JPH09233602A - 集電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い耐摩耗性を有して給電線との接触による
摩耗を低減し、十分な集電容量を確保することが可能な
スリ板を備えた集電装置を提供する。 【解決手段】 舟体１のスリ板２に、一対の金属スリ板
部３，３とこの金属スリ板部３，３の間に配置されるカ
ーボン系スリ板部４とを設ける。金属スリ板部３，３の
互いに対向する一対の側面３Ａ，３Ａと、これらの側面
３Ａ，３Ａに対向するカーボン系スリ板部４の一対の側
面４Ａ，４Ａとを、給電線に接触するスリ板２の接触面
２Ａに垂直な方向に対して５°〜４０°の範囲の傾斜角
θで、接触面２Ａ側に向けて互いの間の幅が狭まるよう
に傾斜する平面状の傾斜面に形成し、カーボン系スリ板
部４を、側面３Ａ，３Ａ間に画成される間隙に係合せし
めて、両金属スリ板部３，３により保持されるように舟
体１に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給電線に接触する
スリ板により、電気車両等の駆動電力を集電するための
集電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気車両等における集電装置としては、
車両の屋根上にパンタグラフ等を介してスリ板を搭載し
た舟体が設けられ、この舟体上に配設されたスリ板を、
車両の上に架設された給電線（架線）に摺動接触させて
電力を集電するものが一般的によく知られている。ま
た、給電線をレールの近くに渡して、車両の下部側から
集電を行うものも知られている。ここで、一般に上記ス
リ板の材質としては、鉄や銅などの金属を主成分とする
金属スリ板と、純カーボンスリ板あるいは金属成分を含
有したカーボンから成るカーボン系スリ板とが知られて
いる。後者のカーボン系スリ板は、高い耐摩耗性および
耐アーク性を備える反面、強度・靱性が低いため、舟体
への取付方法は、金属製のサヤでスリ板底部を保持した
上で、このサヤを舟体に固定するというような間接的な
方法に制限されている。

【０００３】一方、逆に前者の金属スリ板は、強度・靱
性が高いため、舟体に直接ボルト止め等により取り付け
ることが可能である反面、十分な潤滑を行わないと給電
線との摺動接触による摩耗量が多くて寿命が短いこと、
および給電線（架線）の摩耗が多いという問題がある。
そこで、このようなスリ板の耐摩耗性を高めることを目
的として、スリ板の中央部または側部にスリ板と平行に
絶縁体である固体潤滑剤を設けた集電装置が、特開昭５
２−１６７１３号公報に提案されている。しかるに、こ
の集電装置によれば、固体潤滑剤による潤滑効果でスリ
板と給電線との摺動が円滑になり、これによってスリ板
の摩耗や摩擦が低減されるとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
集電装置では、給電線とスリ板との間にしばしば生じる
アーク放電の熱等により固体潤滑剤が溶けたり、飛散す
ることによって潤滑効果を発揮しないことがある。一
方、固体潤滑剤の被膜がスリ板摺動面に厚く付着する
と、その絶縁性のためにスリ板と給電線との間にアーク
放電が頻発するようになる結果、却ってスリ板の摩耗が
促進されてしまうことがあった。さらに、近年の電気車
両の速度向上や車両の快適性の向上のため、パンタグラ
フの集電電流が増加し、スリ板の集電容量の向上が求め
られている。

【０００５】本発明は、このような背景の下になされた
ものであって、高い耐摩耗性を有して給電線との接触に
よる摩耗量の低減を図ることができるとともに、十分な
集電容量を確保したスリ板部を有する集電装置を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して、か
かる目的を達成するために、本発明は、集電装置におい
て、上記スリ板部に、一対の金属スリ板部と、これらの
金属スリ板部の間に配置されるカーボン系スリ板部とを
備えたことを特徴とするものである。従って、耐摩耗性
の高いカーボン系スリ板部を金属スリ板部の間に配する
ことにより、スリ板全体の摩耗量を抑えることができる
とともに、このカーボン系スリ板部も集電を行うから、
集電面積を広げた効果を有するものである。また、この
ようにカーボン系スリ板部を一対の金属スリ板部の間に
配置することにより、従来のいわゆるサヤを用いてカー
ボン系スリ板を舟体に取り付ける取付方法に代えて、カ
ーボン系スリ板部をこれら一対の金属スリ板部を介して
保持することが可能となり、取付構造の簡略化を図るこ
とができる。

【０００７】さらに、このような構成を採ってカーボン
系スリ板部を保持する場合には、例えばこのカーボン系
スリ板部を、上記一対の金属スリ板部の間に画成される
間隙に係合させて保持することにより、この係合によっ
てカーボン系スリ板部の舟体への取り付けの安定化を図
ることができる。特に、上記一対の金属スリ板部の互い
に対向する一対の側面の間隔と、これらの側面に対向す
る上記カーボン系スリ板部の一対の側面の間隔とを、上
記給電線に接触する当該スリ板の接触面側に向けて狭く
なるように形成すれば、金属スリ板部の一対の側面によ
ってカーボン系スリ板部が拘束されるため、カーボン系
スリ板部を一層安定的に取り付けることが可能である。

【０００８】なお、このような構成を採る場合、上記金
属スリ板部およびカーボン系スリ板部の一対の側面を、
上記接触面に対して傾斜する平面状の傾斜面とするのが
最もその成形が容易であり、その際には、この接触面に
垂直な方向に対する上記側面の傾斜角を５°〜４０°の
範囲に設定するのが望ましい。これは、この側面の傾斜
角が５°以下であると、金属スリ板部との係合によるカ
ーボン系スリ板部の拘束力が十分に得られなくなるおそ
れが生じ、逆に上記傾斜角が４０°以上であると、接触
面側において金属スリ板部とカーボン系スリ板部との幅
を適当に設定した際に、接触面とは反対の舟体側におい
てカーボン系スリ板部の幅が金属スリ板部の幅に対して
大きくなりすぎて、却って安定性を損なうおそれが生じ
るためである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１および図２を用いて本
発明の一実施形態について説明する。これらの図におい
て符号１で示すのは、パンタグラフの舟体であり、この
舟体１は中央部分が平坦とされた略弓形を呈している。
そして、この舟体１の中央部上面にはスリ板２が設けら
れており、このスリ板２は、舟体１の幅方向（図２にお
いて左右方向）について、すなわち当該スリ板２に摺動
接触する給電線（架線）の摺接方向について、該舟体１
の両側部に配置される一対の金属スリ板部３，３と、そ
の間に配置されるカーボン系スリ板部４とから構成され
ている。なお本実施形態においては、このようなスリ板
２が、舟体１の長手方向中央部に関して対称的に２組設
けられている。

【００１０】ここで、上記金属スリ板部３は、鉄や銅、
またはその他の金属、あるいはこれらを主成分とする合
金（特に焼結合金）により形成されており、舟体１の上
記幅方向両側部に上記長手方向に沿って延びるように配
置され、取付ボルト５…によって固定されている。ま
た、上記カーボン系スリ板部４は、純カーボン、あるい
はカーボンを主成分として他に金属を含有することによ
り形成されており、上記一対の金属スリ板部３，３の間
に、やはり上記長手方向に沿って延びるように配設され
ている。なお、こうして構成される２組のスリ板２，２
の長手方向両端部には、アルミニウム製の補助スリ板
６，６が舟体１に取り付けられて設けられており、これ
らの補助スリ板６，６に挟まれることによりスリ板２，
２は上記長手方向に拘束されている。

【００１１】さらに、本実施形態では上記スリ板２にお
いて、金属スリ板部３，３が上述のように取付ボルト５
…によって直接的に舟体１に取り付けられているのに対
し、カーボン系スリ板部４はこれら金属スリ板部３，３
を介して保持されて舟体１に固定されている。すなわ
ち、図２に示すように、舟体１の幅方向に並列配置され
る上記一対の金属スリ板部３，３の互いに対向する側面
（舟体１の幅方向内側を向く側面）３Ａ，３Ａは、当該
スリ板２の上記給電線との接触面（上面）２Ａ側に向か
うに従い互いの間の幅が漸次狭くなるように上記接触面
に対して傾斜した平面状の傾斜面とされており、これに
より両側面３Ａ，３Ａの間には断面台形のあり溝状の間
隙が画成されることとなる。ただし、本実施形態では、
上記接触面２Ａに垂直な方向に対して両側面３Ａ，３Ａ
がなす上記傾斜面の傾斜角θは、互いに等しく、かつ５
°〜４０°の範囲内において所定の角度に設定されてい
る。

【００１２】一方、これら金属スリ板部３，３の両側面
３Ａ，３Ａの間に挟まれるカーボン系スリ板部４は、該
側面３Ａ，３Ａに対向するその両側面４Ａ，４Ａが、や
はり上記接触面２Ａ側に向かうに従い互いの間の幅が漸
次狭くなる平面状の傾斜面に形成されており、かつ、そ
れらが接触面２Ａに垂直な方向に対する傾斜角も、上記
側面３Ａ，３Ａがなす傾斜角θと等しく設定されてい
て、これにより当該カーボン系スリ板部４の断面は、上
記金属スリ板部３，３の両側面３Ａ，３Ａ間に画成され
る間隙の断面と合同な等脚台形状を呈することとなる。
そして、このカーボン系スリ板部４は、これらの側面４
Ａ，４Ａを金属スリ板部３，３の上記側面３Ａ，３Ａに
密着させて、両側面３Ａ，３Ａ間に画成される上記間隙
に係合した状態で両金属スリ板部３，３に保持され、舟
体１に固定されて取り付けられているのである。なお、
図示のように、スリ板２の上記接触面２Ａにおいては、
金属スリ板部３，３とカーボン系スリ板部４とは互いに
面一となるように形成されている。

【００１３】しかるに、このように構成されたスリ板２
を備える本実施形態の集電装置によれば、両金属スリ板
部３，３の間に耐摩耗性の高いカーボン系スリ板部４が
設けられているので、スリ板２全体として、給電線との
接触による摩耗量の低減を図ることが可能となる。ま
た、従来の固体潤滑剤のように給電線とのアークによる
熱によって溶けてスリ板２の接触面２Ａに付着したりす
ることがないので、給電線との接触面２Ａの接触面積が
減少することもなく、従ってアーク放電が頻発するのを
避けることが可能となる。このため、かかるアーク放電
による摩耗も抑えてスリ板２の摩耗量の一層の低減を促
すことが可能となり、スリ板２の寿命を大幅に延長して
経済性の高い集電装置を提供することができる。

【００１４】例えば、実験によれば、一対の金属スリ板
部の間にカーボン系スリ板部を配した本実施形態の構成
のスリ板と、カーボン系スリ板部の代わりに固形潤滑剤
を配した従来の構成のスリ板とを、摺動速度や供給電流
および押圧力などを同一条件として模擬トロリに押圧し
て摺接させ、押圧力と摺動距離との積に対する摩耗体積
として算出されるスリ板の比摩耗量を測定して比較した
ところ、本実施形態のスリ板では従来構成のスリ板に対
して約５０％もの摩耗量の低減がなされていることが認
められ、従ってスリ板の寿命を約２倍に延ばすことが可
能であるとの結果を得た。また、アーク放電の頻度につ
いても、本実施形態のスリ板によれば、従来構成のもの
に対してアーク発生率の低減が図られ、しかも従来構成
のスリ板においては実験の進行に従いアークが頻発する
傾向にあったのに対し、本実施形態ではそのような傾向
は認められなかった。

【００１５】さらに、上記構成の集電装置においては、
舟体１の両側部に設けられた金属スリ板部３，３に加え
て、その間に配されるカーボン系スリ板部４もまた、給
電線から供給される電力の集電を行なうから、結局スリ
板２の上記接触面２Ａ全体を集電に供して集電面積を拡
大することが可能になり、これにより集電効率の向上を
図ることも可能となる。逆に言えば、所定の駆動電力を
得るために電気車両に必要とされる集電装置の数を削減
することが可能となるので、特に近年の電気車両の超高
速化に伴う集電装置数の制限にも対応することができる
とともに、集電装置の給電線への摺接による騒音の低減
も促すことが可能となる。

【００１６】なお、このように一対の金属スリ板部３，
３の間にカーボン系スリ板部４を配置することにより、
本実施形態ではスリ板２の上記接触面２Ａ上に、金属ス
リ板部３，３より成る部分とカーボン系スリ板部４より
成る部分とが層状に配設されることとなるわけである
が、これらの部分の面積の比率は、カーボン系スリ板部
４より成る部分の割合が、スリ板２の上記接触面２Ａ全
体の面積の２０〜７０％の範囲となるように設定される
のが望ましい。これは、上記範囲を下回ってカーボン系
スリ板部４の面積が小さくなりすぎるとカーボン系スリ
板部４による上述の摩耗低減効果が十分に奏功されなく
なるおそれが生じ、逆にカーボン系スリ板部４の面積が
上記範囲を超えて大きくなりすぎると相対的に金属スリ
板部３，３の面積が小さくなって、却って集電効率の低
下を招いたりするおそれがあるからである。

【００１７】一方、本実施形態では、このカーボン系ス
リ板部４は、その両側部に配される上記一対の金属スリ
板部３，３を介して保持されることにより舟体１に固定
されており、すなわちこれら金属スリ板部３，３によっ
て間接的に舟体１に取り付けられている。このため、加
工性が良くないカーボン系スリ板部４に取付ボルト挿通
用の穴などを形成したりすることなく、カーボン系スリ
板部４を確実に保持することが可能となるとともに、従
来カーボン系スリ板を取り付けるのに用いていたサヤを
必要とすることもなくなるので、取付構造の簡略化を図
ることも可能となる。

【００１８】さらに本実施形態では、上記カーボン系ス
リ板部４が断面等脚台形状に形成されていて、上記金属
スリ板部３，３の一対の側面３Ａ，３Ａの間に画成され
るあり溝状の間隙に係合するようにして保持されてお
り、この係合によって該カーボン系スリ板部４を安定的
に舟体１に固定することが可能となる。このため、電気
車両の走行時における振動などにも影響を受けることな
く、確実に耐摩耗性の向上を図るとともに安定した集電
を行うことができる。

【００１９】しかも、本実施形態では、このように断面
等脚台形状のカーボン系スリ板部４があり溝状の金属ス
リ板部３，３間に嵌装されて係合しており、それぞれの
一対の側面３Ａ，３Ａおよび４Ａ，４Ａが、スリ板２の
上記接触面２Ａ側に向けてその間の幅が互いに狭まるよ
うに形成されている。このため、このカーボン系スリ板
部４は、特に接触面２Ａ側に向かう方向について、側面
３Ａ，３Ａにより強固に拘束された状態で固定されるこ
ととなるので、カーボン系スリ板部３の取付安定性をさ
らに向上させて、スリ板２の摩耗を一層効果的に低減せ
しめるとともに、より効率的かつ安定した集電を促すこ
とが可能となる。

【００２０】加えて、本実施形態では、上記接触面２Ａ
側に向けてその間の幅が狭くなるこれら一対の側面３
Ａ，３Ａおよび４Ａ，４Ａが、それぞれ平面状の傾斜面
として形成されており、これによりカーボン系スリ板部
４は断面等脚台形という比較的簡単な形状によって金属
スリ板部３，３間の間隙に係合し、かつ側面３Ａ，３Ａ
により拘束されることとなる。従って、加工性の悪いカ
ーボン系スリ板部４に対して無理に複雑な加工を強いる
ことなく、該カーボン系スリ板部４を上記間隙に係合せ
しめ、また側面３Ａ，３Ａにより拘束して、上述の取付
安定性の向上等の効果を確実に奏功することが可能とな
る。

【００２１】しかも、本実施形態では、これらの側面３
Ａ，４Ａが上記接触面２Ａに垂直な方向に対してなす傾
斜角θが５°以上に設定されており、これにより、この
垂直な方向、すなわち接触面２Ａ側に向かう方向につい
ての両側面３Ａ，４Ａと接触面積を確保して十分な拘束
力を得ることができる。また、その一方で、本実施形態
ではこの傾斜角θが４０°以下の範囲ともされているの
で、接触面２Ａとは反対の舟体１側において、カーボン
系スリ板部４の面積が金属スリ板部３，３の面積に対し
て徒に大きくなりすぎるのを防ぐことができ、これによ
り金属スリ板部３，３の舟体１への取付剛性を十分に確
保することができるため、結果的に、これら金属スリ板
部３，３を介して間接的に舟体１の取り付けられるカー
ボン系スリ板部４の取付剛性も十分に確保して、その取
付安定性の一層の向上を図ることが可能となる。

【００２２】なお、本実施形態では図２に示すように、
両金属スリ板部３，３の一対の側面３Ａ，３Ａにカーボ
ン系スリ板部４の一対の側面４Ａ，４Ａを直接密着させ
て、カーボン系スリ板部４を金属スリ板部３，３により
保持しているが、例えば両側面３Ａ，Ａの間にスペーサ
ー等の部材を介装して保持するようにしてもよい。ま
た、本実施形態では一対の金属スリ板部３，３を別体と
して、それぞれ取付ボルト５…により舟体１に取り付け
るようにしているが、これら金属スリ板部３，３を上記
接触面２Ａとは反対側の底部や上記長手方向の端部など
で連続した一体の部材として形成して、これを舟体１に
固定するようにしてもよい。さらに、舟体１の長手方向
に伸びる金属スリ板部３を、舟体１の幅方向に３列以上
間隔を置いて設け、これらの金属スリ板部３…の間にそ
れぞれカーボン系スリ板部４…を設けるようにしてもよ
い。

【００２３】さらに、本実施形態では一対の金属スリ板
部３，３の側面３Ａ，３Ａ間に画成される間隙を断面等
脚台形のあり溝状とするとともに、カーボン系スリ板部
４を断面等脚台形状として両者を係合させているが、単
に係合によりカーボン系スリ板部４を保持するだけな
ら、例えば互いに対向して密着する金属スリ板部の側面
とカーボン系スリ板部の側面とに、互いに係合する凹部
と凸部を形成してカーボン系スリ板部を保持するように
してもよい。この場合には、両スリ板部のいずれに凹部
または凸部を設けてもよく、またその形状もＶ字溝と山
形突条や凹曲溝と凸曲突条など種々の形状が適用可能で
あり、さらには溝と突条だけでなく、球状等の凹所と突
起とを係合させたりするようにしてもよい。また、本実
施形態では一対の側面３Ａ，３Ａ同士および側面４Ａ，
４Ａ同士で傾斜角θを等しくして、舟体１の幅方向に対
称となるようにしているが、場合によってはこれを非対
称に形成してもよい。

【００２４】さらにまた、カーボン系スリ板部４を上記
接触面２Ａ側に向けて拘束するにしても、本実施形態の
ように側面３Ａ，４Ａ全体を平面状の傾斜面に形成せず
とも、例えば接触面２Ａ側の部分のみを傾斜面として舟
体１側は接触面２Ａに垂直な面としたり、傾斜角の異な
る複数の傾斜面を組み合わせたりしてもよい。また、金
属スリ板部３，３の側面３Ａ，３Ａの全体、あるいは少
なくとも接触面２Ａ側を、この接触面２Ａ側に向かうに
従い互いの間の間隔が漸次狭まる凹曲面あるいは凸曲面
に形成するとともに、カーボン系スリ板部４の両側面４
Ａ，４Ａをこのような側面３Ａ，３Ａに密着可能な凸曲
面あるいは凹曲面に形成して、カーボン系スリ板部４を
拘束するようにしてもよい。

【００２５】一方、上記図１および図２に示した実施形
態では、舟体１に設けられるスリ板２を、一対の金属ス
リ板部３，３とその間に配置される一のカーボン系スリ
板部４とから構成するようにしているが、例えば貨物用
の電気車両のように１台の電気車両によって多数の貨物
車両を牽引するような場合には、この電気車両に大電流
を供給する必要があり、このため、より大きな集電面積
をスリ板２に確保しなければならない。そこで、このよ
うな場合には、図３に示すようにスリ板２に３つの金属
スリ板部３…を互いに平行に、かつ間隔を開けて配設す
るとともに、対向する金属スリ板部３，３同士の間にそ
れぞれカーボン系スリ板部４，４を配設するようにして
もよい。しかるに、このような構成を採ることにより、
耐摩耗性の向上を促しつつも、上述のようなより大きな
集電面積を確保することができ、貨物用電気車両等にお
ける大電流の供給にも十分に対応することが可能とな
る。なお、上記スリ板２を、これ以上の数の金属スリ板
部３およびカーボン系スリ板部４によって構成しても構
わない。

【００２６】さらに、上述した実施形態では、電気車両
の屋根にパンタグラフを介して設けられる集電装置に本
発明を適用した場合について説明したが、車両等の下部
側から集電を行う集電装置に本発明を用いることも、勿
論可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一対の金属スリ板部の間に配置されるカーボン系スリ板
部により、スリ板全体としての耐摩耗性を向上させると
ともにアークの発生を抑え、その寿命の大幅な延長を図
ることが可能となる。しかも、このカーボン系スリ板部
も集電に供することができるので、集電面積を拡大する
ことができ、集電効率の向上を促すことも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図である。

【図２】図１に示す実施形態の断面図である。

【図３】本発明の他の実施形態を示すスリ板２中央部の
斜視図である。

【符号の説明】

１ 舟体 ２ スリ板 ２Ａ スリ板２の給電線への接触面 ３ 金属スリ板部 ３Ａ 金属スリ板部の側面 ４ カーボン系スリ板部 ４Ａ カーボン系スリ板部４の側面 ５ 取付ボルト ６ 補助スリ板 θ 側面３Ａ，４Ａの接触面２Ａに垂直な方向に対する
傾斜角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池内 実治 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 寺岡 利雄 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 小池 正志 新潟県新潟市小金町三番地１ 三菱マテリ アル株式会社新潟製作所内 (72)発明者 大西 吉久 香川県三豊郡詫間町大字中姫2181−２ 東 洋炭素株式会社大野原工場内 (72)発明者 伊藤 正之 香川県三豊郡詫間町大字中姫2181−２ 東 洋炭素株式会社大野原工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電線に接触するスリ板によって集電を
   行う集電装置において、上記スリ板は、一対の金属スリ
   板部と、これらの金属スリ板部の間に配置されるカーボ
   ン系スリ板部とを備えていることを特徴とする集電装
   置。
2. 【請求項２】 上記カーボン系スリ板部は、上記一対の
   金属スリ板部を介して保持されていることを特徴とする
   請求項１に記載の集電装置。
3. 【請求項３】 上記カーボン系スリ板部は、上記一対の
   金属スリ板部の間に画成される間隙に係合して保持され
   ていることを特徴とする請求項２に記載の集電装置。
4. 【請求項４】 上記一対の金属スリ板部の互いに対向す
   る一対の側面の間隔と、これらの側面に対向する上記カ
   ーボン系スリ板部の一対の側面の間隔とは、上記給電線
   に接触する当該スリ板の接触面側に向けて、それぞれ狭
   く形成されていることを特徴とする請求項３に記載の集
   電装置。
5. 【請求項５】 上記一対の金属スリ板部の互いに対向す
   る一対の側面および上記カーボン系スリ板部の一対の側
   面は、上記接触面に対して傾斜する平面状の傾斜面であ
   り、該接触面に垂直な方向に対する傾斜角が５°〜４０
   °の範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に
   記載の集電装置。