JP4235120B2 - 鉄道車両の台車部スカート - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の台車部を車体側面側から覆う台車部スカートに関し、より詳細には、車輪がレール上を転がる転動音や台車に搭載された駆動モータなどからの駆動音が騒音となるのを防止し、なおかつ台車のメンテナンス性を阻害すことがないようにした鉄道車両の台車部スカートに関する。

鉄道車両は、内部に客室を形成する箱形の車体が前後位置で台車によって支持され、その台車には敷設されたレール上を転動する車輪の他、その車輪を回転自在に支持する軸受、車輪を回転駆動させる駆動モータ、駆動モータの回転を制御する制御器等の機器が搭載されている。こうした鉄道車両が走行する場合、車輪とレールとの接触音や、台車に搭載されている機器（軸受、駆動モータ、制御器等）から発せられる音、その他にも台車付近の空力音（風切音）等が発生する。そのため、従来からこうした音を除去又は軽減する方策が採られている。

従来の騒音防止対策としては、例えば、特開平５−１３９２９８号公報や特開２００３−７２５４２号公報に開示されているように、車体側面の下部において台車部分を含む全体にわたって上下寸法が同じ一定幅のスカートが設けられている。そうした帯状のスカートは車体下部に位置する台車部分を隠すように覆い、前述したような台車部分から発生する音の外部への拡散を防止している。また、そのスカートは、台車部分を覆っていることから空気抵抗を減らし、加えて風切音も低減させる効果を有している。
特開平５−１３９２９８号公報（第３−４頁、図３） 特開２００３−７２５４２号公報（第３−４頁、図１、図２）

しかしながら、前記特許文献１，２に開示された帯状のスカートは、裾の長さ、つまり上下方向の寸法が台車部分においても他の部分と同じく一定であって長いため、台車部分を覆う面積が大きい点で遮音性の効果はあるものの、逆に台車などを取り扱う場合にはスカートが作業部分を覆ってしまってメンテナンス性を阻害する欠点になっていた。一方で、スカートの従来例としては前記特許文献１，２のような帯状のスカートだけでなく、台車部分で大きく切り欠かれたものもある。しかし、こうしたスカートによればメンテナンス性は良くなるものの、音の発生原因となっている台車部分の遮音性を著しく低下させてしまうことになる。

そこで本発明は、かかる課題を解決すべく、メンテナンス性を阻害することなく遮音性にも優れた鉄道車両の台車部スカートを提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両の台車部スカートは、鉄道車両の車体側面下部に設けられたスカートのうち台車部分に位置する台車部スカートであって、当該スカートの下端が車軸中心よりも高い位置になるようにした切上げ部分を有し、その切上げ部分は、車体前後方向の断面形状が「く」の字形をなすように下方部分が外側に広がっている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の台車部スカートは、前記切上げ部分が、台車前後方向に車輪の車軸中心間を超える範囲で形成されているものであることを特徴とする。
更に、本発明に係る鉄道車両の台車部スカートは、前記切上げ部分の前後には、空気抵抗が小さくなるように膨らみが集束するように滑らかな曲線部が形成されているものであることを特徴とする。

よって、本発明に係る鉄道車両の台車部スカートでは、車輪とレールとの接点から発生した転動音のうち直接音は、当該台車部スカートに一部がぶつかり、そこを通り過ぎたものも遮音壁にぶつかって吸収される。また、その転動音のうち台車部スカートにぶつかって生じた回折音は、遮音壁にぶつからずに抜けるものでも高い角度でその遮音壁を超えて放射されることになる。

本発明は、スカートの下端を車軸中心よりも高くなるようにした切上げ部分が、車体前後方向の断面形状が略「く」の字形をなすように下方部分が外側に広がっているので、メンテナンス性を損なわない下端の高さでより直接音の放射範囲を低くすることができ、逆に遮音壁にぶつからずに抜ける回折音の放射範囲をより角度のあるものして遮音性を高めることができる。

次に、本発明に係る鉄道車両の台車部スカートについて、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、台車部スカートの一実施形態として新幹線電車用に開発されたものを示した斜視図である。新幹線電車１は、客室を構成する箱形の車体２が台車３上に設けられ、その車体２の下部側面にはスカート５が設けられている。スカート５は、走行時の空気抵抗を減らして走行性能を向上させるために長手方向に連続して形成されているが、本実施形態では台車３が位置する部分に設けられた台車部スカート５１と、それ以外の部分に設けられた帯状のスカート５２とによって構成されている。

このうち台車部スカート５１は、主に台車３部分から発生する音の拡散防止を目的として構成されている。すなわち台車部スカート５１が遮断する音は、前述したようにレール９上を転動する車輪６の転動音や、車輪６を回転駆動させる台車３に搭載された駆動モータの他、その駆動モータを制御するための制御器等の駆動音である。また、新幹線電車１の走行による騒音対策としては、スカート５の内側部分から漏れ出た音を遮音するため線路脇に遮音壁が立設されている。本実施形態では、この遮音壁との関係を考慮して台車部スカート５１が構成されている。
一方、遮音性を高めるためだけであれば帯状のスカート５２によって台車３の部分も覆ってしまえばよいが、それでは前記従来例の課題でも述べたようにメンテナンス性が阻害される。従って、本実施形態の台車部スカート５１は、メンテナンス性の面からも検討を加えて構成されている。

ここで図２及び図３は、新幹線電車１の車軸中心部を示した断面図である。新幹線電車１の場合、レール９と遮音壁１０との水平距離は２４５０ｍｍ程であり、レール面Ｍを基準とした遮音壁１０の上端１０ａの高さは１２００ｍｍ程である。今回、台車部スカート５１の決定に当たっては、他の形状のものとも遮音性やメンテナンス性の面から比較を行った。そのため図２及び図３には、台車部スカート５１を含む３つの異なる形状の台車部スカートが重ねて記載されている。なお、ここでは特許請求の範囲に記載する「切上げ部分」に相当する部分についてその断面を記載している。

台車部スカート５１の他には、上下方向寸法を短くして台車３部分を大きく切り欠いた台車部スカート６１と、台車部スカート５１よりも上下方向寸法を長くして下端７１ａを下げた台車部スカート７１である。ところで新幹線電車１などの鉄道車両には、ホームなどと接触しないように図面上に二点鎖線で示すように車両限界Ｎが決められている。従って、台車部スカート５１，６１，７１の形状もこうした車両限界Ｎの範囲内に収まるように決められている。

ところで、台車部から発生する騒音のうち最も考慮すべきは、レール９上を転動する車輪６とそのレール９との転動音である。騒音の発生原因には他にも駆動モータなどがあるが、これらは周りが囲まれた位置に設置されていて駆動音が外に漏れ難くなっているため、遮音性の検討対象から外すこととする。従って、台車部スカートが対象とすべき音の発生源は車輪６とレール９との接点Ｐであり、この接点Ｐから発生する転動音について直接音と回折音とに分けて検討する。
先ず、接点Ｐから発生した転動音は一部が台車部スカート５１，６１，７１に衝突して遮られ、衝突しないで放射したものがスカート外部に伝播する。そこで図２に示すように、接点Ｐと台車部スカート５１，６１，７１の下端５１ａ，６１ａ，７１ａとを結んだ直線によって直接音の放射範囲を確認する。

接点Ｐと台車部スカート５１，６１，７１の下端５１ａ，６１ａ，７１ａとを結んだ直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の下側が直接音が当該スカートを超えて放射される範囲である。そのため直線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が遮音壁１０に交わるようであれば、台車部スカート５１，６１，７１から漏れ出た直接音が全て遮音壁１０にぶつかり、ここを超えて更に外側へ放射されることはないと考えられる。なお、ここでは回折音や反射音は考慮していない。
この点、図２から分かるように台車部スカート６１の場合は直線Ｓ２が遮音壁１０の上を通過するため、一部が台車部スカート６１にも遮音壁１０にも当たることなく放射してしまうことになる。その一方で、台車部スカート５１と７１の場合は、直線Ｓ１，Ｓ３が上端１０ａの下で遮音壁１０に当たるため、接点Ｐから発生した転動音のうち直接音が台車部スカート５１，７１および遮音壁１０に遮られ、その遮音壁１０を超えて外に放射してしまうことはない。

次に、接点Ｐから発せられる転動音のうち、台車部スカート５１，６１，７１に衝突し、そこで生じる回折現象によって発生する回折音について検討する。接点Ｐから発生した転動音は、台車部スカート５１，６１，７１の裏面に衝突し、回折現象を起こして表面側に回り込み第１次回折音として伝播する。更に、その第１次回折音は遮音壁１０に衝突して再び回折現象を起こし、その遮音壁１０を回り込み第２次回折音として外側に伝播する。しかし、こうして生じる回折音は直接音に比べてエネルギが小さい。そのためここでは第１次回折音の行方についてのみ検討することとする。具体的には、第１次回折音のうち台車部スカート５１，６１，７１の下端５１ａ，６１ａ，７１ａと遮音壁１０の上端１０ａとを直線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３で結ぶ。そして、その直線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３より上側が第１次回折音が遮音壁１０を超えて放射される範囲である。

台車部スカート６１は、台車部スカート５１，７１に比べて下端６１ａの位置が高いため、第１次回折音の発生する位置が高い。そのため、直線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の水平線との角度θは台車部スカート６１の直線Ｋ２が最も小さく、第１次回折音が低い高さで伝播してしまうことが分かる。すなわち第１次回折音の伝播する高さが低ければ、それだけ居住空間に第１次回折音が騒音として伝わる可能性が高くなってしまう。その一方で台車部スカート５１，７１のように直線Ｋ１，Ｋ３の水平線との角度θが大きければ、遮音壁１０を超えて放射される第１次回折音の広がりが狭められる。しかも水平線との角度θが大きいと、同じ位置に立っている建物でも高い階にしか第１次回折音が到達せず、騒音の発生源からの距離も遠くなってより伝播する音のエネルギも小さくなる。

以上のことから、台車部スカート６１の場合は、下端６１ａの位置が高いため直接音が遮音壁１０に衝突することなく放射されてしまい、また第１次回折音にしても低い角度で遮音壁１０を超えて伝播してしまうため遮音性は低い。
一方、台車部スカート５１，７１のように、その下端５１ａ，７１ａと接点Ｐとを結んだ直線Ｓ１，Ｓ３が遮音壁１０に交差するものでは、直接音が遮音壁１０を超えて伝播してしまうことはない。そして、第１次回折音にしても大きな角度で遮音壁１０を抜けていくため、軌道近くに建つ建物に対しても距離のある上の方の階が対象になる。ただし、回折音はエネルギが小さいため、距離のある上階には減衰して到達するため、騒音としては問題ないレベルになると考えられる。

このように台車部スカート５１，７１は、いずれも遮音性についての要求を満たす形状であるといえる。そこで次に、この台車部スカート５１，７１のメンテナンス性について検討する。ここでは、台車３に対するメンテナンス作業を評価するため、ピットにおける視野について検討を行った。図４はピット上の車両について台車３のメンテナンスを行う場合であって、立ち位置と屈み位置について示した図である。すなわち、図示するように作業者Ａがある程度離れて起立した状態と中腰でかがんだ状態とで台車３の油面計２１、ヨーダンパ２２およびヨーダンパ取付ボルト２３の視認性について確認を行った。車体と台車３を分離する際にヨーダンパ２２を取り外すため、特にヨーダンパ取付ボルト２３が立ち位置で視認できることが重要になる。なお、今回検討を行うに際しての条件は、ピッチ２５によってレール面Ｍの高さが１．１ｍであり、作業者Ａの身長は１７５ｃｍで、その作業者Ａの立ち位置を車体中心から２．５ｍ離れた位置とした。

そこで、台車部スカート５１，７１の視認性の結果は、屈み位置での視認性は台車部スカート５１，７１ともに良好であったが、立ち位置での視認性については台車部スカート５１が良好であったのに比べて台車部スカート７１の視認性が悪かった。
台車部スカート５１と７１とは、図２に示すように断面が共に「く」の字形に折れ、台車部スカート５１の方が下端部が外側に膨らんでいる。そして両者の違いは、台車部スカート５１の下端５１ａが車軸中心より高い位置にあって、反対に台車部スカート７１の下端７１ａは車軸中心よりも下方にまで延びている。具体的には、レール面Ｍから下端までの高さが台車部スカート５１の場合には４４０ｍｍであるのに対し、台車部スカート７１は３９０ｍｍであった。そしてヨーダンパ取付ボルト２３が車軸の高さとほぼ同じ位置にあり、車軸中心の高さが４３０ｍｍであることから、下端５１ａの位置が車軸よりも高い台車部スカート５１について視認性が良い結果となった。

ここで、図５は、前述した身長１７５ｃｍの作業者Ａが立ち位置から見た台車部スカート５１を示した図である。図示するように、台車部スカート５１では立ち位置から台車３の油面計２１、ヨーダンパ２２およびヨーダンパ取付ボルト２３が確認できた。その一方で、台車部スカート７１については、図示しないが油面計２１は一部が見えず、ヨーダンパ２２およびヨーダンパ取付ボルト２３にいたっては全く見えないという結果になった。従って、メンテナンス性については台車部スカート５１が台車部スカート７１よりも優れていることが分かった。

そして、再び前述したもう一方の検討事項である遮音性について台車部スカート５１，７１を対比してみると、台車部スカート７１についてより良い結果が出た。つまり、下端７１ａの位置が低い台車部スカート７１の方が遮音性に優れているという結果が出た。しかし、この遮音性については台車部スカート５１よりも台車部スカート７１の方が若干優れているもののその差はあまりなかった。それは先ず、直接音を比較した場合（図２参照）、両スカートとも遮音壁１０の上端１０ａよりも下に直線Ｓ１，Ｓ３の交点があり、しかもほとんど差はなくその高さが遮音壁１０の上端１０ａから３００ｍｍ程度も下にあった。従って、回折現象によって遮音壁１０を回り込んで放射される回折音の影響はともに非常に小さいため両者の差を考えるまでもない。次に、第１次回折音についてみた場合（図３参照）、やはりこれに関しても両者の直線Ｋ１，Ｋ３について角度θの差はなく、ほぼ同じ効果が得られると考えられる。

従って、以上のことから台車部スカート５１が採用された。そしてその特徴は、断面を見た場合に（図２参照）下端５１ａが車軸より上で、しかも直接音を考えた場合の直線Ｓ１が遮音壁１０の上端１０ａより下であって、「く」の字形になった下方部分が車両限界Ｎを超えない範囲でより外側に膨らみを持ち、下端５１ａが遮音壁１０に近づくように形成されている。ここで、台車部スカート５１は外側に膨らみを持たせているが、これは下端５１ａの位置が同じ高さでも遮音壁１０寄りに膨らんでいる方が直線Ｓ１の高さがより低くなり、また直線Ｋ１の角度がより大きくなるからである。また、台車部スカート５１の全体を見た場合（図５参照）には、「く」の字形をした断面部分が台車３の前後の車輪６，６の車軸中心間を超える範囲に形成されている。そして車輪６，６を超えた部分では帯状のスカート５２に連続するように、しかも空気抵抗が小さくなるように膨らみが集束するように滑らかな曲線部５１ｂが形成されている。

よって、台車部スカート５１によれば、台車３の特に車輪６とレール９との接点Ｐから発生する転動音が遮断され、ここを通り抜けた転動音も遮音壁１０で吸収されることになるため、遮音壁１０とも相まって優れた遮音性を有する。しかも、台車部スカート５１の下端５１ａが車軸より高い位置にあるため作業者がヨーダンパ取付ボルト２３を視認でき、メンテナンス性にも優れている。

なお、本発明に係る鉄道車両の台車部スカートは前記実施形態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、台車部スカート５１では金属で形成されていて重量があるため、現時点では取り外し作業を考慮して長手方向に３分割しているが、将来的にはＦＲＰなどの樹脂によって軽量化することが考えられているため、その場合には一体ものとして形成が可能である。

台車部スカートの一実施形態として新幹線電車用に開発されたものを示した斜視図である。 新幹線電車の車軸中心部を示した断面図であり、転動音のうち直接音に関して示した図である。 新幹線電車の車軸中心部を示した断面図であり、転動音のうち回折音に関して示した図である。 ピット上の車両について台車３のメンテナンスを行う場合であって、立ち位置と屈み位置について示した図である。 作業者が立ち位置から見た台車部スカートの一実施形態を示した図である。

符号の説明

１ 新幹線電車
２ 車体
３ 台車
５ スカート
６ 車輪
９ レール
１０ 遮音壁
５１ 台車部スカート

Claims (3)

1. 鉄道車両の車体側面下部に設けられたスカートのうち台車部分に位置する台車部スカートであって、
   当該スカートの下端が車軸中心よりも高い位置になるようにした切上げ部分を有し、その切上げ部分は、車体前後方向の断面形状が「く」の字形をなすように下方部分が外側に広がっているものであることを特徴とする鉄道車両の台車部スカート。
2. 請求項１に記載する鉄道車両の台車部スカートにおいて、
   前記切上げ部分は、台車前後方向に車輪の車軸中心間を超える範囲で形成されているものであることを特徴とする鉄道車両の台車部スカート。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両の台車部スカートにおいて、
   前記切上げ部分の前後には、空気抵抗が小さくなるように膨らみが集束するように滑らかな曲線部が形成されているものであることを特徴とする鉄道車両の台車部スカート。

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