JP6842388B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に関し、例えば、客室内の吸音により、客室騒音を低減する鉄道車両に適用して好適なものである。

新幹線（登録商標）に代表される高速鉄道車両（以下、鉄道車両と記す）では、高速化或いは動力の高出力化に伴い、鉄道車両の車内（客室）の騒音（以下、客室騒音と記す）が増大し、乗客の快適性悪化が懸念されている。そのため、客室騒音の増大を抑制する対策が数々講じられてきた。

高速走行時の客室騒音は、空気伝播音が支配的な高周波帯域の音と、固体伝播音が支配的な低周波帯域の音とに大まかに分けられる。高周波帯域の音は、鉄道車両構体の遮音性を高めることによって、車外から車内への侵入を抑制することができる。これに対して、低周波帯域の音は、鉄道車両構体を透過して車外から車内に侵入するため、車内への侵入を抑制することが難しい。このため、鉄道車両の車内に侵入した低周波帯域の音を、車内に吸音機構を備えることで低減することが効果的である。

低周波帯域においては客室内において音響定在波が顕在化している。この特定の周波数に対応する音響定在波に対して１／４波長の長さを有した管を設置し、この管により逆位相の音波を再放射することによって低減する手法が特許文献１（特願２０１５−２３７１９１号）に示されている。

特願２０１５−２３７１９１号

特許文献１に開示される装置が効果的に客室騒音を打ち消すことができる条件は、管の長さをＬ[ｍ]、音速をｃ[ｍ／ｓ]、音の周波数をｆ[Ｈｚ]とした時に、ｆ＝ｃ／４Ｌの条件が成立する場合である。つまり、管の長さを決めることにより、ある１つの周波数の音を打ち消すことができる。

一方で鉄道車両の客室騒音の周波数分析を行うと、特定の周波数においてピークが立っていることは少なく、ブロードバンドに音圧レベルが高いことが多いため、客室騒音を低減する際に、１つの周波数の音を低減するだけでは客室騒音の低減効果は限定的であるという問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、客室騒音を効率的に低減する構造を有する鉄道車両を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、台枠と、屋根構体と、側構体とを有し、内部に内部取り付け部材が取り付けられた鉄道車両において、内部取り付け部材は鉄道車両長手方向一方の端部が開放されている筒状の形を有し、筒状内に吸音材を備えるようにした。

本発明によれば、重量および製造コストを大きくすることなく、低周波帯域の客室騒音を効果的に低減できる構造を備える鉄道車両を実現できる。

第１の実施の形態による鉄道車両の長手方向に交差する面の断面図である。 第１の実施の形態による鉄道車両の低周波帯域の音を吸音する内装パネルを備えた鉄道車両の部分断面図（図１のＡ部）である。 図２に示す内装パネル構造のＥ−Ｅ断面図である。 第２の実施の形態による低周波帯域の音を吸音する別の内装パネルを備えた鉄道車両の部分断面図（図１のＡ部）である。 図４に示す内装パネル構造のＦ−Ｆ断面図である。 第３の実施の形態による低周波帯域の音を吸音する別の内装パネルを備えた鉄道車両の長手方向における部分断面図（図２のＥ−Ｅ部）である。 第４の実施の形態による低周波帯域の音を吸音する荷棚を備えた鉄道車両の部分断面図(図１のＢ部)である。 第４の実施の形態による低周波帯域の音を吸音する荷棚を備えた鉄道車両の長手方向における部分断面図（図７のＧ−Ｇ部）である。 第５の実施の形態による低周波帯域の音を吸音する別の内装パネルを備えた鉄道車両の部分断面図（図１のＣ部）である。

以下、図面を参照して本発明による吸音構造を備えた鉄道車両１を説明する。まず、説明に供する各方向を定義する。各方向は、鉄道車両１の長手方向（レール方向）１００と、鉄道車両１の巾方向（枕木方向）１１０と、鉄道車両１の高さ方向１２０である。

（１）第１の実施の形態
図１は、鉄道車両１の長手方向１００に交差する面の断面図である。鉄道車両１の鉄道車両構体２は、床面を構成する台枠１０と、台枠１０の巾方向１１０の両端部に設置される側構体２０と、台枠１０の長手方向１００の両端部に備えられる妻構体（図示なし）と、側構体２０および妻構体の高さ方向１２０の端部に備えられる屋根構体３０とから構成される。

鉄道車両１は、鉄道車両構体２と、この鉄道車両構体２を構成する台枠１０の長手方向１００の両端の下面に備えられるとともに軌道に沿って走行する台車５とから主に構成される。鉄道車両１を構成する屋根構体３０の車内側には、中央天井パネル５０と側天井パネル６０からなる天井パネル４０が備えられる。また、鉄道車両１を構成する側構体２０の車内側には、側パネル６５や荷棚１４などが備えられ、台枠１０の上面に備えられる床板１６の上面には腰掛１２などが配置される。なお荷棚１４や後述の内装パネルを内部取り付け部材と呼んでもよい。

図１に示す鉄道車両１の車内で観察される客室騒音は固体伝播音と空気伝播音が合算されたものである。固体伝播音は、台車５などの振動が台車５と鉄道車両構体２を連結する部位を伝播して鉄道車両構体２に伝わり、鉄道車両１の床板１６および側パネル６５や天井パネル４０などの内装パネルが振動して車内に放射される音である。一方、空気伝播音は台車５に備えられる車輪が軌道上を転がることで発生する転動音や、車体周りの空力音などが入力源となり、鉄道車両１の各部を透過して車内へ伝播する音である。

一度車内に侵入した固体伝播音および空気伝播音は、車内の内装パネルなどの表面で反射を繰り返すことにより、同じ振幅および波長で、進行方向が互いに逆向きに伝播する音の波（進行波と反射波）が干渉することで、その合成波が進行しない音響定在波となる。

音響定在波の音圧の振幅が最小の点は節と呼称され、その振幅が最大の点は腹と呼称される。音響定在波の音圧分布および空気の粒子速度の分布は、それぞれの腹と節の位置が逆になる。つまり、音圧分布の節の位置は、空気の粒子速度が最大となる腹の位置に対応する。

鉄道車両１の内装パネル表面から１／４波長離れた位置は音圧の節となり、粒子速度の腹の位置となる。この粒子速度の振幅が最も大きい腹の部分に、吸音材を配置することによって客室騒音を効果的に低減することができる。なお吸音材としては、例えば繊維材や発泡材などが挙げられる。

客室騒音を低減する際、客室騒音が高周波帯域の場合は音の波長が短いため、吸音材の設置位置は内装パネル壁から短くなる。一方、客室騒音が低周波帯域の場合は音の波長が長いため、内装パネルから厚みが必要になる。客室騒音が低周波帯域の場合、巾方向１１０や高さ方向１２０で客室騒音が低周波帯域の場合まで吸音効果があるように吸音材の設置を考えると、パネル壁からの距離が必要になり、客室スペースを狭めてしまう課題が考えられる。そこで長手方向１００に着目し、長手方向１００に吸音材の厚み（長さ）を持たせ、長手方向１００に関して客室騒音が低周波帯域の場合までの吸音効果を見込む。

図２は、鉄道車両１の低周波帯域における客室騒音を吸音する構造を備えた鉄道車両１の部分断面図（図１のＡ部）であり、図３は、図２に示す内装パネル構造のＥ−Ｅ断面図である。

鉄道車両構体２を構成する屋根構体３０の車内側の面には車内外の温度差を緩衝する断熱材７０が備えられている。この断熱材７０を拘束する形で屋根構体３０の巾方向１１０の中央部Ｄの下方の中央天井パネル５０と、中央天井パネルの巾方向１１０の端部から屋根構体３０および側構体２０の接続部を覆う側天井パネル６０とが備えられる。

側天井パネル６０は、その巾方向１１０の端部（中央天井パネル５０との重なり部）に下方に延伸する垂直片６２、中央天井パネル５０の端部と重なる部分に下方に延伸する垂直片６４、および長手方向１００の端部（中央天井パネル５０との重なり部）に下方に延伸する垂直片６３（図３）を有している。側天井パネル６０と中央天井パネル５０とが重なる部位に、側天井パネル６０の一部と、垂直片６３（図３）と、中央天井パネル５０の一部から構成される長手方向１００に奥行寸法Ｗを備える筒状の形状が形成される。そして前記筒状の形状内に吸音材８０が封入される。

図３に示すように、筒状の形状の長手方向１００の一方の端部（鉄道車両１の長手方向の内妻６６寄り）は垂直片６３によって閉鎖されており、筒状の形状の長手方向１００の他方の端部（鉄道車両１の長手方向１００の客室中央寄り）は開放されている（開放端部６９）。なお、この解放された開放端部６９には意匠性を維持するためにメッシュカバー５５等が備えられてもよい。

長手方向１００に垂直片６３から厚みＷの吸音材８０が封入されることにより、長手方向１００において特に開放端部６９で（ｃ／４Ｗ）［Ｈｚ］以上の周波数帯域で吸音効果が期待できる。例えば、２００［Ｈｚ］以上の周波数帯域で音を吸音させるには吸音材の厚みＷを０．４２５［ｍ］（３４０［ｍ／ｓ］／２００［Ｈｚ］÷４）に設定すればよい。

本構造においては吸音効果を期待する周波数に応じて、長手方向１００のＷが決定され、それに応じて中央天井パネル５０および側天井パネル６０の長手方向１００が分割される。このことにより、パネル間の継ぎ目のみ吸音材８０の開放端部６９が曝露することになり、乗客から見えにくく、意匠性を維持できる。

なお、開放端部６９における吸音材８０の開放端部６９は、楔形など複雑な形状にし、吸音材開口面積を増加させてもよい。また、窓側の垂直片６４や中央天井パネル５０の吸音材８０下部分は開口やパンチングなどにして、吸音材８０の開口面積を増やしてもよい。このことにより、長手方向１００以外の巾方向１１０や高さ方向１２０においても，高周波帯域での吸音効果を期待ができる。

（２）第２の実施の形態
図４は、鉄道車両１の低周波帯域における客室騒音を吸音する他の内装パネルを備えた鉄道車両１の部分断面図（図１のＡ部）であり、図５は、図４に示す内装パネル構造のＦ−Ｆ断面図である。

ここで、図２および図３で示した構成と類似の構成の説明を省略し、図４に示す内装パネルの特徴について詳述する。図４に示す構成は、中央天井パネル５０の巾方向１１０の端部に天板６７と垂直片６２，６３，６４を設けて筒状の形状を形成し、前記筒状の形状内に吸音材８０を封入する。このことにより、鉄道車両１は、吸音構造を一体に形成した中央天井パネル５０と、該中央天井パネル５０および巾方向１１０の端部が重なる側天井パネル６０とを備える。

図５に示すように、筒状の形状を中央天井パネル５０に一体に備えるので、中央天井パネル５０と側天井パネル６０とを施工する際に、摺合せ部がなく、少ない製作工数で天井パネル４０を鉄道車両構体２に形成することができる。

（３）第３の実施の形態
図６は、鉄道車両１の低周波帯域における客室騒音を吸音する他の内装パネルを備えた鉄道車両１の部分断面図（図２のＥ−Ｅ部）である。ここで、図２から図５で示した構成と類似の構成の説明を省略し、図６に示す内装パネルの特徴について詳述する。

図６に示す構成は、照明装置８５を内蔵しており、照明装置８５から放射される光線の一部あるいはすべてが内装パネルを経て車内に放射される間接照明を構成している。この時、照明装置８５は中央天井パネル５０の長手方向１００端部に備えられる。

照明装置８５は、中央天井パネル５０の一部に備えられるケース８７と、これらの内部に備えられる光源８６から構成される。このような照明装置８５を含む中央天井パネル５０は、鉄道車両構体２に固定される前に、アウトワークで一体に組み立てられる。また、光源８６から放射される光は、開放端部６９から車内へ間接的に放射される（間接照明）。

図６では、照明装置８５が中央天井パネル５０に備えられる例を示したが、照明装置を側天井パネル６０のみに付随する形で備えてもよいし、あるいは中央天井パネル５０と側天井パネル６０に跨って備えてもよい。また、照明装置８５を構成する中央天井パネル５０の光源８６の近い部位に、必要に応じて開口部５３を備えて間接照明を補う直接照明を構成してもよい。

図６に示す内装パネルは、中央天井パネル５０および側天井パネル６０を用いて間接照明を実現するため、間接照明のための覆いを新たに備える必要がないため、重量や製造コストを大きくすることなく、低周波帯域の客室騒音を低減できると共に間接照明を導入できる内装パネルおよびそのパネルを備える鉄道車両１を提供できる。

（４）第４の実施の形態
図７は、低周波帯域の音を低減する吸音構造を有するさらに別の部分の断面図(図１のＢ部)である。ここで、図２から図６で示した構成と類似の構成の説明を省略し、図７に示す構造の特徴について説明する。

図７に示す吸音構造は、図２から図６に示した屋根構体３０部分に備え付けられるタイプのものではなく、荷棚１４に備え付けられるタイプのものであり、図８は、図７に示す荷棚構造のＧ−Ｇ断面図である。

荷棚１４は屋根構体３０と荷棚受１５を介して取り付けられる。荷棚１４は長手方向１００に分割されて取り付けられる。荷棚１４は、荷棚上面と、荷棚下面が押し出しまたは組み立てにより一体化しており、筒状の形状を形成する。そして前記筒状の形状内に吸音材８０が封入される。

図８に示すように、筒状の形状の長手方向１００の片方の端部は端塞ぎ１７が取り付けられ、他方の端部は開放されている(開放端部６９)。この時、この解放された開放端部６９には意匠性を維持するためにメッシュカバー５５等を備えてもよい。

このように荷棚１４に吸音材８０を備えることによって、重量や製造コストを大きくすることなく、低周波帯域の客室騒音を低減できる吸音構造を備えた鉄道車両１を提供できる。また、吸音構造を含む荷棚１４は、荷棚受１５に取り付けられる前に、アウトワークで一体に組み立てられる。

なお、開放端部６９における吸音材８０の開放端部６９は、楔形など複雑な形状にし、吸音材開口面積を増加させてもよい。また、荷棚１４の上部，下部、先端部を開口やパンチングなどにして、吸音材８０の開口面積を増やしてもよい。このことにより、長手方向１００以外の、巾方向１１０や高さ方向１２０においても高周波帯域での吸音効果を期待ができる。

（５）第５の実施の形態
図９は、低周波帯域の音を低減する吸音構造を有するさらに別の部分の断面図(図１のＣ部)である。ここで、図２から図６で示した構成と類似の構成の説明を省略し、図９に示す構造の特徴について説明する。

図９に示す内装パネルは、図２から図６で示した屋根構体３０に取付けるタイプのものではなく、側構体２０の車内側に備えられる側パネル６５である。図９に示す内装パネルの場合、側パネル６５は、高さ方向１２０に沿って吸音材８０を備えられる。

このように側パネル６５に吸音材８０を備えることによって、重量や製造コストを大きくすることなく、低周波帯域の客室騒音を低減できる吸音構造を備えた鉄道車両１を提供できる。

（６）その他の実施の形態
上記した実施の形態は、本発明を説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施の形態の構成にほかの実施の形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施の形態の構成の一部について、そのほかの構成の追加・削除・置換することが可能である。

１……鉄道車両、２……鉄道車両構体、５……台車、１０……台枠、１２……腰掛、１４……荷棚、１５……荷棚受、１６……床板、１７……端塞ぎ、２０……側構体、３０……屋根構体、４０……天井パネル、５０……中央天井パネル、５３……開口部、５５……メッシュカバー、６０……側天井パネル、６２……垂直片、６３……垂直片、６４……垂直片、６５……側パネル、６６……内妻、６７……天板、６９……開放端部、７０……断熱材、８０……吸音材、８５……照明装置、８６……光源、８７……ケース、１００……長手方向、１１０……巾方向、１２０……高さ方向。

Claims (8)

1. 台枠と、屋根構体と、側構体とを有し、内部に内部取り付け部材が取り付けられた鉄道車両であって、
   前記内部取り付け部材は、
   鉄道車両長手方向一方の端部が開放されている筒状の形を有し、
   前記筒状内に吸音材を備え、
   前記内部取り付け部材は内装パネルであって、
   前記内装パネルは、前記屋根構体の巾方向の中央部の車内側に備えられる中央天井パネルと、前記屋根構体の巾方向の端部の車内側に備えられる側天井パネルとを含み、
   前記筒状の形は、前記側天井パネルの巾方向の端部と、前記側天井パネルに重ねて配置された前記中央天井パネルの端部とにより規定され、
   前記側天井パネル及び前記中央天井パネルの間に吸音材が封入され、
   前記筒状の形は、前記側天井パネルの一方の端部と、前記側天井パネルの一方の端部から下方に延伸する垂直片と、前記中央天井パネルの一方の端部とにより規定され、
   長手方向の開放端部で吸音効果を期待する周波数＝（音速ｃ／４Ｗ）［Ｈｚ］が成り立つように、
   長手方向奥行寸法Ｗを決定し、
   前記筒状内には前記長手方向に前記垂直片から厚みＷの吸音材が封入された
   ことを特徴とする鉄道車両。
2. 前記吸音材の厚みＷを０．４２５［ｍ］以下に設定し、
   ２００［Ｈｚ］以上の周波数帯域で音を吸音させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
3. 前記筒状の形状は、前記中央天井パネルの一方の端部と、前記側天井パネルの中間部から下方に延伸する垂直片と、前記垂直片から前記屋根構体の巾方向に延伸する天板とにより規定され、前記筒状内には吸音材が封入された
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。
4. 前記筒状の形状を形成する巾方向窓側の前記垂直片が開放された
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両。
5. 前記筒状の形状を形成する前記中央天井パネルの部分がパンチングされた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両。
6. 開放された前記端部にメッシュカバーが取り付けられた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両。
7. 前記内装パネルは、前記垂直片の近傍に備えられる照明装置と、前記垂直片に備えられるとともに前記照明装置からの光が通過する開口部とを備えており、
   前記光が前記筒状の形状を経て車内へ導かれる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄道車両。
8. 前記内部取り付け部材は内装パネルであって、
   内装パネルは側パネルを含み、
   前記筒状の形状は、前記側構体に備えられる側パネルの一部として規定され、前記筒状内には吸音材が封入された
   ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両。

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