JPS62118703A - 集電舟装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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装置の支持構造体に関
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っている。

車両の走行速度が速かったり、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、場合によっ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６０−３８７２
６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
図であって、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、わく粗管部（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、ｌｂ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、ビン９ζこ
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からはそれぞれシャント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、図示してないわ
く粗管部に取着され、図示してない主ばねなどによって
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　、　ｌｂ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カ
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。

従って、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　、　ｌｂ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。従っ
て増加加速変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　、　ｌｂ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
避けることができる。

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ｌａ　、　ｌｂ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１
ａ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１
ａには直接付与される力ζ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ｌａ側に付与された力は同等に
すり板ｌｂ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ｌａ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ｌａ側とすり板ｌｂ
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ってし
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
、このことによっ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１ａおよび
１ｂを支持するための必要部品は、弾性連結部材７１ば
ね８．ピン９．シャント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　、　ｌ
ｂ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１が大きくなり、極端には寸法を短縮で
きない。

従って、すり板１ａ　、　ｌｂ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．シャント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１ｃ　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ってばねなどを取着して
弾性的に支持し、舟体上に一体形成ぜしめたものである
。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装置のすり板支持構造体の
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Ｑｕ、ＡＸ　ＩＡｇ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ｌ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
行われるようになっている。

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、ばね常数にとすれば一般に
、σ＝、　Ｅ　＠　＃・・・・・・・・・・・・・・・
（１）と表わされる。

ここで、 σ＝λ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
２）ε＝ｎ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（３）から、ばね定数に、すなわち ｋ＝９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
４）に（２）および（３）式を代入すると、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）式においては面積大と厚み
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はほぼ決ってしまう。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） 従って、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σ・が小さいので、σ・
を大きくする場合には面積大を大きくとる必要がある。

これを式で示すと（１）〜（３）式から、 Ｐ　　Ｓ＠Ｅ ・・≧Ａ”　Ｈ下・・・・・・・・・（６）となる。さ
らに面積大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ってしまう。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「コンニャク
」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ｌ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
のが極めて柔ら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０′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５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
みをもってたわみＳなる変形をする。このときの電車線
５との摺接角度０は電車線５が走行と直角方向へ摺接移
行するへ円滑に移行されるように適度な角度Ｏ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＠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郡
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＃！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およびシャント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７１５〜ｌ／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装置の
すり板支持構造体によれば、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上し、電車！ｌＩ５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
極めて右寄な現象を発生せず、板ばね体２およびばね１
１の少ない部品点数でその目的を達Ｔるので信！；ｉ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装置のすり板支持構造体の
一笑施例の要部平面図、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章動図である
。 １・・・・・・軟体性のＴり板、ｌａ　、　ｌｂ・・・
・・・すり板、２・・・・・・板ばね体、４，４′・・
・・・・舟体、５・・・・・・電車線、８．１１・・・
・・・ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気車用の集電装置のすり板を舟体上に支持する構造体
   において、集電子である前記すり板の材質を軟体性のす
   り板とし、該軟体性のすり板の下面に導電性の板ばね体
   を取着しその板ばね体を、給電側である電車線に呼応し
   て運動する前記軟体性の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るように所要の間隔をも
   って弾性支持し、これらを舟体上に一体取着してすり板
   支持構造を形成せしめることを特徴とする集電装置のす
   り板支持構造体。