JP2019171963A

JP2019171963A - 内装用衝撃吸収部材

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Publication number: JP2019171963A
Application number: JP2018060091A
Authority: JP
Inventors: 直茂松尾; Naoshige Matsuo; 広一郎難波; Koichiro Nanba
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP7077096B2

Abstract

【課題】２次衝突時に発生する反力値を抑える事ができる内装用衝撃吸収部材の提供。【解決手段】鉄道車両１００に備えられる前面パネル１２０において、鉄道車両１００の座席１１０の前面に設けられる板状部材であり、板状部材の厚みは均一で、板状部材には複数の取付用孔であるボルト孔１２１と複数の強度調整孔１２２が設けられ、１の強度調整孔１２２とその周囲に隣接して設けられる６つの他の強度調整孔１２２はその中心間距離が等しく、強度調整孔１２２の直径の大きさによって、座席１１０に座る乗客が衝突した際に生ずる反力値が低くなるように調整され、ボルト孔１２１に締結部材を挿入して鉄道車両１００に固定される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の内装パネルに関し、具体的には衝突時に緩衝機能を発揮する内装用衝撃吸収部材の技術に関する。

鉄道車両の走行中に線路上の障害物と衝突すると、車体に衝撃加速度が生じる。乗客は、車体に生じた衝撃によって客室内で車両進行方向に移動し、車内装備又は他の乗客と衝突する２次衝突と呼ばれる現象により被害を受ける可能性が指摘されている。しかしながら、鉄道車両の運行の特殊性から、座席に座る乗客用にシートベルトのような安全設備を備える事に馴染まず、別の対策が求められている。

特許文献１には、鉄道車両の衝突安全評価方法に関する技術が開示されている。特許文献２には、袖仕切り板の取り付け方法についての技術が開示されている。特許文献１に示される様に２次衝突による乗客の被害軽減についての技術は求められているが、特許文献２に示すように、ロングシートのサイドに設ける袖仕切り板を工夫するような技術は検討されているものの、クロスシートに対する技術はあまり検討されていない。

特開２０１５−２１５２４９号公報特開２０１２−１８００２９号公報

しかしながら、クロスシートに座る乗客に対しても、２次衝突による乗客被害の低減が求められる。一般的には、クロスシートに座る場合、多くのクロスシートは鉄道車両の進行方向前側に前列のクロスシートが配置されるために、前列のクロスシートでの衝撃緩和が期待できる。ただし、進行方向最前列のクロスシートではそうした効果は期待できない。このために考えられる２次衝突の対策としては、例えば、ゴムや発泡素材を用いた緩衝材を妻構体の内装に施すことも考えられる。ただ、ゴムや発泡素材は経年劣化により比較的早期に交換が必要になる点と、デザイン上の制約を生じる事もある点を考えると、利用しにくい側面がある。また、車内に突起物を設けることも避けたい事情がある。これは、クロスシートは回転式のものが多いので、回転させた際に干渉することは避けたい為である。

もちろん、妻構体の内装部分に弾性構造体を用いて２次衝突の対策とすることも考えられるが、複雑な構造を内装部分に埋め込むことは乗客が触れて故障する懸念があり好ましくないし、あまり厚みが採れないという問題点もある。このため、変形しやすいアルミニウムなどの素材を妻構体の内装部分に用いて、内装材を塑性変形させて２次衝突時に発生するエネルギーを吸収する手法も考えられる。内装材を塑性変形させて受け止めると反発が抑制されるので、弾性変形と比べて乗客同士の衝突や、反発による衝突（３次衝突）の被害を軽減出来る。しかし、例えば内装材に金属素材を用いる場合には、衝撃反力値が高くなる傾向にある。反力値を抑えるために板厚を薄くすると、今度は取り付け部付近に応力集中による破壊を生じる虞がある。

そこで、本発明はこの様な課題を解決する為に、２次衝突時に発生する反力値を抑える事ができる内装用衝撃吸収部材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による内装用衝撃吸収部材は、以下のような特徴を有する。

（１）鉄道車両に備えられる内装用衝撃吸収部材において、前記鉄道車両の車室内装に設けられる板状部材であり、前記板状部材の厚みは均一で、前記板状部材には、複数の強度調整孔が設けられる衝撃吸収領域と、該衝撃吸収領域の外周に設けられる取付領域が備えられ、１の前記強度調整孔とその周囲に隣接して設けられる６つの他の前記強度調整孔はその中心間距離が等しく、前記強度調整孔の直径の大きさによって、前記車室内の乗客が衝突した際に前記乗客に対して生ずる反力値が低くなるように調整され、前記取付領域にて前記板状部材が前記鉄道車両に固定されていること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、鉄道車両内における２次衝突によって乗客に生じる被害を低減することが可能となる。これは、座席に座っている乗客が妻構体の内側に配置される内装材に設けた板状部材にぶつかった際に、板状部材に強度調整孔が設けられ反力値が低くなるように設定されているため、２次衝突による乗客への被害の低減が可能となる。その上で、板状部材に強度調整孔を設けて反力値を調整するという手法を採っていることで、コスト削減も可能となる。

板状部材の強度を調整する方法としては、板厚を増減することも考えられるが、任意の場所の板厚を調整する為には製造コストが問題となると考えられる。これは、例えば取付領域に設けた取付用孔など、取り付け部分の周辺には応力が集中しやすい為、取付領域の板厚はそれなりの厚さを要する一方で、反力値を低く抑えるためには板厚を薄くしなければならず、板状部材の厚みを取付領域と衝突すると予想される位置周辺では変化させる必要がある為である。板厚の調整には切削や化学処理などの手間が必要となると考えられ、同じ板厚の部材を用いる場合に比べてコスト高となる。一方で、強度調整孔を設けることで板厚を変えずに反力値を調整する事が可能となり、こうした加工の手間を省くことができるため、コスト低減に貢献することが可能となる。

（２）（１）に記載の内装用衝撃吸収部材において、前記強度調整孔の直径は、座席に座る前記乗客が衝突すると予想される位置の中央部よりその周辺部の方が大きく形成されること、が好ましい。

（３）（２）に記載の内装用衝撃吸収部材において、前記板状部材には、前記座席に座る前記乗客の膝の位置を中心として左右に第１の直径を有する第１強度調整孔と、該第１強度調整孔に隣接した、前記第１強度調整孔より直径の大きな第２の直径を有する第２強度調整孔が設けられること、が好ましい。

上記（２）又は（３）に記載の態様によって、強度調整孔の直径を部位によって変更することで、反力値を調整することができる。これは、ある程度強度が必要となる乗客が衝突すると予想される部位の強度を高め、一方で、衝突部位から離れた周辺の強度調整孔の直径を大きくしておくことで、内装用衝撃吸収部材の塑性変形し易さを高めて反力値を抑える事が可能となるからである。こうすることで、より効果的に反力値の調整が可能となる。

（４）（１）に記載の内装用衝撃吸収部材において、前記強度調整孔の直径は全て等しいこと、が好ましい。

上記（４）に記載の態様によって、強度調整孔の直径は等しくするものの、全体的に反力値を調整することで２次衝突の被害を低減することが可能となる。座席に座る乗客の体格には個人差があり、衝突すると予想される部位が絞り込めないようなケースでは、強度調整孔の直径が等しく、内装用衝撃吸収部材全体で反力値が調整されていることが望ましい。

（５）（１）に記載の内装用衝撃吸収部材において、前記取付領域に取付用孔が設けられ、該取付用孔に締結部材を挿入して前記鉄道車両に固定されること、が好ましい。

上記（５）に記載の態様によって、取付用孔を設けることで内装用衝撃吸収部材を鉄道車両に取り付け可能となるので、内装用衝撃吸収部材の製造コストを低減することが可能となり、取り替えなどの作業もやり易くなるなどのメリットがある。

（６）（２）に記載の内装用衝撃吸収部材において、前記板状部材に設けられる前記衝撃吸収領域は、前記座席に座る前記乗客が前記車室内装に衝突した際に前記乗客の肩または頭部が衝突すると想定される位置であること、が好ましい。

上記（６）に記載の態様によって、クロスシートだけで無く、ロングシートに腰掛けている乗客に対しても、内装用衝撃吸収部材による保護を実現することができる。

第１実施形態の、鉄道車両の模式斜視図である。第１実施形態の、前面パネルの正面図である。第１実施形態の、座席に乗客が座っている様子を示す模式斜視図である。第１実施形態の、２次衝突が発生した様子を示す模式図である。第１実施形態の、前面パネルに衝突想定位置を重ねた正面図である。第１実施形態の、最大反力値に関するグラフである。第２実施形態の、前面パネルの正面図である。第２実施形態の変形例として示す、前面パネルの正面図である。第３実施形態の、２次衝突が発生した様子を示す模式図斜視図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の、鉄道車両１００の模式斜視図を示す。鉄道車両１００は、側面に配置される側構体１０１と前後に配置される妻構体１０２、上部に配置される屋根構体１０３とを備えており、内部には複数の座席１１０が設けられている。

座席１１０は鉄道車両１００の進行方向と交差する方向に図示しない乗客５００が並んで着席する、いわゆるクロスシートと呼ばれるものである。このうち鉄道車両１００の進行方向最前列に設置される座席１１０の前には前面パネル１２０が配置される。なお、座席１１０が回転式クロスシートであれば、反対側にも必要に応じて配置される。この前面パネル１２０は着座の状態で図示しない乗客５００の膝の前辺りに配置されることになる。

前面パネル１２０は内装材として用いられるハードボードか、妻構体１０２を支持する図示しない妻柱などにボルト等によって固定される構造になっている。なお、鉄道車両１００が先頭車両の場合には、運客仕切りに前面パネル１２０が配置され、或いは展望室構造を有する鉄道車両１００の場合には、妻構体１０２だけではなく先頭車両内部の進行方向最前列の座席１１０前に前面パネル１２０が配置される。前面パネル１２０の背面、つまり妻構体１０２の内部は、前面パネル１２０の変形を許容する程度の空洞が設けられている。また、説明の都合上、第１実施形態の前面パネル１２０の表面は、客室側に露出するような図として説明されているが、前面パネル１２０の表面に内装用の化粧シートなどを貼り付けることを妨げない。

図２に、前面パネル１２０の正面図を示す。前面パネル１２０は、薄手の金属板よりなり、第１実施形態では２ｍｍ厚程度のアルミニウム合金を用いて構成されている。均一の厚みの金属板を用いる事が望ましい。また、この前面パネル１２０には、複数の強度調整孔１２２が設けられている。強度調整孔１２２の設けられるエリアである衝撃吸収領域Ａｒ１とその外周に設けられる取付用孔としてボルト孔１２１の開けられるエリアである取付領域Ａｒ２の２つの領域に分けられている。前面パネル１２０に空けられた強度調整孔１２２は、隣接する６つの穴との中心間距離が全て等しくなるように配置されている。

強度調整孔１２２の大きさは、３種類用意されている。第１強度調整孔１２２ａ、第２強度調整孔１２２ｂ、第３強度調整孔１２２ｃを備えている。これらがそれぞれ異なる直径で設けられており、中心位置Ｌ１と中心位置Ｌ２を中心として直径の小さな第３強度調整孔１２２ｃが配置され、そこから遠くなるに従ってより直径の大きな第２強度調整孔１２２ｂ及び第１強度調整孔１２２ａが順に配置されている。この結果、中心位置Ｌ１及び中心位置Ｌ２の周辺は直径の小さな第３強度調整孔１２２ｃが配置されて空隙部分が少なく粗になり、そこから離れる毎により直径の大きな第２強度調整孔１２２ｂ及び第１強度調整孔１２２ａが順に配置され空隙が大きく密になるような構成になっている。

第１実施形態の内装用衝撃吸収部材は上記構成であるため、以下に示すような作用及び効果を奏する。

まず、第１実施形態の内装用衝撃吸収部材である前面パネル１２０を用いる事で、鉄道車両に乗車している乗客の２次衝突による被害を低減することが可能となる。鉄道車両１００に備えられる前面パネル１２０において、鉄道車両１００の座席１１０の前面に設けられる板状部材であり、板状部材の厚みは均一で、板状部材には複数の取付用孔であるボルト孔１２１と複数の強度調整孔１２２が設けられ、１の強度調整孔１２２とその周囲に隣接して設けられる６つの他の強度調整孔１２２はその中心間距離が等しく、強度調整孔１２２の直径の大きさによって、座席１１０に座る乗客が衝突した際に生ずる反力値が低くなるように調整され、ボルト孔１２１に締結部材を挿入して鉄道車両１００に固定されている。

この様な構成であるので、内装用衝撃吸収部材となる前面パネル１２０の反力値を低下させることができる。前面パネル１２０には中心間距離が等しくなるように複数の強度調整孔１２２が設けられている。中心間距離が等しくなることで、前面パネル１２０の一点にものが衝突した場合にも均等に力が分散するような効果が期待できる。また、強度調整孔１２２は第１強度調整孔１２２ａ、第２強度調整孔１２２ｂ、第３強度調整孔１２２ｃの３種類よりなり、それぞれ異なる直径にて配置されている。そして、図２に示すように、中心位置Ｌ１及び中心位置Ｌ２の周辺は孔が粗になって空隙部分が少なく、そこから離れる毎に孔が密になって空隙が大きくなるような構成となっている。

図３に、座席１１０に乗客５００が座っている様子を模式斜視図に示す。説明の為に座席１１０には乗客５００が一人座っている状態としているが、座席１１０が複数ある場合には、複数の前面パネル１２０を用意するか、又は複数の前面パネル１２０を一体化したものを用いる事が好ましい。図４に、２次衝突が発生した様子を模式図に示す。鉄道車両１００に１次衝突による影響が及ぶと、乗客５００が内装に衝突する２次衝突が発生する事がある。この際、図３に示すように座席１１０に座った乗客５００は、図４に示すように、鉄道車両１００の進行方向に移動して妻構体１０２に衝突する虞がある。この際に、乗客５００が最初に触れると想定されるのが前面パネル１２０であり、乗客５００の膝部分が前面パネル１２０に衝突すると予想される。

この為、前面パネル１２０に設けられる強度調整孔１２２は、膝の衝突想定位置は直径が小さく、衝突想定位置から離れる毎に直径が大きく設定されている。図５に、前面パネル１２０に衝突想定位置Ａを重ねた正面図を示す。前面パネル１２０には衝突想定位置Ａが設けられていて、この衝突想定位置Ａの中心を貫通するように中心位置Ｌ１と中心位置Ｌ２が設けられている。この中心位置Ｌ１と中心位置Ｌ２を基準にして、直径の小さな第３強度調整孔１２２ｃが配置され、前述したようにそこから遠くなるに従ってより直径の大きな第２強度調整孔１２２ｂ及び第１強度調整孔１２２ａが順に配置されている。

この様な、衝突想定位置Ａ付近の空隙部分が粗、そこから離れる毎に空隙部分が密になって、空隙が大きくなるような構成にすることで、前面パネル１２０からの反力値を下げることが可能となる。反力値が小さいと言う事は、乗客に対するダメージが少ないことを意味するので、２次衝突による被害を軽減することができる。なお、前面パネル１２０に設ける強度調整孔１２２は、反力値のピーク値を抑えつつ、運動エネルギーを吸収できる構成が好ましい。また、前面パネル１２０が破断してしまうと、乗客を前面パネル１２０で受け止めきれなくなるため、破断が生じない塑性変形の範囲内で運動エネルギーを吸収する構成にする事が好ましい。こうした構成に対して効果があるのが、強度調整孔１２２の配置を、１の強度調整孔１２２に対して他の近接する６つの強度調整孔１２２の中心位置の距離が全て等しくなるように設計することと、前述した強度調整孔１２２の直径を変化させることで粗、密の構成にすることである。

これは、強度調整孔１２２を正六角形の頂点と、その中心位置に配置する構成にすることで、衝突時のエネルギーを均等に分散させる効果が期待できるからである。また、中心位置Ｌ１と中心位置Ｌ２を基準にした粗・密な構成は、衝突想定位置Ａの空隙が粗となることで、前面パネル１２０の衝突想定位置Ａ周辺が変形するのを防ぎ、そこから離れた位置が塑性変形することで運動エネルギーを吸収することが期待できる。図６に最大反力値に関するグラフを示す。縦軸は最大反力値を示し、「条件１」は前面パネル１２０に強度調整孔１２２を設けていないもの、「条件２」は第１実施形態に示すような強度調整孔１２２を設けているものを示している。この最大反力値は、前面パネル１２０が３５０Ｊのエネルギーを吸収するまでに生じるピーク値である。「条件１」に対して「条件２」の最大反力値は８割程度であり、２割程度の反力値の減殺が見込めた。よって、２次衝突による被害の低減が期待できる。

このような前面パネル１２０に強度調整孔１２２を設けて２次衝突時に生じる運動エネルギーを吸収する手法を採る一方、前面パネル１２０の厚みは一定となっている構成を採ることで、前面パネル１２０の製造コストを下げる効果が期待できる。例えば、前面パネル１２０の厚みを変化させることで反力値のピークを下げる手法も考えられるが、こうした厚みのコントロールはコストが高くなりやすいなどの問題がある。強度調整孔１２２を設ける構成にしてあれば、比較的安価に前面パネル１２０の製造が期待できる。１つの鉄道車両に複数の前面パネル１２０を用いる事を考えれば、コスト低減の効果が期待できる。

また、前面パネル１２０には、衝撃吸収領域Ａｒ１と、取付領域Ａｒ２が設けられている。強度調整孔１２２が配置されるのが衝撃吸収領域Ａｒ１で、ボルト孔１２１が設けられているのが取付領域Ａｒ２である。ボルト孔１２１は集中応力が発生し易く、２次衝突を受ける事でボルト孔１２１付近より亀裂が入るような損傷を受けることが考えられるが、取付領域Ａｒ２を適切な幅に設定しておくことで、この損傷を低減する効果が期待できる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態と同じような構成であるが、内装用衝撃吸収部材の構成が異なる。図７に、第２実施形態の、前面パネル２２０の正面図を示す。図８に、第２実施形態の変形例として紹介する、前面パネル３２０の正面図を示す。第２実施形態の前面パネル２２０及び前面パネル３２０は、何れも衝撃吸収領域Ａｒ１に強度調整孔１２２が設けられている。ただし、前面パネル２２０の強度調整孔１２２Ａは小径の、前面パネル３２０の強度調整孔１２２Ｂは大径の強度調整孔１２２が設けられている点で異なる。強度調整孔１２２の配置に関しては、第１実施形態と同様に正六角形の頂点と中心に位置する関係となっている。ただし、異なる点は衝撃吸収領域Ａｒ１に設けられた強度調整孔１２２Ａ及び強度調整孔１２２Ｂは何れも同じ径で設けられている点である。

強度調整孔１２２Ａより大径の強度調整孔１２２Ｂが設けられた前面パネル３２０の方が最大反力値を抑える事が可能であり、強度調整孔１２２の大きさに関しては設計思想によって適宜選択されることが望ましい。また、このような前面パネル２２０及び前面パネル３２０に設けられる強度調整孔１２２Ａ、１２２Ｂは、最大反力値を抑えると共に、２次衝突によって容易に破断しないよう最適化される事が望ましい。こうした前面パネル２２０及び前面パネル３２０は、第１実施形態で用いられた前面パネル１２０に比べて最大反力値を抑える効果は低いが、同じ孔径で用意すれば良いため、衝突想定位置Ａが設定しにくいケースやよりコストを削減したい場合には効果的である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態は第１実施形態と同じような構成であるが、内装用衝撃吸収部材の構成が異なる。図９に、２次衝突が発生した様子を模式図斜視図として示す。第３実施形態では、他の実施形態と事なり鉄道車両１００の内部に設けられる座席１１０がクロスシートでは無く、鉄道車両１００の進行方向に添った方向で乗客５００が並んで着席する、いわゆるロングシートと呼ばれるものが用いられる。そして、図９には乗客５００が妻構体１０２の内装面に２次衝突する様子が示されている。

この妻構体１０２には、内装用衝撃吸収部材として側面パネル１３０が設けられている。側面パネル１３０は第１実施形態の前面パネル１２０に相当する機能を有しており、衝撃吸収領域Ａｒ１を２箇所に設けている。ただし、側面パネル１３０の衝撃吸収領域Ａｒ１は、２次衝突が発生した際に乗客５００の頭部と肩部があたると想定される衝突想定位置Ａに設けられている点が、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる。

なお側面パネル１３０には、図示しない第１強度調整孔１２２ａ、第２強度調整孔１２２ｂ、第３強度調整孔１２２ｃに相当する孔が、他の実施形態と同様に設けられており、乗客５００があたると想定される場所の周辺は直径の小さな第３強度調整孔１２２ｃが配置されて空隙部分が少なく、そこから離れたより直径の大きな第２強度調整孔１２２ｂ及び第１強度調整孔１２２ａが順に配置され空隙が大きく密になるような構成となっている。

以上、本発明に係る内装用衝撃吸収部材を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、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、第１実施形態及び第２実施形態では、説明の都合上、座席１１０に乗客一人で座るように説明しているが、２人又は３人並んで座るケースが多いので、これに対応して前面パネル１２０を複数並べて設ける、或いは一体的に構成することを妨げない。

また、本発明はクロスシートに適用するような事例として紹介したが、ロングシートの袖仕切りに適用することも可能である。具体的には、袖仕切り部分には乗客の肩や肘、腕、或いは頭部などが当接する可能性があるため、第１実施形態同様に衝突想定位置Ａの周辺を中心に直径の小さな第３強度調整孔１２２ｃを配置し、その周囲に第２強度調整孔１２２ｂ及び第１強度調整孔１２２ａを配置した前面パネル１２０の構成と同じ袖仕切りを設けることで、衝撃の緩和が期待できる。また、第２実施形態同様に、最大反力値が小さくなり、かつ、破断しない程度の強度を保つような強度調整孔１２２を有する前面パネル２２０、３２０の構成と同じ袖仕切りを設けることでも、衝撃の緩和が期待できる。

１００鉄道車両
１０１側構体
１０２妻構体
１１０座席
１２０前面パネル

Claims

鉄道車両に備えられる内装用衝撃吸収部材において、
前記鉄道車両の車室内装に設けられる板状部材であり、
前記板状部材の厚みは均一で、
前記板状部材には、複数の強度調整孔が設けられる衝撃吸収領域と、該衝撃吸収領域の外周に設けられる取付領域が備えられ、１の前記強度調整孔とその周囲に隣接して設けられる６つの他の前記強度調整孔はその中心間距離が等しく、
前記強度調整孔の直径の大きさによって、前記車室内の乗客が衝突した際に前記乗客に対して生ずる反力値が低くなるように調整され、
前記取付領域にて前記板状部材が前記鉄道車両に固定されていること、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。
請求項１に記載の内装用衝撃吸収部材において、
前記強度調整孔の直径は、座席に座る前記乗客が衝突すると予想される位置の中央部よりその周辺部の方が大きく形成されること、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。
請求項２に記載の内装用衝撃吸収部材において、
前記板状部材には、
前記座席に座る前記乗客の膝の位置を中心として左右に第１の直径を有する第１強度調整孔と、
該第１強度調整孔に隣接した、前記第１強度調整孔より直径の大きな第２の直径を有する第２強度調整孔が設けられること、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。
請求項１に記載の内装用衝撃吸収部材において、
前記強度調整孔の直径は全て等しいこと、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。
請求項１に記載の内装用衝撃吸収部材において、
前記取付領域に取付用孔が設けられ、該取付用孔に締結部材を挿入して前記鉄道車両に固定されること、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。
請求項２に記載の内装用衝撃吸収部材において、
前記板状部材に設けられる前記衝撃吸収領域は、前記座席に座る前記乗客が前記車室内装に衝突した際に前記乗客の肩または頭部が衝突すると想定される位置であること、
を特徴とする内装用衝撃吸収部材。