(57)【要約】【課題】車外から車内へ透過する騒音を効果的に低減することができる鉄道車両の車体構造を提供する。【解決手段】互いに平行する２枚の面板部６ａ，６ｂと、各面板部６ａ，６ｂの間にトラス状に配設されたリブ部６ｃとを押し出し成形することにより形成された車体の長手方向に長尺な一体構造の構体部材６を、各面板部６ａ，６ｂの前記リブ部６ｃにより区画された部分の固有振動数が、一方の面板部の固有振動数を他方の固有振動数で除した比が１．３以上となるように形成したことから、車体１外部より構体部材を透過して車体１内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができる。【選択図】　　　　図３
2004034818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行する２枚の面板部と、前記各面板部の間にトラス状に配設されたリブ部とを押し出し成形することにより、車体の長手方向に長尺な一体構造の構体部材を形成し、かつ前記構体部材により箱形の車体を構成した鉄道車両の車体構造であって、前記各面板部の前記リブ部により区画された部分の固有振動数が、一方の面板部の固有振動数を他方の固有振動数で除した比が１．３以上となるよう前記構体部材を形成すると共に、前記車体の長手方向に垂直な断面における周長の５０％以上に前記構体部材を使用したことを特徴とする鉄道車両の車体構造。
【請求項２】
前記各面板部の前記リブ部により区画された部分の板厚が、一方の面板部の板厚を他方の板厚で除した比が１．３以上となるよう前記構体部材を形成してなる請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項３】
前記各面板部がリブ部により区画支持される部分の支持長さから前記リブ部の板厚を差し引いた長さに対して、前記各面板部の支持長さの比が１．１以上となるよう前記構体部材を形成してなる請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項４】
前記リブ部と各面板部の接合部に、径の異なる円弧状の湾曲部を形成することにより、前記各面板部の支持長さの比が１．１以上となるよう前記構体部材を形成してなる請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
【請求項５】
前記各面板部がリブ部により区画支持される部分の単位辺長当りの質量が、一方の面板部の単位断面質量を他方の面板部の単位断面当りの質量で除した値が１．３以上となるよう前記構体部材を形成してなる請求項１に記載の鉄道車両の車体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部からの騒音に対して遮音効果が高い鉄道車両の車体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年鉄道は安全でかつ低燃費、大量輸送が可能である等の理由から輸送システムとして見直しつつあると同時に、輸送時間の短縮化を図るために高速化が進められている。
鉄道の高速化を図るためには、車体を軽量化することが重要であり、従来から車体の軽量化を図った鉄道車両が種々提案化され、また実用化されている。
例えば特開平９−２２６５７１号（特許第３０６９０３７号）公報には図１０に示すように、板厚ｔ１，ｔ２がほぼ等しい２枚の面板部ａ，ｂの間をトラス状に配設したリブ部ｃにより互に連結した鉄道車両用アルミニウム合金形材が記載されている。
【０００３】
前記公報の形材は、面板部ａ，ｂ及びリブ部ｃの少なくとも一方の板厚を、形材横断面における面板部ａ，ｂまたはリブ部ｃの延びる方向において、薄い部分から厚い部分へ変化割合が１．３倍以上となるよう変化させ、かつ変化部位を２個所以上設けたもので、音の伝播方向の音響インピーダンスを変化させて振動や音の透過率を低下させることにより、遮音特性の向上が図れるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に面板の遮音性は、面板の面密度に比例する。面密度とは単位面積当りの質量のことで、この遮音性と面板の面密度の関係を質量則と呼んでおり、遮音性の尺度には、一般に透過損失が用いられている。
透過損失とは、音が面板を透過する前後で失う音響エネルギーの割合のことであり、音波が面板に垂直に入射した場合、この透過損失ＴＬと面板の面密度ρの関係は以下の式によって表される。
【数１】
2004034818.tif 000003
ここで、ｆは周波数である。
【０００５】
図１１は中空押し出し形材の透過損失と、数１の質量則によって得られる値の比較を示すもので、比較的低い周波数では、透過損失は質量則により得られる値とよく合致する。
しかしある周波数帯において急激に遮音性が低下し透過損失が下がる領域があり、これは面板の曲げ波の速度が斜めに入射する音の速度と等しくなって、面板の曲げ振動が促進されることにより音がよく放射される現象で、コインシデンス効果と呼ばれている。
【０００６】
また中空押し出し形材における前記コインシデンス効果は、形材断面内の振動モードでも表現できる。
図１２の（イ）ないし（ハ）は、中空押し出し形材に発生する断面内振動モードのうちのいくつかを示すもので、現状の中空押し出し形材では面板部とリブ部で形成される三角形トラスの形状によりこれらの振動モードが発生する周波数である固有振動数が決まる。
単純な平板について、向かい合った辺の両端を単純支持した固有振動数ｆ０は以下の式によって表わされる。
【数２】
2004034818.tif 000004
ここでＥは平板に使われている材料のヤング率、Ｉは平板の断面二次モーメント、Ａは平板の断面積、ρは平板の密度、Ｌは支持端の距離である。
【０００７】
中空押し出し形材のコインシデンスは、内外対称のモードが非常に近い周波数で接近することにより発生する。
これは面板部ａ，ｂの板厚ｔ１，ｔ２から算出される断面二次モーメントをＩとし、面板部ａ，ｂの断面積をＡ、面板部ａ，ｂがリブ部ｃにより区画される面板部ａ，ｂの支持長さをＬ１，Ｌ２として、前記数１で示した式により計算される上下面板の固有振動数が等しいためである。
しかし前記公報に記載された鉄道車両用アルミニウム合金形材は、内外面板部ａ，ｂの板厚ｔ１，ｔ２が等しい部分が大半である。
内外面板部ａ，ｂの板厚ｔ１，ｔ２が等しい中空形材が無限に広いと仮定すれば、固有振動数は内外対称性により両面板部ａ，ｂの固有振同数は、ほぼ同一となる。
【０００８】
図１２の（イ）ないし（ハ）に示す各断面内振動モードは、面板ａ，ｂの面積が有限の場合でも、内外対称のモードが非常に近い周波数に接近して発生することを示している。
これらのことから、前記公報に記載された鉄道車両用アルミニウム合金形材のように、内外面板部ａ，ｂの板厚ｔ１，ｔ２が等しい中空押し出し形材では、コインシデンス効果が狭い周波数領域で集中的に起こるため、遮音性が大きく低下する周波数が発生し、その結果車外から車内へ透過する騒音を効果的に低減できない等の問題がある。
【０００９】
本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、車外から車内へ透過する騒音を効果的に低減することができる鉄道車両の車体構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の鉄道車両の車体構造は、互いに平行する２枚の面板部と、各面板部の間にトラス状に配設されたリブ部とを押し出し成形することにより、車体の長手方向に長尺な一体構造の構体部材を形成し、かつ構体部材により箱形の車体を構成した鉄道車両の車体構造であって、各面板部の前記リブ部により区画された部分の固有振動数が、一方の面板部の固有振動数を他方の固有振動数で除した比が１．３以上となるよう構体部材を形成すると共に、車体の長手方向に垂直な断面における周長の５０％以上に前記構体部材を使用したものである。
【００１１】
前記構成により、内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができるため、高速走行に適した軽量な車体が容易かつ安価に得られるようになる。
また外部からの騒音減衰効果の高い構体部材を、車体の長手方向に対する垂直な断面の周長の５０％以上に使用したことから、従来の車体構造に比べて、車内における車体外部からの騒音をほぼ３ｄＢ低減することができる。
【００１２】
前記目的を達成するため本発明の鉄道車両の車体構造は、各面板部のリブ部により区画された部分の板厚が、一方の面板部の板厚を他方の板厚で除した比が１．３以上となるよう構体部材を形成したものである。
【００１３】
前記構成により、内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができると共に、構造部材の内外面板の板厚を変えるだけで外部からの騒音減衰効果の高い車体が得られるため、車体の軽量化と車体製作コストの削減が図れるようになる。
【００１４】
前記目的を達成するため本発明の鉄道車両の車体構造は、各面板部がリブ部により区画支持される部分の支持長さからリブ部の板厚を差し引いた長さに対して、各面板部の支持長さの比が１．１以上となるよう構体部材を形成したものである。
【００１５】
前記構成により、内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができると共に、各面板部がリブ部により区画支持される部分の支持長さを変えるだけで外部からの騒音減衰効果の高い車体が得られるため、車体の軽量化と車体製作コストの削減が図れるようになる。
【００１６】
前記目的を達成するため本発明の鉄道車両の車体構造は、リブ部と各面板部の接合部に、径の異なる円弧状の湾曲部を形成することにより、各面板部の支持長さの比が１．１以上となるよう構体部材を形成したものである。
【００１７】
前記構成により、内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができると共に、リブ部と各面板部の接合部に径の異なる円弧状の湾曲部を形成して、各面板部がリブ部により区画支持される部分の支持長さを変えるだけで外部からの騒音減衰効果の高い車体が得られるため、車体の軽量化と車体製作コストの削減が図れるようになる。
【００１８】
前記目的を達成するため本発明の鉄道車両の車体構造は、各面板部がリブ部により区画支持される部分の単位辺長当りの質量が、一方の面板部の単位断面質量を他方の面板部の単位断面当りの質量で除した値が１．３以上となるよう構体部材を形成したものである。
【００１９】
前記構成により、内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができると共に、構造部材の内外面板の質量を変えるだけで外部からの騒音減衰効果の高い車体が得られるため、車体の軽量化と車体製作コストの削減が図れるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図３に示す図面を参照して詳述する。
図１は鉄道車両の車体の一部を示す斜視図、図２は同断面図、図３は車体を構成する構体部材の拡大断面図である。
図１及び図２に示す車体は、車体１の底部を形成する台枠２と、車体１の両側壁を形成する側構体３と、車体１の屋根部を形成する屋根構体４及び車体１の両端面を覆う妻構体５とにより箱形に構成されている。
側構体３や、屋根構体４及び妻構体５は、車体１の軽量化を図るため、アルミニウム合金を押し出し成形することにより形成した中空押し出し形材よりなる図３に示すような構体部材６が使用されている。
【００２１】
構体部材６は、車体保護の面から、車体１の外側の板厚ｔ１が厚肉で、かつ内側の板厚ｔ２が薄肉な互いに平行する２枚の面板部６ａ，６ｂと、これら面板部６ａ，６ｂの間にトラス状に配設されたリブ部６ｃより形成されている。
各面板部６ａ，６ｂの間に配設されたリブ部６ｃは、構体部材６の押し出し方向、すなわち側構体３や屋根構体４、妻構体５の長手方向に対し平行するよう各面板部６ａ，６ｂと一体成形されている。
【００２２】
また各面板部６ａ，６ｂの間に設けられたリブ部６ｃにより分割された部分Ｌ１，Ｌ２と、リブ部６ｃで形成された三角形トラスの形状により各面板部６ａ，６ｂの固有振動数が決まるが、本発明では、一方の面板部６ａの固有振動数を他方の面板部６ｂの固有振動数で除した値の比が、１．３以上となるように各面板部６ａ，６ｂの板厚ｔ１，ｔ２を設定している。
そして前記構体部材６を、車体１の長手方向に対し垂直な断面の周長の５０％以上に使用することにより、車外から車内へ透過する騒音の低減を図っている。
【００２３】
次に前記構成された車体構造の作用を説明する。
中空押し出し形材のコインシデンスは内外対称のモードが非常に近い周波数で接近することにより発生することは前述したが、これは面板部６ａ，６ｂの板厚ｔ１，ｔ２から算出される断面二次モーメントをＩとし、面板部６ａ，６ｂの断面積をＡ、面板部６ａ，６ｂがリブ部６ｃにより区画される面板部６ａ，６ｂの支持長さをＬ１，Ｌ２として、前記数１で示した式により計算される内外面板部６ａ６ｂの固有振動数が等しいために起こるが、前記実施の形態のように固有振動数の内外面板部６ａ，６ｂの比が１．３倍以上であれば、内外面板６ａ，６ｂのモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止できるようになる。
【００２４】
また外部からの騒音減衰効果の高い構体部材６を使用しても、車体１の一部のみでは他の部分より騒音が透過して、車内全体の騒音を低減することはできない。
そこで本実施の形態では、騒音減衰効果の高い構体部材６を、車体１の長手方向に対する垂直な断面の周長の５０％以上に使用している。
これによって従来の車体構造に比べて、車内における車体１外部からの騒音をほぼ３ｄＢ低減することができた。
なお前記実施の形態では、予め外側の面板部６の板厚ｔ１を内側の面板部６ｂの板厚ｔ２より厚肉となるようアルミニウム合金を押し出し成形したが、内外面板６ａ，６ｂを同じ板厚で押し出し成形して、何れか一方をエッチング処理等の手段で薄肉に加工することにより、両面板部６ａ，６ｂの板厚ｔ１，ｔ２を変えるようにしてもよい。
【００２５】
さらに前記実施の形態では、構体部材６の内外面板部６ａ，６ｂの板厚ｔ１，ｔ２を変えることにより、両面板６ａ，６ｂの固有振動数が異なるようにしたが、図４ないし図９に示す変形例のように構造部材６の形状を変えることにより、両面板６ａ，６ｂの固有振動数を異ならせるようにしてもよい。
次にこれら変形例について説明する。
なお前記実施の形態と同一部分は同一記号を付して、その説明を省略する。
【００２６】
図４に示す変形例では、リブ部６ｃの板厚ｔ３を順次変化させることにより、内外面板部６ａ，６ｂがリブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２を変えて、内外面板部の固有振動数を異ならせたもので、固有振動数ｆ０は内外面板部のリブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２の二乗に反比例するので、支持長さＬ１，Ｌ２，の内外での変化比は１．１程度で十分である。
【００２７】
また図５に示す変形例のように、リブ部６ｃから分岐された小リブ６ｄにより、リブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２を変化させることにより、内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数を変えたり、図６に示す変形例のように、リブ部６ｃと例えば面板部６ｂの接合部をクロスさせることで、内外面板部６ａ，６ｂのリブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２を変えることにより、内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数を、一方の固有振動数を他方の固有振動数で除した比にして１．３以上とするようにしてもよい。
【００２８】
さらに図７に示す変形例のように、リブ部６ｃと内外面板部６ａ，６ｂの接合部に、径ｒ１、ｒ２の異なる円弧状の湾曲部６ｅを形成して、リブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２を変化させることにより、内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数を異ならせるようにしてもよく、内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数の比を変える手段として、単位長さ当りの面板質量を変えるようにしてもよい。
【００２９】
図８に示す変形例では、制振材６ｆを一方の面板部６ａの中央に取り付けることにより、内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数の比を変えており、図９に示す変形例では、外側の面板部６ａとリブ部６ｃの接合部にカーテンレールを兼ねた制振材６ｆを、そして内側の面板部６ｂ中央にも同様な制振材６ｆを設けたもので、内側面板部６ｂの中央部に設けられた制振材６ｆにより、内側の面板部６ｂの質量が増加するため固有振動数が下がり、リブ部６ｃとの接合部に制振材６ｆが設けられた外側の面板部６ａは、剛性の向上と、内外面板部６ａ，６ｂがリブ部６ｃにより区画される支持長さＬ１，Ｌ２長さが、制振材６ｆを設けることにより短くなることで固有振動数が上がる。
【００３０】
これにより少ない質量の増加で内外面板部６ａ，６ｂの固有振動数の比を大きくできるため、結果として遮音性を向上させることができると共に、カーテンレールを兼ねた制振材６ｆが一体成形された構体部材を車体１の底部を構成する台枠２に使用することにより、台枠２に床下機器等を吊り下げる際の吊り具と使用できるほか、台枠２上に設置する上床の支持具や、台枠２と上床の間に設けられる断熱材の支持手段としても利用できるものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように、互いに平行する２枚の面板部と、各面板部の間にトラス状に配設されたリブ部とを押し出し成形することにより形成された車体の長手方向に長尺な一体構造の構体部材を、各面板部の前記リブ部により区画された部分の固有振動数が、一方の面板部の固有振動数を他方の固有振動数で除した比が１．３以上となるように形成すると共に、車体の長手方向に垂直な断面における周長の５０％以上に前記構体部材を使用したことから、　内外面板のモードに起因して生じるコインシデンス効果が１／３オクターブバンド帯域で別々の帯域に発生するため、ある帯域のみの遮音性が低下するのを効果的に防止でき、これによって車体外部より構体部材を透過して車体内部へ侵入する騒音を大幅に低減することができるため、高速走行に適した軽量な車体が容易かつ安価に得られるようになる。
また外部からの騒音減衰効果の高い構体部材を、車体の長手方向に対する垂直な断面の周長の５０％以上に使用したことから、従来の車体構造に比べて、車内における車体外部からの騒音をほぼ３ｄＢ低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造の一部を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態になる鉄道車両の車体構造に使用された構体部材の変形例を示す断面図である。
【図１０】従来の鉄道車両の車体構造に使用された構体部材を示す断面図である。
【図１１】構体を透過する騒音の周波数と透過損失の関係を示す線図である。
【図１２】（イ）ないし（ハ）は、中空押し出し形材に発生する断面内振動モードを示す説明図である。
【符号の説明】
１　車体
６　構体部材
６ａ　面板部
６ｂ　面板部
６ｃ　リブ部
６ｅ　湾曲部
６ｆ　制振材
ｔ１　板厚
ｔ２　板厚
Ｌ１　支持長さ
Ｌ２　支持長さ
【図１】
2004034818.tif 000005
【図２】
2004034818.tif 000006
【図３】
2004034818.tif 000007
【図４】
2004034818.tif 000008
【図５】
2004034818.tif 000009
【図６】
2004034818.tif 000010
【図７】
2004034818.tif 000011
【図８】
2004034818.tif 000012
【図９】
2004034818.tif 000013
【図１０】
2004034818.tif 000014
【図１１】
2004034818.tif 000015
【図１２】
2004034818.tif 000016