(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向かい合って前後の車両にそれぞれ取り付けられ、駆動機構がついている幌で車間部外周の隙間を埋めることによって、高速時の騒音低減と急曲線通過時の耐久性とを両立させるようにした高速鉄道車両の外幌において、
断面Ｖ形の外幌部材の外側基部を車両妻面に取り付けて固定してあり、内側基部を上記駆動機構によって車両前後方向に移動させて前後の外幌部材の先端を車両の前後方向に移動させて互いに当接させて突き合わせることにより上記車間部外周の隙間が埋められるようにした高速鉄道車両の外幌。
【請求項２】
上記幌の内側を移動させるときに幌が車幅外側に飛び出さないようにするために、幌の頂点を薄肉にした請求項１の高速鉄道車両の外幌。
【請求項３】
断面Ｖ形の外幌部材の一方の側面を車両側壁と面一にして、車両妻面に取り付け、対向する外幌部材の先端を互いに対向させた鉄道車両の外幌において、
外幌部材の内外の側端のうち、外側側端を車両妻面に固定し、内側側端を駆動機構に固定してあり、
外幌部材の内側側端に固定された支持部材を車両前後方向に移動可能にし、これを駆動機構によって前後方向に駆動するようにしてあり、
車両の運転制御のための車両運行情報に基づいて駆動機構を作動させて、
上記車両運行情報の車両走行速度が所定の高速であるとき外幌部材を密着させ、所定の低速であるときに外幌部材の先端間に隙間をあけるように、外幌部材先端間の間隔を加減するようにしている、高速鉄道車両の外幌。
【請求項４】
上記外幌部材の内側側端の上下近傍にそれぞれ一つ上記駆動機構を設けた請求項３の高速鉄道車両の外幌。
【請求項５】
上記駆動機構が、電動モータで駆動される捩子駆動機構又はラック・ピニオン駆動機構である、請求項３の高速鉄道車両の外幌。
【請求項６】
上記駆動機構が空気圧で作動する空気圧駆動機構である、請求項３の高速鉄道車両の外幌。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は高速鉄道車両の低騒音外幌に関するものであり、鉄道車両が超高速で走行するときの、風切り騒音を低減するのに極めて有効であり、しかも、そのためのコスト増を抑制することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ところで、新幹線等の超高速鉄道車両は、線路情報、距離情報等の車両運行情報に基づいて加速、減速、速度、姿勢等を制御されて運転制御される。
１５０ｋｍ／ｈ程度の速度で走行する鉄道車両においては、走行風による風切り騒音はそれほど問題にならないが、今日の新幹線等のように、例えば２００ｋｍ／ｈを越える高速鉄道車両においてはこの風切り騒音が問題になる。現在の新幹線の車両では、騒音低減のために、外幌を図１（ａ）（ｂ）に示す構造にしてあり、車両Ｔの妻面側端に断面ほぼＶ字状の硬質ゴム製の外幌１，１を固定して、車両間の空間（幅約５００ｍｍ）を側面から覆っている。この外幌１，１の先端間の間隔は６０ｍｍであり、上記空間の側面を覆っている。
この鉄道車両が直線走行するときは、外幌１，１間に約６０ｍｍ間隔があるが、曲線走行時には、カーブの半径方向内側の外幌１，１間の上記間隔が小さくなり、最小曲率半径のカーブを走行するときは、当該両外幌の先端が互いに重なりあい、擦れ合うことになる。他方、曲線走行時には、曲率半径の半径方向外側の外幌間の間隔は拡大する。
ところで、鉄道車両が走行するときは、その側面、屋根面などの外面に沿った高速の走行風が流れる。そして、この高速走行風のために車両表面の凹凸の回りで激しい渦流を生じ、これが風切り騒音を増大させる大きな原因になり、また、鉄道車両の高速走行に対する空気抵抗を著しく増大させることになる。
このために、従来の外幌については、車両側面と面一にして、外幌１と車両側面との間の段差を無くするなどの工夫をしており、また、外幌１，１間の間隔を上記渦流抑制のために可及的に小さくすることが望ましいが、これが小さすぎると、曲線走行時の外幌先端相互の衝突、擦れ合いによって耐久性が害されるので、この間隔を小さくするには限界がある。
【０００３】
他方、曲率半径の小さい曲線走行時は、走行速度が下げられるので、風切り騒音は低下する。
高速鉄道がさらに高速（例えば２７０ｋｍ／ｈ）になると、風切り騒音の問題が一層顕著になる。
上記の風切り騒音の問題への対策として、上記車両間の空間をその蛇腹状の外幌で完全に覆い、この蛇腹状外幌を空気圧で膨脹、収縮させることによって、曲線走行時の妻面間の間隔変化に対応するものがある（特開平１１−２９１９０３号公報）。しかし、このものは外幌が大掛かりなものになるばかりでなく、外幌の膨脹収縮を空気圧で制御するものであるから、その制御機構が単純でなく、さらには、車両の揺れや外幌の膨脹収縮のために変形が繰り返され、そのために外幌に亀裂を生じるなど、その耐久性に問題がある。
風切り騒音を低減するには、最高速度近傍で走行する直線走行状態での外幌間の間隔を可及的に小さくし、その上で、曲線走行時の一方における外幌間の間隔の拡大を回避するとともに、他方における外幌間の衝突を回避することが必要であり、それで十分である。
【０００４】
【解決しようとする課題】
そこで、この発明は、直線走行時、曲線走行時のいずれにおいても、断面Ｖ形のゴム製外幌の先端間の間隔を必要に応じて加減できるようにして、風切り騒音が効果的に低減されるように外幌の機構、構造を工夫することをその課題とするものである。
【０００５】
【課題解決のために講じた手段】
上記課題解決のために講じた手段は、断面Ｖ形の外幌部材の一方の側面を車両側壁と面一にして、車両妻面に取り付け、対向する外幌部材の先端を互いに接近させた鉄道車両の外幌を前提として、次の（イ）〜（ハ）によるものである。
（イ）外幌部材の内外の側端のうち、外側側端（外側基部）を車両妻面に固定し、内側側端（内側基部）を駆動機構に固定したこと、
（ロ）外幌部材の内側側端に固定された支持部材を車両前後方向に移動可能にし、これを上記駆動機構によって前後方向に駆動すること、
（ハ）上記駆動機構の制御装置によって、車両速度に応答して車両前後方向に駆動すること。
【０００６】
【作用】
上記駆動機構が車両前方向、後方向に移動して、外幌部材の内側側端（外側基部）を妻壁の方に移動させると、外幌部材の内側側端が支持部材とともに前後の妻壁の方向にそれぞれ引っ張られて移動し、これによって、外幌部材間の先端が互いに離間してその間隔が拡大する。反対方向に上記駆動機構が移動して、外幌部材の内側側端を妻壁から遠ざかる方向に移動させると、前後の外幌部材の先端が互いに接近する方向に移動して、外幌部材先端間の間隔が減小する。
他方、鉄道車両が最高速度近傍で走行するとき、線路はほとんど直線走行であって曲線走行する場合もその曲率半径は極めて大きく、曲率半径が小さい曲線走行路を走行するときの走行速度は最高速度よりも大きく減速した低速走行である。したがって、最高速度近傍で走行するときに、制御装置で上記駆動機構を作動させて外幌部材先端を互いに当接させ、あるいは両先端間の間隔を微小にすれば、外幌による風切り騒音が可及的に低減される。しかも、最高速度近傍では車両は直線乃至ほぼ直線の経路を走行するから、外幌部材先端の間隔が微小でも、外幌先端が互いに干渉する程度は微小であり、したがって、その耐久性が害される恐れはない。
また、曲率半径が小さい曲線経路を走行するとき、車両は減速して低速で走行するから、この低速走行に応答して制御装置で上記駆動機構を作動させて、外幌部材先端の間隔を拡大させれば、曲線走行路の局率半径方向内側の外幌部材先端が衝突し、干渉して損傷することが回避される。そして、このような低速走行時に外幌先端間隔が拡大されても、走行速度が低いので、風切り騒音はそれほど問題にならない。
【０００７】
【実施態様１】
実施態様１は、解決手段における制御装置が応答する車両走行速度が所定の高速であるとき、外幌部材を密着させ、所定の低速であるとき外幌部材の先端間に隙間をあけることである。
【作用】
所定の走行速度を基準にして、外幌部材の密着、離間の操作を行うことで、車両速度変動に対する、外幌部材の先端間の間隔の開閉動作を必要最小限度に抑制することができ、それだけ、外幌が安定し、かつ上記駆動機構の耐久性が向上する。
【０００８】
【実施態様２】
実施態様２は、外幌部材の先端を接近させたときの、当該先端間隔をゼロ乃至ほぼゼロとし、外幌先端の間隔を拡大させたときの当該先端間の間隔を２０乃至３０ｍｍとしたことである。
【作用】
最高速度近傍での走行時の、外幌による風切り騒音を可及的に低減することができ、また、低速走行時の相互干渉による外幌先端の損傷を可及的に回避することができる。
【０００９】
【実施態様３】
実施態様３は、外幌部材の内側側端の上下近傍にそれぞれ上記駆動機構を設けたことである。
【作用】
外幌の内側側端を安定的に支持することができ、同内側側端の車両前後方向への移動が円滑かつ安定的に行われる。
【００１０】
【実施態様４】
実施態様４は、上記駆動機構を、電動モータで駆動される捩子駆動機構又はラック・ピニオン駆動機構によって構成したことである。
【作用】
電気的な駆動機構であるから、駆動機構がコンパクトであり、かつ制御手段が簡単である。
【００１１】
【実施態様５】
実施態様５は、上記駆動機構が空気圧で作動する空気圧駆動機構にしたことである。
【作用】
エアシリンダー、エアモータなどを駆動動力源とすることで、ドア開閉機構などのための空気圧力源を外幌部材の移動操作に利用できる。
【００１２】
【実施例】
この実施例の外幌と車両との関係の全体形状は図２に示すとおりであり、車両妻壁の周縁に対する外幌部材の配置は図３に示すとおりである。
この実施例には、天井幅が約３．５ｍの車両の妻壁の屋根部分に幅約２ｍの固定式の屋根外幌部材１Ａを固定してあり、このとき、前後の固定式の屋根外幌部材１Ａは互いに接近している。他方、上端が円弧状に曲がった側外幌部材１を、妻壁の両サイド及び屋根の左右両側部分に取り付けて、車両Ｔ，Ｔの妻壁間の空間を完全に覆っている。
車両がカーブした線路を走行するときも、屋根部分の幅２ｍの屋根外幌部材１Ａの前後方向への相対移動は少ないから、互いに接近した状態にあっても、カーブ走行時に互いに干渉することはない。
両サイドの外幌部材は可動式であって、その先端間の間隔を調整されるものである。
なお、この実施例においては、妻壁の床部についても固定式の床外幌部材１Ｂが固定されており、前後の床外幌部材の先端は屋根外部材１Ａと同様に、互いに接近して配置されている。
次いで、対向する、両サイドの一対の外幌部材１のうちの一方について、その駆動機構の例の詳細を説明するが、これは他方の外幌部材１についても同様である。
外幌部材１及び屋根外幌部材１Ａは合成樹脂ＥＰＤＭ（エチレンプロピレン共重合体、ＪＩＳゴム硬度６５度）製であり、横断面形状がほぼＶ型の合成ゴム製品である。その断面形状は図４に示すとおりであり、自由状態での厚さｂは１４０ｍｍ、長さ（幌部材幅）Ｂは２３９ｍｍであり、外幌部材１の全長（縦方向長さ）は２２００ｍｍである。
そして、この外幌部材１の左右両辺の肉厚は取り付け部１ａにおいて最大であり、先端の円弧状部１ｂが最小であって、この取り付け部１ａから先端の円弧状部１ｂ間で肉厚が徐々に小さくなっている。これによって幌部材１の取り付け部１ａ及びその近傍の剛性は大であるが、先端部およびその近傍は可撓性が高いので、車両の妻壁にしっかりと取り付けられ、他方、その先端部及びその近傍は比較的容易に弾性変形する。
取り付け部１ａに断面Ｖ型の取り付け金具２をそれぞれ嵌め込んで固定し、外側辺１ｘの取り付け金具２を妻壁外側の支持ブラケットにボルト止めして固定する。
他方、外側辺１ｘは車両外壁面とほぼ平行であるが、内側辺１ｙは内外方向に若干傾斜している。そして、内側辺１ｙの取り付け金具２に駆動機構を連結し、さらに、支持部材１２を連結している。外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａの上端部近傍、上端部近傍に、支持部材１２がそれぞれ取り付けられており、これらの支持部材１２は車両の妻壁から前後方向に延びる支持軸１１にそれぞれ前後方向に摺動自在に支持されている。したがって、内側辺１ｙは支持部材１２を介して支持軸１１に前後方向に移送可能に支持されており、上記駆動機構によって前後方向に移動される。
なお、外幌部材１の内側が前後方向に移動されるときに、その頂部が不要に外側に張り出されるのを回避するために、図５に示すように、外幌部材１の頂部を薄肉にした断面形状にしている。
【００１３】
図５、図６、図７に駆動機構の実施例をそれぞれ示している。
図５に示す実施例の駆動機構は直動型の空気圧シリンダー１３によるものである。この直動型空気圧シリンダー１３はピストンが固定で、シリンダーが可動のものであって、シリンダー内に圧力空気が導入されると、シリンダーが前後方向に移動し、これに固定されている外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａが押し出されて、外幌部材１，１の先端間の間隔が小さくなり、あるいは軽く当接する。空気圧シリンダーは単動型（シングルアクション型）でも、両動型（ダブルアクション型）でもよいが、単動型の場合は戻しばねをシリンダーに内蔵する。そして、この場合の作動方向は、外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを押し出す方向、引っ張る方向のいずれでもよい。この実施例では空気圧シリンダーは両動型で、外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを押し出す方向に作動する。またこの例では、取り付け部１ａが引っ張られて外幌部材１，１の先端間が完全に離間した状態での、当該先端間の間隔が４０ｍｍになる程度に空気シリンダ１３のストロークを設定している。これによって、高速鉄道における最小曲率半径の曲線走行路を車両が走行するときでも、外幌部材先端が互いに干渉することはない。
【００１４】
空気圧シリンダー１３の制御装置は車両走行速度に応答して空気圧シリンダーを作動させるが、このための基準走行速度が２５０ｋｍ／ｈと、１７０ｋｍ／ｈであり、鉄道車両の速度が加速されて時速２５０ｋｍに達したとき、上記制御装置が作動して空気圧シリンダーに空気を供給して外幌部材の先端間隔を最小にし、他方、車両が減速されて１７０ｋｍ／ｈに達したとき、制御装置が作動して空気圧シリンダーから排気して外幌部材先端間隔を拡大させる。外幌部材先端間隔の閉動作と開動作のための基準車両走行速度の差を上記の程度にすることによって、高速鉄道車両の通常運転状態における走行速度の頻繁な変化にかかわらず、外幌部材先端間隔の閉じ動作と開動作を必要最小限度に止めて、その作動を安定させることができる。そして、この走行速度への応答は、既設の車両速度計測器からの車両信号を利用する。
上記駆動機構は、外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを押し出し、引き込むという単純な駆動機構であるから、種々の駆動機構を採用できる。どのような駆動機構を採用するかは、個々の装置の軽量性、単純性、作動の確実性、耐久性、制御の容易性などを勘案することが肝要である。
【００１５】
図６に示す実施例の駆動機構は、電動モータによって駆動されるラック歯車機構によるものであり、妻壁に固定された支持板に回転自在に支持された軸に扇形歯車４１を取り付け、この扇形歯車４１と噛み合っているラックギア４２を上記支持板に車両前後方向に摺動自在に支持させてある。そして上記軸にカップリング４３を介して電動モータ４４の駆動軸を連結し、また、上記ラックギア４２の先端に連結板を介して外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを連結している。
この実施例の駆動機構は、上記実施例の空気圧シリンダーと同様に、各外幌部材の上下端部近傍にそれぞれ取り付けられていて、電動モータ４４を正逆転させて扇型歯車４１を正逆転させ、これによってラックギア４２を前後方向に摺動させる。
なお、回転運動を直線運動に直接変換する電動機構としてラック歯車機構と同様のものとして捩子機構があるが、図６の上記実施例についても、上記ラックギア４２を雄捩子部材に変更し、この雄捩子部材にベアリングを介して捩子スリーブを螺合させ、この捩子スリーブをヘリカルギアにして、当該ヘリカルギアを電動モータの歯車で駆動させるようにしてもよい。
【００１６】
図７の実施例は、各外幌部材１の上下の駆動機構を一つの電動モータで駆動するものであり、駆動メカニズムは基本的に捩子機構とリンクとによるものである。このものにおいては、互いに逆方向の捩子軸５１，５２を連結してあって、これらの捩子軸５１，５２にそれぞれ捩子スリーブ５３，５４を螺合させてある。捩子スリーブ５３、５４に連結されたリンク５５、５６がヒンジピン５７によって互いに連結されてこのピンに外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａが連結されている。なお、上記捩子軸５１，５２は縦方向に配置されていて、妻壁の支持部材にそれぞれ回転自在に支持されている。捩子軸５１，５２が共に同じ正転逆転すると、捩子スリーブ５３、５４が互いに接近し、あるいは離間するので、リンクのヒンジピン５７が車両前後方向に移動して、外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを押し出し、あるいは引っ張る。
上記の駆動機構は外幌部材の上下両端部にそれぞれ一つ配置されており、駆動機構の捩子軸は互いに連結されており、さらに、下方の駆動機構の捩子軸５２に、カップリング、自在継ぎ手などの適宜の電動手段を介して、妻壁に取り付けられた電動モータ５８の駆動軸が連結されている。
電動モータ５８が正転、逆転すると、上記の駆動機構の捩子軸５１，５２が共に正転、逆転されるので、上下の駆動機構が同期して作動して、外幌部材１の内側辺１ｙの取り付け部１ａを押し出し（上端部近傍、下端部近傍の２か所で）、あるいは引っ張ることになる。
【００１７】
また、外幌部材の内側辺１ｙを前後方向に駆動する駆動機構としては、上記実施例の他の様々な機構（メカニズム）によるものを採用することができ、また、その駆動装置としては直動型のエアシリンダーを用いることができる。このように空気圧を動力源とする駆動装置を用いるときは、車両のドア開閉機構などに使用されている空気圧源をそのまま利用できる利点がある。
【００１８】
なお、外幌部材１の先端間の隙間を拡大する必要があるのは、所定の曲率半径以下の曲線走行路を走行するときであるから、車両がこの所定の曲率半径以下の曲線走行路にさしかかる前に、これを予知して外幌部材１の先端間の隙間を拡大する、という制御を行うことも理論的には可能である。
例えば、外幌部材先端を互いに当接させるべき走行区間を予め定め、その区間を走行距離情報を基準にして判断するようにすることができる。また、この場合、上記走行区間として定めた区間であっても、何等かの事情で運行速度を大きく下げて走行するときは、外幌部材１の先端を当接させないようにするために、区間条件と走行速度条件との両方で上記駆動機構を制御するようにすることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、鉄道車両の妻壁間の空間を屋根外幌、側壁外幌で覆い、側壁外幌先端間の間隔を加減自在にし、車両速度に応答させて、走行風による騒音を低減のために必要な時に上記間隔を可及的に小さくし、低速走行時に、必要な限度に上記間隔を拡大するのであるから、外幌の耐久性を害することなく、最も効果的に走行風による騒音を低減することができる。
また、側壁外幌先端間の間隔の加減制御信号を車両速度としたことで、既存の車両制御装置の出力信号を流用できるので、制御信号をとるための特別な検出装置が不要であり、それだけ、制御装置のコストが低減される。
また、制御基準速度を実施態様１のようにすることによって、外幌部材先端間の間隔を加減する操作頻度を必要な限度に抑制することができ、したがって、外幌の安定性、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、従来の高速鉄道車両側壁と外幌との配置関係を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）における外幌部材の平面図である。
【図２】は、実施例の斜視図である。
【図３】は、実施例の外幌部材の配置を示す斜視図である。
【図４】は実施例の外幌部材の横断面図である。
【図５】は外幌の駆動機構の実施例の平面図である。
【図６】（ａ）は外幌の駆動機構の他の実施例の平面図であり、（ｂ）は同実施例の要部詳細図である。
【図７】（ａ）は外幌の駆動機構のさらに他の実施例の平面図であり、（ｂ）は同実施例の要部詳細図である。
【符号の説明】
１：外幌部材
１Ａ：屋根外幌部材
１Ｂ：床外幌部材
１ａ：取り付け部
１ｂ：円弧上部
１ｘ：外側辺
１ｙ：内側辺
１１：支持軸
１２：支持部材
１３：空気圧シリンダー
４１：扇形歯車
４２：ラックギア
４３：カップリング
４４，５８：電動モータ
５１，５２：捩子軸
５３，５４：捩子スリーブ
５５，５６：ヒンジピン
５７：ヒンジ軸
Ｔ：車両
【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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