JP2019182307A - 鉄道車両の構体構造および鉄道車両 - Google Patents
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Abstract
Description
また、気体が袋体の膜の内部に封入されていることにより、気体の移動範囲が膜内に制限される。そのため、気体による熱の移動が制限される。したがって、熱伝達が抑制される。これにより、断熱性能を備える。
さらに、袋体の膜の内部に封入された気体は、従来の断熱材よりはるかに軽量である。したがって、袋体を備えた構体構造の重量は、従来の構体構造の重量よりも軽い。また、袋体自体が非常に軽量である。そのため、袋体の重量を軽減する必要性がない。したがって、袋体の密度や厚みを下げなくてよい。そのため、袋体の密度や厚みを下げることによる遮音性能の低下や断熱性能の低下が生じることがない。
よって、上記構成を備えた構体構造は、従来の構体構造より重量が軽減しつつ、断熱性能および遮音性能の両方を備える。
また、既存の構体構造には、制振材としてゴム材を用いている。複数のゴム材を所定の間隔で構体に配置している。しかし、構体の面積は非常に大きいため、構体に非常に多数のゴム材を配置しなければならない。さらに、ゴム材を配置するときに、全てのゴム材について隣り合う2つのゴム材の間隔を調整したり、全てのゴム材の高さを同じ高さに調整したりするといった非常に大変な作業が必要である。このような作業には、時間と労力がかかる。一方、上記構成の中間材は、構体に沿って延在している。したがって、ゴム材を配置する場合のように、多数の中間材を所定の間隔で配置する必要がない。また、中間材と中間材の間隔を調整したり、全ての中間材の高さ調整をしたりする必要がない。したがって、上記中間材を用いる構成の場合、従来のゴム材を用いる場合より、簡易に且つ短時間で中間材を構体に設置できる。これにより、構体構造の組立作業を簡素化できる。また、構体構造の組立作業にかかる時間を短縮できる。
また、中間材により振動が減衰することによって、内装材に伝播する振動が減衰し、内装材から放射される振動放射音が低減する。
さらに、従来は、遮音性能を向上させるために、構体と内装材との間に鉄製の板を配置していたが、鉄製の板の重量は大きい。一方、上記構成の中間材は、鉄製の1枚の板ではなく、2枚の金属製の第1板と第2板の間に弾性変形可能な第1層が配置された積層体である。鉄製の板の代わりに、上記構成の中間材を用いることにより、構体構造の重量を軽減しつつ、制振性能および遮音性能を向上させることができる。
また、内装材により振動が減衰することによって、内装材から放射される振動放射音が低減する。
また、内装材は積層体に加えて金属製の第5板を備えるため、内装材の強度が向上する。これにより、例えば、上記構成の構体構造を、台枠を含む構体構造に採用した場合、床となる内装材に局所的に荷重がかかっても耐えることができる。
図1(a)には、鉄道車両1の概略図を示している。鉄道車両1は、図1(a)に示すように、屋根構体2と、側構体3、4と、台枠5と、妻構体6とを備える。鉄道車両1内には、図1(b)に示すように、屋根構体2の下方に、天井板7が配置されている。鉄道車両1の内部には、天井板7と、側構体3、4と、台枠5と、妻構体6とに囲まれた内部空間8が形成されている。なお、図1(b)には、屋根構体2を含む構体構造のうち屋根構体2だけを示し、屋根構体2以外の構成を省略している。また、図1(b)には、側構体3を含む構体構造のうち側構体3だけを示し、側構体3以外の構成を省略している。また、図1(b)には、側構体4を含む構体構造のうち側構体4だけを示し、側構体4以外の構成を省略している。また、図1(b)には、台枠5を含む構体構造のうち台枠5だけを示し、台枠5以外の構成を省略している。台枠5は、構体である。
図2には、図1(a)および図1(b)に示す台枠5を、構体11と示している。図2には、構体11(台枠5)を含む構体構造10の一部拡大図を示している。図2には、鉄道車両1の内部空間8を、車両内と示している。また、図2には、鉄道車両1の外部を、車両外と示している。以下では、鉄道車両1の内部空間8を車両内と称し、鉄道車両1の外部を車両外と称することがある。なお、図2では、断面を示すハッチングを省略している。
空気の分子量(空気の平均分子量)=窒素分子の分子量(28)×0.8+酸素分子の分子量(36)×0.2=28.8
ここでは、窒素分子の分子量を28とし、酸素分子の分子量を36としている。
上記式から求められる分子量は、空気の平均分子量(28.8)である。上記は空気の分子量の算出方法の一例であり、空気の分子量の算出方法は上記に限られない。
ヘリウムの原子量およびネオンの原子量は、空気の分子量より小さい。気体62は、例えば、ヘリウム又はネオンを主成分とする気体でもよい。
図4には、図1(a)および図1(b)に示す側構体4を含む構体構造100の一部拡大図を示している。図4には、図1(a)および図1(b)に示す側構体4を、構体111と示している。側構体4を含む構体構造100は、構体111と、内装材113とを有する。内装材113は、構体111より車両内に近い位置に配置される。構体111と内装材113の間に、袋体層116が配置されている。図4では、構体111(側構体4)と内装材113が順に並ぶ方向を、X方向としている。X方向は、構体111と内装材113が対向する方向である。図4では、断面を示すハッチングを省略している。
車両外から鉄道車両1に侵入した音により、中間材12と内装材13との間の空間40で、圧力が変動する。この圧力変動により、空間40に配置された袋体51の膜61が変位する。これにより、膜61において、連続した複数の箇所で、膜61の厚み方向の微振動が起こる。この振動により、膜61における連続した複数の箇所で、膜61の表面と膜61の内部に封入された気体62との摩擦が起こる。また、膜61における連続した複数の箇所で、膜61の表面と膜61の外部の気体との摩擦が生じる。これにより音のエネルギーが熱エネルギーに変換される。そのため、車両外から侵入した音を遮蔽できる。したがって、遮音性能を備える。
また、袋体51の膜61の内部に気体62が封入されていることにより、気体62の移動範囲が膜61の内部に制限される。そのため、気体62による熱の移動が制限される。したがって、熱伝達が抑制される。これにより、断熱性能を備える。
さらに、袋体51の膜61の内部に封入されている気体は、従来の断熱材よりはるかに軽量である。したがって、袋体51を備えた構体構造の重量は、従来の構体構造の重量よりも軽い。また、袋体51自体が非常に軽量である。そのため、袋体51の重量を軽減する必要性がない。したがって、袋体51の密度や厚みを下げなくてよい。そのため、袋体51の密度や厚みを下げることによる遮音性能の低下や断熱性能の低下が生じることがない。
よって、上記構体11を含む構体構造は、従来の構体構造より重量が軽減しつつ、断熱性能および遮音性能の両方を備える。
次に、本発明の第2実施形態について、図6および図7を参照しつつ説明する。第2実施形態において第1実施形態と異なる点は、(1)中間材212の構成が異なる点と、(2)構体構造が第1実施形態における弾性材14、15を有さない点である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。また、図6では、断面を示すハッチングを省略している。
また、以下の理由から、第2実施形態の構体構造は制振性能も有する。
中間材212が、2枚の金属製の第1板221および第2板222の間に、弾性変形可能な第1層223が配置された構成を有する。構体11の振動が中間材212に伝わったとき、第1層223にせん断ひずみが生じることにより、振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。そのため振動が減衰する。
既存の構体構造には、制振材として、ゴム材を用いている。ゴム材を用いる場合、構体に、複数のゴム材を所定の間隔で配置している。しかし、構体の面積は非常に大きいため、非常に多数のゴム材を配置しなければならない。その上、ゴム材を配置するときに、全てのゴム材について隣り合うゴム材同士の間隔を調整したり、ゴム材の高さを同じ高さに調整したりするといった非常に大変な作業が必要である。このような作業には、時間と労力がかかる。一方、上述した構成の中間材212は、構体に沿って延在した板状の部材であるため、多数の中間材212を配置する必要がない。また、中間材212と中間材212を離隔させることもないため、中間材212と中間材212の間隔を調整したり、全ての中間材212の高さ調整をしたりする必要がない。したがって、上述した構成の中間材212を用いることにより、従来のゴム材を用いる場合より、簡易に且つ短時間で中間材212を構体に配置できる。これにより、構体構造の組立作業を簡素化でき。また、組立作業にかかる時間を短縮できる。
さらに、中間材212により振動が減衰することによって、内装材13に伝播する振動が減衰し、内装材13から放射される振動放射音が低減する。
従来は、遮音性能を向上させるために、構体11と内装材13との間に鉄製の板を配置していたが、鉄製の板の重量は大きい。鉄製の板の代わりに、上述した構成の中間材212を用いることにより、構体構造の重量を軽減しつつ、制振性能および遮音性能を向上させることができる。
次に、本発明の第3実施形態について、図8および図9を参照しつつ説明する。第3実施形態において第1実施形態と異なる点は、(1)中間材312の構成が異なる点と、(2)構体構造が第1実施形態における弾性材14、15を有さない点と、(3)内装材313の構成が異なる点である。なお、上述した第1実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。また、図8では、断面を示すハッチングを省略している。
また、以下の理由から、第3実施形態の構体構造は制振性能を有する。
中間材312が、2枚の金属製の第1板321および第2板322の間に、弾性変形可能な第1層323が配置された構成を有する。構体11の振動が中間材312に伝わったとき、第1層323にせん断ひずみが生じることにより、振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。そのため振動が減衰する。
既存の構体構造には、制振材として、ゴム材を用いている。ゴム材を用いる場合、構体に、複数のゴム材を所定の間隔で配置している。しかし、構体の面積は非常に大きいため、非常に多数のゴム材を配置しなければならない。その上、ゴム材を配置するときに、全てのゴム材について隣り合うゴム材同士の間隔を調整したり、ゴム材の高さを同じ高さに調整したりするといった非常に大変な作業が必要である。このような作業には、時間と労力がかかる。一方、上述した構成の中間材212は、構体に沿って延在した板状の部材であるため、多数の中間材312を配置する必要がない。また、中間材312と中間材312を離隔させることもないため、中間材312と中間材312の間隔を調整したり、全ての中間材312の高さ調整をしたりする必要がない。したがって、上述した構成の中間材312を用いることにより、従来のゴム材を用いる場合より、簡易に且つ短時間で中間材312を構体に配置できる。これにより、構体構造の組立作業を簡素化できるとともに、組立作業にかかる時間を短縮できる。
また、中間材312により振動が減衰することによって、内装材13に伝播する振動が減衰し、内装材13から放射される振動放射音が低減する。
従来は、遮音性能を向上させるために、構体11と内装材13との間に鉄製の板を配置していたが、鉄製の板の重量は大きい。鉄製の板の代わりに、上述した構成の中間材312を用いることにより、構体構造の重量を軽減しつつ、制振性能および遮音性能を向上させることができる。
また、内装材313により振動が減衰することによって、内装材313から放射される振動放射音が低減する。
また、内装材313は積層体330に加えて金属製の第5板341を備えるため、内装材313の強度が向上する。これにより、例えば、第3実施形態の構体構造を台枠の構造に採用した場合、床となる内装材313に局所的に荷重がかかっても耐えることができる。
例えば、複数の袋体層が、ヘリウムおよびネオンの少なくとも一方を主成分とする第1気体が封入された少なくとも1つの第1袋体層と、アルゴンを主成分とする第2気体が封入された少なくとも1つの第2袋体を有してもよい。この場合、第1袋体層に封入された第1気体により遮音性をより向上させることができる。また、第2袋体層に封入された第2気体により断熱性をより向上させることができる。これにより、遮音性能および断熱性能の両方をより向上させることができる。
上記では、複数の袋体層が、異なる2種類の袋体層を有する場合について例示したが、複数の袋体層が、異なる3種類以上の袋体層を有してもよい。
上記では、1つの袋体層が、異なる2種類の構成の袋体を有する場合について例示したが、1つの袋体層は、異なる3種類以上の構成の袋体を有してもよい。
また、上述の第1実施形態において、袋体層116は構体111および内装材113に接している。袋体層116が構体111に接している場合、構体111の振動の一部が、直接、袋体層116に伝わる。また、構体111の熱の一部が、直接、袋体層116に伝わる。
しかし、袋体層は、構体、中間材および内装材から離れていてもよい。また、袋体は、構体、中間材および内装材から離れていてもよい。例えば、構体構造が中間材を備えず、構体と内装材の間に袋体層が配置されている場合、袋体層は構体および内装材から離れていてもよい。この構成では、構体の振動や熱が、構体と内装材の間の空間に存在する空気を介して袋体層に伝わる。また、構体構造が中間材を備え、中間材と内装材の間に袋体層が配置されている場合、袋体層は中間材および内装材から離れていてもよい。この構成では、中間材の振動や熱が、中間材と内装材の間の空間に存在する空気を介して袋体層に伝わる。
さらに、図6および図7に示す中間材212を、例えば、側構体を有する構体構造に用いてもよい。また、図8および図9に示す中間材312および内装材313の少なくとも一方を、側構体を有する構体構造に用いてもよい。さらに、図11に示す中間材512および補助中間材550の少なくとも一方を、側構体を有する構体構造に用いてもよい。
2 屋根構体
3、4 側構体
5 台枠
6 妻構体
7 天井板
8 内部空間
10、100、200、300、500 構体構造
11、111、511 構体
12、212、312、512 中間材
13 内装材
14、15 弾性材
16、17、116 袋体層
40、140、240、340、540 空間
51、151、451 袋体
52、152、452 接続膜
61、161、461 膜
61a 平面部
61b 半球状部
62、162、462 気体
221、321 第1板
222、322 第2板
223、323 第1層
331 第3板
332 第4板
333 第2層
341 第5板
550、560 補助中間材
Claims (13)
- 構体と、
前記構体より鉄道車両の内部空間に近い位置に配置される内装材と、
前記構体と前記内装材との間に配置され、袋状の膜の内部に気体が封入された袋体とを備え、
鉄道車両の外部から前記構体へ侵入してきた音による圧力変動を受けて前記袋体が振動したとき、前記膜において、連続した複数の箇所で、前記膜の厚み方向の微振動が起こることを特徴とする鉄道車両の構体構造。 - 前記膜は、可撓性を有し、
前記膜の内部に、前記気体が充満していることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両の構体構造。 - 前記気体は、空気の分子量より小さい原子量を有する原子又は空気の分子量より小さい分子量を有する分子を主成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記気体は、空気の分子量より大きい原子量を有する原子又は空気の分子量より大きい分子量を有する分子を主成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記気体は、0℃において、空気の熱伝導率より小さい熱伝導率を有する原子又は空気の熱伝導率より小さい熱伝導率を有する分子を主成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記気体は、ヘリウムおよびネオンの少なくとも一方を主成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記気体は、アルゴンを主成分とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記構体と前記内装材との間に、複数の前記袋体が配置され、
複数の前記袋体は、第1気体が封入された少なくとも1つの第1袋体と、前記第1気体と異なる第2気体が封入された少なくとも1つの第2袋体とを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の鉄道車両の構体構造。 - 複数の前記袋体が、前記構体に沿って並んでいることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の鉄道車両の構体構造。
- 前記構体に沿って並んだ複数の前記袋体が接続されてなる袋体層を備え、
前記構体と前記内装材との間に、複数の前記袋体層が前記構体と前記内装材が対向する方向に積層されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の鉄道車両の構体構造。 - 前記構体と前記内装材との間に配置された中間材をさらに備え、
前記内装材と前記中間材との間に前記袋体が配置され、
前記中間材は、
前記構体に沿って延在しているとともに、
金属製の第1板と、金属製の第2板と、前記第1板と前記第2板との間に配置された弾性変形可能な第1層とを有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の鉄道車両の構体構造。 - 前記内装材は、
金属製の第3板と、前記第3板より鉄道車両内の空間に近い位置に配置される金属製の第4板と、前記第3板と前記第4板との間に配置された弾性変形可能な第2層とが積層された積層体と、
前記積層体の厚さより厚い金属製の第5板とを有し、
前記第5板は、前記第4板に重ねられるとともに前記積層体より鉄道車両内の空間に近い位置に配置されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の鉄道車両の構体構造。 - 側構体を含む構体構造、台枠を含む構体構造および屋根構体を含む構体構造の少なくとも1つが、請求項1〜12のいずれか1項に記載の構体構造であることを特徴とする鉄道車両。
Priority Applications (1)
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004317999A (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-11 | Hitachi Ltd | 断熱遮音装置 |
JP2006119228A (ja) * | 2004-10-20 | 2006-05-11 | Hitachi Ltd | 遮音吸音構造 |
JP2006123614A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Hitachi Ltd | 遮音材を有する鉄道車両,遮音材、および遮音材の製造方法 |
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2018
- 2018-04-13 JP JP2018077878A patent/JP2019182307A/ja active Pending
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