(57)【要約】【課題】  列車先頭車両の形状変更や、トンネル入口の緩衝工、トンネルの枝坑等の新たな施工を伴わずに、トンネル微気圧波の低減を実現できる圧力変動緩和部材、トンネル構造を提供する。【解決手段】  圧力変動緩和部材１は、移動体の移動方向の前面もしくは背面、または、前記移動体が通過するトンネル構造内に配置されるものであり、平均細孔径が１０ｎｍ以下の細孔構造を有する活性炭２、活性炭２を保持する活性炭保持部材３ａ，３ｂ、枠体４を含む。圧力変動緩和部材１と同様な圧力変動緩和部材をトンネル構造の内壁面の全面に配置する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の移動方向の前面もしくは背面、または、前記移動体が通過するトンネル構造内に配置された、細孔構造を有するガス吸着材を含む圧力変動緩和部材。
【請求項２】
卓越振動数が１００Ｈｚ以下の圧力変動に適用される請求項１記載の圧力変動緩和部材。
【請求項３】
前記細孔構造の平均細孔径は、１０ｎｍ以下である請求項１または２記載の圧力変動緩和部材。
【請求項４】
前記ガス吸着材が、活性炭またはゼオライトである請求項１〜３の何れか一項に記載の圧力変動緩和部材。
【請求項５】
前記ガス吸着材には雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を有し、音波による媒質ガスの振動速度が最大となる位置に前記ガス吸着材が配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載の圧力変動緩和部材。
【請求項６】
前記ガス吸着材とは別に吸音材を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の圧力変動緩和部材。
【請求項７】
細孔構造を有するガス吸着材含む圧力変動緩和部材を、その壁面に備えるトンネル構造。
【請求項８】
前記細孔構造の平均細孔径は、１０ｎｍ以下である請求項７記載のトンネル構造。
【請求項９】
前記ガス吸着材が、活性炭またはゼオライトである請求項７または８記載のトンネル構造。
【請求項１０】
前記ガス吸着材には雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を有し、前記ガス吸着材が、吸収しようとする音波の波長の１／４波長だけ前記壁面から離れた位置に配置される請求項７〜９の何れか一項に記載のトンネル構造。
【請求項１１】
前記圧力変動緩和部材には、前記ガス吸着材とは別に吸音材を備える請求項７〜１０の何れか一項に記載のトンネル構造。
【請求項１２】
前記圧力変動緩和部材が、その中央部に比較してその出入り口部により高い密度で配置される請求項７〜１１の何れか一項に記載のトンネル構造。
【請求項１３】
細孔構造を有するガス吸着材を含む圧力変動緩和部材を、その移動方向の前面または背面に備える移動体。
【請求項１４】
前記細孔構造の平均細孔径は、１０ｎｍ以下である請求項１３記載の移動体。
【請求項１５】
前記ガス吸着材が、活性炭またはゼオライトである請求項１３または１４記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力変動緩和部材、トンネル構造および移動体に関し、特に、新幹線車両等の高速移動体がトンネルに突入する際に発生するトンネル微気圧波等を低減する技術に適用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線車両等の高速移動体がトンネルに突入すると、突入側のトンネル開口部および突入側とは反対のトンネル開口部に圧力波が発生することが知られている。
【０００３】
図９は、列車がトンネルに突入したことによって発生する圧力波を説明するための概念図である。高速移動している列車３１がトンネル３２の入口３３に突入すると、それまで開放空間にあった列車３１の先頭部の周辺空間がトンネル内壁で制限されるので、列車先頭部周辺の圧力が急激に上昇し、この圧力上昇によりトンネル３２内に圧縮波３４が生成される。この圧縮波３４は音速で突入側とは反対の出口３３'に伝播し、出口３３'に到達した圧縮波３４は開放空間に微気圧波３５を放出する。一方、列車３１の最後尾部では膨張波が発生し、突入側の入口３３から膨張波に起因する突入波３６を空間に放出する。
【０００４】
微気圧波３５および突入波３６は、何れも列車３１がトンネル３２に突入することにより発生するパルス状の圧力波である。これら圧力波は、トンネル３２の入口３３、出口３３'で「ドーン」という発破音を発生させたり周辺家屋に振動を与えたりする要因になると指摘されており、騒音あるいは振動の環境問題を生じる可能性がある。特に、新幹線車両の高速化に伴って圧力波のレベルが大きくなると周辺環境への影響が無視できなくなる懸念がある。なお、一般に突入波３６のレベルは微気圧波３５のレベルより低く、環境上問題となる可能性は微気圧波３５の方が大きい。
【０００５】
よって、圧力波、特にトンネル微気圧波のレベルを低減する各種の対策が提案されている。トンネル微気圧波の大きさはトンネル内に伝播する圧縮波の圧力勾配に比例するため、トンネル内での圧力勾配を低減することが対策のポイントになる。
【０００６】
非特許文献１には、リニア実験線における先頭車両形状を工夫することによりトンネル微気圧波の低減に有効な技術が開示されている。すなわち、従来のダブルカスプあるいはエアロウェッジ（先頭部長さが９．１ｍ）の先頭車両形状をロングノーズ（先頭部長さが２３．０ｍ）にすることによってトンネル内圧力の変化率（圧力勾配）を約１８％低減している。
【０００７】
非特許文献２あるいは特許文献１には、トンネル入口に緩衝工（フード）を設けることによってトンネル微気圧波を低減できる技術が記載されている。トンネル入口に緩衝工（フード）を設ければ、車両の緩衝工通過時に車両先頭部での空気の圧縮がある程度生成されており、トンネル突入時の空気の圧縮が緩和される。この結果、車両のトンネル突入により発生する圧縮波の圧力勾配が小さくなり、トンネル微気圧波のレベルも小さくすることができる。なお、非特許文献２には、緩衝工の長さを長くするほどトンネル微気圧波を低減する効果が大きいことが記載され、特許文献１には、緩衝工の延設中心位置を列車走行線と一致させるとトンネル微気圧波を低減する効果があることが記載されている。
【０００８】
特許文献２には、トンネル内にある枝坑開口部に開閉部材を設け、圧縮波が枝坑開口部に到達したときに開閉部材を開いて上昇圧力の一部を枝坑に逃し、圧縮波の圧力勾配を低減させようとする技術が開示されている。この圧力勾配の低減によりトンネル微気圧波が低減される。
【０００９】
特許文献３には、トンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置が開示されている。この吸音装置は、多孔質の吸音板によって１ｋＨｚ程度の音を吸音すると共に、吸音板をばねを介して支持することにより吸音板を主たる質量体とした振動系を構成し、その振動系の固有振動数をトンネル微気圧波の卓越周波数である３〜５Ｈｚに設定したものである。つまり、振動系によってトンネル内の圧力変動を吸収し圧力勾配を緩和しようとしたものである。
【００１０】
【非特許文献１】田川直人、「新型車両の走行試験結果」、第１６６回鉄道総研月例発表会講演要旨、平成１６年１月２１日(http://www.rtri.or.jp/infoce/getsurei/2004/Getsu01/g166_3.html)
【非特許文献２】前田達夫、「トンネル微気圧波と列車通過時の圧力変動」、鉄道総研報告、１０巻、２号、１９９６年
【特許文献１】特開２００２−２１５００号公報
【特許文献２】特開２００２−３８９００号公報
【特許文献３】特開２００４−５２２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記した非特許文献１，２、特許文献１〜３にそれぞれ記載の技術によって、トンネル微気圧波を低減することは可能になる。しかし、これら各技術を単独適用した対策によってトンネル微気圧波の問題を根本的に解決できるわけではないので、各技術を効果的に組み合わせて総合的に対策を行う必要がある。特に、前記した、車両先頭部形状の工夫、トンネル入口への緩衝工の施工、トンネル枝坑の利用、トンネル内へのトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置の配置、の各技術は、各々独立に適用でき、かつ、ある技術の適用が他の技術の適用を制限するものではないため、それら各技術を組み合わせた対策には大きな効果が期待できる。
【００１２】
しかし、非特許文献１記載の車両先頭部形状の工夫では、車両ノーズを限りなく長くできるわけではなく、車両重量、客席や各種車両設備の配置等の制限からノーズの長さには自ずと制限がある。また、新型車両を設計施工できる場合はこの対策を採用することも可能であるが、既存車両で対策を行わなければならない場合にはこの対策を採用できる余地はない。
【００１３】
また、非特許文献２あるいは特許文献１に記載のトンネル入口への緩衝工の施工では、トンネル入口に緩衝工を設置できるだけのスペース（一般に数十ｍの設置スペースが必要である）があれば良いが、緩衝工を設置するだけのスペースが確保できない場合にはこの対策は採用できない。設置スペースが確保できる場合であっても、一般に緩衝工の施工は規模が大きくコスト的な負担が大きくなる問題がある。また、地盤の強度上の問題等の理由から緩衝工を施工できない場合もある。
【００１４】
また、特許文献２記載のトンネル枝坑の利用では、トンネル内に枝坑が既に存在する場合にはこれを利用することも可能であるが、新たに枝坑を施工しようとするとやはり大きなコスト負担が発生する。なお、既に枝坑がある場合には、既存の枝坑により既にトンネル微気圧波の低減効果が得られているはずであり、さらにトンネル微気圧波を低減しようとする場合には新たな枝坑を施工しない限り効果を得ることはできない。
【００１５】
よって、既存の列車先頭車両を前提に、新たな緩衝工や枝坑の施工等大規模な工事を伴わない対策を採用しようとすると、既存の緩衝工および枝坑を最大限に利用した上で、特許文献３に記載のようなトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置をトンネル内に配置する対策を採ることが有効と思われる。
【００１６】
しかし、特許文献３記載のトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置では、機械振動系の調和振動を利用して圧力波を吸収しようとするものであり、固有振動数からずれた振動数の圧力波の吸収効率が低下することは否めない。つまり、大きな振動数範囲（ダイナミックレンジ）での圧力吸収機能は期待できない。特許文献３では、ばね定数の異なる複数のばねを利用して、圧力に応じた振動系のばね定数の調節機構が開示されている（第３実施形態）が、あくまでも圧力に応じて固有振動数を段階的に変化するものであり、振動系の調和振動を利用して圧力波を吸収する機構に変化はない。つまりダイナミックレンジを大きくする機構ではない。また、特許文献３記載のトンネル微気圧波低減機能を備えた吸音装置では機械振動系を利用することから、機械系機構の劣化あるいは磨耗は避けられず、トンネル微気圧波低減機能を維持するためには定期的なメンテナンスあるいは装置の取替えが必要になる。
【００１７】
なお、トンネル出入口での圧力波の問題は列車突入側の反対のトンネル出口に発生するトンネル微気圧波の問題がクローズアップされるが、列車突入側のトンネル入口に発生する突入波の問題にも対処することが好ましい。また、列車等移動体が走行する場合に移動体自体が発する騒音にも同時に対処できることが好ましい。さらに、トンネル付近での圧力波の対策に限らず、移動体の周辺で発生するあらゆる圧力波への対策に有効な技術を提供されることが好ましい。
【００１８】
本発明の目的は、列車先頭車両の形状変更や、トンネル入口の緩衝工、トンネルの枝坑等の新たな施工を伴わずに、トンネル微気圧波の低減を実現できる圧力変動緩和部材、トンネル構造を提供することにある。また、本発明の目的は、広いダイナミックレンジでの圧力吸収を実現できる圧力変動緩和部材を提供することにある。また、本発明の目的は、機械振動に起因する劣化や磨耗のない圧力変動緩和部材を提供することにある。また、本発明の目的は、トンネル微気圧波への対策に加えて、列車突入側のトンネル入口で発生する突入波への対策にも適用できる技術を提供することにある。また、本発明の目的は、移動体自体が発する騒音にも対処できる技術を提供することにある。さらに、本発明の目的は、移動体の周辺で発生するあらゆる圧力波への対策に有効な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本明細書で開示する発明は、以下の通りである。すなわち、本願発明の圧力変動緩和部材は、移動体の移動方向の前面もしくは背面、または、前記移動体が通過するトンネル構造内に配置されるものであり、細孔構造を有するガス吸着材を含む。ここで、細孔構造の平均細孔径として１０ｎｍ以下を例示することができ、ガス吸着材としては活性炭またはゼオライトを例示できる。ガス吸着材が活性炭の場合の平均細孔径は、一般に０．７〜１．５ｎｍ程度である。
【００２０】
このような圧力変動緩和部材にはガス吸着材を含むので、圧力変動緩和部材近傍の圧力変動を緩和することができる。すなわち、活性炭等のガス吸着材は、その雰囲気のガス圧力が上昇すると吸着材の細孔構造に雰囲気ガスを吸着し、周辺の圧力を低下させる作用がある。逆に雰囲気のガス圧力が低下すると細孔構造に吸着していたガスを脱着し周辺の圧力を上昇させる作用がある。つまり、ガス吸着材には、雰囲気ガスの圧力が平衡圧からずれるとその圧力差に応じたガスの吸脱着が発生し、雰囲気のガス圧力の変動を緩和する作用がある。本願発明の圧力変動緩和部材は、このようなガス吸着材のガス圧力変動緩和作用を利用したものである。
【００２１】
このようなガス圧力変動緩和作用を持つガス吸着材を有する部材つまり本願の圧力変動緩和部材がトンネル内に配置されていると、新幹線等の高速移動体がトンネルに突入した際に発生する圧縮波が圧力変動緩和部材の近傍に到達した際に、圧縮波における圧力勾配を低下させる。この結果、トンネル微気圧波のレベルを低減することができる。また、移動体がトンネルに突入した際に発生する膨張波についても、膨張波の近傍に圧力変動緩和部材があれば膨張波における圧力勾配を低減し、その結果突入波のレベルを低減することができる。
【００２２】
また、本願の圧力変動緩和部材が移動体の前面（先頭部分）に配置されていると、移動体がトンネルに突入する場合の圧縮波のような移動体前面部における圧力勾配が発生する場合の圧力勾配を低減することができる。本願の圧力変動緩和部材が移動体の背面に配置されている場合も同様に背面部における膨張波のような圧力変動における圧力勾配を低減することができる。この結果、移動体がトンネルに突入するような場合その他圧力勾配を生成する場合の低周波騒音あるいは低周波振動の問題を抑制することができる。
【００２３】
なお、後に説明するように、活性炭等ガス吸着材のガス吸脱着の動作は１００Ｈｚ程度の周期的圧力変動に十分追随することが可能である。これは、トンネル微気圧波やその原因となるトンネル突入により発生する圧縮波等の圧力波の卓越振動数が１００Ｈｚ程度あったとしても、それら圧力波を十分に吸収する能力を有することを示すものである。すなわち、本願の圧力変動緩和部材は、卓越振動数が１００Ｈｚ以下の圧力変動に適用されるものとしてとらえることができる。ガスの吸脱着挙動により前記のようなガス圧力の吸収作用が実現されるという動作原理から、本願の圧力変動緩和部材のガス圧力変動の緩和能力は、ガス圧力が平衡状態にあるとき（ＤＣ）から１００Ｈｚまでの範囲のダイナミックレンジを有すると言える。この点は、従来の機械的調和振動を利用した圧力吸収の場合と顕著に異なる。
【００２４】
また、本願の圧力変動緩和部材では機械的な動作部分が一切存在しない。このため、機械的な振動等に起因する劣化や磨耗を生じることがなく、極めて高いメンテナビリティを実現できる。
【００２５】
上記のとおり、本願の圧力変動緩和部材は、その近傍に発生している圧力勾配を緩和することによって圧力波を吸収することを主な機能とする。しかし、圧力波の発生するような状況においては同時に騒音も発生している場合が多い。このような騒音は、前記ガス吸着材に雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を設け、音波による媒質ガスの振動速度が最大となる位置に前記吸着材を配置することによって吸収（吸音）することが可能である。すなわち、上記圧力変動緩和部材において、前記ガス吸着材には雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を有し、音波による媒質ガスの振動速度が最大となる位置に前記ガス吸着材が配置されているものとすることができ、この場合、圧力波の吸収と同時に音波をも効果的に吸収することができる。
【００２６】
周知のとおり音波は媒質ガス分子の空間的粗密状態の伝播を波として捉えたものであり、媒質ガス分子の平衡位置からのズレ（粗密状態）の大きさが音圧（音の大きさ）に対応する。媒質ガス分子の平衡位置で見れば、分子は平衡位置を基準に振動しているのであり、この分子の動きを前記多孔構造との摩擦により抑制すれば、音圧レベルを下げることが可能になる。最も効果的な音圧レベルの低減効果が期待できるのは、分子の移動速度（媒質ガスの振動速度）が最も大きい位置に摩擦部である多孔構造を配置する場合である。よって、上記発明では、前記ガス吸着材に雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を設け、音波による媒質ガスの振動速度が最大となる位置に前記吸着材を配置している。
【００２７】
あるいは、上記圧力変動緩和部材において、ガス吸着材とは別に吸音材を備えてもよい。この場合も音波を吸音材によって吸収することが可能である。
【００２８】
なお、前記した本願の圧力変動緩和部材の発明は、これら圧力変動緩和部材をその内部に備えるトンネル構造として把握することも可能である。この場合、トンネル微気圧波あるいは突入波のレベルを小さくするトンネル機構が実現できる。
【００２９】
発明をトンネル構造として把握する場合であってトンネル構造内に備える圧力変動緩和部材のガス吸着材に雰囲気ガスの透過を許容する多孔構造を有する場合には、前記ガス吸着材は、吸収しようとする音波の波長の１／４波長だけ前記壁面から離れた位置に配置することができる。音波の１／４波長だけ前記壁面から離れた位置はその音波によって振動させられる分子の移動速度が最も大きな位置であり、最大の吸音効果が期待できる。
【００３０】
また、前記した本願の圧力変動緩和部材の発明は、これら圧力変動緩和部材をその移動方向の前面または背面に備える移動体として把握することも可能である。このような移動体によれば、その前面あるいは背面で発生する圧力波の圧力勾配を低減でき、移動体がトンネルに突入する場合等に発生する前記前面あるいは背面に発生する圧力波に起因する圧力波のレベルを低減することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本願発明によれば、列車先頭車両の形状変更やトンネル入口の緩衝工、トンネルの枝坑等の新たな施工を伴わずに、トンネル微気圧波の低減を実現できる。また、広いダイナミックレンジでの圧力吸収を実現できる。また、機械振動に起因する劣化や磨耗を発生しない。また、トンネル微気圧波への対策に加えて、列車突入側のトンネル入口で発生する突入波への対策にも適用できる。また、移動体自体が発する騒音にも対処できる。さらに、移動体の周辺で発生するあらゆる圧力波への対策に有効な技術を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である圧力変動緩和部材を示した斜視図である。図１において一部の部材はその断片を示している。図１に示す圧力変動緩和部材１は、活性炭２と、活性炭保持部材３ａ，３ｂと、枠体４とを有する。
【００３３】
活性炭２は、その細孔構造にガスを吸着する能力を持つガス吸着材の一種である。活性炭２は、粉状、粒状、顆粒状、タブレット状、その他任意の形状の活性炭とすることができる。活性炭保持部材３ａ，３ｂによる活性炭２の保持性を考慮すると、粉状活性炭を加圧あるいは加熱形成した形成活性炭であることが好ましい。また、形成活性炭においては、バインダを用いずに加圧形成したものが好ましいが、バインダを用いて加熱形成したものであっても構わない。活性炭２の吸着性能については後に詳述するが、一般に空気（窒素）の吸着能が高い活性炭であることが好ましい。
【００３４】
活性炭保持部材３ａ，３ｂは、活性炭２を枠体４に保持する部材であり、少なくとも圧力波飛来方向の一方の活性炭保持部材３ａ（または３ｂ）には空気透過性能が必要である。活性炭保持部材３ａ，３ｂの一例としてたとえばメッシュ状の金属網が例示できる。活性炭保持部材３ａ，３ｂは、メッシュ状である他、空気を透過させるための空気孔を開口した金属板であっても良い。活性炭保持部材３ａ，３ｂは、空気を透過させかつ活性炭２を保持するに十分な機械的強度を有するものであれば良く、その材質は金属には限られない。たとえば紙、木あるいはプラスチックで構成されるものであっても良い。なお、活性炭保持部材３ａ，３ｂ開口率は空気の透過性を考慮すればできるだけ大きい方が好ましく、開口の大きさは活性炭の形状に依存する。粉状、粒状、顆粒状、タブレット状の活性炭の場合には個々の活性炭の大きさが開口の大きさより小さいことが要求されることは容易に理解されよう。
【００３５】
活性炭保持部材３ａ，３ｂは単一の部材で構成される必要はなく、和紙等空気透過性が高く（開口率が高く）かつ開口の小さな部材と開口の大きな金属網等機械的強度を補強する部材とを組み合わせてもよい。粉状活性炭を和紙で包み、金網によって保持する活性炭保持部材３ａ，３ｂの形態が例示できる。また、活性炭保持部材３ａ，３ｂの一方は、他方が空気透過性を有する限り、空気透過性がなくてもよい。さらに、活性炭２が形成活性炭で構成されるような、活性炭２が枠体４に直接保持可能な場合には、活性炭保持部材３ａ，３ｂはなくてもよい。
【００３６】
枠体４は、活性炭保持部材３ａ，３ｂと共に活性炭２を保持する、活性炭２の保持部材である。断面がコの字型に形成された金属枠を例示できる。なお、枠体４の材質は活性炭保持部材３ａ，３ｂの場合と同様、必要な機械的強度が保持される限り金属には限られず、木、プラスチック等で構成されてもよい。また、枠体４は、図示するように活性炭２の周面の全部を覆うように配置する必要はなく、必要に応じて複数の部材から構成されてもよい。また、枠体４は、図示するようなコの字型に形成する必要はなく、活性炭２と活性炭保持部材３ａ，３ｂとを挟んで保持することができるようなものであればその構造は任意である。
【００３７】
本実施の形態の活性炭２の吸着性能について以下に説明する。図２は、本実施の形態で用いる活性炭２の静的な吸着性能を示したグラフである。図２において、縦軸は、活性炭１ｇ当たりの窒素の吸着ミリモル数を単位（ｍｍｏｌ／ｇ）として示した活性炭２への窒素吸着量である。横軸は、窒素の圧力（単位はｈＰａ：ヘクトパスカル）である。図２より、窒素の吸着分子数（モル数）は圧力の大きさにほぼ比例し、大気圧（約１０１３ｈＰａ）を超えても比例関係をほぼ維持していることがわかる。つまり、少なくとも静的には、大気圧近傍での窒素吸着能力が飽和するような傾向は全く見られず、大気圧近傍での圧力変動に応じて窒素（つまり空気の主成分ガス）を吸着し脱着する能力を十分有していることを示している。
【００３８】
次に、活性炭２の動的な吸着性能について説明する。図３は、活性炭２の動的吸着能力を測定するための試験装置を示した概略斜視図である。本試験装置１０は、密閉可能な容器１１、容器１１内の活性炭容器１２、圧力計１３を有し、容器１１の上面にはダイアフラム１４が設けられている。また、容器１１には外部からガス供給（ガスＩＮ）およびガス排出（ガスＯＵＴ）が可能なガス入出ポート（図示せず）が設けられている。そしてダイアフラム１４には０〜５００Ｈｚの周期的な振動が加えられるようになっている。
【００３９】
このような試験装置１０を用いて以下のように活性炭の動的吸着性能を評価できる。まず、活性炭容器１２に評価対象の活性炭を入れる。容器１１を密閉し、容器１１にガス（たとえば窒素）を供給する。容器１１内はほぼ大気圧に保持され、余分なガスは排出される。この状態で、ダイアフラム１４に振動を加えると、容器１１の内部圧力はダイアフラム１４の振動に応じて変化する。この内部圧力変化は圧力計１３の出力値の振動として観測され、評価対象の活性炭の動的吸着性能を反映する。
【００４０】
図４は、試験装置１０による活性炭の評価結果を示したグラフである。縦軸は圧力変化（振動）のピークツゥピーク値（振幅）をＰａ単位で示したものであり、横軸はダイアフラム１４への加振周波数（Ｈｚ）である。また、図４において、細孔構造の異なる２種類の活性炭ＡおよびＢを評価対象とした場合を示し、比較として活性炭容器１２に活性炭を入れない場合も示した。活性炭Ａについての評価結果は破線で示し、活性炭Ｂについての評価結果は実線で示している。また、比較例である活性炭無しは長破線で示している。
【００４１】
活性炭ＡおよびＢの細孔構造の特性値は表１のとおりである。活性炭Ａと活性炭Ｂとを比較すれば、比表面積および全細孔容量共に活性炭Ｂの方が大きく、吸着可能面積が大きいほど吸着能は高いと考えられることから、ガスの吸着能力は活性炭Ｂの方が優れていると推察される。平均細孔径については、活性炭Ｂより活性炭Ａの方が４０％程度小さい。平均細孔径のガス吸着能に対する影響は各種の要因によって変化するため一概に判断できない。ただし、吸着性能を発揮し得ない程度に細孔径が大きかったり、吸着ガスが侵入できない程度に細孔径が小さかったりする場合は吸着性能を阻害するが、今想定する吸着ガスである窒素ガスの分子径が０．３５ｎｍであることから活性炭ＡおよびＢの平均細孔径がそのような吸着性能を阻害するものでないことは明らかである。
【表１】
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【００４２】
図４を参照すると、１００Ｈｚ以下の周波数において活性炭Ａおよび活性炭Ｂのピーク圧力は活性炭無しの場合より小さく、活性炭には圧力変動を緩和する機能があることが分かる。そして、この圧力変動緩和の機能は活性炭Ａよりも活性炭Ｂの方が大きく、ガス吸着の性能を反映していることが推察される。
【００４３】
図４においては、活性炭無しの場合についても加振周波数によって大きくピーク圧力が変化する。これは容器１１の内面構造を反映した共振状態の存在を伺わせる。このような共振状態を含めてデータを評価したのでは、活性炭による圧力緩和を正確に評価することが困難である。よって、活性炭無しの場合（比較例）で活性炭ＡおよびＢの結果を規格化することにより、共振による影響を取り除き、より綿密な評価を行う。
【００４４】
図５は、図４に示した活性炭ＡおよびＢの各データを活性炭なし（比較例）のデータで規格化したものを示したグラフである。図５から、１０Ｈｚの加振周波数においては、活性炭Ａで約１５％、活性炭Ｂで約２５％の圧力緩和効果があることがわかる。また、活性炭ＡおよびＢの各データは、周波数が大きくなるに従い次第に比較例との差が小さくなり、活性炭Ａにおいては１００Ｈｚ、活性炭Ｂについては２５０Ｈｚで比較例との差がなくなる。これは、加振周波数が大きくなるに従い活性炭ＡあるいはＢへの窒素ガスの吸脱着が追随できなくなり、活性炭が無い状態に等しくなることを意味していると考えられる。すなわち、活性炭Ｂにおいては２５０Ｈｚ以下、活性炭Ａにおいては１００Ｈｚ以下の圧力変化に追随できると言える。
【００４５】
上記した活性炭の静的および動的吸着性能から、大気圧付近における空気（窒素）の圧力変動を少なくとも１５〜２５％程度（１０Ｈｚの圧力振動状態において）緩和することが可能であり、しかも、この圧力変動の緩和性能は少なくとも１００Ｈｚ程度の圧力振動周期まで得ることが可能である。このような活性炭を前記圧力変動緩和部材１に適用するなら、飛来してくる圧力波の圧力勾配を１５〜２５％程度低減することが可能である。新幹線が２５０ｋｍ／ｈ程度の速度でトンネルに突入する場合のトンネル微気圧波の卓越振動数は３〜５Ｈｚ程度であることから、本実施の形態の圧力変動緩和部材１をトンネル内に適用するなら、圧力勾配を少なくとも１５〜２５％程度に低減することができ、トンネル微気圧波や突入波も１５〜２５％程度低減することが可能である。前記のように圧力変動の緩和機能は１００Ｈｚ程度までの広いダイナミックレンジで得られるので、今後新幹線等の速度がより高速化して卓越振動数がより高い周波数になったとしても、そのような卓越振動数の増加にも十分に対応できる。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は、圧力変動緩和部材をトンネル構造に適用した場合の一例を示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。本実施の形態２のトンネル構造２０には、その側面から上面に渡って、また、入口から出口に渡って、内壁を覆うように圧力変動緩和部材２１を配置する。なお、図６（ａ）には、複線軌道の一方に列車２５が走行している状態を示しており、列車２５からは圧縮波等の圧力波２６が発生している様子を図示している。
【００４７】
図７は、圧力変動緩和部材２１がトンネル構造２０の内壁に取り付けられた状態を示した一部断面図である。圧力変動緩和部材２１は、壁面取り付け部材２７によってトンネル構造２０の壁面に取り付けられる。
【００４８】
圧力変動緩和部材２１を構成する各構成部材は実施の形態１の圧力変動緩和部材１の場合とほぼ同様である。ただし、本実施の形態の圧力変動緩和部材２１の活性炭２２は、多孔構造を有し、その多孔構造を通過して空気が透過可能になっている。たとえば活性炭２２を顆粒状の活性炭とすれば、各顆粒の界面に隙間を有し、多孔構造が形成される。このような多孔構造を空気が透過することにより、音波の媒質である空気の分子が振動し、多孔構造の壁面との摩擦によって音波のエネルギが熱エネルギに変換される。つまり音波が吸収される。
【００４９】
このような音波吸収は、多孔質を構成する活性炭２２が音波による振動分子速度の最も高い位置に配置される場合に効果が大きい。壁面で音波が反射される境界条件から、音波による振動分子速度の最も高い位置の一つは、壁面から音の周波数の１／４波長だけ離れた距離Ｌの位置にある。吸収しようとする音の周波数をたとえば１ｋＨｚとすれば、乾燥空気中の音速は約３３０ｍ／ｓであるから、その１／４波長の距離Ｌは８．３ｃｍである。よって８．３ｃｍだけ壁面から離れた位置に多孔構造を有する活性炭２２を配置すればよい。本実施の形態のトンネル構造２０では、壁面取り付け部材２７によって圧力変動緩和部材２１の取り付け位置を調整し、活性炭２２の中心がＬ＝８．３ｃｍだけ壁面から離れた位置になるよう調整する。
【００５０】
このようなトンネル構造２０によれば、活性炭２２の圧力変化緩和機能によって列車２５からの圧力波２６の圧力勾配を低減し、トンネル構造２０から発生するトンネル微気圧波等を低減することができる。それとともに、活性炭２２が有する多孔構造の作用により、列車２５の走行によって発生する騒音も吸収できる。なお、活性炭２２の配置位置を壁面から音波波長の１／４だけ離れた位置とすることにより、騒音低減効果を高めることができる。
【００５１】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施の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種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、上記実施の形態では、平均細孔径が０．７〜１．３ｎｍ程度の活性炭について説明したが、ガス吸着性能が阻害されない限り平均細孔径はより小さくあるいはより大きくてもよい。たとえば１０ｎｍ以下の平均細孔径を有する吸着材を適用できる。また、前記実施の形態では、ガス吸着材として活性炭を例示したが、ゼオライトでも構わない。
【００５２】
また、前記実施の形態２では、ガス吸着材である活性炭自体に音波吸収能力を有するものを例示したが、ガス吸着材とは別に公知の吸音材を備えてもよい。吸音材としては、フェルト様の布などを例示できる。また、吸音材をコーン形状等に構成して吸音効果を高めることもできる。
【００５３】
前記実施の形態２では、トンネル構造２０の内壁面の前面に渡って圧力変動緩和部材２１が配置されている場合を例示したが、圧力変動緩和部材２１は、図８に示すように、トンネル構造２０の入口あるいは出口の近傍に高密度に配置され、トンネル構造２０の中ほどには低密度に配置されるようにしてもよい。この場合、入口あるいは出口においてトンネル微気圧波あるいは突入波の原因となる圧力波の圧力勾配を効率的に低減して、一方、中ほどでは低密度に配置することによるコストの抑制が可能になる。
【００５４】
また、前記実施の形態２では、トンネル構造に実施の形態１同様の圧力変動緩和部材を適用する例を説明したが、実施の形態１同様の圧力変動緩和部材は、列車の先頭車両や最後尾車両に設置してもよい。この場合、列車先頭部で発生する圧縮波、最後尾部で発生する膨張波の圧力勾配を低減することが可能になる。実施の形態２のトンネル構造への適用と併せて適用すれば、より大きな効果が期待できる。なお、列車先頭車両や最後尾車両に圧力変動緩和部材を適用する場合、実施の形態１で示したような平板形状である必要はない。車両のデザイン等に合わせて任意形状の圧力変動緩和部材とすることができる。任意形状の圧力緩和変動部材を構成する場合、活性炭として粉末活性炭を加熱圧縮して形成する形成活性炭を適用すると金型に会わせた任意形状が構成できるので有利である。
【００５５】
また、実施の形態１あるいは２の圧力変動緩和部材は列車への適用に限らず、自動車や航空機等その他移動体の移動方向前面あるいは背面に配置する場合にも適用できる。この場合、圧力変動緩和部材の形状は、前記列車車両への適用の場合と同様、任意形状とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本願発明は、列車等移動体がトンネル等に突入する場合に発生する圧力波一般についてその低減を図ることが可能な技術に関する発明であり、輸送産業全般に適用することが可能な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態である圧力変動緩和部材を示した斜視図である。
【図２】本実施の形態で用いる活性炭２の静的な吸着性能を示したグラフである。
【図３】活性炭２の動的吸着能力を測定するための試験装置を示した概略斜視図である。
【図４】試験装置１０による活性炭の評価結果を示したグラフである。
【図５】図４に示した活性炭ＡおよびＢの各データを活性炭なし（比較例）のデータで規格化したものを示したグラフである。
【図６】圧力変動緩和部材をトンネル構造に適用した場合の一例を示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】圧力変動緩和部材２１がトンネル構造２０の内壁に取り付けられた状態を示した一部断面図である。
【図８】圧力変動緩和部材をトンネル構造に適用した場合の他の例を示した側面図である。
【図９】列車がトンネルに突入したことによって発生する圧力波を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…圧力変動緩和部材、２…活性炭、３ａ，３ｂ…活性炭保持部材、４…枠体、１０…試験装置、１１…容器、１２…活性炭容器、１３…圧力計、１４…ダイアフラム、２０…トンネル構造、２１…圧力変動緩和部材、２２…活性炭、２５…列車、２６…圧力波、２７…壁面取り付け部材、３１…列車、３２…トンネル、３３…入口、３３'…出口、３４…圧縮波、３５…トンネル微気圧波、３６…突入波。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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