(57)【要約】【課題】第１の接触部と第２の接触部との間を通電状態にしながらこの第１の接触部とこの第２の接触部との間に作用する接触力と摩擦力とを測定することができる接触力／摩擦力測定装置を提供する。【解決手段】接触力Ｆ1が変動して模擬すり板Ｐ1がＡ1，Ａ2方向に微小変位すると、この接触力Ｆ1と略同一の荷重Ｆ1'が荷重検出部９に作用し、この荷重検出部９によって荷重Ｆ1'が検出される。また、摩擦力Ｆ2が変動して試験片Ｐ1がＢ1，Ｂ2方向に微小変位すると、摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'が荷重検出部１１に作用し、この荷重検出部１１によって荷重Ｆ2'が検出される。模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とを通電状態にする可撓性の導電部１４が荷重伝達部４に接続されているため、導電部１４の重量や抵抗力が荷重伝達部４に作用し、接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2に測定誤差が生じるのを可能な限り防ぐことができる。【選択図】図４
2011209186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接触部と第２の接触部とを接触状態で相対移動させながらこれらの間に作用する接触力と摩擦力とを測定する接触力／摩擦力測定装置であって、
前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に電流を流す導電部と、
前記接触力の作用方向の荷重を第１の荷重検出部に伝達するとともに、前記摩擦力の作用方向の荷重を第２の荷重検出部に伝達する荷重伝達部とを備え、
前記導電部は、前記第１の接触部を前記荷重伝達部が支持した状態で微小変位可能なようにこの荷重伝達部に弛緩状態で接続されること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記荷重伝達部は、前記接触力の作用方向に前記第１の接触部を微小変位可能に支持するとともに、前記摩擦力の作用方向にこの第１の接触部を微小変位可能に支持すること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記荷重伝達部は、複数のリンク部材を回転自在に連結したリンク機構によって前記第１の接触部を支持すること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記荷重伝達部は、平行クランク機構であり、
前記第１の接触部を支持した状態で前記接触力の作用方向の荷重を前記第１の荷重検出部に伝達する第１のリンク部材と、
支点に回転自在に連結された状態で前記摩擦力の作用方向の荷重を前記第２の荷重検出部に伝達する第２のリンク部材と、
互に平行に配置された状態で前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを回転自在に連結する第３及び第４のリンク部材とを備えること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記第１及び前記第２のリンク部材は、前記第１の接触部と前記第２の接触部とが接触する接線に対して垂直に配置されており、
前記第３及び前記第４のリンク部材は、前記接線に対して平行に配置されていること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記荷重伝達部を移動自在にガイドするガイド部と、
前記第１の接触部を前記第２の接触部に押し付ける押付力を発生する押付力発生部とを備え、
前記押付力発生部は、前記荷重伝達部に前記押付力を作用させて前記第１の接触部を前記第２の接触部に押し付けること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記第１の接触部と前記第２の接触部とが接触状態でこれらの接触位置が変化するように、前記荷重伝達部とともに前記ガイド部を駆動する駆動部を備えること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記第１の接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬した模擬すり板であり、
前記第２の接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬した模擬トロリ線であること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記第１の接触部は、集電装置のすり板であり、
前記第２の接触部は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線であること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、
前記第１の接触部は、集電装置の集電靴であり、
前記第２の接触部は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レールであること、
を特徴とする接触力／摩擦力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の接触部と第２の接触部とを接触状態で相対移動させながらこれらの間に作用する接触力と摩擦力とを測定する接触力／摩擦力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の集電摩耗試験装置は、外周部に模擬トロリ線を取り付けた状態で中心軸回りに回転する回転板と、この模擬トロリ線と接触する模擬すり板を支持する支持板と、模擬トロリ線に模擬すり板が押し付けられるように支持板を回転板に向かって付勢するばねなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の集電摩耗試験装置では、回転板を一定速度で回転させながら模擬すり板を模擬トロリ線に押し付けて、一定回転毎にこの模擬トロリ線及びこの模擬すり板の摩耗量を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-93137号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の集電摩耗試験装置では、模擬トロリ線と模擬すり板とを高速で摺動させるとともに、これらの接触をできる限り維持できるように、模擬すり板の接触機構に高い追従機能が求められている。また、従来の集電摩耗試験装置では、摩擦現象や摩耗現象を正確に把握するためには、模擬トロリ線と模擬すり板との間に相互に働く接触力及び摩擦力を精度よく測定する機能が求められている。さらに、従来の集電摩耗試験装置では、模擬トロリ線と模擬すり板との間に100Ａ以上の大電流を通電している状態で摩擦現象や摩耗現象を再現し、この状態で摩耗量、接触力及び摩擦力などを測定する機能が求められている。しかし、従来の集電摩耗試験装置では、高い追従性能を持ちながら接触力及び摩擦力を独立して測定することは困難である。また、従来の集電摩耗試験装置では、模擬トロリ線と模擬すり板との間を通電するケーブルなどの通電経路を持ちながら正確に接触力及び摩擦力を測定できる機構を構成することが困難である。
【０００５】
この発明の課題は、第１の接触部と第２の接触部との間に電流を流しながらこの第１の接触部とこの第２の接触部との間に作用する接触力と摩擦力とを測定することができる接触力／摩擦力測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１、図４、図６、図１３及び図１５に示すように、第１の接触部（Ｐ1；Ｓ1；Ｓ2）と第２の接触部（Ｐ2；Ｔ1；Ｔ2）とを接触状態で相対移動させながらこれらの間に作用する接触力（Ｆ1）と摩擦力（Ｆ2）とを測定する接触力／摩擦力測定装置であって、前記第１の接触部と前記第２の接触部との間に電流を流す導電部（１４）と、前記接触力の作用方向（Ａ1，Ａ2）の荷重（Ｆ1'）を第１の荷重検出部（９）に伝達するとともに、前記摩擦力の作用方向（Ｂ1，Ｂ2）の荷重（Ｆ2'）を第２の荷重検出部（１１）に伝達する荷重伝達部（４）とを備え、前記導電部は、前記第１の接触部を前記荷重伝達部が支持した状態で微小変位可能なようにこの荷重伝達部に弛緩状態で接続されることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置（３）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記荷重伝達部は、前記接触力の作用方向に前記第１の接触部を微小変位可能に支持するとともに、前記摩擦力の作用方向にこの第１の接触部を微小変位可能に支持することを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記荷重伝達部は、複数のリンク部材（５Ａ〜５Ｄ）を回転自在に連結したリンク機構によって前記第１の接触部を支持することを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記荷重伝達部は、平行クランク機構であり、前記第１の接触部を支持した状態で前記接触力の作用方向の荷重を前記第１の荷重検出部に伝達する第１のリンク部材（５Ａ）と、支点（Ｏ2）に回転自在に連結された状態で前記摩擦力の作用方向の荷重を前記第２の荷重検出部に伝達する第２のリンク部材（５Ｂ）と、互に平行に配置された状態で前記第１のリンク部材と前記第２のリンク部材とを回転自在に連結する第３及び第４のリンク部材（５Ｃ，５Ｄ）とを備えることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記第１及び前記第２のリンク部材は、前記第１の接触部と前記第２の接触部とが接触する接線（Ｌ2）に対して垂直に配置されており、前記第３及び前記第４のリンク部材は、前記接線に対して平行に配置されていることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記荷重伝達部を移動自在にガイドするガイド部（８）と、前記第１の接触部を前記第２の接触部に押し付ける押付力（Ｆ3）を発生する押付力発生部（１３）とを備え、前記押付力発生部は、前記荷重伝達部に前記押付力を作用させて前記第１の接触部を前記第２の接触部に押し付けることを特徴としている接触力／摩擦力測定装置である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記第１の接触部と前記第２の接触部とが接触状態でこれらの接触位置が変化するように、前記荷重伝達部とともに前記ガイド部を駆動する駆動部（１８）を備えることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、前記第１の接触部は、実際の集電装置のすり板を模擬した模擬すり板であり、前記第２の接触部は、前記実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬した模擬トロリ線であることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、図１３に示すように、前記第１の接触部は、集電装置（３１）のすり板（Ｓ1）であり、前記第２の接触部は、前記集電装置のすり板が摺動するトロリ線（Ｔ1）であることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の接触力／摩擦力測定装置において、図１５に示すように、前記第１の接触部は、集電装置（４３）の集電靴（Ｓ2）であり、前記第２の接触部は、前記集電装置の集電靴が摺動する導電レール（Ｔ2）であることを特徴とする接触力／摩擦力測定装置である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によると、第１の接触部と第２の接触部との間に電流を流しながらこの第１の接触部とこの第２の接触部との間に作用する接触力と摩擦力とを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置の模擬トロリ線を概略的に示す外観図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のII-IIB線で切断した状態を示す断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す側面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の構成図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の支持部の動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は接触力の作用方向の荷重を検出するときの模式図であり、（Ｂ）は摩擦力の作用方向の荷重を検出するときの模式図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の配置を模式的に示す斜視図である。
【図８】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の測定原理を説明するための模式図であり、（Ａ）は模擬すり板及び模擬トロリ線の摩耗前の状態を示す模式図であり、（Ｂ）は模擬すり板及び模擬トロリ線の摩耗後の状態を示す模式図である。
【図９】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の接触力演算部及び摩擦力演算部の演算結果を一例として示すグラフである。
【図１０】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の摩耗量演算部の演算結果を一例として示すグラフであり、（Ａ）は模擬すり板の摩耗量の演算結果を示すグラフであり、（Ｂ）は模擬トロリ線の摩耗量の演算結果を示すグラフである。
【図１１】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部が出力する変位量測定信号の波形を一例として示すグラフであり、（Ａ）は信号処理前の変位量測定信号の波形を示すグラフであり、（Ｂ）は信号処理後の変位量測定信号の波形を示すグラフである。
【図１２】この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
【図１４】この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の測定原理を説明するための模式図である。
【図１５】この発明の第３実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置の模擬トロリ線を概略的に示す外観図であり、図２（Ａ）は正面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のII-IIB線で切断した状態を示す断面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す平面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電試験装置を概略的に示す側面図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の構成図である。
【００１９】
図１〜図４に示す模擬すり板Ｐ1は、実際の集電装置のすり板を模擬したすり板試験片である。模擬すり板Ｐ1は、電気車の集電装置の上部に取り付けられるすり板と同じ材質であり、カーボンを主原料として焼成した部材、鉄若しくは銅などの金属粉に潤滑性を有する黒鉛若しくはすずなどの低融点金属とクロム、モリブデンなどの硬質金属とを混合して加熱成型し焼結した部材などである。模擬すり板Ｐ1は、外観が長板状の部材であり、模擬トロリ線Ｐ2と接触する側の表面が平面状に形成されている。模擬すり板Ｐ1は、図１〜図４に示すように、模擬トロリ線Ｐ2側の摩擦部Ｐ21と摩擦接触する摩擦部（摩耗予定部）Ｐ11と、模擬トロリ線Ｐ2側の摩擦部Ｐ21とは摩擦接触しない非摩擦部Ｐ12とを備えている。
【００２０】
図２〜図４に示す模擬トロリ線Ｐ2は、実際の集電装置のすり板が摺動する実際のトロリ線を模擬したトロリ線試験片である。模擬トロリ線Ｐ2は、電気車の集電装置のすり板が摺動しこの電気車に負荷電流を供給する電線であるトロリ線と同じ材質であり、銀又はすずなどを僅かに含有する銅合金又は硬銅である。模擬トロリ線Ｐ2は、実際のトロリ線と同様の線状部材を円環状に折り曲げた状態で、回転体２ａ中心線Ｏ1を中心としてこの回転体２ａの表面に取り付けられている。模擬トロリ線Ｐ2は、図２〜図４に示すように、模擬すり板Ｐ1側の摩擦部Ｐ11と摩擦接触する摩擦部（摩耗予定部）Ｐ21と、模擬すり板Ｐ1側の摩擦部Ｐ11とは摩擦接触しない非摩擦部Ｐ22とを備えている。
【００２１】
図１〜図４に示す集電試験装置１は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とを接触させて種々の試験を実施する装置である。集電試験装置１は、例えば、実際のトロリ線と実際のすり板との摺動状況を模擬するために、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に通電させている。集電試験装置１は、模擬トロリ線Ｐ2を回転させた状態で模擬すり板Ｐ1を摺動させ、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗を測定するとともに、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に作用する接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を測定する回転型の集電摩耗試験機（高速集電材摩耗試験機）などである。集電試験装置１は、図２〜図４に示す回転装置２と、図１、図３及び図４に示す接触力／摩擦力測定装置３などを備えている。集電試験装置１は、図２〜図４に示すように、回転装置２によって模擬トロリ線Ｐ2を回転させて模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に摺動させ、接触力／摩擦力測定装置３によって接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を測定するとともに模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量を測定して、摩耗状態及び集電性能などを測定する。
【００２２】
図２〜図４に示す回転装置２は、模擬トロリ線Ｐ2を回転させる装置である。回転装置２は、模擬トロリ線Ｐ2を回転させて模擬すり板Ｐ1と回転接触させる。回転装置２は、図２〜図４に示す回転体２ａと、図２に示す回転駆動部２ｂと、指標部２ｃなどを備えている。図２〜図４に示す回転体２ａは、模擬トロリ線Ｐ2を着脱自在に保持する部材である。回転体２ａは、図２〜図４に示すように、模擬トロリ線Ｐ2を保持した状態でこの模擬トロリ線Ｐ2と一体となって中心線Ｏ1を回転中心として回転するロータなどの円板状の部材である。回転体２ａは、例えば、模擬トロリ線Ｐ2の下面である非摩擦部Ｐ22とこの回転体２ａの表面とが同一面（同一高さ）となるように、模擬トロリ線Ｐ2を着脱自在に支持している。回転体２ａは、図示しない軸受などの支持機構部によって、中心線Ｏ1を中心軸とする回転軸が回転自在に支持されている。図２に示す回転駆動部２ｂは、模擬トロリ線Ｐ2を回転駆動する部分である。回転駆動部２ｂは、回転体２ａを回転駆動するための駆動力を発生する駆動モータなどの駆動力発生装置である。指標部２ｃは、模擬トロリ線Ｐ2と一体となって回転して、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を標示する部分である。指標部２ｃは、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22とは高さが異なり、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22と同一高さである回転体２ａの表面よりも僅かに高い。指標部２ｃは、例えば、回転体２ａの１回転を検出するために、模擬トロリ線Ｐ2の近傍の回転体２ａの表面に貼り付けられた検出用シールである。
【００２３】
図１、図３及び図４に示す接触力／摩擦力測定装置３は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とを接触状態で相対移動させながらこれらの間に作用する接触力Ｆ1と摩擦力Ｆ2とを測定する装置である。接触力／摩擦力測定装置３は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間を通電状態にしてこれらを摩擦接触させたときに、模擬すり板Ｐ1の摩擦部Ｐ11の摩耗量と模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の摩耗量とを測定する。接触力／摩擦力測定装置３は、図１、図３及び図４に示す荷重伝達部４と、図４に示す支持部６，７と、ガイド部８と、荷重検出部９と、引張力発生部１０と、荷重検出部１１と、押付力発生部１２，１３と、導電部１４と、支持部１５と、ガイド部１６と、連結部１７と、駆動部１８と、台座部１９と、図５に示す変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃと、図１、図４及び図５に示す変位量測定部２１と、加速度検出部２２Ａ，２２Ｂと、図５に示す設定部２３と、接触力演算部２４と、摩擦力演算部２５と、摩耗量演算部２６と、変位量演算部２７と、加速度演算部２８Ａ，２８Ｂと、基準位置検出部２９と、位置特定部３０と、摩耗量補正部３１と、記憶部３２と、制御部３３などを備えている。接触力／摩擦力測定装置３は、図１、図３及び図４に示すように、リンク機構である荷重伝達部４と、スライダ機構であるガイド部８と、２つのばね機構である引張力発生部１０及び押付力発生部１３とによって、模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付ける押付機構を構成している。接触力／摩擦力測定装置３は、実際の集電装置のような２つの質量と２つのばねとを交互に直列に接続したばね−質量系をモデル化している。接触力／摩擦力測定装置３は、模擬すり板Ｐ1が模擬トロリ線Ｐ2に追従して軽く動くように、可動部である模擬すり板Ｐ1、装着部５ａ，５ｂ及びリンク部材５Ａの質量を小さくなるように、装着部５ｂと荷重検出部９との間に引張力発生部１０を配置しており、この引張力発生部１０のばね定数を押付力発生部１３のばね定数よりも大きく設定している。
【００２４】
図６は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の支持部の動作を説明するための模式図であり、図６（Ａ）は接触力の作用方向の荷重を検出するときの模式図であり、図６（Ｂ）は摩擦力の作用方向の荷重を検出するときの模式図である。
図１、図３、図４及び図６に示す荷重伝達部４は、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９に伝達するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向に荷重Ｆ2'を荷重検出部１１に伝達する部分である。荷重伝達部４は、接触力Ｆ1の作用方向に模擬すり板Ｐ1を微小変位可能に支持するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向にこの模擬すり板Ｐ1を微小変位可能に支持する。荷重伝達部４は、例えば、図６（Ａ）に示すように、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に接触力Ｆ1が作用すると模擬すり板Ｐ1をＡ1，Ａ2方向（接触力Ｆ1の作用方向）に微小変位させ、この接触力Ｆ1と略同一の大きさであってこの接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９に伝達する。一方、荷重伝達部４は、例えば、図６（Ｂ）に示すように、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に摩擦力Ｆ2が作用すると模擬すり板Ｐ1をＢ1，Ｂ2方向（摩擦力Ｆ2の作用方向）に微小変位させ、この摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重検出部１１に伝達する。荷重伝達部４は、図１、図３、図４及び図６に示すように、リンク部材５Ａ〜５Ｄと連結部材５Ｅ〜５Ｉなどを備えている。荷重伝達部４は、複数のリンク部材５Ａ〜５Ｄを回転自在に連結したリンク機構によって模擬すり板Ｐ1を支持しており、図６（Ａ）に示すように接触力Ｆ1が作用するときにはリンク部材５Ａが平行な直線を描く平行クランク機構（平行運動機構）である。
【００２５】
図１、図３、図４及び図６に示すリンク部材５Ａは、模擬すり板Ｐ1を支持した状態で接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９に伝達する部材である。リンク部材５Ａは、平行運動及び回転運動が可能なように平行に配置された一対の板状又は棒状の部材であり、装着部５ａ，５ｂなどを備えており、リンク部材５Ａの一端には装着部５ａが装着されており、リンク部材５Ａの他端には装着部５ｂが装着されている。リンク部材５Ａは、装着部５ａ，５ｂと一体となって、図１、図３、図４及び図６（Ａ）に示すように連結部材５Ｅ，５Ｆを回転中心として回転しＡ1，Ａ2方向に平行移動可能であるとともに、図１、図３、図４及び図６（Ｂ）に示すように支点Ｏ2を回転中心としてＢ1，Ｂ2方向に回転可能である。リンク部材５Ａは、図４に示すように、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触する接線に対して垂直に配置されており、接触力Ｆ1の作用線Ｌ1上に配置されている。
【００２６】
図１、図４及び図６に示す装着部５ａは、模擬すり板Ｐ1を着脱自在に装着する部分である。装着部５ａは、例えば、摩耗後の模擬すり板Ｐ1を新品の模擬すり板Ｐ1と交換するときなどに、模擬トロリ線Ｐ2と対向する側の表面にボルトなどの固定部材によって模擬すり板Ｐ1を着脱自在に装着可能である。装着部５ａは、模擬すり板Ｐ1を装着する装着面がこの模擬すり板Ｐ1よりも大きい板状の部材である。装着部５ａは、模擬すり板Ｐ1とリンク部材５Ａとの間を電気的に絶縁する絶縁機能を有している。装着部５ｂは、引張力発生部１０の一端部を装着する部分である。装着部５ｂは、図１、図４及び図６に示すように側面から見たときの形状が略Ｕ字状であり、一方の端部がリンク部材５Ａに固定されており、他方の端部が引張力発生部１０に固定されている。
【００２７】
リンク部材５Ｂは、支点Ｏ2に回転自在に連結された状態で摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重検出部１１に伝達する部材である。リンク部材５Ｂは、リンク部材５Ａと平行に配置されている。リンク部材５Ｂは、リンク部材５Ａよりも長さが長く、図３に示すように回転運動が可能な一対の板状又は棒状の部材であり、図４及び図６に示す押圧部５ｃと、図３に示す連結部５ｄなどを備えている。リンク部材５Ｂは、後端部が支持部６に回転自在に連結されており、図６（Ｂ）に示すように支点Ｏ2を回転中心として押圧部５ｃと一体となってＢ1，Ｂ2方向に回転可能である。リンク部材５Ｂは、図４に示すように、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触する接線に対して垂直に配置されており、摩擦力Ｆ2の作用線Ｌ2に対して垂直に配置されている。
【００２８】
図４及び図６に示す押圧部５ｃは、荷重検出部１１を押圧する部分である。押圧部５ｃは、リンク部材５Ｂの下縁部に装着されており、荷重検出部１１と対向して配置されている。押圧部５ｃは、リンク部材５Ｂと一体となって支点Ｏ2を回転中心としてＢ1，Ｂ2方向に回転可能であり、リンク部材５Ｂの回転時及び停止時にかかわらず荷重検出部１１と常に接触している。図３に示す連結部５ｄは、押付力発生部１２の一方の端部をリンク部材５Ｂに連結する部分である。連結部５ｄは、一対のリンク部材５Ｂの間に挟み込まれるようにこのリンク部材５Ｂに固定されている。
【００２９】
図１、図４及び図６に示すリンク部材５Ｃ，５Ｄは、互に平行に配置された状態でリンク部材５Ａとリンク部材５Ｂとを回転自在に連結する部材である。リンク部材５Ｃ，５Ｄは、いずれも同一長さであって平行運動及び回転運動が可能な板状又は棒状の部材であり、図３に示すように一対のリンク部材５Ａ，５Ｂの間に回転自在に挟み込まれている。リンク部材５Ｃは、図４に示すように、一方の端部がリンク部材５Ａの先端部側と回転自在に連結されており、他方の端部がリンク部材５Ｂの先端部と回転自在に連結されている。リンク部材５Ｄは、一方の端部がリンク部材５Ａの先端部よりも所定距離離れて後端部側に回転自在に連結されており、他方の端部がリンク部材５Ｂの先端部よりも所定距離離れて後端部側に回転自在に連結されている。リンク部材５Ｃ，５Ｄは、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触する接線に対して平行に配置されており、摩擦力Ｆ2の作用線Ｌ2と平行に配置されている。
【００３０】
図４及び図６に示す連結部材５Ｅ〜５Ｉは、リンク部材５Ａ〜５Ｄを回転自在に連結する部材である。連結部材５Ｅは、リンク部材５Ａとリンク部材５Ｃとを回転自在に連結し、連結部材５Ｆはリンク部材５Ａとリンク部材５Ｄとを回転自在に連結し、連結部材５Ｇはリンク部材５Ｂとリンク部材５Ｃとを回転自在に連結し、連結部材５Ｈはリンク部材５Ｂとリンク部材５Ｄとを回転自在に連結し、連結部材５Ｉはリンク部材５Ｂと支持部６とを回転自在に連結する。連結部材５Ｅ〜５Ｉは、リンク部材５Ａ〜５Ｄ及び支持部６を貫通する軸状の部材であり、これらを回転自在にピン結合（ヒンジ結合）している。
【００３１】
支持部６は、リンク部材５Ｂを回転自在に支持する部分である。支持部６は、一方の端部にリンク部材５Ｂの後端部が回転自在に連結されており、他方の端部がスライド部８ａに固定されている。支持部６は、リンク部材５Ａ〜５Ｄがスライド部８ａと一体となってＡ1，Ａ2方向に微小変位可能なように、これらのリンク部材５Ａ〜５Ｄとスライド部８ａとを連結している。
【００３２】
支持部７は、荷重検出部１１を支持する部分である。支持部７は、一方の端部に荷重検出部１１の底部が固定されており、他方の端部がスライド部８ａに固定されている。支持部７は、荷重検出部１１がスライド部８ａと一体となってＡ1，Ａ2方向に微小変位可能なように、この荷重検出部１１とスライド部８ａとを連結している。
【００３３】
図３、図４及び図６に示すガイド部８は、荷重伝達部４を移動自在にガイドする部分である。ガイド部８は、荷重伝達部４が模擬すり板Ｐ1を支持した状態で、接触力Ｆ1の作用方向（Ａ1，Ａ2方向）にこの荷重伝達部４が往復移動可能なようにこの荷重伝達部４を支持する。ガイド部８は、スライド部８ａとガイドレール部８ｂなどを備えている。ガイド部８は、例えば、スライド部８ａ側の凹部とガイドレール部８ｂ側の凸部とをスライド自在に嵌合させて、このガイドレール部８ｂに沿ってスライド部８ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。スライド部８ａは、ガイドレール部８ｂによってガイドされる部分である。スライド部８ａは、荷重伝達部４を支持した状態でこの荷重伝達部４と一体となってＡ1，Ａ2方向に移動可能であり、図４及び図６に示すように外観が略Ｌ字状の板状の部材である。スライド部８ａは、装着部８ｃなどを備えており、リンク部材５Ａ側の装着部５ｂとスライド部８ａ側の装着部８ｃとの間に所定の隙間が形成されるように配置されている。ガイドレール部８ｂは、スライド部８ａを移動自在にガイドする部分であり、スライド部８ａの移動方向（Ａ1，Ａ2方向）に沿って配置されている。装着部８ｃは、荷重検出部９を装着する部分であり、スライド部８ａの先端部にこの荷重検出部９を支持している。
【００３４】
図１、図４及び図６に示す荷重検出部９は、荷重伝達部４に作用する接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を検出する部分である。荷重検出部９は、例えば、荷重Ｆ1'を検出するロードセルなどであり、この荷重Ｆ1'の大きさに応じて電気抵抗が変化する。荷重検出部９は、図４に示すように、Ａ1，Ａ2方向の荷重Ｆ1'が加わるロードボタン９ａ，９ｂなどを備えており、このロードボタン９ａ，９ｂに結合された歪み予定部に発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（接触力検出情報）を制御部３３に出力する。荷重検出部９は、圧縮力及び引張力を検出可能なように、所定の大きさの荷重を常時作用させて使用する引張圧縮型ロードセルである。荷重検出部９は、模擬すり板Ｐ1の通電時及び摺動時の温度上昇による影響を受け難いように、この模擬すり板Ｐ1から所定距離だけ離してスライド部８ａ上に配置されている。荷重検出部９は、ロードボタン９ａ，９ｂの中心線（検出感度方向）が接触力Ｆ1の作用線Ｌ1と一致し、押付力Ｆ3の作用線Ｌ3と平行であり、かつ、摩擦力Ｆ2の作用線Ｌ2と直交するように配置されている。
【００３５】
図１、図４及び図６に示す引張力発生部１０は、荷重検出部９とリンク部材５Ａとの間に引張力を発生させる部分である。引張力発生部１０は、例えば、荷重検出部９とリンク部材５Ａとの間に引張力を常に作用させる引張コイルばね（復元ばね）などの付勢部材である。引張力発生部１０は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に接触力Ｆ1が発生したときに、この接触力Ｆ1に略等しい荷重Ｆ1'を荷重検出部９のロードボタン９ｂに伝達する。引張力発生部１０は、連結部１０ａ，１０ｂなどを備えている。連結部１０ａは、引張力発生部１０と荷重検出部９とを連結する部分であり、連結部１０ｂは引張力発生部１０とリンク部材５Ａとを連結する部分である。連結部１０ａは、引張力発生部１０の一方の端部と荷重検出部９のロードボタン９ｂとを回転自在にピン結合（ヒンジ結合）しており、連結部１０ｂは引張力発生部１０の他方の端部とリンク部材５Ａの装着部５ｂとを回転自在にピン結合（ヒンジ結合）している。連結部１０ａ，１０ｂは、図６（Ｂ）に示すように、荷重伝達部４が支点Ｏ2を回転中心としてＢ1，Ｂ2方向に微小回転したときに、引張力発生部１０と荷重検出部９との間に発生する摩擦力と、引張力発生部１０とリンク部材５Ａとの間に発生する摩擦力とが荷重検出部１１の検出結果に測定誤差として影響を与えてしまうのを防ぐ。
【００３６】
図１、図４及び図６に示す荷重検出部１１は、荷重伝達部４に作用する摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を検出する部分である。荷重検出部１１は、例えば、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に摩擦力Ｆ2が発生したときに、リンク部材５Ｂに作用する荷重Ｆ2'を検出するロードセルなどであり、この荷重Ｆ2'の大きさに応じて電気抵抗が変化する。荷重検出部１１は、Ｂ1，Ｂ2方向の荷重Ｆ2'が加わるロードボタン１１ａなどを備えており、このロードボタン１１ａに結合された歪み予定部に発生する歪み量に応じて電気抵抗値が変化し、この電気抵抗値に応じた電気信号（摩擦力検出情報）を制御部３３に出力する。荷重検出部１１は、圧縮力を検出可能なように所定の大きさの荷重を常時作用させて使用する圧縮型ロードセルである。荷重検出部１１は、図４に示すように、模擬すり板Ｐ1の通電時及び摺動時の温度上昇による影響を受け難いように、この模擬すり板Ｐ1から所定距離だけ離して支持部７に配置されている。荷重検出部１１は、ロードボタン１１ａの中心線（検出感度方向）が摩擦力Ｆ2の作用線Ｌ2と平行であり、かつ、接触力Ｆ1の作用線Ｌ1及び押付力Ｆ3の作用線Ｌ3と直交するように配置されている。
【００３７】
図１、図４及び図６に示す押付力発生部１２は、荷重検出部１１とガイド部８との間に押付力を発生させる部分である。押付力発生部１２は、リンク部材５Ｂに一方の端部が回転自在に連結され、ガイド部８のスライド部８ａに他方の端部が回転自在に連結されている。押付力発生部１２は、例えば、荷重検出部１１のロードボタン１１ａとリンク部材５Ｂの押圧部５ｃとの間に略一定の押付力を作用させる引張コイルばねなどの付勢部材である。押付力発生部１２は、リンク部材５Ｂとガイド部８との間に押付力（与荷重）を作用させることによって、荷重伝達部４が支点Ｏ2を回転中心としてＢ1，Ｂ2方向に微小回転したときに、ロードボタン１１ａと押圧部５ｃとの間に隙間が形成されて荷重検出部１１の検出結果に測定誤差が生じるのを防ぐ。
【００３８】
押付力発生部１３は、模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付ける押付力Ｆ3を発生する部分である。押付力発生部１３は、模擬トロリ線Ｐ2の押付方向（Ａ1，Ａ2）の微小変位又は微小凹凸に対して模擬すり板Ｐ1が模擬トロリ線Ｐ2との接触状態を維持させる。押付力発生部１３は、スライド部８ａ、装着部８ｃ、荷重検出部９、引張力発生部１０、装着部５ｂ、リンク部材５Ａ、装着部５ａ及び模擬すり板Ｐ1の順に押付力Ｆ3を伝達し、荷重伝達部４に押付力Ｆ3を作用させて模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付ける。押付力発生部１３は、ガイド部８のスライド部８ａに一方の端部が連結され、ガイド部８のガイドレール部８ｂに他方の端部が連結されている。押付力発生部１３は、例えば、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に略一定の押付力Ｆ3を作用させる定荷重ばねなどの付勢部材である。
【００３９】
図１、図４及び図６に示す導電部１４は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に電流を流す部分である。導電部１４は、荷重伝達部４が模擬すり板Ｐ1を支持した状態で微小変位可能なように、この荷重伝達部４に弛緩状態で接続されている。導電部１４は、例えば、柔軟性に優れ、振動を吸収可能であり、表面積が大きく放熱効果に優れた導体であり、軟銅線、スズめっき軟銅線又はその他の素線を集束して編組し平板状に成型した平編銅線、平編線又は平編素線などの可撓性導電部である。導電部１４は、一方の端部がリンク部材５Ａの装着部５ａに着脱自在に取り付けられており、他方の端部が支持部１５の装着部１５ａに着脱自在に取り付けられている。導電部１４は、長さが長くなって重量が増加し模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４のＡ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向の動作が重くならないように、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の下方でこれらの近傍に短い長さで配線されている。
【００４０】
支持部１５は、導電部１４を支持する部分である。支持部１５は、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４がＡ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向に微小変位可能であり、導電部１４の自重及び抵抗力が荷重検出部９，１１に可能な限り作用しないように、導電部１４を弛んだ状態で支持する。支持部１５は、図４及び図６に示すように、外観が略Ｌ字状の部材であり、装着部１５ａ，１５ｂなどを備えている。装着部１５ａは、導電部１４を着脱自在に装着する部分である。装着部１５ａは、ボルトなどの固定部材によって導電部１４を着脱自在に装着可能であり、導電部１４と支持部１５との間を電気的に絶縁する絶縁機能を有している。装着部１５ａは、導電部１４と電気的に接続しこの導電部１４に電力を供給する図示しない給電ケーブル（導線）を着脱自在に装着している。装着部１５ｂは、ガイド部８に支持部１５を着脱自在に装着する部分である、装着部１５ｂは、装着部１５ａとは反対側の支持部１５の基部側に形成されており、ガイド部８のガイドレール部８ｂに取り付けられている。
【００４１】
図１、図３及び図４に示すガイド部１６は、ガイド部８を移動自在にガイドする部分である。ガイド部１６は、荷重伝達部４をガイド部８が支持した状態で、この荷重伝達部４の移動方向であるＡ1，Ａ2方向と略直交するＣ1，Ｃ2方向にこのガイド部８が往復移動可能なように、このガイド部８を支持する。ガイド部１６は、スライド部１６ａとガイドレール部１６ｂなどを備えている。ガイド部１６は、例えば、スライド部１６ａ側の凹部とガイドレール部１６ｂ側の凸部とをスライド自在に嵌合させて、このガイドレール部１６ｂに沿ってスライド部１６ａを進退自在にガイドするリニアガイド装置などである。スライド部１６ａは、ガイドレール部１６ｂによってガイドされる部分である。スライド部１６ａは、ガイド部８のガイドレール部８ｂを支持した状態でこのガイドレール部８ｂと一体となってＣ1，Ｃ2方向に往復移動可能であり、外観が板状の部材である。ガイドレール部１６ｂは、スライド部１６ａを移動自在にガイドする部分であり、図１及び図３に示すようにスライド部１６ａの移動方向であるＣ1，Ｃ2方向に沿って配置されている。
【００４２】
図１、図３、図４及び図６に示す連結部１７は、ガイド部８とガイド部１６とを着脱自在に連結する部分である。連結部１７は、ガイド部８側のガイドレール部８ｂとガイド部１６側のスライド部１６ａとを貫通してこれらを連結する部材である。
【００４３】
駆動部１８は、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触状態でこれらのＣ1，Ｃ2方向の接触位置が変化するように、荷重伝達部４とともにガイド部８を駆動する部分である。駆動部１８は、ジグザグ偏位が付与された実際のトロリ線に実際のすり板が摺動する状態を実現するときに、模擬トロリ線Ｐ2に模擬すり板Ｐ1が摺動するようにこの模擬すり板Ｐ1を往復移動させる。駆動部１８は、図１及び図４に示す駆動力発生部１８ａと、ピニオン１８ｂと、図１、図３及び図４に示すラック１８ｃと、支持部１８ｄなどを備えている。図１及び図４に示す駆動力発生部１８ａは、スライド部１６ａを往復駆動するための駆動力を発生する部分である。駆動力発生部１８ａは、例えば、ピニオン１８ｂを正転及び逆転する駆動軸を有するサーボモータなどであり、制御部３３が出力する電気信号（電流指令値）に基づいて所定の回転数で回転し所定のトルクを発生する。ピニオン１８ｂは、駆動力発生部１８ａによって回転する小口径の歯車である。図１、図３及び図４に示すラック１８ｃは、ピニオン１８ｂと噛み合う歯であり、スライド部１６ａの側面にＣ1，Ｃ2方向に沿って連続して形成されている。支持部１８ｄは、駆動力発生部１８ａを支持する部分である。支持部１８ｄは、外観が略Ｌ字状の部材であり、一方の端部に駆動力発生部１８ａが取り付けられており、他方の端部が台座部１９に取り付けられている。
【００４４】
台座部１９は、ガイド部１６及び駆動部１８を支持する部分である。台座部１９は、接触力／摩擦力測定装置３のベース部分を構成し、ガイド部１６のガイドレール部１６ｂを支持するとともに、駆動部１８の支持部１８ｄを支持する。台座部１９は、平面形状が四角形の板状の部材であり、図示しない固定部材によって床面に固定されている。
【００４５】
図７は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の配置を模式的に示す斜視図である。図８は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の測定原理を説明するための模式図であり、図８（Ａ）は模擬すり板及び模擬トロリ線の摩耗前の状態を示す模式図であり、図８（Ｂ）は模擬すり板及び模擬トロリ線の摩耗後の状態を示す模式図である。
【００４６】
図７及び図８に示す変位量測定部２０Ａは、固定点ＰAを基準として模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を測定する部分である。変位量測定部２０Ａは、固定点ＰAと非摩擦部Ｐ12との間の距離を測定し、接触方向（Ａ1，Ａ2方向）における模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の測定前後（試験前後）の変位量ＬA，ＬA'を測定する。変位量測定部２０Ａは、図３に示すように、模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12と一体であるリンク部材５Ａの装着部５ａとガイド部８のガイドレール部８ｂとの間の距離を測定して、模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を測定する。変位量測定部２０Ａは、変位量ＬA，ＬA'を微小時間毎に測定しこの測定結果を変位量測定信号（変位量情報）として制御部３３に出力する。変位量測定部２０Ａは、例えば、レーザ光を測定対象物に照射しこの測定対象物から反射するレーザ光を受光してこの測定対象物までの距離を計測するレーザ変位計などの非接触式変位計であり、模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位を測定するすり板変位測定用レーザ変位計である。変位量測定部２０Ａは、図３及び図８に示す照射部２０ａと、図３に示す反射部２０ｂと、図３及び図８に示す受光部２０ｃなどを備えている。照射部２０ａは、光を照射する部分である。図３及び図８に示す照射部２０ａは、例えば、レーザ光を照射する半導体レーザなどであり、ガイドレール部８ｂに取り付けられている。図３に示す反射部２０ｂは、照射部２０ａから照射される光を反射させる部分であり、模擬すり板Ｐ1と一体となってＡ1，Ａ2方向に移動可能なように装着部５ｂに取り付けられている。図３及び図８に示す受光部２０ｃは、反射部２０ｂから反射する光を受光する部分であり、ガイドレール部８ｂに取り付けられている。
【００４７】
図７及び図８に示す変位量測定部２０Ｂは、固定点ＰBを基準として模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を測定する部分である。変位量測定部２０Ｂは、固定点ＰBと非摩擦部Ｐ22との間の距離を測定することによって、接触方向（Ａ1，Ａ2方向）における模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の測定前後（試験前後）の変位量ＬR，ＬR'を測定する。変位量測定部２０Ｂは、図８に示すように、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22と一体である回転体２ａの表面と固定点ＰBとの間の距離を測定して、回転体２ａの表面及び模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を測定する。変位量測定部２０Ｂは、回転体２ａ上の指標部２ｃの表面と固定点ＰBとの間の距離も測定することによって、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22と指標部２ｃの表面との間の高低差を測定する。変位量測定部２０Ｂは、変位量ＬB，ＬR'を微小時間毎に測定しこの測定結果を変位量測定信号（変位量情報）として制御部３３に出力する。変位量測定部２０Ｂは、変位量測定部２０Ａと同様のレーザ変位計などの非接触式変位計であり、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位と同一である回転体２ａの変位を測定する回転体変位測定用レーザ変位計である。変位量測定部２０Ｂは、図示しない固定部材によって固定点ＰBを絶対位置として固定されており、図８に示すように照射部２０ａによって照射し非摩擦部Ｐ22及び指標部２ｃで反射した光を受光部２０ｃによって受光する。
【００４８】
図７及び図８に示す変位量測定部２０Ｃは、固定点ＰCを基準として模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を測定する部分である。変位量測定部２０Ｃは、図８に示すように、模擬すり板Ｐ1側及び模擬トロリ線Ｐ2側の同一面（同一高さ）である摩擦部Ｐ11，Ｐ21と固定点ＰCとの間の距離を測定することによって、接触方向（Ａ1，Ａ2方向）における模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の測定前後（試験前後）の変位量ＬS，ＬS'を測定する。変位量測定部２０Ｃは、変位量ＬS，ＬR'を微小時間毎に測定しこの測定結果を変位量測定信号（変位量情報）として制御部３３に出力する。変位量測定部２０Ｃは、変位量測定部２０Ａ，２０Ｂと同様のレーザ変位計などの非接触式変位計であり、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の変位（模擬すり板Ｐ1の摩擦部Ｐ11の変位）を測定するトロリ線変位測定用レーザ変位計である。変位量測定部２０Ｃは、図示しない固定部材によって固定点Ｐ3を絶対位置として固定されており、図８に示すように照射部２０ａによって照射し摩擦部Ｐ21で反射した光を受光部２０ｃによって受光する。
【００４９】
図１及び図４に示す変位量測定部２１は、引張力発生部１０の変位量を測定する部分である。変位量測定部２１は、リンク部材５Ａの装着部５ｂとスライド部８ａの装着部８ｃとの間の距離を測定することによって、引張力発生部１０のばね変位（撓み）を測定して、この測定結果を変位量測定信号（変位量情報）として制御部３３に出力する。変位量測定部２１は、例えば、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に異物が入り込み荷重伝達部４に衝撃力が作用して、模擬トロリ線Ｐ2から模擬すり板Ｐ1が離れる離線が発生したようなときに、この衝撃力によって発生する引張力発生部１０の変位量を測定する。変位量測定部２１は、荷重伝達部４に作用する衝撃力によって発生する変位を、摩耗量演算部２６が摩耗による変位であると誤って演算するのを防ぐために、引張力発生部１０の変位量を測定する。変位量測定部２１は、例えば、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃと同様のレーザ変位計などであり、図１に示す照射部２１ａと、図１及び図４に示す反射部２１ｂと、図１に示す受光部２１ｃなどを備えている。図１及び図４に示す照射部２１ａは、光を照射する部分である。照射部２１ａは、例えば、レーザ光を照射する半導体レーザなどであり、スライド部８ａの装着部８ｃに取り付けられている。反射部２１ｂは、照射部２１ａから照射される光を反射させる部分であり、リンク部材５Ａと一体となってＡ1，Ａ2方向に移動可能なように装着部５ｂに取り付けられている。受光部２１ｃは、反射部２１ｂから反射する光を受光する部分であり、スライド部８ａの装着部８ｃに取り付けられている。
【００５０】
図１及び図４に示す加速度検出部２２Ａは、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の接触力Ｆ1の作用方向の加速度を検出する部分であり、加速度検出部２２Ｂは模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の摩擦力Ｆ2の作用方向の加速度を検出する部分である。加速度検出部２２Ａ，２２Ｂは、荷重検出部９，１１によって検出が困難である高周波領域の荷重を検出するために、荷重検出部９，１１とは別に配置されている。加速度検出部２２Ａ，２２Ｂは、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４のＡ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向の加速度を検出して、この検出結果を加速度検出信号（加速度検出情報）として制御部３３に出力する。加速度検出部２２Ａ，２２Ｂは、検出した振動に応じた電気信号を発生する加速度計（加速度センサ）などである。加速度検出部２２Ａ，２２Ｂは、模擬すり板Ｐ1の通電時の温度上昇による影響を受け難いように、この模擬すり板Ｐ1から所定距離だけ離してリンク部材５Ａ上に配置されている。
【００５１】
図５に示す設定部２３は、接触力／摩擦力測定装置３に関する種々の情報を設定する部分である。設定部２３は、例えば、図２に示す回転体２ａを回転させるために必要な回転駆動部２ｂの回転方向及び回転速度と、図３に示す模擬すり板Ｐ1をＣ1，Ｃ2方向に往復移動させるために必要な駆動力発生部１８ａの回転速度と、図８に示す変位量測定部２０Ａの固定点ＰAと変位量測定部２０Ｃの固定点ＰCとの差Ｄ11と、変位量測定部２０Ｂの固定点ＰBと変位量測定部２０Ｃの固定点ＰCとの差Ｄ21と、図４に示す押付力発生部１３が発生する押付力Ｆ3と、支点Ｏ2から装着部５ａの先端部までの距離Ｌ11と、支点Ｏ2から加速度検出部２２Ｂまでの距離Ｌ12と、支点Ｏ2から荷重Ｆ2'の作用線Ｌ2'までの距離Ｌ13と、模擬すり板Ｐ1の高さ（厚さ）Ｈと、荷重伝達部４及び模擬すり板Ｐ1の質量と、荷重伝達部４及び模擬すり板Ｐ1の等価質量などを設定条件として設定する。設定部２３は、試験者が設定した設定条件を設定情報として制御部３３に出力する。
【００５２】
接触力演算部２４は、接触力Ｆ1を演算する部分である。接触力演算部２４は、荷重検出部９が検出した荷重Ｆ1'と、加速度演算部２８Ａが演算した加速度αAと、荷重伝達部４及び模擬すり板Ｐ1の質量ｍ1とに基づいて接触力Ｆ1を演算し、演算後の接触力Ｆ1を接触力情報として制御部３３に出力する。接触力演算部２４は、例えば、以下の数１によって接触力Ｆ1を演算する。
【００５３】
【数１】
2011209186.tif 000003
【００５４】
ここで、数１に示す質量ｍ1は、例えば、模擬すり板Ｐ1の質量と等価質量との関係を事前に求める必要があるため、予め加振試験を実施して接触力Ｆ1、荷重Ｆ1'及び加速度αAを同時に測定することによって求める。
【００５５】
摩擦力演算部２５は、摩擦力Ｆ2を演算する部分である。摩擦力演算部２５は、荷重検出部１１が検出した荷重Ｆ2'と、記憶部３２が記憶する距離Ｌ11〜Ｌ13と、加速度演算部２８Ｂが演算した加速度αBと、記憶部３２が記憶する模擬すり板Ｐ1の高さ（厚さ）Ｈと、記憶部３２が記憶する荷重伝達部４及び模擬すり板Ｐ1の等価質量Ｉ/(Ｌ11+Ｈ)Ｌ12とに基づいて摩擦力Ｆ2を演算し、演算後の摩擦力Ｆ2を摩擦力情報として制御部３３に出力する。摩擦力演算部２５は、例えば、以下の数２によって摩擦力Ｆ2を演算する。
【００５６】
【数２】
2011209186.tif 000004
【００５７】
ここで、数２に示すＩは、荷重伝達部４のリンク部材５Ａ〜５Ｄ、連結部材５Ｅ〜５Ｉ及び装着部５ａ，５ｂの支点Ｏ2回りの慣性モーメントである。数２に示す等価質量Ｉ/(Ｌ11+Ｈ)Ｌ12は、例えば、予め加振試験を実施して荷重Ｆ2'、摩擦力Ｆ2及び加速度αBを同時に測定することによって求める。
【００５８】
図９は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の接触力演算部及び摩擦力演算部の演算結果を一例として示すグラフである。
図９に示す縦軸は、接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2(N)であり、横軸は時間(s)である。図９に示す上側の波形は、接触力Ｆ1の時間変化を示す波形であり、下側の波形は摩擦力Ｆ2の時間変化を示す波形である。接触力Ｆ1については測定開始直後から時間の経過とともに略一定であり、接触力演算部２４によって接触力Ｆ1をリアルタイムで演算可能である。一方、摩擦力Ｆ2については測定開始直後から所定時間経過するまで徐々に低下し所定時間経過後は略一定であり、摩擦力演算部２５によって摩擦力Ｆ2をリアルタイムで演算可能である。
【００５９】
摩耗量演算部２６は、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの測定結果に基づいて、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を演算する部分である。摩耗量演算部２６は、図８に示すように、測定前の模擬すり板Ｐ1の高さＨ1であり、測定後の模擬すり板Ｐ1の高さＨ1'であり、変位量測定部２０Ａの固定点ＰAと変位量測定部２０Ｃの固定点ＰCとの差Ｄ11であるときに、以下の数３によって模擬すり板Ｐ1の摩耗量ΔＨ1を演算する。
【００６０】
【数３】
2011209186.tif 000005
【００６１】
また、摩耗量演算部２６は、図８に示すように、測定前の模擬トロリ線Ｐ2の高さＨ2であり、測定後の模擬トロリ線Ｐ2の高さＨ2'であり、変位量測定部２０Ｂの固定点ＰBと変位量測定部２０Ｃの固定点ＰCとの差Ｄ21であるときに、以下の数４によって模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ2を演算する。
【００６２】
【数４】
2011209186.tif 000006
【００６３】
ここで、差Ｄ11，Ｄ21は、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの固定点ＰA，ＰB，ＰCが原点（同一高さ(ＰA＝ＰB＝ＰC))であるときにはゼロである。摩耗量演算部２６は、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃが出力する変位量情報に基づいて、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を数３，４によってリアルタイムで演算し、演算後の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量情報として制御部３３に出力する。
【００６４】
図１０は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の摩耗量演算部の演算結果を一例として示すグラフであり、図１０(Ａ)は模擬すり板の摩耗量の演算結果を示すグラフであり、図１０(Ｂ)は模擬トロリ線の摩耗量の演算結果を示すグラフである。
図１０に示す縦軸は、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量(mm)であり、横軸は時間(s)である。図１０に示すように、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量については測定開始から時間の経過とともに徐々に増加しており、摩耗量演算部２６によって模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量をリアルタイムで演算可能である。
【００６５】
変位量演算部２７は、引張力発生部１０の変位量を演算する部分である。変位量演算部２７は、変位量測定部２１が出力する変位量情報に基づいて引張力発生部１０の変位量を演算し、演算後の変位量を変位量情報として制御部３３に出力する。変位量演算部２７は、例えば、試験開始前に変位量測定部２１が出力する変位量情報を基準長（基準値）として、試験中に変位量測定部２１が出力する変位量情報からこの基準長を減算して引張力発生部１０の変位量をリアルタイムで演算する。
【００６６】
加速度演算部２８Ａは、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の接触力Ｆ1の作用方向の加速度αAを演算する部分であり、加速度演算部２８Ｂは模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の摩擦力Ｆ2の作用方向の加速度αBを演算する部分である。加速度演算部２８Ａは、加速度検出部２２Ａが出力する加速度検出情報に基づいて、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の模擬すり板Ｐ1のＡ1，Ａ2方向の加速度αAを演算し、演算後の加速度αAを加速度情報として制御部３３に出力する。加速度演算部２８Ｂは、加速度検出部２２Ｂが出力する加速度検出情報に基づいて、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４の模擬すり板Ｐ1のＢ1，Ｂ2方向の加速度αBを演算し、演算後の加速度αBを加速度検出信号（加速度情報）として制御部３３に出力する。
【００６７】
基準位置検出部２９は、固定点ＰBを基準として指標部２ｃの変位量を測定する変位量測定部２０Ｂの測定結果に基づいて、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を検出する部分である。基準位置検出部２９は、図８に示すように、変位量測定部２０Ｂの照射部２０ａから照射する光が回転体２ａの表面で反射したときにこの変位量測定部２０Ｂが出力する変位量測定信号と、変位量測定部２０Ｂの照射部２０ａから照射する光が指標部２ｃの表面で反射したときにこの変位量測定部２０Ｂが出力する変位量測定信号とに基づいて、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を検出する。基準位置検出部２９は、回転体２ａの表面と指標部２ｃの表面との高低差によって生じる変位量測定部２０Ｂからの変位量測定信号のレベル差を検出し、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を特定し、回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の１回転を検出する。
【００６８】
図１１は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部が出力する変位量測定信号の波形を一例として示すグラフであり、図１１（Ａ）は信号処理前の変位量測定信号の波形を示すグラフであり、図１１（Ｂ）は信号処理後の変位量測定信号の波形を示すグラフである。
図１１に示す縦軸は変位量測定部２０Ｂが出力する変位量測定信号であり、横軸は時間である。図１１に示すように、変位量測定部２０Ｂが回転体２ａの表面からの反射光を受光しているときの変位量測定信号のレベルに比べて、変位量測定部２０Ｂが指標部２ｃの表面からの反射光を受光しているときの変位量測定信号のレベルのほうが高くなる。基準位置検出部２９は、図１１（Ａ）に示すように、回転体２ａの表面からの反射光を受光しているときの変位量測定信号を一定レベルの変位量測定信号に変換して、図１１（Ｂ）に示すように指標部２ｃの表面からの反射光を受光しているときの変位量測定信号が明瞭になるようなパルス状の変位量測定信号を生成する。基準位置検出部２９は、変位量測定部２０Ｂが出力する変位量測定信号のピークを検出することによって指標部２ｃの位置を検出し、模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を検出する。基準位置検出部２９は、変位量測定部２０Ｂが出力する変位量情報に基づいて基準位置Ｐ31を検出し、この基準位置Ｐ31を基準位置検出信号（基準位置情報）として制御部３３に出力する。
【００６９】
図５に示す位置特定部３０は、基準位置検出部２９の検出結果に基づいて、基準位置Ｐ31から所定距離だけ離れた模擬トロリ線Ｐ2の円周方向における所定位置を特定する部分である。位置特定部３０は、変位量測定信号のピークの数を検出することによって回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の回転数を特定する。位置特定部３０は、例えば、変位量測定信号のピークの数と指標部２ｃが通過する回数とが等しくなるため、変位量測定信号のピークの数を計測することによって回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の回転数を計測する。また、位置特定部３０は、中心線Ｏ1を中心とし指標部２ｃを通過する円の周長が一定であるため、変位量測定信号のピークの時間間隔を検出することによって回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の回転速度を特定する。位置特定部３０は、例えば、指標部２ｃを通過する円の周長を変位量測定信号のピークの時間間隔によって除算して接線速度を演算し、指標部２ｃを通過する円の半径によってこの接線速度を除算して、回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の回転速度を演算する。位置特定部３０は、模擬トロリ線Ｐ2の所定位置の摩耗量ΔＨ2の時間変化を監視するために、変位量測定信号のピークを基準としてこの模擬トロリ線Ｐ2の所定位置を特定する。位置特定部３０は、例えば、指標部２ｃから円周方向に所定距離だけ離れた模擬トロリ線Ｐ2の所定位置の摩耗量ΔＨ2の時間変化を監視するときには、回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の回転速度と、変位量測定信号のピークを通過してからの経過時間と、指標部２ｃを通過する円の半径とを乗算して、回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2が１回転する毎にこの模擬トロリ線Ｐ2の所定位置を特定する。位置特定部３０は、基準位置検出部２９が出力する基準位置情報に基づいて、模擬トロリ線Ｐ2の回転数、回転速度及び所定位置などを演算し、この回転数、回転速度及び所定位置などを特定位置情報として制御部３３に出力する。
【００７０】
摩耗量補正部３１は、摩耗量演算部２６の演算結果を補正する部分である。摩耗量補正部３１は、引張力発生部１０の変位量が所定時間内に増加し元に戻ったときには、模擬トロリ線Ｐ2から模擬すり板Ｐ1が離れる離線が発生して、摩耗量演算部２６の演算結果が一時的に変動したものであり、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗による変化ではないと判定する。摩耗量補正部３１は、引張力発生部１０の変位量が所定時間内に増加し元に戻ったときには、この所定時間内の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2からこの所定時間内の引張力発生部１０の変位量を減算して、摩耗量演算部２６による摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2の演算結果を補正し、補正後の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量情報として制御部３３に出力する。
【００７１】
記憶部３２は、接触力／摩擦力測定装置３に関する種々の情報を記憶する部分である。記憶部３２は、例えば、設定部２３によって設定された設定情報、接触力演算部２４が演算した接触力情報、摩擦力演算部２５が演算した摩擦力情報、摩耗量演算部２６が演算した摩耗量情報、変位量演算部２７が演算した変位量情報、加速度演算部２８Ａ，２８Ｂが演算した加速度情報、基準位置検出部２９が検出した基準位置情報、位置特定部３０が特定した特定位置情報、摩耗量補正部３１が補正した補正後の摩耗量情報などを記憶するメモリである。
【００７２】
制御部３３は、接触力／摩擦力測定装置３の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部３３は、例えば、設定部２３によって設定された設定情報に基づいて回転体２ａを回転するように回転駆動部２ｂを動作制御したり、荷重検出部９，１０に荷重Ｆ1'，Ｆ2'の検出を指令したり、設定部２３によって設定された設定情報に基づいて模擬すり板Ｐ1がＣ1，Ｃ2方向に往復移動するように駆動力発生部１８ａを動作制御したり、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃに変位量ＬA，ＬR，ＬS，ＬA'，ＬR'，ＬS'の測定を指令したり、変位量測定部２１に変位量ＬA，ＬR，ＬS，ＬA'，ＬR'，ＬS'の測定を指令したり、加速度検出部２２Ａ，２２Ｂに加速度の検出を指令したり、接触力演算部２４に接触力Ｆ1の演算を指令したり、摩擦力演算部２５に摩擦力Ｆ2の演算を指令したり、摩耗量演算部２６に模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2の演算を指令したり、変位量演算部２７に変位量の演算を指令したり、加速度演算部２８Ａ，２８ＢにＡ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向の加速度αA，αBの演算を指令したり、基準位置検出部２９に基準位置Ｐ31の検出を指令したり、位置特定部３０に所定位置の特定を指令したり、摩耗量補正部３１に摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2の補正を指令したり、設定情報、接触力情報、摩擦力情報、摩耗量情報、変位量情報、加速度情報、基準位置情報及び位置特定情報などの記憶を記憶部３２に指令したりする。制御部３３には、回転駆動部２ｂ、荷重検出部９，１０、駆動力発生部１８ａ、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃ，２１、加速度検出部２２Ａ，２２Ｂ、設定部２３、接触力演算部２４、摩擦力演算部２５、摩耗量演算部２６、変位量演算部２７、加速度演算部２８Ａ，２８Ｂ、基準位置検出部２９と、位置特定部３０、摩耗量補正部３１及び記憶部３２などが相互に通信可能なように接続されている。
【００７３】
次に、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の動作を説明する。
図１２は、この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
図１２に示すステップ（以下、Ｓという）１００において、模擬トロリ線Ｐ2を回転駆動部２ｂが回転する。図５に示す記憶部３２が記憶する回転方向及び回転速度に関する設定情報を制御部３３が読み出して、図２〜図４に示す回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2が所定の回転方向及び回転速度で回転するように回転駆動部２ｂを制御部３３が制御する。
【００７４】
図１２に示すＳ１１０において、接触力Ｆ1を接触力演算部２４が演算する。図１、図３及び図４に示すように、押付力発生部１３が略一定の押付力Ｆ3を発生すると、ガイド部８のスライド部８ａがこの押付力Ｆ3を受けて、このスライド部８ａに支持される荷重伝達部４にこの押付力Ｆ3が伝達され、模擬すり板Ｐ1が模擬トロリ線Ｐ2に略一定の押付力Ｆ3で押し付けられる。この状態で、図２〜図４に示すように、中心点Ｏ1を回転中心として模擬トロリ線Ｐ2が矢印方向に回転すると、模擬すり板Ｐ1が模擬トロリ線Ｐ2に略一定の押付力Ｆ3で押し付けられながら摺動する。模擬トロリ線Ｐ2に模擬すり板Ｐ1が摺動するときに、模擬トロリ線Ｐ2の接触面の凹凸や模擬すり板Ｐ1の接触面の凹凸などに起因して、模擬すり板Ｐ1の位置変動又は速度変動が生じると、模擬すり板Ｐ1の動作が変化して押付力Ｆ3が変動しようとする。例えば、模擬すり板Ｐ1が前進する方向（押し付けられる方向）に移動すると、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間の接触力Ｆ1が増加しようとし、模擬すり板Ｐ1が後退する方向（押し戻される方向）に移動すると、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間の接触力Ｆ1が低下しようとする。しかし、押付力発生部１３が荷重伝達部４に略一定の押付力Ｆ3を継続して伝達するため、模擬トロリ線Ｐ2に対して模擬すり板Ｐ1が追従して模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間の接触力Ｆ1が略一定に維持される。
【００７５】
模擬トロリ線Ｐ2と模擬すり板Ｐ1との間に発生する接触力Ｆ1が変動すると、荷重伝達部４と一体となって模擬すり板Ｐ1がＡ1，Ａ2方向に微小変位する。リンク部材５Ａとガイド部８とが引張力発生部１０によって連結されているため、模擬すり板Ｐ1及びリンク部材５Ａに作用する接触力Ｆ1と略同一の荷重Ｆ1'が引張力発生部１０を通じて荷重検出部９のロードボタン９ａ，９ｂに作用し、この荷重検出部９によって荷重Ｆ1'が検出される。荷重検出部９に荷重Ｆ1'が作用すると、この荷重Ｆ1'に応じた接触力検出情報を荷重検出部９が接触力演算部２４に出力し、この接触力検出情報などに基づいて接触力演算部２４が数１によって接触力Ｆ1を演算する。
【００７６】
図１２に示すＳ１２０において、摩擦力Ｆ2を摩擦力演算部２５が演算する。模擬トロリ線Ｐ2と模擬すり板Ｐ1との間に発生する摩擦力Ｆ2が変動すると、荷重伝達部４と一体となって模擬すり板Ｐ1がＢ1，Ｂ2方向に微小変位する。リンク部材５Ｂとスライド部８ａとが押付力発生部１２によって連結されているため、模擬すり板Ｐ1及び荷重伝達部４に摩擦力Ｆ2が作用すると、荷重検出部１１のロードボタン１１ａに荷重Ｆ2'が作用し、この荷重検出部１１によって荷重Ｆ2'が検出される。荷重検出部１１に荷重Ｆ2'が作用すると、この荷重Ｆ2'に応じた摩擦力検出情報を荷重検出部１１が摩擦力演算部２５に出力し、この摩擦力検出情報などに基づいて摩擦力演算部２５が数２によって摩擦力Ｆ2を演算する。
【００７７】
模擬すり板Ｐ1が荷重伝達部４と一体となってＡ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向に微小変位すると、この荷重伝達部４の動作に連動して、Ａ1，Ａ2方向及びＢ1，Ｂ2方向に導電部１４が追従して撓み、この導電部１４の重量や抵抗力が荷重伝達部４に殆ど加わらない。また、駆動部１８がガイド部１６を往復駆動させると、模擬すり板Ｐ1が荷重伝達部４と一体となってＣ1，Ｃ2方向に往復移動するとともに、ガイド部１６のガイドレール部１６ｂと一体となって支持部１５もＣ1，Ｃ2方向に往復移動する。このため、荷重伝達部４と支持部１５との間で導電部１４に引張力などが加わってこの導電部１４が捩れることがなく、この導電部１４の抵抗力が荷重伝達部４に加わらない。その結果、導電部１４の重量や抵抗力が外力として荷重伝達部４に加わり、荷重検出部９，１１によってこの外力が検出されて接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2に測定誤差が生じるのを、可撓性を有する導電部１４が可能な限り防ぐ。
【００７８】
図１２に示すＳ１３０において、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量演算部２５が演算する。図２、図７及び図８に示すように、回転体２ａと一体となって模擬トロリ線Ｐ2が回転すると、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが摩擦部Ｐ11，Ｐ21で摩擦接触し、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2が摩耗する。このとき、回転装置２の機械的ながたや回転体２ａのぶれなどによって模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2が接触方向（図１、図３及び図４に示すＡ1，Ａ2方向）に変位する。模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を変位量測定部２０Ａが測定するとともに、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定する。また、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を変位量測定部２０Ｂが測定するとともに、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定する。その結果、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃが出力する変位量情報に基づいて摩耗量演算部２６が数３，４によって摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を演算する。このため、回転装置２の機械的ながたや回転体２ａのぶれなどによる影響を受けずに、模擬すり板Ｐ1の摩耗量ΔＨ1と模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ2とを、それぞれ別個に摩耗量演算部２６が演算する。
【００７９】
この発明の第１実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置には、以下に記載する効果がある。
(1) この第１実施形態では、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９に荷重伝達部４が伝達するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重検出部１１にこの荷重伝達部４が伝達する。このため、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に発生する接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を相互に干渉させずに、これらの接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を検出することができる。また、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間を通電状態及び摺動状態にしたときにこれらの間に発生する熱が荷重検出部９，１１に直接伝わるのを荷重伝達部４によって防ぐことができる。その結果、模擬すり板Ｐ1の温度上昇による影響を殆ど受けずに接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を測定することができるとともに、荷重検出部９，１１の熱による影響を少なくすることができる。
【００８０】
(2) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に導電部１４が電流を流し、荷重伝達部４が模擬すり板Ｐ1を支持した状態で微小変位可能なように、この荷重伝達部４にこの導電部１４が弛緩状態で接続される。例えば、模擬すり板Ｐ1に給電ケーブルを直接接続して電流を流した場合には、この給電ケーブルの重量や張力が抵抗力となってリンク部材５Ａに加わり測定誤差が生じる。同様に、模擬すり板Ｐ1にブラシを接続して電流を流した場合には、この模擬すり板Ｐ1とこのブラシとの間の摩擦が抵抗力となってリンク部材５Ａに加わり測定誤差が生じる。また、例えば、模擬すり板Ｐ1に給電ケーブルを直接接続して、模擬すり板Ｐ1を往復移動させると給電ケーブルが引っ張られてこの給電ケーブルの抵抗力がリンク部材５Ａに加わり測定誤差が生じる。この第１実施形態では、荷重伝達部４に導電部１４が弛緩状態で接続されている。このため、模擬すり板Ｐ1が前後方向に微小変位したり左右方向に往復移動したりしても、荷重伝達部４に導電部１４の重量や張力などが殆ど加わらず、接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を高精度に測定することができる。さらに、模擬トロリ線Ｐ2と模擬すり板Ｐ1とを摺動状態にさせてこれらの間に大電流を通電させることができ、通電時にも接触力Ｆ1と摩擦力Ｆ2とを精度よく測定することができる。
【００８１】
(3) この第１実施形態では、接触力Ｆ1の作用方向に模擬すり板Ｐ1を微小変位可能に荷重伝達部４が支持するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向にこの模擬すり板Ｐ1を微小変位可能に荷重伝達部４が支持する。このため、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に発生する力を接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'と摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'とに略分離して、荷重検出部９によってこの荷重Ｆ1'を検出することができるとともに、荷重検出部１１によってこの荷重Ｆ2'を検出することができる。
【００８２】
(4) この第１実施形態では、複数のリンク部材５Ａ〜５Ｄを回転自在に連結したリンク機構によって荷重伝達部４が模擬すり板Ｐ1を支持する。その結果、リンク部材５Ａ〜５Ｄがピン結合によって回転自在に連結されるため、内部摩擦力の影響がリンク部材５Ａ〜５Ｄの回転抵抗のみになり、内部摩擦力の接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2への影響を可能な限り小さくすることができる。また、簡単な構造のリンク機構によって模擬すり板Ｐ1の前後方向及び上下方向の運動を分離し、接触力Ｆ1と摩擦力Ｆ2とを独立して測定することができる。さらに、単純な構造のリンク機構によって荷重伝達部４を構成することができるため、この荷重伝達部４の軽量化を図ることができ、模擬トロリ線Ｐ2に対する模擬すり板Ｐ1の追従性を向上させることができる。
【００８３】
(5) この第１実施形態では、荷重伝達部４が平行クランク機構であり、模擬すり板Ｐ1を支持した状態で接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９にリンク部材５Ａが伝達するとともに、支点Ｏ2に回転自在に連結された状態でリンク部材５Ｂが摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重検出部１１に伝達し、互に平行に配置された状態でリンク部材５Ａとリンク部材５Ｂとをリンク部材５Ｃ，５Ｄが回転自在に連結する。このため、簡単な構造の平行クランク機構によって、接触力Ｆ1と摩擦力Ｆ2とを独立して測定することができる。
【００８４】
(6) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触する接線に対して垂直にリンク部材５Ａ，５Ｂが配置されており、この接線に対して平行にリンク部材５Ｃ，５Ｄが配置されている。このため、接触力Ｆ1の作用方向にリンク部材５Ａ，５Ｂが配置され、摩擦力Ｆ2の作用方向にリンク部材５Ｃ，５Ｄが配置されるため、接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を簡単に精度よく検出することができる。
【００８５】
(7) この第１実施形態では、荷重伝達部４を移動自在にガイド部８がガイドし、模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付ける押付力Ｆ3を押付力発生部１３が発生し、この押付力発生部１３がこの荷重伝達部４に押付力Ｆ3を作用させて模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付ける。このため、模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に押し付けながら摺動させるとともに、模擬すり板Ｐ1を模擬トロリ線Ｐ2に追従させて、接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2をそれぞれ独立して精度よく測定することができる。
【００８６】
(8) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触状態でこれらの接触位置が変化するように、荷重伝達部４とともにガイド部８を駆動部１８が駆動する。このため、模擬すり板Ｐ1が模擬トロリ線Ｐ2に異なる位置で摺動するようにこの模擬すり板Ｐ1を往復移動させて、ジグザグ偏位が付与された実際のトロリ線に実際のすり板が摺動する状況を再現することができる。
【００８７】
(9) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1が実際の集電装置のすり板を模擬した試験片であり、模擬トロリ線Ｐ2が実際のトロリ線を模擬した試験片である。このため、実際の架線のトロリ線と実際の集電装置のすり板との接触状態を再現してこれらの摩耗状態や集電性能などを測定することができる。
【００８８】
(10) この第１実施形態では、固定点ＰAを基準として模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を変位量測定部２０Ａが測定し、固定点ＰBを基準として模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を変位量測定部２０Ｂが測定し、固定点ＰCを基準として模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定し、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの測定結果に基づいて、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量演算部２６が演算する。このため、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の変位量ＬA，ＬR，ＬS，ＬA'，ＬR'，ＬS'をリアルタイムに測定し、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を正確に測定することができる。また、模擬すり板Ｐ1の摩耗量ΔＨ1と模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ2とをそれぞれ分離して測定することができるため、模擬すり板Ｐ1又は模擬トロリ線Ｐ2のいずれか一方が摩耗し他方が摩耗していない場合や、双方の摩耗の程度が異なる場合であっても、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を独立して正確に測定することができる。
【００８９】
(11) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の測定前後の変位量ＬS，ＬS'であり、模擬すり板Ｐ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'であるときに、(ＬS−ＬA)−(ＬS'−ＬA'）によってこの模擬すり板Ｐ1の摩耗量ΔＨ1を摩耗量演算部２６が演算する。このため、回転装置２の機械的ながたや回転体２ａのぶれによって模擬トロリ線Ｐ2がＡ1，Ａ2方向に微小変位しても、模擬すり板Ｐ1の摩耗量ΔＨ1をリアルタイムで正確に測定することができる。
【００９０】
(12) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の測定前後の変位量ＬS，ＬS'であり、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の測定前後の変位量ＬR，ＬR'であるときに、(ＬR−ＬS)−(ＬR'−ＬS'）によってこの模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ2を摩耗量演算部２６が演算する。このため、回転装置２の機械的ながたや回転体２ａのぶれによって模擬トロリ線Ｐ2がＡ1，Ａ2方向に微小変位しても、この模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ2をリアルタイムで正確に測定することができる。
【００９１】
(13) この第１実施形態では、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22と一体となって回転して、この模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における基準位置Ｐ31を指標部２ｃが標示し、固定点ＰBを基準としてこの指標部２ｃの変位量を測定する変位量測定部２０Ｂの測定結果に基づいて、この基準位置Ｐ31を基準位置検出部２９が検出する。このため、模擬トロリ線Ｐ2の非摩擦部Ｐ22の変位を測定する変位量測定部２０Ｂを利用して指標部２ｃの変位量も同時に測定し、この変位量測定部２０Ｂの測定結果に基づいて基準位置Ｐ31を検出し模擬トロリ線Ｐ2の１回転を簡単に検出することができる。また、模擬トロリ線Ｐ2の回転数を簡単に検出することができるため、模擬トロリ線Ｐ2の初期の摩耗形状などを簡単に把握することができる。また、回転体２ａ及び模擬トロリ線Ｐ2の１回転を検出するためのエンコーダなどを回転装置２に設置する必要がなくなって装置を安価に製造することができる。さらに、模擬すり板Ｐ1及び模擬トロリ線Ｐ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を１回転毎に測定データを管理したり１回転毎に測定データを平均化したりすることができる。
【００９２】
(14) この第１実施形態では、基準位置検出部２９の検出結果に基づいて、基準位置Ｐ31から所定距離だけ離れた模擬トロリ線Ｐ2の摩擦部Ｐ21の円周方向における所定位置を位置特定部３０が特定する。このため、基準位置Ｐ31を基準として模擬トロリ線Ｐ2の所定位置を割り出し、この模擬トロリ線Ｐ2の円周方向における任意の一点を簡単に特定することができる。また、模擬トロリ線Ｐ2が回転する毎に所定位置を常に特定することができ、この所定位置における摩耗の進行状況を正確に把握することができる。
【００９３】
(15) この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1が実際の集電装置のすり板を模擬した試験片であり、模擬トロリ線Ｐ2が実際のトロリ線を模擬した試験片である。このため、実際の架線のトロリ線と実際の集電装置のすり板との接触状態を再現してこれらの摩耗状態や集電性能などを測定することができる。
【００９４】
（第２実施形態）
図１３は、この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。以下では、図１〜図８に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１３に示すトロリ線Ｔ1は、集電装置３４のすり板Ｓ1が摺動する電車線路（電線）であり、線路上空に架設されている。トロリ線Ｔ1は、所定の間隔をあけて支持点で支持されており、集電装置３４のすり板Ｓ1が摺動することによって車両に負荷電流を供給する。すり板Ｓ1は、トロリ線Ｔ1と接触する集電部であり、車両の進行方向と直交する方向に伸びた金属製又は炭素製の板状部材である。荷重伝達部４は、リンク部材５Ａ及び装着部５ｂから引張力発生部１０及び荷重検出部９に接触力Ｆ1を伝達する。
【００９５】
集電装置３４は、トロリ線Ｔ1から車両に電力を導くための装置である。集電装置３４は、接触力／摩擦力測定装置３と、集電舟（舟体）３５と、舟支え部３６と、枠組３７と、主軸３８と、支持部３９，４０と、押付力発生部４１と、支持部４２などを備えている。図１３に示す集電装置３４は、車両の進行方向に対して非対称であり、一方向又は両方向に使用可能なシングルアーム式のパンタグラフである。集電装置３４は、主軸３８がＤ1方向に回転すると、集電舟３５及び枠組３７が上昇し折畳状態から使用状態になり、主軸３８がＤ1方向とは逆方向のＤ2方向に回転すると、集電舟３５及び枠組３７が下降して使用状態から折畳状態になる。
【００９６】
集電舟３５は、すり板Ｓ1を取り付けて支持する部材であり、一般にトロリ線Ｔ1と直交する方向に伸びた細長い金属製の部材である。集電舟３５は、接触力／摩擦力測定装置３のリンク部材５Ａに固定されている。舟支え部３６は、集電舟３５を支持する部分であり、集電舟３５をトロリ線Ｔ1に対して水平に押上げる。舟支え部３６は、支持部１５を支持した状態で接触力／摩擦力測定装置３を収容している。枠組３７は、集電舟３５を支持した状態で上下方向に動作する部材であり、上枠３７ａと、下枠３７ｂと、平衡棒３７ｃと、釣り合い棒３７ｄなどを備えるリンク機構である。上枠３７ａは、上端が舟支え部３６に回転自在に連結される部材である。下枠３７ｂは、上端が上枠３７ａに回転自在に連結され、下端が主軸３８のてこ部３８ａに固定される部材である。平衡棒３７ｃは、集電舟３５及び舟支え部３６を所定の姿勢に維持するための部材であり、上端が舟支え部３６に回転自在に連結され、下端が下枠３７ｂに回転自在に連結されている。釣り合い棒３７ｄは、上端が上枠３７ａに回転自在に連結され、下端が支持部４０に回転自在に連結される部材である。主軸３８は、枠組３７の昇降動作に連動して回転する部材である。主軸３８は、枠組３７の下枠３７ｂが連結されるてこ部３８ａ，３８ｂなどを備えており、このてこ部３８ａ，３８ｂは、主軸３８を支点として主軸３８と一体となって回転する。支持部３９は、主軸３８の両端部を回転自在に支持する部分であり、支持部４０は枠組３７の釣り合い棒３７ｄを回転自在に支持する部分である。支持部３９，４０は、車体の屋根上に碍子を介して支持される台枠上に取り付けられている。押付力発生部４１は、すり板Ｓ1をトロリ線Ｔ1に押し付ける押付力を発生する部分である。押付力発生部４１は、主軸３８のてこ部３８ｂに一方の端部が連結され、支持部４２に他方の端部が連結されている。押付力発生部４１は、図１、図３、図４及び図６に示す押付力発生部１３と同様に、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2との間に略一定の押付力Ｆ3を作用させる定荷重ばねなどの付勢部材である。図１３に示す支持部４２は、てこ部３８ｂ側に回転自在に連結される押付力発生部４１の端部とは反対側の端部を回転自在に支持する部分である。
【００９７】
図１４は、この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の変位量測定部の測定原理を説明するための模式図である。
図１４に示す変位量測定部２０Ａは、固定点ＰAを基準としてすり板Ｓ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を測定し、変位量測位部２０Ｂは固定点ＰBを基準としてトロリ線Ｔ1の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を測定し、変位量測定部２０Ｃは固定点ＰCを基準としてすり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を測定する。非摩擦部Ｐ22は、架線金具によって両側から挟みこまれてこの架線金具によって吊り下げて支持されるトロリ線Ｔ1の両側に形成された切欠部である。
【００９８】
次に、この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置の動作を説明する。
押付力発生部４１によって主軸３８にＤ1方向のトルクが伝達されると、枠組３７が折畳状態から使用状態になって集電舟３５及び舟支え部３６が上昇し、トロリ線Ｔ1にすり板Ｓ1が接触する。このとき、押付力発生部４１が略一定の押付力Ｆ3を発生するため、トロリ線Ｔ1にすり板Ｓ1が略一定の押付力Ｆ3で押し付けられる。例えば、図１３に示すＥ1方向に集電装置３４が移動する場合には、すり板Ｓ1とトロリ線Ｔ1との間に発生する図４に示す接触力Ｆ1が減少することがあり、図１３に示すＥ2方向に集電装置３４が移動する場合には、すり板Ｓ1とトロリ線Ｔ1との間に発生する図４に示す接触力Ｆ1が増加することがある。また、図１３に示すトロリ線Ｔ1の高さの変化によってすり板Ｓ1の位置が変動すると、すり板Ｓ1とトロリ線Ｔ1との間に発生する図４に示す接触力Ｆ1が変化する。図１３に示すすり板Ｓ1及びリンク部材５Ａが図４に示すＡ1方向に微小変位すると、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９が検出して図５に示す接触力演算部２４がこの接触力Ｆ1を演算し、この接触力Ｆ1が減少したと制御部３３が判断する。一方、図１３に示すすり板Ｓ1及びリンク部材５Ａが図４に示すＡ2方向に微小変位すると、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重検出部９が検出して接触力演算部２４がこの接触力Ｆ1を演算し、この接触力Ｆ1が増加したと制御部３３が判断する。また、図１３に示すＥ1，Ｅ2方向に集電装置３４が移動してすり板Ｓ1及びリンク部材５Ｂが図４に示すＢ1，Ｂ2方向に微小変位すると、摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重検出部１１が検出して摩擦力演算部２５がこの摩擦力Ｆ2を演算する。
【００９９】
図１３及び図１４に示すように、すり板Ｓ1とトロリ線Ｔ1とが摩擦部Ｐ11，Ｐ21で摩擦接触してすり板Ｓ1がＥ1，Ｅ2方向に移動すると、すり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ2が摩耗する。このとき、すり板Ｓ1からトロリ線Ｔ1に押し上げ力が作用してトロリ線Ｔ1が上下方向に変位する。すり板Ｓ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を変位量測定部２０Ａが測定するとともに、すり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定する。また、トロリ線Ｔ1の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を変位量測定部２０Ｂが測定するとともに、すり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定する。その結果、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃが出力する変位量情報に基づいて図５に示す摩耗量演算部２６が数３，４によって摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を演算する。
【０１００】
この発明の第２実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重伝達部４が荷重検出部９に伝達するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'をこの荷重伝達部４が荷重検出部１１に伝達する。また、この第２実施形態では、トロリ線Ｔ1とすり板Ｓ1との間に導電部１４が電流を流し、荷重伝達部４がすり板Ｓ1を支持した状態で微小変位可能なように、この荷重伝達部４にこの導電部１４が弛緩状態で接続される。このため、トロリ線Ｔ1にすり板Ｓ1を摺動させてこのすり板Ｓ1から車両に電力を導きながら、このトロリ線Ｔ1とこのすり板Ｓ1との間に発生す接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を高精度に測定することができる。
【０１０１】
(2) この第２実施形態では、固定点ＰAを基準としてすり板Ｓ1の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を変位量測定部２０Ａが測定し、固定点ＰBを基準としてトロリ線Ｔ1の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を変位量測定部２０Ｂが測定し、固定点ＰCを基準としてすり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定し、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの測定結果に基づいて、すり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量演算部２６が演算する。このため、すり板Ｓ1及びトロリ線Ｔ1の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2をそれぞれリアルタイムで正確に測定することができる。
【０１０２】
（第３実施形態）
図１５は、この発明の第３実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置を備える集電装置を概略的に示す斜視図である。
図１５に示す導電レールＴ2は、集電装置４３の集電靴Ｓ2が摺動する電車線路（第三レール）であり、支持碍子によって支持された状態で軌道の側方に沿って軌道と平行に敷設されている。導電レールＴ2は、鉄道車両の車輪を支持する通常の走行用レールとは異なり、車両に電力を供給するための集電用レールであり、車両に負荷電流を供給することを目的として使用される。集電靴Ｓ2は、導電レールＴ2と接触する集電部であり、接触力／摩擦力測定装置３のリンク部材５Ａに固定されている。集電靴Ｓ2は、鉄道車両の台車の両側に接触力／摩擦力測定装置３を介して取り付けられている金属製又はカーボン製の部材である。接触力／摩擦力測定装置３は、ガイド部８のガイドレール部８ｂが車両に支持されている。
【０１０３】
集電装置４３は、導電レールＴ2から車両に電力を導くための装置である。図１５に示す集電装置４３は、導電レールＴ2の長さ方向に沿ってＥ3，Ｅ4方向に集電靴Ｓ2を移動させながら、導電レールＴ2の頭頂面に集電靴Ｓ2の下面を摺動させて集電する第三軌条式の集電装置である。集電装置４３は、接触力／摩擦力測定装置３などを備えている。
【０１０４】
変位量測定部２０Ａは、固定点ＰAを基準として集電靴Ｓ2の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を測定し、変位量測位部２０Ｂは固定点ＰBを基準として導電レールＴ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を測定し、変位量測定部２０Ｃは固定点ＰCを基準として集電靴Ｓ2及び導電レールＴ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を測定する。非摩擦部Ｐ22は、碍子によって支持される導電レールＴ2のレール底部の底部上面である。
【０１０５】
この発明の第３実施形態に係る接触力／摩擦力測定装置には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、接触力Ｆ1の作用方向の荷重Ｆ1'を荷重伝達部４が荷重検出部９に伝達するとともに、摩擦力Ｆ2の作用方向の荷重Ｆ2'を荷重伝達部４が荷重検出部１１に伝達する。また、この第３実施形態では、導電レールＴ2と集電靴Ｓ2との間に導電部１４が電流を流し、荷重伝達部４が集電靴Ｓ2を支持した状態で微小変位可能なように、この荷重伝達部４にこの導電部１４が弛緩状態で接続される。このため、導電レールＴ2に集電靴Ｓ2を摺動させてこの集電靴Ｓ2から車両に電力を導きながら、この導電レールＴ2とこの集電靴Ｓ2との間に発生す接触力Ｆ1及び摩擦力Ｆ2を高精度に測定することができる。
【０１０６】
(2) この第３実施形態では、固定点ＰAを基準として集電靴Ｓ2の非摩擦部Ｐ12の変位量ＬA，ＬA'を変位量測定部２０Ａが測定し、固定点ＰBを基準として導電レールＴ2の非摩擦部Ｐ22の変位量ＬR，ＬR'を変位量測定部２０Ｂが測定し、固定点ＰCを基準として集電靴Ｓ2及び導電レールＴ2の摩擦部Ｐ11，Ｐ21の変位量ＬS，ＬS'を変位量測定部２０Ｃが測定し、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの測定結果に基づいて、集電靴Ｓ2及び導電レールＴ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2を摩耗量演算部２６が演算する。このため、集電靴Ｓ2及び導電レールＴ2の摩耗量ΔＨ1，ΔＨ2をそれぞれリアルタイムで正確に測定することができる。
【０１０７】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、集電試験装置１及び集電装置３４，４３に接触力／摩擦力測定装置３を適用した場合を例に挙げて説明したが、これらの装置に適用する場合に限定するものではない。例えば、運搬機械又はエレベータなどのような移動体の集電装置、高速で摺動しながら種々の試験を実施する試験装置などについてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態では、模擬すり板Ｐ1と模擬トロリ線Ｐ2とが接触する集電試験装置１を例に挙げて説明したがこのような集電試験装置１に限定するものではない。例えば、第１の接触部（接触部）と第２の接触部（被接触部）とが接触するような構造の摩擦試験装置又は摩耗試験装置についてもこの発明を適用することができる。また、実際のレールを模擬した円筒状の模擬レールと実際の車輪を模擬した円筒状の模擬した車輪とを転がり接触させるような構造の２円筒転がり摩耗試験装置についてもこの発明を適用することができる。
【０１０８】
(2) この実施形態では、押付力発生部１３が定荷重ばねである場合を例に挙げて説明したが、このようなばね機構に限定するものではない。例えば、ガイド部８のスライド部８ａのラックと噛み合うピニオンの出力軸と、駆動モータから駆動力が伝達される入力軸とをパウダクラッチによって接続し、駆動モータから略一定の押付力Ｆ3をスライド部８ａに作用させることもできる。また、この実施形態では、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃ，２１としてレーザ変位計を使用する場合を例にあげて説明したが赤外線変位計などの他の非接触式変位計を使用することもできる。
【０１０９】
(3) この実施形態では、変位量測定部２０Ａ〜２０Ｃの照射部２０ａ及び受光部２０ｃを固定点ＰA〜ＰCに設定した場合を例に挙げて説明したが、固定点ＰA〜ＰCを任意の位置に設定し、この固定点ＰA〜ＰCと摩擦部Ｐ11，Ｐ21との間の距離及びこの固定点ＰA〜ＰCと非摩擦部Ｐ12，Ｐ22との間の距離を測定することもできる。さらに、この第２実施形態及び第３実施形態では、シングルアーム式の集電装置及び第三軌条方式の集電装置を例に挙げて説明したが、菱型又は翼型などの他の形式の集電装置についてもこの発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１  集電試験装置
２  回転装置
２ａ  回転体
２ｂ  回転駆動部
２ｃ  指標部
３  接触力／摩擦力測定装置
４  荷重伝達部
５Ａ〜５Ｄ  リンク部材
５Ｅ〜５Ｉ  連結部材
６，７  支持部
８  ガイド部
９  荷重検出部（第１の荷重検出部）
１０  引張力発生部
１１  荷重検出部（第２の荷重検出部）
１２，１３  押付力発生部
１４  導電部
１５  支持部
１６  ガイド部
１７  連結部
１８  駆動部
１９  台座部
２０Ａ  変位量測定部（第１の変位量測定部）
２０Ｂ  変位量測定部（第２の変位量測定部）
２０Ｃ  変位量測定部（第３の変位量測定部）
２４  接触力演算部
２５  摩擦力演算部
２６  摩耗量演算部
２９  基準位置検出部
３０  位置特定部
３４，４３  集電装置
Ｐ1  模擬すり板（第１の接触部）
Ｐ2  模擬トロリ線（第２の接触部）
Ｐ11，Ｐ21  摩擦部
Ｐ12，Ｐ22  非摩擦部
Ｐ31  基準位置
Ｓ1  すり板（第１の接触部）
Ｓ2  集電靴（第１の接触部）
Ｔ1  トロリ線（第２の接触部）
Ｔ2  導電レール（第２の接触部）
Ｆ1  接触力
Ｆ2  摩擦力
Ｆ1'，Ｆ2'  荷重
Ｆ3  押付力
Ｏ1  中心線
Ｏ2  支点
Ｌ1，Ｌ2'，Ｌ3  作用線
Ｌ2  作用線（接線）
ＰA，ＰB，ＰC  固定点
ＬA，ＬR，ＬS，ＬA'，ＬR'，ＬS'  変位量
【図１】
2011209186.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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