(57)【要約】【課題】製作作業性に優れ、鉄道車両構体の質量を増加させることなく、高速走行時の車内騒音を決定する透過音と振動放射音（固体伝播音）を抑制できる床構造を備える鉄道車両構体を提供する。【解決手段】試験結果を基に、台車上部の台枠４０の騒音レベルの大きい部位を把握し、台枠４０の騒音レベルの大きい部位のみに制振材１１０と比重の大きい床構造１００ａを配設して、台枠４０の振動レベルの小さい部位には比重の小さい床構造１００ｂを配設する。この床構造によって、質量増大を最小限に抑えることができるため、軽量化を促進するとともに、車内騒音を抑制できる鉄道車両構体１を実現できる。また、制振材は既に平面性が確保されている台枠４０の上面に直接張り付けるので、製作作業性を改善できる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に隔置される２本の側梁と、前記側梁の長手方向の両端部にその長手方向に交差するとともに、前記両端部同士を接続する端梁と、前記側梁と前記端梁とを周縁に備える床と、前記端梁に対して平行に配置されるとともに、前記床の下面であって、前記端梁から前記側梁の中央部寄りに所定の間隔を置いて配設される枕梁と、前記枕梁および前記端梁の中央部同士を接続する中梁と、からなる台枠を備えられるとともに、前記台枠の上面に平面状の床構造が直に備えられる鉄道車両構体において、
前記鉄道車両構体の長手方向と幅方向とにおいて、比重が異なる前記床構造が備えられること、
を特徴とする鉄道車両構体。
【請求項２】
請求項１に記載される鉄道車両構体において、
前記床構造は、前記台枠の上面から順に、制振材または下地処理層，中間層，平滑仕上層，床敷物が積層されることにより構成されること、
を特徴とする鉄道車両構体。
【請求項３】
請求項２に記載される鉄道車両構体において、
前記床構造の比重は前記中間層に包含される粒状ゴムの量によって調整されること、
を特徴とする鉄道車両構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、台枠の上面に床構造を備える鉄道車両構体に関し、製作作業性と軽量化とを促進するとともに、遮音性を改善できる床構造を有する鉄道車両構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両構体用材料として、押出性，耐食性，溶接性に優れたアルミニウム合金が開発されている。これに伴い、鉄道車両構体では、軽量化と製作の合理化の面から、アルミニウム合金製の大型型材を有効活用した構造が主流となっている。そして、上記の軽量化と製作の合理化の点に加えて、静音化，乗り心地改善などの車内環境の快適性向上が強く求められる傾向が高まりつつある。車内の快適性を改善するためには、快適性を阻害する要因を抽出し、その快適性の阻害要因の発生源及び伝播経路を特定する必要がある。
【０００３】
快適性を阻害する要因の一つとして、鉄道車両が高速で走行する時の車内騒音の増大が挙げられており、車内騒音が生じるメカニズムの解明が進められている。特に、トンネル以外のいわゆる明かり区間を高速走行する際の車内騒音は、軌道上を転動する台車が車体を加振する結果、車体を構成する床部が振動し、床部の表面から車内に音が放射される振動放射音（固体伝播音）と、電動車では台車の主電動機の回転音及び主電動機の回転を輪軸に伝える歯車装置からの騒音、そして電動車，付随車共に車輪がレール上を転がる転動音が床部を透過して車内に侵入する透過音と、により決定されることが明らかになりつつある。
【０００４】
特許文献１に示すように、これらの透過音や振動放射音（固体伝播音）を低減するために、電動車，付随車共に、台枠上面に弾性床を張り、その弾性床の厚み方向の中間又は、上面に金属床材を張り合わせることで、台車等が鉄道車両構体を加振並びに主電動機の回転音等が発生したとしても、床の表面から音が放射されにくく、車内騒音が増大しない鉄道車両構体が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５５７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
車内騒音に支配的な床部の透過音と振動放射音（固体伝播音）を抑制するために、台枠の上面に貼付された弾性床の厚み方向の中間又は、上面に金属床材を貼り付けることで、車内騒音を低減できる反面、鉄道車両構体の質量が大きくなりやすい傾向があった。さらに、金属床材を貼り付けた際の平面性を確保する作業に時間がかかり、製作作業性に関して改善すべき点があった。
【０００７】
本発明の目的は、鉄道車両構体の質量の増加を最小限に抑えるとともに、床構造の製作作業性に優れ、車内騒音に支配的な透過音と振動放射音（固体伝播音）を効果的に抑制できる床構造を備える鉄道車両構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、台枠の上面に直に備えられる床構造を備える鉄道車両構体において、電動車は前記鉄道車両構体の長手方向と幅方向に異なる比重の前記床構造を配設し、付随車は前記鉄道車両構体の長手方向と幅方向に同一の比重の小さい前記床構造を配設、さらに電動車では制振材を台枠上面に直に配設したことをその要旨とする。
【０００９】
本発明は、平行に隔置される２本の側梁と、前記側梁の長手方向の両端部にその長手方向に交差するとともに、前記両端部同士を接続する端梁と、前記側梁と前記端梁とを周縁に備える床と、前記端梁に対して平行に配置されるとともに、前記床の下面であって、前記端梁から前記側梁の中央部寄りに所定の間隔を置いて配設される枕梁と、前記枕梁および前記端梁の中央部同士を接続する中梁と、からなる台枠を備えられるとともに、前記台枠の上面に平面状の床構造が直に備えられる鉄道車両構体において、前記鉄道車両構体の長手方向と幅方向とにおいて、比重が異なる前記床構造が備えられることを特徴とする鉄道車両構体によって達成できる。
【００１０】
さらに、本発明は、前記床構造が、前記台枠の上面から順に、制振材または下地処理層，中間層，表面処理層，床敷物が積層されて構成されることを特徴とする鉄道車両構体によって達成できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による鉄道車両構体によれば、電動車は床構造の比重を鉄道車両構体の幅方向及び長手方向に変化させ、さらに振動・騒音レベルが高い箇所のみに制振材を用いることによって、鉄道車両構体の質量増加を抑制しつつ、床構造から車内へ透過される透過音と床構造から車内へ放射される振動放射音（固体伝播音）とを効果的に低減することができる。
【００１２】
また、前記制振材は既に平面が出ている前記台枠の上面に直に張り付けることで、製作作業性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】鉄道車両構体の斜視図である。
【図２】図１に示す鉄道車両構体の床部の断面図（Ａ−Ａ断面図）である。
【図３】図１に示す鉄道車両構体のＢ−Ｂ断面を示す平面図である。
【図４】高速走行時の床部の台車部における騒音分布を把握するための図である。
【図５】車体の長手方向と幅方向で変化した比重を有す床構造（電動車）の平面図である。
【図６】車体の長手方向と幅方向で同一の比重を有す床構造（付随車）の平面図である。
【図７】図５に示す鉄道車両構体のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】図５に示す鉄道車両構体のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】図５，図６に示す鉄道車両構体のＥ−Ｅ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付した図面に基づいて、本発明による鉄道車両構体を説明する。
【００１５】
図１は、一般的な鉄道車両構体の斜視図である。鉄道車両構体１は、台枠４０の幅方向の両端に、側構体３０，３０を立設するとともに、台枠４０の長手方向の両端部に妻構体２０，２０を立設し、側構体３０，３０と妻構体２０，２０との上端部に屋根構体１０を載置した六面体の形態をなしている。そして、側構体３０には、必要に応じて窓，乗客が乗降する側引戸などが備えられ、妻構体２０には乗客および乗務員が鉄道車両間を往来するための貫通扉が備えられる。
【００１６】
図２に、図１に示す鉄道車両構体のＡ−Ａ断面図を示し、図３に図１のＢ−Ｂ断面図（平面図）を示す。鉄道車両構体１を構成する各構体は、対向する２枚の面板が接続板で連結される中空押出形材により構成されている。中空押出形材の材質はアルミ合金の中でも押出性と溶接性に優れる６Ｎ材が主流である。中空押出形材は押出成形により製作されるため、押出機の性能とダイス（押出型）によって最大寸法が決められる。押出方向に直交する幅方向寸法６００mm程度が一般的である。そして、屋根構体１０，側構体３０，床５０などは、複数の押出形材を押出方向に沿って所定の枚数を平面状に並べた後、押出形材の幅方向の端部同士をＦＳＷ接合あるいはＭＩＧ溶接等で接合して製作される。
【００１７】
台枠４０は、鉄道車両構体１の幅方向の両端部に備えられる側梁４６，４６と、鉄道車両構体１の長手方向の両端部に備えられる端梁４８，４８とを備えるとともに、側梁と端梁とによって囲まれる面に床５０を敷設して構成される。床５０は前述したように、対向する平面が接続板で連結される中空押出形材を押出方向に沿って並べた後、その幅方向の両端部同士を接合することにより構成される。また、台枠４０の下面であって、鉄道車両構体１の長手方向の両端部から所定の距離だけ中央部寄りには、鉄道車両構体１の幅方向に沿って枕梁４４，４４が備えられる。そして、この枕梁４４の両端部の下面側には、台車に備えられる空気バネを受ける空気バネ受４４ａ，４４ａが備えられており、枕梁４４の中央部の下面側には中心ピン４４ｂが備えられる。そして、枕梁４４の空気バネ受４４ａ，４４ａの近傍の側梁４６に沿って、ヨーダンパ受４４ｃ，４４ｃが備えられる。さらに、台枠４０の下面側であって、車体の長手方向の両端部の車体幅方向の中央部には、車体の長手方向に沿って中梁４２，４２が備えられる。図示はしないが、中梁４２，４２には鉄道車両構体１同士を連結する連結器が備えられるため、大きな圧縮，引張り荷重が作用する。このため、中梁４２，４２はその剛性を高めるため端梁４８と枕梁４４の中央部同士とを連結するとともに、鉄道車両構体１の長手方向の両端部に位置する中梁４２は、連結器が水平面内で回動可能なように、外側に展開する漏斗状の形態をなしている。このように構成された鉄道車両構体１の台枠４０の車内側の上面に、床構造１００が配設される。その後、この床構造の上に座席および内装材を搬入して鉄道車両が構成される。
【００１８】
鉄道車両構体１は、その長手方向の両端部に備えられる枕梁４４を介して、二台の台車に支持される。図示はしないが、台車を構成する台車枠の枕木方向の両端部には空気バネが備えられており、この空気バネが鉄道車両構体１の台枠４０を構成する枕梁４４の両端部に備えられる空気バネ受４４ａを介して、鉄道車両構体１を支持する。そして、高速走行時に台車が水平面内で旋回振動する蛇行動を防止するために、台車の中梁の両端部（空気バネの近傍）と台枠４０に備えられるヨーダンパ受４４ｃとをヨーダンパで連結している。さらに、台車の牽引力を鉄道車両構体１へ伝えるために、台車の中央部と枕梁４４の中央部に備えられる中心ピンとを牽引リンクで連結している。
【００１９】
鉄道車両構体１が高速で走行するとき、台車の上部に位置する車内には、台車の主電動機の回転音、および、主電動機の回転を輪軸に伝える歯車装置からの騒音、そして、車輪がレール上を転がる転動音などが台枠４０を透過して車内に侵入する透過音と、台車の振動が牽引リンクを経由して枕梁４４に備えられる中心ピンを加振したり、あるいは、台車の振動がヨーダンパを経由して台枠４０に備えられるヨーダンパ受４４ｃを伝播したりする結果、枕梁４４の近傍の台枠４０および床５０が振動して、これらの表面から音が放射される振動放射音（固体伝播音）に大別できる。そして、これらの内、透過音が車内騒音に大きく寄与することが判明している。
【００２０】
図４は、鉄道車両構体１を構成する台枠４０の台車部７０の平面図であり、台枠４０の上面には床構造１００が敷設される前の状態である。台車部７０の車内騒音に対する透過音と振動放射音（固体伝播音）の寄与率を測定した結果、透過音が支配的であることが判明している。そこで、この実験結果を基に、台枠４０の下部に音源を仮定した場合の台枠４０の各部を透過する音のレベルを把握するために、車体長手方向に７分割、車体幅方向に６分割して、透過音のレベルが高い箇所と低い箇所とを特定した。その結果、台枠４０の台車部７０の内、透過音による騒音レベルが低い部位は、（１）−Ａ部，（１）−Ｆ部，（７）−Ａ部，（７）−Ｂ部，（７）−Ｅ部，（７）−Ｆ部であり、その他の部位は騒音レベルが高い箇所であることが判明した。
【００２１】
図５は、電動車における鉄道車両構体１を構成する台枠４０の上面に、床構造１００が配設された状態を示す平面図であり、図６は、付随車における鉄道車両構体１を構成する台枠４０の上面に、床構造１００が配設された状態を示す平面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ断面（鉄道車両構体１の幅方向の半分）であり、図８は、図５のＤ−Ｄ断面（鉄道車両構体１の幅方向の半分）、図９は、図５，図６のＥ−Ｅ断面（鉄道車両構体１の幅方向の半分）である。電動車は車内騒音を低減するために、図４にて判明した騒音レベルの大きい部位に、比重の大きい床構造１００ａ並びに制振材１１０（図７参照）を配設して、振動・騒音レベルを抑制することにより、床構造１００ａの表面から車内へ放射される音圧レベルを低減する。本発明によれば、台枠４０の振動・騒音レベルの大きい部位にのみに、比重の大きい床構造１００ａ並びに制振材１１０を配設して、台枠４０の振動・騒音レベルの小さい部位には比重の小さい床構造１００ｂを配設するので、床構造の質量の増大を最小限に抑えることができるため、車内騒音を抑制しながら鉄道車両構体１の軽量化を促進することができる。
【００２２】
付随車は電動車に比べて振動・騒音レベルが低く、車内騒音を低減するためには、付随車の台枠４０の全面を比重の小さい床構造１００ｂを配設して、振動・騒音レベルを抑制することにより、床構造１００ｂの表面から車内へ放射される音圧レベルを低減する。
【００２３】
図７，図８，図９に示される床構造を含む断面図を用いて、比重の大きい床構造１００ａと比重の小さい床構造１００ｂ、並びに制振材１１０の構成を説明する。まず、鉄道車両構体１の台枠４０（床５０）の車内側の上面に、床構造１００を直に敷設するため、台枠４０（床５０）の上面を清掃後、脱脂処理する。次に、制振材１１０を張り付ける範囲以外は脱脂処理が済んだ台枠４０（床５０）の上面に、下地処理層１２０をプライマー等で形成する。下地処理層１２０は、台枠４０（床５０）の上面に形成される小さい凹凸を埋めて平滑性を高めるとともに、この後に施工される中間層１３０を台枠４０（床５０）に強固に結合させ、且つ、はがれ難くするために施工される。また、制振材１１０は脱脂処理が済んだ台枠４０（床５０）の上面に接着材にて直に張り付けされる。
【００２４】
下地処理層１２０が乾燥した後、中間層１３０を下地処理層１２０の上面又は、制振材１１０上面に施工する。中間層１３０は床構造１００ａ，１００ｂの比重の大きさを決める層である。中間層１３０は粒状ゴムと木材チップに、結合材（バインダー），硬化剤などを加えた後、ミキサー等の混合容器内で攪拌して作成される。十分に攪拌された後、中間層１３０を下地処理層１２０の上面又は、制振材１１０の上面に重ね塗りする。この工程において、粒状ゴムの混合比率を変えて、比重が大きい粒状ゴムと結合材（バインダー），硬化剤などを加えた混合物が敷設後に大きい比重となる中間層１３０ａ、比重が小さい粒状ゴムと木材チップ，結合材（バインダー），硬化剤などを加えた混合物が小さい比重となる中間層１３０ｂの複数を準備しておき、先に特定した振動・騒音レベルの大小に合わせて、適宜、中間層１３０ａ，１３０ｂを選択的に塗布する。この工程により、台枠４０の上面の任意の部位に、所定の比重を有す床構造１００を形成することができる。なお、中間層１３０は、極難燃性、又は、不燃性の性質を備える。
【００２５】
中間層１３０が乾燥した後、中間層１３０の上面に平滑仕上材１４０を塗布する。平滑仕上材１４０は、中間層１３０の表面にできる凹凸を埋めて平らな面を得るために施工される。平滑仕上材１４０が乾燥した後に、その上面に床敷物１５０（極難燃性、または、不燃性を有す絨毯、および、塩化ビニール製敷物等）を配設することにより、床構造１００が形成される。
【００２６】
本発明では、台枠４０の車内側の上面に、床構造１００が直に配設される構造なので、振動・騒音レベルが大きい台枠４０の部位を実験等で特定した後、台枠４０の振動・騒音レベルの大きい部位の上面にのみ、比重を大きくした床構造１００を配設することができる。これにより、製作作業性に優れ、鉄道車両構体１の質量の増加を最小限に抑制しつつ、高速走行の車内騒音レベルが小さい鉄道車両を実現することができる。
【００２７】
なお、上記発明実施の形態ではアルミ製の中空押出形材により構成される鉄道車両構体の台枠に、任意の比重を有す床構造が配設される場合を示したが、本発明は鉄製およびステンレス製の鉄道車両構体にも適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  鉄道車両構体
１０  屋根構体
２０  妻構体
３０  側構体
４０  台枠
４２  中梁
４４  枕梁
４４ａ  空気バネ受
４４ｂ  中心ピン
４４ｃ  ヨーダンパ受
４６  側梁
４８  端梁
５０  床
７０  台車部
７２  中央部
１００  床構造
１００ａ  床構造（比重が大きい）
１００ｂ  床構造（比重が小さい）
１１０  制振材
１２０  下地処理層
１３０  中間層
１３０ａ  中間層（比重が大きい）
１３０ｂ  中間層（比重が小さい）
１４０  平滑仕上材
１５０  床敷物
【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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