JP3778864B2 - 車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄道車両などの車両に関し、特に快適な客室を実現する車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両、特に鉄道車両の客室の騒音に対する低減要求は、快適な車内空間への要求においてかなりのウェイトを占めている。しかしながら、客室内に一旦入った騒音を低減させる技術の開発は遅れている。
【０００３】
客室に備えられる腰掛は、清掃の容易性を向上するとともに、近年、心ない乗客の悪戯による破損を防止するために、腰掛の表皮材は、たとえば合成樹脂、ステンレス鋼などの材料を用いている。また見栄えの良さ、および豪華さを向上させるために、表皮材として牛革など用いる腰掛も登場している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのような腰掛の表皮材に用いられ材料は、吸音性に非常に劣っており、このような腰掛を備える客室では、その客室内に入った騒音が、腰掛によって効果的に吸音されない。そのため乗客に対して騒音が著しく大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、客室内の騒音を低減することができるようにして快適な客室を実現する車両を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車体内の客室に、腰掛が設置され、
腰掛の下部に、多数の円形の貫通孔が形成されるパンチングメタルから成る多孔板が、取付けられ、
多孔板と床との距離は、位置によって異なり、
多孔板の上方に、腰掛と側壁とによって吸音用空間が形成されて、ヘルムホルツ共鳴器が構成されることを特徴とする車両である。
【０００７】
本発明に従えば、客室に設けられる腰掛の下部に、多孔板によって仕切られる吸音用空間が形成される。これによって吸音用空間と多孔板の多数の円形の貫通孔とから成るヘルムホルツ共鳴器形の吸音構造を実現することができる。この吸音構造に、共鳴周波数ｆ０と同じ周波数の音が当たると、多孔板の貫通孔付近の空気は、激しく振動し、粘性損失によって音のエネルギの一部が熱エネルギに変換される。このような吸音作用が生じることによって、客室の騒音を低減することができる。
【０００８】
さらに多孔板は、多孔板と床との間の距離が、一定ではなく位置によって異なるように設けられる。これによって幅広い周波数範囲で、吸音効果を発揮することが可能になる。こうしてたとえば５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの広範囲にわたる騒音を低減し、客室内に侵入した騒音を低減することができる。しかも吸音構造は、床に対向するように腰掛に設けられており、床を伝って客室内に侵入した騒音を、極めて効率よく低減することができる。
【０００９】
また腰掛の下部に、多孔板によって仕切られた吸音用空間を形成するので、多孔板および吸音用空間は、乗客から見えにくい場所に位置しており、見栄えが悪くなることを防止するとともに、乗客の悪戯によって多孔板が破損することを可及的に防止することができる。
【００１０】
また本発明は、前記吸音用空間に、繊維状吸音材を設けることを特徴とする。
また本発明は、繊維状吸音材は、グラスウールまたはロックウールであることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、多孔板の吸音用空間内における背後に、繊維状吸音材を配置することによって、吸音用空間に貫通孔から入り込んだ音の粘性損失を大きくし、吸音率を向上することができる。このような繊維状吸音材を用いることによって、吸音の周波数特性を調整し、客室内の音圧レベルが高い周波数を効果的に吸音することができるようになる。
【００１２】
また本発明は、腰掛の表皮材は、合成樹脂または金属から成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、腰掛の表皮材として、たとえば繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）またはステンレス鋼などの金属などから成るたとえば板状材料を用い、これによって清掃が容易になるとともに、豪華さ、見栄えの向上を図ることができる。しかも本発明によれば、客室内に入った騒音を効果的に吸音し、乗客を快適に保つことができる。
【００１４】
また本発明は、腰掛は、客室の側壁に配置され、
多孔板は、客室の幅方向中央に近づくにつれて高くなるように傾斜して配置されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、客室の側壁に腰掛が設けられ、多孔板が客室の車両走行方向左右の幅方向における中央に近づくにつれて高くなるように傾斜される。これによって多孔板と床との距離が一定でなく位置によって異なる構成を実現することができる。このような構成は、たとえば側壁に沿って細長く延びているたとえばベンチ状である腰掛けに設けて、前述のように幅広い周波数範囲で、吸音効果を発揮することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の鉄道車両１の走行方向５（図１の紙面に垂直な方向）に垂直な切断面から見た腰掛２の断面図であり、図２は、腰掛２の床付近の腰掛２の下方から見た簡略化した斜視図である。腰掛２は、乗客が着座する腰掛本体である表皮材３を有する。表皮材３の着座部５１上に着座した乗客の背中は、表皮材３の背後（図１の左方）の背当て部５４によって支持される。
【００２０】
図３は、鉄道車両１の簡略化した平面図である。鉄道車両１の車体１０は、中心ピン１１，１２によって、台車に連結され、こうして鉄道車両１が構成される。この車体１０は、走行方向５に細長い客室６が、その床７と、右および左の各側壁８，９とによって、さらに天井によって、形成される。腰掛２は、客室６を形成する側壁８，９に沿ってベンチ状に図３の左右に細長く延び、その走行方向５に間隔をあけて配置される。
【００２１】
図４は、腰掛２の図３のセクション１６を拡大して示す簡略化した平面図である。腰掛２は基本的に、繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）またはステンレス鋼などの金属から成る表皮材３と、鉄道車両１の走行方向５の前後に配置される一対の端部材１４と、これらの端部材１４間に配置される１または複数（たとえばこの実施の形態では２）の支持部材１５とを含む。
【００２２】
図１を再び参照して、端部材１４は、ほぼＬ字状の端板１７を有し、一対の端板１７の前端部間にわたって水平な断面Ｕ字状の支持体１９が延びて固定される。この支持体１９と側壁８とには、表皮材３の内方で、ほぼＬ字状の断面を有する補強部材２１が固定される。表皮材３の内面と、補強部材２１の外面との間には、取付部材２２，２３が設けられ、これらの表皮材３と補強部材２１とを相互に固定するとともに、着座部５１の下方で補強部材２１との間には、隙間を埋めるライナ２４が介在される。
【００２３】
表皮材３は、乗客が着座する前述の着座部５１と、車体１０の走行方向５に垂直な幅方向を中央寄りの前部５２と、乗客の背後で立上って延びる背当て部５４とを含む。前部５２は、図１に示されるように鉛直断面内で半円状に弯曲し、取付部材２２を介して支持体１９に固定される。表皮材３の背当て部５４は、弯曲した頂部５５に連続する。こうして表皮材３と端部材１４と側壁８とによって、下方に臨む気密な吸音用空間５７が形成される。
【００２４】
表皮材３の下方には、多孔板５９が配置される。この多孔板５９は、図１のようにその前部が取付け片６１によって、また後部がもう１つの取付け片６２によって、支持体１９と側壁８とにそれぞれ固定される。補強部材２１の上部は、取付け片６３によって側壁８に固定される。補強部材２１は、車体１０の走行方向５に沿って延びる板状であってもよいが、その走行方向５に間隔をあけて配置されてもよい。こうして吸音用空間５７の下部は、多孔板５９によって閉じられる。
【００２５】
図５は、多孔板５９の平面図である。多孔板５９は、合成樹脂製またはステンレス鋼などの金属製であり、その多孔板５９の板厚ｔは、たとえば０．５〜３．０ｍｍであり、この多孔板５９に千鳥状に形成される多数の貫通孔６６は、その直径φがたとえば４．５ｍｍであり、隣接する貫通孔６６の中心間の距離であるピッチＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、たとえば６ｍｍであってもよい。このような多孔板５９は、パンチングメタルとして商業的に入手容易である。こうして、吸音用空間５７と多孔板５９の貫通孔６６とからヘルムホルツ共鳴器を構成し、このような吸音構造８１（後述の図１０参照）によって、騒音の吸音効果を達成する。
【００２６】
多孔板５９は、客室６の側壁８，９に沿って細長く延びる。多孔板５９は、客室６の幅方向（図１の左右方向、図３の上下方向）中央に近づくにつれて（すなわち図１の右方になるにつれて）、高くなるように傾斜して配置される。多孔板５９が、車体１０の床７に対して傾斜する角度は、θ１（図１参照）である。この角度θ１は、たとえば２〜１０度であってもよい。こうして多孔板５９が床７に平行ではなく、角度θ１だけ傾斜していることによって、図１の左右の各位置における多孔板５９と床７との間の距離は相互に異なる。したがって、吸音用空間５７は、幅広い周波数帯域にわたって、騒音の吸収を行うことができる。
【００２７】
吸音用空間５７には、多孔板５９上に、繊維状吸音材６７が収納される。繊維状吸音材６７は、たとえばグラスウールまたはロックウールなどから成ってもよい。このような吸音材６７を、多孔板５９のごく近傍で、吸音用空間５７内に収納することによって、騒音を吸収する周波数帯域を、広げることが可能になる。
【００２８】
上述のように、客室６内に侵入した騒音の大部分を占める、床７を伝って客室６内に侵入した騒音を、多孔板５９と繊維状吸音材６７とを用いることによって、極めて効率よく低減することができ、静かな客室６を提供することができるようになる。床７を伝って客室６内に侵入した騒音を低減するためには、たとえば床７と腰掛２との間の車体１０の側壁８の客室６内に臨む側面に吸音材を貼り付けることが考えられるが、客室６内の床７を清掃するときに、側壁８貼り付けた吸音材が邪魔になる。本件実施の形態では、この問題を解決し、腰掛２に吸音構造を設けることによって、客室６内の清掃作業の妨げになることを防止することができる。
【００２９】
また表皮材３を有する腰掛２の下部に、多孔板５９によって仕切られた吸音用空間５７を形成するので、多孔板５９および吸音用空間５７は、乗客から見えにくい場所に位置しており、見栄えが悪くなることを防止するとともに、乗客の悪戯によって多孔板５９が破損することを可及的に防止することができる。
【００３０】
図６は、本発明の実施の他の形態の一部の断面図である。この実施の形態は前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、腰掛２の下方で、その表皮材１３の前部５２が設けられる前端部６９の下部付近と床７との上下間にわたって、多孔板７１が設けられる。腰掛２の直下方には、機器、たとえば暖房のための電気ヒータ７２が配置されてもよい。電気ヒータ７２からの加熱された空気は、多孔板７１の多数の貫通孔６６を挿通して流れ、客室６の暖房を行う。このような図６に示される構成でもまた、吸音効果を達成することができる。図６の実施の形態では、図１〜図５の実施の形態における多孔板５９および吸音材６７は省略される。
【００３１】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の多孔板７４の一部の斜視図である。この多孔板７４は、その断面が矩形の波形であって、底部７５と頂部７６と、これらの底部７５と頂部７６とを結ぶ連結部７７とを周期的に繰返して、形成される。これらの底部７５、頂部７６および連結部７７に、多数の貫通孔６６を形成する。これによって貫通孔６６の孔数を、前述の実施の形態における多孔板５９の孔数に比べて多くすることができ、吸音効果を高めることができる。
【００３２】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態の多孔板７８の斜視図である。この多孔板７８は、三角形状に繰返された傾斜面７９を有し、これらの傾斜面７９に、多数の貫通孔６６が形成される。このような多孔板７８もまた、前述の多孔板５９に比べて孔数を多くし、吸音効果を高めることができる。
【００３３】
図９は、図１〜図８に示される各実施の形態における吸音作用の原理を説明するための図である。図９（１）に示されるように、仮想的な隔壁である多孔板５９によって、吸音用空間５７が、各貫通孔６６毎に仕切られているものと想定すると、図９（２）のとおりとなる。この図９（２）に示される吸音用空間５７ａと、その空間５７ａに連なる単一の貫通孔６６は、ヘルムホルツ共鳴器の系を構成し、このようなヘルムホルツ共鳴器形吸音構造の共鳴周波数ｆ０は、次式（１）で示されるとおりである。
【００３４】
【数１】

【００３５】
上式（１）において、ｃは空気中の音速度、βは開口率、Ｈは吸音用空間５７ａの多孔板５９の板厚方向の厚み、ｔは多孔板５９の板厚、φは貫通孔６６が真円であるときにおける内径である。
【００３６】
上式（１）から、たとえば、より低い周波数の音を吸音したい場合には、板厚ｔを大きくすればよく、より高い周波数の音を吸音したい場合には、板厚ｔを小さくすれば良い。また、多孔板５９の隣合う貫通孔６６同士の間隔（ピッチ）Ｌ１〜からＬ３（図５参照）を小さくすれば、貫通孔６６に臨む吸音用空間５７ａの容積が小さくなるので、吸音できる音の周波数を高くすることができる。また貫通孔６６の内径φは、小さいほうが好ましい。このように、吸音用空間５７ａの厚みＨを調整することなく、換言すれば、腰掛２の吸音用空間５７となる内空間の形状および寸法を調整することなく、多孔板５９の厚みｔ、貫通孔６６の内径φおよび貫通孔６６のピッチの少なくともいずれか１つを調整することによって、共鳴周波数ｆ０を、吸音させたい音の周波数に容易に合わせることができる。
【００３７】
この吸音構造に、共鳴周波数ｆ０と同じ周波数の音が当ると、貫通孔６６の空気は激しく振動し、粘性損失によって音のエネルギの一部が熱エネルギに変換される。これによって吸音作用が達成される。多孔板５９の背後に、前述のように繊維状吸音材６７を配置することによって、粘性損失を大きくし、吸音率αを高めることができる。
【００３８】
また多孔板５９と繊維状吸音材６７とを用いる場合、多孔板５９の開口率βを３０％未満にすると、繊維状吸音材６７による吸音効果よりも、ヘルムホルツ共鳴器形吸音構造による吸音効果の方が大きくなり、多孔板５９の開口率βを３０％以上にすると、ヘルムホルツ共鳴器形吸音構造による吸音効果よりも、繊維状吸音材６７による吸音効果の方が大きくなる。
【００３９】
図１０は、本発明の吸音構造８１の吸音率αを説明するための図である。入射する音の強さをＩｉとし、その吸音構造８１からの反射音の強さをＩｒとしたとき、吸音率αは、次式（２）で示される。
α ＝ １ − Ｉｒ／Ｉｉ …（２）
【００４０】
図１１は、図１〜図５に示される本発明の実施の形態における本件発明者の実験結果を示すグラフである。第１ライン８３は、前述の図１〜図５に示されるように、多孔板５９と繊維状吸音材６７とを用いることによって得られた吸音率αを示す。第２ライン８４は、図１〜図５の構成における多孔板５９を省略するとともに繊維状吸音材６７を省略した構成における吸音率αの特性を示す。本件発明によれば、多孔板５９および繊維状吸音材６７を用いて吸音構造を構成することによって、吸音率αを高めることができることが確認された。
【００４１】
図１１に示すように、第１ライン８３は、第２ライン８４よりも全体的に吸音率αが向上しているのは、広い周波数帯域において吸音効果のある繊維状吸音材６による吸音効果であると考えられる。また、たとえば１／３オクターブバンド中心周波数が５００Ｈｚでは、第１ライン８３は、第２ライン８４に比べて、非常に吸音率αが高くなっているのは、多孔板５９を含むヘルムホルツ共鳴器形吸音構造の共鳴周波数ｆ０と１／３オクターブバンド中心周波数５００Ｈｚとが、ほぼ一致しているためであると考えられる。この吸音率αは、客室内空間全体の残響時間の実験値と客室内表面積から算出したものであり、本発明のみによって達成される吸音率ではない。したがって本件発明者によれば、本発明のみの吸音率は、図１１のライン８３とライン８４の差以上にあると考えられる。
【００４２】
上述の実施の形態において、腰掛２の表皮材３は、吸音性に劣る材料となっているが、たとえばばね部材などのクッションが設けられている布張りの腰掛に、上述の実施の形態における多孔板５９と吸音用空間５７と繊維状吸音材６７とを設けることによって、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
上述の実施の形態において、車両は鉄道車両１としたが、これに限ることなく、バスなどの自動車としてもよい。また上述の実施の形態の腰掛２は、船舶および航空機などの客室に備えるようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、鉄道車両の客室内の騒音を、多孔板と吸音用空間との組合せによって吸音し、騒音を低減することができ、快適な客室が実現される。
【００４５】
吸音用空間に繊維状吸音材を設け、また多孔板を客室の床に対して傾斜することによって、広い周波数範囲の騒音を、低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の鉄道車両１の走行方向（図１の紙面に垂直な方向）に垂直な切断面から見た腰掛２の断面図である。
【図２】腰掛２の床付近の腰掛２の下方から見た簡略化した斜視図である。
【図３】鉄道車両１の簡略化した平面図である。
【図４】図３のセクション１６を拡大して示す腰掛２の腰掛本体３を示す簡略化した平面図である。
【図５】多孔板５９の平面図である。
【図６】本発明の実施の他の形態の一部の断面図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の多孔板７４の一部の斜視図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態の多孔板７８の斜視図である。
【図９】図１〜図８に示される各実施の形態における吸音作用の原理を説明するための図である。
【図１０】吸音構造８１の吸音率αを説明するための図である。
【図１１】図１〜図５に示される本発明の実施の形態における本件発明者の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鉄道車両
２ 腰掛
３ 表皮材
５ 走行方向
６ 客室
７ 床
８，９ 側壁
１０ 車体
１４ 端部材
１５ 支持部材
５１ 着座部
５７ 吸音用空間
５９，７１，７４，７８ 多孔板
６６ 貫通孔
６７ 繊維状吸音材
６９ 前端部

Claims (5)

1. 車体内の客室に、腰掛が設置され、
   腰掛の下部に、多数の円形の貫通孔が形成されるパンチングメタルから成る多孔板が、取付けられ、
   多孔板と床との距離は、位置によって異なり、
   多孔板の上方に、腰掛と側壁とによって吸音用空間が形成されて、ヘルムホルツ共鳴器が構成されることを特徴とする車両。
2. 前記吸音用空間に、繊維状吸音材を設けることを特徴とする請求項１に記載の車両。
3. 繊維状吸音材は、グラスウールまたはロックウールであることを特徴とする請求項２に記載の車両。
4. 腰掛の表皮材は、合成樹脂または金属から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両。
5. 腰掛は、客室の側壁に配置され、
   多孔板は、客室の幅方向中央に近づくにつれて高くなるように傾斜して配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両。

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