JP3805998B2 - 車体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衝突時に発生するエネルギを吸収する構造に関するものである。例えば、アルミニウム合金製中空押出形材を用いて製作された鉄道車両，自動車やバス等の輸送機器に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両を対象にした、衝突時のエネルギを吸収して乗客の安全を確保する構造は、車体構造そのものに設置する場合と、車体の外部に別途設置する場合がある。前者は車体の台枠の部材を変形させることによりエネルギを吸収するものであり、特開平１１−５９４１５号に示されている。後者は先頭車の先頭に設けた緩衝装置や排障装置を変形させることによりエネルギを吸収するものであり、特開平６−２１１１３３号，特開２０００−６８０６号に示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
中空押出形材で構成した車体に衝突エネルギ吸収機能を付与する場合、中空押出形材そのものに衝突エネルギ吸収機能を付与することと、中空押出形材では衝突エネルギの吸収はおこなわずに別の部材を取り付けて衝突のエネルギを吸収する方法が考えられる。しかし、新たに別の部材を付加する方法では、部材の付加する寸法が制限され、多大な衝突エネルギを吸収する構造を付加することには限界がある。また、車内に専用の空間を設ける場合は、車内空間が減少する。このため、車体を構成する中空押出形材そのものに衝突エネルギ吸収構造を付与することが望ましい。
【０００４】
衝突エネルギを吸収する構造を検討する場合、衝突時に発生する加速度の最大値（いわゆる、衝撃）を低下させてスムーズに衝突を開始させることと、小さな寸法でより多くのエネルギを吸収する２点が重要である。
【０００５】
衝突時に発生する加速度の最大値は、部材の構造により決定される。パイプや角材などの閉空間を有する部材は、平板と比較して圧縮荷重に対する変形抵抗が大きい。中空押出形材は、トラスとリブで構成された閉空間の集合体であるので、圧縮荷重に対する変形抵抗はきわめて大きくなる。圧縮荷重に対する変形抵抗の増大は衝突発生後最初に部材が変形を開始する際に生じる加速度の最大値を増大させるので、乗客に対する損傷の度合いを増大させる。
【０００６】
衝突エネルギの吸収量に関しては、安定して連続的に変形を誘起させることが必要である。エネルギ吸収後に部材が変形する量を大きく取れ、かつ、比較的大きな部材でエネルギを吸収する場合には、当該部材を全体的に変形させてエネルギを吸収することが考えられる。たとえば、特開平１１−５９４１５号に記載の構造では、中梁を全体的に変形させることによりエネルギを吸収している。一方、比較的小さな部材を用いてエネルギを吸収させる場合や、エネルギを吸収させるための変形量を小さくしたい場合には、特開平６−２１１１３３号のように、部材を局部的に変形させると同時に、同一の部材における局部変形を多数回誘起するようにして、トータルで吸収エネルギ量を増加させている。
【０００７】
中空押出形材で構成している車体の場合、中空押出形材そのものを大きく変形させてエネルギを吸収すると、客室内に変形の影響を与えることになるので、安全上許容できない。このため、特開平６−２１１１３３号のように、中空押出形材を部分的に変形させて、その変形を数多く誘起することにより吸収するエネルギを増加させる必要がある。
【０００８】
同一の部材内で局部的な変形を多数回誘起させるためには、局部的な変形を安定して、しかも連続的に誘起させることが重要である。このためには、衝突によりある部分で変形が生じた場合でも、構造全体の位置関係が一定の関係に保たれ、次の変形が誘起されやすくすることが必要である。これは、最初の変形が終了したあとに、引き続いて他の部位が同様に変形することを目的とするものである。例えば、特開平６−２１１１３３号の図５のように、変形後の形状は、側面から見た場合、あたかも蛇腹のような形状になることが望ましい。
【０００９】
中空押出形材は多くの閉空間を有している。そこで、蛇腹状の理想的な変形を誘起する場合、ある一部の面板あるいはリブの局部的な変形に伴って隣接した面板あるいはリブもその変形に追随して変形することが必要である。このためには、衝突エネルギを吸収しようとする中空押出形材全体で、局部的な面外変形の波長が同一になる必要がある。しかし、中空押出形材の形状は複雑であり、本発明者らによる実験では、面外変形に関する波長はそろわない。波長が全体としてうまく合わない場合には、一部のみに変形が集中し、最初に変形を開始した部位に多大な荷重が作用して破断する。破断後には一切エネルギを吸収しなくなるばかりでなく、破断面が乗客や器物を損壊する可能性が高いので、避けなければならない。
【００１０】
本発明は、中空形材を用いた車体において、衝突エネルギ吸収機構を提供する。
【００１１】
上記目的は、車体の端部を構成する中空押出形材に、当該中空形材の端部を衝突エネルギ吸収構造にするため、該中空押出形材の押出方向に向けて複数列のスリットを設け、前記スリットは、前記二枚の面板と前記接続板とに設けており、この３箇所のスリットはそのスリットの上方から見ると同一箇所にあり、中空押出形材を構成している閉空間を開空間とすることにより、圧縮力に対する変形抵抗を減少させることによって、達成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施例を鉄道車両に適用した場合について、図１から図３により説明する。鉄道車両の車体２００は、側面を構成する側構体２０１，屋根を構成する屋根構体２０２，床を構成する台枠２０３，長手方向の端部を構成する妻構体２０４からなる。
【００１３】
側構体２０１，屋根構体２０２，台枠２０３は、それぞれ複数の中空押出形材１０を接合して構成している。側構体２０１，屋根構体２０２，台枠２０３は、中空押出形材１０の押出し方向を車体の長手方向としている。複数の中空押出形材１０を車体の周方向に沿って並べて接合している。中空形材はアルミニウム合金製中空押出形材からなる。以後、中空押出形材を中空形材１０と呼ぶ。
【００１４】
以下、この実施例の詳細を台枠２０３に適用した場合について説明する。以下の構成は、複数の車体からなる１編成の各車体に用いるのが好ましい。また、台枠２０３のみでなく、側構体２０１，屋根構体２０２にも同様に適用するのが好ましい。図１において、（Ａ）は台枠２０３の端部の平面図である。（Ｂ）は(Ａ)のＢ−Ｂ断面図である。台枠２０３の長手方向の端部には、端梁２１０があり、各中空形材１０の端部を閉鎖している。側構体２０１および屋根構体２０２の長手方向の端部は端梁２１０の位置にある。妻構体２０４は端梁２１０の位置にある。
【００１５】
各中空形材１０の長手方向の端部には複数列のスリット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を設けている。スリット３０は車体の長手方向に沿っている。スリット３０の長さは１００mmから５００mm程度である。スリット３０の幅は、最大で面板１１（１２）の板厚の２倍程度である。このスリット３０の長さの範囲が実質的に衝突エネルギを吸収する領域である。
【００１６】
中空形材１０は実質的に平行な２つの面板１１，１２と面板１１，１２を接続する接続板１３とからなる。接続板は傾斜している、面板１１，１２と接続板１３とでトラスを構成している。この中空形材１０を端部から丸のこ等で切削して複数列のスリット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を設けている。これによって、面板１１，１２、接続板１３にスリット３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）が設けられる。スリット３０を設けた後、端梁２１０を接合する。
【００１７】
ここで、面板１１，１２と接続板１３が交わる領域を結節領域２０と呼ぶ。スリット３０は、ある一つの結節領域２０とそれに隣接する結節領域２０との間にある。一つの結束領域２０の両側にスリット３０があるといえる。１つの面板１１（１２）において言えば、ある一つの結節領域２０とそれに隣接する結節領域２０との間に２列のスリット３０，３０があるといえる。すなわち、衝突エネルギを吸収しない部分における隣接する結節領域の間はリブまたは面板により連続しているが、衝突エネルギを吸収しようとする部分における隣接する結節領域の間は連続していない。
【００１８】
スリット３０の位置は、接続板１３と面板１１（１２）との結節点の中点を基準としている。当該中点を通過する面板１１，１２の法線と面板１１，１２が交差する部位に、面板のスリット３０を設ける。このため、面板とリブの交点は面板に対して垂直に一列に存在する。
【００１９】
図２において、面板１１，１２のスリット３０ａ，３０ｂはパッキン３１で閉鎖している。これは水等が中空形材の内部に入るのを防止するためである。パッキン３１は、ゴムやプラスチックなどで設けられ、中空形材１０を構成している材料と比較して硬度，剛性，強度が低いものである。パッキン３１は断面がＴ字状であり、さらに、スリットに入る部材の先端に、突起を設けている。パッキン３１を設置したあとに、容易にパッキン３１ｃが脱落することを防ぐ。
【００２０】
または、台枠２０３では、その下面側の面板１２に薄くて柔らかい板を溶接して、複数列のスリット３０をカバーしても良い。この板はスリット３０よりも十分に大きい。板の外周端のみを溶接する。
【００２１】
かかる構成において、衝突エネルギを吸収しようとする領域では、スリット３０によって、リブと面板で構成する閉空間がなくなり、どこかの部位で中空押出形材の外部と連絡がある開空間のみになる。このため、圧縮荷重に対する変形抵抗が減少し、衝突により発生する加速度の最大値が小さくなる。これにより、衝突時に乗客が受ける損傷が減少し、より安全性が向上する。
【００２２】
通常運用時に作用する垂直荷重や車端圧縮荷重が作用した場合でも、前記部位に発生する応力は小さいので、通常運用中に作用する荷重に対する安全性をも同時に確保することが容易である。また、中空押出形材の寸法と比較して切欠きの幅が小さいので、車端圧縮荷重のように車体長手方向に平行に荷重が作用した場合には、その荷重を負担する部材の面積がほとんど減少しないので、強度的にも有利である。さらに、切欠きの幅が狭いので、切欠き先端における応力集中を小さくすることができる。
【００２３】
スリット３０は、面板，リブともに面板に垂直な一列に設置しているので、丸鋸をはじめとする工具により容易に切欠くことが可能になるので、製作性が向上する。さらに、スリットを中空押出形材より強度的に弱い部材で覆っているので、衝突エネルギ吸収の効果を弱めることなく中空押出形材の内部へ進入する水滴，塵埃などを容易に防ぐことができる。
【００２４】
車外側になる面板１１にスリット３０ｃを設けなければ、通常運用中に作用する荷重に対して強度上有利である。また、塵埃や水の浸入がない。
【００２５】
上記実施例では、台枠２０３，側構体２０１，屋根構体２０２の端部が同一位置にあったが、スリット３０の端部すなわち車体の長手方向の端部よりも内側に側構体２０１、屋根構体２０２，妻構体２０４を設けてもよい。
【００２６】
図４の実施例を説明する。スリット３０は、面板１１，１２、接続板１３ともに結節領域の相互間の中央部に設ける。接続材３０のスリットは中空部に切削装置を入れて切削する。
【００２７】
かかる構成によれば、スリットを設けたすべての部材の寸法が同一になるので、衝突エネルギ吸収時の挙動が同一になり、一部分の部材への荷重の集中を避けることができる。
【００２８】
図５の実施例を説明する。スリット３０は、結節領域２０の中点に設けている。接続材１３には設けていない。すなわち、スリット３０は、同一の結節領域２０を二つに分割し、面板と面板が連続ではないようにする。
【００２９】
かかる構成によれば、すべての部材が板部材になるので、衝突時に発生する最大の加速度を低減できる。
【００３０】
本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、中空押出形材を用いた車体においても、衝突時の加速度を高めることなく容易な加工で衝突エネルギを吸収できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の台枠の端部の平面図と断面図である。
【図２】図１の使用状態の縦断面図である。
【図３】鉄道車両の車体の斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０…中空形材、１１，１２…面板、１３…接続板、２０…結節領域、３０…スリット、３１…パッキン、２００…車体、２０１…側構体、２０２…屋根構体、２０３…台枠、２１０…端梁。

Claims (3)

1. 実質的に平行な二枚の面板と、当該二枚の面板を接続する複数のトラス状に配置した接続材とで構成した中空押出形材を、車体の長手方向に向けて前記車体の床を構成する台枠に配置した車体において、
   前記車体の長手方向の端部の前記中空形材に、当該中空形材の端部を衝突エネルギ吸収構造にするため、前記長手方向に沿って複数列のスリットを設けており、
   前記スリットは、前記二枚の面板と前記接続板とに設けており、この３箇所のスリットはそのスリットの上方から見ると同一箇所にあること、
   を特徴とする車体。
2. 請求項１の車体において、
   前記スリットは、前記面板と前記接続板との結節領域の両側にあること、
   を特徴とする車体。
3. 請求項１の車体において、
   車外側の前記スリットは、前記中空押出形材を構成している材料に比較して高度が低く、剛性が低く、強度が弱い材料で覆われていること、
   を特徴とする車体。

Images