JP5121677B2 - 衝撃吸収部材 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃吸収部材に関し、例えば、鉄道車両が衝突時に受ける衝撃を吸収して乗客や乗員、鉄道車両に加わる衝撃を緩和させるために設けられる衝撃吸収部材に関する。

鉄道車両やモノレールなどで、衝突時に衝突の衝撃を受けて壁面が蛇腹状に座屈することにより衝突エネルギーを吸収する衝撃吸収部材を車体前後方向に設けることが行われている。この衝撃吸収部材として、中空の角材で形成された衝撃吸収体の衝突方向先端部一側方を切り欠くことにより、衝突時に衝撃吸収体が蛇腹状に座屈するように形成したもの（例えば、特許文献１参照。）や、複数の衝撃吸収体を衝突方向先端面の位置をずらして連結し、衝撃吸収体が衝突時に圧壊を開始するタイミングをずらすように形成されたもの（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。
特開２００２−３１６６４２号公報 特開２００７−３２６５５０号公報

しかし、従来の衝撃吸収部材では、衝突時に衝撃吸収体が中間部から二つに折れ曲がってくの字状に座屈してしまうことがあり、衝撃が充分に吸収できない虞がある。また、特許文献２のように、長さや太さの異なる複数の衝撃吸収体を車体に取り付けるものでは、構造が複雑になりコストが嵩むという問題がある。

そこで本発明は、簡単な構造で衝突時に各衝撃吸収体を連続的に蛇腹状に座屈変形させ、衝突時の衝撃エネルギーを良好に吸収することのできる衝撃吸収部材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、本発明の衝撃吸収部材は、長手方向先端に受けた衝撃荷重により、先端から基端に向かって順次蛇腹状に座屈して衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材において、断面正方形の角パイプの先端における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を設けて衝撃吸収体を形成し、４本以上の衝撃吸収体を幅方向及び高さ方向に並べて、かつ、隣接する衝撃吸収体の前記切欠部の方向を異なる方向に向けて配置したことを特徴とし、さらに、隣接する前記各衝撃吸収体同士が接合されていること、また、前記複数の衝撃吸収体は、少なくとも一つの衝撃吸収体の長さが他の衝撃吸収体の長さと異なる長さに形成され、先端縁の位置が他の衝撃吸収体の先端縁の位置と異なる位置に配置されていることが好ましい。

本発明の衝撃吸収部材によれば、断面正方形の角パイプの先端対向縁の一方に切欠部を設けたことにより、衝突時には、最初に各衝撃吸収体の切欠部を設けていない対向縁が衝撃を受け、この対向縁の壁面部分が変形を開始し、この変形に伴ってその基端側の壁面や隣接する壁面に変形力が伝達される。さらに、４本以上の衝撃吸収体を切欠部の方向が異なるように接合しているので、外方に向かって変形した壁面に隣接する壁面は内方に向かって変形することになり、このような隣接面の変形が相互に影響を与えながら連続して繰り返されることにより、各衝撃吸収体の壁面を連続的に蛇腹状に座屈させることができる。また、４本以上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、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。

また、一端に切欠部を設けた衝撃吸収体となる角パイプを並べて衝撃吸収部材を形成するので、部品点数が少なくて済み、部材コストや製造コストの低減を図ることができる。

さらに、異なる長さの衝撃吸収体を組み合わせることにより、衝突時に異なるタイミングで各衝撃吸収体が圧壊を開始することから、全体の荷重ピークを低減させ、乗客、乗員、車体への衝撃を軽減させることができる。

図１乃至図４は本発明の衝撃吸収部材の一形態例を示すもので、図１は衝撃吸収部材の斜視図、図２は衝突初期に座屈し始めた状態の衝撃吸収部材の斜視図、図３は蛇腹状に座屈した状態の衝撃吸収部材の斜視図、図４は衝撃吸収部材を鉄道車両の先頭部に取り付けた状態の説明図である。

衝撃吸収部材１１は、例えば、図４に示されるように、鉄道車両の先頭車両２０の前頭部に台枠２１から前方に向かって突出するように取り付けられ、この衝撃吸収部材１１で衝突時の衝突エネルギーを吸収し、乗客、乗員、車体への衝撃を軽減させるようにしている。

衝撃吸収部材１１は、断面正方形の同一形状の角パイプ、例えば汎用の角型鋼管で形成された４本の長尺の衝撃吸収体１２と、該衝撃吸収体１２の長さに比べて長さが短い２本の短尺の衝撃吸収体１３とを組み合わせたものであって、車体幅方向外側に４本の長尺の衝撃吸収体１２を、中央部に２本の短尺の衝撃吸収体１３を配置して車体幅方向に３本、高さ方向に２本ずつ並べて形成されている。これら６本の衝撃吸収体１２，１３は、隣接する衝撃吸収体１２，１３同士を適宜な接合手段、例えば断続溶接することにより一体化されており、基部には、台枠２１などに取り付けるための取付板１４が取り付けられている。この取付板１４は、車体幅方向両側部に前方の衝撃吸収体側へ折り曲げて形成された取付片１４ａ，１４ａを備え、該取付片１４ａ，１４ａには、複数のボルト孔１４ｂが穿設されている。

各衝撃吸収体１２，１３は、先端における対向する二組の対向面の内の一組の対向面１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ａの先端縁に切欠部１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂがそれぞれ設けられ、他の一組の対向面１２ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１３ｃの先端縁が前記切欠部１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂよりも前方、即ち衝突方向へ突出する対向凸面１２ｄ，１２ｄ，１３ｄ，１３ｄとなっている。このように形成された６本の衝撃吸収体１２，１３は、幅方向及び高さ方向に隣り合う切欠部１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂの方向が異なるように組み合わされて配置され、車体幅方向外側に配置された衝撃吸収体１２の対向凸面１２ｄ，１２ｄが、車体幅方向中央部に配置された衝撃吸収体１３の対向凸面１３ｄ，１３ｄよりも前方に突出した状態となっている。

このように形成された衝撃吸収部材１１は、前記ボルト孔１４ｂを挿通する複数の取付ボルトによって台枠２１の前端に取り付けられ、各衝撃吸収体１２，１３が水平方向に車体前方に向かって突出するように配置される。また、必要に応じて、衝撃吸収部材１１の前端には、前頭部カバー２２に接合される前部取付板１５を取り付けておくことができる。

先頭車両２０が衝突による衝撃を受けた際には、まず、長尺の各衝撃吸収体１２の対向凸面１２ｄ，１２ｄが軸線方向に衝撃を受ける。このとき、対向凸面１２ｄ，１２ｄに隣接する面には切欠部１２ｂ，１２ｂがそれぞれ設けられていることから、図２に示されるように、対向凸面１２ｄ，１２ｄは、その中間部分がそれぞれ外方に向かって膨らむように変形する。同様に、短尺の各衝撃吸収体１３においても、対向凸面１３ｄ，１３ｄが衝撃を受けたときに外方に向かって変形する。

このように各対向凸面１２ｄ，１３ｄが外方に向かって変形することにより、各対向凸面１２ｄ，１３ｄの変形した部分の基端側の壁面には逆に内方に向かって変形する方向の力が作用する。このとき、切欠部１２ｂ，１３ｂの底辺部分が衝撃を受けると、隣接する対向凸面１２ｄ，１３ｄの基端側の壁面には、前述のように内方に向かって変形する方向の力が加わっていることから、切欠部１２ｂ，１３ｂの基端側の壁面は、外方に向かって膨らむように変形する。

すなわち、一つずつの衝撃吸収体１２，１３では、上下に対向する壁面が外側に膨らむように変形すると、幅方向に対向する壁面は内側に膨らむように変形する。さらに、前方の壁面が外側に膨らむように変形すると、その後部側（基端側）の壁面は内側に膨らむように変形し、これが連続することで壁面が蛇腹状に座屈していく。また、隣接する衝撃吸収体１２，１３では、例えば、衝撃吸収体１２の上下に対向する壁面が外側に膨らむように変形すると、幅方向に対向する壁面は内側に膨らむように変形するので、隣接する衝撃吸収体１３の幅方向に対向する壁面は外側に膨らむように変形し、上下に対向する壁面は内側に膨らむように変形する。

したがって、衝撃吸収体１２，１３の切欠部１２ｂ，１３ｂの方向が隣接する衝撃吸収体同士で異なるようにして幅方向及び高さ方向に配置していることから、長尺の衝撃吸収体１２と短尺の衝撃吸収体１３との寸法差、各衝撃吸収体１２，１３に設ける切欠部１２ｂ，１３ｂの深さをそれぞれ適切に設定することにより、溶着接合された各衝撃吸収体１２，１３における壁面の蛇腹状の凹凸変形が相互に影響し合い、一連の変形が連続して生じることになり、図３に示されるように、各衝撃吸収体１２，１３を基端部まで連続的に蛇腹状に座屈させることができる。

さらに、衝撃吸収部材１１は、隣接する衝撃吸収体１２，１３同士を接合して一体化しているので、衝撃吸収部材１１の曲げ剛性を高めることができ、中間部から二つに折れ曲がってくの字状に座屈してしまうことがなく、確実に蛇腹状に座屈して効果的に衝撃を吸収することができる。

また、衝突荷重は、対向凸面１２ｄ，１３ｄの先端縁と切欠部１２ｂ，１３ｂの底辺とに順次作用することになるので、切欠部１２ｂ，１３ｂを設けるだけでも衝突荷重を分散させることができ、さらに、長さが異なる衝撃吸収体１２，１３を組み合わせることにより、衝突時には、各衝撃吸収体１２，１３が異なるタイミングで変形を開始することから、荷重ピークをより効果的に分散させることができ、全体の荷重ピークを低減させ、乗客、乗員、車体への衝撃を更に軽減させることができる。さらに、衝撃吸収体１２，１３には、汎用の同じサイズの角型鋼管を用いるので、全体としてのコストの削減や軽量化を図ることができる。

なお、本形態例では、衝撃吸収部材は、長さの異なる６本の衝撃吸収体を組み合わせたが、本発明の衝撃吸収部材はこれに限定されるものではなく、例えば、同一の長さの衝撃吸収体を組み合わせた衝撃吸収部材であっても衝突時に受ける衝撃を良好に吸収することができる。また、隣接するすべての衝撃吸収体同士を接合せずに、一部のみであってもよい。

さらに、衝撃吸収体の材質やサイズは任意であり、例えば、中空アルミ押出形材などを用いることもでき、外面寸法が同一ならば肉厚の異なるものを組み合わせることも可能である。また、衝撃吸収部材の本数は、材質やサイズ、必要とする衝撃吸収力に応じて選択すればよく、４本以上であれば任意であり、幅方向及び高さ方向に並べる本数もそれぞれ２本以上であればよい。さらに、衝撃吸収部材の取付箇所も目的に応じて選択することができ、例えば鉄道車両では前頭部以外の連結面にも取り付けることもでき、衝撃吸収体の軸線方向（長手方向）に衝突荷重が作用する各種用途に適用することが可能である。

本発明の一形態例を示す衝撃吸収部材の斜視図である。 同じく衝突初期に座屈し始めた状態の衝撃吸収部材の斜視図である。 同じく蛇腹状に座屈した状態の衝撃吸収部材の斜視図である。 本発明の衝撃吸収部材を先頭車両に取り付けた状態の説明図である。

符号の説明

１１…衝撃吸収部材、１２，１３…衝撃吸収体、１２ａ，１３ａ…対向面、１２ｂ，１３ｂ…切欠部、１２ｃ，１３ｃ…対向面、１２ｄ，１３ｄ…対向凸面、１４…取付板、１４ａ…取付片、１４ｂ…ボルト孔、１５…前部取付板、２０…先頭車両、２１…台枠、２２…前頭部カバー

Claims (3)

1. 長手方向先端に受けた衝撃荷重により、先端から基端に向かって順次蛇腹状に座屈して衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収部材において、断面正方形の角パイプの先端における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を設けて衝撃吸収体を形成し、４本以上の衝撃吸収体を幅方向及び高さ方向に並べて、かつ、隣接する衝撃吸収体の前記切欠部の方向を異なる方向に向けて配置したことを特徴とする衝撃吸収部材。
2. 隣接する前記各衝撃吸収体同士を接合したことを特徴とする請求項１記載の衝撃吸収部材。
3. 前記複数の衝撃吸収体は、少なくとも一つの衝撃吸収体の長さが他の衝撃吸収体の長さと異なる長さに形成され、先端縁の位置が他の衝撃吸収体の先端縁の位置と異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の衝撃吸収部材。

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