JP2007223340A - 断熱吸音構造体及びそれを用いた車両構体 - Google Patents
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Abstract
【課題】広い客室空間を得るために断熱遮音層の構え厚さを薄くするために、真空断熱パネルを用いて高い断熱性能と遮音性能を両立して快適な車内環境を得る。
【解決手段】ダブルスキン構造の軽量合金構造体１０の片面に真空断熱パネル２１を中央の部材とし、該パネルの両面を不織布または発泡体の弾力性のある吸音材２２，２３で挟み込んだ断熱吸音層２０を形成してその上を内装材２４で覆うように施工する。この構造により、ダブルスキン構造体側から透過してくる騒音を吸音材の弾性と真空断熱パネルの剛性の相互作用により透過損失を向上させる。
【選択図】図１
【解決手段】ダブルスキン構造の軽量合金構造体１０の片面に真空断熱パネル２１を中央の部材とし、該パネルの両面を不織布または発泡体の弾力性のある吸音材２２，２３で挟み込んだ断熱吸音層２０を形成してその上を内装材２４で覆うように施工する。この構造により、ダブルスキン構造体側から透過してくる騒音を吸音材の弾性と真空断熱パネルの剛性の相互作用により透過損失を向上させる。
【選択図】図１
Description
本発明は真空断熱材と吸音材を用いた鉄道車両またはモノレール車両に関するものである。
近年、輸送車両では製作の合理化及び高速化に伴う軽量化と耐圧性向上の観点から、軽合金製の大形中空型材を利用した車体（ダブルスキン構造）が製作されている。これらの車体は軽量化と耐圧性向上を図るために側部や屋根構体が曲面を有する構造となっている。例えばこのような構体は特許文献１に記載された車両である。
このような車両構体に用いられる断熱構造としては、現状の主流は構体の室内側とぎ装用内張りの間にグラスウールなどの繊維状の断熱材を貼付けて車体外部からの熱の侵入を遮断する構造がとられている。しかし、このような構造をダブルスキン構体に適用すると壁の厚さが厚くなり、とくに鉄道車両においては車内空間を確保する観点から出来るだけ薄くするように求められている。このために断熱性能の優れた材料を使用するようになっている。これらの要求に対応するために下記特許文献１、特許文献２のような真空断熱材を使用した車体構造が検討されている。
また、鉄道車両の構造体に制振性能を持たせて車内の騒音を低減する方法が下記非特許文献３に記載されている。本方式では騒音に関しては効果が期待できるが断熱性を確保するための断熱材の厚さが厚くなり、広い車内空間を確保する点で課題となっている。
特開平１０−２５８７３６号公報
特開平１１−１００９１５号公報
「車両技術」２００１／９、Ｎｏ．２２２ ｐ２２−３１
上記従来技術において、真空断熱材を構体に取り付ける場合、構体の表面に真空断熱材を直接押さえつけて沿わせようとすると真空断熱材の芯材に局部的に大きな力が加わり、芯材の変形、断熱材の外包容器が破損し、気密性が失われ断熱性能が低下するという問題がある。
また、構体内側のレール部を利用して薄板のバネ材で真空断熱材の表面を押し付けて固定する方法が提案されているが、長期間の押さえつけにより外包容器と芯材が変形して沈み込み、最終的には亀裂の発生が懸念されている。
さらに、ダブルスキン構体の中に制振材を貼付けて車内騒音を低減する方法においては構体の重量増加と断熱材の厚さが問題となり、断熱吸音機能の薄肉化が求められている。
上記目的は、２枚の板とそれらを連結するリブで形成される軽量合金製のダブルスキン構造体と、ダブルスキン構造体の片面側の車内側に、積層される断熱吸音層を備えた断熱吸音構造体において、前記断熱吸音構造体は、前記ダブルスキン構造体から車内側に向けて、弾力性のある吸音材、真空断熱材、内装材パネルを、順次積層しているものであること、によって達成できる。
または、２枚の板とそれらを連結するリブで形成される軽量合金製のダブルスキン構造体と、ダブルスキン構造体の片面側の車内側に、積層される断熱吸音層を備えた断熱吸音構造体において、前記断熱吸音層は、剛性を有し、前記積層方向に平板状の真空断熱パネルと、前記積層方向の前記真空断熱パネルの両面に積層される繊維状不織布または弾力性を有する発泡体からなる吸音材と、前記断熱吸音構造体の車内側にあり、該断熱吸音構造体を覆う内装材パネルと、からなるものであること、によって達成できる。
これによれば、ダブルスキン構造の軽量合金構造体の片面の車内側に、吸音材、真空断熱材、内装材パネルを順次積層することにより、ダブルスキン構造体側から透過してくる騒音を吸音材の弾性と真空断熱パネルの剛性の相互作用により透過損失を向上できるものである。
以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る断熱吸音構造体の断面構造を示す。全体を符号１ａで示す断熱吸音構造体は、ダブルスキン構造体１０と、ダブルスキン構造体１０の一方の面である車両の室内側面に積層される断熱吸音層２０を有する。
ダブルスキン構造体１０は、例えばアルミニウム合金を押出し成形してつくられる形材であって、平行する２枚の板材１１，１２をトラス構造のリブ１３で連結した断面構造を有する。
断熱吸音層２０は、ダブルスキン構造体１０の車内側に設置されるもので、真空断熱パネル２１の両側を繊維状不織布または発泡体で形成される弾力性のある吸音材２２，２３で挟み込んだ構造を有する。つまり、ダブルスキン構造体の車内側に、吸音材２２、真空断熱パネル２１、吸音材２３が順次積層されている。吸音材２３の車内側には内装材パネル２４が積層される。
真空断熱パネル２１は、芯材を気密性のあるフィルムで覆って概略矩形状に形成したパネルであって、内部を真空にして断熱性を高めたパネルである。このパネルは６ｍｍの厚さ寸法を有する。真空断熱材２１の厚さは一実施例として示したもので、この値に限定されるものではない。必要に応じて溝を設けて、曲面部にも容易に密着できる構造とする。
断熱吸音層２０の真空断熱パネル２１と片面側の吸音材（繊維状不織布）２３との接触面、吸音材２３と内装材パネル２４との接触面、真空断熱パネル２１の他面側と吸音材２２との接触面には、それぞれ相対的移動防止手段がある．これは，接着剤で接着されるか、または両面テープで接着されている。または、機械的な手段（機構）で構成される。
この機械的手段は、一般にマジックテープ（登録商標）と呼ばれるものからなる。マジックテープの一方の部材は接触面の一方の部材に取り付けられ、他方の部材は接触面の他方の部材に取り付けられる。具体的に説明すると、一方の部材には他方の部材に向けて突出する突出部が多数あり、前記他方の部材には前記突出部が入る凹部が多数ある。
この相対的移動防止手段（機構）は、ダブルスキン構造体１０の振動によって、断熱吸音層２０の各部材が振動して接触面での騒音の発生を防止するための手段（機構）である。
吸音材２２とダブルスキン構造体１０の板１２とは接触しているのみであり、前記相対的移動防止手段（機構）はない。
内装材パネル２４は、アルミ板の表面に樹脂シート等が貼り付けたもので、パネル２４の板厚寸法は約２ｍｍである。また、内装材パネル２４は薄いアルミ板の２枚の間に樹脂を充填したものや、発泡させた断熱材を挟み込んだものであってもよい。また、アルミ板は表面が平らである必要はない。表面が波状の凹凸があってもよい。この凹凸部材はアルミ板と同一材でも別部材でもよい。
断熱吸音層の吸音材２２は、ガラス状繊維の繊維状不織布で、厚さ８ｍｍである。
断熱吸音層の吸音材２３は、弾力性を有する発泡体であり、厚さ寸法は８ｍｍである。
ダブルスキン構造体１０の厚さ寸法ｔ１は４０ｍｍであり、断熱吸音層２０の厚さ寸法ｔ２は２４ｍｍ、断熱吸音構造体１ａの構え厚さ寸法Ｔ１は６４ｍｍとなった。
次に、ダブルスキン構造体１０への断熱吸音層２０の取り付け構造を図４により説明する。断熱吸音層２０の内装材パネル２４に、吸音材２３が接着剤で接着されている。吸音材２３と真空断熱パネル２１とは接着材で接着されている。真空断熱パネル２１と吸音材２２とは接着材で接着されている。
上記のように断熱吸音層２０を製作した後、断熱吸音層２０をダブルスキン構造体１０に取り付ける。断熱吸音層２０の内装材パネル２４の外周部はダブルスキン構造体１０側の吸音材２２，２３，真空断熱パネル２１の外周部よりも大きい。ダブルスキン構造体１０の室内側には内装材パネル２４を固定するためのカーテンレール１２１が突出している。このカーテンレール１２１は周知のように先端側が相手のカーテンレール１２１に向けて突出している。この突出部にＴ型ボルト１２２の頭部がかかる。Ｔ型ボルト１２２をナット１２３で車内側から締結する。ナット１２３を締結する前にＴ型ボルト１２２はカーテンレール１２１に取り付けてある。１２５は断熱材であり、厚さは２ｍｍである。カーテンレール１２１の突出高さは約２０ｍｍである。一方の断熱吸音層２０の厚さは他方の断熱吸音層２０よりも厚い。
これによれば、断熱吸音層２０は複数の部材からなるが、一体に固定されているので、断熱吸音層２０のダブルスキン構造体への取り付け作業を簡単にできる。内装材パネル２４、真空断熱パネル２１、吸音材２２，２３は軽量であるので、一体にしても取り扱いを容易にできる。
図３は、従来構造の断熱吸音構造体を示す。この断熱吸音構造体１ｃは、ダブルスキン構体１０と吸音層５０を有する。
ダブルスキン構体１０は、図１に示すものと同様であって、アルミニウム合金の押出し形材である。吸音層５０は、例えばガラス繊維系の吸音断熱材５１を有する。吸音断熱材５１の車内側には内装材パネル２４が取り付けられる。本パネル２４は図１に示すものと同様のものである。
ダブルスキン構造体１０の厚さ寸法ｔ１は、図１のものと同様に４０ｍｍである。また、内装材パネル２４を含む吸音層５０の厚さ寸法ｔ３は５０ｍｍである。
したがって、全体の構え厚さ寸法Ｔ３は９０ｍｍとなる。
これに対して、図１に示す実施例１のものは、構え寸法Ｔ１は６４ｍｍであって、厚さ寸法が大幅に削減されている。
図５は、実施例１のものと、図３に示す従来のものとを遮音性能で比較したものである。
図５は、横軸に音響の周波数を、縦軸に音響の透過損失をとったものである。
実施例の構造体は、従来に比較して、薄い構え厚さ寸法でありながら、音響透過損失を大きくとることができる。すなわち、遮音特性に優れていることが実験により確認された。
これは、弾性を有する吸音層の弾性バネ作用と真空断熱材剛性との相互効果によりマスダンパが形成され、音響透過損失が向上したものである。
また、真空断熱材を備えることにより、従来例に比べて２倍の断熱効果を有することが、実験により確認された。
図２に本発明の他の実施例を示す。本実施例の断熱吸音構造体１ｂにあっては、真空断熱パネル２１の位置を内装パネル２４の直下に設けている。吸音材３１は実施例１で使用した繊維状不織布２２と同一材質である。厚さ寸法は１６ｍｍである。真空断熱材２１、内装パネル２４、ダブルスキン構体１０は実施例１と同様である。
ダブルスキン構造体の厚さ寸法ｔ１は実施例１と同様に４０ｍｍであり、吸音層３０の厚さ寸法が実施例１と同じ２４ｍｍである。
比較対象として、前述した比較モデルの図３を使用して同一サイズの試験片で音響透過損失を測定した。
その結果を図６に示す。図より、構え厚さ寸法Ｔ１が９０ｍｍから６４ｍｍと２６ｍｍ薄くなったにもかかわらず吸音層の弾性バネ作用と真空断熱材の剛性との相互効果によりマスダンパが形成され、音響透過損失は向上していることが分かる。さらに図５と比較して１ｋＨｚ以下の低周波域で音響透過損失が向上している。
従って、低周波域の騒音を除去したい場合は本実施例の構成にすることが有効である。本実施例の吸音材３１は弾力性の発泡体でもよく、また、繊維状不織布と発泡体のいずれかであって、その種類を異ならせて、複数層重ねることもできる。
また、断熱性能についても実施例１と同様の性能のものを使用しているので同等の性能を確保できることは明らかである。
容積効率が問題となる輸送車両（例えば、鉄道車両またはモノレール車両）の断熱遮音構体の構造に適用可能である。
１ａ 断熱吸音構造体
１０ ダブルスキン構体
２１ 真空断熱パネル
２２，２３ 吸音材
２４ 内装パネル
５１ ガラス繊維系の吸音断熱材
１０ ダブルスキン構体
２１ 真空断熱パネル
２２，２３ 吸音材
２４ 内装パネル
５１ ガラス繊維系の吸音断熱材
Claims (8)
- ２枚の板とそれらを連結するリブで形成される軽量合金製のダブルスキン構造体と、ダブルスキン構造体の片面側の車内側に、積層される断熱吸音層を備えた断熱吸音構造体において、
前記断熱吸音層は、剛性を有し、前記積層方向に平板状の真空断熱パネルと、前記積層方向の前記真空断熱パネルの両面に積層される繊維状不織布または弾力性を有する発泡体からなる吸音材と、前記断熱吸音構造体の車内側にあり、該断熱吸音構造体を覆う内装材パネルと、からなるものであること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - 請求項１の断熱吸音構造体において、前記真空断熱パネルと前記繊維状不織布と、前記真空断熱パネルと前記発泡体と、前記内装材パネルとこれに接する前記繊維状不織布または前記発泡体とは、それぞれ接着剤、または接着テープで接着されるか、または両者の間に両者の相対的移動を防止する相対的移動防止機構で連結されていること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - ２枚の板とそれらを連結するリブで形成される軽量合金製のダブルスキン構造体と、ダブルスキン構造体の片面側の車内側に、積層される断熱吸音層を備えた断熱吸音構造体において、
前記断熱吸音構造体は、前記ダブルスキン構造体から車内側に向けて、弾力性のある吸音材、真空断熱材、内装材パネルを、順次積層しているものであること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - 請求項１の断熱吸音構造体において、
前記吸音材は、繊維状不織布であること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - 請求項３の断熱吸音構造体において、前記断熱吸音構造体の前記吸音材を複数層で構成すること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - 請求項３の断熱吸音構造体において、前記真空断熱パネルと前記内装材パネルとは、また、前記真空断熱材と前記吸音断熱材とは、それぞれ接着剤、または接着テープで接着されるか、または接触している両者の相対的移動を防止する相対的移動防止手段で連結していること、
を特徴とする断熱吸音構造体。 - 請求項１から６いずれか記載の吸音断熱構造体を備えること、を特徴とする車両構体。
- 請求項６記載の車両構体において、前記断熱吸音構造体は、前記内装材パネルと前記真空パネルと、前記真空パネルと前記吸音材とは接着剤または接着テープで接着されており、
記内装材パネルは，前記ダブルスキン構造体の車内側のカーテンレール状のレールに車内側から締結されていること、
を特徴とする車両構体。
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