JP6749870B2 - 車輪放射音遮蔽装置及び車輪放射音遮蔽方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音、特に数ｋＨｚ以上の車輪放射音（きしり音）に対する遮蔽装置及び遮蔽方法に関する。

鉄道は都市部から地方まで、全国の広域にわたり運行されており、特に都市部や市街地における鉄道の沿線では、鉄道車両の走行時に発生する騒音や振動が問題として挙げられる。鉄道車両を無音、無振動で走らせることはできないが、可能な限りこれら騒音や振動を低減することが求められている。

鉄道車両の走行時の騒音は、鉄道車両や軌道を構成する種々の要素から発生するが、その１つに車輪から発生する騒音がある。車輪からの騒音には、鉄道車両がレール上を走行する際に、車輪がレールを転動することで発生する転動音（主に５００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数帯）や、曲線軌道走行時に発生するきしり音（主に２ｋＨｚから５ｋＨｚの周波数帯）が含まれる。このうち、特にきしり音は、鉄道線路の沿線住民からの苦情も多く、きしり音対策は鉄道運行における大きな課題であるといえる。

きしり音は、鉄道車両が曲線軌道を走行する際、レールと車輪が擦れ合い、車輪の自励振動により生じる摩擦振動音のことである。そして、車輪がきしり音の面状の音源となり、きしり音は車輪の表面から放射される。以下の説明においては、このように車輪から放射されるきしり音を車輪放射音という場合がある。

車輪放射音を低減するための既存技術として、非特許文献１には、車輪及びレールに、潤滑油や固体潤滑剤などの摩擦緩和材を散布することが記載されている。上述したようにきしり音は車輪の摩擦振動に起因するものであるため、このように車輪とレールの間に適切な摩擦緩和材を散布することで、当該車輪とレールの間の摩擦力を軽減し、きしり音の発生を抑え、また発生するきしり音を緩和することができる。

また、非特許文献２には、レールからの振動を遮断する弾性車輪や車輪全体の振動の大きさを抑える防音車輪（制振車輪）を用いることが記載されている。これら車輪は、車輪の振動を抑制できる構造を有しており、車輪放射音の発生を抑えることができる。

さらに、特許文献２には、発生した車輪放射音を物理的に遮蔽する技術として、防音カバーを用いることが記載されている。防音カバーは、車体の下方において台車の側面を覆うように設けられ、この防音カバーにより車輪から発生する車輪放射音を遮蔽することができる。

深貝晋也ら著 ＲＲＲ Ｖｏｌ．７２ Ｎｏ．１０ ２０１５．１０ 「摩擦制御材で車輪とレールの接触状態を適正化する」 佐藤潔ら著 ＲＲＲ Ｖｏｌ.６４ Ｎｏ.２ ２００７．２ 「沿線騒音低減のための転動音対策」

しかしながら、上述した非特許文献１に記載された方法では、摩擦緩和材を車輪及びレールに噴射することにより、鉄道車両や軌道が汚染される。また、摩擦緩和材が車輪とレールの間の制動状態に影響を及ぼすため、鉄道車両の走行時には、当該制動状態を考慮した煩雑な制御が必要になる。

また、非特許文献２に記載されたように弾性車輪や防音車輪（制振車輪）、防音カバーを用いる場合、導入コストがかかり、またメンテナンスも大変である。特に防音カバーを用いる場合は、車両限界支障の問題もある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、鉄道の構成要素に影響を及ぼすことなく簡易な方法で車輪放射音を遮蔽し、鉄道沿線における車輪放射音の暴露状況を改善することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音を遮蔽する装置であって、空気より音響インピーダンス密度の高い流体を、車輪の車幅方向外側において当該車輪の少なくとも一部を覆うように噴射する流体噴射部を有することを特徴としている。

本発明によれば、空気より音響インピーダンス密度の高い流体が車輪の少なくとも一部を覆うので、当該流体により音響的な反射面が形成され、車輪から発生した車輪放射音（きしり音）を車幅方向内側に反射させることができる。このように車輪放射音を遮蔽できるので、当該車輪放射音が鉄道沿線に暴露するのを抑制することができる。

しかも、本発明は流体を用いているので、非特許文献１に記載の摩擦緩和材のように鉄道車両や軌道を汚染することなく、車輪とレールの間の制動状態に影響を及ぼすこともない。すなわち、鉄道の構成要素に影響を及ぼすことがない。

また、既存の鉄道車両には流体、例えば圧縮空気を供給する装置が設けられており、本発明において流体噴射部から流体を噴射するに際し、この既存の機器を流用することができる。このため、非特許文献２に記載の車輪や防音カバーに比べて、導入コストを低廉化することができる。さらに、本発明の流体噴射部はメンテナンスが容易で、車両限界支障も考慮する必要がない。

前記車輪放射音遮蔽装置において、前記流体噴射部は、前記流体が前記車輪の少なくとも一部を面状で覆うように、当該流体を鉛直方向に所定長さで噴射してもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置において、前記流体噴射部は、台車の長手方向に並べて配置された前記車輪の間に設けられ、当該台車の長手方向両方向に前記流体を噴射してもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置において、前記流体噴射部は車幅方向両側に設けられ、それぞれ独立して前記流体を噴射してもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置は、前記車輪放射音を吸収する吸音部をさらに有していてもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置において、前記吸音部は、台車の長手方向外側の一方又は両方において、車体の車幅方向に延在して設けられていてもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置は、前記流体噴射部に供給される前記流体を圧縮する圧縮機をさらに有していてもよい。

前記車輪放射音遮蔽装置において、前記流体は炭酸ガス又はアルゴンガスであってもよい。

別な観点による本発明は、鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音を遮蔽する方法であって、流体噴射部から、空気より音響インピーダンス密度の高い流体を噴射し、前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、車輪の車幅方向外側において当該車輪の少なくとも一部を覆い、前記車輪放射音を車幅方向内側に反射させることを特徴としている。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記流体噴射部から前記流体を鉛直方向に所定長さで噴射し、前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、前記車輪の少なくとも一部は覆う必要がある。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記流体噴射部は、台車の長手方向に並べて配置された前記車輪の間に設けられ、前記流体噴射部から前記台車の長手方向両方向に前記流体を噴射してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記鉄道車両の位置を検知し、検知された前記鉄道車両の位置に基づいて、前記流体噴射部からの前記流体の噴射を制御してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、車体に対する台車の相対角度を検知し、検知された前記相対角度に基づいて、前記流体噴射部からの前記流体の噴射を制御してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記流体噴射部は車幅方向両側に設けられ、当該流体噴射部からそれぞれ独立して前記流体を噴射してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、前記車輪放射音の一部を吸音部に移流させて当該吸音部で吸収してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記吸音部は、台車の長手方向外側の一方又は両方において、前記車輪放射音の一部を吸収してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、圧縮機によって、前記流体噴射部に供給される前記流体を圧縮してもよい。

前記車輪放射音遮蔽方法において、前記流体は炭酸ガス又はアルゴンガスであってもよい。

本発明によれば、鉄道の構成要素に影響を及ぼすことなく簡易な方法で車輪放射音を遮蔽し、鉄道沿線における車輪放射音の暴露状況を改善することができる。

本実施形態に係る鉄道車両の構成の概略を模式的に示す説明図である。 台車周辺を下方から見た際の構成の概略を示す説明図である。 噴射ノズルの構成の概略を示す説明図である。 噴射ノズルからの気流と車輪放射音の流れを示す説明図である。 噴射ノズルからの気流と車輪放射音の流れを示す説明図である。 噴射ノズルからの気流を示す説明図である。 車輪放射音遮蔽方法における主な工程を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る噴射ノズルの構成の概略を示す説明図である。 他の実施形態に係る台車周辺を下方から見た際の構成の概略を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜鉄道車両１の構成＞
先ず、鉄道車両の構成の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る鉄道車両１の構成の概略を模式的に示す説明図である。図２は、台車３の周辺を下方から見た際の構成の概略を示す説明図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向を規定し、Ｘ軸方向を鉄道車両１の長手方向、Ｙ軸方向を鉄道車両１の車幅方向、Ｚ軸方向を鉛直方向とする。

図１に示すように鉄道車両１は、乗客や貨物などの積載物を収容する車体２と、車体２を支持して軌道上を走行する台車３と、台車３の車輪から発生する車輪放射音を遮蔽する車輪放射音遮蔽装置４と、を有している。

＜台車３の構成＞
次に、台車３の構成について説明する。図１及び図２に示すように台車３は、輪軸１０と台車枠２０を有している。台車３は、台車枠２０の上面に設けられた空気ばね等の車体支持装置（図示せず）を介して車体２の下面側に取り付けられている。

輪軸１０は、レール上を走行する略円盤状の車輪１１と、２枚の車輪１１に貫設され車幅方向（Ｙ軸方向）に延伸する車軸１２と、を有している。輪軸１０は台車３の長手方向（Ｘ軸方向）に一対に設けられ、一対の輪軸１０は互いの車軸１２が平行になるように配置されている。

台車枠２０は、台車３の長手方向に延伸し、車幅方向に離間して配置された一対の側梁２１と、車幅方向に延伸し、台車３の長手方向中央部において一対の側梁２１を補強固定する横梁２２と、を有している。台車枠２０では、一対の輪軸１０が横梁２２を挟んで長手方向両側に配置され、一対の側梁２１に支持されている。

＜車輪放射音遮蔽装置４の構成＞
次に、車輪放射音遮蔽装置４の構成について説明する。車輪放射音遮蔽装置４で遮蔽する車輪放射音の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、特に現状の鉄道沿線で問題となっている、数ｋＨｚ以上の周波数（波長０．１ｍオーダー以下）を有するきしり音を対象とする。

車輪放射音遮蔽装置４では、車輪１１の車幅方向外側に流体、本実施形態では気体のシート状の流れ（以下、「気流」という）を形成し、当該気流の面で、車輪１１から発生した車輪放射音を車幅方向内側に反射させる。具体的には、空気よりも音響インピーダンス密度の高い気体を用いて気流を形成することで、車輪放射音の一部あるいは全ては当該気流を透過せず遮蔽される。また、車輪放射音遮蔽装置４では、このように形成された気流により、車輪放射音を後述する吸音材３９に移流させて吸収する。

かかる作用を奏する車輪放射音遮蔽装置４は図１に示すように、気流を形成して車輪放射音を遮蔽する遮音ユニット３０と、遮音ユニット３０の動作を制御する制御ユニット４０と、を有している。図１において、実線矢印は遮音ユニット３０における気体の流れを示し、点線矢印は制御ユニット４０における情報信号の流れを示している。

（遮音ユニット３０の構成）
先ず、遮音ユニット３０の構成について説明する。遮音ユニット３０は、第１の貯留タンク３１、蒸発器３２、圧縮機３３、除湿器３４、調圧器３５、第２の貯留タンク３６、噴射制御弁３７、流体噴射部としての噴射ノズル３８、吸音部としての吸音材３９を有している。第１の貯留タンク３１、蒸発器３２、圧縮機３３、除湿器３４、調圧器３５、第２の貯留タンク３６、噴射制御弁３７、噴射ノズル３８は、気体の流れの上流側からこの順で設けられ、それぞれ気体が流通する配管（図示せず）で接続されている。なお、第１の貯留タンク３１、蒸発器３２、圧縮機３３、除湿器３４、調圧器３５、第２の貯留タンク３６、噴射制御弁３７はそれぞれ、鉄道車両１の任意の位置に配置される。

第１の貯留タンク３１は、噴射ノズル３８から噴射される気体を貯留する。上述したように、ここで用いられる気体は、空気よりも音響インピーダンス密度の高い気体である。本実施形態では、例えば炭酸ガスやアルゴンガスが用いられる。なお、第１の貯留タンク３１では、気体をそのまま気体状で貯留してもよいし、あるいは気体の媒質によっては液体状で貯留してもよい。

蒸発器３２は、第１の貯留タンク３１において液体を貯留している場合、当該液体を気化させる。したがって、第１の貯留タンク３１において気体がそのまま気体状で貯留されている場合は、蒸発器３２での気化処理は行われない。

圧縮機３３は、気体を加圧して圧縮する。除湿器３４は、圧縮された気体中に含まれる湿気を吸収して除去する。調圧器３５は、除湿された気体の圧力を予め定められた所定圧力に調節する。第２の貯留タンク３６は、調圧された気体を一時的に貯留する。

なお、本実施形態における圧縮機３３、除湿器３４、調圧器３５には、既存の鉄道に設けられた機器を流用することも可能である。具体的には、例えば車輪とレール間の制動、ドアの開閉、パンタグラフ昇降などの制御において圧縮気体が使用されており、圧縮気体の生成には圧縮機、除湿器、調圧器などが用いられている。このように既存の機器を流用する場合、車輪放射音遮蔽装置４の構成を簡略化して、導入コストを低廉化することができる。

噴射制御弁３７は、その開閉により、噴射ノズル３８からの気体噴射のオンオフを制御する制御弁である。噴射制御弁３７は、後述する制御部４５からの指令信号によりその開閉が制御される。また、後述するように噴射ノズル３８は２つ設けられ、これら２つの噴射ノズル３８のそれぞれの噴射を制御できるように、噴射制御弁３７も２つ設けられている。

図１及び図２に示すように噴射ノズル３８は、横梁２２の下面の両端部に設けられている。各噴射ノズル３８は、車輪１１の車幅方向外側に配置されている。また、２つの噴射ノズル３８はそれぞれ、噴射制御弁３７により独立して気体の噴射を制御できる。すなわち、一方の噴射ノズル３８から気体を噴射し、他方の噴射ノズル３８からの気体噴射を停止することも可能である。

図３に示すように噴射ノズル３８は、略直方体形状の本体３８０を有している。本体３８０は中空で、内部を気体が流通するようになっている。本体３８０には、当該本体３８０に気体が供給される供給口３８１と、本体３８０から気体が噴射される噴射口３８２と、が形成されている。供給口３８１の位置は任意であるが、例えば本体３８０の車幅方向（Ｙ軸方向）の側面に形成されている。

噴射口３８２は、本体３８０において、台車３の長手方向（Ｘ軸方向）の両側面に形成されている。これにより、噴射ノズル３８は、台車３の長手方向両方向に気体を噴射することができ、当該長手方向両方向に気流Ｆが形成される。そして、図４及び図５に示すように気流Ｆは、車輪１１の車幅方向外側において、台車３の長手方向に沿って（平行に）形成される。

また、図３に示すように噴射口３８２は、鉛直方向に所定長さでスリット状に形成されている。これにより、噴射口３８２から気体が鉛直方向に広がって噴射され、シート状の気流Ｆが形成される。そして、図４及び図６に示すように噴射ノズル３８は横梁２２の下面に設けられており、側面視において気流Ｆは車輪１１の一部を面状で覆う。

噴射ノズル３８から噴射される気体により、図４〜図６に示した気流Ｆが形成され、しかもこの気体は空気よりも音響インピーダンス密度が大きい。この音響インピーダンス密度の差を利用し、車輪１１の車幅方向外側には、気流Ｆによる音響的な反射面が形成される。そして、車輪１１から発生した車輪放射音のうち、一部の車輪放射音Ｓ１は気流Ｆを透過せず、当該気流Ｆで反射する。また、一部の車輪放射音Ｓ２は気流Ｆにより、その流れの方向がシフトされ、台車３の長手方向に移流する。このように車輪放射音Ｓ１が反射し、車輪放射音Ｓ２が移流することで、車輪放射音が線路沿線に暴露されるのを抑制することができる。なお、気流Ｆの厚みは車輪放射音の波長に依存し、例えば車輪放射音の波長が長い場合、気流Ｆの厚みを大きくする必要がある。

図１及び図２に示すように吸音材３９は車体２の下面に取り付けられ、台車３の長手方向外側の両側に配置される。吸音材３９は、車幅方向に延在し、台車３を車幅方向に覆うように設けられる。また、吸音材３９は、その下端が噴射ノズル３８より下方に位置するように設けられる。なお、吸音材３９には、密度の高い綿状の材料が用いられ、例えばグラスウールが用いられる。

図４及び図５に示すように気流Ｆにより、台車３の長手方向に移流した車輪放射音Ｓ２は吸音材３９まで流れ、当該吸音材３９に吸収される。したがって、線路沿線への車輪放射音の暴露状況は、さらに改善される。

以上のように遮音ユニット３０では、噴射ノズル３８から噴射された気流Ｆにより、車輪放射音Ｓ１が車幅方向内側に反射され、また車輪放射音Ｓ２が移流して吸音材３９に吸収される。このように車輪放射音Ｓ１、Ｓ２が遮蔽されて、線路沿線に暴露するのが抑制される。

（制御ユニット４０の構成）
次に、制御ユニット４０の構成について説明する。図１に示すように制御ユニット４０は、車両位置検知部４１、ＡＴＳ車上子４２、ＧＰＳ受信機４３、台車角度検知部４４、制御部４５を有している。なお、車両位置検知部４１、ＡＴＳ車上子４２、ＧＰＳ受信機４３、台車角度検知部４４、制御部４５はそれぞれ、鉄道車両１の任意の位置に配置される。

車両位置検知部４１は、鉄道車両１の位置を検知する。鉄道車両１の位置は、例えばＡＴＳ車上子４２、ＧＰＳ受信機４３、車輪１１などからの情報に基づいて検知される。なお、本実施形態で説明する鉄道車両１の位置の検知方法は一例であり、これに限定されず、他の公知の検知方法を用いてもよい。

ＡＴＳ車上子４２は、ＡＴＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｓｔｏｐ、自動列車停止装置）における車上子である。ＡＴＳでは、軌道側に設けられた地上子から車上子４２に位置情報等が送信される。車両位置検知部４１は、このＡＴＳ車上子４２で取得された位置情報に基づいて、鉄道車両１の位置を検知することができる。

ＧＰＳ受信機４３は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、全地球測位システム）における受信機であり、ＧＰＳ受信機４３において鉄道車両１の位置情報が取得される。車両位置検知部４１は、このＧＰＳ受信機４３で取得された位置情報に基づいて、鉄道車両１の位置を検知することができる。

車両位置検知部４１は、車輪１１の回転数を計測することにより、ある基準位置からどれだけの距離を走行したのかを算出し、鉄道車両１の位置を検知することもできる。

台車角度検知部４４は、車体２に対する台車３の相対角度（以下、「台車角度」という）を検知する。この台車角度は、例えば図５に示すように鉄道車両１が曲線軌道を走行する際、車体２に対して台車３が傾く角度θである。

車両位置検知部４１で検知された鉄道車両１の位置情報と、台車角度検知部４４で検知された台車角度情報はそれぞれ、制御部４５に出力される。

制御部４５では、例えば線路において車輪放射音が発生するポイント（以下、「車輪放射音発生ポイント）という）の位置が予め把握されており、車両位置検知部４１で検知された鉄道車両１の現在位置に基づき、鉄道車両１の走行速度などから、当該鉄道車両１が車輪放射音発生ポイントを通過するタイミングを算出する。制御部４５はさらに、算出されたタイミングに基づいて、噴射制御弁３７の開閉を制御する。そして、鉄道車両１が車輪放射音発生ポイントを通過するタイミングで噴射制御弁３７が開放され、噴射ノズル３８から気体が噴射される。

また、制御部４５では、例えば車輪放射音発生ポイントにおける台車角度（以下、「設定台車角度」という）が把握されており、この設定台車角度と、台車角度検知部４４で検知された現在の台車角度とを比較して監視する。そして、台車角度検知部４４で検知された台車角度が設定台車角度に達した際、鉄道車両１が車輪放射音発生ポイントを通過すると判断され、噴射制御弁３７が開放されて、噴射ノズル３８から気体が噴射される。

なお、本実施形態の制御部４５では、噴射制御弁３７の開閉を制御する指標として、鉄道車両１の位置情報と台車角度情報を用いたが、これに限定されない。鉄道車両１が車輪放射音発生ポイントを通過するタイミングを特定できるものであれば、任意の方法を用いることができる。

＜車輪放射音遮蔽装置４による車輪放射音遮蔽方法＞
次に、以上のように構成された車輪放射音遮蔽装置４を用いて、車輪１１から発生する放射音を遮蔽する方法について説明する。図７は、車輪放射音遮蔽方法における主な工程を示すフローチャートである。

（事前準備）
鉄道車両１の走行前の事前準備として、先ず、第１の貯留タンク３１に気体を貯留する（図７のステップＡ１）。ステップＡ１では、例えば駅や車両基地において鉄道車両１が停止中に、気体充填部（図示せず）から第１の貯留タンク３１に気体が充填される。

なお、第１の貯留タンク３１では、気体がそのまま気体状で貯留されていてもよいし、液体状で貯留されていてもよい。第１の貯留タンク３１に液体で貯留されている場合には、蒸発器３２において当該液体が気化される（図７のステップＡ２）。

その後、第１の貯留タンク３１に貯留された気体は、噴射ノズル３８から噴射できるように所定処理が行われる。すなわち、圧縮機３３における気体の圧縮（図７のステップＡ３）、除湿器３４における気体の除湿（図７のステップＡ４）、調圧器３５における気体の調圧（図７のステップＡ５）が行われる。そして、調圧された気体は、第２の貯留タンク３６に一時的に貯留される（図７のステップＡ６）。

本実施形態では、これらステップＡ３〜Ａ６を走行前の事前準備として行ったが、鉄道車両１の走行中に行ってもよい。

（走行時）
上述した事前準備が完了し鉄道車両１が走行すると、車両位置検知部４１において鉄道車両１の位置を検出し、また台車角度検知部４４において台車角度を検知する（図７のステップＢ１）。

制御部４５では、ステップＢ１で検知された鉄道車両１の位置、及び／又は、台車角度に基づいて噴射制御弁３７の開閉を制御する（図７のステップＢ２）。鉄道車両１の位置に基づく場合と台車角度に基づく場合のいずれの場合でも、上述したように制御部４５では、鉄道車両１が車輪放射音発生ポイントを通過するタイミングを推定して噴射制御弁３７の開閉を制御する。この際、制御部４５では、鉄道車両１の位置と台車角度のいずれか一方を用いてもよいし、両方を用いてもよい。例えば鉄道車両１の位置と台車角度の両方を用いる場合には、鉄道車両１の位置に基づいて算出される車輪放射音発生ポイントと、台車角度に基づいて判断される車輪放射音発生ポイントとが一致する場合に、噴射制御弁３７を開放するように制御してもよい。

制御部４５からの指令信号により噴射制御弁３７が開放されると、第２の貯留タンク３６に貯留された気体が噴射ノズル３８に供給される（図７のステップＡ７）。そして、噴射ノズル３８から気体が噴射され、図４〜図６に示した気流Ｆが形成される。この際、気体は所定圧力に調節されているので、適切な気流Ｆを形成することができる。なお、ステップＡ７及びＡ８を行うと、第２の貯留タンク３６に貯留された気体が消費される。そこで、ステップＡ２〜Ａ７を行い、調圧後の気体が第２の貯留タンク３６に一時的に貯留される。

ここで、本実施形態では車輪放射音はきしり音であり、車輪放射音発生ポイントは例えば曲線軌道である。特に急な曲線ではきしり音が発生しやすい。上述したように鉄道車両１が曲線軌道を走行する際、車輪１１がレールに対して横すべりし、これにより車輪１１が摩擦振動することできしり音が発生する。そして、車輪１１がきしり音の面状の音源となり、きしり音は車輪１１の表面から放射される。そうすると、何も対策をしない場合、きしり音は車輪１１から車幅方向外側、すなわち線路沿線に放射される。

これに対し本実施形態では、図４〜図６に示したように噴射ノズル３８から噴射された気体により気流Ｆを形成する。この気流Ｆにより、一部の車輪放射音Ｓ１は車幅方向内側に反射されて遮蔽される。また、気流Ｆにより、一部の車輪放射音Ｓ２は台車３の長手方向に移流する。そうすると、線路沿線に伝搬する音エネルギーを低減することができ、車輪放射音が線路沿線に暴露されるのを抑制することができる。また、車輪放射音Ｓ２は移流して吸音材３９に吸収されるので、線路沿線への車輪放射音の暴露状況は、さらに改善される。

なお、上述したように車輪１１は面状の音源として作用しているため、車輪１１の一部を覆うようにして気流Ｆを形成することで線路沿線へ伝搬する車輪放射音を低減することが可能である。すなわち、シート状の気流Ｆは、側面視において車輪１１の少なくとも一部を覆うことができればよく、必ずしも車輪１１の全面を覆う必要はない。もちろん、気流Ｆは車輪１１の全面を覆ってもよい。

また、車輪放射音が線路沿線の特定の方向へ伝搬することを抑制するために、図５に示すように２つの噴射ノズル３８を独立して制御し、例えば内側の噴射ノズル３８から気体を噴射し、外側の噴射ノズル３８からの気体の噴射を停止してもよい。

また、図５に示すように鉄道車両１が曲線軌道を走行する際には、台車３は車体２に対して台車角度θで傾くため、噴射ノズル３８の噴射口３８２から吸音材３９までの距離Ｄ１、Ｄ２に差が生じる。このため、車輪放射音Ｓ２が気流Ｆにより吸音材３９まで適切に移流されず、線路沿線などに移流されてしまう可能性がある。そこで、車輪放射音Ｓ２を吸音材３９に確実に到達させるため、噴射ノズル３８は、２つの噴射口３８２から独立して異なる速度、圧力で気体を噴射できるように構成されているのが好ましい。

＜車輪放射音遮蔽装置４の他の実施形態＞
次に、車輪放射音遮蔽装置４の他の実施形態について説明する。

上記実施形態では、噴射ノズル３８にはスリット状の噴射口３８２が形成されていたが、噴射口の形状はこれに限定されない。例えば図８に示すように噴射ノズル３８の側面には、円形状の噴射口３８３が鉛直方向に複数並べて形成されてもよい。かかる場合、複数の噴射口３８３から噴射された気体で気流Ｆが形成され、これら複数の気流Ｆにより、車輪放射音Ｓ１に対する音響的な反射面を形成することができる。また、複数の気流Ｆにより、車輪放射音Ｓ２を移流させる効果もある。このように噴射ノズル３８で形成される気流Ｆは必ずしもシート状である必要はなく、車輪放射音の一部を反射させ、また移流させることができれば、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。

また、上記実施形態では、流体噴射部として噴射ノズル３８を用いたが、流体噴射部はノズル構造に限定されず、気体を噴射できれば任意の構造を取り得る。さらに、噴射ノズル３８からは流体として気体が噴射されたが、空気よりも音響インピーダンス密度が高い物質であればよく、例えば水などの液体であってもよい。

また、上記実施形態では、噴射ノズル３８は横梁２２の下面の両端部に設けられ、台車３の長手方向両方向に気流Ｆを形成していたが、噴射ノズル３８の配置や気流Ｆの方向はこれに限定されず、車輪１１を車幅方向外側から覆うように気流Ｆを形成できればよい。例えば車体２の下面に噴射ノズル３８を設け、車輪１１の車幅方向外側に向けて吹き降ろすようにして気流Ｆを形成してもよいし、あるいは、例えば台車３の長手方向前後、すなわち吸音材３９の近傍に噴射ノズル３８を設け、対向するもう一方の吸音材３９に向けて気体を噴射するようにしてもよい。

例えば図９に示すように車体２の下面において、台車３の長手方向外側に２つの噴射ノズル３８を設けてもよい。２つの噴射ノズル３８はそれぞれ、車輪１１の車幅方向外側に気流Ｆを形成する。また、気流Ｆが台車３に衝突するのを回避するため、噴射ノズル３８は、曲線軌道に応じて気流Ｆの方向を変更できるように構成されているのが好ましい。なお、噴射ノズル３８が設けられる側の吸音材３９は省略される。かかる場合でも、気流Ｆにより、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。

また、以上の実施形態では、吸音部として吸音材３９を用いたが、吸音部は綿状の吸音材に限定されず、車輪放射音を吸収できれば任意の構造を取り得る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音、特に数ｋＨｚ以上の車輪放射音（きしり音）を遮蔽するのに有用である。

１ 鉄道車両
２ 車体
３ 台車
４ 車輪放射音遮蔽装置
１０ 輪軸
１１ 車輪
１２ 車軸
２０ 台車枠
２１ 側梁
２２ 横梁
３０ 遮音ユニット
３１ 第１の貯留タンク
３２ 蒸発器
３３ 圧縮機
３４ 除湿器
３５ 調圧器
３６ 第２の貯留タンク
３７ 噴射制御弁
３８ 噴射ノズル
３８０ 本体
３８１ 供給口
３８２、３８３ 噴射口
３９ 吸音材
４０ 制御ユニット
４１ 車両位置検知部
４２ ＡＴＳ車上子
４３ ＧＰＳ受信機
４４ 台車角度検知部
４５ 制御部
Ｆ 気流
Ｓ１、Ｓ２ 車輪放射音

Claims (18)

1. 鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音を遮蔽する装置であって、
   空気より音響インピーダンス密度の高い流体を、車輪の車幅方向外側において当該車輪の少なくとも一部を覆うように噴射する流体噴射部を有することを特徴とする、車輪放射音遮蔽装置。
2. 前記流体噴射部は、前記流体が前記車輪の少なくとも一部を面状で覆うように、当該流体を鉛直方向に所定長さで噴射することを特徴とする、請求項１に記載の車輪放射音遮蔽装置。
3. 前記流体噴射部は、台車の長手方向に並べて配置された前記車輪の間に設けられ、当該台車の長手方向両方向に前記流体を噴射することを特徴とする、請求項１又は２に記載の車輪放射音遮蔽装置。
4. 前記流体噴射部は車幅方向両側に設けられ、それぞれ独立して前記流体を噴射することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽装置。
5. 前記車輪放射音を吸収する吸音部をさらに有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽装置。
6. 前記吸音部は、台車の長手方向外側の一方又は両方において、車体の車幅方向に延在して設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の車輪放射音遮蔽装置。
7. 前記流体噴射部に供給される前記流体を圧縮する圧縮機をさらに有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽装置。
8. 前記流体は炭酸ガス又はアルゴンガスであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽装置。
9. 鉄道車両の走行時に発生する車輪放射音を遮蔽する方法であって、
   流体噴射部から、空気より音響インピーダンス密度の高い流体を噴射し、
   前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、車輪の車幅方向外側において当該車輪の少なくとも一部を覆い、前記車輪放射音を車幅方向内側に反射させることを特徴とする、車輪放射音遮蔽方法。
10. 前記流体噴射部から前記流体を鉛直方向に所定長さで噴射し、
    前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、前記車輪の少なくとも一部を面状で覆うことを特徴とする、請求項９に記載の車輪放射音遮蔽方法。
11. 前記流体噴射部は、台車の長手方向に並べて配置された前記車輪の間に設けられ、
    前記流体噴射部から前記台車の長手方向両方向に前記流体を噴射することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の車輪放射音遮蔽方法。
12. 前記鉄道車両の位置を検知し、
    検知された前記鉄道車両の位置に基づいて、前記流体噴射部からの前記流体の噴射を制御することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。
13. 車体に対する台車の相対角度を検知し、
    検知された前記相対角度に基づいて、前記流体噴射部からの前記流体の噴射を制御することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。
14. 前記流体噴射部は車幅方向両側に設けられ、当該流体噴射部からそれぞれ独立して前記流体を噴射することを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。
15. 前記流体噴射部から噴射された前記流体によって、前記車輪放射音の一部を吸音部に移流させて当該吸音部で吸収することを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。
16. 前記吸音部は、台車の長手方向外側の一方又は両方において、前記車輪放射音の一部を吸収することを特徴とする、請求項１５に記載の車輪放射音遮蔽方法。
17. 圧縮機によって、前記流体噴射部に供給される前記流体を圧縮することを特徴とする、請求項９〜１６のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。
18. 前記流体は炭酸ガス又はアルゴンガスであることを特徴とする、請求項９〜１７のいずれか一項に記載の車輪放射音遮蔽方法。

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