JP5827744B2 - パンタグラフ装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の屋根部に設けられ、地上の架線設備より鉄道車両に給電するためのパンタグラフ装置に関する。

鉄道車両の屋根部には、地上の架線設備より鉄道車両に給電するためのパンタグラフ装置が設けられる。このパンタグラフ装置は、架線設備に接触して電力を取り出す舟体と、舟体を高さ調整可能に支持する主枠と、主枠を支持する台枠と、台枠を鉄道車両の屋根部に対して絶縁状態で固定する碍子とを備えている。

ところで、新幹線等のように鉄道車両の高速化が進む近年、鉄道車両の走行時に発生する風切り音が周辺環境に与える影響が深刻になりつつある。そして、風切り音の発生源の一つとしてパンタグラフ装置が挙げられることが従来知られている。そこで、パンタグラフ装置から発生する風切り音を低減する手段として、碍子の形状を空気抵抗の少ない形状とする方法が従来提唱されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。

図７（ａ）は、従来のパンタグラフ装置５０を示す概略正面図である。このパンタグラフ装置５０は、いわゆる新在直通車に装備される。ここで、新在直通車とは、新幹線と在来線の両方を走行可能な鉄道車両である。パンタグラフ装置５０は、新在直通車の屋根部に取り付けられる一対の碍子５１と、これら碍子５１によって両端部を支持される台枠５２と、この台枠５２によって基端部５３ａが支持されて中間部で折り畳み可能な主枠５３と、この主枠５３の先端部５３ｂに支持された舟体５４とを備えている。そして、このように構成されるパンタグラフ装置５０によれば、舟体５４が地上の架線設備に接触することにより、架線設備から新在直通車に対して給電される。

ここで、新在直通車は、新幹線だけでなく在来線も走行する必要があるため、在来線の車両限界の制約が課せられる。すなわち、新在直通車は、在来線を走行する全ての鉄道車両が守るべく定められた車両の大きさの限界範囲を越えないことが要求される。そして、車両限界の一つとして、主枠５３を折り畳んだ時にパンタグラフ装置５０の最上部に位置する舟体５４の高さ位置が所定の高さ以内であることが要求される。そこで、図７（ａ）に示すように、台枠５２の底面５５において一対の碍子の間に位置する部分５５ａを、碍子に固定された部分５５ｂと比較して段落ちして形成している。このような台枠５２の底面形状によれば、主枠５３の基端部５３ａの取り付け位置が段落ち分だけ低くなるため、舟体５４の高さ位置を低く抑えることができる。

日本国特許第３３１９６６３号公報 日本国特許第３６４０１９２号公報

しかし、図７（ａ）に示す従来のパンタグラフ装置５０では、新在直通車の走行時に碍子５１の付近から風切り音が発生しやすいという問題がある。より詳細に説明すると、パンタグラフ装置５０は台枠５２の底面５５において一対の碍子の間に位置する部分５５ａが、碍子５１に固定された部分５５ｂと比較して段落ちして形成されている。従って、台枠５２の底面５５には、碍子５１に近接した位置に角部５６が形成されている。これにより、図７（ｂ）に示すように、新在直通車の走行時に走行方向と逆向きに生じる走行気流５７は、台枠５２の底面５５に形成された角部５６に衝突することによってその一部が剥離する。そして、走行気流５７から剥離したこの剥離流５８が走行方向後方側の碍子５１に衝突することにより、碍子５１の付近において風切り音が発生する。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、新在直通車において舟体の高さ位置を車両限界の範囲内に収めながら、碍子の付近における風切り音の発生を低減する手段を提供する。

本発明に係るパンタグラフ装置は、鉄道車両の屋根部に設けられ、地上の架線設備より鉄道車両へ給電するためのパンタグラフ装置であって、鉄道車両の屋根部に取り付けられる絶縁部材と、前記絶縁部材によって支持される台枠と、前記台枠に取り付けられて上方へ延びる主枠と、前記主枠に支持されて架線設備から電力を取り込む舟体と、前記台枠に設けられる騒音低減用アタッチメントと、を備え、前記台枠の底面は、前記絶縁部材によって下方から支持される被支持部と、鉄道車両の走行方向に向かって前記絶縁部材より前方に位置し前記被支持部より段落ちして形成された段落ち部と、前記被支持部と前記段落ち部とを接続し走行方向に対して傾斜する傾斜部とを有し、前記騒音低減用アタッチメントは、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から走行方向後方に延び、前記段落ち部に対して前記傾斜部よりも大きい角度をなすようにして、走行方向に対して傾斜する緩傾斜底面を有する。

このような構成によれば、緩傾斜底面と段落ち部とがなす角度は、傾斜部と段落ち部とがなす角度と比較してより大きい角度となる。従って、走行方向と逆向きに生じる走行気流は、緩傾斜底面と段落ち部とによって形成される角部に衝突した場合、傾斜部と段落ち部とによって形成される角部に衝突する場合と比較すると、剥離が生じにくい。これにより、剥離流が走行方向後方側の碍子に衝突することで生じる風切り音を低減することができる。

また、本発明に係るパンタグラフ装置は、前記騒音低減用アタッチメントの前記緩傾斜底面が、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から、前記被支持部まで延びてもよい。

このような構成によれば、簡略な構成により、緩傾斜底面と段落ち部とがなす角度を、傾斜部と段落ち部とがなす角度と比較してより大きい角度にすることができる。

また、本発明に係るパンタグラフ装置は、前記絶縁部材が、絶縁性を有する本体部と、前記本体部の頂部に設けられて前記台枠の前記被支持部を下方から支持する金属部材とを有し、前記騒音低減用アタッチメントの前記緩傾斜底面が、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から、前記金属部材における前記台枠の傾斜部側の端部まで延びてもよい。

このような構成によれば、絶縁部材の本体部に対して騒音低減用アタッチメントが接触しないので、絶縁部材の絶縁性が騒音低減用アタッチメントによって損なわれない。

本発明に係るパンタグラフ装置によれば、新在直通車において舟体の高さ位置を車両限界の範囲内に収めながら、碍子の付近における騒音の発生を低減することができる。

本発明の第一実施形態に係るパンタグラフ装置を示す概略正面図である。 本発明の第一実施形態に係るパンタグラフ装置を構成する碍子を示す概略斜視図である。 本発明の第一実施形態に係るパンタグラフ装置を構成する台枠を底面側から見た概略斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るパンタグラフ装置を示す概略正面図である。 本発明の第二実施形態に係るパンタグラフ装置を構成する台枠を底面側から見た概略斜視図である。 隙間埋め用アタッチメントを説明する図であって、パンタグラフ装置の概略底面図である。 従来のパンタグラフ装置を示す図であり、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は碍子の付近で発生する騒音を説明する説明図である。

（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一実施形態に係るパンタグラフ装置の構成について説明する。本実施形態では、新幹線と在来線の両方を走行可能な新在直通車に装備されるパンタグラフ装置について説明する。図１は、第一実施形態に係るパンタグラフ装置１０を示す概略正面図である。

パンタグラフ装置１０は、図１に示すように、所定間隔だけ離間した一対の碍子１１（絶縁部材）と、一対の碍子１１によって下方から支持された台枠１２と、台枠１２に対して基端部１３２が固定された主枠１３と、主枠１３の先端部１３３に支持された舟体１４と、台枠１２の底面１２１における長手方向両端部にそれぞれ取り付けられた一対の騒音低減用アタッチメント１５とを備えている。

碍子１１は、主枠１３、舟体１４、及び台枠１２と新在直通車の車両本体（不図示）とを電気的に絶縁する。図２は、碍子１１の構成を示す概略斜視図である。碍子１１は、磁器等からなる断面略楕円形状の碍子本体１１１（本体部）と、この碍子本体１１１の下面に固定された断面略矩形の取付板１１２と、碍子本体１１１の上面に固定された断面略楕円形状の金属部材１１３とを有している。そして、このように構成される２個の碍子１１が、車両本体の屋根部の上に所定間隔で配置され、図に詳細は示さないが、その取付板１１２がボルト等を介して屋根部に対してそれぞれ固定されている。

舟体１４及び主枠１３は、地上の架線設備から電力を取り込む。主枠１３は、図１に示すように、その長手方向中間部に設けられた中間ヒンジ１３１を支点として曲折可能とされ、その基端部１３２が、台枠１２の長手方向中間部に対して回動可能に取り付けられている。これにより、主枠１３は、その先端部１３３に支持された舟体１４が架線設備に接触することで電力が供給されるとともに、折り畳まれて舟体１４が架線設備から離れることで電力の供給が停止する。

台枠１２は、主枠１３を支持する。図３は、第一実施形態の台枠１２を底面１２１側から見た概略斜視図である。台枠１２は、金属板を曲げ加工等することで形成した長手部材である。この台枠１２は、図１及び図３に示すように、その外側面のうち上面１２２及び側面１２３が流線形状に形成されるよう、風防カバー１２ａで覆われている。これにより、新在直通車の走行時に走行方向と逆向きに生じる走行気流Ｋが台枠１２に衝突した際に、風切り音の発生が低減される。

また、台枠１２の外側面のうち底面１２１は、図１及び図３に示すように、長手方向両端部にそれぞれ設けられた一対の被支持部１２１ａと、長手方向中央部に設けられた段落ち部１２１ｂと、段落ち部１２１ｂと一対の被支持部１２１ａとの間に設けられた一対の傾斜部１２１ｃとを有している。

一対の被支持部１２１ａは、一対の碍子１１によって支持される。これら被支持部１２１ａは、図１及び図３に示すように、台枠１２の長手方向に略平行して延び、且つ、同一直線上に位置しないよう長手方向に略直交する幅方向へ若干ずらすことで千鳥配置されている。これにより、上流側の碍子１１に衝突して乱れた走行気流Ｋの下流側の碍子１１への衝突が防止されている。そして、このように構成される一対の被支持部１２１ａに対し、前記一対の碍子１１を構成する金属部材１１３がそれぞれ固定されている。

段落ち部１２１ｂは、前記主枠１３の基端部１３２が取り付けられる。この段落ち部１２１ｂは、図１及び図３に示すように、台枠１２の長手方向に略平行して延び、且つ、一対の被支持部１２１ａから所定距離だけ離間するように形成されている。そして、このように構成される段落ち部１２１ｂに対し、主枠１３の基端部１３２が回動可能に取り付けられている。

一対の傾斜部１２１ｃは、段落ち部１２１ｂと被支持部１２１ａとを接続する。これら一対の傾斜部１２１ｃは、図１及び図３に示すように、被支持部１２１ａの内側端部と段落ち部１２１ｂの外側端部とを接続してそれぞれ設けられている。これにより、傾斜部１２１ｃは、正面視で被支持部１２１ａから段落ち部１２１ｂへ向かって下向きに傾斜することにより、台枠１２の長手方向と所定角度をなしている。また、この傾斜部１２１ｃと段落ち部１２１ｂとが接続する箇所には、角部１６が形成されている。

一対の騒音低減用アタッチメント１５は、台枠１２の底面１２１形状を変化させる。この騒音低減用アタッチメント１４は、図１及び図３に示すように、台枠１２の底面１２１における傾斜部１２１ｃに当接する傾斜部当接面１５１と、同じく台枠１２の底面１２１における被支持部１２１ａに当接する被支持部当接面１５２と、傾斜部当接面１５１の先端から被支持部当接面１５２の先端へ延びる緩傾斜底面１５３とを有している。

ここで、図１及び図３に示すように、正面視における傾斜部当接面１５１の長さ寸法は、正面視における傾斜部１２１ｃの長さ寸法と略等しく設定されている。また、正面視における被支持部当接面１５２の長さ寸法は、正面視における被支持部１２１ａの長さ寸法より若干短く設定されている。更に、正面視において傾斜部当接面１５１と被支持部当接面１５２とのなす角度は、正面視において傾斜部１２１ｃと被支持部１２１ａとのなす角度に略等しく設定されている。尚、正面視における被支持部当接面１５２の長さ寸法を、正面視における被支持部１２１ａの長さ寸法と略等しい大きさに設定してもよい。

また、図３に示すように、騒音低減用アタッチメント１５には、碍子１１を構成する金属部材１１３に略等しい断面形状の切り欠き１５４が形成されている。これにより、碍子１１との干渉を避けながら、騒音低減用アタッチメント１５を台枠１２に取り付けることができる。更に、騒音低減用アタッチメント１５は、図３に示すように、その中央部で２分割されることにより、第一アタッチメント１５Ａと第二アタッチメント１５Ｂとから構成される。このような構成によれば、碍子１１の上に固定された台枠１２に対して後付けで騒音低減用アタッチメント１５を取り付ける場合に、例えば第一アタッチメント１５Ａを図３に向かって紙面手前側から取り付けるとともに、第二アタッチメント１５Ｂを紙面奥側から取り付ければよい。これにより、碍子１１の存在に拘らず、騒音低減用アタッチメント１５を台枠１２に対して容易に取り付けることができる。

このように構成される騒音低減用アタッチメント１５は、図１に示すように、その傾斜部当接面１５１を傾斜部１２１ｃに当接させるとともに、その被支持部当接面１５２を被支持部１２１ａに当接させることにより、台枠１２の底面１２１に取り付けられる。そしてこの時、騒音低減用アタッチメント１５の緩傾斜底面１５３は、角部１６から被支持部１２１ａに向かって延び、その緩傾斜底面１５３と段落ち部１２１ｂとがなす角度θ１は、傾斜部１２１ｃと段落ち部１２１ｂとがなす角度θ２と比較してより角度が大きくなっている。従って、走行方向と逆向きに生じる走行気流Ｋは、緩傾斜底面１５３と段落ち部１２１ｂとによって形成される角部１７に衝突した場合、傾斜部１２１ｃと段落ち部１２１ｂとによって形成される角部１６に衝突する場合と比較すると、剥離が生じにくい。これにより、剥離流が走行方向後方側の碍子１１に衝突することで生じる風切り音を低減することができる。

ここで、緩傾斜底面１５３が段落ち部１２１ｂと同一平面を形成する場合、走行気流Ｋは最も剥離しにくい。しかし、この場合、走行気流Ｋが碍子１１に衝突した時に碍子１１の裏側に生じるカルマン渦は、碍子１１の高さ方向に亘って一様になるため、同位相の渦同士が増幅し合うことによって風切り音が大きくなりやすい。一方、本実施形態のように緩傾斜底面１５３が段落ち部１２１ｂに対して若干傾斜している場合、走行気流Ｋが碍子１１に衝突した時に碍子１１の裏側に生じるカルマン渦は、碍子１１の高さ方向で不均一になるため、位相の揃った同位相の強い渦が発生しにくくなることによって風切り音が小さくなるという利点がある。

また、図１に示すように、騒音低減用アタッチメント１５は、碍子１１を構成する金属部材１１３に接触することはあるものの、碍子１１を構成する碍子本体１１１に接触することはない。これにより、騒音低減用アタッチメント１５の存在によって碍子１１の絶縁性が損なわれることはない。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係るパンタグラフ装置について説明する。第二実施形態に係るパンタグラフ装置も、新在直通車に装備される。図４は、第二実施形態に係るパンタグラフ装置２０を示す概略正面図である。

パンタグラフ装置２０は、図４に示すように、所定間隔だけ離間した一対の碍子１１（絶縁部材）と、一対の碍子１１によって下方から支持された台枠１２と、台枠１２に対して基端部１３２が固定された主枠１３と、主枠１３の先端部１３３に支持された舟体１４と、台枠１２の底面１２１における長手方向両端部にそれぞれ取り付けられた一対の騒音低減用アタッチメント２１とを備えている。

第二実施形態のパンタグラフ装置２０を第一実施形態のパンタグラフ装置１０と比較すると、騒音低減用アタッチメント２１の構成だけが異なっている。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため第一実施形態と同じ符号を付し、その説明を省略する。

一対の騒音低減用アタッチメント２１は、図４及び図５に示すように、台枠１２の底面１２１における傾斜部１２１ｃに当接する傾斜部当接面２１１と、被支持部１２１ａに当接する被支持部当接面２１２と、被支持部当接面２１２と所定間隔だけ離間して略平行方向に延びる被支持部平行面２１３と、被支持部平行面２１３の端部から傾斜部当接面２１１の端部へ延びる緩傾斜底面２１４とを有している。

ここで、図４及び図５に示すように、正面視における傾斜部当接面２１１の長さ寸法は、正面視における傾斜部１２１ｃの長さ寸法と略等しく設定されている。また、正面視における被支持部当接面２１２の長さ寸法は、正面視における被支持部１２１ａの長さ寸法より若干短く設定されている。更に、正面視において傾斜部当接面２１１と被支持部当接面２１２とのなす角度は、正面視において傾斜部１２１ｃと被支持部１２１ａとのなす角度に略等しく設定されている。また、被支持部当接面２１２と被支持部平行面２１３との離間距離は、碍子１１を構成する金属部材１１３の厚みと略等しく設定されている。

また、緩傾斜底面２１４と段落ち部１２１ｂとのなす角度θ３は、第一実施形態の騒音低減用アタッチメント１５において緩傾斜底面１５３と段落ち部１２１ｂとのなす角度θ１と比較すると、若干角度が小さい。しかし、緩傾斜底面２１４と段落ち部１２１ｂとのなす角度θ１は、傾斜部１２１ｃと段落ち部１２１ｂとのなす角度θ２と比較すればより角度が大きくなっている。従って、緩傾斜底面２１４と段落ち部１２１ｂとによって形成される角部２２に走行気流Ｋが衝突した場合、傾斜部１２１ｃと段落ち部１２１ｂとによって形成される角部１６に衝突する場合と比較すると、剥離が生じにくい。これにより、剥離流が走行方向後方側の碍子１１に衝突することで生じる風切り音を低減することができる。

また、前述のように被支持部当接面２１２と被支持部平行面２１３との離間距離は、碍子１１を構成する金属部材１１３の厚みと略等しく形成されている。従って、図４に示すように、騒音低減用アタッチメント２１は、碍子１１を構成する金属部材１１３に接触することはあるものの、碍子１１を構成する碍子本体１１１に接触することはない。これにより、第一実施形態と同様、騒音低減用アタッチメント２１の存在によって碍子１１の絶縁性が損なわれることはない。

ここで、図４に示すように、正面視における被支持部当接面２１２の長さ寸法が、正面視における被支持部１２１ａの長さ寸法より若干短く設定されている。従って、図５に示すように、台枠１２の底面１２１には、騒音低減用アタッチメント２１が存在しない隙間２３がそれぞれ形成される。従って、図６に示すように、この隙間２３に対し、隙間２３に合致する形状の隙間埋め用アタッチメント２４をそれぞれ取り付けてもよい。このような構成によれば、騒音低減用アタッチメント２１の走行方向後端部に走行気流Ｋが衝突することによって剥離流が生じることがないため、風切り音の発生を一層確実に低減することができる。尚、この隙間埋め用アタッチメント２４は、第一実施形態に適用することも可能である。

尚、図に詳細は示さないが、騒音低減用アタッチメント２１と碍子１１との間、及び隙間埋め用アタッチメント２４と碍子１１との間に所定幅の隙間（不図示）を設ければ、屋根部に碍子１１を取り付けた車両本体に対し、騒音低減用アタッチメント２１と隙間埋め用アタッチメント２４とを取り付けた台枠１２をクレーン等で吊り上げて取り付け作業を行う際に、騒音低減用アタッチメント２１や隙間埋め用アタッチメント２４が碍子１１に干渉しにくく、作業を行いやすいという利点がある。

また、第一実施形態及び第二実施形態では、騒音低減用アタッチメント１５,２１を台枠１２の底面１２１に取り付けたが、これに代えて、碍子１１を構成する金属部材１１３に対して騒音低減用アタッチメント２１を取り付けてもよい。また、騒音低減用アタッチメント１５,２１を、台枠１２と一体的に形成することも可能である。

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明に係るパンタグラフ装置によれば、新在直通車において舟体の高さ位置を車両限界の範囲内に収めながら、碍子の付近における騒音の発生を低減することができる。

１０ パンタグラフ装置
１１ 碍子（絶縁部材）
１１１ 碍子本体（本体部）
１１２ 取付板
１１３ 金属部材
１２ 台枠
１２ａ 風防カバー
１２１ 底面
１２１ａ 被支持部
１２１ｂ 段落ち部
１２１ｃ 傾斜部
１２２ 上面
１２３ 側面
１３ 主枠
１３１ 中間ヒンジ
１３２ 基端部
１３３ 先端部
１４ 舟体
１５ 騒音低減用アタッチメント
１５１ 傾斜部当接面
１５２ 被支持部当接面
１５３ 緩傾斜底面
１５４ 切り欠き
１５Ａ 第一アタッチメント
１５Ｂ 第二アタッチメント
１６ 角部
１７ 角部
２０ パンタグラフ装置
２１ 騒音低減用アタッチメント
２１１ 傾斜部当接面
２１２ 被支持部当接面
２１３ 被支持部平行面
２１４ 緩傾斜底面
２２ 角部
２３ 隙間
２４ 隙間埋め用アタッチメント
５０ パンタグラフ装置
５１ 碍子
５２ 台枠
５３ 主枠
５３ａ 基端部
５３ｂ 先端部
５４ 舟体
５５ａ 部分
５５ｂ 部分
５６ 角部
５７ 走行気流
５８ 剥離流
Ｋ 走行気流
θ１ 角度
θ２ 角度
θ３ 角度

Claims (3)

1. 鉄道車両の屋根部に設けられ、地上の架線設備より鉄道車両へ給電するためのパンタグラフ装置であって、
   鉄道車両の屋根部に取り付けられる絶縁部材と、
   前記絶縁部材によって支持される台枠と、
   前記台枠に取り付けられて上方へ延びる主枠と、
   前記主枠に支持されて架線設備から電力を取り込む舟体と、
   前記台枠に設けられる騒音低減用アタッチメントと、
   を備え、
   前記台枠の底面は、前記絶縁部材によって下方から支持される被支持部と、鉄道車両の走行方向に向かって前記絶縁部材より前方に位置し前記被支持部より段落ちして形成された段落ち部と、前記被支持部と前記段落ち部とを接続し走行方向に対して傾斜する傾斜部とを有し、
   前記騒音低減用アタッチメントは、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から走行方向後方に延び、前記段落ち部に対して前記傾斜部よりも大きい角度をなすようにして、走行方向に対して傾斜する緩傾斜底面を有するパンタグラフ装置。
2. 前記騒音低減用アタッチメントの前記緩傾斜底面が、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から、前記被支持部まで延びる請求項１に記載のパンタグラフ装置。
3. 前記絶縁部材が、絶縁性を有する本体部と、前記本体部の頂部に設けられて前記台枠の前記被支持部を下方から支持する金属部材とを有し、
   前記騒音低減用アタッチメントの前記緩傾斜底面が、前記段落ち部と前記傾斜部とによって形成される角部から、前記金属部材における前記台枠の傾斜部側の端部まで延びる請求項１に記載のパンタグラフ装置。

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