(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の屋根上に回動可能に取り付けられた下枠と、下枠に回動可能に接続された上枠と、上枠の先端に接続部材を介して取り付けられた舟体支持部と、舟体支持部の上部に装着されトロリー線へ接触させる摺板を有する舟体とを備えるシングルアーム形パンタグラフにおいて、舟体支持部における車両進行方向に対する左右両側部表面に、鉛直方向に沿って傾斜する複数の凸部がジグザグに配置されていることを特徴とするシングルアーム形パンタグラフ。
【請求項２】
鉄道車両の屋根上に回動可能に取り付けられた下枠と、下枠に回動可能に接続された上枠と、上枠の先端に接続部材を介して取り付けられた舟体支持部と、舟体支持部の上部に装着されトロリー線へ接触させる摺板を有する舟体とを備えるシングルアーム形パンタグラフにおいて、舟体支持部の底面に、複数の凸部が車両進行方向に対して直交するように且つ前後対称となるように設けられていることを特徴とするシングルアーム形パンタグラフ。
【請求項３】
鉄道車両の屋根上に回動可能に取り付けられた下枠と、下枠に回動可能に接続された上枠と、上枠の先端に接続部材を介して取り付けられた舟体支持部と、舟体支持部の上部に装着されトロリー線へ接触させる摺板を有する舟体とを備えるシングルアーム形パンタグラフにおいて、舟体と接続部材とを左右側方で電気的に接続する２本のコーベルを中央部に寄せ合わせたことを特徴とするシングルアーム形パンタグラフ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の屋根に設置されるシングルアーム形のパンタグラフの改良に関し、車両走行時に発生する空力音の低減化を目的とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の屋根に設置されトロリー線から電流を取り込むための集電装置として、図８に示す如く、側面視するとほぼ「くの字」状を呈するシングルアーム形パンタグラフＳが従来利用されている。シングルアーム形パンタグラフＳの概略構成は、車両屋根Ｔ上に回動可能に取り付けられた下枠１、下枠１に対しヒンジ部２で回動可能に接続された上枠３、上枠３の先端に接続部材４を介して取り付けられた舟体支持部５、及びこの舟体支持部５の上部に装着された舟体６とから成っている。
【０００３】
舟体６上面の摺板７をトロリー線へ接触させることにより取り込んだ電流を車両内へ確実に送電するため、舟体６と接続部材４、及び、上枠３とヒンジ部２とが、それぞれコーベル８，９によって電気的に接続されている。
【０００４】
舟体支持部５は、舟体６をトロリー線へ適度な押圧力で接触させるため、内部にバネが収納されている。
【０００５】
かかる構成を有するシングルアーム形パンタグラフＳは、折り畳み高さを低くできること、最大高さを大きくするのが容易であること、車両屋根上の占有面積が少なくて済むこと、構造が比較的簡単であること等の利点を備えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
シングルアーム形パンタグラフＳを時速３００ｋｍで走行する鉄道車両に搭載する場合、空力音レベルの低減化を図ることが必要である。そこで、騒音解消を図るべく各構成部材について検討を進めた結果、外形が比較的複雑な舟体支持部５及びその周辺部材に対して何らかの対策を講じることが、騒音低減化に重要であるとの知見を得た。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両走行時にシングルアーム形パンタグラフから発生する空力音を低減化するための手段を提供するものである。本発明が空力音低減化のために採用する手段は、下記の３つである。
（１）舟体支持部の左右両側部表面に鉛直方向に沿って傾斜する複数の凸部をジグザグに配置する。
（２）舟体支持部の底面に凸部を設ける。
（３）舟体支持部と上枠とを電気的に接続する２本のコーベルを中央部に寄せ合わせる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
パンタグラフから生ずる騒音の主たる成分が、カルマン渦の発生によるエオルス音にあると見られることから、舟体支持部及びその周辺部材の表面又は表面近傍を通過した空気によるカルマン渦の発生を抑止すれば、空力音を低減化できると考えられる。本発明では、舟体支持部の側部表面又は底面に凸部を設けることにより、従来の表面平滑な舟体支持部と比較して、空力音レベルの低減化がもたらされる。具体的には、舟体支持部における列車進行方向の左右側面に、鉛直方向に沿って傾斜する断面三角形の複数の凸部をジグザグに配置する。また舟体支持部の底面にも、同様の断面三角形の複数の凸部を車両進行方向に対して直交するように且つ前後対称となるように設ける。
【０００９】
凸部により空力音が低減化するメカニズムの詳細は不明であるが、凸部構造によって、車両走行時に進行方向に対し舟体支持部の後方側に形成されるカルマン渦の生成が抑止されるためであろうと推測される。
【００１０】
また従来、舟体と接続部材とを電気的に接続しているコーベルは舟体支持部の側方に露出していたが、これを中央部に寄せ合わせることにより、コーベルと舟体支持部とが車両走行方向に並ぶので、空気流の衝突度合いが軽減され、よって空力音の低減化がもたらされる。
【００１１】
舟体と上枠とを接続する接続部材の上面は、普通、平滑になされているが、ここに開孔を形成することにより、あるいは上面を開放することにより、空力音の低減化効果が発揮される。開孔を形成する場合、複数個としても、孔径の大きいものを１個だけとしてもよい。かかる構成に基づく空力音低減化のメカニズムも正確には不明であるが、接続部材の上面が非平滑になる結果、空力流が乱されるためであろうと推測される。
【００１２】
【実施例】
〔第１実施例〕
図１は、舟体支持部５の側部表面５ａに車両進行方向に対して左右に凸部１０を形成した実施例を示すものである。この凸部１０は、同図（Ｂ）及び（Ｃ）に示すとおり、断面が直角二等辺三角形の三角柱状であり、鉛直方向に対し４５度の傾斜を持ってジグザグに配置されている。
【００１３】
前記凸部１０の高さｈ（同図Ｂ参照）及び長さ１（同図Ｃ参照）は、舟体支持部５の形状や寸法、また搭載される車両の走行速度等に応じて最適となるように決められる。例えば、車両の最高速度が時速３００ｋｍの場合、凸部１０の高さｈは、通常、２乃至２５ｍｍの範囲で設定される。但し高さｈがある程度以上になると、高速の空気流から受ける空力の影響で舟体支持部５に振動を与えるおそれがあるため、実際的には１０ｍｍ以下とするのが好ましいと考えられる。
【００１４】
凸部１０の断面形状は、図１に示す直角二等辺三角形以外にさまざまな変形が可能である。例えば、断面を三角形とする場合でも直角三角形以外の二等辺三角形や正三角形も可能である。さらに、半円形、正方形、長方形、正方形又は長方形の上端に半円を合体させた形状等なども考えられる。但し、これらの図形は、原則として左右対称形であることが望ましい。
【００１５】
また凸部１０の形状又は寸法を部分的に異ならせることも考えられる。これら以外に、凸部１０の形状は様々な応用が可能である。
【００１６】
〔第２実施例〕
図２は、舟体支持部５の底面５ｂに、凸部１１を設けた実施例を示すものである。この実施例でも、凸部１１は断面が直角二等辺三角形の三角柱状とした。そして凸部１１の配置は、表面の各傾斜面が車両進行方向に対して直交するように且つ前後対称となるように設定した。
【００１７】
〔第３実施例〕
図３は、舟体６で取り込んだ電流を接続部材４を介し上枠３へ伝えるためのコーベル８を、中央部に寄せ合わせた実施例を示すものである。従来、舟体６と接続部材４とを電気的に接続するコーベル８は接続部材４の側方に露出していたため、車両走行中にここから発生する空力音レベルが比較的高かったと思われる。そこで本実施例の如くコーベル８を中央部に寄せ合わせ、舟体支持部５と車両進行方向に並ぶように構成すれば、車両走行時にコーベル８に衝突する空気流の強さが緩和され、その結果、空力音レベルの低下がもたらされる。
【００１８】
〔第４実施例〕
図４の（Ａ）の如く、舟体支持部５と上枠３とを連結する接続部材４の上面に複数の開孔１２を形成することによって、あるいは同図（Ｂ）に示す如く、接続部材４の上面を開放部１３とすることによって、空力音の低減化効果が発揮される。これは、開孔１２又は開放部１３の存在により、接続部材４の上面に沿って流れる空気流に乱れが生ずるためであると考えられる。なお、開孔１２を形成する場合、その大きさ・個数・形状等は、状況に応じて適宜変更することが可能である。
【００１９】
〔その他の実施例〕
図示は省略したが、前記第１乃至第４実施例と組み合わせることにより、空力音の低減化効果を一層向上させ得る構成について述べる。まず凸部については、舟体支持部以外に、上枠３の表面や、上枠３と下枠１とを接続しているヒンジ部２の下面側に設けることができる。
【００２０】
また、上枠３から下枠１へ電流を伝えるためのコーベル９がヒンジ部２に設けられているが、これを中央部に寄せ合わせるようにすることによって、空気流との衝突度合いを緩和し、もって空力音の低減化に寄与する。
【００２２】
なお凸部は、中空であっても中実であってもよく、その断面形状については台形なども採用可能であり、さらに支持部と一体形成することも又別体に形成してあとから取着することもできる。
【００２３】
その他、本発明は、実施の状況に応じて適宜変更することを妨げない。
【００２４】
〔風洞試験〕
本発明による空力音の低減化効果を確認するため、前記第１〜第４実施例に掲げる構造（図１乃至図４参照）を備えたシングルアーム形パンタグラフを供試体として用いて風洞試験を行った。なお、風洞装置２０に対してパンタグラフＳの配置を図５の（Ａ）に示すようにしたものを反なびき方向、同図（Ｂ）の配置をなびき方向とする。また同図中の数字は、風洞装置２０の開口から舟体支持部５までの距離（ｍｍ）を示している。
【００２５】
供試体に付加する条件は、次の（イ）〜（ヘ）である。
（イ）コーベルの除去
（ロ）コーベルの中央寄せ
（ハ）舟体支持部の側部表面に凸部取付
ａ：ｈ＝３ｍｍ，  １＝１０ｍｍ／ｂ：ｈ＝６ｍｍ，  １＝１０ｍｍ
（ニ）舟体支持部の底面に凸部取付／ｈ＝６ｍｍ，  １＝１０ｍｍ
（ホ）接続部材の上面に開孔形成
ａ：孔径φ＝３ｍｍ／ｂ：孔径φ＝６．  ５ｍｍ
（ヘ）接続部材の上面を切除
【００２６】
各試番の試験条件は下記の通りである。なお同一条件のＤ１とＤ２の２つの試番があるのは、試験日が異なるからである。（Ａ〜Ｄ１が同一日、Ｄ２〜Ｊが同一日である。）
【００２７】
・反なびき方向
Ａ：付加条件なし（比較例）
Ｂ：  （イ）
Ｃ：  （イ）＋（ハ）ａ
Ｄ１：（イ）＋（ハ）ａ＋（ホ）ａ
Ｄ２：  （イ）＋（ハ）ａ＋（ホ）ａ
Ｅ：（イ）＋（ハ）ａ＋（ホ）ｂ
Ｆ：  （イ）＋（ハ）ａ＋（ヘ）
Ｇ：  （イ）＋（ハ）ｂ＋（ヘ）
Ｈ：（イ）＋（ハ）ｂ＋（ニ）＋（ヘ）
Ｉ：（ロ）＋（ハ）ｂ＋（ニ）＋（ヘ）
Ｊ：          （ハ）ｂ＋（ニ）＋（ヘ）
【００２８】
・なびき方向
Ｋ：  （ロ）＋（ハ）ｂ＋（ニ）＋（ヘ）
Ｌ：  （ロ）＋（ハ）ｂ＋（ヘ）
Ｍ：  （ロ）＋（ヘ）
Ｎ：（イ）＋（ヘ）
Ｏ：（イ）
Ｐ：付加条件なし（比較例）
【００２９】
空力音の測定方法は、供試体を風洞中に置き、開口寸法が４００ｍｍ×４８０ｍｍの風洞口から時速３００ｋｍの風を送って、供試体の側方へ２０００ｍｍ離れた位置に置いたマイクロフォンＭにより空力音を測定する。実験結果を表１に示す。
【００３０】
0003829262.tif 000002
【００３１】
また参考までに、試番Ａと試番Ｈ，Ｉ、及び、試番Ｋと試番Ｐとについて、３分の１周波数ごとの空力音を比較したグラフを図６及び図７に示す。各グラフにおいて、縦軸は空力音レベル（単位ｄＢ）、横軸は３分の１オクターブバンド周波数（単位Ｈｚ）である。
【００３２】
試番Ｄ２とＥとの比較から、接続部材の上面の開孔の孔径が大きいほど効果に優れ、またＥとＦとの比較から、接続部材の上面を切除して開放した方がより騒音低減化が高いことがわかる。試番ＦとＧの比較から、同一断面形状であれば、凸部の高さｈの大きい方が空力音の低減化効果が大きいという結果が得られている。但し実際的には、凸部の断面形状や高さ寸法によって、振動などを発生させる場合があるので、その点を考慮する必要がある。実験によると、時速３００ｋｍの高速走行を行う場合、断面が正方形や長方形のもの、及び、高さ寸法の大きいものは、比較的振動を発生させ易いとされている。断面形状は、三角形とするのが好ましいと考えられる。また、高さ寸法については１０ｍｍ以下、望ましくは５ｍｍ以下とする。
【００３３】
以上説明したように、本発明は、前述する第１〜第４実施例のいずれの態様を採用したとしても、空力音の低減化を実現するものであるが、これらの全て又は一部を併用すると、より優れた効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、舟体支持部の側部表面又は底面に凸部を設けることにより、またコーベルを中央部へ寄せ合わせることにより、パンタグラフから発生する空力音を低減化することが可能である。従って本発明は、鉄道車両の騒音対策上、きわめて有効な手段を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すものであって、図（Ａ）は舟体支持部の側面図、図（Ｂ）は凸部の側面図、図（Ｃ）は凸部の正面図である。
【図２】本発明の第２実施例を示すものであって、図（Ａ）は舟体支持部の底面図、図（Ｂ）は舟体支持部の底面付近の側面図である。
【図３】本発明の第３実施例を示すものであって、接続部材の平面図である。
【図４】本発明の第４実施例を示すものであって、図（Ａ）は上面に複数の開孔を形成した接続部材の平面図、図（Ｂ）は上面を開放した接続部材の平面図である。
【図５】本発明に係るシングルアーム形パンタグラフの風洞試験の要領を示す側面図であって、図（Ａ）は反なびき方向、図（Ｂ）はなびき方向である。
【図６】試番Ａと試番Ｈ，Ｉとについて、空力音レベルを３分の１周波数ごとに比較したグラフである。
【図７】試番Ｋと試番Ｐとについて、空力音レベルを３分の１周波数ごとに比較したグラフである。
【図８】従来のシングルアーム型パンタグラフを示す側面図である。
【符号の説明】
Ｓ  シングルアーム形パンタグラフ
１  下枠              ２  ヒンジ部          ３  上枠部
４  接続部材          ５  舟体支持部        ５ａ  側部表面
５ｂ  底面            ６  舟体              ７  摺板
８  コーベル          ９  コーベル          １０  凸部
１１  凸部            １２  開孔            １３  開放部
【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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【図８】
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