鉄道車両の先頭構造

本発明は、運転室の乗務員空間を保護するための、鉄道車両の先頭構造に関する。

従来から、鉄道車両をクラッシャブルゾーンとサバイバルゾーンとに分けて設計することが行われている。 クラッシャブルゾーンとは、衝突エネルギーを吸収するための鉄道車両の先頭部分であり、サバイバルゾーンとは、衝突時でも生存空間が確保される高強度部分である。

クラッシャブルゾーンには運転室が含まれることがあるため、近年では、運転室の乗務員空間を保護するために、運転室の剛性を高めることも提案されている。 例えば、特許文献１には、図５（ａ）および（ｂ）に示すような鉄道車両１００が開示されている。

具体的に、鉄道車両１００では、台枠１１１、側構体１１２および屋根構体１１３により高強度部分１１０が構成され、高強度部分１１０の前方に飛来物防止板１２０が配置されている。 飛来物防止板１２０と高強度部分１１０との間には運転室が形成される。 飛来物防止板１２０における車幅方向の両端部は、第１水平梁部材１３１、第２水平梁部材１３２および傾斜梁部材１３３により側構体１１２と強固に連結されている。

飛来物防止板１２０には開口が形成されており、その開口を通じてエネルギー吸収部材１４０が飛来物防止板１２０を貫通している。 このため、衝突時には、エネルギー吸収部材１４０のみが圧壊し、運転室の乗務員空間が維持される。

しかしながら、図５（ａ）および（ｂ）に示す構造は、運転室窓が、左右の傾斜梁部材１３３間の前面部と傾斜梁部材１３３と第２水平梁部材１３２の間の側面部とで構成されるコーナーが直角の三面形状であることを前提としたものである。 このため、運転室窓が例えば前方に向かって滑らかに凸となるような丸みを帯びた形状の場合には、図５（ａ）および（ｂ）に示す構造を採用することは困難である。 また、鉄道車両では一般的に台枠が最も高い強度を有していることから、衝突時に乗務員空間を確保するために、衝突荷重が台枠に直接的に伝達されることが望ましい。

そこで、本発明は、台枠及び屋根構体を利用しつつ、運転室窓が例えば丸みを帯びた形状であっても運転室の乗務員空間を保護できる鉄道車両の先頭構造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、本発明の鉄道車両の先頭構造は、車両長手方向に延びる中ハリを含む台枠と、前記中ハリの先端に立設された衝突柱と、運転室窓の上方に位置する屋根構体と、前記運転室窓を分断するように延びて、一端が前記衝突柱に接合され、他端が前記屋根構体に接合されて前記屋根構体と前記衝突柱を連結するピラーと、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、中ハリ、衝突柱、ピラーおよび屋根構体により、運転室の乗務員空間を取り囲む連続したＵ字状構造が形成されるため、運転室に高い剛性を付与して乗務員空間を効果的に保護することができる。

本発明によれば、台枠及び屋根構体を利用しつつ、運転室窓が例えば丸みを帯びた形状であっても運転室の乗務員空間を保護できる鉄道車両の先頭構造を提供できる。

一実施形態に係る先頭構造が採用された鉄道車両の斜視図である。

図１に示す鉄道車両の台枠の平面図である。

図２のIII−III線に沿った断面図である。

変形例の鉄道車両の先頭構造を示す斜視図である。

（ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来の鉄道車両の斜視図および側面図である。

図１〜図３に、一実施形態に係る先頭構造が採用された鉄道車両１を示す。 本実施形態では、鉄道車両１として高速車両を想定しており、鉄道車両１が先端に向かって尖る流線型である。 ただし、鉄道車両１の形状はこれに限られない。

具体的に、鉄道車両１の先頭構造は、台枠２と屋根構体５を備えている。 台枠２と屋根構体５の間には、運転室９（図３参照）が形成される。 また、運転室９の車幅方向の両側には側面外装材７２が配置されており、運転室９の前方には正面壁６が配置されている。

運転室９は、鉛直方向に対して大きく傾斜する運転室窓１０を有している。 すなわち、屋根構体５は、運転室窓１０の上方かつ後方に位置している。 運転室窓１０は、前方に向かって滑らかに凸となるような丸みを帯びた形状であり、平面視でＵ字状をなしている。

運転室窓１０には、２本の縦ピラー４１と１本の横ピラー４２が設けられている。 縦ピラー４１は、運転室窓１０を左右に分断するように車両長手方向に対して斜めに延びており、横ピラー４２は、運転室窓１０を上下に分断するように水平面上でＵ字状に延びている。 本実施形態では、縦ピラー４１および横ピラー４２は、中実の棒状部材である。

運転室窓１０の前方（運転室窓１０と正面壁６との間）には、上面外装材７１が配置されている。 上述した側面外装材７２は、上面外装材７１と屋根構体５に跨って延びており、上面外装材７１および屋根構体５と連続した壁面を構成する。

屋根構体５は、図３に示すように、外面板５１と、外面板５１を補強する複数の横板５２および複数の縦板５３を含む。 側面外装材７２は、肉厚の薄い板であり、図示は省略するが、屋根構体５の外面板５１と同様に、複数の横骨および複数の縦骨により補強されている。 上面外装材７１は、肉厚の厚い板である。

正面壁６は、正面視で略半円状をなしており、直線状の下辺と、波打ちながら湾曲して下辺の両端を結ぶ上辺を有している。 上面外装材７１および側面外装材７２の前端部は、溶接により正面壁６の上辺に接合されている。

台枠２は、図２に示すように、左右一対の側バリ２１と、それらの側バリ２１を連結する前後一対の枕バリ２６を含む。 各側バリ２１は、車両長手方向に平行な主バリ２２と、主バリ２２の先端から車幅方向の内側に傾斜する傾斜バリ２３とから構成される。 傾斜バリ２３は、前側の枕バリ２６にも接合されている。

双方の傾斜バリ２３の間には、車両長手方向に延びる２本の中ハリ２５が配置されている。 本実施形態では、中ハリ２５が延びる方向は車両長手方向と平行であるが、中ハリ２５が延びる方向は車両長手方向に対して僅かに傾斜していてもよい。 各中ハリ２５の長さは、車両長手方向における傾斜バリ２３の長さと同じである。

中ハリ２５の先端同士および、各中ハリ２５の先端と傾斜バリ２３の先端とは連結部材２４によって連結されている。 これらの連結部材２４は、台枠２の端バリを構成する。

なお、台枠２には、上述したハリ以外にも、種々のハリや部材が設けられていてもよい。 例えば、双方の中ハリ２５の間に、枕バリと端バリを連結する１本または２本の縦ハリを配置してもよいし、枕バリと端バリの間に、中ハリ２５同士および中ハリ２５と傾斜バリ２３を連結する横バリを配置してもよい。

各中ハリ２５の先端には、衝突柱３が立設されている。 衝突柱３は、中ハリ２５から上面外装材７１まで延びており、上面外装材７１を支持している。 上述した正面壁６は、溶接により衝突柱３に接合されていて、衝突柱３に保持されている。 また、正面壁６は、台枠２にも溶接により接合されている。

正面壁６には、当該正面壁６から前方に突出するように衝突エネルギー吸収装置８が取り付けられている。 衝突柱３は、車両長手方向において衝突エネルギー吸収装置８と重なり合う位置に配置されている。 衝突エネルギー吸収装置８の取り付けには、ボルトまたはそれに準じた機械締結品を用いることができる。 例えば、ボルトを用いる場合は、正面壁６にネジ穴を設けておけばよい。 また、正面壁６には例えば繊維強化プラスチックからなるカバーを取り付けることも可能であり、これにより良好な外観及び流体性能を実現することができる。

各衝突柱３と中ハリ２５の間のコーナーには、側面視で略三角形状の補強部材３１が配置されている。 また、各衝突柱３と上面外装材７１の間にも、側面視で略三角形状の、補強部材３１よりも小さな補強部材３２が配置されている。 上述した縦ピラー４１は、屋根構体５から運転室窓１０を超えて、上面外装材７１の下面に沿って補強部材３２まで延びている。 換言すれば、縦ピラー４１は、中ハリ２５と対向するように延びていて、補強部材３２を介して屋根構体５と衝突柱３を連結している。 すなわち、縦ピラー４１の一端は補強部材３２を介して衝突柱３に接合され、縦ピラー４１の他端は屋根構体５に接合されている。

以上説明したように、本実施形態の先頭構造では、中ハリ２５、衝突柱３、縦ピラー４１および屋根構体５により、運転室９の乗務員空間を取り囲む連続したＵ字状構造が形成されるため、運転室９に高い剛性を付与して乗務員空間を効果的に保護することができる。 しかも、中ハリ２５は台枠２の要素であるため、台枠２を利用して運転室９を構成することができる。

なお、衝突柱３の一端に接合される縦ピラー４１と、衝突柱３の他端に接合される中ハリ２５は、略同一平面上にあることが好ましいが、ねじれの位置にあってもよく、中ハリ２５、衝突柱３、縦ピラー４１および屋根構体５により、実質的にＵ字状構造が形成されていればよい。

また、本実施形態では、衝突柱３に正面壁６が保持されているので、衝突柱３を利用して正面壁６を補強することができる。 さらに、本実施形態では、正面壁６に衝突エネルギー吸収装置８が取り付けられ、衝突エネルギーが運転室９の前方に配置された衝突エネルギー吸収装置８で吸収されるため、衝突時の運転室９の変形を防止できる。 しかも、衝突後には衝突エネルギー吸収装置８を取り換えることによって鉄道車両１を容易に再生することができる。

また、本実施形態では、衝突柱３が車両長手方向において衝突エネルギー吸収装置８と重なり合う位置に配置されているので、衝突時に正面壁６に作用する反力を台枠２および屋根構体５に効果的に分散することができる。

さらに、本実施形態では、上面外装材７１が衝突柱３で支持されているので、衝突柱３を利用して上面外装材７１を強固に支持することができる。

（その他の実施形態）
鉄道車両１は、必ずしも先端に向かって尖る流線型である必要はなく、例えば図４に示すように正面が鉛直方向に平行な箱型であってもよい。 この場合、鉄道車両１は、屋根構体５と衝突柱３を連結する、鉛直方向に延びるピラー４３を有していてもよい。

また、運転室窓１０は、必ずしも丸みを帯びている必要はなく、例えば、前面部と側面部との間に４５度の傾斜面部を有した略半八角形状であってもよい。

また、正面壁６を省略して衝突エネルギー吸収装置８を衝突壁３に直接取り付けることも可能である。 あるいは、正面壁６に開口が設けられ、この開口を通じて衝突エネルギー吸収装置８は正面壁６を貫通していてもよい。

縦ピラー４１および横ピラー４２は、中空の棒状部材であってもよい。 ただし、前記実施形態のように縦ピラー４１および横ピラー４２が中実の棒状部材であれば、縦ピラー４１および横ピラー４２の太さを細くして運転室窓１０を通じた視界を広く確保することができる。

本発明は、種々の形状の鉄道車両に有用である。

１ 鉄道車両 ２ 台枠 ２１ 側バリ ２５ 中ハリ ３ 衝突柱 ４１ 縦ピラー ４２ 横ピラー ５ 屋根構体 ６ 正面壁 ８ 衝突エネルギー吸収装置