JP2011235731A

JP2011235731A - 鉄道車両

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Publication number: JP2011235731A
Application number: JP2010108142A
Authority: JP
Inventors: Koji Nakao; 幸司中尾; Kentaro Hayashi; 健太郎林
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-10
Also published as: JP5209665B2

Abstract

【課題】妻構体に大きな外力が加わっても客室を十分に保護することができる構造を備えた鉄道車両を提供する。
【解決手段】車体１１の端部にクラッシャブルゾーン４０を介して妻構体５０を設ける。妻構体は、妻柱、隅柱及び上部補強梁５６を備え、妻柱及び隅柱の下端部を台枠の端梁２６に、妻柱及び隅柱の上端部を上部補強梁にそれぞれ接合する。クラッシャブルゾーンには、台枠の端梁の中央部から枕梁方向に突設したスライド中梁と枕梁から車端方向に突出したガイド中梁とを下部ヒューズ部材で連結した下部スライド部と、上部補強梁から突出したスライド棒と側構体上部に設けられたガイド枠とを上部ヒューズ部材で連結した上部スライド部とを有し、各ヒューズ部材は、妻構体にあらかじめ設定した圧縮荷重を超える荷重が作用したときに破断する強度に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両に関し、詳しくは、衝突や脱線転覆時の衝撃から客室を保護することができる鉄道車両に関する。

鉄道車両の車体は、台枠の四辺部分に側構体及び妻構体をそれぞれ接合し、側構体及び妻構体の上部に屋根構体を接合するとともに、各構体に外板や床板、内装材、扉や窓などを装着して形成されている。従来の鉄道車両では、衝突対策として妻構体や台枠部分を補強したり、衝撃吸収部材を設けたりすることによって客室を保護することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−４８０１６号公報

しかし、衝突などで大きな外力が加わると、妻構体が大きく変形又は破損して客室を十分に保護できなくなるときがあった。

そこで本発明は、妻構体に大きな外力が加わっても客室を十分に保護することができる構造を備えた鉄道車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両は、台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して車体を形成した鉄道車両において、前記車体の端部にクラッシャブルゾーンを介して妻構体を設け、該妻構体は、幅方向中央部に設けられた妻柱と、幅方向両端部にそれぞれ設けられた一対の隅柱と、妻構体の上部に設けられた上部補強梁とを備え、前記妻柱及び前記隅柱の下端部を前記台枠の端梁に、前記妻柱及び前記隅柱の上端部を前記上部補強梁にそれぞれ接合し、前記クラッシャブルゾーンには、前記台枠の端梁の中央部から前記台枠に設けられている枕梁の方向に向かって水平方向に突設したスライド中梁と前記枕梁から車端方向に水平に突出したガイド中梁とを車体前後方向にスライド可能に設けるとともに、前記上部補強梁の両端部から側構体上部に沿って水平に突出したスライド棒と側構体上部に設けられたガイド枠とを車体前後方向にスライド可能に設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の鉄道車両は、前記スライド中梁と前記ガイド中梁とを下部ヒューズ部材で連結し、前記スライド棒とガイド枠とを上部ヒューズ部材で連結するとともに、前記各ヒューズ部材の強度を、前記妻構体にあらかじめ設定した荷重を超える荷重が作用したときに破断して前記下部スライド部及び前記上部スライド部をスライド可能とする強度に設定することが好ましく、また、前記スライド中梁と前記枕梁との間に衝撃吸収部材を設けることが好ましい。

本発明の鉄道車両によれば、妻構体に正面方向、斜め方向あるいはその一部など、様々な方向から外力が作用した場合でも、台枠の端梁と上部補強梁とを妻柱及び隅柱によってそれぞれ連結することにより強固に枠組みされた妻構体の全体で外力を受けることができる。さらに、下部スライド部及び上部スライド部によって妻構体を車体後方に向けて平行に移動させることができ、客室の損傷を抑えることができる。また、ヒューズ部材を設けることによって妻構体の所定の強度を保持することができ、スライド中梁と枕梁との間に衝撃吸収部材を設けることにより、妻構体に作用した外力を効果的に吸収することができる。

本発明の一形態例を示す車両用構体の側面図である。図１のII−II断面図である。側柱と台枠との接合状態を示す要部説明図である。図３のIV−IV断面図である。同じく車両用構体の正面図である。図５のVI−VI断面図である。図５のVII−VII断面図である。図５のVIII−VIII断面図である。妻柱及び隅柱と柱補強部材との組み付け状態を示す説明図である。同じく台枠の正面図である。図１０のXI−XI断面図である。図１０のXII−XII断面図である。車両用構体の要部側面図である。図１３のXIV−XIV断面図である。図１３のXV−XV断面図である。図１３のXVI−XVI断面図である。下部スライド部の要部断面図である。衝撃吸収部材の斜視図である。鉄道車両の側面図である。鉄道車両の正面図である。

本形態例に示す鉄道車両の車体１１は、台枠２０と、該台枠２０の長手方向に両側に設けられた左右一対の側構体３０と、前記車体１１の端部にクラッシャブルゾーン４０を介して設けられた妻構体５０と、側構体３０及び妻構体５０の上部を覆うように設けられた屋根構体６０とを備えている。前記車体１１の側面前後両端部には、乗降扉１２を有する出入台１３がそれぞれ設けられ、両端の出入台１３の間に客室１４が設けられている。客室１４の側壁には複数の側窓１５が設けられ、客室１４内には内装材や座席などが設けられる。

前記台枠２０は、レール方向に配置された左右一対の側梁２１と、補強用の中梁２３及び横梁２４と、前記中梁２３の前後両端部に枕木方向に配置された前後一対の枕梁２２とを有している。枕梁２２の下部には、車輪１６を備えた台車が設けられ、台枠２０の上部には床板１７が設けられる。前記側梁２１は、断面Ｚ型の部材であって、側梁２１の下端部から車体外側に向けて水平方向に突出した突出片２１ａを有している。

前記側構体３０は、鉛直方向の複数の側柱３１と、車体前後方向の複数の骨部材３２と、乗降扉１２が設けられる扉枠部３３と、側窓１５が設けられる窓枠部３４と、側窓１５の下部に配置される腰板３５と、側窓１５の上部に配置される幕板３６と、前記扉枠部３３の客室側に設けられた戸袋部３７とを備えている。前記側柱３１の下端は、長土台２５を介して前記側梁２１に設けられた突出片２１ａの上面部に接合されるとともに、側梁２１の外面部２１ｂと側柱３１の下部内面とが接合されている。

前記屋根構体６０は、レール方向両側にそれぞれ配置される一対の長桁６１と、該長桁６１に直交して接合される枕木方向の複数の垂木６２と、垂木６２の外側に接合される屋根板６３とで形成されており、長桁６１の両端が前記妻構体５０の上部に接合され、垂木６２の両端が長桁６１を介して側構体３０の上端に接合される。屋根板６３は、上方に向けて緩やかに凸となる湾曲面となっていて、屋根上には警笛６４などの機器が必要に応じて設けられる。

前記妻構体５０は、幅方向中央に設けられた貫通扉１８の扉用開口枠部５１と、該貫通扉１８の左右にそれぞれ設けられた前面窓（妻面窓）１９の窓用開口枠部５２とを有している。扉用開口枠部５１と窓用開口枠部５２との間には一対の妻柱（中央部衝突柱）５３がそれぞれ設けられ、妻構体幅方向両端部となる窓用開口枠部５２の外側には一対の隅柱（端部衝突柱）５４がそれぞれ設けられている。この隅柱５４の上下方向中間部には、妻面窓１９の側方部分の剛性を向上させるための補強部材５２ａが設けられている。妻構体５０の下部は、妻柱補強部材５７と隅柱補強部材５８とを介して台枠２０の前後両端に配置された端梁２６に強固に接合されて一体的に形成されている。さらに、妻構体５０の上部には、屋根構体６０との接合部からは独立した状態で上部補強梁５６が枕木方向に設けられている。

前面窓１９には側方に向かう後退角が設けられ、妻構体５０の外面（妻面）の平面視は、貫通扉１８の部分が突出した三面折妻形状に形成されている。また、妻構体５０の側面上半部は、側構体３０と同様に車体内側に向かって傾斜している。

前記端梁２６は、断面Ｚ型に形成されており、車体内側に向かった上面部分には上面板５５が設けられるとともに、車体外側に向かって水平方向に突出する下部の突出片２６ａの先端部を妻構体５０の三面折妻形状に対応した形状に形成している。これにより、端梁２６の全体を妻構体５０の形状に合わせて曲げ加工する必要がなくなるだけでなく、突出片２６ａにより、妻柱補強部材５７及び隅柱補強部材５８を端梁２６に強固に溶接固定することができる。

端梁２６の前記妻柱５３に対応する位置には、妻柱５３の約１／２の高さを有する一対の妻柱補強部材５７がそれぞれ設けられ、両端部の隅柱５４に対応する位置には、窓用開口枠部５２の下枠部に達する長さを有する一対の隅柱補強部材５８がそれぞれ設けられている。また、端梁２６の下部には、連結器５９を支持するための連結器支持枠５９ａが設けられている。

妻柱補強部材５７の下部５７ａは、前記上面板５５及び突出片２６ａにそれぞれ設けたスリット２６ｂを通して端梁２６及び端梁下部材２６ｃの外面に接合されている。また、隅柱補強部材５８の下部５８ａは、下端が突出片２６ａの上面に接合されるとともに、下端部側面が端梁２６の外面に接合されている。このように、妻柱補強部材５７及び隅柱補強部材５８を端梁２６の外面に接合することにより、妻柱補強部材５７及び隅柱補強部材５８を端梁２６に強固に接合することができ、妻柱補強部材５７や隅柱補強部材５８に加わる外力を端梁２６で受けることができる。

そして、妻柱補強部材５７と妻柱５３とを接合し、隅柱補強部材５８と隅柱５４とを接合することにより、妻柱５３や隅柱５４のあらゆる高さ位置に加わる外力によって妻柱５３や隅柱５４の各接合部に生じる剪断力や曲げモーメントに対し、妻柱５３や隅柱５４を台枠２０に十分な結合強度で接合することができる。さらに、各柱補強部材５７，５８の高さを妻柱５３や隅柱５４の高さの約１/２の高さとすることにより、妻柱５３や隅柱５４のあらゆる高さ位置に加わる荷重に効果的に耐えることができ、台枠２０との十分な結合強度を保持することが可能となる。

妻柱５３及び隅柱５４の車体内部側には、前記各柱補強部材５７，５８が通過可能な開口５３ａ，５４ａがそれぞれ設けられている。妻柱５３及び隅柱５４と各柱補強部材５７，５８との組み付けは、妻構体５０に先組みした妻柱５３及び隅柱５４の開口５３ａ，５４ａを通して各柱補強部材５７，５８を妻柱５３及び隅柱５４の内部に挿入することによって行われ、妻柱５３及び隅柱５４の側面に複数設けられている接合孔５３ｂ、５４ｂの内周と各柱補強部材５７，５８の側面とを溶接することによって妻柱５３及び隅柱５４と各柱補強部材５７，５８とが接合される。さらに、妻柱５３及び隅柱５４の下端部と上面板５５との間には、補強アングル５３ｃ，５４ｃが接合されて連結されている。

妻柱５３及び隅柱５４の上部は、妻柱５３及び隅柱５４の外部側を上方に延長し、この延長部を前記上部補強梁５６の外面に配置してそれぞれ接合している。すなわち、端梁２６と上部補強梁５６とは、これらの外面に接合された妻柱５３及び隅柱５４で連結され、端梁２６、上部補強梁５６、一対の妻柱５３及び一対の隅柱５４を枠組みして妻構体５０の全体的な剛性を高めるようにしている。さらに、妻柱５３及び隅柱５４の下部に柱補強部材５７，５８をそれぞれ設けるとともに、各柱補強部材５７，５８の下部を端梁２６の外面に接合することによって妻構体５０の剛性を更に向上させるようにしている。

このように形成した妻構体５０は、スライド中梁４３に繋がる端梁２６及び上面板５５に結合され、前記出入台１３の部分に設けられた前記クラッシャブルゾーン４０を介して前記車体１１の端部に設けられる。このクラッシャブルゾーン４０の上下には、下部スライド部４１と上部スライド部４２とが設けられている。

下部スライド部４１は、端梁２６の幅方向中央部に接続され、前記枕梁２２の方向に向かって水平方向に平面視略Ｔ字状に突設したスライド中梁４３を、枕梁２２から車端方向に向かって水平方向に突出したガイド中梁４４に対して支持部材４３ａ、４４ａを介して車体前後方向にスライド可能に設けるとともに、あらかじめ設定された荷重を超えたときに破断するように設計された下部ヒューズ部材にて連結して形成されている。

上部スライド部４２は、上部補強梁５６の両端部から扉枠部３３の鴨居部３３ａに沿って水平に突出したスライド棒４７と、戸袋部３７の上部に設けられたガイド枠４８とを備えている。スライド棒４７は、ガイド枠４８に対して車体前後方向にスライド可能に設けられるとともに、前記下部スライド部４１と同様に、あらかじめ設定された荷重を超えたときに破断するように設計された上部ヒューズ部材にてスライド棒４７とガイド枠４８とが連結されている。

前記各ヒューズ部材は、あらかじめ設定した引張荷重及び圧縮荷重に耐える強度を有する部材であって、複数の鉄道車両を連結器５９により連結して使用する際に加わる通常の引張荷重や圧縮荷重では永久変形又は破断せず、衝突によってあらかじめ設定した荷重を超える過大な荷重が作用したときに破断するような強度に設定されている。すなわち、過大な荷重が作用したときにヒューズ部材が破断することにより、スライド中梁４３及びスライド棒４７が、ガイド中梁４４及びガイド枠４８に対してそれぞれスライド可能な状態となり、台枠２０内に設置した複数の衝撃吸収部材４５を押しつぶすことでエネルギー吸収を行う。

また、出入台部分に配置されている各部材の強度、例えば、前記扉枠部３３、床板１７、屋根構体６０の出入台部分における強度は、前記ヒューズ部材の強度より低い強度に設定されており、過大な荷重が加わってヒューズ部材が破断する際には、扉枠部３３、床板１７及び屋根構体６０の出入台部分も、前記ヒューズ部材の破断と同時に変形するように設定されている。

衝撃吸収部材４５は、例えば、断面正方形の同一形状の角パイプからなる４本の長尺衝撃吸収体４５ａと、該長尺衝撃吸収体４５ａの長さに比べて長さが短い２本の短尺衝撃吸収体４５ｂとを、各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂの軸線を互いに平行して組み合わせたものを使用することができる。各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂの基端は、取付板４５ｃに一体的に接合されており、該取付板４５ｃを枕梁２２やガイド中梁４４の端面に取り付け、各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂの軸線を車体前後方向に向けて配置している。各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂの先端には、対向する二組の対向面の内の一組の対向面の先端縁に切欠部４５ｄがそれぞれ設けられており、各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂは、各切欠部４５ｄ同士が隣接しないように組み合わされている。

このように形成した衝撃吸収部材４５は、衝突時には、最初に長尺衝撃吸収体４５ａの切欠部４５ｄを設けていない対向縁が衝撃を受けて変形し、続いて短尺衝撃吸収体４５ｂの切欠部４５ｄを設けていない対向縁が衝撃を受けて変形を開始する。各衝撃吸収体４５ａ、４５ｂの変形は、隣接する衝撃吸収体の壁面に相互に影響を与えながら基端側に向かって連続して繰り返される。これにより、各衝撃吸収体４５ａ、４５ｂの壁面を連続的に蛇腹状に座屈させて衝撃を吸収することができる。また、複数の衝撃吸収体を幅方向及び高さ方向に配置して接合しているので、衝撃吸収部材４５の曲げ剛性が高まり、中間部で折れ曲がることを防止できるので、衝突エネルギーを確実に吸収することができる。

このように、妻構体５０の下部を接合した端梁２６は、スライド中梁４３とガイド中梁４４とにより形成された下部スライド部４１によって車体前後方向にスライド可能に保持され、妻構体５０の上部に設けられた上部補強梁５６は、車体両側に配置したスライド棒４７とガイド枠４８とにより形成された上部スライド部４２によって車体前後方向にスライド可能に保持された状態にそれぞれ形成されており、さらに、端梁２６と上部補強梁５６とは、妻柱５３及び隅柱５４によって強固に連結され、妻柱５３及び隅柱５４の下部には、妻柱５３及び隅柱５４の剛性を高めるための柱補強部材５７，５８をそれぞれ設けているので、端梁２６、上部補強梁５６、妻柱５３及び隅柱５４を強固に接合するとともに、妻柱５３及び隅柱５４を端梁２６や上部補強梁５６の前面に配置することによって妻構体５０が強固に枠組みされた状態になる。

これにより、妻構体５０に正面方向から大きな外力が作用した場合でも、妻構体５０に斜め方向から大きな外力が作用した場合でも、妻構体５０の一部に大きな外力が作用した場合でも、妻構体５０の全体で外力を受けることができ、下部スライド部４１及び上部スライド部４２によって妻構体５０を車体後方に向けて平行に移動させることができるので、妻構体５０が客室１４に向かって倒れることを防止できる。

また、上部補強梁５６や端梁２６の外面に妻柱５３及び隅柱５４を接合しているので、妻柱５３や隅柱５４に作用する外力を上部補強梁５６や端梁２６に確実に伝達することができる。さらに、隅柱補強部材５８の下部は、下端を突出片２６ａの上面に接合し、下端部側面を端梁２６の外面に接合しているので、隅柱補強部材５８を端梁２６の上面に立設した場合に比べて隅柱補強部材５８と端梁２６との接合強度を向上させることができ、妻面への外力を妻構体５０の全体及び端梁２６に効果的に伝達することができる。

したがって、妻構体５０に作用する外力の作用方向や外力の作用位置に関係なく、クラッシャブルゾーンとなる出入台１３の部分を変形させながら妻構体５０を車体後方に向かって平行に移動させることができるので、衝撃吸収部材４５では、各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂの軸線方向に外力が作用することになる。これにより、各衝撃吸収体４５ａ，４５ｂを前述のように確実に座屈変形させることができ、衝撃吸収部材４５による外力の吸収効果を十分に発揮させることができる。このように、車端部に設けた出入台１３の部分だけを変形させて衝突エネルギーを吸収することにより、客室１４を保護することができる。

さらに、側構体３０の側柱３１の下端を台枠２０の側梁２１に設けられた突出片２１ａの上面部に接合し、側柱３１の下部内面を側梁２１の外面部２１ｂに接合しているので、車体側方から側構体３０に加わる外力を、側柱３１の下端部を介して側梁２１の外面部２１ｂで支持することができる。したがって、側柱３１の下端を側梁２１の上面に接合した場合に比べて側柱３１と側梁２１との接合強度が向上し、台枠２０と側構体３０とを強固に接合することができるので、車体の側面部分に大きな外力が加わっても側構体３０が車体内側に向けて変形することを抑えることができる。また、上方から屋根構体６０に加わる外力も、側柱３１を介して側梁２１の突出片２１ａで支持することができるので、上方からの外力によって屋根構体６０が車体内側に向けて変形することを抑えることができる。

また、妻柱５３及び隅柱５４と各柱補強部材５７，５８との組み付けを、妻柱５３及び隅柱５４の車体内部側に設けた開口５３ａ，５４ａを通して各柱補強部材５７，５８を妻柱５３及び隅柱５４の内部に挿入して行うことにより、妻構体５０を水平方向に移動させて組み付けることが可能となる。これにより、妻柱５３及び隅柱５４を、様々な車体断面の妻構体５０に先組みした状態で妻構体５０と台枠２０とを結合することが可能となり、各柱補強部材５７，５８と妻柱５３及び隅柱５４との組み付けを容易に行うことができる。さらに、妻柱５３や隅柱５４が傾斜している妻構体にも対応することが可能となる。

なお、前頭部の車体では、出入台１３の部分に運転台や乗務員室が設けられ、妻面には、幌や標識灯などが設けられる。また、妻柱５３は、貫通扉１８の有無や妻面窓１９の形状に応じて適宜な位置に設けることができ、１本であってもよい。さらに、衝撃吸収部材４５の構造や各接続部材４６，上部接続部材４９の構造も適宜な構造を採用することができる。

１１…車体、１２…乗降扉、１３…出入台、１４…客室、１５…側窓、１６…車輪、１７…床板、１８…貫通扉、１９…妻面窓、２０…台枠、２１…側梁、２１ａ…突出片、２１ｂ…外面部、２２…枕梁、２３…中梁、２４…横梁、２５…長土台、２６…端梁、２６ａ…突出片、２６ｂ…スリット、３０…側構体、３１…側柱、３２…骨部材、３３…扉枠部、３３ａ…鴨居部、３４…窓枠部、３５…腰板、３６…幕板、３７…戸袋部、４０…クラッシャブルゾーン、４１…下部スライド部、４２…上部スライド部、４３…スライド中梁、４４…ガイド中梁、４５…衝撃吸収部材、４５ａ…長尺衝撃吸収体、４５ｂ…短尺衝撃吸収体、４５ｃ…取付板、４５ｄ…切欠部、４７…スライド棒、４８…ガイド枠、５０…妻構体、５１…扉用開口枠部、５２…窓用開口枠部、５２ａ…補強部材、５３…妻柱、５４…隅柱、５３ａ，５４ａ…開口、５３ｂ、５４ｂ…接合孔、５３ｃ，５４ｃ…補強アングル、５５…上面板、５６…上部補強梁、５７…妻柱補強部材、５８…隅柱補強部材、５９…連結器、５９ａ…連結器支持枠、６０…屋根構体、６１…長桁、６２…垂木、６３…屋根板、６４…警笛

Claims

台枠、側構体、妻構体及び屋根構体を接合して車体を形成した鉄道車両において、前記車体の端部にクラッシャブルゾーンを介して妻構体を設け、該妻構体は、幅方向中央部に設けられた妻柱と、幅方向両端部にそれぞれ設けられた一対の隅柱と、妻構体の上部に設けられた上部補強梁とを備え、前記妻柱及び前記隅柱の下端部を前記台枠の端梁に、前記妻柱及び前記隅柱の上端部を前記上部補強梁にそれぞれ接合し、前記クラッシャブルゾーンには、前記台枠の端梁の中央部から前記台枠に設けられている枕梁の方向に向かって水平方向に突設したスライド中梁と前記枕梁から車端方向に水平に突出したガイド中梁とを車体前後方向にスライド可能に設けるとともに、前記上部補強梁の両端部から側構体上部に沿って水平に突出したスライド棒と側構体上部に設けられたガイド枠とを車体前後方向にスライド可能に設けたことを特徴とする鉄道車両。
前記スライド中梁と前記ガイド中梁とを下部ヒューズ部材で連結し、前記スライド棒とガイド枠とを上部ヒューズ部材で連結するとともに、前記各ヒューズ部材の強度を、前記妻構体にあらかじめ設定した荷重を超える荷重が作用したときに破断して前記下部スライド部及び前記上部スライド部をスライド可能とする強度に設定したことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両。
前記スライド中梁と前記枕梁との間に衝撃吸収部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両。