JP4668135B2 - 絶縁トロリー線用集電子 - Google Patents

Description

本発明は、クレーンや搬送台車などに電力を供給したり、信号を伝送したりするための絶縁トロリー集電装置における集電子に関するものである。

図６（イ）、（ロ）で見られるように、絶縁トロリー集電装置１００は、集電子１０２を絶縁トロリー線路の導体１０１に押し付けて接触させることにより絶縁トロリー線路の導体１０１から受電し、集電子１０２を介してクレーンや搬送台車などの移動体に電力を供給したり、指令信号などを伝送するものである

このように、導体１０１と集電子１０２との接触面は常に接触状態であることが望まれるが、移動体の走行に伴い生じる導体１０１と集電子１０２との磨耗粉や集電子１０２と絶縁カバー１０４との接触によって発生する磨耗粉の接触部への付着、更に使用環境による塵埃などによる接触部の汚損により、接触部の電気抵抗が増大し、過熱事故や導通不良などの不具合が生じている。特に、移動体が停止した状態で給電されている場合にその発生が顕著となっている。

その解決方法として、絶縁トロリーの集電装置（特許文献１参照）や絶縁トロリーの停止給電部（特許文献２参照）などが提案されている。
特許文献１では、図７に示すように、絶縁トロリー線１１１の導体１１２に接触する接触面に埋込用孔１１４を有し、前記埋込用孔１１４に挿着され、前記導体１１２に摺接するカーボン１１５を有する集電子１１６を特徴とする発明が記載されている。ここでは、移動体の走行に伴い前記カーボン１１５が削られて導体表面に付着することで、接触面に対して潤滑効果と平滑効果を示す。その結果、導体の摺動特性を向上させ、更に前記導体１１２と集電子１１６との接触状態を良好に維持できることからその電気抵抗の上昇、即ち接触面の過熱を予防する効果を有している。

特許文献２で提案されている絶縁トロリーの停止給電部は、移動体の停止時における導体と集電子の接触面積を増加させるもので、図８に示すように、導体１２１と集電子１２７との接触部を、従来の集電子先端部の他に、集電子側面部にも接触面を設けるものである。

特開平５−９５６０３号公報 特開２００３−３２４８０３号公報

しかしながら、特許文献１で提案される絶縁トロリーの集電装置では、集電子１１６と絶縁トロリー線１１１との接触面にカーボンが付着することで、走行中の摺動性を向上させ、併せて接触状態を所定の状態に維持する効果を示すが、カーボンの接触面への付着は、その範囲、量とも限定的且つ不均一であることから、移動体の停止時、特に停留時間が長くなるにつれ、その効果を十分に発揮することができず、過熱事故などを引き起こす恐れがある。
また、特許文献２で提案されている絶縁トロリーの停止給電部は、予め停止位置が決定されている場合においてはその効果を発揮するが、停止位置が不規則な作業に用いる場合には、その効果を発揮することが難しい。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、停止位置が不規則な場合においても、停止状態での接触抵抗を低く維持し、過熱状態を生じない集電子を提供することを目的とするものである。

請求項１記載の発明は、給電部と、摺動部と、前記給電部及び摺動部を覆うケースとを備える絶縁トロリー線の集電子であって、前記給電部と摺動部が別体であることを特徴とする絶縁トロリー線用集電子である。

請求項２記載の発明は、給電部と、摺動部と、前記給電部及び摺動部を覆うケースとを備える絶縁トロリー線用集電子であって、前記給電部と摺動部が別体であり、且つ前記給電部には、絶縁トロリー線との接触面と対抗する面側に、給電部の温度変化に対応して、前記給電部を絶縁トロリー線に向かって押圧する部材が備えられていることを特徴とする絶縁トロリー線用集電子である。

請求項３記載の発明は、給電部と、摺動部と、前記給電部及び摺動部を覆うケースとを備える絶縁トロリー線の集電子であって、前記給電部と摺動部が別体であり、前記給電部には、絶縁トロリー線との接触面と対抗する面側に、給電部の温度変化に対応して、前記給電部を絶縁トロリー線に向かって押圧する部材が備えられており、且つ前記摺動部には、絶縁トロリー線との接触面と対抗する面側に、前記摺動部を絶縁トロリー線に向かって押圧する弾性部材を備えていることを特徴とする絶縁トロリー線用集電子である。

請求項４記載の発明は、前記給電部を給電部の温度変化に対応して、絶縁トロリー線に向かって押圧する部材が、温度変化により形状が変化するＮｉＴｉ系形状記憶合金であることを特徴とする請求項２から請求項３記載のいずれかの絶縁トロリー線用集電子である。

本発明に係る集電子によれば、移動体の停止時、特に停留時間が長い場合や停止位置が不規則な場合においても、停止状態での接触抵抗を低く維持することができ、接触面における過熱事故や導通不良などによる移動体の故障を引き起こすことがなく、したがって、作業を遅滞させることなく、その生産効率を向上させるもので、工業上顕著な効果を奏するものである。

以下に、図を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は、請求項１に係る絶縁トロリー用集電子の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。１ａは集電子、１０ａは受電部、２は給電部、３は摺動部、４は給電部及び摺動部を覆うケースである。
受電部１０ａは、進行方向に対して給電部２を摺動部３で挟み込む形で、ケース４に固定される。なお、固定に際しては、図1では、ボルト・ナットなどの締結具５を使用して固定しているが、受電部１０ａ（給電部２及び摺動部３）がケース４に固定できるならどのような方法でも良い。

図１に示す集電子１ａは、移動体（図示せず）の進行方向に対して前後に磨耗に強い摺動部３を配し、高導電性の給電部２を間に挟むことにより運転中及び停留中では、電流が給電部３を主に流れることで絶縁トロリー線と集電子１ａの接触部の過熱が抑制されて過熱事故を防ぐ。一方、給電部２の前記接触による給電部２の磨耗は、磨耗に強い摺動部３を前後に配することで、単体で給電部２を使用する場合に比べて、大きく磨耗を減らし、その寿命を延ばすものである。

図２は、請求項２に係る絶縁トロリー用集電子の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。１ｂは集電子、１０ｂは受電部、２は給電部、２ａは給電部の底部に備わる押圧部材である形状記憶合金部材、３は摺動部、４は給電部及び摺動部を覆うケースである。
受電部１０ｂは、進行方向に対して給電部２を摺動部３で挟み込む形で、ケース４に設置されるが、給電部２は形状記憶合金部材２ａの動作に従って、移動体の進行方向に対して、概ね垂直方向に動きトロリー線を押圧するような機構を有して取り付けられている。図２では、給電部２に設けられるガイドピン２ｂをケース４に設けるガイド孔２ｃに挿入することで前記機構としているが、他の方法でも良い。

ここでガイド孔２ｃは、給電部２を形状記憶合金部材２ａの動作に応じて動かすことができれば、長穴、円形の丸穴やその他の形状でも問題ない。また、給電部２をケースに取り付ける方法としては、ばねの押圧力を受けて給電部２を動かすことができる構造であれば、図２のガイド孔２ｃのガイドピン２ｂをボルトとナットに変更することができる。尚、この場合ボルトの外径とガイド孔の内径を比べた場合に、給電部２がボルトの押圧力を受けて、動けるようなクリアランスを確保する必要があることは言うまでもない。

図３は、図２に示す集電子１ｂの受電状況の変化を説明する模式図で、(ａ)は走行時および停留初期、（ｂ）停留時、（ｃ）再走行時を示す。

図２に示す集電子１ｂを有する絶縁トロリー集電装置を備える移動体（図示せず）が、走行時には図３（ａ）で示す状態で受電し、任意の停止位置で停止し、荷揚げや荷降ろしをする停留場面において、その停留初期は図３（ａ）のように未だ摺動部３で受電しているが、停留時間が長くなるにつれ絶縁トロリー線５との接触部６で発熱が生じて温度が上昇し、その熱が給電部２に備わるばね状の形状記憶合金部材２ａに伝わり、暖められることで、記憶している形状（この場合、伸びている形状）への形状変化を促し、給電部２を押圧し、絶縁トロリー線に押し付ける。

この動きによって、図３（ｂ）に示すように給電部２がトロリー線に押圧され、給電部２とトロリー線５の接触抵抗が低下し、多くの電流が流れても発熱を少なく抑えることができ、よって絶縁トロリー線５との接触部６における過熱事故や導通不良などの不具合を大きく減らすものである。なお、図３内の黒矢印は、形状記憶合金部材２ａによる押圧力の大きさを示している。

次に、作業が終了し、再び走行運転が開始されても、形状記憶合金部材２ａは高温のままであるが、給電部２は移動体が走行に伴って、給電部２の温度低下し、それが形状記憶合金部材２ａに伝わることで、形状記憶合金部材２ａは徐々に冷えて所定の温度になると収縮して押圧力が低下し、給電部２は図３（ｃ）の状態になる。したがって、移動体の走行が長くなるにつれ、給電部２での接触抵抗が増加するため、摺動体３での受電割合が少し増加する。尚、移動体の走行中、トロリー線は移動体と接触していない摩擦発熱のない部分に順次接触して行くことから、給電部２は接触抵抗が多少増加しても、特別に高温になることはない。

図４は、請求項３に係る絶縁トロリー線用集電子の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。１０ｃは受電部、２は給電部、２ａは給電部の底部に備わる押圧部材である形状記憶合金部材、３は摺動部、３ａは摺動部の底部に備わる弾性部材、４は給電部及び摺動部を覆うケースである。

受電部１０ｃは、進行方向に対して給電部２を摺動部３で挟み込む形で、ケース４に設置されるが、給電部２は形状記憶合金部材２ａの動作に従って、移動体の進行方向に対して、概ね垂直方向に動くような機構を有して取り付けられ、摺動部３も弾性部材３ａの動作に従うような機構を持って取り付けられる。図４では、給電部２、摺動部３共にガイドピン２ｂ、３ｂをケース４に設けたガイド孔２ｃ、３ｃに挿入することで前記機構としているが、他の方法でも良い。

ここでガイド孔２ｃ、３ｃは、給電部２が形状記憶合金部材２ａや弾性部材３ａの動作に応じて動かすことができれば、長穴、円形の丸穴やその他の形状でも問題ない。また、図２の場合と同様に図４の場合においても、給電部の固定部材をガイドピン２ｂ、３ｂに変えて、ボルト、ナットに変えることができる。尚、この場合ボルトの外径と給電部と摺動部のガイド孔の内径を比べた場合に、給電部と摺動部がボルトの押圧力を受けて、動けるようなクリアランスが確保されている必要がある。
また、図２、図４の場合共に、温度変化に伴って給電部２に押圧力を及ぼすことができる温度アクチュエータ機能を有していれば、押圧部材２ａは、必ずしも形状記憶合金部材である必要はなく、その他の部材でも良い。

図５は、図４に示す集電子１ｃの受電状況の変化を説明する模式図で、(ａ)は走行時および停留初期、（ｂ）停留時、（ｃ）再走行時を示す。

図４に示す集電子１ｃを有する絶縁トロリー集電装置を備える移動体（図示せず）が、走行時には図５（ａ）で示す状態で受電し、任意の停止位置で停止し、荷揚げや荷降ろしをする停留場面において、その停留初期は図５（ａ）のように、給電部２への押圧力は大きくないが、停留時間が長くなるにつれ絶縁トロリー線５との接触部６で発熱が生じて温度が上昇し、その熱が給電部２に備わるばね状の形状記憶合金部材２ａに伝わり、形状記憶合金製ばねが伸び、給電部２の温度変化に対応して、給電部２を絶縁トロリー線方向に向かって押圧し、絶縁トロリー線５に押し付ける。この結果、給電部２の接触抵抗が減少する。図４、図５の絶縁トロリー集電装置は、図３の場合とは、摺動部に押圧用弾性部材３aを備えていることで異なっているが、その他は、図３の場合と同様の構成となっている。

この動きによって、図５（ｂ）に示すように給電部２を押圧して、絶縁トロリー線５との接触状態を改善し、給電部２とトロリー線５との接触抵抗を減少させることから、給電時の発熱を少なく抑えることができ、よって絶縁トロリー線５との接触部６の過熱事故や導通不良などの不具合を大きく減らすものである。なお、図５内の黒矢印は、図３の場合と同様に形状記憶合金部材２ａによる押圧力の大きさを示している。

作業が終了した直後は、再び走行運転が開始されても、給電部が高温のままなので形状記憶合金部材２ａは伸びた状態で、給電部２を押圧したままである。また、給電部２の絶縁トロリー線５との接触部が移動体の走行に伴なって順次移動することから、形状記憶合金部材２ａは徐々に冷え、形状記憶合金部材２ａが収縮し、給電部の押圧力が低下する。もちろん、給電部２への押圧力が低下しても、給電部とトロリー線の接触状態は保たれるように設計されていることは言うまでもない。

また、摺動部３の底部に備わる弾性部材３ａは、通常走行時には、摺動部３の絶縁トロリー線５との接触部６を絶縁トロリー線５に常に押し付けるように働き、摺動部３に絶縁トロリー線との円滑な摺動と受電を与えるものであるが、給電部２のように、温度変化に対応して、給電部２を絶縁トロリー線に向かって押圧し、接触抵抗を調整する効果はない。

給電部２に用いる材料は、高い導電性を有していることが望ましく、無酸素銅やタフピッチ銅などの純銅や、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｓｎ合金或いはＣｕ−Ａｇ合金などの銅合金、特に、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上の高導電性銅合金が望ましい。
摺動部３に使用する材料としては、耐磨耗性の高いＣ／Ｃｕ複合体が耐磨耗性および導電性との両立の観点から望ましい。
ケース４は、組み立て及びメンテナンスのし易さ、軽量化、低廉化などの観点からポリ塩化ビニルやポリカーボネイトなどの硬質プラスチックを用いる。

形状記憶合金部材２ａに用いられる材料は、５０℃から１００℃にはほぼ動作が完了するＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金若しくは、Ｔｉ−Ｎｉ系形状記憶合金を用いる。
具体的には、Ｎｉを４９．５ｍｏｌ％から５１．５ｍｏｌ％含むＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金、若しくは前記Ｔｉ−Ｎｉ形状記憶合金のＮｉ或いはＴｉをＣｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｏなどのいずれか１種以上と置換したＴｉ−Ｎｉ系形状記憶合金である。
なお、上述の動作が完了する温度５０℃から１００℃は、絶縁トロリー線の製品規格或いは、その設置規格により変化するものであり、通常は７０℃から８０℃位に設定される。

弾性部材３ｂに用いられる材料は、ＪＩＳ Ｇ３５２１、Ｇ３５２２などの硬鋼線を用いて作製されるが、使用環境などに合わせて、ＪＩＳ Ｇ４３１４で規定するばね用ステンレス鋼線なども用いる。

絶縁トロリー線用集電子の第一の実施形態の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。 絶縁トロリー線用集電子の第二の実施形態の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。 第二の実施形態で示される集電子１ｂの受電状況の変化を説明する模式図で、(ａ)は走行時および停留初期、（ｂ）停留時、（ｃ）再走行時を示すものである。 絶縁トロリー線用集電子の第三の実施形態の説明図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）はａ−ａ断面図、（ｃ）はｂ−ｂ断面図である。 第三の実施形態で示される集電子１ｃの受電状況の変化を説明する模式図で、(ａ)は走行時および停留初期、（ｂ）停留時、（ｃ）再走行時を示すものである。 従来のトロリー線集電装置を断面図である。 特許文献１に示される絶縁トロリー線用の集電子の断面図である。 特許文献２に示される絶縁トロリー線の停止給電部の断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ 集電子
２ 給電部
２ａ 形状記憶合金製ばね（押圧部材）
２ｂ、３ｂ ガイドピン
２ｃ、３ｃ ガイド孔
３ 摺動部
３ａ 弾性部材
４ ケース
５ 絶縁トロリー線
６ 接触部
７ 締結具
７ａ 締結孔
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 受電部
１００ 絶縁トロリー集電装置
１０１，１１２，１２１ 導体
１０２、１１６，１２７ 集電子
１０３ 押付けバネ機構
１０４ 絶縁カバー
１１１ 絶縁トロリー線
１１４ 埋込用孔
１１５ カーボン
１２２ 接触板
１２３ 接続導体
１２４ 絶縁ケース
１２５ ケーブル
１２６ バネ
１２８ シュー
１２９ リブ

Claims (4)

1. 絶縁トロリー線に接触しつつ進行する受電部を備える絶縁トロリー線用集電子であって、
   前記受電部が、給電部と、当該給電部の進行方向前後に隙間を設けて配置された摺動部とを有し、
   前記給電部は前記摺動部よりも高い導電性を有し、
   前記摺動部は前記給電部よりも高い耐摩耗性を有し、
   前記給電部の温度上昇に応じて形状変化することにより前記給電部を前記絶縁トロリー線に押し付ける部材を備えたことを特徴とする絶縁トロリー線用集電子。
2. 前記給電部を前記絶縁トロリー線に押し付ける部材が形状記憶合金部材である、請求項１記載の絶縁トロリー線用集電子。
3. 前記形状記憶合金部材がＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金部材である、請求項２記載の絶縁トロリー線用集電子。
4. 前記摺動部を前記絶縁トロリー線に常に押し付ける弾性部材を備えた、請求項１乃至３の何れかに記載の絶縁トロリー線用集電子。

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