JP4188008B2 - 鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用車体の上下曲げ振動を抑制する方法に関する。特には、車体への比較的簡単な部材追加で上下曲げ振動を抑制することのできる方法に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、鉄道車両の軽量化が進んでおり、これに伴って鉄道車両用車体の剛性が低下する傾向がある。車体の剛性が低下すると、車体の弾性振動（上下曲げ振動）の発生が顕著となる。このような弾性振動は、乗客数の増減によって発生具合が変化するが、人間が最も敏感な周波数帯域において発生する場合も多く、乗り心地悪化の原因にもなっている。これに対し、現状では、車体に粘弾性層と拘束層からなる制振材を貼付したり、アクティブあるいはセミアクティブ制御を行なう等をして、車体の弾性振動を低減することが提案されており、現在も研究が進められている。なお、車体に制振材を付加して弾性振動の低減を図る事例は、既に新幹線で実用化されている（鈴木康文らによる『鉄道車両の車体曲げ振動の制振法』、No．９７−１、日本機械学会第７４期通常総会講演会講演論文集（I）、ｐｐ．６９１〜６９２参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しつつ、鉄道車両用車体の上下曲げ振動についてより詳しく説明する。
図４は、鉄道車両用車体の弾性振動の発生状態を説明するための模式図である。
鉄道車両用車体は、前述のように軽量化で剛性が低下すると、図４に示すように屋根１０５と床１０６が互いに逆向きに曲がる振動が起こり易くなる。さらに、屋根１０５と床１０６が別々に振動する等、複雑な振動が生じる場合もある。屋根１０５と床１０６が相対変位振動（異なる変形形状や位相差をもつ振動）したり、車体各部が局所的に振動したりすると、著しい乗り心地低下が引き起こされるため、その対策が望まれている。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであって、車体への比較的簡単な部材追加で上下曲げ振動を抑制することのできる鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に関連する鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、鉄道車両用車体の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体と床構造体とを結ぶ連結部材を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記屋根構造体と前記床構造体との間を結ぶスタンションポールを設けることを特徴とする。
【０００６】
スタンションポールを車体の屋根−床間に設置すると、このスタンションポールによって車体の剛性が向上し、上下曲げ振動（複雑な局所変形）が抑制される。したがって、車両の乗り心地の悪化を低減できる。設置後のスタンションポールは、本来の目的通りに乗客の掴まる柱として使用できる。このような方法は、スタンションポールの既存車両への設置が容易で安価であるという利点もある。
【０００７】
本発明に関連する他の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、鉄道車両用車体の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体と床構造体とを結ぶ連結部材を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記連結部材に振動減衰作用を持つ要素（以下、ダンパ）を設けることを特徴とする。
ダンパにより、振動エネルギを吸収することができる。また、ダンパ特性に応じて、エネルギ減衰率を変化させたり固定させたりすることもできる。ダンパとしては、粘性流体や粘弾性体を用いたもののほか、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等のものを用いることができる。このような方法も、既存車両への設置が容易で安価である。
【０００８】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、 鉄道車両用車体１０の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体１１と床構造体１３とを結ぶポール２５を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記屋根構造体１１と前記床構造体１３間とを車体側板１７を経由して結ぶ、前記側板１７に沿うポール２５を設け、 前記車体の側板１７の変形を抑制することを特徴とする。
この方法においても、前述と同様に車体の上下曲げ振動を抑制でき、車両の乗り心地の悪化を低減できる。
【０００９】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記車体の側構造体の変形を抑制することができる。
この場合、車体の上下曲げ振動を抑制できるとともに、車体の側構造体の変形も抑制できる。
【００１０】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記屋根構造体がクーラー枠であるものとすることができる。
クーラー枠は屋根構造体の強度部材であるため、スタンションポールや車体側壁のポールを、車体の屋根−床間で突っ張った状態でしっかりと支持できる。
【００１１】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記振動減衰作用を持つ要素として粘弾性ダンパを用いることができる。あるいは、前記振動減衰作用を持つ要素として粉体ダンパを用いることができる。
粘弾性ダンパを用いる場合は、通常のオイルダンパを用いるものに比べ、メンテナンスフリー、低コストとなる利点が得られる。なお、このような要素（ダンパ）としては、粘性流体を用いたもの、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等、減衰効果を有する他の様々なものも用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用車体の斜視図である。
図２は、同車体の正面断面図である。
図３は、同車体の連結部材の粘弾性ダンパを示す拡大図である。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
【００１３】
図１に示す鉄道車両の車体１０は、屋根（屋根構造体）１１、床（床構造体）１３、及び、前後左右の側板１５〜１８を備えている。なお、図１及び図２には図示されていないが、床１３の前後下面にはそれぞれ台車が設けられる。さらに、車体１０が中間車両の場合は、前後の側板１５、１６に通路が設けられる。この車体１０自体の構造は、従来より使用されているものと同様である。
【００１４】
図１に示すように、屋根１１のほぼ中央部には、車内冷房用クーラーＣ（図２参照）を取り付けるためのクーラー枠１２が設けられている。
左右の側板１７、１８には、窓Ｗが取り付けられている。図２に示すように、窓Ｗの下側には座席シートＳが設けられている。座席シートＳの両側には、着座区分の羽目板１９が取り付けられている。なお、この羽目板１９の強度部材としての役割については後述する。
【００１５】
本実施の形態の車体１０においては、屋根１１と床１３間に、以下に述べる各連結部材２１、２３、２５、２７が設置されている。
連結部材（スタンションポール）２１は、上端がクーラー枠１２内側の屋根１１に固定されており、下端が床１３に固定されている。このスタンションポール２１は、屋根１１−床１３間で突っ張った状態でしっかりと支持されている。スタンションポール２１は、乗客が掴まり易いよう、円形のパイプ材で形成するのが好ましい。このスタンションポール２１によって、車体１０の剛性が向上し、車体１０の弾性振動が効果的に抑制される。
【００１６】
なお、スタンションポール２１の上端は、クーラー枠１２内のクーラーＣに直接固定し、クーラーＣの自重を支えるようにしてもよい。さらに、オプショナル荷重を支えるだけの場合は、ターンバックル状にして伸縮可能とすれば、不要時には取り外して座席Ｓ下側等に収納することもできる。
【００１７】
連結部材２３は、上端が屋根１１に固定されており、下端が床１３に固定されている。この例では、各連結部材２３は上下に２分割された異径パイプであり、その連結部分に粘弾性ダンパ３１が設けられている。この粘弾性ダンパ３１は、図３に示すように、大径（メス側）の上パイプ２３ａと、小径（オス側）の下パイプ２３ｂとの間に介装された粘弾性層である。粘弾性体を用いることにより、通常のオイルダンパを用いるものに比べ、メンテナンスフリー、低コストとなる利点が得られる。但し、ダンパ３１としては、粘弾性ダンパのほかに、粘性流体を用いたもの、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等、減衰効果を有する他の様々なものを用いることができる。
【００１８】
この連結部材２３は、粘弾性ダンパ３１の作用によって振動エネルギを吸収することができる。また、ダンパ特性に応じてエネルギ減衰率を変化させたり固定させたりすることもできる。
【００１９】
なお、図１に示す例では、連結部材（スタンションポール）２１は車体１０中央部に、連結部材２３は車体１０前後端寄りに設置されているように描かれているが、これら連結部材２１、２３は、実際には車体１０の屋根１１−床１３間の相対変位が大きくなる位置に取り付けるものとする。各連結部材２１、２３は、相対変位が大きくなる位置に応じて、一つの車体１０につき１個でも複数個でも設置できる。これら連結部材２１、２３によって、車体１０の弾性振動を効果的に抑制することができる。あるいは、スタンションポール２１や連結部材２３は、車体１０の床下にモータやエンジンのある箇所に関連付けて設置することもできる。
【００２０】
連結部材（ポール）２５は、屋根１１のクーラー枠１２と床１３間とを側板１７、１８を経由して結ぶように取り付けられている。このポール２５は、窓Ｗの中央部の補強部材としての役割も兼ねる。ポール２５の下端は、車体１０の側構造体のすそ部にまで延びている。このポール２５によって、側板１７、１８の変形が抑制され、車体１０の剛性が向上して車体１０の上下曲げ振動が抑制される。
なお、ポール２５の下端は、車体１０に備わっている側構造体の変形抑制用のパイプ材や骨材に結合してもよい。
【００２１】
前述の羽目板１９の背側端縁は、ポール２５に接合されている。羽目板１９の下端部は、ポール２５の下端部（あるいは側構造体の変形抑制用のパイプ材や骨材）に結合されている。このような羽目板１９によっても、車体１０の剛性が向上するとともに、側板１７、１８の変形が抑制される。なお、座席がロングシートではなくボックスシートの場合は、座席背もたれ板に羽目板１９と同様の役割をさせることができる。
【００２２】
連結部材２７は、羽目板１９外周の着座区分用パイプの上端が延長され、屋根１１のクーラー枠１２に固定されたものである。連結部材２７の下端は、前述のポール２５に接合されている。この連結部材２７によっても車体１０の剛性が向上し、車体１０の上下曲げ振動が抑制される。なお、設置後の連結部材２７は、スタンションポール２１と同様に、乗客の掴まる柱として使用することができる。
【００２３】
これらの連結部材２１、２３、２５、２７は、車体１０を大幅に改造することなく、既存の車体に比較的容易に追設できる。そして、これらの連結部材２１、２３、２５、２７で車体１０の上下曲げ振動が抑制されるので、乗り心地の悪化を低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車体の剛性を向上して上下曲げ振動を抑制し、乗り心地の悪化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用車体の斜視図である。
【図２】同車体の正面断面図である。
【図３】同車体の連結部材の粘弾性ダンパを示す拡大図である。
【図４】鉄道車両用車体の弾性振動の発生状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０ 車体
１１ 屋根（屋根構造体） １２ クーラー枠
１３ 床（床構造体） １５〜１８ 側板
１９ 羽目板 ２１、２３、２５、２７ 連結部材
２３ａ 上パイプ ２３ｂ 下パイプ
３１ 粘弾性ダンパ Ｃ クーラー
Ｗ 窓 Ｓ 座席
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用車体の上下曲げ振動を抑制する方法に関する。特には、車体への比較的簡単な部材追加で上下曲げ振動を抑制することのできる方法に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、鉄道車両の軽量化が進んでおり、これに伴って鉄道車両用車体の剛性が低下する傾向がある。車体の剛性が低下すると、車体の弾性振動（上下曲げ振動）の発生が顕著となる。このような弾性振動は、乗客数の増減によって発生具合が変化するが、人間が最も敏感な周波数帯域において発生する場合も多く、乗り心地悪化の原因にもなっている。これに対し、現状では、車体に粘弾性層と拘束層からなる制振材を貼付したり、アクティブあるいはセミアクティブ制御を行なう等をして、車体の弾性振動を低減することが提案されており、現在も研究が進められている。なお、車体に制振材を付加して弾性振動の低減を図る事例は、既に新幹線で実用化されている（鈴木康文らによる『鉄道車両の車体曲げ振動の制振法』、No．９７−１、日本機械学会第７４期通常総会講演会講演論文集（I）、ｐｐ．６９１〜６９２参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しつつ、鉄道車両用車体の上下曲げ振動についてより詳しく説明する。
図４は、鉄道車両用車体の弾性振動の発生状態を説明するための模式図である。
鉄道車両用車体は、前述のように軽量化で剛性が低下すると、図４に示すように屋根１０５と床１０６が互いに逆向きに曲がる振動が起こり易くなる。さらに、屋根１０５と床１０６が別々に振動する等、複雑な振動が生じる場合もある。屋根１０５と床１０６が相対変位振動（異なる変形形状や位相差をもつ振動）したり、車体各部が局所的に振動したりすると、著しい乗り心地低下が引き起こされるため、その対策が望まれている。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであって、車体への比較的簡単な部材追加で上下曲げ振動を抑制することのできる鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明に関連する鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、鉄道車両用車体の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体と床構造体とを結ぶ連結部材を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記屋根構造体と前記床構造体との間を結ぶスタンションポールを設けることを特徴とする。
【０００６】
スタンションポールを車体の屋根−床間に設置すると、このスタンションポールによって車体の剛性が向上し、上下曲げ振動（複雑な局所変形）が抑制される。したがって、車両の乗り心地の悪化を低減できる。設置後のスタンションポールは、本来の目的通りに乗客の掴まる柱として使用できる。このような方法は、スタンションポールの既存車両への設置が容易で安価であるという利点もある。
【０００７】
本発明に関連する他の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、鉄道車両用車体の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体と床構造体とを結ぶ連結部材を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記連結部材に振動減衰作用を持つ要素（以下、ダンパ）を設けることを特徴とする。
ダンパにより、振動エネルギを吸収することができる。また、ダンパ特性に応じて、エネルギ減衰率を変化させたり固定させたりすることもできる。ダンパとしては、粘性流体や粘弾性体を用いたもののほか、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等のものを用いることができる。このような方法も、既存車両への設置が容易で安価である。
【０００８】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法は、 鉄道車両用車体１０の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体１１と床構造体１３とを結ぶポール２５を取り付けることにより抑制する方法であって、 前記屋根構造体１１と前記床構造体１３間とを車体側板１７を経由して結ぶ、前記側板１７に沿うポール２５を設け、 前記車体の側板１７の変形を抑制することを特徴とする。
この方法においても、前述と同様に車体の上下曲げ振動を抑制でき、車両の乗り心地の悪化を低減できる。
【０００９】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記車体の側構造体の変形を抑制することができる。
この場合、車体の上下曲げ振動を抑制できるとともに、車体の側構造体の変形も抑制できる。
【００１０】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記屋根構造体がクーラー枠であるものとすることができる。
クーラー枠は屋根構造体の強度部材であるため、スタンションポールや車体側壁のポールを、車体の屋根−床間で突っ張った状態でしっかりと支持できる。
【００１１】
本発明の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法においては、前記振動減衰作用を持つ要素として粘弾性ダンパを用いることができる。あるいは、前記振動減衰作用を持つ要素として粉体ダンパを用いることができる。
粘弾性ダンパを用いる場合は、通常のオイルダンパを用いるものに比べ、メンテナンスフリー、低コストとなる利点が得られる。なお、このような要素（ダンパ）としては、粘性流体を用いたもの、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等、減衰効果を有する他の様々なものも用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用車体の斜視図である。
図２は、同車体の正面断面図である。
図３は、同車体の連結部材の粘弾性ダンパを示す拡大図である。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、レールの長手方向（車両の進行方向）を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
【００１３】
図１に示す鉄道車両の車体１０は、屋根（屋根構造体）１１、床（床構造体）１３、及び、前後左右の側板１５〜１８を備えている。なお、図１及び図２には図示されていないが、床１３の前後下面にはそれぞれ台車が設けられる。さらに、車体１０が中間車両の場合は、前後の側板１５、１６に通路が設けられる。この車体１０自体の構造は、従来より使用されているものと同様である。
【００１４】
図１に示すように、屋根１１のほぼ中央部には、車内冷房用クーラーＣ（図２参照）を取り付けるためのクーラー枠１２が設けられている。
左右の側板１７、１８には、窓Ｗが取り付けられている。図２に示すように、窓Ｗの下側には座席シートＳが設けられている。座席シートＳの両側には、着座区分の羽目板１９が取り付けられている。なお、この羽目板１９の強度部材としての役割については後述する。
【００１５】
本実施の形態の車体１０においては、屋根１１と床１３間に、以下に述べる各連結部材２１、２３、２５、２７が設置されている。
連結部材（スタンションポール）２１は、上端がクーラー枠１２内側の屋根１１に固定されており、下端が床１３に固定されている。このスタンションポール２１は、屋根１１−床１３間で突っ張った状態でしっかりと支持されている。スタンションポール２１は、乗客が掴まり易いよう、円形のパイプ材で形成するのが好ましい。このスタンションポール２１によって、車体１０の剛性が向上し、車体１０の弾性振動が効果的に抑制される。
【００１６】
なお、スタンションポール２１の上端は、クーラー枠１２内のクーラーＣに直接固定し、クーラーＣの自重を支えるようにしてもよい。さらに、オプショナル荷重を支えるだけの場合は、ターンバックル状にして伸縮可能とすれば、不要時には取り外して座席Ｓ下側等に収納することもできる。
【００１７】
連結部材２３は、上端が屋根１１に固定されており、下端が床１３に固定されている。この例では、各連結部材２３は上下に２分割された異径パイプであり、その連結部分に粘弾性ダンパ３１が設けられている。この粘弾性ダンパ３１は、図３に示すように、大径（メス側）の上パイプ２３ａと、小径（オス側）の下パイプ２３ｂとの間に介装された粘弾性層である。粘弾性体を用いることにより、通常のオイルダンパを用いるものに比べ、メンテナンスフリー、低コストとなる利点が得られる。但し、ダンパ３１としては、粘弾性ダンパのほかに、粘性流体を用いたもの、摩擦式や電磁粉体クラッチ式等、減衰効果を有する他の様々なものを用いることができる。
【００１８】
この連結部材２３は、粘弾性ダンパ３１の作用によって振動エネルギを吸収することができる。また、ダンパ特性に応じてエネルギ減衰率を変化させたり固定させたりすることもできる。
【００１９】
なお、図１に示す例では、連結部材（スタンションポール）２１は車体１０中央部に、連結部材２３は車体１０前後端寄りに設置されているように描かれているが、これら連結部材２１、２３は、実際には車体１０の屋根１１−床１３間の相対変位が大きくなる位置に取り付けるものとする。各連結部材２１、２３は、相対変位が大きくなる位置に応じて、一つの車体１０につき１個でも複数個でも設置できる。これら連結部材２１、２３によって、車体１０の弾性振動を効果的に抑制することができる。あるいは、スタンションポール２１や連結部材２３は、車体１０の床下にモータやエンジンのある箇所に関連付けて設置することもできる。
【００２０】
連結部材（ポール）２５は、屋根１１のクーラー枠１２と床１３間とを側板１７、１８を経由して結ぶように取り付けられている。このポール２５は、窓Ｗの中央部の補強部材としての役割も兼ねる。ポール２５の下端は、車体１０の側構造体のすそ部にまで延びている。このポール２５によって、側板１７、１８の変形が抑制され、車体１０の剛性が向上して車体１０の上下曲げ振動が抑制される。
なお、ポール２５の下端は、車体１０に備わっている側構造体の変形抑制用のパイプ材や骨材に結合してもよい。
【００２１】
前述の羽目板１９の背側端縁は、ポール２５に接合されている。羽目板１９の下端部は、ポール２５の下端部（あるいは側構造体の変形抑制用のパイプ材や骨材）に結合されている。このような羽目板１９によっても、車体１０の剛性が向上するとともに、側板１７、１８の変形が抑制される。なお、座席がロングシートではなくボックスシートの場合は、座席背もたれ板に羽目板１９と同様の役割をさせることができる。
【００２２】
連結部材２７は、羽目板１９外周の着座区分用パイプの上端が延長され、屋根１１のクーラー枠１２に固定されたものである。連結部材２７の下端は、前述のポール２５に接合されている。この連結部材２７によっても車体１０の剛性が向上し、車体１０の上下曲げ振動が抑制される。なお、設置後の連結部材２７は、スタンションポール２１と同様に、乗客の掴まる柱として使用することができる。
【００２３】
これらの連結部材２１、２３、２５、２７は、車体１０を大幅に改造することなく、既存の車体に比較的容易に追設できる。そして、これらの連結部材２１、２３、２５、２７で車体１０の上下曲げ振動が抑制されるので、乗り心地の悪化を低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車体の剛性を向上して上下曲げ振動を抑制し、乗り心地の悪化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用車体の斜視図である。
【図２】同車体の正面断面図である。
【図３】同車体の連結部材の粘弾性ダンパを示す拡大図である。
【図４】鉄道車両用車体の弾性振動の発生状態を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０ 車体
１１ 屋根（屋根構造体） １２ クーラー枠
１３ 床（床構造体） １５〜１８ 側板
１９ 羽目板 ２１、２３、２５、２７ 連結部材
２３ａ 上パイプ ２３ｂ 下パイプ
３１ 粘弾性ダンパ Ｃ クーラー
Ｗ 窓 Ｓ 座席
Claims (2)
- 鉄道車両用車体１０の剛性低下に伴う車体上下曲げ振動を、該車体の屋根構造体１１と床構造体１３とを結ぶポール２５を取り付けることにより抑制する方法であって、
前記屋根構造体１１と前記床構造体１３間とを車体側板１７を経由して結ぶ、前記側板１７に沿うポール２５を設け、
前記車体の側板１７の変形を抑制することを特徴とする鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法。 - 前記屋根構造体がクーラー枠であることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法。
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| JP2002176626A JP4188008B2 (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | 鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法 |
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| JP2004017842A JP2004017842A (ja) | 2004-01-22 |
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| JP2002176626A Expired - Fee Related JP4188008B2 (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | 鉄道車両用車体の曲げ振動抑制方法 |
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