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【発明の名称】 パンタグラフの騒音低減方法とパンタグラフカバー装置
【発明者】 【氏名】鳥居 昭彦
【住所又は居所】愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内

【氏名】成瀬 功
【住所又は居所】愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内

【氏名】南 智之
【住所又は居所】愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内

【氏名】堀江 冨士雄
【住所又は居所】大阪府東大阪市稲田新町３丁目９番６０号 近畿車輛株式会社内

【氏名】広沢 賢
【住所又は居所】大阪府東大阪市稲田新町３丁目９番６０号 近畿車輛株式会社内

【氏名】岡本 育志
【住所又は居所】大阪府東大阪市稲田新町３丁目９番６０号 近畿車輛株式会社内
【要約】 【課題】簡単なパンタグラフカバーにてパンタグラフの空力抵抗および空力音を低減することができるようにする。

【解決手段】パンタグラフ２に対向する気流１０を、メッシュよりなり、平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がるメッシュカバー１０３、１０４で受けて、対向気流１０をメッシュカバーの前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させることにより、パンタグラフ２に向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微小化を図ることを少なくとも含んで、パンタグラフ２からの騒音を低減し、上記の目的を達成する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制してパンタグラフからの騒音を低減するパンタグラフの騒音低減方法において、パンタグラフに対向する気流を、メッシュよりなり、平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がるメッシュカバーで受けて、対向気流をメッシュカバーの前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させることにより、パンタグラフに向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微小化を図ることを少なくとも含んで、パンタグラフからの騒音を低減することを特徴とするパンタグラフの騒音低減方法。
【請求項２】 車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制するパンタグラフカバー装置において、メッシュよりなり、平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がったメッシュカバーを設けたことを特徴とするパンタグラフカバー装置。
【請求項３】 前記メッシュカバーの立ち上がりは、前傾、ほぼ垂直、後傾、のいずれかである請求項２に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項４】 前記メッシュカバーは、前記形状を有した前面メッシュと、この前面メッシュの後に今１つ配置した後面メッシュと、を備えている請求項２、３のいずれか１項に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項５】 後面メッシュは、前面メッシュと同じ形状、前面メッシュよりも凸形状または傾斜が小さいか大きい、平坦、のいずれかである請求項４に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項６】 車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制するパンタグラフカバー装置において、パンタグラフが気流と対向する側で、パンタグラフに向けて斜め上に立ち上がる前面メッシュとこれに続く後面メッシュとで山形をなしたメッシュカバーを設けたことを特徴とするパンタグラフカバー装置。
【請求項７】 後面メッシュは垂直である請求項６に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項８】 後面メッシュはパンタグラフ側に斜め下方に立ち下っている請求項６に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項９】 メッシュカバーは二等辺三角形をなしている請求項８に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１０】 メッシュカバーは正三角形をなしている請求項９に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１１】 メッシュカバーは支持枠に支持されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１２】 支持枠の枠材は中空である請求項１１に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１３】 メッシュカバーは支持枠の枠材の外面を覆っている請求項１１、１２のいずれか１項に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１４】 メッシュカバーの対向気流の剥離部となる稜部は丸みを持っている請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１５】 前面メッシュと後面メッシュとはメッシュサイズが異なっている請求項４〜１０のいずれか１項に記載のパンタグラフカバー装置。
【請求項１６】 車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制するパンタグラフカバー装置において、パンタグラフが気流と対向する側で、反パンタグラフ側に向けて斜め上に立ち上がる平坦なメッシュより、平坦なメッシュは平面より見て対向気流に直角か、または傾斜して配置されたことを特徴とするパンタグラフカバー装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両のパンタグラフカバー装置に関し、特に新幹線車両のような高速鉄道車両のパンタグラフから発生する騒音を低減するのに好適なパンタグラフカバー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、騒音の発生源であるパンタグラフに当たる気流の流速を低減して騒音を下げるために、実開昭５２−１５９５０７号公報等で知られているようなパンタグラフの周囲を囲うパンタグラフカバー、図３０に示すようなパンタグラフａの前後に配置されるパンタグラフカバーｂなど種々に工夫され採用されている。
【０００３】図３０に示す例のパンタグラフカバーｂは、パンタグラフａに向かって緩やかに立ち上がる斜面ｃを持ち、パンタグラフａに当たる空気流を半減させるとともに、斜面ｃに緩やかに続く水平面ｄを設けてパンタグラフカバーｂに対する空気の剥離を緩和することにより、パンタグラフａおよびパンタグラフカバーｂによる空力騒音、空力抵抗を軽減している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図３０に示すようなパンタグラフカバーｂでは前後のパンタグラフカバーｂの間にできる空間の上を気流が通過するときにキャビティ音が発生する。
【０００５】本出願人が先に提案したパンタグラフを囲うカバーの前後に斜め立ち上がりメッシュを単独で設けたもの（特開平０６−２１７４０５号公報）、および斜め立ち上がりメッシュと整流板および、整流板の前後に亘る天井メッシュを併設したもの（特開平０７−３１２８０３号公報）は、いずれも前記のようなキャビティ音を低減することはできるが、いずれもパンタグラフを囲う大型なものであるし、斜め立ち上がりメッシュ単独のものではさらなる高速化が進む中パンタグラフの空力抵抗、空力音の低減効果がまだ十分でない。斜め立ち上がりメッシュ、天井メッシュ、および整流板を併設したものでは、パンタグラフの空力抵抗、空力音を低減する効果は高いが、構造が複雑でコスト高になる上、パンタグラフカバー自体の空力抵抗、空力音が高く、全体としては空力抵抗および空力音の低減効果がまだ十分でない。
【０００６】本発明の目的は、簡単なパンタグラフカバーにてパンタグラフでの空力抵抗および空力音を低減することができるパンタグラフの騒音低減方法と、パンタグラフカバー装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記のような課題を達成するために、本発明のパンタグラフの騒音低減方法は、車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制してパンタグラフからの騒音を低減するパンタグラフの騒音低減方法において、パンタグラフに対向する気流を、メッシュよりなり、平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がるメッシュカバーで受けて、対向気流をメッシュカバーの前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させることにより、パンタグラフに向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微小化を図ることを少なくとも含んで、パンタグラフからの騒音を低減することを特徴とするものである。
【０００８】このような構成では、メッシュカバーの面機能、通気機能を巧みに生かして、その平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がる形状により、対向気流をメッシュカバーの前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフに向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流とするとともに、メッシュカバーの周縁を通過する対向気流についてはメッシュカバーを通過する低速渦流のバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフに向かわせるので、このような作用を少なくとも営む簡単なカバー構造にてパンタグラフの所望部分に向かう対向気流を低速渦流となるように規制し、パンタグラフの所望部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。パンタグラフの所望部分はその全域でもよいが、対向気流によって問題になる程度の騒音を発生する部分に限っても実用性は損なわれず有効である。この意味でメッシュカバーの縦横の設置域はパンタグラフの騒音を低減したい所望部分によって決めればよい。また、場合によっては対向気流を上またはおよび下に勢力移行させる向きの面特性を持ったメッシュカバーの立ち上がり形状を含んで、メッシュカバー自体の対向気流に対する通過抵抗を低減したり、メッシュカバーの立ち上がり方向における対向気流の勢力分布を調節したりすることができる。
【０００９】同時に、車両の双方向走行に対応するのにメッシュカバーをパンタグラフの前後で働かせても、前のメッシュカバーを通過した低速渦流はパンタグラフと接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバーを抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００１０】上記のようなパンタグラフの騒音低減方法を達成する、本発明のパンタグラフカバー装置としては、車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制するパンタグラフカバー装置において、メッシュよりなり、平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がったメッシュカバーを設けたことを特徴とするもので足り、メッシュカバーの全設置域において、上記した方法の作用を営みこれに対応するパンタグラフ部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。
【００１１】前記メッシュカバーの立ち上がりは、前傾、ほぼ垂直、後傾、のいずれでもよい。また、複合してもよい。
【００１２】前記メッシュカバーは、前記形状を有した前面メッシュと、この前面メッシュの後に今１つ配置した後面メッシュと、を備えている構成では、前面メッシュによって前記した騒音低減機能を発揮するのに加え、後面メッシュによってもその通気性を少なくとも生かし、また形状に応じた面機能を活かしてパンタグラフの所望部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。
【００１３】したがって、後面メッシュは、前面メッシュと同じ形状、前面メッシュよりも凸形状または傾斜が小さいか大きい、平坦、のいずれかであれば有効である。
【００１４】さらに、上記のような目的を達成するために、本発明のパンタグラフカバー装置は、車両の屋根上に支持されたパンタグラフが車両走行時に気流と対向する側に配置されたカバーによりパンタグラフに流れる気流を規制するパンタグラフカバー装置において、パンタグラフが気流と対向する側で、パンタグラフに向けて斜め上に立ち上がる前面メッシュとこれに続く後面メッシュとで山形をなしたメッシュカバーを設けたことを別の特徴としている。
【００１５】このような構成では、前面メッシュが後方斜め上向きに傾斜していることにより、対向気流をその面特性によって上側へ勢力移行されながらも分散通過させて、上側への勢力移行度に応じたメッシュカバー全高を通過する勢力減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った中速渦流とした後、さらに後面メッシュを分散通過させて、さらなる勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦のさらなる微細化を図った低速渦流としてからパンタグラフに向かわせるのに併せ、対向気流が上側に勢力移行しながらその上の対向気流とともに前後面メッシュの周縁、特にそれらがなす山形の頂部に達して通過するときの剥離および剥離により大きなカルマン渦が生じるのを、前記前後面メッシュを通過する中速渦流および低速渦流にてバックアップすることにより抑制しパンタグラフに向かわせるので、メッシュカバーでの空力抵抗および空力音の問題なく、パンタグラフにおいてはメッシュカバーの全高に見合うパンタグラフの所望部分につき、前記低速渦流が通過することによって空力抵抗および空力音を低減することができ、メッシュカバーをパンタグラフの騒音を低減したい所望部分に対応して設ければ有効である。
【００１６】同時に、メッシュカバーがパンタグラフの前後に設けられても、前のメッシュカバーを通過した低速渦流はパンタグラフと接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバーを抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００１７】後面メッシュの立ち上がり形状は自由に設定してよく、垂直、前傾、後傾、湾曲など種々ある。後面メッシュはパンタグラフ側に斜め下方に立ち下っていると前面メッシュを通過した中速渦流の下側への勢力移行を伴って通過させることにより、後面メッシュを通過してパンタグラフに向かう低速渦流の上部域勢力を低減できるので、車両の屋根に沿った部分に複雑なまたはおよび大きな機器がない場合の騒音低減によく、特に、メッシュカバーは二等辺三角形をなしているのが好適であり、正三角形をなしているとさらに好適である。
【００１８】メッシュカバーが支持枠に支持されていると、メッシュカバーの通気性を損なわずに十分な支持強度および面剛性が得られる。
【００１９】支持枠の枠材が中空であると、軽量なままで、支持枠の配置向きに対応した空気抵抗の少ない形状を持ちやすく、メッシュカバー自体の空力抵抗および空力音を低減することができる。
【００２０】メッシュカバーが支持枠の枠材の外面を覆っていると、この部分でも対向気流を細かくし減速する作用を営むので性能がさらに向上する。
【００２１】メッシュカバーの対向気流の剥離部となる稜部、特に三角形の頂部に丸みを持っていることにより、ここでの空気の剥離をより軽減し剥離音の発生を抑制することができる。
【００２２】上記各種のパンタグラフカバを構成する前面メッシュと後面メッシュとはメッシュサイズが異なったものとすることができる。これにより、比較的粗いメッシュサイズの前面メッシュによって上方への勢力移行とカルマン渦のあらかたの微細化を図り、前面メッシュよりもメッシュサイズの小さい後面メッシュによってさらなる上方への勢力移行とカルマン渦の微細化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を小さくしながら十分な勢力移行とカルマン渦の細分化ができるようにしたり、あるいは、前面メッシュでほぼ十分な勢力移行とカルマン渦の細分化を図った上で、前面メッシュよりもメッシュサイズの大きな後面メッシュにて補助的に勢力移行とさらなるカルマン渦の微小化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を余り大きくしないで、より十分な勢力移行およびカルマン渦の細分化を実現するようにしたりできる。
【００２３】本発明のパンタグラフカバー装置は、また、パンタグラフが気流と対向する側で、反パンタグラフ側に向けて斜め上に立ち上がる平坦なメッシュよりなり、平坦なメッシュは平面より見て対向気流に直角か、または傾斜して配置されたことを特徴とするものを含む。
【００２４】このような構成では、平坦なメッシュが前傾していることにより、対向気流を下方に勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフに向かう対向気流につき、下方への勢力移行度に応じ屋根から離れて位置するパンタグラフ装置の大きくまたはおよび複雑な形態域への勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流とするとともに、メッシュカバーの周縁を通過する対向気流についてはメッシュカバーを通過する低速渦流のバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフに向かわせるので、このような作用を少なくとも営む極く簡単なカバー構造にてパンタグラフの屋根から離れた大きくまたはおよび複雑な形態部分に向かう対向気流を低速渦流となるように規制し、パンタグラフのこの部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。また、傾斜した配置では左右方向の傾斜している側への勢力移行を図ってパンタフラフに向かう気流をさらに少なくすることができる。特に、下側への勢力移行によってパンタグラフの集電舟部分に乱気流が及んでそれに揚力変動をもたらすのを確実に防止することができ、安定した集電状態が得られるので好適である。
【００２５】本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して用いることができる。
【００２６】
【実施例】本発明の実施例は、図１〜図９に示す例、および図１０〜図１５に示す例、図１６〜図２５に示す例のいずれも、図２に示すような新幹線の車両１の屋根に設けられるパンタグラフ２に適用した場合を示している。しかし、本発明はこれに限られず各種のパンタグラフ２を持った鉄道車両全般に適用して有効である。
【００２７】本実施例のパンタグラフカバー装置は、図１、図２に示すように車両１の屋根上に支持されたパンタグラフ２の少なくとも前後の一方に設けられるもので、パンタグラフ２に対向する気流に対してメッシュカバーが斜め配置されたときの面特性と通気性とが協働してパンタグラフ２での空力抵抗および空力音を好適に低減できる特異な構成を有するとともに、パンタグラフ２の前後双方に設けられてもキャビティ音の発生を見ない特性をも発揮する。
【００２８】図１〜図９の実施例、および図１０〜図１５に示す実施例はパンタグラフ２に対向する気流を主として上側に勢力移行させながら通過させるタイプを示し、図１６〜図２１に示す例はパンタグラフ２に対向する気流を主として左右に勢力移行させながら通過させるタイプを示し、図２２〜図２５はパンタグラフ２に対向する気流を上側および左右に勢力移行させながら通過させる複合タイプを示している。
【００２９】まず、図１〜図１５に示す例から説明する。パンタグラフ２に向けて斜め上に立ち上がった前面メッシュ３ａ、４ａとこれに続く後面メッシュ３ｂ、４ｂとが山形をなしたメッシュカバー３、４を図１、図２に示すようにパンタグラフ２の前後に設けて、パンタグラフ２に流れる気流を規制するようにしている。メッシュカバー３、４は前記条件にて山形をなすように設置されれば、図１〜図９に示す例のように前面メッシュ３ａ、４ａが斜めに立ち上がった頂点５から後面メッシュ３ｂ、４ｂが垂直に立ち下った山形であっても、図１０〜図１５に示す例のように前面メッシュ３ａ、４ａが斜めに立ち上がった頂点５から後面メッシュ３ｂ、４ｂがパンタグラフ２側に斜め下方に下った山形であってもよく、この場合の山形は二等辺三角形や図示するような正三角形のものとすることもできる。
【００３０】メッシュカバー３、４は、図１〜図９に示す例のような支持枠６や図１０〜図１５に示す例のような支持枠６で支持して設けると、メッシュカバー３、４の通気性を損なわずに十分な支持強度および面剛性が得られる。
【００３１】パンタグラフ２前後の山形をした前記したようなメッシュカバー３、４が、車両１の走行により前側となって図１に示す気流１０と対向するとき、左側のメッシュカバー３で代表して説明すると、前面メッシュ３ａが後方斜め上向きに傾斜していることにより、対向気流１０は前面メッシュ３ａの傾斜した面特性によって上側への案内作用を若干受けて上側へ勢力移行されながらも分散通過する。これによって、対向気流１０の前面メッシュ３ａを通過した通過気流は、上側への勢力移行度に応じたメッシュカバー３の全高Ｂを通過する勢力減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った中速渦流１１となる。この中速渦流１１はさらに後面メッシュ３ｂを分散通過することにより、さらなる勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦のさらなる微細化を図った低速渦流１２となってパンタグラフ２に向かわせるのに併せ、対向気流１０が前面メッシュ３ａの面特性によって上側に勢力移行して前後面メッシュ３ａ、３ｂの周縁、特にそれらがなす山形の頂部に達して通過するときの剥離および剥離により大きなカルマン渦が生じるのを、前記前後面メッシュ３ａ、３ｂを通過する中速渦流１１および低速渦流１２がバックアップして抑制し、パンタグラフ２に向かわせるので、メッシュカバー３での空力抵抗および空力音の問題なく、パンタグラフ２においてはメッシュカバー３の全高Ｂに見合う領域、つまりパンタグラフ２の騒音の低減が必要な所望部分につき、前記低速渦流１２が通過することによって空力抵抗および空力音を十分に低減することができる。図示するパンタグラフ２の空気抵抗の少ないスリムな形状をした上部域Ａには対向気流１０におけるメッシュカバー３の全高Ｂから外れた上層部が層流状態の主流１０ａをなして大きなカルマン渦の発生なく通過し、空力抵抗および空力音の問題は生じない。同時に、メッシュカバー３、４がパンタグラフ２の前後に設けられているが、前のメッシュカバー３を通過した低速渦流１２はパンタグラフ２の主要部分と前記のように接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー３、４間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバー４を抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００３２】なお、前面メッシュ３ａ、４ａは傾斜角度が小さいほど対向気流１０との馴染みがよく、対向気流１０の単位流束に対する通過面積の割合が高くなるが、対向気流１０を傾斜側に勢力移行させる面特性の働きが増大する。好適な設計例として図１〜図９に示す例では、前面メッシュ３ａ、４ａの傾斜角が３０°であり、メッシュカバー３、４の全高Ｂは一例として７００ｍｍ程度としてある。これによって、メッシュカバー３、４の前後方向の長さが１１８０ｍｍ程度になる。図１０〜図１５に示す例では、前メッシュ３ａ、４ａの傾斜角が６０°であり、メッシュカバー３、４の全高Ｂは一例として６７０ｍｍ程度としてある。また、後面メッシュ３ｂ、４ｂも傾斜角６０°で前傾しており、メッシュカバー３、４は正三角形な山形をなしている。前後方向の長さは７８７ｍｍ程度と小さい。
【００３３】図１０〜図１５に示す例のように後面メッシュ３ｂ、４ｂが前傾していると、後面メッシュ３ｂ、４ｂを通過してパンタグラフ２に向かう低速渦流１２の上部域勢力を低減できるので、車両１の屋根に沿った部分に複雑なまたはおよび大きな機器がない場合の騒音低減によく、支持枠６を構成する枠材７が図示するように中空であると、軽量なままで、枠材７の配置向きに対応した空気抵抗の少ない形状を持ちやすく、メッシュカバー３、４自体の空力抵抗および空力音を低減することができる。また、図示するようにメッシュカバー３、４が支持枠６の枠材７の外面まで覆っていると、この枠材７によって通気性のない部分でも対向気流を細かな渦とし減速する作用を営むので空力抵抗および空力音を低減する性能がさらに向上する。もっとも、コストの関係から一部扁平な矩形断面の枠材７を用いるようにすることもできる。また、図示するようにメッシュカバー３、４の頂点５が丸みを持っていることにより、この頂点５での空気の剥離を軽減し剥離音の発生を抑制することができる。
【００３４】支持枠６は振動防止などの面から枠材７相互を溶接などして一体に結合しておくのが好適であり、車両１の屋根への取り付けは、図３〜図５、図７〜図９、図１１、図１２に示すように屋根に溶接などして固定した取り付け座２１に対しボルト・ナット２２などにより取付けると、着脱できるが比較的確固に取り付けることができ、修理および振動防止に好適である。場合によっては支持枠６の取付部間などに図９に示すようなステー２３を渡して補強することもできる。
【００３５】メッシュカバー３、４は耐久性上金属線によるものが好適であり、ステンレス鋼製にすると十分な面剛性および耐久性を得るのに有利である。メッシュカバー３、４が金属製であると、枠材７に溶接などして確固に張り付けられるし、縁金を有したものであると、この縁金を支持枠６にねじ止めしたり溶接したりして張りつけられる。図１０〜図１５に示す例では、図１４、図１５に示すようにメッシュカバー３、４の縁部を帯金２４に巻き付けてねじ２５によりめじ止めし、途中部分は内側に帯金２４を当てがってねじ止めしている。
【００３６】本発明者等がメッシュカバー３、４につき、それ自体の空力抵抗および空力音について実験した。実験は下記表１■〜■に示す線径ｄ、線の配列ピッチｐ、開口率Ｂの５通りの組合せによるメッシュを用い、前面メッシュ３ａ、４ａの傾斜角度が３０°、４５°、６０°の各場合で、後面メッシュ３ｂ、４ｂ無しと、有りとでの違い、および後面メッシュ３ｂ、４ｂ有りでの後面メッシュ３ｂ、４ｂの傾斜角が９０°、６０°での違い、についてそれぞれ行った。
【００３７】
【表１】

実験結果から、キャビティ音の発生がなく、後面メッシュ３ｂ、４ｂの無いものよりも有るものの方が騒音が低減したし、騒音低減にはメッシュカバー３、４の幅をパンタグラフ２の設置域幅に対応して極力小さなものとするのが好適である。また、前面メッシュ３ａ、４ａと後面メッシュ３ｂ、４ｂとの組合せ構造の採用により、支持枠６における枠材７、特に途中の補強骨となる枠材７の使用本数の影響を無くすことができ、十分な補強と振動防止が図れる。また、メッシュ自体から発生する騒音も上記した先の提案のものに比し、１．１〜２．８ｄＢ程度低減した。
【００３８】なお、前面メッシュと後面メッシュとを有したいずれの実施例、または実施例外のパンタグラフカバー装置であっても、 上記各種のパンタグラフカバを構成する前面メッシュと後面メッシュとはメッシュサイズが異なったものとすることができる。これにより、比較的粗いメッシュサイズの前面メッシュによって上方への勢力移行とカルマン渦のあらかたの微細化を図り、前面メッシュよりもメッシュサイズの小さい後面メッシュによってさらなる上方への勢力移行とカルマン渦の微細化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を小さくしながら十分な勢力移行とカルマン渦の細分化ができるようにしたり、あるいは、前面メッシュでほぼ十分な勢力移行とカルマン渦の細分化を図った上で、前面メッシュよりもメッシュサイズの大きな後面メッシュにて補助的に勢力移行とさらなるカルマン渦の微小化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を余り大きくしないで、より十分な勢力移行およびカルマン渦の細分化を実現するようにしたりできる。
【００３９】次いで、図１６〜図２５に示す例の場合について説明する。これらの例では、パンタグラフ２に対向気流１０を、先の例と同様なメッシュ材料よりなり、平面から見て対向気流１０との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がるメッシュカバー１０３、１０４で受けて、対向気流１０をメッシュカバー１０３、１０４の前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させることにより、パンタグラフ２に向かう対向気流１０につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微小化を図ることを少なくとも含んで、パンタグラフ２からの騒音を低減することを基本的な特徴としている。
【００４０】これにより、メッシュカバー１０３、１０４の面機能、通気機能を巧みに生かしてパンタグラフの騒音を十分に低減することができる。前側のメッシュカバー１０３により代表して説明すると、その平面から見て対向気流１０との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がる形状により、対向気流１０をメッシュカバー１０３、１０４の前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフ２に向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流１０ｂとするとともに、メッシュカバー１０３の周縁を通過する対向気流１０についてはメッシュカバー１０３を通過する低速渦流１０ｂのバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフ２に向かわるので、このような作用を少なくとも営む簡単なカバー構造にてパンタグラフ２の所望部分、本例では碍子１３および基台１４の部分に向かう対向気流１０を低速渦流１０ｂとなるように規制し、パンタグラフ２の所望部分での空力抵抗および空力音を十分に低減することができる。
【００４１】この場合も、図１６〜図２１に示すように、車両１の双方向走行に対応するのにメッシュカバー１０３、１０４をパンタグラフ２の前後で働かせても、前のメッシュカバー１０３を通過した低速渦流１０ｂはパンタグラフ２と接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー１０３、１０４間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバー１０４を抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両１のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００４２】パンタグラフ２の所望部分はその全域でもよいが、本例および先の例のように対向気流１０によって問題になる程度の騒音を発生する部分に限っても実用性は損なわれず有効である。この意味で本例および先の例を含め、メッシュカバー１０３の縦横の設置域はパンタグラフ２の騒音を低減したい所望部分によって決めればよい。従って、メッシュカバー１０３などを車両１の屋根から浮かせて設置する場合もある。
【００４３】また、本例において、対向気流１０を上またはおよび下に勢力移行させる向きの面特性を持ったメッシュカバー１０３の立ち上がり形状を含んで、メッシュカバー１０３自体の対向気流１０に対する通過抵抗を低減したり、メッシュカバー１０３の立ち上がり方向における対向気流１０の勢力分布を調節したりすることもできる。
【００４４】このようなパンタグラフの騒音低減方法を達成するパンタグラフカバー装置としては、図１６〜図２５に示すように、メッシュよりなり、平面から見て対向気流１０との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がったメッシュカバー１０３、１０４をパンタグラフ２の前後の少なくとも一方に設ければ足り、メッシュカバー１０３の全設置域において、上記した方法の作用を営み、パンタグラフ２の対応部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。車両１の双方向の走行には前後にメッシュカバー１０３、１０４を配置して対応すればよい。
【００４５】図１６〜図２１に示す例はメッシュカバー１０３、１０４とも垂直に立ち上がる例を示し、図１６、図１７は平面より見て山形に屈曲した形状例、図１８、図１９に示す例は台形に屈曲した形状例、図２０、図２１は円弧状、ドーム状、楕円状などに湾曲した形状例をそれぞれ示している。これら以外の屈曲形状または湾曲形状でもよいし、各種の形状を複合して採用することもできる。
【００４６】なお、メッシュカバー１０３、１０４の立ち上がり形状としては、前傾、ほぼ垂直、後傾のいずれかでよい。図１６に仮想線、一点鎖線、破線で示すような庇メッシュ１１１、１１２、１１３などを設ければ、これらを設けたメッシュカバー１０３の周縁部での対向気流１０の剥離およびこの剥離により大きなカルマン渦が生じるのを抑制しやすくなる。
【００４７】図１７、図１９、図２１に示す例では、特に、メッシュカバー１０３、１０４を前記のような形状をした前面メッシュ１０３ａ、１０４ａの背部に後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂを設けてある。これによって、前面メッシュ１０３ａ、１０４ａによって前記した騒音低減機能を発揮する低速渦流１０ｂを得るのに加え、後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂによってもその通気性を少なくとも生かし、また形状に応じた面機能を活かして、より低速で渦をより微細化した低速渦流１０ｃとしてパンタグラフ２に向かわせて、その所望部分での空力抵抗および空力音をさらに低減することができる。
【００４８】このような後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂは、図１７、図１９、図２１に実線で示すように平坦形状にしてもよいが、それらと対向する前面メッシュ１０３ａ、１０４ａと同じ形状、前面メッシュ１０３ａ、１０４ａよりも凸形状または傾斜が小さいか大きい、平坦、のいずれかであれば有効である。図１７に仮想線で示す例は湾曲形状とし、図１９に仮想線で示す例は山形の屈曲形状とし、図２１に仮想線で示す例は台形の屈曲形状としてあり、それぞれ前面メッシュ１０３ａ、１０４ａよりも小さく、かつ形状が異なった凸形状としてある。
【００４９】図２２、図２３に模式的に示す例は、前面メッシュ１０３ａ、１０４ａが後傾して対向気流１０を上側にも勢力移行させる面特性を持つようにしてあり、対向気流１０に対する空気抵抗をより低減できるとともに、対向気流１０に対する左右および上側への勢力移行作用によって、メッシュカバー１０３、１０４における通過気流の中央域勢力をさらに低減して、パンタグラフ２の所望部分での空力抵抗および空力音をさらに低減することができる。また、図２２に示す例は後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂは平坦な形状でほぼ垂直に設けられ、図２３に示す例では後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂは平坦な状態で前面メッシュ１０３ａ、１０４ａと平行に後傾し、上側への勢力移行が図れるようにしている。図２４に示す例では前面メッシュ１０３ａ、１０４ａ、および後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂともに平面より見て山形をなして後傾し、前後いずれにても左右および上側への勢力移行が図れる構成であることにより、パンタグラフ２の騒音をさらに効果的に低減することができる。
【００５０】図２５に示す例では、平面より見て山形に屈曲した前面メッシュ１０３ａが後傾し、平面より見て山形をした後面メッシュ１０３ｂが前傾して、図１０〜図１５に示す例のような三角形をなしており、図１０〜図１５に示す三角形メッシュカバー構造による騒音低減特性をも複合して発揮し、さらに有利な騒音低減ができる構成としている。もっとも、この三角形メッシュカバー構造は、前後面メッシュ１０３ａ、１０３ｂが平面より見て他の屈曲またはおよび湾曲形状をしたメッシュカバー構造と複合して採用しても同様な作用効果が得られる。
【００５１】本発明者等は、このような高性能なメッシュカバー３、４自体から発生する空力騒音をさらに低減するため、図２、図２６〜図２９に示すような金属製やＦＲＰ等の合成樹脂製である板状の側板３１、３２を設けて、その内面に吸音部３３を設けた。吸音部３３は図２、図２６、図２７に示すように吸音材としてグラスウール３４などの繊維を不織層化したもの、図２８に示すように焼結アルミニウム系金属や木工屑や木粉を適度に凝集または圧縮してバインダで結合するなどした各種の多孔質ボード３５を用いたもの、図２９に示すようにパンチング板３６を用いたもの、などを採用することができ、これのメッシュカバー３、４に対する吸音作用によって騒音はさらに低減した。このためには前後のメッシュカバー３、４の前後方向の設置域をカバーする長さで吸音部３３を設けるのが好適である。また、これら吸音材の内側には空気層３７を設けて吸音部３３を共鳴箱タイプとするのが好適である。中でも、グラスウール３４は騒音低減効果が最も高い。また、吸音部３３は図１、図２６に示すように側板３１、３２の内面のほぼ全域に形成するのが好適である。しかし、図２７〜図２９に示すように下部などの一部を省略することができる。側板３１、３２自体による空力抵抗、空力音を低減するには吸音部３３と合わせた厚みが小さいほどよい。一例として２０ｍｍ程度の層厚として有効であり目標の３ｋＨｚ附近の吸音率が最大となった。
【００５２】なお、図２、図２６に示すグラスウール３４は表面をグラスクロスなどの保護材でくるんで繊維の飛散を防止した上、枠材３９により抑えてねじ４１によりねじ止めし、空気層３７はスペーサ３８をねじ止め部に介装することによって確保している。しかし、スペーサ３８は側板３１、３２の突出部とすることもできる。保護材は吸音作用の若干邪魔をする。多孔質ボード３５およびパンチング板３６は枠材なしに直接ねじ止めしている。スペーサ３８の使用はグラスウール３４の場合と同じである。
【００５３】図３１は前記パンタグラフカバーを前傾するように、すなわち、反パンタグラフ側に垂直線からθ傾斜するように設けた例を図示しており、前面メッシュ１０３ａ、１０４ａは平面より見て対向気流側に山形形状の凸をなして前傾し、後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂが平坦な形状で前面メッシュ１０３ａ、１０４ａと平行に前傾している。
【００５４】なお、図３１に示す例の平坦で前傾した後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂは、これ単独でも有効であり、本発明の範疇に属する。この場合、図示するように平面より見て対向気流に直角な配置に限らず、対向気流に対し傾斜した配置とすることもできる。
【００５５】このような後面メッシュ１０３ｂ、１０４ｂなどによる単独の平坦なメッシュが前傾していることにより、対向気流を下方に勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフに向かう対向気流につき、下方への勢力移行度に応じ屋根から離れて位置するパンタグラフ装置の大きくまたはおよび複雑な形態域への勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流とするとともに、メッシュカバーの周縁を通過する対向気流についてはメッシュカバーを通過する低速渦流のバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフに向かわせるので、このような作用を少なくとも営む簡極く単なカバー構造にてパンタグラフの屋根から離れた大きくまたはおよび複雑な形態部分に向かう対向気流を低速渦流となるように規制し、パンタグラフのこの部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。また、傾斜した配置では左右方向の傾斜している側への勢力移行を図ってパンタフラフに向かう気流をさらに少なくすることができる。特に、下側への勢力移行によってパンタグラフの集電舟部分に乱気流が及んでそれに揚力変動をもたらすのを確実に防止することができ、安定した集電状態が得られる。
【００５６】
【発明の効果】本発明のパンタグラフの騒音低減方法およびこれを達成するパンタグラフカバー装置によれば、メッシュカバーの面機能、通気機能を巧みに生かして、その平面から見て気流との対向側に凸となるように湾曲またはおよび屈曲した凸形状を持って立ち上がる形状により、対向気流をメッシュカバーの前記凸形状なメッシュ面にて左右へ勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフに向かう対向気流につき、左右への勢力移行度に応じた中央域勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流とするとともに、メッシュカバーの周縁を通過する対向気流についてはメッシュカバーを通過する低速渦流のバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフに向かわるので、このような作用を少なくとも営む簡単なカバー構造にてパンタグラフの所望部分に向かう対向気流を低速渦流となるように規制し、パンタグラフの所望部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。パンタグラフの所望部分はその全域でもよいが、対向気流によって問題になる程度の騒音を発生する部分に限っても実用性は損なわれず有効である。この意味でメッシュカバーの縦横の設置域はパンタグラフの騒音を低減したい所望部分によって決めればよい。また、場合によっては対向気流を上またはおよび下に勢力移行させる向きの面特性を持ったメッシュカバーの立ち上がり形状を含んで、メッシュカバー自体の対向気流に対する通過抵抗を低減したり、メッシュカバーの立ち上がり方向における対向気流の勢力分布を調節したりすることができる。
【００５７】同時に、車両の双方向走行に対応するのにメッシュカバーをパンタグラフの前後で働かせても、前のメッシュカバーを通過した低速渦流はパンタグラフと接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバーを抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００５８】前記メッシュカバーは、前記形状を有した前面メッシュと、この前面メッシュの後に今１つ配置した後面メッシュと、を備えている構成では、前面メッシュによって前記した騒音低減機能を発揮するのに加え、後面メッシュによってもその通気性を少なくとも生かし、また形状に応じた面機能を活かしてパンタグラフの所望部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。
【００５９】本発明の別のパンタグラフカバー装置によれば、前面メッシュが後方斜め上向きに傾斜していることにより、対向気流をその面特性によって上側へ勢力移行されながらも分散通過させて、上側への勢力移行度に応じたメッシュカバー全高を通過する勢力減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った中速渦流とした後、さらに後面メッシュを分散通過させて、さらなる勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦のさらなる微細化を図った低速渦流としてからパンタグラフに向かわせるのに併せ、対向気流が上側に勢力移行しながらその上の対向気流とともに前後面メッシュの周縁、特にそれらがなす山形の頂部に達して通過するときの剥離および剥離により大きなカルマン渦が生じるのを、前記前後面メッッシュを通過する中速渦流および低速渦流にてバックアップすることにより抑制しパンタグラフに向かわせるので、メッシュカバーでの空力抵抗および空力音の問題なく、パンタグラフにおいてはメッシュカバーの全高に見合うパンタグラフの所望部分につき、前記低速渦流が通過することによって空力抵抗および空力音を低減することができ、メッシュカバーをパンタグラフの騒音を低減したい所望部分に対応して設ければ有効である。
【００６０】同時に、メッシュカバーがパンタグラフの前後に設けられても、前のメッシュカバーを通過した低速渦流はパンタグラフと接触し、渦をくずしながら前後のメッシュカバー間を静かに流れ、後方となっているメッシュカバーを抜けて行くので、キャビティ音は発生しない。よって、車両のさらなる高速化にも十分に対応することができるし、構造が簡単で安価に実現する。
【００６１】後面メッシュはパンタグラフ側に斜め下方に立ち下っていると前面メッシュを通過した中速渦流の下側への勢力移行を伴って通過させることにより、後面メッシュを通過してパンタグラフに向かう低速渦流の上部域勢力を低減できるので、車両の屋根に沿った部分に複雑なまたはおよび大きな機器がない場合の騒音低減によく、特に、メッシュカバーは二等辺三角形をなしているのが好適であり、正三角形をなしているとさらに好適である。
【００６２】メッシュカバーが支持枠に支持されていると、メッシュカバーの通気性を損なわずに十分な支持強度および面剛性が得られる。
【００６３】支持枠の枠材が中空であると、軽量なままで、支持枠の配置向きに対応した空気抵抗の少ない形状を持ちやすく、メッシュカバー自体の空力抵抗および空力音を低減することができる。
【００６４】メッシュカバーが支持枠の枠材の外面を覆っていると、この部分でも対向気流を細かくし減速する作用を営むので性能がさらに向上する。
【００６５】メッシュカバーの対向気流の剥離部となる稜部、特に三角形の頂部に丸みを持っていることにより、ここでの空気の剥離をより軽減し剥離音の発生を抑制することができる。
【００６６】上記各種のパンタグラフカバーを構成する前面メッシュと後面メッシュとのメッシュサイズが異なっていると、比較的粗いメッシュサイズの前面メッシュによって情報への勢力移行とカルマン渦のあらかたの微細化を図り、前面メッシュよりもメッシュサイズの小さい後面メッシュによってさらなる上方への勢力移行とカルマン渦の微細化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を小さくしながら十分な勢力移行とカルマン渦の細分化ができるようにしたり、あるいは、前面メッシュでほぼ十分な勢力移行とカルマン渦の細分化を図った上で、前面メッシュよりもメッシュサイズの大きな後面メッシュにて補助的に勢力移行とさらなるカルマン渦の微小化を図って、前後面メッシュ双方による通過抵抗を余り大きくしないで、より十分な勢力移行およびカルマン渦の細分化を実現するようにしたりできる。
【００６７】また、パンタグラフが気流と対向する側で、反パンタグラフ側に向けて斜め上に立ち上がる平坦なメッシュよりなり、平坦なメッシュが平面より見て対向気流に直角か、または傾斜して配置されていると、平坦なメッシュが前傾していることにより、対向気流を下方に勢力移行させながら分散通過させ、パンタグラフに向かう対向気流につき、下方への勢力移行度に応じ屋根から離れて位置するパンタグラフ装置の大きくまたはおよび複雑な形態域への勢力の減少と、分散通過による全体勢力の減衰、低速化、およびカルマン渦の微細化による接触機器に及ぼすベクトル成分の微小化、を図った低速渦流とするとともに、メッシュカバーの周縁を通過する対向気流についてはメッシュカバーを通過する低速渦流のバックアップによって剥離および剥離による大きなカルマン渦の発生を抑制してパンタグラフに向かわせるので、このような作用を少なくとも営む極く簡単なカバー構造にてパンタグラフの屋根から離れた大きくまたはおよび複雑な形態部分に向かう対向気流を低速渦流となるように規制し、パンタグラフのこの部分での空力抵抗および空力音を低減することができる。また、傾斜した配置では左右方向の傾斜している側への勢力移行を図ってパンタフラフに向かう気流をさらに少なくすることができる。特に、下側への勢力移行によってパンタグラフの集電舟部分に乱気流が及んでそれに揚力変動をもたらすのを確実に防止することができ、安定した集電状態が得られる。
【出願人】 【識別番号】３９００２１５７７
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【住所又は居所】愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号
【識別番号】０００１６３３７２
【氏名又は名称】近畿車輌株式会社
【住所又は居所】大阪府東大阪市稲田新町３丁目９番６０号
【出願日】 平成１４年１月２２日（２００２．１．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００８０８２７
【弁理士】
【氏名又は名称】石原 勝
【公開番号】 特開２００３−２１９５０６（Ｐ２００３−２１９５０６Ａ）
【公開日】 平成１５年７月３１日（２００３．７．３１）
【出願番号】 特願２００２−１２３７２（Ｐ２００２−１２３７２）