JP6082709B2 - 移動体の床面支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば鉄道車両等の移動体の床面支持構造に関し、特に床面部の振動及び騒音を効果的に抑制したものに関する。

鉄道車両における床構造は、一般に、台枠上に形成される床構造物の上に、人や設置物などの積載物を支持できる床板を、床根太と呼ばれる支持部に固定して設置している。
この場合、軌道などからの入力によって床構造体に振動が伝搬すると、床根太を介して床板が加振されて振動する。
その結果、振動の大きさ及び周波数の特性によっては、乗客等が振動を感じ、時に不快に感じることになる。
また、床に伝搬する振動の周波数が、例えば数十Ｈｚ以上の場合には、床板の振動に伴い室内に騒音が発生する。
この騒音は、固体伝搬音といわれ、移動体において問題となる場合がある。

鉄道車両の床構造における振動、騒音の抑制に関する従来技術として、例えば特許文献１及び２には、床構造体上面と床板との間に、弾性体を介することにより振動を吸収することが記載されている。

特願２０００−２０５３３４号公報 特開２０００− ５２９８１号公報

移動体の床面部の振動伝搬において、主に問題となるのは、上下方向及び左右方向の成分である。
通常の床構造において、上下方向の振動は、床構造体の上下方向の剛性が十分に高い場合、床構造体、床根太、床板の全体が一体となり振動する。
しかし、床構造体や床板の上下方向の剛性が比較的低い場合は、それぞれが個別に弾性変形を生じ、それに伴う振動（弾性振動）が発生する。
このとき、床構造体は、側構体と結合されている端部付近の振動は小さい一方、中央部では振動の大きい箇所が発生する場合がある。
この中央部の振動が大きい箇所においては、特に床構造体の固有振動数に近い帯域において、局所的に振動が増幅される。
ただし、このように振動が増幅される位置に関しては、床構造体の剛性や形状、周波数などにより異なる。したがって、このような位置を事前に特定するためには、詳細な対象物の数値解析などを行う必要があるため、容易に見極めることは困難である。

また、床板から発生する振動のうち、左右方向の振動成分は、床構造体の左右方向の剛性が比較的高いため、床板を含めて一体で振動する。
このため、車両全体の振動がそのまま床板に伝搬するため、特に低周波域の振動は乗客に影響を与える。
ただし、騒音の左右方向の放射音特性は小さいため、客室への騒音は大きな問題とはならない。

振動伝搬及び固体伝搬音の対策として、様々な手法が提案されているが、最も一般的な方法は、上述した特許文献１のように、床板の下部にゴムやスポンジ等の弾性物を挿入し、振動絶縁を図る構造とすることである。
この場合、特に高周波域における振動絶縁効果が高い反面、低周波域における振動絶縁効果は劣るため、数十Ｈｚ以下の振動及び数百Ｈｚ以下の低周波域の固体伝搬音の低減は困難である。
ここで、弾性物の弾性係数を十分に小さくすることができれば、低周波の振動や騒音に対しても一定の抑制効果を得ることは可能であるが、この場合、床上を人が歩くと床板が沈み込んで違和感を生じるなど弊害が懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、床面部の振動及び騒音を効果的に抑制した移動体の床面支持構造を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の移動体の床面支持構造は、被収容物が収容される空間部の下部において実質的に水平方向に延在し、実質的に上下方向に延在する側壁部に対して近接又は離間するよう水平方向に相対変位可能な可動床面部と、実質的に上下方向に延在し、上端部が前記側壁部の上下方向における中間部に揺動可能に接続されるとともに、下端部が前記床面部の端部に揺動可能に接続された連結部材とを備えることを特徴とする。
これによれば、可動床面部の下部に設けられる床構造体から側壁部に振動が伝搬された場合、左右方向の振動は側壁部の弾性振動等によって局所的に大きくなる箇所が発生するものの、側壁部の上下方向の剛性は比較的高いため、上下方向の振動に関しては、床構造体との結合部とほぼ同じ大きさとなる。
すなわち、連結部材に印加される上下方向の振動は、側壁部と床構造体との結合部とほぼ同じ大きさとなり、これは床構造体の中央部よりも小さくなる。
そして、可動床面部への振動は実質的に連結部材を介してのみ伝搬するため、従来の床構造のように局所的に大きい振動が床構造体から床根太を介して伝搬することがなく、床面部の振動が抑制される。
一方、左右方向の振動に関しては、側壁部の剛性が小さい場合には局所的に振動が大きい部位が発生する可能性もあるが、連結部材の両端部を揺動可能に接続することによって、床板の慣性力による制振効果が得られ、また、床構造体から直接振動が入力されることがないため、床面部の振動は抑制される。

本発明において、前記連結部材の前記上端部と前記下端部の少なくとも一方は、弾性を有する材料を介して前記可動床面部を支持する構成とすることができる。
これによれば、可動床面部に伝搬する振動をさらに低減することができる。

本発明において、前記可動床面部の下側に、前記側壁部の下部に固定された床構造体が設けられ、前記可動床面部と前記床構造体との間に支持体を設ける構成とすることができる。この場合、支持体を弾性を有する材料によって構成することができる。
これによれば、振動絶縁を行いつつ可動床面部を補助的に支持することによって、可動床面部の撓みや構体に対する過度な相対変位を抑制することができる。
上記発明において、前記支持体は、前記可動床面部の前記床構造体に対する相対変位が所定値以上となった場合にのみ作用するよう通常時には空隙が設けられる構成とすることができる。
このような空激を設けることによって、可動床面部の床構造体に対する相対変位が比較的小さい領域では可動床面部の変位を妨げることがなく、上述した効果を確実に得ることができる。

本発明において、前記側壁部の内面側に内装部材が設けられ、前記連結部材の少なくとも一部は、前記側壁部と前記内装部材との間の空間部に収容される構成とすることができる。
これによれば、連結部材を車室内に張り出させることなく、かつ、車室内から見えないよう収容することができる。

本発明において、前記移動体は、鉄道車両であり、前記側壁部は、車体の構体における側面部を構成する側構体であり、前記連結部材の上端部は、前記側構体のいずれかの場所に接続される構成とすることができる。

以上のように、本発明によれば、床面部の振動及び騒音を効果的に抑制した移動体の床面支持構造を提供することができる。

本発明の移動体の床面支持構造の第１実施形態を有する鉄道車両用車体を鉛直方向及び枕木方向に沿った平面で切って見た模式的断面図である。 図１のII−II部矢視模式的断面図である。 図２のIII−III部矢視模式図である。 本発明の比較例である鉄道車両用車体における各部位の振動の大きさを示す図である。 第１実施形態の鉄道車両用車体における各部位の振動の大きさを示す図である。 第１実施形態及び比較例の鉄道車両用車体における床面部の上下方向振動の周波数特性を示すグラフである。 第１実施形態及び比較例の鉄道車両用車体における床面部の左右方向振動の周波数特性を示すグラフである。 本発明の移動体の床面支持構造の第２実施形態を有する鉄道車両用車体における可動床面部周辺を枕木方向から見た模式図である。 本発明の移動体の床面支持構造の第３実施形態を有する鉄道車両用車体における可動床面部周辺を枕木方向から見た模式図である。 本発明の移動体の床面支持構造の第４実施形態を有する鉄道車両用車体における可動床面部周辺を枕木方向から見た模式図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用した移動体の床面支持構造の第１実施形態について説明する。
第１実施形態の移動体の床面支持構造は、例えば、鉄道車両に設けられるものである。
図１は、第１実施形態の鉄道車両用車体を鉛直方向及び枕木方向に沿った平面で切って見た模式的断面図である。
図２は、図１のII−II部矢視模式的断面図である。
図３は、図２のIII−III部矢視模式図である。

鉄道車両用車体１（以下、単に「車体」と称する。）は、例えば、前後一対のボギー台車の上に搭載されるものである。
車体１は、例えば、図２に示すように、車体前後にドア用開口２２が設けられるデッキＤを有するとともに、各デッキＤの間の空間部である車室内に、車両前後方向に沿いかつ通路を挟んで、複数の腰掛（クロスシート）を配列して構成される特急等の優等列車用の電車用車体である。

図１、図２に示すように、車体１は、床構造体１０、側構体２０、屋根構体３０、妻構体４０等からなる実質的に六面体状の構体を有する。

床構造体１０は、車体１の下部に設けられる矩形枠状の構造部材である台枠を有し、水平方向にほぼ沿った平板状の部材として構成されている。
台枠の下部には、図示しない枕ばね系、牽引装置、ダンパ等を介して、前後一対のボギー台車が取り付けられる。
また、台枠の下部には、図示しない各種機器が吊り下げられる。
床構造体１０は、車体１の下面部を構成する。

側構体２０は、床構造体１０の枕木方向（車幅方向）における両端部から上方へ突き出して形成され、車体１の側面部を構成する構造体である。
側構体２０は、車両前後方向及び鉛直方向にほぼ沿ったパネル状に形成されている。
側構体２０には、窓用開口２１（図３参照）、及び、ドア用開口２２等が形成されている。
窓用開口２１は、車室の窓部に相当する部分である。
ドア用開口２２は、これを開閉するドア装置が設けられるとともに、乗客の乗降等に用いられるものである。

屋根構体３０は、左右の側構体２０の上端部間にわたして設けられ、車体１の天井部分を構成する構造体である。
側構体２０及び屋根構体３０は、例えば、アルミニウム系合金によるダブルスキン構造を有する。

妻構体４０は、車体１の前後端部にそれぞれ設けられ、妻面を構成する構造体である。
妻構体４０は、枕木方向及び鉛直方向にほぼ沿ったパネル状に形成されている。
妻構体４０の下端部、側端部、上端部は、それぞれ床構造体１０、側構体２０、屋根構体３０の前後端部とそれぞれ接合されている。
妻構体４０の中央部には、他車両との乗客等の往来に用いられる貫通扉が形成されている。

また、車体１は、可動床面部５０、連結部材６０、内装部材７０等を有する。
可動床面部５０の上面は、乗客が歩行したり、腰掛５１が設置される車室床面を構成している。
可動床面部５０は、例えば、水平方向に延在する平板状に形成されている。
可動床面部５０は、車室の下部において、床構造体１０との間に上下方向に間隔を有して配置されている。
可動床面部５０は、左右の側構体２０に対して近接又は離間するよう、床構造体１０、側構体２０等を含む構体に対して、枕木方向にほぼ沿って実質的に水平に相対移動可能となっている。
腰掛５１は、例えば一脚あたり２名の乗客が車両前後方向を向いて着座するように配置されたクロスシートである。
腰掛５１は、車両前後方向に沿って実質的に等間隔で配列されている。
腰掛５１は、可動床面部５０の中央部において車両前後方向に延在する通路の左右にそれぞれ実質的に対称に配置されている。

図２に示すように、可動床面部５０は、前後方向に配列された腰掛５１の一列毎に、分割して構成されている。
すなわち、可動床面部５０は、車両の前後方向に沿って複数が配列され、各列の腰掛５１は、それぞれ異なった可動床面部５０の上面部に取り付けられている。
分割されたそれぞれの可動床面部５０は、構体に対してそれぞれ独立して相対変位可能となっている。

連結部材６０は、側構体２０から可動床面部５０を吊り下げる部材である。
連結部材６０は、例えば上下方向にほぼ沿って延在するロッド状に形成されている。
連結部材６０の上端部は、側構体２０の内面（車幅方向内側の面）の上下方向における中央部に揺動可能に接続されている。
連結部材６０と側構体２０との接続箇所は、例えば、窓用開口２１の下端部の直下などに設けられる。
連結部材の６０の下端部は、可動床面部５０の側端部に揺動可能に接続されている。
この連結部材６０と側構体２０との接続部、及び、連結部材６０と可動床面部５０との接続部は、揺動可能な部品の他、円筒ゴム等の弾性ブッシュなどを用いることができる。

連結部材６０は、側構体２０及び可動床面部５０に対して、車両前後方向に沿った回転軸回りに、それぞれ揺動可能に接続されている。
このような構成により、可動床面部５０は、床構造体１０等の構体に対して、左右方向に相対変位可能となっている。
図３に示すように、連結部材６０は、分割された個々の可動床面部５０の車両前後方向における両端部にそれぞれ設けられている。

内装部材７０は、例えば樹脂系の材料によってパネル状に形成され、側構体２０及び屋根構体３０の内面に沿って車室内に露出するよう配置された部材である。
内装部材７０と側構体２０との間には空間部が形成され、連結部材６０の下端部を除く実質的に全部はこの空間部内に収容されている。

以下、第１実施形態による効果を、以下説明する本発明の比較例と対比して説明する。
なお、以下説明する比較例及び実施形態において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４、図５は、それぞれ比較例及び第１実施形態の鉄道車両用車体を鉛直方向及び枕木方向に沿った平面で切って見た模式的断面図である。
図４、図５において、車体の各部位の振動の方向及び大きさを模式的に矢印で図示している。

比較例の車体１Ａは、可動床面部５０及び連結部材６０を持たず、床構造体１０の上面部に沿って配置された床根太１１の上部に、床構造体１０に対して実質的に固定された床板８０を直接設置したものである。
図４に示すように、比較例の車体１Ａにおいては、床構造体１０は弾性振動によって、中央部において側端部近傍に対して上下方向の振動が悪化することになる。
なお、床構造体１０の側端部近傍の上下振動の大きさは、側構体２０の上下振動の大きさと実質的に等しくなっている。

床板８０は、床根太１１を介して固定されている床構造体１０と実質的に同様の振動モードを示すため、枕木方向における中央部において上下方向の振動が大きくなり、乗り心地や騒音の悪化が問題となる。
また、このような振動、騒音への対処として、例えば床根太１１と床板８０との間に、防振ゴム等の弾性体を介在させ、振動絶縁を図ることも考えられるが、この場合、高周波域の振動に対してはある程度効果的であるが、低周波域の振動に対しては十分な効果を得ることが困難であり、根本的な解決は難しい。

これに対し、第１実施形態によれば、可動床面部５０を床構造体１０から離間させ、側構２０から連結部材６０で吊り下げる構成とすることによって、床構造体１０から可動床面部５０に直接伝搬する振動はほとんどが絶縁され、実質的に側構体２０から連結部材６０を介して伝搬する成分のみとなる。
このときの可動床面部５０の振動は、上下方向に関しては、側構体２０の上下方向の小さい振動のみが伝搬することになる。
一方、側構体２０の上下方向における中央部は、側構体２０の弾性振動によって比較的振幅が大きくなるが、可動床面部５０の慣性力、及び、連結部材６０の振動吸収効果によって振動が抑制される。

以下、第１実施形態及び比較例の鉄道車両用車体における床面部の振動の周波数特性の試験結果について説明する。
新幹線車両と同形状の車両において、台車近傍の幅２４００ｍｍ×長さ１１６０ｍｍの床板１枚の両側３点ずつをワイヤーで側構体の窓下部に固定した。
車体と台車間のヨーダンパ受けに取り付けた加振器から２０〜１０００Ｈｚのバンドランダム波で車体を加振し、床板中央部の振動を測定した。
床板は床根太に固定した場合と、吊り床とした場合とを同条件で加振し、床板中央部の振動を比較した。
図６、図７は、それぞれ車室内の床面部中央における上下方向、左右方向の周波数特性を示しており、いずれも横軸は周波数、縦軸は振動の大きさを示している。
図６、図７に示すように、第１実施形態においては、上下方向、左右方向ともに比較例に対して広汎な帯域で顕著な振動抑制効果が得られることがわかる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した移動体の床面支持構造の第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態の鉄道車両用車体における可動床面部周辺を枕木方向から見た模式図であって、第１実施形態における図３に相当する箇所を示す図である。
第２実施形態においては、前後に配列された可動床面部５０の隣接する前端部、後端部を、共通の連結部材６０によって吊下げている。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、部品点数を減少して構造を簡素化し、車両を軽量化、低コスト化することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した移動体の床面支持構造の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態である鉄道車両用車体を鉛直方向及び枕木方向に沿った平面で切って見た模式的断面図である。
第３実施形態の車体１Ｂは、第１実施形態の車体１に、以下説明する補助支持部材９０を付加したものである。

補助支持部材９０は、床構造体１０の上面部から上方に突出して形成され、例えばゴム等の振動絶縁効果を有する弾性材料によって形成されている。
補助支持部材９０は、床構造体１０の枕木方向における中央部において、例えば２つが枕木方向に離間して配列されている。
可動床面部５０が中立位置にあり、かつ、荷重による撓みなどが発生していない状態では、補助支持部材９０の上面部は、可動床面部５０の下面部と所定の間隔を有して対向して配置されている。

可動床面部５０の中央部が荷重や振動によって下方へ変位した場合には、補助支持部材９０は、可動床面部５０と当接し、可動床面部５０のさらなる下降を抑制する。
以上説明した第３実施形態によれば、可動床面部５０の中央部を補助的に支持して、過度な降下を防止するとともに、通常時には可動床面部５０の構体に対する相対変位を妨げないため、上述した振動抑制効果を確実に得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明を適用した移動体の床面支持構造の第４実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第４実施形態である鉄道車両用車体を鉛直方向及び枕木方向に沿った平面で切って見た模式的断面図である。
第４実施形態の車体１Ｃは、第１実施形態の車体１に、以下説明する補助支持部材１００を付加したものである。

補助支持部材１００は、床構造体１０と側構体２０との接続部（コーナ部）と、可動床面部５０の下面部との間にわたして設けられ、例えばゴム等の振動絶縁効果を有する弾性材料によって形成されている。
補助支持部材１００は、床構造体１０と左右の側構体２０との接続部から、それぞれ上方側かつ車両中央側へ斜めに突出して形成されている。
補助支持部材１００の上端部は、可動床面部５０の側端部近傍における下面部に接続されている。
以上説明した第４実施形態においても、上述した各実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば、実施形態では移動体は鉄道車両であったが、これに限らず、航空機や自動車など他の移動体にも適用することが可能である。
また、床面支持構造を構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置、数量等は、上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。
例えば、可動床面部の荷重による撓みが問題となる場合には、剛性を向上させるため、補強部材を設けるようにしてもよい。この場合、例えば側端部が太く中央部が細い不等断面部材を補強部材として用いることができる。
また、荷重が付与されて撓んだ場合に適切な形状となるように、中央部が上方へ張り出したコンベックス状のキャンバを予め可動床面部に設けてもよい。
また、各実施形態では、連結部材として例えば剛体のロッド状の部材を用いているが、例えばワイヤ等の可撓性を有する部材を用いることによって、側壁部及び可動床面部に対して揺動可能とする構成としてもよい。
また、各実施形態では、クロスシートの一列毎に可動床面部を前後方向に分割する構成としているが、これとは異なる分割パターンとしてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 鉄道車両用車体
Ｄ デッキ
１０ 床構造体 １１ 床根太
２０ 側構体 ２１ 窓用開口
２２ ドア用開口 ３０ 屋根構体
４０ 妻構体 ５０ 可動床面部
５１ 腰掛 ６０ 連結部材
７０ 内装部材 ８０ 床板
９０ 補助支持部材 １００ 補助支持部材

Claims (6)

1. 被収容物が収容される空間部の下部において実質的に水平方向に延在し、実質的に上下方向に延在する側壁部に対して近接又は離間するよう水平方向に相対変位可能な可動床面部と、
   実質的に上下方向に延在し、上端部が前記側壁部の上下方向における中間部に揺動可能に接続されるとともに、下端部が前記床面部の端部に揺動可能に接続された連結部材と
   を備えることを特徴とする移動体の床面支持構造。
2. 前記連結部材の前記上端部と前記下端部の少なくとも一方は、弾性を有する材料を介して前記可動床面部を支持すること
   を特徴とする請求項１に記載の移動体の床面支持構造。
3. 前記可動床面部の下側に、前記側壁部の下部に固定された床構造体が設けられ、
   前記可動床面部と前記床構造体との間に弾性を有する材料によって構成された支持体が設けられること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の移動体の床面支持構造。
4. 前記支持体は、前記可動床面部の前記床構造体に対する相対変位が所定値以上となった場合にのみ作用するよう通常時には空隙が設けられること
   を特徴とする請求項３に記載の移動体の床面支持構造。
5. 前記側壁部の内面側に内装部材が設けられ、
   前記連結部材の少なくとも一部は、前記側壁部と前記内装部材との間の空間部に収容されること
   を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の移動体の床面支持構造。
6. 前記移動体は、鉄道車両であり、
   前記側壁部は、車体の構体における側面部を構成する側構体であり、
   前記連結部材の上端部は、前記側構体のいずれかの場所に接続されること
   を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の移動体の床面支持構造。

Images