覆いを備えるパンタグラフ

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【発明の名称】	覆いを備えるパンタグラフ
【発明者】	【氏名】山上順雄【氏名】高瀬秀樹【氏名】小林昇
【要約】	【課題】車両走行時にパンタグラフから発生する騒音を低減させる。【解決手段】Ｚ形パンタグラフ１の枠組５の関節部５ａは、外側覆い１７と内側覆い１８とで覆われている。外側覆い１７は、枠組５の外側から関節部５ａを覆うように形成される。その前縁２８は、パンタグラフ１の常用作用高さにおいて、上下方向に延びる直線に沿って延び、水平方向における断面形状がほぼ半円状であるように形成される。外側覆い１７の幅は上枠９或いは下枠１０の幅とほぼ一致し、後縁２９ａ，２９ｂは上枠９および下枠１０との成す角を鈍角とするように直線または曲線である微分連続線を基線として形成する鋸歯形、ならびに直線または曲線である微分連続線で外側覆いの後縁を空力的に強調する。これによって車両のなびき方向の走行時には、上枠９、外側覆い１７、下枠１０の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、前記外側覆いの前縁は、半円状、または先端の曲率半径が小さく、後縁へいくほど曲率半径が大きくなる滑らかな曲線状をして、外側覆いの最大幅が、上枠および下枠双方の幅、或いは下枠の幅とほぼ同一であり、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となることを特徴とする覆いを備えるパンタグラフ。
【請求項２】上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁の基線と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となり、後縁の形状が直線を基線として形成する鋸歯形で直線を強調することを特徴とする覆いを備えるパンタグラフ。
【請求項３】上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となるように、外側覆いが前縁に向かって凸の曲線をした後縁を持つことを特徴とする覆いを備えるパンタグラフ。
【請求項４】外側覆いの後縁が曲線を基線として形成する鋸歯形で、基線とする曲線と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となるようにしたことを特徴とする請求項３記載の覆いを備えるパンタグラフ。
【請求項５】パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの上面を構成する主な面がほぼ水平面となることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の覆いを備えるパンタグラフ。
【請求項６】パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの下面を構成する主な面がほぼ水平面となることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の覆いを備えるパンタグラフ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば高速鉄道車両に好適に実施される、覆いを備えるパンタグラフに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電気鉄道車両においては、たとえば空中に支持された架線に、車両の屋根に取付けられたパンタグラフの舟体などが接触し、摺動しながら集電して車両に電力を供給する集電方式を採用している。パンタグラフには、舟体を支える枠組の構造によって、Ｚ形パンタグラフ、菱形パンタグラフ、およびシングルアーム形パンタグラフなどがある。
【０００３】Ｚ形パンタグラフは、上枠、下枠、および２本の補助リンク部材などで構成されるリンク機構を形成する。上枠の一端には舟体が接続され、上枠の他端は下枠の一端と角変位自由に結合される。枠組は、前記上枠と下枠とが角変位自由に結合された関節部で、「く」の字状に屈曲する。Ｚ形パンタグラフは、枠組を関節部で角変位することによって上下方向に伸縮され、舟体を昇降させる。
【０００４】Ｚ形パンタグラフに関する従来技術として、特開平１－１３８９０４号公報が挙げられる。上述の特開平１－１３８９０４号公報に開示されているＺ形パンタグラフでは、Ｚ形パンタグラフの下枠または中枠のいずれか一方の部材に、当該パンタグラフを上昇させるような回転力を加え、回転力を加えた部材に、その断面中心線を下縁側に向くようなオフセット量を加える。これによって、Ｚ形パンタグラフの舟体を架線に押付ける付勢手段の部材の強度を保ちつつ軽量化し、架線への追随性を向上させることができる。
【０００５】このようなＺ形パンタグラフにおいて、前記関節部は、上枠、下枠、および２本の補助リンク部材などを角変位自由に連結するための多数のピン結合部材などによって凹凸が多く、車両走行時には周囲の気流を乱して空力騒音の発生原因になる。本件発明者は、空力騒音を低減させることができるパンタグラフについて、特開平８－２６５９０６号公報に開示されるように、既に提案している。
【０００６】上述の特開平８－２６５９０６号公報に開示されているＺ形パンタグラフは、前記関節部に、上枠と下枠との成す角が鈍角となる角度が大きい側の外側に設けられる外側覆いと、上述した上枠と下枠との成す角が鋭角となる角度が小さい側の内側に設けられる内側覆いとを備える。Ｚ形パンタグラフは、外側覆いおよび内側覆いによって、関節部を走行方向前方に向けて走行するなびき方向、および関節部を走行方向後方に向けて走行する反なびき方向のいずれの走行であっても、関節部における気流の乱れを抑制して、空力騒音を低減することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】新幹線に代表される高速鉄道車両では、車両速度の高速化が進められている。また、速度上昇に伴い増加する騒音を減少させるために、様々な技術が考案され実施されている。特に新幹線では、騒音基準を満たすために、車両に様々な改良が加えられている。このように騒音を低減できるように車両を改良するために、車両の走行に伴う空力騒音の発生をより低減することのできるパンタグラフが望まれている。
【０００８】本発明の目的は、車両が走行するときに発生する空力騒音を低減することができるパンタグラフを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明は、上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、前記外側覆いの前縁は、半円状、または先端の曲率半径が小さく、後縁へいくほど曲率半径が大きくなる滑らかな曲線状をして、外側覆いの最大幅が、上枠および下枠双方の幅、或いは下枠の幅とほぼ同一であり、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となることを特徴とする覆いを備えるパンタグラフである。
【００１０】本発明に従えば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、関節部の上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。前記外側覆いの、関節部から遠い側の端部である前縁は、半円状、または先端の曲率半径が小さく、後縁すなわち関節部に近い側へ向かうにつれて曲率半径が大きくなるような滑らかな曲線状を成す。このような外側覆いの最大幅と、上枠および下枠双方の幅、あるいは下枠の幅とはほぼ同一である。これによって車両が関節部を前側にして、すなわち外側覆いの前縁を走行方向前方に向けて走行するなびき方向に高速で走行するとき、車両の走行に伴って関節部に前方から衝突する気流を左右に円滑に振り分けることができる。これによって空力騒音を低減することができる。
【００１１】また外側覆いの後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が前記なびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００１２】また前記なびき方向の反対方向である反なびき方向に高速で走行するときも、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００１３】請求項２記載の本発明は、上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁の基線と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となり、後縁の形状が直線を基線として形成する鋸歯形で直線を強調することを特徴とする覆いを備えるパンタグラフである。
【００１４】本発明に従えば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。
【００１５】外側覆いの関節部に近い側の端部である後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が関節部を前側にして走行するなびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００１６】前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、その上縁端および下縁端間にわたって延びる直線を基線とする鋸歯形に形成され、かつ直線が強調される。ここで直線を強調するとは、鋸歯形であるけれども、大略的に直線状であることを意味する。これによって車両が前記なびき方向およびなびき方向の反対方向である反なびき方向のいずれに高速で走行するときにも、上述の効果を達成した上で、鋸歯形に形成される後縁によって発生する渦を微細化することができ、大きな渦が互いに干渉することを防ぎ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００１７】請求項３記載の本発明は、上枠と下枠とを結合する関節部で、上枠と下枠との成す角が鈍角となる外側に設けられる外側覆いであって、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの後縁と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となるように、外側覆いが前縁に向かって凸の曲線をした後縁を持つことを特徴とする覆いを備えるパンタグラフである。
【００１８】本発明に従えば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。
【００１９】また外側覆いの関節部に近い側の端部である後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が関節部を前側にして走行するなびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００２０】前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となるような曲線に形成される。前記曲線は、関節部から遠い側の端部である前縁に向かって凸となる。これによって前記後縁の上縁端付近および下縁端付近における前記曲線の接線と上枠および下枠とのそれぞれ成す角を、後縁が直線である場合と比べて大きな鈍角とすることができ、車両が前記なびき方向およびなびき方向の反対方向である反なびき方向のいずれに高速で走行するときにも、気流の乱れによって発生する渦が互いに干渉することをより確実に防ぐことができ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００２１】請求項４記載の本発明は、請求項３記載の発明の構成において、外側覆いの後縁が曲線を基線として形成する鋸歯形で、基線とする曲線と上枠および下枠との成す角が直角を含んで鈍角となるようにしたことを特徴とする。
【００２２】本発明に従えば、前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角がそれぞれ直角を含む鈍角となるような曲線を基線とする鋸歯形に形成される。これによって車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、鋸歯形に形成される後縁によって発生する渦を微細化することができ、大きな渦が互いに干渉することを防ぎ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００２３】請求項５記載の本発明は、請求項１～４のいずれかに記載の発明の構成において、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの上面を構成する主な面がほぼ水平面となることを特徴とする。
【００２４】本発明に従えば、前記外側覆いの上面を構成する主な面は、パンタグラフの常用作用高さにおいてほぼ水平面となるので、車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、前記上面を構成する主な面によって走行時の気流を円滑に下流側へ導いて、空力騒音をより少なくすることができる。
【００２５】請求項６記載の本発明は、請求項１～５のいずれかに記載の発明の構成において、パンタグラフの常用作用高さにおいて、外側覆いの下面を構成する主な面がほぼ水平面となることを特徴とする。
【００２６】本発明に従えば、前記外側覆いの下面を構成する主な面は、パンタグラフの常用作用高さにおいてほぼ水平面となるので、車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、前記下面を構成する主な面によって走行時の気流を円滑に下流側へ導いて、空力騒音をより少なくすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の構成を示す正面図であり、図２は図１の左側から見たＺ形パンタグラフ１の側面図であり、図３は図１の上方から見たＺ形パンタグラフ１の平面図であり、図４は関節部５ａ付近を拡大して示す斜視図である。なお、図１は図解を容易にするため、部分的に切欠いて示されている。また本発明では便宜上、軌条が延びる方向である車両の前後軸方向を水平方向とし、軸条が敷設される地表面に垂直な方向を上下方向として説明する。本実施の形態のＺ形パンタグラフ１は、たとえば車両２の屋根上に電気絶縁用の碍子３を介して固定される。Ｚ形パンタグラフ１は、枠４、枠組５、舟体支持部材６、および舟体７を含んで構成される。
【００２８】枠４は、枠組５を支え、この枠組５を碍子３を介して車両２の屋根上に固定する。また枠４には、舟体７を昇降させるために、ばねおよび空気シリンダなどで構成される昇降装置８が取付けられている。
【００２９】枠組５は、略直円筒状の上枠９と、略長円筒状の下枠１０と、上枠９内に挿通される第１補助リンク部材１１と、下枠１０内に挿通される第２補助リンク部材１２とを有する。前記上枠９は、その上辺すなわち上部側表面２１が、上枠９の軸線Ｌ１に平行となるように形成され、ストレートに通っている。上枠９の軸線方向一端部２０１は、上方に開放した略Ｕ字状の連結部材１３に角変位自由に連結される。この連結部材１３には、下枠１０の軸線方向一端部２０２が固定される。上枠９および下枠１０の各軸線方向一端部２０１，２０２は、連結部材１３を介して、車両２の前後軸方向一方Ａ１に凸となるように、上枠９の軸線Ｌ１および下枠１０の軸線Ｌ２を含む仮想一平面（図１の紙面に平行な平面）内で角変位自由に結合される。このように枠組５は、上枠９、下枠１０、第１補助リンク部材１１、および第２補助リンク部材１２によってリンク機構が形成され、上枠９と下枠１０とが結合部である関節部５ａで角変位して上下方向に伸縮する。
【００３０】上枠９の軸線方向他端部２０３には、前記仮想一平面内で角変位自由に結合される舟体支持部材６を介して、舟体７が連結される。舟体７は、架線１９と接触して、摺動しながら集電を行う。舟体７の幅方向両端には、一対のホーン１５が取付けられている。このような舟体７は、枠組５が昇降装置８によって伸縮駆動されることによって、上下方向に昇降変位することができる。
【００３１】また下枠１０の軸線方向他端部２０４は、枠４の固定部材１４に前記仮想一平面内で角変位自由に連結される。昇降装置８は、前記固定部材１４と連動して舟体７を昇降させる。枠４には、図１に二点鎖線で示すように、昇降装置８および固定部材１４を覆うカバー部材２２が設けられる。
【００３２】枠組５の関節部５ａには、関節部５ａを覆う覆い１６が設けられる。覆い１６は、上枠９および下枠１０の各軸線Ｌ１，Ｌ２の成す角が鈍角（直角を含む）となる角度が大きい側の外側に設けられる外側覆い１７と、前記角が鋭角となる角度が小さい側に設けられる内側覆い１８とを有する。
【００３３】外側覆い１７は、前後軸方向一方Ａ１側から関節部５ａを覆うように設けられる。外側覆い１７は、周壁２５と、前記関節部５ａに上方から臨む上壁２６と、関節部５ａに下方から臨む下壁２７とを有する。前記周壁２５の前後軸方向一方Ａ１側の端部である前縁２８は、水平な平面における断面形状が前後軸方向一方に凸となる半円状であるように形成される。このような前縁２８の最も前後軸方向一方Ａ１側の先端３５を、前記仮想一平面に垂直な方向（図１の紙面に垂直な方向）から見たときの側面１７ａは、直線状に形成される。この側面１７ａは、Ｚ形パンタグラフ１が常用作用高さにある状態で、上下方向に沿って延びる。前縁２８は、車両２が関節部５ａを前側にしてなびき方向である前後軸方向一方Ａ１に走行するとき、外側覆い１７の前方側となる端部である。
【００３４】外側覆い１７の前記仮想一平面に垂直な方向の最大幅Ｗ３は、上枠９の幅Ｗ１または下枠１０の幅Ｗ２とほぼ同一に形成される。
【００３５】外側覆い１７の前後軸方向他方Ａ２側の各後縁２９ａ，２９ｂは、前記仮想平面に投影して見たとき、Ｚ形パンタグラフ１が常用作用高さに配置される状態で、上枠９の軸線Ｌ１との成す角度θ１および下枠１０の軸線Ｌ２との成す角度θ２が直角を含む鈍角となる直線に沿って、それぞれ形成される。以下単に鈍角という場合も、９０°である直角および９０°より大きい鈍角を含むものとする。上述した後縁２９ａ，２９ｂは、車両２が前記なびき方向に走行するときに外側覆い１７の後方側となる端部である。各後縁２９ａ，２９ｂは、各上縁端３０ａ，３０ｂが上方および前後軸方向他方Ａ２に向かって凸となる滑らかな弧を描いて上壁２６に連なる。
【００３６】外側覆い１７の上壁２６の上面である上平面２６ａおよび下壁２７の下面を構成する主な面である下平面２７ａは、図１に実線で示されるようにＺ形パンタグラフ１が常用作用高さに配置される状態で、ほぼ水平面に沿うように形成される。前記下平面２７ａの前後軸方向他方Ａ２側に連なって、下傾斜面２７ｂが形成される。この下傾斜面２７ｂは、前後軸方向他方Ａ２に下方に傾斜する下枠１０の下部側表面２４に沿った曲面であって、下部側表面２４に滑らかに連なる。
【００３７】内側覆い１８は、たとえば「ひれ」のような形状を有し、上枠９と下枠１０との間に装着される。内側覆い１８は、たとえば蛇腹形で実現され、枠組５が伸縮するのに伴って、上枠９に接する曲面と下枠１０に接する曲面との角度を増減する方向、すなわち矢符２０方向に伸縮自在に形成される。これによって、図１の二点鎖線２３で示されるように枠組５を折り畳んだとき、内側覆い１８は、関節部５ａを前後軸方向他方Ａ２側から覆った状態のままで、上枠９と下枠１０とによって圧縮され、また図１の実線で示されるように、枠組５が常用作用高さに伸長したとき、前記関節部５ａを覆った状態で元の状態に復帰し、上枠９および下枠１０の角変位動作を許容することができる。
【００３８】内側覆い１８の関節部５ａから遠い側の端部である先端部１８ａの水平方向における断面形状は、「ひれ」の幅が、関節部５ａに近接する方向から離隔する方向に沿って狭くなる。すなわち内側覆い１８は、前後軸方向他方Ａ２に向かうにつれて先細状に形成される。
【００３９】上述のように構成される外側覆い１７および内側覆い１８によって、枠組５の関節部５ａが覆われる。これによって車両２が関接部５ａを走行方向前方に向けて走行するなびき方向に高速で走行するとき、この走行によって発生する気流を、水平方向における断面形状が前後軸方向一方Ａ１に凸となる半円状である前縁２８によって前記上枠９および下枠１０の各軸線Ｌ１，Ｌ２を含む仮想一平面に沿って滑らかに振り分けることができる。これによって前記前縁２８の水平方向における断面形状が半円状に形成されない構成と比較して、空力騒音を低減することができる。また前縁２８の前記側面１７ａは前記仮想一平面に垂直な方向から見て上下方向に沿って延びる直線に沿って形成されており、これによって前記側面が上述の方向から見て直線状に形成されない構成と比べて気流の乱れがより抑制され、空力騒音を低減することができる。またこのとき内側覆い１８は、上述のように外側覆い１７で左右に振り分けられた気流を整流して合流させ、さらに空力騒音を低減することができる。
【００４０】さらに本実施の形態の外側覆い１７は、各後縁２９ａ，２９ｂによって上枠９、外側覆い１７、および下枠１０の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。詳しく述べると、車両２が前記なびき方向に高速で走行するとき、外側覆い１７の前縁２８の前記側面１７ａによって滑らかに振り分けられた気流４１は、上枠９および下枠１０に挟まれる外側覆い１７近傍の領域４０、本実施の形態では内側覆い１８が設けられる領域およびその付近の領域に、各後縁２９ａ，２９ｂを越えて流れ込む。また前記領域４０には、上平面２６ａに案内され、上枠９によって振り分けられる気流４２、および下平面２７ａおよび下平面２７ａに連なる下傾斜面２７ｂに案内され、下枠１０によって振り分けられる気流４３も流れ込む。本実施の形態の外側覆い１７の各後縁２９ａ，２９ｂは、Ｚ形パンタグラフ１が常用作用高さに配置される状態で、上枠９の軸線Ｌ１との成す角度θ１および下枠１０の軸線Ｌ２との成す角度θ２が、それぞれ鈍角となるように形成される。これによって気流４１が領域４０に流れ込むときの流れの方向と、気流４２が領域４０に流れ込むときの流れの方向と、気流４３が領域４０に流れ込むときの流れの方向との成す角度は小さくなる。気流の渦は、図４に二点鎖線の矢符４１～４３で示される各気流の先で、各々生じる。各気流４１，４２の成す角度、および各気流４１，４３の成す角度が小さければ、気流４１によって生じる渦と、気流４２によって生じる渦とが干渉しにくく、また気流４１によって生じる渦と、気流４３によって生じる渦とが干渉しにくい。したがってこれらの渦同士が相互に干渉することによる空力騒音の発生を抑制し、空力騒音を低減することができる。
【００４１】またさらに外側覆い１７の上壁２６の上面である上平面２６ａおよび下壁２７の下面を構成する主な面である下平面２７ａは、Ｚ形パンタグラフ１が常用作用高さにある状態でほぼ水平面に沿って形成されるので、上述のように車両２の走行によって生じる気流を円滑に下流側に導いて、空力騒音をより少なくすることができる。また下壁２７の下傾斜面２７ｂは、Ｚ形パンタグラフ１が常用作用高さにある状態で、下枠１０の下部側表面２４とほぼ滑らかに連なる曲面であるので、これによっても気流を滑らかに案内することができる。
【００４２】さらに上枠９は、上辺すなわち上部側表面２１が、上枠９の軸線Ｌ１と平行となるようにストレートに形成されているので、これによっても気流を滑らかに案内することができる。
【００４３】逆に、車両２が反なびき方向に走行するときには、前記走行方向下流側に向かうにつれて、先細状に形成された内側覆い１８によって、車両２の走行に伴って走行方向下流側から関節部５ａに作用する気流を、上枠９および下枠１０の各軸線Ｌ１，Ｌ２を含む前記仮想一平面に沿って滑らかに振り分けることができる。さらにこのとき、上述の振り分けられた気流は、外側覆い１７の側方を滑らかに通過する。すなわち外側覆い１７は、上述の振り分けられた気流を周壁２５の側面に沿って乱すことなく、走行方向の上流側へと流すことができる。したがって前記気流は関節部５ａに直接作用して乱れることによって発生する渦の相互の干渉を防ぎ、空力騒音を低減することができる。
【００４４】またこの場合にも本実施の形態の外側覆い１７は、上枠９、外側覆い１７、および下枠１０の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。詳しく述べると、車両２が前記反なびき方向に走行するとき、内側覆い１８によって左右に振り分けられて前記領域４０に流れ込んだ気流は、外側覆い１７、上枠９および下枠１０によって、車両２がなびき方向に走行するときの各気流４１～４３が流れ込む方向とほぼ逆方向に流れるように、矢符４４～４６で示す相互に離反する方向に振り分けられる。したがってこれらの振り分けられる各気流が後縁２９ａ，２９ｂを越えた後に生じる渦と、上枠９を越えた後に生じる渦と、下枠１０を越えた後に生じる渦とが、互いに干渉することが防がれる。したがってこれらの渦同士が相互に干渉することによる空力騒音の発生を抑制し、空力騒音をさらに低減することができる。
【００４５】またさらに上述したような内側覆い１８で関節部５ａを覆っていることによって、降雪時に車両２が前記反なびき方向に走行しているときには、関節部５ａに雪が入り込むのを防ぐことができる。すなわち上述した降雪時における反なびき方向の走行では、雪が直接関節部５ａにあたるとともに、車両２の走行に伴う気流によって関節部５ａに雪が集まる傾向があり、関節部５ａに雪が入り込み氷着することが考えられる。氷着が起こるとＺ形パンタグラフ１の機能を阻害することもある。このような不具合を解決するために、本発明では、内側覆い１８は関節部５ａに雪が入り込むのを防ぐ役目もある。
【００４６】また上述したように、昇降装置８および固定部材１４を覆ってカバー部材２２が設けられるので、これによって車両２の走行に伴う気流が、昇降装置８および固定部材１４に直接作用するのを防ぐことができる。したがって前記カバー部材２２が設けられない構成と比較して、空力騒音をより低減することができる。
【００４７】図５（ａ）は、本発明の実施の第２の形態のＺ形パンタグラフ５１の関節部付近の正面図であり、図５（ｂ）はその平面図である。本実施の形態のＺ形パンタグラフ５１は、上述の実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１と類似しており、同様の構成を有する部分は、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる構成を有する部分についてだけ説明する。上述の第１の形態のＺ形パンタグラフ１と異なるのは、外側覆い５２だけである。上述の実施の第１の形態の外側覆い１７は、各後縁２９ａ，２９ｂが、Ｚ形パンタグラフ１の常用作用高さにおいて上枠９の軸線Ｌ１と成す角θ１および各後縁２９ａ、２９ｂが下枠１０の軸線Ｌ２と成す角度θ２がそれぞれ鈍角となるような直線に沿って形成されるのに対して、本実施の形態の外側覆い５２は、各後縁５３ａ，５３ｂが、前記直線を基線として形成される鋸歯形であり、前記直線が強調される。つまり、鋸歯状であって、かつ大略的に見たとき、直線状である。各後縁５３ａ，５３ｂは、上縁端および下縁端にわたって前後軸方向に交互に凹凸を成す凹状部分５４と凸状部分５５とによって形成される。凹状部分５４は、前後軸方向他方Ａ２に凹の略Ｖ字状に形成され、凸状部分５５は、前後軸方向他方Ａ２に凸の略Ｖ字状に形成される。本実施の形態では、凸状部分５５が４つ形成され、各凸状部分５５間に、１つずつ計３つ凹状部分５４が形成される。
【００４８】ここで後縁５３ｂは、上枠９および下枠１０の図５（ａ）の紙面に関して奥行き側に配置され、上枠９の軸線Ｌ１および下枠１０の軸線Ｌ２を含む前記仮想一平面に関して後縁５３ａと対称に形成される。後縁５３ｂは、図５に示さない。
【００４９】本実施の形態の外側覆い５２の上壁５６には、Ｚ形パンタグラフ５１が常用作用高さに配置される状態で、ほぼ水平面に沿うように形成される上平面５６ａと、上平面５６ａの前後軸方向一方Ａ１側に連なる上傾斜面５６ｂが形成される。上傾斜面５６ｂは、前後軸方向一方Ａ１に下方に傾斜する。
【００５０】このような本実施の第２の形態のＺ形パンタグラフ５１によれば、上述の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の効果に加えて、車両２が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行した場合であっても、凹状部分５４および凸状部分５５の走行方向上流側に臨む部分または走行方向下流側に臨む部分によって生じる渦は、直線状の後縁と比較して微細であり、大きな渦の干渉を防ぐことができる。さらにこの微細な渦は、円滑に走行方向上流側から下流側に導かれて、これらの微細な渦の干渉も防がれ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００５１】さらに上傾斜面５６ｂが形成されることによって、車両２が前記なびき方向に走行する場合には、外側覆い５２の上面に沿って気流を滑らかに通過させることができる。これによって外側覆いの上壁に上傾斜面が形成されない構成と比較して、気流の乱れがより抑制され、このような気流の乱れによって発生する渦の相互の干渉による空力騒音の発生が防がれ、空力騒音をより低減することができる。
【００５２】図６は、本発明の実施の第３の形態のＺ形パンタグラフ６１の関節部付近を拡大して示す正面図である。本実施の形態のＺ形パンタグラフ６１は、上述の実施の第１および第２の形態のＺ形パンタグラフ１，５１と類似しており、同様の構成を有する部分は、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる構成を有する部分についてだけ説明する。上述の第１および第２の形態のＺ形パンタグラフ１，５１と異なるのは、外側覆い６２だけである。上述の実施の第１の形態の外側覆い１７は、各後縁２９ａ，２９ｂが、Ｚ形パンタグラフ１の常用作用高さにおいて上枠９の軸線Ｌ１および下枠１０の軸線Ｌ２との成す角度θ１，θ２がそれぞれ鈍角となるような直線に沿って形成されるのに対して、本実施の第３の形態の外側覆い６２は、各後縁６３ａ，６３ｂが前記角度がともに鈍角となるような曲線に沿って形成される。前記曲線は、前縁６６に向かって、すなわち前後軸方向一方Ａ１側に凸に湾曲する曲線である。これによって上述した実施の第１の形態の後縁２９ａ，２９ｂと比較して、各後縁６３ａ，６３ｂの上縁端付近における前記曲線の接線６８ａ，６８ｂが上枠９の軸線Ｌ１と成す角度θ３および各後縁６３ａ，６３ｂの下縁端付近における前記曲線の接線６９ａ，６９ｂと下枠１０の軸線Ｌ２との成す角度θ４をより大きく形成することができる。
【００５３】ここで後縁６３ｂは、上枠９および下枠１０の図６の紙面に関して奥行き側に配置され、上枠９の軸線Ｌ１および下枠１０の軸線Ｌ２を含む前記仮想一平面に関して後縁６３ａと対称に形成される。後縁６３ｂおよび接線６８ｂ，６９ｂは、図６に示さない。
【００５４】また本実施の第３の形態の外側覆い６２の上壁６４には、上述した実施の第２の形態の外側覆い５２と同様に、Ｚ形パンタグラフ６１が常用作用高さに配置される状態で、ほぼ水平面に沿うように形成される上平面６４ａと、上平面６４ａの前後軸方向一方Ａ１側に連なる上傾斜面６４ｂが形成される。上傾斜面６４ｂは、前後軸方向一方Ａ１に下方に傾斜する。また本実施の第３の形態の外側覆い６２の下壁６５には、Ｚ形パンタグラフ６１が常用作用高さに配置される状態で、ほぼ水平面に沿うように形成される下平面６５ａのみが形成される。
【００５５】このような本実施の第３の形態のＺ形パンタグラフ６１によれば、上述の実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の効果に加えて、各後縁６３ａ，６３ｂを上述したような曲線に沿って形成することによって、図４に示される領域４０に流れ込む気流による渦の相互の干渉をさらに抑制することができる。したがって空力騒音の発生をより確実に低減することができる。このように各後縁６３ａ，６３ｂを曲線に沿って形成するとき、後縁６３ａを越えた気流同士および後縁６３ｂを越えた気流同士は、相互に近接するように移動するけれども、渦が大きく干渉しあい空力騒音を発生してしまうことがない程度の曲率に選ばれ、後縁を曲線にすることによる影響はない。
【００５６】さらに上述した実施の第２の形態と同様に上傾斜面６４ｂが形成されることによって、車両２がなびき方向に走行する場合には、外側覆い６２の上面に沿って気流を滑らかに通過させることができ、上傾斜面が形成されない構成と比較して気流の乱れを抑制し、空力騒音をより低減することができる。
【００５７】図７は、本発明の実施の第４の形態のＺ形パンタグラフ７１の関節部付近を拡大して示す正面図である。本実施の形態のＺ形パンタグラフ７１は、上述の実施の第１～第３の形態のＺ形パンタグラフ１，５１，６１と類似しており、同様の構成を有する部分は、同一の参照符号を付して説明を省略し、異なる構成を有する部分についてだけ説明する。上述の第１～第３の形態のＺ形パンタグラフ１，５１，６１と異なるのは、外側覆い７２だけである。実施の第２の形態のＺ形パンタグラフ５１の外側覆い５２は、各後縁５３ａ，５３ｂが上枠９および下枠１０の各軸線Ｌ１，Ｌ２との成す角度が鈍角となる直線を基線とする鋸歯形に形成され、また実施の第３の形態のＺ形パンタグラフ６１の外側覆い６２は、各後縁６３ａ，６３ｂが前縁６６に向かって、すなわち前後軸方向一方Ａ１側に凸に湾曲する曲線に沿って形成されたのに対して、本実施の第４の形態のＺ形パンタグラフ７１の外側覆い７２は、各後縁７３ａ，７３ｂが、上述の前後軸方向一方Ａ１側に凸に湾曲する曲線を基線とする鋸歯形に形成される。つまり鋸歯形であって、かつ大略的に見たとき、曲線状である。このように各後縁７３ａ，７３ｂは、上述した曲線を基線として形成されることによって、上述した実施の第３の形態の各後縁６３ａ，６３ｂと同様に各後縁７３ａ，７３ｂの上縁端付近における前記曲線の接線と上枠９の軸線Ｌ１との成す角度および各後縁７３ａ，７３ｂの下縁端付近における前記曲線の接線と下枠１０の軸線Ｌ２との成す角度をより大きく形成することができる。さらに各後縁７３ａ，７３ｂは、上縁端および下縁端にわたって前後軸方向に交互に凹凸を成す凹状部分７４と凸状部分７５とによって形成される。凹状部分７４は、前後軸方向他方Ａ２に凹の略Ｖ字状に形成され、凸状部分７５は、前後軸方向他方Ａ２に凸の略Ｖ字状に形成される。本実施の形態では、凸状部分７５が５つ形成され、各凸状部分７５間に、１つずつ計４つ凹状部分７４が形成される。
【００５８】ここで後縁７３ｂは、上枠９および下枠１０の図７の紙面に関して奥行き側に配置され、前記仮想一平面に関して後縁７３ａと対称に形成される。後縁７３ｂは、図７に示さない。
【００５９】このような本実施の第４の形態のＺ形パンタグラフ７１によれば、上述の実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の効果に加えて、車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行した場合であっても、凹状部分７４および凸状部分７５によって生じる渦を、曲線状の後縁と比較して微細にして、大きな渦が干渉することを防止することができる実施の第２の形態のＺ形パンタグラフ５１によって達成される効果と、各後縁７３ａ，７３ｂを曲線を基線として形成することによって上述したような領域４０に流れ込む気流による渦の相互の干渉を直線状の後縁と比較してさらに抑制することができる実施の第３の形態のＺ形パンタグラフ６１によって達成される効果とを、同時に達成することができる。
【００６０】本発明のＺ形パンタグラフが、特開平８－２６５９０６号公報に示される従来の技術のＺ形パンタグラフと比較して空力騒音をさらに低減することを確認するために、縮尺１／５の模型８１，８２および騒音計測装置８３を用いて騒音計測を行った。図８は模型８１，８２を用いた騒音計測装置８３の正面図であり、図９は図８の騒音計測装置８３の平面図であり、図１０は図８の騒音計測装置８３の側面図である。
【００６１】平坦な地面板８４の中央に、模型８１または模型８２が設置される。図８では、地面板８４の左側縁部に風洞出口８５が設けられ、風が矢符８６方向、図８では右向きに吹出す。風の向きは車両の進行方向と逆向きであり、すなわち矢符８７方向にＺ形パンタグラフを設けた車両が進行するものと想定する。すなわち風は、車両の走行に伴って矢符８６方向に発生する気流として想定される。前記模型８１または模型８２は、枠組８８の長手方向が矢符８６で示す風の方向と平行であり、舟体８９の長手方向が風の方向と直交するように配置される。模型８１または模型８２の舟体８９は、風洞出口８５から距離Ｄ１だけ離して設置される。風速は、６０ｍ／ｓとする。
【００６２】模型８１または８２の舟体８９の幅方向中心軸線９０の延長上に、騒音を集音するためのマイク９１が設けられる。マイク９１は、地面板からの高さが舟体８９と同等になる高さであり、かつ枠組８８から距離Ｄ２だけ離れた位置に設置される。マイク９１で集音された騒音は、１／３オクターブ毎の周波数において音圧レベルが計測される。
【００６３】図１１（ａ）は覆いの形状を機構的に合理的に配置したＺ形パンタグラフの模型８１を示す平面図であり、図１１（ｂ）はその正面図である。模型８１は、特開平８－２６５９０３号公報に示される従来の技術のＺ形パンタグラフの模型である。模型８１は、平板状の枠９２に、上枠９３および下枠９４を有する枠組８８が固定され、上枠９３に舟体支持部材９９によって舟体８９が固定される。上枠９３および下枠９４は、常用作用高さに伸長された状態が想定されて車両の前後軸方向一方１００に凸に屈曲するように連結され、上枠９３および下枠９４の連結部に外側覆い９５および内側覆い９６がそれぞれ設けられる。この模型８１の上枠９３、下枠９４、舟体８９、舟体支持部材９９、および内側覆い９６は、本実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の上枠９、下枠１０、舟体７、舟体支持部材６、および内側覆い１８と、ほぼ同様の形状をそれぞれ有する。模型８１の外側覆い９５は、各後縁９７ａ，９７ｂが、上枠９３の軸線Ｌ３に対して鈍角となる角度θ５を成す各直線９８ａ，９８ｂに沿って形成される。模型８１は、昇降装置、第１および第２補助リンク部材などが省略されている。
【００６４】図１２（ａ）は本発明に従って、外側覆いの後縁と上枠ならびに下枠との成す角を鈍角とし、後縁をわずかに強調した場合のＺ形パンタグラフ１の模型８２を示す平面図であり、図１２（ｂ）はその正面図である。模型８２は、本実施の第１の形態のパンタグラフ１の模型である。模型８２は、平板状の枠９２に、上枠９３および下枠９４を有する枠組８８が固定され、上枠９３に舟体支持部材９９によって舟体８９が固定される。上枠９３および下枠９４は、常用作用高さに伸長された状態が想定されて車両の前後軸方向一方側１００に凸に屈曲するように連結され、上枠９３および下枠９４の連結部に外側覆い１０１および内側覆い９６がそれぞれ設けられる。この模型８２の上枠９３、下枠９４、舟体８９、舟体支持部材９９、外側覆い１０１および内側覆い９６は、本実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の上枠９、下枠１０、舟体７、舟体支持部材６、外側覆い１７および内側覆い１８と、ほぼ同様の形状をそれぞれ有する。外側覆い１０１の各後縁１０２ａ，１０２ｂは、上枠９３の軸線Ｌ３および下枠９４の軸線Ｌ４に対して鈍角となる角度θ６，θ７をそれぞれ成す直線１０３ａ，１０３ｂに沿って延びている。模型８２は、昇降装置、第１および第２補助リンク部材などが省略されている。
【００６５】上述した模型８１または８２を、騒音計測装置８３を用いて同様の計測条件で模型８１または模型８２の周囲に生じる気流の乱れに起因する空力騒音を、マイク９１によって集音し、１／３オクターブ毎の周波数における空力騒音の音圧レベルを計測した。
【００６６】図１３は、模型８２とによっそれぞれ生じる騒音の音波の周波数と音圧レベルとの関係を示すグラフである。横軸は空力騒音の周波数を示し、縦軸は音圧レベルを示す。実線１１１は、本実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１の模型８２を用いて計測した空力騒音の音圧レベルを示し、破線１１２は、従来の技術のＺ形パンタグラフの模型８１を用いて計測した空力騒音の音圧レベルを示す。グラフに示されるように、周波数は約１００Ｈｚ以下の周波数帯域では、各模型８１，８２による空力騒音の音圧レベルは、ほとんど差がないけれども、周波数が約１００Ｈｚを超え、１０ｋＨｚ以下の周波数帯域では、模型８２による空力騒音の音圧レベルは、模型８１による空力騒音の音圧レベルよりも低い。このような結果から模型８２は、模型８１よりも、空力騒音は小さく、したがって本実施の第１の形態のＺ形パンタグラフ１は、従来の技術のＺ形パンタグラフに比べて、車両２の走行に伴う気流を乱すことによって生じる空力騒音を低減できる。
【００６７】本発明の覆いを備えるパンタグラフは、Ｚ形パンタグラフだけでなく、菱形パンタグラフで実現されてもよい。また、他の形状のパンタグラフで実現されてもよい。
【００６８】また本発明の外側覆いは、各後縁が上枠および下枠との成す角が直角を含む鈍角を成す形状に形成されればよく、直線または曲線のような微分値が連続するような線、いうなれば微分連続線を基線として形成する鋸歯形、あるいは直線または曲線である微分連続線に沿って形成されればよい。
【００６９】さらにまた上述した各実施の形態の外側覆いは、前縁が半円状に形成されていたけれども、先端の曲率半径が小さく、後縁へいくほど曲率半径が大きくなる滑らかな曲線状に形成されてもよい。
【００７０】またさらに上述した各実施の形態の覆いを備えるパンタグラフは、外側覆いの最大幅が、上枠の幅とほぼ同一であり、かつ外側覆いの最大幅が下枠の幅とほぼ同一であるように形成されていたけれども、外側覆いの最大幅は少なくとも下枠の幅と等しく形成されていればよいすなわち外側覆いを配慮すること、具体的には外側覆いの形状などを上枠に応じた形状とすることによって、上枠の幅を下枠の幅および外側覆いの最大幅よりも狭く形成し、空力騒音をより低減することも可能である。
【００７１】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、関節部の上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。前記外側覆いの、関節部から遠い側の端部である前縁は、半円状、または先端の曲率半径が小さく、後縁すなわち関節部に近い側へ向かうにつれて曲率半径が大きくなるような滑らかな曲線状を成す。このような外側覆いの最大幅と、上枠および下枠双方の幅、あるいは下枠の幅とはほぼ同一である。これによって車両が関節部を前側にして、すなわち外側覆いの前縁を走行方向前方に向けて走行するなびき方向に高速で走行するとき、車両の走行に伴って関節部に前方から衝突する気流を左右に円滑に振り分けることができる。これによって空力騒音を低減することができる。
【００７２】また外側覆いの後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が前記なびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００７３】また前記なびき方向の反対方向である反なびき方向に高速で走行するときも、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００７４】請求項２記載の本発明によれば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。
【００７５】外側覆いの関節部に近い側の端部である後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が関節部を前側にして走行するなびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００７６】前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、その上縁端および下縁端間にわたって延びる直線を基線とする鋸歯形に形成され、かつ直線が強調される。ここで直線を強調するとは、鋸歯形であるけれども、大略的に直線状であることを意味する。これによって車両が前記なびき方向およびなびき方向の反対方向である反なびき方向のいずれに高速で走行するときにも、上述の効果を達成した上で、鋸歯形に形成される後縁によって発生する渦を微細化することができ、大きな渦が互いに干渉することを防ぎ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００７７】請求項３記載の本発明によれば、上枠と下枠とを関節部で結合して形成されるパンタグラフにおいて、上枠と下枠とが鈍角を成す側である外側に、外側覆いが設けられる。
【００７８】また外側覆いの関節部に近い側の端部である後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となる。これによって車両が関節部を前側にして走行するなびき方向に高速で走行するときに、上枠、外側覆い、下枠の各々で生じる気流の渦が相互に干渉することを避けさせて、空力騒音を低減することができる。
【００７９】前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠および下枠との成す角が、それぞれ直角を含む鈍角となるような曲線に形成される。前記曲線は、関節部から遠い側の端部である前縁に向かって凸となる。これによって前記後縁の上縁端付近および下縁端付近における前記曲線の接線と上枠および下枠とのそれぞれ成す角を、後縁が直線である場合と比べて大きな鈍角とすることができ、車両が前記なびき方向およびなびき方向の反対方向である反なびき方向のいずれに高速で走行するときにも、気流の乱れによって発生する渦が互いに干渉することをより確実に防ぐことができ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００８０】請求項４記載の本発明によれば、前記後縁は、パンタグラフが常用作用高さに配置される状態で、上枠との成す角および下枠との成す角がそれぞれ直角を含む鈍角となるような曲線を基線とする鋸歯形に形成される。これによって車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、鋸歯形に形成される後縁によって発生する渦を微細化することができ、大きな渦が互いに干渉することを防ぎ、より確実に空力騒音を低減することができる。
【００８１】請求項５記載の本発明によれば、前記外側覆いの上面を構成する主な面は、パンタグラフの常用作用高さにおいてほぼ水平面となるので、車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、前記上面を構成する主な面によって走行時の気流を円滑に下流側へ導いて、空力騒音をより少なくすることができる。
【００８２】請求項６記載の本発明によれば、前記外側覆いの下面を構成する主な面は、パンタグラフの常用作用高さにおいてほぼ水平面となるので、車両が前記なびき方向および反なびき方向のいずれに走行するときにも、前記下面を構成する主な面によって走行時の気流を円滑に下流側へ導いて、空力騒音をより少なくすることができる。

【出願人】	【識別番号】００００００９７４【氏名又は名称】川崎重工業株式会社【識別番号】５９８１４３１０３【氏名又は名称】川重車両エンジニアリング株式会社
【出願日】	平成１１年３月２５日（１９９９．３．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００７５５５７【弁理士】【氏名又は名称】西教圭一郎（外３名）
【公開番号】	特開２０００－２７８８０３（Ｐ２０００－２７８８０３Ａ）
【公開日】	平成１２年１０月６日（２０００．１０．６）
【出願番号】	特願平１１－８２６１０