JP6603508B2 - 鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置に関する。

鉄道車両には、衝突時の衝撃を緩和するために衝突エネルギー吸収装置が設置される場合がある。そして、車体の軽量化の観点からは、車体の補強部材を減らせるように車体に作用する最大荷重を小さくする必要があるため、衝突エネルギー吸収装置には、衝突初期に生じるピーク荷重を小さくして衝突時の最大荷重を低減することが求められる。特許文献１に開示された衝撃吸収部材は、四角筒状の本体と、その内部に軸線方向に沿って設けられた十字状のリブとを備え、押出成形で製作される。衝撃吸収部材の前端には平坦な受圧板が設けられ、衝撃吸収部材の後端には部分的に切り抜き部が形成されている。この衝撃吸収部材では、切り抜き部の近傍にて部分的に強度が低下するため、衝突初期における荷重ピーク値が低減するとされている。

特開２００５−１６２０６１号公報

しかし、特許文献１の衝撃吸収部材は、押出成形にて製作されるため、本体及びリブの形状自由度に制限が生じ、衝撃吸収性能を向上させるにも限度がある。仮に、四角筒状の本体とは別に十字状のリブを製作し、リブを本体に挿入するように組み立てた場合には、形状自由度は向上するが、リブを本体に固定する作業が煩雑となる。また、本体とリブとの寸法誤差が大きい場合には、組み立て自体が困難になる。

そこで本発明は、形状自由度が高く、かつ、容易に製作できる衝突エネルギー吸収装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置は、車両長手方向に延びる軸線を有する外筒を構成する少なくとも１つの外板と、前記少なくとも１つの外板に囲まれた内部空間で前記車両長手方向に延び、前記外板に固定されて前記内部空間を仕切る少なくとも１つの仕切板と、を備え、前記仕切板の前記軸線に直交する方向の端部は、前記外筒を部分的に構成するように前記外板により挟まれており、前記仕切板は、縦仕切板と、前記縦仕切板に交差する横仕切板とを含み、前記縦仕切板と前記横仕切板とは、互いに嵌め合う対向スリットをそれぞれ有し、前記縦仕切板と前記横仕切板とは、前記対向スリットにて嵌め合わされた状態で互いに溶接で接合されている。

前記構成によれば、仕切板の軸線に直交する方向の端部が、外板により挟まれており、その端部に外筒の外側からアクセス可能となるため、仕切板を外板に固定する作業等の組み立て作業を容易にできる。また、仕切板の軸線に直交する方向の端部は外板により挟まれるため、軸線に直交する方向において仕切板の寸法誤差が生じた場合であっても、容易に組み立てを行うことができる。

本発明によれば、形状自由度が高く、かつ、容易に製作で衝突エネルギー吸収装置を提供できる。

第１実施形態に係る鉄道車両の車体の先頭部分の側面図である。 図１に示す車体に搭載された衝突エネルギー吸収装置の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は図２に示す衝突エネルギー吸収装置の分解斜視図である。 図２に示す衝突エネルギー吸収装置の平面図である。 第２実施形態に係る衝突エネルギー吸収装置の斜視図である。 図５に示す衝突エネルギー吸収装置の水平断面図であって、外筒を仮想線で示した図である。 第３実施形態に係る衝突エネルギー吸収装置の斜視図である。

以下、図面を参照して各実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、鉄道車両が進行する方向であって車体が延びる方向を車両長手方向又は前後方向と称し、それに直交する横方向を車幅方向又は左右方向と称する。鉄道車両は車両長手方向の両方向に走行しうるが、以下の説明では、便宜上、図１中の右向きを前方と定義し、左向きを後方と定義する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る鉄道車両１の車体２の先頭部分２ａの側面図である。図１に示すように、鉄道車両１は、車体２と、車体２を支持する台車３とを備える。車体２の先頭部分２ａの前部には、衝突エネルギー吸収装置１０が前方に向けて突出した状態で固定されている。これにより、同一線路上を走行する車両同士が正面衝突した場合又は障害物に衝突した場合には、衝突エネルギー吸収装置１０が前方からの荷重で圧壊して衝突エネルギーが吸収される。

車体２は、台枠４を有する。台枠４は、一対の側梁４ａと、端梁４ｂとを有する。一対の側梁４ａは、車幅方向に離れた状態で車両長手方向に延びる。端梁４ｂは、車幅方向に延びて一対の側梁４ａの前端同士を連結する。端梁４ｂには、上方に延びる柱５の下端部が接合されている。衝突エネルギー吸収装置１０は、端梁４ｂ及び柱５の前面に固定され、台枠４から前方に向けて突出する。

図２は、図１に示す車体２に搭載された衝突エネルギー吸収装置１０の斜視図である。図２に示すように、衝突エネルギー吸収装置１０は、複数の外板１１〜１４と、縦仕切板１５と、横仕切板１６と、後板１７と、前板１８とを備える。各板１１〜１８は、例えば、金属からなる。複数の外板１１〜１４は、縦仕切板１５及び横仕切板１６を介して、互いに組み合わされて外筒２０を構成する。外筒２０は、その重心を通る軸線ＡＸが車両長手方向に一致する。外筒２０は、軸線ＡＸを含む仮想鉛直面Ｖを基準として対称で且つ軸線ＡＸを含む仮想水平面Ｈを基準として対称な外形を有する。外筒２０は、その軸線ＡＸを含む鉛直断面が後から前に向かって小さくなる先細り形状を有する。外筒２０は、その軸線ＡＸを含む水平断面が長方形状を呈する。また、外筒２０の軸線ＡＸに直交する鉛直断面は、四角形状を呈する。

複数の外板１１〜１４は、外筒２０を車両長手方向に延びる分割線に沿って複数に分割されたものであり、本実施形態では、外板１１〜１４は４つである。外板１１〜１４は、仮想鉛直面Ｖを基準として対称で且つ仮想水平面Ｈを基準として対称に配置されている。本実施形態では、外板１１〜１４は、互いに同一形状であり、その軸線ＡＸに直交する鉛直断面がＬ形状を呈する。外板１１〜１４の互いに対向する端縁の間にはスロットＳＬ１，ＳＬ２（隙間）が形成され、それらスロットＳＬ１，ＳＬ２には、縦仕切板１５及び横仕切板１６のうち軸線ＡＸに直交する方向の端部１５ａ，１６ａが挿入されることで、端部１５ａ，１６ａが外板１１〜１４によって挟まれている。

縦仕切板１５及び横仕切板１６は、外板１１〜１４に囲まれた内部空間Ｓで軸線ＡＸ方向に延びている。縦仕切板１５及び横仕切板１６は、互いに交差し、外板１１〜１４を固定している。縦仕切板１５は、内部空間Ｓを左右に仕切り、横仕切板１６は、内部空間Ｓを上下に仕切る。縦仕切板１５の上側及び下側の端部１５ａは、外板１１〜１４により形成された上側及び下側のスロットＳＬ１にそれぞれ位置し、外板１１〜１４の端縁１１ａ〜１４ａにより左右から挟まれている。横仕切板１６の左側及び右側の端部１６ａは、外板１１〜１４により形成されたスロットＳＬ２にそれぞれ位置し、外板１１〜１４の端縁１１ｂ〜１４ｂにより上下から挟まれている。即ち、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａも、外筒２０を部分的に構成する。縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａは、外板１１〜１４の外面よりも外方に突出している。

後板１７は、外筒２０の後端に対向し、外筒２０の後端の外形よりも大きい。後板１７には、外筒２０の後端よりも軸線ＡＸに直交する方向の外側において締結孔１７ａが形成されている。即ち、衝突エネルギー吸収装置１０は、後板１７の締結孔１７ａに挿入される締結具（例えば、ボルト又はリベット）により車体２に固定される。なお、後板１７は、車体２に溶接で固定されてもよい。

前板１８は、外筒２０の前端に対向し、外筒２０の前端の外形よりも大きい。前板１８は、その車幅方向の中央部１８ａがその車幅方向両側の端部１８ｂよりも前方に突出する形状を有する（図４も参照）。具体的には、前板１８の水平断面は、前方に向けて凸な形状を有し、前板１８の鉛直断面は、鉛直方向に真っ直ぐに延びた形状を有する。また、前板１８の前面には、鉛直方向に互いに間隔をあけて車幅方向に延びた複数の板状のアンチクライマー１９が固定されている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に示す衝突エネルギー吸収装置１０の分解斜視図である。図２及び図３（ａ）に示すように、縦仕切板１５の一対の端部１５ａは、後から前にいくにつれて互いに近づく向きに傾斜している。縦仕切板１５は、外板１１〜１４に囲まれた内部空間Ｓにおいて欠落部Ｍ１を有する。欠落部Ｍ１は、縦仕切板１５を含む仮想平面において後板１７の前面と外筒２０の内面と前板１８の後面とで画定される領域に、当該領域の面積を減少させるように設けられた肉抜き部である。本実施形態では、欠落部Ｍ１は、縦仕切板１５の前端が後方に向けて窪むような形状に縦仕切板１５の前部を切り欠くことで形成されている。

欠落部Ｍ１は、縦仕切板１５の軸線ＡＸに直交する断面の切断位置が前から後にいくにつれて当該断面の面積を漸増させる形状を有する。具体的には、縦仕切板１５の前端は、Ｗ字状に形成されている。即ち、縦仕切板１５の前端部は、鉛直方向両側において前方に突出する凸部１５ｂと、鉛直方向中央において前方に突出する凸部１５ｃと、凸部１５ｂと凸部１５ｃとの間において後方に窪む凹部１５ｄとを有する。中央の凸部１５ｃの前方への突出量は、鉛直方向両側の凸部１５ｂの前方への突出量よりも小さい。縦仕切板１５の鉛直方向中央には、対向スリット１５ｅが形成されている。対向スリット１５ｅは、前端から後方に向けて延び、前端と後端との間の中間位置で終端している。

横仕切板１６の一対の端部１６ａは、実質的に互いに平行である。横仕切板１６は、外板１１〜１４に囲まれた内部空間Ｓにおいて欠落部Ｍ２を有する。横仕切板１６の欠落部Ｍ２は、縦仕切板１５の欠落部Ｍ１と概ね同じような形状である。即ち、横仕切板１６の前端部は、水平方向両側において前方に突出する凸部１６ｂと、水平方向中央において前方に突出する凸部１６ｃと、凸部１６ｂと凸部１６ｃとの間において後方に窪む凹部１６ｄとを有する。中央の凸部１６ｃの前方への突出量は、水平方向両側の凸部１６ｂの前方への突出量よりも小さい。横仕切板１６の水平方向中央には、対向スリット１６ｅが形成されている。対向スリット１６ｅは、後端から前方に向けて延び、後端と前端との間の中間位置で終端している。

次に、衝突エネルギー吸収装置１０の組み立て手順について説明する。図３（ａ）（ｂ）に示すように、縦仕切板１５の対向スリット１５ｅと横仕切板１６の対向スリット１６ｅとを互いに嵌め合わせ、縦仕切板１５と横仕切板１６とを互いに交差した状態で位置決めする。その状態で、縦仕切板１５と横仕切板１６との接触部分を溶接で接合するとともに、縦仕切板１５及び横仕切板１６を後板１７に対して溶接で接合する。

次いで、外筒２０を構成するように外板１１〜１４を配置し、縦仕切板１５の上側及び下側の端部１５ａを外板１１〜１４で左右から挟み、かつ、横仕切板１６の左側及び右側の端部１６ａを外板１１〜１４で上下から挟む。その際、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａは、外板１１〜１４の外面よりも外方に突出する。この状態で、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａと外板１１〜１４とを、外側から溶接により接合する。また、外板１１〜１４を後板１７に対して溶接で接合する。次いで、図２に示すように、外板１１〜１４を前板１８に対して溶接で接合する。

図４は、図２に示す衝突エネルギー吸収装置１０の平面図である。図４に示すように、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａの前端は、前板１８に後から当接し、外板１１〜１４の外面からの端部１５ａ，１６ａの突出量は、端部１５ａ，１６ａの前端領域１５ａａ，１６ａａにおいて前方にいくにつれて減少している。これにより、外筒２０の前端部を前板１８に対して外側から溶接Ｗ１により接合する際に、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａが邪魔にならない。また、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａの後端は、後板１７に前から当接し、外板１１〜１４の外面からの端部１５ａ，１６ａの突出量は、端部１５ａ，１６ａの後端領域１５ａｂ，１６ａｂにおいて後方にいくにつれて減少している。これにより、外筒２０の後端部を後板１７に対して外側から溶接Ｗ２により接合する際にも、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａが邪魔にならない。

以上に説明した構成によれば、縦仕切板１５及び横仕切板１６の軸線ＡＸに直交する方向の端部１５ａ，１６ａが、スロットＳＬ１，ＳＬ２に挿入されて外板１１〜１４によって挟まれることにより、縦仕切板１５及び横仕切板１６の端部１５ａ，１６ａに外筒２０の外側からアクセス可能となる。これにより、衝突エネルギー吸収装置１０の組み立て作業が容易となる。また、仕切板１５，１６の端部１５ａ，１６ａはスロットＳＬ１，ＳＬ２に挿入されて外板１１〜１４に挟まれるため、軸線ＡＸに直交する方向における仕切板１５，１６の寸法誤差が生じた場合であっても、容易に組み立てを行うことができる。

また、スロットＳＬ１，ＳＬ２が外板１１〜１４の端縁１１ａ〜１４ａ，１１ｂ〜１４ｂにより形成され、仕切板１５，１６の端部１５ａ，１６ａは外板１１〜１４の端縁１１ａ〜１４ａ，１１ｂ〜１４ｂに挟まれるので、外板１１〜１４の位置決めが容易となり、また組み立ての自由度が向上する。また、仕切板１５，１６の端部１５ａ，１６ａは、外板１１〜１４の外面よりも外方に突出し、仕切板１５，１６の端部１５ａ，１６ａと外板１１〜１４の外面とが外側から溶接で接合されるので、仕切板１５，１６を外板１１〜１４を容易に固定することができる。

また、縦仕切板１５と横仕切板１６とは、対向スリット１５ｅ，１６ｅにて嵌め合わされた状態で互いに溶接で接合されるので、縦仕切板１５と横仕切板１６とを互いに正確に溶接できる。また、縦仕切板１５と横仕切板１６とは対向スリット１５ｅ，１６ｅにて嵌め合わされた状態で安定して位置決めされるので、溶接量を減らすこともできる。そうすると、溶接による熱歪みが低減されるとともに、溶接線からの亀裂も抑制することができる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る衝突エネルギー吸収装置１１０の斜視図である。図６は、図５に示す衝突エネルギー吸収装置１１０の水平断面図であって、外筒１２０を仮想線で示した図である。図５及び６に示すように、本実施形態の衝突エネルギー吸収装置１１０では、外筒１２０を構成する外板１１１〜１１４により形成されたスロットＳＬ１２は、外板１１１〜１１４の車両長手方向一方側の端縁から離間している。具体的には、左側及び右側のスロットＳＬ１２は、外板１１１〜１１４の前端よりも後方に離間している。そのため、スロットＳＬ１２に挿入されて外板に挟まれる横仕切板１１６の端部１１６ａは、外板１１１〜１１４の前端及び前板１８から後方に離間している。即ち、横仕切板１１６の全体が、前板１８から後方に離間し、横仕切板１１６と前板１８との間に欠落部Ｍ１２を形成している。上側の外板１１１，１１２と下側の外板１１３，１１４との互いに対向する端縁１１１ｂ〜１１４ｂのうちスロットＳＬ１２の無い部分は、互いに突き合わせて外側から溶接により接合されている。このような構成によれば、組立性を良好に保ちながらも衝突初期の荷重ピーク値を低減できる。なお、スロットＳＬ１２のみならず、スロットＳＬ１についても同様に、外板１１１〜１１４の車両長手方向一方側の端縁から離間するように形成してもよい。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る衝突エネルギー吸収装置２１０の斜視図である。図７に示すように、第３実施形態の衝突エネルギー吸収装置２１０は、左側のスロットＳＬ１２が１つの外板２１１に形成され、右側のスロットＳＬ１２も１つの外板２１２に形成されている点で第２実施形態と相違する。即ち、本実施形態の衝突エネルギー吸収装置２１０では、外筒２２０を構成する外板２１１，２１２が２つである。

縦仕切板１５の上側及び下側の端部１５ａは、２つの外板２１１，２１２の互いに対向する端縁２１１ａ，２１２ａにより左右から挟まれている。即ち、スロットＳＬ１は、外板２１１，２１２の端縁２１１ａ，２１２ａの間に形成されている。横仕切板１１６の一方の端部１１６ａは、外板２１１に切り欠かれたスロットＳＬ１２に挿入され、横仕切板１１６の他方の端部１１６ａは、外板２１２に切り欠かれたスロットＳＬ１２に挿入されている。このような構成によれば、外板２１１，２１２の数が減ることで、溶接量を低減することができる。なお、スロットＳＬ１２のみならず、スロットＳＬ１についても同様に、外板を切り欠くことで形成し、全体として外板を１つだけにして外板を筒状に形成してもよい。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は互いに任意に組み合わせてもよく、１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよい。また、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。外板により形成されるスロットは、車両長手方向の一側又は両側に開放されずに閉じた孔としてもよい。即ち、スロットは、外板の車両長手方向両側の各端縁から離間してもよい。また、軸線に直交する方向における仕切板の端部は、外板の外面よりも外方に突出しなくてもよい。例えば、軸線に直交する方向における仕切板の端部の端面が外板の外面と面一でもよい。また、軸線に直交する方向における仕切板の端部は、外板の外面よりも内側に配置されてもよい。この場合でも、軸線に直交する方向における仕切板の端部は、外板の端縁により挟まれていればよい。

１ 鉄道車両
１０，１１０，２１０ 衝突エネルギー吸収装置
１１〜１４，１１１〜１１４，２１１，２１２ 外板
１１ａ〜１４ａ，１１ｂ〜１４ｂ，１１１ａ〜１１４ａ，１１１ｂ〜１１４ｂ，２１１ａ，２１２ａ 端縁
１５ 縦仕切板
１５ａ，１６ａ，１１６ａ 端部
１５ａａ 前端領域
１５ｅ，１６ｅ 対向スリット
１６，１１６ 横仕切板
１８ 前板
２０，１２０，２２０ 外筒
ＡＸ 軸線
Ｈ 仮想水平面
Ｍ１，Ｍ２ 欠落部
Ｓ 内部空間
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ１２ スロット
Ｖ 仮想鉛直面

Claims (5)

1. 車両長手方向に延びる軸線を有する外筒を構成する少なくとも１つの外板と、
   前記少なくとも１つの外板に囲まれた内部空間で前記車両長手方向に延び、前記外板に固定されて前記内部空間を仕切る少なくとも１つの仕切板と、を備え、
   前記仕切板の前記軸線に直交する方向の端部は、前記外筒を部分的に構成するように前記外板により挟まれており、
   前記仕切板は、縦仕切板と、前記縦仕切板に交差する横仕切板とを含み、
   前記縦仕切板と前記横仕切板とは、互いに嵌め合う対向スリットをそれぞれ有し、
   前記縦仕切板と前記横仕切板とは、前記対向スリットにて嵌め合わされた状態で互いに溶接で接合されている、鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置。
2. 前記少なくとも１つの外板は、複数の外板を含み、
   前記仕切板の前記端部は、前記複数の外板の互いに対向する端縁により挟まれている、請求項１に記載の鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置。
3. 前記仕切板の前記端部は、前記外板の外面よりも外方に突出し、
   前記仕切板の前記端部と前記外板の前記外面とが、互いに溶接で接合されている、請求項１又は２に記載の鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置。
4. 前記外筒の前端に対向する前板を更に備え、
   前記仕切板の前記端部の前端は、前記前板に後から当接し、
   前記外板の前記外面からの前記端部の突出量は、前記端部の前端領域において前方にいくにつれて減少しており、
   前記外筒の前端部と前記前板とが、外側から互いに溶接で接合されている、請求項３に記載の鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置。
5. 前記外板には、その車両長手方向一方側の端縁から離間した位置にスロットが形成され、
   前記仕切板の前記端部は、前記スロットに挿入されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両の衝突エネルギー吸収装置。

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