(57)【要約】【課題】非バラスト軌道の騒音対策としての軌道面吸音構造を提供するもので、軌道構造の建築限界を満たす厚さの吸音材とし、吸音性能が広帯域で残響室法吸音率が０．７（７０％）以上となる吸音材を開発する。【解決手段】非バラスト軌道面における騒音の反射を抑制する軌道面吸音構造であって、用いられる吸音材は、音響エネルギーの入射側から、ポリエステル繊維系不織布複数枚とポリエステル繊維系不織布母材を重ねて、熱圧縮・融着して複合化し、周波数帯域５００Ｈｚ〜２ｋＨｚに対して、残響室法吸音率が０．７（７０％）以上の吸音率を有する吸音材を軌道面の表面に敷設した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非バラスト軌道面における列車通過時の騒音の反射を抑制するための軌道面吸音構造であって、各種鉄道軌道に対する建築限界を満たすよう制御された形状であり、鉄道騒音の主要周波数帯域５００Ｈｚ〜２ｋＨｚに対して、少なくとも厚さ２０ｍｍで残響室法吸音率が０．７（７０％）以上の吸音率を有する吸音材を軌道面の表面に敷設したことを特徴とする軌道面吸音構造。
【請求項２】
前記吸音材は、音響エネルギーの入射側から、ポリエステル繊維系不織布複数枚とポリエステル繊維系不織布母材を重ねて、熱融着し複合化した多層吸音材である請求項１記載の軌道面吸音構造。
【請求項３】
入射側のポリエステル繊維系不織布は、スパンボンド法によって得られたものである請求項２記載の軌道面吸音構造。
【請求項４】
各層間にホットメルト材を散布して熱融着させた請求項２又は３記載の軌道面吸音構造。
【請求項５】
音波入射側の複数層の不織布の流れ抵抗が、１×１０６〜３×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４であり、母材の流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４であり、複合化した多層吸音材の流れ抵抗が３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４である請求項２乃至４いずれか１記載の軌道面吸音構造。
【請求項６】
多層吸音材は、建築限界を満たす厚さの１２０〜１５０％の厚さに形成しておき、厚さ方向に熱圧縮成型し、厚さが建築限界を超えないように永久歪を付与した請求項１乃至５いずれか１記載の軌道面吸音構造。
【請求項７】
熱圧縮成型は、１７０〜２２０℃にて永久歪を付与する請求項６記載の軌道面吸音構造。
【請求項８】
熱圧縮成型した多層吸音材の側面周囲を、額縁状にポリエステル繊維系不織布を熱融着した請求項１乃至７いずれか１記載の軌道面吸音構造。
【請求項９】
熱圧縮成型した多層吸音材の側面周囲を、額縁状に２枚以上のポリエステル繊維系不織布を熱融着し、少なくとも外気側のポリエステル繊維系不織布は溌水処理したものを用いた請求項８記載の軌道面吸音構造。
【請求項１０】
非バラスト軌道面における列車通過時の騒音の反射を抑制するための多層吸音材の成型法であって、音響エネルギーの入射側から、流れ抵抗が１×１０６〜３×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４のポリエステル繊維系不織布複数枚と、流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４のポリエステル繊維系不織布母材を重ね、建築限界を満たす厚さの１２０〜１５０％の厚さに形成し、各層間にホットメルト材を散布し、１７０〜２２０℃にて圧縮して熱融着し、厚さが建築限界を超えないよう永久歪を付与して複合化し、複合化した多層吸音材の流れ抵抗を３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４となし、かつ、周波数帯域５００Ｈｚ〜２ｋＨｚに対して、残響室法吸音率が０．７（７０％）以上の吸音率を備えたことを特徴とする多層吸音材の成型法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、省力化軌道としての非バラスト軌道（スラブ軌道）において、列車走行時に車輪がレール上を転動する際に生じる転動音や補器類の騒音がスラブ軌道面で反射し騒音を増幅することとなる。
本発明は、かかる騒音のスラブ軌道面での反射を抑えるための軌道面吸音構造、及びこれに用いる多層吸音材の成型法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道もメンテナンスなど省力化の一環として、新幹線鉄道はもとより在来線鉄道も非バラスト化が進み、スラブ軌道や弾性直結枕木軌道などが増えてきている。
【０００３】
かかる時代の流れの中で、次世代での展開を目指した軌道構造の検討が進められている。即ち、省メンテナンス、優環境性をコンセプトに、締結装置におけるメンテナンスが省力化できるような軌道構造を有するものであって、図１にその一例を示す。即ち、レール１をコンクリート構造物２の中にゴムプレート３などを介して設置し、これをレール用押さえブロック４をもって連続支持する形態の軌道である。レール１をコンクリート構造物２の中に埋め込むことによって、レール１からの放射音が沿線に伝搬される量を低減し、環境にも優れた軌道となることが期待される。
【０００４】
一方、列車の車輪がレール１上を転動するときに発生する騒音は、スラブ軌道面で反射し騒音を増幅する傾向にあるため、環境問題で問題を起こすことがあることも考えられ、沿線住民の生活環境を悪化させてしまうことも考えなくてはならない。そのために、軌道面に吸音材を敷設することは環境を守るためには必要不可欠である。
しかるに、レール１の頭部近くまでコンクリート部材が配置されているために、この軌道面に吸音材を敷設しようとする場合には、吸音材を建築限界内に収める必要がでてくる。そのためには、吸音材の厚さは、許容される２５ｍｍ未満（安全を見て２０ｍｍ以下）にする必要がある。
【０００５】
このように、現在想定されるあらゆる軌道構造に適用可能な軌道面吸音構造を実現するためには、従来難しかった２５ｍｍ未満の厚さで、高い吸音性能を実現する必要がでてきた。尚、レール埋め込み構造の軌道は路面電車では既に一部実用化されているが、この既設の軌道に吸音材を適用する場合にも、同様に建築限界を満たすために、２５ｍｍ未満の厚さにすることが求められている。
【０００６】
吸音の目的でいえば、従来技術としてバラストが散布される方法があるが、吸音性能を高めるためには、可なり細粒化したバラストとする必要がある。それでも細粒化には限度もあるので、５００Ｈｚ〜２ｋＨｚという広帯域で残響室法吸音率を０．７（７０％）以上を確保することは難しい。しかも、細粒化すると飛散するおそれも出てくるという問題も出てくる。又、バラストの採取には環境破壊にもつながる恐れもあり、メンテナンスの負担も大きく時流にあった手段ではない。
【０００７】
その他の固形吸音材の適用が考えられるが、鉄道軌道では信号システムのための電気が流されており、軌道面に敷設する固形吸音材は良好な電気的絶縁性能を有することが求められる。このため、軌道面に敷設する固形吸音材として、グラスウールや軟質ウレタンフォームあるいはセラミックス系のものが考えられてはいる。
【０００８】
しかし、前二つは、長期間屋外に暴露すると耐候性や耐水性に問題があり、表面から材料の一部が剥離され、周囲に飛散する恐れがある。又、経年変化のため吸音性能が低下するとともに、内部も切断・変形されるなどの危険性も想定される。更に、三つ目のセラミックス系は吸音性能、重量やコストの面などでそれぞれ問題を持っており、実用的な軌道面吸音材としては使いにくい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術が有している課題を解決するためになされたもので、次世代軌道構造やスラブ軌道など非バラスト軌道の騒音対策としての軌道面吸音構造及びこれに用いる多層吸音材を提供するものである。具体的には、あらゆる形式の軌道構造の建築限界を満たすような適用範囲の広い軌道面吸音構造とするために、吸音材の厚さは２５ｍｍ未満に抑え、しかも、吸音性能が５００Ｈｚ〜２ｋＨｚの帯域で残響室法吸音率が０．７（７０％）以上となる、耐久性のある新しい吸音材の成型法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の要旨は、非バラスト軌道面における列車通過時の騒音の反射を抑制するための軌道面吸音構造であって、各種鉄道軌道に対する建築限界を満たすよう制御された形状であり、鉄道騒音の主要周波数帯域５００Ｈｚ〜２ｋＨｚに対して、少なくとも厚さ２０ｍｍで残響室法吸音率が０．７（７０％）以上の吸音率を有する吸音材を軌道面の表面に敷設したことを特徴とするものである。
【００１１】
そして、前記吸音材は、音響エネルギーの入射側から、ポリエステル繊維系不織布複数枚とポリエステル繊維系不織布母材を重ねて、熱融着し複合化した多層吸音材が採用され、好ましくは、音波入射側の複数層の不織布の流れ抵抗が１×１０６〜３×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４、母材の流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４、複合化した多層吸音材の流れ抵抗が３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４である軌道面吸音構造である。
【００１２】
本発明の第２の要旨は、非バラスト軌道面における列車通過時の騒音の反射を抑制するための多層吸音材の成型法であって、音響エネルギーの入射側から、流れ抵抗が１×１０６〜３×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４のポリエステル繊維系不織布（複数枚）と、流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４のポリエステル繊維系不織布母材を重ね、建築限界を満たす厚さの１２０〜１５０％の厚さに形成し、各層間にホットメルト材を散布し、１７０〜２２０℃にて圧縮して熱融着し、厚さが建築限界を超えないよう永久歪を付与して複合化し、複合化した多層吸音材の流れ抵抗を３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４となし、かつ、周波数帯域５００Ｈｚ〜２ｋＨｚに対して、残響室法吸音率が０．７（７０％）以上の吸音率を備えたことを特徴とする成型法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多層吸音材は、厚さが規定内に抑えられながら、吸音性能は従来のものを超える優れた特徴と備えたものであり、環境問題、リサイクル性、耐久性にも優れた材質からなっている。更に、これを軌道面に用いた吸音構造は軌道面での騒音の反射を防ぐことが可能となったものであり、従来の材料とは比較にならない特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は次世代軌道構造の概略を示す図である。
【図２】図２は本発明の多層吸音材と騒音源である入射波との関係を示す図である。
【図３】図３は本発明の多層吸音材の残響室法吸音率を示す図である。
【図４】図４は本発明の多層吸音材と従来から用いられているグラスウールの残響室法吸音率を示す図である。
【図５】図５は本発明の多層吸音材を適用した軌道面吸音構造の吸音率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
さて、新幹線を含めて列車走行時に発生する騒音（転動音）は５００Ｈｚ〜２ｋＨｚが主要帯域であり、スラブ面での反射を完全に無くすためには１００％の吸音率が要求される。逆に、スラブ面で完全に反射すると（吸音率０％）少なくとも騒音は１回の反射で３ｄＢ、車両側あるいは壁などとの間で多重反射するとさらに数ｄＢ増幅する可能性がある。  しかるに、吸音率として７０％を確保すれば１回の反射で１ｄＢ以下となり、多重反射での増幅は抑えられることから、本発明の吸音材の目的を残響室法吸音率を０．７（７０％）以上としたものであり、しかも、厚さが２０ｍｍ程度の吸音材で、５００Ｈｚ〜２ｋＨｚで７０％（特に５００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の吸音率を確保することは、従来の考えによる吸音材では極めて困難なことから、本発明はこの両立を狙ったものである。
【００１６】
吸音材に用いられる材料はいろいろな種類、構造のものがあるが、中でも多孔質材料が最もよく使われる材料である。最近では、環境問題、リサイクル性、吸音性能や長期耐久性等の面からポリエステル繊維系吸音材が適用されるケースも増えてきている。このポリエステル繊維系吸音材は他の材料に比べて優れた特徴を有しており、かつ、環境に優しい高性能吸音材である。即ち、比較的シンプルな構造で優れた吸音性能を有すること、耐候性・耐久性に優れ・長期の使用に最適であること、リサイクル性が確立されており地球環境に優しいこと、など多くの特徴を有している。本発明はかかる特徴を利用し、特に、鉄道軌道の吸音性を狙って開発したものである。
【００１７】
尚、本発明で用いるポリエステル繊維系吸音材は、好ましくはエンドレスの長繊維を利用したスパンボンド法によって得られるものが好適であるが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、ステッチボンド法などによって得られるものであってもよい。尚、スパンボンドとは溶融押出成型により長繊維化・高密度化した不織布である。
【００１８】
さて、図２は本発明の第１で用いる多層吸音材と騒音源である入射波との関係を示す図であり、多層吸音材２０は、入射波側に対して２層のポリエステル繊維系不織布２１、２２（多層化）と、母材であるポリエステル繊維系不織布２３とからなり、これらの間にホットメルトパウダー（図示しない）をもって熱融着したものである。かかる母材２３は剛壁２５に貼り付けられている。
【００１９】
さて、入射波に対し、その波長の１／４の位置にポリエステル繊維系不織布２１、２２を配置するものであり、この位置は粒子速度が最大（音圧０）であり、剛壁２５に至り粒子速度が０（音圧最大）となるように設計される。
【００２０】
母材はポリエステル系の繊維を原料とする不織布である。かかる不織布は、繊維を織り込んで布状としたものではなく、単に集めて部分的に融着させて固形体としたものである。このような繊維の集合体においては繊維間に隙間があるために、その中に音波が進入し、進行する間に空気の粘性抵抗などにより音波の音響エネルギーが減衰される。即ち、入射してくる音響エネルギーが、吸音構造体の中で粘性抵抗を主体に熱エネルギーに変換される仕組みとなっている。このように、不織布を用いることで加工しやすく材料コストの低廉化が図れる。又、織り込んでないために空気の流れ抵抗の調整が容易となる。母材の繊維配向については、横、縦、ランダムいずれでもよいが圧縮強度面から縦配向が望ましい。
【００２１】
一方、音響エネルギーの入射面である表層として、二層のポリエステル系繊維不織布（スパンボンド不織布）を配することによって吸音性能の向上を図ったものである。表層はスパンボンド不織布であり、スパンボンド不織布ー母材間に摩擦抵抗が生じるなどの理由から音波のエネルギーに対する減衰が増幅される。音波のエネルギーは振幅が大きな箇所で減衰が大きいとより大きく低減するが、スパンボンドを配した箇所はこの材料が音に影響を与えるエリアでは音の振幅が最大の箇所であり、この位置にスパンボンドを配することによって音波に対する減衰性能・吸音性能が高められることとなる。尚、スパンボンドは２種類適用し、外気側に溌水処理したものを用い、もう１種類は溌水処理しないものを用いるのがよい。
【００２２】
このことから、母材及び表層の流れ抵抗をいかにコントロールし、それらを複合した多層吸音材としての流れ抵抗を最適に調整することがポイントとなる。即ち、表層近くで流れ抵抗を出来るだけ大きく取り、多層吸音材（二層スパンボンド不織布＋母材）の流れ抵抗が特定の範囲に入るように組み合わせるのが本発明の狙いの一つである。
そのためには、それぞれの構成材料の流れ抵抗として、音波入射側の複数層のスパンボンド不織布の流れ抵抗が１×１０６〜３×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４、母材の流れ抵抗が０．５×１０４〜３．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４の範囲のものを組み合わせて、これらを熱融着した多層吸音材として総合的な流れ抵抗が３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４に収まるように調整したものである。こうして得られた多層吸音材をさらに熱プレスで所定の厚さに成型して本発明の軌道用吸音構造が実現される。多層吸音材として、この下限値を下回ると５００Ｈｚ〜８００Ｈｚ位の帯域の吸音性能が低下し、この上限値を超えると２ｋＨｚ前後の吸音率が低下してしまう結果となる。
【００２３】
本発明の軌道面吸音構造（第１発明）の中核となる多層吸音材（第２発明）は、５００Ｈｚ〜２ｋＨｚの広帯域に亘って残響室法吸音率を０．７（７０％）以上の吸音率を得るものであって、ポリエステル繊維系からなる多層吸音材とし、総合的な流れ抵抗が３．５×１０４〜７×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４となるように調整すること、そして、多層吸音材を所定の厚さに仕上げるために、所定の厚さ以上の多層構造を先ず作り、これを熱プレス圧縮して永久歪をかけて所定の厚さに仕上げることとなる。
具体的には、ポリエステル繊維系の材料を用いることから、好ましくは、所定の厚さの１２０〜１５０％の厚さの多層吸音材を先ず製作し、その後所定の厚さまで熱プレスで圧縮成型することからなるもので、リサイクル性などの容易性から吸音材全体をポリエステル繊維系の材料で構成し、軌道面吸音材としての多くの課題を克服したものである。尚、各層をパウダー状ホットメルトで熱融着させるのが好適である。
【００２４】
即ち、このスパンボンドを導入することによって、これまで実現が難しかった厚さ２０ｍｍでの高い吸音性能は実現されたのである。
そして、所定の厚さ、例えば、２０ｍｍに仕上げるためには、２８〜３０ｍｍの厚さの複合品を作り、それをさらに熱圧縮して２０ｍｍの厚さに仕上げるのである。
【実施例】
【００２５】
（実施例１・多層吸音材の特徴）
本発明の第２の多層吸音材を次のように成型した。表層はポリエステル繊維スパンボンド不織布を２層とし、母材をポリエステル繊維系不織布（縦配向）２８ｍｍ厚さ、面密度８００ｇｒ／ｍ２として複合し、所定厚み例２０ｍｍに熱プレスで圧縮成型したもので、総合的な流れ抵抗が約４×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４に調整した。表層の流れ抵抗は約１．５×１０６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４、母材の流れ抵抗は約０．５×１０４Ｎ・ｓｅｃ／ｍ４であり、これらを重ね合わせる際に各層間にホットメルトパウダーを散布し、１８０℃にて熱プレスを行った。
【００２６】
図３に、得られた多層吸音材の残響室法吸音率を示した。尚、圧縮する前の多層吸音材のベース母材との対比とともに示したものである。この結果、圧縮後の多層吸音材にあっても、５００Ｈｚ〜２ｋＨｚの広い帯域に亘って残響室法吸音率で０．７（７０％）以上の吸音を達成した。
【００２７】
更に、吸音材として最もよく用いられているグラスウール（かさ密度３２ｋｇ／ｍ３）と比較して図４に示す。厚さが５０ｍｍグラスウールに対して、本発明品は２０ｍｍの厚さでグラスウールの吸音性能を凌駕した結果となっており、本発明品の軌道面吸音材としての優位性が立証されたものである。
【００２８】
（実施例２・軌道面吸音構造としての特徴）
実際の適用例として、図１に示した次世代軌道へ実施例１にて得られた本発明の多層吸音材を適用した。多層吸音材は建築限界の関係から厚さ２０ｍｍとしたものである。図１に示す次世代軌道構造のＡ〜Ｃ面に多層吸音材を貼り付けて軌道面吸音構造としたものである。
【００２９】
実車走行試験結果を、多層吸音材の非適用例とともに図５に示す。５００Ｈｚ〜２ｋＨｚの広い帯域を含む３１５Ｈｚ以上で約３ｄＢの低減効果となり、その結果、騒音レベルも敷設前の９５ｄＢが本発明品の敷設後は９２ｄＢとなり、約３ｄＢの低減効果が得られ、本発明品により軌道面での反射成分が低減され、その有効性が証明された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は以上の通りであり、鉄道や道路など交通分野、産業設備機器や建築設備機器分野など幅広い環境保全分野で利用可能で、環境、居住空間などの静粛化に貢献できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  レール
２  コンクリート構造物
３  ゴムプレート
４  押さえブロック
２０  多層吸音材
２１、２２  表層（ポリエステル繊維系不織布）
２３  母材（ポリエステル繊維系不織布）
２５  剛壁
Ａ〜Ｃ面  多層吸音材を貼り付ける軌道面
【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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