特開 2024-169967 鉄道車両の床構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169967

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】鉄道車両の床構造

(51)【国際特許分類】

   B61D 17/10 20060101AFI20241129BHJP

   B61D 17/00 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

B61D17/10

B61D17/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086854

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000163372

【氏名又は名称】近畿車輌株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118924

【弁理士】

【氏名又は名称】廣幸 正樹

(72)【発明者】

【氏名】広沢 賢

(72)【発明者】

【氏名】田淵 知

(72)【発明者】

【氏名】森戸 大海

(72)【発明者】

【氏名】新田 真一

(72)【発明者】

【氏名】清水 滉平

(57)【要約】

【課題】防音性と耐火性能を有する軽量な床構造を簡便に形成する。
【解決手段】台枠上に配置された下板と、
前記下板上に配置された断熱材と、
前記下板上に支持台で保持された中板と、
前記中板上に配置された吸音コア材と、
前記吸音コア材上に配置された耐火パネルと、
前記下板と前記断熱材との間、前記断熱材と前記中板の間、前記中板と前記吸音コア材との間若しくは前記吸音コア材と前記耐火パネルとの間の少なくとも１カ所に、膨張性耐火塗料が塗布されている鉄道車両の床構造。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

台枠上に配置された下板と、
前記下板上に配置された断熱材と、
前記下板上に支持台で保持された中板と、
前記中板上に配置された吸音コア材と、
前記吸音コア材上に配置された耐火パネルと、
前記下板と前記断熱材との間、前記断熱材と前記中板の間、前記中板と前記吸音コア材との間若しくは前記吸音コア材と前記耐火パネルとの間の少なくとも１カ所に、膨張性耐火塗料が塗布されている鉄道車両の床構造。

【請求項2】

前記中板は、リブが設けられた鋼板である請求項１に記載の鉄道車両の床構造。

【請求項3】

吸収周波数の異なる前記吸音コア材が前記中板上に複数個配置された請求項１に記載された鉄道車両の床構造。

【請求項4】

前記吸音コア材は、容器の中に吸音粉が入れられている請求項１乃至３の何れか一の請求項に記載された鉄道車両の床構造。

【請求項5】

前記吸音コア材の容器の底に振動膜が設けられている請求項４に記載された鉄道車両の床構造。

【請求項6】

前記吸音コア材は、容器の中に錘と前記錘を支えるバネが配置されている請求項１乃至３の何れか一の請求項に記載された鉄道車両の床構造。

【請求項7】

前記吸音コア材は、容器の中に錘と前記錘を支えるバネと前記錘と前記バネを浸漬させるオイルが配置されている請求項１乃至３の何れか一の請求項に記載された鉄道車両の床構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は鉄道車両の床構造に関するものであり、特に防音性と耐火性能を有する床構造を簡便に製造することができる構成を提供するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両の場合、床下には、車輪を駆動するモータおよびその制御回路が懸架されており、大電流が流れるため火災の可能性がある。そのため、鉄道車両は万一火災が生じた場合に一定時間延焼を遅延できるような耐火性能が求められている。

【0003】

このような耐火性能を実現する耐火構造として、特許文献１には、台枠の下方にサブフロアを形成し、そこに断熱材を配置する構成が知られている。このような構造は、耐火性能を有する上に、断熱材自体が防音材ともなり、耐火性能と防音性を兼ね備える構造と言える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１３０９５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

サブフロアを形成し、断熱材を配置する構成は、耐火性能および防音性を発揮させることができるので、効果的であると言える。しかし、サブフロアを形成する分だけ車体重量は重くなり、工数の増加とそれに伴うコストアップといった課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、耐火性能と防音性を兼ね備え、さらに軽量にできる鉄道車両の床構造を提供するものである。

【0007】

より具体的に本発明に係る鉄道車両の床構造は、
台枠上に配置された下板と、
前記下板上に配置された断熱材と、
前記下板上に支持台で保持された中板と、
前記中板上に配置された吸音コア材と、
前記吸音コア材上に配置された耐火パネルと、
前記下板と前記断熱材との間、前記断熱材と前記中板の間、前記中板と前記吸音コア材との間若しくは前記吸音コア材と前記耐火パネルとの間の少なくとも１カ所に、膨張性耐火塗料が塗布されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る鉄道車両の床構造では、台枠上に、中板を挟んで上側隙間と下側隙間を形成し、下側隙間に断熱材と膨張性耐火塗料を配置し、上側隙間に吸音コア材を配置したので、吸音コア材と断熱材で防音性を発揮させ、火災が発生した際には断熱材と膨張性耐火塗料で耐火構造を形成するので、コンパクトで軽量な車体を得ることができる。そのため、コスト削減や施工工数の削減に寄与する。

【0009】

吸音コア材は、容器内に吸音粉を入れる吸音粉入りコア材とした場合、吸音物の量および吸音粉の直径の選択により、吸音周波数をチューニングできる。また、吸音粉入りコア材中の吸音粉の量およびコア材の直径の異なる複数のコア材を配置することで、広い帯域の騒音を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る鉄道車両の床構造の構成を示す図である。

【図2】吸音コア材（吸音粉入りコア材）を下板上に配置した様子を示す平面図である。

【図3】下方からの炎に対して中板の下側の膨張性耐火塗料が膨張することで、熱遮断層を形成した様子を示す図である。

【図4】中板上面にも膨張性耐火塗料を塗布した場合の構成を示す図である。

【図5】下方からの炎に対して中板の下側の膨張性耐火塗料が膨張することで、熱遮断層を形成した様子を示す図である。

【図6】図５からさらに温度が上がり、中板上面の膨張性耐火塗料が膨張した様子を示す図である。

【図7】中板としてリブ付き鋼板を用いた場合の構成を示す図である。

【図8】吸音コア材の他の形態（バネ振動タイプ）を示す図である。

【図9】吸音コア材の他の形態（ダンパータイプ）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明に係る鉄道車両の床構造について図面を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明のいくつかの実施形態を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。なお、図および下記説明中「上」は重力上方向を言い、「下」は重力下方向をいう。

【0012】

（実施形態１）
図１（ａ）に本発明に係る鉄道車両の床構造１の断面図を示す。本発明の床構造１は、台枠上に配置されている。図１は、台枠を軌道進行方向に対して垂直方向に切った断面の一部を示している。つまり、台枠の側梁１００から軌道幅方向に台枠中央にかけた断面である。

【0013】

本発明に係る鉄道車両の床構造１は、台枠上に配置された下板１０と、下板１０上の断熱材３０と、中板１４と、吸音コア材３２と、耐火パネル１８を含む。なお、耐火パネル１８の上には床敷物２０が配置してあってもよい。

【0014】

下板１０は厚さ１～３ｍｍのステンレス板が好適に利用できる。ある程度の透磁率を有していれば、床下などに配線される高電流電線（図示せず）からの漏れ磁界を低減させることができる。

【0015】

下板１０上には、支持台１２が所定間隔を開けて配置される。支持台１２は、断面略正方形又は長方形の中空角材が好適に利用できる。また支持台１２は下板１０上の軌道幅方向に複数設けられていてもよい。少なくとも側梁１００上に配置される支持台１２は、背の高い支持台１２ａが用いられる。

【0016】

支持台１２は中板１４を支持する。支持台１２は、下板１０と中板１４の距離である下側隙間２２が、一定の距離になるように支持するのが好ましい。また、軌道幅方向で支持台１２同士の間の距離も一定に配置するのが好ましい。また、中板１４は、側梁１００の上方で曲げ加工が施されるのが好ましい。曲げ加工を施すことで中板１４の剛性が上がり振動における損失係数が向上し、振動が減衰しやすくなる。

【0017】

しかし、台車や補機などが原因で発生するノイズのうち、抑制したい周波数の関係により支持台１２同士の間の距離は一定間隔でない配置であってもよい。支持台１２は、中板１４が振動する際の節になる箇所であり、支持台１２から支持台１２の距離を調節することで、共振周波数を調節することができるからである。

【0018】

支持台１２同士の間には、断熱材３０が配置される。断熱材３０の厚みは、下側隙間２２より薄く設定されている。

【0019】

また、中板１４上には、吸音コア材３２が配される。吸音コア材３２は、中に振動可能な質量を有する物体が入れられており、中板１４からの振動を物体の運動に換え、振動や音を減衰させることができる。図１（ｂ）を参照する。図１（ｂ）は、吸音コア材３２の一例で、振動可能な物体として吸音粉を入れた物である。これを吸音粉入りコア材３２Ｐと呼ぶ。吸音粉入りコア材３２Ｐを拡大した図である。

【0020】

吸音粉入りコア材３２Ｐは、容器３２ａと吸音粉３３で構成される。容器３２ａは、断面形状は特に限定されないが、調整しやすさから直径３２ｗ、高さ３２ｈのハニカムコア材（容器３２ａの断面が正六角形のもの。）が適している。または円筒形でも良い。容器３２ａの材質は、特に限定されないが、火災時を考慮すると、難燃物であることが望ましく、耐候性も考慮するとステンレスは好適な材料を言える。

【0021】

容器３２ａは、底縁３２ｂより上に振動膜３２ｃが設けられ、その上に吸音粉３３が充填されてもよい。底縁３２ｂは、中板１４に接触する。振動膜３２ｃは、容器３２ａと同一の材料であってよいが、振動しやすいように厚さは０．１～０．５ｍｍ程度と薄く設定される。振動膜３２ｃがあると膜のばね系と吸音粉３３のマスばね系の直列系の振動モデルとなるため、より柔らかい膜の固有振動数でチューニング周波数を決めることができる。

【0022】

なお、振動膜３２ｃが底縁３２ｂと同じ位置に配置される形態を排除しない。振動膜３２ｃが底縁３２ｂと同じ位置に配置される形態は振動膜３２ｃがない場合といってよい。

【0023】

振動膜３２ｃがあると比較的低周波数（例えば２５０Ｈｚ付近）の振動に対する制振効果能が発揮されやすい。また、振動膜３２ｃがないと比較的高周波数（８００Ｈｚ～１０００Ｈｚ付近）の振動に対する遮音効果が発揮されやすい。

【0024】

吸音粉３３は、雑音によって振動するものがよく、難燃性のものが好ましい。また、容器３２ａと衝突した際に大きな音が発生しないものがよい。例えば、カルシウムや炭素粉は直径３３φが数百ミクロンの微粒子が好適に利用できる。また、Ｂｒなどを混合した難燃性の弾性体（ゴム粒子）などであれば、数ｍｍ程度のものが好適に利用できる。

【0025】

容器３２ａの大きさや吸音粉３３の大きさ及び吸音粉３３の充填率などを変えることで、吸音粉入りコア材３２Ｐの吸音特性を調整することができる。特に、容器３２ａの直径３２ｗを変えることで、吸音周波数を調整することができる。

【0026】

図１（ａ）に戻り、中板１４は、鋼板が好適に利用できる。なお、鋼板自体も支持台１２を節として振動し、雑音（特に低温側）の吸収に寄与する。支持台１２の側面にはヘルムホルツレゾネータの吸音孔が設けられ、騒音吸収に寄与する。

【0027】

中板１４と耐火パネル１８の間の距離を上側隙間２４と呼ぶ。吸音粉入りコア材３２Ｐの高さ３２ｈは、上側隙間２４よりも低く設定される。耐火パネル１８の上には床敷物２０が配置されてもよい。

【0028】

また、本発明に係る鉄道車両の床構造１では、下板１０と断熱材３０との間、若しくは断熱材３０と中板１４の間に膨張性耐火塗料３４が塗られる。より具体的には下板１０と断熱材３０との間では、下板１０の上面若しくは断熱材３０の下面の何れか若しくは両方に膨張性耐火塗料３４ａを塗布することができる。

【0029】

また、断熱材３０と中板１４の間は、断熱材３０の上面若しくは中板１４の下面の何れか若しくは両方に膨張性耐火塗料３４ｂを塗布することができる。また、中板１４の上面に膨張性耐火塗料３６ａを塗布してもよい。

【0030】

膨張性耐火塗料は、２５０℃付近から炭化しながら１０～２０倍程度に膨張し、断熱層を形成するものである。具体的には、リン酸アンモニウム等の発泡剤、デキストリンといった炭化剤、アクリル系等の樹脂、顔料、溶媒といった成分で構成される膨張性耐火塗料、膨張黒鉛、が挙げられる。

【0031】

以上の構成を有する本発明に係る鉄道車両の床構造１の作用について説明する。本発明に係る床構造１は、通常の運転時には、台車から台枠を伝って客室に流れる騒音に対して、中板１４上の吸音粉入りコア材３２Ｐ中の吸音粉３３が振動し、熱エネルギーに変換することで雑音を吸音し、防音効果を発揮する。また、中板１４自体の振動により、吸音粉入りコア材３２Ｐよりも低音域のノイズを吸収する。

【0032】

この際、容器３２ａの大きさ（直径３２ｗおよび高さ３２ｈ）と吸音粉３３の直径３３φと容器３２ａへの充填度合いで吸音粉入りコア材３２Ｐの吸音特性が決まる。言い換えると、これらを調整することで、吸音周波数を調整することができる。

【0033】

図２（ａ）は、台枠の一部平面図である。床敷物２０および耐熱パネル１８は取り除いた状態を示す。即ち、側梁１００の間には横梁１０２が２本設けられており、その上に膨張性耐火塗料３４ａが塗られた下板１０（図２では省略している。）が載置され、その上に断熱材３０が固定されている。支持台１２ａおよび支持台１２ｂが中板１４を支持しており、その上に吸音コア材３２（吸音粉入りコア材３２Ｐでもよい。）が配列された状態を示している。

【0034】

ここで、図２（ｂ）に示す様に、吸音コア材３２は、吸収周波数帯を３００Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈｚ、６００Ｈｚに調整したものを４つ組合せ、中板１４上に敷き詰めてある。このようにすることで、客室内では、これらの周波数のノイズを低減することができる。例えば、客室アナウンスが聞き取りやすくなるという効果を奏する。言い換えると、中板１４上に吸収周波数の異なる吸音コア材３２を、複数個配置することで、広い帯域の雑音低減に効果を奏する。

【0035】

次に台枠より下で火災が生じた場合の動作を、図３を参照して説明する。図３は、下板１０と断熱材３０との間に膨張性耐火塗料３４ａを配置させた場合として説明する。より具体的には下板１０の上に膨張性耐火塗料３４ａを塗布する。台枠の下方で火災が発生すると床構造１内の温度が上昇し、膨張性耐火塗料３４ａが膨張し、耐火材３４ａｘとなる。

【0036】

耐火材３４ａｘは、火災による熱で溶融するとともに発泡しながら膨張し炭化する。そして、断熱材３０を押し上げながら、膨張する先端部が、断熱材３０の繊維間に入り込み炭化する。つまり、断熱材３０の繊維構造に発泡した炭化物が侵入し、新たな耐火断熱材３４ｍｉｘを形成する。この耐火断熱材３４ｍｉｘは、耐火性能と断熱性の両方を兼ね備えた部材と言える。

【0037】

以上のように、下側隙間２２は、耐火材３４ａｘと耐火断熱材３４ｍｉｘと断熱材３０で充たされる。言い換えると、下側隙間２２は、耐火材３４ａｘと耐火断熱材３４ｍｉｘと断熱材３０で構成される熱遮断層２２ｘに変化したと言える。熱遮断層２２ｘは、主に耐火材３４ａｘおよび耐火断熱材３４ｍｉｘによって火災の延焼を押さえ、耐火断熱材３４ｍｉｘと断熱材３０によって熱の伝導を抑制する。

【0038】

（実施形態２）
図４は、中板１４の上面にも膨張性耐火塗料３６ａを塗布した場合の状態を示す。膨張性耐火塗料３６ａの存在は吸音コア材３２の吸音特性を妨げない。ここで、台枠の下方から発火があると、図３に示したように、まず、下側隙間２２の膨張性耐火塗料３４ａが膨張する（図５）。そして、膨張性耐火塗料３４ａは耐火材３４ａｘと変化し、下側隙間２２は、熱遮断層２２ｘを形成する。

【0039】

図６は、図５からさらに熱が上昇し、膨張性耐火塗料３６ａが膨張した状態を示す。下側隙間２２で形成された熱遮断層２２ｘによる温度上昇の抑制能力を超えて、上側隙間２４内の温度が上昇し、一定温度を超えた場合、膨張性耐火塗料３６ａが膨張し、耐火材３６ａｘに変化する。このように、耐火材３６ａｘが形成されることで、熱遮断効果を奏し、延焼速度を抑制することで、火災の広がりをさらに遅らせ、乗客の退避時間を長くすることができる。

【0040】

なお、断熱材と膨張性耐火塗料の上下関係を逆にすれば、耐火材と断熱材の上下関係が逆になった熱遮断層を形成することができる。

【0041】

また、図４の様に上側隙間２４および下側隙間２２の両方に膨張性耐火塗料を塗布しておくことで、時間をおいた２段階の熱遮断効果を得られるので好適である。

【0042】

（実施形態３）
図７は、中板１４をリブ付き鋼板１４ｍに置き換えた状態を示している。リブ付き鋼板１４ｍは鋼板の中板１４にリブ４０を形成したものである。リブ付き鋼板１４ｍは、リブ無しの場合と比較して、剛性が高くなる分振動の減衰率が向上する。したがって、客車内における中低音域の雑音を低減することができる。

【0043】

（実施形態４）
図８は、図１の吸音コア材３２の変形例に当たるバネ入りコア３８Ｑである。バネ入りコア３８Ｑ内には、錘４２とバネ４４が封入されている。バネ４４は、容器３２ａの底縁３２ｂに接続され、バネ４４が錘４２を支持している。

【0044】

このようなバネ入りコア３８Ｑは底縁３２ｂからの振動をバネ４４が錘４２に伝え、バネ４４の伸び縮みで振動を吸収する。このバネ入りコア３８Ｑの吸音周波数は、バネ４４と錘４２の重量に依って決めることができる。

【0045】

図９は、さらにバネ４４と錘４２の他に容器３２ａ中にオイル５０が充填されている。また、錘４２には、振動方向に向けた貫通孔（オリフィス）４２ｈが設けられている。このような構造であると、錘４２の振動は周囲に充填されているオイル５０によって急激に減衰される。これはダンパー入りコア材３４Ｄと呼ぶことができる。

【0046】

バネ入りコア材３８Ｑもダンパー入りコア材３４Ｄも吸音コア材３２として、図１の吸音粉入りコア材３２Ｐと入れ替えて使うことができる。なお、これらの吸音コア材３２は、単種で用いてもよいし、複数種混ぜて用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明の床構造は鉄道車両の床構造として好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 床構造
１０ 下板
１２、１２ａ、１２ｂ 支持台
２２ 下側隙間
１４ 中板
１４ｍ リブ付き鋼板
１４ｐ 段加工
１８ 耐火パネル
２０ 床敷物
２２ｘ 熱遮断層
２４ 上側隙間
３０ 下側断熱材
３２ 吸音コア材
３２Ｐ 吸音粉入りコア材
３２ａ 容器
３２ｂ 容器の底縁
３２ｃ 振動膜
３２ｗ 容器の直径若しくは幅
３２ｈ 容器の高さ
３２ｄ 密度
３４ 膨張性耐火塗料
３４ａ 膨張性耐火塗料
３４ｂ 膨張性耐火塗料
３４ａｘ 耐火材
３４ｍｉｘ 耐火断熱材
３６ 膨張性耐火塗料
３６ａ 膨張性耐火塗料
３６ａｘ 耐火材
４０ リブ
４２ 錘
４２ｈ 錘の孔
４４ バネ
５０ ダンパーオイル
１００ 側梁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】