JP5402492B2 - 可動ホーム柵 - Google Patents

Description

この発明は、鉄道または路面電車の駅に設置される可動ホーム柵に関するものである。

従来の可動ホーム柵は、列車等のドア開口に対応する乗降口を形成する間隔を開けて配置された戸袋と、この戸袋に対して収納可能な乗降扉とから構成されている（例えば、特許文献１を参照）。このような可動ホーム柵においては、列車等の通過に伴う風圧や乗降客の接触によって乗降扉に振動が発生することがある。一般に、乗降扉の内部にウレタン等の減衰材料を設けることによって、乗降扉の振動を制振することが知られている。

また、制振構造体としては、自動車のドアやシートに装着されるダイナミックダンパが知られている。ダイナミックダンパは、例えば、制振機能を有するためのマス部材及び弾性連結体と、装着対象にこのダイナミックダンパを取り付けるための取付部材とを備え、マス部材と取付部材とが弾性連結体によって弾性連結された構造である（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００７−２０３８５４号公報 特開２００９−１０８９１２号公報

従来の乗降扉は、長さが１ｍ程度のものが多く、ウレタン等の減衰材料を設けた比較的簡易な制振構造体を備えておけばよかった。しかしながら、乗降扉の長尺化に伴って固有振動数が低くなるため、乗降扉が一旦振動し始めると、振動が長く継続する傾向がある。そのように振動が長引くことは、乗降扉の疲労破壊の原因となるおそれがある。自動車用のダイナミックダンパは、マス部材の振動方向が乗降扉の振動方向と合わないため、乗降扉の制振には不向きである。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、乗降扉を長尺化した場合に、この乗降扉に発生した振動を制振するための制振構造体を有する可動ホーム柵を提供する。

この発明における可動ホーム柵は、乗降扉の先端領域に取り付けられた制振構造体が、枠状のフレームと、乗降扉に振動が発生したときにこの振動方向に振動するマス要素と、フレームとマス要素とを連結するばね要素及び減衰要素と、マス要素をフレームに支持する吊下要素とを備えるものである。

この発明によれば、乗降扉を長尺化した場合に、この乗降扉に発生した振動を制振するための制振構造体を有する可動ホーム柵を提供できる。

実施の形態１を説明するための可動ホーム柵の構成図である。 実施の形態１を説明するための制振構造体の構成図である。 実施の形態１を説明するためのフレームとマス要素との間の断面図である。 実施の形態１を説明するためのマス要素・フレーム間の作用力・変位関係図である。 実施の形態１を説明するための乗降扉の振動特性図である。 実施の形態１を説明するための乗降扉の振動振幅と振動時間の相関図である。 実施の形態１を説明するための乗降扉の振動静定時間と寿命の相関図である。 実施の形態２を説明するためのフレームとマス要素との間の断面図である。 実施の形態２を説明するためのマス要素・フレーム間の作用力・変位関係図である。

実施の形態１．
図１は、本発明が適用される可動ホーム柵を説明するための構成図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は正面図である。可動ホーム柵１００は、駅のホームに配置された複数の戸袋１と、これらの戸袋１に対してそれぞれ収納可能な複数の乗降扉２とを備えている。複数の戸袋２は、駅に停車する列車等のドア開口に対応する乗降口を形成するため、間隔を開けて配置されている。図１では、複数の乗降扉２がそれぞれ収納される戸袋１から突出し、乗降口が閉じた状態を示している。乗降口が開いた状態では、複数の乗降扉２はそれぞれ戸袋１に収納されることになる。

ここで、乗降扉２の寸法の一例として、長さ３ｍ、高さ１ｍ、幅５０ｍｍとする。従来の乗降扉２の長さは１ｍ程度であるが、これを３ｍとするように長尺化を図ると、長尺化に伴って乗降扉２の固有振動数が低くなる。さらに、長尺化しても幅は従来のまま（一般的に２５〜６０ｍｍ程度）変更しないとすると、乗降扉２の剛性も低下する。そのため、乗降扉２が列車等の通過に伴う風圧や乗降客の接触によって一旦振動し始めると、振動が長く継続する傾向がある。そのように振動が長引くことは、乗降扉２の疲労破壊の原因となるおそれがある。

そこで実施の形態１では、乗降扉２の先端領域の高さ方向中央に制振構造体３を取り付け、この制振構造体３によって乗降扉２に発生した振動を制振するようにした。乗降扉２の先端ほど振幅が大きいので、制振構造体３を先端領域に取り付けている。

図２に、実施の形態１における制振構造体３の構成を示す。制振構造体３は、枠状のフレーム３１と板状のマス要素３２とを、ばね要素と減衰要素を兼ねたゴム３３によって連結して構成されている。フレーム３１及びマス要素３２は、ゴム３３と連結するために鈎板状の連結部を備えており、フレーム３１の連結部とゴム３３との間、及びマス要素３２の連結部との間は、ネジ等の連結手段を用いて連結される。ゴム３３として例えばシリコンゴムを用いることができる。図２において、ゴム３３はマス要素３２の上側と下側に２個ずつ合計４個が配置されている。さらに、フレーム３１の上部からの吊下げられた吊下要素３４を介して、マス要素３２がフレーム３１に支持されている。吊下要素３４は、マス要素３２の質量を支持できる強度を有し、例えばピアノ線を用いることができる。

ここでは、ゴム３３がばね要素と減衰要素を兼ねることで簡易な構成となるが、これに限定するものではない。ばね要素としてコイルばね、減衰要素としてダッシュポットを組み合わせることも可能であり、コイルばねはゴムより経年劣化しにくい傾向がある。

マス要素３２の質量は、乗降扉２とフレーム３１との合計質量に対して５〜１０％程度に設定するのが好ましい。また、マス要素３２とゴム３３総数（実施の形態１では４個）のばね要素とで決まる制振構造体３の固有振動数は、乗降扉２が持っている固有振動数の８０〜９０％程度に調整するのが好ましい。なお、制振構造体３の固有振動数ｆｎは、マス要素３２の質量Ｍとゴム３３総数のばね要素のばね定数Ｋを用いて、下式から計算できる。

図３にフレーム３１とマス要素３２との間の断面図を示す。図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面、図３（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ断面、図３（ｃ）は図２におけるＣ−Ｃ断面である。

図３（ａ）から、フレーム３１及びマス要素３２は、ゴム３３と連結するために鈎板状の連結部を備えていることがわかる。乗客扉２に振動が発生した場合、マス要素３２は乗客扉２の幅方向すなわち振動方向に振動し、ゴム３３はマス要素３２の振動に連動してせん断変形する。

また、図３（ｂ）において、フレーム３１のステップ状に屈曲した衝撃緩和部とマス要素３２の直線状の衝撃緩和部とが対向しており、それぞれの衝撃緩和部には衝撃緩和要素として板ゴム３５が貼り付けられている。マス要素３２が図示右方向に大きく移動した場合、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部とが衝突することがあるが、この衝突によってマス要素３２の移動を制限している。

また、また、図３（ｃ）において、フレーム３１の直線状の衝撃緩和部とマス要素３２のステップ状に屈曲した衝撃緩和部とが対向しており、それぞれの衝撃緩和部には衝撃緩和要素として板ゴム３５が貼り付けられている。マス要素３２が図示左方向に大きく移動した場合、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部とが衝突することがあるが、この衝突によってマス要素３２の移動を制限している。

なお、制振構造体３を乗降扉２内部に挿入した構成とすれば、制振構造体３は乗降扉２の外壁に保護される。このとき、制振構造体３の厚さは乗降扉２の幅よりも薄くなる。そうすると、マス要素３２は、制振構造体３内部での移動範囲も考慮したうえで、薄い金属板を適宜選択するのが好ましい。また、制振構造体３を乗降扉２に脱着可能な構成とすれば、例えばゴム３３の劣化に伴う制振構造体３の交換が簡易である。

次に、制振構造体３の動作について説明する。列車等の通過に伴う風圧や乗降客の接触によって乗降扉２が幅方向に力を受けたとき、乗降扉２は振動し、制振構造体３のマス要素３２も乗降扉２内部で振動する。このとき、乗降扉２の固有振動数に伴う共振点と制振構造体３の固有振動数に伴う共振点とが発生し、二つの共振点がずれていることから、制振構造体３は乗降扉２の振動を吸収する。すなわち、乗降扉２単体で発生する単一の共振点を、制振構造体３を取り付けることによって二つの共振点に分離し、その結果、乗降扉２の振動を速やかに制振できる。

ここで、ゴム３３の形状や機械的特性は、ばね要素と減衰要素との観点から設計されるため、ゴム３３が主体的にマス要素３２の質量を支持することを避ける必要がある。そこで、吊下要素３４にマス要素３２の質量を支持する機能を負担させている。

ところで、乗降扉２が幅方向に受ける力が大きくなれば、制振構造体３に対する作用力も大きくなり、マス要素３２の振動も大きくなる。そのような場合であっても、実施の形態１では、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部との衝突によって、マス要素３２の移動を制限しているから、マス要素３２が乗降扉２の内壁面に衝突することを防止できる。さらに、それぞれの衝撃緩和部には板ゴム３５が貼り付けられているから、板ゴム３５同士の衝突によって、互いの衝撃緩和部の過大な変形を防止するとともに、衝撃の効果により制振構造体３の振動を減衰させることができる。

図４はマス要素・フレーム間の作用力・変位関係図であり、横軸にマス要素３２とフレーム３１との間に発生する作用力、縦軸にフレーム３１を基準としたマス要素３２の変位を示す。まず、乗降扉２の振動発生に伴って、マス要素３２とフレーム３１との間に発生する作用力が大きくなるとマス要素３２の変位も比例的に大きくなる。マス要素３２とフレーム３１との間に発生する作用力がＡ点に達すると、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部とが衝突し、作用力がＡ点を超えてもマス要素３２の変位が制限される。このとき、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部の板ゴム３５同士が衝突し、互いの衝撃緩和部への衝撃を緩和するので、互いの衝撃緩和部の過大な変形を防止する。

図５は乗降扉２の振動特性図であり、図５（ａ）は実施の形態１の制振構造体３を取り付けた場合、図５（ｂ）は比較例として制振構造体３を取り付けなかった場合を示す。図５の横軸は乗降扉２の振動発生からの時間とし、縦軸は乗降扉２の変位とする。図５から、実施の形態１の制振構造体３を取り付けた場合、乗降扉２に振幅２０ｍｍの振動が発生してから５秒程度で振幅１ｍｍ以下に制振でき、１２秒程度でほぼ完全に制振できていることがわかる。一方、比較例の場合には振幅１ｍｍ以下まで制振するのに３０秒近くかかる。要するに、実施の形態１では、制振構造体３を取り付けたことによって十分な制振効果が得られている。

図６は、制振構造体を取り付けない場合における乗降扉の振動振幅と振動時間の相関図であり、乗降扉の長さをパラメータとして示している。ここでは、異なる長さの乗降扉に同じ風圧の力を与えるものとする。図６から、乗降扉が長いほど、同じ風圧で発生する振動の振幅が大きく、制振までの時間も長いことがわかる。乗降扉の振動許容値を振幅１ｍｍ以下と設定し、振動発生から６秒以内に減衰するとした場合、長さが３ｍ以上の乗降扉では積極的に制振する必要である。そうすると、実施の形態１の制振構造体３は、特に長さが３ｍ以上の乗降扉において制振効果を期待できる。

図７は、乗降扉の振動静定時間と乗降扉の寿命との相関図であり、振動静定時間とは乗降扉の振幅が１ｍｍ程度まで減衰する時間と定義した。ここで、振動によって乗降扉が変形すれば乗降扉の開閉に支障が出るものとして、乗降扉の寿命は総開閉距離で定義した。乗降扉の総開閉距離とは、乗降扉の開閉回数と１回あたりの開閉距離との積である。振動静定時間が５秒以内と短時間であれば、乗降扉の寿命への影響は小さい。ところが、振動静定時間が１０秒を超えるあたりから乗降扉の寿命への影響が顕著になる。振動静定時間が３０秒になると、振動静定時間５秒以内の場合と比較して、乗降扉の寿命は半分以下に低下してしまう。そうすると、実施の形態１の制振構造体３は、乗降扉が長尺化したときの寿命低下防止にも有効である。

実施の形態２．
図８に実施の形態２におけるフレーム３１とマス要素３２との間の断面図を示す。実施の形態２は、衝撃緩和要素に関する変形例である。具体的には、実施の形態１における板ゴム３５に代えて、コイルばね３６を用いたものである。図８（ａ）は図３（ａ）に相当し、図８（ｂ）は図３（ｂ）に相当し、図８（ｃ）は図３（ｃ）に相当する断面図であり、図８（ｂ）及び図８（ｃ）にコイルばね３６が示されている。

図９はマス要素・フレーム間の作用力・変位関係図であり、実施の形態１における図４に相当する。乗降扉２の振動発生に伴って、マス要素３２とフレーム３１との間に発生する作用力が大きくなるとマス要素３２の変位も大きくなるが、図４のＡ点のような特異点は存在しない。むしろ、コイルばね３６の作用によって、マス要素３２とフレーム３１との間に発生する作用力とマス要素３２の変位との関係は、緩やかな曲線を描く。

このコイルばね３６を用いることによって、フレーム３１の衝撃緩和部とマス要素３２の衝撃緩和部とが連結されているから衝突することがなく、互いの衝撃緩和部の過大な変形を防止できる。コイルばね３６のばね定数は適宜設計することができ、コイルばね３６に代えてクッション材を用いてもよい。

１ 戸袋、２ 乗降扉、３ 制振構造体、３１ フレーム、３２ マス要素、３３ ゴム、３４ 吊下要素、３５ 板ゴム、３６ コイルばね、１００ 可動ホーム柵。

Claims (7)

1. 駅のホームに間隔を開けて配置されている複数の戸袋と、乗降口が開いた状態では前記戸袋に収納され、前記乗降口が閉じた状態では前記戸袋から突出する複数の乗降扉と、前記乗降扉の先端領域に取り付けられた制振構造体とを備え、
   前記制振構造体は、枠状のフレームと、前記乗降扉に振動が発生したときにこの振動方向に振動するマス要素と、前記フレームと前記マス要素とを連結するばね要素及び減衰要素と、前記マス要素を前記フレームに支持する吊下要素とを備えることを特徴とする可動ホーム柵。
2. 前記乗降扉は長さが３ｍ以上あり、前記制振構造体の固有振動数は、前記乗降扉の固有振動数の８０〜９０％であることを特徴とする請求項１記載の可動ホーム柵。
3. 前記制振構造体の厚さは前記乗降扉の幅よりも薄く、前記制振構造体を前記乗降扉の内部に挿入したことを特徴とする請求項１または２記載の可動ホーム柵。
4. 前記制振構造体は、前記乗降扉に脱着可能であることを特徴とする請求項１または２記載の可動ホーム柵。
5. 前記制振構造体は、前記フレーム及び前記マス要素がそれぞれ衝撃緩和部を有し、前記フレームの衝撃緩和部と前記マス要素の衝撃緩和部とが対向していることを特徴とする請求項１または２記載の可動ホーム柵。
6. 前記フレームの衝撃緩和部と前記マス要素の衝撃緩和部には、それぞれ衝撃緩和要素が貼り付けてあることを特徴とする請求項５記載の可動ホーム柵。
7. 前記フレームの衝撃緩和部と前記マス要素の衝撃緩和部との間は、衝撃緩和要素で連結されていることを特徴とする請求項５記載の可動ホーム柵。

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