JP5897398B2 - 架線用テンションバランサ - Google Patents

Description

本発明は、架線に張力を与えるテンションバランサに関する。

架線に張力を与える装置として、テンションバランサが知られている。例えば、特許文献１には、垂直な方向に配置されたコイルばねを用い、水平に架設された架線に張力を与える鉄道用テンションバランサが記載されている。この技術では、コイルばねの底部に回転自在に連結されたリンクロッドの他端を、くの字型の回転アームの一端に回転自在な状態で連結し、回転アームの他端で架線を支持する。そして、架線が伸び縮みすると、回転アームが回転し、水平方向の動きが垂直方向の動きに変換され、垂直に配置されたコイルばねが延び縮みする。

特開２００９−１６６５８３号公報

特許文献１に記載の技術では、回転アームと架線との連結点が回転アームの回転に従って回転するので、コイルばねの伸縮に伴って架線が上下する。このような背景において、本発明は、架線用テンションバランサにおいて、張力発生手段の変位に対する架線の上下動を制御できる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転可能なリンク部材と、前記リンク部材に連結され、前記リンク部材を回転させようとする張力を発生する張力発生手段と、架線が固定され、特定の経路に沿って動くことが可能なスライダと、前記リンク部材の回転を前記スライダの前記特定の経路に沿った動きに変換する変換手段とを備え、前記リンク部材は、三角形の頂点となる第１、第２および第３の点を有し、前記第１の点を回転中心として回転が可能であり、前記張力発生手段は、前記リンク部材の前記第２の点を引っ張り、前記スライダは、前記第１の点に対して回転する前記第３の点により引っ張られることを特徴とする架線用テンションバランサである。

請求項１に記載の発明によれば、張力発生手段の変位に伴い、リンク部材が回転する。このリンク部材の回転が、変換手段によりスライダに伝わり、スライダが特定の経路に沿って動く。スライダが特定の経路に沿って動くことで架線が引っ張られ、架線に張力が与えられる。ここで、変換手段により、リンク部材の回転が、直線移動やその他特定の経路に沿った移動に変換されるので、張力発生手段の変位に対する架線の上下動を制御することができる。また、張力発生手段の変位に伴い、リンク部材が回転するが、この際に、円周経路上を移動する第３の点に引っ張られるスライダが、第３の点の移動経路（つまり、円周上の経路）と異なる特定の経路に沿って動く。そのため、張力発生手段の変位に対する架線の上下動を制御することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記変換手段は、前記スライダに回転自在な状態で一端が連結され、他端が前記リンク部材に回転自在な状態で連結された連結棒を備えることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、連結棒により、クランク機構が構成され、このクランク機構によりリンク部材の回転が直線運動に変換され、スライダが直線方向に移動する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記スライダは、水平な方向に延在したガイド部材上において水平方向のみの移動が許容された状態で移動することを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、スライダが水平な方向にしか移動できないので、架線に伸び縮みが発生しても、スライダは水平に動くだけで、上下に動かず、架線に上下動は発生しない。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記変換手段は、前記リンク部材の回転を前記スライダの直線移動に変換する手段であることを特徴とする。請求項４に記載の発明によれば、リンク部材が回転してもスライダは回転せず、直線移動するので、張力発生手段の変位に対する架線の上下を制御することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記張力発生手段は、縦置きされた外側筐体と、コイルばねの伸縮に伴い前記外側筐体に対して軸方向に可動し、前記リンク部材に回転自在な状態で連結された可動部とを備え、前記外側筐体の下部が支持体に回転自在な状態で取り付けられていることを特徴とする。請求項５に記載の発明によれば、張力発生手段の上端部分（リンク部材への可動部の接続点）が首を振るように回動できるので、架線の伸び縮みに伴ってリンク部材が回転しても、外筒の延在方向と可動部の可動方向とが常に一致する。そのため、張力発生手段において、可動部が外筒に対して無理な角度で出入りすることがなく、構造的に無理がなく、また力の伝達に無理やロスが生じる問題が発生しない。

本発明によれば、架線用テンションバランサにおいて、張力発生手段の変位に対する架線の上下を制御できる技術が提供される。

実施形態の概念図である。 実施形態の側面図である。 実施形態の側面図である。 実施形態の正面図である。 図４の一部拡大図である。 各部材の係合状態を示す上面図である。 実施形態の概念図である。 実施形態の概念図である。

（基本構造）
図１には、発明を利用した鉄道用テンションバランサの原理図が示されている。図１には、鉄道用テンションバランサ１００が示されている。鉄道用テンションバランサ１００は、支持体である支柱１０１に取り付けられている。支柱１０１は、例えば、鉄柱やコンクリート柱である。支柱１０１には、水平方向に延在したフレーム１０２，１０３が取り付けられている。

鉄道用テンションバランサ１００は、リンク部材１０４を備えている。リンク部材１０４は略三角形状形の部材であり、三角形の頂点の位置にある符合１０５，１０６，１１２の各部分が軸により他の部材と連結されている。まず、リンク部材１０４は、フレーム１０２に軸１０５により連結され、フレーム１０２に対して、軸１０５を回転中心として図の面内で回転が可能とされている。また、リンク部材１０４には、可動ロッド１０７が軸１０６によって回転自在な状態で連結されている。可動ロッド１０７は、コイルばねアッセンブリー１０８の一部であり、コイルばねアッセンブリー１０８が発生する張力により、軸１０６の部分を下方に引っ張る。なお、ここでいう下方という語句には、鉛直下の方向および鉛直下方向の成分を有する斜め下の方向の意味が含まれる。

コイルばねアッセンブリー１０８は、張力発生手段の一例であり、縦置き配置されている。なお、ここでいう縦置きという語句には、コイルばねアッセンブリー１０８の延在方向が鉛直とされた場合のみならず、図１に示すような鉛直から傾いた状態で配置される場合も含まれる。コイルばねアッセンブリー１０８は、筐体である円筒形状の外筒１０９を有している。外筒１０９の内部には、図示しないコイルばねが納められている。このコイルばねの反発力によって、可動ロッド１０７が外筒１０９の内部に引き込まれる向きの力が生成される。外筒１０９の下端は、軸１１０によって、フレーム１０３に回転自在な状態で取り付けられている。

また、リンク部材１０４には、連結棒１１１が軸１１２によって回転自在な状態で連結されている。ここで、軸１０５、１０６および１１２は、三角形の頂点の位置関係にある。なお、軸１０５、１０６および１１２により構成される三角形の形状は、特定の形状（例えば、直角三角形等）に限定されず、必要に応じたものを採用することができる。

連結棒１１１の他端は、軸１１３によってスライダ１１４に回転自在な状態で連結されている。スライダ１１４は、水平に配置されたレール１１５上を水平方向（図の左右の方向）にのみ移動可能とされている。レール１１５は、一端が支柱１０１に固定され、スライダ１１４を水平方向のみへの移動を許容する状態で束縛する。レール１１５に対するスライダ１１４のスライド機構は、特に限定されず、例えば摩擦しながら滑る形態、ローラを用いる形態、ギヤを用いる形態等が採用可能である。

軸１０５を回転中心とした軸１１２の部分の回転運動（円周経路上の移動）が、連結棒１１１により、スライダ１１４（軸１１３の部分）の直線運動に変換される。つまり、連結棒１１１により、リンク部材１０４の回転をスライダ１１４のレール１１５上での特定の経路に沿った動きに変換する変換手段となるクランク機構が構成されている。スライダ１１４には、架線１１６の端部が取り付けられている。なお、スライダ１１４と架線１１６との間にガイド線等の介在物を介した構造も可能である。

（動作原理）
コイルばねアッセンブリー１０８内のコイルばねの作用により、可動ロッド１０７の軸１０６の部分が、図の下の方向（厳密には、斜め左下の方向）に引っ張られる。リンク部材１０４は、軸１０５を回転中心として回転が可能であるので、軸１０６の部分が下方に引っ張られることで、リンク部材１０４には、軸１０５を回転中心として図の反時計回りの方向に回転しようとする力が作用する。この力により、軸１１２の部分も同様に図の反時計回り方向に回転しようとし、連結棒１１１の左側の端部が、図の左の方向に引っ張られる。ここで、軸１１２の部分は、軸１０５を中心した円周上を経路して移動しようとするが、連結棒１１１の右端は、水平方向のみの移動が許容されたスライダ１１４に軸１１３を介して連結されているので、スライダ１１４が図の左の方向に引っ張られる。こうして、架線１１６を図の左の方向に引っ張る張力が発生する。

仮に、架線１１６が延びた場合、スライダ１１４が図の左の方向に移動する。この際、リンク部材１０４が軸１０５を回転中心として、図の反時計回り方向に回転し、架線１１６が図の左の方向に引っ張れた状態が維持される。この際、スライダ１１４は水平な方向にしか移動しないので、架線１１６に上下動は発生しない。また、この際、軸１０６の位置が図の反時計回りに方向に回転するが、それに合わせて軸１１０を回転中心として、外筒１０９が回動し、外筒１０９の軸方向と可動ロッド１０７の可動方向とにずれは生じない。

また、架線１１６が縮んだ場合、スライダ１１４が図の右の方向に移動する。この際、リンク部材１０４が軸１０５を回転中心として、図の時計回り方向に回転し、架線１１６が図の左の方向に引っ張れた状態が維持される。この際、スライダ１１４は水平な方向にしか移動しないので、架線１１６に上下動は発生しない。また、この際、軸１０６の位置が図の時計回りに方向に回転するが、それに合わせて軸１１０を回転中心として、外筒１０９が回動し、外筒１０９の軸方向と可動ロッド１０７の可動方向とにずれは生じない。

以上述べたように、架線１１６に伸縮が生じ、軸１１２が軸１０５を回転中心として回転しても、スライダ１１４（軸１１３）はそれと異なり直線上を移動する。すなわち、架線１１６が伸縮し、コイルばねアッセンブリー１０８の可動ロッド１０７の端部(軸１０６の部分)が変位（つまり、コイルばねが伸縮）しても、スライダ１１４の位置は垂直方向には動かず、その高さ方向の位置は変化しない。つまり、架線１１６に伸び縮みが発生しても、架線１１６の端部に上下動が発生しない状態で、架線１１６への張力を与え続けることができる。

（具体例）
図２〜図３には、発明の具体例が示されている。図２および図３は、実施形態の側面図である。図４は、図３の状態を図３の右の方向から見た正面図であり、図５は、図４の一部を拡大した拡大図である。

図２〜図３には、鉄道用テンションバランサ２００が示されている。鉄道用テンションバランサ２００は、支持体として機能する垂直に立てられたコンクリート柱２０１に取り付けられている。コンクリート柱２０１には、水平方向に延在したフレーム２０２，２０３が取り付けられている。

図５に示されているように、フレーム２０２は、内部に空洞を有し、そこに後述する可動ロッド２０７やリンク部材２０４が収められている。フレーム２０２は、環状のバンド部１１を用いてコンクリート柱２０１に取り付けられている。すなわち、フレーム２０２には、溶接等により、環状のバンド部１１が固定されており、環状のバンド部１１は、フランジ部１２を有している。そして、コンクリート柱２０１の外側に、環状のバンド部１１を取り付けた状態で、フランジ部１２をボルト１３で締め付けることで、フレーム２０２がコンクリート柱２０１に固定されている。この環状のバンド部を用いたコンクリート柱への固定の構造は、フレーム２０３も同じである。

鉄道用テンションバランサ２００は、リンク部材２０４を備えている。リンク部材２０４は略三角形状の板状の部材であり、三角形の頂点の位置関係となる３点の部分で他の部材と軸により連結されている。まず、リンク部材２０４は、フレーム２０２に軸２０５により連結され、フレーム２０２に対して、軸２０５を回転中心として図の面内で回転が可能とされている。可動ロッド２０７の端部には、連結部２０７ａが設けられ、連結部２０７ａが軸２０６によって、リンク部材２０４に回転自在な状態で連結されている。可動ロッド２０７は、コイルばねアッセンブリー２０８の一部であり、コイルばねアッセンブリー２０８が発生する力により、軸２０６の部分が下方に引っ張られる。

コイルばねアッセンブリー２０８は、張力発生手段の一例であり、縦置き配置されている。コイルばねアッセンブリー２０８は、筐体である円筒形状の外筒２０９を有している。外筒２０９の下端は、軸２１０によって、フレーム２０３に回転自在な状態で取り付けられている。外筒２０９の内部には、複数のコイルばね２１８（この場合は４個）が圧縮された状態で納められている。４個あるコイルばね２１８の一番下側のコイルばねの下端には、円板形状の接触部材２１９が接触している。接触部材２１９の中心には、可動ロッド２０７の下端部が固定されており、圧縮された４個のコイルばね２１８によって、接触部材２１９が図の下の方向に押されている。これにより、可動ロッド２０７が外筒２０９の内側に引き込まれる力が生成されている。

図６（Ａ）には、リンク部材２０４、連結棒２１１、スライダ２１４および架線接続用ロッド２１６の係合状態を図２の上方の方向から見た上面図が示されている。なお、図６（Ａ）において、スライダ２１４の上面を構成する摺動板（例えば、図６（Ｂ）の符合２１）は図示省略されている。図６（Ａ）に示すように、連結棒２１１は、連結棒構成部材２１１ａおよび２１１ｂにより構成され、軸２１２によってリンク部材２０４と回転自在な状態で連結されている。連結棒２１１の他端は、軸２１３によってスライダ２１４に回転自在な状態で連結され、また軸２１３によって架線接続用ロッド２１６が連結棒２１１およびスライダ２１４に回転自在な状態で連結されている。架線接続用ロッド２１６の先端は、架線接続部２１６ａとされ、ここに架線が接続される。

スライダ２１４は、ガイド部材２１５の内部を水平方向（図の左右の方向）に移動可能とされている。ガイド部材２１５は、一端が支柱１０１に取り付けられ、水平な状態で保持されている。ガイド部材２１５は、断面形状が角型の筒構造を有し、その内部をスライダ２１４がガイド部材２１５の延在方向（図の左右の方向）に摺動しつつスライドする。スライダ２１４は、ガイド部材２１５の内部に束縛されているので、水平方向（図の左右の方向）にしか移動できない。ガイド部材２１５の下面には、連結棒２１１が通る図示されないスリットが設けられている。

ガイド部材２１５は、環状のバンド部３１を用いてコンクリート柱２０１に取り付けられている。すなわち、ガイド部材２１５の端部は、溶接等により、環状のバンド部３１と一体化されており、環状のバンド部３１は、フランジ部３２を有している。そして、コンクリート柱２０１の外側に、環状のバンド部３１を取り付けた状態で、フランジ部３２をボルト１３で締め付けることで、ガイド部材２１５がコンクリート柱２０１に水平に固定されている。また、フレーム２０２から補強用フレーム２０２ａおよび２０２ｂが上方に延在しており、この補強用フレーム２０２ａ，２０２ｂによって、ガイド部材２１５は下から支えられている。

図６（Ｂ）には、スライダ２１４の部分を拡大した拡大図が示され、図６（Ｃ）には、図６（Ｂ）を右の方向から見た正面図が示されている。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）において、ガイド部材２１５の断面が示され、また連結棒２１１および架線接続用ロッド２１６の記載は省略されている。

図６（Ｂ）に示すように、スライダ２１４は、板材２１４ａおよび２１４ｂにより構成されている。板材２１４ａと２１４ｂは、同じ構造を有している。例えば、板材２１４ａの上下の面（ガイド部材２１５の内側と接触する上下の縁の部分）には、板状の摺動部材２１，２２がボルト２３，２４により取り付けられている。摺動部材２１，２２は、鋼板を加工したもので、摺動面にフッ素樹脂等を用いた滑りライニング加工が施され、ガイド部材２１５に対する摺動性が確保されている。以上の構造は、板材２１４ｂにおいても同じである。スライダ２１４は、ガイド部材２１５の内部において、水平方向（図２の左右の方向）のみへの移動が許容された束縛状態とされている。

鉄道用テンションバランサ２００によって、架線接続部２１６ａに接続された架線が図２の左の方向に引っ張られる。図３には、図２の状態から架線が縮み、スライダ２１４が右の方向にスライドした状態が示されている。以下、図２から図３の状態に移る過程における各部の動きを説明する。

まず、図２に示す状態において、架線接続部２１６ａに架線が接続され、この架線に図２の左方向への張力が付与されているとする。この状態において、架線が縮むと、架線接続用ロッド２１６を介して、スライダ２１４が図２の右の方向に引かれる。この際、軸２１２が図２の右の方向に引かれ、リンク部材２０４が軸２０５を回転中心として、時計回り方向に回転する。またこれに伴い、軸２０６が時計回り方向に回転し、可動ロッド２０７が外筒２０９から引き出され、接触部材２１９が軸２０６の方向に動く。この結果、コイルばね２１８が更に圧縮される。

またこの際、図２→図３の遷移の状態を見ると分るように、軸２０６の位置が時計回り方向に回転するのにしたがって、コイルばねアッセンブリー２０８が軸２１０を支点として回動する。このコイルばねアッセンブリー２０８の回動が生じることで、外筒２０９に対する可動ロッド２０７の向きが変化しない状態での外筒２０９に対する可動ロッド２０７の変位が行なわれる。

この構造においても、スライダ２１４は水平方向にしか動けないので、架線の伸縮に伴う架線の上下動は生じない。

（変形例１）
レール１１５を水平ではなく、傾けて設置してもよい。すなわち、スライダ１１４が移動する方向は水平に限定されず、斜めであってもよい。また、レールは直線でなく波打った形状、凹型や山型等の曲線形状、途中から延在する方向が変化した形状等であってもよい。図７には、鉄道用テンションバランサ５００が示されている。この例では、レール５０１の先端近くの部分が上方向に湾曲した曲線形状とされている。このように、レール５０１の形状により、スライダ１１４の移動経路を、軸１１２の移動経路と異なる経路に設定することができる。なお、図７において、図１と同じ符合の部分は、図１に関連して説明した部分と同じである。

（変形例２）
図１に示す構造において、連結棒１１１は、スライダ１１４を軸１１２の方向に引っ張る部材であればよいので、連結棒１１１をワイヤに置き換えても良い。

（変形例３）
リンク部材の回転を直線移動に変換する手段として、遊星歯車機構やラックピニオン機構を利用することもできる。

図８には、ラックピニオン機構を用いた場合の概念図が示されている。この場合、軸１０５を回転中心として、歯車６０１が回転する。歯車６０１の軸１０５から離れた位置には、軸１０６を介して、可動ロッド１０７が回転自在な状態で連結されている。可動ロッド１０７は、図１に関連して説明したコイルばねアッセンブリー１０８の出力軸である。歯車６０１には、スライダとなるラック６０２が噛み合っている。歯車６０１が回転すると、ラック６０２が図の左右の方向に移動する。なお、歯車６０１とラック６０２の歯は図示省略されている。ラック６０２の端部には、架線１１６が固定されている。

コイルばねアッセンブリー１０８の機能により、可動ロッド１０７が外筒１０９の内部に引き込まれる向きの力が発生している。この力により、軸１０６が可動ロッド１０７によって図の下の方向に引っ張られ、歯車６０１が図の反時計回りの方向に回転しようとする力が作用する。この力は、歯車６０１からラック６０２に伝わり、ラック６０２を図の左に方向に動かそうとし、それにより、架線１１６が図の左の方向に引っ張られる。ここで、架線１１６が伸び縮みしても、歯車６０１が回転することで、架線１１６には、張力が与え続けられ、またその際にラック６０２は上下動しないので、架線１１６は上下動しない。

（変形例４）
張力発生手段としては、コイルばねを使用したものに限定されず、油圧や空気圧を利用したもの、コイルばね以外のばねを用いたものを採用することも可能である。

（その他）
以上の例示では、本発明を鉄道用の架線にテンションを与える鉄道用テンションバランサの例を説明したが、対象となる架線は、鉄道用に限定されず、電力線（送電線）や各種の信号線、あるいは送電が目的でない架線であってもよい。この送電が目的でない架線としては、例えばネットを吊るために架け渡されたワイヤ等が挙げられる。例示したリンク部材２０４は、略三角の形状を有しているが、他の形状であっても構わない。

本発明は、架線にテンションを与えるテンションバランサに利用することができる。

１１…バンド部、１２…フランジ部、１３…ボルト、２１…摺動部材、２２…摺動部材、２３…ボルト、２４…ボルト、３１…バンド部、３２…フランジ部、３３…ボルト、１００…鉄道用テンションバランサ、１０１…支柱、１０２…フレーム、１０３…フレーム、１０４…リンク部材、１０５…軸、１０６…軸、１０７…可動ロッド、１０８…コイルばねアッセンブリー、１０９…外筒、１１０…軸、１１１…連結棒、１１２…軸、１１３…軸、１１４…スライダ、１１５…レール、１１６…架線、２００…鉄道用テンションバランサ、２０１…コンクリート柱、２０２…フレーム、２０２ａ…補強用フレーム、２０２ｂ…補強用フレーム、２０３…フレーム、２０４…リンク部材、２０５…軸、２０６…軸、２０７…可動ロッド、２０７ａ…連結部、２０８…コイルばねアッセンブリー、２０９…外筒、２１０…軸、２１１…連結棒、２１１ａ…連結棒構成部材、２１１ｂ…連結棒構成部材、２１２…軸、２１３…軸、２１４…スライダ、２１４ａ…板材、２１４ｂ…板材、２１５…ガイド部材、２１６…架線接続用ロッド、２１６ａ…架線接続部、２１８…コイルばね、２１９…接触部材、５００…鉄道用テンションバランサ、５０１…レール、６０１…歯車、６０２…ラック。

Claims (5)

1. 回転可能なリンク部材と、
   前記リンク部材に連結され、前記リンク部材を回転させようとする張力を発生する張力発生手段と、
   架線が固定され、特定の経路に沿って動くことが可能なスライダと、
   前記リンク部材の回転を前記スライダの前記特定の経路に沿った動きに変換する変換手段と
   を備え、
   前記リンク部材は、三角形の頂点となる第１、第２および第３の点を有し、前記第１の点を回転中心として回転が可能であり、
   前記張力発生手段は、前記リンク部材の前記第２の点を引っ張り、
   前記スライダは、前記第１の点に対して回転する前記第３の点により引っ張られることを特徴とする架線用テンションバランサ。
2. 前記変換手段は、前記スライダに回転自在な状態で一端が連結され、他端が前記リンク部材に回転自在な状態で連結された連結棒を備えることを特徴とする請求項１に記載の架線用テンションバランサ。
3. 前記スライダは、水平な方向に延在したガイド部材上において水平方向のみの移動が許容された状態で移動することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道用テンションバランサ。
4. 前記変換手段は、前記リンク部材の回転を前記スライダの直線移動に変換する手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の架線用テンションバランサ。
5. 前記張力発生手段は、
   縦置きされた外側筐体と、
   コイルばねの伸縮に伴い前記外側筐体に対して軸方向に可動し、前記リンク部材に回転自在な状態で連結された可動部と
   を備え、
   前記外側筐体の下部が支持体に回転自在な状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の架線用テンションバランサ。

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