(57)【要約】【課題】車両用空力ブレーキに関し、平板を垂直に立て空気抵抗を増加させてブレーキをかける際の振動の発生を低減させる。【解決手段】車両４０の上面には開口部４１が設けられ、シリンダ４４及び伸縮ロッド４５が装備され、ロッド４５先端を連結部４３へピン４６で連結し、平板ブレーキ１をピン４８を中心として回動させ、ブレーキ作動時に平板ブレーキ１を垂直にセットする。平板ブレーキ１には切欠き開口部２が設けられ、高さＬ２  は平板ブレーキ１のＬ１  の１／４程度とする。ブレーキ作動時には気流が開口部２より出入するので、平板ブレーキ１の圧力が低下し、左右両側から背後に生ずるカルマン渦を減少させ、平板ブレーキ１の左右の振動を小さくし、車両の振動を低減させる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の上面に取付けられ、走行時には車両上面と同一面となり、ブレーキ作動時には回転して垂直にセットされ空気抵抗を増加させる平板を有した空力ブレーキにおいて、前記平板の下端には前記車両上面との間に開口部を形成するように切欠き開口部を設けたことを特徴とする車両用空力ブレーキ。
【請求項２】
前記切欠き開口部の車両上面からの高さは前記平板の高さのほぼ１／４であることを特徴とする請求項１記載の車両用空力ブレーキ。
【請求項３】
前記平板には前後に貫通する多数の小孔を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空力ブレーキ。
【請求項４】
前記小孔は５〜１０％の開口率で設けられることを特徴とする請求項３記載の車両用空力ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄道車両用空力ブレーキに関し、車両に平板を立てて空気抵抗を増加させ、ブレーキをかける際の平板の振動を少なくし、これに起因する車両の振動を低減させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は鉄道の高速車両に用いられている空力ブレーキを示し、（ａ）は車両の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図で平板ブレーキを示し、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。（ａ）において、４０はリニアモータ式等の高速の車両、４１は車両４０の上面に設けられた開口部、４２は車両の上部で回動し、制動時には垂直に立てられ、通常走行時には車両の外面となる平板ブレーキであり、アルミニューム製である。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図であり、平板ブレーキ４２が垂直に立てられた状態を示している。図において、４３は平板ブレーキの中央部に設けられた連結部、４４は空気圧で作動するシリンダで、４５は伸縮するシリンダのロッド、４６はピンであり、連結部４３とロッド４５の先端を回動自在に連結している。４７もピンであり、シリンダ４４の後端を車両側の開口部４１内の固定部材に回動自在に連結している。
【０００３】
（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ矢視図であり、シリンダ４４のロッド４５が開口部４１上方に伸びると、その先端は連結部４３を介して平板ブレーキ４２を押し、平板ブレーキ４２はピン４８で固定側に回動自在に支持されているので、上方に向かって回動し垂直位置にセットされ、図では垂直に立てられた状態を示している。又、（ｃ）において、シリンダ４４のロッド４５が縮むと、ロッド４５は連結部４３を介して平板ブレーキ４２を引張り、ロッド４５は開口部４１内に向かって縮み、平板ブレーキ４２は車両４０の表面と同一となり、シリンダ４４のロッド４５も開口部４１内に収縮され、平板ブレーキ４２は車両の外板として機能する。
【０００４】
上記のような構造の車両用空力ブレーキは、車両が減速してブレーキを作動させる時に平板ブレーキ４２を車両上面に垂直に立てて空気抵抗を増加させ、ブレーキとして作用する。この空力ブレーキ作動時には、図７に示すように、平板ブレーキ４２に空気流５０が作用すると、その平板ブレーキ４２の左右両側から背後にカルマン渦５１ａ，５１ｂの渦列が発生し、このカルマン渦５１ａ，５１ｂにより平板４２に左右の振動５２を発生させ、この振動が車両を振動させる現象が生ずる。従って、現状の高速車両の空力ブレーキにおいては、空力ブレーキ作動時の車両振動を低減させる対策が必要とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の高速車両に用いられている空力ブレーキにおいては、その作動時に車両が振動する現象が生じ、高速車両における振動対策の大きな問題の一つとなっていた。そこで本発明は、現状の空力ブレーキの大きさや取付構造はそのまま活用し、空力ブレーキの平板に改良を加えて、ブレーキ作動時に、その背後にカルマン渦等の振動の原因となる現象が生じないようにして平板ブレーキの左右の振動を低減させ、この振動に起因する車両の振動を小さくすることができる車両用空力ブレーキを提供することを課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）〜（４）の手段を提供する。
【０００７】
（１）車両の上面に取付けられ、走行時には車両上面と同一面となり、ブレーキ作動時には回転して垂直にセットされ空気抵抗を増加させる平板を有した空力ブレーキにおいて、前記平板の下端には前記車両上面との間に開口部を形成するように切欠き開口部を設けたことを特徴とする車両用空力ブレーキ。
【０００８】
（２）前記切欠き開口部の車両上面からの高さは前記平板の高さのほぼ１／４  であることを特徴とする（１）記載の車両用空力ブレーキ。
【０００９】
（３）前記平板には前後に貫通する多数の小孔を設けたことを特徴とする（１）又は（２）記載の車両用空力ブレーキ。
【００１０】
（４）前記小孔は５〜１０％の開口率で設けられることを特徴とする（３）記載の車両用空力ブレーキ。
【００１１】
本発明の（１）においては、ブレーキ作動時には平板は垂直にセットされ空気抵抗が増加してブレーキ作用をする。この時に空気流は平板下端の切欠き開口部から背後に流出し、平板の左右から発生しているカルマン渦流を減少させる。これにより平板の左右の振動も減少するので、平板が車両に与える振動を低減させることができる。
【００１２】
本発明の（２）では、切欠き開口部があまり大きいと、空気抵抗が大きくならず、ブレーキ効果が減少し、又小さすぎると振動の低減効果が小さくなる。従って、平板の高さの１／４  程度であれば、空気抵抗をある程度大きく保つと共に、振動も低減させるのに適した開口になり、ブレーキ効果と振動低減の両方の効果を満足させることができる。
【００１３】
本発明の（３）では、平板に小孔を設けることで、平板から流出する空気が切欠き開口部に加えて小孔からも流出し、均一な空気の流出となってカルマン渦の発生を抑えるので、上記（１）の発明の振動低減の効果がより向上する。
【００１４】
本発明の（４）では小孔の開口率を５〜１０％とすることにより、小孔を多くすると空気抵抗を減少させ、又逆に少ないと小孔からの空気流出による効果が得られないので、適切な範囲の開口率を設定し、空力ブレーキ効果と振動低減効果の両方を適切に得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係る車両用空力ブレーキの正面図である。図において、従来例と同じく車両４０の上部には開口部４１が設けられてシリンダ４４が装着されており、シリンダ４４のロッド４５先端は平板ブレーキ１の連結部４３にピン４６で回動自在に連結されている。
【００１６】
１は前述の平板ブレーキであり、その形状は従来と同じ形状の平板ブレーキに切欠き開口部２を設けたものである。切欠き開口部２の高さＬ２  は平板ブレーキ１の高さＬ１  の１／４  程度としている。切欠き開口部２をあまり大きくするとブレーキ効果がなくなるので、この程度の高さが適切である。切欠き開口部２の高さは直線状に切欠かれ、平板ブレーキ１の前後において空気が流通できるようにしている。その他の構造は図１と同じである。
【００１７】
上記のように切欠き開口部２を設けることにより、切欠き開口部２から気流が出入するため、平板ブレーキ１の面での圧力が下がり、平板ブレーキ１の左右両端から発生するカルマン渦が少なくなって弱くなるので、平板ブレーキ１の左右の振動が低減され、これに起因する車両の振動も低減する。
【００１８】
図２は本発明の実施の第２形態の平板ブレーキ１１を示す正面図で、図１の実施の第１形態と異なる部分は、図１の平板ブレーキの切欠き開口部２に加え、更に、多数の小孔１２を設けたものであり、その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じである。このような小孔１２を設けることにより、図１に示す平板ブレーキの振動低減効果がより大きくなる。この小孔１２は開口率が５〜１０％の範囲とし、この範囲より小さいと小孔の効果が少なく、この範囲より大きいと空力ブレーキとしての効果が低減してしまうので、この範囲に設定することが好ましい。
【００１９】
図３は本発明の実施の第３形態に係る平板ブレーキ２１を示す正面図で、図１に示すブレーキ１と異なる部分は切欠き開口部２２を直線でなく、なめらかな曲面２２ａで切欠いた形状のものである。その他の構成は図１に示す実施の第１形態と同じである。このような形状の平板ブレーキ２１を採用しても、実施の第１形態と同様に振動低減の効果が得られる。
【００２０】
図４は本発明の実施の第４形態に係る平板ブレーキ３１を示す正面図で、図３に示す実施の第３形態と異なる部分は、平板ブレーキの上面を直線状から、なめらかな曲線で形成したものである。その他の構成は図３に示す実施の第３形態と同じである。このような形状の平板ブレーキ３１を採用しても実施の第１形態と同様に振動低減の効果が得られる。
【００２１】
又、上記に説明の実施の第３，第４形態においては、平板ブレーキ２１，３１の面に図２に示す実施の第２形態のように多数の小孔を設けるようにしても良く、このようにすれば振動低減の効果が更に向上するものである。
【００２２】
上記に説明した実施の第１〜第４形態のいずれかの空力ブレーキを、３５０ｋｍ／時以上の高速の車両に１両おき程度に装備し、減速時又はブレーキ停止時にシリンダ４４を作動させ、ロッド４５を伸ばして平板ブレーキ１，１１，２１，３１を垂直にセットして空力ブレーキを作動させると、車両の振動を現在のものよりも著しく低減させることができる。
【００２３】
図５は本発明の車両用空力ブレーキの効果を示す図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は平板ブレーキの形態を、（ｅ）はそれらの平板ブレーキでのブレーキ作動時のブレーキ加振力低減効果を示している。
【００２４】
（ａ）は従来の平板ブレーキ６０にサブパネル６０Ａ，６０Ｂを付加したもの、（ｂ）は従来の平板ブレーキ６０に切欠き開口部６２を設けたもの、（ｃ）は（ｂ）の平板ブレーキに小孔を２列付加したもの、（ｄ）は（ｂ）の平板ブレーキに小孔を４列付加したものである。
【００２５】
（ｄ）は上記の各（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の平板ブレーキの振動ピークｐと振動数ｆを従来の平板ブレーキ６０のみの形状のものと比較した相対値で示している。図示のように、サブパネル６０Ａ，６０Ｂを付加した（ａ）は、６０のみのものと比べ、振動ピークｐは０．５に減少している。又、い（ｂ）のように、従来の６０に切欠き開口部６２を付加すると、振動ピークｐ（ａ）より更に低減し、（ｃ）のように（ｂ）に小孔６１を付加すると、（ｂ）よりも振動ピークが更に減少し、又、（ｄ）のように、この小孔を増加した小孔６３とすると、更に振動ピークが小さくなることがわかる。この結果から、本発明の実施の形態で示したように、平板ブレーキに切欠き開口部、更に小孔を付加すると平板ブレーキの加振力が低減し、これに起因する車両の振動が低減されることがわかる。
【００２６】
なお、本実施の第１〜第４形態では車両に平板ブレーキを適用した例で示したが、同様の構造の平板ブレーキを、その他の走行車両、例えば高速バス、等に適用しても振動の少ない空力ブレーキとして用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の車両用空力ブレーキは、（１）車両の上面に取付けられ、走行時には車両上面と同一面となり、ブレーキ作動時には回転して垂直にセットされ空気抵抗を増加させる平板を有した空力ブレーキにおいて、前記平板の下端には前記車両上面との間に開口部を形成するように切欠き開口部を設けたことを特徴としている。このような構成により、ブレーキ作動時には平板は垂直にセットされ空気抵抗が増加してブレーキ作用をする。この時に空気流は平板下端の切欠き開口部から背後に流出し、平板の左右から発生しているカルマン渦流を減少させる。これにより平板の左右の振動も減少するので、平板が車両に与える振動も低減させることができる。
【００２８】
本発明の（２）では、切欠き開口部があまり大きいと、空気抵抗が大きくならず、ブレーキ効果が減少し、又小さすぎると振動の低減効果が小さくなる。従って、平板の高さの１／４  程度であれば、空気抵抗をある程度大きく保つと共に、振動も低減させるのに適した開口になり、ブレーキ効果と振動低減の両方の効果を満足させることができる。
【００２９】
本発明の（３）では、平板に小孔を設けることで、平板から流出する空気が切欠き開口部に加えて小孔からも流出し、均一な空気の流出となってカルマン渦の発生を抑えるので、上記（１）の発明の振動低減の効果がより向上する。
【００３０】
本発明の（４）では小孔の開口率を５〜１０％とすることにより、小孔を多くすると空気抵抗を減少させ、又逆に少ないと小孔からの空気流出による効果が得られないので、適切な範囲の開口率を設定し、空力ブレーキ効果と振動低減効果の両方を適切に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る車両用空力ブレーキの正面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る車両用空力ブレーキの正面図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係る車両用空力ブレーキの平板ブレーキの正面図である。
【図４】本発明の実施の第４形態に係る車両用空力ブレーキの平板ブレーキの正面図である。
【図５】本発明の効果を示す図で、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は平板ブレーキの形状、（ｅ）は各形状における振動ピークの低減を示す図である。
【図６】従来の車両用空力ブレーキを示し、（ａ）は車両の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図７】従来の平板ブレーキでの渦の発生状況を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１    平板ブレーキ
２，２２                切欠き開口部
１２                    小孔
４０                    車両
４１                    開口部
４３                    連結部
４４                    シリンダ
４５                    ロッド
４６，４８              ピン
【図１】
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【図２】
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【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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