(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触架線に接触する摺り板を含んだ舟体と、傾斜角度を変えて前記舟体を昇降するアームとを備えたシングルアーム型集電装置であって、
前記アームの端部には、
前記舟体に剛接続される接続部材と、
前記アームの傾斜角度が変化したときに前記舟体を水平に保つリンク機構の一部を構成し、前記接続部材と連結される少なくとも２つの回動軸と、
前記２つの回動軸を含めて前記接続部材を覆うカバーと、
が設けられ、
車両が進退する方向のうち前記舟体から前記アームが延在する方を前方その逆方向を後方として、前記舟体は前記２つの回動軸の少なくとも一方の後方に配置され、且つ、前記舟体を前方から見たときに、前記舟体における前記カバーの上方に露出する部分の高さよりも、前記カバーにより隠される部分の高さの方が大きいことを特徴とするシングルアーム型集電装置。
【請求項２】
前記接続部材は、前記舟体の前面もしくは底面、または前面と底面に接続され、
前記カバーは、前記舟体の底面の後端を覆う位置まで延設されていることを特徴とする請求項１記載のシングルアーム型集電装置。
【請求項３】
前記カバーは、前記舟体の少なくとも後方の一部を覆う位置まで延設されていることを特徴とする請求項２記載のシングルアーム型集電装置。
【請求項４】
前記カバーは、前記２つの回動軸を覆っている部分よりも左右方向に広く前記舟体の底面を覆っていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のシングルアーム型集電装置。
【請求項５】
前記カバーは、前記アームに接合される第１カバーと、前記接続部材に接合される第２カバーとを有し、
前記第１カバーと前記第２カバーとは、前記アームの傾斜角度が変わって前記舟体が上面を水平に保ちながら移動する際に相対的に変位可能なように組み合わされていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のシングルアーム型集電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両等に搭載されて接触架線から集電を行うシングルアーム型集電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速鉄道の車外騒音の１つとして集電装置の空力騒音がある。高速鉄道用の車両では、集電装置の左右に遮音板を設置して集電装置の低騒音化を図ることがある。しかしながら、集電装置において接触架線（例えばトロリー線）に接触する舟体は遮音板より高く配置される。このため、舟体の周辺から生じる空力音は遮音板によって遮断することが難しく、ここから発生する空力音自体を低減することが望まれる。
本発明者らは、従来の高速鉄道車両用の集電装置について空気流動のシミュレーションを行った。その結果、舟体および舟支え部が互いに近接および並んで配置されていることで、舟体の周囲の空気の流れと、舟支え部の周囲の空気の流れとが相互に干渉し、この干渉によって舟支え部の後方から比較的大きな空力音が発生していることが分かった。舟支え部とは、舟体に接続されて舟体を支える部分のことを言う。舟支え部には、アームの回動により舟体を水平に保つために、リンク機構（四節リンク等）の一端が設けられ、さらに、舟体と高い接続強度を維持するためにアームよりも幅広の構成となる。
【０００３】
従来、舟体および舟支え部の周辺から生じる空力音を低減する技術について幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、舟体と舟支え部とにカバーを設けることで、この部分の低騒音化を図る技術が示されている。また、特許文献２には、集電舟（舟体に相当）と舟支え部とを連結軸で連結することで、集電舟と舟支え部とを離間させ、これにより、これらの部分から生じる空力音を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１１９６０１号公報
【特許文献２】特開２００７−８２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しなしながら、特許文献１のカバー構成は、舟体の高さ方向の幅が小さい場合にのみ、舟体と舟支え部とを一体化したような外形形状とすることができ、これにより空力音の低減が期待できるものであった。舟体の高さ方向の幅が大きい場合、特許文献１のカバー構成では、両者の連結部分の隙間が埋まっても、空気抵抗の大きな舟体部分と空気抵抗の大きな舟支え部分とが近接し且つ並んだような外形形状となる。このため、舟体の周囲の空気の流れと舟支え部の周囲の空気の流れとが相互に干渉し、舟体または舟支え部の後方に大きな圧力変動が生じる。そして、この圧力変動により大きな空力音が発生すると考えられた。
【０００６】
また、特許文献２の技術では、舟体と舟支え部とを離間させることで、各々の周囲に流れる空気の干渉を抑制し、これにより空力音の低減を図ることができる。しかしながら、特許文献２の技術では、舟体の昇降時に舟体を水平に保つリンク機構の一端と、舟体とが大きく離間する。このため、リンク機構の一端に加わるモーメントが大きくなり、舟体が昇降する際に、この部分に集中する応力が非常に大きくなるという課題があった。
本発明は、舟体の高さ方向の幅が比較的に大きな集電装置にも対応でき、リンク機構の一端と舟体とを大きく離間させる必要もなく、アームと舟体との連結部分の周辺から生じる空力音を低減することのできるシングルアーム型集電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、接触架線に接触する摺り板を含んだ舟体と、傾斜角度を変えて前記舟体を昇降するアームとを備えたシングルアーム型集電装置であって、
前記アームの端部には、
前記舟体に剛接続される接続部材と、
前記アームの傾斜角度が変化したときに前記舟体を水平に保つリンク機構の一部を構成し、前記接続部材と連結される少なくとも２つの回動軸と、
前記２つの回動軸を含めて前記接続部材を覆うカバーと、
が設けられ、
車両が進退する方向のうち前記舟体から前記アームが延在する方を前方その逆方向を後方として、前記舟体は前記２つの回動軸の少なくとも一方の後方に配置され、且つ、前記舟体を前方から見たときに、前記舟体における前記カバーの上方に露出する部分の高さよりも、前記カバーにより隠される部分の高さの方が大きいことを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、前方から見て、アームの端部に設けられるカバーが舟体の一部を半分以上の高さまで隠し、さらに、舟体に剛接続される接続部材を覆う位置までカバーが延在する。このため、舟体の部分とアームの連結部分とが一体化されたような外形形状となり、舟体の周囲の空気の流れと、舟体を支える構成の周囲の空気の流れとが相互に干渉するといった現象が低減される。これにより、この部分から生じる空力音を低減できる。また、このような作用は、舟体の高さ方向の幅が大きくても、或いは、舟体とリンク機構の２つの回動軸とが近くに配置されていても同様に成り立つ。
【０００９】
ここで、前記接続部材は、前記舟体の前面もしくは底面、または前面と底面に接続され、前記カバーは、前記舟体の底面の後端を覆う位置まで延設されている構成とするとよい。
この構成によれば、上述した舟体と２つの回動軸とカバーとの配置関係を実現しつつ舟体とアームとを強固に連結することができる。さらに、アームと舟体との連結部分において、舟体の下部後方に流れる空気の乱れが低減し、ここから発生する空力音も低減できる。
【００１０】
さらに、前記カバーは、前記舟体の少なくとも後方の一部を覆う位置まで延設されている構成とするとよい。
この構成によれば、アームと舟体との連結部分において、舟体の後方に流れる空気の乱れが低減し、ここから発生する空力音も低減できる。
さらに、前記カバーは、前記２つの回動軸を覆っている部分よりも左右方向に広く前記舟体の底面を覆っている構成とするとよい。
この構成によれば、カバーによって、アームと舟体との連結部分から舟体底面部の左右に広がる範囲において、カバーによって空気の流れを調整することができ、これにより、この部分から発生する空力音も低減できる。
【００１１】
さらに、前記カバーは、前記アームに接合される第１カバーと、前記接続部材に接合される第２カバーとを有し、
前記第１カバーと前記第２カバーとは、前記アームの傾斜角度が変わって前記舟体が上面を水平に保ちながら移動する際に相対的に変位可能なように組み合わされている構成とするとよい。
この構成によれば、アームの傾斜角度が変化して舟体が上面を水平に保ったまま移動する際に、この舟体の移動を阻害することなく、リンク機構の２つの回動軸と接続部材とをカバーで覆うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アームと舟体との連結部分の周辺から生じる空力音を低減することができる。また、舟体の厚みが比較的に大きな集電装置にも対応でき、リンク機構の一端と舟体とを大きく離間させる必要もない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施の形態の集電装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示すもので、（ａ）はカバーを外した状態の側面図、（ｂ）はカバーを付けた状態の側面図である。
【図３】第１実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示す前面図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示すもので、（ａ）はカバーを外した状態の側面図、（ｂ）はカバーを付けた状態の側面図、（ｃ）はカバーの継ぎ目の部分拡大図である。
【図５】第２実施の形態に係る集電装置のカバーの構造を示す背面図である。
【図６】風洞試験の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示す側面図である。
【図８】本発明の第４実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を裏側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る集電装置を示す斜視図である。
本明細書において上下左右の各方向は、集電装置１が搭載される鉄道車両の進行方向を前方向或いは後方向としたときの各方向を意味する。また、前後方向については、鉄道車両の進行方向に拘らず、鉄道車両の進退方向のうち、舟体２からアーム４が延在する方を前方と定義する。第１アーム４１と第２アーム４２とが肘部４３で連結されているアーム４のように、複数のアーム要素が互いに関節で連結されている構成の場合には、舟体２に一番近いアーム要素（図１の場合、第１アーム４２）が延在する方を前方と定義する。
【００１５】
第１実施の形態の集電装置１は、鉄道車両に搭載されて接触架線から集電を行うシングルアーム型の集電装置１であり、例えば高速鉄道車両に搭載されるものである。集電装置１は、接触架線に接触して集電を行う舟体２と、鉄道車両が接触架線下の線路に進入する際に接触架線を横方から舟体２の上へ導くポール状のアークホーン３と、屈曲して舟体２を昇降させるアーム４とを有する。
舟体２は、左右方向に長い形状であり、接触架線に接触する摺り板２１と、摺り板２１を支持する枠体２２とを備えている。摺り板２１は舟体２の上面に広がるように支持される。舟体２には、摺り板２１をバネによって上下方向に変位可能に支持する構造が設けられていてもよい。舟体２の左端部と右端部とには、接触架線をアークホーン３から舟体２の上面へ案内するためのテーパー部２２ａが設けられている。舟体２は、左端および右端のテーパー部２２ａを除いて、上下方向の幅および左右方向の幅がほぼ一定である。
【００１６】
図２は、第１実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示すもので、（ａ）はカバーを外した状態の側面図、（ｂ）はカバーを付けた状態の側面図である。
アーム４は、第１アーム４１および第２アーム４２と、第１アーム４１と第２アームとを屈曲可能に接続する肘部４３と、肘部４３の屈曲度が変化したときに舟体２を水平に保つリンク機構４４（図２（ａ）を参照）とを備えている。アーム４は、肘部４３の屈曲度が変化して第１アーム４１の傾斜角度が変化することで、舟体２を昇降する。第１アーム４１および第２アーム４２は、典型的には、長手方向に空間が延びる中空の枠体と、枠体の中を通る棒体とを有する構造とすることができる。リンク機構４４は、第１アーム４１および第２アーム４２の中空の枠体、枠体の中を通る棒体（平衡リンクおよび釣合棒と呼ばれることがある）、後述の接続部材４５を構成要素の一部とするパラレルリンクから構成することができる。第１アーム４１および第２アーム４２の傾斜角度が変わったときに、第２アーム４２の枠体とその中を通る棒体とが相対的に変位し、この変位が伝わって、第１アーム４１の枠体とその中を通る棒体とが相対的に変位する。そして、これらによって接続部材４５が平行に移動し、舟体２の上面が水平に保たれる。
なお、本実施の形態では、アーム４が肘部４３の屈曲度を変化させて先端部を昇降する構成を一例として説明するが、アーム自体は屈曲せずに、アームが基端部を中心に搖動し、アームの傾斜角度が変わることで先端部を昇降する構成を適用してもよい。
また、リンク機構４４の具体的な構造は、特に制限されるものでなく、類似のリンク構成により同様の作用が得られればよい。
アーム４の端部には、リンク機構４４のうち２つの可動部を構成する２つの回動軸Ｃ１、Ｃ２と、舟体２と剛接続される接続部材４５と、カバー５とが設けられている。
【００１７】
接続部材４５は、回動軸Ｃ１、Ｃ２の両方に回動可能に連結されている。接続部材４５は、ボルト等により舟体２の枠体２２に剛接続されている。
カバー５は、少なくとも接続部材４５と２つの回動軸Ｃ１、Ｃ２とを上下および左右から覆う。カバー５はなだらかで、且つ、少ない段差でアーム４の外周に連なる外形形状を有するとよい。カバー５は、例えば金属板から構成され、アーム４に接合される。
図３は、第１実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示す集電装置を示す前面図である。
第１実施の形態において、接続部材４５は枠体２２の前面部に剛接続されている（図２（ａ）を参照）。また、舟体２は、２つの回動軸Ｃ１、Ｃ２のうち上方の回動軸Ｃ１の後方に配置されている。すなわち、舟体２の下端（舟体２の左右中央部の下端）より回動軸Ｃ１の上端が高い位置にある。
【００１８】
このような配置関係により、カバー５は、舟体２を前方から見たときに、舟体２の一部を高さ方向で半分以上隠すように配置される（図３を参照）。すなわち、舟体２を前方から見たときに、カバー５の上方に露出する部分の高さｈ１よりも、カバー５に隠されている部分の高さｈ２の方が長くなる。また、カバー５は、図２（ｂ）に示したように、舟体２に近接した位置まで延在する。
このようなカバー５により、舟体２とアーム４の連結部分とが一体化されたような外形形状となる。これにより、舟体２の周囲の空気の流れとカバー５の周囲の空気の流れとが、相互に干渉して大きな圧力変動を生じるといった現象が低減され、この部分から生じる空力音を低減することができる。
【００１９】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を示すものであり、（ａ）はカバーを外した状態の側面図、（ｂ）はカバーを付けた状態の側面図、（ｃ）はカバーの継ぎ目の部分拡大図である。図５は、第２実施の形態に係る集電装置のカバーの構造を示す背面図である。
第２実施の形態の集電装置１Ａは、主にカバーの構造と、舟体２の支持構造とを、第１実施の形態の構造と異ならせたものであり、他の部分は第１実施の形態と同様のものである。第１実施の形態と同様の構成は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、第２実施の形態の接続部材４５Ａは舟体２の底面部の前端から後端にまで延在し、舟体２の底面部にボルトにより剛接続されている。
図４（ｂ）および図５に示すように、第２実施の形態のカバー５Ａは、アーム４に接合される第１カバー５１と、接続部材４５Ａに接合される第２カバー５２とから構成される。アーム４の屈曲度が変わって舟体２および接続部材４５Ａが昇降する際、第１カバー５１と第２カバー５２とは相対的に変位して、アーム４と舟体２との相対的な変位に追従する。
第１カバー５１と第２カバー５２とが継ぎ合わさる部分には、両者の継ぎ目部分が連続的に連なるように、第１カバー５１の一部が、第２カバー５２の一部に重ねられている。また、カバー５の上部および下部の継ぎ目部分には、図４（ｃ）に示すように、回動軸Ｃ１を中心とする曲面Ｒ１が形成され、第２カバー５２が回動軸Ｃ１を中心に回動しても、第１カバー５１と第２カバー５２との間に大きな隙間が生じないようになっている。また、第１カバー５１が第２カバー５２の外側に重なる部分において、急な段差が生じないように、第１カバー５１のエッジに面取りを設けてもよい。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、第２実施の形態においても、舟体２は２つの回動軸Ｃ１、Ｃ２のうち上方の回動軸Ｃ１の後方に配置されている。すなわち、回動軸Ｃ１の上端は、舟体２の左右方向中央の下端より高い位置にある。また、カバー５Ａは、舟体２を前方から見たときに、舟体２の一部を高さ方向で半分以上隠すように配置される。すなわち、舟体２を前方から見たときに、カバー５Ａの上方に露出する部分の高さよりも、カバー５Ａに隠されている部分の高さの方が長くなる（図４（ｂ）を参照）。また、カバー５Ａは、舟体２に近接した位置まで延在することになる。
第２実施の形態においては、さらに、カバー５Ａ（第２カバー５２）は、舟体２の底面部の後端まで設けられる。これにより、アーム４と舟体２の連結部分において、舟体２の下部後方に流れる空気の乱れが低減し、ここから発生する空力音も低減できる。
【００２２】
図６は、集電装置の風洞試験の結果を示すグラフである。
続いて、標準形状、第１実施の形態、および第２実施の形態の各シングルアーム型集電装置について行った風洞試験について説明する。標準形状のシングルアーム型集電装置とは、リンク機構４４の回動軸Ｃ１、Ｃ２の上方に舟体２を配置した従来構成である。
この風洞試験では、アームと舟体との連結部分およびその周辺に、舟体の前方から後方へ向けて舟体の上面と平行に空気を流し、所定位置にセットしたマイクにより騒音レベルを計測した。風速は、８０ｍ／ｓｅｃ（２８８ｋｍ／ｈ）を適用した。マイクの位置は、舟体上面中心を原点として、舟体の側方２ｍ、下方１ｍの位置とした。
図６のグラフに示されるように、第１実施の形態の集電装置１と第２実施の形態の集電装置１Ａによれば、標準形状と比較して広い周波数の範囲で騒音レベルが低減されることが確認された。
【００２３】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る集電装置を示す側面図である。
第３実施の形態の集電装置１Ｂは、第２実施の形態の集電装置１Ａの第２カバー５２の形状を変更したものであり、その他の構成は第２実施の形態とほぼ同一である。ほぼ同一の構成については第２実施の形態と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
第３実施の形態のカバー５Ｂは、アーム４に接合される第１カバー５１と、接続部材４５Ａに接合される第２カバー５２Ｂとから構成される。第２カバー５２Ｂは、アーム４と舟体２との連結部分において、舟体２の底面部および後方の一部まで延在し、舟体２より後方において空気の流れをなめらかにするようにテーパーｆ１が設けられている。
第３実施の形態の集電装置１Ｂによれば、アーム４と舟体２との連結部分において、舟体２の後方に流れる空気の乱れが低減し、ここから発生する空力音を低減することができる。
【００２４】
（第４実施の形態）
図８は、本発明の第４実施の形態に係る集電装置のアームと舟体との連結部分を裏側から見た斜視図である。
第４実施の形態の集電装置１Ｃは、第２実施の形態の集電装置１Ａの第２カバー５２の形状および覆う範囲を変更したものであり、その他の構成は第２実施の形態とほぼ同一である。ほぼ同一の構成については第２実施の形態と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
第４実施の形態のカバー５Ｃは、アームに接合される第１カバー５１と、接続部材４５Ａに接続される第２カバー５２Ｃとから構成される。第２カバー５２Ｃは、第１カバー５１の回動軸Ｃ１、Ｃ２を覆っている部分と比較して、左右方向に広い範囲で舟体２の底面部を覆っている。第２カバー５２Ｃは、さらに、舟体２の後方の一部を広い範囲で覆う構成としてもよい。左右方向に広い範囲で舟体２を覆う部分には、舟体２の外面となだらかに連なるようにテーパーが設けられていてもよい。
【００２５】
第４実施の形態の集電装置１Ｃによれば、カバー５Ｃによって、アーム４と舟体２との連結部分から舟体２の底面部の左右に広がる範囲においてなだらかな外形形状を付加することができ、これにより、この部分に流れる空気の乱れが低減し、ここから発生する空力音も低減できる。
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  集電装置
２  舟体
３  アークホーン
４  アーム
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ  カバー
４１  第１アーム
４２  第２アーム
４３  肘部
４４  リンク機構
４５、４５Ａ  接続部材
５１  第１カバー
５２、５２Ｂ、５２Ｃ  第２カバー
Ｃ１、Ｃ２  回動軸
【図１】
0006563307.tif 000002
【図２】
0006563307.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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