JP6152007B2

JP6152007B2 - 鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置

Info

Publication number: JP6152007B2
Application number: JP2013160177A
Authority: JP
Inventors: 佐野　淳; 淳佐野; 直朗川上; 吉田　直弘; 直弘吉田; 晋一郎畑; 誠一郎矢木; 雅幸冨澤; 啓内田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: JP2015030340A

Description

本発明は、鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置に関する。

従来から、鉄道車両では、衝突エネルギー吸収装置が用いられている。例えば、特許文献１には、継ぎ板を挟んで車両長手方向に並べられた２つのエネルギー吸収部材を備えた鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置が開示されている。

各エネルギー吸収部材は、車両長手方向に延びる断面八角状の筒状体であり、衝突時には蛇腹状に変形しながら軸方向に圧壊される。より詳しくは、エネルギー吸収部材は、外管と内管の二重管構造を有しており、外管と内管の頂点同士が径方向壁によって連結されている。

特許第４９４３９０５号公報

しかしながら、エネルギー吸収部材として機能する筒状体は、衝突時には上述したように蛇腹状に変形する、換言すれば圧壊により形成される折れ重なり部が軸方向に並ぶように変形するため、衝突エネルギーの吸収に用いられる有効ストロークはエネルギー吸収部材の全長の６０〜６５％程度である。特許文献１に開示された衝突エネルギー吸収装置では同じ構造のエネルギー吸収部材が直列に並んでいるため、装置全体の有効ストロークも装置全長の６０〜６５％である。限られた空間でより多くの衝突エネルギーを吸収するには、装置全長に対する有効ストロークの割合である有効圧縮率をより高くすることが望まれる。

そこで、本発明は、有効圧縮率を高くすることができる鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置は、中間プレートを挟んで車両長手方向に並べられた、衝突時に圧壊される第１エネルギー吸収体および第２エネルギー吸収体を備え、前記第１エネルギー吸収体は、互いに離間するように配置された複数の筒状体を含み、前記第２エネルギー吸収体は、前記中間プレート上に、車両長手方向において前記複数の筒状体と重ならないように立てられた少なくとも１つの隔壁を含む、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、衝突時には第２エネルギー吸収体の隔壁が第１エネルギー吸収体の筒状体間に形成される隙間に入り込むため、装置全体としての有効ストロークを大きくすることができる。その結果、装置全長に対する有効ストロークの割合である有効圧縮率を高くすることができる。

本発明によれば、有効圧縮率を高くすることができる鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置を提供できる。

一実施形態に係る鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置の側面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１のIIＡ−IIＡ線〜IIＣ−IIＣ線に沿った断面図である。（ａ）は図１に示す衝突エネルギー吸収装置の衝突変形後の状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のIIIＢ−IIIＢ線に沿った断面図である。図１に示す衝突エネルギー吸収装置の荷重と圧縮率の関係を示すグラフである。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ変形例の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置の正面図および側面図である。（ａ）および（ｂ）はそれぞれ他の変形例の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置の正面図および側面図である。

図１および図２（ａ）〜（ｃ）に、一実施形態に係る鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置１Ａを示す。衝突エネルギー吸収装置１Ａは、中間プレート４と、この中間プレート４を挟んで車両長手方向に並べられた第１エネルギー吸収体２および第２エネルギー吸収体３を備えている。また、衝突エネルギー吸収装置１Ａは、中間プレート４と共に第１エネルギー吸収体２を挟持する第１プレート５と、中間プレート４と共に第２エネルギー吸収体３を挟持する第２プレート６を備えている。

本実施形態では、第１プレート５が鉄道車両の主構造物に取り付けられる。このため、鉄道車両の進行方向において、第２エネルギー吸収体３が前方（車両長手方向の外方側）、第１エネルギー吸収体２が後方（車両長手方向の内方側）に位置する。ただし、第２プレート６が鉄道車両の主構造物に取り付けられ、鉄道車両の進行方向において第１エネルギー吸収体２が前方、第２エネルギー吸収体３が後方に位置してもよい。

第１エネルギー吸収体２および第２エネルギー吸収体３は、共に衝突時に圧壊されて座屈により衝突エネルギーを吸収する。本実施形態では、第１エネルギー吸収体２および第２エネルギー吸収体３は、共に、上下対象かつ左右対象に構成されている。

より詳しくは、第１エネルギー吸収体２は、互いに離間するように配置された複数の筒状体２１を含む。各筒状体２１の前端部は例えば溶接により中間プレート４に固定されており、各筒状体２１の後端部は例えば溶接により第１プレート５に固定されている。筒状体２１のプレート（４または５）への固定方法としては、溶接以外にも、例えば接着やボルト止めなどを利用できる。

本実施形態では、４つの筒状体２１が、中間プレート４の中心を取り巻くようにマトリクス状に配置されている。ただし、筒状体２１の数は必ずしも４つである必要はなく、筒状体２１の数が２つ以上（好ましくは３つ以上）であれば中間プレート４の中心を取り巻くように筒状体２１を配置することは可能である。また、本実施形態では、各筒状体２１の断面形状が角が丸められた正方形状であるが、各筒状体２１の断面形状は四角形以外の多角形状や円形状、あるいは特定方向に引き延ばされた形状（例えば、長方形状や楕円状）であってもよい。

第１プレート５および中間プレート４の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、車両長手方向から見たときに（以下、単に「正面視で」という。）、全ての筒状体２１に外接する矩形よりも僅かに大きな矩形状である。

一方、第２エネルギー吸収体３は、中間プレート４上に垂直に立てられた複数の隔壁３１と、中間プレート４から前方に向かって立ち上がる周壁３５を含む。隔壁３１および周壁３５の頂き部（前端部）は例えば溶接により第２プレート６に固定されており、隔壁３１および周壁３５の基部（後端部）は例えば溶接により中間プレート４に固定されている。隔壁３１および周壁３５のプレート（６または４）への固定方法としては、溶接以外にも、例えば接着やボルト止めなどを利用できる。

本実施形態では、上下に延びる隔壁３１と左右に延びる隔壁３１の２つの隔壁３１が、正面視で筒状体２１の間を通るように配置されている。換言すれば、隔壁３１は車両長手方向において筒状体２１と重ならないように配置されており、隔壁３１同士が互いに垂直に交差している。これらの隔壁３１によって、中間プレート４に面する４つの空間が仕切られている。上下に延びる隔壁３１と左右に延びる隔壁３１は同じ形状であり、その形状は前方に向かって尖る略台形状である。

周壁３５は、隔壁３１で仕切られた４つの空間を囲繞するように、各隔壁３１の両辺に沿って中間プレート４から立ち上がっている。すなわち、周壁３５は、中間プレート４から遠ざかる方向に（すなわち、前向きに）先細りとなるコーン状である。

周壁３５の断面形状は、本実施形態では矩形状である。ただし、周壁３５の断面形状は、四角形以外の多角形状であってもよいし、円形状であってもよい。

本実施形態では、周壁３５の頂き部および基部以外では隔壁３１の幅が周壁３５の幅よりも大きく設定されており、周壁３５が全長に亘って隔壁３１によって４つのピースに分割されている。ただし、周壁３５が全長に亘って周方向に連続していて、周壁３５内に各隔壁３１の全体が収容されていてもよい。

各隔壁３１における第２プレート６に接触する頂き部には、隔壁３１の頂き部の強度を低下させるための切欠き３２が設けられている。本実施形態では、切欠き３２が各隔壁３１の頂き部の中央に形成されており、図２（ａ）に示すように双方の隔壁３１の切欠きの底部同士が十字状に交わっている。

本実施形態では、周壁３５の先端の大きさは、筒状体２１で囲まれる多角形（本実施形態では四角形）領域Ｒの面積（図２（ｃ）中に間隔の広いハッチングで示す面積）よりも小さく設定されている。このため、周壁３５の先端は、車両長手方向に投影したときに、多角形領域Ｒ内に収まる。

第２プレート６の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、周壁３５の先端よりも僅かに大きな矩形状である。ただし、第２プレート６が鉄道車両の主構造物に取り付けられる場合は、第２プレート６が周壁３５の先端よりも十分に大きくてもよい。

図３（ａ）は、本実施形態の衝突エネルギー吸収装置１Ａの衝突変形後の状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は（ａ）のIIIＢ−IIIＢ線に沿った断面図である。なお、図３（ｂ）では、各部材を一本の線で描いている。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の衝突エネルギー吸収装置１Ａでは、衝突時には第２エネルギー吸収体３の隔壁３１が第１エネルギー吸収体２の筒状体２１間に形成される隙間に入り込むため、装置全体としての有効ストロークを大きくすることができる。その結果、装置全長に対する有効ストロークの割合である有効圧縮率を高くすることができる。

図４は、衝突エネルギー吸収装置１Ａの荷重と圧縮率の関係を示すグラフである。なお、図４には、第１エネルギー吸収体２のみを用いたときの荷重と圧縮率の関係を破線で示す。図４に示すように、本実施形態の衝突エネルギー吸収装置１Ａでは、第１エネルギー吸収体２のみを用いた場合に比べて有効圧縮率（図４中の実線および破線の最も右側の落ち込み部分）が１０〜１５％程度高くなる。

また、本実施形態では、第２エネルギー吸収体３の周壁３５がコーン状であるので、衝突時には図３（ａ）および（ｂ）に示すように周壁３５が放射状に（同心円状に）波打つように、換言すれば中心側の折れ重なり部が外周側の折れ重なり部内に収まるように変形する。このため、周壁３５を非常に薄い板状に圧壊させることができ、中間プレート４を挟んで各筒状体２１の前方に維持される厚さを小さく抑えることができる。しかも、第２エネルギー吸収体３から第１エネルギー吸収体２に伝えられる荷重は中間プレート４の中央に集中するため、各筒状体２１に偏心荷重をかけることができる。これにより、各筒状体２１の座屈開始荷重を低減させることができる。その結果、第１エネルギー吸収体２の変形初期のピーク荷重（図４中の実線の中央の盛り上がり部分）を、第１エネルギー吸収体２のみを用いたときの変形初期のピーク荷重（図４中の破線の左端の盛り上がり部分）のおよそ４０％と小さくすることができる。

さらに、周壁３５の先端の大きさは筒状体２１で囲まれる多角形領域Ｒの面積よりも小さいので、周壁３５の先端が第１エネルギー吸収体２の筒状体２１間に形成される隙間に向かって押し込まれるように周壁３５が変形する。このため、装置全体としての有効ストロークをより大きくすることができる。しかも、車両長手方向において周壁３５の先端が筒状体２１と重ならないため、各筒状体２１により大きな偏心荷重をかけることができる。

また、各隔壁３１の頂き部には切欠き３２が設けられているので、第２エネルギー吸収体３の変形初期のピーク荷重を小さくすることができる。

（その他の実施形態）
隔壁３１が複数設けられている場合は、周壁３５は必ずしも必要ではない。例えば、図５（ａ）および（ｂ）に示す変形例の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置１Ｂのように、６つの筒状体２１が縦３列、横２行で配置されている場合は、第２エネルギー吸収体３は、正面視で筒状体２１の間を通るように配置された３つの隔壁３１のみを有していてもよい。ただし、前記実施形態のように周壁３５が設けられていれば、周壁３５の変形によっても衝突エネルギーを吸収することができる。

また、周壁３５が設けられている場合は、隔壁３１は、必ずしも複数設けられている必要はなく、少なくとも１つ設けられていればよい。例えば、図６（ａ）および（ｂ）に示す変形例の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置１Ｃのように、断面が横長長方形状の２つの筒状体２１が上下に並んで配置されている場合は、第２エネルギー吸収体３は、隔壁３１を１つだけ有していてもよい。また、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、周壁３５は車両長手方向にストレートに延びていてもよい。

また、第２プレート６が鉄道車両の主構造物に取り付けられる場合は、周壁３５は、前記実施形態とは逆に、中間プレート４から遠ざかる方向に拡大するコーン状であってもよい。

本発明の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置は、種々の車両に有用である。

１Ａ〜１Ｃ鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置
２第１エネルギー吸収体
２１筒状体
３第２エネルギー吸収体
３１隔壁
３２切欠き
３５周壁
４中間プレート
５第１プレート
６第２プレート

Claims

中間プレートを挟んで車両長手方向に並べられた、衝突時に圧壊される第１エネルギー吸収体および第２エネルギー吸収体を備え、
前記第１エネルギー吸収体は、互いに離間するように配置された複数の筒状体を含み、
前記第２エネルギー吸収体は、前記中間プレート上に、車両長手方向において前記複数の筒状体と重ならないように立てられた少なくとも１つの隔壁を含む、
鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記第２エネルギー吸収体は、前記隔壁で仕切られた空間を囲繞するように前記中間プレートから立ち上がる周壁を含む、請求項１に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記周壁は、前記中間プレートから遠ざかる方向に先細りとなるコーン状である、請求項２に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記複数の筒状体は、前記中間プレートの中心を取り巻くように２つ以上配置されており、
前記周壁の先端の大きさは、前記複数の筒状体で囲まれる多角形領域の面積よりも小さい、請求項３に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記第２エネルギー吸収体は、前記隔壁を複数含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記中間プレートと共に前記第１エネルギー吸収体を挟持する第１プレートと、
前記中間プレートと共に前記第２エネルギー吸収体を挟持する第２プレートと、をさらに備え、
前記第１プレートが鉄道車両の主構造物に取り付けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記中間プレートと共に前記第１エネルギー吸収体を挟持する第１プレートと、
前記中間プレートと共に前記第２エネルギー吸収体を挟持する第２プレートと、をさらに備え、
前記第２プレートが鉄道車両の主構造物に取り付けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。
前記隔壁における前記第２プレートに接触する頂き部には、切欠きが設けられている、請求項６または７に記載の鉄道車両用衝突エネルギー吸収装置。