JP7460560B2 - 鉄道車両の内装構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体の内部に形成された車内空間を構成する内装構造に関するものである。

新幹線（登録商標）に代表される高速鉄道車両では、高速化あるいは動力の高出力化に伴い、新幹線に限らず高速鉄道車両（以下、鉄道車両と記す）の車体の内部に形成された車内空間の騒音が増大し、乗客の快適性悪化が懸念されている。こうした、車内騒音の増大を抑制する対策が数々講じられており、この対策技術として特許文献１と特許文献２が開示されている。

特許文献１には、鉄道車両の客室を構成する内装構造において、内装構造の長手方向一方の端部が開放されている筒状の形を有し、筒状の端部には空間が備えられた鉄道車両が開示されている。この鉄道車両の内装構造は、車内騒音のうち、特定の周波数の音の低減を目的に、筒状の端部に備えられた空間に入射する音と空間内に入射し反射され入射側に戻ってきた音との干渉により、特定の周波数の音を低減するものである。

特許文献２には、建築物などの室内空間を構成する天井や壁面において、繊維系吸音層の上面に開口を有する遮音板を積層させた吸音パネルが開示されている。この吸音パネルは、遮音板の開口を通過し遮音板の背後に入射する音を繊維系吸音層で吸音することにより、室内空間の騒音を低減するものである。

特開２０１９－４３３４１号公報 特開２０１３－１８１３８１号公報

特許文献１に開示される鉄道車両及びその内装構造が効果的に客室の騒音を低減できる条件は、音の波長をλとすると１／４λが成立する場合である。筒状内に吸音材を封入することにより、広帯域で騒音を低減できるものの、その騒音の低減が期待できる範囲の最低周波数は１／４λである。音の周波数は波長の逆数に比例するため、より低周波数の騒音を低減するためには筒を長くする必要があるが、筒を長くすると客室空間を狭めることになる。

また、吸音に機能するのは筒状の端部である。この端部の面積は客室の表面積に対して小さいため、個々の筒では吸音に有効な周波数は上述で定義できるものの、客室騒音に対する効果は限定的である。広帯域にわたって客室騒音が高い鉄道車両やその走行条件（速度など）も多数存在するため、吸音に有効な面積の確保、客室空間の確保、及び広帯域での客室騒音の低減が課題である。

特許文献２に開示される吸音パネルは、上層の遮音板の開口と遮音板の背後に備えられた繊維系吸音層により、室内空間の音を吸音する。この吸音パネルを有効に機能するためには空間の天井や壁面に設置する必要があるが、この設置によって空間は狭くなる。この吸音パネルを鉄道車両の内装構造に適用した場合、鉄道車両の車体には、客室空間の空調を制御するための空調装置と連結する空調用ダクト、行先表示器など多数の機器類が備えられている。

これらの機器類を避けて吸音パネルを設置することで、客室空間が狭くなり、また吸音パネルと機器類を個別に車体へ設置する必要がある。そのため、内装構造の車体への取り付け作業に要する製作工数が増大する懸念がある。よって、客室騒音の低減や客室空間の確保、及び製作工数の低減などに関して解決すべき課題がある。

本発明の課題は、鉄道車両の車内空間（例えば、客室）の騒音を効果的に低減するとともに、内装構造の車体への取り付け作業やメンテナンスに要する製作工数を低減でき、かつ客室空間の確保と快適性向上が可能である鉄道車両の内装構造を提供することである。

上記の課題は、鉄道車両の車体の内部に形成された乗客が滞在可能な空間を構成する内装構造において、車体から内部の空間側に沿って所定の間隔をもつ層を設けて備えた少なくとも１以上の開口部を有する板材と、車体の内部の空間側の表面には層を分断するように板材につなぐ支持材と、支持材によって分断された層の内部の少なくとも１つは繊維質の吸音材からなる吸音ユニットと、で構成される鉄道車両の内装構造によって解決できる。

本発明によれば、車内空間に伝わる騒音に対する低減効果を高めることと、車内空間の確保と、を両立させ易く、快適性を向上した鉄道車両の内装構造を提供することができる。さらに、実施形態によっては、内装構造の車体への取り付け作業やメンテナンスに要する製作工数を低減させることもできる。

鉄道車両の長手方向に直交する断面図（以下、「鉄道車両の車幅方向断面図」ともいう）である。 鉄道車両の車幅方向断面図において、車外音が車内へ伝搬する経路を示す断面模式図である。 本発明の実施形態に係る吸音ユニットの車体長手方向の断面図（以下、「吸音ユニットの長手方向断面図」ともいう）である。 本発明の実施形態に係る吸音ユニットの車体長手方向に直行する断面図（以下、「吸音ユニットの車幅方向断面図」ともいう）である。 吸音ユニットを構成する板材の模式図である。 吸音ユニットの一部を構成する板材と支持材との締結に関する具体例を示した長手方向断面図である。 吸音ユニットの車幅方向断面図である。 吸音ユニットを構成する層の模式図である。 吸音ユニットを鉄道車両の車内空間から見た模式図である。 吸音ユニット内に封入される繊維質吸音材の残響室法吸音率の測定結果を示すグラフである。 吸音ユニットを鉄道車両の天井に設置したときの車内空間の音圧レベル低減量を示すグラフである。 吸音ユニットと鉄道車両の構体との締結に関する具体例を示した車幅方向断面図である。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は、鉄道車両の車幅方向断面図である。ここで例示する鉄道車両は客車であり、そのための内装構造を備える。鉄道車両１００は、車体２０と、車体２０を支持する台車２１と、からなる。車体２０は、床面をなす台枠４と、台枠４の車幅方向の両端部に立設される側構体５と、台枠２１の車体長手方向に立設される妻構体（図示せず）と、側構体５及び妻構体（図示せず）の上端部に載置される屋根構体６と、から構成される。台枠４の上面には、座席等が載置される上床７が備えられる。

側構体５には、窓や乗客等の乗降に供される側引き戸（図示せず）などが備えられる。また、妻構体（図示せず）と平行に妻仕切り壁８が備えられ、これにより側引き戸（図示せず）が設置されるデッキ部（図示せず）と、座席（図示せず）のある客室部が区画される。妻仕切り壁８には妻仕切り壁引き戸９が備えられる。図２は、鉄道車両の車幅方向断面図において、車外音が車内へ伝搬する経路を示す断面模式図である。

鉄道車両１００の乗客が滞在する車内空間１０（客室、デッキ部）で観測される騒音は、固体伝搬音３０と空気伝搬音３１に分けられる。鉄道車両１００の車体２０は、中心ピン２２（台車２１の旋回中心となる部位）や、牽引装置（台車２１の駆動力及びブレーキ力を車体２０へ伝える部位、図示せず）や、ヨーダンパ（図示せず）の車外側の取り付け部（台車２１の水平面内での振動を抑制する部位）を介して、台車２１と接続している。

固体伝搬音３０は、台車２１の振動が中心ピン２２や牽引装置（図示せず）等に伝搬し、振動が伝搬されたこれらの部位が車体２０を構成する台枠４を加振する結果、台枠４の表面等から車内空間１０に音として放射される音である。

一方、空気伝搬音３１は、車輪２３がレール（図示せず）の上を転がることで発生する転動音３２や、車体２０周りの空力音３３等が車体２０の各部を透過して車内の空間１０へ伝搬する音である。空気伝搬音３１のうち、転動音３２は車体２０周りの車外空間１１に放射され、その一部が車体２０を透過して車内空間１０へ伝搬する。

さらに、鉄道車両１００の周囲を流れる空気の流速は、高速で走行すると増大するため、車体２０の表面及び車体２０の床下に備えられる床下機器（図示せず）の周囲を流れる空気のはく離や渦に起因する空力音３３も増大する。

鉄道車両１００は高速になるほど、固体伝搬音３０と空気伝搬音３１はともに増大し車内空間１０の騒音は増大する。鉄道車両１００の走行速度と固体伝搬音３０及び空気伝搬音３１の関係性について、固体伝搬音３０は一般に鉄道車両１００の走行速度の２乗から３乗に比例し、空気伝搬音３１は一般に鉄道車両１００の走行速度の５乗から７乗に比例する。

そのため、鉄道車両１００の高速化に伴い車内空間１０の騒音で主たる音源は空気伝搬音３１である。特に、新幹線（登録商標）のような高速鉄道車両における車内空間１０の騒音低減には、空気伝搬音３１の低減と、車内空間１０の騒音の吸音が必要である。吸音ユニット２００は、上記の車内空間１０の騒音低減における課題を解決するものである。

図３は、吸音ユニット２００の長手方向断面図である。図４は、吸音ユニット２００の車幅方向断面図である。吸音ユニット２００は、車体２０の車内空間１０側に備えられる板材４１と、板材４１の車体２０側に備えられ、かつ車体２０と所定の間隔をもつ層４０ｂを隔てて備えられる遮音板４２と、板材４１と遮音板４２との間に所定の間隔をもつ層４０ａと、層４０ａを分断するように板材４１と遮音板４２とをつなぐ支持材４３ａ、４３ｂ（まとめて４３）から構成される。

板材４１は、開口部４１ａ、４１ｂと、非開口部４１ｐ、４１ｑを備え、かつ車内空間１０側に備えられる。層４０ａと層４０ｂは、空気以外に、繊維質の吸音材４４や各種機器及びダクトなどで構成される。以下、各構成の詳細について説明する。

[板材]
板材４１は、遮音板４２との間に所定の間隔を設けて備えられた層４０ａの車内空間１０側に配置されており、車内空間１０側から層４０ａに対して音を入射させるための開口部４１ａ、４１ｂと反射させるための非開口部４１ｐ、４１ｑを備えている。

板材４１を形成する開口部４１ａ、４１ｂと非開口部４１ｐ、４１ｑの機能について、図４を用いて説明する。車内空間１０には音が存在する。板材４１の開口部４１ａ、４１ｂから層に向かって入射した音は、遮音板４２により反射し再び層４０ａを伝搬し車内空間１０側へ伝搬する。その伝搬する音の一部は板材４１の非開口部４１ｐ、４１ｑにより反射し、再び層４０ａを伝搬する。

このように、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂへ入射した音は、板材４１の非開口部４１ｐ、４１ｑによって遮音される。つまり、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂへ入射した音の一部のみが車内空間１０に戻るため、入射した音のエネルギに対して戻ってきた音のエネルギが小さくなり、車内空間１０の騒音は低減する。

板材４１としては、板状又は棒状又はシート状であり、かつ層４０ａが空気で構成される繊維質吸音材４４等が封入された場合には、その繊維質吸音材４４を支持できる剛性を有しており、かつ音を反射できる材質であれば特に限定されず、各種の無機系板材や有機系板材を使用できる。

無機系板材としては、例えば、金属ボード（例えば、アルミニウム板、ステンレススチール、鋼板、鉄板など）、ガラスボード、石膏ボードなどが挙げられる。有機系板材としては、例えば、木質系ボード[例えば、天然木、無垢材、合板（積層木質ボード）など]、木質繊維系ボード（例えば、パーティクルボード、中密度繊維板、ハードボード、インシュレーションボード、アクリル樹脂ボードなど）、合成樹脂ボード（例えば、ポリカーボネートボード、繊維強化プラスチックボード、ポリエチレンボードなど）などが挙げられる。

これらの板材は、用途に応じて選択できる。例えば、軽量性が要求される用途では、合板などの木質系ボードや、アルミニウムなどの軽量金属ボードなどが適している。透過性が要求される用途では、ガラスボードやアクリル樹脂ボードなどが適している。その他、意匠性なども勘案し、板材の材質を適宜選択することができる。

板材４１の厚さは、板材４１の材質に応じて選択できるが、車内空間１０の音が板材４１の開口部４１ａ、４１ｂに入射して、再び車内空間１０へ戻るとき、非開口部により反射することができれば、その厚さは例えば０．１ｍｍであってもよい。

ただし、板材４１の厚さが小さすぎると板材４１の剛性が小さくなり、その結果、撓むなどの支障が生じる恐れがあり、一方で板材４１の厚さが大きすぎると軽量性が悪化する。そのため、板材４１の厚さは概ね５ｍｍから１５ｍｍ程度が望ましい。

開口部４１ａ、４１ｂの大きさは、車内空間１０から板材４１に入射する音の一部を透過させ、また透過した音が層４０ａを伝搬し板材４１で反射して再び層４０ａを伝搬し板材４１に入射する音の一部を非開口部４１ｐ、４１ｑで反射するために、また、層４０ａに繊維質吸音材４４を封入する場合にはその繊維質吸音材４４を支持できる剛性を有するために、用途や開口部４１ａ、４１ｂの形状等に応じて適宜選択することができる。

開口部４１ａ、４１ｂの面積割合（開口率）は、用途に応じて適宜選択することができるが、層４０ａに繊維質吸音材４４を封入する場合には、その繊維質吸音材４４が有する吸音率の性能を発揮させるために、その開口率は５０％程度が望ましい。ただし、この開口率は必ずしも５０％程度にする必要はなく、車内空間１０の騒音の低減したい度合いなどにより調整可能である。

開口部４１ａ、４１ｂの形状は、特に限定されず、目的の意匠に応じて適宜選択できる。例えば、多角形状（三角形状、正方形、長方形、菱形、平行四辺形などの四角形状、五角形状、六角形状、八角形状など）、円形状、楕円形状、数字やアルファベットなどの字体、絵を模した形状等でもよい。これらの形状のなかで、車内空間１０の快適性向上の観点からは、長方形状が望ましい。

開口部４１ａ、４１ｂの形状が長方形状の場合、非開口部４１ｐ、４１ｑの形状も長方形状となる。非開口部４１ｐ、４１ｑの配列方向が、鉄道車両１００の長手方向であれば鉄道車両１００の幅方向の車内空間１０が拡張される視覚効果を得られ、鉄道車両の幅方向であれば鉄道車両１００の長手方向の車内空間１０が拡張される視覚効果を得ることができる。この視覚効果は一般にヘルムホルツの錯視と呼ばれる。

吸音ユニット２００は、少なくとも１以上の開口部を有し、かつ開口部４１ａ、４１ｂの形状は長方形状であり、その開口部４１ａ、４１ｂは、ある一方向に沿って配列されている。このように構成された吸音ユニット２００は、鉄道車両１００の乗客に対してヘルムホルツの錯視を与えることができるので、乗客に対して錯視効果を及ぼすことにより、広い空間であるかのような印象を与えられる。よって、吸音ユニット２００は、車内空間１０の快適性を向上させることができる。なお、開口部４１ａ、４１ｂの数は、開口率で定められる。開口率は０％より大きく１００％より小さいことを勘案すると、開口部の数は少なくとも１以上となる。

図５は、吸音ユニット２００を構成する板材の模式図であり、長方形状である９個の開口部と長方形状である１０個の非開口部を鉄道車両１００の幅方向に沿って配列させた図である。このように図５では、板材４１と、板材４１を構成する開口部４１ａ、４１ｂ、及び非開口部４１ｐ、４１ｑの具体例を示している。なお、長方形状開口部の配列方向は、鉄道車両１００の幅方向に限定されるものではなく、鉄道車両１００の長手方向に沿って配列させてもよい。

図６は、吸音ユニット２００の一部を構成する板材と支持材との締結に関する具体例を示した長手方向断面図である。すなわち、図６は、吸音ユニット２００の断面図で、吸音ユニット２００の一部を構成する板材４１と支持材４３との締結に関する具体例を示した図である。

板材４１と支持材４３との締結は、バネ５１による差込み、ボルト５２による締結の他、マグネットキャッチ（図示せず）、線ファスナー（図示せず）や面ファスナー（図示せず）による取付け等を想定している。

また、板材４１と支持材４３は締結後、必ずしも取り外し不可である必要はなく、吸音ユニット２００を構成する層４０ａ、４０ｂ（まとめて４０）の内部に収められる繊維質吸音材４４、機器４５ａ、空調用ダクト４６、空調用ダクト開口部４６ａなどのメンテナンスのために、板材４１の一部を開閉可能もしくは取り外すことも可能である。

[支持材]
支持材４３ａ、４３ｂは、板材４１と遮音板４２とをつなぐ部材であり、板材４１と遮音板４２の間の層４０ａを分断するように備えられている。支持材としては、板材４１と遮音板４２を支持できる剛性を有する材料であればよく、特に限定されるものではないが、鉄道車両１００の車体材料として一般に使用される金属材料（例えば、アルミニウム、ステンレススチールなど）が適している。支持材４３ａ、４３ｂの長さは、層４０ａの厚さに依存する。層４０ａの詳細説明については後述するため、ここではその説明を割愛する。

支持材４３ａ、４３ｂの数は、板材４１と遮音板４２を支持できる剛性を有する数であればよいが、層４０ａの厚さがゼロより大きいこと、かつ板材４１と遮音板４２を支持できる剛性を有する必要があることから、少なくとも２以上が適している。

[層]
層４０の構成として、空気以外に、繊維質吸音材４４を封入することができる。この繊維系吸音材を封入する主たる目的は、車内空間１０の騒音を効率良く低減することにある。繊維質吸音材４４としては、吸音機能を有する繊維構造であればよく、例えば合成繊維（例えば、アクリル系繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル系繊維など）で形成された繊維質吸音材４４や、無機繊維（例えば、ガラス繊維や炭素繊維など）で形成された繊維質吸音材４４などが挙げられる。

図７は、吸音ユニット２００の車幅方向断面図である。吸音ユニット２００の具体例であり、鉄道車両の長手方向に交差する幅方向の断面図である。層４０ａもしくは層４０ｂ又はその両方に繊維質吸音材４４を封入することで、吸音される。すなわち、車内空間１０から板材４１の開口部４１ａ、４１ｂを透過し層４０ａ（繊維質吸音材４４）内を伝搬する音は、繊維質吸音材４４を透過する際に繊維自体の振動の発生や細孔を構成する繊維相互の摩擦や細孔中（繊維と繊維の間）を通過するときの粘性抵抗などにより、音のエネルギの一部が熱エネルギに変換されて吸音される。

エネルギが低減した音は遮音板４２に到達し、その一部は遮音板４２によって板材４１側に反射され、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂに入射した音が層４０ａを伝搬し遮音板４２に反射し再び層４０ａを伝搬する。そのようにして車内空間１０に戻ってきたときの反射音のエネルギは、層４０ａに繊維質吸音材４４を封入しない場合（空気の場合）と比べて小さくなり、車内空間１０の騒音をより低減することができる。

また、遮音板４２で反射せず透過する音も存在する。この音は遮音板４２を透過し層４０ｂを透過する。この層４０ｂに封入された繊維質吸音材４４によって前述した吸音によりエネルギは低減する。層４０ｂを透過した音は、その一部は車体２０によって遮音板４２側へ反射されるが、残りは車体２０を透過し車外へ伝搬する。遮音板４２側へ反射された音は、層４０ｂを透過中に再び吸音され、これによりエネルギが低減した音は遮音板４２へ到達し、その一部は車体２０側へ反射され、残りは遮音板４２を透過し層４０ａを透過する。

この層４０ａを透過する音は前述の吸音によりエネルギが低減されて板材４１の開口部４１ａ、４１ｂから車内空間１０へ透過する。つまり、車内空間１０から開口部４１ａ、４１ｂに入射した音が層４０ａを伝搬し遮音板４２に反射し、また車体２０に反射して再び層４０ａを伝搬し車内空間１０に戻ってきたときの音のエネルギは、層４０ａもしくは層４０ｂ又はその両方に繊維質吸音材４４を封入しない場合（空気の場合）と比べて小さくなり、車内空間１０の騒音はより低減することができる。

繊維質吸音材４４は、必ずしも単一の材料である必要はなく、用途に応じて適宜選択することができる。例えば、繊維質吸音材４４の板材４１側の表面に対して薄材（図示せず）を積層させることができる。ここでの薄材とは、重力に抗して自立できない程度に剛性の低い薄材を示す。板材４１側の表面に備えられた薄材（図示せず）と繊維質吸音材４４を積層させることで、乗客の接触などによる繊維質吸音材４４の汚れ防止、車内空間１０の色彩などの統一感による意匠性の向上、低周波数の音の低減が可能となる。

低周波数の音の低減については、薄材（図示せず）の振動による低周波数でピークを有する吸音機能が付与されるため、繊維質吸音材４４の厚さを大きくすることなく、低周波数の吸音機能を増大することができる。

層４０ａに備えられるものは、上述した空気や繊維質吸音材４４に限定されるものではなく、鉄道車両１００の運行機能を維持するために必要な各種機器や空調用ダクト４６などを備えることもできる。各種機器としては、例えば、行先表示器、スピーカ、照明、消火器、非常スイッチ、空調センサなどが挙げられる。

また、空調用ダクト４６で構成することも可能であり、特に車内空間１０の空気を空調装置（図示せず）へ戻すための空調用ダクト開口部４６ａや、空調装置（図示せず）から調整された空気を車内空間１０へ送風するための空調用ダクト開口部４６ａを、この層４０ａに備えても良い。そうすることで、従来は別部材として構成していた空調用ダクト４６を吸音ユニット２００として一体型にすることができる。その結果、車体への空調用ダクト４６の設置作業に要する製作工数を低減することができる。

図８は、吸音ユニット２００を構成する層の模式図である。層４０ａが繊維質吸音材４４、機器４５ａ、機器４５ｂ、空調用ダクト４６、及び空調用ダクト開口部４６ａで構成された具体例である。図７に示した層４０ａの構成例では、層４０ａの大部が繊維質吸音材４４、残りが機器４５ａ、４５ｂ、空調用ダクト４６（空調ダクト開口部４６ａを含む）で構成されている。このように、層４０ａは、空気、繊維質吸音材４４、各種機材、空調用ダクト４６などを組み合わせて構成することが可能である。

また、層４０ａは支持材４３ａ、４３ｂによって分断されているが、層４０ａの構成部材によっては、支持材４３ａ、４３ｂの一部を切り欠くことも可能である。また、図８に示した支持材４３ａ、４３ｂは、鉄道車両１００の車幅方向に沿っているが、その形態に限定されない。すなわち、必ずしも支持材４３ａ、４３ｂは、車幅方向に沿った構成に限定して層４０ａが繊維質吸音材４４、機器、及び空調用ダクト４６などで構成されるわけではない。したがって、支持材４３ａ、４３ｂが鉄道車両１００の長手方向に沿っている場合であっても、層４０ａは繊維質吸音材４４、機器、及び空調用ダクト４６などで構成することができる。

また、層４０ａの厚さは、車内空間１０の確保や層４０ａの構成に応じて適宜選択することができる。一般に、層４０ａの一部が繊維質吸音材４４で構成される場合、その繊維質吸音材４４の吸音機能による車内空間１０の騒音低減効果は、板材４１の開口率だけではなく繊維質吸音材４４の厚さにも影響する。また、繊維質吸音材４４は、その厚さが大きくなるほど低周波数の吸音機能が高くなることが知られている。そのため、層４０ａの厚さは、車内空間１０の騒音を低減したい周波数特性や、騒音を低減したい程度、車内空間１０の確保などに応じて適宜選択することができる。

[遮音板]
本発明の実施形態に係る鉄道車両の内装構造では、層４０ａの一部が繊維質吸音材４４で構成され、かつ繊維質吸音材４４の車内空間１０側表面の一部がある開口率を有する板材４１で積層される吸音ユニット２００によって、車内空間１０の音を吸音することができるため、車内空間１０の騒音を低減することができる。

しかし、前述したように鉄道車両１００の高速化に伴い鉄道車両１００の車外音が増大し、増大された車外音が内装構造を伝搬して透過音として車内空間１０に進入するため、車内空間１０の騒音はさらに増大する。繊維質吸音材４４による吸音効果は、繊維質吸音材４４の面積、材質、厚さなどが不変の場合には、一般に車内空間１０の騒音の大きさに依らない（周波数特性には依る）。

したがって、高速で走行する鉄道車両１００の車内空間１０の騒音をより低減するためには、車外音の透過音を低減する必要がある。吸音ユニット２００は、この透過音の低減を目的に、板材４１と車体２０の間に、車内空間１０側に沿って遮音板４２を備えている。遮音板４２としては、透過音を低減させる機能（遮音機能）を有する材質であればよく、板状又は棒状又はシート状であり、かつ音を反射できる材質であれば特に限定されず、各種の無機系板材や有機系板材を使用できる。

無機系板材としては、例えば、金属ボード（例えば、アルミニウム板、ステンレススチール、鋼板、鉄板など）、ガラスボード、石膏ボードなどが挙げられる。有機系板材としては、例えば、木質系ボード[例えば、天然木、無垢材、合板（積層木質ボード）など]、木質繊維系ボード（例えば、パーティクルボード、中密度繊維板、ハードボード、インシュレーションボード、アクリル樹脂ボードなど）、合成樹脂ボード（例えば、ポリカーボネートボード、繊維強化プラスチックボード、ポリエチレンボードなど）などが挙げられる。

さらに、天然ゴムや合成ゴム（例えば、クロロプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴムなど）で形成されたゴムシートなどが挙げられる。これらの板材やシート材は、用途に応じて選択できる。例えば、遮音性が要求される用途では、鉄板などの重量金属ボードなどが適している。軽量性が要求される用途では、合板などの木質系ボードや、アルミニウムなどの軽量金属ボードなどが適している。

車体２０から内装構造を伝搬する振動の低減が要求される用途では、ゴムシートなどが適している。その他、要求される用途によって、適宜選択することができる。遮音板４２の厚さは、板材又はシート材の材質に応じて選択できるが、車内空間１０の騒音の低減の程度に応じて、適宜選択することができる。これは、遮音板４２の面密度が大きくなるほど遮音機能が大きくなる（質量則に依る）ためである。

例えば、繊維質吸音材４４による吸音の効果のみで車内空間１０の騒音の低減の程度を満足することができるのであれば、遮音板４２の厚さはゼロ、すなわち遮音板４２は不要でもよい。遮音板４２が不要の場合、層４０ｂは層４０ａと一体の層となる。

また、繊維質吸音材４４による吸音の効果のみでは車内空間１０の騒音の低減の程度を満足することできないのであれば、遮音板４２の厚さを例えば０．１ｍｍ以上で適宜選択することができる。ただし、遮音板４２の厚さが小さすぎると板材の剛性が小さくなり撓むなどの支障が生じる恐れがあり、一方で遮音板４２の厚さが大きすぎると軽量性が低下する。

[吸音ユニットの特性]
図９は、車内空間１０から吸音ユニット２００を見た模式図である。図９に示す吸音ユニット２００は、吸音ユニット２００を構成する層４０ａは、繊維質吸音材４４、機器４５ａ、機器４５ｂ、空調用ダクト４６、及び空調用ダクト開口部４６ａで構成されている例である。図９のように、車内空間１０から吸音ユニット２００を見ると、板材４１（開口部４１ａ、４１ｂ、非開口部４１ｐ、４１ｑを含む）、支持材４３ａ、４３ｂ、及び繊維質吸音材４４が見える。

支持材によって分断された層の内部の少なくとも一部は機器もしくはダクトより構成されても良い。このような本内装構造によれば、車内空間１０から繊維質吸音材４４が見えており、しかも吸音ユニット２００は車内空間１０の音を吸音するので、車内空間１０の騒音を低減することができる。また、機器４５ａ、機器４５ｂ、空調用ダクト４６、及び空調用ダクト開口部４６ａの車内空間１０側の板材４１の一部が開閉可能もしくは撤去可能な板材４１で構成されている場合は、機器４５ａ、４５ｂや空調用ダクト４６などのメンテナンス作業を容易にすることが可能となる。

吸音ユニット２００の吸音効果について説明する。前述したように、吸音効果向上のため、吸音ユニット２００を構成する層４０ａの一部には、繊維質吸音材４４を封入し、かつ吸音ユニット２００の車内空間１０側の表面積のうち、繊維系吸音材４４が５０％程度以上露出するのが望ましい。一般に、繊維質吸音材４４の吸音効果は繊維質吸音材４４の厚さが大きいほど吸音効果が向上することが知られている。

よって、吸音効果、つまり車内空間１０の騒音を低減する効果の観点から、繊維質吸音材４４の厚さは大きいほど良いが、繊維質吸音材４４の厚さを大きくすると、車内空間１０が狭くなり、車内空間１０の快適性低下が懸念される。しかし、従来の鉄道車両１００の内装構造における客室側表面材として広く使用されている内装パネルの材質はアルミニウム製や繊維強化プラスチック製であることが多く、これらの材料の吸音率は０．１程度であり、繊維質吸音材４４と比べて非常に小さい。

つまり、繊維質吸音材４４をそれほど厚くできないとしても、従来の鉄道車両１００の内装パネルより吸音率は高く、車内空間１０の騒音を低減するのには有効である。吸音率の変化前後による音圧レベルの変化量は、吸音率の変化前後で材質の面積が同じと仮定すると次式より表される。
ΔＬ＝１０×Ｌｏｇ１０（Ａ２／Ａ１）

ここに、ΔＬは音圧レベルの変化量、Ａ１は変化前の吸音率、Ａ２は変化後の吸音率である。この式より、音圧レベルの変化量は吸音率の変化前後の比で定まることが理解できる。いま、吸音率の変化前後による音圧レベルの変化量を、ある材質を仮定して示すこととする。

図１０は、吸音ユニット２００内に封入される繊維質吸音材４４の残響室法吸音率の測定結果を示すグラフである。内装パネルの材質として広く利用されているアルミニウム板の吸音率と、繊維質吸音材４４として広く利用されているガラス繊維で形成された繊維質吸音材４４（厚さ２５ｍｍと５０ｍｍ）の吸音率である。図１０より、繊維質吸音材４４の吸音率はアルミニウム板の吸音率と比べて広帯域に渡り高いことが確認できる。

図１１は、吸音ユニット２００を鉄道車両の天井に設置したときの車内空間の音圧レベル低減量を示すグラフである。図１０に示した吸音率の変化前後による音圧レベルの変化量の例である。鉄道車両１００の車内空間１０の概寸法として直方体を仮定し、直方体を構成する全６面の材質をアルミニウムと仮定し、車内空間１０の腰掛（図示せず）などの吸音率を０．３程度と仮定する。この６面のうち天井の１面に対して繊維質吸音材４４（グラスウール、厚さ２５ｍｍと５０ｍｍ）に置換した場合の音圧レベルの変化量を示している。

この音圧レベルの変化量は、次式より表される。
ΔＬ＝１０×Ｌｏｇ１０（α２／α１）
＝１０×Ｌｏｇ１０（（ΣＳj×Ａj）／（（ΣＳi×Ａi））

ここに、α１は変化前の平均吸音率、α２は変化後の平均吸音率、Ｓiは変化前の各内装の表面積、Ａiは変化前の各内装の吸音率、Ｓjは変化後の各内装の表面積、Ａjは変化後の各内装の表面積であり、この表面積は直方体を仮定した車内空間１００の概寸法比として、天井：側面：妻仕切り壁：床＝５：７：１：５と仮定した。

図１１より、天井の１面のみをアルミニウム板から繊維質吸音材４４に置換することで、車内空間１０内の音圧レベルは低減、すなわちその一部を繊維質吸音材４４で構成される吸音ユニット２００は、車内空間１００の騒音低減に寄与することが確認できる。繊維質吸音材４４の厚さが２５ｍｍの条件における音圧レベルの低減量は、繊維質吸音材４４の厚さが５０ｍｍの条件の音圧レベルの変化量と比べて小さいものの、アルミニウム板に対しては音圧レベルの低減量が大きいとが確認できる。

つまり、車内空間の広さ確保などの観点から繊維質吸音材４４を厚くできないとしても、アルミニウム製やＦＲＰ製などのような鉄道車両の内装構造として広く用いられているパネルに対して吸音率は大きいため、十分な厚さでなくても車内空間の騒音を効率よく低減することができる。

図１２は、吸音ユニット２００と鉄道車両の構体との締結に関する具体例を示した車幅方向断面図である。吸音ユニット２００と屋根構体６との締結に関する具体例を示した図である。吸音ユニット２００は、屋根構体６に備えられるカーテンレール６１と、ボルト５２による締結、バネ（図示せず）を用いた差込み、線ファスナー（図示せず）、面ファスナー（図示せず）等により固定される。

図１２に示したような吸音ユニット２００と屋根構体６との締結に限らず、吸音ユニット２００と車体２０との締結において、アウトワーク化したユニット艤装とすることで、車体２０における車両内作業量を低減し、車体２０の製作におけるリードタイムの短縮を図ることが可能となる。

以上述べたように、本実施形態によれば、車内空間の騒音低減と、車内空間の確保と視覚効果と、による快適性の向上に加えて、内装構造の車体への取り付け作業やメンテナンス作業に要する車両内作業量の低減も両立できる鉄道車両の内装構造を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態における構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

本発明の実施形態に係る鉄道車両の内装構造（以下、「本内装構造」という）について、以下のように総括できる。
［１］本内装構造は、鉄道車両１００の車体の内部に形成された乗客が滞在可能な空間を構成する内装構造である。本内装構造は、図３に示す板材４１と、支持材４３と、吸音ユニット２００と、で構成される。

図３に示す板材４１は、車体より内部の空間側に沿って所定の間隔をもつ層４０を設けて備えた少なくとも１以上の開口部４１ａ、４１ｂを有する。支持材４３は、車体の内部の空間側の表面には層４０ａ、４０ｂを分断するように板材４１につながれている。吸音ユニット２００は、支持材４３によって分断された層４０の内部の少なくとも１つは繊維質吸音材４４よりなる。

本内装構造において、騒音は、板材４１で反射され、吸音ユニット２００を通過しながら、支持材４３によって分断された層４０の内部の繊維質吸音材４４で吸音される。つまり、本内装構造は、車内空間に伝わる騒音に対する低減効果を高められる。また、車内空間の確保について、繊維質吸音材４４は、アルミニウム製やＦＲＰ製のパネルに対して吸音率が大きいため、十分な厚さでなくても車内空間の騒音を効率よく低減することができる。

その結果、本内装構造は、車内空間に伝わる騒音に対する低減効果を高めることと、車内空間の確保と、を両立させ易く、快適性を向上できる。また、図１２に例示するような実施形態の内装構造であれば、車体への取り付け作業やメンテナンスに要する製作工数を低減できる。また、工数の低減については、図１２に例示したものに限らない。

［２］本内装構造は、上記［１］に加えて遮音板４２を備えるほか、板材４１の構成が若干異なる。その若干異なる構成の板材４１は、車体より内部の空間側に沿って所定の間隔を設けて備えた少なくとも１以上の開口部４１ａ、４１ｂを有する。遮音板４２は、板材４１と車体の間に配設される。支持材４３は、遮音板４２の板材４１側の表面には遮音板４２と板材４１の間に所定の間隔で配置された層４０を分断するように板材４１につながれている。

吸音ユニット２００は、支持材４３によって分断された層４０の内部の少なくとも１つは繊維質の吸音材を有する。その吸音ユニット２００は、それを構成する遮音板４２が車体の空間側に所定の間隔を設けて配置される。図４に示すように、車内空間１０に存在する音は、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂから層４０ａに向かって入射し、遮音板４２により反射して再び層４０ａを伝搬し車内空間１０側へ伝搬する。その伝搬する音の一部は板材４１の非開口部４１ｐ、４１ｑにより反射し、再び層４０ａを伝搬する。

つまり、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂへ入射した音の一部のみが車内空間１０に戻るため、入射した音のエネルギに対して戻ってきた音のエネルギが小さくなり、車内空間１０の騒音は低減する。このような本内装構造も、車内空間に伝わる騒音に対する低減効果を高めることと、車内空間の確保と、を両立させ易く、快適性を向上できる。

［３］上記［１］又は［２］の本内装構造において、板材４１の開口部４１ａ、４１ｂは長方形状であり、長方形状の開口部４１ａ、４１ｂはある一方向に沿って配列すると良い。このように構成された吸音ユニット２００は、鉄道車両１００の乗客に対してヘルムホルツの錯視を与えることができるので、乗客に対して錯視効果を及ぼすことにより、広い空間であるかのような印象を与えられる。よって、吸音ユニット２００は、車内空間１０の快適性を向上させることができる。

［４］上記［１］～［３］の本内装構造において、支持材４３によって分断された層４０の内部の少なくとも一部は機器もしくはダクトより構成されても良い。このような本内装構造によれば、車内空間１０から繊維質吸音材４４が見えており、しかも吸音ユニット２００は車内空間１０の音を吸音するので、車内空間１０の騒音を低減することができる。このように、本内装構造において、空調用ダクト４６を吸音ユニット２００として一体型にすることができので、車体への空調用ダクト４６の設置作業に要する製作工数を低減することができる。

［５］上記［１］～［４］の本内装構造において、機器４５ａ、機器４５ｂ、空調用ダクト４６、及び空調用ダクト開口部４６ａの車内空間１０側の板材４１の一部が開閉可能もしくは撤去可能な板材４１で構成されていることが好ましい。その場合は、機器４５ａ、４５ｂや空調用ダクト４６などのメンテナンス作業を容易にすることが可能となる。

［６］上記［１］～［５］の本内装構造において、空間は乗客が着席可能な客室に好適である。鉄道車両の高速化あるいは動力の高出力化に伴い、車体の内部に形成された車内空間の騒音が増大し、乗客の快適性悪化が懸念されており、そのような懸念を解消できる。

［７］上記［１］～［５］の本内装構造において、空間は乗客が鉄道車両の乗降のために利用する乗降口を備えるデッキ部に適用しても良い。走行中のデッキ部も静粛であるに越したことはない。

［８］上記［１］～［７］の本内装構造において、板材は、少なくとも、空間の天井と、空間の側面と、空間の前方もしくは後方の一方もしくは両方の内壁と、空間の床面と、の何れか１つを形成していることが好ましい。本内装構造の適用範囲と効果の関係について、天井の１面のみをアルミニウム板から繊維質吸音材４４に置換することで、車内空間１０内の音圧レベルは低減、すなわちその一部を繊維質吸音材４４で構成される吸音ユニット２００は、車内空間１００の騒音低減に寄与することが確認できた。同様に本内装構造を内壁や床面に適用しても、相応に騒音低減する効果が得られる。

［９］上記［１］～［８］の本内装構造において、吸音材の空間側の表面には薄材を備えることが好ましい。すなわち、低周波数の音の低減については、薄材（図示せず）の振動による低周波数でピークを有する吸音機能が付与されるため、繊維質吸音材４４の厚さを大きくすることなく、低周波数の吸音機能を増大することができる。

４ 台枠、５ 側構体、６ 屋根構体、７ 上床、８ 妻仕切り壁、９ 妻仕切り壁引き戸、１０ 車内空間、１１ 車外空間、２０ 車体、２１ 台車、２２ 中心ピン、２３ 車輪、３０ 固体伝搬音、３１ 空気伝搬音、３２ 転動音、３３ 空力音、４０ａ、４０ｂ 層、４１ 板材、４１ａ、４１ｂ 開口部、４１ｐ、４１ｑ 非開口部、４２ 遮音板、４３、４３ａ、４３ｂ 支持材、４４ 繊維質吸音材４４、４５ａ、４５ｂ 機器、４６ 空調用ダクト４６ａ 空調用ダクト開口部４６ａ、５１ バネ、５２ ボルト、６１ カーテンレール、１００ 鉄道車両、２００ 吸音ユニット

Claims (8)

1. 鉄道車両の車体の内部に形成された乗客が滞在可能な空間を構成する内装構造において、
   ある一方向に沿って配列し、前記空間に面した長方形状の少なくとも１以上の開口部、を有する板材と、
   前記ある一方向と交差する方向にて前記板材につなぐ支持材と、
   繊維質の吸音材からなる吸音ユニットと、
   を備え、
   前記板材により前記車体から内部の空間側に沿って所定の間隔をもつ層が形成されるとともに、前記支持材により前記層が分断され、前記支持材によって分断された前記層の内部の少なくとも１つに前記吸音ユニットが封入される、
   鉄道車両の内装構造。
2. 前記板材と前記車体の間に、前記板材および前記車体と所定の間隔を設けて配設され、前記支持材を介して前記板材とつながれる遮音板をさらに備える請求項１に記載の鉄道車両の内装構造。
3. 前記支持材によって分断された前記層の内部の少なくとも一部は機器もしくはダクトからなる、
   請求項１または２に記載の鉄道車両の内装構造。
4. 前記板材の一部は開閉可能な機構もしくは撤去可能な機構を備えている、
   請求項１～３の何れか１項に記載の鉄道車両の内装構造。
5. 前記空間は乗客が着席可能な客室である、
   請求項１～４の何れか１項に記載の鉄道車両の内装構造。
6. 前記空間は乗客が前記鉄道車両の乗降のために利用する乗降口を備えるデッキ部である、
   請求項１～４の何れか１項に記載の鉄道車両の内装構造において、
   鉄道車両の内装構造。
7. 前記板材は、少なくとも、前記空間の天井と、前記空間の側面と、前記空間の前方もしくは後方の一方もしくは両方の内壁と、前記空間の床面と、の何れか１つを形成している、
   請求項１～６の何れか１項に記載の鉄道車両の内装構造。
8. 前記吸音材の前記空間側の表面には薄材を備える、
   請求項１～７の何れか１項に記載の鉄道車両の内装構造。
   

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