JP6402900B2 - 鉄道車両用衝突安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両における先頭車両の前面に設置される鉄道車両用衝突安全装置に関する。

従来、鉄道車両において、先頭車両の前面に衝突安全装置を設置することで、線路上に侵入した人や動物への衝突荷重を軽減できるものがある。例えば特許文献１には、硬質ゴムからなる角筒状の保形枠部材と、該保形枠部材の内部空間に充填された発泡樹脂等からなる衝撃吸収体とによって構成された鉄道車両用対人衝突安全装置が提案されている。特許文献１の衝突安全装置は、連結器を含めて先頭車両の前面下半分を常時覆っている。

また、特許文献２には、エアバッグを備える緩衝部と、通常時には緩衝部側に閉鎖され、緊急時には線路側に開放される案内部とを備える鉄道車両用の緊急救助装置が提案されている。この緊急救助装置では、緊急時に案内部が線路側に開放されると共に、エアバッグが膨張展開する。これにより、線路から侵入者が案内部上に救い上げられて緩衝部に案内され、エアバッグによって侵入者が受け止められることで、侵入者に加わる衝撃荷重が吸収軽減される。この緊急救助装置は、鉄道車両の連結器より下方の排障器に相当する高さ位置に設置され、エアバッグが展開しても案内部内に収まっており、連結器はエアバッグによって覆われない。

また、特許文献３では、先頭車両の前面上下２ヶ所にエアバッグが設けられ、各エアバッグが膨張展開すると連結器を完全に覆い隠す衝突安全装置が提案されている。このとき、膨張展開した各エアバックの形状は、平面視では幅方向中央部が最も前方に突出した凸形状となっている。一方、側面視では、下方のエアバッグが上方のエアバッグよりも前方に突き出ていることで、上下２つのエアバッグを合わせた形状でみると、下から１メートル以下の位置が最も前方に突出した形状となっている。また、衝突後の人がエアバッグから転落することを防止するため、エアバッグに収容袋と複数の把手を設けた形態も開示されている。

特開２０１２−６６６０４号公報 特開２００３−３４１５１３号公報 特開２００５−４１４２７号公報

ところで、各鉄道車両の前後には連結器が設けられており、時間帯や列車の種類（普通、急行、快速等）により変動する乗客数に応じて車両の連結数を適宜増減可能となっている。先頭車両前面の連結器は、通常時は使用されることはない。しかし、連結数を増やす場合のほか、鉄道車両の故障や脱線などの異常発生時には牽引車両等が連結されることもあるため、状況に応じて連結器を速やかに使用できる状態でなければならない。これに対し、特許文献１では先頭車両前面の連結器が衝突安全装置によって常時覆い隠されているため、当該連結器を使用したい場合に問題が生じる。

また、鉄道車両の連結器は、通常、線路の敷設面から約１メートルの高さに配置されている。この場合、線路内の侵入者が立った状態で鉄道電車に衝突すると、連結器によって侵入者への被害が拡大する恐れがある。これに対し特許文献２では、緊急救助装置によって保護されるのは連結器よりも下方の範囲なので、状況に応じて連結器を支障なく使用できるが、エアバッグが膨張展開しても連結器は剥き出しになっている。これでは、線路内で横たわっている侵入者に対しては有効であるが、線路内で立っている侵入者に対しては効果は期待できない。

さらに、エアバッグによって鉄道車両そのものとの衝撃が緩和されるとしても、衝突によって跳ね飛ばされると、地面や周囲の構造物等と衝突することで侵入者が負傷する恐れがある。また、駅のホームで列車を待っている乗客や踏み切り待ちの通行者など、鉄道車両近傍の第三者と衝突する二次被害が発生するおそれもある。これに対し、特許文献３ではエアバッグの平面視形状が前方凸形状となっているため、侵入者がエアバッグと衝突すると、その反動で鉄道車両の側方へ跳ね飛ばされ易い。これを回避するため、エアバッグに収容袋や把手を設けた形態も開示されているが、部材点数が多くなる。しかも、平面視形状が凸形状となっている限り、侵入者が収容袋へ確実に収容されるとは限らず、鉄道車両と衝突した侵入者が把手を掴むことは現実的に不可能に近い。また、特許文献３では連結器を覆うために上下２つのエアバッグ（衝突安全装置）を使用しているので、この意味においても部品点数が多い。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、連結器の使用を阻害することなく、より安全性を向上した鉄道車両用の衝突安全装置を提供することを目的とする。

そのための手段として、本発明は、保形性を有するケースと、該ケース内に収納されているエアバッグとを備え、鉄道車両における先頭車両の前面に設置される鉄道車両用の衝突安全装置である。そして、前記エアバッグが膨張展開したとき、少なくとも線路のレール上面から前記先頭車両前面の連結器上端までの範囲が、前記エアバッグによって覆われる。この状態のエアバッグは、平面視（上面視）では、前面が車両幅方向の中央部が側方部よりも車両後方側へ窪んだ凹形状となっており、側面視では、前面が下部から上部にかけて徐々に車両後方側へ傾斜したテーパー形状となっている。

この衝突安全装置は、前記先頭車両前面の連結器に対して着脱自在に設置することが好ましい。

また、前記エアバッグが、前記ケースに収納されているインフレータ内のガス発生剤の燃焼ガスによって膨張展開するよう構成することもできる。

本発明の衝突安全装置によれば、通常時はエアバッグがケース内に収納されているので、先頭車両前面の連結器に他の車両等を連結したい場合に、当該連結器への連結がエアバッグによって阻害されることがない。一方、線路内に侵入者や動物等が侵入した場合のような緊急時にエアバッグを膨張展開させると、当該エアバッグは少なくとも連結器上端までの高さを有するため、先頭車両前面の連結器はエアバッグによって完全に覆われる。これにより、鉄道車両そのものとの衝突荷重を軽減できるのみならず、線路内で立っている侵入者等が連結器と直接衝突することも回避されるので、安全性を向上できる。また、鉄道車両本体や連結器の破損も回避ないし軽減できる。

また、エアバッグは少なくとも線路のレール上面から存在しているので、当該エアバッグによって侵入者をエアバッグ上に掬い上げることができ、線路上に横たわっている侵入者に対しても有効である。しかも、１つのエアバッグによって少なくとも線路のレール上面から連結器上端までの範囲を覆っているので、先頭車両前面に設置する衝突安全装置は１つで足り、部品点数も少なくて済む。

膨張展開したエアバッグは、側面視では前面が下部から上部へ向けて車両後方側へ傾斜し、且つ平面視では前面が中央部が凹んだ形状となっている。つまり、エアバッグによって侵入者等を掬い上げながら、車両幅方向では侵入者等を包み込むような形状となっている。これにより、侵入者がエアバッグによって側方へ跳ね飛ばされて負傷したり、鉄道車両近傍の第三者との二次被害を回避できる。さらに、エアバッグの前面形状は側面視でテーパー状であり、屈曲部（角部）を有しないため、侵入者等を円滑に掬い上げることができると共に、侵入者との衝撃荷重を上方へ受け流して衝撃荷重そのものを減少させることもできる。しかも、エアバッグの傾斜面へ風圧が作用することで、エアバッグにはダウンフォースが作用するため、膨張展開後のエアバッグの姿勢安定化にも有利となる。この意味においても、安全性の高いものとなっている。

衝突安全装置を先頭車両前面の連結器へ着脱自在に設置していれば、緊急時には連結器をエアバッグによって確実に覆うことができる一方、通常時において連結器を使用する場合には衝突安全装置を容易に取り外せるため、連結器の使用が阻害されることはない。また、既存の連結器をそのまま利用して設置するので、他の部位へ衝突安全装置を設置するための機構をわざわざ設ける必要もない。

エアバッグをケースに収納されているインフレータ内のガス発生剤によって膨張展開させる構成とすれば、エアバッグを展開膨張させるためのガス供給手段を衝突安全装置とは別に設ける必要が無く、エアバッグとガス供給手段とをユニット化することができる。これにより、衝突安全装置のコンパクト化や設置機構の簡素化が可能となる。

通常時における衝突安全装置の側面図である。 通常時における衝突安全装置の平面図である。 ケース内部の横断面図である。 エアバッグが展開した状態のケース内部の横断面図である。 通常時における先頭車両の正面図である。 通常時における先頭車両の側面図である。 通常時における先頭車両の平面図である。 エアバッグが展開した状態の先頭車両の正面図である。 エアバッグが展開した状態の先頭車両の側面図である。 エアバッグが展開した状態の先頭車両の平面図である。 インフレータの断面図である。

以下、本発明の代表的な実施形態について説明する。図１〜３に示すように、衝突安全装置１０は、保形性を有するケース１１と、ケース１１内に収納されているエアバッグ１２と、エアバッグ１２と共にケース１１に収納されているインフレータ１３と、衝突安全装置１０の背面に設けられた連結部１４とを備えるユニット品となっている。符号１５は、インフレータ１３に接続された点火ケーブルである。

ケース１１は、エアバッグ１２やインフレータ１３を収納する中空容器である。ケース１１の素材は、一定の保形性を有するものであれば特に限定されないが、少なくともエアバッグ１２の膨張力によって破損しない程度の剛性を有することが好ましい。線路内へ侵入者等が侵入したような緊急時にケース１１が破損して周囲に飛び散ると、エアバッグ１２が破れたり、線路内への侵入者を傷つけるおそれもあるからである。具体的には、ケース１１の素材としては、例えばステンレス等の金属、硬質樹脂、及び繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が挙げられる。

ケース１１の形状は、エアバッグ１２やインフレータ１３を収納できれば特に制限されないが、膨張展開後のエアバッグ１２の形状を考慮すると、横長（車両幅方向に長い）の長方形が好ましい。また、ケース１１の大きさは、運搬や着脱操作を容易とするため、膨張展開後に所定の大きさとなるエアバッグ１２を収納可能な範囲で、できるだけコンパクトにすることが好ましい。

ケース１１は、図１〜３に示すように、前面が開口するケース本体１１ａと、ケース本体１１ａの前面開口を塞ぐ蓋体１１ｂとによって構成されている。ケース本体１１ａと蓋体１１ｂとは、通常時において鉄道車両走行時の振動等によっては離脱しないが、緊急時にはエアバッグ１２の膨張力を受けて離脱する程度の結合力によって結合する。具体的には、リベットやビス等の結合部材１１ｃによって結合すればよい。または、ケース本体１１ａと蓋体１１ｂのいずれか一方へ設けた係合爪と、いずれか他方へ設けた係合孔による係合や、ケース本体１１ａと蓋体１１ｂのいずれか一方がいずれか他方へ嵌まり込むように嵌合することもできる。また、図４に示すように、ケース本体１１ａと蓋体１１ｂの結合辺のうち、いずれか１つの結合辺は、エアバッグ１２の膨張力を受けても離脱しない蝶番１１ｄによって結合することが好ましい。この場合、緊急時にエアバッグ１２が膨張展開しても、ケース本体１１ａの開口は開放されるが、蓋体１１ｂはケース本体１１ａに残留するので、蓋体１１ｂの飛散を防止できる。本実施形態では、蝶番１１ｄをケース１１の下辺に設け、蓋体１１ｂが上下に開閉可能に結合している。

エアバッグ１２は、柔軟性を有する袋部材である。通常時は、図３に示すようにケース１１内へコンパクトに折りたたみ収納されているが、緊急時には、図４に示すように蓋体１１ｂをこじ開けながら車両前方側へ膨張展開する。エアバッグ１２は、従来からエアバッグ用として公知の一般的な素材によって構成することができる。例えば、高速展開を可能とするため柔軟性が高く軽量でありながら、一定の強度も有するナイロン等が挙げられる。エアバッグ１２の基端（後端）は、ケース１１に固定されている。なお、エアバッグ１２には、内部圧力調整用のガス抜き孔を設けることもできる。

インフレータ１３は、緊急時にエアバッグ１２へガスを供給して膨張展開させるためのガス供給手段であり、図３，４に示すように、ケース１１内において折り畳み収納されたエアバッグ１２の後方に固設されている。インフレータ１３は、図１１に示すように、圧力容器３０、点火具３１、ガス発生剤３２、着火剤３３、及びフィルター３４とを備え、点火具３１に点火ケーブル１５が接続されている。点火ケーブル１５の他端は、先頭車両２０（図５等参照）と電気的に接続される。点火具３１は、インフレータ１３の中央部に固設されており、これを囲むように着火剤３３が配され、さらに、着火剤３３の周囲にガス発生剤３２が収納されている。圧力容器３０の周壁には、周方向に等間隔で複数個の孔３０ａが設けられており、その内面にフィルター３４が配されている。ガス発生剤３２としては、アジ化系ガス発生剤、非アジ化系ガス発生剤、又はニトロセルロースを主剤とする火薬類を用いることができる。着火剤３３としては、例えばガス発生剤３２よりも燃焼速度の速い黒色火薬等を使用できる。

緊急時には、点火ケーブル１５を介して点火具３１へ点火信号が伝達され、点火具３１によって着火剤３３が瞬時に着火される。これにより、ガス発生剤３２に燃焼が伝播され、エアバッグ１２を膨張展開させるためのガスが発生する。発生したガスは、圧力容器３０の孔３０ａを介してエアバッグ１２内へ供給されていく。このとき、各孔３０ａの内側にフィルター３４が配されているので、ガス発生剤３２の燃焼残渣である金属粉等がインフレータ１３外へ放出されることはない。これにより、燃焼残渣によるエアバッグ１２の破損が防止される。本実施形態では、衝突安全装置１０のケース１１内へ１つのインフレータ１３を設置しているが、エアバッグ１２の展開に必要なガス発生量に応じて複数個設置することもできる。

連結部１４は、ユニット化された衝突安全装置１０を、図５〜７に示すように先頭車両２０の前面にある連結器２１へ着脱自在に装着するための部位である。鉄道車両における代表的な連結器方式としては、自動連結器方式や密着連結器方式などが挙げられる。連結部１４は、これらの連結器方式と同一の構造・形状とすることで、衝突安全装置１０を連結器２１へ容易に着脱できる。したがって、線路上に障害物がなく鉄道車両が安全に走行可能な通常時は、先頭車両２０の連結器２１へ衝突安全装置１０が装着されているが、車両の連結数を増やす場合や、故障又は脱線等により自走不可能となった異常時に連結器２１を使用する場合は、連結器２１から連結部１４を離脱させることで、衝突安全装置１０を先頭車両２０から容易に取り外すことができる。なお、本実施形態では、自動連結器方式に対応した連結部１４として図示している。

一方、線路上に侵入者や動物、大型の異物等が存在している緊急時には、図８〜１０に示すように、エアバッグ１２がインフレータ１３によって先頭車両２０の前方側へ膨張展開される。エアバッグ１２の展開は、鉄道車両の緊急ブレーキと連動させることが好ましいが、運転席に設けられたスイッチを運転手が手動で操作してもよい。また、先頭車両２０に線路上の状況を監視するビデオカメラを設け、得られた画像を分析して侵入者等の有無を判断する画像分析装置と連動させたり、緊急列車停止装置（Emergency Brake）、列車非常停止警報装置、又は自動列車停止装置（ＡＴＳ）とも連動させることもできる。

エアバッグ１２が膨張展開されると、少なくとも線路のレール２２の上面から連結器２１上端までの範囲が、エアバッグ１２によって覆われる。本実施形態では、エアバッグ１２の面積を可能な限り大きくするため、高さ方向では、線路の敷設面Ｇから運転席の窓２３下縁までの範囲が覆われる。運転席の窓２３と重複する高さまでエアバッグ１２によって覆われると、運転手が前方を確認できなくなるからである。また、エアバッグ１２の下面が敷設面Ｇまであれば、レール２２の上面から存在する場合よりも、侵入者等をエアバッグ１２上へより確実に掬い上げることができる。このとき、エアバッグ１２は柔軟性を有するため、図８に示すように、レール２２を覆うようにエアバッグ１２は敷設面Ｇまで到達している。なお、敷設面Ｇとは、典型的には地面を示すが、レール２２が盛土上に敷設されている場合は当該盛土上面を意味し、鉄橋等においては当該鉄橋の底面を意味する。一方、車両幅方向では、先頭車両２０がエアバッグ１２によって全面的に覆われる。すなわち、膨張展開後のエアバッグ１２の幅寸法は、先頭車両２０の幅寸法とほぼ同じである。

また、膨張展開後のエアバッグ１２は、平面視では、前面が車両幅方向の中央部が側方部よりも車両後方側へ窪んだ凹形状となっている。このような平面視形状により、線路内の侵入者等を線路外へ跳ね飛ばすことなく、二次災害を防止できる。一方、側面視では、前面が下部から上部にかけて徐々に車両後方側へ傾斜したテーパー形状となっている。このような側面視形状により、線路内の侵入者等をすくい上げて先頭車両２０の下に巻き込むことを防止できる。また、エアバッグ１２の傾斜面へ風圧が作用することで、エアバッグ１２には下方向の力（ダウンフォース）が作用するため、膨張展開後のエアバッグ１２の姿勢の安定化にも有利となる。なお、エアバッグ１２の底面は、レール２２や敷設面Ｇとの摩擦が生じるため、他の部位よりも肉厚にすることが好ましい。または、エアバッグ１２の底面に、薄板を取り付けておくこともできる。これにより、摩擦によるエアバッグ１２の破損を避けることができる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では連結部１４を設けて先頭車両２０の連結器２１へ衝突安全装置１０を装着する構成としたが、連結部１４を廃した衝突安全装置を、連結器２１とは異なる先頭車両２０本体の前壁のいずれかの位置へ、ボルト留め等によって固定することもできる。この場合、できるだけ連結器２１の近傍に設置することが好ましい。なお、この場合は、衝突安全装置は必ずしも着脱自在である必要は無い。

また、衝突安全装置を連結器２１へ着脱自在に設置する場合でも、必ずしも連結部１４は必要ない。例えば、衝突安全装置のケース本体１１ａと連結器２１のいずれか一方へ設けた係合爪と、いずれか他方へ設けた係合孔による係合や、ケース本体１１ａと連結器２１のいずれか一方がいずれか他方へ嵌まり込むように嵌合することもできる。または、着脱自在にビス留めすることもできる。

また、ガス供給手段として必ずしもインフレータ１３を使用する必要は無く、例えば先頭車両２０へ設置したガスボンベと衝突安全装置とをホース等を介して連結することもできる。インフレータ１３を使用するとしても、衝突安全装置外に設けたインフレータ１３とケース１１とをダクトを介して連通させることもできる。さらに、ガス供給手段として、インフレータ１３とガスボンベ等とを併用することもできる。この場合、インフレータ１３でエアバッグ１２を展開したのち、ガスボンベ等によってエアバッグ１２の形状を一定時間保持するよう構成することもできる。

１０ 衝突安全装置
１１ ケース
１２ エアバッグ
１３ インフレータ
１４ 連結部
２０ 先頭車両
２１ 連結器
２２ レール
３０ 圧力容器
３１ 点火具
３２ ガス発生剤
３３ 着火剤
Ｇ 線路の敷設面

Claims (3)

1. 保形性を有するケースと、該ケース内に収納されているエアバッグとを備え、鉄道車両における先頭車両の前面に設置される、鉄道車両用衝突安全装置であって、
   前記エアバッグは、膨張展開したとき、少なくとも線路のレール上面から前記先頭車両前面の連結器上端までの範囲を覆っており、平面視では、前面が車両幅方向の中央部が側方部よりも車両後方側へ窪んだ凹形状となっており、側面視では、前面が前記エアバッグの下部先端から上部にかけて徐々に車両後方側へ傾斜したテーパー形状となっている、鉄道車両用衝突安全装置。
2. 前記エアバッグの前端が、平面視で、車両幅方向の中央部が側方部よりも車両後方側へ窪んだ凹形状となっている、請求項１に記載の鉄道車両用衝突安全装置。
3. 前記先頭車両前面の連結器へ着脱自在に設置されている、請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用衝突安全装置。
   
   

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