軌道の振動減衰装置及び振動体の振動減衰装置
【課題】振動を減衰させて騒音の発生を低減することができる軌道の振動減衰装置及び振動体の振動減衰装置を提供する。
【解決手段】区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌがレール５Ｒ，５Ｌ上を転がりながら移動するため、区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とに間に挿入された機械電気変換部１０の圧電ゴム部が外力を受けて機械的に変位して、この圧電ゴム部が電力を発生する。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動を機械電気変換部１０が電気信号に変換し、この電気信号が電気熱変換部１１に入力する。電気熱変換部１１に電流が流れるとこの電流が電気熱変換部１１の抵抗によって消費されて、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【解決手段】区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌがレール５Ｒ，５Ｌ上を転がりながら移動するため、区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とに間に挿入された機械電気変換部１０の圧電ゴム部が外力を受けて機械的に変位して、この圧電ゴム部が電力を発生する。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動を機械電気変換部１０が電気信号に変換し、この電気信号が電気熱変換部１１に入力する。電気熱変換部１１に電流が流れるとこの電流が電気熱変換部１１の抵抗によって消費されて、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置、及び振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物などによって構成される鉄道高架橋を列車が走行すると、この列車の走行に伴ってこの鉄道高架橋が振動しこの鉄道高架橋から構造物騒音が放射される。このような構造物騒音の対策として、レールを締結するレール締結装置とこのレールとの間にばね定数の小さい低ばね定数軌道パッドを敷設し、車両の通過に伴って発生しレールに入力される加振力をこの低ばね定数軌道パッドによって遮断し、構造物への振動伝達を小さくしている。
【０００３】
このような従来の低ばね定数軌道パッドは、弾性体を補強繊維によって補強した複合材からなる中空板状体と、この中空板状体の内部に封入される流体と、この中空板状体内の流体の封入量を調整するバルブなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の低ばね定数軌道パッドでは、バルブを開閉することによって中空板状体内の流体の封入量を調整し、ばね定数を所定範囲内に調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平11-172601号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の低ばね定数軌道パッドは、レールから構造物への振動伝達を小さくしてレールから構造物に伝播する振動エネルギーを低減しているが、レールから構造物に振動エネルギーが伝わらないようにすると、結果として振動エネルギーがレールに蓄積する。その結果、従来の低ばね定数軌道パッドでは、レールの長手方向の広い範囲にわたってレールが振動し、列車が走行するときに車両の車輪とレールとが振動することによって放射される転動騒音が増大してしまう問題点がある。
【０００６】
この発明の課題は、振動を減衰させて騒音の発生を低減することができる軌道の振動減衰装置及び振動体の振動減衰装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図７に示すように、軌道（４）の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１０）と、前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部（１１）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部（１０ａ）によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする軌道の振動減衰装置（９）である。
【０００８】
請求項２の発明は、図８〜図１３に示すように、軌道（４）の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１０）と、前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部（１２）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部（１０ａ）によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする軌道の振動減衰装置（９）である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の軌道の振動減衰装置において、図２及び図３に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）とこのレールを支持する支持体（６）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図５に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）とこの支持体を支持する路盤（３）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電スラブマットであることを特徴としている軌道の振動減衰装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図６に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）とこの支持体を保持するバラスト（７ａ）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図７に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）を保持するバラスト（７ａ）とこのバラストを支持する路盤（３）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電バラストマットであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、図１４及び図１６に示すように、振動体（１４；２０）の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１７）と、前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部（１８）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【００１４】
請求項８の発明は、図１５及び図１７に示すように、振動体（１４；２０）の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１７）と、前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部（１８）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の振動体の振動減衰装置において、図１４〜図１７に示すように、前記機械電気変換部は、前記振動体とこの振動体を支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、振動を減衰させて騒音の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のII-II線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図５】図４のV-V線で切断した状態を示す断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の第４実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
【図８】この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図９】図８のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
【図１１】この発明の第６実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１２】この発明の第７実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１３】この発明の第８実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１４】この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIV-XIVB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１５】この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXV-XVB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１６】この発明の第１１実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
【図１７】この発明の第１２実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１のII-II線で切断した状態を示す断面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
図１に示す区間Ｓ1は、振動減衰装置９によって軌道４の振動を減衰される対象区間である。区間Ｓ1は、例えば、軌道４に沿って家屋などが存在する鉄道沿線であって列車１の騒音対策が重要視されている対象区間である。区間Ｓ1は、例えば、レール５Ｒ，５Ｌの端部を付き合わせてこれらのレール５Ｒ，５Ｌを接続するレール継目部分の間隔と一致させている。
【００１９】
列車１は、軌道４上を運転する目的で組成された車両であり、電車又は気動車などの鉄道車両である。列車１は、１両又は複数両の車両によって編成されている。車輪２Ｒ，２Ｌは、車両を支持する部材であり、左右一対のレール５Ｒ，５Ｌとそれぞれ回転接触する。車輪２Ｒ，２Ｌは、図２に示すように、レール頭部５ａの頭頂面５ｄと接触して摩擦抵抗を受ける踏面２ａと、脱輪を防止するために車輪２Ｒ，２Ｌの外周部に連続して形成されたフランジ面２ｂなどを備えている。
【００２０】
路盤３は、支持体６を支持する基盤であり、図１に示す列車１が通過するときに発生する荷重を支持する構造物である。路盤３は、例えば、良質な自然土などを用いて締め固められた土路盤や、バラスト軌道区間で噴泥の生じるおそれのある区間に設置されるコンクリート路盤などである。
【００２１】
図１及び図２に示す軌道４は、列車１が走行する通路（線路）であり、図１に示すレール５Ｒ，５Ｌと、支持体６と、図２に示す道床７と、レール締結装置８などを備えている。図１及び図２に示す軌道４は、砂利又は砕石などの粒状体によって構成された道床７上にレール５Ｒ，５Ｌと支持体６とによって構成された軌きょうを敷設した有道床軌道である。
【００２２】
図１に示すレール５Ｒ，５Ｌは、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌを支持し案内して列車１を走行させる部材であり、図２に示すようにレール頭部５ａと、レール底部（フランジ部）５ｂと、レール腹部（ウェブ部）５ｃなどを備えている。レール頭部５ａは、鉄道車両の車輪２Ｒ，２Ｌと接触する部分であり、車輪２Ｒ，２Ｌを直接支持する頭頂面（頭部上面）５ｄなどを備えている。レール底部５ｂは、支持体６上に設置されて取り付けられる部分であり、レール締結装置８の締結ばね８ａによって押さえ付けられる底部上面５ｅと、支持体６上に設置される底部下面５ｆと、レール底部５ｂの左右の側面部分を構成する底部側面５ｇなどを備えている。レール腹部５ｃは、レール頭部５ａとレール底部５ｂとを繋ぐ部分であり、レール頭部５ａに作用する輪重及び押圧をレール底部５ｂに伝達する。
【００２３】
図１及び図２に示す支持体（支承体）６は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する部材である。支持体６は、左右のレール５Ｒ，５Ｌを固定して軌間を正確に保持し、レール５Ｒ，５Ｌから伝達される列車荷重を道床７に分散させるために、図２に示すようにレール５Ｒ，５Ｌと道床７との間に設置されるまくらぎである。図１及び図２に示す支持体６は、レール５Ｒ，５Ｌに対して直角に並べて敷設される横まくらぎ（一般区間で使用される並まくらぎ）であり、例えば緊張材として使用される鋼材（Prestressing Steel(PC))によってプレストレスが与えられたプレストレスコンクリート製まくらぎ（PCまくらぎ）である。支持体６は、図１に示すように、レール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に所定の間隔をあけて配置されており、レール５Ｒ，５Ｌを離散的に支持している。
【００２４】
図２に示す道床７は、支持体６を支持し路盤３に荷重を分散し伝達する構造体である。道床７は、支持体６を保持するバラスト７ａを備えており、バラスト７ａは砂利又は砕石などの粒状体からなり、支持体６と路盤３との間に敷き詰められている。道床７は、バラスト７ａによって構成されたバラスト道床である。
【００２５】
レール締結装置８は、レール５Ｒ，５Ｌを支持体６に締結する装置であり、図１に示す列車１が通過する際に発生する振動を吸収する緩衝機能を有する。レール締結装置８は、図２に示すように、締結ばね８ａと、ばね受台８ｂと、埋込栓８ｃと、締結ボルト８ｄと、座金８ｅなどを備えている。レール締結装置８は、レール底部５ｂと支持体６との間に機械電気変換部１０を挟み込み、締結ばね８ａによってレール５Ｒ，５Ｌを支持体６に締結する。締結ばね８ａは、レール５Ｒ，５Ｌを押さえ付けて締結するばねであり、底部上面５ｅ及び底部側面５ｇを押さえ付ける押さえ金（ばねクリップ）として機能する。ばね受台８ｂは、締結ばね８ａを支持する部材であり、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁するくさび状の部材である。ばね受台８ｂは、支持体６と締結ばね８ａとの間に挿入する挿入量を調節することによってレール５Ｒ，５Ｌの左右方向の位置を調節する。埋込栓８ｃは、締結ボルト８ｄを締結するために支持体６に埋め込まれる部材であり、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する。締結ボルト８ｄは、締結ばね８ａを締め付ける部材であり、締結ばね８ａの貫通孔を貫通して埋込栓８ｃの雌ねじ部にねじ込まれて固定される。座金８ｅは、締結ボルト８ｄと締結ばね８ａとの間に挟み込まれる部材である。
【００２６】
図１〜図３に示す振動減衰装置９は、軌道４の振動を減衰させる装置である。振動減衰装置９は、軌道４上を列車１が走行したときに車輪２Ｒ，２Ｌとレール５Ｒ，５Ｌとが接触して発生する振動を減衰し、車輪２Ｒ，２Ｌとレール５Ｒ，５Ｌとが接触することによって発生する転動騒音を抑制する。振動減衰装置９は、図１〜図３に示すように、機械電気変換部１０と電気熱変換部１１などを備えている。
【００２７】
図１〜図３に示す機械電気変換部１０は、振動を電気信号に変換する手段であり、図３に示す圧電ゴム部１０ａによって振動を電気信号に変換する。機械電気変換部１０は、図１に示すように、列車１が軌道４上を走行するときに区間Ｓ1内に発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換して出力する圧電材である。機械電気変換部１０は、列車１が通過するときに発生する衝撃を緩和し、振動の大きさに応じた電力を発生する弾性を有する圧電素子などである。機械電気変換部１０は、列車１が通過したときに発生する機械的な振動を電気信号に変換する機能を有し、列車１の通過によって荷重が作用したときに電力を発生する。機械電気変換部１０は、図２及び図３に示すように、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入されており、振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。機械電気変換部１０は、従来のレール締結装置で使用される軌道パッドと同様に、列車１が通過する際に発生する衝撃荷重を緩和する機能と、レール５Ｒ，５Ｌが長手方向に移動するふく進に対する抵抗力を確保する機能と、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する機能とを有する板状部材である。機械電気変換部１０は、図２に示すレール締結装置８の一部を構成しており、従来のレール締結装置に使用される軌道パッドと同様の機能を有するとともに圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、例えば、図１に示す区間Ｓ1の入口側（列車１が進入する側）と区間Ｓ1の出口側（列車１が進出する側）との間に支持体６の間隔と同じ間隔をあけて複数配置されている。機械電気変換部１０は、列車１が軌道４を走行するときに左右の車輪２Ｒ，２Ｌが同時にこれらの機械電気変換部１０上を通過して同時に電気信号を発生するように、左右のレール５Ｒ，５Ｌの下方にそれぞれ配置されている。機械電気変換部１０は、図３に示すように、圧電ゴム部１０ａと、電極部１０ｂ，１０ｃと、絶縁部１０ｄ，１０ｅと、導電部１０ｆ，１０ｇなどを備えている。
【００２８】
図３に示す圧電ゴム部１０ａは、ゴム中に圧電材料を分散させた部材である。圧電ゴム部１０ａは、例えば、ニトリルゴムなどのゴム材とチタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)などの圧電セラミック粉末とを混合する混合工程と、この混合工程後の混合物を加硫する加硫工程と、この加硫工程後の混合物の両端部に電圧を印加してこの混合物を分極させる分極工程とによって製造される。
【００２９】
電極部１０ｂ，１０ｃは、圧電ゴム部１０ａに電気的に接続された接点部分である。電極部１０ｂ，１０ｃは、圧電ゴム部１０ａの両面にそれぞれ積層されており、圧電ゴム部１０ａの両面全域を被覆するように形成されている。電極部１０ｂ，１０ｃは、例えば、金属、金属酸化物又はカーボンなどの導電性材料を蒸着、シルクスクリーン印刷又はイオンスパッタリングなどの方法によって圧電ゴム部１０ａの両面に形成されたり、導電性材料を含有する樹脂又は導電性高分子などの導電性樹脂を圧電ゴム部１０ａの両面に多層化して形成されたりする。
【００３０】
絶縁部１０ｄは、レール底部５ｂと電極部１０ｂとの間を電気的に絶縁する部分であり、絶縁部１０ｅは支持体６と電極部１０ｃとの間を電気的に絶縁する部分である。絶縁部１０ｄ，１０ｅは、電極部１０ｂ，１０ｃの表面に積層されており、電極部１０ｂ，１０ｃの表面全域を被覆するように形成されている。絶縁部１０ｄ，１０ｅは、例えば、電極部１０ｂ，１０ｃの表面に接着剤などによって接合された絶縁性のゴム又は合成樹脂である。
【００３１】
導電部１０ｆ，１０ｇは、圧電ゴム部１０ａが発生する電流が流れる部分であり、導電材の表面を絶縁材によって被覆された電線などである。導電部１０ｆ，１０ｇは、一方の端部が電極部１０ｂ，１０ｃにそれぞれ接続されており、他方の端部が電気熱変換部１１に接続されている。
【００３２】
図１〜図３に示す電気熱変換部１１は、電気信号を熱に変換する手段である。電気熱変換部１１は、機械電気変換部１０が出力する電気信号（電気エネルギー）を熱エネルギーに変換する。電気熱変換部１１は、例えば、抵抗値を調整可能な電気回路を備えており、機械電気変換部１０の圧電ゴム部１０ａが発生する電流（電気信号）が流れる。電気熱変換部１１は、図４に示すように、圧電ゴム部１０ａが減衰効果を発揮するように、この圧電ゴム部１０ａが発生する起電力を熱により発散して電力を消費する電力消費回路として機能する。電気熱変換部１１は、例えば、減衰量に応じて抵抗値を調整可能な可変抵抗によって構成された電気回路、抵抗値が所定値に固定された固定抵抗によって構成された電気回路、又は減衰量に応じて抵抗値が予め可変調整された可変抵抗、インダクタンスが予め可変調整されたコイル及びコンデンサを直列に接続して構成された共振回路などであり、これらの電気回路の一端部が導電部１０ｆに接続され他端部が導電部１０ｇに接続されている。
【００３３】
次に、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の動作を説明する。
図１に示すように、区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌがレール５Ｒ，５Ｌ上を転がりながら移動するため、区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。図３に示すように、機械電気変換部１０が圧電ゴム部１０ａを備える圧電軌道パッドを構成するため、機械電気変換部１０が高減衰特性を有しばね定数の小さい低ばね軌道パッドになって振動伝達率が低下し、レール５Ｒ，５Ｌが振動してもこのレール５Ｒ，５Ｌから支持体６に振動が伝播し難くなる。また、レール５Ｒ，５Ｌが振動すると機械電気変換部１０の内部の摩擦によって振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて消費され、レール５Ｒ，５Ｌの振動が低減する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると圧電ゴム部１０ａが外力を受けて機械的に変位するため、電極部１０ｂと電極部１０ｃとの間に電位差が生じ導電部１０ｆ，１０ｇに電流が流れる。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動を機械電気変換部１０が電気信号に変換し、この電気信号が電気熱変換部１１に入力する。電気熱変換部１１に電流が流れるとこの電流が電気熱変換部１１の抵抗によって消費されて、レール５Ｒ，５Ｌの振動エネルギー（電気エネルギー）が熱エネルギーに変換され、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【００３４】
この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、軌道４の振動を電気信号に機械電気変換部１０が変換し、この電気信号を熱に電気熱変換部１１が変換し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部１０ａによってこの機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する。このため、軌道４の振動を減衰させて転動騒音の増大を抑制し、鉄道沿線の騒音を低減することができる。また、軌道４の振動が減衰されるためこの軌道４から構造物に伝わる振動が低減し、構造物騒音の発生を低減することができる。
【００３５】
(2) この第１実施形態では、機械電気変換部１０がレール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入されて振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。その結果、低ばね軌道パッドに高減衰特性を付与することができるため、レール５Ｒ，５Ｌから支持体６への振動を絶縁する性能を維持しつつ、レール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に伝播する振動の距離減衰を大きくすることができ、転動騒音の増大を防ぐことができる。また、低ばね軌道パッドに圧電性能を付与することができるため、軌道４の振動エネルギーを圧電軌道パッド内の摩擦によって機械的エネルギーに変換させて損失させるとともに、この軌道４の振動エネルギーを電気エネルギーから熱エネルギーに変換して損失させて、軌道４の振動を効率よく減衰させることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図５は、図４のV-V線で切断した状態を示す断面図である。以下では、図１〜図３に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図４及び図５に示す路盤３は、スラブ軌道区間に設置される路盤コンクリートであり、図５に示すように支持体６の水平力を支えるために所定の間隔をあけて突起（突起コンクリート）３ａが形成されている。軌道４は、路盤コンクリート上に軌道スラブを敷設したスラブ軌道であり、有道床軌道の保守作業を軽減するために開発された省力化軌道の一種である。支持体６は、矩形平板状のプレキャストのコンクリート版からなるスラブ版（軌道スラブ）であり、レール５Ｒ，５Ｌと路盤３との間に設置されている。レール締結装置８は、図２に示す機械電気変換部１０に代えて図５に示す軌道パッド８ｆを備えており、この軌道パッド８ｆは、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入する弾性体である。軌道パッド８ｆは、列車１が通過する際に発生する衝撃荷重を緩和する機能と、レール５Ｒ，５Ｌが長手方向に移動するふく進に対する抵抗力を確保する機能と、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する機能とを有する加硫ゴム製やウレタン製の板状部材である。
【００３７】
図４及び図５に示す振動減衰装置９は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する支持体６とこの支持体６を支持する路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電スラブマットである。機械電気変換部１０は、スラブ軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６と路盤３との間に挿入されるゴム製のスラブマットとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、図４に示すように、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。
【００３８】
この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、機械電気変換部１０が支持体６と路盤３との間に挿入されて振動を電気信号に変換する圧電スラブマットである。その結果、支持体６と路盤３との間の広範囲にわたって機械電気変換部１０が挟み込まれるため、機械電気変換部１０からの出力電圧が大きくなり、列車１が走行するときに発生する振動を広範囲で減衰させることができる。また、路盤３上に支持体６を設置するときに、この路盤３上に圧電スラブマットを敷設して支持体６を設置することができるため、圧電スラブマットの敷設作業が容易になって作業時間を短縮化することができる。さらに、支持体６と路盤３との間に機械電気変換部１０が挟みこまれているため、レール５Ｒ，５Ｌの振動だけではなく支持体６の振動も減衰することができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図６は、この発明の第３実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
図６に示す振動減衰装置９は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する支持体６とこの支持体６を支持するバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。機械電気変換部１０は、有道床軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６とバラスト７ａとの間に挿入されるゴム製の軌道パッドとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、図４に示す機械電気変換部１０と同様に、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。この第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。
【００４０】
（第４実施形態）
図７は、この発明の第４実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
図７に示す振動減衰装置９は、支持体６を保持するバラスト７ａとこのバラスト７ａを支持する路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電バラストマットである。機械電気変換部１０は、有道床軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６とバラスト７ａとの間に挿入されるゴム製のバラストマットとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。この第４実施形態には、第１実施形態〜第３実施形態と同様の効果がある。
【００４１】
（第５実施形態）
図８は、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図９は、図８のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。図１０は、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
図８〜図１０に示す振動減衰装置９は、図１〜図７に示す電気熱変換部１１を省略して蓄電部１２を備えており、この蓄電部１２は機械電気変換部１０が発生する電力を蓄積する手段である。蓄電部１２は、小型で大容量のバックアップ電源として利用される電気二重層コンデンサ又はバッテリなどである。蓄電部１２は、例えば、この蓄電部１２の電圧が基準電圧を超えるときには電気エネルギーを放出し、列車１に停止信号又は進行信号を現示する信号機に電力を供給したり、軌道４に沿って配置された照明装置に電力を供給したり、非常用電源として電力を蓄積したりする。
【００４２】
次に、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の動作を説明する。
図８に示すように、区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、この区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると図１０に示す圧電ゴム部１０ａが外力を受けて機械的に変位するため、電極部１０ｂと電極部１０ｃとの間に電位差が生じ導電部１０ｆ，１０ｇに電流が流れる。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動（振動エネルギー）を機械電気変換部１０が電気信号（電気エネルギー）に変換し、機械電気変換部１０が出力する電力が蓄電部１２に蓄積されることによって、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【００４３】
この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、第１実施形態〜第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第５実施形態では、軌道４の振動を電気信号に機械電気変換部１０が変換し、この機械電気変換部１０が発生する電力を蓄電部１２が蓄積し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部１０ａによってこの機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する。このため、軌道４の振動エネルギーを機械電気変換部１０によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１２に蓄積することによって軌道４の振動を減衰させることができるとともにこの電気エネルギーを蓄電部１２から放出して利用することができる。
【００４４】
（第６実施形態）
図１１は、この発明の第６実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１１に示す振動減衰装置９は、支持体６と路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドであり、この圧電軌道パッドが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第６実施形態には、第１実施形態〜第５実施形態と同様の効果がある。
【００４５】
（第７実施形態）
図１２は、この発明の第７実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１２に示す振動減衰装置９は、支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電スラブマットであり、この圧電スラブマットが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第７実施形態には、第１実施形態〜第６実施形態と同様の効果がある。
【００４６】
（第８実施形態）
図１３は、この発明の第８実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１３に示す振動減衰装置９は、バラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電バラストマットであり、この圧電バラストマットが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第８実施形態には、第１実施形態〜第７実施形態と同様の効果がある。
【００４７】
（第９実施形態）
図１４は、この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、図１４（Ａ）は平面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のXIV-XIVB線で切断した状態を示す断面図である。
図１４（Ａ）に示す区間Ｓ2は、振動減衰装置１６によって通路１４の振動が減衰させる対象区間である。区間Ｓ2は、例えば、通路１４に沿って家屋などが存在する道路沿いの騒音対策が重要視されている対象区間である。図１４に示す移動体１３は、通路１４上を移動する物体であり、例えば自動車又は自動二輪車などの車両である。移動体１３は、通路１４と回転接触する車輪１３ａなどを備えている。通路１４は、移動体１３が通過する道路であり、移動体１３が移動することによって振動する振動体である。通路１４は、図１４（Ｂ）に示すように、アスファルト混合物の表層（路面）１４ａと、この表層１４ａから伝達される交通荷重を分散させて路床１５に伝達する路盤１４ｂなどを備えており、表層１４ａ及び路盤１４ｂなどが舗装体を構成している。路床１５は、通路１４を支持する支持体である。
【００４８】
図１４に示す振動減衰装置１６は、通路１４の振動を減衰させる装置であり、図１〜図７に示す振動減衰装置９と同様の機械電気変換部１７と電気熱変換部１８などを備えている。機械電気変換部１７は、振動を電気信号に変換する手段であり、図３に示す圧電ゴム部１０ａと同様の圧電ゴム部によって振動を電気信号に変換する。機械電気変換部１７は、通路１４上を移動体１３が移動したときに発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換して出力する圧電ゴムマットなどであり、移動体１３が移動するときに発生する衝撃を緩和し、振動の大きさに応じた電力を発生する。機械電気変換部１７は、図１４（Ｂ）に示すように、通路１４と路床１５との間に挿入されている。機械電気変換部１７は、図１４（Ａ）に示す区間Ｓ2の入口側（移動体１３が進入する側）からこの区間Ｓ2の出口側（移動体１３が進出する側）に向かって、通路１４の幅員（道幅）と略同一の幅で連続して配置されている。図１４に示す電気熱変換部１８は、電気信号を熱に変換する手段であり、図１〜図７に示す電気熱変換部１１と同一構造であるため詳細な説明については省略する。
【００４９】
この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置には、第１実施形態〜第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第９実施形態では、振動を電気信号に機械電気変換部１７が変換し、この電気信号を熱に電気熱変換部１８が変換す、この機械電気変換部１７がゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によってこの振動をこの電気信号に変換する。このため、例えば、通路１４上を移動体１３が移動してこの通路１４が振動体となって振動したときに、通路１４の振動を減衰させてこの通路１４から発生する騒音を低減することができる。
【００５０】
(2) この第９実施形態では、機械電気変換部１７が通路１４とこの通路１４を支持する路床１５との間に挿入されて振動を電気信号に変換する。このため、移動体１３が繰り返し通路１４上を通過して機械電気変換部１７に繰り返し荷重が作用しても、この機械電気変換部１７の圧電ゴム部が可撓性と弾力性を有するためこの機械電気変換部１７が破損するのを防ぐことができる。
【００５１】
（第１０実施形態）
図１５は、この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、図１５（Ａ）は平面図であり、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のXV-XVB線で切断した状態を示す断面図である。
図１５に示す振動減衰装置１６は、図１４に示す電気熱変換部１８を省略して蓄電部１９を備えており、この蓄電部１９は機械電気変換部１７が発生する電力を蓄積する手段である。蓄電部１９は、図８〜図１３に示す蓄電部１２と同一構造であり詳細な説明については省略する。
【００５２】
この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置には、第１実施形態〜第９実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第１０実施形態では、通路１４の振動を電気信号に機械電気変換部１７が変換し、この機械電気変換部１７が発生する電力を蓄電部１９が蓄積し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によってこの機械電気変換部１７が振動を電気信号に変換する。このため、移動体１３が通路１４上を移動したときに発生する通路１４の振動エネルギーを機械電気変換部１７によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１９に蓄積することによって通路１４の振動を減衰させて通路１４から発生する騒音を低減することができる。
【００５３】
（第１１実施形態）
図１６は、この発明の第１１実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
図１６に示す振動減衰装置１６は、振動体２０の振動を減衰させる装置であり、図１４及び図１５に示す振動減衰装置１６と同様の機械電気変換部１７と電気熱変換部１８などを備えており、振動体２０と支持体２１との間に機械電気変換部１７が挿入されている。振動体２０は、振動する部材であり、例えば内燃機関、発電機、電動機又は送風機などの機械類、地震又は風力などの外力を受けて振動する構造物などである。支持体２１は、振動体２０を支持する部材である。この第１１実施形態には、第１実施形態〜第１０実施形態の効果に加えて、機械類が動作して振動したり構造物が外力を受けて振動したりしたときに、これらの振動を機械電気変換部１７によって減衰させて振動体２０から放射される騒音を低減することができる。
【００５４】
（第１２実施形態）
図１７は、この発明の第１２実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
図１７に示す振動減衰装置１６は、図１６に示す電気熱変換部１８を省略して蓄電部１９を備えており、この蓄電部１９は機械電気変換部１７が発生する電力を蓄積する手段である。この第１２実施形態には、第１実施形態〜第１１実施形態の効果に加えて、振動体２０の振動エネルギーを機械電気変換部１７によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１９に蓄積することによって振動体２０の振動を減衰させてこの振動体２０から発生する騒音を低減することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、支持体６がまくらぎ又はスラブ版である場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌを長さ方向に連続して支持しレール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に沿って敷設される梯子状のラダーまくらぎのような縦まくらぎについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、レール締結装置８として締結ばね８ａを使用した締結装置を例にあげて説明したが、支持体６とレール５Ｒ，５Ｌとの間にタイプレートを挿入した締結装置や、線ばねを使用した締結装置などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この第１実施形態及び第５実施形態では、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって支持体６の間隔と同じ間隔をあけて機械電気変換部１０を配置する場合を例に挙げて説明したが、支持体６の間隔とは異なる間隔で機械電気変換部１０を配置することもできる。
【００５６】
(2) この第２実施形態及び第６実施形態では、路盤３と支持体６との間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間及び路盤３と支持体６との間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。また、この第３実施形態及び第７実施形態では、支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間、及び支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。さらに、この第４実施形態及び第８実施形態では、バラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間、支持体６とバラスト７ａとの間、及びバラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。
【００５７】
(3) この第９実施形態及び第１０実施形態では、移動体１３が車両である場合を例に挙げて説明したが、通路１４上を通行する人間又は動物などの移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この第１１実施形態及び第１２実施形態では、振動体２０を支持体２１が下側から持ち上げるように支持する場合を例に挙げて説明したが、振動体２０を支持体２１が上側から吊り下げるように支持する場合についてもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 列車
２Ｒ，２Ｌ 車輪
３ 路盤
４ 軌道
５Ｒ，５Ｌ レール
６ 支持体
７ 道床
７ａ バラスト
８ レール締結装置
８ｆ 軌道パッド
９ 振動減衰装置
１０ 機械電気変換部
１０ａ 圧電ゴム部
１０ｂ，１０ｃ 電極部
１０ｄ，１０ｅ 絶縁部
１０ｆ，１０ｇ 導電部
１１ 電気熱変換部
１２ 蓄電部
１３ 移動体
１３ａ 車輪
１４ 通路（振動体）
１５ 路床（支持体）
１６ 振動減衰装置
１７ 機械電気変換部
１８ 電気熱変換部
１９ 蓄電部
２０ 振動体
２１ 支持体
Ｓ1，Ｓ2 区間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置、及び振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物などによって構成される鉄道高架橋を列車が走行すると、この列車の走行に伴ってこの鉄道高架橋が振動しこの鉄道高架橋から構造物騒音が放射される。このような構造物騒音の対策として、レールを締結するレール締結装置とこのレールとの間にばね定数の小さい低ばね定数軌道パッドを敷設し、車両の通過に伴って発生しレールに入力される加振力をこの低ばね定数軌道パッドによって遮断し、構造物への振動伝達を小さくしている。
【０００３】
このような従来の低ばね定数軌道パッドは、弾性体を補強繊維によって補強した複合材からなる中空板状体と、この中空板状体の内部に封入される流体と、この中空板状体内の流体の封入量を調整するバルブなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の低ばね定数軌道パッドでは、バルブを開閉することによって中空板状体内の流体の封入量を調整し、ばね定数を所定範囲内に調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平11-172601号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の低ばね定数軌道パッドは、レールから構造物への振動伝達を小さくしてレールから構造物に伝播する振動エネルギーを低減しているが、レールから構造物に振動エネルギーが伝わらないようにすると、結果として振動エネルギーがレールに蓄積する。その結果、従来の低ばね定数軌道パッドでは、レールの長手方向の広い範囲にわたってレールが振動し、列車が走行するときに車両の車輪とレールとが振動することによって放射される転動騒音が増大してしまう問題点がある。
【０００６】
この発明の課題は、振動を減衰させて騒音の発生を低減することができる軌道の振動減衰装置及び振動体の振動減衰装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１〜図７に示すように、軌道（４）の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１０）と、前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部（１１）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部（１０ａ）によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする軌道の振動減衰装置（９）である。
【０００８】
請求項２の発明は、図８〜図１３に示すように、軌道（４）の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１０）と、前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部（１２）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部（１０ａ）によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする軌道の振動減衰装置（９）である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の軌道の振動減衰装置において、図２及び図３に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）とこのレールを支持する支持体（６）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図５に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）とこの支持体を支持する路盤（３）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電スラブマットであることを特徴としている軌道の振動減衰装置である。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図６に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）とこの支持体を保持するバラスト（７ａ）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、図７に示すように、前記機械電気変換部は、レール（５Ｒ，５Ｌ）を支持する支持体（６）を保持するバラスト（７ａ）とこのバラストを支持する路盤（３）との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電バラストマットであることを特徴とする軌道の振動減衰装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、図１４及び図１６に示すように、振動体（１４；２０）の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１７）と、前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部（１８）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【００１４】
請求項８の発明は、図１５及び図１７に示すように、振動体（１４；２０）の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部（１７）と、前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部（１８）とを備え、前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の振動体の振動減衰装置において、図１４〜図１７に示すように、前記機械電気変換部は、前記振動体とこの振動体を支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換することを特徴とする振動体の振動減衰装置である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、振動を減衰させて騒音の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のII-II線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図５】図４のV-V線で切断した状態を示す断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の第４実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
【図８】この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図９】図８のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。
【図１０】この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
【図１１】この発明の第６実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１２】この発明の第７実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１３】この発明の第８実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
【図１４】この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIV-XIVB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１５】この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXV-XVB線で切断した状態を示す断面図である。
【図１６】この発明の第１１実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
【図１７】この発明の第１２実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図２は、図１のII-II線で切断した状態を示す断面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
図１に示す区間Ｓ1は、振動減衰装置９によって軌道４の振動を減衰される対象区間である。区間Ｓ1は、例えば、軌道４に沿って家屋などが存在する鉄道沿線であって列車１の騒音対策が重要視されている対象区間である。区間Ｓ1は、例えば、レール５Ｒ，５Ｌの端部を付き合わせてこれらのレール５Ｒ，５Ｌを接続するレール継目部分の間隔と一致させている。
【００１９】
列車１は、軌道４上を運転する目的で組成された車両であり、電車又は気動車などの鉄道車両である。列車１は、１両又は複数両の車両によって編成されている。車輪２Ｒ，２Ｌは、車両を支持する部材であり、左右一対のレール５Ｒ，５Ｌとそれぞれ回転接触する。車輪２Ｒ，２Ｌは、図２に示すように、レール頭部５ａの頭頂面５ｄと接触して摩擦抵抗を受ける踏面２ａと、脱輪を防止するために車輪２Ｒ，２Ｌの外周部に連続して形成されたフランジ面２ｂなどを備えている。
【００２０】
路盤３は、支持体６を支持する基盤であり、図１に示す列車１が通過するときに発生する荷重を支持する構造物である。路盤３は、例えば、良質な自然土などを用いて締め固められた土路盤や、バラスト軌道区間で噴泥の生じるおそれのある区間に設置されるコンクリート路盤などである。
【００２１】
図１及び図２に示す軌道４は、列車１が走行する通路（線路）であり、図１に示すレール５Ｒ，５Ｌと、支持体６と、図２に示す道床７と、レール締結装置８などを備えている。図１及び図２に示す軌道４は、砂利又は砕石などの粒状体によって構成された道床７上にレール５Ｒ，５Ｌと支持体６とによって構成された軌きょうを敷設した有道床軌道である。
【００２２】
図１に示すレール５Ｒ，５Ｌは、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌを支持し案内して列車１を走行させる部材であり、図２に示すようにレール頭部５ａと、レール底部（フランジ部）５ｂと、レール腹部（ウェブ部）５ｃなどを備えている。レール頭部５ａは、鉄道車両の車輪２Ｒ，２Ｌと接触する部分であり、車輪２Ｒ，２Ｌを直接支持する頭頂面（頭部上面）５ｄなどを備えている。レール底部５ｂは、支持体６上に設置されて取り付けられる部分であり、レール締結装置８の締結ばね８ａによって押さえ付けられる底部上面５ｅと、支持体６上に設置される底部下面５ｆと、レール底部５ｂの左右の側面部分を構成する底部側面５ｇなどを備えている。レール腹部５ｃは、レール頭部５ａとレール底部５ｂとを繋ぐ部分であり、レール頭部５ａに作用する輪重及び押圧をレール底部５ｂに伝達する。
【００２３】
図１及び図２に示す支持体（支承体）６は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する部材である。支持体６は、左右のレール５Ｒ，５Ｌを固定して軌間を正確に保持し、レール５Ｒ，５Ｌから伝達される列車荷重を道床７に分散させるために、図２に示すようにレール５Ｒ，５Ｌと道床７との間に設置されるまくらぎである。図１及び図２に示す支持体６は、レール５Ｒ，５Ｌに対して直角に並べて敷設される横まくらぎ（一般区間で使用される並まくらぎ）であり、例えば緊張材として使用される鋼材（Prestressing Steel(PC))によってプレストレスが与えられたプレストレスコンクリート製まくらぎ（PCまくらぎ）である。支持体６は、図１に示すように、レール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に所定の間隔をあけて配置されており、レール５Ｒ，５Ｌを離散的に支持している。
【００２４】
図２に示す道床７は、支持体６を支持し路盤３に荷重を分散し伝達する構造体である。道床７は、支持体６を保持するバラスト７ａを備えており、バラスト７ａは砂利又は砕石などの粒状体からなり、支持体６と路盤３との間に敷き詰められている。道床７は、バラスト７ａによって構成されたバラスト道床である。
【００２５】
レール締結装置８は、レール５Ｒ，５Ｌを支持体６に締結する装置であり、図１に示す列車１が通過する際に発生する振動を吸収する緩衝機能を有する。レール締結装置８は、図２に示すように、締結ばね８ａと、ばね受台８ｂと、埋込栓８ｃと、締結ボルト８ｄと、座金８ｅなどを備えている。レール締結装置８は、レール底部５ｂと支持体６との間に機械電気変換部１０を挟み込み、締結ばね８ａによってレール５Ｒ，５Ｌを支持体６に締結する。締結ばね８ａは、レール５Ｒ，５Ｌを押さえ付けて締結するばねであり、底部上面５ｅ及び底部側面５ｇを押さえ付ける押さえ金（ばねクリップ）として機能する。ばね受台８ｂは、締結ばね８ａを支持する部材であり、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁するくさび状の部材である。ばね受台８ｂは、支持体６と締結ばね８ａとの間に挿入する挿入量を調節することによってレール５Ｒ，５Ｌの左右方向の位置を調節する。埋込栓８ｃは、締結ボルト８ｄを締結するために支持体６に埋め込まれる部材であり、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する。締結ボルト８ｄは、締結ばね８ａを締め付ける部材であり、締結ばね８ａの貫通孔を貫通して埋込栓８ｃの雌ねじ部にねじ込まれて固定される。座金８ｅは、締結ボルト８ｄと締結ばね８ａとの間に挟み込まれる部材である。
【００２６】
図１〜図３に示す振動減衰装置９は、軌道４の振動を減衰させる装置である。振動減衰装置９は、軌道４上を列車１が走行したときに車輪２Ｒ，２Ｌとレール５Ｒ，５Ｌとが接触して発生する振動を減衰し、車輪２Ｒ，２Ｌとレール５Ｒ，５Ｌとが接触することによって発生する転動騒音を抑制する。振動減衰装置９は、図１〜図３に示すように、機械電気変換部１０と電気熱変換部１１などを備えている。
【００２７】
図１〜図３に示す機械電気変換部１０は、振動を電気信号に変換する手段であり、図３に示す圧電ゴム部１０ａによって振動を電気信号に変換する。機械電気変換部１０は、図１に示すように、列車１が軌道４上を走行するときに区間Ｓ1内に発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換して出力する圧電材である。機械電気変換部１０は、列車１が通過するときに発生する衝撃を緩和し、振動の大きさに応じた電力を発生する弾性を有する圧電素子などである。機械電気変換部１０は、列車１が通過したときに発生する機械的な振動を電気信号に変換する機能を有し、列車１の通過によって荷重が作用したときに電力を発生する。機械電気変換部１０は、図２及び図３に示すように、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入されており、振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。機械電気変換部１０は、従来のレール締結装置で使用される軌道パッドと同様に、列車１が通過する際に発生する衝撃荷重を緩和する機能と、レール５Ｒ，５Ｌが長手方向に移動するふく進に対する抵抗力を確保する機能と、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する機能とを有する板状部材である。機械電気変換部１０は、図２に示すレール締結装置８の一部を構成しており、従来のレール締結装置に使用される軌道パッドと同様の機能を有するとともに圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、例えば、図１に示す区間Ｓ1の入口側（列車１が進入する側）と区間Ｓ1の出口側（列車１が進出する側）との間に支持体６の間隔と同じ間隔をあけて複数配置されている。機械電気変換部１０は、列車１が軌道４を走行するときに左右の車輪２Ｒ，２Ｌが同時にこれらの機械電気変換部１０上を通過して同時に電気信号を発生するように、左右のレール５Ｒ，５Ｌの下方にそれぞれ配置されている。機械電気変換部１０は、図３に示すように、圧電ゴム部１０ａと、電極部１０ｂ，１０ｃと、絶縁部１０ｄ，１０ｅと、導電部１０ｆ，１０ｇなどを備えている。
【００２８】
図３に示す圧電ゴム部１０ａは、ゴム中に圧電材料を分散させた部材である。圧電ゴム部１０ａは、例えば、ニトリルゴムなどのゴム材とチタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)などの圧電セラミック粉末とを混合する混合工程と、この混合工程後の混合物を加硫する加硫工程と、この加硫工程後の混合物の両端部に電圧を印加してこの混合物を分極させる分極工程とによって製造される。
【００２９】
電極部１０ｂ，１０ｃは、圧電ゴム部１０ａに電気的に接続された接点部分である。電極部１０ｂ，１０ｃは、圧電ゴム部１０ａの両面にそれぞれ積層されており、圧電ゴム部１０ａの両面全域を被覆するように形成されている。電極部１０ｂ，１０ｃは、例えば、金属、金属酸化物又はカーボンなどの導電性材料を蒸着、シルクスクリーン印刷又はイオンスパッタリングなどの方法によって圧電ゴム部１０ａの両面に形成されたり、導電性材料を含有する樹脂又は導電性高分子などの導電性樹脂を圧電ゴム部１０ａの両面に多層化して形成されたりする。
【００３０】
絶縁部１０ｄは、レール底部５ｂと電極部１０ｂとの間を電気的に絶縁する部分であり、絶縁部１０ｅは支持体６と電極部１０ｃとの間を電気的に絶縁する部分である。絶縁部１０ｄ，１０ｅは、電極部１０ｂ，１０ｃの表面に積層されており、電極部１０ｂ，１０ｃの表面全域を被覆するように形成されている。絶縁部１０ｄ，１０ｅは、例えば、電極部１０ｂ，１０ｃの表面に接着剤などによって接合された絶縁性のゴム又は合成樹脂である。
【００３１】
導電部１０ｆ，１０ｇは、圧電ゴム部１０ａが発生する電流が流れる部分であり、導電材の表面を絶縁材によって被覆された電線などである。導電部１０ｆ，１０ｇは、一方の端部が電極部１０ｂ，１０ｃにそれぞれ接続されており、他方の端部が電気熱変換部１１に接続されている。
【００３２】
図１〜図３に示す電気熱変換部１１は、電気信号を熱に変換する手段である。電気熱変換部１１は、機械電気変換部１０が出力する電気信号（電気エネルギー）を熱エネルギーに変換する。電気熱変換部１１は、例えば、抵抗値を調整可能な電気回路を備えており、機械電気変換部１０の圧電ゴム部１０ａが発生する電流（電気信号）が流れる。電気熱変換部１１は、図４に示すように、圧電ゴム部１０ａが減衰効果を発揮するように、この圧電ゴム部１０ａが発生する起電力を熱により発散して電力を消費する電力消費回路として機能する。電気熱変換部１１は、例えば、減衰量に応じて抵抗値を調整可能な可変抵抗によって構成された電気回路、抵抗値が所定値に固定された固定抵抗によって構成された電気回路、又は減衰量に応じて抵抗値が予め可変調整された可変抵抗、インダクタンスが予め可変調整されたコイル及びコンデンサを直列に接続して構成された共振回路などであり、これらの電気回路の一端部が導電部１０ｆに接続され他端部が導電部１０ｇに接続されている。
【００３３】
次に、この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置の動作を説明する。
図１に示すように、区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、列車１の車輪２Ｒ，２Ｌがレール５Ｒ，５Ｌ上を転がりながら移動するため、区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。図３に示すように、機械電気変換部１０が圧電ゴム部１０ａを備える圧電軌道パッドを構成するため、機械電気変換部１０が高減衰特性を有しばね定数の小さい低ばね軌道パッドになって振動伝達率が低下し、レール５Ｒ，５Ｌが振動してもこのレール５Ｒ，５Ｌから支持体６に振動が伝播し難くなる。また、レール５Ｒ，５Ｌが振動すると機械電気変換部１０の内部の摩擦によって振動エネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて消費され、レール５Ｒ，５Ｌの振動が低減する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると圧電ゴム部１０ａが外力を受けて機械的に変位するため、電極部１０ｂと電極部１０ｃとの間に電位差が生じ導電部１０ｆ，１０ｇに電流が流れる。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動を機械電気変換部１０が電気信号に変換し、この電気信号が電気熱変換部１１に入力する。電気熱変換部１１に電流が流れるとこの電流が電気熱変換部１１の抵抗によって消費されて、レール５Ｒ，５Ｌの振動エネルギー（電気エネルギー）が熱エネルギーに変換され、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【００３４】
この発明の第１実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、軌道４の振動を電気信号に機械電気変換部１０が変換し、この電気信号を熱に電気熱変換部１１が変換し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部１０ａによってこの機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する。このため、軌道４の振動を減衰させて転動騒音の増大を抑制し、鉄道沿線の騒音を低減することができる。また、軌道４の振動が減衰されるためこの軌道４から構造物に伝わる振動が低減し、構造物騒音の発生を低減することができる。
【００３５】
(2) この第１実施形態では、機械電気変換部１０がレール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入されて振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。その結果、低ばね軌道パッドに高減衰特性を付与することができるため、レール５Ｒ，５Ｌから支持体６への振動を絶縁する性能を維持しつつ、レール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に伝播する振動の距離減衰を大きくすることができ、転動騒音の増大を防ぐことができる。また、低ばね軌道パッドに圧電性能を付与することができるため、軌道４の振動エネルギーを圧電軌道パッド内の摩擦によって機械的エネルギーに変換させて損失させるとともに、この軌道４の振動エネルギーを電気エネルギーから熱エネルギーに変換して損失させて、軌道４の振動を効率よく減衰させることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図５は、図４のV-V線で切断した状態を示す断面図である。以下では、図１〜図３に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図４及び図５に示す路盤３は、スラブ軌道区間に設置される路盤コンクリートであり、図５に示すように支持体６の水平力を支えるために所定の間隔をあけて突起（突起コンクリート）３ａが形成されている。軌道４は、路盤コンクリート上に軌道スラブを敷設したスラブ軌道であり、有道床軌道の保守作業を軽減するために開発された省力化軌道の一種である。支持体６は、矩形平板状のプレキャストのコンクリート版からなるスラブ版（軌道スラブ）であり、レール５Ｒ，５Ｌと路盤３との間に設置されている。レール締結装置８は、図２に示す機械電気変換部１０に代えて図５に示す軌道パッド８ｆを備えており、この軌道パッド８ｆは、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間に挿入する弾性体である。軌道パッド８ｆは、列車１が通過する際に発生する衝撃荷重を緩和する機能と、レール５Ｒ，５Ｌが長手方向に移動するふく進に対する抵抗力を確保する機能と、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６とを電気的に絶縁する機能とを有する加硫ゴム製やウレタン製の板状部材である。
【００３７】
図４及び図５に示す振動減衰装置９は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する支持体６とこの支持体６を支持する路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電スラブマットである。機械電気変換部１０は、スラブ軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６と路盤３との間に挿入されるゴム製のスラブマットとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、図４に示すように、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。
【００３８】
この発明の第２実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、機械電気変換部１０が支持体６と路盤３との間に挿入されて振動を電気信号に変換する圧電スラブマットである。その結果、支持体６と路盤３との間の広範囲にわたって機械電気変換部１０が挟み込まれるため、機械電気変換部１０からの出力電圧が大きくなり、列車１が走行するときに発生する振動を広範囲で減衰させることができる。また、路盤３上に支持体６を設置するときに、この路盤３上に圧電スラブマットを敷設して支持体６を設置することができるため、圧電スラブマットの敷設作業が容易になって作業時間を短縮化することができる。さらに、支持体６と路盤３との間に機械電気変換部１０が挟みこまれているため、レール５Ｒ，５Ｌの振動だけではなく支持体６の振動も減衰することができる。
【００３９】
（第３実施形態）
図６は、この発明の第３実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
図６に示す振動減衰装置９は、レール５Ｒ，５Ｌを支持する支持体６とこの支持体６を支持するバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドである。機械電気変換部１０は、有道床軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６とバラスト７ａとの間に挿入されるゴム製の軌道パッドとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、図４に示す機械電気変換部１０と同様に、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。この第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。
【００４０】
（第４実施形態）
図７は、この発明の第４実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す断面図である。
図７に示す振動減衰装置９は、支持体６を保持するバラスト７ａとこのバラスト７ａを支持する路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０は振動を電気信号に変換する圧電バラストマットである。機械電気変換部１０は、有道床軌道において列車１が走行したときに発生する振動及び騒音の拡散を低減するために支持体６とバラスト７ａとの間に挿入されるゴム製のバラストマットとしての機能を有するするとともに、圧電材としての機能も有する。機械電気変換部１０は、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって連続して配置されている。この第４実施形態には、第１実施形態〜第３実施形態と同様の効果がある。
【００４１】
（第５実施形態）
図８は、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。図９は、図８のIX-IX線で切断した状態を示す断面図である。図１０は、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の機械電気変換部の縦断面図である。
図８〜図１０に示す振動減衰装置９は、図１〜図７に示す電気熱変換部１１を省略して蓄電部１２を備えており、この蓄電部１２は機械電気変換部１０が発生する電力を蓄積する手段である。蓄電部１２は、小型で大容量のバックアップ電源として利用される電気二重層コンデンサ又はバッテリなどである。蓄電部１２は、例えば、この蓄電部１２の電圧が基準電圧を超えるときには電気エネルギーを放出し、列車１に停止信号又は進行信号を現示する信号機に電力を供給したり、軌道４に沿って配置された照明装置に電力を供給したり、非常用電源として電力を蓄積したりする。
【００４２】
次に、この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置の動作を説明する。
図８に示すように、区間Ｓ1内をＤ方向に列車１が走行すると、この区間Ｓ1内のレール５Ｒ，５Ｌが衝撃力を受けて振動する。レール５Ｒ，５Ｌが振動すると図１０に示す圧電ゴム部１０ａが外力を受けて機械的に変位するため、電極部１０ｂと電極部１０ｃとの間に電位差が生じ導電部１０ｆ，１０ｇに電流が流れる。その結果、区間Ｓ1内に列車１が進入したときに発生する振動（振動エネルギー）を機械電気変換部１０が電気信号（電気エネルギー）に変換し、機械電気変換部１０が出力する電力が蓄電部１２に蓄積されることによって、レール５Ｒ，５Ｌの振動が減衰する。
【００４３】
この発明の第５実施形態に係る軌道の振動減衰装置には、第１実施形態〜第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第５実施形態では、軌道４の振動を電気信号に機械電気変換部１０が変換し、この機械電気変換部１０が発生する電力を蓄電部１２が蓄積し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部１０ａによってこの機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する。このため、軌道４の振動エネルギーを機械電気変換部１０によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１２に蓄積することによって軌道４の振動を減衰させることができるとともにこの電気エネルギーを蓄電部１２から放出して利用することができる。
【００４４】
（第６実施形態）
図１１は、この発明の第６実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１１に示す振動減衰装置９は、支持体６と路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電軌道パッドであり、この圧電軌道パッドが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第６実施形態には、第１実施形態〜第５実施形態と同様の効果がある。
【００４５】
（第７実施形態）
図１２は、この発明の第７実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１２に示す振動減衰装置９は、支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電スラブマットであり、この圧電スラブマットが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第７実施形態には、第１実施形態〜第６実施形態と同様の効果がある。
【００４６】
（第８実施形態）
図１３は、この発明の第８実施形態に係る軌道の振動減衰装置を模式的に示す平面図である。
図１３に示す振動減衰装置９は、バラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０が挿入されており、この機械電気変換部１０が振動を電気信号に変換する圧電バラストマットであり、この圧電バラストマットが発生する電力を蓄電部１２が蓄電する。この第８実施形態には、第１実施形態〜第７実施形態と同様の効果がある。
【００４７】
（第９実施形態）
図１４は、この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、図１４（Ａ）は平面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のXIV-XIVB線で切断した状態を示す断面図である。
図１４（Ａ）に示す区間Ｓ2は、振動減衰装置１６によって通路１４の振動が減衰させる対象区間である。区間Ｓ2は、例えば、通路１４に沿って家屋などが存在する道路沿いの騒音対策が重要視されている対象区間である。図１４に示す移動体１３は、通路１４上を移動する物体であり、例えば自動車又は自動二輪車などの車両である。移動体１３は、通路１４と回転接触する車輪１３ａなどを備えている。通路１４は、移動体１３が通過する道路であり、移動体１３が移動することによって振動する振動体である。通路１４は、図１４（Ｂ）に示すように、アスファルト混合物の表層（路面）１４ａと、この表層１４ａから伝達される交通荷重を分散させて路床１５に伝達する路盤１４ｂなどを備えており、表層１４ａ及び路盤１４ｂなどが舗装体を構成している。路床１５は、通路１４を支持する支持体である。
【００４８】
図１４に示す振動減衰装置１６は、通路１４の振動を減衰させる装置であり、図１〜図７に示す振動減衰装置９と同様の機械電気変換部１７と電気熱変換部１８などを備えている。機械電気変換部１７は、振動を電気信号に変換する手段であり、図３に示す圧電ゴム部１０ａと同様の圧電ゴム部によって振動を電気信号に変換する。機械電気変換部１７は、通路１４上を移動体１３が移動したときに発生する振動を圧電効果によって電気信号に変換して出力する圧電ゴムマットなどであり、移動体１３が移動するときに発生する衝撃を緩和し、振動の大きさに応じた電力を発生する。機械電気変換部１７は、図１４（Ｂ）に示すように、通路１４と路床１５との間に挿入されている。機械電気変換部１７は、図１４（Ａ）に示す区間Ｓ2の入口側（移動体１３が進入する側）からこの区間Ｓ2の出口側（移動体１３が進出する側）に向かって、通路１４の幅員（道幅）と略同一の幅で連続して配置されている。図１４に示す電気熱変換部１８は、電気信号を熱に変換する手段であり、図１〜図７に示す電気熱変換部１１と同一構造であるため詳細な説明については省略する。
【００４９】
この発明の第９実施形態に係る振動体の振動減衰装置には、第１実施形態〜第４実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第９実施形態では、振動を電気信号に機械電気変換部１７が変換し、この電気信号を熱に電気熱変換部１８が変換す、この機械電気変換部１７がゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によってこの振動をこの電気信号に変換する。このため、例えば、通路１４上を移動体１３が移動してこの通路１４が振動体となって振動したときに、通路１４の振動を減衰させてこの通路１４から発生する騒音を低減することができる。
【００５０】
(2) この第９実施形態では、機械電気変換部１７が通路１４とこの通路１４を支持する路床１５との間に挿入されて振動を電気信号に変換する。このため、移動体１３が繰り返し通路１４上を通過して機械電気変換部１７に繰り返し荷重が作用しても、この機械電気変換部１７の圧電ゴム部が可撓性と弾力性を有するためこの機械電気変換部１７が破損するのを防ぐことができる。
【００５１】
（第１０実施形態）
図１５は、この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図であり、図１５（Ａ）は平面図であり、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のXV-XVB線で切断した状態を示す断面図である。
図１５に示す振動減衰装置１６は、図１４に示す電気熱変換部１８を省略して蓄電部１９を備えており、この蓄電部１９は機械電気変換部１７が発生する電力を蓄積する手段である。蓄電部１９は、図８〜図１３に示す蓄電部１２と同一構造であり詳細な説明については省略する。
【００５２】
この発明の第１０実施形態に係る振動体の振動減衰装置には、第１実施形態〜第９実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第１０実施形態では、通路１４の振動を電気信号に機械電気変換部１７が変換し、この機械電気変換部１７が発生する電力を蓄電部１９が蓄積し、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によってこの機械電気変換部１７が振動を電気信号に変換する。このため、移動体１３が通路１４上を移動したときに発生する通路１４の振動エネルギーを機械電気変換部１７によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１９に蓄積することによって通路１４の振動を減衰させて通路１４から発生する騒音を低減することができる。
【００５３】
（第１１実施形態）
図１６は、この発明の第１１実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
図１６に示す振動減衰装置１６は、振動体２０の振動を減衰させる装置であり、図１４及び図１５に示す振動減衰装置１６と同様の機械電気変換部１７と電気熱変換部１８などを備えており、振動体２０と支持体２１との間に機械電気変換部１７が挿入されている。振動体２０は、振動する部材であり、例えば内燃機関、発電機、電動機又は送風機などの機械類、地震又は風力などの外力を受けて振動する構造物などである。支持体２１は、振動体２０を支持する部材である。この第１１実施形態には、第１実施形態〜第１０実施形態の効果に加えて、機械類が動作して振動したり構造物が外力を受けて振動したりしたときに、これらの振動を機械電気変換部１７によって減衰させて振動体２０から放射される騒音を低減することができる。
【００５４】
（第１２実施形態）
図１７は、この発明の第１２実施形態に係る振動体の振動減衰装置を模式的に示す構成図である。
図１７に示す振動減衰装置１６は、図１６に示す電気熱変換部１８を省略して蓄電部１９を備えており、この蓄電部１９は機械電気変換部１７が発生する電力を蓄積する手段である。この第１２実施形態には、第１実施形態〜第１１実施形態の効果に加えて、振動体２０の振動エネルギーを機械電気変換部１７によって電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電部１９に蓄積することによって振動体２０の振動を減衰させてこの振動体２０から発生する騒音を低減することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、支持体６がまくらぎ又はスラブ版である場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌを長さ方向に連続して支持しレール５Ｒ，５Ｌの長さ方向に沿って敷設される梯子状のラダーまくらぎのような縦まくらぎについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、レール締結装置８として締結ばね８ａを使用した締結装置を例にあげて説明したが、支持体６とレール５Ｒ，５Ｌとの間にタイプレートを挿入した締結装置や、線ばねを使用した締結装置などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この第１実施形態及び第５実施形態では、区間Ｓ1の入口側から出口側に向かって支持体６の間隔と同じ間隔をあけて機械電気変換部１０を配置する場合を例に挙げて説明したが、支持体６の間隔とは異なる間隔で機械電気変換部１０を配置することもできる。
【００５６】
(2) この第２実施形態及び第６実施形態では、路盤３と支持体６との間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間及び路盤３と支持体６との間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。また、この第３実施形態及び第７実施形態では、支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間、及び支持体６とバラスト７ａとの間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。さらに、この第４実施形態及び第８実施形態では、バラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０を挿入する場合を例に挙げて説明したが、レール５Ｒ，５Ｌと支持体６との間、支持体６とバラスト７ａとの間、及びバラスト７ａと路盤３との間に機械電気変換部１０を挿入することもできる。
【００５７】
(3) この第９実施形態及び第１０実施形態では、移動体１３が車両である場合を例に挙げて説明したが、通路１４上を通行する人間又は動物などの移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この第１１実施形態及び第１２実施形態では、振動体２０を支持体２１が下側から持ち上げるように支持する場合を例に挙げて説明したが、振動体２０を支持体２１が上側から吊り下げるように支持する場合についてもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 列車
２Ｒ，２Ｌ 車輪
３ 路盤
４ 軌道
５Ｒ，５Ｌ レール
６ 支持体
７ 道床
７ａ バラスト
８ レール締結装置
８ｆ 軌道パッド
９ 振動減衰装置
１０ 機械電気変換部
１０ａ 圧電ゴム部
１０ｂ，１０ｃ 電極部
１０ｄ，１０ｅ 絶縁部
１０ｆ，１０ｇ 導電部
１１ 電気熱変換部
１２ 蓄電部
１３ 移動体
１３ａ 車輪
１４ 通路（振動体）
１５ 路床（支持体）
１６ 振動減衰装置
１７ 機械電気変換部
１８ 電気熱変換部
１９ 蓄電部
２０ 振動体
２１ 支持体
Ｓ1，Ｓ2 区間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項２】
軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールとこのレールを支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体とこの支持体を支持する路盤との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電スラブマットであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体とこの支持体を保持するバラストとの間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体を保持するバラストとこのバラストを支持する路盤との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電バラストマットであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項７】
振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【請求項８】
振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の振動体の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、前記振動体とこの振動体を支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【請求項１】
軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項２】
軌道の振動を減衰させる軌道の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールとこのレールを支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体とこの支持体を支持する路盤との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電スラブマットであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体とこの支持体を保持するバラストとの間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電軌道パッドであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の軌道の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、レールを支持する支持体を保持するバラストとこのバラストを支持する路盤との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換する圧電バラストマットであること、
を特徴とする軌道の振動減衰装置。
【請求項７】
振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記電気信号を熱に変換する電気熱変換部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【請求項８】
振動体の振動を減衰させる振動体の振動減衰装置であって、
前記振動を電気信号に変換する機械電気変換部と、
前記機械電気変換部が発生する電力を蓄積する蓄電部とを備え、
前記機械電気変換部は、ゴム中に圧電材料を分散させた圧電ゴム部によって前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の振動体の振動減衰装置において、
前記機械電気変換部は、前記振動体とこの振動体を支持する支持体との間に挿入されて前記振動を前記電気信号に変換すること、
を特徴とする振動体の振動減衰装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２２００５０（Ｐ２０１１−２２００５０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２６２２（Ｐ２０１０−９２６２２）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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