(57)【要約】【課題】簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる舟体の揚力安定化構造及びすり板を提供する。【解決手段】揚力安定化構造９は、すり板８Ａ〜８Ｃを支持する舟体７に作用する揚力を安定化させる。すり板８Ａ〜８Ｃは、舟体７が斜め上方向の流れＦを受けたときに、この舟体７に作用する揚力を増加させる揚力増加部１０Ａと、この舟体７に作用する揚力を低減させる揚力低減部１０Ｂとを備えている。揚力増加部１０Ａは、水平線とのなす傾斜角が小さい傾斜面１０ａを備えており、揚力低減部１０Ｂは水平線とのなす傾斜角が大きい傾斜面１０ｂを備えている。揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂは、舟体７の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。揚力増加部１０Ａは、舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、揚力低減部１０Ｂは舟体７の長さ方向の両端部に作用する揚力を減少させる。【選択図】図３
2020025424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
すり板を支持する舟体に作用する揚力を安定化させる舟体の揚力安定化構造であって、
前記すり板は、前記舟体が斜め上方向の流れを受けたときに、この舟体に作用する揚力を増加させる揚力増加部と、この舟体に作用する揚力を低減させる揚力低減部とを備えること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項２】
請求項１に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、水平線とのなす傾斜角が小さい傾斜面を備え、
前記揚力低減部は、水平線とのなす傾斜角が大きい傾斜面を備えること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項３】
請求項２に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面を流れが沿う角度であり、
前記揚力低減部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面で流れがはく離する角度であること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部及び前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されていること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、
前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を減少させること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、
前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を増加させ、
前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を減少させること、
を特徴とする舟体の揚力安定化構造。
【請求項７】
トロリ線と摺動するすり板であって、
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の舟体の揚力安定化構造を備えること、
を特徴とするすり板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、すり板を支持する舟体に作用する揚力を安定化させる舟体の揚力安定化構造、及びトロリ線と摺動するすり板に関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線（登録商標）の高速化にとって、車両各部から放射される空力音の提言は重要な課題である。パンタグラフは主要な空力音源であり、パンタグラフの各部材の中でも、舟体は最も寄与が大きい空力音源である。舟体の空力音低減には断面形状の平滑化が有効だが、揚力特性の安定化が損なわれる。ここで言う揚力特性の安定化とは、対向風の風向変化による揚力変化量が小さいことと、すり板摩耗による断面形状変化に対して、揚力変化量が小さいことの２点が必要である。なお、揚力に関しては、その値自体を集電系にとって適切な値（概ね静押上力54Nと同程度）に設定することも重要であるが、これについては、揚力を安定化させる技術と揚力の値自体を調整する技術などの様々な対策がある。
【０００３】
従来の集電装置の揚力安定化構造（以下、従来技術１という）は、CFD解析及び最適化手法を組み合わせた手法により、空力音低減と揚力特性安定化を両立する平滑舟体形状を提案している（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１は、集電舟の長さ方向と直交する平面で切断したときの下側以外の部分の断面形状が所定の目的関数が最小になるような舟体形状に形成されている。
【０００４】
従来のパンタグラフの舟体（以下、従来技術２という）は、舟体底面から突出する突起部を備えており、車両の走行方向の前寄り又は後寄りの少なくとも一方に舟体の長手方向に長くこの突起部を形成している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２は、車両の走行方向の後寄りに形成された突起部を、舟体の長手方向の長さを設定することによって、この走行方向における揚力を調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006-141169号公報
【０００６】
【特許文献２】特開2018-046614号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術１は、すり板を含めた舟体の断面形状が曲面で構成されており、製造コストが高くなってしまう問題点がある。特に、すり板を曲面で加工するのは製造コストが極めて高い。また、従来技術１は、舟体とすり板を一体で断面形状の設計を行う場合、開発難度が高くなってしまう問題点がある。従来技術２は、揚力の値自体を調整することを目的としており、風向変化、すり板摩耗に対する揚力変化量の低減などの揚力の安定化を図ることができない問題点がある。同様に、舟体の断面形状をこの舟体の長手方向に非一様とする技術、あるいは、部分的に断面形状を変更する技術もあるが、これらの技術は主として揚力の値自体を調整することを目的としており、風向変化、すり板摩耗に対する揚力変化量を低減などの揚力を安定化せる効果は必ずしも得られない。特に、すり板摩耗による揚力変化量を舟体形状によって抑制することは困難である。
【０００８】
この発明の課題は、簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる舟体の揚力安定化構造及びすり板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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３〜図１３に示すように、すり板（８Ａ〜８Ｃ）を支持する舟体（７）に作用する揚力（＋Ｌ）を安定化させる舟体の揚力安定化構造であって、前記すり板は、前記舟体が斜め上方向の流れ（Ｆ）を受けたときに、この舟体に作用する揚力を増加させる揚力増加部（１０Ａ）と、この舟体に作用する揚力を低減させる揚力低減部（１０Ｂ）とを備えることを特徴とする舟体の揚力安定化構造（９）である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の舟体の揚力安定化構造において、図６、図９及び図１１〜図１３に示すように、前記揚力増加部は、水平線とのなす傾斜角（θA）が小さい傾斜面（１０ａ）を備え、前記揚力低減部は、水平線とのなす傾斜角（θB）が大きい傾斜面（１０ｂ）を備えることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の舟体の揚力安定化構造において、前記揚力増加部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面を流れが沿う角度であり、前記揚力低減部は、前記傾斜面の傾斜角がこの傾斜面で流れがはく離する角度であることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【００１２】
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項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図３、図７、図８及び図１０に示すように、前記揚力増加部及び前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されていることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【００１３】
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項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図３及び図８に示すように、前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を増加させ、前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を減少させることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか1項に記載の舟体の揚力安定化構造において、図７、図８及び図１０に示すように、前記揚力増加部は、前記舟体の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力を増加させ、前記揚力低減部は、前記舟体の長さ方向の中央部に作用する揚力を減少させることを特徴とする舟体の揚力安定化構造である。
【００１５】
請求項７の発明は、図２〜図４、図７、図８及び図１０に示すように、トロリ線（１ａ）と摺動するすり板であって、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の舟体の揚力安定化構造（９）を備えることを特徴とするすり板（８Ａ〜８Ｃ）である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、簡単な構造によって舟体に作用する揚力を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える集電装置を模式的に示す側面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す正面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面図であり、（Ａ）は図４のV-VA線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｂ）は図４のV-VB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は揚力増加部及び揚力低減部の作用を比較した表である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備えるすり板の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のVI-VIB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のVI-VIC線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のVI-VID線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
【図８】この発明の第３実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
【図９】この発明の第３実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備えるすり板の外観図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のIX-IXB線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のIX-IXC線で切断した状態を示す断面図であり、（Ｄ）は（Ａ）のIX-IXD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４実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体を概略的に示す平面図である。
【図１１】この発明の第５実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が多角形の場合の断面図であり、（Ａ）はすり板の傾斜面の傾斜角が小さいきときの断面図であり、（Ｂ）はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
【図１２】この発明の第５実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が前後非対称の場合の断面図であり、(Ａ)はすり板の傾斜面の傾斜角が小さいときの断面図であり、(Ｂ)はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
【図１３】この発明の第５実施形態に係る舟体の揚力安定化構造を備える舟体の断面形状が鈍頭の場合の断面図であり、（Ａ）はすり板の傾斜面の傾斜角が小さきいときの断面図であり、（Ｂ）はすり板の傾斜面の傾斜角が大きいときの断面図である。
【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〜図４に示す架線１は、線路上空に架設される架空電車線である。架線１は、所定の間隔をあけて支持点で支持されている。トロリ線１ａは、集電装置３が接触移動する電線である。トロリ線１ａは、集電装置３が摺動することによって、車両２に負荷電流を供給する。図２に示す車両２は、電車又は電気機関車などの電気車である。車両２は、例えば、高速で走行する新幹線（登録商標）などの鉄道車両である。車体２ａは、乗客又は貨物を積載し輸送するための構造物である。
【００１９】
図１〜図４に示す集電装置３は、トロリ線１ａから車両２に電力を導くための装置である。集電装置３は、図２に示す台枠４と、碍子５と、図１及び図２に示す枠組６と、図１〜図５に示す舟体（集電舟）７と、図１〜図６に示すすり板８Ａ〜８Ｃなどを備えている。図２に示す台枠４は、枠組６を支持する部材である、台枠４は、碍子５を介して車体２ａの屋根上に設置されている。碍子５は、車体２ａと台枠４との間を電気的に絶縁する部材である。図１及び図２に示す枠組６は、舟体７を支持する部材である。枠組６は、舟体７を支持した状態で上下方向に動作可能なリンク機構を備えており、台枠４に取り付けられて上昇力を付与する主ばね（押上げ用ばね）によって上方に押上げられている。枠組６は、舟支え部６ａと、上枠６ｂと、下枠６ｃと、関節部（屈曲部）６ｄなどを備えている。舟支え部６ａは、舟体７を支持する部分である。舟支え部６ａは、舟体７を架線１に対して水平に押上げる。上枠６ｂは、舟支え部６ａに回転自在に連結される部材である。下枠６ｃは、台枠４に回転自在に連結される部材である。下枠６ｃは、枠組６を昇降動作させる図示しない主軸及び主ばねに連結されている。関節部６ｄは、上枠６ｂと下枠６ｃとが回転自在に連結される中間ヒンジとして機能する部分である。図１及び図２に示す集電装置３は、車両２の進行方向（図中Ａ方向）に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式パンタグラフである。図１及び図２に示す集電装置３は、車両２の進行方向前側に関節部６ｄが位置するなびき方向に移動している。
【００２０】
図１〜図５に示す舟体７は、すり板８Ａ〜８Ｃを支持する部材である。舟体７は、一般にトロリ線１ａと直交する方向（まくらぎ方向）に伸びた細長い金属製の柱状部材である。舟体７は、図２及び図５に示すように、この舟体７の中心軸に対して前後対称であり、前後がいずれも同一形状に形成されている。舟体７は、流れ（気流）Ｆのはく離を可能な限り防止するために断面形状が流線型又は流線型に近似した曲面で構成されており、滑らかな曲線によって構成されている。舟体７は、例えば、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics(CFD))解析及び最適化手法を組み合わせた手法によって、空力音低減及び揚力特性安定化を両立可能なように舟体断面形状が平滑化されている。舟体７は、例えば、トロリ線１ａに対する追従性能を向上させた新幹線用（高速用）パンタグラフ舟体である。舟体７は、図１〜図４に示すホーン７ａと、図２、図４及び図５に示す上部７ｂと、図４及び図５に示す下部７ｃと、図２〜図５に示す前縁部７ｄなどを備えている。図１〜図４に示すホーン７ａは、車両２が分岐器を通過するときに、この分岐器の上方で交差する２本のトロリ線１ａのうち車両２の進行方向とは異なる方向のトロリ線１ａへの割込みを防止するための部材である。ホーン７ａは、舟体７の長さ方向の両端部から突出しており、図１に示すように先端部が下方に向かって湾曲して形成された金属製の部材である。図２、図４及び図５に示す上部７ｂは、すり板８Ａ〜８Ｃが取り付けられる部分である。図４及び図５に示す下部７ｃは、舟支え部６ａに支持される部分である。図２〜図５に示す前縁部７ｄは、舟体７の縁部を構成する部分である。
【００２１】
舟体７には、図２に示すように、車両２がＡ方向に移動して流れＦを受けたとき揚力＋Ｌが作用する。簡単のため、舟体７の揚力が流れＦの迎角αの変化に対して直線的に変化する場合を例とすると、流れＦの迎角αが変化したときに、揚力＋Ｌに加えて揚力±Ｌ’がこの舟体７に作用する。ここで、揚力＋Ｌは、車両２が通常走行中に舟体７に作用する揚力である。揚力±Ｌ’は、迎角αが変化したときの揚力＋Ｌの変化量である。迎角αは、舟体７の前後方向と流れＦとのなす角である。舟体７には、流れＦの迎角αが正の値（舟体７の前方から後方に向かって流れＦが斜め上方向）であるときには、この舟体７を上昇させる方向を正とする揚力＋Ｌ’がこの舟体７に作用する。一方、舟体７には、流れＦの迎角αが負の値（舟体７の前方から後方に向かって流れＦが斜め下方向）であるときには、この舟体７を下降させる方向を負とする揚力−Ｌ’がこの舟体７に作用する。
【００２２】
図１〜図６に示すすり板８Ａ〜８Ｃは、トロリ線１ａと摺動する部材である。すり板８Ａ〜８Ｃは、図３及び図４に示すように、車両２の進行方向と直交する方向（まくらぎ方向）に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。すり板８Ａ〜８Ｃは、車両２の走行速度と同速度でトロリ線１ａと摺動し大電流が流れるため、機械的強度、電気伝導性及び耐摩耗性などの一定の性能が要求される。すり板８Ａ〜８Ｃは、例えば、鉄又は銅などの金属粉に黒鉛又はスズなどの低融点金属とクロム又はモリブデンなどの硬質金属とを混合し焼結させた焼結合金すり板、炭素を主成分とするカーボン系すり板などである。すり板８Ａ〜８Ｃは、舟体７とは別個に製造される別部品であり、この舟体７に取り付けられている。すり板８Ａ〜８Ｃは、舟体７との間で相対変位可能なようにばねなどの弾性体によって支持されている。
【００２３】
図１及び図３〜図６に示すすり板８Ａ，８Ｂは、車両２が本線走行時に主にトロリ線１ａと摺動する主すり板として機能する。すり板８Ａ，８Ｂは、図１、図３及び図４に示すように、舟体７の長さ方向（まくらぎ方向）に複数並べた状態でこの舟体７の中央部及び中央部よりも外側（両端部寄り）に配置されている。すり板８Ａ，８Ｂは、図３に示すように、舟体７の進行方向（すり板８Ａ，８Ｂの長さ方向と直交する方向（図３に示すＡ方向))に対して所定の傾斜角度で両端部が斜めに直線状に切断されている。すり板８Ａ，８Ｂは、図３及び図６に示すように、平面形状が略平行四辺形の薄板状部材である。
【００２４】
図１、図３及び図４に示すすり板８Ｃは、すり板８Ａ，８Ｂの補助的部分を構成する補助すり板として機能する。すり板８Ｃは、すり板８Ａ，８Ｂに比べて摺動頻度が低く、舟体７の長さ方向にすり板８Ａと並べた状態で舟体７の両端部に配置されている。すり板８Ｃは、図３に示すように、すり板８Ｂと隣接する側の端面が舟体７の長さ方向に対して斜めに形成され、すり板８Ｂと隣接する側とは反対側の端面が舟体７の長さ方向に対して略直交して形成されている薄板状部材である。すり板８Ａ〜８Ｃは、図５及び図６に示す上部８ａと、下部８ｂと、図６に示す前縁部８ｃと、図５及び図６に示す上側角部８ｄと、図６に示す端部８ｅと、図２、図３、図５及び図６に示す揚力安定化構造９などを備えている。
【００２５】
図５及び図６に示す上部８ａは、トロリ線１ａと接触する部分である。下部８ｂは、舟体７の上部７ｂに取り付けられる部分である。図６に示す前縁部８ｃは、すり板８Ａ〜８Ｃの縁部を構成する部分である。前縁部８ｃは、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向前側及び進行方向後側に形成されており、上部８ａに対して垂直な平坦面（壁面）に形成されている。前縁部８ｃは、すり板８Ａ〜８Ｃを舟体７に取り付けたときに、舟体７の上部７ｂの凹部と接合する。図５及び図６に示す上側角部８ｄは、上部８ａと前縁部８ｃとが交わる部分である。端部８ｅは、すり板８Ａとすり板８Ｂとが隣り合う側に形成されている。端部８ｅは、すり板８Ａ，８Ｂの進行方向に対して所定の傾斜角で傾斜しており、すり板８Ａ，８Ｂの上部８ａ及び下部８ｂに対して垂直な平坦面に形成されている。
【００２６】
図２、図３、図５及び図６に示す揚力安定化構造９は、舟体７に作用する揚力＋Ｌを安定化させる構造である。揚力安定化構造９は、揚力傾斜が正の特性を示す部分と揚力傾斜が負の特性を示す部分とを、舟体７の長さ方向に沿って混在させることによって、この舟体７の揚力特性を安定化させる。ここで、揚力傾斜とは、図２に示す迎角αに対する揚力±Ｌ’の変化を表す値である。揚力傾斜が正とは、揚力傾斜が右上がりの直線になるような特性を示すことをいう。揚力傾斜が負とは、迎角αに対する揚力±Ｌ’の変化を表す揚力傾斜が右下がりの直線になるような特性を示すことをいう。揚力安定化構造９は、図３〜図６に示すように、揚力増加部１０Ａと、揚力低減部１０Ｂと、図３及び図６に示す接続部１０Ｃなどを備えている。揚力安定化構造９は、図３に示すように、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂが舟体７の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。
【００２７】
図３、図４、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す揚力増加部１０Ａは、舟体７が斜め上方向の流れＦを受けたときに、この舟体７に作用する揚力＋Ｌを増加させる部分である。揚力増加部１０Ａは、図６（Ａ）に示すように、すり板８Ａの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。揚力増加部１０Ａは、図３に示す舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力＋Ｌを増加させる。揚力増加部１０Ａは、図５（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、水平線とのなす傾斜角θAが小さい（浅い）傾斜面１０ａを備えている。揚力増加部１０Ａは、図５（Ａ）に示すように、傾斜面１０ａの上側角部８ｄに流れＦが沿うため流れＦのはく離が生じず、空力音を低減する空力音低減部として機能する。一方、揚力増加部１０Ａは、図５（Ａ）に示すように、揚力＋Ｌの面では、傾斜面１０ａを流れＦが沿って増速するため、流れＦの風向変化やすり板８Ａの摩耗に対して敏感であり、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が大きくなる。揚力増加部１０Ａは、特に、風向変化に対しては揚力傾斜が正の特性（吹き上げ方向で揚力＋Ｌが増加する特性）である。
【００２８】
図３、図４、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す揚力低減部１０Ｂは、舟体７が斜め上方向の流れＦを受けたときに、この舟体７に作用する揚力＋Ｌを低減させる部分である。揚力低減部１０Ｂは、図６（Ｂ）に示すように、すり板８Ｂ，８Ｃの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。揚力低減部１０Ｂは、図３に示すように、舟体７の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力＋Ｌを低減させる。揚力低減部１０Ｂは、図５（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、水平線とのなす傾斜角θB（傾斜角θB＞傾斜角θA）が大きい（立っている）傾斜面１０ｂを備えている。揚力低減部１０Ｂは、図５（Ｂ）に示すように、傾斜面１０ｂの上側角部８ｄで流れＦがはく離するため空力音が大きくなる。一方、揚力低減部１０Ｂは、揚力＋Ｌの面では、傾斜面１０ｂでの流れＦのはく離によって、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が小さくなる。揚力低減部１０Ｂは、特に、風向変化に対しては揚力傾斜が負の特性（吹き上げ方向で揚力＋Ｌが減少する特性）である。
【００２９】
図５（Ａ）（Ｂ）及び図６（Ｂ）（Ｃ）に示す傾斜面１０ａ，１０ｂは、例えば、すり板８Ａ，８Ｂの前縁部８ｃに機械加工などによって所定の傾斜角（面取り角度）θA，θBで平坦面に形成された面取りである。傾斜面１０ａ，１０ｂは、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、前縁部８ｃとの間に段部が形成されずに、この前縁部８ｃと滑らかに接続されるようにこの前縁部８ｃと連続して形成されている。図５（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す傾斜角θAは、傾斜面１０ａを流れＦが沿う角度であり、図５（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示す傾斜角θBは傾斜面１０ｂで流れＦがはく離する角度である。傾斜角θA，θBは、例えば、傾斜角θA=30°に設定した場合には傾斜角θB=60°に設定されており、傾斜角θA=30°に設定したときには傾斜角θB=45°に設定されており、傾斜角θA=45°に設定したときには傾斜角θB=60°に設定されている。
【００３０】
図３及び図６（Ａ）（Ｄ）に示す接続部１０Ｃは、揚力増加部１０Ａと揚力低減部１０Ｂとを接続する部分である。接続部１０Ｃは、図６（Ａ）（Ｄ）に示すように、揚力増加部１０Ａ側の傾斜面１０ａと揚力低減部１０Ｂ側の傾斜面１０ｂとの間で、傾斜角θAから傾斜角θBへ移行する傾斜角θC1の傾斜面１０ｃを備えている。接続部１０Ｃは、この接続部１０Ｃの傾斜角θC1が傾斜角θAから傾斜角θBへ徐々に移行する移行区間である。接続部１０Ｃは、すり板８Ａとすり板８Ｂとが隣接する部分の進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。接続部１０Ｃは、図６（Ａ）に示すように、すり板８Ａ，８Ｂの上部８ａを上方から見たときに、揚力増加部１０Ａ側の上側角部８ｄと揚力低減部１０Ｂ側の上側角部８ｄとを例えば15°程度以下の所定の傾斜角（開き角度）θC2で、この接続部１０Ｃの上側角部８ｄが直線状に接続する。接続部１０Ｃは、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂと同様にすり板８Ａ，８Ｂの前縁部８ｃに機械加工などによって形成された面取りである。
【００３１】
次に、この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造の作用について説明する。
図２に示す車両２がＡ方向に走行すると、舟体７の表面で流れＦがはく離して空力音が発生する。例えば、図１〜図５に示す舟体７から発生する空力音を低減したいときには、図５（Ａ）に示す傾斜角θAが小さい空力音低減効果のあるすり板８Ａ〜８Ｃを、図３に示す舟体７に一様に搭載することが考えられる。しかし、傾斜角θAが小さいすり板８Ａ〜８Ｃを舟体７に一様に搭載すると、傾斜面１０ａに沿って流れＦが増速するため揚力変化量が大きくなり、揚力＋Ｌの安定化が損なわれてしまう。一方、図５（Ｂ）に示す傾斜角θBが大きいすり板８Ａ〜８Ｃを図３に示す舟体７に一様に搭載すると、傾斜面１０ｂから流れＦがはく離するため、揚力＋Ｌは安定化するが空力音が大きくなってしまう。
【００３２】
図５（Ａ）に示すように、揚力増加部１０Ａの傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さいため、傾斜面１０ａの上側角部８ｄに流れＦが沿って流れＦのはく離が生じず、空力音が小さくなる。一方、図５（Ｂ）に示すように、揚力低減部１０Ｂの傾斜角θBが大きいため、傾斜面１０ｂの上側角部８ｄで流れＦがはく離して空力音が大きくなる。このため、傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａを備えるすり板８Ａを舟体７に一様に搭載した場合に比べて、傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａと傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂとが混在するすり板８Ａ，８Ｂを舟体７に搭載した場合には、空力音が大きくなる。しかし、傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂの配合割合を最適な割合に設定して、揚力低減部１０Ｂの舟体７への設置範囲を最小限に留めることによって、空力音の増加が最小限に抑えられる。
【００３３】
また、図５（Ａ）に示すように、揚力増加部１０Ａの傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さいため、風向変化に対しては揚力傾斜が正の特性を示す。一方、図５（Ｂ）に示すように、揚力低減部１０Ｂの傾斜面１０ｂの傾斜角θBが大きいため、風向変化に対しては揚力傾斜が負の特性を示す。揚力傾斜が正の特性を示す揚力増加部１０Ａと、揚力傾斜が負の特性を示す揚力低減部１０Ｂとが混在するため、両者の特性が打ち消しあって揚力変化量が小さくなる。
【００３４】
さらに、図５（Ａ）に示すように、揚力増加部１０Ａの傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さいため、傾斜面１０ａを流れＦが沿って増速し、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が大きくなる。例えば、傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａを備えるすり板８Ａを舟体７に一様に搭載した場合には、風向変化やすり板摩耗に対して敏感になり揚力変化量が大きくなる。一方、図５（Ｂ）に示すように、揚力低減部１０Ｂの傾斜面１０ｂの傾斜角θBが大きいため、傾斜面１０ｂでの流れＦのはく離によって、風向変化やすり板摩耗に対して揚力変化量が小さくなる。傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂの寄与により、傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａを備えるすり板８Ａを舟体７に一様に搭載した場合に比べて、揚力変化量が小さくなる。
【００３５】
この発明の第１実施形態に係る舟体の揚力安定化構造及びすり板には、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、舟体７が斜め上方向の流れＦを受けたときに、この舟体７に作用する揚力＋Ｌを増加させる揚力増加部１０Ａと、この舟体７に作用する揚力＋Ｌを低減させる揚力低減部１０Ｂとをすり板８Ａ〜８Ｃが備えている。このため、揚力増加部１０Ａと揚力低減部１０Ｂとを混在させることによって、揚力特性を安定化させることができる。特に、空力音低減を目的として舟体断面形状を平滑化した場合には、揚力の安定化が困難な平滑化舟体に対して揚力特性を安定化させることができる。
【００３６】
(2) この第１実施形態では、水平線とのなす傾斜角θAが小さい傾斜面１０ａを揚力増加部１０Ａが備えており、水平線とのなす傾斜角θBが大きい傾斜面１０ｂを揚力低減部１０Ｂが備えている。このため、傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａを備えるすり板８Ａを舟体７の長さ方向に一様に配置せずに、傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂを備えるすり板８Ｂをすり板８Ａと混在させることによって、揚力変化量を少なくすることができるとともに、空力音の増加を最小限に抑えることができる。また、傾斜角θA，θBを調整することによって、揚力＋Ｌの安定化だけではなく、揚力＋Ｌの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【００３７】
(3) この第１実施形態では、揚力増加部１０Ａの傾斜面１０ａの傾斜角θAがこの傾斜面１０ａを流れＦが沿う角度であり、揚力低減部１０Ｂの傾斜面１０ｂの傾斜角θBがこの傾斜面１０ｂで流れＦがはく離する角度である。このため、空力音低減効果のある揚力増加部１０Ａによって揚力低減部１０Ｂから発生する空力音の増加を最小限に抑えることができる。また、揚力増加部１０Ａの揚力傾斜の正の特性と揚力低減部１０Ｂの揚力傾斜の負の特性とが混在するため、両者の特性が打ち消しあって揚力変化量を小さくすることができる。さらに、揚力低減部１０Ｂの寄与によって、すり板摩耗時の揚力変化量を小さくすることができる。
【００３８】
(4) この第１実施形態では、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂが舟体７の長さ方向に沿って所定の配合割合で配置されている。このため、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂを適切な配分で配置することによって、舟体７に作用する揚力＋Ｌを安定化させることができる。また、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂの配合割合を調整することによって、揚力＋Ｌの安定化だけではなく、揚力＋Ｌの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【００３９】
(5) この第１実施形態では、揚力増加部１０Ａが舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力＋Ｌを増加させ、揚力低減部１０Ｂが舟体７の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力＋Ｌを低減させる。このため、例えば、揚力増加部１０Ａを備えるすり板８Ａを舟体７の長さ方向の中央部付近に配置し、揚力低減部１０Ｂを備えるすり板８Ｂを舟体７の両端部寄りに配置するだけで、舟体７に作用する揚力＋Ｌを安定化させることができる。また、揚力増加部１０Ａ及び揚力低減部１０Ｂの位置を調整することによって、揚力＋Ｌの安定化だけではなく、揚力＋Ｌの値自体を調整することができるとともに揚力特性も微調整することができる。
【００４０】
(6) この第１実施形態では、揚力安定化構造９をすり板８Ａ，８Ｂが備えている。このため、すり板８Ａ，８Ｂに簡単な構造で製作が容易な揚力安定化構造９を設けるだけで、舟体７に作用する揚力＋Ｌを安定化させることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
以下では、図１〜図６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７に示す揚力増加部１０Ａは、図３に示す揚力増加部１０Ａとは逆に、舟体７の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力＋Ｌを増加させる。図７に示す揚力低減部１０Ｂは、図３に示す揚力低減部１０Ｂとは逆に、舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力＋Ｌを低減させる。この第２実施形態には、第１実施形態と同様の効果がある。
【００４２】
（第３実施形態）
図８及び図９に示す揚力増加部１０Ａは、すり板８Ａの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。揚力増加部１０Ａは、図８に示す舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力＋Ｌを増加させる。図８及び図９に示す揚力低減部１０Ｂは、すり板８Ｂ，８Ｃの進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。揚力低減部１０Ｂは、図８に示す舟体７の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力＋Ｌを低減させる。図８及び図９に示す接続部１０Ｃは、図３及び図６に示す接続部１０Ｃとは異なり、すり板８Ｂの長さ方向のほぼ中間部の進行方向前側及び進行方向後側の前縁部８ｃにそれぞれ形成されている。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。
【００４３】
（第４実施形態）
図１０に示す揚力増加部１０Ａは、図８に示す揚力増加部１０Ａとは逆に、舟体７の長さ方向の中央部よりも外側に作用する揚力＋Ｌを増加させる。図１０に示す揚力低減部１０Ｂは、図８に示す揚力低減部１０Ｂとは逆に、舟体７の長さ方向の中央部に作用する揚力＋Ｌを低減させる。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。
【００４４】
（第５実施形態）
図１１〜図１３に示す舟体７は、図１〜図１０に示す舟体７と同様に、傾斜角θA，θBによって流れＦが沿う場合とはく離する場合の両方の流れＦを実現可能な断面形状である。図１１に示す舟体７は、断面形状が多角形である。すり板８Ａは、図１１（Ａ）に示すように、傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａと、図１１（Ｂ）に示すように傾斜面１０ａの傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂとを備えている。図１２に示す舟体７は、断面形状が前後非対称である。すり板８Ａは、図１２（Ａ）に示すように、傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａと、図１２（Ｂ）に示すように傾斜面１０ａの傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂとを備えている。図１３に示す舟体７は、断面形状が鈍頭である。すり板８Ａは、図１３（Ａ）に示すように、傾斜面１０ａの傾斜角θAが小さい揚力増加部１０Ａと、図１３（Ｂ）に示すように傾斜面１０ａの傾斜角θBが大きい揚力低減部１０Ｂとを備えている。この第５実施形態には、第１実施形態〜第４実施形態と同様の効果がある。
【００４５】
（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、集電装置３としてシングルアーム式パンタグラフを例に挙げて説明したが、菱型パンタグラフなどの他の形式のパンタグラフについても、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、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向の前後に前縁部８ｃを形成する場合を例に挙げて説明したが、前縁部８ｃを省略して傾斜面１０ａ〜１０ｃと下部８ｂとが交差するように形成する場合についても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、主すり板に相当するすり板８Ａ，８Ｂが４枚である場合を例に挙げて説明したが、すり板８Ａ，８Ｂが３枚以下又は５枚以上である場合についても、この発明を適用することができる。
【００４６】
(2) この実施形態では、車両２の進行方向前側に関節部６ｄが位置するなびき方向に集電装置３が移動する場合を例に挙げて説明したが、車両２の進行方向後側に関節部６ｄが位置する反なびき方向に集電装置３が移動する場合についても、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、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向の前後の傾斜面１０ａの傾斜角θAが同一であり、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向の前後の傾斜面１０ｂの傾斜角θBが同一である場合を例に挙げて説明したが、このような構造にこの発明を限定するものではない。例えば、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向の前後の傾斜面１０ａの傾斜角θAをそれぞれ異なる角度に変更したり、すり板８Ａ〜８Ｃの進行方向の前後の傾斜面１０ｂの傾斜角θBをそれぞれ異なる角度に変更したりすることによって、なびき方向及び反なびき方向の揚力特性をある程度独立に制御することができると推測される。
【符号の説明】
【００４７】
１  架線
１ａ  トロリ線（電車線）
２  車両
２ａ  車体
３  集電装置
６  枠組
６ａ  舟支え部
６ｂ  上枠
６ｃ  下枠
６ｄ  関節部
７  舟体
８Ａ〜８Ｃ  すり板
９  揚力安定化構造
１０Ａ  揚力増加部
１０Ｂ  揚力低減部
１０Ｃ  接続部
１０ａ〜１０ｃ  傾斜面
Ｆ  流れ
α  迎角
Ｌ  揚力
±Ｌ’  揚力の変化量
θA，θB，θC1，θC2  傾斜角
【図１】
2020025424.tif 000003
【図２】
2020025424.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020025424.tif 000008
【図７】
2020025424.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020025424.tif 000011
【図１０】
2020025424.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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