特開 2025-22213 鉄道車両用パネル

(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】P2025022213

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】鉄道車両用パネル

(51)【国際特許分類】

   B61D 49/00 20060101AFI20250206BHJP

   G10K 11/168 20060101ALI20250206BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20250206BHJP

   B61D 17/04 20060101ALI20250206BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

B61D49/00 A

G10K11/168

G10K11/16 120

B61D17/04

B32B15/08 101A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126587

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】521475989

【氏名又は名称】川崎車両株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山田 穰二

(72)【発明者】

【氏名】田口 真

(72)【発明者】

【氏名】鬼武 康夫

(72)【発明者】

【氏名】早川 諭

【テーマコード（参考）】

4F100

5D061

【Ｆターム（参考）】

4F100AB09A

4F100AB09C

4F100AB31A

4F100AB31C

4F100AK03B

4F100AK12B

4F100AK25B

4F100AT00

4F100BA03

4F100BA06

4F100CA01B

4F100CA01H

4F100DJ01B

4F100GB31

4F100JL03

5D061AA07

5D061AA16

5D061AA26

5D061BB24

5D061DD11

(57)【要約】

【課題】軽量且つ高い遮音性能の鉄道車両用パネルを提供する。
【解決手段】鉄道車両用パネル１００は、芯材１と、前記芯材１を挟み込む第１板２１及び第２板２２とを備え、前記芯材１は、発泡樹脂によって形成され、前記第１板２１及び前記第２板２２の少なくとも一方は、マグネシウム合金によって形成され、前記発泡樹脂の剪断弾性率は、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

芯材と、
前記芯材を挟み込む第１板及び第２板とを備え、
前記芯材は、発泡樹脂によって形成され、
前記第１板及び前記第２板の少なくとも一方は、マグネシウム合金によって形成され、
前記発泡樹脂の剪断弾性率は、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下である鉄道車両用パネル。

【請求項2】

請求項１に記載の鉄道車両用パネルにおいて、
前記芯材は、ＰＥＴ樹脂発泡体、ポリスチレン系発泡体、硬質アクリル系発泡体又はポリオレフィン系発泡体によって形成されている鉄道車両用パネル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術は、鉄道車両用パネルに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、騒音の低減が可能な鉄道車両の床板が開示されている。この床板は、芯材層と、芯材層の両面に配置された第１板材及び第２板材と、芯材層と第１板材及び第２板材とを接着する弾性材層とを含む。弾性材層は、ヤング率が１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であり、且つ、厚さが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２３９０１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

鉄道車両用パネルには、車両の速度向上等を図るために軽量化が求められている。また、鉄道車両用パネルにおいて、車両外で発生した騒音の遮音性能が低い場合、乗客に不快感を与える。そのため、鉄道車両用パネルには、高い遮音性能も求められている。しかし、鉄道車両用パネルを単純に軽量化すると遮音性能が低下し得る。

【0005】

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軽量且つ高い遮音性能の鉄道車両用パネルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここに開示された鉄道車両用パネルは、芯材と、前記芯材を挟み込む第１板及び第２板とを備え、前記芯材は、発泡樹脂によって形成され、前記第１板及び前記第２板の少なくとも一方は、マグネシウム合金によって形成され、前記発泡樹脂の剪断弾性率は、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下である。

【発明の効果】

【0007】

前記鉄道車両用パネルは、軽量且つ高い遮音性能を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、鉄道車両用パネルの概略縦断面図である。

【図2】図２は、音響周波数と音響透過損失との関係を示した概念図である。

【図3】図３は、実施例に係る音響透過損失の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、鉄道車両用パネル１００の概略縦断面図である。

【0010】

鉄道車両用パネル１００（以下、単に「パネル１００」と称する。）は、いわゆるサンドイッチパネルである。パネル１００は、鉄道車両の内装材料として使用される。パネル１００は、鉄道車両の例えば天井、上床板及び内妻仕切り等において使用される。パネル１００は、芯材１と、芯材１を挟み込む第１板２１及び第２板２２とを備えている。パネル１００は、接着剤３をさらに備えていてもよい。

【0011】

芯材１は、パネル１００の遮音性能を向上させる。芯材１は、発泡樹脂によって形成されている。発泡樹脂の材質は後述する剪断弾性率を満たすのであれば限定されないが、芯材１は、ＰＥＴ樹脂発泡体、ポリスチレン系発泡体、硬質アクリル系発泡体又はポリオレフィン系発泡体によって形成されていることが好ましい。

【0012】

芯材１の発泡樹脂の剪断弾性率が２０ＭＰａ未満であると、パネル１００の曲げ剛性及び圧縮耐力が不十分となる。一方、発泡樹脂の剪断弾性率が１１０ＭＰａを超えると、パネル１００の遮音性能が不十分となる。そのため、発泡樹脂の剪断弾性率は、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下である。これにより、パネル１００の曲げ剛性及び圧縮耐力を確保できるとともに、所望の遮音性能を実現できる。発泡樹脂の剪断弾性率は、曲げ剛性及び圧縮耐力の観点から、好ましくは２５ＭＰａ以上、より好ましくは３０ＭＰａ以上、さらにより好ましくは３５ＭＰａ以上である。発泡樹脂の剪断弾性率は、遮音性能の観点から、好ましくは１００ＭＰａ以下、より好ましくは７５ＭＰａ以下、さらにより好ましくは６０ＭＰａ以下、さらにより好ましくは４０ＭＰａ以下である。発泡樹脂の剪断弾性率は、ＡＳＴＭＣ２７３に準拠して、発泡樹脂から長さ１５０ｍｍ及び幅２０ｍｍの試験片を切り出して測定することができる。試験片の厚みは、シート状の発泡樹脂から切り出す場合はシートの厚みそのものとすればよい。試験片の厚みは、例えば１２ｍｍから２０ｍｍの範囲内である。

【0013】

芯材１の発泡樹脂の発泡倍率は、好ましくは３倍以上、より好ましくは１０倍以上である。これにより、パネル１００の軽量性をさらに向上させることができる。発泡倍率とは、発泡後の未硬化の発泡樹脂の体積を発泡前の未硬化の発泡樹脂の体積で除した値である。発泡樹脂の発泡倍率は、好ましくは３０倍以下、より好ましくは２０倍以下である。これにより、パネル１００の強度を向上させることができる。

【0014】

芯材１の発泡樹脂の密度は、好ましくは２００ｋｇ／ｍ^３以下、より好ましい１００ｋｇ／ｍ^３以下、さらにより好ましくは８０ｋｇ／ｍ^３以下である。これにより、パネル１００の軽量性をさらに向上させることができる。発泡樹脂の密度は、好ましくは３０ｋｇ／ｍ^３以上、より好ましくは５０ｋｇ／ｍ^３以上、さらにより好ましくは６０ｋｇ／ｍ^３以上、さらにより好ましくは７０ｋｇ／ｍ^３以上である。これにより、パネル１００の強度を向上させることができる。発泡樹脂の密度は、ＪＩＳ Ｋ ７２２２に準拠して、発泡樹脂から幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ及び厚み２０ｍｍの試験片を切り出して測定することができる。

【0015】

芯材１の厚さｔ１は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは８ｍｍ以上である。これにより、芯材１の加工性を向上させることができる。厚さｔ１は、好ましくは４０ｍｍ以下、より好ましくは２５ｍｍ以下である。これにより、パネル１００の軽量性をさらに向上させることができる。

【0016】

第１板２１及び第２板２２の少なくとも一方は、マグネシウム合金によって形成されている。第１板２１及び第２板２２の何れか一方がマグネシウム合金の場合、第１板２１及び第２板２２の他方はマグネシウム合金以外の他の軽量金属によって形成されていてもよい。例えば、第１板２１及び第２板２２の他方は、アルミニウムによって形成されていてもよい。

【0017】

第１板及び第２板のそれぞれの厚さｔ２は、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上である。これにより、パネル１００の強度を向上させることができる。厚さｔ２は、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは１．５ｍｍ以下である。これにより、パネル１００の軽量性をさらに向上させることができる。

【0018】

マグネシウム合金の密度は、好ましくは１．９ｇ／ｃｍ^３以下である。これにより、パネル１００の軽量性をさらに向上させることができる。マグネシウム合金の密度は、好ましくは１．７ｇ／ｃｍ^３以上である。これにより、パネル１００の強度を向上させることができる。

【0019】

接着剤３は、第１板２１及び第２板２２のそれぞれと芯材１とを接着する。接着剤３は、第１板２１及び第２板２２のそれぞれと芯材１とを接着できるのであれば限定されない。接着剤３は、例えば弾性接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤などである。

【0020】

パネル１００の製造方法の一例について説明する。例えば、まず芯材１の両面のそれぞれに接着剤３を塗布した後に、第１板２１と芯材１と第２板２２とを積層する。その後、例えば、ホットプレス装置やオートクレーブ装置などを用いて、積層体を加熱及び加圧同時成形することにより、パネル１００が製造される。

【0021】

このようなパネル１００では、第１板２１及び第２板２２の少なくとも一方がマグネシウム合金によって形成されているため、パネル１００の軽量化を実現できる。さらに、芯材１の発泡樹脂の剪断弾性率が２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下であるため、パネル１００の高い遮音性能を実現できる。このように、パネル１００では、軽量且つ高い遮音性能を実現できる。

【0022】

詳しくは、発明者は、パネル１００の軽量化のためには、パネル１００の中で重量の割合の大きい第１板２１及び第２板２２の使用量を削減すればよいと考えた。しかし、第１板２１及び第２板２２のそれぞれの厚みを単純に低減するだけでは、パネル１００の強度が低下し得る。そこで発明者が鋭意検討したところ、第１板２１及び第２板２２として比較的密度の小さいマグネシウム合金を従来（例えば、アルミニウム）と同じ厚みで使用すれば、パネル１００の強度を維持しつつ、軽量化が可能となることを発明者は見出した。しかし、パネル１００の重量が削減されたため、遮音性能が低下し得る。そこでさらに発明者が鋭意検討したところ、芯材１の発泡樹脂の剪断弾性率を２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下とすることにより、遮音性能の低下を補償できることを発明者は見出した。具体的には、発明者は、芯材１の発泡樹脂の材質に関わらず、発泡樹脂の剪断弾性率を低減させるほど遮音性能を高めることができることを見出した。

【0023】

芯材１の発泡樹脂の剪断弾性率を低減させるほど遮音性能を高めることができるメカニズムは、必ずしも明確ではない。しかし、発明者は、このメカニズムを現時点では以下のように考えている。図２は、このメカニズムを説明するための説明図である。詳しくは、図２は、発泡樹脂の剪断弾性率の違いが音響透過損失（ＴＬ：Transmission Loss）に与える影響を示した概念図である。音響透過損失は、遮音性能を表すパラメータである。音響透過損失は、入射音に対する透過音のエネルギーの低減量を表す。音響透過損失が大きいほど、遮音性能の優れた材料と言える。

【0024】

図２において、符号Ｃ１で示したグラフ（以下、単に「Ｃ１」と称する。）及び符号Ｃ２で示したグラフ（以下、単に「Ｃ２」と称する。）は、発泡樹脂における音響周波数と音響透過損失との関係を示している。Ｃ２の発泡樹脂の剪断弾性率は、Ｃ１の発泡樹脂の剪断弾性率よりも低い。Ｃ１及びＣ２のそれぞれの発泡樹脂において、剪断弾性率以外の条件（例えば、質量等）は同じである。Ｃ１及びＣ２のそれぞれは、変曲点となる２つの周波数ω_１及びω_２を有する。ここで、ω_２は、下記式（１）によって表される。
ω_２＝Ｇ_ｃ×ｔ_ｃ／（ｍ×Ｂ_３）^１／２ ・・・（１）
ただし、Ｇ_ｃ：剪断弾性率［Ｐａ］、ｔ_ｃ：芯材の厚み［ｍ］、ｍ：パネル全体の面密度［ｋｇ／ｍ^２］、Ｂ_３：パネル全体の曲げ剛性（ω_２以上の範囲）［Ｎｍ］

【0025】

上記式（１）から分かるように、剪断弾性率Ｇ_ｃが低くなるとω_２が低くなる。すなわち、図２に示すように、剪断弾性率が低いＣ２のω_２は剪断弾性率が高いＣ１のω_２よりも低くなり、Ｃ２はＣ１よりも全体的に低周波数側へシフトする。これにより、図２において両矢印で示したように、Ｃ２においてＣ１よりも音響透過損失が向上する周波数領域が発生する。音響透過損失の向上量は、Ｃ１が全体的に低周波数側へシフトするほど、即ち剪断弾性率が低くなるほど大きくなると考えられる。すなわち、芯材１の発泡樹脂の剪断弾性率を低減させるほど遮音性能を高めることができる。

【実施例0026】

芯材の剪断弾性率と音響透過損失との関係について調査した。比較例１及び実施例１から実施例５に用いた芯材を表１に示した。表１には、商品名、又は開発品の仮称が記載されている。芯材の剪断弾性率は、前述した通り、ＡＳＴＭＣ２７３に準拠して測定した。芯材の密度は、前述した通り、ＪＩＳ Ｋ ７２２２に準拠して測定した。測定結果は、表１にし示した。比較例１の芯材は、いわゆるバルサ材である。実施例１、実施例２、実施例４及び実施例５の芯材は、それぞれ硬質アクリル系発泡体の一例、ポリオレフィン系発泡体の一例、ＰＥＴ樹脂発泡体の一例及びポリスチレン系発泡体の一例である。実施例３の芯材は開発品であり、詳しくは不織布付きポリプロピレン発泡体である。

【0027】

【表1】

【0028】

続いて、実施例１から実施例４のそれぞれについて音響透過損失を測定した。実施例１から実施例４のそれぞれについて、第１板及び第２板にはマグネシウム合金を使用した。第１板の厚さは、１．０ｍｍとした。第２板の厚さは、０．５ｍｍとした。実施例１から実施例４のそれぞれについて、芯材の厚さは、２０ｍｍとした。音響透過損失の測定は、ＪＩＳ Ａ １４１６（「実験室における音響透過損失の測定方法」）に準拠した遮音性能試験を行った。測定において、音源は第２板側に設置し、測定器は第１板側に設置した。測定結果を図３に示した。尚、鉄道車両内において対象となり得る周波数帯は、４００Ｈｚから１６００Ｈｚ程度である。そのため、この周波数帯における音響透過損失を向上させることが好ましい。鉄道車両において、音響透過損失の合格基準は、例えば、４００Ｈｚで２０ｄＢ以上、８００Ｈｚで２０ｄＢ以上である。

【0029】

調査結果について考察する。表１に示すように、実施例１から実施例４の密度は、同程度（面密度で約７ｋｇ／ｍ^２）である。実施例１から実施例４は、この順に剪断弾性率が低くなる。実施例１から実施例４の密度は同程度であるにも関わらず、図３に示すように、実施例１から実施例４の順に、即ち剪断弾性率が低くなるに従って音響透過損失が大きくなる傾向があり、遮音性能が向上していることが分かる。実施例１から実施例４の音響透過損失は、何れも「８００Ｈｚで２０ｄＢ以上」の合格基準を満たしていた。特に、実施例２から実施例４は、何れも「４００Ｈｚで２０ｄＢ以上」の合格基準を満たしていた。一方、比較例１は実施例１よりも剪断弾性率が大きいため、音響透過損失は「８００Ｈｚで２０ｄＢ以上」の合格基準を満たさないと推察される。

【0030】

ここに開示された技術をまとめると以下のようになる。

【0031】

［１］ 鉄道車両用パネル１００は、芯材１と、前記芯材１を挟み込む第１板２１及び第２板２２とを備え、前記芯材１は、発泡樹脂によって形成され、前記第１板２１及び前記第２板２２の少なくとも一方は、マグネシウム合金によって形成され、前記発泡樹脂の剪断弾性率は、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下である。

【0032】

この構成によれば、第１板２１及び第２板２２の少なくとも一方がマグネシウム合金によって形成されているため、鉄道車両用パネル１００を軽量化できる。さらに、発泡樹脂の剪断弾性率を２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下とすることにより、鉄道車両用パネル１００の軽量化に伴う遮音性能の低下を補償できる。すなわち、軽量且つ高い遮音性能を有した鉄道車両用パネル１００を実現できる。

【0033】

［２］ ［１］に記載の鉄道車両用パネル１００において、前記芯材は、ＰＥＴ樹脂発泡体、ポリスチレン系発泡体、硬質アクリル系発泡体又はポリオレフィン系発泡体によって形成されている。

【0034】

この構成によれば、２０ＭＰａ以上１１０ＭＰａ以下の剪断弾性率を有する発泡樹脂を実現できる。

【符号の説明】

【0035】

１００ 鉄道車両用パネル
１ 芯材
２１ 第１板
２２ 第２板
３ 接着剤

【図1】

【図2】

【図3】