JP4366299B2 - 鉄道車両用扉 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の側部乗降口における引戸式扉等として好適な遮音性の良い鉄道車両用扉に関する。

従来より、鉄道車両の乗降口に設けられる引戸式扉として、車内外両側のアルミ製面板間に、ペーパーハニカムやアルミニウムハニカムからなる芯材を挟んだハニカムサンドイッチ構造のものが汎用されている。そして、特に新幹線車両や旅客用特急車両等の側部乗降口に採用されている図１に示すような細型の引戸式扉では、窓部Ｗの上側Ｚ１と中間部Ｚ２及び扉下部Ｚ３の芯材全体をペーパーハニカムとしたものと、窓部Ｗの上側Ｚ１と扉下部Ｚ３の芯材にペーパーハニカムを用いて、中間部Ｚ２の芯材にアルミニウムハニカムを用いたものが一般的である。

ところで、近年の鉄道車両においては、高速化による利便性と共に乗り心地の良さが強く求められており、とりわけ新幹線を含む長距離旅客列車では、乗客が長い時間を快適に過ごせるように車内をできるだけ静かに保つことが要望されている。しかしながら、前記のようなハニカムサンドイッチ構造の引戸式扉は、軽量で高剛性であるという特徴を持つが、その反面で該特徴のために音を伝播し易い性質がある。一方、車両の走行速度が速くなるほど発生する騒音は大きくなるから、近年の高速化に伴って扉部分を通して車内に伝わる騒音がより耳障りに感じられるようになっている。

本発明は、上述の状況に鑑み、鉄道車両の側部乗降口の引戸式扉等に用いる鉄道車両用扉として、軽量で高剛性であるというハニカムサンドイッチ構造の特徴を活かしながら、車両の高速走行に伴う耳障りな騒音が扉部分を通して車内へ伝播するのを効果的に抑制できるものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る鉄道車両用扉は、図面の参照符号を付して示せば、内外両側のアルミ製面板１，２間に、窓部Ｗを挟んでその左右の戸先側周枠５及び戸尻側周枠５に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材６ｂを挟着した補強骨６が配置され、両補強骨６，６間にあって窓部Ｗを挟んでその上側Ｚ１と下側（扉下部Ｚ３及び中間部Ｚ２）の領域に芯材３全体が六角セル３１ａの平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカム３１が介装され、このアルミニウムハニカム３１の芯材３と内外両側のアルミ製面板１，２とが相互に接着され接合一体化されてなる構成としている。

また、本発明の請求項２に係る鉄道車両用扉は、内外両側のアルミ製面板１，２間に、窓部Ｗを挟んでその左右の戸先側周枠５及び戸尻側周枠５に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材６ｂを挟着した補強骨６が配置され、両補強骨６，６間にあって窓部Ｗを挟んでその上側Ｚ１と下側（扉下部Ｚ３及び中間部Ｚ２）の領域に芯材３全体が六角セル３１ａの平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカム３１からなると共に、このアルミニウムハニカムの芯材３と少なくとも片側のアルミ製面板１，２との間に鋼板４が介装され、内外両側のアルミ製面板１，２及びアルミニウムハニカム３１の芯材３と前記鋼板４とが相互に接着され接合一体化されてなる構成としている。

更に、本発明の請求項３に係る鉄道車両用扉は、内外両側のアルミ製面板１，２間に、窓部Ｗを挟んでその左右の戸先側周枠５及び戸尻側周枠５に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材６ｂを挟着した補強骨６が配置され、両補強骨６，６間にあって窓部Ｗを挟んでその上側Ｚ１と下側（扉下部Ｚ３及び中間部Ｚ２）の領域に芯材３全体が六角セル３１ａの平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカム３１と発泡金属３２との二層構造をなし、これらアルミニウムハニカム３１及び発泡金属３２と内外両側のアルミ製面板１，２とが相互に接着され接合一体化されてなる構成としている。

そして、これら請求項１〜３の鉄道車両用扉において、接着部にポリウレタン系又はエポキシ系の接着剤が用いられてなる請求項４の構成、アルミニウムハニカム３１の密度が３０〜６０Ｋｇ／ｍ³ である請求項５の構成を、それぞれ好適態様としている。

請求項１〜３の発明に係る鉄道車両用扉は、扉本体の大部分を占めるアルミニウムハニカム又はこれと発泡アルミニウムを芯材とするサンドイッチ構造により、いずれも軽量で高剛性であることに加え、このサンドイッチ構造が特定の材質及び寸法と接合構成に設定されていることから、人にとって耳障りに感じられる１ＫＨｚ〜３．１５ＫＨｚの音域で特に大きな音響透過損失を示すため、これを用いた鉄道車両の高速走行によって車外で大きな騒音が発生しても、扉部分を通して車内に伝わる音から耳障りな騒音部分が効果的に削減され、もって快適な車内環境を付与できる。
また、窓部Ｗを挟んでその左右の戸先側周枠５及び戸尻側周枠５に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材６ｂを挟着した補強骨６が配置されてなるため、ペーパーハニカム芯材６ｂによる軽量化と補強骨６による扉補強作用及び騒音低減作用を同時に発揮させることができる。
結局、本発明によれば、扉本体の大部分を占めるアルミニウムハニカムと戸先側及び戸尻側周枠に沿うペーパーハニカム芯材を挟着した補強枠とによって、扉本体の全域にわたって騒音低減作用と軽量化と高剛性と扉補強作用を有効に発揮することができる。

しかして、これら請求項１〜３の鉄道車両用扉において、接着部に特定の接着剤を用いる請求項４の構成、アルミニウムハニカムを特定の密度範囲とする請求項５の構成を、それぞれ採用すれば、車両用扉としての強度を確保して且つ良好な騒音低減作用を発揮させることができる。

以下、本発明に係る鉄道車両用扉の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図３は第一実施形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1，Ｄ１_-2，Ｄ１_-3を示し、図４は第二実施形態の鉄道車両用扉Ｄ２を示し、図５は第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ３を示す。なお、これら第一〜第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３は、いずれも既述の図１で示す外観を備えた細型の引戸式扉であり、その窓部Ｗの位置では共通の横断面構造を持つ。

すなわち、これら鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３は、図２に示すように、車内外両側のアルミ製面板１，２間に、その四周に沿う矩形周枠５と、該矩形周枠５の内側における戸先側及び戸尻側で上下方向に沿って配置した補強骨６と、合わせガラス窓７の窓枠８とが、それぞれ接着剤を介して接合一体化されている。そして、戸先側では、矩形周枠５の縦枠５ａが凹部を戸先側に向けた断面コ字形をなし、車内外両側のアルミ製面板１，２の内向きに曲折した側縁部１ａ，２ａの間で戸先ゴム１１を係着している。また、戸尻側では、矩形周枠５の縦枠５ｂが凹部を戸先側に向けた断面略コ字形のアルミニウム押出型材よりなり、この縦枠５ｂの屋内外両面の溝部に車内外両側のアルミ製面板１，２の内向きに曲折した側縁部１ｂ，２ｂが係嵌されている。

なお、補強骨６は、両側縁を折曲して断面コ字形とした車内外両側のアルミニウム板６ａ，６ａ間に、ペーパーハニカムの芯材６ｂを挟着した構造になっている。また、窓枠８は、アルミニウム押出型材からなり、基部８ａと、この基部８ａから窓中央側及び窓外側へ張出する車外側接合片８ｂ，８ｃと、該基部８ａより窓外側へ張出する断面Ｌ字形の車内側接合片８ｄとを備えている。そして、該窓枠８の基部８ａと車内側接合片８ｄとの間で構成される段部８ｅに、アルミニウム押出型材からなる断面略Ｌ字形の押さえ枠１４がねじ止めされると共に、該窓枠８の車外側接合片８ｂと押さえ枠１４との間で合わせガラス窓７の周縁部が挟持されている。なお、１５は押さえ枠１４に嵌着されたゴムパッキン、１６は合わせガラス窓７の周縁部に介在させた帯状の緩衝ゴムである。

しかして、第一実施形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3では、図１における窓部Ｗの上側Ｚ１と下側（扉下部Ｚ３及び中間部Ｚ２）の領域は、いずれも図３に示すように、車内外両側のアルミ製面板１，２間に、芯材３として全体がセル軸方向を車内外方向としたアルミニウムハニカム３１が介装され、この芯材３と両側のアルミ製面板１，２とが接着剤を介して相互に接合一体化された構造になっている。

また、第二実施形態の鉄道車両用扉Ｄ２では、図１における窓部Ｗの上側Ｚ１と下側の領域は、いずれも図４に示すように、車外側のアルミ製面板２の内面側に鋼板４が重ね合わされ、この鋼板４と車内側のアルミ製面板１との間に、芯材３として全体がセル軸方向を車内外方向としたアルミニウムハニカム３１が介装され、この芯材３と鋼板４及び両側のアルミ製面板１，２とが接着剤を介して相互に接合一体化された構造になっている。

更に、第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ３では、図１における窓部Ｗの上側Ｚ１と下側の領域は、いずれも図５に示すように、車内外両側のアルミ製面板１，２間に、車外側のアルミニウムハニカム３１と車内側の発泡金属３２との二層構造の芯材３が介装され、この芯材３の層間ならびに該芯材３と両側のアルミ製面板１，２とが接着剤を介して相互に接合一体化された構造になっている。

しかして、これら第一〜第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３の芯材３に用いたアルミニウムハニカム３１は、いずれも六角セル３１ａのセルサイズつまり図６に示す平行面間寸法Ｓが５〜１３ｍｍの範囲のものである。

これら第一〜第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３は、アルミニウムハニカム又はこれと発泡アルミニウムを芯材とするサンドイッチ構造により、いずれも軽量で高剛性であることに加え、このサンドイッチ構造の材質及び寸法と接合構成に基づき、後記実施例でも実証されるように１ＫＨｚ〜３．１５ＫＨｚといった人にとって耳障りに感じられる音域で特に大きな音響透過損失を示すことが判明している。従って、これら鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３を用いた鉄道車両では、高速走行によって車外で大きな騒音が発生しても、扉部分を通して車内に伝わる音から耳障りな騒音部分が効果的に削減されるから、乗客は高速運行による利便性と静かで快適な車内環境を共に享受できる。

しかるに、芯材３Ａ〜３Ｃのアルミニウムハニカム３１として、六角セル３１ａの平行面間寸法Ｓが５ｍｍ未満のものを用いた場合、ならびに同平行面間寸法Ｓが１３ｍｍを越えるものを用いた場合は、いずれも音響透過損失が小さくなり、高速走行に伴う騒音の扉部分を通した車内への伝播を充分に低減できなくなる。また、従来のように芯材の一部にペーパーハニカムを用いたり、芯材全体をペーパーハニカムとした場合も、扉部分を通した騒音の伝播が顕著になる。

アルミニウムハニカム３１の密度は、前記第一〜第三実施形態のいずれにおいても３０〜６０Ｋｇ／ｍ³ の範囲が好適であり、この密度が高過ぎても低過ぎても騒音低減効果は低下すると共に、高過ぎる場合は扉の重量が重くなり、逆に低過ぎる場合は扉の剛性及び強度が不充分になる。

前記第一〜第三実施形態の比較では、鋼板４を用いる第二実施形態の鉄道車両用扉Ｄ２が最も優れた騒音低減作用を示す。しかして、このような鋼板４は、例示とは逆に車内側のアルミ製面板１の内面側に配置したり、その２枚を両面板１，２の内面側に配置することも可能である。しかして、鋼板４の厚さ（２枚の場合は合計厚さ）は、０．５〜１．６ｍｍ程度が好適であり、厚過ぎては扉が重くなり、逆に薄過ぎる場合は充分な使用効果が得られない。

前記第三実施形態の鉄道車両用扉Ｄ３の芯材３に用いる発泡金属３２としては、特に金属種の制約はないが、特に発泡アルミニウムが軽量で且つ安価に入手できる点から好適である。しかして、このような発泡金属３２の密度は、２００〜３００Ｋｇ／ｍ³ の範囲が好適であり、アルミニウムハニカム３１の場合と同様に該密度が高過ぎても低過ぎても騒音低減効果は低下する。また、発泡金属３２の厚みは、芯材３の全厚の３０％以下とするのがよく、厚過ぎては扉重量が重くなる。

一方、鉄道車両用扉の各部材を接合一体化するのに用いる接着剤としては、特に制約はないが、金属材質同士の接着強度と、接着剤層での音響吸収効果の面より、ポリウレタン系接着剤及びエポキシ系接着剤が好適なものとして推奨される。

芯材３の厚さは、適用する鉄道車両の種類によって定まる扉厚に対応するが、前記第一〜第三実施形態のいずれにおいても一般的に２０〜５０ｍｍ程度である。また、アルミ製面板１，２の厚さは１．２ 〜２．０ｍｍ程度である。しかして、鉄道車両用扉の車内側面については、アルミ製面板１の外側に化粧板を接合した形態としてもよい。

図３で示す鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3の構成においては、何れの扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3もアルミ製面板１，２として各々厚さ１．４ｍｍのＡ５０５２Ｐ材（ＪＩＳ Ｈ４０００のアルミニウム合金板）を使用し、しかして芯材３のアルミニウムハニカム３１としては、扉Ｄ１_-1にあっては厚さ３０ｍｍ，密度５０〜５６Ｋｇ／ｍ³ で六角セル３１ａの平行面間寸法Ｓが８ｍｍのＡ３００３Ｐ材（ＪＩＳ Ｈ４０００のアルミニウム合金板）を使用し、扉Ｄ１_-2にあっては厚さ３０ｍｍ，密度５０〜５６Ｋｇ／ｍ³ で六角セル３１ａの平行面間寸法Ｓが６．３ｍｍのＡ５０５２Ｐ材（ＪＩＳ Ｈ４０００のアルミニウム合金板）を使用し、扉Ｄ１_-3にあっては厚さ３０ｍｍ，密度３０〜５６Ｋｇ／ｍ³ で六角セル３１ａの平行面間寸法Ｓが１２．５ｍｍのＡ３００３Ｐ材（ＪＩＳ Ｈ４０００のアルミニウム合金板）を使用し、そしてアルミ製面板１，２と芯材３とをポリウレタン系接着剤（ダイヤボンド工業社製ＡＬ１１１）にて接合一体化し、次世代新幹線Ｎ７００側引戸仕様（なお、「新幹線」は登録商標）として夫々高さ２０００ｍｍ、幅７８６ｍｍ、総厚３２．８ｍｍで窓部の縦横が６００×４００ｍｍの鉄道車両用扉Ｄ１_-1，Ｄ１_-2，Ｄ１_-3を製作した。

図４で示す構成において、アルミ製面板１，２及び芯材３のアルミニウムハニカム３１として実施例１の鉄道車両用扉Ｄ１_-1と同様のものを使用すると共に、鋼板４として厚さ１．２ｍｍのＪＩＳ Ｇ３３１３電気亜鉛メッキ鋼板を使用し、これらアルミ製面板１，２及び鋼板４と芯材３を実施例１と同様のポリウレタン系接着剤にて接合一体化し、総厚３４．０ｍｍで他の寸法が実施例１と同じ鉄道車両用扉Ｄ２を製作した。

図５で示す構成において、アルミ製面板１，２として実施例１の鉄道車両用扉Ｄ１_-1と同様のものを用いると共に、芯材３のアルミニウムハニカム３１として厚さ２１ｍｍのＡ５０５２Ｐ材（前出）、発泡金属３２として厚さ９ｍｍ，密度２５０Ｋｇ／ｍ³ の発泡アルミニウム（神鋼鋼線工業社製アルポラス）を使用し、これらアルミ製面板１，２と芯材３のアルミニウムハニカム３１及び発泡金属３２を実施例１と同様のポリウレタン系接着剤にて接合一体化し、全体寸法が実施例１と同じ鉄道車両用扉Ｄ３を製作した。

比較例

芯材として実施例１におけるアルミニウムハニカム３１に代えて、厚さ３０ｍｍ，密度２２〜２６Ｋｇ／ｍ³ で六角セルの平行面間寸法が１２ｍｍのクラフト紙からなるペーパーハニカムを用いた以外は、実施例１と同様にし、全体寸法が実施例１と同じ鉄道車両用扉Ｃを製作した。

前記実施例１〜３及び比較例の鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３，Ｃの各々につき、窓部に厚さ８．３ｍｍの合わせガラスを嵌装した状態で、ＪＩＳ Ａ１４１６に基づく残響室法により、１００Ｈｚ〜５ＫＨｚの範囲の各周波数毎の音響透過損失（ｄＢ）を測定した。その結果を、図７の周波数（Ｈｚ）−音響透過損失（ｄＢ）相関特性図として示すと共に、５００Ｈｚ〜３．１５ＫＨｚ、１ＫＨｚ〜３．１５ＫＨｚ、２５０Ｈｚ〜２．５ＫＨｚの各周波数域における平均音響透過損失（ｄＢ）を図８及び次の表１に示している

図８及び表１で区分した３つの周波数域は次の意味合いがある。すなわち、５００Ｈｚ〜３．１５ＫＨｚの周波数域は人が通常の生活環境で聞く一般的な音域、１ＫＨｚ〜３．１５ＫＨｚの周波数域は高速運行する鉄道車両等の車内で乗客が外部騒音として耳障りに感じる音域、２５０Ｈｚ〜２．５ＫＨｚの周波数域は日本工業規格（ＪＩＳ）の計測データとして用いる音域である。しかして、本発明に係る鉄道車両用扉Ｄ１_-1〜Ｄ１_-3，Ｄ２，Ｄ３は、従来構成である比較例の鉄道車両用扉Ｃに比べ、上記３つの周波数域のいずれにおいても音響透過損失が大きくなっているが、特に高速車両等の車内で乗客が耳障りに感じる１ＫＨｚ〜３．１５ＫＨｚの周波数域で大きな音響透過損失を示すことが明らかである。なお、本発明に係る同一形態の鉄道車両用扉Ｄ１_-1，Ｄ１_-2，Ｄ１_-3のうちでは、扉Ｄ１_-1（アルミニウムハニカムの六角セル平行面間寸法が８ｍｍのもの）が最も大きい音響透過損失を示している。

本発明の適用対象とする鉄道車両用扉の構成例を示す正面図である。 同鉄道車両用扉の窓部位置での横断面図である。 本発明に係る第一実施形態の鉄道車両用扉の要部の横断面図である。 同第二実施形態の鉄道車両用扉の要部の横断面図である。 同第三実施形態の鉄道車両用扉の要部の横断面図である。 アルミニウムハニカムの一部を拡大して示す正面図である。 本発明の実施例及び比較例の鉄道車両用扉の周波数−音響透過損失相関特性図である。 同実施例及び比較例の鉄道車両用扉の周波数域毎の平均音響透過損失を示す棒グラフである。

１ 車内側のアルミ製面板
２ 車外側のアルミ製面板
３ 芯材
３１ アルミニウムハニカム
３１ａ 六角セル
３２ 発泡金属
４ 鋼板
Ｄ１_-1 鉄道車両用扉
Ｄ１_-2 鉄道車両用扉
Ｄ１_-3 鉄道車両用扉
Ｓ 対向面間寸法

Claims (5)

1. 内外両側のアルミ製面板間に、窓部を挟んでその左右の戸先側周枠及び戸尻側周枠に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材を挟着した補強骨が配置され、両補強骨間にあって窓部を挟んでその上側と下側（扉下部及び中間部）の領域に芯材全体が六角セルの平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカムが介装され、このアルミニウムハニカムの芯材と内外両側のアルミ製面板とが相互に接着され接合一体化されてなる鉄道車両用扉。
2. 内外両側のアルミ製面板間に、窓部を挟んでその左右の戸先側周枠及び戸尻側周枠に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材を挟着した補強骨が配置され、両補強骨間にあって窓部を挟んでその上側と下側（扉下部及び中間部）の領域に芯材全体が六角セル平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカムからなると共に、このアルミニウムハニカムの芯材と少なくとも片側のアルミ製面板との間に鋼板が介装され、内外両側のアルミ製面板及びアルミニウムハニカムの芯材と前記鋼板とが相互に接着され接合一体化されてなる鉄道車両用扉。
3. 内外両側のアルミ製面板間に、窓部を挟んでその左右の戸先側周枠及び戸尻側周枠に沿って上下方向に内部にペーパーハニカム芯材を挟着した補強骨が配置され、両補強骨間にあって窓部を挟んでその上側と下側（扉下部及び中間部）の領域に芯材全体が六角セル平行面間寸法５〜１３ｍｍのアルミニウムハニカムと発泡金属との二層構造をなし、これらアルミニウムハニカム及び発泡金属と内外両側のアルミ製面板とが相互に接着され接合一体化されてなる鉄道車両用扉。
4. 接着部にポリウレタン系又はエポキシ系の接着剤が用いられてなる請求項１〜３の何れかに記載の鉄道車両用扉。
5. アルミニウムハニカムの密度が３０〜６０Ｋｇ／ｍ³ である請求項１〜４の何れかに記載の鉄道車両用扉。

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