JP2009262839A - 衝撃吸収構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来技術では、衝突エネルギーの目標吸収量にあわせて、エネルギー吸収材の長さを決定する必要がある。そのため、エネルギー吸収材の圧潰モードの安定性が変動する、エネルギー吸収材の配置位置でしか衝突エネルギーを吸収できない。
【解決手段】
衝突物の衝突方向とエネルギー吸収材の圧潰方向が異なる向きに配置したエネルギー吸収材、および衝突物との衝突荷重をエネルギー吸収材の圧潰方向に伝達する伝達機構を設ける。これにより、限られたスペースの中で効率良く衝突エネルギーを吸収できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、鉄道車両，道路車両などに代表される輸送機器の衝撃吸収構造に関するものである。

鉄道車両，道路車両などに代表される輸送機器では、運行中に予期しない衝突が生じることがある。このため、輸送機器に搭乗している乗員・乗客を保護するために、輸送機器の一部を積極的に変形させてエネルギーを吸収する概念が存在する。

すなわち、乗員・乗客が搭乗しており衝突時に潰れないことを目的とした空間（以後、サバイバルゾーンと呼ぶ）と、積極的に変形させてエネルギーを吸収する空間（以後、クラッシャブルゾーンと呼ぶ）を分離して設けるという概念である。ここでクラッシャブルゾーンを構成する主要構造を衝撃吸収構造という。

線路上を走る鉄道車両の場合、主な衝突位置は各車両の端部となるので、衝撃吸収構造は車両端部に配置される。衝撃吸収構造の例として、たとえば特開１９９８−２２６３３４号公報をあげることができる。当該発明は、運転室と車体との間にエネルギー吸収材を配置し、運転席が後方に移動して衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収構造を示している。

特開１９９８−２２６３３４号公報

上記従来技術では、より大きな衝突エネルギーを吸収させる場合、エネルギー吸収材の長さを衝突方向に延長する必要がある。この場合、エネルギー吸収材の圧潰モードが不安定になりやすく、全体座屈の可能性が高くなる。

また、障害物のあらゆる衝突パターンに対応するには、あらゆる衝突位置に対してエネルギー吸収材を複数配置する必要があるが、複数のエネルギー吸収材が同時に潰れると圧潰荷重が上昇するため、車体の強度確保や乗員・乗客への加速度の増加が問題となる。更に、エネルギー吸収材を長くすると、車両が長くなったり、客室が狭くなってしまう。

本発明の目的は、限られたスペースの中で効率良く衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保できる衝撃吸収構造を提供することにある。

上記目的は、衝突物の衝突方向とエネルギー吸収材の圧潰方向が異なる向きに配置したエネルギー吸収材、および衝突物との衝突荷重をエネルギー吸収材の圧潰方向に伝達する伝達機構を設けたことにより達成される。

また上記目的は、輸送機器の端部以外で、輸送機器本体が潰れない位置に配置したエネルギー吸収材、および衝突物との衝突荷重を伝達する伝達機構を設けたことにより達成される。

また上記目的は、衝突物と直接衝突する場合にもエネルギーを吸収し、衝突物の貫通を防止するエネルギー吸収材を設けたことにより達成される。

また上記目的は、直列または並列に配置した複数のエネルギー吸収材、および衝突物との衝突荷重を伝達する伝達機構を設けたことにより達成される。

また上記目的は、機械的な機構，空気，水圧によって衝突荷重を伝達する伝達機構を設けたことにより達成される。

また上記目的は、エネルギー吸収材の圧潰特性（圧潰荷重，圧潰ストローク）、および配置スペースを調整する伝達特性パラメータを有する伝達機構を設けたことにより達成される。

本発明によれば、限られたスペースの中で効率良く衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保できる衝撃吸収構造を提供できる。

以下、本発明を鉄道車両構体に対して適用した場合の実施例を図で説明する。
図１は一般的な鉄道車両構体を説明するための斜視図である。
図１において、鉄道車両構体１は屋根を形成する屋根構体２，車体長手方向に対して両端を閉鎖する面を形成する妻構体３，車体長手方向に対して左右の面を形成する側構体４、および床面を形成する台枠５から構成されている。側構体４の最下部かつ台枠５の両端には、側梁６が設けられている。また、側構体４には窓や出入口の開口がある。

このような基本構造を持つ鉄道車両構体１は、衝突時に乗員・乗客の生命を保護するサバイバルゾーン１０と衝突時に生じるエネルギーを吸収するクラッシャブルゾーン１１とで構成されている。サバイバルゾーン１０は車両の長手方向の中央に設置されている。クラッシャブルゾーン１１は車両の長手方向の両端部に存在し、あたかもサバイバルゾーン１０を挟み込むように配置されている。

図１では運転台を持たない車両を用いて構造を説明したが、運転台を有する車両でも、基本的な構造およびクラッシャブルゾーン１１とサバイバルゾーン１０の相対的な配置は変わらない。

図２は一般的な衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の側面図である。
図２において、クラッシャブルゾーン１１は衝撃吸収構造２０および外板３０から構成されている。クラッシャブルゾーン１１の各構成要素は通常運用に伴って生じる強度や振動に対応している。すなわち、運転手や機器の質量、通常運用中に作用する振動に対して十分耐えうる構造となっている。また、外板３０は、外観および走行時の風圧を制御するために設けられているものであり、衝突時の挙動にはほとんど影響を及ぼさない。図２では、運転台４０はサバイバルゾーン１０に属しているが、車両端部が平面になっている場合は、運転台領域１２もクラッシャブルゾーン１１に属することになり、その場合の衝撃吸収構造は、運転台４０の下の領域５０に配置される。

図３は一般的な衝撃吸収構造を備えた鉄道車両構体の正面図である。
図３において、車体全体の大部分は外板３０により覆われており、部分的に窓６０が存在する。クラッシャブルゾーン１１において、外板３０に覆われた内部には、衝撃吸収構造２０が存在する。

図４は一般的な衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の平面図である。
図４において、車体全体は外板３０により覆われており、部分的に窓６０が存在する。クラッシャブルゾーン１１において、外板３０に覆われた内部には、衝撃吸収構造２０が存在する。

図５は本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車両の幅方向に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。
図５において、衝撃吸収構造は衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収材１００、および障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材に伝達する伝達機構１１０より構成される。エネルギー吸収材１００は、車両の壁７０における幅方向に配置されており、衝突物が直接衝突して衝突エネルギーを吸収したり、サバイバルスペースへの貫通を防止することもできる。伝達機構１１０は衝突受部材１１１，衝突荷重伝達部材１１２，荷重伝達機構１１３、およびエネルギー吸収材保持部材１１４より構成される。衝突受部材１１１で受けた障害物の衝突荷重は、衝突荷重伝達部材１１２により荷重伝達機構１１３に伝達される。荷重伝達機構１１３は、障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材１００の圧潰方向の荷重に変換する。荷重伝達機構１１３により変換された荷重は、エネルギー吸収材保持部材１１４よりエネルギー吸収材１００に伝わりエネルギー吸収材１００が圧潰する。

図６は、図５の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。
図６において、障害物の衝突により、衝突受部材１１１、および図５に示した衝突荷重伝達部材１１２が衝突荷重方向に移動する。エネルギー吸収材保持部材１１４、および圧潰荷重伝達部材１１５は、エネルギー吸収材１００の圧潰方向に移動して、エネルギー吸収材１００を潰すことにより衝突エネルギーを吸収する。

図７は本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車両の高さ方向に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。
図７において、衝撃吸収構造は衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収材１００、および障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材に伝達する伝達機構１１０より構成される。伝達機構１１０は衝突受部材１１１，衝突荷重伝達部材１１２，荷重伝達機構１１３、およびエネルギー吸収材保持部材１１４より構成される。衝突受部材１１１で受けた障害物の衝突荷重は、衝突荷重伝達部材１１２により荷重伝達機構１１３に伝達される。荷重伝達機構１１３は、障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材１００の圧潰方向の荷重に変換する。荷重伝達機構１１３により変換された荷重は、エネルギー吸収材保持部材１１４よりエネルギー吸収材１００に伝わりエネルギー吸収材１００が圧潰する。

図８は、図７の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。障害物の衝突により、衝突受部材１１１、および衝突荷重伝達部材１１２が衝突荷重方向に移動する。エネルギー吸収材保持部材１１４、および圧潰荷重伝達部材１１５は、エネルギー吸収材１００の圧潰方向に移動して、エネルギー吸収材１００を潰すことにより衝突エネルギーを吸収する。

図９は本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車端部ではなく車両の床下に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。
図９において、衝撃吸収構造は衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収材１００、および障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材に伝達する伝達機構１１０より構成される。エネルギー吸収材１００は、車両の強度上問題のない壁７０の位置で、エネルギー吸収材の圧潰を阻害しない領域に配置する（１２０）。伝達機構１１０は衝突受部材１１１，衝突荷重伝達部材１１２，荷重伝達機構１１３、およびエネルギー吸収材保持部材１１４より構成される。衝突受部材１１１で受けた障害物の衝突荷重は、衝突荷重伝達部材１１２により荷重伝達機構１１３に伝達される。荷重伝達機構１１３は、障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材１００の配置位置１２０に伝達し、かつエネルギー吸収材１００の圧潰方向の荷重に変換する。荷重伝達機構１１３により伝達および変換された荷重は、エネルギー吸収材保持部材１１４よりエネルギー吸収材１００に伝わりエネルギー吸収材１００が圧潰する。

図１０は、図９の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。障害物の衝突により、衝突受部材１１１、および衝突荷重伝達部材１１２が衝突荷重方向に移動する。エネルギー吸収材保持部材１１４、および圧潰荷重伝達部材１１５は、エネルギー吸収材１００の圧潰方向に移動して、エネルギー吸収材１００を潰すことにより衝突エネルギーを吸収する。

図１１は、荷重伝達機構１１３の一実施例としてリンク機構を用いた場合の構成を説明する図である。

図１１において、荷重伝達機構１１３は、リンク機構固定部材１１３１，衝突荷重伝達部支持部材１１３２、および圧潰荷重伝達部支持部材１１３３より構成される。リンク機構固定部材１１３１は、車体に固定し、回転軸を中心に回転する。衝突荷重伝達部支持部材１１３２は、リンク機構固定部材１１３１に固定し、衝突荷重伝達部材１１２と回転ジョイントで結合する。圧潰荷重伝達部支持部材１１３３は、リンク機構固定部材１１３１に固定し、圧潰荷重伝達部材１１５と回転ジョイントで結合する。

図１２は、図１１の荷重伝達機構１１３が障害物の衝突荷重をエネルギー吸収部材１００へ伝達するリンク機構の作動を説明する図である。障害物の衝突荷重は、衝突荷重伝達部材１１２，衝突荷重伝達部支持部材１１３２へ伝わり、リンク機構固定部材１１３１を回転させる。リンク機構固定部材１１３１が回転すると、圧潰荷重伝達部支持部材１１３３も回転し、圧潰荷重伝達部材１１５が圧潰方向に移動する。

これにより、障害物の衝突荷重が、エネルギー吸収材の圧潰荷重に変換される。リンク機構固定部材１１３１の回転中心から衝突荷重伝達部支持部材１１３２の回転ジョイントまでの距離（Ｌ１）とリンク機構固定部材１１３１の回転中心から圧潰荷重伝達部支持部材１１３３の回転ジョイントまでの距離（Ｌ２）の比によって、障害物の衝突荷重とエネルギー吸収材の圧潰荷重の比、および衝突物の移動量とエネルギー吸収材の圧潰ストロークの比が決まるので、前記リンク機構固定部材１１３１の回転中心からの距離（Ｌ１，Ｌ２）により、エネルギー吸収材の圧潰特性（圧潰荷重，圧潰ストローク）、および配置スペースを調整することができる。

一般的な鉄道車両構体の斜視図である。 衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の側面図である。 衝撃吸収構造を備えた鉄道車両構体の正面図である。 衝撃吸収構造を備えた鉄道車両端部の平面図である。 本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車両の幅方向に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。 図５の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。 本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車両の高さ方向に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。 図７の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。 本発明の一実施例であるエネルギー吸収材を車端部ではなく車両の床下に配置する場合の衝撃吸収構造の構成を説明する図である。 図９の衝撃吸収構造に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。 荷重伝達機構１１３の一実施例としてリンク機構を用いた場合の構成を説明する図である。 図１１の荷重伝達機構１１３に障害物が衝突した場合の作動結果を説明する図である。

符号の説明

１ 鉄道車両構体
２ 屋根構体
３ 妻構体
４ 側構体
５ 台枠
６ 側梁
１０ サバイバルゾーン
１１ クラッシャブルゾーン
１２ 運転台領域
２０ 衝撃吸収構造
３０ 外板
４０ 運転台
５０ 領域
６０ 窓
７０ 壁
１００ エネルギー吸収材
１１０ 伝達機構
１１１ 衝突受部材
１１２ 衝突荷重伝達部材
１１３ 荷重伝達機構
１１４ エネルギー吸収材保持部材
１１５ 圧潰荷重伝達部材
１２０ 配置位置
１１３１ リンク機構固定部材
１１３２ 衝突荷重伝達部支持部材
１１３３ 圧潰荷重伝達部支持部材

Claims (6)

1. 輸送機器と障害物との衝突時に衝突エネルギーを吸収し、乗員と乗客の安全を確保する衝撃吸収構造において、
   所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収材を障害物の衝突方向とエネルギー吸収材の圧潰方向が異なる向きに配置し、前記障害物との衝突荷重をエネルギー吸収材の圧潰方向に伝達する伝達機構から構成されることを特徴とする衝撃吸収構造。
2. 輸送機器と障害物との衝突時に衝突エネルギーを吸収し、乗員・乗客の安全を確保する衝撃吸収構造において、
   所定の荷重で潰れて衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収材を輸送機器の端部以外で、輸送機器本体が潰れない位置に配置し、前記障害物との衝突荷重をエネルギー吸収材まで伝達する伝達機構から構成されることを特徴とする衝撃吸収構造。
3. 請求項１記載の衝撃吸収構造において、
   エネルギー吸収材は、衝突物と直接衝突する場合にもエネルギーを吸収し、衝突物の貫通を防止することを特徴とする衝撃吸収構造。
4. 請求項１または２のいずれかに記載の衝撃吸収構造において、
   複数のエネルギー吸収材、および伝達機構を直列または並列に配置することを特徴とする衝撃吸収構造。
5. 請求項１または２のいずれかに記載の衝撃吸収構造において、
   伝達機構は、機械的な機構，空気，水圧によって衝突荷重を伝達することを特徴とする衝撃吸収構造。
6. 請求項１または２のいずれかに記載の衝撃吸収構造において、
   伝達機構は、障害物の衝突荷重をエネルギー吸収材の圧潰荷重へ変換する際、伝達特性のパラメータを変更することにより、エネルギー吸収材の圧潰特性（圧潰荷重，圧潰ストローク）、および配置スペースを調整することを特徴とする衝撃吸収構造。

Images