質問: 架線から電気を取り入れるために電車の屋根に取り付けられる、「菱形」や「くの字型」の装置を何という?
回答: パンタグラフ

タイトル: 集電装置
厳密には菱形(四角形)ではなく、五角形である。一般的には鋼管をトラス構造に組立てたものであるが、一部にラーメン構造のものも見られた。特に低・中速での追従性能がよく、下枠交差型が普及してもなお、国鉄の在来線電車の大半に採用されるなど架空電車線方式の集電装置の主流を占めていた。しかし、可動部の質量が大きい、高速時の空気抵抗が大きい、といった欠点があり、1990年代以降はシングルアーム型に取って代わられつつある。現在、新造車に装備されるケースはほとんどなくなってきている。日本の鉄道で使用された主な菱形パンタグラフは下記の通り。菱形の下枠を交差させることで、作用高さを損なうことなく(集電舟の可動範囲を狭めることなく)上枠を小型化でき、それによる軽量化で架線追従性の向上を図ったもの。

タイトル: 架空電車線方式
基本的な構造としては、鉄道車両などの集電装置(パンタグラフ)と接触して電力を供給するためのトロリ線、それを吊し又は支持するためのハンガイヤー・ドロッパ・吊架線・懸垂碍子・吊り金具である振止金具と曲線引き金具、それらを支持する電柱・ビーム・可動ブラケットなどの支持物で構成されている。直流電化区間では、確実な送電のために、変電所から「饋電線(きでんせん)」が架線に沿って敷設され、標準で250 m ごとに饋電分岐線(フィードイヤー)によりトロリ線に接続される。トロリ線を吊り下げる方式のため、トロリ線の重量により弛みが生じ、支持間隔が長く、重量が重く、張力が低いほど、その弛みが大きくなる。

タイトル: 集電装置
その後の新幹線電車では、パンタ台を架線に近づけることでさらにパンタグラフ全体を小型化し、上昇用ばねやカギ外しシリンダ、平衡リンク(イコライザ)等の台枠部分にある機器類全てを流線型のカバー内部に収容することによって空気抵抗と風切り音を減少させている。私鉄車両では、従来の菱形と比較し、小型化による軽量化、空気抵抗減少、省スペース性から注目された。また、冷房装置などの搭載により屋根上搭載機器の増加した新世代の鉄道車両に適合したため、シングルアーム形が主流となるまでは主に関西私鉄(阪急電鉄、阪神電気鉄道、近畿日本鉄道、京阪電気鉄道、南海電気鉄道)、東武鉄道、西日本旅客鉄道(JR西日本)が積極的に採用。一方で、製造コスト増を忌避し採用しなかった鉄道事業者(東京急行電鉄、京王電鉄や名古屋鉄道等)も多い。

タイトル: 架空電車線方式
架空電車線方式 (かくうでんしゃせんほうしき、がくうでんしゃせんほうしき、英語: Overhead lines)とは、電気鉄道の集電方式のひとつである。車両が通る空間の上部に架線(かせん)を張り、ここからパンタグラフなどの集電装置によって集電する方式である。架線集電方式ともいい、架線はトロリー線、電車線などと呼ばれる。トロリーバスは架空電車線方式、鉄道では架空電車線方式と第三軌条方式がほとんどである。

タイトル: クイル式駆動方式
クイル式、リンク式とは異なり、主電動機の重量は台車枠と中空軸双方に掛かるため、バネ下重量は従来の吊り掛け駆動と同様だが、輪軸から主電動機への衝撃を軽減することができる。動力の伝達順は、モーター→小歯車→大歯車→ピン→ゴム→車輪。日本ではEF66形が唯一の採用例である。欧州の路面電車(ドイツ製の超低床電車(コンビーノ等))に広く採用されている駆動方式。大歯車と車輪側から6本ずつ腕が伸び、腕の間に積層ゴムを挟み、積層ゴムで変位許容と駆動を行う方式。基本的な構造はクイル式駆動方式と同一。日本ではドイツ製の広島電鉄5000形電車に採用。台車横のカバーを開けると腕や積層ゴム等、駆動装置の様子を観察できる。

タイトル: AT饋電方式
なおこの設計を採用した場合、単巻変圧器は一組で済むが、その代わり常に対向列車を饋電区間に配置しないと単巻変圧器の容量を小さくできない。また上下単独で饋電停止を行うことができないため、上下それぞれの架線に並列に接続したAT饋電線を別途、設ける線区もある。

タイトル: ドイツ鉄道101型電気機関車
屋根はアルミニウムで三つの部分で制作されて、その部分は5 mmの金属版を溶接で組み合わせたフランジと繋がっている。台車は250 km/hの走行向けに設計されて、401形電車の動力車にちなんで制作された。台車枠は他の軌間向けの輪軸が設置できるよう制作されたが、スイス鉄道のRe 460形機関車の台車に適用されたものの、ドイツ鉄道は軌間変更の可能性を放棄した。台車の動力伝達は車体と台車の間で引張・圧縮のはり部材(Zug-/Druck-Stange)により生じる。台車における四本のコイルばねにばねの圧縮および垂直方向の外力が作用する。コイルばねが台車で沈むところへ、台車枠は容易くすこし下へ傾く。両端の棒(Kopfträger)は圧縮空気および制動キャリパーの作用による力を受けてコイルばねの縁より下へ傾く。内部両端の棒はかなり重い枕ばりの旋回軸を支えて引張・圧縮のはり部材を上げる。

タイトル: 自動列車停止装置
方式は前述のA形と同様のAF軌道回路式(ただし使用している周波数は異なる)。国鉄・JRでは実用として使用されたことはないが、打子式ATSが1927年に東京地下鉄道(現在の東京メトロ銀座線)の開業時に採用された。このシステムはアメリカ・ニューヨーク市地下鉄やドイツ・ベルリンSバーンで同種のシステムが導入されていたのを参考に導入されたもので、実用的なものとしては日本で最初に採用されたATSである。帝都高速度交通営団(現在の東京地下鉄)丸ノ内線・大阪市交通局 (現在のOsaka Metro)(大阪市営地下鉄御堂筋線・四ツ橋線・4号線(中央線))・名古屋市交通局(名古屋市営地下鉄)東山線でも採用されていた。日本国内の地下鉄路線においてこのタイプのATSを使用していたのは、全て第3軌条方式の集電システムを使用していた路線であった。

タイトル: 直流電化
直流電化 (ちょくりゅうでんか) は、直流電源を用いる鉄道の電化方式。

タイトル: 営団05系電車
さらに複雑な形状をする先頭車前頭部側面は骨組み構成をやめ、1枚のアルミ板から三次元削り出し加工にて製作している。また、内装や床下機器製作にはモジュール化・アウトワーク化を実施している。従来は内装・床下配線・配管は骨組みに対し、現物合わせで組み立てていた。13次車では中央天井、側天井、つり手・腰掛の各モジュールや配線・配管モジュールを前もってアウトワークにて製作し、これらの各モジュールをダブルスキン構体の一部であるマウンティングレールにボルトで固定する方法を採用している。これにより構造の簡素化、部品点数削減、コストダウンを図っている。外観では屋根構造が張り上げ屋根となり、車端部の窓は車体との段差をほぼなくしたほか、車外の側扉引き込み防止ゴムが省略された。車端部では隅柱を強化した三角形の断面構造とし、側構体と妻構体と強固に接合させた。

タイトル: サウスショアー線の日本車輌製造製電車
運転台は両端右側にあり、速度制御用の主幹制御器やブレーキ弁等が存在する他、足元には安全用のデッドマンペダルが設置されている。連結運転時には運転台や運転席を収納する事で乗客の往来が可能な構造となっている。EMU-1形が用いる電動台車は日本車輌製造側からの提案に基づき、鋼板プレス溶接構造の空気ばね台車「ND-312形」が用いられている。軽量化のため輪軸には中空軸が採用され、一体圧延車輪の外側に密封式コロ軸受が取り付けられている(外軸箱方式)。この軸箱の上下振動を受ける軸箱支持装置にはウイング式コイルばね内部に特殊なゴム座が用いられており、振動の抑制に加えて経年劣化や支持弾性の均等化が図られている。また、枕ばね(2次ばね)にも振動抑制を図り1次ベローズ式空気ばねが設置されており、車体と台車は防振ゴムを使ったボルスタアンカーで結合されている。

タイトル: 発電機
そのため、電動機で走行する鉄道車両やハイブリッドカー、電気自動車においては、電動機を発電機として利用して発生した電力を抵抗器で熱エネルギーとして消費したり(発電ブレーキ)、架線やバッテリーに戻したり(回生ブレーキ)してブレーキ力を得ることも可能である。発電機の動力源が電動機のものについては電動発電機を参照。

タイトル: 電源車
しかし、車軸発電機は「個々の車両で用いる電力を賄う」という観点から発電能力が低かった。また、蓄電池も技術的な問題から小型で大容量の物が積載できなかった。そのため、明治時代の山陽鉄道には蓄電池を積載し、個々の客車に電力供給を行った蓄電車という車両も存在した。冷房装置については主に食堂車・一等展望車など一部の車両では車軸回転を用いた車軸駆動冷房装置や蒸気の力を用いるものもあった。だがそれらは、運行時の条件(速度や環境)に依拠するものであり、かつ保守に手間が掛かることから、必ずしも使い勝手が良くないものであり、運行時の条件に依拠しない電力による冷房装置を必要としたのである。1950年代には電車ではあるが、151系電車において固定編成の理念が特急形車両に採り入れられた。また、この151系電車では全車両にエア・コンディショナーが整備されていた。

タイトル: 列車便所
最初期はここに水を入れるべく駅で作業員が屋根に上って行っていたが、この方式は電化区間で危険なため間もなく給水管の位置が変更され、水道の水圧で十分屋根上まで水を運べることから下から給水できるようになった。配管は天井板から便器まで壁を伝って接続され、途中に手動式の洗浄弁が設置された。しかし手動弁は尿などの飛散で不潔になりやすい欠点があり、また木造車体であった当時の客車では、屋根裏に設置できる水タンクの容量にもスペースや強度負担の面から限界があった。

タイトル: 箱根登山鉄道鉄道線
ただし、「サン・モリッツ号」の編成中間部では半永久連結器が使用されている。また、連結器の突き出し部分は長くとられており、連結面間距離においても通常の20 mの通勤電車で500 mm程度なのに対して、「ベルニナ号」では860 mmも空いている。なお、車両間の貫通路は非常用であり、貫通幌も設置されておらず、通常は施錠されている。電車の走行・ブレーキに使用する抵抗器は下り坂での発電ブレーキで使用の際に大量の熱が発生するため、冷却しやすいように屋根上に搭載している。開業当時のチキ1形では床下に抵抗器を設けていたが、1927年に導入されたチキ2形では屋根上にニクロム合金製の抵抗器を設けた。その後、旅客車両では全て屋根上に抵抗器を搭載している。1950年以降に小田急の電車が乗り入れた当初は、小田急から乗り入れてくる車両は1600形・1900形などの30両に限定されていた。

タイトル: 京阪16型電車
295に変更されている。集電装置はシングル構成のトロリーポールを屋根の前後端それぞれに1基ずつ搭載し、各妻面には一般車と同様に自動連結器を搭載する。

タイトル: 地表集電方式
固定接点電極方式は19世紀末にパリで実用化された方式である。給電用レールは短い区間に絶縁され、車両が通りすぎるごとにスイッチを切り替えて、車両の真下にある部分にのみ通電されるようにしたものである。しかしこの方式は安全性に欠け、事故が多発したため早期に姿を消した。

タイトル: 冠着トンネル
篠ノ井側から25 ‰の登り勾配をずっと登ってきて、冠着トンネル内はこの勾配が続く片勾配の構造になっている。冠着トンネル出口側にある冠着駅が篠ノ井線内全体の頂点である標高676 mの位置にある。冠着トンネル内では曲線もなく、入口から出口まで縦横ともに一直線の構造である。蒸気機関車使用時代には、25 ‰勾配の続くトンネルでは機関車の出す煤煙により機関士の窒息などの危険があり、対策が行われた。大正時代から、列車がトンネルに入った際に入口側に垂れ幕を引いて、列車後方の気圧を低くすることで煙を後方に吸いだす試みが行われていた。昭和に入ると送風機による強制換気が全国の長大トンネルで行われるようになり、冠着トンネルでは1931年(昭和6年)3月に東口に送風機と垂れ幕が設置された。さらに窒息事故の発生を受けて1947年(昭和22年)に強化されている。この送風設備の遺構は今も残っている。

タイトル: 日本ロッキード・モノレール
 下部安定輪の下側にのみ、車体が持ち上がって脱線することを防止するためのフランジが設けられている。 駆動輪は主レールの上面を走行し、車体から軌道に駆動力を伝える。 上部安定輪は主レールの頭部両側面を所定の圧力で挟み込む。 下部安定輪はサイドレールの上面を所定の圧力で挟み込む。軌道の分岐器は、扇形の転轍台に直線と曲線が一組となった軌道を取付けたものである。 扇形の要部を中心として転轍台を旋回させることで、転轍(軌道を入れ替える)作業が行われる。ゴムタイヤを軌道桁に接触させる方式の跨座式モノレールでは、軌道桁を直線から曲線へと変形させる分岐器が一般的である。 しかしロッキード式モノレールは、変形させることが難しい鋼鉄製のレールを使用しているため、このような軌道を入れ替える構造の分岐器が必要なのである。動力は600Vの直流電化で、集電方式は第三軌条方式である。

タイトル: 集中式冷房装置
屋根上設置方式は日本国有鉄道(→JRグループ)のAU71・AU72・AU75・AU78・AU79・AU720等が代表的で、屋根上中央に1基の大型ユニットが搭載され、冷凍能力は36000-42000kcal/hで、113系・103系で試行されたのを皮切りに国鉄の近郊形・通勤形電車や一部の気動車で採用された。国鉄分割民営化後もJR東日本E231系電車・JR九州813系電車などで採用されている。特にJR東日本・JR九州で新規製造された通勤形電車および一般形電車では、一貫して採用する。気動車でもキハ183系やキハ66・67形で採用されたが、その後は冷房装置を屋根上に載せるタイプの機関直結式冷房装置や床下に装備する独立機関式冷房装置が普及した。

タイトル: 鉄道の電化
元々鉄道は人力もしくは馬力を使ったトロッコのようなものから始まり、その後蒸気機関車の開発などもあったが、電気鉄道は1879年にドイツのジーメンスがベルリン博覧会で軌間490mm・総距離300mほどの小さな線路(なお、集電はこの間にある第3軌条から行った。)に外部集電で電気を取る機関車を走らせたのが始まりとされる(これ以前にも電気鉄道を考案した人はいたが、いずれも「電気動力車に電池を搭載する」という形式で電池容量に乏しく重量もかさむため実現の陽の目を見なかった。)。こうした見世物的ではない電車営業運転は、1881年のドイツのベルリンにおける路面電車が最初であったといわれる。

タイトル: 東武500系電車
野岩鉄道および会津鉄道への乗り入れ時においては、使用電力ピークを下げる機能を備えている。

タイトル: JR東日本EV-E301系電車
DC-DCコンバータ装置とVVVFインバータ装置の間には、5台を1群として各車の床下に搭載する主回路用リチウムイオン蓄電池 (630V-95kWh・GSユアサ製) と容量100kVAの補助電源装置の静止形インバータ (SIV・電力変換装置と同様に三菱電機製) が接続される。非電化区間ではこの蓄電池を電源として走行する。編成当たりの蓄電池は10台、蓄電池容量は190.1kWhである。後述する駅の地上充電設備で行われる急速充電では、剛体架線を使用することにより通常の架線よりも大きな電流により充電が行われる。通常の架線とは集電電流の制限値が異なるため、地上から送信される地点情報を受信して、車両自体が在線している場所の架線状態を自動的に認識する架線認識装置を搭載している。

タイトル: 電車
現在では、これらの常用ブレーキのほか、常用ブレーキの異常に備え、別系統の空気ブレーキである、直通予備ブレーキが設置されている。これは事業者によっては保安ブレーキなどの名称で呼ぶ場合がある。その他に、走行用電動機を利用した電気ブレーキを持つものが多く、電動機の発生電流を車上の抵抗器で熱に換える「発電ブレーキ」と、架線や第三軌条に返す「電力回生ブレーキ」に大別できる。このほかの電気ブレーキには、電磁誘導を利用した「渦電流ブレーキ」、電磁石をレールに吸い付ける「電磁吸着ブレーキ」などがある。電車には2通りの止まり方ある。

タイトル: 一畑電気鉄道デハ1形電車
三扉ロングシート。製造された時期がダブルルーフからシングルルーフへの移行期にあたり、デハ1形の屋根はシングルルーフであるのに対して車内の天井はダブルルーフになっている。半鋼製車体を採用し、「日車標準型」と呼ばれる標準規格で作られている。ベンチレーターは「お椀形」と呼ばれる当時の電車によく見られた物を採用している。

タイトル: 京王電気軌道1形電車
屋根は端部を丸めた二重屋根(ダブル・ルーフあるいはレイルロード・ルーフ)で、こちらも端部に段差のあるモニター・ルーフが一般的であった初期の車両とは異なった様式となっている。なお、この二重屋根は1形ではその側面にガーランド式の通風器を設置していたのみであったが、9形と15形では通風器を水雷形に変更、加えて明かり窓を設置している。塗装はクリーム色を基本とし、腰板窓下部を茶色、屋根を灰色にそれぞれ塗り分けて要部に装飾を施した、製造当時としては標準的な構成である。

タイトル: 新幹線E7系・W7系電車
このほか、停電時に非常ブレーキが動作するまでの空走距離短縮を図った停電検知装置を搭載。またサービス用補助電源は周波数切替に対応するため出力を周波数60Hzの三相交流440Vとし、編成間で並列運転を行うことにより冗長性を確保する。油浴式潤滑ツバ付円筒コロ軸受・脱線逸脱防止用L字ガイド装着軸箱を装備する2枚支持板式軸箱支持軽量ボルスタレス台車で、電動車がDT211形、制御車は前位運転台側に北陸新幹線新規開業区間となる長野 - 金沢間で採用された貯雪式高架橋に対応するため強化型台車排障装置を装備するTR7010A形、後位連結面側にTR7010形を装着する。車体製作メーカー4社製に、新日鐵住金を加えた5社で製造した。

タイトル: 名古屋市交通局1400形電車
張り上げ屋根は戦中戦後に登場した900形、1500形、1600形、1700形、2700形が通常屋根で登場した以外は各形式に継承されたほか、窓配置は2扉車の1070形、1600形と2700形連接車の車体を流用した1700形、それに連接車各形式を除くその後に登場した名古屋市電各形式の標準的な窓配置となった。この他、両端扉に接する部分の客用窓及び車端部の窓の上部にはRが設けられ、優雅なアクセントになっていた。前面は3枚窓で、中央扉上に方向幕を、窓下にヘッドライトとナンバーを取り付けていた。