JP2011152918A - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成によって吸音効果を発揮させる鉄道車両を提供すること。
【解決手段】複数の板材６１，６２，６５が空間Ｋ４１，Ｋ４２を介しその板厚方向に配置して構成された中空構造の壁部材６０を有するものであって、壁部材を構成する一又は二以上の板材６２，６５に複数の微細孔６６，６７が形成され、板材によって囲まれた空間Ｋ４１に圧縮空気を送り込むエア供給管２９が挿入され、当該空間Ｋ４１に送り込まれた圧縮空気が、壁部材の内部から微細孔６６，６７を通って排気されるようにした鉄道車両。
【選択図】 図６

Description

本発明は、鉄道車両の走行に伴って生じる騒音を低減させた鉄道車両に関し、特にグラスウールや発泡ウレタンなどの吸音材を用いることなく吸音効果を発揮させる鉄道車両に関する。

鉄道車両の走行に伴って発生する騒音に関しては、従来から車体構造に様々な工夫を施した鉄道車両が提案されている。例えば、下記特許文献１の鉄道車両には、図７に示すように、床板１０１を支持する床受１０２に関し、複数の吸音孔１１５が形成された側板１１１，１１２によって囲んだ空間中に吸音材１１３を充填したものが開示されている。これによれば、床内で生成し或いは侵入した音が、側板１１１，１１２によって床受１０２内に形成された空気層に吸音孔１１５を介して入射すると、空気の粘性と床受に対する摩擦によって熱となって吸収され、音圧エネルギが低下するようになっている。

また、下記特許文献２の鉄道車両には、サイドスカートの内側面に図８に示す吸音構造パネル１２０が設けられている。吸音構造パネル１２０は、多数の吸音孔１２１が形成され面板１２２，１２３の間に、ハニカム構造のハニカムコア材１２４が挟み込まれている。これによれば、鉄道車両の走行によって車輪とレールとの接触音などは、吸音構造パネル１２０によって吸音され、鉄道車両から発せられる騒音が抑えられる。

特開平１１−３２１６４１号公報 特開２００７−１３７５号公報

しかしながら、従来の鉄道車両は、吸音構造を構成するために床受け１０２や吸音構造パネル１２０のような特別な要素を加えて構成しているので、構造が複雑になるとともに、コストを上げる原因となっていた。また、グラスウール等の吸音材を使用する鉄道車両では、その車両自体を最終的に解体処理する際、車両用構体を構成する金属を資源として再利用するため吸音材を剥がす必要がある。従って、吸音材を使用する鉄道車両は、その解体処理に関してもコストや手間がかかってしまっていた。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、簡単な構成によって吸音効果を発揮させる鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両は、複数の板材が空間を介しその板厚方向に配置して構成された中空構造の壁部材を有するものであって、前記壁部材を構成する一又は二以上の板材に複数の微細孔が形成され、前記板材によって囲まれた空間に圧縮空気を送り込むエア供給管が挿入され、当該空間に送り込まれた圧縮空気が、前記壁部材の内部から前記微細孔を通って排気されるようにしたものであることを特徴とする。

また、本発明に係る鉄道車両は、前記壁部材が、屋根の上に突き出して取り付けられたパンタグラフカバーであり、当該パンタグラフカバーは、車体幅方向に複数の板材が空間を設けて構成された中空構造であって、その車体幅方向中心側に位置する一又は二以上の板材に複数の微細孔が形成されたものであることが好ましい。

よって、本発明によれば、例えば車体幅方向に複数の板材が配置して構成された中空構造のパンタグラフカバーについて、従来の構造をそのまま変えることなく、単に板材に微細孔を形成しただけの簡易な構成によって、吸音効果を発揮させ、客室内の騒音や鉄道車両が通過する周りへの騒音を低減させることが可能になる。また、従来のようにグラスウールなど吸音材を必要としないため、製造時のコストを下げるとともに、鉄道車両を解体する際にも煩わしい分別処理が必要でなくなる。そして、空間に圧縮空気を送り込むことにより微細孔を目詰まりさせる雨水などを吹き飛ばして開口状態を維持するため、吸音効果を損なうことなく発揮させることができる。

鉄道車両の側構体に構成した吸音構造を示した第１参考例の図である。 車両用構体の断面斜視図である。 鉄道車両の側構体に構成した吸音構造を示した第２参考例の図である。 鉄道車両の内装板に構成した吸音構造を示した第３参考例の図である。 鉄道車両のスカートに構成した吸音構造を示した第４参考例の図である。 鉄道車両のパンタグラフカバーに構成した吸音構造を示した実施形態の図である。 従来の鉄道車両における床受けの吸音構造を示した図である。 従来の鉄道車両におけるサイドスカートの吸音構造を示した図である。

次に、本発明に係る鉄道車両の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本発明は、鉄道車両の走行によって車内で感じる音や車外で感じる音について、それぞれ吸音効果を発揮させるための構造を有する鉄道車両に関する。特に、従来からの車両構造そのままに、或いは僅かな部材の追加による簡単な構成によって吸音効果を発揮させるものである。

鉄道車両の走行によって発生する音は、車体自身やパンタグラフによる風切り音の他、車輪とレールとの間で発生する音や台車に設置された駆動モータなどの駆動音などがある。先ず、図１は、第１参考例を示す図であり、客室内への透過音を低減させる吸音構造を示している。具体的には車両用構体を構成する側構体の一部を示した断面斜視図である。

新幹線（登録商標）などの高速鉄道車両では、車体軽量化の要求により肉厚が２ｍｍ前後の押出中空形材が使用されている。図１は、そうした側構体を構成する押出中空形材１０と、客室内の壁となる内装板２１を示した図である。押出中空形材１０は、アルミなどの軽合金材料を押出し加工したものであり、外面板１１と内面板１２が複数のリブ１３によって連結され、外面板１１と内面板１２との間に空間Ｋ１をもって形成されている。

ここで、図２は、押出中空形材１０によって構成された鉄道車両の構体を示す断面斜視図である。この車両用構体１は、床面を構成する台枠２に、側構体３、屋根構体４および不図示の妻構体が接合されている。特に側構体３や屋根構体４は、一車両分の長さをもつ所定幅の長尺な複数の押出中空形材１０が図示するように並べられ、長手方向に沿って溶接接合されている。押出中空形材１０は、側梁部、腰板部、窓部、幕板部および軒桁部など、それぞれの位置によって表面形状は異なっているが、断面形状は図１に示すように外面板１１、内面板１２及びリブ１３によって構成されている点で共通している。

本参考例では、こうした車両用構体１を構成する押出中空形材１０に対し、例えば直径が０．１〜１ｍｍ程度、孔間隔が３ｍｍ程度で複数の微細孔（吸音孔）１５が内面板１２に形成されている（後述する各参考例や実施形態の微細孔も同じ）。従って、車両用構体１を構成する押出中空形材１０について、その一部である内面板１２が複数の微細孔１５を備えた微細穿孔板となり、内面板１２との間の空間Ｋ２を介して配置された内装板２１が遮音板として機能するように構成されている。

そこで、車両走行によって発生した騒音が矢印Ｓで示す方向から車内へと伝わる場合、外面板１１を透過した音は、その圧力によって空間Ｋ１内の空気を振動させ、その振動した空気が微細孔１５を通過して空間Ｋ２へ移動する。その際、微細孔１５によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられる。また、微細孔１５を通過した空気は、その微細孔１５付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力が低下する。こうして、振動した空気が微細穿孔板である内面板１２を通過することによって吸音が行われ、更に客室内へ伝わるまでの間に内装板２１によって遮音が行われる。

ところで、車両用構体１は、複数の押出中空形材１０を接合して構成されているが、全ての押出中空形材１０が内面板１２に微細孔１５が形成されたものであってもよい。一方で、本参考例は、乗客が客室内で感じる車外の音を低減させることを目的としたものである。そのため、複数ある押出中空形材１０のなかでも、座席に座った乗客の上半身が位置する高さ、すなわち窓開口部５に位置するものや、その上下に位置する腰板部や幕板部の押出中空形材１０にのみ、内面板１２に微細孔１５を形成するようにしてもよい。

よって、本参考例の鉄道車両では、押出中空形材からなる従来の構体構造をそのまま変えることなく、図１に示す押出中空形材１０のように、単に内面板１２に微細孔１５を形成しただけの簡易な構成によって、吸音効果を発揮させ、客室内の騒音を低減させることが可能になった。また、従来のようにグラスウールなど吸音材を必要としないため、製造時のコストを下げるとともに、鉄道車両を解体する際にも煩わしい分別処理を必要としなくなった。

次に、第２参考例について説明する。図３は、車両用構体を構成する側構体の一部を示した断面斜視図であり、前記第１参考例と同様に、客室内への透過音を低減させる吸音構造を示している。ただし、本参考例の鉄道車両は、面板３１に対し断面がＬ字形の骨部材３２を溶接で一体にした外板３０によって構体が構成されたものであり、外板３０の内側には客室内の壁となる内装板２２が設けられている。そして、外板３０の骨部材３２に対して微細孔３５が形成された内板３３が取り付けられている。

この場合、外板３０や内板３３は、例えばステンレス板で形成される。ただし、微細穿孔板として機能する内板３３は、その吸音効果を発揮させるのに材質を特に問わないため、車両用構体の剛性が十分な場合には樹脂板などを使用するものであってもよい。その場合、解体時に容易に取り外しができるように簡易な取り付け構造とすることが望ましい。また、この内板３３は、車両用構体の全体に設けてもよいが、コストや軽量化などの観点から、乗客に対して吸音効果を発揮させたい位置を特定して設けるようにすることが望ましい。

そこで、車両走行によって発生した騒音が矢印Ｓで示す方向から車内へと伝わる場合、外板３０を透過した音は、その圧力によって空間Ｋ１１内の空気を振動させ、その振動した空気が微細孔３５を通過して空間Ｋ１２へ移動する。その際、微細孔３５によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられる。また、微細孔３５を通過した空気は、その微細孔３５付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力が低下する。こうして、振動した空気が内板３３の微細孔３５を通過することによって吸音が行われ、更に客室内へ伝わるまでの間に内装板２２によって更に遮音が行われる。

よって、本参考例の鉄道車両では、従来の外板３０の骨部材３２に内板３３が取り付けられている構造そのままに、微細孔３５を形成する簡易な構成によって吸音効果を発揮させ、客室内の騒音を低減させることを可能にした。また、内板３３を備えていない鉄道車両であっても、微細孔３５の形成された内板３３を取り付けるだけの簡単な作業によって吸音効果を達成できる。しかも、内板３３を形成する板材を任意に選択したり、その取り付け箇所を限定することにより、コストや重量増加を抑えることができる。

次に、第３参考例について説明する。図４は、車両用構体を構成する側構体の一部を示した断面斜視図であり、前記第１参考例と同様に、押出中空形材によって車両用構体が構成されたものである。しかし、本参考例では、車外からの透過音を対象にしたものではなく、客室内の音を吸音するための吸音構造である。そのため、押出中空形材４０はそのままで、車内の壁となる内装板２３に複数の微細孔２５が形成されている。

従って、車内音によって矢印Ｓで示す方向に空気が振動すると、その振動した空気が微細孔２５を通過して空間Ｋ２２へ移動する。その際、微細孔２５によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられる。また、微細孔２５を通過した空気は、その微細孔２５付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力を低下させる。こうして、振動した空気が内装板２３の微細孔２５を通過することによって吸音が行われ、車内で反射する音の低減が図られる。

よって、本参考例の鉄道車両では、従来の車体構造をそのままにし、単に内装板２３に微細孔２５を形成しただけの簡易な構成によって、吸音効果を発揮させて車内の騒音低減を可能にした。また、グラスウールなど吸音効果を発揮させるための材料を必要としないため、製造時のコストを下げるとともに、鉄道車両を解体する際にも煩わしい分別処理が必要なくなった。

ところで、内装板２３は乗客が直接目にするため、客室の壁全体の微細孔２５を形成することは意匠上好ましくない。そこで、本参考例の内装板２３の使用箇所としては、例えば、あまり乗客の目に付かない天井や側面下部などに設けるのが好ましい。

次に、第４参考例について説明する。図５は、鉄道車両のスカート部について、その一部を示した断面斜視図である。鉄道車両には、側梁６（図２参照）から下方に延びるように帯板状のスカート５０が一体に取り付けられ、このスカート５０によって音の発生源となる不図示の台車などが覆われている。
スカート５０は、下方が湾曲した外面板５１と平面の中板５２とが複数のリブ５３によって一体に形成され、上端及び下端には、Ｌ字形に突き出したフランジ５４が形成されている。そして、スカート５０の内側には、フランジ５４に内側面板５５が取り付けられている。

本参考例では、内側面板５５に複数の微細孔５６が形成され、更に中板５２にも複数の微細孔５７が形成され、この内側面板５５と中板５２が微細穿孔板として構成されている。また、内側面板５５は外気に接しているため、雨水などが微細孔５６からスカート５０内の空間Ｋ３１，Ｋ３２に入り込むことがある。そこで、スカート５０には、リブ５３やフランジ５４に複数の排水孔５８が形成されている。

鉄道車両が走行すると、車輪とレールとの接触音や台車に搭載されている駆動モータ等からの音が発生する。これらの音は、矢印Ｓで示す方向から車体下端のスカート５０に対して空気を振動させて伝えられる。そして、振動した空気が内側面板５５の微細孔５６を通過して空間Ｋ３１へ移動すると、その微細孔５６によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられる。その際、微細孔５６付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力を低下させる。

更に、本参考例では、空間Ｋ３１内で振動する空気が中板５２の微細孔５７を通過し、更に空間Ｋ３２へと移動する。従って、ここでも微細孔５７によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられ、微細孔５７付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力を低下させる。こうして、振動する空気が内側面板５５や中板５２の微細孔５６，５７を通過することによって吸音が行われ、スカート５０を反射する音の低減が図られ、走行する鉄道車両から発する騒音を抑えることが可能になる。

よって、本参考例の鉄道車両では、単に中板５２などの板材に微細孔５６，５７を形成した簡易な構成によって吸音効果を発揮させ、車体の下から発生する騒音の低減を可能にした。そして、グラスウールなど吸音効果を発揮させるための材料を必要としないため、製造時のコストを下げるとともに、鉄道車両を解体する際にも煩わしい分別処理が必要なくなった。

次に、本発明の実施形態について説明する。図６は、鉄道車両のパンタグラフカバーについて、その一部を示した断面斜視図である。鉄道車両には、屋根構体４（図２参照）の上に不図示のパンタグラフが設けられ、それを挟み込むようにしてパンタグラフカバー６０が設けられている。そして、このパンタグラフカバー６０は、パンタグラフから発生する風切り音を低減させるための吸音構造がとられている。

パンタグラフカバー６０は、上方が湾曲した外面板６１と平面の中板６２とが複数のリブ６３によって連結され、上端及び下端にはＬ字形に突き出したフランジ６４が形成されている。そして、そのフランジ６４には内側面板６５が取り付けられている。更に、下方にはベースフレーム６９が形成され、それが屋根構体４上の取付フレーム２８に固定されている。

パンタグラフカバー６０は、内側面板６５に複数の微細孔６６が形成され、更に中板６２にも複数の微細孔６７が形成され、この内側面板６５と中板６２が微細穿孔板として構成されている。また、内側面板６５は外気に接しているため、雨天時には雨水が微細孔６６，６７を塞いでしまい、吸音効果を阻害することになる。そのため、本実施形態では、ベースフレーム６９を貫いたエア供給管２９の先端が面板６１，６２間の空間Ｋ４２に挿入し、各空間Ｋ４２同士を連通する通気孔６８が形成されている。

そこで、鉄道車両が走行することによってパンタグラフの風切り音が発生すると、これらの音は、矢印Ｓで示す方向からパンタグラフカバー６０に対して空気を振動させて伝えられる。そして、振動した空気が内側面板６５の微細孔６６を通過して空間Ｋ４１へ移動すると、その微細孔６６によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられる。その際、微細孔６６付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力を低下させる。

更に、空間Ｋ４１内で振動する空気が中板６２の微細孔６７を通過して空間Ｋ４２へと移動する。従って、ここでも微細孔６７によって摩擦が発生し、音エネルギが熱エネルギに変えられ、微細孔６７付近で流れが乱れて渦を発生させて圧力を低下させる。
こうして、振動する空気が内側面板６５や中板６２の微細孔６６，６７を通過することによって吸音が行われ、パンタグラフカバー６０を反射する音の低減が図られ、走行する鉄道車両から発する騒音を抑えることが可能になる。

ところで、雨天の走行時には、エア供給管２９を介して圧縮空気が供給される。その圧縮空気は、図に矢印で示すように、下方から空間Ｋ４２内に送り込まれ、通気孔６８を介して面板６１，６２の全空間Ｋ４２に行き渡る。そして、圧縮空気は更に中板６２の微細孔６７を抜けて空間Ｋ４１に送り込まれ、更に内側面板６５の微細孔６６を抜けて排気される。このとき、微細孔６６，６７を目詰まりさせる雨水を吹き飛ばして開口状態を維持するため、前述した吸音効果を損なうことなく発揮させることができる。

よって、本実施形態の鉄道車両では、単に中板６２などの板材に微細孔６６，６７を形成した簡易な構成によって、吸音効果を発揮させることでパンタグラフから発生する騒音の低減を可能にした。そして、グラスウールなど吸音効果を発揮させるための材料を必要としないため、製造時のコストを下げるとともに、鉄道車両を解体する際にも煩わしい分別処理が必要なくなった。また、内側面板６５が雨水にさらされる状態にあっても、圧縮空気を利用して微細孔６６，６７を開口させることで、常に吸音効果が発揮できる。

以上、本発明に係る鉄道車両の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なく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態で示した以外の箇所、例えば、床板について微細穿孔板を構成するようにしてもよい。

１ 車両用構体
２ 台枠
３ 側構体
４ 屋根構体
１０ 押出中空形材
２９ エア供給管
６０ パンタグラフカバー
６１ 外面板
６２ 中板
６３ リブ
６４ フランジ
６５ 内側面板
６６，６７ 微細孔
Ｋ４１，Ｋ４２ 空間

Claims (2)

1. 複数の板材が空間を介しその板厚方向に配置して構成された中空構造の壁部材を有する鉄道車両において、
   前記壁部材を構成する一又は二以上の板材に複数の微細孔が形成され、前記板材によって囲まれた空間に圧縮空気を送り込むエア供給管が挿入され、当該空間に送り込まれた圧縮空気が、前記壁部材の内部から前記微細孔を通って排気されるようにしたものであることを特徴とする鉄道車両。
2. 請求項１に記載する鉄道車両において、
   前記壁部材は、屋根の上に突き出して取り付けられたパンタグラフカバーであり、当該パンタグラフカバーは、車体幅方向に複数の板材が空間を設けて構成された中空構造であって、その車体幅方向中心側に位置する一又は二以上の板材に複数の微細孔が形成されたものであることを特徴とする鉄道車両。

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