JP5777573B2 - パンタグラフ支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両のパンタグラフを支持するパンタグラフ支持装置に関する。

特許文献１には、軌道の曲線部分を通過する際に、車体を台車に対して曲線内方へ傾斜させる車体傾斜装置を有する鉄道車両において、パンタグラフを台車の側梁から一定位置に保持するパンタグラフ支持装置について記載されている。このパンタグラフ支持装置は、パンタグラフ支持架台と、パンタグラフ支持架台案内装置と、パンタグラフ支持架台に設けられた張力付与装置と、一端が張力付与装置に接続され他端が台車の側梁に接続された一対のロープ（連結部材）とを有している。一対のロープは、車両の両側面に設けられた複数のローラを介して各側面に沿って配設されている。そして、張力付与装置によって各ロープに張力が付与され、車両が軌道の曲線部分を通過する際においても、パンタグラフ支持架台（すなわち、パンタグラフ）が、一定位置に保持される。

特開平５−１１５１０４号公報（図６、図７）

上記特許文献１に記載のパンタグラフ支持装置においては、ロープがローラの外周側面によって支持されている。ローラは、回転軸が車両の進行方向に平行に配置されている。車両が軌道の曲線部分を通過する際は、車体傾斜装置によって車体が台車に対して曲線内方に傾斜する。このとき、ローラは、ロープの鉛直方向への相対移動に伴って回転する。このため、ロープの局部摩耗が抑制される。

しかしながら、車両が軌道の曲線部分を通過する際は、台車が車体に対して回動する。例えば、一対のロープの他端が、進行方向と直交する方向に関して、台車の中心を挟んで配置されていると、一方のロープの他端が進行方向前方に移動し、他方のロープの他端が進行方向後方に移動する。このようにロープの他端が前方及び後方に移動すると、ロープに局部摩耗が生じる。つまり、一方のロープと、車体の最も下方に配置されたローラとの接触部分には、ロープの他端が前方に引っ張られることによる局部摩耗が生じる。他方のロープと、ローラとの接触部分についても、ロープの他端が後方に引っ張られることによる局部摩耗が生じる。この結果、ロープが破断しやすくなる。

また、特許文献１には、車両の両側面に沿って設けられたアウターケーシング内に、ロープが挿通されたパンタグラフ支持装置についても記載されている。この場合についても、車両が軌道の曲線部分を通過する際は、一対のロープの他端が前方及び後方に引っ張られる。すると、アウターケーシングの下端とそこから露出したロープとが接触し、局部摩耗が生じる。この結果、ロープが破断しやすくなる。

そこで、本発明の目的は、連結部材の局部摩耗を抑制することが可能なパンタグラフ支持装置を提供することである。

本発明のパンタグラフ支持装置は、車体と、前記車体の下部に鉛直方向に沿った軸を中心として回動可能に取り付けられた台車と、軌道の曲線部分において前記車体を前記台車に対して曲線内方へ傾斜させる車体傾斜装置と、前記車体の屋根上に設けられたパンタグラフとを有する鉄道車両における、前記パンタグラフを支持するパンタグラフ支持装置において、前記屋根上において前記パンタグラフを支持する架台と、前記屋根上に取り付けられ、且つ、前記架台が前記屋根に対して鉛直方向及び前記車体の進行方向の両方向に直交する直交方向に相対移動可能なように前記架台を支持する架台案内装置と、前記台車と前記架台とを連結し、前記台車から前記車体の左右の側面に沿って前記架台まで配設された左右一対の連結部材と、前記架台に取り付けられ、前記架台を前記台車に対して一定位置に保持するために必要な一定の張力を前記連結部材に与える張力付与装置と、前記車体に取り付けられ、鉛直方向に関して前記連結部材が前記車体に対して相対移動可能なように前記連結部材を支持する支持部材とを備えている。そして、前記連結部材は、一端が前記張力付与装置に接続され前記車体の側面に沿って延在する第１部材と、前記第１部材の他端と接続された第１ジョイント部材と、一端が前記第１ジョイント部材と接続された第２部材と、前記台車の側梁に取り付けられ前記第２部材の他端と接続された第２ジョイント部材とを有しており、前記支持部材は、前記第１部材及び前記第１ジョイント部材のいずれかを支持しており、前記第１及び第２ジョイント部材は、前記第２部材が前記第１部材に対して前記進行方向及び前記直交方向の２方向に揺動可能なように、構成されている。

これによると、鉄道車両が軌道の曲線部分を通過する際に、連結部材の第２部材が第１部材に対して２方向に揺動する。このため、連結部材の局部摩耗を抑制することが可能となり、連結部材が破損しにくくなる。

本発明において、前記第１及び第２ジョイント部材は、球面ジョイント部材であることが好ましい。これにより、第２部材の第１部材に対する揺動が滑らかになる。

また、本発明において、前記支持部材は、前記車体の下端部に取り付けられており、前記第２ジョイント部材は、前記側梁の下端部に取り付けられていることが好ましい。これにより、第２部材が第１部材に対して揺動したときの角度が小さくなる。このため、各ジョイント部材にかかる横方向の力が小さくなる。

また、本発明において、前記支持部材は、基端が前記進行方向に沿った軸を中心として回転可能に前記車体に支持され且つ先端が前記第１ジョイント部材に取り付けられたアームを有していることが好ましい。これにより、鉄道車両が軌道の曲線部分を通過する際に、連結部材が車体に対して鉛直方向に相対移動しても、支持部材と、第１部材又は第１ジョイント部材とが摺動しなくなる。このため、当該摺動部分における摩耗がなくなり、連結部材の寿命が延びる。

また、本発明において、前記支持部材は、筒状のリニアブッシュを有しており、前記第１部材は、前記リニアブッシュに挿通されたリニアシャフトを有していることが好ましい。これにより、連結部材が車体に対して鉛直方向に相対移動した際に、支持部材と、第１部材とが摺動する部分には、リニアシャフトとリニアブッシュとが設けられている。このため、当該摺動部分における摩耗が効果的に抑制され、連結部材の寿命が延びる。

また、本発明において、前記第１部材は、前記一端から前記車体の側面に沿って延在したワイヤーロープを有していることが好ましい。これにより、第１部材が車体に対して鉛直方向に相対移動した際に、当該第１部材が車体の側面に沿って追従する。

本発明のパンタグラフ支持装置によると、鉄道車両が軌道の曲線部分を通過する際に、連結部材の第２部材が第１部材に対して２方向に揺動する。このため、連結部材の局部摩耗を抑制することが可能となり、連結部材が破損しにくくなる。

本発明の一実施形態であるパンタグラフ支持装置を含む鉄道車両の概略平面図である。 図１に示すII−II線に沿った断面図である。 図１に示す鉄道車両が軌道の曲線部分を通過するときの状況図である。 図３に示すIV−IV線に沿った断面図である。 （ａ）は図２に示す車両を右方から見たときの部分側面図であり、（ｂ）は図４に示す車両を右方から見たときの部分側面図である。 本発明の一実施形態であるパンタグラフ支持装置の第１部材及び支持部材の変形例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

本発明の一実施形態であるパンタグラフ支持装置１を含む鉄道車両１００について、図１〜図５を参照し、以下に説明する。

車両１００は、図１に示すように、車体５０及び２つの台車７０を有する。車体５０は、進行方向Ａに長尺な直方体形状を有する。車体５０には、図２に示すように、車体５０の左右側面５０ａ及び屋根を覆う車体カバー５１が取り付けられている。台車７０は、矩形平面形状を有し、車体５０の進行方向Ａの前方下部、及び、後方下部にそれぞれ取り付けられている。各台車７０は、台車枠７１と、４つの車輪７２とを有し、車体５０を下方から支持する。車輪７２は、各車軸（不図示：進行方向Ａに直交する方向（図２中左右方向）に平行な車軸）の両端にそれぞれ固定されており、車軸を介して、台車枠７１にそれぞれ回転可能に支持されている。台車７０は、図１に示すように、台車７０の中心点Ｂを中心として、車体５０に対して回動可能に取り付けられている。これにより、車両１００が軌道の曲線部分を通過する際に、平面視において、台車７０が車体５０に対して、軌道の曲がり方向に回動する（図３参照）。

車両１００は、図２に示すように、車体傾斜装置８０を有する。この車体傾斜装置８０は、振り子はり８１と、コロ装置８２と、油圧シリンダ８３とを有する。なお、車体傾斜装置８０は、油圧シリンダ（アクチュエータ）の設置が異なるものの、特開平５−１１５１０４号公報に記載の車体傾斜装置とほぼ同様な構成である。

振り子はり８１は、２つの空気バネ９０を介して車体５０を支持している。コロ装置８２は、台車枠７１に固定されており、振り子はり８１の下面湾曲部８１ａに沿って振り子はり８１を移動可能に支持している。この下面湾曲部８１ａは、車体５０の振り子点Ｃを中心とした半径Ｒの円弧状に形成されている。油圧シリンダ８３は、一端が振り子はり８１に回転可能に支持され、他端が台車枠７１に回転可能に支持されている。そして、油圧シリンダ８３は、車両１００が軌道の曲線部分を通過する際に、車体５０が台車７０に対して曲線内方へ傾斜するように（図４参照）、車両１００の制御装置によってそのストロークが制御される。このとき、車体５０が、振り子点Ｃを中心として、所定角度だけ回動する。これにより、図４に示すように、軌道の曲線部分において、車両１００がカントによって曲線内方に傾斜するとともに、車体５０が、車体傾斜装置８０によってさらに曲線内方に傾斜する。

車両１００には、図２に示すように、パンタグラフ支持装置１が設けられている。パンタグラフ支持装置１は、架台５と、架台案内装置１０と、張力付与装置１５と、一対の連結部材３０と、支持部材４０と、複数のローラ４８とを有する。複数のローラ４８は、図２に示すように、車体５０の屋根及び左右の側面５０ａに設けられており、連結部材３０のそれぞれが車体５０の屋根から左右の側面５０ａに沿って配設される。なお、本実施形態のパンタグラフ支持装置１の架台５、架台案内装置１０及び張力付与装置１５は、特開平５−１１５１０４号公報に記載のパンタグラフ支持架台、パンタグラフ支持架台案内装置、及び、張力付与装置とほぼ同様なものである。

架台５は、図２に示すように、その上面において、車両１００のパンタグラフ２１を支持する。架台案内装置１０は、ガイド１１と、スライダ１２とを有する。ガイド１１は、車体５０の屋根上に固定されている。また、ガイド１１は、振り子点Ｃを中心とした半径Ｒの円弧状に形成されている。スライダ１２は、ガイド１１に沿って架台５を円滑に移動させるベアリングを内蔵している。この構成により、架台案内装置１０は、車両１００の進行方向Ａに直交する方向に、架台５を車体屋根に対して相対移動可能にする。

張力付与装置１５は、架台５の下面中央に取り付けられている。張力付与装置１５は、車両１００の進行方向に平行な回転軸を有するドラム１６を含んでいる。このドラム１６には、各連結部材３０の一端が接続され、当該連結部材３０の一端側の一部が巻かれている。ドラム１６の回転軸と同軸上には、渦巻きバネ（不図示）が設けられている。この渦巻きバネは、各連結部材３０を一定の張力でドラム１６に巻き取る方向に設定される。この構成により、張力付与装置１５は、空気バネ９０に支持された車体５０の上下動・左右動によって連結部材３０に無理な引っ張りやたわみが生じないようにすると共に、常に、架台５を台車７０に対して一定位置に保持する。

この架台５を一定位置に保持するとは、各連結部材３０の台車枠７１の左右の側梁７１ａから張力付与装置１５のドラム１６までの距離を一定に保ち、パンタグラフ２１を車体５０が軌道の曲線部分で傾斜する前の中立位置（パンタグラフ２１の中心が軌道中心に垂直に立てた線上にある位置）に保持することである。つまり、車体５０が車体傾斜装置８０によって傾斜すると、パンタグラフ集電舟２２も曲線内方に大きく傾き、架線２３から外れようとする。しかしながら、張力付与装置１５によって、パンタグラフ２１が中立位置に保持される。このため、パンタグラフ集電舟２２が架線２３から外れるのを防ぐことが可能となる。

一対の連結部材３０は、図１に示すように、進行方向Ａに直交する方向に関して車体５０（中心点Ｂ）を挟む位置に配置されている。また、一対の連結部材３０は、図２に示すように、車体５０の左右側面５０ａに沿って配設されている。

各連結部材３０は、第１部材３１、第２部材３２、第１ジョイント部材３３、及び、第２ジョイント部材３４を有している。第１及び第２部材３１，３２は、ワイヤーロープからなる。第１部材３１は、一端（上端）がドラム１６に他端（下端）が第１ジョイント部材３３に接続され、車体５０の屋根から側面５０ａに沿って延在する。また、第１部材３１は、ローラ４８によって支持されている。これにより、車体５０の傾斜（回動）によって、鉛直方向に関して、第１部材３１と車体５０とが相対移動しても、第１部材３１の摩耗が抑制される。第２部材３２は、一端（上端）が第１ジョイント部材３３に他端（下端）が第２ジョイント部材３４に接続され、台車７０の側面に沿って延在する。

第１及び第２ジョイント部材３３，３４は、公知の球面ジョイント部材が採用される。これにより、第２部材３２が、その両端において、３６０°回転可能となる。このため、第２部材３２の第１部材３１に対する揺動が滑らかになる。第２ジョイント部材３４は、側梁７１ａの側面下端に固定されている。

支持部材４０は、図２及び図５に示すように、一対のフランジ４１と、アーム４２とを有している。一対のフランジ４１は、車体５０の下面に固定されている。また、一対のフランジ４１は、アーム４２が進行方向Ａに直交する平面内で揺動可能に、アーム４２の基端を支持している。アーム４２は、その先端において、第１ジョイント部材３３を支持している。これにより、第１ジョイント部材３３の鉛直方向の距離を変化させることが可能となる。このため、図４に示すように、車体５０が車体傾斜装置８０によって傾斜し、第１部材３１が車体５０に対して鉛直方向に相対移動して各第１ジョイント部材３３と車体５０との鉛直方向の距離（相対位置関係）が変化しても、アーム４２が回動して距離の変化を吸収することが可能となる。つまり、支持部材４０と第１部材３１又は第１ジョイント部材３３とが摺動しない。このため、当該摺動による摩耗がなくなり、連結部材３０の寿命が延びる。

このような一対の連結部材３０及び支持部材４０において、車両１００が軌道の曲線部分を通過すると、台車７０が、図３中２点鎖線で示す位置（軌道の直線部分を通過しているときの位置）から実線で示す位置へと車体５０に対して大きく回動する。すると、図３中上方（曲線部分の外側）にある第２ジョイント部材３４が、回動前の２点鎖線で示す位置から進行方向Ａの前方に移動し、図３中下方（曲線部分の内側）にある第２ジョイント部材３４が、回動前の２点鎖線で示す位置から進行方向Ａの後方に移動する。この第２ジョイント部材３４は、図３の拡大部分に示すように、進行方向Ａに平行な方向に距離Ｔ１、及び、進行方向Ａに直交する方向に距離Ｔ２だけ移動する。このように第２ジョイント部材３４が、進行方向Ａに平行な方向、及び、進行方向Ａに直交する方向に移動しても、第２部材３２の両端には第１及び第２ジョイント部材３４が設けられているため、第２部材３２が第１部材３１に対して揺動し、車体５０に対する台車７０の回動に追従する。

また、このときの第２ジョイント部材３４の移動によって、第２部材３２を介して、第１部材３２及び第１ジョイント部材３３のそれぞれが下方に引っ張られる。このとき、第１部材３１がドラム１６から必要な長さだけ繰り出される。この場合でも、支持部材４０のアーム４２の回動によって、これら第１部材３１及び第１ジョイント部材３３を下方に追従させることが可能となる。このため、支持部材４０と第１部材３１又は第１ジョイント部材３３とが摺動しなくなり、連結部材３０の寿命が延びる。

以上に述べたように、本実施形態のパンタグラフ支持装置１によると、第１ジョイント部材３３及び第２ジョイント部材３４が、第２部材３２が第１部材３１対して進行方向及びこれに直交する方向の少なくとも２方向に揺動可能に構成されている。このため、鉄道車両１００が軌道の曲線部分を通過する際に、連結部材３０の第２部材３２が第１部材３１に対して２方向に揺動する。このため、連結部材３０の局部摩耗を抑制することが可能となり、連結部材３０が破損しにくくなる。

また、支持部材４０が車体５０の下面に取り付けられており、第２ジョイント部材３４が側梁７１ａの下端に取り付けられている。これにより、アーム４２の先端から第２ジョイント部材３４までの距離が比較的長くなる。このため、第２部材３２が第１部材３１に対して揺動したときの角度が小さくなり、各ジョイント部材３３，３４にかかる横方向（水平方向）の力が小さくなる。また、第１部材３１がワイヤーロープからなるため、第１部材３１が車体５０に対して鉛直方向に相対移動した際に、当該第１部材３１が車体５０の側面５０ａに沿って追従する。

変形例として、第１及び第２ジョイント部材３３，３４は、第２部材３２が第１部材３１に対して、進行方向Ａに平行な方向及び台車７０の車軸方向（進行方向Ａと直交する方向）に揺動可能なジョイント部材であれば、どのようなジョイント部材（例えば、２軸以上のユニバーサルジョイント）でも採用可能である。

また、別の変形例として、図６に示すように、第１部材３１がリニアシャフト１３１ａとワイヤーロープ１３１ｂとを有する第１部材１３１から構成され、支持部材４０が筒状のリニアブッシュ１４１ａとこれを支持する固定部材１４１ｂとを有する支持部材１４１から構成されていてもよい。より具体的には、ワイヤーロープ１３１ｂは、その上端がドラム１６に接続され下端がリニアシャフト１３１ａに接続されている。リニアシャフト１３１ａの下端には、第１ジョイント部材３３が固定されている。リニアシャフト１３１ａは、車体５０の最も下方に配置されているローラ４８から第２ジョイント部材３４に向かう方向に沿って配置されている。固定部材１４１ｂは、車体５０の下面に取り付けられており、リニアシャフト１３１ａがリニアブッシュ１４１ａ内を摺動可能なように、リニアブッシュ１４１ａを支持している。これにより、支持部材１４１は、鉛直方向に関して、リニアシャフト１３１ａがリニアブッシュ１４１ａに対して相対移動可能なように、リニアシャフト１３１ａを支持する。リニアシャフト１３１ａは、車体５０が左右方向に最大限傾斜したときでも、リニアシャフト１３１ａの端部がリニアブッシュ１４１ａ内に存在する長さを有している。なお、リニアシャフト１３１ａ及びリニアブッシュ１４１ａは、公知のものが採用される。

この構成においても、上述の実施形態と同様に、第１ジョイント部材３３の鉛直方向の距離を変化させることが可能となる。この際（連結部材が車体５０に対して鉛直方向に相対移動した際）に、支持部材１４１と、第１部材１３１とが摺動する部分には、リニアシャフト１３１ａとリニアブッシュ１４１ａとが設けられている。このため、当該摺動部分における摩耗が効果的に抑制され、連結部材の寿命が延びる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、第１部材が、ワイヤーロープ以外の可撓性を有するロープ状部材及び線状部材などから構成されていてもよい。第２部材３２は、第１及び第２ジョイント部材３３，３４を繋ぐものであれば、ワイヤーロープ以外のどのような部材（例えば、金属棒）であってもよい。また、支持部材４０は、第１部材３１を支持していてもよい。

１ パンタグラフ支持装置
５ 架台
１０ 架台案内装置
１５ 張力付与装置
３０ 連結部材
３１，１３１ 第１部材
３２ 第２部材
３３ 第１ジョイント部材
３４ 第２ジョイント部材
４０，１４１ 支持部材
４２ アーム
７０ 台車
７１ａ 側梁
８０ 車体傾斜装置
１３１ａ リニアシャフト
１４１ａ リニアブッシュ

Claims (6)

1. 車体と、前記車体の下部に鉛直方向に沿った軸を中心として回動可能に取り付けられた台車と、軌道の曲線部分において前記車体を前記台車に対して曲線内方へ傾斜させる車体傾斜装置と、前記車体の屋根上に設けられたパンタグラフとを有する鉄道車両における、前記パンタグラフを支持するパンタグラフ支持装置において、
   前記屋根上において前記パンタグラフを支持する架台と、
   前記屋根上に取り付けられ、且つ、前記架台が前記屋根に対して鉛直方向及び前記車体の進行方向の両方向に直交する直交方向に相対移動可能なように前記架台を支持する架台案内装置と、
   前記台車と前記架台とを連結し、前記台車から前記車体の左右の側面に沿って前記架台まで配設された左右一対の連結部材と、
   前記架台に取り付けられ、前記架台を前記台車に対して一定位置に保持するために必要な一定の張力を前記連結部材に与える張力付与装置と、
   前記車体に取り付けられ、鉛直方向に関して前記連結部材が前記車体に対して相対移動可能なように前記連結部材を支持する支持部材とを備えており、
   前記連結部材は、一端が前記張力付与装置に接続され前記車体の側面に沿って延在する第１部材と、前記第１部材の他端と接続された第１ジョイント部材と、一端が前記第１ジョイント部材と接続された第２部材と、前記台車の側梁に取り付けられ前記第２部材の他端と接続された第２ジョイント部材とを有しており、
   前記支持部材は、前記第１部材及び前記第１ジョイント部材のいずれかを支持しており、
   前記第１及び第２ジョイント部材は、前記第２部材が前記第１部材に対して前記進行方向及び前記直交方向の２方向に揺動可能なように、構成されていることを特徴とするパンタグラフ支持装置。
2. 前記第１及び第２ジョイント部材は、球面ジョイント部材であることを特徴とする請求項１に記載のパンタグラフ支持装置。
3. 前記支持部材は、前記車体の下端部に取り付けられており、
   前記第２ジョイント部材は、前記側梁の下端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパンタグラフ支持装置。
4. 前記支持部材は、基端が前記進行方向に沿った軸を中心として回転可能に前記車体に支持され且つ先端が前記第１ジョイント部材に取り付けられたアームを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパンタグラフ支持装置。
5. 前記支持部材は、筒状のリニアブッシュを有しており、
   前記第１部材は、前記リニアブッシュに挿通されたリニアシャフトを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパンタグラフ支持装置。
6. 前記第１部材は、前記一端から前記車体の側面に沿って延在したワイヤーロープを有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパンタグラフ支持装置。

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