防風カバー
【課題】走行時に鉄道車両の集電装置と、これを支持する支持碍子を取り囲む防風カバーのキャビティから発生する騒音の低減化を目的とする。
【解決手段】集電装置と支持碍子とを収容する防風カバーは、キャビティの前後部分それぞれに上り勾配となる緩斜面が設けられ、キャビティ部分において高さが最大となる。最大高さ寸法を支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定することにより、支持碍子及び集電装置に衝突する空気流の量が減少し騒音レベルが低下する。キャビティ開口部における前後各上縁部を曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成すると、前側の湾曲面は、スロープ部に沿って上ってきた空気流が剥離するのを抑止する。後側の湾曲面は、空気流が後側上縁部と衝突する際に空気流を滑らかに掻き分ける。これらの作用の結果、騒音レベルが低下する。
【解決手段】集電装置と支持碍子とを収容する防風カバーは、キャビティの前後部分それぞれに上り勾配となる緩斜面が設けられ、キャビティ部分において高さが最大となる。最大高さ寸法を支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定することにより、支持碍子及び集電装置に衝突する空気流の量が減少し騒音レベルが低下する。キャビティ開口部における前後各上縁部を曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成すると、前側の湾曲面は、スロープ部に沿って上ってきた空気流が剥離するのを抑止する。後側の湾曲面は、空気流が後側上縁部と衝突する際に空気流を滑らかに掻き分ける。これらの作用の結果、騒音レベルが低下する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の屋根上に支持碍子によって支持される集電装置の周囲を取り囲む防風カバーに関し、車両走行時に集電装置及び支持碍子を収容した防風カバーのキャビティから発生する騒音の低減化を目的とするものであって、特に、時速３００ｋｍ前後の高速走行車両へ適用する場合を想定する。
【０００２】
［定義事項］
なお本願において「前・後・左・右」とは、特に断りのない限り、それぞれ車両の進行方向に対する前・後・左・右を指すものとする。
【背景技術】
【０００３】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、高速車両に適用される従来の集電装置用防風カバー２０を示すものである。この防風カバー２０は、集電装置３０を車両屋根に設置するための支持碍子４０から発生する空力音を低減化することを主たる目的とするものであって、平面視するとほぼ長方形であり、中央領域に集電装置３０及び支持碍子４０を収容するためのキャビティ２１が設けられ、キャビティ２１の前後には勾配の緩やかな斜面から成るスロープ部２４が設けられている。防風カバー２０の高さはキャビティ２１部分、すなわちキャビティ２１を挟む左右の側壁部２２で最大となるように設定され、且つ、側面視すると当該側壁部２２の上面はほぼ水平に形成されている。また当該側壁部２２には、集電装置３０の折り畳み時にホーン部３１との絶縁離隔を確保するため、切欠２３が設けられる。防風カバー２０のかかる形態は、支持碍子４０から発生する空力音を抑制できると同時に、集電装置３０に当たる風の流れを安定化し、防風カバー２０自体を起因とする空力音及び圧力変動を緩和するのに有効であると考えられている。
【０００４】
特許文献１に、前記の如き高速車両用の防風カバー２０において、キャビティ２１から発生する騒音（キャビティ音）を低減化するため、キャビティ２１の寸法を、絶縁離隔を侵さない範囲で出来るだけ小さくすることが提案されている。また防風カバー２０の最大高さについては、図４（Ｃ）に示すように、集電装置２０を支持する支持碍子４０とほぼ等しい高さとすることが記載されている。
【特許文献１】特許３６３０４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両走行時に防風カバー２０のキャビティ２１から発生するキャビティ音を抑制するには、内部に収容した集電装置３０及び支持碍子４０からの影響を考慮する必要があるが、特許文献１では、この点について考慮されていない。またキャビティ２１の開口寸法を特定することは記載されているが、開口部の形状に関し検討されていない。従って防風カバー２０の形態に関し、上記の点でなお改良の余地が有ると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、防風カバーから発生する騒音レベルを低減化するための新たな手段の提供を目的とする。本発明が採用する第１の手段の特徴とするところは、請求項１に記載する如く、鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられたものにおいて、最大高さ寸法を、支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定したところにある。
【０００７】
また、本発明が採用する第２の手段の特徴とするところは、防風カバーのキャビティ開口部における前後各上縁部を曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成したことである。なお、集電装置の形態や支持碍子の固定位置などの条件によって、キャビティの前側と後側とで、湾曲面の曲率半径を同一とすることも、異ならせることも可能である。
【０００８】
なお、前記第１，第２の手段は、防風カバーに対しそれぞれ独立に適用しても所期の効果を挙げることが可能であるが、両者を同時に採用すればより優れた効果を発揮する。すなわち、本発明の最適な実施形態は、防風カバーの最大高さ寸法を支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定すると共に、キャビティ開口部における前後各上縁部に形成する湾曲面の曲率半径を５０〜２００ｍｍとすることである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の第１の手段によれば、車両走行時に空気流がキャビティ内へ入り込もうとするが、防風カバーの高さを支持碍子より高く設定したことにより、支持碍子に衝突する空気流の量が減少するため、騒音レベルが低下すると考えられる。なお、防風カバーを支持碍子より高くする寸法が５０ｍｍ未満では上記効果が十分に発揮されない。また、１００ｍｍを超えると、防風カバーが大型化して重量が増大するため、車両に積載するのが困難になると共に、防風カバー自体に由来する空力音の悪化や、断面積の増大による微気圧波の上昇が懸念される。
【００１０】
請求項２に記載の第２の手段によれば、車両走行時に、キャビティ開口部の上縁部のうち車両進行方向に対し前側に設けた湾曲面は、スロープ部に沿って上ってきた空気流が前側上縁部で剥離するのを抑止する効果がある。また車両進行方向に対し後側の湾曲面は、空気流が後側上縁部と衝突するときに、空気流を滑らかに掻き分けるので、その結果、騒音レベルが低下すると考えられる。なお、曲率半径が５０ｍｍ未満では上記効果が十分に発揮されない。反対に曲率半径が２００ｍｍを超えると、前側の上縁部に形成した湾曲面に沿ってキャビティ内へ入り込む空気流の量が増大するため、かえって騒音レベルを上昇させるおそれが有る。
【００１１】
なお防風カバーに関し請求項３に記載した形態を採用すれば、より一層優れた騒音レベルの低減化効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に本発明を適用した集電装置用の防風カバー１０の一実施形態を示す。当該防風カバー１０は、時速３００ｋｍ前後で走行する高速車両への適用を想定している。基本形態は従来のものとほぼ共通である。すなわち平面視するとほぼ長方形であり、高さ寸法Ｈを支持碍子４０と等しくＨ＝６５０ｍｍとする場合は、前後方向の長さ寸法ＬＸ＝９２３８ｍｍ、左右方向の幅寸法Ｗ＝１３５０ｍｍである。防風カバー１０の中央領域には、集電装置３０及び支持碍子４０を収容するためのキャビティ１１が設けられ、平面視したときの開口部寸法は、長さＬ＝３２００ｍｍ、幅Ｑ＝１２５０ｍｍである。またキャビティ１１内には、集電装置３０で取り込んだ電気を車体内へ引き入れるためのケーブルヘッド碍子５０が設置され、支持碍子４０とケーブルヘッド碍子５０とは導体バー５１で電気的に接続されている。キャビティ１１の前後には、緩やかな斜面から成るスロープ部１４が設けられ、その勾配θは１０〜２０度（本例ではθ＝１４度）である。キャビティ１１の左右を挟む側壁部１２の上面１２ａはほぼ水平であり、側壁部１１の部分で防風カバー１０の高さが最大Ｈとなるように設定される。側壁部上面１２ａとスロープ部１４とは曲率半径α＝３０００ｍｍの湾曲面１６で接続されている。なお本例では、側壁部１３の厚みは５０ｍｍである。防風カバー１０のかかる形態は、騒音の低減化、集電装置に対する空気流の安定化、圧力変動の抑制に関し有効である。
【００１３】
本発明に基づき、防風カバー１０の最大高さ寸法Ｈを従来の防風カバー２０よりも高く設定する場合であっても、スロープ部１４の勾配は原則として従来と同一にする。そのため、高さ寸法Ｈを支持碍子４０より高く設定するときは、それに応じて長さ寸法ＬＸを増加させる。具体的には、スロープ部１４の勾配θ＝１４度とする場合において、従来の防風カバー２０は、最大高さ寸法Ｈが支持碍子４０に等しい６５０ｍｍであり、長さ寸法ＬＸ＝９２３８ｍｍであった。これに対し、高さ寸法Ｈ＝７００ｍｍとするときは、長さ寸法ＬＸ＝１００３８ｍｍとし、さらに高さ寸法Ｈ＝７５０ｍｍとするときは、長さ寸法ＬＸ＝１０４３８ｍｍとする。なお高さ寸法Ｈ以外の寸法、つまり防風カバー１０の幅寸法Ｗ、及び、キャビティ１１の開口部寸法Ｌ，Ｑは原則として従来と共通である。
【００１４】
キャビティ１１内において集電装置３０は、基台部３２の前後４ヶ所を、車両屋根に立設した支持碍子４０により車両屋根と接触しないよう支持される。支持碍子４０の取付位置は、車種や集電装置３０の種類に応じて適宜変更することができる。本例では、集電装置３０として、図２（Ａ）に示すようなシングルアーム形パンタグラフを用い、前後の支持碍子４０，４０と集電時の舟体位置との水平距離Ｔ１，Ｔ２をそれぞれＴ１＝１３０８ｍｍ・Ｔ２＝５４３ｍｍとし、なびき方向前側に位置する支持碍子４０とキャビティ内面１１ａとの距離Ｇ＝３２０ｍｍとする設定が採用される。
【００１５】
キャビティ１１の側壁部１２には、集電装置３０の折り畳み時にホーン部３１との絶縁離隔を確保するため、切欠１３が設けられる。切欠１３の形成位置及び寸法は、集電装置３０の形式及び取付位置に応じ、絶縁離隔を確保できるよう適宜設定される。具体的には図１（Ｂ）に示す如く、前記寸法の防風カバー１０（Ｈ＝６５０ｍｍ）及びシングルアーム形パンタグラフに対し、キャビティ１１の前後方向の内面１１ａ，１１ｂと切欠１３の中心位置との距離Ｙ１，Ｙ２をＹ１＝１７３８ｍｍ・Ｙ２＝１４６２ｍｍとし、切欠１３の側壁部上面１２ａからの深さＺ＝３８５ｍｍとする。なお防風カバー１０の高さ寸法Ｈを７００又は７５０ｍｍに増大させた場合は、上記切欠１３の深さ寸法Ｚもこれに合わせてＺ＝４３５，４８５ｍｍに増加させる。なお上記数値は一例であって、各部の寸法は実施の状況に応じ最適なものが適宜選択される。
【００１６】
防風カバー１０の材質には、強度・耐久性を考慮すると、アルミニウム、ジュラルミン等のアルミ合金、チタン合金その他の軽合金、ステンレス鋼、ＦＲＰ，ＧＲＰ，プラスチック等が挙げられるが、軽量性及び価格の点から見て、アルミニウム又はアルミ合金が適していると考えられる。防風カバー１は、全体を単一の部材で製作してもよく、あるいは複数の部品を車両屋根上で組み合わせて構成するものであってもよい。
【００１７】
本発明に係る防風カバー１０の特色は次の２点である。その１つは、図２（Ｂ）に示す如く、最大高さ寸法Ｈを、支持碍子４０の高さ寸法ｈ＝６５０ｍｍよりＤ＝５０〜１００ｍｍだけ高く設定したことである。もう１つは、キャビティ１１の開口部における前後各上縁部１５，１５を、曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成したことである。かかる構成を採用することにより、従来の防風カバー２０と比較して、走行中の騒音レベルを低下させる効果が発揮される。
【００１８】
本発明に係る防風カバーの騒音低減化効果を、風洞試験により確認した。試験内容は、以下の如くである。
［試験１］
１／１０模型を用いた風洞試験により、防風カバーの最大高さＨ、及び、キャビティ開口部の前後各上縁部に設けた湾曲面の曲率半径Ｒと、騒音レベルとの関係を調べた。試験方法、及び、試験に供した防風カバー模型の寸法・形状は次のとおりである。
【００１９】
（試験方法）
図３に示すように、防風カバーの１０分の１模型Ｋを用意し、これを設置台Ｇ上に固定し、風洞Ｆのノズル前に設置する。風洞Ｆのノズルは縦（垂直方向）４００ｍｍ×横（水平方向）４８５ｍｍの長方形の開口を持ち、ノズル開口の下端が設置台Ｇの上面位置となるように設定される。防風カバー模型Ｋのキャビティ内には、実車と実質的に同等となる位置に、図４に示す如きシングルアーム形パンタグラフから成る集電装置及び支持碍子の１０分の１模型Ｓ、及び、ケーブルヘッド碍子の１０分の１模型（図示せず）を配置し、支持碍子模型とケーブルヘッド碍子模型とは１０分の１寸法の導体バーで接続する。上記集電装置模型Ｓは、前後の支持碍子それぞれの中心間距離が１８５．１ｍｍ、基台部の長さ寸法が１２５．１ｍｍ、幅寸法が６０．６ｍｍ、設置台Ｇから舟体上面までの高さ寸法が１３５ｍｍ、前後の支持碍子それぞれの中心位置から舟体中心位置までの水平距離が、前側が１３０．８ｍｍ後側が５４．３ｍｍである。騒音の測定方法は、風洞Ｆから模型に対し時速３００ｋｍの風を送り、集電装置模型Ｓの上面中央から側方約１５００ｍｍの位置に設置した側方マイクＭ１（図３（Ａ）参照）、及び、集電装置模型Ｓの上面中央から上方１０００ｍｍの位置に設置した上方マイクＭ２（図３（Ｂ）参照）で集音する。シングルアーム形パンタグラフは進行方向に対し非対称であるから、なびき方向と反なびき方向とで空力音特性が異なるので、必要に応じ、両方向の測定を行う。
【００２０】
（防風カバー模型）
防風カバー模型として、最大高さＨの異なる以下の３種類Ｋ１〜Ｋ３を用意する。
Ｋ１
・全長ＬＸ ＝９２３．８ｍｍ
・幅寸法Ｗ ＝１３５ｍｍ
・最大高さＨ＝ ６５ｍｍ
・キャビティ開口寸法＝長さＬ３２０ｍｍ×幅Ｑ１２５ｍｍ
・スロープ部勾配θ＝１４度
・スロープ部上端の湾曲面の曲率半径α＝３００ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝３８．５ｍｍ
Ｋ２
・全長ＬＸ ＝１００３．８ｍｍ
・幅寸法Ｗ ＝１３５ｍｍ
・最大高さＨ＝ ７０ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝４３．５ｍｍ
幅寸法Ｗ、キャビティ開口寸法Ｌ×Ｑ、スロープ部勾配θ、スロープ部上端の湾曲面の曲率半径αはＫ１に同じ。
Ｋ３
・全長ＬＸ ＝１０４３．８ｍｍ
・最大高さＨ＝ ７５ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝４８．５ｍｍ
幅寸法Ｗ、キャビティ開口寸法Ｌ×Ｑ、スロープ部勾配θ、スロープ部上端の湾曲面の曲率半径αはＫ１に同じ。
【００２１】
なお本試験例では、防風カバー模型Ｋ１の底部に装着できる嵩上げ部材（嵩上げ高さ５ｍｍ又は１０ｍｍ用）を用いることにより、最大高さＨの異なる模型Ｋ２，Ｋ３を構成した。また模型の側壁部を切欠深さＺの異なるものに交換可能とした。さらに上記防風カバー模型Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３それぞれについて、キャビティ開口部における前後各上縁部に、湾曲面を有するアタッチメントを着脱可能に装着できる装着部を形成し、湾曲面の曲率半径Ｒが異なるアタッチメントに交換することにより、開口部上縁に付与する曲率半径を変更できるように構成した。用いたアタッチメントの曲率半径はＲ＝０，５，１０，２０，３０ｍｍである。
【００２２】
試験結果をグラフＡ〜Ｃ（図６〜８）に示す。グラフＡ〜Ｃは、側方マイクＭ１による全周波数帯域（ＯＡ）の騒音レベル測定値であり、１／１０模型の風洞試験による測定値を実車換算したのち、マイク感度補正とＡ特性とを加えて聴感補正を施した結果を表示している。なお各グラフの縦軸には騒音レベルｄＢ［Ａ］を、横軸にはキャビティ開口部の湾曲面に設ける曲率半径Ｒ（ｍｍ）を「キャビティ端部面取りＲ」として表示した。
【００２３】
グラフから以下のことが分かる。
ａ）防風カバーの最大高さＨを支持碍子よりも高くすると原則として騒音レベルが低減化する。そして、最大高さＨ＝５０ｍｍよりもＨ＝１００ｍｍのときの方が騒音低減化効果は大きい。
ｂ）キャビティ開口部に湾曲面を形成すると原則として騒音レベルが低下する。但し、曲率半径Ｒ＝５０，１００，２００ｍｍのときに比べると、Ｒ＝３００ｍｍのときの騒音低減化効果は若干劣る傾向にある。これは、曲率半径が大きくなったことで、キャビティ内へ流れ込む空気量が増えたためと推測される。
ｃ）集電装置を設置しない場合（グラフＣ参照）、防風カバーの最大高さを大きくしても騒音の大きさにあまり差異は生じず、またその騒音レベルは集電装置の設置時より低い。従って、防風カバーと集電装置との相互作用により、格別の騒音が発生していると考えられる。キャビティ開口部に湾曲面を形成することにより、騒音レベルが低下するのは共通する。
ｄ）なびき方向と反なびき方向とでは、空力音特性が異なる。反なびき方向では、キャビティ開口部に湾曲面を設けないとき（Ｒ＝０）、防風カバー高さを増大させると騒音レベルが若干増大する（グラフＢ参照）。
ｅ）反なびき方向では、防風カバー最大高さＨが支持碍子と同じ（Ｈ＝６５０ｍｍ）ときで。且つ、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒ＝３００ｍｍに設定したとき、騒音レベルが最大になる。（グラフＢ参照）。
【００２４】
以上を総合すると、防風カバーの最大高さＨを支持碍子より高くすること、及び、キャビティ開口部に湾曲面を形成することはいずれも、原則として、騒音レベルの低減化に有効である。最適には、防風カバーの最大高さＨを支持碍子より５０ｍｍ又は１００ｍｍ高くすると同時に、キャビティ開口部に形成する湾曲面の曲率半径Ｒを５０〜２００ｍｍの範囲内に設定することであり、かかる設定により、なびき方向・反なびき方向のいずれに対しても、騒音レベルを確実に低減化することが可能である。
【００２５】
［試験２］
前記防風カバー模型Ｋ１（最大高さＨ＝６５ｍｍ）について、キャビティにおける前後方向の長さと、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒとが、騒音レベルとどのように相関するかについて調べた。キャビティの前後方向寸法の変更は、前後部に内部寸法変更用のアタッチメント装着部を設け、当該装着部に装着するアタッチメントの厚みを変更することにより、あるいは当該装着部からアタッチメントを取り外すことにより行った（キャビティ長さＬ＝２８０，３２０，３６０ｍｍを選択）。測定条件及びグラフの作成方法は前記試験１と同様である。すなわち、１／１０模型を用い、側方マイクＭ１により測定した全周波数帯域（ＯＡ）の騒音レベルを実車換算したのち、マイク感度補正及びＡ特性を加えて聴感補正を施した。結果をグラフＤ〜Ｆ（図９〜１１）に示す。
【００２６】
グラフから以下のことが分かる。
ｆ）キャビティ開口部の前後方向寸法Ｌを変えても、試験した数値範囲では、騒音レベルにそれほど大きな影響は与えない。
ｇ）キャビティ開口部に曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍの湾曲面を設けると騒音レベルが低下する効果は共通している（グラフＤ，Ｅ参照）。
ｈ）キャビティ開口部の前後方向寸法が大きい（Ｌ＝３６００ｍｍ）とき、湾曲面の曲率半径の違いによる騒音レベルの変動が大きくなっている。これは、防風カバー自体から発生する騒音レベルが、湾曲面の曲率半径の違いにより大きく変動することが要因と考えられる（グラフＦ参照）。
【００２７】
以上より、防風カバーにおけるキャビティの前後方向寸法Ｌが変わっても、開口部に湾曲面を設けるのは、騒音レベルの低減化に有効であることが分かる。但し、前後方向寸法Ｌが大きいときと小さいときとでは、騒音低減化に有効となる湾曲面の曲率半径Ｒの範囲が異なる可能性がある。
【００２８】
参考までに、試験１，２において、上方マイクＭ２により測定した騒音レベルを、グラフＧ〜Ｌ（図１２、１３）に示す。いずれのグラフにおいても、側方マイクＭ１により測定したときと、ほぼ同傾向の結果が得られている。
【００２９】
グラフＭ，Ｎ，Ｐ（図１４〜１６）は、試験１中、湾曲面曲率半径Ｒ＝２００ｍｍに設定した最大高さＨの異なる防風カバーについて、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を表したものであり、それぞれ、なびき方向、反なびき方向、防風カバー単独時の測定結果である。縦軸に騒音レベル（単位ｄＢ［Ａ］）、横軸に１／３オクターブバンド周波数（Ｈｚ）を示すと共に、全周波数帯域の騒音レベルをＯＡとして示す。グラフＰより、防風カバーの最大高さＨが変わっても、防風カバー自体から発生する空力音にはほとんど差異がないが、集電装置を設置したときには、防風カバーを高くすることにより騒音レベルが低下し、特に２５０Ｈｚ以上の比較的高周波帯域の空力音低減化に効果を発揮することが分かる。
【００３０】
グラフＱ〜Ｖ（図１７〜２２）は、キャビティ開口部の湾曲面曲率半径Ｒを変更した防風カバーについて、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を示すものであり、最大高さＨ＝６５０・７００・７５０ｍｍに設定したそれぞれについて、なびき方向・反なびき方向の両方を測定した結果である。これらのグラフから、１２５Ｈｚ以下の低周波域については、キャビティ開口部に湾曲面を形成することにより騒音レベルが低減化し、曲率半径Ｒを大きくするほど騒音レベルが小さくなる傾向にあることが分かる。他方、２５０Ｈｚ以上の高周波域については、曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍに設定したときに騒音の低減化が見られる。但し、騒音低減化に最適な曲率半径Ｒの値は、防風カバーの最大高さＨによって異なると思われる。
【００３１】
グラフＷ（図２６）は、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒを、前後で異ならせた場合について、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を示すものである。試験を行った防風カバーは最大高さＨ＝７５０ｍｍに設定したものであり、付与する曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとした。なお本試験は、集電装置の反なびき方向を測定した結果である。このグラフから、１２５Ｈｚ以下の低周波域については、キャビティ開口部の前側に設けた湾曲面が騒音レベルの低減化に寄与し、１２５Ｈｚ以上の高周波域については、後側に設けた湾曲面が騒音レベルの低減化に寄与していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る防風カバーの一実施形態を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は図（Ｂ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図２】本発明に係る防風カバーの一実施形態を示すものであって、図（Ａ）は側面断面図、図（Ｂ）はキャビティの前側内面付近を拡大して示す側面断面図である。
【図３】本発明に係る防風カバーの１０分の１模型を用いた風洞試験の実施要領を説明するためのものであって、図（Ａ）は模型を設置した状況の平面図、図（Ｂ）は模型を設置した状況の側面図である。
【図４】本発明に係る防風カバーの風洞試験に用いる集電装置の１０分の１模型を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図５】従来の防風カバーを示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面断面図、図（Ｃ）はキャビティの前側内面付近を拡大して示す側面断面図である。
【図６】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図７】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図８】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図９】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１０】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１１】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図１２】風洞試験における上方マイクによる測定結果を示すグラフであって、図６〜８のグラフＡ〜Ｃに対応するものである。
【図１３】風洞試験における上方マイクによる測定結果を示すグラフであって、図９〜１１のグラフＤ〜Ｆに対応するものである。
【図１４】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１５】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１６】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図１７】風洞試験により、最大高さＨ＝６５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１８】風洞試験により、最大高さＨ＝６５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１９】風洞試験により、最大高さＨ＝７００ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図２０】風洞試験により、最大高さＨ＝７００ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図２１】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図２２】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図２３】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを前後で異ならせて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０…防風カバー １１…キャビティ １１ａ，１１ｂ…キャビティ前後の内面 １２…側壁部 １３…切欠 １４…スロープ部 １５…キャビティ開口部の上縁部 １６…湾曲面 ３０…集電装置 ４０…支持碍子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の屋根上に支持碍子によって支持される集電装置の周囲を取り囲む防風カバーに関し、車両走行時に集電装置及び支持碍子を収容した防風カバーのキャビティから発生する騒音の低減化を目的とするものであって、特に、時速３００ｋｍ前後の高速走行車両へ適用する場合を想定する。
【０００２】
［定義事項］
なお本願において「前・後・左・右」とは、特に断りのない限り、それぞれ車両の進行方向に対する前・後・左・右を指すものとする。
【背景技術】
【０００３】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、高速車両に適用される従来の集電装置用防風カバー２０を示すものである。この防風カバー２０は、集電装置３０を車両屋根に設置するための支持碍子４０から発生する空力音を低減化することを主たる目的とするものであって、平面視するとほぼ長方形であり、中央領域に集電装置３０及び支持碍子４０を収容するためのキャビティ２１が設けられ、キャビティ２１の前後には勾配の緩やかな斜面から成るスロープ部２４が設けられている。防風カバー２０の高さはキャビティ２１部分、すなわちキャビティ２１を挟む左右の側壁部２２で最大となるように設定され、且つ、側面視すると当該側壁部２２の上面はほぼ水平に形成されている。また当該側壁部２２には、集電装置３０の折り畳み時にホーン部３１との絶縁離隔を確保するため、切欠２３が設けられる。防風カバー２０のかかる形態は、支持碍子４０から発生する空力音を抑制できると同時に、集電装置３０に当たる風の流れを安定化し、防風カバー２０自体を起因とする空力音及び圧力変動を緩和するのに有効であると考えられている。
【０００４】
特許文献１に、前記の如き高速車両用の防風カバー２０において、キャビティ２１から発生する騒音（キャビティ音）を低減化するため、キャビティ２１の寸法を、絶縁離隔を侵さない範囲で出来るだけ小さくすることが提案されている。また防風カバー２０の最大高さについては、図４（Ｃ）に示すように、集電装置２０を支持する支持碍子４０とほぼ等しい高さとすることが記載されている。
【特許文献１】特許３６３０４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両走行時に防風カバー２０のキャビティ２１から発生するキャビティ音を抑制するには、内部に収容した集電装置３０及び支持碍子４０からの影響を考慮する必要があるが、特許文献１では、この点について考慮されていない。またキャビティ２１の開口寸法を特定することは記載されているが、開口部の形状に関し検討されていない。従って防風カバー２０の形態に関し、上記の点でなお改良の余地が有ると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、防風カバーから発生する騒音レベルを低減化するための新たな手段の提供を目的とする。本発明が採用する第１の手段の特徴とするところは、請求項１に記載する如く、鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられたものにおいて、最大高さ寸法を、支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定したところにある。
【０００７】
また、本発明が採用する第２の手段の特徴とするところは、防風カバーのキャビティ開口部における前後各上縁部を曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成したことである。なお、集電装置の形態や支持碍子の固定位置などの条件によって、キャビティの前側と後側とで、湾曲面の曲率半径を同一とすることも、異ならせることも可能である。
【０００８】
なお、前記第１，第２の手段は、防風カバーに対しそれぞれ独立に適用しても所期の効果を挙げることが可能であるが、両者を同時に採用すればより優れた効果を発揮する。すなわち、本発明の最適な実施形態は、防風カバーの最大高さ寸法を支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定すると共に、キャビティ開口部における前後各上縁部に形成する湾曲面の曲率半径を５０〜２００ｍｍとすることである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の第１の手段によれば、車両走行時に空気流がキャビティ内へ入り込もうとするが、防風カバーの高さを支持碍子より高く設定したことにより、支持碍子に衝突する空気流の量が減少するため、騒音レベルが低下すると考えられる。なお、防風カバーを支持碍子より高くする寸法が５０ｍｍ未満では上記効果が十分に発揮されない。また、１００ｍｍを超えると、防風カバーが大型化して重量が増大するため、車両に積載するのが困難になると共に、防風カバー自体に由来する空力音の悪化や、断面積の増大による微気圧波の上昇が懸念される。
【００１０】
請求項２に記載の第２の手段によれば、車両走行時に、キャビティ開口部の上縁部のうち車両進行方向に対し前側に設けた湾曲面は、スロープ部に沿って上ってきた空気流が前側上縁部で剥離するのを抑止する効果がある。また車両進行方向に対し後側の湾曲面は、空気流が後側上縁部と衝突するときに、空気流を滑らかに掻き分けるので、その結果、騒音レベルが低下すると考えられる。なお、曲率半径が５０ｍｍ未満では上記効果が十分に発揮されない。反対に曲率半径が２００ｍｍを超えると、前側の上縁部に形成した湾曲面に沿ってキャビティ内へ入り込む空気流の量が増大するため、かえって騒音レベルを上昇させるおそれが有る。
【００１１】
なお防風カバーに関し請求項３に記載した形態を採用すれば、より一層優れた騒音レベルの低減化効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に本発明を適用した集電装置用の防風カバー１０の一実施形態を示す。当該防風カバー１０は、時速３００ｋｍ前後で走行する高速車両への適用を想定している。基本形態は従来のものとほぼ共通である。すなわち平面視するとほぼ長方形であり、高さ寸法Ｈを支持碍子４０と等しくＨ＝６５０ｍｍとする場合は、前後方向の長さ寸法ＬＸ＝９２３８ｍｍ、左右方向の幅寸法Ｗ＝１３５０ｍｍである。防風カバー１０の中央領域には、集電装置３０及び支持碍子４０を収容するためのキャビティ１１が設けられ、平面視したときの開口部寸法は、長さＬ＝３２００ｍｍ、幅Ｑ＝１２５０ｍｍである。またキャビティ１１内には、集電装置３０で取り込んだ電気を車体内へ引き入れるためのケーブルヘッド碍子５０が設置され、支持碍子４０とケーブルヘッド碍子５０とは導体バー５１で電気的に接続されている。キャビティ１１の前後には、緩やかな斜面から成るスロープ部１４が設けられ、その勾配θは１０〜２０度（本例ではθ＝１４度）である。キャビティ１１の左右を挟む側壁部１２の上面１２ａはほぼ水平であり、側壁部１１の部分で防風カバー１０の高さが最大Ｈとなるように設定される。側壁部上面１２ａとスロープ部１４とは曲率半径α＝３０００ｍｍの湾曲面１６で接続されている。なお本例では、側壁部１３の厚みは５０ｍｍである。防風カバー１０のかかる形態は、騒音の低減化、集電装置に対する空気流の安定化、圧力変動の抑制に関し有効である。
【００１３】
本発明に基づき、防風カバー１０の最大高さ寸法Ｈを従来の防風カバー２０よりも高く設定する場合であっても、スロープ部１４の勾配は原則として従来と同一にする。そのため、高さ寸法Ｈを支持碍子４０より高く設定するときは、それに応じて長さ寸法ＬＸを増加させる。具体的には、スロープ部１４の勾配θ＝１４度とする場合において、従来の防風カバー２０は、最大高さ寸法Ｈが支持碍子４０に等しい６５０ｍｍであり、長さ寸法ＬＸ＝９２３８ｍｍであった。これに対し、高さ寸法Ｈ＝７００ｍｍとするときは、長さ寸法ＬＸ＝１００３８ｍｍとし、さらに高さ寸法Ｈ＝７５０ｍｍとするときは、長さ寸法ＬＸ＝１０４３８ｍｍとする。なお高さ寸法Ｈ以外の寸法、つまり防風カバー１０の幅寸法Ｗ、及び、キャビティ１１の開口部寸法Ｌ，Ｑは原則として従来と共通である。
【００１４】
キャビティ１１内において集電装置３０は、基台部３２の前後４ヶ所を、車両屋根に立設した支持碍子４０により車両屋根と接触しないよう支持される。支持碍子４０の取付位置は、車種や集電装置３０の種類に応じて適宜変更することができる。本例では、集電装置３０として、図２（Ａ）に示すようなシングルアーム形パンタグラフを用い、前後の支持碍子４０，４０と集電時の舟体位置との水平距離Ｔ１，Ｔ２をそれぞれＴ１＝１３０８ｍｍ・Ｔ２＝５４３ｍｍとし、なびき方向前側に位置する支持碍子４０とキャビティ内面１１ａとの距離Ｇ＝３２０ｍｍとする設定が採用される。
【００１５】
キャビティ１１の側壁部１２には、集電装置３０の折り畳み時にホーン部３１との絶縁離隔を確保するため、切欠１３が設けられる。切欠１３の形成位置及び寸法は、集電装置３０の形式及び取付位置に応じ、絶縁離隔を確保できるよう適宜設定される。具体的には図１（Ｂ）に示す如く、前記寸法の防風カバー１０（Ｈ＝６５０ｍｍ）及びシングルアーム形パンタグラフに対し、キャビティ１１の前後方向の内面１１ａ，１１ｂと切欠１３の中心位置との距離Ｙ１，Ｙ２をＹ１＝１７３８ｍｍ・Ｙ２＝１４６２ｍｍとし、切欠１３の側壁部上面１２ａからの深さＺ＝３８５ｍｍとする。なお防風カバー１０の高さ寸法Ｈを７００又は７５０ｍｍに増大させた場合は、上記切欠１３の深さ寸法Ｚもこれに合わせてＺ＝４３５，４８５ｍｍに増加させる。なお上記数値は一例であって、各部の寸法は実施の状況に応じ最適なものが適宜選択される。
【００１６】
防風カバー１０の材質には、強度・耐久性を考慮すると、アルミニウム、ジュラルミン等のアルミ合金、チタン合金その他の軽合金、ステンレス鋼、ＦＲＰ，ＧＲＰ，プラスチック等が挙げられるが、軽量性及び価格の点から見て、アルミニウム又はアルミ合金が適していると考えられる。防風カバー１は、全体を単一の部材で製作してもよく、あるいは複数の部品を車両屋根上で組み合わせて構成するものであってもよい。
【００１７】
本発明に係る防風カバー１０の特色は次の２点である。その１つは、図２（Ｂ）に示す如く、最大高さ寸法Ｈを、支持碍子４０の高さ寸法ｈ＝６５０ｍｍよりＤ＝５０〜１００ｍｍだけ高く設定したことである。もう１つは、キャビティ１１の開口部における前後各上縁部１５，１５を、曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成したことである。かかる構成を採用することにより、従来の防風カバー２０と比較して、走行中の騒音レベルを低下させる効果が発揮される。
【００１８】
本発明に係る防風カバーの騒音低減化効果を、風洞試験により確認した。試験内容は、以下の如くである。
［試験１］
１／１０模型を用いた風洞試験により、防風カバーの最大高さＨ、及び、キャビティ開口部の前後各上縁部に設けた湾曲面の曲率半径Ｒと、騒音レベルとの関係を調べた。試験方法、及び、試験に供した防風カバー模型の寸法・形状は次のとおりである。
【００１９】
（試験方法）
図３に示すように、防風カバーの１０分の１模型Ｋを用意し、これを設置台Ｇ上に固定し、風洞Ｆのノズル前に設置する。風洞Ｆのノズルは縦（垂直方向）４００ｍｍ×横（水平方向）４８５ｍｍの長方形の開口を持ち、ノズル開口の下端が設置台Ｇの上面位置となるように設定される。防風カバー模型Ｋのキャビティ内には、実車と実質的に同等となる位置に、図４に示す如きシングルアーム形パンタグラフから成る集電装置及び支持碍子の１０分の１模型Ｓ、及び、ケーブルヘッド碍子の１０分の１模型（図示せず）を配置し、支持碍子模型とケーブルヘッド碍子模型とは１０分の１寸法の導体バーで接続する。上記集電装置模型Ｓは、前後の支持碍子それぞれの中心間距離が１８５．１ｍｍ、基台部の長さ寸法が１２５．１ｍｍ、幅寸法が６０．６ｍｍ、設置台Ｇから舟体上面までの高さ寸法が１３５ｍｍ、前後の支持碍子それぞれの中心位置から舟体中心位置までの水平距離が、前側が１３０．８ｍｍ後側が５４．３ｍｍである。騒音の測定方法は、風洞Ｆから模型に対し時速３００ｋｍの風を送り、集電装置模型Ｓの上面中央から側方約１５００ｍｍの位置に設置した側方マイクＭ１（図３（Ａ）参照）、及び、集電装置模型Ｓの上面中央から上方１０００ｍｍの位置に設置した上方マイクＭ２（図３（Ｂ）参照）で集音する。シングルアーム形パンタグラフは進行方向に対し非対称であるから、なびき方向と反なびき方向とで空力音特性が異なるので、必要に応じ、両方向の測定を行う。
【００２０】
（防風カバー模型）
防風カバー模型として、最大高さＨの異なる以下の３種類Ｋ１〜Ｋ３を用意する。
Ｋ１
・全長ＬＸ ＝９２３．８ｍｍ
・幅寸法Ｗ ＝１３５ｍｍ
・最大高さＨ＝ ６５ｍｍ
・キャビティ開口寸法＝長さＬ３２０ｍｍ×幅Ｑ１２５ｍｍ
・スロープ部勾配θ＝１４度
・スロープ部上端の湾曲面の曲率半径α＝３００ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝３８．５ｍｍ
Ｋ２
・全長ＬＸ ＝１００３．８ｍｍ
・幅寸法Ｗ ＝１３５ｍｍ
・最大高さＨ＝ ７０ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝４３．５ｍｍ
幅寸法Ｗ、キャビティ開口寸法Ｌ×Ｑ、スロープ部勾配θ、スロープ部上端の湾曲面の曲率半径αはＫ１に同じ。
Ｋ３
・全長ＬＸ ＝１０４３．８ｍｍ
・最大高さＨ＝ ７５ｍｍ
・側壁部の切欠深さＺ＝４８．５ｍｍ
幅寸法Ｗ、キャビティ開口寸法Ｌ×Ｑ、スロープ部勾配θ、スロープ部上端の湾曲面の曲率半径αはＫ１に同じ。
【００２１】
なお本試験例では、防風カバー模型Ｋ１の底部に装着できる嵩上げ部材（嵩上げ高さ５ｍｍ又は１０ｍｍ用）を用いることにより、最大高さＨの異なる模型Ｋ２，Ｋ３を構成した。また模型の側壁部を切欠深さＺの異なるものに交換可能とした。さらに上記防風カバー模型Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３それぞれについて、キャビティ開口部における前後各上縁部に、湾曲面を有するアタッチメントを着脱可能に装着できる装着部を形成し、湾曲面の曲率半径Ｒが異なるアタッチメントに交換することにより、開口部上縁に付与する曲率半径を変更できるように構成した。用いたアタッチメントの曲率半径はＲ＝０，５，１０，２０，３０ｍｍである。
【００２２】
試験結果をグラフＡ〜Ｃ（図６〜８）に示す。グラフＡ〜Ｃは、側方マイクＭ１による全周波数帯域（ＯＡ）の騒音レベル測定値であり、１／１０模型の風洞試験による測定値を実車換算したのち、マイク感度補正とＡ特性とを加えて聴感補正を施した結果を表示している。なお各グラフの縦軸には騒音レベルｄＢ［Ａ］を、横軸にはキャビティ開口部の湾曲面に設ける曲率半径Ｒ（ｍｍ）を「キャビティ端部面取りＲ」として表示した。
【００２３】
グラフから以下のことが分かる。
ａ）防風カバーの最大高さＨを支持碍子よりも高くすると原則として騒音レベルが低減化する。そして、最大高さＨ＝５０ｍｍよりもＨ＝１００ｍｍのときの方が騒音低減化効果は大きい。
ｂ）キャビティ開口部に湾曲面を形成すると原則として騒音レベルが低下する。但し、曲率半径Ｒ＝５０，１００，２００ｍｍのときに比べると、Ｒ＝３００ｍｍのときの騒音低減化効果は若干劣る傾向にある。これは、曲率半径が大きくなったことで、キャビティ内へ流れ込む空気量が増えたためと推測される。
ｃ）集電装置を設置しない場合（グラフＣ参照）、防風カバーの最大高さを大きくしても騒音の大きさにあまり差異は生じず、またその騒音レベルは集電装置の設置時より低い。従って、防風カバーと集電装置との相互作用により、格別の騒音が発生していると考えられる。キャビティ開口部に湾曲面を形成することにより、騒音レベルが低下するのは共通する。
ｄ）なびき方向と反なびき方向とでは、空力音特性が異なる。反なびき方向では、キャビティ開口部に湾曲面を設けないとき（Ｒ＝０）、防風カバー高さを増大させると騒音レベルが若干増大する（グラフＢ参照）。
ｅ）反なびき方向では、防風カバー最大高さＨが支持碍子と同じ（Ｈ＝６５０ｍｍ）ときで。且つ、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒ＝３００ｍｍに設定したとき、騒音レベルが最大になる。（グラフＢ参照）。
【００２４】
以上を総合すると、防風カバーの最大高さＨを支持碍子より高くすること、及び、キャビティ開口部に湾曲面を形成することはいずれも、原則として、騒音レベルの低減化に有効である。最適には、防風カバーの最大高さＨを支持碍子より５０ｍｍ又は１００ｍｍ高くすると同時に、キャビティ開口部に形成する湾曲面の曲率半径Ｒを５０〜２００ｍｍの範囲内に設定することであり、かかる設定により、なびき方向・反なびき方向のいずれに対しても、騒音レベルを確実に低減化することが可能である。
【００２５】
［試験２］
前記防風カバー模型Ｋ１（最大高さＨ＝６５ｍｍ）について、キャビティにおける前後方向の長さと、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒとが、騒音レベルとどのように相関するかについて調べた。キャビティの前後方向寸法の変更は、前後部に内部寸法変更用のアタッチメント装着部を設け、当該装着部に装着するアタッチメントの厚みを変更することにより、あるいは当該装着部からアタッチメントを取り外すことにより行った（キャビティ長さＬ＝２８０，３２０，３６０ｍｍを選択）。測定条件及びグラフの作成方法は前記試験１と同様である。すなわち、１／１０模型を用い、側方マイクＭ１により測定した全周波数帯域（ＯＡ）の騒音レベルを実車換算したのち、マイク感度補正及びＡ特性を加えて聴感補正を施した。結果をグラフＤ〜Ｆ（図９〜１１）に示す。
【００２６】
グラフから以下のことが分かる。
ｆ）キャビティ開口部の前後方向寸法Ｌを変えても、試験した数値範囲では、騒音レベルにそれほど大きな影響は与えない。
ｇ）キャビティ開口部に曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍの湾曲面を設けると騒音レベルが低下する効果は共通している（グラフＤ，Ｅ参照）。
ｈ）キャビティ開口部の前後方向寸法が大きい（Ｌ＝３６００ｍｍ）とき、湾曲面の曲率半径の違いによる騒音レベルの変動が大きくなっている。これは、防風カバー自体から発生する騒音レベルが、湾曲面の曲率半径の違いにより大きく変動することが要因と考えられる（グラフＦ参照）。
【００２７】
以上より、防風カバーにおけるキャビティの前後方向寸法Ｌが変わっても、開口部に湾曲面を設けるのは、騒音レベルの低減化に有効であることが分かる。但し、前後方向寸法Ｌが大きいときと小さいときとでは、騒音低減化に有効となる湾曲面の曲率半径Ｒの範囲が異なる可能性がある。
【００２８】
参考までに、試験１，２において、上方マイクＭ２により測定した騒音レベルを、グラフＧ〜Ｌ（図１２、１３）に示す。いずれのグラフにおいても、側方マイクＭ１により測定したときと、ほぼ同傾向の結果が得られている。
【００２９】
グラフＭ，Ｎ，Ｐ（図１４〜１６）は、試験１中、湾曲面曲率半径Ｒ＝２００ｍｍに設定した最大高さＨの異なる防風カバーについて、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を表したものであり、それぞれ、なびき方向、反なびき方向、防風カバー単独時の測定結果である。縦軸に騒音レベル（単位ｄＢ［Ａ］）、横軸に１／３オクターブバンド周波数（Ｈｚ）を示すと共に、全周波数帯域の騒音レベルをＯＡとして示す。グラフＰより、防風カバーの最大高さＨが変わっても、防風カバー自体から発生する空力音にはほとんど差異がないが、集電装置を設置したときには、防風カバーを高くすることにより騒音レベルが低下し、特に２５０Ｈｚ以上の比較的高周波帯域の空力音低減化に効果を発揮することが分かる。
【００３０】
グラフＱ〜Ｖ（図１７〜２２）は、キャビティ開口部の湾曲面曲率半径Ｒを変更した防風カバーについて、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を示すものであり、最大高さＨ＝６５０・７００・７５０ｍｍに設定したそれぞれについて、なびき方向・反なびき方向の両方を測定した結果である。これらのグラフから、１２５Ｈｚ以下の低周波域については、キャビティ開口部に湾曲面を形成することにより騒音レベルが低減化し、曲率半径Ｒを大きくするほど騒音レベルが小さくなる傾向にあることが分かる。他方、２５０Ｈｚ以上の高周波域については、曲率半径Ｒ＝５０〜２００ｍｍに設定したときに騒音の低減化が見られる。但し、騒音低減化に最適な曲率半径Ｒの値は、防風カバーの最大高さＨによって異なると思われる。
【００３１】
グラフＷ（図２６）は、キャビティ開口部に設ける湾曲面の曲率半径Ｒを、前後で異ならせた場合について、側方マイクＭ１により測定した騒音レベルの周波数特性を示すものである。試験を行った防風カバーは最大高さＨ＝７５０ｍｍに設定したものであり、付与する曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとした。なお本試験は、集電装置の反なびき方向を測定した結果である。このグラフから、１２５Ｈｚ以下の低周波域については、キャビティ開口部の前側に設けた湾曲面が騒音レベルの低減化に寄与し、１２５Ｈｚ以上の高周波域については、後側に設けた湾曲面が騒音レベルの低減化に寄与していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る防風カバーの一実施形態を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面図、図（Ｃ）は図（Ｂ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図２】本発明に係る防風カバーの一実施形態を示すものであって、図（Ａ）は側面断面図、図（Ｂ）はキャビティの前側内面付近を拡大して示す側面断面図である。
【図３】本発明に係る防風カバーの１０分の１模型を用いた風洞試験の実施要領を説明するためのものであって、図（Ａ）は模型を設置した状況の平面図、図（Ｂ）は模型を設置した状況の側面図である。
【図４】本発明に係る防風カバーの風洞試験に用いる集電装置の１０分の１模型を示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面図である。
【図５】従来の防風カバーを示すものであって、図（Ａ）は平面図、図（Ｂ）は側面断面図、図（Ｃ）はキャビティの前側内面付近を拡大して示す側面断面図である。
【図６】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図７】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図８】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーの最大高さ及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図９】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１０】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１１】風洞試験の測定結果に基づき、防風カバーのキャビティ前後方向寸法及びキャビティ湾曲面の曲率半径と、騒音レベルとの関係（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図１２】風洞試験における上方マイクによる測定結果を示すグラフであって、図６〜８のグラフＡ〜Ｃに対応するものである。
【図１３】風洞試験における上方マイクによる測定結果を示すグラフであって、図９〜１１のグラフＤ〜Ｆに対応するものである。
【図１４】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１５】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１６】風洞試験により、キャビティ湾曲面の曲率半径Ｒ＝２００ｍｍとしたときに、最大高さの異なる防風カバーについて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・防風カバー単独）を表示するグラフである。
【図１７】風洞試験により、最大高さＨ＝６５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図１８】風洞試験により、最大高さＨ＝６５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図１９】風洞試験により、最大高さＨ＝７００ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図２０】風洞試験により、最大高さＨ＝７００ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図２１】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・なびき方向）を表示するグラフである。
【図２２】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを変えて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【図２３】風洞試験により、最大高さＨ＝７５０ｍｍの防風カバーについてキャビティ湾曲面の曲率半径Ｒを前後で異ならせて測定した騒音レベルの周波数特性（側方・反なびき方向）を表示するグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０…防風カバー １１…キャビティ １１ａ，１１ｂ…キャビティ前後の内面 １２…側壁部 １３…切欠 １４…スロープ部 １５…キャビティ開口部の上縁部 １６…湾曲面 ３０…集電装置 ４０…支持碍子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、最大高さ寸法が支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定されていることを特徴とする防風カバー。
【請求項２】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、キャビティ開口部における前後各上縁部が、曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成されていることを特徴とする防風カバー。
【請求項３】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、最大高さ寸法が支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定されると共に、キャビティ開口部における前後各上縁部が曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成されていることを特徴とする防風カバー。
【請求項１】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、最大高さ寸法が支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定されていることを特徴とする防風カバー。
【請求項２】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、キャビティ開口部における前後各上縁部が、曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成されていることを特徴とする防風カバー。
【請求項３】
鉄道車両の屋根上に取り付けた支持碍子により支持される集電装置の周囲を囲む防風カバーであって、集電装置及び支持碍子を収容するキャビティを有し、車両進行方向に沿った前後部分それぞれにキャビティへ向かって上り勾配となる緩斜面が設けられ、最大高さ寸法が支持碍子の高さ寸法よりも５０〜１００ｍｍ高く設定されると共に、キャビティ開口部における前後各上縁部が曲率半径５０〜２００ｍｍの湾曲面に形成されていることを特徴とする防風カバー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００８−５４３７３（Ｐ２００８−５４３７３Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２５４１６（Ｐ２００６−２２５４１６）
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]