JP2006159938A

JP2006159938A - 車両用集電装置の遮音板

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Publication number: JP2006159938A
Application number: JP2004349939A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Wakabayashi; 雄介若林; Takeshi Kurita; 健栗田
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】車体断面積を大きく増加させることなく遮音効果を高めることのできる、車両用集電装置の遮音板を提供する。
【解決手段】パンタグラフの側方の車体屋根Ｔｒに取り付けられ、車体Ｔの長手方向に所定長さ延在してパンタグラフから発生する騒音を遮蔽するパンタグラフ遮音板２の構成として、車体Ｔの長手方向と直交する断面における、車体屋根Ｔｒとの取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて窪む下側窪み部２Ｈ１を、長手方向に延在するように形成するとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む上側窪み部２Ｈ２を長手方向に延在するように形成するような構成とした。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両用集電装置から発生する騒音を低減するために、車両用集電装置の側方の車体屋根に取り付けられる、遮音板に関する。

鉄道の高速化への需要は近年ますます高まってきており、特に新幹線鉄道に対しては、３００ｋｍ／ｈを超える速度域での営業運転が望まれてきている。このような高速度域においては、車両用集電装置（パンタグラフ）周辺から発生する騒音（集電系騒音）が、現状より大幅に増大することは明らかであり、そのための対策が必要となる。集電系騒音を低減あるいは遮音するためには、パンタグラフへの走行風の低減によって空力音を低減させるパンタグラフカバー（例えば特許文献１）や、パンタグラフの左右両側に設置される板状のパンタグラフ遮音板（遮音板）が、主に採用されている。
特開平５−７７７２９号公報

特許文献１に記載されているような、パンタグラフの周りを全て覆うパンタグラフカバーは、沿線の騒音低減に対しては有効であるといえる。しかしその反面、車体断面積の増加を招くこととなり、それに伴って、走行抵抗の増大、あるいはトンネル突入時の圧縮波によるトンネル微気圧波の増大等を招いてしまうといった問題があった。一方、パンタグラフ遮音板は、構造が簡易であるとともに、車体断面積に与える影響が少ないことから、こうしたパンタグラフ遮音板によって高い遮音効果が得られれば、営業運転上はより有効であるといえる。

従前のパンタグラフ遮音板は、図４及び図２１（ａ）に示すように、側面視台形をなす平板体からなり、パンタグラフの左右両側の車体屋根にほぼ垂直に取り付けられるものである。こうしたパンタグラフ遮音板においては、その高さを高くするほど遮音効果を高めることができるが、車両限界との関係等から車体に取り付け可能な寸法には自ずと限界があり、所定の高さを超えて設置することはできない。また、このような従前のパンタグラフ遮音板においては、数百Ｈｚの低周波数の一部において、左右の遮音板間の定在波による影響と思われる遮音効果の低い部分があることがわかっており、このような特定周波数の音圧レベル（騒音レベル）を低減させることも必要とされていた。

こうしたことから、従前のパンタグラフ遮音板のように平板体としていたのでは、更なる遮音性能の向上を図ることは極めて困難であるといえる。すなわち、パンタグラフ遮音板の断面形状等を工夫する必要があることは、明白である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車体断面積を大きく増加させることなく遮音効果を高めることのできる、車両用集電装置の遮音板を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両用集電装置の側方の車体屋根に取り付けられ、前記車体の長手方向に所定長さ延在して前記車両用集電装置から発生する騒音を遮蔽する遮音板であって、前記車体の長手方向と直交する断面における、前記車体屋根との取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて窪む第１の窪み部が長手方向に延在するように形成されているとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む第２の窪み部が長手方向に延在するように形成されていることを特徴とする。

このように、内側から外側に向けて窪む第１の窪み部を、取付部分の近傍位置に形成しているので、左右両側の遮音板間の定在波による影響と考えられる、特定周波数での遮音効果の低下を防止することができる。
そして、外側から内側に向けて窪む第２の窪み部を、上端部の近傍位置に形成しているので、上端部を回折した音と第２の窪み部で反射した音とが互いにうち消し合って、騒音レベルを更に低下させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用集電装置の遮音板であって、前記遮音板は、前記車体屋根から略垂直方向へと延びる垂直板部と、該垂直板部から折曲し前記車体の内側へと傾斜して延びる傾斜板部と、該傾斜板部から折曲し前記車体の外側に向けて略水平に突出する水平突出板部と、から構成され、前記第１の窪み部は、前記垂直板部と前記傾斜板部との内側に形成されているとともに、前記第２の窪み部は、前記傾斜板部の外側であって前記水平突出板部の下側に形成されていることを特徴とする。

このように、複数の板部の組み合わせによって、第１及び第２の窪み部を形成するようにしているので、車体断面積をより小さくすることができるとともに、簡易な構成として軽量化を図りながら、遮音板の剛性を高めることができる。
また、遮音板を垂直な平板状とはしていないので、左右両側の遮音板間の定在波による影響と考えられる、特定周波数での遮音効果の低下を、より的確に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の車両用集電装置の遮音板であって、前記遮音板は、前記車体屋根から略垂直方向へと延びる第１の垂直板部と、該垂直板部から折曲し前記車体の内側へと傾斜して延びる傾斜板部と、該傾斜板部から折曲し略垂直方向へと延びる第２の垂直板部と、該第２の垂直板部から折曲し前記車体の外側に向けて略水平に突出する水平突出板部と、から構成され、前記第１の窪み部は、前記第１の垂直板部と前記傾斜板部との内側に形成されているとともに、前記第２の窪み部は、前記傾斜板部と前記第２の垂直板部との外側であって前記水平突出板部の下側に形成されていることを特徴とする。

このように、傾斜板部と水平突出板部との間に第２の垂直板部を介在させて、その外側に第２の窪み部を形成するようにしているので、第２の窪み部をより深く掘った形状として大きくとることができ、遮音効果をより高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の車両用集電装置の遮音板であって、前記水平突出板部は、その外側端部が、前記車体の車両限界の内側であって該車体の側面の延長面上まで至るように形成されていることを特徴とする。

水平突出板部の外側端部をこのように形成しているので、遮音板上部における集電系騒音の回折点を、より高くより外側の位置に来させることができ、遮音効果を更に高めることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の車両用集電装置の遮音板であって、前記遮音板の取り付け長さが６ｍ以上に設定されていることを特徴とする。

取り付け長さをこのように設定することによって、車両用集電装置からの直接音と、奥に位置する遮音板からの反射音とが、重なることによる影響を低減することができるので、より遮音性能を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の車両用集電装置の遮音板であって、前記遮音板の長手方向両端部は、側面視略垂直方向に延びるように形成されていることを特徴とする。

このように、長手方向両端部を側面視略垂直方向に延びるように形成しているので、遮音板自体から発生する空力騒音を低減することができる。

本発明に係る車両用集電装置の遮音板においては、車体屋根との取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて窪む第１の窪み部を形成するとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む第２の窪み部を形成しているので、車体断面積を大きく増加させることなく遮音効果を高めることができる。

以下、本発明に係る車両用集電装置の遮音板の実施の形態について、図面を用いて説明する。
本発明者等は、先ず、遮音効果を高めるために、断面形状を各々異ならせた複数種類のパンタグラフ遮音板（遮音板、車両用集電装置の遮音板）について、その断面形状を最適化するように検討を行った。次いで、車体への取り付け長さと遮音効果との関係について検討するとともに、パンタグラフ遮音板自体から発生する空力騒音の測定・評価を行って、集電系騒音の低減効果を総合的に検討した。以下、この順序に従って説明する。

（１）パンタグラフ遮音板の断面形状最適化についての検討
先ず、本実施形態に係るパンタグラフ遮音板が取り付けられる車体Ｔの断面（車体Ｔの長手方向と直交する断面）の一例を、図１に示す。パンタグラフ遮音板は、パンタグラフ（車両用集電装置）Ｇの左右両側方の車体屋根Ｔｒに取り付けられ、前記車体の長手方向に所定長さ延在して、集電系騒音を遮蔽する。

パンタグラフ遮音板の外側の限界は、車両限界の内側であって且つ車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’とした。また、パンタグラフ遮音板の内側の限界は、パンタグラフＧのホーン及び碍子上部から絶縁離隔である３００ｍｍを常に確保できる範囲とした。ここでのパンタグラフＧとしては、図２に示すように、実車にて使用されているシングルアーム式の低騒音型パンタグラフを想定している。

こうしたことから、図１中における網掛け部分（符号Ｌ）を、パンタグラフ遮音板の設置可能範囲に設定した。

断面形状の検討においては、高速走行中にパンタグラフから発生する騒音を、図２に示すように高さの異なる３つの無指向性点音源（符号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）と仮定し、これら３つの点音源の合成値が高速走行時の集電系騒音のパワーレベルと等しくなるように、補正を行った。

そして、パンタグラフ遮音板の断面形状を最適化するために、従前型、及び遮音効果の向上が期待される改良型のパンタグラフ遮音板（後述する５種類）の各断面形状を、２次元の境界要素法を用いた音響シミュレーションにより検討した。なお、高速走行によるドップラー効果等は考慮しないものとした。

シミュレーションの対象範囲（音圧分布解析範囲）は、図３に示すように、標準的な高架区間として、地上（ＧＬ）からレールレベルまで７ｍの高架橋（符号Ｅ）であって高さ２ｍの直壁防音壁（符号Ｗ）が有ることを想定して、軌道中心から３０ｍ、地上１２ｍまでの範囲とした。なお、地上からの反射による影響は、周波数によって直接音と反射音との干渉による影響が考えられるため、地面反射はないものとした。また、高架橋Ｅの奥から高架橋Ｅの下を回り込む音については、充分に減衰すると考えられることから、回り込みの影響がない条件で解析を実施した。
なお、評価は、軌道中心より実車換算で２５ｍ離れた位置における地上１．２ｍの点を評価点Ｖとして、パンタグラフ遮音板の形状の違いによる周波数特性（周波数分布）を解析し（図１０及び図１１に図示）、騒音低減の効果の違いを比較した。

先ず、パンタグラフ遮音板無しのケース（以下、ｃａｓｅ［００］という）と、図４に示すような従前型のパンタグラフ遮音板１０１を取り付けたケース（以下、ｃａｓｅ［０１］という）とを比較した。図１０に示すように、ｃａｓｅ［０１］の場合においては、ｃａｓｅ［００］の場合と比較して、５００Ｈｚ以上の周波数域での音圧レベル（騒音レベル）が大きく低減しているものの、３１５Ｈｚ付近の音圧レベルが高くなっている。これは、平板状のパンタグラフ遮音板１０１が直立した形状であるために生じる影響、つまり左右のパンタグラフ遮音板１０１−１０１間の定在波による影響と考えられる。

こうしたことから、遮音効果を高めるための断面形状等について検討した。具体的には、図５〜図９に示すように、断面形状を各々異ならせた５種類のパンタグラフ遮音板を案出し、シミュレーションを行った。なお、上記したように、左右２枚が各々ほぼ垂直に立った状態となっている従前型のパンタグラフ遮音板１０１においては、左右のパンタグラフ遮音板１０１−１０１間の定在波によると考えられる影響が確認されたため、極力、垂直な平板状とはならないような形状を案出した。具体的には、案出した５種類のパンタグラス遮音板の全ての断面において、車体屋根Ｔｒとの取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて窪む下側窪み部（第１の窪み部）を、長手方向に延在するように形成するとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む上側窪み部（第２の窪み部）を、長手方向に延在するように形成した。なお、このように下側窪み部を形成したのは、パンタグラフ遮音板１０１を内側に湾曲させた断面形状とすれば、低周波数域（例えば５００Ｈｚ以下）での音圧レベルの低減量が大きくなる傾向がある、つまり遮音効果が大きくなる傾向があることを、本発明者等が事前に検討して見出したためである。

各々のパンタグラフ遮音板（符号１〜５）を車体屋根Ｔｒに取り付けた状態を、各々ｃａｓｅ［１１］〜ｃａｓｅ［１５］として、以下に説明する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示す、ｃａｓｅ［１１］のパンタグラフ遮音板１は、根元部１１ｂで車体屋根Ｔｒに取り付けられ車体屋根Ｔｒから略垂直方向へと延びる垂直板部１１と、垂直板部１１から折曲し車体Ｔの内側へと傾斜して延びる傾斜板部１２と、傾斜板部１２から折曲し車体Ｔの外側に向けて略水平に突出する水平突出板部１３と、から構成されている。水平突出板部１３の外側端部１３ｔは、車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成されている。そして、垂直板部１１と傾斜板部１２との内側の領域には、下側窪み部（第１の窪み部）１Ｈ１が形成されているとともに、傾斜板部１２の外側であって水平突出板部１３の下側の領域には、上側窪み部（第２の窪み部）１Ｈ２が形成されている。

図６（ａ）及び（ｂ）に示す、ｃａｓｅ［１２］のパンタグラフ遮音板２は、根元部２１ｂで車体屋根Ｔｒに取り付けられ車体屋根Ｔｒから略垂直方向へと延びる第１垂直板部（第１の垂直板部）２１と、第１垂直板部２１から折曲し車体Ｔの内側へと傾斜して延びる傾斜板部２２と、傾斜板部２２から折曲し略垂直方向へと延びる第２垂直板部（第２の垂直板部）２３と、第２垂直板部２３から折曲し車体Ｔの外側に向けて略水平に突出する水平突出板部２４と、から構成されている。水平突出板部２４の外側端部２４ｔは、車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成されている。そして、第１垂直板部２１と傾斜板部２２との内側の領域には、下側窪み部（第１の窪み部）２Ｈ１が形成されているとともに、傾斜板部２２と第２垂直板部２３との外側であって水平突出板部２４の下側の領域には、上側窪み部（第２の窪み部）２Ｈ２が形成されている。
このパンタグラフ遮音板２においては、傾斜板部２２と水平突出部２４との間に第２垂直板部２３が介在しているので、上側窪み部２Ｈ２を、上記上側窪み部１Ｈ２と比較してより深く掘った形状となっている。

図７（ａ）及び（ｂ）に示す、ｃａｓｅ［１３］のパンタグラフ遮音板３も、上記パンタグラフ遮音板２と同様に、根元部３１ｂで車体屋根Ｔｒに取り付けられた第１垂直板部（第１の垂直板部）３１と、傾斜板部３２と、第２垂直板部（第２の垂直板部）３３と、水平突出板部３４とから構成されている。水平突出板部３４の外側端部３４ｔは、車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成されている。そして、第１垂直板部３１と傾斜板部３２との内側の領域には、下側窪み部（第１の窪み部）３Ｈ１が形成されているとともに、傾斜板部３２と第２垂直板部３３との外側であって水平突出板部３４の下側の領域には、上側窪み部（第２の窪み部）３Ｈ２が形成されている。
このパンタグラフ遮音板３においては、傾斜板部３２及び第２垂直板部３３の厚さを、上記パンタグラフ遮音板２における傾斜板部３２及び第２垂直板部３３の各々よりも若干肉厚としている。これにより、上側窪み部３Ｈ２を、上記上側窪み部２Ｈ２と比較して若干浅く掘った形状となっている。

図８（ａ）及び（ｂ）に示す、ｃａｓｅ［１４］のパンタグラフ遮音板４も、上記パンタグラフ遮音板２と同様に、根元部４１ｂで車体屋根Ｔｒに取り付けられた第１垂直板部（第１の垂直板部）４１と、傾斜板部４２と、第２垂直板部（第２の垂直板部）４３と、水平突出板部４４とから構成されている。水平突出板部４４の外側端部４４ｔは、車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成されている。そして、第１垂直板部４１と傾斜板部４２との内側の領域には、下側窪み部（第１の窪み部）４Ｈ１が形成されているとともに、傾斜板部４２と第２垂直板部４３との外側であって水平突出板部４４の下側の領域には、上側窪み部（第２の窪み部）４Ｈ２が形成されている。
このパンタグラフ遮音板４においては、根元部４１ｂの大きさを、上記パンタグラフ遮音板２における根元部２１ｂよりも大きくし、より内側へと張り出させるようにしている。

図９（ａ）及び（ｂ）に示す、ｃａｓｅ［１５］のパンタグラフ遮音板５は、根元部５１ｂで車体屋根Ｔｒに取り付けられ車体屋根Ｔｒから略垂直方向へと延びる第１垂直板部（第１の垂直板部）５１と、第１垂直板部５１から折曲し車体Ｔの内側へと傾斜して延びる傾斜板部５２と、傾斜板部５２から折曲し略垂直方向へと延びる第２垂直板部（第２の垂直板部）５３と、第２垂直板部５３の上端部より若干下がった位置から車体Ｔの外側に向けて略水平に突出する水平突出板部５４と、水平突出板部５４から折曲し斜め上方に突出する上方折曲板部５５と、から構成されている。上方折曲板部５５の外側端部５５ｔは、車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成されている。そして、第１垂直板部５１と傾斜板部５２との内側の領域には、下側窪み部（第１の窪み部）５Ｈ１が形成されているとともに、傾斜板部５２と第２垂直板部５３との外側であって水平突出板部５４と上方折曲板部５５の下側の領域には、上側窪み部５Ｈ２が形成されている。さらに、水平突出板部５４の上側であって第２垂直板部５３と上方折曲板部５５とに挟まれた領域には、上端窪み部５Ｈ３が形成されている。
このパンタグラフ遮音板５においては、上記パンタグラフ遮音板２の上端部を湾曲させて二股に分けた形状、つまり軽いダブルエッジ型の形状としており、二重回折による効果を狙ったものとなっている。

これらｃａｃｅ［１１］〜ｃａｃｅ［１５］の比較を、図１０及び図１１に示す。
ｃａｃｅ［１１］においては、図１０からわかるように、評価点ＶにおけるＯＡ（オーバーオール）値がｃａｃｅ［０１］よりも大幅に低減されている。そして、２５０Ｈｚ以上での改善が見られ、ｃａｃｅ［０１］におけるような３１５Ｈｚ付近のピークが無くなっている。これは、左右のパンタグラフ遮音板を直立した平板状とはしないことによる効果、すなわち、左右両側のパンタグラフ遮音板間に発生していると考えられる定在波による影響が減少したことによる効果であると考えられる。

図１０からわかるように、ｃａｓｅ［１２］の評価点ＶにおけるＯＡ値は、ｃａｓｅ［１１］に対してもわずかに低減されている。そして、周波数特性は、２５０Ｈｚ付近で改善された代わりに８００Ｈｚ付近でやや悪化し、卓越周波数が移行していることがわかる。なお、評価点Ｖにおけるｃａｓｅ［１２］のＯＡ値は、遮音板無しのｃａｓｅ［００］よりも１０．５ｄＢ程度、従前型のｃａｓｅ［０１］よりも３．７ｄＢ程度、各々低減されている。

ｃａｓｅ［１３］及びｃａｓｅ［１４］においては、図１１からわかるように、ＯＡ値は何れもｃａｓｅ［１２］とほぼ同じであり、周波数特性も大差がない。すなわち、これらｃａｓｅ［１３］及びｃａｓｅ［１４］では、ｃａｓｅ［１２］と比較して、更なる騒音低減効果は得られなかった。

ｃａｓｅ［１５］においては、図１１からわかるように、評価点ＶにおけるＯＡ値では０．１ｄＢ程度の改善が見られ、また周波数特性では２０００ｋＨｚ以上の高域で改善が見られた。

このような結果から、遮音効果が最も高いのはｃａｓｅ［１５］であり、次いでｃａｓｅ［１２］であるといえる。但し、その差は評価点ＶにおけるＯＡ値で０．１ｄＢ程度であり、工学的には殆ど差がないとみなして差し支えないと考えられる。そして、施工性やコストの点からは、パンタグラフ遮音板２の方がパンタグラフ遮音板５よりも有利であることから、パンタグラフ遮音板２つまりｃａｓｅ［１２］を、実質的な最適断面形状とした。

このｃａｓｅ［１２］と上記ｃａｓｅ［０１］とのシミュレーションによる音圧レベル分布の比較を、図１２及び図１３に示す。これらの図には、軌道中心から３０ｍまでの領域（図３を参照）における音圧レベルの分布を、ｃａｓｅ［０１］、ｃａｓｅ［１２］の順に各々示している。これらの図から明らかなように、ｃａｓｅ［０１］では、高架防音壁Ｗの上端部近傍から９０ｄＢのラインが発生しているのに対し、ｃａｓｅ［１２］では、高架防音壁Ｗの上端部から約１ｍ上を通過している。すなわち、ｃａｓｅ［１２］では、高架防音壁Ｗの側方領域において音圧レベルが低下していることがわかる。

以下、このパンタグラフ遮音板２の取り付け長さの違いによる遮音効果の違い、及びパンタグラフ遮音板２自体から発生する空力騒音の低減に関しての、検討結果を示す。なお、以下において、パンタグラフ遮音板１０１を「従前型」と、パンタグラフ遮音板２を「改良型」と、適宜称することとする。

（２）取り付け長さの検討
上記（１）における断面形状の検討結果から高い遮音性能が得られた、ｃａｓｅ［１２］の断面形状を持つパンタグラフ遮音板２について、車体に取り付ける長さ（取り付け長さ）によって騒音レベルが如何なる影響を受けるかを、１／５スケールの模型を作成して実験室内にて検討した。

実験に使用した模型は、図１４に示すように、全長５ｍ（実車換算で長さ２５ｍの１車両に相当）の車体Ｔｍ、及び全長６ｍ（実車換算で３０ｍ）の高架部Ｅｍから構成され、レールレベルが地上７ｍ（実車換算）に相当するように作成した。また高架部模型Ｅｍには、図４において示した防音壁Ｗと同様、実車換算で高さ２ｍの防音壁Ｗｍを設けた。

また、集電系騒音の発生源として、車体屋根中央の上部に音源プローブＧｍを設け、図２に示した３点（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の位置に各々相当する３点から、音を発することができるようにした。

パンタグラフ遮音板２は、取り付け長さが０．６ｍ、１．２ｍ、１．８ｍ、２．４ｍ（実車換算で各々３ｍ、６ｍ、９ｍ、１２ｍ）に設定された４種類を、各々取り付け可能な形状とした。なお、パンタグラフ遮音板２の前後両端部については、垂直（略９０°）に延びる形状とした。
なお、後述する図１７〜図２０においては、取り付け長さが３ｍ（実車換算）のものを符号２Ａ、６ｍ（実車換算）のものを符号２Ｂ、９ｍ（実車換算）のものを符号２Ｃ、１２ｍ（実車換算）のものを符号２Ｄとして、各々図示することとする。

９つの測定点Ｐ１〜Ｐ９の各々の位置を、図１５に示す。
測定点Ｐ１〜Ｐ４は、軌道中心より実車換算で２５ｍ離れた位置に軌道と平行となるよう仮想的に設定された測定面Ｆ１における、地上１．２ｍの高さに各々位置させている。また、測定点Ｐ５〜Ｐ９は、実験室内の大きさによる制約上から、軌道と垂直で音源位置から実車換算で３７．５ｍ離れた測定面Ｆ２に位置させている。これら測定点Ｐ５〜Ｐ９の配置は、測定面Ｆ１の延長面（仮想面Ｆ１’）上における、地上１．２ｍの高さでの音圧レベルを算定することを想定して設定されている。具体的には、図１５に示すように、音源とＰ５〜Ｐ９とを各々結ぶ直線の延長線が測定面Ｆ１’と交わる点を各々Ｐ５’〜Ｐ９’とおくと、Ｐ１からの水平距離が、Ｐ５’まで５０ｍ、Ｐ６’まで６２．５ｍ、Ｐ７’まで７５ｍ、Ｐ８’まで１００ｍ、Ｐ９’まで１５０ｍとなるように、各々設定されている。

従前型のパンタグラフ遮音板（下部長さ（取り付け長さ）４ｍ、上部長さ２ｍ）１０１と、改良型つまりパンタグラフ遮音板２（取り付け長さは３ｍ，６ｍ，９ｍ，１２ｍの４種類）との、各測定点における測定値を、図１６に示す。測定値は、各測定点の直線補間により求め、特に点Ｐ５’〜点Ｐ９’における測定値については、各評価点と音源とを結ぶ直線が測定面Ｆ２と交わる点における騒音レベルを補間により求めた後、距離減衰補正を施して求めた。
この図より、測定点の位置によらず、パンタグラフ遮音板２の取り付け長さが長くなるに従い、騒音レベルが低下する傾向が確認できる。

音源プローブＧｍの正面に位置する測定点Ｐ１においては、取り付け長さ３ｍのパンタグラフ遮音板２の場合には、パンタグラフ遮音板１０１（従前型）に対して、上記（１）で述べた断面形状の検討結果と同様に騒音低減の効果が確認できる。しかし、測定点Ｐ２以遠（Ｐ２〜Ｐ９’）においては、従前型と殆ど差がないことがわかる。これは、パンタグラフ遮音板２の長手方向（前後）における両端部から回折した音による影響であると考えられる。加えて、この取り付け長さ３ｍの場合には、取り付け長さが６ｍ以上の場合と比較しても、全体的にレベルが高くなっている。
こうした結果から、３ｍの取り付け長さでは不十分であるといえる。

なお、パンタグラフ遮音板２のうちで取り付け長さが３ｍ及び６ｍ（改良型３ｍ及び改良型６ｍ）の場合には、レールの長手方向に少しずれた場所に、騒音レベルが高い場所（Ｐ３，Ｐ４，Ｐ７’，Ｐ８’等）があることがわかる。取り付け長さ３ｍの場合においては、図１７に示すように、音源がパンタグラフ遮音板２Ａ（２）から外れ直接音が到達する位置（図中における「上方回折無し」の範囲）と、奥に位置するパンタグラフ遮音板２の反射による音（反射音）が到達する位置（図中における「対面遮音板反射音有り」の範囲）とが重複する部分が、Ｐ３とＰ４との間にあるため、これらの点における騒音レベルが局所的に上昇したものと考えられる。

そして、取り付け長さ６ｍの場合においては、図１８に示すように、パンタグラフ遮音板２Ｂ（２）からの直接音と反射音とが重複する部分が、Ｐ６（Ｐ６’）とＰ７（Ｐ７’）との間にあるため、これらの点における騒音レベルが局所的に上昇したものと考えられる。しかし、このパンタグラフ遮音板２Ｂの場合には、パンタグラフ遮音板２Ａの場合よりも全体の騒音レベルは低減されており、直接音と反射音との重複による騒音レベルの上昇も、パンタグラフ遮音板２Ａの場合に比べて僅かである。

そして、図１９に示す取り付け長さ９ｍ（パンタグラフ遮音板２Ｃ（２））の場合、及び図２０に示す取り付け長さ１２ｍ（パンタグラフ遮音板２Ｄ（２））の場合においては、全体の騒音レベルはさらに低減されているとともに、直接音と反射音とが重複する部分がＰ８（Ｐ８’）よりも遠方となっているので、重複による騒音レベルの上昇もさらに小さくなっている。

こうしたことから、パンタグラフ遮音板２の取り付け長さを６ｍ以上に設定することによって、遮音性能をより向上させることができると考えられる。

（３）空力騒音の検討
集電系騒音を低減する上で、パンタグラフ遮音板による遮音性能の向上と共に、パンタグラフ遮音板自体から発生する空力騒音を低減しなければ、全体として騒音の低減を図ることはできない。そこで、パンタグラフ遮音板自体から発生する空力騒音について、１／５スケールの模型を用い、小型低騒音風洞試験装置にて空力騒音の測定・検討を行った。

測定においては、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、車体屋根Ｔｒｍ及びパンタグラフ遮音板からなる１／５スケールの模型を用いて、風速２４０ｋｍ／ｈ、２７５ｋｍ／ｈ、３００ｋｍ／ｈでの音圧レベル（騒音レベル）の測定を行った。具体的には、パンタグラフ遮音板の側面から１２００ｍｍ離れた位置にマイクを設置し、１／３オクターブバンドで３１５Ｈｚ〜２０ｋＨｚ（実車換算で６３Ｈｚ〜４ｋＨｚ）の周波数範囲で、図２１（ａ）〜（ｃ）に各々示す３種類のパンタグラフ遮音板から発生する空力騒音を、各々について測定した。

ここで用いた３種類のパンタグラフ遮音板とは、図２１（ａ）に示すパンタグラフ遮音板１０１（従前型）と、図２１（ｂ）及び（ｃ）に示す、前後両端部の傾斜角度を互いに変えている２種類のパンタグラフ遮音板２（改良型）である。
従前型のパンタグラフ遮音板１０１は、図２１（ａ）に示すように、長手方向における前後両側の端部１０１ｅ，１０１ｅをほぼ４５°傾斜させた形状とした。また、パンタグラフ遮音板２については、従前型とほぼ同じ面積となるように取り付け長さ３ｍ相当（実車換算）とした。そして、図２１（ｂ）に示すパンタグラフ遮音板２（図中の符号２Ａ_１）は、前後両側の端部２ｅ１をほぼ６０°傾斜させた形状とし、図２１（ｃ）に示すパンタグラフ遮音板２（図中の符号２Ａ_２）は、前後両側の端部２ｅ２をほぼ垂直（９０°）方向に延びるような形状とした。なお、パンタグラフ遮音板２Ａ_１，２Ａ_２については、空力騒音を低減するために、両側の端部２ｅ１，２ｅ２を面取りし翼型形状とする等の、端部加工を施した。

パンタグラフ遮音板無しの場合（暗騒音）と、３種類のパンタグラフ遮音板１０１，２Ａ_１，２Ａ_２自体から発生する空力騒音とを各々測定した結果を、図２２に示す。
パンタグラフ遮音板２Ａ_１の場合においては、実車換算で１６０Ｈｚ付近に大きなピークが発生して騒音レベルが高くなっているが、パンタグラフ遮音板２Ａ_２においては、こうしたピークは発生せず、従前型よりも空力騒音が低減している。このように、パンタグラフ遮音板２Ａ_１の方がパンタグラフ遮音板２Ａ_２よりも騒音レベルが高くなっているのは、傾斜した端部２ｅ１に沿って上昇した気流が、張り出した部分（傾斜板部２２や水平突出板部２４等）で大きく乱れたことによって、大きな空力騒音が発生したためと考えられる。

このような結果から、パンタグラフ遮音板２については、端部を垂直とすることで空力騒音を低減できることがわかる。そしてこの場合、端部２ｅ２を翼型形状とする等といった端部加工を施すことが好ましく、こうすることで空力騒音をより効果的に低減できるといえる。

本実施形態に係るパンタグラフ遮音板１〜５においては、車体Ｔの長手方向と直交する断面における、車体屋根Ｔｒとの取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて下側窪み部１Ｈ１〜５Ｈ１を、長手方向に延在するように形成しているとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む上側窪み部１Ｈ２〜５Ｈ２を、長手方向に延在するように形成している。このように、内側から外側に向けて窪む下側窪み部１Ｈ１〜５Ｈ１を、取付部分の近傍位置に形成しているので、左右両側のパンタグラフ遮音板間の定在波による影響と考えられる、特定周波数での遮音効果の低下を防止することができる。そして、外側から内側に向けて窪む上側窪み部１Ｈ２〜５Ｈ２を、上端部の近傍位置に形成しているので、上端部を回折した音と第２の窪み部で反射した音とが互いにうち消し合って、騒音レベルを更に低下させることができる。

また、パンタグラフ遮音板１においては、車体屋根Ｔｒから略垂直方向へと延びる垂直板部１１と、垂直板部１１から折曲し車体Ｔの内側へと傾斜して延びる傾斜板部１２と、傾斜板部１２から折曲し車体Ｔの外側に向けて略水平に突出する水平突出板部１３と、から構成し、下側窪み部１Ｈ１を、垂直板部１１と傾斜板部１２との内側の領域に形成するとともに、上側窪み部１Ｈ２を、傾斜板部１２の外側であって水平突出板部１３の下側の領域に形成するようにしている。このように、複数の板部の組み合わせによって、下側窪み部１Ｈ１及び上側窪み部１Ｈ２を形成するようにしているので、車体断面積をより小さくすることができるとともに、簡易な構成として軽量化を図りながら、パンタグラフ遮音板１の剛性を高めることができる。
また、パンタグラフ遮音板１を、従来型のように垂直な平板状とはしていないので、左右両側の遮音板間の定在波による影響と考えられる、特定周波数での遮音効果の低下を、より的確に防止することができる。

更に、水平突出板部１３の外側端部１３ｔを、車体Ｔの車両限界の内側であって車体側面Ｔｓの延長面Ｔｓ’上まで至るように形成しているので、パンタグラフ遮音板１上部における騒音の回折点を、より高くより外側の位置に来させることができ、遮音効果を更に高めることができる。

また、パンタグラフ遮音板２においては、車体屋根Ｔｒから略垂直方向へと延びる第１垂直板部２１と、第１垂直板部２１から折曲し車体Ｔの内側へと傾斜して延びる傾斜板部２２と、傾斜板部２２から折曲し略垂直方向へと延びる第２垂直板部２３と、第２の垂直板部２３から折曲し車体Ｔの外側に向けて略水平に突出する水平突出板部２４と、から構成し、下側窪み部２Ｈ１を、第１垂直板部２１と傾斜板部２２との内側の領域に形成するとともに、上側窪み部２Ｈ２を、傾斜板部２２と第２垂直板部２３との外側であって水平突出板部２４の下側の領域に形成するようにしている。このように、傾斜板部２２と水平突出板部２４との間に第２垂直板部２３を介在させているので、上側窪み部２Ｈ２をより深く掘った形状として大きくとることができ、遮音効果をより高めることができる。

更に、パンタグラフ遮音板２の取り付け長さを６ｍ以上に設定することによって、パンタグラフからの直接音と、奥に位置するパンタグラフ遮音板２からの反射音とが、重なることによる影響を低減することができるので、より遮音性能を向上させることができる。

更に、パンタグラフ遮音板２の長手方向両端部を、側面視略垂直方向に延びるように形成しているので、パンタグラフ遮音板２自体から発生する空力騒音を低減することができる。

本発明に係るパンタグラフ遮音板の設置可能範囲を示す、車体の断面図である。パンタグラフの音源位置を概略的に示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。音響シミュレーションの範囲を示す概略図である。（ａ）は従前型のパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。（ａ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板を車体に取り付けた状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す断面図である。評価点における周波数分布を示すグラフである。評価点における周波数分布を示すグラフである。軌道中心から３０ｍまでの領域における音圧レベル分布をシミュレーションした結果を示す図である。軌道中心から３０ｍまでの領域における音圧レベル分布をシミュレーションした結果を示す図である。音響実験において使用した車両模型の概略斜視図である。各測定点の配置及び実車換算位置を示す平面図である。パンタグラフ遮音板の各取り付け長さと各測定点における騒音レベルとの関係を示すグラフである。図１４に示した車両模型における平面音線図である。同車両模型における平面音線図である。同車両模型における平面音線図である。同車両模型における平面音線図である。（ａ）は従前型のパンタグラフ遮音板の概略側面図、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るパンタグラフ遮音板の概略側面図である。パンタグラフ遮音板自体から発生する空力騒音の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１，２，３，４，５パンタグラフ遮音板（遮音板、車両用集電装置の遮音板）
１Ｈ１，２Ｈ１，３Ｈ１，４Ｈ１，５Ｈ１下側窪み部（第１の窪み部）
１Ｈ２，２Ｈ２，３Ｈ２，４Ｈ２，５Ｈ２上側窪み部（第２の窪み部）
１１垂直板部
２１，３１，４１，５１第１垂直板部（第１の垂直板部）
１２，２２，３２，４２，５２傾斜板部
２３，３３，４３，５３第２垂直板部（第２の垂直板部）
１３，２４，３４，４４，５４水平突出板部
１３ｔ，２４ｔ，３４ｔ，４４ｔ，５４ｔ外側端部
２ｅ２端部
Ｔ車体
Ｔｒ車体屋根
Ｔｓ車体側面
Ｔｓ’ 延長面
Ｇパンタグラフ（車両用集電装置）

Claims

車両用集電装置の側方の車体屋根に取り付けられ、前記車体の長手方向に所定長さ延在して前記車両用集電装置から発生する騒音を遮蔽する遮音板であって、
前記車体の長手方向と直交する断面における、前記車体屋根との取付部分の近傍位置に、内側から外側に向けて窪む第１の窪み部が長手方向に延在するように形成されているとともに、上端部の近傍位置に、外側から内側に向けて窪む第２の窪み部が長手方向に延在するように形成されていることを特徴とする車両用集電装置の遮音板。
前記遮音板は、
前記車体屋根から略垂直方向へと延びる垂直板部と、
該垂直板部から折曲し前記車体の内側へと傾斜して延びる傾斜板部と、
該傾斜板部から折曲し前記車体の外側に向けて略水平に突出する水平突出板部と、
から構成され、
前記第１の窪み部は、前記垂直板部と前記傾斜板部との内側に形成されているとともに、前記第２の窪み部は、前記傾斜板部の外側であって前記水平突出板部の下側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用集電装置の遮音板。
前記遮音板は、
前記車体屋根から略垂直方向へと延びる第１の垂直板部と、
該垂直板部から折曲し前記車体の内側へと傾斜して延びる傾斜板部と、
該傾斜板部から折曲し略垂直方向へと延びる第２の垂直板部と、
該第２の垂直板部から折曲し前記車体の外側に向けて略水平に突出する水平突出板部と、
から構成され、
前記第１の窪み部は、前記第１の垂直板部と前記傾斜板部との内側に形成されているとともに、前記第２の窪み部は、前記傾斜板部と前記第２の垂直板部との外側であって前記水平突出板部の下側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用集電装置の遮音板。
前記水平突出板部は、その外側端部が、前記車体の車両限界の内側であって該車体の側面の延長面上まで至るように形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の車両用集電装置の遮音板。
前記遮音板の取り付け長さが６ｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の車両用集電装置の遮音板。
前記遮音板の長手方向両端部は、側面視略垂直方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の車両用集電装置の遮音板。