JP4204365B2 - 支柱の制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は鉄道車両における客室の床と天井とを結ぶ支柱の振動を抑制するための制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
鉄道車両にはブレーキ，空気ばね用等にコンプレッサが客室の床下に取り付けられている。
このコンプレッサは防振ゴムにて弾性支持されているが、この防振ゴムだけでは振動絶縁が十分でなく、コンプレッサで発生した振動が客室へ伝わってしまう。
【０００３】
特に近年、技術革新により客室の軽量化が進んでおり、コンプレッサから客室の床に伝わった振動が、床と天井とを結ぶ支柱に伝わってこれを振動させ、更にその振動が天井にも伝わり、ひいては客室の骨格を成す枠全体を振動させてしまい、客室内に騒音を発生させたり客室の乗り心地を悪化させるといった問題を生ずる。
【０００４】
その対策として、上記コンプレッサにダイナミックダンパを取り付けてこれを制振するといったことが考えられるが、この場合制振効果を出すためにはダイナミックダンパにおけるマス重量が重くなり過ぎるといった問題があり、現実的な対策とはなり難い。
【０００５】
従来、鉄道車両における制振装置としては、容器内部に粒状体を収納した制振装置を牽引リンクに取り付けたもの（下記特許文献１，特許文献２）、同様の制振装置を台車枠に取り付けたもの（下記特許文献３）、車軸の中空部に多数の粒状体を封入し、或いは容器内部に多数の粒状体を封入したものを車輪に取り付けて、それぞれ車軸，車輪を制振するようにしたもの（下記特許文献４）等が提示されているが、客室の床と天井とを結ぶ支柱に着目しその支柱の振動を抑制して車両における客室の振動ないし騒音を低減するものについては未だ提供されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１５８３４９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１９８４８号公報
【特許文献３】
特開２００１−１９９３３４号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３３００３号公報
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような事情を背景としてなされたもので、軽量で効果高く支柱の振動を抑制することのできる支柱の制振装置を提供することを目的とする。
而して請求項１の支柱の制振装置は、鉄道車両における客室の床と天井とを結ぶ支柱の制振装置であって、前記支柱と一体変位する剛性の当り部と、該当り部に対して振動方向に遊動状態に設けられ、振動時に該当り部に衝突するマス部材と、該当り部とマス部材との間に形成され、該マス部材を該振動方向に遊動させるための隙間と、それら当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成された弾性体とを有しており、前記当り部は内側に遊動室を有する剛性のハウジングにて構成されていて、該ハウジング内の該遊動室内に前記マス部材が遊動状態に収容されており、該ハウジングは前記支柱と別体に構成されていて該ハウジングがパイプ状を成す前記支柱の内面に固定されているとともに、前記制振装置は固定部材としてのスリーブを有していて、該スリーブの内部に保持された前記ハウジング及び前記マス部材が該スリーブを介して前記支柱の内面に固定されており、且つ前記スリーブには縦のスリットが設けられていて、該スリットにより軸直角方向の変形能が付与されているとともに、該スリーブと前記ハウジングとの各接触面にカム面が設けられていて、該スリーブ内への該ハウジングの押込時に該カム面の作用で該スリーブが拡開され、該拡開力により該スリーブが前記支柱の内面に固定されていることを特徴とする。
【０００８】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、支柱と一体変位する剛性の当り部と、その当り部に対し振動方向に遊動状態に設けられたマス部材と、それらの間に形成された隙間と、更にマス部材と当り部との間に介在する弾性体とを有する制振装置を支柱に装着し、以って支柱の振動を抑制するようになしたものである。
【０００９】
この制振装置は次のように働く。
即ちこの制振装置の場合、支柱が振動を始めるとこれと一体である当り部が変位し、振動部と同期して振動を始める。
一方マス部材は当り部に対して振動方向に遊動状態にあるため、即ち当り部に対し同方向に独立して自由に移動するため、当り部の振動時にその当り部に衝突し、当り部の振動即ち支柱の振動を打ち消すように作用する。
【００１０】
このとき当り部に衝突したマス部材にはその当り部から逆向きに運動エネルギーが与えられ（従って当り部の振動エネルギーの一部がマス部材の運動エネルギーとして吸収される）、マス部材は逆方向に運動を行う。
そして最初の当り面とは逆位置にある当り面に再び衝突してそこで再び当り部、即ち支柱の振動を打ち消すように作用する。
【００１１】
マス部材は以後も同様の運動を、当り部とは逆位相ないし異なった位相で繰り返し行い、衝突の度に当り部の振動エネルギーを吸収するとともに、これを自身の運動エネルギーに変換して振動する当り部に衝突を続ける。これにより支柱の振動エネルギーは吸収され、振動が減衰し効果高く制振される。
【００１２】
尚、当り部とマス部材との何れもが剛体から成っていると、衝突時に大きな異音（衝突音）が発生してしまう。
しかるに本発明における制振装置では、当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面にゴム，樹脂等の弾性体が形成してあるため、衝突時に大きな異音が発生する問題がないとともに、衝突時における滑り摩擦，弾性体の粘性挙動により振動エネルギーが熱に変換・吸収され、即ち弾性体による制振作用が働いて振動部の振動減衰が助長される。
【００１３】
尚、前述のようにコンプレッサにダイナミックダンパを取り付ける代りに支柱にダイナミックダンパを装着して支柱の振動を抑制するといったことも考えられる。
このダイナミックダンパは、振動部に対しダンパマスをばねを介して付加するもので、それらダンパマスとばねとから成る付加振動系の固有振動数を、主振動系の固有振動数（振動部の固有振動数）に対しチューニングすることで、振動部の共振倍率を低くし制振することができる。
【００１４】
しかしながらダイナミックダンパによる制振では、単一の共振周波数の振動に対して効果を発揮するに過ぎず、他の周波数の共振を有効に防止することができない。即ち複数の周波数の共振に対しては有効でない。
しかもダイナミックダンパの場合には共振点の前後に新たに別の共振を生じる問題がある。
加えてばねとしてゴム弾性体を用いたときに、ゴム弾性体のばね定数が温度によって変化するために制振特性の温度依存性が高く、高温時や低温時に制振効率が減少してしまう。
【００１５】
更にまたダイナミックダンパではダンパマスとして大きな質量が必要であって（振動部材の１０％程度の質量が必要）、装置全体の重量が重くなるとともに、必要な設置スペースも大きく、更にまた制振可能な方向も定まっていて、多方向の振動に対して有効に働かないといった種々の問題が内在している。
【００１６】
しかるに本発明における制振装置では、マス部材を独立移動可能に設けておいて、これを制振すべき支柱の振動部とは逆位相ないし異なった位相で運動させて当り部に衝突させ、振動エネルギーを吸収減衰するものであるため周波数依存性が特になく、広い周波数範囲に亘って振動を抑制することができ、また衝突方向を多方向に取ることが容易且つ簡単であって、多方向の振動を抑制することができ、しかも温度に対する依存性も小さく、高温から低温までの幅広い温度範囲で良好な制振効果を発揮する。
またマス部材の必要な質量も軽量で足り（振動部材の５％程度の質量で足りる）、装置全体の所要スペースも小さくコンパクトにでき、尚且つ振動部に対し簡単に装着できるなど種々の特長を有している。
【００１７】
因みに図１は本発明における制振装置の一形態例をダイナミックダンパと比較して模式的に表したもので、図中１はその制振装置を、２はダイナミックダンパを表している。
尚、３は制振装置１におけるマス部材、４はマス部材３の外周面即ち当り面に形成した弾性体を、５は当り部を成すハウジングを示しており、また６はダイナミックダンパ２におけるダンパマス、７はばね（ゴム）を、更に８は振動部材を示している。
【００１８】
図１（イ）のダイナミックダンパ２を装着した場合、特定の周波数領域において共振を抑制できるものの、共振点の前後に別の新たな共振を生じるが、図１（ウ）の制振装置１の場合高周波数から低周波数に亘る広い周波数域にかけて制振でき、共振点の前後に別の新たな共振を生ぜしめるといった現象も生じない。
【００１９】
以上から明らかなように本発明に従う制振装置を支柱に取り付けることで、支柱の振動を良好に抑制でき、ひいてはその支柱を介して客室の枠に伝わる振動を効果的に抑制できる。これにより乗客が体感し得る振動レベルを低減し、また乗り心地を良好となすことができる。
【００２０】
本発明において、剛性の当り部は鉄，アルミニウム合金等の金属や硬質の樹脂その他の硬質材にて構成することができる。
またマス部材はそれ自体、ゴム，樹脂等の弾性体にて構成することができる。但しこの場合、その内部に金属粉等を混入させて成る高比重ゴム，高比重樹脂等として構成しておくことが望ましい。
尚、マス部材をゴム，樹脂等の弾性体で構成する場合には、マス部材自体によって、剛性の当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成されるゴム，樹脂等の弾性体を構成することが可能である。
またこのマス部材は、ゴム，樹脂等の弾性体の発泡体として構成することもできる。
【００２１】
但しより効果的な制振をなす上でマス部材は鉄，アルミニウム合金，鉛等の金属でこれを構成しておくことが望ましい。
その場合には、剛性の当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面にゴム，樹脂等の弾性体が形成される。
【００２２】
本発明において、上記隙間はマス部材を当り部に対し最も効果的に衝突させる上で重要な意味があり、この意味において隙間は０．０５〜２．０ｍｍの範囲で形成するのが望ましく、より望ましくは０．２〜１．０ｍｍの範囲である。
【００２３】
本発明においては、上記弾性体としてゴム，樹脂を用いることができる。
ここでゴムとしては例えばＮＲ，ＳＢＲ，ＢＲ等のジエン系ゴム，ＥＰＤＭ系ゴム，ウレタン系ゴム，シリコン系ゴム等各種のゴムを用いることができる。
また樹脂としては例えばポリプロピレンやポリアミド等の熱可塑性樹脂，ポリオレフィンやウレタン，ポリエステル系の熱可塑性エラストマその他のものを用いることができる。
【００２４】
ここで弾性体はマス部材又は当り部の当り面に加硫接着等によって接着固定しておいても良いし或いはまた非接着状態で当り面に形成しておくこともできる。
【００２５】
本発明においては、上記の制振装置を支柱の振動の腹となる上下中間位置に取り付けておくことが望ましい。
またその制振装置は支柱に内蔵しておく。
このようにすることで、制振装置が支柱の外面に突き出した状態とならず、乗客が支柱を握るときにその制振装置が邪魔になることがなく、また支柱の外観を従来と同様のすっきりとした外観に維持することができる。
【００２６】
本発明においては、制振装置に剛性のハウジングを具備させて当り部を構成させ、そのハウジング内の遊動室内にマス部材を遊動状態に収容しておくとともに、ハウジングを支柱と別体に構成してマス部材とともに支柱に内蔵し、そのハウジングにおいて支柱に固定する。
このようにすることで容易に制振装置を支柱に内蔵状態で固定することができる。
【００２７】
更にこの場合において、制振装置に固定部材としてのスリーブを具備させ、そのスリーブの内部に保持したハウジング及びマス部材を、そのスリーブを介し支柱の内面に固定する。
このようにスリーブを介在させることによって、支柱への制振装置の固定を更に容易化することができる。
【００２８】
更にこの場合においてスリーブに縦のスリットを設けて、スリーブに軸直角方向の変形能を付与し、またスリーブの内面とハウジング外面との接触面にカム面を設けて、スリーブ内へのハウジングの押込みによりカム面の作用でスリーブを拡開させ、その拡開力によりスリーブを支柱の内面に固定する。
このようになした場合、単にハウジングをスリーブ内部に押し込むだけで簡単にこれをスリーブを介し支柱の内面に取付固定することができる。
【００２９】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図２において、１０は鉄道車両における客室で１２はその床であり、この床１２の下側にコンプレッサ１４が防振ゴムを介し吊持された状態で取り付けられている。
【００３０】
１６は客室１０の天井で、１８は床１２と天井１６とを結ぶ支柱である。
支柱１８は図２（Ｂ）に示しているように全体が中空のパイプから成っており、その下端部と上端部とが取付部材２０，２２にて床１２と天井１６とに固定されている。
この支柱１８は上部１８Ａと下部１８Ｂとに分かれていて、それらが長さ調節された状態で互いに嵌合状態に連結されている。
【００３１】
図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示しているように、支柱１８の上下中央部、詳しくは支柱１８の振動の腹となる上下中央部に、本例の制振装置２６が内蔵状態で取付固定されている。
この制振装置２６は、取付固定用の金属製のスリーブ２８と、上下一対の本体３０，３０とを有している。
【００３２】
本体３０はそれぞれ剛性のハウジング３２を有している。これらハウジング３２は、円筒形状の周壁部３２Ａと、周壁部３２Ａと一体に形成された底部３２Ｂと、周壁部３２Ａの開放側の端部を閉鎖するキャップ３２Ｃとから成っており、内部に遊動室３４がそれぞれ形成されている。
そしてその遊動室３４内に球から成るマス部材３６が、その外周面をゴム等の弾性体３８で被覆された状態で、ハウジング３２との間に所定の隙間を形成する状態で遊動可能に収容されている。
【００３３】
ここで隙間Ｓは、マス部材３６が遊動室３４内において丁度左右中央位置に位置したときのマス部材３６（厳密には弾性体３８。以下同じ）と周壁部３２Ａとの間の片側の隙間を表しており、また隙間２Ｓは、マス部材３６が底部３２Ｂ或いはキャップ３２Ｃに接してこれにより支持された状態の下での、それらマス部材３６とキャップ３２Ｃ又は底部３２Ｂとの間の隙間を表している。
【００３４】
図３及び図４に示しているように、スリーブ２８にはそれぞれ上端と下端とから中間部に向って軸方向に延びる複数のスリット４０が形成されており、それらスリット４０によってスリーブ２８に、詳しくは上部と下部とに軸直角方向の変形能が付与されている。
このスリーブ２８にはまた、上端部近傍と下端部近傍の各内面に雌テーパ面（カム面）４２が形成されている。
一方各本体３０におけるハウジング３２には、各周壁部３２Ａにおける対応位置に雄テーパ面（カム面）４４が形成されている。
【００３５】
本例の制振装置２６は次のようにして支柱１８の内部に取付固定される。
即ち、スリーブ２８内部に一対の本体３０，３０を挿入しておき、そしてスリーブ２８をそれら本体３０，３０とともに支柱１８の上下中央部まで挿入する。
そしてそこにおいて上下一対の本体３０，３０に対し、上下両方から押込力を加えると、ここにおいて各本体３０におけるハウジング３２の雄テーパ面４４とスリーブ２８の雌テーパ面４２とのカム作用で、スリーブ２８の上下両端部が押し広げられ(拡開させられ)、その拡開力でスリーブ２８が支柱１８の内面に強い摩擦力で固定される。
【００３６】
本例の制振装置２６の場合、支柱１８が振動を始めるとこれと一体であるハウジング３２が変位し、支柱１８と同期して振動を始めるが、一方のマス部材３６はハウジング３２に対して振動方向に遊動状態にあって独立して自由に移動するため、ハウジング３２の振動時にマス部材３６がハウジング３２に対し振動方向に衝突し、ハウジング３２の振動即ち支柱１８の振動を打ち消すように作用する。
【００３７】
このときマス部材３６にはハウジング３２から逆向きに運動エネルギーが与えられ、マス部材３６は逆方向に運動を行う。そして最初の当り面とは逆位置にある当り面に再び衝突して支柱１８の振動を打ち消すように作用する。
【００３８】
マス部材３６は以後も同様の運動を、ハウジング３２とは逆位相ないし異なった位相で繰り返し行い、衝突の度にハウジング３２、即ち支柱１８の振動エネルギーを吸収するとともに、これを自身の運動エネルギーに変換する。これによりまたその際の滑り摩擦により支柱１８の振動エネルギーは吸収され、振動が減衰し効果高く制振される。
【００３９】
因みに図５は制振装置を支柱１８に取り付けた場合の制振効果を、制振装置を取り付けない場合との比較において示したものである。
但し図５の結果は、支柱１８を単独で横向きに寝かせて軸方向中央部に、図６（Ａ）に示す本発明例Ａの制振装置４５又は（Ｂ）に示す本発明例Ｂの制振装置４６を取り付け、その状態で支柱１８をハンマで加振して、そのときの軸直角方向の振動を測定して伝達関数を求めたものである。
【００４０】
ここでＡのものは、一対の制振装置４５をブロック状の取付部材４７で支柱１８に取り付けたもので、またＢのものは同じく一対の制振装置４６をブロック状の取付部材４８で支柱１８に取り付けたものである。
上記Ａにおいて、一対の制振装置４５はそれぞれが互いに並んで設けられた円柱形状の剛性の一対のハウジング５０，５０を有していて、それぞれの内側に遊動室５１，５１が形成され、そこに円柱状をなす一対のマス部材５２，５２のそれぞれが、外周面を弾性体５３で被覆された状態で所定の隙間をもって遊動状態に収容されたものである。
【００４１】
ここで各ハウジング５０，５０のそれぞれからはアーム５４が一体に延び出していて、それらアーム５４，５４の先端部において、上記ブロック状の取付部材４７により支柱１８に取付固定されている。
【００４２】
一方Ｂにおいて一対の制振装置４６のそれぞれは、ドーム状の剛性のハウジング５６を有しており、その内側に形成された遊動室５７内部に、球から成るマス部材５８がその外周面を弾性体５９で被覆された状態で所定の隙間をもって遊動状態に収容されている。
【００４３】
図５の測定結果は、以上のようにしてＡの制振装置４５又はＢの制振装置４６をそれぞれ支柱１８に一対ずつ取り付け、その状態で支柱１８をハンマで加振して取付部材４７，４８に設けた加速度センサ５５により軸直角方向の振動加速度を測定した結果を示したものである。
【００４４】
尚、ここで制振装置４５のマス部材５２は金属（鉄）とし、その重量は４５ｇ、弾性体５３の厚みは０．５〜１ｍｍとし、隙間Ｓを０．１〜０．２ｍｍとした。また制振装置４６のマス部材５８も同じく金属（鉄）とし、重量２２ｇ、弾性体５９の厚み０．５〜１ｍｍ、隙間Ｓを０．１〜０．２ｍｍとした。
【００４５】
図５に示しているように、制振装置４５，４６を支柱１８の上下中央部（軸方向中央）に取り付けることで支柱１８の振動、特に３０Ｈｚ前後の振動を効果的に抑制できることが分る。
【００４６】
また本例の制振装置２６は、ダイナミックダンパと異なって周波数依存性が特になく、広い周波数範囲に亘って振動を抑制することができ、また温度に対する依存性も小さく、高温から低温までの幅広い温度範囲で良好な制振効果を発揮する。
またマス部材３６の必要な質量も軽量で足りるため、装置全体の所要スペースが小さくコンパクトであり、従って支柱１８への内蔵も容易に行えるなど種々の特長を有する。
【００４７】
本例に従って制振装置２６を支柱１８に取り付けた場合、支柱１８を介して客室１０の枠に伝わる振動を効果的に抑制でき、乗客が体感し得る振動レベルを低減し、また乗り心地を良好となすことができる。
【００４８】
また本例の制振装置２６は支柱１８内に内蔵してあるため、制振装置２６が支柱１８の外面に突き出した状態とならず、乗客が支柱１８を握るときに制振装置２６が邪魔になることがなく、また支柱１８の外観を従来と同様のすっきりとした外観に維持することができる。
【００４９】
更に本例の制振装置２６はスリーブ２８を具備していて、そのスリーブ２８の内部に保持したハウジング３２及びマス部材３６をそのスリーブ２８を介し支柱１８の内面に固定してあるため、支柱１８への制振装置２６の固定を容易に行うことができる。
【００５０】
加えて本例ではスリーブ２８にスリット４０を設けてスリーブ２８に軸直角方向の変形能を付与するとともに、スリーブ４０とハウジング３２との接触面にカム面としての雌テーパ面４２，雄テーパ面４４をそれぞれ設けて、単にハウジング３２をスリーブ２８内部に押し込むだけでスリーブ２８を強く拡開でき、その拡開力を利用してこれを容易に支柱１８の内面に取付固定することができる。
【００５１】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、例えば本発明の制振装置を支柱１８に対して外付けしたり、また上記スリーブを樹脂製としても良いし、断面形状をＣリング状その他の形状とすることも可能である。
また本発明は、上例以外の他の様々な形態で制振装置を構成し、或いはまた他の様々な形態ないし構造で制振装置を支柱内部に取付固定することが可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における制振装置の一形態例をダイナミックダンパと比較して模式的に示す図である。
【図２】 本発明の一実施例の制振装置を支柱への取付状態で示す図である。
【図３】 同実施例の制振装置を各部材に分解して示す断面図である。
【図４】 同実施例の制振装置を各部材に分解して示す斜視図である。
【図５】 本発明の制振装置の効果を説明するための説明図である。
【図６】 図５に示す効果を確認するために用いた制振装置を支柱への取付状態で示す図である。
【符号の説明】
１０ 客室
１２ 床
１６ 天井
１８ 支柱
２６，４５，４６ 制振装置
２８ スリーブ
３２，５０，５６ ハウジング（当り部）
３４，５１，５７ 遊動室
３６，５２，５８ マス部材
３８，５３，５９ 弾性体
４０ スリット
４２ 雌テーパ面（カム面）
４４ 雄テーパ面（カム面）
Ｓ，２Ｓ 隙間

Claims (1)

1. 鉄道車両における客室の床と天井とを結ぶ支柱の制振装置であって、
   前記支柱と一体変位する剛性の当り部と、該当り部に対して振動方向に遊動状態に設けられ、振動時に該当り部に衝突するマス部材と、該当り部とマス部材との間に形成され、該マス部材を該振動方向に遊動させるための隙間と、それら当り部とマス部材との少なくとも一方の当り面に形成された弾性体とを有しており、
   前記当り部は内側に遊動室を有する剛性のハウジングにて構成されていて、該ハウジング内の該遊動室内に前記マス部材が遊動状態に収容されており、
   該ハウジングは前記支柱と別体に構成されていて該ハウジングがパイプ状を成す前記支柱の内面に固定されているとともに、
   前記制振装置は固定部材としてのスリーブを有していて、該スリーブの内部に保持された前記ハウジング及び前記マス部材が該スリーブを介して前記支柱の内面に固定されており、
   且つ前記スリーブには縦のスリットが設けられていて、該スリットにより軸直角方向の変形能が付与されているとともに、該スリーブと前記ハウジングとの各接触面にカム面が設けられていて、該スリーブ内への該ハウジングの押込時に該カム面の作用で該スリーブが拡開され、該拡開力により該スリーブが前記支柱の内面に固定されていることを特徴とする支柱の制振装置。

Images