JP2008011698A - 電気車両用集電舟体 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて寿命の長い電気車両用集電舟体を提供する。
【解決手段】金属製集電舟の表面に耐アーク用保護カバーを取り付けてなる電気車両用集電舟体において、前記耐アーク用保護カバーとして、耐熱性に優れた炭素繊維強化炭素複合材製カバーを採用した。
【選択図】図１

Description

本発明は、長寿命の電気車両用集電装置、特に集電舟体に関するものである。

この種の電気車両用集電舟体に関しては、従来、図２に示すものが知られている（特開昭６０−１３４０１号公報）。即ち、図２はその集電舟体の断面図であり、鉄やアルミ製の金属製の集電舟２１の表面を耐アーク保護カバー２４で覆うと共に、この保護カバー２４の上に、下方から集電舟２１及び耐アーク保護カバー２４を貫くボルト２７ですり板２３を固定した構造である。そして、耐アーク保護カバー２４として、絶縁性を有するもの、特に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製のものを採用することにより、電気車両走行時のアーク放電により発生した高温アークガス流で金属製集電舟２１が溶損又は焼損するこを防ぎ、延命化を図ったものである。

しかし、上記の特開昭６０−１３４０１号公報開示の技術では、耐アーク保護カバー４の耐熱性が素材の特性に起因して完全ではないため、このような保護カバーが全く無い集電舟体に比べれば寿命の面で多少の改善は認められるものの、寿命の非常に長い電気車両用集電舟体という要請に満足に応えるまでには至っていなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、主として極めて寿命の長い電気車両用集電舟体を提供する点にある。

課題を解決するための手段及び効果

（１） 上記目的を達成し得た本発明のうち、本発明の電気車両用集電舟体は、金属製集電舟の表面に耐アーク用保護カバーを取り付けてなる電気車両用集電舟体において、前記耐アーク用保護カバーが、耐熱性に優れた炭素繊維強化炭素複合材（Carbon Fiber Reinforced Carbon Composite (以下「Ｃ／Ｃ材」という。))製カバーであることを特徴とする。これにより、Ｃ／Ｃ材が有する、従来のＦＲＰ製のものよりはるかに優れた耐熱性，耐アーク性及び高い機械的特性を十分生かして、電気車両走行時のアーク放電により発生した高温アークガス流に長時間にわたって十分耐えられる保護カバーとすることができるので、金属製集電舟の早期溶損又は焼損を十分に防止し、著しく延命化された電気車両用集電舟体とすることができる。

（２） また、本発明の電気車両用集電舟体においては、Ｃ／Ｃ材における炭素繊維が、（２Ｄ）方式の配列構造を有することが好ましい。このような（２Ｄ）Ｃ／Ｃ材を採用することにより、Ｃ／Ｃ材としての基本的特性である優れた耐熱性，耐アーク性及び高い機械的特性を保持しつつ、比較的大寸法の薄肉品の製作を容易として、製作的利便性を加味することにより、上記（１）に記載の発明の効果に加えて、より経済的な電気車両用集電舟体とすることができる。

上記（１）及び（２）記載の発明は、いずれも電気車両用集電装置はもちろん、電気機器の構成上、アーク放電の発生の可能性があって、その発生したアーク炎の高熱で装置の一部又は全部が損傷するおそれがあるような機器に対し、その損傷の未然防止手段として有効に適用できるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明に係る耐アーク保護カバーを取り付けた電気車両用集電舟体の一例を示す断面図である。図１において、紙面貫通方向に長尺状のカーボン製すり板１は、その底部が長尺状の金属製のさや２に冠着されると共に、このさや２を紙面貫通方向に適当な間隔で配設されるボルト５及びナット７を介して集電舟３の頂面に取り付けられている。

集電舟３の両側面側には、集電舟３の側面３ａの下縁３ｂとさや２の側凸面２ａに当接する（２Ｄ）Ｃ／Ｃ材製のアーク遮断板４を、集電舟３の側面３ａ全体とさや２の側凸面２ａ全体を覆うようにボルト８及びナット９を介して集電舟３の各側面３ａに取り付けられている。さらに、アーク遮断板４と集電舟３の側面３ａとの間やアーク遮断板４とさや２の側凸面２ａの周囲との間、さらには並列するすり板１の間の、集電舟３の頂面と側凸面２ａの表面には、シリコン樹脂等の溶損防止剤１０が充填されている。即ち、万一アーク遮断板４が割れる等の事故が生じても、集電舟３の側面３ａやさや２の側凸面２ａが直ちにむき出し状態となって高温のアークガス流による溶損事故が生じることがないように、また高温ガス流によるさや２の溶損防止にも十分配慮した構成としている。

上記の構成に係る集電舟体であれば、車両の走行時に図示されていない架線とすり板１の一時的な離反によりアーク放電が起こり、このとき発生した高温のアークガス流が集電舟３の側面３ａ及びさや２の側凸面２ａに向かっても、その直前のアーク遮断板４に当たるだけである。この場合、高温のアークガス流がアーク遮断板４に当たっても、Ｃ／Ｃ材の熱伝導率が非常に高いために、アークガス流による熱負荷はほとんどアーク遮断板４で吸収することができる。

この結果、アーク遮断板４がたとえ高温アークガス流の影響を受けて赤熱することがあっても、その内側の集電舟３の側面及びさや２の側凸面２ａ自体の温度上昇は少ない。即ち、本例では、電気車両走行時のアーク放電により発生した高温アークガス流に長時間晒されても熱負荷を吸収し、十分耐えられる保護カバーたるアーク遮断板４を集電舟３の側面３ａ側に配置した集電舟体としたので、従来問題とされていた集電舟の早期溶損又は焼損を長期間にわたって十分に防止し、集電舟体の寿命を著しく延ばすことが可能となる。

また、アーク遮断板４は、（２Ｄ）Ｃ／Ｃ材を採用しているため、集電舟３の側面３ａ側を覆うような比較的大寸法の薄肉板の製作も容易であり、生産コストの低減化を図り、耐アーク性能的に十分でありながらより安価な電気車両用集電舟体とすることができる。

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
高強度炭素繊維を用いた６Ｋ平織りクロス（トレカ製＃６３４３）にフェノール樹脂（住友デュレス製）を４０mass体積％含浸したものを、７０℃に設定したオーブン内で１時間熱処理し、揮発分を除去したものを、５００×５００ｍｍの大きさに裁断した。さらに、この裁断片を７枚積層したものを熱圧成形機に挟み、１６０℃の条件下で３０分保持してフェノール樹脂を熱硬化することにより、嵩密度ｄ＝１．４の炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）が得られた。

次に、このＣＦＲＰを黒鉛板に挟んで電気炉内に設置し、窒素ガス雰囲気の下、８００℃で焼成した。この後、引き続いてピッチ含浸を行い、さらに焼成を行って、ＣＦＲＰを炭素化処理した。このピッチ含浸焼成を３回繰り返して緻密化処理を行った後、２０００℃の高温熱処理を行ったところ、嵩密度ｄ＝１．６、引張り強さ２２５ＭＰａ、熱伝導率３５Ｗ／(m・K)のＣ／Ｃ材が得られた。

（実施例２）
実施例１で得られたＣ／Ｃ材を、さらに３０００℃で黒鉛化処理を行ったところ、嵩密度ｄ＝１．７、引張り強さ１４０ＭＰａ、熱伝導率１２０Ｗ／(m・K)のＣ／Ｃ材が得られた。

（比較例１）
ガラス繊維を用いた平織りクロスにフェノール樹脂（住友デュレス製）を４０mass％含浸したものを、実施例１に示される方法と同様な方法で熱圧成形だけを行い、嵩密度ｄ＝２．２、引張り強さ１００ＭＰａ、熱伝導率５Ｗ／(m・K)のガラス繊維強化樹脂材（ＧＦＲＰ）を得た。上記の実施例１〜２で得られたＣ／Ｃ材及び比較例１で得られたＧＦＲＰ材の特性を一覧にしたものを表１に示す。

上記実施例１〜２及び比較例１でそれぞれ得られたＣ／Ｃ材及びＧＦＲＰ材から８０×３５×２．５ｍｍの小片（試験片）を製作し、この試験片を用いて、耐アーク性試験を行った。試験は、その試験片の近傍にてアーク溶接機の電流値を１５０Ａ（アンペア）に設定し、アーク放電を発生させて試験片をアーク炎に５秒間さらして、試験片の形状の変化を観察した。

上記試験の結果、比較例１の場合は、アーク炎に曝された部分は、その高温のアーク炎によりガラス繊維は溶け出し、結合剤は燃えて燃損した。燃損した部分の組織は完全に崩壊していた。一方、実施例１及び実施例２共に、アーク放電中においても、アーク炎に曝された部分が赤熱化する以外、形状に何の変化も見られなかった。冷却後の観察でも、若干の放電痕は認められたものの、熱的な損傷はほとんどなく、健全であった。

なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。

本発明に係る耐アーク保護カバーを取り付けた電気車両用集電舟体の一例を示す断面図である。 従来の電気車両用集電舟体を示す断面図である。

符号の説明

１ カーボン製すり板
２ さや
３ 集電舟
４ アーク遮断板
５，８ ボルト
６ 座金
７，９ ナット
１０ 溶損防止剤

Claims (2)

1. 金属製集電舟の表面に耐アーク用保護カバーを取り付けてなる電気車両用集電舟体において、
   前記耐アーク用保護カバーが、耐熱性に優れた炭素繊維強化炭素複合材製カバーであることを特徴とする電気車両用集電舟体。
2. 前記炭素繊維強化炭素複合材における炭素繊維が、（２Ｄ）方式の配列構造を有するものである請求項１記載の電気車両用集電舟体。

Images