JP3396103B2 - パンタグラフ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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を接触させて集電し、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
フは、舟体を支える支持部材の構造によって、ひし形パ
ンタグラフ、シングルアームパンタグラフ、Ｚ形パンタ
グラフなどがある。

【０００３】また、特開平５−３００６０４において、
Ｔ字形パンタグラフについての技術が開示されている。
Ｔ字形パンタグラフは、長さが可変の支持部材が、車両
の屋根に鉛直に取付けられ、舟体を鉛直方向下方から支
持する構成を有する。

【０００４】さらにまた、特開平１−１３８９０４にお
いて、Ｚ形パンタグラフについての技術が開示されてい
る。Ｚ形パンタグラフは、中央部で「く」の字状に屈曲
する、たとえば平行な２本の棒状部材を含む支持部材の
一端が、台枠、ガイシを介して車両の屋根に取付けら
れ、他端に舟体が車両屋根に平行になるように接続され
て、舟体を支持する構成を有する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、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んでい
る。同時に、速度上昇に伴い増加する騒音を減少させる
ための技術が考案され、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、車両の改良などが多く行
われている。

【０００６】一般的に、車両の騒音源としては、機器の
機械騒音、空力音、集電系音、および車輪の転動音など
が挙げられる。特に、車両速度が高速になると、空力音
が著しく大きくなるため、空力音を極力減少させること
が必要とされる。空力音の音源としては、車両表面の凹
凸や段差、車両床下に配置される機器や台車、および車
両屋根に設けられるパンタグラフなどが挙げられる。

【０００７】特に、パンタグラフは車両屋根上から飛び
出して配設されるために、走行中に大きな風圧を受け、
騒音の原因の１つとなっている。

【０００８】本発明の目的は、車両走行時に発生する騒
音を減少させることができる、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】本発明は、車体上に露出
する舟体および上下の支持部材を含み、上下の支持部材
間の連結部を屈曲させて、上側の支持部材の頂部で支え
る舟体を昇降変位させるパンタグラフにおいて、上下の
支持部材および連結部の進行方向に垂直な平面への投影
形状は、水平方向の幅が鉛直方向に沿って等しくなるよ
うに形成されていることを特徴とするパンタグラフであ
る。また本発明は、上下の支持部材間の前記連結部に
は、上支持部材と下支持部材とをピン結合させる連続部
材が設けられ、連続部材を含む前記投影形状の輪郭が平
滑であることを特徴とする。また本発明は、前記上下の
支持部材は、それぞれ中空に形成され、各支持部材の内
部に前記舟体を昇降変位の際、所定姿勢を維持する補助
リンクが収納されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、パンタグラフは、舟体を上下
の支持部材を連結した部材によって支持し、前記上下の
支持部材間の連結部を屈曲させることによって、前記舟
体を昇降変位させる。パンタグラフを取り付けた車両の
進行方向に垂直な平面への前記パンタグラフの投影像
は、水平方向の幅が鉛直方向に沿って極力変化しないよ
うに、すなわち前記幅が等しくなるように形成されてい
る。これによって、パンタグラフの空気の乱れを減少さ
せることができるので、車両走行中に発生する騒音を低
減することができる。

【００１１】また本発明に従えば、前記上下の支持部材
は、連続部材を介してピン結合されている。前記連続部
材および前記上下の支持部材を含むパンタグラフは、前
記平面への投影像の輪郭が平滑であるように形成され
る。これによって、さらにパンタグラフから発生する騒
音を低減することができる。

【００１２】また本発明に従えば、前記舟体を昇降変位
の際、所定の姿勢を維持する補助リンクは、中空に形成
された上下の支持部材内に収納される。これによって前
記舟体を所定姿勢に維持し、かつ、パンタグラフの空気
の乱れを、支持部材の外側に補助リンクが形成された舟
体支持装置よりも減少させ、騒音の低減を図ることがで
きる。

【００１３】

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるパンタグラ
フ１の構成を示す正面図である。図２は図１のパンタグ
ラフ１の左側面図である。図３は図１のパンタグラフ１
の平面図である。

【００１５】パンタグラフ１は、移動体、たとえば車両
２の屋根上に電気絶縁用のガイシ３を介して固定され
る。パンタグラフ１は枠４、支持部材５、舟体支持部材
６、および舟体７を含んで構成される。

【００１６】パンタグラフ１はガイシ３を介して、車両
２屋根上に固定される。また枠４には、舟体７を昇降さ
せるために、ばねなどで構成される昇降装置８が取付け
られている。

【００１７】支持部材５は上部支持部材９、下部支持部
材１０、および補助リンク１１，１２から成るリンク機
構を有する。上部支持部材９および下部支持部材１０
は、管状の部材で実現される。舟体を昇降変位の際、所
定の姿勢を維持する補助リンク１１，１２はそれぞれ上
部支持部材９および下部支持部材１０内部に収容され
る。また補助リンク１１，１２は、上部支持部材９およ
び下部支持部材１０に対して、矢符１８で示す車両の進
行方向の下流側であり、前記進行方向に垂直な平面への
上部支持部材９および下部支持部材１０の投影像の輪郭
の内側、すなわち図２に示す左側面から見て、上部支持
部材９および下部支持部材１０に隠される位置に配置さ
れていてもよい。

【００１８】上部支持部材９および下部支持部材１０
は、下部支持部材１０上端に固定される連続部材１３を
介して角変位自在にピン結合され、屈曲自在な１本の棒
状部材を形成する。上部支持部材９および下部支持部材
１０の連結部は、保護カバー１４で覆われて保護されて
いる。保護カバー１４のうち、上部支持部材９および下
部支持部材１０間の部分１４ａは、パンタグラフ１の折
りたたみに支障なきよう柔軟に形成される。

【００１９】支持部材５は前記投影像の水平方向の幅の
変化量が、鉛直方向に沿って少ないように、すなわち前
記投影像の輪郭が、できるだけ平滑になるように形成さ
れる。前記水平方向の幅は、鉛直方向に沿って等しい。
すなわち、前記投影像はたとえば長方形である。

【００２０】支持部材５は、その一端が枠４の固定部材
１５に角変位自由に取付けられる。また支持部材５の他
端には、舟体支持部材６が角変位自由に取付けられる。
支持部材５は、舟体支持部材６を介して、舟体７の中央
部に接続されて舟体を支持する。また支持部材５は、前
記連結部を屈曲させて、舟体７を昇降させる。

【００２１】舟体７は、架線１６と接触して、集電を行
う。舟体７の姿勢を所定姿勢に保つことによって、空気
の乱れを少なくし舟体７の架線への追従性を高め、集電
効果を高くすることができる。

【００２２】パンタグラフ１は図１の２点鎖線１７に示
す、支持部材５を折りたたんだ状態から、昇降装置８の
ばねの力で実線で示す状態まで舟体７を上昇させ、その
ばねの力を保持して架線に舟体７を押付け集電してい
る。

【００２３】本実施例のパンタグラフによって生じる騒
音の騒音レベルを測定するために、縮尺１／５の模型を
用いて騒音計測を行った。図４および図５は本計測で用
いた模型の正面図および側面図である。

【００２４】図４（１）は本発明のパンタグラフの縮尺
１／５の模型の正面図である。図４（２）は図４（１）
の模型の左側面図である。

【００２５】本模型は、基板２１上に管状の下部支持部
材２２の一端２２ａが、角度θを成して接続される。下
方支持部材２２の他端２２ｂと、管状の上部支持部材２
３の一端２３ａとが連続部材２４を介し、上部支持部材
２３および下部支持部材２２の各中心軸２６，２７が角
度φを成すように接続される。上部支持部材２３の他端
２３ｂには、舟体支持部材２５が連続部材２８を介して
取付けられている。また上部支持部材２３の一端２３ａ
と下部支持部材２２の他端２２ｂとの間、および上部支
持部材２３の他端２３ｂと舟体支持部材２５との間の隙
間は、粘土２９で塞がれている。図中の斜線は粘土２９
が埋込まれている領域を示す。舟体支持部材２５上に、
図示しない舟体が、その長手方向が上部支持部材２３お
よび下部支持部材２２の長手方向と垂直に取付けられ
る。

【００２６】図５（１）は、本発明のパンタグラフの縮
尺１／５の模型の正面図である。図５（２）は、図５
（１）の模型の側面図である。図５（３）は、図５
（１）の模型の部分平面図である。

【００２７】基板３１には、下部支持部材３２の一端３
２ａが角度θを成して接続される。下部支持部材３２の
一端３２ｂと上部支持部材３３の一端３３ａとは、連続
部材３４を介し、各中心軸３７，３６が角度φを成すよ
うに接続される。前記上部支持部材３３の一端３３ａと
下部支持部材３２の他端３２ｂとの隙間は、粘土３９で
塞がれている。上部支持部材３３の他端３３ｂには、舟
体支持部材３５が連続部材３８を介して接続されてい
る。また前記上部支持部材３３の他端３３ｂと舟体支持
部材３５との隙間も、粘土３９で塞がれている。図中の
斜線は、粘土３９が埋込まれている領域を示す。

【００２８】上部支持部材３３および下部支持部材３２
は、同直径の管状の部材で形成される。舟体支持部材３
５もまた前記上部支持部材３３および下部支持部材３２
と同じ幅に形成される。連続部材３４，３８は、下部支
持部材３２、上部支持部材３３および舟体支持部材３５
に埋込まれるように配置される。本模型の左側方面への
投影像の水平方向の幅は、鉛直方向に沿って等しい。

【００２９】図６は模型を用いた騒音計測を行う計測装
置の正面図である。図７は図６の計測装置の平面図であ
る。図８は図６の計測装置の右側面図である。

【００３０】平坦な地面板４１の中央に、模型４２が設
置される。図６では左側に、風を発生させ、その風速と
方向などを制御する風洞４６が設けられる。風洞４６か
ら風が矢符４５方向、図６では右方向に吹き出す。矢符
４５方向は、前述したパンタグラフを取付けた車両の進
行方向と逆向している。模型４２は、支持部材４３の長
手方向が矢符４５で示す風の向きと平行であり、舟体４
４の長手方向が風の向きと垂直になるように配置され
る。模型４２は風洞４６から距離Ｄ１だけ離して設置さ
れる。

【００３１】また本計測装置では、騒音を集音するため
のマイク４７が設けられる。マイク４７は、模型４２の
舟体４４の長手方向の中心軸線４８に一致するように設
置される。またマイク４７は模型４２の舟体４４と同等
の高さに設けられ、かつ支持部材４３から距離Ｄ２だけ
離して設けられる。マイク４７で集音された騒音は、音
波の周波数毎に騒音レベルが計測される。

【００３２】この計測装置で計測された騒音レベルは、
以下の手順に従って補正され、実際の車両に設置される
パンタグラフから発生する騒音レベルに推定換算され
る。

【００３３】まず、計測に用いるマイクの器差を補正す
る。たとえば１０ｋＨｚのマイクの器差が１．０ｄＢで
あるときは、計測結果である騒音レベルからこの器差を
減算して補正する。

【００３４】次いで発生した騒音の周波数を補正する。
実際の車両から発生する騒音の音波の周波数である実車
周波数と、模型から発生する騒音の音波の周波数である
模型計測周波数との間には、次式が成立つと考えられ
る。

【００３５】 （実車周波数）＝（模型計測周波数）×（模型縮尺） …（１） たとえば模型縮尺が１／５で、計測した騒音の模型計測
周波数が１０ｋＨｚであるときは、騒音の実車周波数ｆ
０は、以下の式で求められる。

【００３６】 ｆ０＝１０ｋＨｚ×（１／５）＝２ｋＨｚ …（２） 続いて寸法補正値、計測位置補正値、および特性周波数
補正値を前記補正を行った騒音レベルに加算して補正す
る。

【００３７】寸法補正値は、音の放射面積の差異に関す
る補正値である。模型を用いた騒音計測においては、実
際の車両と模型との寸法の違いによって、音の放射面積
が変わる。前記寸法補正値は次式で決定される。

【００３８】 寸法補正値＝２０・log（１／模型縮尺） 〔ｄＢ〕 …（３） 計測位置補正値は、音源からの距離に関する補正値であ
る。騒音の音波の騒音レベルは騒音の音源からの距離の
２乗に反比例して小さくなる。計測位置補正値は次式で
決定される。

【００３９】 計測位置補正値＝２０・log (模型計測時計測位置／実車計測位置) [ｄＢ] …（４） 実車計測位置を図９に示す。実車計測位置５１は、車両
中心、すなわちパンタグラフ５２の中心である中心軸５
３から距離Ｄ３だけ隔てた位置であり、パンタグラフ５
２の舟体と平行な高さに設定される。また実際の騒音計
測時の計測位置５５は、地表面から高さＤ４だけ隔てた
位置で、前記中心軸５３から距離Ｄ３だけ隔てた位置で
あり、かつ線路中心５６から距離Ｄ５だけ隔てた位置で
ある。

【００４０】特性周波数補正値は、人の聴覚において周
波数の違いに応じて騒音レベルの感じ方が異なることを
考慮して、前記計測装置の計測結果を人の聴覚の感じ方
に一致させるための補正値である。人が音の大小を感じ
るときには、騒音レベルの大小だけでなく、音の高低、
すなわち周波数の高低も関係する。ある周波数のある音
圧レベルの音と同じ大きさに感じられる他の周波数の音
圧レベルを結んだ曲線を音の等感曲線という。特性周波
数補正値はＡ，Ｂ，Ｃの３種類があり、それぞれ４０，
７０および８０ホン以上の等感曲線に対応するように計
測結果を補正する補正値である。本件では、人の聴覚に
最も近いと言われているＡ特性周波数補正値を用いて補
正を行う。

【００４１】図１０は、図４および図５に示す模型を用
い、図６〜図８に示す計測装置を用いて行った騒音計測
の結果を示すグラフである。縦軸は前述した補正を行っ
て推定換算した騒音の騒音レベル、横軸は騒音の音波の
実車周波数である。風速は６０ｍ／ｓとした。１点鎖線
５９は、図４の模型を用いて計測し推定換算した騒音レ
ベルである。実線６０は、図５の模型を用いて計測し推
定換算した騒音レベルである。

【００４２】騒音の音波の実車周波数が１００〜１００
００Ｈｚの範囲では、風の方向に垂直な面への投影像の
輪郭が平滑であり、支持部材の投影像の幅が鉛直方向に
沿って等しい図５の模型によって生じた騒音の騒音レベ
ルは、連続部材などのでっぱりがある図４の模型によっ
て生じた騒音レベルよりも低い。図５の模型によって生
じた騒音の騒音レベルは、図４の模型によって生じた騒
音の騒音レベルと比較して、全体として約３ｄＢ（Ａ）
低減している。

【００４３】この結果から、前記投影像の輪郭が平滑で
あるほど騒音の騒音レベルを低減することができること
がわかる。すなわち、本発明のパンタグラフは、従来技
術のパンタグラフのように、前記面への投影形状が平滑
でないような、たとえば平行な２本の棒状部材から構成
されるパンタグラフと比較して、車両走行中に発生する
騒音の騒音レベルを低減することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、パンタグ
ラフの支持部材は、進行方向に垂直な平面に投影した投
影像の水平方向の幅の変化量が鉛直方向に沿って等し
い。すなわちパンタグラフの側表面に凹凸が少なく、空
気の乱れを減少させることができる。したがって、パン
タグラフを音源とする空力音を減少させることができ
る。

【００４５】また本発明によれば、パンタグラフの補助
リンクは中空状の上下の支持部材内に収容されている。
またパンタグラフは、投影像の輪郭からはみださない大
きさの舟体支持部材を備えている。これによって、舟体
を所定姿勢に保つと同時に、空気の乱れを減少させるこ
とができる。したがって架線に舟体を押し付ける力にバ
ラツキが少なくなり、離線を防止することができる。し
たがってスパーク音等の騒音も減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるパンタグラフ１の正面
図である。

【図２】図１のパンタグラフ１の左側面図である。

【図３】図１のパンタグラフ１の平面図である。

【図４】騒音計測を行うパンタグラフの模型の正面図お
よび側面図である。

【図５】騒音計測を行うパンタグラフの模型の正面図お
よび側面図ならびに部分平面図である。

【図６】騒音計測の計測装置の簡略化した正面図であ
る。

【図７】図６の計測装置の簡略化した平面図である。

【図８】図６の計測装置の簡略化した右側面図である。

【図９】実車計測位置を説明するための模式図である。

【図１０】騒音の音波の実車周波数に対する騒音レベル
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ パンタグラフ ２ 車両 ３ ガイシ ４ 枠 ５ 支持部材 ６ 舟体支持部材 ７ 舟体 ８ 昇降装置 ９ 上部支持部材 １０ 下部支持部材 １１，１２ 補助リンク １３ 連続部材 １４ 保護カバー １５ 固定部材 １６ 架線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 満治 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (72)発明者 石原 国彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 志子田 繁一 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (72)発明者 中嶋 勝己 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工 業株式会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 平７−322409（ＪＰ，Ａ) 実公 昭51−12803（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 5/00 - 5/42 B61D 49/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体上に露出する舟体および上下の支持
   部材を含み、上下の支持部材間の連結部を屈曲させて、
   上側の支持部材の頂部で支える舟体を昇降変位させるパ
   ンタグラフにおいて、 上下の支持部材および連結部の進行方向に垂直な平面へ
   の投影形状は、水平方向の幅が鉛直方向に沿って等しく
   なるように形成されていることを特徴とするパンタグラ
   フ。
2. 【請求項２】 上下の支持部材間の前記連結部には、上
   支持部材と下支持部材とをピン結合させる連続部材が設
   けられ、 連続部材を含む前記投影形状の輪郭が平滑であることを
   特徴とする請求項１記載のパンタグラフ。
3. 【請求項３】 前記上下の支持部材は、それぞれ中空に
   形成され、各支持部材の内部に前記舟体を昇降変位の
   際、所定姿勢を維持する補助リンクが収納されることを
   特徴とする請求項１または２記載のパンタグラフ。