JP3911208B2 - 車両用スカート体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両などの車両に備えられる車両用スカート体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来のスカート体１を示す断面図である。図１３は、図１２のセクションＸＩＩＩを拡大して示す断面図である。スカート体１は、台車（図示せず）に車体８２を乗載して構成される鉄道車両に備えられる。スカート体１は、鉄道車両の外方および下方に臨み、鉄道車両の車両軸線方向（図面に垂直な方向）に延びる外板材２と、台車および車体の床の下方に設置される床下機器（図示せず）に臨み、車両軸線方向に延びる内板材３とが、下方に臨む下壁部４において連結されて構成される。このようにスカート体１は、鉄道車両の両側部から下方に突出し、台車および床下機器を側方から覆うようにして、鉄道車両に備えられる。このようなスカート体１によって、走行時に発生する気流が台車および床下機器によって乱されることを防ぎ、鉄道車両まわりの気流を平滑化することで鉄道車両に作用する空気抵抗を低減する。
【０００３】
近年、走行中の鉄道車両から発生する騒音が問題になっており、このような騒音、特に、台車および床下機器からの騒音の低減が要求されている。たとえば特開２００１−２６２６７号公報には、車体の床の下方に吸音材を設けるとともに、線路の路盤上に防音壁を設けることによって、台車からの転動騒音を、吸音材と防音壁とに繰り返して反射および吸収させて、転動騒音を減衰させる技術が開示されている。
【０００４】
また特許３２３３３２８号には、トラックなどの自動車のエンジンで発生する騒音が、エンジンルームの外部に漏洩することを防止する遮音カバーが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開２００１−２６２６７号公報に開示される従来の技術では、線路の路盤上に防音壁を設けたり、路盤面と吸音材との間隔を小さくして、台車および床下機器からの騒音を外部に出さないようにするために、線路の路盤上に盛上げ部材を設ける必要があり、鉄道車両自体で騒音を吸音することができない。
【０００６】
また図１２および図１３に示すスカート体１では、内板材３に臨む台車および床下機器から発生する騒音のうち、内板材３に直接入射する成分は、前記内板材３によって遮蔽されるものの、下壁部４を回りこんで伝播する回折成分については、鉄道車両の外部に伝播してしまう。
【０００７】
また特許３２３３３２８号に開示される遮音カバーは、開放端部にポリウレタンなどの吸音材を設けて、開放端部から外部へ伝播する騒音を吸音材で吸音して、エンジンの騒音を低減している。
【０００８】
たとえば図１２に示すスカート体１の下壁部４の表面にポリウレタンなどの吸音材を貼り付けたとすると、下壁部４で回折する音波を、このような吸音材によって吸音することができる。しかし鉄道車両は自動車に比べて、走行に伴う振動が大きいだけでなく、連続走行時間が非常に長いので、スカート体１の下壁部４に貼り付けた吸音材が、走行中に脱落する可能性がある。またポリウレタンなどの合成樹脂は、耐久性に問題があり、振動、風雨、温度差および直射日光などによって劣化して、所望の吸音効果が得られなくなる。
【０００９】
また特許３２３３３２８号に開示される遮音カバーは、エンジンを覆うのに必要な大きさ、長手方向の寸法が１メートル程度であればよい。したがって、このような遮音カバーを自動車に備える場合は、遮音カバーの交換が比較的容易であるので、耐久性が悪くても、劣化する毎に交換すればよい。しかし鉄道車両は、車体長の寸法が１５〜２５メートルであり、このような寸法のスカート体１を、吸音材が劣化する毎に交換することは、非常に困難である。また自動車の耐久性は１０年程度しか要求されないが、鉄道車両の耐久性は少なくとも３０年は要求されており、スカート体１の耐久性も同様に要求される。したがって、鉄道車両において、スカート体１に貼り付けた吸音材が劣化および脱落する毎に、スカート体１を交換することは、極めてメンテナンス性が悪い。
【００１０】
したがって本発明の目的は、合成樹脂等の吸音材を用いることなく、スカート体の下方を伝播する騒音を吸音して、車両外部へ伝搬する騒音を低減できる車両用スカート体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、台車に車体を乗載して構成される鉄道車両の、前記車両の両側部から下方に突出し、台車を側方から覆う車両用スカート体であって、
下端部には、開口によって下方に開放する共鳴空間を有し、下方を伝播する音波を前記開口から前記共鳴空間に導いて、共鳴現象によって音響エネルギを熱エネルギに変換して吸音する共鳴吸音手段が設けられ、
前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成され、前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有し、
長孔および突条は、車両軸線方向に延びて、車両の側構の長手方向寸法とほぼ同一寸法に形成されることを特徴とする車両用スカート体である。
【００１２】
本発明に従えば、主電動機および制御器などによって発生した音波は、車両用スカート体に向かって伝播する。車両用スカート体に向かって伝播する音波のうちの一部は、車両用スカート体の下方を伝播する。車両用スカート体の下方を伝播する音波は、開口によって下方に開放する共鳴空間に導かれて、前記共鳴空間において共鳴して、開口近傍の空気が激しく振動する。このような共鳴現象に伴う開口近傍の空気の振動が、開口における粘性損失によって、空気の振動エネルギ、すなわち音響エネルギから熱エネルギに変換されて消散し、車両用スカート体の下方を伝播する騒音が吸音される。
これによってスカート体の下端部で回折する音波を低減することによりスカート体の外側上方に伝播しようとすることを抑制することができる。このように音波のスカート体の下端部での回折を防ぐことで、スカート体の内側で発生した音波が、スカート体から外側上方に洩れることを防ぐことができ、騒音を効果的に低減することができる。
したがって車両用スカート体の下方を伝播する騒音を吸音することによって、車両の原動機および主電動機などの動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転、ならびに車輪とレールとの接触などに起因する騒音が、車両の両側部よりも外方に伝播することを防止して、騒音を低減することができる。このように共鳴空間によって、合成樹脂等の吸音材を用いることなく、車両外部へ伝播する騒音を低減することができる。
本発明では、鉄道車両の側構の長手方向寸法と同一寸法にスカート体が形成されるので、側構の長手方向全域に関して、スカート体下端部で吸音効果を得ることができ、スカート体下端部の近傍を通過する騒音が低減される。これによって回折音が小さくなり、側構の長手方向全域に臨む空間に伝播する騒音を低減することができ、側構の長手方向任意位置を伝播して客室に入ってくる騒音を小さくすることができる。また騒音源から車両軸線方向に離れたスカート体の下方を伝播する騒音についても、低減することができる。
【００１４】
また共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成されるので、前記筒体の内空間は、前記長孔の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。これによって、開口によって下方に開放する共鳴空間を用いるヘルムホルツ共鳴器型吸音構造を実現することができる。また前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有するので、この突条によってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
請求項２記載の本発明は、スカート体は、台車および床下機器を側方から覆うとともに、下端部が車輪の回転軸線の近傍の上下位置に位置し、
共鳴吸音手段が、動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転ならびに車輪とレールとの接触のいずれかに起因する騒音を吸音する孔形状に形成されることを特徴とする。
本発明に従えば、共鳴吸音手段がヘルムホルツ共鳴器型吸音構造に従うので、長孔の幅と、突条の高さとを設定することで、共鳴周波数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。本発明では、吸音させたい音を、動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転ならびに車輪とレールとの接触のいずれかに起因する騒音とする。これらの騒音は、スカート体の内側で発生する騒音である。このような騒音を共鳴吸音手段が吸音することで、スカート体の内側で発生した騒音がスカート下端部を通過することを低減することができ、スカート体の下端部で回折する回折音を小さくすることができる。
【００１７】
請求項３記載の本発明は、前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
少なくとも前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部が、複数の繊維状の金属が相互に係合して板状に構成される金属繊維部材であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、前記筒体の内空間は、相互に係合している金属繊維によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の車両用スカート体１０の下端部１１を示す断面図である。図２は、車両用スカート体１０を示す断面図である。図３は、車両用スカート体１０を備える鉄道車両８０を示す側面図である。図１は、図２のセクションＩを拡大して示している。また図２は、図３の切断面線Ｓ２−Ｓ２から見た断面図である。図２は、理解を容易にするために、部分的に厚みを省略している。車両用スカート体（以後、単に「スカート」と略して表記することがある）１０は、車輪８１を有する台車に車体８２を乗載して構成される鉄道車両（以後、単に「車両」と略して表記することがある）８０の、前記車両８０の両側部から下方に突出して、台車ならびに車体の床板８６の下方に設置される主電動機および制御器などの床下機器を側方から覆う。
【００２０】
スカート１０は、外側部材１２および内側部材１３を含んで構成される。外側部材１２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。スカート１０は、図２に示すように、スカート１０の長手方向が車両８０の長手方向に延びる車両軸線Ｌ８０方向（図面に垂直な方向）に平行に延び、車両８０における側梁８３よりも下方であって、車輪８１に臨む第１位置Ｐ１に配置されて、下方に突出して、前記側梁８３に係止されて備えられる。スカート１０の長手方向の寸法は、車両８０の側構８４の長手方向の寸法と、ほぼ同一である。
【００２１】
外側部材１２は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、下方に向かうにつれて車輪８１側に傾斜して配置される主板部１４を有する。
【００２２】
スカート１０には、第１リブ６０が設けられる。第１リブ６０は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、主板部１４の上下方向中央部から車輪８１側に突出して設けられる。第１リブ６０は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車輪８１側の遊端部が下方に突出しており、その遊端部は、内側部材１３の上下方向中央部に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００２３】
またスカート１０には、上側部６１が設けられる。上側部６１は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、主板部１４の上端部から車輪８１側に突出して設けられる。上側部６１は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車輪８１側の遊端部が下方に突出しており、その遊端部は、内側部材１３の上端部に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。またスカート１０には、係止部６２が設けられる。係止部６２は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、主板部１４の上端部から上方に向かって突出し、先端部が上方に凸となるようにして湾曲するように形成される。
【００２４】
側梁８３に設けられる係止部材６３は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、側梁８３から車両８０の外方に向かって突出し、先端部６３ａが上方に向かって突出するように形成される。スカート１０を側梁８３に係止するとき、スカート１０の係止部６２が係止部材６３に係止される。これによって、スカート１０は、角変位軸線Ｌ６３まわりに角変位可能にして、側梁８３に係止される。側梁８３に、係止片６４が設けられる。係止片６４は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、係止部材６３の下方から、下方に突出する。スカート１０の上側部６１には、車両軸線Ｌ８０方向に延び、上方に突出する係止材６５が設けられる。スカート１０が、下方に突出するような第１位置Ｐ１に配置されるとき、側梁８３の係止片６４は、スカート１０の係止材６５に係止される。
【００２５】
またスカート１０には、第２リブ６６が設けられる。第２リブ６６は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、上側部１５の係止材６５が設けられる部分と、主板部１４，２５の上側部１５よりも下方かつ第１リブ６０よりも上方の部分とを接続する。車両８０には、側構８４に連なり、下方に突出する板状の部材である、ふさぎ板８５が設けられる。ふさぎ板８５と軌道中心軸線Ｃ１との間隔Ｌ７は、たとえば１５５０ミリメートルであってもよい。ふさぎ板８５の上下方向の寸法Ｌ５は、たとえば２３７ミリメートルであってもよい。
【００２６】
スカート１０の下端部１１には、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８が設けられる。上底部１５は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部１４の下端よりも上方の位置から車輪８１側に突出して設けられる。内側部１６は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、前記上底部１５の車輪８１側の端部から下方に突出して設けられる。
【００２７】
外側下壁部１７は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部１４の下端部から車輪８１側に突出して設けられる。外側下壁部１７は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、外側下壁部１７の車輪８１側の遊端部から上方に突出する第１突条１７ａを有する。内側下壁部１８は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、内側部１６の下端部から前記外側下壁部１７側に突出して設けられる。内側下壁部１８は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、内側下壁部１８の外側下壁部１７に臨む遊端部から上方に突出する第２突条１８ａを有する。
【００２８】
第１突条１７ａと第２突条１８ａとは、互いに平行にして、上方、すなわち上底部１５に向かって突出する。外側下壁部１７の第１突条１７ａと内側下壁部１８の第２突条１８ａとは、所定の間隔Ｄをあけて配置され、これによって車両軸線８０方向に延びて下方に開口する長孔１９が形成される。
【００２９】
内側部材１３は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びるアルミニウム製の板材であって、外側部材１４に対向して配置される。内側部材１３の下端部は、外側部材１２の内側部１６に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００３０】
このようにスカート１０の下端部１１は、図１に示すように、外側部材１２の主板部１４、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面形状が筒体となるように形成される。外側部材１２の主板部１４、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８によって囲まれて、長孔１９によって下方に開放する共鳴空間２０が形成される。スカート１０の下端部１１には、このような共鳴空間２０を有して、下方を伝播する騒音を吸音する共鳴吸音手段が設けられる。
【００３１】
本実施の形態において、スカート１０の上下方向の寸法Ｌ１は、５０５ミリメートルである。スカート１０の外側下壁部１７および内側下壁部１８とレール９０の上端面であるレール面９０ａとの間隔Ｌ２は、３００ミリメートルである。またスカート１０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の上下方向の位置は、車輪８１の回転軸線である輪軸線Ｌ８１の近傍である。軌間は、１４３５ミリメートルであり、その半分の寸法であるＬ３は、７１７．５ミリメートルである。車輪８１の車輪径Ｌ４は、８８０ミリメートルである。これらの寸法は、一例であって、軌間に基づく車両限界の範囲内で任意に変更することができる。
【００３２】
図４は、共鳴空間２０を模式的に示す断面図である。共鳴空間２０は、ヘルムホルツ共鳴器を構成し、このようなヘルムホルツ共鳴器型吸音構造の共鳴周波数ｆ０は、次式（１）で示される。
【００３３】
【数１】
【００３４】
前式（１）において、ｃは空気中の音速であり、βは開口率である。Ｈは共鳴空間２０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚み方向の寸法、すなわち外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈである。ｔは外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みである。φは本実施の形態においては、長孔１９の幅Ｄである。
【００３５】
前式（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、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔを大きくしたり、長孔１９の幅Ｄを大きくしたり、外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈを大きくしたり、開口率βを小さくすればよい。また、たとえば、より高い周波数の音を吸音したい場合には、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔを小さくしたり、長孔１９の幅Ｄを小さくしたり、外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈを小さくしたり、開口率βを大きくすればよい。このように、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔ、長孔１９の幅Ｄ、共鳴空間２０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚み方向の寸法Ｈ、ならびに開口率β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。本実施の形態のスカート１０において、開口率βは、長孔１９の幅Ｄをスカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗで除した値、すなわちβ＝Ｄ／Ｗであるので、開口率βは、長孔１９の幅Ｄおよびスカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗを調整することによって、調整できる。
【００３６】
共鳴周波数ｆ０と同じ周波数でスカート１０の下方を伝播する音波が、長孔１９の開口によって共鳴空間２０に導かれると、前記開口近傍の空気は激しく振動し、粘性損失によって音響エネルギの一部が熱エネルギに変換されて消散し、スカート１０の下方を伝播する騒音を吸音することができる。
【００３７】
本実施の形態において、外側下壁部１７の第１突条１７ａと内側下壁部１８の第２突条１８ａとの間隔Ｄ、換言すれば長孔１９の幅Ｄは、２４ミリメートルである。また第１突条１７ａおよび第２突条１８ａの上下方向の寸法Ｂは、１０ミリメートルである。外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈは、８６ミリメートルである。スカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、１００ミリメートルである。内側部材１３の厚みは、３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００３８】
前述のように長孔１９に臨む外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部に、車両軸線Ｌ８０方向に延びて上方に突出する突条１７ａ，１８ａを有するので、この突条１７ａ，１８ａによってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
【００３９】
さらに好ましくは、共鳴吸音手段の、鉄道車両８０の走行に伴う振動の変形に対する強度は、前記共鳴吸音手段の変形量を共鳴現象の維持できる範囲に抑制できる強度である。これによって共鳴吸音手段の少なくとも外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部は、突条１７ａ，１８ａによって、共鳴現象の維持できる範囲に変形量が抑制できる強度を確保することができる。さらに長孔１９に臨む外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部のうち、車両８０の走行に伴う振動の変形によって、いずれか一方の遊端部が、他方の遊端部に対して相対的に上方および下方のいずれに変位しても、突条１７ａ，１８ａは車両軸線Ｌ８０方向に延びて上方に突出するので、外側下壁部１７および内側下壁部１８の一方の遊端部と他方の遊端部との間隔Ｄが、ほぼ一定に保たれて、長孔１９の開口状態を維持することができる。このように共鳴吸音手段は、共鳴現象の維持できる範囲に変形量が抑制できる強度を確保されているので、共鳴吸音手段は、劣化し難いだけでなく、車両８０の走行に伴う振動による吸音性能の低下がほとんどない。
【００４０】
以上のように本実施の形態の車両用スカート体１０は、スカート１０の下端部１１に設けられる共鳴吸音手段が、スカート１０の少なくとも外側部材１２に一体にして設けられるので、スカート体にポリウレタンなどの吸音材を貼り付けた構成となっている従来技術に比べて、共鳴吸音手段が脱落する可能性がほとんどないだけでなく、極めて劣化し難い。
【００４１】
図５は、共鳴吸音手段が設けられた車両用スカート体１０を備える車両８０の側構８４に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。図６は、共鳴吸音手段が設けられていない従来技術のスカート体１を備える車両８の側構９に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。図５および図６に示す音圧レベルの分布は、車両８０，８の主電動機８７によって発生する騒音が、車両８０，８の側構８４，９に臨む空間に伝播したときのシミュレーション結果である。このとき主電動機８７は６３０Ｈｚの音を発生しているとした。
【００４２】
図５および図６において、横軸は軌道中心線Ｃ１からの水平方向の距離を示し、縦軸はレール面９０ａからの鉛直方向の高さを示し、単位はともにメートルである。図５および図６において、第１領域Ａ１の音圧レベルは約８０デシベル（以後、「デシベル」を[ｄＢ]と表記する。）であり、第２領域Ａ２の音圧レベルは約７６[ｄＢ]であり、第３領域Ａ３の音圧レベルは約７３[ｄＢ]であり、第４領域Ａ４の音圧レベルは約６５[ｄＢ]であり、第５領域Ａ５の音圧レベルは約５８[ｄＢ]であり、第６領域の音圧レベルは約５４[ｄＢ]であり、第７領域の音圧レベルは約５０[ｄＢ]である。
【００４３】
図５および図６を比較すると、図５に示す本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、側構８４，９に臨む空間における第４領域Ａ４の大きさが小さい。また、たとえば軌道中心線Ｃ１からの距離が２メートルの空間において、従来のスカート体１を備える車両８の場合は、音圧レベルが約６５[ｄＢ]の第４領域Ａ４が大半を占めているが、本実施の形態のスカート１０を備える車両の場合は、レール面９０ａからの高さが高くなるにつれて、音圧レベルが小さくなっている。したがって本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各側構８４，９の近傍の空間における音圧レベルが小さい。
【００４４】
表１は、図５および図６の観測点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８における音圧レベルを示す表である。表１に示すように、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各観測点Ｖ１〜Ｖ８において、音圧レベルが約２[ｄＢ]も低くなっている。
【００４５】
【表１】
【００４６】
以上のことから、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、スカートによって覆われる主電動機等からの騒音を、側構８４，９に臨む空間に伝播させにくくなっていることがわかる。さらに本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各側構８４，９の近傍の空間における音圧レベルが小さいので、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０は、側構８４から客室８８に入ってくる騒音を小さくできる。これによって静かな客室８８を提供することができる。
【００４７】
本実施の形態のスカート１０の共鳴空間２０に、多孔質吸音材を収納してもよい。多孔質吸音材は、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。このような多孔質吸音材を、共鳴空間２０内に収納することによって、騒音を吸音する周波数帯域を、広げることが可能になる。
【００４８】
図７は、本発明の第１の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ａの下端部２１を示す断面図である。スカート１０Ａは、外側部材２２、内側部材２３および有孔部材２４を含んで構成される。外側部材２２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。スカート１０Ａは、前述の第１の実施形態のスカート１０の下端部１１を除く部分は同様であるので、同様の部分についての説明は省略して、主に下端部２１について説明する。
【００４９】
外側部材２２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。外側部材２２は、スカート１０Ａが下方に突出する第１位置Ｐ１（図２参照）に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、下方に向かうにつれて車輪８１側に傾斜して配置される主板部２５を有する。スカート１０Ａの下端部２１には、上底部２６および内側部２７が設けられる。上底部２６は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部２５の下端よりも上方の位置から車輪８１側に突出して設けられる。内側部２７は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、前記上底部２６の車輪８１側の端部から上方に突出して設けられる。
【００５０】
内側部材２３は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びるアルミニウム製の板材であって、外側部材２２に対向して配置される。内側部材２３の下端部は、外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００５１】
有孔部材２４は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材である。有孔部材２４において下方に臨む有孔下壁部２８は、平板状に形成される。前記有孔下壁部２８の車輪８１側の端部から上方に突出する有孔内側部２９は、その遊端部が外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。前記有孔下壁部２８の車両８０外方側の端部から上方に向かうにつれて車両８０の外方に傾斜して突出する有孔外側部３０は、その遊端部が外側部材２２の上底部２６の下方の外側部２５に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。このようにスカート１０Ａの下端部２１は、図７に示すように、外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに有孔部材２４によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が筒体となるように形成される。
【００５２】
図８は、有孔部材２４を示す平面図である。有孔部材２４は、アルミニウム製の金属板に、千鳥状に形成される複数の独立した透孔３１を形成したパンチングメタルである。外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに有孔部材２４によって囲まれて、透孔３１によって下方に開放する共鳴空間２０Ａが形成される。スカート１０Ａの下端部２１には、このような共鳴空間２０Ａを有する共鳴吸音手段が設けられる。有孔部材２４の板厚ｔは、たとえば２ミリメートルであり、透孔３１の直径φは、たとえば２ミリメートルであり、隣接する透孔３１の中心間の間隔であるピッチＱ１，Ｑ２は、たとえば５ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００５３】
図９（１）は、共鳴空間２０Ａを示す断面図であり、図９（２）は、共鳴空間２０Ａを模式的に示す断面図である。共鳴空間２０Ａが、図９（１）に示すように、仮想的な隔壁３２で仕切ることによって、１つの透孔３１によって開放する仮想共鳴空間３３を想定すると、各仮想共鳴空間３３は、図９（２）に示すように、ヘルムホルツ共鳴器を構成し、このようなヘルムホルツ共鳴器型吸音構造の共鳴周波数ｆ０は、前述の式（１）で示される。
【００５４】
前式（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、有孔部材２４の板厚ｔを大きくしたり、透孔３１の直径φを大きくしたり、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈを大きくしたり、開口率βを小さくすればよい。また、たとえば、より高い周波数の音を吸音したい場合には、有孔部材２４の板厚ｔを小さくしたり、透孔３１の直径φを小さくしたり、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈを小さくしたり、開口率βを大きくすればよい。このように、有孔部材２４の板厚ｔ、透孔３１の直径φ、共鳴空間２０Ａの有孔下壁部２８の厚み方向の寸法Ｈ、および開口率β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。本実施の形態のスカート１０Ａにおいて、開口率βの調整は、有孔部材２４の透孔３１の数を変更することで調整することができる。
【００５５】
スカート１０Ａの下方を伝播する共鳴周波数ｆ０と同じ周波数の音波が、透孔３１の開口によって共鳴空間２０Ａに導かれると、前記開口近傍の空気は激しく振動し、粘性損失によって音響エネルギの一部が熱エネルギに変換されて消散し、スカート１０Ａの下方を伝播する騒音を吸音することができる。
【００５６】
本実施の形態において、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈは、たとえば８６ミリメートルである。スカート１０Ａの下端部２１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、たとえば１００ミリメートルである。内側部材２３の厚みは、たとえば３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００５７】
有孔部材２４は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材であるので、有孔部材２４の複数の独立した透孔３１の開口によって、スカート１０Ａの下端部２１が臨む外空間にわたって、その外空間を伝播する騒音を吸音することができる。したがってスカート１０Ａの下端部２１近傍において騒音が回折して伝播しようとすることを抑制して、特に回折することによって上方に伝播する騒音を低減することができる。
【００５８】
有孔部材２４は、外側部材２２および内側部材２３とは別体であるので、万一、有孔部材２４が何らかの要因で破損して、吸音性能が低下しても、スカート１０Ａ全体を取り換えることなく、有孔部材２４だけを取り換えることが可能である。また車両８０が雨の中を走行しているときに、共鳴空間２０Ａに水が入っても、共鳴空間２０Ａは、少なくとも有孔下壁部２８の透孔３１によって下方に開口しているので、この開口から水が容易に外部に出ることができ、共鳴空間２０Ａに水が溜まって、所望の吸音性能が発揮できなくなることを防止することができる。
【００５９】
共鳴空間２０Ａに、多孔質吸音材３４を収納してもよい。多孔質吸音材３４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。このような多孔質吸音材３４を、有孔部材２４のごく近傍で、共鳴空間２０Ａ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。
【００６０】
図１０は、本発明の第２の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ｂの下端部５１を示す断面図である。スカート１０Ｂは、外側部材２２、内側部材２３および金属繊維部材５２を含んで構成される。スカート１０Ｂは、前述の第２の実施形態のスカート１０Ａの有孔部材２４を除く部分は同様であるので、同様の部分についての説明は省略して、主に金属繊維部材５２について説明する。
【００６１】
金属繊維部材５２は、スカート１０Ｂが第１位置Ｐ１（図２参照）に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材である。金属繊維部材５２において下方に臨む金属繊維下壁部５３は、平板状に形成される。前記金属繊維下壁部５３の車輪８１側の端部から上方に突出する金属繊維内側部５４は、その遊端部が外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。前記金属繊維下壁部５３の車両８０外方側の端部から上方に向かうにつれて車両８０の外方に傾斜して突出する金属繊維外側部５５は、その遊端部が外側部材２２の上底部２６の下方の外側部２５に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。このようにスカート１０Ｂの下端部５１は、図１０に示すように、外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに金属繊維部材５２によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が筒体となるように形成される。
【００６２】
図１１は、金属繊維部材５２の一部を切り欠いて示す斜視図である。金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７を含んで構成される多孔質部材である。アルミ不織布５６は、複数の繊維状のアルミニウムが相互に係合して板状に構成される金属不織布であり、厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔が形成されている。アルミ不織布５６は、この孔によって、少なくとも厚さ方向の通気性を有する。網状体５７は、複数のアルミニウム製の針金を互いに平面的に交差させて網状に形成され、アルミ不織布５６の厚み方向両面に圧着される。このように金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造となっている。
【００６３】
外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに金属繊維部材５２によって囲まれて、アルミ不織布５６に形成される孔によって下方に開放する共鳴空間２０Ｂが形成される。スカート１０Ｂの下端部５１には、このような共鳴空間２０Ｂを有する共鳴吸音手段が設けられる。金属繊維部材５２の板厚ｔは、たとえば１．８ミリメートルである。この寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。本実施の形態の共鳴吸音手段における吸音のメカニズムは、前述の第２の実施形態のスカート１０Ａと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態において、金属繊維部材５２の金属繊維下壁部５３と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈは、８６ミリメートルである。スカート１０Ｂの下端部５１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、１００ミリメートルである。内側部材２３の厚みは、３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００６５】
金属繊維部材５２は、スカート１０Ｂが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材であるので、金属繊維部材５２の厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔の開口によって、スカート１０Ｂの下端部５１が臨む外空間にわたって、その外空間を伝播する騒音を吸音することができる。したがってスカート１０Ｂの下端部５１近傍において音波が回折して伝播しようとすることを抑制して、特に回折することによって上方に伝播する騒音を低減することができる。
【００６６】
金属繊維部材５２は、外側部材２２および内側部材２３とは別体であるので、万一、金属繊維部材５２が何らかの要因で破損して、吸音性能が低下しても、スカート１０Ｂ全体を取り換えることなく、金属繊維部材５２だけを取り換えることが可能である。また車両８０が雨の中を走行しているときに、共鳴空間２０Ｂに水が入っても、共鳴空間２０Ｂは、少なくとも金属繊維下壁部５３の厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔によって下方に開口するので、この開口から水が容易に外部に出ることができ、共鳴空間２０Ｂに水が溜まって、所望の吸音性能が発揮できなくなることを防止することができる。
【００６７】
本実施の形態のスカート１０Ｂの金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造としたが、これに限ることはない。金属繊維部材５２は、たとえば、少なくとも厚み方向に通気性を有する発泡アルミであってもよい。
【００６８】
各実施形態のスカート１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、内側部材１３，２３は、単なる板材としたが、これに限ることはない。内側部材１３，２３を、たとえば第２の実施形態のスカート１０Ａの有孔部材２４のようなパンチングメタルでもよいし、第３の実施形態のスカート１０Ｂの金属繊維部材５２のようなアルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造としたものでもよい。これによって、スカート１０，１０Ａ，１０Ｂの内空間を共鳴空間にすることができ、さらなる吸音効果を得ることができる。またこのときスカート１０，１０Ａ，１０Ｂの内空間に、グラスウールまたはロックウールなど多孔質吸音材を収納してもよい。これによって騒音を吸音する周波数帯域を広げることが可能になる。
【００６９】
各実施形態のスカート１０，１０Ａ，１０Ｂの長手方向の寸法は、車両８０の側構８４の長手方向の寸法と、ほぼ同一であるとしたが、これに限ることはない。スカート１０，１０Ａ，１０Ｂを長手方向に、複数個に分割するようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、共鳴吸音手段によって、車両用スカート体の下方を伝播する騒音が吸音される。車両用スカート体の下方を伝播する騒音を吸音することによって、車両下方で発生する騒音がスカート体の内側から洩れる場合、特に、スカート体下端部の近傍を回折する音波が低減される。これによってスカート体の外側上方に伝播しようとすることを抑制することができ、車両下方で発生した騒音が、スカート体下端部から外側上方に伝播することを抑えることができ、騒音を効果的に低減することができる。
本発明では、鉄道車両の側構の長手方向寸法と同一寸法にスカート体が形成されるので、側構の長手方向全域に関して、スカート体の下端部で吸音効果を得ることができる。騒音源から車両軸線方向に進んで、騒音源から車両軸線方向に離れたスカート体の下方を伝播する騒音についても、吸音することができる。したがってスカート体の内側で発生した騒音の回折音を低減し、側構の長手方向全域に臨む空間に伝播する騒音を低減することができる。これによってスカート体の長手方向任意位置から回折して、側構の長手方向の任意位置を伝播して客室に入ってくる騒音を小さくすることができる。
【００７１】
また共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面の形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成されるので、前記筒体の内空間は、前記長孔の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。これによって、開口によって下方に開放する共鳴空間を用いるヘルムホルツ共鳴器型吸音構造を実現することができる。また前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有するので、この突条によってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
請求項２記載の本発明によれば、スカート体によって、台車および床下機器を側方から覆い、下端部が車輪の近傍に配置される。共鳴吸音手段によってスカート体の内側で発生した騒音がスカート下端部を通過することを低減することができ、スカート体の下端部で回折する回折音を小さくすることができる。
【００７３】
請求項３記載の本発明によれば、共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面の形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部は、複数の繊維状の金属が相互に係合して板状に構成される金属繊維部材であるので、前記筒体の内空間は、相互に係合している金属間の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の車両用スカート体１０の下端部１１を示す断面図である。
【図２】 車両用スカート体１０を示す断面図である。
【図３】 車両用スカート体１０を備える鉄道車両８０を示す側面図である。
【図４】 共鳴空間２０を模式的に示す断面図である。
【図５】 共鳴吸音手段が設けられた車両用スカート体１０を備える車両８０の側構８４に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。
【図６】 共鳴吸音手段が設けられていない従来技術のスカート体１を備える車両８の側構９に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。
【図７】 本発明の第１の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ａの下端部２１を示す断面図である。
【図８】 有孔部材２４を示す平面図である。
【図９】 図９（１）は、共鳴空間２０Ａを示す断面図であり、図９（２）は、共鳴空間２０Ａを模式的に示す断面図である。
【図１０】 本発明の第２の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ｂの下端部５１を示す断面図である。
【図１１】 金属繊維部材５２の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図１２】 従来のスカート体１を示す断面図である。
【図１３】 図１２のセクションＸＩＩＩを拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 車両用スカート体
１７ 外側下壁部
１８ 内側下壁部
１７ａ，１８ａ 突条
１９ 長孔
２０，２０Ａ，２０Ｂ 共鳴空間
２４ 有孔部材
２８ 有孔下壁部
３１ 透孔
５２ 金属繊維部材
５３ 金属繊維下壁部
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両などの車両に備えられる車両用スカート体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来のスカート体１を示す断面図である。図１３は、図１２のセクションＸＩＩＩを拡大して示す断面図である。スカート体１は、台車（図示せず）に車体８２を乗載して構成される鉄道車両に備えられる。スカート体１は、鉄道車両の外方および下方に臨み、鉄道車両の車両軸線方向（図面に垂直な方向）に延びる外板材２と、台車および車体の床の下方に設置される床下機器（図示せず）に臨み、車両軸線方向に延びる内板材３とが、下方に臨む下壁部４において連結されて構成される。このようにスカート体１は、鉄道車両の両側部から下方に突出し、台車および床下機器を側方から覆うようにして、鉄道車両に備えられる。このようなスカート体１によって、走行時に発生する気流が台車および床下機器によって乱されることを防ぎ、鉄道車両まわりの気流を平滑化することで鉄道車両に作用する空気抵抗を低減する。
【０００３】
近年、走行中の鉄道車両から発生する騒音が問題になっており、このような騒音、特に、台車および床下機器からの騒音の低減が要求されている。たとえば特開２００１−２６２６７号公報には、車体の床の下方に吸音材を設けるとともに、線路の路盤上に防音壁を設けることによって、台車からの転動騒音を、吸音材と防音壁とに繰り返して反射および吸収させて、転動騒音を減衰させる技術が開示されている。
【０００４】
また特許３２３３３２８号には、トラックなどの自動車のエンジンで発生する騒音が、エンジンルームの外部に漏洩することを防止する遮音カバーが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開２００１−２６２６７号公報に開示される従来の技術では、線路の路盤上に防音壁を設けたり、路盤面と吸音材との間隔を小さくして、台車および床下機器からの騒音を外部に出さないようにするために、線路の路盤上に盛上げ部材を設ける必要があり、鉄道車両自体で騒音を吸音することができない。
【０００６】
また図１２および図１３に示すスカート体１では、内板材３に臨む台車および床下機器から発生する騒音のうち、内板材３に直接入射する成分は、前記内板材３によって遮蔽されるものの、下壁部４を回りこんで伝播する回折成分については、鉄道車両の外部に伝播してしまう。
【０００７】
また特許３２３３３２８号に開示される遮音カバーは、開放端部にポリウレタンなどの吸音材を設けて、開放端部から外部へ伝播する騒音を吸音材で吸音して、エンジンの騒音を低減している。
【０００８】
たとえば図１２に示すスカート体１の下壁部４の表面にポリウレタンなどの吸音材を貼り付けたとすると、下壁部４で回折する音波を、このような吸音材によって吸音することができる。しかし鉄道車両は自動車に比べて、走行に伴う振動が大きいだけでなく、連続走行時間が非常に長いので、スカート体１の下壁部４に貼り付けた吸音材が、走行中に脱落する可能性がある。またポリウレタンなどの合成樹脂は、耐久性に問題があり、振動、風雨、温度差および直射日光などによって劣化して、所望の吸音効果が得られなくなる。
【０００９】
また特許３２３３３２８号に開示される遮音カバーは、エンジンを覆うのに必要な大きさ、長手方向の寸法が１メートル程度であればよい。したがって、このような遮音カバーを自動車に備える場合は、遮音カバーの交換が比較的容易であるので、耐久性が悪くても、劣化する毎に交換すればよい。しかし鉄道車両は、車体長の寸法が１５〜２５メートルであり、このような寸法のスカート体１を、吸音材が劣化する毎に交換することは、非常に困難である。また自動車の耐久性は１０年程度しか要求されないが、鉄道車両の耐久性は少なくとも３０年は要求されており、スカート体１の耐久性も同様に要求される。したがって、鉄道車両において、スカート体１に貼り付けた吸音材が劣化および脱落する毎に、スカート体１を交換することは、極めてメンテナンス性が悪い。
【００１０】
したがって本発明の目的は、合成樹脂等の吸音材を用いることなく、スカート体の下方を伝播する騒音を吸音して、車両外部へ伝搬する騒音を低減できる車両用スカート体を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、台車に車体を乗載して構成される鉄道車両の、前記車両の両側部から下方に突出し、台車を側方から覆う車両用スカート体であって、
下端部には、開口によって下方に開放する共鳴空間を有し、下方を伝播する音波を前記開口から前記共鳴空間に導いて、共鳴現象によって音響エネルギを熱エネルギに変換して吸音する共鳴吸音手段が設けられ、
前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成され、前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有し、
長孔および突条は、車両軸線方向に延びて、車両の側構の長手方向寸法とほぼ同一寸法に形成されることを特徴とする車両用スカート体である。
【００１２】
本発明に従えば、主電動機および制御器などによって発生した音波は、車両用スカート体に向かって伝播する。車両用スカート体に向かって伝播する音波のうちの一部は、車両用スカート体の下方を伝播する。車両用スカート体の下方を伝播する音波は、開口によって下方に開放する共鳴空間に導かれて、前記共鳴空間において共鳴して、開口近傍の空気が激しく振動する。このような共鳴現象に伴う開口近傍の空気の振動が、開口における粘性損失によって、空気の振動エネルギ、すなわち音響エネルギから熱エネルギに変換されて消散し、車両用スカート体の下方を伝播する騒音が吸音される。
これによってスカート体の下端部で回折する音波を低減することによりスカート体の外側上方に伝播しようとすることを抑制することができる。このように音波のスカート体の下端部での回折を防ぐことで、スカート体の内側で発生した音波が、スカート体から外側上方に洩れることを防ぐことができ、騒音を効果的に低減することができる。
したがって車両用スカート体の下方を伝播する騒音を吸音することによって、車両の原動機および主電動機などの動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転、ならびに車輪とレールとの接触などに起因する騒音が、車両の両側部よりも外方に伝播することを防止して、騒音を低減することができる。このように共鳴空間によって、合成樹脂等の吸音材を用いることなく、車両外部へ伝播する騒音を低減することができる。
本発明では、鉄道車両の側構の長手方向寸法と同一寸法にスカート体が形成されるので、側構の長手方向全域に関して、スカート体下端部で吸音効果を得ることができ、スカート体下端部の近傍を通過する騒音が低減される。これによって回折音が小さくなり、側構の長手方向全域に臨む空間に伝播する騒音を低減することができ、側構の長手方向任意位置を伝播して客室に入ってくる騒音を小さくすることができる。また騒音源から車両軸線方向に離れたスカート体の下方を伝播する騒音についても、低減することができる。
【００１４】
また共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成されるので、前記筒体の内空間は、前記長孔の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。これによって、開口によって下方に開放する共鳴空間を用いるヘルムホルツ共鳴器型吸音構造を実現することができる。また前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有するので、この突条によってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
請求項２記載の本発明は、スカート体は、台車および床下機器を側方から覆うとともに、下端部が車輪の回転軸線の近傍の上下位置に位置し、
共鳴吸音手段が、動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転ならびに車輪とレールとの接触のいずれかに起因する騒音を吸音する孔形状に形成されることを特徴とする。
本発明に従えば、共鳴吸音手段がヘルムホルツ共鳴器型吸音構造に従うので、長孔の幅と、突条の高さとを設定することで、共鳴周波数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。本発明では、吸音させたい音を、動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転ならびに車輪とレールとの接触のいずれかに起因する騒音とする。これらの騒音は、スカート体の内側で発生する騒音である。このような騒音を共鳴吸音手段が吸音することで、スカート体の内側で発生した騒音がスカート下端部を通過することを低減することができ、スカート体の下端部で回折する回折音を小さくすることができる。
【００１７】
請求項３記載の本発明は、前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
少なくとも前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部が、複数の繊維状の金属が相互に係合して板状に構成される金属繊維部材であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、前記筒体の内空間は、相互に係合している金属繊維によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の車両用スカート体１０の下端部１１を示す断面図である。図２は、車両用スカート体１０を示す断面図である。図３は、車両用スカート体１０を備える鉄道車両８０を示す側面図である。図１は、図２のセクションＩを拡大して示している。また図２は、図３の切断面線Ｓ２−Ｓ２から見た断面図である。図２は、理解を容易にするために、部分的に厚みを省略している。車両用スカート体（以後、単に「スカート」と略して表記することがある）１０は、車輪８１を有する台車に車体８２を乗載して構成される鉄道車両（以後、単に「車両」と略して表記することがある）８０の、前記車両８０の両側部から下方に突出して、台車ならびに車体の床板８６の下方に設置される主電動機および制御器などの床下機器を側方から覆う。
【００２０】
スカート１０は、外側部材１２および内側部材１３を含んで構成される。外側部材１２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。スカート１０は、図２に示すように、スカート１０の長手方向が車両８０の長手方向に延びる車両軸線Ｌ８０方向（図面に垂直な方向）に平行に延び、車両８０における側梁８３よりも下方であって、車輪８１に臨む第１位置Ｐ１に配置されて、下方に突出して、前記側梁８３に係止されて備えられる。スカート１０の長手方向の寸法は、車両８０の側構８４の長手方向の寸法と、ほぼ同一である。
【００２１】
外側部材１２は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、下方に向かうにつれて車輪８１側に傾斜して配置される主板部１４を有する。
【００２２】
スカート１０には、第１リブ６０が設けられる。第１リブ６０は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、主板部１４の上下方向中央部から車輪８１側に突出して設けられる。第１リブ６０は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車輪８１側の遊端部が下方に突出しており、その遊端部は、内側部材１３の上下方向中央部に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００２３】
またスカート１０には、上側部６１が設けられる。上側部６１は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、主板部１４の上端部から車輪８１側に突出して設けられる。上側部６１は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車輪８１側の遊端部が下方に突出しており、その遊端部は、内側部材１３の上端部に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。またスカート１０には、係止部６２が設けられる。係止部６２は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、主板部１４の上端部から上方に向かって突出し、先端部が上方に凸となるようにして湾曲するように形成される。
【００２４】
側梁８３に設けられる係止部材６３は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、側梁８３から車両８０の外方に向かって突出し、先端部６３ａが上方に向かって突出するように形成される。スカート１０を側梁８３に係止するとき、スカート１０の係止部６２が係止部材６３に係止される。これによって、スカート１０は、角変位軸線Ｌ６３まわりに角変位可能にして、側梁８３に係止される。側梁８３に、係止片６４が設けられる。係止片６４は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、係止部材６３の下方から、下方に突出する。スカート１０の上側部６１には、車両軸線Ｌ８０方向に延び、上方に突出する係止材６５が設けられる。スカート１０が、下方に突出するような第１位置Ｐ１に配置されるとき、側梁８３の係止片６４は、スカート１０の係止材６５に係止される。
【００２５】
またスカート１０には、第２リブ６６が設けられる。第２リブ６６は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、上側部１５の係止材６５が設けられる部分と、主板部１４，２５の上側部１５よりも下方かつ第１リブ６０よりも上方の部分とを接続する。車両８０には、側構８４に連なり、下方に突出する板状の部材である、ふさぎ板８５が設けられる。ふさぎ板８５と軌道中心軸線Ｃ１との間隔Ｌ７は、たとえば１５５０ミリメートルであってもよい。ふさぎ板８５の上下方向の寸法Ｌ５は、たとえば２３７ミリメートルであってもよい。
【００２６】
スカート１０の下端部１１には、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８が設けられる。上底部１５は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部１４の下端よりも上方の位置から車輪８１側に突出して設けられる。内側部１６は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、前記上底部１５の車輪８１側の端部から下方に突出して設けられる。
【００２７】
外側下壁部１７は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部１４の下端部から車輪８１側に突出して設けられる。外側下壁部１７は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、外側下壁部１７の車輪８１側の遊端部から上方に突出する第１突条１７ａを有する。内側下壁部１８は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、内側部１６の下端部から前記外側下壁部１７側に突出して設けられる。内側下壁部１８は、車両軸線Ｌ８０方向に延び、内側下壁部１８の外側下壁部１７に臨む遊端部から上方に突出する第２突条１８ａを有する。
【００２８】
第１突条１７ａと第２突条１８ａとは、互いに平行にして、上方、すなわち上底部１５に向かって突出する。外側下壁部１７の第１突条１７ａと内側下壁部１８の第２突条１８ａとは、所定の間隔Ｄをあけて配置され、これによって車両軸線８０方向に延びて下方に開口する長孔１９が形成される。
【００２９】
内側部材１３は、スカート１０が第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びるアルミニウム製の板材であって、外側部材１４に対向して配置される。内側部材１３の下端部は、外側部材１２の内側部１６に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００３０】
このようにスカート１０の下端部１１は、図１に示すように、外側部材１２の主板部１４、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面形状が筒体となるように形成される。外側部材１２の主板部１４、上底部１５、内側部１６、外側下壁部１７および内側下壁部１８によって囲まれて、長孔１９によって下方に開放する共鳴空間２０が形成される。スカート１０の下端部１１には、このような共鳴空間２０を有して、下方を伝播する騒音を吸音する共鳴吸音手段が設けられる。
【００３１】
本実施の形態において、スカート１０の上下方向の寸法Ｌ１は、５０５ミリメートルである。スカート１０の外側下壁部１７および内側下壁部１８とレール９０の上端面であるレール面９０ａとの間隔Ｌ２は、３００ミリメートルである。またスカート１０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の上下方向の位置は、車輪８１の回転軸線である輪軸線Ｌ８１の近傍である。軌間は、１４３５ミリメートルであり、その半分の寸法であるＬ３は、７１７．５ミリメートルである。車輪８１の車輪径Ｌ４は、８８０ミリメートルである。これらの寸法は、一例であって、軌間に基づく車両限界の範囲内で任意に変更することができる。
【００３２】
図４は、共鳴空間２０を模式的に示す断面図である。共鳴空間２０は、ヘルムホルツ共鳴器を構成し、このようなヘルムホルツ共鳴器型吸音構造の共鳴周波数ｆ０は、次式（１）で示される。
【００３３】
【数１】
前式（１）において、ｃは空気中の音速であり、βは開口率である。Ｈは共鳴空間２０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚み方向の寸法、すなわち外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈである。ｔは外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みである。φは本実施の形態においては、長孔１９の幅Ｄである。
【００３５】
前式（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、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔを大きくしたり、長孔１９の幅Ｄを大きくしたり、外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈを大きくしたり、開口率βを小さくすればよい。また、たとえば、より高い周波数の音を吸音したい場合には、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔを小さくしたり、長孔１９の幅Ｄを小さくしたり、外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈを小さくしたり、開口率βを大きくすればよい。このように、外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚みｔ、長孔１９の幅Ｄ、共鳴空間２０の外側下壁部１７および内側下壁部１８の厚み方向の寸法Ｈ、ならびに開口率β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。本実施の形態のスカート１０において、開口率βは、長孔１９の幅Ｄをスカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗで除した値、すなわちβ＝Ｄ／Ｗであるので、開口率βは、長孔１９の幅Ｄおよびスカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗを調整することによって、調整できる。
【００３６】
共鳴周波数ｆ０と同じ周波数でスカート１０の下方を伝播する音波が、長孔１９の開口によって共鳴空間２０に導かれると、前記開口近傍の空気は激しく振動し、粘性損失によって音響エネルギの一部が熱エネルギに変換されて消散し、スカート１０の下方を伝播する騒音を吸音することができる。
【００３７】
本実施の形態において、外側下壁部１７の第１突条１７ａと内側下壁部１８の第２突条１８ａとの間隔Ｄ、換言すれば長孔１９の幅Ｄは、２４ミリメートルである。また第１突条１７ａおよび第２突条１８ａの上下方向の寸法Ｂは、１０ミリメートルである。外側下壁部１７および内側下壁部１８と上底部１５との間隔Ｈは、８６ミリメートルである。スカート１０の下端部１１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、１００ミリメートルである。内側部材１３の厚みは、３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００３８】
前述のように長孔１９に臨む外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部に、車両軸線Ｌ８０方向に延びて上方に突出する突条１７ａ，１８ａを有するので、この突条１７ａ，１８ａによってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
【００３９】
さらに好ましくは、共鳴吸音手段の、鉄道車両８０の走行に伴う振動の変形に対する強度は、前記共鳴吸音手段の変形量を共鳴現象の維持できる範囲に抑制できる強度である。これによって共鳴吸音手段の少なくとも外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部は、突条１７ａ，１８ａによって、共鳴現象の維持できる範囲に変形量が抑制できる強度を確保することができる。さらに長孔１９に臨む外側下壁部１７および内側下壁部１８は各遊端部のうち、車両８０の走行に伴う振動の変形によって、いずれか一方の遊端部が、他方の遊端部に対して相対的に上方および下方のいずれに変位しても、突条１７ａ，１８ａは車両軸線Ｌ８０方向に延びて上方に突出するので、外側下壁部１７および内側下壁部１８の一方の遊端部と他方の遊端部との間隔Ｄが、ほぼ一定に保たれて、長孔１９の開口状態を維持することができる。このように共鳴吸音手段は、共鳴現象の維持できる範囲に変形量が抑制できる強度を確保されているので、共鳴吸音手段は、劣化し難いだけでなく、車両８０の走行に伴う振動による吸音性能の低下がほとんどない。
【００４０】
以上のように本実施の形態の車両用スカート体１０は、スカート１０の下端部１１に設けられる共鳴吸音手段が、スカート１０の少なくとも外側部材１２に一体にして設けられるので、スカート体にポリウレタンなどの吸音材を貼り付けた構成となっている従来技術に比べて、共鳴吸音手段が脱落する可能性がほとんどないだけでなく、極めて劣化し難い。
【００４１】
図５は、共鳴吸音手段が設けられた車両用スカート体１０を備える車両８０の側構８４に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。図６は、共鳴吸音手段が設けられていない従来技術のスカート体１を備える車両８の側構９に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。図５および図６に示す音圧レベルの分布は、車両８０，８の主電動機８７によって発生する騒音が、車両８０，８の側構８４，９に臨む空間に伝播したときのシミュレーション結果である。このとき主電動機８７は６３０Ｈｚの音を発生しているとした。
【００４２】
図５および図６において、横軸は軌道中心線Ｃ１からの水平方向の距離を示し、縦軸はレール面９０ａからの鉛直方向の高さを示し、単位はともにメートルである。図５および図６において、第１領域Ａ１の音圧レベルは約８０デシベル（以後、「デシベル」を[ｄＢ]と表記する。）であり、第２領域Ａ２の音圧レベルは約７６[ｄＢ]であり、第３領域Ａ３の音圧レベルは約７３[ｄＢ]であり、第４領域Ａ４の音圧レベルは約６５[ｄＢ]であり、第５領域Ａ５の音圧レベルは約５８[ｄＢ]であり、第６領域の音圧レベルは約５４[ｄＢ]であり、第７領域の音圧レベルは約５０[ｄＢ]である。
【００４３】
図５および図６を比較すると、図５に示す本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、側構８４，９に臨む空間における第４領域Ａ４の大きさが小さい。また、たとえば軌道中心線Ｃ１からの距離が２メートルの空間において、従来のスカート体１を備える車両８の場合は、音圧レベルが約６５[ｄＢ]の第４領域Ａ４が大半を占めているが、本実施の形態のスカート１０を備える車両の場合は、レール面９０ａからの高さが高くなるにつれて、音圧レベルが小さくなっている。したがって本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各側構８４，９の近傍の空間における音圧レベルが小さい。
【００４４】
表１は、図５および図６の観測点Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８における音圧レベルを示す表である。表１に示すように、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各観測点Ｖ１〜Ｖ８において、音圧レベルが約２[ｄＢ]も低くなっている。
【００４５】
【表１】
以上のことから、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、スカートによって覆われる主電動機等からの騒音を、側構８４，９に臨む空間に伝播させにくくなっていることがわかる。さらに本実施の形態のスカート１０を備える車両８０の方が、従来のスカート体１を備える車両８よりも、各側構８４，９の近傍の空間における音圧レベルが小さいので、本実施の形態のスカート１０を備える車両８０は、側構８４から客室８８に入ってくる騒音を小さくできる。これによって静かな客室８８を提供することができる。
【００４７】
本実施の形態のスカート１０の共鳴空間２０に、多孔質吸音材を収納してもよい。多孔質吸音材は、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。このような多孔質吸音材を、共鳴空間２０内に収納することによって、騒音を吸音する周波数帯域を、広げることが可能になる。
【００４８】
図７は、本発明の第１の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ａの下端部２１を示す断面図である。スカート１０Ａは、外側部材２２、内側部材２３および有孔部材２４を含んで構成される。外側部材２２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。スカート１０Ａは、前述の第１の実施形態のスカート１０の下端部１１を除く部分は同様であるので、同様の部分についての説明は省略して、主に下端部２１について説明する。
【００４９】
外側部材２２は、アルミニウム製であり、押出し加工によって形成される。外側部材２２は、スカート１０Ａが下方に突出する第１位置Ｐ１（図２参照）に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、下方に向かうにつれて車輪８１側に傾斜して配置される主板部２５を有する。スカート１０Ａの下端部２１には、上底部２６および内側部２７が設けられる。上底部２６は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、主板部２５の下端よりも上方の位置から車輪８１側に突出して設けられる。内側部２７は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びる板状であって、前記上底部２６の車輪８１側の端部から上方に突出して設けられる。
【００５０】
内側部材２３は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延びるアルミニウム製の板材であって、外側部材２２に対向して配置される。内側部材２３の下端部は、外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。
【００５１】
有孔部材２４は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材である。有孔部材２４において下方に臨む有孔下壁部２８は、平板状に形成される。前記有孔下壁部２８の車輪８１側の端部から上方に突出する有孔内側部２９は、その遊端部が外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。前記有孔下壁部２８の車両８０外方側の端部から上方に向かうにつれて車両８０の外方に傾斜して突出する有孔外側部３０は、その遊端部が外側部材２２の上底部２６の下方の外側部２５に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。このようにスカート１０Ａの下端部２１は、図７に示すように、外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに有孔部材２４によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が筒体となるように形成される。
【００５２】
図８は、有孔部材２４を示す平面図である。有孔部材２４は、アルミニウム製の金属板に、千鳥状に形成される複数の独立した透孔３１を形成したパンチングメタルである。外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに有孔部材２４によって囲まれて、透孔３１によって下方に開放する共鳴空間２０Ａが形成される。スカート１０Ａの下端部２１には、このような共鳴空間２０Ａを有する共鳴吸音手段が設けられる。有孔部材２４の板厚ｔは、たとえば２ミリメートルであり、透孔３１の直径φは、たとえば２ミリメートルであり、隣接する透孔３１の中心間の間隔であるピッチＱ１，Ｑ２は、たとえば５ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００５３】
図９（１）は、共鳴空間２０Ａを示す断面図であり、図９（２）は、共鳴空間２０Ａを模式的に示す断面図である。共鳴空間２０Ａが、図９（１）に示すように、仮想的な隔壁３２で仕切ることによって、１つの透孔３１によって開放する仮想共鳴空間３３を想定すると、各仮想共鳴空間３３は、図９（２）に示すように、ヘルムホルツ共鳴器を構成し、このようなヘルムホルツ共鳴器型吸音構造の共鳴周波数ｆ０は、前述の式（１）で示される。
【００５４】
前式（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、有孔部材２４の板厚ｔを大きくしたり、透孔３１の直径φを大きくしたり、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈを大きくしたり、開口率βを小さくすればよい。また、たとえば、より高い周波数の音を吸音したい場合には、有孔部材２４の板厚ｔを小さくしたり、透孔３１の直径φを小さくしたり、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈを小さくしたり、開口率βを大きくすればよい。このように、有孔部材２４の板厚ｔ、透孔３１の直径φ、共鳴空間２０Ａの有孔下壁部２８の厚み方向の寸法Ｈ、および開口率β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。本実施の形態のスカート１０Ａにおいて、開口率βの調整は、有孔部材２４の透孔３１の数を変更することで調整することができる。
【００５５】
スカート１０Ａの下方を伝播する共鳴周波数ｆ０と同じ周波数の音波が、透孔３１の開口によって共鳴空間２０Ａに導かれると、前記開口近傍の空気は激しく振動し、粘性損失によって音響エネルギの一部が熱エネルギに変換されて消散し、スカート１０Ａの下方を伝播する騒音を吸音することができる。
【００５６】
本実施の形態において、有孔部材２４の有孔下壁部２８と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈは、たとえば８６ミリメートルである。スカート１０Ａの下端部２１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、たとえば１００ミリメートルである。内側部材２３の厚みは、たとえば３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００５７】
有孔部材２４は、スカート１０Ａが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材であるので、有孔部材２４の複数の独立した透孔３１の開口によって、スカート１０Ａの下端部２１が臨む外空間にわたって、その外空間を伝播する騒音を吸音することができる。したがってスカート１０Ａの下端部２１近傍において騒音が回折して伝播しようとすることを抑制して、特に回折することによって上方に伝播する騒音を低減することができる。
【００５８】
有孔部材２４は、外側部材２２および内側部材２３とは別体であるので、万一、有孔部材２４が何らかの要因で破損して、吸音性能が低下しても、スカート１０Ａ全体を取り換えることなく、有孔部材２４だけを取り換えることが可能である。また車両８０が雨の中を走行しているときに、共鳴空間２０Ａに水が入っても、共鳴空間２０Ａは、少なくとも有孔下壁部２８の透孔３１によって下方に開口しているので、この開口から水が容易に外部に出ることができ、共鳴空間２０Ａに水が溜まって、所望の吸音性能が発揮できなくなることを防止することができる。
【００５９】
共鳴空間２０Ａに、多孔質吸音材３４を収納してもよい。多孔質吸音材３４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。このような多孔質吸音材３４を、有孔部材２４のごく近傍で、共鳴空間２０Ａ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。
【００６０】
図１０は、本発明の第２の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ｂの下端部５１を示す断面図である。スカート１０Ｂは、外側部材２２、内側部材２３および金属繊維部材５２を含んで構成される。スカート１０Ｂは、前述の第２の実施形態のスカート１０Ａの有孔部材２４を除く部分は同様であるので、同様の部分についての説明は省略して、主に金属繊維部材５２について説明する。
【００６１】
金属繊維部材５２は、スカート１０Ｂが第１位置Ｐ１（図２参照）に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材である。金属繊維部材５２において下方に臨む金属繊維下壁部５３は、平板状に形成される。前記金属繊維下壁部５３の車輪８１側の端部から上方に突出する金属繊維内側部５４は、その遊端部が外側部材２２の内側部２７に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。前記金属繊維下壁部５３の車両８０外方側の端部から上方に向かうにつれて車両８０の外方に傾斜して突出する金属繊維外側部５５は、その遊端部が外側部材２２の上底部２６の下方の外側部２５に、たとえばリベットまたは溶接によって接合される。このようにスカート１０Ｂの下端部５１は、図１０に示すように、外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに金属繊維部材５２によって、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が筒体となるように形成される。
【００６２】
図１１は、金属繊維部材５２の一部を切り欠いて示す斜視図である。金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７を含んで構成される多孔質部材である。アルミ不織布５６は、複数の繊維状のアルミニウムが相互に係合して板状に構成される金属不織布であり、厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔が形成されている。アルミ不織布５６は、この孔によって、少なくとも厚さ方向の通気性を有する。網状体５７は、複数のアルミニウム製の針金を互いに平面的に交差させて網状に形成され、アルミ不織布５６の厚み方向両面に圧着される。このように金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造となっている。
【００６３】
外側部材２２の主板部２５および上底部２６、ならびに金属繊維部材５２によって囲まれて、アルミ不織布５６に形成される孔によって下方に開放する共鳴空間２０Ｂが形成される。スカート１０Ｂの下端部５１には、このような共鳴空間２０Ｂを有する共鳴吸音手段が設けられる。金属繊維部材５２の板厚ｔは、たとえば１．８ミリメートルである。この寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。本実施の形態の共鳴吸音手段における吸音のメカニズムは、前述の第２の実施形態のスカート１０Ａと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態において、金属繊維部材５２の金属繊維下壁部５３と外側部材２２の上底部２６との間隔Ｈは、８６ミリメートルである。スカート１０Ｂの下端部５１の下方に臨む先端部の幅Ｗは、１００ミリメートルである。内側部材２３の厚みは、３ミリメートルである。これらの寸法は一例であって、吸音させたい音の周波数にあわせて変更することができる。
【００６５】
金属繊維部材５２は、スカート１０Ｂが第１位置Ｐ１に配置される状態において、車両軸線Ｌ８０方向に延び、車両軸線Ｌ８０方向に垂直な断面の形状が略Ｊ字状に屈曲する板状の部材であるので、金属繊維部材５２の厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔の開口によって、スカート１０Ｂの下端部５１が臨む外空間にわたって、その外空間を伝播する騒音を吸音することができる。したがってスカート１０Ｂの下端部５１近傍において音波が回折して伝播しようとすることを抑制して、特に回折することによって上方に伝播する騒音を低減することができる。
【００６６】
金属繊維部材５２は、外側部材２２および内側部材２３とは別体であるので、万一、金属繊維部材５２が何らかの要因で破損して、吸音性能が低下しても、スカート１０Ｂ全体を取り換えることなく、金属繊維部材５２だけを取り換えることが可能である。また車両８０が雨の中を走行しているときに、共鳴空間２０Ｂに水が入っても、共鳴空間２０Ｂは、少なくとも金属繊維下壁部５３の厚さ方向一方側の表面から他方側の表面に貫通する多数の孔によって下方に開口するので、この開口から水が容易に外部に出ることができ、共鳴空間２０Ｂに水が溜まって、所望の吸音性能が発揮できなくなることを防止することができる。
【００６７】
本実施の形態のスカート１０Ｂの金属繊維部材５２は、アルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造としたが、これに限ることはない。金属繊維部材５２は、たとえば、少なくとも厚み方向に通気性を有する発泡アルミであってもよい。
【００６８】
各実施形態のスカート１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、内側部材１３，２３は、単なる板材としたが、これに限ることはない。内側部材１３，２３を、たとえば第２の実施形態のスカート１０Ａの有孔部材２４のようなパンチングメタルでもよいし、第３の実施形態のスカート１０Ｂの金属繊維部材５２のようなアルミ不織布５６および一対の網状体５７によるサンドイッチ構造としたものでもよい。これによって、スカート１０，１０Ａ，１０Ｂの内空間を共鳴空間にすることができ、さらなる吸音効果を得ることができる。またこのときスカート１０，１０Ａ，１０Ｂの内空間に、グラスウールまたはロックウールなど多孔質吸音材を収納してもよい。これによって騒音を吸音する周波数帯域を広げることが可能になる。
【００６９】
各実施形態のスカート１０，１０Ａ，１０Ｂの長手方向の寸法は、車両８０の側構８４の長手方向の寸法と、ほぼ同一であるとしたが、これに限ることはない。スカート１０，１０Ａ，１０Ｂを長手方向に、複数個に分割するようにしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、共鳴吸音手段によって、車両用スカート体の下方を伝播する騒音が吸音される。車両用スカート体の下方を伝播する騒音を吸音することによって、車両下方で発生する騒音がスカート体の内側から洩れる場合、特に、スカート体下端部の近傍を回折する音波が低減される。これによってスカート体の外側上方に伝播しようとすることを抑制することができ、車両下方で発生した騒音が、スカート体下端部から外側上方に伝播することを抑えることができ、騒音を効果的に低減することができる。
本発明では、鉄道車両の側構の長手方向寸法と同一寸法にスカート体が形成されるので、側構の長手方向全域に関して、スカート体の下端部で吸音効果を得ることができる。騒音源から車両軸線方向に進んで、騒音源から車両軸線方向に離れたスカート体の下方を伝播する騒音についても、吸音することができる。したがってスカート体の内側で発生した騒音の回折音を低減し、側構の長手方向全域に臨む空間に伝播する騒音を低減することができる。これによってスカート体の長手方向任意位置から回折して、側構の長手方向の任意位置を伝播して客室に入ってくる騒音を小さくすることができる。
【００７１】
また共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面の形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成されるので、前記筒体の内空間は、前記長孔の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。これによって、開口によって下方に開放する共鳴空間を用いるヘルムホルツ共鳴器型吸音構造を実現することができる。また前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有するので、この突条によってヘルムホルツ共鳴器型吸音構造における頸部を構成することができる。
請求項２記載の本発明によれば、スカート体によって、台車および床下機器を側方から覆い、下端部が車輪の近傍に配置される。共鳴吸音手段によってスカート体の内側で発生した騒音がスカート下端部を通過することを低減することができ、スカート体の下端部で回折する回折音を小さくすることができる。
【００７３】
請求項３記載の本発明によれば、共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面の形状が筒体であり、前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部は、複数の繊維状の金属が相互に係合して板状に構成される金属繊維部材であるので、前記筒体の内空間は、相互に係合している金属間の開口によって下方に開放する共鳴空間を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の車両用スカート体１０の下端部１１を示す断面図である。
【図２】 車両用スカート体１０を示す断面図である。
【図３】 車両用スカート体１０を備える鉄道車両８０を示す側面図である。
【図４】 共鳴空間２０を模式的に示す断面図である。
【図５】 共鳴吸音手段が設けられた車両用スカート体１０を備える車両８０の側構８４に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。
【図６】 共鳴吸音手段が設けられていない従来技術のスカート体１を備える車両８の側構９に臨む空間における音圧レベルの分布を示す図である。
【図７】 本発明の第１の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ａの下端部２１を示す断面図である。
【図８】 有孔部材２４を示す平面図である。
【図９】 図９（１）は、共鳴空間２０Ａを示す断面図であり、図９（２）は、共鳴空間２０Ａを模式的に示す断面図である。
【図１０】 本発明の第２の比較例である実施形態の車両用スカート体１０Ｂの下端部５１を示す断面図である。
【図１１】 金属繊維部材５２の一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図１２】 従来のスカート体１を示す断面図である。
【図１３】 図１２のセクションＸＩＩＩを拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 車両用スカート体
１７ 外側下壁部
１８ 内側下壁部
１７ａ，１８ａ 突条
１９ 長孔
２０，２０Ａ，２０Ｂ 共鳴空間
２４ 有孔部材
２８ 有孔下壁部
３１ 透孔
５２ 金属繊維部材
５３ 金属繊維下壁部
Claims (3)
- 台車に車体を乗載して構成される鉄道車両の、前記車両の両側部から下方に突出し、台車を側方から覆う車両用スカート体であって、
下端部には、開口によって下方に開放する共鳴空間を有し、下方を伝播する音波を前記開口から前記共鳴空間に導いて、共鳴現象によって音響エネルギを熱エネルギに変換して吸音する共鳴吸音手段が設けられ、
前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部には、車両軸線方向に延びて下方に開口する長孔が形成され、前記長孔に臨む下壁部の両端部は、車両軸線方向に延びて上方に突出する突条を有し、
長孔および突条は、車両軸線方向に延びて、車両の側構の長手方向寸法とほぼ同一寸法に形成されることを特徴とする車両用スカート体。 - スカート体は、台車および床下機器を側方から覆うとともに下端部が車輪の回転軸線の近傍の上下位置に位置し、
共鳴吸音手段が、動力源の運動、台車の車輪および車軸の回転、ならびに車輪とレールとの接触のいずれかに起因する騒音を吸音する孔形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の車両用スカート体。 - 前記共鳴吸音手段は、車両軸線方向に垂直な断面形状が筒体であって、
少なくとも前記共鳴吸音手段の下部に配置される下壁部が、複数の繊維状の金属が相互に係合して板状に構成される金属繊維部材であることを特徴とする請求項１記載の車両用スカート体。
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