JP6825988B2 - 鉄道車両用の複層窓ユニット - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用の複層窓ユニットに関する。

鉄道車両、特に高速車両においては、遮音性、断熱性及び安全性等の観点から、互いに向かい合う一対の窓板の間に気体層が形成されてなる複層窓が用いられている（例えば特許文献１参照）。複層窓の遮音性能は、一般的に、一対の窓板を貼り合わせてなる合わせガラス等の他の窓構造の遮音性能よりも優れている。

特許第４３７２５０４号公報

上述したような従来の複層窓では、共鳴透過現象と呼ばれる共振現象により、低音域帯における特定の周波数（共鳴透過周波数）において遮音性能に落ち込みが見られる。この低音域における共鳴透過現象は、一対の窓板を質量、気体層をバネとしたバネ−マス系の共鳴振動によって生じる。鉄動車両においては、トンネル走行時に低音域の騒音が窓から侵入する場合があり、鉄動車両用の複層窓には、低音域帯の音に対して高い遮音性能を有することが求められる。

そこで、本発明は、複層窓本来の遮音性能を維持しつつ、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを抑制できる鉄道車両用の複層窓ユニットを提供することを目的とする。

本発明の鉄道車両用の複層窓ユニットは、互いに向かい合う一対の窓板と、一対の窓板の間に気体層が形成されるように、一対の窓板の縁部同士を固定する固定部材と、一対の窓板の間に配置された透明なシート状部材と、を備え、シート状部材は、複数の貫通微細孔を有し、気体層を一方の窓板側と他方の窓板側とに仕切るように、一対の窓板のそれぞれから離間した状態で、固定部材に固定されている。

この鉄道車両用の複層窓ユニットでは、一対の窓板の間に、気体層を一方の窓板側と他方の窓板側とに仕切るシート状部材が配置されている。これにより、シート状部材が一対の窓板の共振を抑制する減衰要素として機能するため、共鳴透過現象の発生を抑制できる。更に、シート状部材が複数の貫通微細孔を有することにより、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果を生じさせ、共鳴透過周波数の音に対する遮音性能を向上することが可能となっている。一方で、シート状部材が一対の窓板のそれぞれから離間しており、合わせガラスのように一対の窓板が一体化されていないため、複層窓本来の遮音性能も維持できる。よって、この鉄動車両用の窓ユニットによれば、複層窓本来の遮音性能を維持しつつ、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを抑制できる。

また、一対の窓板の少なくとも一方は、ポリカーボネートによって構成されていてもよい。この場合、窓板を軽量化できると共に、ポリカーボネートによって構成された窓板を車両外側に配置することで、飛来物の衝突等による割れを抑制できる。

また、シート状部材は、樹脂フィルムによって構成されていてもよいし、樹脂板によって構成されていてもよい。この場合、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを効果的に抑制できる。

また、固定部材は、一対の窓板の縁部間に配置されたスペーサと、一対の窓板の間を封止する封止部材と、を有し、シート状部材の縁部は、スペーサによって挟まれた状態で、封止部材に埋没していてもよい。この場合、シート状部材を容易に且つ確実に固定部材に固定できる。

本発明によれば、複層窓本来の遮音性能を維持しつつ、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを抑制できる鉄道車両用の複層窓ユニットを提供できる。

実施形態の複層窓ユニットを示す正面図である。 図１のII-II線に沿っての断面図である。 シート状部材の拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１及び図２に示されるように、複層窓ユニット１は、一対の窓板２，３と、固定部材４と、シート状部材５と、を備えて構成されている。複層窓ユニット１は、例えば、鉄道車両の側構体に形成された開口部に嵌め込まれて用いられ、鉄道車両の窓部を構成する。

窓板２，３は、矩形状の透明板であり、互いに平行に向かい合うように配置されている。複層窓ユニット１が鉄道車両に取り付けられた状態においては、窓板２が車両内側に配置され、窓板３が車両外側に配置される。窓板２は、例えばガラスによって構成されており、窓板３は、例えばポリカーボネートによって構成されている。窓板２，３は、互いに同一の平面形状を有している。窓板２の厚さは、例えば５ｍｍである。窓板３の厚さは、例えば８ｍｍであり、この例では窓板２の厚さよりも厚くなっている。

固定部材４は、窓板２，３の縁部２ａ，３ａ同士を固定している。固定部材４は、縁部２ａ，３ａの間に配置されたスペーサ７と、スペーサ７よりも外側において窓板２，３の間を封止する封止部材８と、を有して構成されている。

スペーサ７は、矩形環状の枠体であり、各辺部が縁部２ａ，３ａに沿うように配置されている。スペーサ７は、シート状部材５を挟み込む挟持部材７ａ，７ｂを含んで構成されている。挟持部材７ａ，７ｂは、シート状部材５に対して一方の窓板２側と他方の窓板３側とにそれぞれ配置されている。挟持部材７ａ，７ｂは、例えばアルミニウムによって構成されている。スペーサ７内には、後述する気体層Ｓを乾燥させるための乾燥剤が封入されている。スペーサ７と窓板２，３との間は、樹脂製の１次シール材９によって気密に封止されている。１次シール材９は、例えばブチル系ゴムによって構成されている。

封止部材８は、樹脂製のシール材であり、縁部２ａ，３ａの間を全周にわたって気密に封止している。この封止部材８と１次シール材９とにより、スペーサ７と窓板２，３との間に気体層Ｓが形成されている。気体層Ｓは、例えば大気圧程度の圧力を有する空気によって構成されている。気体層Ｓの厚さ（すなわち、窓板２，３の間の距離）は、例えば８ｍｍである。

シート状部材５は、例えば、ポリ塩化ビニルによって構成された無色透明の樹脂フィルムであり、窓板２，３の間に配置されている。シート状部材５は、窓板２，３よりも一回り小さい矩形状に形成されている。シート状部材５の厚さは、例えば１ｍｍである。なお、シート状部材５は、他の材料によって構成されてもよく、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムであってもよい。また、シート状部材５の厚さは、１２μｍ〜３５０μｍの範囲内の他の厚さとなっていてもよい。

シート状部材５は、気体層Ｓを一方の窓板２側と他方の窓板３側とに仕切るように、窓板２，３のそれぞれから離間した状態で、固定部材４に固定されている。より詳細には、シート状部材５の縁部５ａが、挟持部材７ａ，７ｂによって挟まれた状態で、全周にわたって封止部材８に埋没していることにより、シート状部材５が固定部材４に固定されている。シート状部材５と各窓板２，３との間の距離は、例えば３．５ｍｍとなっている。シート状部材５を固定する際には、例えば、挟持部材７ａ，７ｂによってシート状部材５を挟み込んだ状態で、封止部材８を構成する硬化前の樹脂材料を窓板２，３の間に充填し、硬化させる。

図３に示されるように、シート状部材５には、複数の貫通微細孔５ｂが設けられている。貫通微細孔５ｂは、例えば、円形状をなし、格子状に並んで配置されている。貫通微細孔５ｂの直径ｄは、例えば０．３ｍｍとなっており、ピッチ（隣り合う貫通微細孔５ｂの中心間の距離）ｘは、例えば２５ｍｍとなっている。

貫通微細孔５ｂの形状及び配置は、所定の目標周波数の音に対してヘルムホルツ共鳴による吸音効果が効果的に生じるように設定されている。すなわち、貫通微細孔５ｂは、目標周波数に対応した形状及び配置で設けられている。目標周波数としては、例えば、シート状部材５が備えられていないと仮定した場合の複層窓ユニット１の共鳴透過周波数を設定することができる。この共鳴透過周波数は、窓板２，３の形状（厚さ、大きさ）、配置、材質等によって変化する。

本実施形態の例では、目標周波数は２８８Ｈｚに設定されている。複層窓ユニット１において生じるヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数ｆは、下記式（１）により求められる。

上記式（１）において、ｃは音速である。ｐは開口率であり、貫通微細孔５ｂの面積の総和を窓板２，３の面積で除した値である。この例では、開口率ｐは、貫通微細孔５ｂの面積をピッチｘの二乗で除することによって算出することができる。Ｌはシート状部材５と窓板３との間の距離である。ｔ’は開口端補正を考慮した場合のシート状部材５の実効厚さであり、シート状部材５の厚さｔ及び貫通微細孔５ｂの直径ｄに基づいて下記式（２）により求められる。

この例では、上述のとおり、貫通微細孔５ｂの直径ｄは０．２８６ｍｍとなっており、ピッチｘは２５ｍｍとなっている。このとき、開口率ｐは０．１０３×１０^−３となる。また、上述のとおり、距離Ｌは３ｍｍとなっており、厚さｔは１ｍｍとなっている。このとき、実効厚さｔ’は１．２３ｍｍとなる。

これらの値に基づいて上記式（１）により求められる共鳴周波数ｆは２８８Ｈｚとなる。このように、この例では、共鳴周波数ｆが目標周波数に一致しているため、目標周波数の音に対してシート状部材５の吸音効果が効果的に生じる。なお、他の例として、例えば上記の例において目標周波数が２４３Ｈｚに設定された場合、直径ｄは０．２３７ｍｍに設定される。

以上説明したように、複層窓ユニット１では、一対の窓板２，３の間に、気体層Ｓを一方の窓板２側と他方の窓板３側とに仕切るシート状部材５が配置されている。これにより、シート状部材５が一対の窓板２，３の共振を抑制する減衰要素として機能するため、共鳴透過現象の発生を抑制できる。更に、シート状部材５が複数の貫通微細孔５ｂを有することにより、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果を生じさせ、共鳴透過周波数の音に対する遮音性能を向上することが可能となっている。一方で、シート状部材５が一対の窓板２，３のそれぞれから離間しており、合わせガラスのように一対の窓板２，３が一体化されていないため、複層窓本来の遮音性能も維持できる。よって、複層窓ユニット１によれば、複層窓本来の遮音性能を維持しつつ、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを抑制できる。また、シート状部材５が透明であるため、窓板２，３を介した視界や採光が遮られることを回避できる。

また、複層窓ユニット１では、窓板３がポリカーボネートによって構成されている。これにより、窓板３を軽量化できると共に、窓板３を車両外側に配置することで、飛来物の衝突等による割れを抑制できる。

また、複層窓ユニット１では、シート状部材５が樹脂フィルムによって構成されている。これにより、共鳴透過現象による遮音性能の落ち込みを効果的に抑制できる。

また、複層窓ユニット１では、シート状部材５の縁部５ａが、スペーサ７によって挟まれた状態で、封止部材８に埋没している。これにより、シート状部材５を容易に且つ確実に固定部材４に固定できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態において、シート状部材５は、ポリカーボネートによって構成された樹脂板であってもよい。この場合、シート状部材５の厚さは、例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内の厚さとすることができる。また、シート状部材５は、熱線や紫外線を遮断する機能等を持たせた有色透明の樹脂フィルムであってもよい。

また、貫通微細孔５ｂの形状及び配置は、上記実施形態のものに限定されない。ただし、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果を生じさせるために、貫通微細孔５ｂの直径ｄは、０．０３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内に設定されることが好ましい。

また、窓板２，３を構成する材料は限定されず、例えば、窓板２，３の双方がポリカーボネート又はガラスによって構成されてもよい。また、気体層Ｓは、空気以外によって構成されてもよく、例えばアルゴンガス等の他の気体によって構成されてもよい。

１…鉄道車両用の複層窓ユニット、２，３…窓板、２ａ，３ａ…縁部、４…固定部材、５…シート状部材、５ａ…縁部、５ｂ…貫通微細孔、７…スペーサ、８…封止部材、Ｓ…気体層。

Claims (5)

1. 互いに向かい合う一対の窓板と、
   前記一対の窓板の間に気体層が形成されるように、前記一対の窓板の縁部同士を固定する固定部材と、
   前記一対の窓板の間に配置された透明なシート状部材と、を備え、
   前記シート状部材は、複数の貫通微細孔を有し、前記気体層を一方の前記窓板側と他方の前記窓板側とに仕切るように、前記一対の窓板のそれぞれから離間した状態で、前記固定部材に固定されている、鉄道車両用の複層窓ユニット。
2. 前記一対の窓板の少なくとも一方は、ポリカーボネートによって構成されている、請求項１に記載の鉄道車両用の複層窓ユニット。
3. 前記シート状部材は、樹脂フィルムによって構成されている、請求項１又は２に記載の鉄道車両用の複層窓ユニット。
4. 前記シート状部材は、樹脂板によって構成されている、請求項１又は２に記載の鉄道車両用の複層窓ユニット。
5. 前記固定部材は、前記一対の窓板の縁部間に配置されたスペーサと、前記一対の窓板の間を封止する封止部材と、を有し、
   前記シート状部材の縁部は、前記スペーサによって挟まれた状態で、前記封止部材に埋没している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鉄道車両用の複層窓ユニット。

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