JP4317554B2 - 高速鉄道車両用吸音パネル - Google Patents

Description

本発明は、高速鉄道車両の車体下部の騒音を吸収するのに適する車両用吸音パネルに関するものである。

例えば新幹線などの高速鉄道車両においては、騒音レベルが所定の環境基準を下回るように種々の防音対策が施されている。
ますます高速化される傾向にある鉄道車両の騒音は、線路の両側方へ設置した防音壁による防音対策のみでは不十分であるため、以下例示するようにいくつかの防音手段が提案されている。

その第１は、車体取付部へＣ形チャンネル状のスペーサを平行に設置し、当該スペーサ
へ発泡アルミ等の多孔質吸音材を取り付けて前記車両取付部と多孔質吸音材との間に空気層を形成し、前記吸音材の台車側面に表面を布で覆ったパンチングメタル又は表面起毛加工したパンチングメタルを取り付けた防音構造である（後記特許文献１参照）。
この防音構造は、多孔質吸音材の表面の布又は起毛により空力音（車体と空気との摩擦による騒音）の発生を抑制し、前記空気層の共振と多孔質吸音材による吸音とで騒音を低減させる。

その第２は、短繊維をマット状に成形した多孔質吸音材と、当該多孔質吸音材の一方の面に接着されたハニカムコアと、当該ハニカムコアの各セルへ充填された発泡樹脂からなる充填材と、前記ハニカムコアの前記多孔質吸音材が接着されている側の反対側に接着された板材とを具備し、前記多孔質吸音材を表側にして鉄道車両の車体下部に装着される吸音パネルである（後記特許文献２参照）。
この吸音パネルは、前記ハニカムコア各セル内の発泡樹脂からなる充填材と多孔質吸音材との組み合わせにより広い周波数帯の騒音を吸収させるとともに、前記ハニカムコアにより剛性と強度を高め、車両のトンネルへの出入りの際の気圧変動等によるパネルの変形を防止したものである。

前記第１の従来技術によれば、空力音の発生を抑制することはできるが、中・高周波数帯を除く低周波数領域の騒音の吸音率が低い。
また、吸音率を高めるためには前記空気層の厚み（車体取付部と多孔質吸音材との間隔）を大きくする必要があるが、空気層の厚みを増大させると車両の床下機器の設置空間を狭くするという問題がある。
さらに、車両がトンネルに出入りする際の気圧変動による防音構造部の変形を防止するためには前記スペーサ相互の間隔を狭くする必要があるが、その間隔を狭くすると吸音性能の低下させるとともに重量が増大する。

前記第２の従来技術によれば、５００〜２０００Ｈｚといった広い周波数域の騒音を吸収できるが、前記ハニカムコアは所定形状に加工した薄板材を接合して製造されるものであるので、製造コストが増大する。
また、多孔質吸音材の層とハニカムコアとは二層になっているのでその分厚みが大きくなり易い。
特開２００２−０６７９４１号公報 特開２００５−２４７２３５号公報

本発明の課題は、高周波数帯と低周波数帯を含めた広い周波数帯の騒音を吸音することができる車両用吸音パネルの強度，軽量化及び製造コストの改善にあり、その目的とするところは、吸音特性が優れ、より軽量で強度が高くかつより廉価で製造することができる車両用吸音パネルを提供することにある。

本発明に係る高速鉄道車両用吸音パネルは、第１に高速鉄道車両（５）の車体下部に設置される吸音パネルであって、多孔板からなる正面板（１）と、当該正面板（１）の裏面へ所定の間隔に配置された中空の骨格部材（２）と、前記骨格部材（２）相互の間に配置された多孔質吸音材（３）と、前記骨格部材（２）を介して前記正面板（１）と相対するように配置された背面壁（４）とを具備し、前記骨格部材（２）の全部又は一部が共鳴吸音体（２ａ）を構成し、前記共鳴吸音体（２ａ）を構成している骨格部材（２）の吸音孔（２１）は当該部分の多孔質吸音材（３）へ向けて形成されており、前記骨格部材（２）の少なくとも前記吸音孔（２１）が形成されている部分においては、当該吸音孔（２１）と当該部分の多孔質吸音材（３）との間に空間（ｂ）が形成されていることを特徴としている。
第２に前記骨格部材（２）はＡｌ又はＡｌ合金の押出形材であることを特徴としている。
第３に前記正面板（１）は開口率が２０％以上であることを特徴としている。
第４に前記多孔質吸音材（３）は撥水性を有することを特徴としている。
第５に前記多孔質吸音材（３）は撥水性を有するガラスクロス（３０）で被覆されていることを特徴としている。

本発明に係る車両用吸音パネルによれば、これを鉄道車両の車体下部へ正面板が外側に面する状態に取り付けて使用する際、中・高周波数帯の騒音は前記多孔質吸音材により吸音され、低周波数帯の騒音は共鳴吸音体を構成する中空の骨格部材により吸音されるので、広い周波数領域の騒音を吸音することができる。
前記骨格部材は中空であるとともにその全部又は一部は共鳴吸音体を構成していて、当該共鳴吸音体は強度メンバーを兼ねているので、より軽量・薄型でかつ十分な強度を有する。

第１実施形態
図１は本発明に係る車両用吸音パネルの第１実施形態を示す分解斜視図である。
多孔板からなる正面板１の裏面には、連結部材２３により所定の間隔で平行に位置するように互いに連結された中空の骨格部材２が取り付けられ、前記骨格部材２相互の間には多孔質吸音材３がそれぞれ配置されている。
前記各骨格部材２の背面側には、板状の背面壁４が前記正面板１と平行するように取り付けられ、前記骨格部材２の全部又は一部は共鳴吸音体２ａを構成している。

この実施形態において、正面板１は５００×１０００ｍｍ，肉厚１ｍｍのＡｌ又はＡｌ合金（以下「Ａｌ合金等」と言う。）からなり、開孔率２０％以上となるようにφ１．５の小孔が３ｍｍピッチで千鳥状に形成されている。
連結部材２３は断面が４×１５ｍｍ程度のＡｌ合金等の板であり、この実施形態では縦方向へ等間隔に四本配置されている。

各骨格部材２には接合部が形成されないように４０×２０ｍｍ，肉厚２ｍｍ程度のＡｌ合金等の押出形材が用いられているが、一枚の板を曲げ加工して中空状に接合した場合には当該接合部を密閉状態とする必要がある。
この実施形態では、骨格部材２の全部が共鳴吸音体２ａを構成しているため、各骨格部材２の両端部はそれぞれ溶接，接着，ろう付け，はんだ付け，ビス止め＋シーリングその他の適当な手段により取り付けられた蓋２０により密閉され、各骨格部材２には当該位置の多孔質吸音材３へ面し、かつ共鳴吸音が最適となるような位置に、例えばφ５程度の吸音孔２１が形成されている。
正面板１，連結部材２３と各骨格部材２は図示しないリベットにより接合されている。

多孔質吸音材３には、密度３２ｋｇ／ｍ^３，２２５×５００ｍｍ，厚み４０ｍｍ程度に形成されたグラスウールが用いられ、それぞれ隣合う骨格部材２相互の間に挿入されている。
背面板４は肉厚１ｍｍのＡｌ合金等の板であり、骨格部材２と直交する辺（図の上下の辺）に正面方向へほぼ直角に屈折したカバー板４０が加工してあり、適当な手段で背面側と上下の辺面をカバーするように取り付けられている。
以上の構成により、正面側からの音が固定吸音構造体の上下左右の四辺面や背面から漏出しないようになっている。

第１実施形態の車両用吸音パネルａは、例えば図６で示すように、鉄道車両５の車体下部５０において設置された各床下機器５１の外側に位置し、かつ正面板が外側に面する状態に設置される。
この設置状態において、正面板１を通過した中・高周波数領域の音は多孔質吸音材３により直接吸音され、低周波数領域の音は中空の骨格部材２を兼ねる共鳴吸音体２ａにより共鳴吸音されるため、広い周波数範囲で吸音性能を発揮する。

多孔質吸音材３と共鳴吸音体２ａは吸音パネルａの厚み方向へ二層になっていない構成であることと、中空の骨格部材２の全部又は一部が共鳴吸音体２ａと強度メンバーとを兼ねていることにより、より薄型・軽量かつ高強度の車両用吸音パネルを提供することができる。したがって、図６の床下機器５１の設置空間を制約する度合いは小さく、かつ、車両のトンネルへの出入りの際の気圧変動等によるパネルの変形がよく防止される。
共鳴吸音体２ａはＡｌ合金等の押出形材を用いることにより、その組立工程を極めて簡略化できるのでパネルの製造コストが大幅に低減される。

第２実施形態
図２は本発明に係る車両用吸音パネルの第２実施形態を示す部分斜視図である。
この実施形態では、共鳴吸音体２ａを構成する骨格部材２の吸音孔２１の近傍対称位置へ高さ１０ｍｍ以上のスペーサ２２，２２を溶接，接着，リベット止め，ビス止め＋シーリングその他適当な手段により取り付け、図示しない当該位置の多孔質吸音材と吸音孔２１との間に空間ｂを形成している。
吸音孔２１の前に前記空間ｂを形成したことにより、吸音孔２１が塞がれないので低周波数帯の音の吸音が促進され、共鳴吸音性能をより向上させることができる。スペーサ２２の高さは、吸音性能上１０ｍｍ以上であるのが好ましい。
この実施形態の車両用吸音パネルにおける他の構成や作用効果は、第１実施形態のものと同様なのでそれらの説明は省略する。

第３実施形態
第３実施形態の吸音パネルは、図３で示すように多孔質吸音材３を撥水性のガラスクロス３０で被覆することにより、多孔質吸音材３の雨水その他の水による濡れや含水を防ぎ、直接吸音の低下を防止している。
この実施形態においては、多孔質吸音材３にも撥水性を有するグラスウール等を用いるのが、前記効果をさらに高める意味で好ましい。

第４実施形態
図４は骨格部材の変形形態を示す部分斜視図であって、骨格部材２の強度の向上と共鳴吸音体２ａの増加による共鳴吸音性能の向上のため、骨格部材２へ複数のホロー部を形成し、各ホロー部に吸音孔２１を形成して各ホロー部をそれぞれ共鳴吸音体２ａとしたものである。
この実施形態の他の構成や作用効果は、第１実施形態のものと同様であるのでそれらの説明は省略する。

第５実施形態
図５は本発明に係る車両用吸音パネルの第５実施形態を示す部分斜視図であって、骨格部材２相互を連結する各連結部材２３は、隣合う骨格部材２相互の間隔と同じ長さを有するスペーサを兼ねたＡｌ合金等の板状部材である。各連結部材２３は各骨格部材２から正面側に突出しないように配置され、それらの両端は対応する各骨格部材２と接合されている。
正面板１は、各骨格部材２へ固定されるか又は各骨格部材２及び各連結部材２３へ固定される。
このように構成すると、正面板１と各骨格部材２との間に隙間が生じないため、吸音パネルの厚を抑制し得るほか、正面板１を安定的に保持することができる。

その他の実施形態
正面板１の肉厚が厚くそれ自体に十分な強度がある場合には、正面板１に連結部材２３を兼ねさせ、当該正面板１へ骨格部材２を溶接又はリベット止めにより固定しても実施することができる。
中空の骨格部材２には四角筒状のものを使用したが、骨格部材２の中空形状は四角形以外の断面形状でも実施することができる。

多孔質吸音材３には、ガラスウール以外にロックウール，ウレタン発泡体を用いることができるほか、Ａｌ合金等その他の金属繊維を燒結したものや発泡Ａｌなどの金属製の多孔質吸音材を使用することができる。
共鳴吸音体２ａを構成する骨格部材２の吸音孔２１は、雨水その他の水が入るのを防止する点では前記のように多孔質吸音材３へ面する部分に形成することが好ましいが、吸音性能上は音が到達する構成であれば他の面（例えば正面側）に形成されていても差し支えない。

本発明は前記のように車両用吸音パネルに関するものであるが、固定防音壁や固定防音壁用吸音パネルその他の固定吸音構造体も同様に構成することができる。
固定吸音構造体を構成する場合には、正面板１には前記のような多孔板のほかに、ラス板その他の網板を使用することができる。また、正面板１にはそれらのほかに、Ａｌ合金等の繊維その他の金属繊維を燒結して例えば圧延等により圧縮した金属繊維燒結板を用いることができる。正面板１に金属繊維燒結板を用いることにより、音が正面板１を透過する際の抵抗を増大させて直接吸音の性能をさらに向上させることができる。

本発明に係る車両用吸音パネルの第１実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係る車両用吸音パネルの第２実施形態を示す部分斜視図である。 多孔質吸音材の変形形態（第３実施形態）を示す部分断面図である。 共鳴吸音体を構成する骨格部材の変形形態（第４実施形態）を示す部分斜視図である。 本発明に係る車両用吸音パネルの第５実施形態を示す部分斜視図である。 本発明に係る車両用吸音パネルの車両への取付状態の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 正面板
２ 骨格部材
２ａ 共鳴吸音体
２０ 蓋
２１ 吸音孔
２２ スペーサ
２３ 連結部材
３ 多孔質吸音材
３０ ガラスクロス
４ 背面壁
ａ 車両用吸音パネル
ｂ 空間

Claims (5)

1. 高速鉄道車両（５）の車体下部に設置される吸音パネルであって、多孔板からなる正面板（１）と、当該正面板（１）の裏面へ所定の間隔に配置された中空の骨格部材（２）と、前記骨格部材（２）相互の間に配置された多孔質吸音材（３）と、前記骨格部材（２）を介して前記正面板（１）と相対するように配置された背面壁（４）とを具備し、前記骨格部材（２）の全部又は一部が共鳴吸音体（２ａ）を構成し、前記共鳴吸音体（２ａ）を構成している骨格部材（２）の吸音孔（２１）は当該部分の多孔質吸音材（３）へ向けて形成されており、前記骨格部材（２）の少なくとも前記吸音孔（２１）が形成されている部分においては、当該吸音孔（２１）と当該部分の多孔質吸音材（３）との間に空間（ｂ）が形成されていることを特徴とする高速鉄道車両用吸音パネル。
2. 前記骨格部材（２）はＡｌ又はＡｌ合金の押出形材である、請求項１に記載の高速鉄道車両用吸音パネル。
3. 前記正面板（１）は開口率が２０％以上である、請求項１又は２のいずれかに記載の高速鉄道車両用吸音パネル。
4. 前記多孔質吸音材（３）は撥水性を有する、請求項１，２又は３のいずれかに記載の高速鉄道車両用吸音パネル。
5. 前記多孔質吸音材（３）は撥水性を有するガラスクロス（３０）で被覆されている、請求項１，２，３又は４のいずれかに記載の高速鉄道車両用吸音パネル。

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