(57)【要約】【課題】  床下から上床に伝播する振動を効率的に減衰させることができる高速鉄道車両を提供することである。【解決手段】  本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば根太を有する鉄道車両において、台車の振動や車外の空力音により床構体が振動し、その振動が根太を介して上床に伝播する場合に、根太の変形を拘束する根太側面に設けられた減衰材と、該減衰材を根太側面に貼付する接着材を備え、床構体から上床へ伝播する振動を減衰させることを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根構体、側構体、妻構体、および床構体を有する鉄道車両構体において、
前記床構体の上面に上床を支持する根太が備えられており、
前記根太は前記床構体から鉛直に立設される鉛直部と、
前記鉛直部の上端部から水平方向に延伸する水平部と、
を備えており、
前記鉛直部に減衰材が備えられること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両において、
前記根太は、
前記水平部および前記鉛直部の上端部を切欠いた第１切欠き部と、
前記鉛直部の下端部を切欠いた第２切欠き部と、を備えること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道車両において、
前記第１切欠き部の下方に前記第２切欠き部を備えており、
前記減衰材は、
折り曲げることができる帯状の形態であり、
前記第２切欠き部を通されるとともに前記第１切欠き部に嵌めこまれる態様で前記鉛直部に巻き付けられて接着剤によって前記鉛直部に貼り付けられること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両において、
前記減衰材の始端部と終端部とを押圧する長手方向に交差する断面形状がＵ字状のクリップが備えられること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項２に記載の鉄道車両において、
前記床構体から前記上床に伝播する振動の経路距離を長くするために前記第１切欠き部と前記第２切欠き部を前記根太の長手方向に沿って上下交互に設けたこと
を特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
請求項５に記載の鉄道車両において、
前記減衰材は、
前記第２切欠き部に通されるとともに前記鉛直部を挟み込む態様で上方へ折り返されており、
接着剤によって前記鉛直部に貼付されること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項６に記載の鉄道車両において、
前記第１切欠き部に挿入されるとともに前記減衰材の始端部および終端部を把持する把持部を備えるクリップが備えられること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
請求項２または請求項５に記載の鉄道車両において、
前記減衰材は、
前記第１切欠き部および前記第２切欠き部を除いた前記鉛直部の形状とほぼ同じ形状に切り出されており、
前記鉛直部に接着剤により貼り付けられること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項９】
請求項８に記載の鉄道車両において、
前記第１切欠き部に備えられるとともに前記減衰材の始端部と終端部とを押圧するクリップを備えること
を特徴とする鉄道車両。
【請求項１０】
請求項１に記載の鉄道車両において、
前記根太の長手方向に沿って前記水平部を離散的に切欠いた複数の第３切欠き部と、
前記根太の長手方向に沿って前記鉛直部の下端部を離散的に切欠いた第２切欠き部を有しており、
前記第３切欠き部に隣接する前記水平部に前記上床を支持する複数のスペーサが配置されており、
前記スペーサの間の前記根太と前記上床との間の振動を絶縁していること
を特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の床構体に設けられるとともに上床を支持する床支持部材を備える鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速鉄道車両ではさらなる高速化に伴う客室内の振動および騒音の上昇を低減することが必要不可欠である。静音化の有効な方法としては、内装材の重量を増加して遮音性を高める方法などがある。しかしながら、このような対策では、鉄道車両の走行に供される電力が増加するため、省エネルギ性が損なわれるおそれがある。
また、それとは別に吸音材や制振材を付与する対策がある。しかし、これらの対策では振動騒音源の種類や伝播経路により効果が限定されてしまう。よって、重量増加を抑えつつ効果的な低振動化、静音化技術が求められている。
【０００３】
高速走行時の振動が客室へ伝播する経路は、振動する台車が床構体（または、台枠）を加振する結果、床構体に備えられる床支持部材（または、根太）が振動し、この床支持部材に支持される上床が振動して客室へ伝播する経路である。一方、走行時の車外音が客室内へ伝播する経路として、第一に、車外の空力音（以下、車外音と称する）が屋根構体と側構体を透過したのち内装材を透過して客室へ伝播する経路がある。また、車外音が窓を透過して客室へ伝播する経路がある。第二に、台車の振動により床構体が振動し、それが根太を介して上床を振動させる経路と構体全体振動となって客室に空気伝播する経路がある。第三に、床下車外音が床構体を振動させる経路と、床構体を透過したのち上床を透過して客室に空気伝播する経路がある。
【０００４】
台車の振動や床下車外音からの騒音を低減する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、根太に切欠きを設け、床構体と上床の間に振動絶縁構造を形成して固体伝播音を軽減している。ここで言う固体伝播音とは、加振源や音源により鉄道車両を構成する構造物（固体）が振動し、その振動エネルギの一部が音に変化したものである。
【０００５】
さらに、機械的強度を有する上に、断熱性、制振性あるいは遮音性を有する構造用金属形材が特許文献２に開示されている。この構造用金属形材は、Ｈ形の形材の断面が中空状に形成されていて、この中空部に制振性あるいは遮音性にすぐれた材料を装填したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５６０５号公報
【特許文献２】特開平１０−１８３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
鉄道車両では、台車の振動により床構体が振動し、それによる振動が根太を介して上床に伝播する。また、車外の空力音が床構体を加振し、それによる振動が根太を介して上床に伝播する。さらに車外の空力音は透過音として客室に伝播する。これらの上床の振動や透過音は車内快適性に影響を与える。特に高速鉄道車両では、速度増加に伴い台車の振動および車外の空力音が増大する。そのため、床下からの振動および騒音対策が必要である。
【０００８】
ところで、特許文献１に係る技術では根太の切欠きにより固体伝播音を低減する一方で、切り欠かかれた根太の剛性が下がり、別の振動モードを生じる恐れがある。また、特許文献２に係る技術では金属形材の内部に制振材を装填しているので、Ｈ形の形材のウェブが曲がる変形モードにおいて、ひずみエネルギを吸収する効果が小さい。これは曲げ変形では中立軸から最も離れた場所のひずみ量が最大になるためである。また、制振材を金属形材内部に充填していることから、適材適所に制振材を設置することができない。このことから、振動を効率良く減衰させることは容易ではない。
【０００９】
本発明は、床下から上床に伝播する振動を効率的に減衰させることができる鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば根太を有する鉄道車両において、台車の振動や車外の空力音により床構体が振動し、その振動が根太を介して上床に伝播する場合に、根太の変形を拘束する根太側面に設けられた減衰材と、該減衰材を根太側面に貼付する接着材を備え、床構体から上床へ伝播する振動を減衰させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、床下から上床に伝播する振動を効率的に減衰させることができる鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鉄道車両構体の概略図。
【図２】鉄道車両構体の断面図（図１に示すＡ−Ａ断面）。
【図３】鉄道車両走行時に車外の騒音や振動が客室へ伝播する経路を示した概略図。
【図４】本発明の実施例１に係る根太の斜視図。
【図５】本発明の実施例１に係る減衰材を根太側面に貼付した場合の根太の斜視図。
【図６】本発明の実施例１に係る減衰材を根太側面に貼付した場合の根太の断面図（図５に示すＢ−Ｂ断面）。
【図７】本発明の実施例１に係る床構体、根太、および上床からなる構造体の固有モードの例を示した図。
【図８】本発明の実施例１に係る減衰材の効果を解析により検証した結果を表すグラフ。
【図９】本発明の実施例２に係る切欠きを有した根太の斜視図。
【図１０】本発明の実施例２に係る巻き型減衰材の斜視図。
【図１１】本発明の実施例２に係る巻き型減衰材を固定するＵ型クリップの斜視図。
【図１２】本発明の実施例２に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付けて、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図。
【図１３】本発明の実施例２に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付け、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の断面図（図１２に示すＣ−Ｃ断面）。
【図１４】本発明の実施例３に係る切欠きを長手方向に向かって上下交互に有した根太の斜視図。
【図１５】本発明の実施例３に係る挟み型減衰材の斜視図。
【図１６】本発明の実施例３に係る挟み型減衰材を固定するＬ型クリップの斜視図。
【図１７】本発明の実施例３に係る減衰材を根太切欠き部に挟み付けて、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図。
【図１８】本発明の実施例４に係る減衰材の斜視図。
【図１９】本発明の実施例４に係る減衰材を根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図。
【図２０】本発明の実施例５に係る切欠きを有した根太の斜視図。
【図２１】本発明の実施例５に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付けて、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図１は鉄道車両構体の概略図である。鉄道車両構体１は、床面をなす床構体５と、床構体５の枕木方向の両側に立設される側構体３と、床構体３のレール方向の両端部に立設される妻構体４と、側構体３および妻構体４の上部に載置される屋根構体２から構成される。なお、床構体５は台枠と称される場合もある。
【００１４】
図２は鉄道車両構体の断面図（図１に示すＡ−Ａ断面）である。上床７は、床構体５に備えられる床支持部材である根太６に支持されるとともに固定されている。客室８は屋根構体２、側構体３、妻構体４（図１参照）、および上床７に囲まれた空間である。図示はしないが、上床７の上面には座席等が備えられる。
【００１５】
図３は鉄道車両走行時に車外の騒音や振動が客室へ伝播する経路を示した概略図である。図３中の破線矢印は振動が空気伝播して伝わる場合を表し、実線矢印は振動が固体伝播する場合を表している。走行時の音源が客室８へ伝播する経路として第一に、車外音が屋根構体２と側構体３を透過したのち内装材を透過して客室８へ伝播する経路がある。
【００１６】
また、車外音が窓を透過して客室８へ伝播する経路がある。第二に、台車の振動により床構体５が振動し、それが根太６を介して上床７を振動させる経路と構体全体振動となって客室８に空気伝播する経路がある。第三に、床下車外音が床構体５を振動させる経路と、床構体５を透過したのち上床７を透過して客室８に伝播する経路がある。
本発明は、台車の振動および床下車外音により床構体５が振動した後、根太６を介して上床７が振動する経路において、根太６で振動を減衰させ上床７の振動を減少させるものである。
【実施例１】
【００１７】
図４は本発明の実施例１に係る根太の斜視図である。根太６は、床構体５に立設される根太側面（鉛直部）６ｂと、根太側面６ｂの上端部から水平に延伸するとともに上床７が載置される根太上面（水平部）６ａからなる。床構体５から伝播した振動は根太６を伝わって根太上面６ａに設置された上床７に伝播する。その際、根太側面６ｂが振動により変形する。図５は本発明の実施例１に係る減衰材を根太側面に貼付した場合の根太の斜視図である。減衰材９は、図４に示した根太側面６ｂの全面に塗布された接着剤１３（図６参照）によって、根太側面６ｂに貼付される。
【００１８】
図６は本発明の実施例１に係る減衰材を根太側面に貼付した場合の根太の断面図（図５に示すＢ−Ｂ断面）である。減衰材９は接着剤１３により根太側面６ｂに貼付されているので、根太側面６ｂの変形を減衰材９が拘束する。つまり、床構体５から上床７に伝播する振動エネルギの一部が減衰材９を変形させる過程において熱として散逸するため、上床７の振動が減少する。
【００１９】
ここで、図７と図８を用いて本発明の実施例１に係る根太側面６ｂに減衰材９を貼付した場合の効果について説明する。図７は本発明の実施例に係る床構体５、根太６、および上床７からなる構造体の固有モードの例を示した図である。図７の固有モードは１６５Ｈｚにおけるものであり、床構体５の上下振動、根太６の左右曲げ振動、上床７の上下振動が同期して起こっている。つまり、このような固有モードでは根太６の左右曲げ振動を減衰材により減衰させることで、それに同期している上床の上下振動を減少させることができる。
【００２０】
図８は本発明の実施例１に係る減衰材の効果を解析により検証した結果を表すグラフである。本グラフは減衰材なしの場合と減衰材ありの場合の客室内の平均音圧を解析した結果を示している。１６０Ｈｚ近傍では減衰材なしの場合に大きなピーク値を示しているが、減衰材ありの場合では該ピーク値が消えている。このピーク値は図７で示した１６５Ｈｚでの固有モードに対応していることから、根太側面６ｂに貼付した減衰材の効果を確認できる。
【実施例２】
【００２１】
図９は本発明の実施例２に係る切欠きを有した根太の斜視図である。根太６に施工される切り欠き部は、根太上面６ａに車両長手方向に沿って離散的に切り欠いた根太上切り欠き部６ｃと、根太側面６ｂの下部の床構体５の近傍部を車両長手方向に沿って離散的に切り欠いた根太下切欠き部６ｄである。上切り欠き部６ｃにおいて根太６と上床７は接続されておらず、上切り欠き部６ｃは振動が伝播しない振動絶縁部を構成している。これらの振動絶縁構造は、床構体５から上床７に伝わる振動を軽減する。
【００２２】
図１０は本発明の実施例２に係る巻き型減衰材の斜視図である。巻き型減衰材１０は、折り曲げることができる帯状の減衰材である。この減衰材を根太下切欠き部６ｄに通すとともに根太上切欠き部６ｃに嵌め込んで根太６を高さ方向に一周巻きつけ、根太側面６ｂに塗布した接着剤１３により根太６に固定する。
【００２３】
図１１は本発明の実施例２に係る巻き型減衰材を固定する断面形状がＵ型のクリップの斜視図である。根太側面６ｂが曲げ変形すると、接着剤１３にはせん断応力が作用する。特に根太６を高さ方向に一周する巻き型減衰材の始端と終端とが突き合わされる接着端部１０ａでは、根太６の曲げに起因する応力が集中して該接着材１３が破壊し、該巻き型減衰材１０の剥離の起点となる場合がある。よって、Ｕ型クリップ１４で巻き型減衰材１０の接着端部１０ａ（図１０参照）を挟み込むことで該巻型減衰材１０と接着材１３に圧力をかけて剥離を防止するとともに品質を維持する。
【００２４】
図１２は本発明の実施例２に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付けて、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図である。巻き型減衰材１０は図９に示した根太上切欠き部６ｃと根太下切欠き部６ｄを経て根太側面６ｂに巻き付けられた後、根太側面６ｂに接着剤１３により貼付される。また、根太上切欠き部６ｃにＵ型クリップ１４を挿入し、巻き型減衰材１０（接着端部１０ａ）を挟み込む。
【００２５】
図１３は本発明の実施例２に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付け、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の断面図（図１２に示すＣ−Ｃ断面）である。巻き型減衰材１０は接着剤１３により根太側面６ｂに貼付されているので、根太側面６ｂの変形を該巻き型減衰材１０が拘束する。つまり、床構体５から上床７に伝播する振動の一部が巻き型減衰材１０で熱として散逸するため、上床７の振動が減少する。またＵ型クリップ１４の上には上床７が配置される上床７がＵ型クリップ１４を下方に押圧（拘束）するためＵ型クリップ１４の脱落を抑制できるので減衰効果が劣化することはない。
【実施例３】
【００２６】
図１４は本発明の実施例３に係る切欠きを長手方向に向かって上下交互に有した根太の斜視図である。図９で示した根太切欠き部と同様に根太上切欠き部６ｃと根太下切欠き部６ｄを有しているが、該根太上切欠き部６ｃと該根太下切欠き部６ｄとは車両長手方向に向かって上下交互に切欠かれている。これにより、床構体５から上床７に伝わる振動は、伝播経路の距離が増えるため、図９で示した根太よりも振動を軽減できる。
【００２７】
図１５は本発明の実施例３に係る挟み型減衰材の斜視図である。挟み型減衰材１１は図１４で示した根太下切欠き部６ｄを通して上方へ折り返した後、根太側面６ｂ（両面）に接着剤１３により貼付される。
【００２８】
図１６は本発明の実施例３に係る挟み型減衰材を固定するＬ型クリップの斜視図である。Ｌ型クリップ１５は、基部１５ｂと、基部１５ｂから延伸するとともに根太側面６ｂに貼り付けられる挟み型減衰材１１の上端部を把持する一対の把持部１５ａを有する。図１１で示したＵ型クリップと同様に、Ｌ型クリップ１５で挟み型減衰材１１を挟み込むことで該挟み型減衰材１１と接着材１３に圧力をかけて剥離を防止する。
【００２９】
図１７は本発明の実施例３に係る減衰材を根太切欠き部に挟み付けた後、根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図である。挟み型減衰材１１は図１４に示した根太下切欠き部６ｄを通して上方へ折り返す態様で根太６を挟み込み、根太側面６ｂに接着剤１３により貼付される。また、根太上切欠き部６ｃに挿入されるＬ型クリップ１５で、根太６の長手方向に沿って挟み型減衰材１１の終端部を挟み込む。
【００３０】
挟み型減衰材１１は接着剤１３により根太側面６ｂに貼付されているので、根太側面６ｂの変形を該挟み型減衰材１１が拘束する。さらに、Ｌ型クリップ１５の基部１５ｂは上床７によって根太６（根太側面６ｂ）に押圧されるため、鉄道車両の振動等によって根太６から脱落すること抑制できるので、経年によって減衰効果が劣化することを防止できる。つまり、床構体５から上床７に伝播する振動の一部が挟み型減衰材１１で熱として散逸するため、上床７の振動が減少する。またＬ型クリップ１５の上には上床７が配置されているため、該Ｌ型クリップ１５が脱落することはない。よって、減衰効果が無くなることはない。
【実施例４】
【００３１】
図１８は本発明の実施例４に係る切欠き付き減衰材の斜視図である。切欠き付き減衰材１２は図１４で示した切欠きを長手方向に向かって上下交互に有した根太の根太側面６ｂと同じ形をしており、該切欠きを長手方向に向かって上下交互に有した根太の側面６ｂに接着剤１３により貼付される。
【００３２】
図１９は本発明の実施例４に係る減衰材を根太側面に貼付し、さらにクリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図である。切欠き付き減衰材１２は図１４に示した根太側面６ｂに接着材１３により貼付される。また、根太上切欠き部６ｃおよび根太下切欠き部６ｄに挿入されるＵ型クリップ１４で、切欠き付き減衰材１２を上下方向から挟み込む。切欠き付き減衰材１２は接着剤１３により根太側面６ｂに貼付されるので、根太側面６ｂの変形を該切欠き付き減衰材１２が拘束する。
【００３３】
つまり、床構体５から上床７に伝播する振動の一部が切欠き付き減衰材１２で熱として散逸するため、上床７の振動が減少する。また根太上切欠き部６ｃに挿入されたＵ型クリップ１４の上には上床７が配置され、一方根太下切欠き部６ｄに挿入されたＵ型クリップ１４の下には床構体５が配置されているため、該Ｕ型クリップ１４が脱落することはない。よって、減衰効果が無くなることはない。
【実施例５】
【００３４】
図２０は本発明の実施例５に係る切欠きを有した根太の斜視図である。該切欠きを有した根太では、図９、図１４で示した根太の切欠き部とは一部異なっている。図９、図１４にある根太上切欠き部６ｃでは根太上面６ａと根太側面６ｂの一部が切欠かかれているが、本実施例５に係る根太上面切欠き部６ｅは加工の手間を省く目的で、根太上面６ａのみが切欠かれている。また図４、図９、および図１４の根太では根太上面６ａに上床７が直接設置されるが、本実施例５では、根太上面６ａにスペーサ１６が設置され、該スペーサ１６の上に上床７が設置される。
【００３５】
スペーサ１６を根太上面６ａに離散的に備えることにより、スペーサ１６の間に位置する根太上面切欠き部６ｅは上床７に当接しないので振動絶縁される。また、根太下切欠き部６ｄは根太側面６ｂの一部が切欠かれている部分である。該根太下切欠き６ｄにより、床構体５と根太６の間は振動絶縁されている。これらの振動絶縁構造は、床構体５から上床７に伝わる振動を軽減する。さらに、スペーサ１６に減衰効果のある材料を使用することで、より一層の振動軽減効果を得ることができる。
【００３６】
図２１は本発明の実施例５に係る減衰材を根太切欠き部に巻き付けて、根太側面に貼付し、さらにＵ型クリップにより減衰材を固定した場合の根太の斜視図である。巻き型減衰材１０は図２０に示した根太上面切欠き部６ｅと根太下切欠き部６ｄに巻き付けられ、根太側面６ｂに接着剤１３により貼付される。巻き型減衰材１０は接着剤１３により根太側面６ｂに貼付されているので、根太側面６ｂの変形を該巻き型減衰材１０が拘束する。
【００３７】
つまり、床構体５から上床７に伝播する振動の一部が巻き型減衰材１０で熱として散逸するため、上床７の振動が減少する。また本実施例５では、根太上面６ａにはスペーサ１６が設置される。このスペーサ１６により該根太上面切欠き部６ｅと上床７との間にスペーサ１６の高さ寸法だけ空間ができる。この空間にＵ型クリップ１４を挿入し、巻き型減衰材１０を挟み込む。Ｕ型クリップ１４の上には上床７が配置されているため、該Ｕ型クリップ１４が脱落することはない。よって、減衰効果が無くなることはない。
【符号の説明】
【００３８】
１…鉄道車両構体        ２…屋根構体
３…側構体             ４…妻構体
５…床構体             ６…根太、
６ａ…根太上面        ６ｂ…根太側面
６ｃ…根太上切欠き部   ６ｄ…根太下切欠き部
６ｅ…根太上面切欠き部               ７…上床
８…客室              ９…減衰材
１０…巻き型減衰材     １１…挟み型減衰材
１２…切欠き付き減衰材               １３…接着剤
１４…Ｕ字型クリップ   １５…Ｌ型クリップ
１５ａ…基部          １５ｂ…把持部
１６…スペーサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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