JP4383283B2 - 車両の衝撃低減構造 - Google Patents

Description

本発明は、軌道上を走行する車両が脱線したときに、車両が受ける衝撃を低減させる車両の衝撃低減構造に関する。

軌道上を走行する車両としては、例えば鉄道車両があげられる。鉄道車両は、車輪付きの台車を備え、平行な２本のレールからなる軌道上を走行するものである。
ここで、この種の鉄道車両には、他の鉄道車両との衝突を防止する手段が設けられている。例えば、先頭車両の先端に突出部を有する鉄道車両では、突出部に流体バックを装備させたものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、衝突時には、流体バックによって衝撃エネルギが吸収される。また、軌道の起点からの鉄道車両の絶対位置を、鉄道車両ごとに検知できるように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。この場合には、各鉄道車両の絶対位置から他の鉄道車両との相対距離を算出することで衝突が防止される。
特開２００３‐２８５７３９号公報 特開平７‐２６７０９０号公報

しかしながら、地震や脱線を検出してから実際に鉄道車両が停止するまでの間には所定の時間が必要であり、この時間をゼロにすることはできない。そして、この間、新幹線等の高速車両であれば、例えば１０秒経過しても２０ｋｍ／ｈ程度しか減速できず、３００ｋｍ／ｈで走行中であれば２８０ｋｍ／ｈ程度にしか減速できない。在来線であっても１００ｋｍ／ｈ未満に減速させることはできない。そして、このような高速度で走行する鉄道車両が脱線等した場合には、車両同士が衝突したり、通過駅などの構造物に車体が衝突したりすることも考えられるが、このような場合には、先頭車両の突出部に設けられた流体バックのみでは、衝突による衝撃を低減させることはできない。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高速走行する鉄道車両などにおいて前後する車体同士が衝突したり、他の構造物に衝突したりした場合であっても、その衝撃を低減させることである。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、軌道上を走行する車両が前記軌道から逸脱した際に、前記車両が衝突によって受ける衝撃を低減させる車両の衝撃低減構造であって、前記車両に、前記車両の進行方向に対して、前記車両又は前記軌道に沿って設けられた構造物を受け入れる方向に、徐々に開いた案内部を設け、前記案内部は、前記車両の端部の両側のコーナー部分を面取してなり、前後に連結される２つの前記車両において、対向配置される２つの案内部に、ダンパーを回動自在に渡設し、前記車両が脱線した場合に、前記ダンパーが最初に前記軌道に沿って設けられた構造物に衝突するように構成したことを特徴とする車両の衝撃低減構造とした。
この車両の衝撃低減構造は、案内部が、車両に設けられている。例えば、軌道を逸脱した、脱線車両の先端部と、他の車両が、脱線車両を受け入れるような形状になっているので、突出した部分が衝突することが防止される。さらに、脱線車両の走行方向が、軌道に沿う方向に修正されるようにガイドされる。
また、車両を構成する車体のコーナー部分が面取りされることで、車両又は構造物を徐々に受け入れるような開いた形状が形成されている。
さらに、この車両の衝撃低減構造は、車両が脱線した際に、最初にダンパーを他の車両や構造物に衝突させることで衝撃を低減させる。

請求項２に係る発明は、面取りされた前記コーナー部分を補完するように平面視で略三角形状を有するとともに、前記ダンパーを回動自在に挿通させるためのダンパ取出用開口部が形成された、衝撃を吸収する緩衝材を取り付けたことを特徴とする。
この車両の衝撃低減構造は、緩衝材が潰れることで衝突時の衝撃を低減させる。なお、緩衝材とダンパーとを併用する場合には、緩衝材及びダンパーで衝撃が低減される

本発明によれば、車両に、車両又は構造物を受け入れる方向に徐々に開いた案内部を設けたので、車両が脱線して、他の車両や構造物に衝突する際に、突出した部分で衝突しないようになるので、車両が受ける衝撃を低減させることができる。また、衝突時に車両の運動方向が修正されるようにガイドされるので、衝突後に車両が走行を続ける場合であっても衝撃を低減でき、さらに車両の転倒なども防止できる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に第１の実施の形態における鉄道車両の概略構成を示す。
図１及び図２は、本実施形態における衝撃低減構造を鉄道車両に適用したものである。
鉄道車両１は、２本の平行なレール２ａからなる軌道２上を走行するもので、レール２上に配置される一対の車輪３を有し、車輪３は台車４に回転自在に支持されている。台車４は鉄道車両の長さ方向に沿って複数設けられており、台車４上には、車体５が載置されている。

車体５は、中空構造を有し、その内部に座席等（不図示）が設けられ、乗員を搭乗させられるようになっている。具体的には、車体５は、底部を形成する台枠６を有し、台枠６の側縁のそれぞれに側構体８が取り付けられ、一対の側構体８の上端部に屋根構体が架設され、先端部及び後端部のそれぞれに形成される開口部が妻構体で閉塞されている。このような車体５の台枠６の先端部と後端部のそれぞれの下面には、連結器７が取り付けられており、他の車体５と回動自在に連結されるようになっている。

ここで、図２に示すように、台枠６の前後方向の端部の両側のコーナー部１０は、所定の後退角θをもって面取りされている。面取りによって形成される案内面１１（案内部）は、台枠６のそれぞれの側部を基端とし、台枠６の端面に向かって、台枠６の幅を減少させるように形成されている。面取りされたコーナー部１０の長さは、台枠６の全長に比べて十分に短く設定されており、台枠６の端部は、平面視で台形になっている。そして、このよう台枠６に合わせて車体５の端部全体が、平面視で幅を減少させるように構成されており、このように車体５の両コーナー部１０によって衝撃低減構造が形成されている。すなわち、車体５の先端側に設けられた衝撃低減構造は、鉄道車両１の進行方向前側から、進行方向後側に向かって、後退角θで直線的に開くように傾斜した案内面１１を有している。一方、車体５の後端側に設けられた衝撃低減構造は、鉄道車両１の進行方向前側から、進行方向後側に向かって、後退角θで直線的に閉じるように傾斜した案内面１１を有している。

さらに、コーナー部１０によって台枠６に形成される案内面１１には、車体間ヨーダンパ１２が取り付けられている。車体間ヨーダンパ１２は、シリンダボディに、ピストンロッドを摺動自在に挿入した油圧式シリンダからなり、一端部と他端部とがジョイント部１３によって前後に対抗して配置される２つの車体５の、それぞれの案内面１１に回動自在に取り付けられている。

この鉄道車両１の脱線時における衝撃低減構造の作用について説明する。なお、理解を容易にするために、電車は、２両編成、すなわち、図１に符号１ａで示す車両を先頭車両とし、符号１ｂで示す車両を先頭車両１ａに連結された後続車両１ｂとする。また、脱線時には、後続車両１ｂのみが軌道２から逸脱するものとする。

通常走行時には、２つの車両１ａ，１ｂは、軌道に沿って走行し、軌道２が直線的であれば、各車両１ａ，１ｂの運動方向、及び各車両１ａ，１ｂの長さ方向に沿う軸線は、略一致する。これに対して、地震などによって後続車両１ｂが脱線した場合には、図３に示すように、後続車両１ｂが軌道２から逸脱し、後続車両１ｂの軸線が先頭車両１ａに対してずれる。このとき、先頭車両１ａの後端部と、後続車両１ｂの先端部とには、それぞれ衝撃低減構造が設けられているので、後続車両１ｂの軸線のずれが、後退角θ未満であれば、２つの車両１ａ，１ｂの車体５同士は衝突しない。したがって、この範囲内で両車両１ａ，１ｂが停止すれば、脱線したとしても車両１ａ，１ｂ同士の衝突は防止される。これに対して、後続車両１ｂの軸線のずれが、後退角θ以上になると、車両１ａ，１ｂ同士が衝突することがある。この場合には、例えば、後続車両１ｂの案内面１１が先頭車両１ａの案内面１１、又は先頭車両１ａの車体５の後端面に衝突する。このとき、両車両１ａ，１ｂは、面と面とで衝突するので、従来のように略長方体の車体の角部が衝突する場合に比べて、衝突時の衝撃が低減される。

次に、図４に示すように、駅２０のプラットホーム２１の近傍で、後続車両１ｂがプラットホーム２１側に脱線した場合には、プラットホーム２１側に位置する車体間ヨーダンパ１２が両車体５間に斜めに張り出しているので、この車体間ヨーダンパ１２が最初にプラットホーム２１のホーム端部２１ａに衝突する。
さらに、後続車両１ｂが走行し続けると、後続車両１ｂの車体５に形成された案内面１１がホーム端部２１ａに衝突する。案内面１１は、車両１ａ，１ｂの進行方向に対して傾斜して状態で衝突する。
そして、案内面１１がホーム端部２１ａに衝突した後は、ホーム端部２１ａに対する案内面１１の接触位置をスライドさせつつ、後続車両１ｂが走行する。ホーム端部２１ａから車体５が受ける力のうち、案内面１１に垂直な方向の分力が、車両１の運動方向を修正する方向に作用するので、結果的に案内面１１によって車体５が運動方向を修正する方向にガイドされる。

この実施の形態によれば、鉄道車両１の車体５の隅部に、所定の後退角θを有する案内面１１を有する衝撃低減構造を設けたので、鉄道車両１が脱線した場合に、車体５の傾斜が後退角θ以下であれば、鉄道車両１同士の衝突を防止することができる。また、鉄道車両１同士が衝突したときであっても、主に面で衝突するようになるので荷重の集中が抑制され、鉄道車両１の隅部同士でオフセット衝突した時に比べて、衝撃を低減させることができる。一方、駅２０のプラットホーム２１や、電柱など、地上に固定された構造物に鉄道車両１が衝突する際には、衝撃低減構造の、走行方向に対して傾斜した案内面１１によって、走行する鉄道車両１がガイドされつつ、衝突するので、構造物から受ける力を分散させることができ、鉄道車両１が構造物にオフセット衝突する場合であっても衝撃を低減させることができる。

なお、案内面１１は、車体５の先端側に設けられている場合には、他の車体５又は構造物を受け入れるように作用し、車体５の後端側に設けられている場合には、主に他の車体５を受け入れるように作用するが、衝撃低減構造は、車体５の先端側及び後端側の両方に設けても良いし、先端側又は後端側の一方のみに設けても良い。

次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構成要素、及び重複する説明は省略する。
図５に示すように、鉄道車両１は台枠６を有し、台枠６には、所定の後退角θをもつように案内面１１が設けられている。衝撃低減構造は、案内面１１に車体間ヨーダンパ１２が回動自在に取り付け、さらに、車体間ヨーダンパ１２を覆うように緩衝部２５を取り付けた構成になっている。
ここで、緩衝部２５は、台枠６のコーナー部１０を補完するように、平面視で略三角形状を有している。そして、緩衝部２５の外縁部には、車体間ヨーダンパ１２を回動自在に挿通させるためのダンパ取出用開口部２６が形成されている。このような緩衝部２５は、変形可能な材料、例えば、ゴムなどから製造されており、通常走行時における車体間ヨーダンパ１２の機能を実質的に妨げないようになっている。

この鉄道車両１において、鉄道車両１同士が衝突する際には、脱線した鉄道車両１の衝撃低減構造の緩衝部２５が、脱線していない鉄道車両１の後端部に衝突する。そして、緩衝部２５が潰れることで衝撃が吸収された後に、車体５同士が、主に案内面１１で衝突する。
また、脱線した鉄道車両１が、図４に示すような駅２０のプラットホーム２１のホーム端部２１ａに衝突する際には、車体５間に斜めに張り出している車体間ヨーダンパ１２がホーム端部２１ａに衝突して、衝撃を吸収しつつ、脱線した鉄道車両１の向きを修正するようにガイドされる。さらに、衝撃低減構造の緩衝部２５がホーム端部２１ａに押し潰されるようにして変形しつつ、衝撃を吸収し、さらに案内面１１で車体５がホーム端部２１ａに衝突する。

この実施の形態では、衝撃低減構造として、第１の実施の形態の構造に加えて変形可能な緩衝部２５を設け、車両同士のオフセット衝突時に緩衝部２５が潰れることで衝撃を吸収するようにしたので、さらに衝突時の衝撃を低減させることができる。また、駅２０のプラットホーム２１などの構造物と衝突する際であっても、緩衝部２５を潰しながら案内面１１を衝突させることで、衝撃をさらに低減させることができる。
さらに、衝撃低減構造に緩衝部２５を設け、緩衝部２５内に車体間ヨーダンパ１２を挿通させるようにしたので、構造物などに衝突した際に車体間ヨーダンパ１２が変形又は破損しても、車体間ヨーダンパ１２が車体５から落下することを防止できる。

次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記各実施の形態と同じ構成要素、及び重複する説明は省略する。
本実施の形態の車両の衝撃低減構造は、駅などの構造物側に適用したことを特徴とする。
図６に示すように、駅２０のプラットホーム２１は、地面に定着されたベースの上面から略水平に、鉄道車両に向かって張り出している。この張り出している部分３０の下側には、例えば、軌道２上に落ちた人が逃げ込む退避帯などになっている。

ここで、プラットホーム２１において鉄道車両が進入している方向のホーム端部２１ａには、衝撃低減部３１（衝撃低減構造）が設けられている。衝撃低減部３１は、高さがプラットホーム２１の高さに略等しく、軌道２に臨む案内面３２（案内部）が設けられている。案内面３２は、プラットホーム２１側の基端がプラットホーム２１の張り出した部分３０の先端面３０ａに面一に連なり、そこから、退避角θで軌道２から遠ざかるように、つまり駅２０に進入してくる鉄道車両を受け入れるように開いた形状になっている。そして、この衝撃低減部３１は、プラットホーム２１に強固に結合されている。

この衝撃低減部３１の作用について説明する。脱線した鉄道車両が駅２０に進入してきたときには、脱線によってプラットホーム２１側にはみ出しつつ走行する鉄道車両の車体が、最初に衝撃低減部３１の案内面３２に衝突する。このとき、鉄道車両側の衝突位置は、特定されないが、少なくとも衝撃低減部３１は平面（案内面３２）で衝突する。そして、この案内面３２は、後退角θをもって傾斜しているので、鉄道車両は案内面３２によって、その走行方向が軌道２に沿う方向に修整されるようにガイドされる。

この実施の形態では、プラットホーム２１に、衝撃低減部３１を設けたので、鉄道車両が脱線した状態で駅２０に侵入してきたときであっても、鉄道車両をガイドしつつ、駅２０と鉄道車両の衝突による衝撃を低減させることができる。この衝撃低減部３１を有しない場合には、プラットホーム２１の突出する部分３０に車体の側面が直接に衝突するために、車体が受けるダメージが大きいが、この衝撃低減部３１によれば、このような大きなダメージの発生を防止できる。ここで、衝撃低減部３１は、重量物が充填されているので、鉄道車両の衝突時の衝撃を受けつつ、鉄道車両を確実にガイドすることができる。

なお、衝撃低減部３１の案内面３２は、平面に限定されずに、曲面形状であっても良い。この場合の案内面３２は、プラットホーム２１の先端面３０ａに連なる基端における接線と、先端面３０ａとのなす角度が、後退角θとなるように設定され、プラットホーム２１から遠ざかるにつれて軌道２から徐々に離れるように、かつ鉄道車両を受け入れるように曲線的に開いた形状とする。さらに、平面視で、円の四分の一に相当するような扇型形状でも良い。

次に、図７を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前記各実施の形態と同じ構成要素、及び重複する説明は省略する。
本実施の形態は、他の構造物として、トンネルに衝撃低減構造を適用したものである。
図７に示すように、トンネル４０は、鉄道車両が通過可能なアーチ状の貫通部４１を有し、ここに軌道２が敷設されている。このトンネル４０の入口の両側には、衝撃低減部４２（衝撃低減構造）がそれぞれ一つずつ設けられている。

衝撃低減部４２は、軌道２に面する案内面４３（案内部）を有し、案内面４３においてトンネル４０に連なる基端は、トンネル４０の貫通部４１の内側壁４１ａと面一に設けられており、この基端から鉄道車両の進行方向手前側に向かって開くように、後退角θで傾斜している。すなわち、この衝撃低減部４２は、トンネル４０の入口から遠ざかるにつれて直線的に軌道２から離れ、トンネル４０に進入する鉄道車両を受け入れるように開いた形状になっている。なお、衝撃低減部４２の高さは、トンネル入口の高さに略等しく、衝撃低減部４２はトンネル坑口に強固に結合されている。
この衝撃低減部４２は、断線した状態で鉄道車両がトンネル４０に進入する際に、前記実施の形態と同様の作用及び効果を発揮する。

ここで、新幹線等のトンネルでは、微気圧波対策として、人工緩衝工が設置されることがあるが、このような人工緩衝工付きのトンネルの場合には、側壁を、コンクリート製の衝撃低減部４２を有する壁に置き換えて構成しても良い。また、新規にトンネルを建設する場合には、衝撃低減部４２を有する壁を新設しても良いが、図８及び図９に示すような後退角付坑口５０を構築しても良い。この後退角付坑口５０は、衝撃低減部５１が一体的に設けられている。衝撃低減部５１は、開口部の上下方向は変化させずに、左右方向だけ円弧状に曲面的な形状を有している。この衝撃低減部５１は、トンネル４０の内側面５０ａの延長線に対して、後退角θで車両を受け入れるように開いている。このような衝撃低減部５１は、新規にトンネル４０を製造する際に製造されるもので、トンネル４０と一体的に製造されるので、強度を高くすることができる。

なお、本発明は、前記各実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、鉄道車両側と、構造物側とのそれぞれに衝撃低減構造を設けても良い。具体例をあげると、第１又は第２の実施の形態における鉄道車両１を、第３又は第４の実施の形態における駅２０やトンネル４０が設けられた軌道２上に走行させても良い。
駅２０のプラットホーム２１と、衝撃低減部３１とは別体として構成されているが、一体的に構成されても良い。同様に、トンネル４０と衝撃低減部４２とは、一体的に構成されても良い。

本発明の実施の形態における鉄道車両の概略構成を示す側面図である。 図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿った断面図である。 ２両編成の後続車両が脱線し、車両同士が衝突する際の衝撃低減構造の作用を説明する図である。 ２両編成の後続車両が脱線した状態で駅に進入する際の衝撃低減構造の作用を説明する図である。 衝撃低減構造を示す斜視図である。 駅に設けた衝撃低減構造を示す斜視図である。 トンネルに設けた衝撃低減構造を示す斜視図である。 トンネルに一体的に設けた衝撃低減構造を示す斜視図である。 図８の断面図である。

符号の説明

１ 鉄道車両
２ 軌道
１０ コーナー部
１１，３２，４３ 案内面（案内部）
１２ ダンパー
２１ プラットホーム（構造物）
２５ 緩衝部（緩衝材）
４０ トンネル（構造物）
θ 後退角

Claims (2)

1. 軌道上を走行する車両が前記軌道から逸脱した際に、前記車両が衝突によって受ける衝撃を低減させる車両の衝撃低減構造であって、前記車両に、前記車両の進行方向に対して、前記車両又は前記軌道に沿って設けられた構造物を受け入れる方向に、徐々に開いた案内部を設け、
   前記案内部は、前記車両の端部の両側のコーナー部分を面取してなり、
   前後に連結される２つの前記車両において、対向配置される２つの案内部に、ダンパーを回動自在に渡設し、
   前記車両が脱線した場合に、前記ダンパーが最初に前記軌道に沿って設けられた構造物に衝突するように構成したことを特徴とする車両の衝撃低減構造。
2. 面取りされた前記コーナー部分を補完するように平面視で略三角形状を有するとともに、前記ダンパーを回動自在に挿通させるためのダンパ取出用開口部が形成された、衝撃を吸収する緩衝材を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の車両の衝撃低減構造

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