(57)【要約】【課題】強度向上および軽量化が可能な集電装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、集電装置は、それぞれ設置面２５を有する一対の支持ブロック２４と、それぞれ支持ブロックに連結され、互いに間隔を置いて対向する一対の連結板部１８と、連結板部に連結され、一対の連結板部間に延在する支持ビーム２６と、を有する支持フレーム１２と、支持ブロックに支持され、支持ビームと平行に延在する支持シャフト１４と、支持ビームに設けられた第１ストッパＳＴ１と、集電靴３０と、を備えている。連結板部は、それぞれ支持ビームの端部と交差して延在し、支持ビームを間に挟んで互いに対向している。集電靴３０は、第３軌条に接触可能な当接部３１と、支持シャフトに回動自在に支持された一対の揺動アーム３２と、揺動アームの延出端に連結され、支持ビームと対向する連結ビーム３４と、を有している。連結ビームは、支持ビームに対向して配置され、第１ストッパに当接可能な衝突部３４ａを有している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ設置面を有し、互いに間隔を置いて対向する一対の支持ブロックと、それぞれ前記支持ブロックに連結され、互いに間隔を置いて対向する一対の連結板部と、前記一対の連結板部に連結され、前記一対の連結板部間に延在する支持ビームと、を有し、前記一対の連結板部は、それぞれ前記支持ビームの端部と交差して延在し、前記支持ビームを間に挟んで互いに対向している支持フレームと、
前記一対の支持ブロックに支持され、前記支持ブロック間に前記支持ビームと平行に延在し、前記支持ビームに間隔を置いて対向する支持シャフトと、
前記支持ビームに設けられ前記一対の連結板部の間に配置された第１ストッパと、
第３軌条に接触可能な当接部と、前記当接部から延出し前記支持シャフトに回動自在に支持された一対の揺動アームと、前記一対の揺動アームの延出端に連結され、間隔を置いて前記当接部に対向した連結ビームと、を有し、前記連結ビームは、前記支持ビームと対向して配置され、前記第１ストッパに当接可能な衝突部を有している、集電靴と、
を備える集電装置。
【請求項２】
前記第１ストッパは、前記支持ビームにねじ込まれ前記支持ビームと直交する方向に延在するストッパ本体と、前記ストッパ本体の一端に設けられ、前記支持ビームから前記連結ビームに向かって突出する当接ヘッドと、を備え、
前記連結ビームの衝突部は、前記当接ヘッドに衝突可能な衝突面を有している請求項１に記載の集電装置。
【請求項３】
絶縁材料を含む弾性部材で形成され、前記衝突部を覆う絶縁カバーを更に備え、
前記絶縁カバーは、前記支持ブロックの設置面に対向して配置され前記支持フレームの設置面側を覆う背面板と、前記衝突部および前記支持フレームの上方を覆う天井板と、前記背面板および天井板と交差して配置され、前記連結ビームおよび支持ビームの軸方向両端側を覆う一対の側板と、を有している請求項１又は２に記載の集電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、第３軌条集電システムを採用する鉄道車両に用いる集電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、第３軌条から集電するための集電装置は、鉄道車両の車体あるいは台車に取付けられる支持フレームと、支持フレームに回動可能に支持され第３軌条に摺動接触可能な集電靴（すべり板）と、集電靴を第３軌条に弾性的に押し付けるための付勢部材、例えば、ばねと、を備えている。集電靴の回動位置は、上限ストッパおよび下限ストッパで規制されている。例えば、下限ストッパは、支持フレームあるいは集電靴に設けられ、下限位置で、集電靴あるいは支持フレームに衝突する。
【０００３】
集電装置は、安定した集電を行うため、走行中に受ける車体や台車からの過大な振動に対して十分な強度を保つ構造であることが望ましい。また、近年の省エネルギ化の影響から、集電装置の小型化、軽量化、低騒音化が求められている。しかしながら、強度を上げるために、例えば、支持フレームの板厚増加、集電靴のヒンジ部分の肉厚化を行った場合、装置の重量増加、大型化を招くことになる。そのため、集電装置の強度向上および軽量化を両立することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４８９４７号公報
【特許文献２】実開昭６１−７２０２号公報
【特許文献３】特開２０１７−９９２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、強度向上と軽量化とを両立可能とする集電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、集電装置は、それぞれ設置面を有し、互いに間隔を置いて対向する一対の支持ブロックと、それぞれ前記支持ブロックに連結され、互いに間隔を置いて対向する一対の連結板部と、前記一対の連結板部に連結され、前記一対の連結板部間に延在する支持ビームと、を有し、前記一対の連結板部は、それぞれ前記支持ビームの端部と交差して延在し、前記支持ビームを間に挟んで互いに対向している支持フレームと、  
前記一対の支持ブロックに支持され、前記支持ブロック間に前記支持ビームと平行に延在し、前記支持ビームに間隔を置いて対向する支持シャフトと、  
前記支持ビームに設けられ前記一対の連結板部の間に配置された第１ストッパと、  
第３軌条に接触可能な当接部と、前記当接部から延出し前記支持シャフトに回動自在に支持された一対の揺動アームと、前記一対の揺動アームの延出端に連結され、間隔を置いて前記当接部に対向した連結ビームと、を有する集電靴と、を備えている。前記連結ビームは、前記支持ビームと対向して配置され、前記第１ストッパに当接可能な衝突部を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る集電装置の斜視図。
【図２】図２は、上記集電装置の分解斜視図。
【図３】図３は、上記集電装置の支持フレーム、集電靴、第１ストッパを示す斜視図。
【図４】図４は、図１の線Ａ−Ａに沿った集電装置の断面図。
【図５】図５は、集電靴が第３軌条から離間した状態の集電装置の断面図。
【図６】図６は、上記集電装置の側面図。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る集電装置の支持フレーム、集電靴を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【０００９】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に集電装置を示す斜視図である。図１に示すように、集電装置１０は、支持フレーム１２と、支持シャフト１４により支持フレーム１２に回動自在に支持された集電靴（すり板）３０と、支持フレーム１２に取付けられ、集電靴３０の回動位置を規制する下限ストッパ（第１ストッパ）ＳＴ１および上限ストッパ（第２ストッパ）ＳＴ２と、支持フレーム１２の少なくとも一部を覆うように設けられた絶縁カバー４０と、を備えている。支持フレーム１２は、絶縁カバー４０を挟んで、鉄道車両の車体あるいは台車に取付けられる。集電靴３０は、矩形板状に形成された当接板３１を有し、この当接板３１は、第３軌条に接触摺動する当接面３１ａを有している。
【００１０】
支持シャフト１４の周囲に付勢部材としてのねじりばね１６が巻回されている。ねじりばね１６の一端は集電靴３０に係止され、他端は、支持フレーム１２に係止されている。集電靴３０は、ねじりばね１６により、下限位置方向、すなわち、後述する第３軌条に当接する方向、に付勢されている。  
集電靴３０と支持フレーム１２との間に給電ケーブル２２が架設されている。支持フレーム１２に出力端子２３が接続されている。第３軌条から集電靴３０に集電した電力は、給電ケーブル２２、支持フレーム１２、および出力端子２３を通して鉄道車両に供給される。
【００１１】
図２は、集電装置の主要部品を分解して示す集電装置の分解斜視図である。図示のように、集電装置１０の支持フレーム１２は、互いに所定の間隔を置いて対向する一対の支持ブロック２４と、これらの支持ブロック２４間に延在する横梁（支持ビーム）２６と、支持ビーム２６の各端を支持ブロック２４に連結する一対の板状の連結板部１８と、を有し、例えば、鉄などの導電金属により一体に成形されている。支持ビーム２６は、支持ブロック２４とほぼ直交する方向に沿って延在している。各支持ブロック２４に第１透孔２４ａが形成されている。一対の第１透孔２４ａは、支持ビーム２６と平行に延びる中心軸Ｃ１を有し、互いに同軸的に設けられている。なお、支持ビーム２６および中心軸Ｃ１の延在方向を第１方向Ｘ、第１方向Ｘと直交する方向を第２方向Ｙ、第１方向および第２方向と直交する高さ方向を第３方向Ｚと定義する。
【００１２】
各支持ブロック２４は、設置面２５を有している。設置面２５には、位置決め用のローレット加工が施されている。一対の支持ブロック２４の設置面２５は、同一平面内に配置され、第３方向Ｚに沿って延在している。各支持ブロック２４は、一対の固定孔２７を有している。これらの固定孔２７は、第２方向Ｙに延びる中心軸をそれぞれ有し、設置面２５に対して垂直に設けられている。一対の固定孔２７は、第３方向Ｚにおいて、第１透孔２４ａに両側に位置している。  
第１方向Ｘにおいて、支持ビーム２６のほぼ中央部に、下限ストッパＳＴ１を取り付けるための第１ねじ孔２６ａが貫通形成されている。第１ねじ孔２６ａは、支持ビーム２６と直交し第２方向Ｙに延びる中心軸を有している。一方の連結板部１８と支持ビーム２６との交差部に、上限ストッパＳＴ２を取り付けるためのブラケット２６ｂが設けられている。更に、支持ビーム２６に、第１ばね受け２８が形成されている。
【００１３】
支持シャフト１４は、第１方向Ｘに沿って延在している。支持シャフト１４は、支持フレーム１２の一対の第１透孔２４ａに挿通され、軸方向の両端部が一対の支持ブロック２４にそれぞれ支持される。支持シャフト１４の周囲にねじりばね１６が巻装されている。ねじりばね１６の一端部１６ａは、支持フレーム１２の第１ばね受け２８に係止され、また、他端部１６ｂは、集電靴３０の第２ばね受け２９に係止される。
【００１４】
集電靴３０は、矩形状の当接板（当接部）３１と、当接板２１から互いに平行に延出する一対の揺動アーム３２と、揺動アーム３２の延出端同士を連結した連結ビーム３４と、を有し、例えば、鉄などの導電金属により一体に成形されている。当接板３１は、ほぼＸＹ平面内に位置し、一対の揺動アーム３２は第２方向Ｙに延出している。連結ビーム３４は、第１方向Ｘに沿って延在し、当接板３１と間隔を置いて対向している。各揺動アーム３２の中途部に支持シャフト１４を挿通するための第２透孔３５を有するヒンジ部が形成されている。第２透孔３５は、一対の揺動アーム３２と直交する中心軸Ｃ２を有し、互いに同軸的に設けられている。中心軸Ｃ２は、第１方向Ｘと平行に延びている。連結ビーム３４は、中心軸Ｃ２とほぼ平行に、かつ、中心軸Ｃ２から偏心して設けられている。連結ビーム３４の長手方向の中央部に、下限ストッパＳＴ１に当接する衝突面（衝突部）３４ａが設けられている。衝突面３４ａは、中心軸Ｃ２を挟んで、当接板３１の反対側に位置し、当接板３１に面する向きに形成されている。当接板３１の近傍で一方の揺動アーム３２に、第２ばね受け２９が形成されている。
【００１５】
絶縁カバー４０は、矩形状の背面板４１、背面板４１に対してほぼ垂直に延びる矩形状の天井板４２、および、背面板４１および天井板４２と垂直に配置された一対の側板４３を有し、弾性部材、合成樹脂等の絶縁材料で一体に成形されている。支持フレーム１２と絶縁カバー４０との間に、一対の位置決め板５０が設けられている。位置決め板５０は、支持ブロック２４の設置面２５と背面板４１との間に配置される。位置決め板５０の支持ブロック２４と対向する１表面に、位置決め用のローレット加工が施されている。位置決め板５０は、支持ブロック２４に対して、第３方向Ｚの任意の位置（高さ）に調整した状態で、設置面２５に係合される。更に、例えば、２本の固定ボルト５１を、背面板４１側から背面板４１、位置決め板５０を通して支持ブロック２４の固定孔２７にねじ込むことにより、位置決め板５０および支持ブロック２４が背面板４１に固定される。  
各位置決め板５０は、複数の固定孔５２を有している。これらの固定孔５２を通して、図示しない固定ボルトあるいは固定ねじを設置場所（例えば、台車）にねじ込むことにより、一対の位置決め板５０が設置場所に取付けられる。これにより、集電装置１０は、所望の設置場所に取付け固定される。
【００１６】
図３は、支持フレーム１２に支持シャフト１４および集電靴３０を組み込んだ状態の集電装置を示す斜視図、図４は、図１の線Ａ−Ａに沿った集電装置の断面図である。  
図３に示すように、支持シャフト１４は、支持ブロック２４の一対の第1透孔２４ａに挿通された状態で支持フレーム１２に取付けられ、一対の支持ブロック２４に支持されている。支持シャフト１４は、一対の支持ブロック２４間に支持ビーム２６と平行に延在している。集電靴３０の揺動アーム３２および連結ビーム３４は、一対の支持ブロック２４の間に配置され、更に、支持シャフト１４は、集電靴３０の一対の第２透孔３５に挿通されている。これにより、集電靴３０は、支持シャフト１４の周りで回動自在に、支持シャフト１４に支持されている。集電靴３０の揺動アーム３２および当接板３１は、支持シャフト１４から第２方向Ｙの前方へ延出している。
【００１７】
支持シャフト１４に巻回されたねじりばね１６の一端１６ａは、支持ビーム２６の第１ばね受け２８に係止され、ねじりばね１６の他端１６ｂは、集電靴３０の第２ばね受け２９に係止される。集電靴３０は、ねじりばね１６により、支持シャフト１４の周りで、反時計方向（Ｚ方向の下方に）に付勢されている。
【００１８】
図３および図４に示すように、支持ビーム２６に下限ストッパＳＴ１が取り付けられている。下限ストッパＳＴ１は、例えば、円柱形状のストッパ本体６０と、ストッパ本体６０の軸方向一端部に形成された当接ヘッド６２ａと、ストッパ本体６０の軸方向他端部に形成された角柱状の突起部６２ｂと、を有している。ストッパ本体６０の外周にねじが切られ、ねじ部を構成している。  
下限ストッパＳＴ１は、支持ビーム２６の第１ねじ孔２６ａにねじ込まれ、支持ビーム２６に固定されている。ねじ込む際、突起部６２ｂを把持してストッパ本体６０を回すことができる。ストッパ本体６０は、支持ビーム２６および支持シャフト１４と直交する第２方向Ｙに沿って延在している。ストッパ本体６０は、支持シャフト１４に対し偏心して配置されている。ストッパ本体６０の外周にロックナット６４がねじ込まれ支持ビーム２６に当接している。上限ストッパＳＴ１は、ロックナット６４により緩みが防止され、所定のねじ込み位置に固定されている。
【００１９】
下限ストッパＳＴ１の当接ヘッド６２ａは、支持ビーム２６から後方に、すなわち、当接板３１と反対の方向に突出している。当接ヘッド６２ａは、集電靴３０の衝突面３４ａと対向して位置している。集電靴３０が下限位置に回動すると、衝突面３４ａが当接ヘッド６２ａに衝突する。これにより、集電靴３０は、下限ストッパＳＴ１により、反時計方向の回動が規制され、下限位置に保持される。  
ストッパ本体６０のねじ込み量を調整することにより、当接ヘッド６２ａの突出量を調整することができる。すなわち、突出量を調整することにより、当接ヘッド６２ａと衝突面３４ａとの当接位置を調整し、集電靴３０の下限位置を任意に設定することができる。
【００２０】
上限ストッパＳＴ２は、例えば、ブラケット２６ｂにねじ込まれたボルトにより構成されている。上限ストッパＳＴ２は、例えば、一方の揺動アーム３２と対向する位置に設けられている。上限ストッパＳＴ２についても、ねじ込み量を調整することにより、集電靴３０の上限位置を任意に設定することができる。
【００２１】
図４は、例えば台車８０に取付けられた状態、および集電靴３０が第３軌条７０に摺接した状態の集電装置１０を示している。支持フレーム１２の一対の支持ブロック２４は、位置決め板５０および絶縁カバー４０の背面板４１を間に挟んで、台車８０に取付けられている。背面板４１は、集電装置１０の後端と台車８０との間を覆っている。絶縁カバー４０の天井板４２は、支持フレーム１２の上方、下限ストッパＳＰ１、および連結ビーム３４の衝突部を覆っている。  
集電靴３０は、支持シャフト１４の周りで、時計方向に回動し、当接板３１の当接面３１ａが第３軌条７０に接触している。連結ビーム３４の衝突面３４ａは、下限ストッパＳＴ１の当接ヘッド６２ａから離間している。当接板３１は、ねじりばね１６の付勢力により、第３軌条７０に弾性的に押し付けられている。これにより、当接板３１は、第３軌条７０に接触した状態に保持される。
【００２２】
図５は、集電靴３０が第３軌条７０に接触していない状態の集電装置を示している。この状態では、集電靴３０はねじりばね１６の付勢力により支持シャフト１４の周りで反時計方向に回動され、連結ビーム３４の衝突面３４ａが下限ストッパＳＴ１の当接ヘッド６２ａに衝突する。衝突面３４ａは、ねじりばね１６の付勢力により、下限ストッパＳＴ１に押し付けられている。従って、集電靴３０は、下限ストッパＳＴ１により、更なる回動が規制され、図示の下限位置に保持される。
【００２３】
上記のように構成された集電装置１０において、集電靴３０の連結ビーム３４が下限ストッパＳＴ１に衝突した際に発生する衝撃力は、下限ストッパＳＴ１、支持ビーム２６、支持ブロック２４の固定部（固定孔および固定ねじ）を介して、台車８０に伝搬する。そのため、集電装置１０の強度向上を図るためには、上記衝撃力の力線経路を補強することが望ましい。そこで、本実施形態によれば、図２および図３に示すように、支持フレーム１２は、支持ビーム２６の軸方向の両端に設けられた一対の連結板部１８を有している。各連結板部１８は、支持ビーム２６と直交して延在し、支持ブロック２４に連結されている。すなわち、一対の連結板部１８は、支持ビーム２６および一対の支持ブロック２４と一体に成形されている。各連結板部１８は、支持ビーム２６の軸方向端から第２方向Ｙに沿って支持ビーム２６の前方および後方に延出している。更に、連結板部１８は、支持ブロック２４の固定孔２７の近傍に連結され、支持ビーム２６から支持ブロック２４の固定孔２７の近傍位置まで直線的に延在している。一対の連結板部１８は、支持ビーム２６、下限ストッパＳＴ１、および連結ビーム３４の衝突部を間において、互いにほぼ平行に対向している。本実施形態において、連結板部１８の上側縁１８ａの一部は、支持ビーム２６の端から支持ブロック２４の上端部まで直線的に、かつ、下方に傾斜して延在している。
【００２４】
以上のように、衝撃力の力線経路に沿って連結板部１８を設けることにより、衝突部で発生した衝撃力を、台車８０に続く力線経路となる支持ブロック２４の固定部まで直線的に伝達することが可能となる。これにより、集電装置１０を効果的に補強し、集電装置１０の強度向上を図ることができる。更に、一対の連結板部１８は、下限ストッパＳＴ１および衝突部３４ａを両側から覆うことにより、衝突部３４ａで発生する衝突音の遮蔽に貢献することができる。
【００２５】
集電装置１０において、集電靴３０の衝突面３４ａと下限ストッパＳＴ１との衝突は、第３軌条７０から集電靴３０が離線した際や、台車８０の振動により集電靴３０が自由振動する場合など、多くの機会で発生する。衝突の際に発生する衝突音は車両走行中に頻発し、騒音の原因と成り得る。本実施形態によれば、集電装置１０は、騒音発生部位を覆うように設けられた絶縁カバー４０および支持フレーム１２を備えている。図６は、集電装置１０の側面図である。図２および図４に示したように、絶縁カバー４０は、背面板４１、天井板４２、および、一対の側板４３を有し、弾性部材、合成樹脂等の絶縁材料で一体に成形されている。背面板４１は、支持フレーム１２および衝突部３４ａと台車８０との間を覆っている。天井板４２は、支持フレーム１２、下限ストッパＳＰ１、および衝突部３４ａの上方側を覆っている。図６に示すように、一対の側板４３は、衝突部３４ａを含む連結ビーム３４および下限ストッパＳＴ１を含む支持フレーム１２を間に挟んで、互いに対向して位置し、連結ビーム３４および支持フレーム１２の軸方向両側を覆っている。このように、衝突部３４ａの周囲を絶縁カバー４０で覆い遮蔽することにより、衝突部３４ａから外部に放射される衝突音を低減し、集電装置１０の低騒音化を図ることができる。絶縁カバー４０は、弾性部材、合成樹脂等で形成しているため、衝突部を金属部材でのみ遮蔽する構造と比較して、集電装置１０全体の軽量化を図ることができる。  
以上のように構成された第１の実施形態によれば、強度向上と軽量化とを両立可能な集電装置を提供することができる。
【００２６】
次に、他の実施形態について説明する。以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化し、前述した第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。  
（第２の実施形態）  
図７は、第２の実施形態に係る集電装置の支持フレーム、集電靴、支持シャフトを示す斜視図である。図示のように、本実施形態によれば、支持フレーム１２の一対の連結板部１８は、角部をカットすることなく、ほぼ矩形状に形成している。連結板部１８の上側縁１８ａは、支持ビーム２６と直交する方向、すなわち、第２方向Ｙに沿って、傾斜することなく直線的に延在している。これにより、連結板部１８の後半部分は、支持ブロック２４の固定孔２７の上方位置まで延在している。集電装置１０の他の構成は、第１の実施形態に係る集電装置と同一である。  
上記第２の実施形態においても、一対の連結板部１８により衝撃力の伝達経路を補強し、支持フレーム１２および集電装置１０の強度向上を図ることができる。また、連結板部１８で覆う面積が増大し、連結板部１８による衝突音の遮蔽効果が向上する。
【００２７】
なお、この発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
集電装置の各構成部材を形成する材料は、上述した実施形態に限らず、種々選択可能である。第１ストッパおよび第２ストッパは、支持フレームにねじ込まれた別部材に限らず、支持フレームに一体に形成された突起部により構成してもよい。集電靴は、矩形状の当接板に限らず、他の任意の形状とすることが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…集電装置、１２…支持フレーム、１４…支持シャフト、１６…ねじりばね、  
１８…連結板部、２４…支持ブロック、２６…支持ビーム（横梁）、３０…集電靴、
３１…当接板、３２…揺動アーム、３４…連結ビーム、３４ａ…衝突面（衝突部）、  
４０…絶縁カバー、４１…背面板、４２…天井板、４３…側板、５０…位置決め板、  
６０…ストッパ本体、６２ａ…当接ヘッド、ＳＰ１…下限ストッパ(第１ストッパ)、
ＳＰ２…上限ストッパ（第２ストッパ）
【図１】
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【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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