JPH0340563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の技術分野〕 本発明は電気車用の集電装置に係り、特に集電
装置の舟体部を支持する構造体に、皿ばねと、ダ
イヤフラム型に円筒体を設けて一体成型した弾性
体とのそれぞれを使用して、電車線に押し付ける
すり板が離線しないようにすると共に、それらの
接触力を一定で且つ極力少なくするようにした集
電舟装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に電気車用の集電装置（以下パンタグラフ
と呼称する）は、電車線から車両内に電力を集電
するために用いられるものである。従つて、集電
は円滑に行なわれることが必要であり、その構成
は舟体部を支持するパンタグラフの枠組をばね力
などにより附勢し、舟体部のすり板を所定の力で
電車線に押し付けている。

しかし、車両の走行速度が高かつたり、電車線
の施行精度が悪い場合すり板が電車線から離間し
てアークを発生することがあつた。

このアークの発生は、電車線およびパンタグラ
フの摺動部分の寿命を短かくするばかりか電車線
の沿線地域に電波障害を与え、その地域の住民の
生活環境を損わせることがあり極力抑制する必要
があつた。

また経済性の観点から、すり板および電車線の
それぞれの摩耗を極力少なくするためには、電車
線から摺動部分を離間させず、更に接触力のばら
つきを小さくすることが極めて効果的であり、す
り板と電車線との接触力が常に一定に保持される
よう舟体部を押し上げるばね特性は種々の試験を
行うことによつて検討されている。

その一例として、第３図にパンタグラフの全体
図、第４図に電車線を懸吊した通常のシンプルカ
テナリ架線の構成図、第５図につる巻きばねおよ
び本発明にかかる皿ばねの特性図、第６図ａ，
ｂ，ｃに第５図のつる巻きばねを使用して電車線
に摺動部分を押し付けたときの状態ならびに作用
をそれぞれとりあげて説明する。

なお、第５図および第６図ｂ，ｃには、後述す
る本発明の部分も併記されている。

すなわち、電気車用のパンタグラフの舟体部を
支持する構造体１′は第３図に示されている。こ
の構造体１′は、舟体４の上部にすり板２を固着
して舟体部を形成し、車両の進行方向前後部にそ
れぞれ備えてこれらをアーム３で連結した舟体部
の平衡をとる平衡金具５と、この平衡金具５の上
部および舟体４の下部に相対向して備えられたば
ね受け６と、上下のばね受け６のそれぞれに有す
る突起部６ａに圧縮された状態で係止されている
つる巻きばね（以下単にばねと略称する）７のそ
れぞれから構成されている。更に、構造体１′は
平衡金具５の下部に取着された菱形の枠組管８と
連係している。ここで、枠組管８を構成する部品
および機能に関しては、本発明の部分と直接関係
しないため詳細な説明を割愛する。

かくして、このような構成からなるパンタグラ
フは、枠組管８の高さが変化しても舟体部を支持
する構造体１′が常に垂直を保持する機能を有し、
ばね７などによつて押し上げられ、電車線９に接
触している。

次に、車両の走行に伴つて生じる電車線９とす
り板２との挙動について以下に説明する。

まず電車線９は、第４図に示す通常のシンプル
カテナリ架線のごとく等間隔に配設されたハンガ
１０によつて一定の張力T_tでもつて懸吊されて
いる。そして、ハンガ１０の他方には一定の張力
T_nを有する吊架線１１が固着され、吊架線１１
の径間Ｌ、例えば50ｍ間隔ごとに吊架線１１を懸
吊する碍子１２が設けられ、この碍子１２は鉄柱
などに固定されている。

ここに、第４図に示した電車線９の敷設状態で
第３図に示すすり板２に静押上力（後述する枠組
管側の押上力）を与えて電車線９に当接させる
と、すり板２の表面接触によつてパンタグラフに
電力が集電供給される。そして、車両の走行に伴
つて電車線９との接触位置が遂次移行すると、電
車線９の懸垂状態が一様ではないので、各位置で
の電車線９の上下方向のばね常数およびハンガ１
０の有無による運動質量の変化などにより径間
Ｌ、ハンガ１０の間隔などの周期ですり板２は振
動する。

一方、パンタグラフ側においては、ばね７の下
部に有する枠組管８側の機構で径間ベースで生じ
た振動に追随させ、ばね７でハンガベースの振動
に追随するようそれぞれの機能が備えられてい
る。

そして、電車線９側とパンタグラフ側の両者の
関係、すなわちすり板２の静押上力と、舟体部の
運動質量と、ばね７の特性などのそれぞれに相応
して、電車線９の上下方向の運動加速度まで、電
車線９とすり板２が離間することなく追随が保た
れている。もちろん電車線９の振動がパンタグラ
フ側の上昇加速能力以上であれば、すり板２と電
車線９とは離間しアークが発生する。

しかしながら、かようなパンタグラフの構造体
では以下に示すごとく問題点がある。その原因を
第５図および第６図に示した力学的見地をベース
として説明する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、問題点としては次に示す二つの要素
がある。

車両の走行に伴つてすり板２と電車線９との
接触力が経時的に極めて大きくばらつくことで
ある。このことは、一定の接触力ですり板２と
電車線９とが接触しているのと比較すると、振
動を増長させ、またこの振動が衝撃的であるた
めすり板２の摺接面の摩耗が一層早められる。

これは、ばね７が第５図に示す特性A′のご
とくばね力とたわみが比例関係にあることに起
因する。

すなわち、第４図に示すように、ハンガ１０
が電車線９に固着されている点ｄあるいはd′で
は剛いばね特性でしかも運動質量が大きく、ハ
ンガ１０の中間部分e′では柔かいばね特性で運
動質量が小さい。

このことによつて、車両が走行したときすり
板２は、ハンガ１０の間隔の周期で上下方向に
振動する。

従つて、ばね７が特性A′のようなものでは
一定の接触力を保持することができない。

次に、この様子を模式化したもので説明す
る。

第６図ａはその模式図であり、第４図に示し
たハンガ１０の一部が示されている。ここで、
枠組管側の追随挙動は径間ベースの低速振動域
に対応しばね側の追随挙動はハンガベースの高
速振動域に対応する。本発明にかかる部分はハ
ンガベースの高速振動域に関連する振動を取り
上げた構造体１′の改良であるため、径間ベー
スの低速振動域の説明は割愛し、このときの枠
組管側に備えられている圧縮ばねなどによるば
ね力すなわち静押上力および舟体部の重量に伴
うばね７のばね力を初期値として説明する。

さて第６図ａにおいて、電車線９の運動質量
（以下単に質量と略称する）はパンタグラフ側
の質量、すなわちすり板２を含めた舟体４の質
量Ｍに較べて非常に大きく、例えば国鉄の在来
線などではパンタグラフ側のものより20倍もあ
る。故に、電車線９の摺接軌道面は概ね、ばね
常数の変化と合わせてあたかも正弦波状に変化
してパンタグラフの運動に対応する。

つまり、質量Ｍが正弦波状の電車線９に沿つ
て点ｄから第４図に示すハンガ１０と１０の中
間部分e′すなわち第６図ａの上昇ラインｅを経
て点d′まで移行する。このとき、電車線９の下
降ラインＸではばね７の押上力が最大となり、
上昇ラインｅで最小となる。

このときの押上力Ｆは、ばね定数をｋ、たわ
み量をｘとすると、 Ｆ＝ｋ・ｘ＋F_p で示され、その様子は第６図ｂの特性Ａで表わ
される。なお、上昇ラインｅにおける接触力P_p
およびばね力F_pは無理なく電車線９とすり板２
とを接触させ、接触力P_pとばね力F_pは等しい力
となつている。ここで接触力P_pは初期の静押上
力である。

更に、電車線９とすり板２との接着力は第６
図ｃの特性ａで表わされ、上昇ラインｅでは小
さいが下降ラインＸでは非常に大きいことがわ
かる。

以上のことから、かようなばね７を使用する
と、接触力Ｐは幅広くばらつく結果となる。ま
た、このばね７を柔かくすることも考えられる
が、上昇ラインｅから下降ラインＸへの挙動で
は電車線９側より下方に向けて逆に強制変位と
して押し下げられ、これに対応するパンタグラ
フ側の抗力は質量Ｍの加速度分とばね７の押上
力Ｆを合算したものとなり、正弦波状の軌道に
相応してばね７の力が低下されないので、ばら
つきは余り改善されない。また、すり板２は上
下方向の他に前後左右に力を受けるので、これ
らの方向の振動を考慮すると、実際には極端に
ばね常数を小さくすることができない。すなわ
ち、ばねを柔らかくすることは第６図ｃに示す
上昇ラインｅ−下降ラインＸ間の接触力Ｐの幅
ε₁を小さくすることができない。

次に、第２の問題点としてパンタグラフ側の質
量Ｍが車両の走行に対して追随できず電車線９か
ら離間することがある。すなわち、パンタグラフ
の上昇近傍でのばね力は、小さくなるのと相俟つ
て下降ラインＸで接触力Ｐが増大する。これが原
因となつて電車線９の振動増大を誘起して離間現
象が誘発されアークが発生する。このアーク発生
は、前記のごとく摺動部分の寿命を短かくすると
共に、沿線地域の住民に対し電波障害を与えるこ
とがあつた。

本発明は、以上のような点にかんがみてなされ
たもので、その目的とするところは、すり板２と
電車線９との接触力Ｐがばらつくことがなく、ま
たすり板２と電車線９とが離間しない経済的な集
電舟装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

その手段は、電気車用の集電装置の舟体部を支
持する構造体にある。

すなわち、その構造体は、弾性を有する皿ばね
と、この皿ばねに緩挿された皿ばね用の案内金具
と、皿ばねおよび案内金具の上部に備えられ舟体
部を支持する弾性体と、案内金具の下部に備えら
れた舟体用の平衡金具のそれぞれから構成されて
いる。そして、これらのものが一体化されて、構
造体が形成されている。また、弾性体は、求心あ
るいは遠心方向に作用する力に対しては剛く上下
方向に作用する力に対し柔軟なたわみ特性を有す
るダイヤフラム型で、中心部分に前記案内金具の
一端を固着せしめる突起部、外周部分に縦方向の
すり割りを有する円筒体をダイヤフラム型にそれ
ぞれ設けて一体成型されている。

以下、その作用を次に説明する実施例に基づ
き、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舟体支持ば
ね構造体の一実施例を示す要部構成図、第２図は
第１図のア−ア線矢視図であり、図中、第３図と
同符号のものは同じ構成、機能を有する部分を示
す。

第１図、第２図において、舟体４にすり板２を
固着した舟体部を支持する構造体１は次のような
ものから構成されている。

すなわち、構造体１は、弾性を有し且つ第５図
の特性B′を有する第７図ａ，ｂに詳細を示す皿
ばね１１と、この皿ばね１１に緩挿された皿ばね
１１用の案内金具１２と、皿ばね１１および案内
金具１２の上部に備えられ舟体部を支持する弾性
体１３と、案内金具１２の下部に備えられた舟体
用の平衡金具５のそれぞれから構成され、一体化
されている。また弾性体１３は、求心あるいは遠
心方向に作用する力に対しては剛く上下方向に作
用する力に対応しては柔軟なたわみ特性を有する
ダイヤフラム型１３ａで、中心部分に案内金具１
２の一端を固着せしめる突起部１３ｂ、外周部分
に縦方向のすり割り１３ｃを配設した円筒体１３
ｄをダイヤフラム型１３ａにそれぞれ設けて一体
成型されている。なお、パンタグラフは、第３図
に示した従来のもののごとく構造体１が二組ある
が、それぞれが同一構成であるため、他方の構造
体１は図示せず、一方の構造体１の説明のみにと
どめる。また、図示されていないが、構造体１の
下部に有する枠組管側などの構成および機能は、
第３図で説明した内容と同じであるためその説明
を割愛する。弾性体１３は求心あるいは遠心方向
に作用する力に対して剛く上下方向に作用する力
に対しては柔軟なたわみ特性を有するものであれ
ば、いかようなものであつてもよい。

次に、かよう構造体１をもう少し詳細に説明す
ると、すり板２を上部に固着した舟体４の下部に
は、弾性体１３の外周部分を保持する上金具１４
が取着されている。また、平衡金具５の上部に取
着された平板１６には案内金具１２が固着されて
おり、この案内金具１２に皿ばね１１が緩挿され
ている。そして、皿ばね１１の上部に弾性体１３
の外周部分を保持する受け金具１５が備えられ、
この受け金具１５に弾性体１３の円筒側を下側に
して設置されていると共に、弾性体１３の突起部
１３ｂが案内金具１２に固着されている。更に、
この弾性体１３の上部に舟体部が備えられてい
る。

さて、これらの作用に関し以下に説明する。

すなわち、従来使用されていたばねと本発明に
使用された皿ばね１１とを比較してみると、第５
図に示すごとく特性がそれぞれ異つている。従来
のばねの特性A′はばね力とたわみが比例関係に
あるが、本発明にかかる皿ばねの特性B′は、た
わみがＷの範囲ではたわみの増加に伴つてばね力
が上昇し、Ｙの範囲ではたわみの増加に伴つてば
ね力は減少傾向となる。

ここで、皿ばね１１のたわみのＹの範囲におけ
るばね力の減少度合および曲線の起状は、皿ばね
１１の内外径比、板厚と静高さなどの関係を変化
させることにより任意に設定できることは衆知の
ことである。

ここに、かような特性B′を有する皿ばね１１
を使用すると、次のような特徴がある。

すなわち、第６図ａにおいて、質量Ｍが下降ラ
インＸ上の点ｄから上昇ラインｅに向つて移行す
ると、第６図ｂの特性Ｂのごとく、押上力Ｆは下
降ラインＸ上の点Ｓから曲線をもつて上昇し、上
昇ラインｅに近付くに従つてふくらみをもつて曲
線的に減少する。このふくらみは電車線９の摺接
軌道の変化が略正弦波なので、これと概ね相応す
るような設計値をとることができる。なお、ここ
に示されたＷおよびＹの範囲は、第５図に示され
た範囲と同じ値である。

次に、第６図ｂの従来のばね特性Ａと本発明に
かかる皿ばね特性Ｂとを比較してみると、質量Ｍ
の下降ラインＸ上の点ｄからの上昇部分では図示
の面積β分だけ従来のものより押上力が少なくな
り、上昇ラインｅに近付くと面積α分だけ押上力
が付与されている。

このことによつて、電車線９とすり板２との接
触力Ｐは第６図ｃの特性ｂに示されるごとく、下
降ラインＸ、上昇ラインｅ間で従来のばねよりば
らつきが非常に小さくなり、ばらつき幅ε_pのごと
くほぼ一定した値となつている。

つまり、懸案であつた接触力のばらつきはほぼ
解消されると共に、振動の誘発も面積βの減少お
よび面積αの増加に伴つて小さくなり、更に前述
した振動による離間の問題は解消された。

また、皿ばね７の他に、弾性体１３を設けたこ
とによつて一層効果が期待できることを第１図、
第２図を参照しながら説明する。

すなわち、第１図に示されたすり板２は、走行
に伴つて上下方向の力と同時に左右、前後、傾き
など種々の方向より力を受ける。これらそれぞれ
の方向の力が皿ばね１１に伝達されると、皿ばね
１１と案内金具１２との間に摩擦力が発生し、皿
ばね１１の押上力特性を阻害する。従つて、弾性
体１３として剛い材質のものでは上述のような欠
点を解決することができない。そこでこの弾性体
１３を前述したダイヤフラム型のような特性を有
するものを使用することによつて、舟体部で生じ
る種々の方向の力を弾性体１３で吸収させ、皿ば
ね１１と案内金具１２間で摩擦が起らないように
している。

すなわち、上下方向の力に対してはダイヤフラ
ム型１３ａは柔らかな特性を有するので、その力
に対して殆んど抗力することなく一体に成形され
たすり割り１３ｃを有する円筒部１３ｄに伝わ
り、受け金具１５を介して皿ばね１１に伝達され
る。また、左右、前後方向の力に対しては円筒部
１３ｄにすり割り１３ｃを設けたことによつて柔
らかなばね特性をもたせている。なお、ダイヤフ
ラム型１３ａで左右、前後方向の力を受けるよう
に試みたが、ばね特性は完全に剛なる特性にはな
らず若干たわむこともあるので、前述それぞれの
方向の力は、剛なる特性のゴムで形成した円筒部
１３ｄを設け、ここでそれらの力を吸収させてい
る。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、従来のば
ねを使用した場合車両の走行時に電車線９とすり
板２との接触力が大きくばらついていたものが、
本発明の皿ばね１１および弾性体１３を使用する
ことによつて接触力のばらつきが極端に小さくな
り、ほぼ一定の接触力を得ることが可能となつ
た。そして、このことによつて車両の走行時の振
動が少なくなり、すり板２の摺接面の摩耗速度が
低下したゝめすり板２の交換頻度が非常に少なく
なつた。また、第６図ｂに示されるごとく上昇ラ
インｅ近傍において押上力が従来のばね特性より
曲線的に付与するなどの特性によつて、電車線９
とすり板２との離間が少なくなり、このことでア
ーク発生に伴う電波障害の問題も軽減することが
できる。

よつて、本発明にかかる集電舟装置は、パンタ
グラフの追随性能の向上が図られたばかりか、構
造的にも複雑なものでなく、経済的に組み立てら
れているので、実用上、非常に有用性の高いもの
である。

【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
を示す要部構成図、第２図は第１図のア−ア部矢
視断面図、第３図は従来の集電装置の一例を示す
全体構成図、第４図は通常のシンプルカテナリ架
線の構成図、第５図は従来のばねおよび本発明に
かかる皿ばねの特性図、第６図ａは電車線に摺接
部分を押し付けたときの状態図、第６図ｂ，ｃは
従来のばねと皿ばねとを対比したときの特性図で
ある。第７図ａ，ｂは皿ばねの詳細を示す斜視図
である。 １，１′……構造体、４……舟体、５……平衡
金具、１１……皿ばね、１２……案内金具、１３
……弾性体、１３ａ……ダイヤフラム型、１３ｂ
……突起部、１３ｃ……すり割り、１３ｄ……円
筒体、２……すり板、３……アーム、６……ばね
受け、７……つる巻きばね、８……枠組管、９…
…電車線、１０……ハンガ、１４……上金具、１
５……受け金具、１６……平板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性体１３と、皿ばね１１と、案内金具１２
   と、平板１６とを有する集電舟装置であつて、 弾性体１３は、ダイヤフラム型１３ａの下面外
   方に円筒体１３ｄ、下面内方に突起部１３ｂが垂
   設され、該突起部１３ｂは長さが円筒体１３ｄよ
   り短く、該円筒体１３ｄにはすり割り１３ｃが形
   成されており、 平板１６は、平衡金具５に取り付けられるもの
   であつて、その上に案内金具１２が植設されたも
   のであり、 皿ばね１１は、案内金具１２の外周に取り付け
   られ、 弾性体１３は、突起部１３ｂの下端が案内金具
   １２の上端に支持され、円筒体１３ｄの下端が皿
   ばね１１の上端に支持されるものであつて、その
   上に舟体４が支持される集電舟装置。