JPH0345963B2

JPH0345963B2 -

Info

Publication number: JPH0345963B2
Application number: JP60258238A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kuwabara
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 1985-11-18
Filing date: 1985-11-18
Publication date: 1991-07-12
Also published as: JPS62118703A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はパンタグラフなどの電気車用の集電装
置にかかり、特に集電部の電車線に対する追随性
を高めるため、軟体性のすり板の下面に板ばね体
を併設してこれらを舟体に弾性支持して一体化す
る集電舟装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電気車用の集電装置（以下パンタグラフと称
す）は、電車線から車両内に電力を円滑に集電す
るために用いられるものであり、舟体に取り付け
られたすり板を電車線に摺動させるため、舟体を
支持するパンタグラフのわく組をばね力などによ
り付与し、舟体を介してすり板を電車線に一定の
力で押し付ける構成となつている。

車両の走行速度が速かつたり、電車線の施工精
度が悪いなどの場合には、電車線からパンタグラ
フの摺動部が離間してアークを発生することがあ
る。このアークの発生は電車線およびパンタグラ
フの摺動部の寿命を縮めるばかりでなく、場合に
よつては電車線の沿線地域に電波障害を与え、生
活環境を損うことがあるので、アークの発生を極
力抑制しなくてはならない。

アークの発生を抑制するためには、パンタグラ
フの摺動部が電車線から離間しないよう、追随性
の向上を図ればよく、運動質量をできるだけ小さ
くする努力がなされてきた。

先に本出願人等が実願昭58−150672号により出
願した「車両用集電装置」および実願昭60−
38726号により出願した「集電装置のすり板支持
構造」を、電車線に対するすり板の追従性を向上
した一例として説明する。

第５図は舟体部の平面図であり、第６図は舟体
要部側面図であつて、通常２本の舟体４′を連結
アーム６などにより一体化した舟体組立品を、わ
く組管部（図示せず）へばねなどを介して取着し
ている。

一本の舟体４′の上に複数のすり板１ａ，１ｂ
が一列状にそれぞればね８を介して支持され、両
端部の上面には補助すり板３′が取り付けられて
おり、両端部のすり板１ａの補助すり板３′に相
対する部分では、ピン９により回動可能に舟体
４′に支持され、その他端と中間に位置するすり
板１ｂの端部との相互間は、弾性連結部材７によ
り隣接端部を互いに連接されて、総てのすり板の
上面が同一平面を形成するように構成されてい
る。なお、各すり板１ａおよび１ｂからはそれぞ
れシヤント１０が舟体４′に接続され、通電に供
されている。

以上のように構成された舟体組立品が、図示し
ていないわく組管部に取着され、図示してない主
ばねなどによつてすり板表面が電車線５に押し付
けられる。

このような構造におけるすり板１ａ，１ｂと電
車線５との動的挙動について説明する。電車線５
は一般に走行方向に対して一直線に張架すると、
すり板の同一箇所を摺動し集中的な溝磨耗を生じ
るので、走行方向に対してジグザグに設置され、
そのレール面からの距離は極力一定に保つように
張架されているが、完全に一定距離に保つことは
不可能である。

従つて、パンタグラフが走行すると、電車線５
は舟体４′の長手方向で往復運動をしながら、電
車線５のレール面からの距離に応じてすり板面は
電車線に接触し、走行摺動して集電を行う。

この電車線５とすり板１ａ，１ｂの追随性を向
上させるためには、パンタグラフの押付力を一定
とすれば運動質量を小さくした分だけ追随加速度
が増加する。従つて、増加加速度分に相応してよ
り大きい振動に対しても電車線５とすり板１ａ，
１ｂは追随を保ち、円滑な集電がなされてアーク
発生などという極めて有害な現象を避けるこどが
できる。

このように第５図、第６図に示した集電装置の
構成では、すり板を１ａ，１ｂと複数化してそれ
ぞれをばね８にて支持し、電車線５との対応部の
軽量化を図ることにより追随性を高めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の従来装置には２つの問題がある。まず、
すり板１ａと１ｂの隣接端部において、電車線５
が一方から他方へ移行する際の段差の問題であ
る。第７図はすり板の隣接端部の部分拡大側面図
であり、すり板１ａの最端部に電車線５が到来し
た場合、電車線５の押付力はすり板１ａには直接
付与されるが、すり板１ｂには弾性連結部材７を
介して間接的に伝達される。弾性連結部材７が全
く剛である場合は、すり板１ａ側に付与された力
は同等にすり板１ｂ側に伝達されるので、隣接部
の段差は生ぜず問題はない。しかし、これではす
り板を分割し軽量化を図る目的が失われてしま
う。逆に隣接するすり板１ａ側質量と１ｂ側質量
との力学的な絶縁を図るためには、弾性連結部材
７を極めて柔軟なばね特性を有するものにしなけ
ればならず、この場合にはすり板１ａへの押付力
はすり板１ｂには伝達されず、すり板１ａ側とす
り板１ｂ側とには上下方向に段差が生じてしま
い、電車線５のすり板１ａから１ｂへの移行が円
滑には行えなくなつてしまう。

第５図に示されるように、すり板１ａと１ｂの
隣接部分は相互に傾斜角を持たせて、一部を重複
させてはいるが、このことによつて上記の現象を
完全には避けることができない。

そこで、弾性連結部材７のばね特性は、前記の
両者のあんばいにより設定されるが、何れにして
も弾性連結部材７の柔軟性は必要なので、これに
相応して押圧力が直接付与される側と間接的に伝
達される側との段差の発生は避けられず、この部
分での溝磨耗や、段差移行による振動の誘発など
の問題が生ずる。

さらに、第２の問題点として、すり板を分割し
た場合の大きさが他の構成部品の大きさに制約さ
れて、さほど小さくはできず、逆に付加される部
品の質量増加によりその効果は実質的に低い点で
ある。

すなわち、第６図に示されるように、すり板１
ａおよび１ｂを支持するための必要部品は、弾性
連結部材７、ばね８、ピン９、シヤント１０など
で、これらの各部品の長手方向の寸法を合算した
値以下にすり板１ａ，１ｂの長さを小さくするこ
とはできず、幅方向についても各部品が強度およ
び構造上の制約を受け、あまり小さくはできな
い。特に弾性連結部材７の長手方向寸法は、強度
を持たせた上でばね特性が必要となるので第７図
に示す有効ばね長さｌが大きくなり、極端には寸
法を短縮できない。

従つて、すり板１ａ，１ｂの分割寸法はあまり
小さくはできず、逆に必要構成部品である弾性連
結部材７、ばね８、ピン９、シヤント１０などの
増加をまねき、この分質量が増加すると共に、信
頼性および経済性が低下するという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕本発明は上記のような従来の欠点を解消し、電
車線の運動に呼応して追随するすり板部の運動領
域を小さくすることによりその慣性質量を極めて
小さくし、併せて車両の走行と直角方向に電車線
が摺接する際円滑に移行するようにすり板上面を
適度な凹み曲線となして段差などによる異常振動
の発生を防止しながら電車線に当接するすり板の
追随性を向上させる優れたすり板の支持構造体を
提供することを目的としている。

すなわち、集電子であるすり板材を軟体性の柔
らかいゴムのような物性のものを適用し、該軟体
性のすり板の下面に導電性の板ばね材を併設し、
且つこれらをすり板上面に電車線の押圧力が付与
されたとき適度な凹み曲線となるように所要の間
隔をもつてばねなどを取着して弾性的に支持し、
舟体上に一体形成せしめたものである。以下本発
明にかかるものを、図面を参照して詳述する。

〔実施例〕

第１図は本発明にかかる集電舟装置の一実施例
の要部平面図、第２図は同じく正面図、第３図は
第１図中のア〜ア線矢視方向断面図である。

第１図〜第３図において、１は電車線５より給
電される軟体性のすり板である。このすり板１の
物性は従来の金属性の剛なる物性ではなく、ゴム
のような軟体性で且つ導電性の良いものとし、例
えば導電性の高分子または合成ゴム材などに良導
性の金属粉末Cu、Al、Agなどを混合した複合材
が考えられる。この軟体性のすり板１の下面に導
電性の板ばね体２を取着し、それらの板ばね体２
を給電側である電車線５に呼応して運動するすり
板側の慣性質量が最小となり且つ必要な上、下振
幅が得られ、さらに電車線５が軟体性のすり板１
の上面を車両の走行と直角方向に摺接移行する
際、円滑に移行するように所要の間隔を付けてば
ね１１で支持し、これらを舟体４の上部に一体取
着してすり板支持構造体を形成せしめる。

さらに、軟体性のすり板１の両端に位置する最
端部は板ばね体と共に車両走行方向に対して斜に
切り取られており、この切り取られた部分に一部
が入り込み車両走行方向について軟体性のすり板
１と重複するようにして補助すり板３が舟体４に
固定取付されている。

軟体性のすり板１と補助すり板３の両者の重複
部分（詳細は図示せず）の一部は、高さ方向にそ
れぞれ斜に面取りがされており、電車線５の相互
間の摺動移行が円滑に行われるようになつてい
る。ただし、電車線５がすり板１からさらに外れ
て、補助すり板３と摺接するようなことはほとん
どない。

このように構築することにより、本発明の要旨
である追随性の向上と多くの特徴ある機能が達せ
られる。

すなわち、いますり板材を軟体性とすれば、例
えば本発明の構成要素の一つである板ばね体２お
よびばね１１で支持せず直接舟体４上に一体構成
することも考えられ、部品点数の軽減化ではこの
方法が優れているが、この方法では次のような欠
点がある。

電車線５の設置条件よりパンタグラフ側で追随
する必要のある上下運動の最大ストロークと、運
動系として最適なばね常数が設定され、これに相
応させて軟体性のすり板１の寸法、形状を決める
場合、軟体性のすり板１の厚みをＨ、押圧力Ｐを
受けたときのたわみＳ、その有効面積Ａ、ヤング
率Ｅ、応力σ、ばね常数ｋとすれば一般に、 σ＝Ｅ・ε ……(1) と表わされる。

ここで、 σ＝Ｐ／Ａ ……(2) ε＝Ｓ／Ｈ ……(3) から、ばね定数ｋ、すなわちｋ＝Ｐ／Ｓ ……(4) に(2)および(3)式を代入すると、ｋ＝Ａ・Ｅ／Ｈ ……(5) となる。

かくして、前述したごとく最大ストロークとば
ね常数が設定されることから、(5)式においては面
積Ａと厚みＨが可変値となる。また(3)式から、ス
トロークが決まればすり板１の厚みＨはほぼ決つ
てしまう。ここで、電車線５とすり板１とが離線
せず接触を保持するためには最大ストロークとた
わみＳとを等しくする。（以下ストロークＳとも
いう）従つて、ばね１１を使用しないで軟体性のすり
板１のみでは物理的に、ストロークＳと厚さＨと
の関係、Ｓ＜Ｈは必要条件となる。さらに、この
種の材質は通常のばね材質と比較して一般に許容
応力σ₀が小さいので、面積Ａを大きくとる必要が
ある。これを式で示すと(1)〜(3)式から、 σ₀≧Ｐ／Ａ＝Ｓ・Ｅ／Ｈ ……(6) となる。さらに面積Ａを大きくして所要のばね常
数ｋを得るには、(5)式から厚さＨを大きくする必
要がある。

以上のことから、軟体性のすり板１の形状は厚
くしかも大きな面積が必要となつてしまう。この
ようになると慣性質量は増加し、上下方向以外の
走行およびそれと直角方向の摺動摩擦力に対し厚
みＨが高いので「コンニヤク」のように不安定に
なり溝摩耗などの障害を起す。

また、ばね１１を取着するが板ばね体２は取着
しない場合に大きなストロークを得るために直接
軟体性のすり板１をばね１１で支持することも考
えられ、この事例を第４図ｂに示す。すなわち第
４図ｂは本発明の構成要素である板ばね体を除外
した場合の不具合な挙動図であり、電車線５の押
圧力Ｐが軟体性のすり板１に付加され所要のスト
ロークＳだけたわんだとき、材質そのものが極め
て柔かいので極部的な凹みとなり、その幅W′は
小さく電車線５とすり板１との摺接角θ′は増大
し、これにより押圧力Ｐによる分力面圧も大きく
なり、走行と直角方向の電車線５の摺接移動を阻
害するばかりでなく、たわみによる曲げ応力はそ
のたわみストロークＳを一定とすれば、たわみ幅
W′の２乗に反比例するので、応力は高くなり、
破損するおそれがある。

本発明は以上のような欠点を解決するために、
軟体性のすり板１を板ばね体２と併設し、これを
ばね１１で支持して舟体上に一体構成するもので
ある。

次に、かようなすり板支持構造における挙動を
第４図ａにより説明する。すなわち、第４図ａは
電車線と摺接する軟体性すり板附近の挙動図であ
り、いま、電車線が軟体性のすり板１の上面に摺
接し押圧力Ｐが付加されると、すり板１は押圧力
Ｐに相応して幅Ｗなる凹みをもつてたわみＳなる
変形をする。このときの電車線５との摺接角度θ
は電車線５が走行と直角方向へ摺接移行する際、
円滑に移行されるように適度な角度θとなし、最
大たわみ時にもすり板上面は滑らかな凹み曲線と
なし、しかもその凹み幅Ｗは最小となるようにす
り板１、板ばね体２、ばね１１などの設計要素よ
り決定されているので、電車線５の運動は円滑に
なされる。しかもパンタグラフ側の運動する慣性
質量は、押圧力Ｐによるすり板１の凹み幅Ｗの領
域のみなので、従来例のように舟体部全体が運動
する構造と較べ極端に小さくなり、押圧力Ｐ一定
とすればこの慣性質量の減じた分だけ追随加速度
は向上する。この結果、電車線５とすり板１との
追随性はよくなり良好な集電作用がなされる。

また、すり板１を一体的に支持構築する部品と
して、前記第５図、第６図で説明した従来例のよ
うな、特別の弾性連結部材７や、ばね８、ピン９
およびシヤント１０などを必要としないので、経
済的で信頼性も高くなる。しかも、他部品による
質量の増加をまねくことがないので、その運動質
量は僅少となり、追随性が極めて向上する。

例えば、新幹線のパンタグラフの基準を適用し
て、前記従来例と本実施例のものとを実質的な運
動質量について比較した場合、少なくとも1/15〜
１／２０にすることが可能で、飛躍的な効果を得るこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明にかかる集
電舟装置によれば、電車線５に対応して運動する
パンタグラフ側のすり板の運動質量は僅少となる
ので、その追随性は飛躍的に向上し、電車線５が
舟体４の長手方向に摺接移行する際、溝磨耗およ
び段差に誘発される振動などを防止できるので、
アークなどの極めて有害な現象を発生せず、板ば
ね体２およびばね１１の少ない部品点数でその目
的を達するので信頼性も高く、経済的にも有利な
上、保守も簡単容易であるなど、多大の効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる集電舟装置の一実施例
の要部平面図、第２図は同じく正面図、第３図は
第１図のア〜ア線矢視方向断面図、第４図ａは電
車線と摺接する軟体性のすり板附近の挙動図、第
４図ｂは本発明の構成要素である板ばね体を除外
した場合の不具合な挙動図、第５図は車両用集電
装置の従来例の舟体部の平面図、第６図は舟体要
部正面図、第７図はすり板の隣接端部に電車線が
到来したときの挙動図である。１……軟体性のすり板、１ａ，１ｂ……すり
板、２……板ばね体、４，４′……舟体、５……
電車線、８，１１……ばね、３，３′……補助す
り板、６……連結アーム、７……弾性連結部材、
９……ピン、１０……シヤント。

Claims

【特許請求の範囲】１すり板１と、板ばね体２と、ばね１１と、舟
体４とを有する集電舟装置であつて、すり板１は、導電性の、ゴムなどの軟体性材か
らなり、板ばね体２は、その上にすり板１が固着された
ものであり、舟体４は、その上に所要の間隔を有するばね１
１により、板ばね体２が弾性支持されたものであ
る集電舟装置。