JP4235926B2

JP4235926B2 - 鉄道車両の床構造

Info

Publication number: JP4235926B2
Application number: JP13381398A
Authority: JP
Inventors: 賢広沢; 茂幸垂井; 育志岡本
Original assignee: 近畿車輌株式会社
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JPH11321641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両の床構造に関し、特に吸音並びに制振性能の優れた床構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両における従来の床構造は、一般に、図９に断面図を例示するように、台枠１０１から鉛直に立ち上がって頂部を水平に屈曲させた床受１０２を用いるとともに、床板１０３の平面度をだすべく床受１０２の頂部と床板１０３との間にライナー１０４を介在させた状態で、床板１０３を床受１０２の頂部にネジ止めした構造を採っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の鉄道車両の床構造では、下記に示すように様々な騒音の伝達経路からの騒音が客室内に放出されるため、走行時における騒音の低減には限度がある。
すなわち、鉄道車両においては、一般に、台車や床下機器等で発生した振動や騒音は、台枠を振るわす振動源となっている。上記した従来の床構造によると、台枠１０１と床受１０２が剛的に繋がっており、その床受１０２に床板１０３をネジによって固定しているため、床板１０３には台枠１０１の振動が直接伝わり、床板１０３から音として客室内に放出される（１次固体音）。
また、台枠１０１が振動することによって床中に音場が形成され、床板１０３を加振する音圧加振源になり、床板１０３から音として客室内に放出される（２次固体音）。
更に、車外の音が台枠１０１を透過し、床中に侵入した音や、床中に生成した音が床板１０３を透過して客室内の騒音となる（透過音）。
【０００４】
従来、以上の音の伝播経路の違いによる個々の音の低減については考慮されておらず、本発明は、このような伝播経路の違いによる個々の音を有効に低減することができ、全体として客室内の騒音レベルを大幅に低減することのできる鉄道車両の床構造の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための構成を、実施の形態を表す図１を参照しつつ説明すると、本発明の鉄道車両の床構造は、台枠１から上方に突出して床板を支持する床受２が、上板部２１とその両側辺から下方に屈曲して下端が台枠１に固着される両側板部２２ａ，２２ｂを有し、かつ、その両側板部２２ａ，２２ｂには複数の吸音孔２３が形成されているとともに、床板３はその床受２の上板部２１の上面に所定のピッチで配された複数の弾性体（例えば特殊防振ゴム）４を介して当該床受２に連結されていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００６】
ここで、本発明の構成においては、床受２の構造によりその吸音周波数をチューニングすることができ、請求項２に係る発明においては、吸音孔２３の径並びに配列ピッチを含む床受２の構造に基づき、その吸音周波数を特定周波数にチューニングしていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明においては、床受２の上板部２１と両側板部２２ａ，２２ｂによって囲まれた空間内に吸音材６を充填することが好ましい（請求項３）。
【０００８】
本発明は、前記した騒音の伝播経路の違いによる音の種類ごとに低減することにより、全体としての床上（客室内）の騒音を低減しようとするものである。
すなわち、１次固体音については、床板３と床受２を、これらの間に一定の間隔で配置した複数の弾性体で連結することにより、床受２から床板３へ直接伝わる固体伝播振動を吸収し、床板３への振動伝達を低減する。
また、２次固体音および透過音については、床中で生成され、あるいは外部から床中に侵入した音により床板３が加振されるのであるが、この振動源となる音を、両側板部２２ａ，２２ｂに吸音孔２３を備えた床受２によって吸音し、床中の騒音を低減する。
【０００９】
この本発明における床受２による吸音構造は、床受２にヘルムホルツのレゾネータ理論を応用した共鳴吸音構造としている。このレゾネータ理論を活用して卓越した周波数の音圧レベルを下げることによって、全体の音を低減させる効果を得ようとするものである。本発明における共鳴吸音構造では、床受の鉛直部分を図９に示した従来の１枚構造から、上板部２１を両側板部２２ａ，２２ｂで支持する構造に変更して床受２内で空気層を作りだし、その両側板部２２ａ，２２ｂに吸音孔２３を設ける。これにより、床内で生成し、あるいは床内に侵入した音が空気層に入射し、空気の粘性と床受２に対する摩擦によって熱となって吸収され、加振源となる音圧エネルギが低減される。その結果、床板３を振動させ客室内に放出される音（２次固体音）および床板３から客室内に透過する音（透過音）を低減させることができる。
【００１０】
この床受２の両側板部２２ａ，２２ｂに設ける吸音孔２３による吸音周波数のチューニングは、音速をｃ、板厚をｔ、背後空気層厚をＬ、吸音孔開口率をＰ、吸音孔径をｄとすると、
【数１】

の計算式で求められる。ここで、（１）における吸音開口率Ｐは、吸音孔の配列ピッチをＤとすると、
【数２】

である。
従って、床受２による吸音周波数を、２次固体音および透過音において卓越すであろう周波数に一致するようにチューニングしておくことにより、これらの伝達経路から客室内に放出される騒音を有効に低減させることができる。
【００１１】
一方、１次固体音の低減は、床板３と床受２の間に振動の運動エネルギを効率的に熱エネルギに変換して振動の抑制を図るべく、特殊防振ゴム等の弾性体４を介して床板３を一定間隔で支持する。すなわち、振動源からの固体伝播振動を小さな面積で受け、弾性体４でその振動を吸収して床板３へ伝わる振動を低減させる。ここで、弾性体４による床板３の支持面積は、熱エネルギ変換を大きくとることと、振動伝播経路を小さくすること、および軽量化を図ることの相反する要素のバランスがうまく採れるように考慮している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る鉄道車両の床構造の実施の形態を表す図であり、（Ａ）は要部の縦断面図であり、（Ｂ）はその右側面図である。
台枠１の上面に床受２が固定され、アルミハニカムパネル３１および表面材３２からなる床板３はその上方に特殊防振ゴム４を介して支持されている。
床受２は、上板部２１と、その両側辺から下方に直角に屈曲して下端が台枠１に固着された両側板部２２ａ，２２ｂからなり、それぞれの側板部２２ａ，２２ｂには複数の吸音孔２３が一定の間隔のもとに形成されている。
【００１３】
吸音孔２３は、前記した（１）式に基づき、吸音周波数が所望周波数となるように、側板部２２ａ，２２ｂの板厚ｔ、背後空気層厚Ｌとの関連において、その直径ｄ並びにピッチＤが定められている。なお、この吸音孔２３は、床受２の軽量化のためにも機能するため、図２０に示した従来構造に比して、本発明の実施の形態の採用による重量増は１両当たり３ｋｇ程度の微増に止まっている。
特殊防振ゴム４は、その下面にゴム座４１が設けられており、そのゴム座４１を介して床受２の上板部２１に対して接着剤もしくはネジ止めにより固定されている。この特殊防振ゴム４は、図１において１個のみ示されているが、実際には床受２の長手方向に所定のピッチで複数個固定されており、その配列ピッチは、床材３のアルミハニカムパネル３１の取付ネジピッチに一致させている。
特殊防振ゴム４の上面には、雌ネジが形成されてなるネジ座４２が設けられており、床材３のアルミハニカムパネル３１はそのネジ座４２に対してネジ５により固定されている。
【００１４】
また、床受２の上板部２１と両側板部２２ａ，２２ｂで囲まれた空間内には、例えばグラスウール等の吸音材６が充填されている。
ここで、吸音材６は特になくても吸音効果はあるが、従来より断熱材としてグラスウールが台枠１の上に配置されており、それを床受２の空間に埋めるだけで吸音効果が向上するため、特に重量増の要因とはならず、また、コスト増にも繋がらない。
【００１５】
次に、以上の床構造を５窓分のモックアップを用いて実際に騒音・振動テストを行い、吸音効果と制振効果について調査した結果について述べる。ここで、床受２の吸音孔２３による吸音周波数は８００Ｈｚにチューニングした。また、特殊防振ゴム４としては、周波数に依存することなく高い損失係数を保つものを用いた。図２にその損失係数特性を示すが、この図２のグラフに示す周波数以上でも損失係数が落ち込むことがなく、また、耐久性にも優れているものを用いた。更に、この特殊防振ゴムは、図１に示した構造において、鉄道車両用材料燃焼試験にて不燃性に適合（試験番号８─４２３ｋ）しており、鉄道車両においても安全に使用できるものである。
【００１６】
また、各試験において、後述する各測定結果を示すグラフでは、黒色のドットで従来例を、白色のドットで本発明の実施の形態の測定値を表している。
さて、試験は５窓分のモックアップを用い、現車２７０ｋｍ／ｈ明かり区間走行での床の振動・騒音測定結果を模擬再現し、各試験において図３に示す床中央部ａにおける振動と、車内中央部Ｈにおける騒音を測定した。
試験装置は、図４に示すように、モックアップＭの床下に加振器Ｐを取り付けるとともに、床下、側方および斜め上方にスピーカＳを配置し、モックアップＭの側面および上面にボードスピーカＢＳを取り付け、以下に示すようにそのうちの適宜のものを駆動した。
【００１７】
まず、吸音効果を調査するため、モックアップＭの床下のスピーカＳのみを駆動して音響加振テストを行った。その結果を図５にグラフで示す。これらのグラフから明らかなように、８００Ｈｚのチューニング周波数に対し、車内中央騒音ではオールパスで６．６ｄＢ（Ａ）、床中央振動ではオールパスで７．０ｄＢの低減が確認された。
【００１８】
次に、制振効果を調査するために、図４における床下の加振器Ｐのみを駆動して、固体加振テストを行った。その結果を図６にグラフで示す。これらのグラフから明らかなように、車内中央騒音はオールパスで９．０ｄＢ（Ａ）、床中央振動ではオールパスで６．２ｄＢの低減が確認された。
【００１９】
以上の試験により、１次固体音、２次固体音、透過音について効果があることが確かめられたが、実車走行には床下のそれぞれの音が合わさって発生、侵入するため、図４に示す試験装置において、床下の加振器ＰおよびスピーカＳを駆動して、床下のみにおいて固体加振および音響加振を同時に行い、特殊防振ゴム４の持つ高い損失係数と、床受２の吸音孔２３による振動・騒音レベルの低減効果を確認した。その結果を図７にグラフで示す。これらのグラフから明らかなように、車内中央騒音はオールパスで７．０ｄＢ（Ａ）、床中央振動ではオールパスで５．４ｄＢの低減が確認された。
【００２０】
更に、図４に示す試験装置の全ての加振器Ｐ、スピーカＳおよびボードスピーカＢＳを駆動し、屋根、側、床の車体全体を加振し、現車２７０ｋｍ／ｈ走行をそっくり再現し、振動・騒音レベルの低減効果について調査した。調査結果を図８にグラフで示す。床振動については、床全体加振の結果（図７）とほぼ同等の傾向を示し、特殊防振ゴム４の制振効果が見られた。車内中央騒音については、側、天井からの加振が加わる分、騒音レベルの低減効果が小さくなるものの、車内中央騒音はオールパスで５．０ｄＢ（Ａ）、床中央振動ではオールパスで５．３ｄＢの低減が確認された。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、床受として上板部とその両側辺から屈曲して下方に伸びる両側板部を備え、かつ、その両側板部には複数の吸音孔を形成したものを採用することにより、上板部と両側板部で囲まれた空間を吸音構造とし、重量増を可及的に少なくしながら２次固体音や透過音を大幅に低減するとともに、床受と床板との間に所定の間隔を開けて弾性体を介在させることにより、振動源である台車や床下機器からの固体伝播振動を小さな面積で受けてこれを弾性体によって吸収して１次固定音を低減することができ、車両構造内を伝播する音や振動に対して広い周波数帯域で大きな減衰性能を発揮することができる。その結果、高速車両・通勤型車両を問わず適用して、客室内の騒音や振動を大幅に低減することが可能となる。
【００２２】
また、本発明における床受の構造は、吸音孔の径やピッチ等の選定により吸音周波数をチューニングすることが可能であり、従ってその吸音周波数を予想される卓越周波数に合致させておくことにより、吸音効果はより向上する。そして、本発明における床受は、多数の吸音孔を設けることによって床受自体の重量が軽減され、吸音効果が高くしかも従来に比して殆ど重量増となることはない。
更に、床受上に一定の間隔を開けて配置した複数の弾性体を介して床板を支持している構成の採用により、床下からの振動伝播を抑制すると同時に、床受上に一様に弾性体を配置する場合に比して車体重量を軽減できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を表す図で、（Ａ）は腰部の縦断面図であり、（Ｂ）はその右側面図である。
【図２】本発明の実施の形態で用いた特殊防振ゴム４の損失係数を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の騒音・振動テストにおける騒音並びに振動の測定位置の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の騒音・振動テストで用いた試験装置の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態の床下からの音響加振テスト時の車内中央部における騒音測定結果（Ａ）と床中央部における振動測定結果（Ｂ）を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態の固体加振テスト時の車内中央部における騒音測定結果（Ａ）と床中央部における振動測定結果（Ｂ）を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態の床下からの音響加振＋固体加振テスト時の車内中央部における騒音測定結果（Ａ）と床中央部における振動測定結果（Ｂ）を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態の車体全体加振テスト時における車内中央部における騒音測定結果（Ａ）と床中央部における振動測定結果（Ｂ）を示すグラフである。
【図９】従来の鉄道車両における床構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１台枠
２床受
２１上板部
２２ａ，２２ｂ側板部
２３吸音孔
３床板
３１アルミハニカムパネル
３２表面材
４弾性体（特殊防振ゴム）
４１ゴム座
４２ネジ座
５ネジ
６吸音材

Claims

台枠から上方に突出して床板を支持する床受が、上板部とその両側辺から下方に屈曲して下端が台枠に固着される両側板部を有し、かつ、その両側板部には複数の吸音孔が形成されているとともに、床板はその床受の上板部の上面に所定のピッチで配された複数の弾性体を介して当該床受に連結されていることを特徴とする鉄道車両の床構造。
上記床受の吸音周波数が、上記吸音孔の径並びに配列ピッチを含む当該床受の構造に基づいて特定周波数にチューニングされていることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両の床構造。
上記床受の上板部と両側板部によって囲まれた空間内に吸音材が充填されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の鉄道車両の床構造。