝突エネルギ
ーを吸収する部材において、その変形の初期段階で生じ
る高いピーク荷重を減少させる部材、および初期ピーク
荷重を減少させつつ、吸収エネルギーを増加させる部材
ないし構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本願発明に係る衝突エネルギー吸収部材は、管部材と
管部材に比較し断面積の小さい棒部材とを、管部材の長
手方向に並列に配置すると共に、棒部材に初期張力を与
えて管部材と棒部材を長手方向端部で固着してなるもの
である。

【０００９】これにより、管部材に圧縮の残留応力が付
与されることになり、圧壊時の初期のピーク荷重を低く
することができる。

【００１０】また、菅部材と線部材とを、管部材の長手
方向に並列に配置すると共に、線部材に初期張力を与え
て管部材と線部材を長手方向端部で固着してなるもので
ある。この場合も、管部材に圧縮の残留応力が付与され
ることになり、圧壊時の初期のピーク荷重を低くするこ
とができる。

【００１１】上記の棒部材または線部材には、本願の衝
突エネルギー吸収部材が崩壊荷重に達した場合において
も、引張力を有するように初期張力を与えておくことに
よって、圧壊時の初期のピーク荷重を確実に低くするこ
とができる。

【００１２】また、上記構成において管部材の中に発泡
材を充填すると、ピーク荷重以降の荷重を上昇させるこ
とができる結果、吸収エネルギーを増加させることがで
きる。すなわち、発泡材は管部材に比較して剛性が小さ
いために、管部材がピーク荷重に達したときは余り荷重
を負担していない。しかし、管部材の変形が進むと発泡
材は荷重を負担するようになる。そのため、管部材に発
泡材を充填することにより、初期ピーク荷重を大きくす
ることなく、その後の荷重を高めることができる結果、
吸収エネルギーを高めることができるものである。

【００１３】このように、棒または線部材に初期張力を
与え、管部材の初期ピーク荷重を低下させ、さらに管部
材に発泡材を充填することにより、初期ピーク荷重が低
く、かつ吸収エネルギーの大きな衝突エネルギー吸収部
材ないし構造とすることができる。

【００１４】また、上記の衝突エネルギー吸収部材を車
端部の前後方向に平行に列設することにより衝突エネル
ギー吸収構造を形成すると、衝突エネルギー吸収部材の
後方に位置する部材や、積載物あるいは人員に大きな加
速度を発生させることが防止される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本願発明の鉄道車両等用のエネル
ギー吸収部材の概念は、前述したように初期のピーク荷
重を下げることにある。以下、そのための実施形態を図
面を参照しながら説明する。

【００１６】［第一実施形態］図１（ａ）は本願のエネ
ルギー吸収部材の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は棒
部材に初期張力を与えるための一例を示す要部断面図で
ある。

【００１７】図１（ａ）（ｂ）に示すように、衝突エネ
ルギー吸収部材１１を構成する箱型断面を有する管部材
１の前後各端にフランジ２，３が固着されており、この
フランジ付きの管部材１の周囲に、管部材１に比較し断
面積の小さい、即ち、断面二次モーメントの小さい初期
張力が付与された複数の棒部材４が、その両端をフラン
ジ２，３に固着して設けられている。棒部材４に初期張
力を与えることにより、管部材１に圧縮の残留応力が付
与されることになり、圧壊時の初期のピーク荷重を低く
することができる。このとき、棒部材４には、管部材１
が崩壊荷重に達した場合においても、引張力を有するよ
うに初期張力を与えておくことで、管部材１の残留応力
が抜けないようにして確実に圧壊時の初期のピーク荷重
を低くすることができる。

【００１８】棒部材４に初期張力を付与する方法とし
て、図１（ｃ）に示すように、少なくとも一方のフラン
ジ３に棒部材４を挿通しうる貫通孔５を設けておき、こ
の貫通孔５に一端頭部にネジ部４ａを形成した棒部材４
を挿通する。棒部材４の他端はフランジ２に固着してお
き、ワッシャ６を介して棒部材の頭部のネジ部４ａにナ
ット７を螺着し、ナット７を締め付けることにより棒部
材４に初期張力を与える。棒部材４の両端をこのような
ナットによる締め付け構造とすることによっても初期張
力を付与できる。

【００１９】上記棒部材４の本数は任意であるが、例え
ば図１（ｂ）のように、棒部材が４本の場合、箱型断面
の管部材１の角位置から等距離に離れた位置に配設す
る。箱型断面が正方形の場合には棒部材４の位置は前記
正方形と相似の正方形の角位置となる。このような棒部
材４の配置により、管部材１の断面全体に均等に圧縮力
が与えやすくなる。

【００２０】図１では管部材１の外側に棒部材４を配置
した例を示したが、図２（（ａ）は平面図、（ｂ）は断
面図）に示すように管部材４の内側（通常は中央位置）
に一本の棒部材４を配置しても良い。棒部材４に対する
初期張力の与え方は上記と同様である。

【００２１】また、管部材１の断面形状は箱型に限定し
たものでは無く、円形、多角形等任意の断面形状で良
い。ここで、管部材１と棒部材４との固着は、フランジ
２，３ではなく、管部材１を取り付けている前後の部材
を介して行っても良い。

【００２２】［第二実施形態］上記第一実施形態におけ
る棒部材４の代わりに図３および図４に示すように線部
材を使用した形態である。すなわち、図３（ａ）（ｂ）
に示すように、衝突エネルギー吸収部材１１を構成する
箱型断面を有する管部材１の前後各端にフランジ２，３
が固着されており、このフランジ付きの管部材１の周囲
に、初期張力が付与された線部材８が、その両端をフラ
ンジ２，３に固着して設けられている。これにより、管
部材１に圧縮の残留応力が付与されることになり、圧壊
時の初期のピーク荷重を低くすることができる。このと
き、前述した実施形態と同様に、線部材８には、管部材
１が崩壊荷重に達した場合においても、引張力を有する
ように初期張力を与えておくことで、管部材１の残留応
力が抜けないようにして確実に圧壊時の初期のピーク荷
重を低くすることができる。この場合、線部材８に対し
の初期張力を付与する方法としては、例えば管部材１に
予め圧縮荷重をかけた状態で線部材８を緊張した状態で
フランジ２，３に係着する。上記線部材８の本数は任意
であるが、例えば図３（ｂ）のように、線部材８が４本
の場合、箱型断面の管部材１の角位置から等距離に離れ
た位置に配設する。箱型断面が正方形の場合には線部材
８の位置は前記正方形と相似の正方形の角位置となる。
このような線部材８の配置により、管部材１の断面全体
に均等に圧縮力が与えやすくなる。

【００２３】図３では管部材１の外側に線部材８を配置
したが、図４（（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図）に示
すように管部材１の内側（通常は中央位置）に配置して
も良い。

【００２４】［第三実施形態］第一実施形態および第二
実施形態における管部材１の内部に発泡材を充填するこ
とによってエネルギー吸収部材１１を構成してもよい。
管部材１の中に発泡材を充填すると、ピーク荷重以降の
荷重を上昇させることができ、吸収エネルギーを増加さ
せることができる。すなわち、発泡材は管部材１に比較
して剛性が小さいために、管部材１がピーク荷重に達し
たときは余り荷重を負担していない。しかし、管部材１
の変形が進むと発泡材は荷重を負担するようになる。そ
のため、管部材１に発泡材を充填することにより、初期
ピーク荷重を大きくすることなく、その後の荷重を高め
ることができることから、吸収エネルギーを高めること
ができる。

【００２５】上記説明の実施形態において、管部材１、
棒部材４、線部材８、および発泡材を構成する材料とし
ては、例えば、管部材１としては鋼管、棒部材４として
はＰＣ鋼棒、線部材８としてはＰＣ鋼線、発泡材として
は発泡ウレタンが考えられる。しかし、本発明の実施形
態において使用される材料は、前記の材料に限定したも
のではなく、適宜変更して実施が可能である。

【００２６】図５は、上記した本願の衝突エネルギー吸
収部材１１を車両前部（車端部）９の前後方向に平行に
列設して形成した衝突エネルギー吸収構造の一例であ
る。すなわち、車端部９において前後の仕切部材１０の
間に複数の上記いずれかの実施形態のエネルギー吸収部
材１１が車体の前後方向に一定間隔を置いて互い平行に
列設されている。仕切部材１０は上記実施形態のフラン
ジ２，３に相当する。

【００２７】なお、エネルギー吸収部材の後方には２本
のセンターシル１２が後部の仕切部材１０とボルスター
１３との間に平行に列設されている。車端部９の前端が
衝突したときにおける衝突時のエネルギーは、まずエネ
ルギー吸収部材１１で吸収されるが、その圧壊時の初期
のピーク荷重を低いので、エネルギー吸収部材の後方に
位置する部材などに大きな加速度を発生させることが回
避される。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した本願発明によれば、衝突時
の変形の初期段階で生じる高いピーク荷重を減少させる
ことができ、さらに吸収エネルギーを増加させることが
できる部材ないし構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】管部材と、棒部材４本から構成される本願発明
の衝突エネルギー吸収部材であり、（ａ）平面図、
（ｂ）は断面図、（ｃ）は要部断面図である。

【図２】管部材と、棒部材１本から構成される本願発明
の衝突エネルギー吸収部材であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図３】管部材と、線部材４本から構成される本願発明
の衝突エネルギー吸収部材であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図４】管部材と、線部材１本から構成される本願発明
の衝突エネルギー吸収部材であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図５】本願発明に係る衝突エネルギー吸収部材を車両
前部（車端部）の前後方向に平行に列設して形成した衝
突エネルギー吸収構造の一例の平面図である。

【図６】従来技術を説明するための図であって、（ａ）
は箱型断面柱の変形領域（斜線部）の遷移を模式的に示
す斜視図、（ｂ）はこのときの荷重と変位の関係図であ
る。

【符号の説明】

１ 管部材 ２、３ フランジ ４ 棒部材 ８ 線部材 １１ 衝突エネルギー吸収部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山地 成一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管部材と管部材に比較し断面積の小さい
   棒部材とを、管部材の長手方向に並列に配置すると共
   に、棒部材に初期張力を与えて管部材と棒部材を長手方
   向端部で固着してなる衝突エネルギー吸収部材。
2. 【請求項２】 菅部材と線部材とを、管部材の長手方向
   に並列に配置すると共に、線部材に初期張力を与えて管
   部材と線部材を長手方向端部で固着してなる衝突エネル
   ギー吸収部材。
3. 【請求項３】 管部材の中に発泡材を充填した請求項１
   又は２に記載の衝突エネルギー吸収部材。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項に記載の衝突
   エネルギー吸収部材を車端部の前後方向に平行に列設し
   てなる衝突エネルギー吸収構造。