JP7077393B1 - 鉄道車両 - Google Patents

Abstract

【課題】結合部材に吊設されている電気機器の振動に共振して発生する結合部材の振動を低減することができる鉄道車両を提供する。【解決手段】一対の側梁２０を結合する結合部材３０と、結合部材３０よりも上方に位置する客室床４０と、結合部材３０と客室床４０との間に位置して客室床４０を支持する複数の床受け５０と、結合部材３０の下面３０ｂに吊設された電気機器６０と、を備える鉄道車両１において、電気機器６０が吊設されている結合部材３０（第１横梁３１）に対して、直接または他部材９０を介して間接に、結合部材３０（第１横梁３１）の固有振動によって増幅された電気機器６０の振動を低減する動吸振器７０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両に関する。

特許文献１には、一対の側梁を結合する結合部材（例えば横梁）と、前記結合部材よりも上方に位置する客室床と、前記結合部材と前記客室床との間に位置して前記客室床を支持する複数の床受けと、前記結合部材の下面に吊設された電気機器と、を備える鉄道車両が開示されている。

特開２０１２－１６６６２８号公報

ところで、上述のような構造を有する鉄道車両では、電気機器が吊設されている結合部材（例えば横梁）の固有振動数が、電気機器が発生する低周波帯域の振動の振動数（例えば、１２０Ｈｚ）付近であった場合、該電気機器の振動に伴って結合部材が共振して、該電気機器の低周波帯域の振動が増幅することがあった。この増幅された電気機器の低周波帯域の振動が、床受けを通じて客室床に伝わり、客室内の空気を振動させることによって、客室内に低周波帯域の騒音が発生して、乗客に不快感を与えることがあった。このような、電気機器の振動に起因して発生する客室内の騒音を低減するために、鉄道車両において、結合部材の固有振動に起因した電気機器の振動の増幅を低減する技術が求められていた。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、結合部材の固有振動によって増幅された電気機器（結合部材に吊設されている電気機器）の振動を低減することができる鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、一対の側梁を結合する結合部材と、前記結合部材よりも上方に位置する客室床と、前記結合部材と前記客室床との間に位置して前記客室床を支持する複数の床受けと、前記結合部材の下面に吊設された電気機器と、を備える鉄道車両において、前記電気機器が吊設されている前記結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に、前記結合部材の固有振動によって増幅された前記電気機器の振動を低減する動吸振器が設けられている鉄道車両である。

上述の鉄道車両では、電気機器が吊設されている結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に、結合部材の固有振動によって増幅された電気機器の振動を低減する動吸振器が設けられている。このため、結合部材に吊設されている電気機器の振動（以下、これを機器振動ともいう）に伴って結合部材が共振したときに、結合部材に取り付けられている動吸振器が振動することによって、結合部材の固有振動によって増幅された機器振動を低減することができる。

従って、上述の鉄道車両では、床受けを通じて客室床に伝わる機器振動の大きさを低減することができる。これにより、機器振動に起因して発生する客室内の騒音を低減することができる。

なお、結合部材の固有振動数帯は、低周波帯域（例えば、８０～１６０Ｈｚ）であり、低周波帯域の騒音は、乗客に不快感を与える。これに対し、上述の鉄道車両では、「結合部材の固有振動によって増幅された機器振動（例えば、１２０Ｈｚの振動）が、床受けを通じて客室床に伝わることによって発生する客室内の騒音」を低減することができるので、乗客にとって不快な騒音を低減することができるといえる。

結合部材としては、例えば、一対の側梁を結合する複数の横梁や、一対の側梁を結合する床部材（ダブルスキン構造の床部材）を挙げることができる。
また、動吸振器は、自身が振動することによって、制振対象である結合部材の振動を低減する機能を有する機器である。動吸振器としては、錘（質量体）と、この錘を支持する弾性体とを備えるものを挙げることができる。

動吸振器は、電気機器が吊設されている結合部材に対して直接設けるようにしても良いし、結合部材に対して他部材を介して間接に設けるようにしても良い。動吸振器を、結合部材に対して他部材を介して間接に設ける態様としては、例えば、動吸振器を、結合部材の上面に設けられた床板（客室床よりも下方に位置して、床受けの下端部が固定される床板）の上面に固定する態様で、結合部材に対して床板を介して間接に設ける態様を挙げることができる。

さらに、前記の鉄道車両であって、前記電気機器は、防振ゴム部材を介して、前記結合部材の下面に吊設されている鉄道車両とすると良い。

防振ゴム部材を介して、電気機器を結合部材の下面に吊設することで、電気機器から結合部材に伝わる振動（主に、高周波帯域の振動）を低減することができる。従って、上述の鉄道車両では、動吸振器による結合部材の低周波帯域の振動の低減に加えて、防振ゴム部材による結合部材の高周波帯域の振動の低減を実現することができる。これにより、上述の鉄道車両では、広範囲の周波数帯域にわたって、電気機器の振動に起因して発生する客室内の騒音を低減することができる。

さらに、前記いずれかの鉄道車両であって、複数の前記床受けは、前記鉄道車両の幅方向の中央部において、前記幅方向に離間して配置された一対の中央床受けを含み、前記動吸振器は、前記幅方向について、一対の前記中央床受けの間に設けられている鉄道車両とすると良い。

鉄道車両は、その幅方向（以下、車両幅方向ともいう）に延びる結合部材の両端部が、車両幅方向の両端部に位置する一対の側梁に支持された構造となっている。このため、結合部材に吊設されている電気機器の振動に結合部材が共振するときは、車両幅方向の中央部において最も大きく振動することになる。従って、従来、車両幅方向の中央部において車両幅方向に離間して配置された一対の中央床受けを有する鉄道車両では、電気機器の振動に起因して結合部材の共振が発生した場合、結合部材の車両幅方向の中央部において機器振動が大きく増幅され、この機器振動が中央床受けを通じて客室床に伝わることで、客室内に騒音が発生し易くなっていた。

これに対し、上述の鉄道車両では、結合部材の固有振動によって増幅された電気機器の振動を低減する動吸振器を、鉄道車両の幅方向について一対の中央床受けの間に設けている。このようにすることで、電気機器の振動に起因して結合部材が共振した場合において、車両幅方向の中央部における大きな振動を効果的に低減することができる。これにより、機器振動が増幅されることを抑制できるので、機器振動に起因して発生する客室内の騒音を効果的に低減することができる。

さらに、前記の鉄道車両であって、前記動吸振器は、前記鉄道車両の高さ方向に延びる中心軸部材を有し、前記中心軸部材が、一対の前記中央床受けの間のうち前記鉄道車両の前記幅方向について各々の前記中央床受けから等距離に位置する中央位置に配置される態様で、前記動吸振器が、前記結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に設けられている鉄道車両とすると良い。

上述の鉄道車両では、動吸振器として、鉄道車両の高さ方向に延びる中心軸部材を有する動吸振器を用いている。そして、この動吸振器の中心軸部材が、一対の中央床受けの間のうち鉄道車両の幅方向について各々の中央床受けから等距離に位置する中央位置に配置される態様で、動吸振器を、結合部材に対して直接または他部材を介して間接に設けている。

このようにすることで、電気機器の振動に起因して結合部材が共振した場合において、車両幅方向の中央部における大きな振動をより一層低減することができる。これにより、機器振動が増幅されることを抑制できるので、機器振動に起因して発生する客室内の騒音をより一層低減することができる。
なお、一対の中央床受けの間のうち車両幅方向について各々の中央床受けから等距離に位置する中央位置は、結合部材上において、結合部材の車両幅方向の中央位置と一致する。

さらに、前記の鉄道車両であって、前記電気機器は、主変圧器である鉄道車両とすると良い。

上述の鉄道車両では、主変圧器（トランス）が吊設されている結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に、結合部材の固有振動によって増幅された電気機器の振動を低減する動吸振器が設けられている。これにより、結合部材の固有振動によって増幅された主変圧器の振動を低減することができる。従って、上述の鉄道車両では、床受けを通じて客室床に伝わる主変圧器の振動を低減することができるので、主変圧器の振動に起因して発生する客室内の騒音を低減することができる。

実施形態にかかる鉄道車両の断面概略図である。 同鉄道車両の客室床の下方の上面視拡大概略図である。 図１のＢ部拡大図である。 ハンマリング試験の結果を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施形態にかかる鉄道車両１の断面概略図であり、鉄道車両１を車両長さ方向ＤＬ（鉄道車両１の長さ方向、図１において紙面に直交する方向）に直交する方向に切断した断面概略図である。図２は、鉄道車両１の客室床４０の下方の上面視拡大概略図である。但し、図２では、床板９０の図示を省略している。図３は、図１のＢ部拡大図である。

本実施形態の鉄道車両１は、台枠１０と客室床４０と床受け５０と電気機器６０とを備える。このうち、台枠１０は、鉄道車両１の幅方向（車両幅方向ＤＷとする、図１及び図２において左右方向）の両端部に位置する一対の側梁２０，２０と、この一対の側梁２０，２０を結合する複数の横梁３０とを有する。

複数の横梁３０の上面３０ｃには、床板９０が設けられている（図１参照）。この床板９０は、客室床４０よりも下方に位置して、床受け５０の下端部が固定される床板である。客室床４０は、横梁３０及び床板９０よりも上方に配置されている。床受け５０は、鉄道車両１の高さ方向（車両高さ方向ＤＨとする、図１において上下方向）について、横梁３０と客室床４０との間（詳細には、床板９０と客室床４０との間）に位置して、客室床４０を支持している。なお、床受け５０と客室床４０との間には、防振ゴム部材５５が配置されている（図３参照）。すなわち、床受け５０は、防振ゴム部材５５を介して、客室床４０を支持している。

本実施形態の鉄道車両１では、車両幅方向ＤＷについて、４本の床受け５０が間隔を空けて設けられている（図１及び図２参照）。車両幅方向ＤＷに間隔を空けて並ぶ４本の床受け５０のうち、車両幅方向ＤＷの中央部において、車両幅方向ＤＷに離間して配置された２本の床受け５０を、一対の中央床受け５１，５１とする。さらに、鉄道車両１は、客室床４０の上面４１に設けられた座席８０を備える。

電気機器６０は、横梁３０の下面３０ｂに吊設されている（図１参照）。ここで、鉄道車両１に含まれる複数の横梁３０のうち電気機器６０が吊設されている横梁３０を、第１横梁３１とする。電気機器６０は、防振ゴム部材６５を介して、第１横梁３１の下面３１ｂに吊設されている。なお、本実施形態では、電気機器６０は、主変圧器（トランス）である。また、本実施形態では、第１横梁３１を含む横梁３０が、一対の側梁２０，２０を結合する結合部材である。

ところで、従来、上述のような構造を有する鉄道車両では、電気機器６０の振動（機器振動）に伴って、電気機器６０が吊設されている第１横梁３１が、低周波帯域の固有振動数（例えば、１２０Ｈｚ）で共振して、電気機器６０の低周波帯域の振動が増幅することがあった。この増幅された電気機器６０の低周波帯域の振動が、床受け５０を通じて客室床４０に伝わって、客室Ｐ内の空気を振動させることによって、客室Ｐ内に低周波帯域の騒音が発生して、乗客に不快感を与えることがあった。

これに対し、本実施形態の鉄道車両１では、電気機器６０が吊設されている第１横梁３１の上面３１ｃに対して、床板９０を介して間接に、第１横梁３１の固有振動によって増幅された電気機器６０の振動を低減する動吸振器７０が設けられている（図１及び図２参照）。この動吸振器７０は、第１横梁３１の固有振動数と同等の固有振動数を有する。なお、本実施形態では、１つの電気機器６０が、２本の第１横梁３１に吊設されている。そして、電気機器６０が吊設されている各々の第１横梁３１の上面３１ｃに対して、床板９０を介して間接に、動吸振器７０が設けられている（図１及び図２参照）。この動吸振器７０は、自身が振動することによって、制振対象である第１横梁３１の振動を低減する。なお、第１横梁３１の固有振動数は、低周波帯域の振動数（本実施形態では、１２０Ｈｚ）である。

動吸振器７０は、図３に示すように、固定板７１と、固定板７１の上面に立設されたボルト７２と、押さえ板７３と、ナット７４と、錘７５と、弾性体７６，７７とを備える。固定板７１は、金属板からなり、図示しないボルトによって、床板９０を介して第１横梁３１の上面３１ｃに固定される。ボルト７２は、雄ねじが形成された軸部のみからなり、固定板７１の上面に溶接されている。このボルト７２は、動吸振器７０において、車両高さ方向ＤＨに延びる中心軸部材である。

錘７５は、金属からなり、中心に貫通孔を有する円盤形状（円筒形状）を有し、ボルト７２に挿通されている。弾性体７６，７７は、ゴムからなり、中心に貫通孔を有する円筒形状を有し、ボルト７２に挿通されている。なお、弾性体７７と錘７５と弾性体７６は、一体とされており、この順で、下方から上方に向かって積み重なっている。換言すれば、錘７５が弾性体７６と７７との間に挟まれる態様で、これらが一体とされており、一体とされた弾性体７７と錘７５と弾性体７６が、ボルト７２に挿通されている。

押さえ板７３は、金属からなり、中心に貫通孔を有する円盤形状を有し、ボルト７２に挿通されている。この押さえ板７３は、弾性体７６の上面に配置され、弾性体７６を下方に押さえる。より具体的には、上方から、一体とされた弾性体７７と錘７５と弾性体７６を、固定板７１に立設しているボルト７２に挿通させて、さらに、上方から押さえ板７３をボルト７２に挿通させて、これらを上下方向に積み重ねた状態で、上方からナット７４をボルト７２の雄ねじに螺合させて、このナット７４によって押さえ板７３を下方に押圧する。これにより、押さえ板７３によって、弾性体７６を下方に押圧する態様で、押さえ板７３と固定板７１との間に、一体とされた弾性体７７と錘７５と弾性体７６を挟んで固定する。これにより、固定板７１とボルト７２と押さえ板７３とナット７４と錘７５と弾性体７６，７７とが一体となった動吸振器７０となる。この動吸振器７０は、図示しないボルトによって、固定板７１を、床板９０を介して第１横梁３１の上面３１ｃに固定することで、床板９０を介して間接に第１横梁３１の上面３１ｃに設けられている。

本実施形態の鉄道車両１では、第１横梁３１の下面３１ｂに吊設されている電気機器６０の振動に伴って、第１横梁３１が共振したときに、第１横梁３１に取り付けられている動吸振器７０が、電気機器６０の振動数と同等の固有振動数（具体的には、１２０Ｈｚ）で振動することで、第１横梁３１（結合部材）の固有振動によって増幅された機器振動（電気機器６０の振動）を低減することができる。

従って、本実施形態の鉄道車両１では、床受け５０を通じて客室床４０に伝わる機器振動の大きさを低減することができる。これにより、機器振動に起因して発生する客室Ｐ内の騒音を低減することができる。

なお、本実施形態では、電気機器６０を、防振ゴム部材６５を介して、第１横梁３１の下面３１ｂに吊設しているので、電気機器６０から第１横梁３１に伝わる振動（主に、高周波帯域の振動）を低減することができる。従って、本実施形態の鉄道車両１では、動吸振器７０による第１横梁３１の振動の低減（低周波帯域における振動の低減）に加えて、防振ゴム部材６５による第１横梁３１の振動の低減（高周波帯域の振動の低減）を実現することができる。これにより、本実施形態の鉄道車両１では、広範囲の周波数帯域にわたって、電気機器６０の振動に起因して発生する客室Ｐ内の騒音を低減することができる。

ところで、鉄道車両１の台枠１０は、車両幅方向ＤＷに延びる複数の横梁３０（第１横梁３１を含む）の両端部が、車両幅方向ＤＷの両端部に位置する一対の側梁２０，２０に支持された構造となっている（図１及び図２参照）。このため、第１横梁３１に吊設されている電気機器６０の振動に起因して第１横梁３１が固有振動するときは、車両幅方向ＤＷの中央部において最も大きく振動することになる。

従って、従来、車両幅方向ＤＷの中央部において車両幅方向ＤＷに離間して配置された一対の中央床受け５１，５１を有する鉄道車両では、電気機器６０の振動に起因して第１横梁３１の固有振動（共振）が発生した場合、第１横梁３１の車両幅方向ＤＷの中央部において機器振動が大きく増幅され、この機器振動が中央床受け５１を通じて客室床４０に伝わることで、客室Ｐ内に騒音が発生し易くなっていた。

これに対し、本実施形態の鉄道車両１では、第１横梁３１の固有振動数と同等の固有振動数を有する動吸振器７０（従って、第１横梁３１の固有振動によって増幅された電気機器６０の振動を低減する動吸振器７０）を、車両幅方向ＤＷについて一対の中央床受け５１，５１の間に設けている（図１～図３参照）。このようにすることで、電気機器６０の振動に起因して第１横梁３１が固有振動した場合において、車両幅方向ＤＷの中央部における大きな振動を効果的に低減することができる。これにより、機器振動が増幅されることを抑制できるので、機器振動に起因して発生する客室Ｐ内の騒音を効果的に低減することができる。

また、前述のように、動吸振器７０は、車両高さ方向ＤＨに延びる中心軸部材であるボルト７２を有する。そして、動吸振器７０は、中心軸部材であるボルト７２が、一対の中央床受け５１，５１の間のうち、車両幅方向ＤＷについて各々の中央床受け５１から等距離Ｌ１だけ離れて位置する中央位置ＣＰに配置される態様で、第１横梁３１に対して床板９０を介して間接に設けられている。詳細には、動吸振器７０の中心軸ＣＡ（ボルト７２の中心軸に一致する）を、中央位置ＣＰに配置している。なお、本実施形態の鉄道車両１では、第１横梁３１上における中央位置ＣＰは、第１横梁３１の車両幅方向ＤＷの中央位置と一致している。

このようにすることで、電気機器６０の振動に起因して第１横梁３１が共振した場合において、車両幅方向ＤＷの中央部における大きな振動をより一層低減することができる。これにより、機器振動が増幅されることを抑制できるので、機器振動に起因して発生する客室Ｐ内の騒音をより一層低減することができる。

＜ハンマリング試験＞
次に、ハンマリング試験について説明する。本試験では、実施形態にかかる動吸振器７０を設けた第１横梁３１（測定対象物）を、インパルスハンマで加振して、１２０Ｈｚ（第１横梁３１の固有振動数）におけるアクセレランスの値を求めた。また、比較形態として、動吸振器７０を設けていない第１横梁３１を、インパルスハンマで加振して、１２０Ｈｚ（第１横梁３１の固有振動数）におけるアクセレランスの値を求めた。その後、比較形態にかかるアクセレランスの値を基準（＝１）として、実施形態及び比較形態にかかるアクセレランスの比の値（アクセレランス比とする）を求めた。その結果を図４に示す。

図４に示すように、実施形態では、アクセレランス比が約０．３となり、比較形態（アクセレランス比＝１）に比べて、１２０Ｈｚ（第１横梁３１の固有振動数）におけるアクセレランスの値が１／３以下となった。この結果より、第１横梁３１の固有振動数と同等の固有振動数（具体的には、１２０Ｈｚ）を有する動吸振器７０を、第１横梁３１に設けることで、第１横梁３１の固有振動の振動を大幅に低減することができると共に、第１横梁３１の固有振動によって増幅された電気機器（第１横梁３１に吊設されている電気機器６０）の振動を低減することができるといえる。従って、本実施形態の鉄道車両１では、電気機器６０が吊設されている第１横梁３１の上面３１ｃに対して、床板９０を介して間接に動吸振器７０を設けているので、電気機器６０の振動に起因した第１横梁３１の固有振動の振動を大幅に低減することができると共に、第１横梁３１の固有振動によって増幅された電気機器６０の振動を低減することができるといえる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

例えば、実施形態の鉄道車両１では、第１横梁３１を含む横梁３０の上面３１ｃに床板９０を設け、電気機器６０が吊設されている第１横梁３１の上面３１ｃに対して、床板９０を介して間接に、動吸振器７０を設けるようにした（図１参照）。しかしながら、第１横梁３１を含む横梁３０の上面３１ｃに床板９０を設けることなく、電気機器６０が吊設されている第１横梁３１の上面３１ｃまたは下面３１ｂに対して、直接に、動吸振器７０を設けるようにしても良い。

また、実施形態では、全ての床受け５０と客室床４０との間に防振ゴム部材５５を配置して、全ての床受け５０が防振ゴム部材５５を介して客室床４０を支持する構造を示した。しかしながら、防振ゴム部材５５を、中央床受け５１と客室床４０との間にのみ配置し、中央床受け５１以外の床受け５０と客室床４０との間には防振ゴム部材５５を配置しないようにしても良い。すなわち、中央床受け５１が防振ゴム部材５５を介して客室床４０を支持する一方、中央床受け５１以外の床受け５０は、客室床４０を直接支持する構造としても良い。あるいは、床受け５０と客室床４０との間に防振ゴム部材５５を配置することなく、全ての床受け５０が、直接、客室床４０を支持する構造としても良い。

また、本実施形態では、結合部材が、一対の側梁２０，２０を結合する横梁３０である例を示した。しかしながら、横梁３０を設けることなく、結合部材を、一対の側梁２０，２０を結合する床部材（ダブルスキン構造の床部材）としても良い。このようにした場合でも、一対の側梁２０，２０を結合する床部材に、床部材の固有振動によって増幅された電気機器（床部材に吊設されている電気機器）の振動を低減する動吸振器を設けることで、床部材の固有振動によって増幅された電気機器の振動を低減することができる。

１ 鉄道車両
１０ 台枠
２０ 側梁
３０ 横梁（結合部材）
３１ 第１横梁（結合部材）
４０ 客室床
５０ 床受け
５１ 中央床受け
６０ 電気機器（主変圧器）
６５ 防振ゴム部材
７０ 動吸振器
７２ ボルト（中心軸部材）
７５ 錘
７６，７７ 弾性体
８０ 座席
９０ 床板
ＣＰ 中央位置
ＤＷ 車両幅方向
ＤＨ 車両高さ方向
ＤＬ 車両長さ方向
Ｐ 客室

Claims (4)

1. 一対の側梁を結合する結合部材と、
   前記結合部材よりも上方に位置する客室床と、
   前記結合部材と前記客室床との間に位置して前記客室床を支持する複数の床受けと、
   前記結合部材の下面に吊設された電気機器と、を備える鉄道車両において、
   前記電気機器が吊設されている前記結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に、前記結合部材の固有振動によって増幅された前記電気機器の振動を低減する、鉄道車両の高さ方向に延びる中心軸部材を有し、前記中心軸部材に錘と該錘を支持する弾性体を上下方向に積み重ねた動吸振器が設けられている鉄道車両。
2. 一対の側梁を結合する結合部材と、
   前記結合部材よりも上方に位置する客室床と、
   前記結合部材と前記客室床との間に位置して前記客室床を支持する複数の床受けと、
   前記結合部材の下面に吊設された電気機器と、を備える
   鉄道車両において、
   前記電気機器が吊設されている前記結合部材に対して、直接または他部材を介して間接に、前記結合部材の固有振動によって増幅された前記電気機器の振動を低減する動吸振器であって、前記結合部材の固有振動数と同等の固有振動数を有する前記動吸振器が設けられている鉄道車両。
3. 請求項１または請求項２に記載の鉄道車両であって、
   前記電気機器は、防振ゴム部材を介して、前記結合部材の下面に吊設されている鉄道車両。
4. 請求項１または請求項２に記載の鉄道車両であって、
   複数の前記床受けは、前記鉄道車両の幅方向の中央部において、前記幅方向に離間して配置された一対の中央床受けを含み、
   前記動吸振器は、前記幅方向について、一対の前記中央床受けの間に設けられている
   鉄道車両。

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