(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
台枠上に気密床が張られ、またその台枠上に床受けを介して上床を支持し、気密床と上床との間に空調ダクトの配置が可能な二重床で構成された鉄道車両の床構造において、
台車から床受けを介して振動を受ける前記上床が、剛性を下げるコルクの板材と、そのコルクの板材を補強するための木質の板材とを重ね合わせ、少なくともその重ね合わせた板の上下面に軽合金パネルを接着させたものであることを特徴とする鉄道車両の床板構造。
【請求項２】
請求項１に記載する鉄道車両の床板構造において、
前記上床は、コルクの板材に対し、アルミ製の中板を挟んでバルサ材の板を重ね合わせ、更にその重ね合わせた板の上下面をアルミ製の上面板と下面板とで挟み込んで形成したものであることを特徴とする鉄道車両の床板構造。
【請求項３】
請求項１に記載する鉄道車両の床板構造において、
前記上床は、コルクの板材に対してラワン材の板を重ね合わせ、更にその重ね合わせた板の上下面をアルミ製の上面板と下面板とで挟み込んで形成したものであることを特徴とする鉄道車両の床板構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床下から伝わる固体伝播音の低減によって、客室内の騒音低減を図った鉄道車両の床板構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新幹線などの高速走行する鉄道車両では、速度向上の要求から軽量化が進む一方、車内騒音を低減する要求があり、質量増大を抑えた騒音対策が検討されている。しかし、車両の軽量化と低騒音化の要求は、後述するように相反するものであり、その解決に至っていないのが現状である。
そこで先ず、乗客が感じる客室内の騒音を検証してみると、騒音は客室の床板より伝わって発生するのが主なものである。図６は、そうした騒音を生じさせる鉄道車両の床構造断面を示した概念図であり、図７は、車体と台車との連結部分側面を示した概念図である。
【０００３】
二重床構造では、台枠１１０上に気密床１０１が張られており、特に図示する台車１２０上では中梁１０２上に車両長手方向に伸びた床受け１０３，１０３…を介して支持された上床１０５が張られている。上床１０５には、従来から軽量で剛性の高いアルミハニカム床が使用され、そうした上床１０５上にシートが固定される。そして、気密床１０１と上床１０５との間には、左右に吹出用空調ダクト１１１と吸気用空調ダクト１１２とが並行に配設されている。
【０００４】
こうした床構造をもった車両における走行時の騒音は、主に台車１２０で発生した騒音が気密床１０１から気密床１０１と上床１０５との間の空間、そして上床１０５とを透過する透過音と、台車１２０で発生した振動が、その台車１２０と車体とを連結する一本リンク１２１に伝わり、図７に矢印で示すように中心ピン１２２を前後方向に振動させ、その振動が中梁１０２へと伝わり、中梁１０２に固定された床受け１０３を経由して上床１０５に伝搬する固体音とのおよそ２種類の伝播経路があると考えられる。
そこで従来の鉄道車両では、客室内騒音対策として床構造に着目した様々な手段が講じられてきている。例えば、鉄板や特許公報第２９１５２５８号や第２５２１７４２号に記載された軽くて硬いアルミハニカム床などである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうした従来の手段は、前述した透過音に着目した透過損失を主評価パラメータとするものであったり、軽くて硬いアルミハニカム床固有の歩行時に発生するいわゆるコツコツ音の低減を図ったものであり、２種類の伝播経路のもう一方である、床受け１０３を経由して上床１０５に伝搬する固体音に対応したものではなかったことから、十分な騒音対策とはなり得ないものであった。すなわち、台車１２０上での客室内の騒音は、特に１６０〜２５０Ｈｚ帯騒音が問題となっているが、検証を進めるうちにそれが固体音を原因とする騒音であることが分かってきたからである。
【０００６】
こうした性質の騒音に対して従来のアルミハニカム床では、その高い剛性のため低・中周波帯での振動の放射係数が高くなり、またアルミハニカム床のように軽量化されたものはかえって遮音性が悪いなど静粛性の観点から騒音対策には必ずしも適したものではなかった。また、台車１２０上で問題となる振動放射音を下げるには、床自体の放射効率を下げる必要があるが、前述した質量効果を主体とする従来の床板では車体重量の制約があるため、十分な効果を上げるまでには至らない。
【０００７】
そこで本発明は、重量増を最小限に抑え振動放射音を下げて騒音を低減させる鉄道車両の床板構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鉄道車両の床板構造は、台枠上に気密床が張られ、またその台枠上に床受けを介して上床を支持し、気密床と上床との間に空調ダクトの配置が可能な二重床で構成された鉄道車両の床構造において、台車から床受けを介して振動を受ける前記上床が、剛性を下げるコルクの板材と、そのコルクの板材を補強するための木質の板材とを重ね合わせ、少なくともその重ね合わせた板の上下面に軽合金パネルを接着させたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る鉄道車両の床板構造は、前記上床が、コルクの板材に対し、アルミ製の中板を挟んでバルサ材の板を重ね合わせ、更にその重ね合わせた板の上下面をアルミ製の上面板と下面板とで挟み込んで形成したものであることが望ましい。
また、本発明に係る鉄道車両の床板構造は、前記上床が、コルクの板材に対してラワン材の板を重ね合わせ、更にその重ね合わせた板の上下面をアルミ製の上面板と下面板とで挟み込んで形成したものであることが望ましい。
【００１０】
よって、本発明によれば、従来のハニカム床などに比べて剛性を低くしたので、振動する床の曲げ波の波長が短くなり、客室内に騒音として感じられる床から発せられる音波の垂直方向成分を抑えることができた。そして、コルク材など比較的軽量な材質を使用することによって、重量増を最小限に抑え振動放射音を下げて騒音を低減させることができた。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る床板構造の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、鉄道車両における床構造を示した概略の横断面図である。
鉄道車両１は、一般に台枠２、側構３、妻構４、屋根構５からなる張殻構造の箱体となっており、その台枠上に床が構成されている。本実施形態の床も従来例のものと同様に二重の床構造で構成され、台枠２上に車両長手方向に伸びた４本の床受け１３，１３…を介して支持された上床１２が張られている。そして、こうした気密床１１と上床１２との間には、吹出用空調ダクト１５と吸気用空調ダクト１６とが左右に２組並行に配置されている。本実施形態では、こうした上床１２の構造的特徴によって、重量増を最小限に抑え振動放射音を下げて騒音を低減させるという目的の達成を図っている。
【００１２】
図２は、本実施形態におけるそうした上床の第１例を示した断面図である。この上床１２Ａは、コルク材３１とバルサ材３２を使用し、そのコルク材３１とバルサ材３２とによってアルミ製の中板３３を挟み込み、更にその上下をアルミ製の上面板３４と下面板３５とで挟み込んで複層構造化したものである。こうした上床１２Ａは、上下及び中間のアルミ板３３，３４，３５の間にコルク材３１及びバルサ材３２が接着剤によって接着され一枚の床板が構成されている。
【００１３】
ところで、本実施形態で上床１２Ａをこのような構造としたのは、従来のハニカム床のように高かった床板の剛性を下げることによって、音の放射効率を低くすることをねらったためである。
振動体から音が放射されるエネルギ転換過程においては、例えば平面形状の振動部材が鉛直方向に変形して生じる曲げ波の波長が、振動振幅に並んで振動による騒音を評価する上での重要なパラメータとなる。そうすると、従来から使用されている剛性の高いハニカム床の場合、図４（ａ）に示すように同位相での振動姿態の領域が広くなり、振動による板の曲げ波の波長が長くなる。そして、板の曲げ波の波長が長くなることが、問題となる周波数帯（２００Ｈｚ付近）での騒音を増長させる要因となる。なお、図４（ａ）、（ｂ）は、剛性の違いによる振動の状態を概念的に示したものである。
【００１４】
すなわち、鉄道車両の客室内で乗客が騒音と感じる音が、床板の振動によって放射された疎密波（音波）であって、更にその主なものが疎密波の鉛直方向成分であると考えれば、床板の曲げ波の波長が長い場合には、その床板の振動によって発生する疎密波の鉛直方向成分が多くの割合で放射されるからである。
【００１５】
そこで本実施形態では、前述した図２に示す構造の上床１２Ａを構成し、従来のものに比べてその剛性を下げることとした。これは、剛性を下げることによって曲げ波の波長が短くなり、同位相での振動姿態の領域が小さくなるからである。曲げ波の波長が短くなれば、図４（ｂ）に示すように床板の振動モードが細分化され、それによって生じる疎密波の鉛直方向成分の割合が小さくなる。そのため、上床１２Ａにおける音の放射効率が悪くなり、客室内において乗客が感じる騒音も小さくなる。
【００１６】
つまり、図４において矢印で示すように、図４（ａ）に示す剛性の高い床板では、振動によって発生する疎密波の鉛直方向成分が高い割合になるのに対し、図４（ｂ）に示す剛性の低い床板では、床板振動モードが細分化されて曲げ波の波長が短くなったので、疎密波の水平方向成分の割合が増えた分疎密波の鉛直方向成分の形成が抑えられた。そのため、剛性の違う床板同士に同じレベルの音が発生したとしても、剛性の低い床板の方では疎密波の鉛直方向の放射効率が悪くなって、客室内で乗客が感じとる騒音が小さくなる。
【００１７】
こうしたことから、本実施形態では前述したように剛性を下げるためにバルサ材３２やコルク材３１をアルミ板３３，３４，３５によって挟んだ複層構造の上床１２Ａを構成した。上床１２Ａの構造及び材質の選定に当たっては、芯部材に音響特性に優れたコルクを使用し低騒音床板の具体化を行った。しかし、コルクは音響特性に優れる反面、強度的に床板として現実的ではないので他の強度部材との重ね合わせが求められ、複層構造化が必要となった。そこで、音響特性を引き出す要素にコルク材３１を使用し、コルク材３１の補強部材として比重の軽いバルサ材３２を上側に重ね合わせた。そして更に、床板の強度を確保するために、また不燃性の床板とするためにアルミ製の上面板３４と下面板３５とで上下を挟み込み、更に補強のためにバルサ材３２とコルク材３１との間にもアルミ製の中板３３を入れることとした。
【００１８】
また、同様の考え方に基づいて、図３に示すような本実施形態における上床の第２例を構成した。この上床１２Ｂは、芯部材にはやはり音響特性に優れたコルク材４１を使用し、補強部材としてラワン材４２を上側に直接重ね合わせた。そして、床板の強度を確保するために、また不燃性の床板とするためにアルミ製の上面板４３と下面板４４とで上下を挟み込み、接着剤によって接着した複層構造からなる一枚の床板を構成した。
【００１９】
続いて、こうした複層構造の上床１２Ａ，１２Ｂと従来のハニカム床について音響特性の測定を行った。図５は、その測定結果を表したグラフを示すものである。測定は、実際の車両に生じる振動と同様に台車中心ピンを機械加振し、床上１．２ｍ上での音圧を測ることによって行った。その結果、上床１２Ａ，１２Ｂによれば、２００Ｈｚ〜２ｋＨｚに渡る広範囲の周波数帯での振動放射音のレベルを低減させることが可能となり、ハニカム床よりも最大で約１０ｄＢ程度下げることができた。よって、本実施形態における鉄道車両の床板構造によれば、コルク材を使用した複層構造の上床１２Ａ，１２Ｂによって、車体の重量増を最小限に抑え振動放射音を下げて客室内の騒音を低減させることができた。
【００２０】
なお、本発明は、前記実施形態のものに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではコルクを補強するための部材としてバルサ材やラワン材を示して説明したが、これ以外のものであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、台車から床受けを介して振動を受ける上床を、剛性を下げるコルクの板材と、そのコルクの板材を補強するための木質の板材とを重ね合わせ、少なくともその重ね合わせた板の上下面に軽合金パネルを接着させた構成としたことにより、重量増を最小限に抑え振動放射音を下げて騒音を低減させる鉄道車両の床板構造を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄道車両の床構造を示した概略の横断面図である。
【図２】本発明に係る床板構造の上床について第１例を示した断面図である。
【図３】本発明に係る床板構造の上床について第２例を示した断面図である。
【図４】上床の振動を概念的に比較して示した図である。
【図５】音響特性の測定結果をグラフに示した図である。
【図６】鉄道車両の床構造断面を示した概念図である。
【図７】車体と台車との連結部分側面を示した概念図である。
【符号の説明】
１    車体
２    台枠
１１  気密床
１２  上床
１３  床受け
１５  吹出用空調ダクト
１６  吸気用空調ダクト
３１  コルク材
３２  バルサ材
３３  中板
３４  上面板
３５  下面板
【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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