(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車の屋上で回転軸が上下方向に延伸するようにして前記電車に回転自在に支持された軸部材と、前記軸部材に係合し前記軸部材に沿って上下方向に直線的に移動自在な移動部材とを備えていると共に、前記軸部材の回転運動を前記移動部材の直線運動に変換可能であり、前記移動部材の直線運動を前記軸部材の回転運動に変換可能である変換機構と；
前記軸部材の回転力を蓄えるために、前記電車の屋上に設けられた渦巻きばねと；
パンタグラフの舟体を支持するために、前記電車の屋上で前記移動部材と共に前記電車に対して上下動自在に設けられている支持体と；
を有し、前記渦巻きばねによって前記支持体が上方向に付勢されていることを特徴とするパンタグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンタグラフ装置に係り、特に、電車に設置されこの電車の走行時における騒音を低減するための柱状パンタグラフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電車の走行時における風きり音を低減するために、たとえば５００系の新幹線の車両に柱状のパンタグラフ装置が採用されている。
【０００３】
この柱状のパンタグラフ装置は、舟体を支持する柱状の支持体を、エアーシリンダを用いて上下方向に移動させていると共に、前記舟体が架線に接触するように前記エアーシリンダで上方に付勢している。
【０００４】
なお、従来のエアーシリンダを用いた柱状のパンタグラフ装置として、たとえば、特許文献１に記載のものが知られている。
【特許文献１】特開平８−９５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来のパンタグラフ装置では、エアーシリンダで舟体等の押し上げ動作を行っているので、エアー洩れ等、空気系の不具合により空気圧が低下すると、パンタグラフが下降したままになり、架線からの集電が不可能になり、電車が走行不能になるという問題がある。
【０００６】
そこで、エアーシリンダや圧縮空気を用いることなく、コイルバネ等を用いて舟体等を上方向に付勢し架線から集電する装置を考えることができる。しかし、電車の屋根と架線との間の狭い空間に、かかるパンタグラフ装置を設置しなければならないので、コイルバネ等を用いて舟体を上方に付勢することは一般的に困難である。
【０００７】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも信頼性が高くしかも電車の屋根と架線との間の狭い空間にも設置可能なパンタグラフ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、電車の屋上で回転軸が上下方向に延伸するようにして前記電車に回転自在に支持された軸部材と、前記軸部材に係合し前記軸部材に沿って上下方向に直線的に移動自在な移動部材とを備えていると共に、前記軸部材の回転運動を前記移動部材の直線運動に変換可能であり、前記移動部材の直線運動を前記軸部材の回転運動に変換可能である変換機構と、前記軸部材の回転力を蓄えるために、前記電車の屋上に設けられた渦巻きばねと、パンタグラフの舟体を支持するために、前記電車の屋上で前記移動部材と共に前記電車に対して上下動自在に設けられている支持体とを有し、前記渦巻きばねによって前記支持体が上方向に付勢されていることを特徴とするパンタグラフ装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来よりも信頼性が高くしかも電車の屋根と架線との間の狭い空間にも設置できるパンタグラフ装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係るパンタグラフ装置１を概略的に示す図であり、図２は、図１におけるＩＩ矢視を示す図である。
【００１１】
パンタグラフ装置１は、電車の走行時における騒音を低減可能な柱状のパンタグラフ装置を構成するものであり、渦巻きバネ（たとえば、ぜんまい）３と運動変換機構５と支持体７とを備えている。
【００１２】
運動変換機構５は、たとえば、運動の変換効率を高めるためにリードの大きい（たとえば、外径に対して２倍程度のリードを備えた）ボールネジ９によって構成されている。
【００１３】
ボールネジ９のボールネジ軸（軸部材）１１は、電車の屋上で上下方向に延伸して設けられている。ボールネジ軸１１の下端部側は、低摩擦の軸受け（たとえば、ボールベアリング）１３を介して、ブラケット（図１では不図示）ＢＫに支持され、ボールネジ軸１１の上端部側は、低摩擦の軸受け（たとえば、ボールベアリング）１５を介して、ブラケットＢＫに支持されている。ブラケットＢＫは、電車の屋根の上（屋上）に設けられており、電車の走行時等には、電車の屋根に一体的に固定されるようになっている。
【００１４】
したがって、ボールネジ軸１１は、電車の屋上で回転軸が上下方向に延伸するようにして前記電車に回転自在に支持されていることになる。
【００１５】
ボールネジ軸１１には、ナット（移動部材）１７が係合している。ナット１７は、支持体７に一体的に設けられていることにより、自らが回転することなくボールネジ軸１１に沿って上下方向に直線的に移動自在になっている。なお、支持体７は、パンタグラフの舟体１９を支持していると共に、電車の屋上でナット１７と共に前記電車に対して上下動自在になっている。なお、支持体７の電車への設置形態については後に説明する。
【００１６】
そして、ボールネジ軸１１の回転運動（回転力）を高い効率（好ましくは９５％以上の効率、より好ましくは９８％以上の効率）でナット１７の直線運動（直線方向の移動力）に変換可能になっている。また、ナット１７の直線運動（直線方向の移動力）を高い効率（好ましくは９５％以上の効率、より好ましくは９８％以上の効率）でボールネジ軸１１の回転運動（回転力）に変換可能になっている。
【００１７】
ぜんまい３は、電車の屋上で、ボールネジ軸１１の回転力（回転エネルギー）を蓄えるために設けられているものであり、ぜんまい３によってボールネジ軸１１が回転力を付勢され支持体７（舟体１９）が上方向に付勢されている。
【００１８】
また、ぜんまい３は、所定の幅を有する薄い帯状の長い素材を、この長手方向で渦巻き状に巻いた形状に形成されている。したがって、ぜんまい３の外形は、高さの低い円柱状に形成されており、前記素材の幅が前記円柱の高さに相当することになる。
【００１９】
さらに、ぜんまい３は、円柱状の外形の高さが上下方向になるようにして、電車の屋根の上の近くに配置されている。そして、ぜんまい３の外側に位置する一端部は、ブラケット（ボールネジ軸１１を支持しているブラケット）ＢＫに一体的に固定され、ぜんまい３の内側に位置する他端部は、ボールネジ軸１１の下端部に直接的に一体的に係合している。
【００２０】
支持体７の下部側は、図２に示すように、たとえば、所定の長さを備えた矩形な筒状に形成されており、支持体７は、この長手方向が上下方向になるようにしてボールネジ軸１１の近傍でボールネジ軸１１に平行に設けられている。また、ブラケットＢＫに設けられたカムフォロアー２１等の低摩擦の直線運動軸受けで支持されていることにより、前記電車に対して上下動自在になっている。
【００２１】
また、前述したように、ボールネジ９のナット１７を一体的に支持していることによって、支持体７はナット１７と共に上下方向に移動するようになっている。なお、パンタグラフ装置１の下部側には、電車走行時の風きり音を小さくするためのカバー２０が設けられている。
【００２２】
さらに、パンタグラフ装置１には、ぜんまい３の重量を支持するための重量支持機構２３が設けられている。ここで、重量支持機構２３について説明する。
【００２３】
図３は、重量支持機構２３の平面図であり、図２におけるＩＩＩ―ＩＩＩ矢視を示す図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す図であり、図５は、図３におけるＶ−Ｖ断面を示す図である。
【００２４】
重量支持機構２３は、ぜんまい３の外周側でぜんまい３の重量を支持する外側重量支持部２５と、ぜんまい３の中心側でぜんまい３の重量を支持する内側重量支持部２７とで構成されている。
【００２５】
外側重量支持部２５は、円柱状の細長い軸部材２９に、内径が前記軸部材２９の外形とほぼ等しい玉軸受け等のベアリング３１を設けて形成されている。ベアリング３１は、前記軸部材２９の長手方向の中間部に複数個配置して設けられている。各ベアリング３１の間（前記各ベアリング３１内輪の間）には、極めて薄いライナー３３が設けられている。
【００２６】
したがって、前記各ベアリング３１の外輪は、隣の外輪の回転の影響を受けることなく、前記軸部材２９に対して回転することができるようになっていると共に、各ベアリング３１の各外輪は、外観上ほぼ連続して前記軸部材２９の長手方向に配置されていることになる。
【００２７】
外側重量支持部２５の軸部材２９の長手方向の両端部は、各軸部材支持ブラケット３５、３７を介してブラケット（ボールネジ軸１１を支持しているブラケット）ＢＫに一体的に支持されている。また、平面視において、外側重量支持部２５の軸部材２９の長手方向の一端部（一方の軸部材支持ブラケット３７）は、ぜんまい３の中心（ボールネジ９の回転中心軸と一致する中心）の近くに位置し、外側重量支持部２５の軸部材２９の長手方向の他端部（他方の軸部材支持ブラケット３５）が、ぜんまい３の外周よりも外側に位置している。
【００２８】
さらに、外側重量支持部２５は、ぜんまい３の中心部からほぼ等間隔（角度）で放射状に延伸して複数設けられている。したがって、外側重量支持部２５によって、ぜんまい３の中心部よりも僅かに外側の部位と、ぜんまい３の外周部との間のぜんまい３の重量が支持される。
【００２９】
内側重量支持部２７は、外側重量支持部２５の場合と同様な内径外径のベアリング３９を、外側重量支持部２５の場合と同様な外径を備えた軸部材（外側重量支持部２５の軸部材２９よりも長さの短い円柱状の細長い軸部材）４１の長手方向の一端部側に複数個配置して形成されている。各ベアリング３９の間（各ベアリング３９の内輪の間）には、外側重量支持部２５と同様に、極めて薄いライナー４３が設けられている。なお、このライナーの厚さは、ぜんまい３の厚さ（ぜんまい３を構成する帯状の長い素材の厚さ）よりも薄くなっている。
【００３０】
また、内側重量支持部２７の軸部材４１の長手方向の他端部は、軸部材支持ブラケット４５を介してブラケットＢＫに一体的に設けられていると共に、軸部材４１の長手方向の一端部（軸部材支持ブラケット４５が設けられていない側の端部）が、ぜんまい３の中心の近く（外側重量支持部２５の軸部材２９の一端部よりもぜんまい３の中心寄り）に位置し、内側重量支持部２７の軸部材４１の長手方向の他端部（軸部材支持ブラケット４５が設けられている側の端部）が、ぜんまい３の外周とぜんまい３の中心との間に位置している。
【００３１】
さらに、内側重量支持部２７は、ぜんまい３の中心部からほぼ等間隔（角度）で放射状延伸して複数設けられている。したがって、内側重量支持部２７により、ぜんまい３の中心部近傍のぜんまい３の重量が支持される。
【００３２】
また、内側重量支持部２７の一端部側（ぜんまい３の外周側）と外側重量支持部２５の他端部側（ぜんまい３の中心側）では、前記内側重量支持部２７と前記外側重量支持部２５とがオーバーラップして、ぜんまい３の重量を支持するようになっている。
【００３３】
さらに、平面視においては、外側重量支持部２５（軸部材２９）の間に内側重量支持部２７（軸部材４１）が設けられており、また、内側重量支持部２７の軸部材４１の中心軸の延長線は、ぜんまい３の中心を通過するようになっているが、前記外側重量支持部２５の軸部材２９の中心軸の延長線は、ぜんまい３の中心から僅かにずれたぜんまい３の中心近傍を通過するようになっている。
【００３４】
したがって、内側重量支持部２７と外側重量支持部２５とが互いに干渉することを避けつつ、内側重量支持部２７と外側重量支持部２５とを適切に配置することができ、また、ぜんまい３と内側重量支持部２７との間での滑りを小さくしてぜんまい３の重量を支持することができる。
【００３５】
また、各重量支持部２５、２７の各ベアリング３１、３９の外輪とぜんまい３とが転がり対偶をなしているので、摩擦力の少ない状態でぜんまい３を支持することができ、ぜんまい３の磨耗や、パンタグラフ装置１の作動不良を防止することができる。
【００３６】
また、重量支持機構２３を、外側重量支持部２５と内側重量支持部２７とに分けて、内側重量支持部２７を片持ち梁のように構成したので、ぜんまい３バネの中心側の重量を確実に支持することができる。
【００３７】
なお、図３では、外側重量支持部２５の一端部をぜんまい３の中心近くに設け、内側重量支持部２７の他端部を、ぜんまい３バネのより中心近くで、前記中心からほぼ等しい距離に設け、ぜんまい３の重量を支持するようにしてあるが、図６（重量支持機構の変形例を示す図）に示すように、外側重量支持部２５をそのままにしておいて、４本の内側重量支持部２７のうちの対向している２本の内側重量支持部２７Ａを、ぜんまい３の中心近傍に配置し、４本の内側重量支持部２７のうちの対向している他の２本の内側重量支持部２７Ｂを、ぜんまい３の中心からやや離したところに配置するようにしてもよい。
【００３８】
また、運動変換機構５として、ボールネジの代わりに、たとえば、ロータリーライナー（登録商標）を採用することができる。ロータリーライナーは、ねじの無い丸軸を回転させると、内蔵している玉軸受けを介して前記丸軸に係合している軸受け箱（ナット）が、ねじと同様な原理で前記丸軸の軸方向に直線運動する構成の機械要素である。
【００３９】
ところで、回転エネルギーを蓄えるためにぜんまい３を最大「ｎ」回巻くことが可能であるとすると、パンタグラフ装置１では、たとえば、「ｎ／３」回〜「２ｎ／３」回巻きの状態で、ぜんまい３が使用されている。すなわち、舟体１９（ナット１７）が最も下に位置しているときには、ぜんまい３が「２ｎ／３」回巻きの状態になっており、舟体１９（ナット１７）が最も上に位置しているときには、ぜんまい３が「ｎ／３」回巻きの状態になっている。
【００４０】
「ｎ／３」回〜「２ｎ／３」回巻きの巻き数領域は、ぜんまい３のヒステリシスが他の領域に比べて小さく、ぜんまい３の発生トルクの変動が、他の領域に比べて小さい。なお、ぜんまい３が「２ｎ／３」回巻きの状態になっている状態と、ぜんまい３が「ｎ／３」回巻きの状態になっている状態とでは、ぜんまい３が「２ｎ／３」回巻きの状態になっているほうが、ぜんまい３に蓄えられているエネルギーの値は大きい。
【００４１】
パンタグラフ装置１によれば、ぜんまい３を用いて支持体７・舟体１９を上方に付勢しているので、エアーシリンダ等を用いた場合のように、エアーの洩れ等による空気系の不具合が発生せず、パンタグラフが下降したままになる事態が発生し難くなり、従来よりも信頼性が高くなり、電車の走行不能になる事態を回避することができる。
【００４２】
また、ぜんまい３を用いてボールネジ軸１１を回転させ、このボールネジ軸１１の回転によって、支持体７や舟体１９が上下方向に移動し上方に付勢されるので、パンタグラフ装置１を柱状に形成することが容易になっており、また、電車の屋根と架線との間の狭い空間にパンタグラフ装置１を設置することが容易になっている。
【００４３】
さらに、パンタグラフ装置１によれば、ボールネジ９を用いて、効率良く、ぜんまい３の回転力を直線方向の力に変換しているので、電車の走行時における架線の位置の上下の僅かなずれにも舟体１９が適宜上下動して追従し、架線から舟体１９が離れる割合（走行時間に対する、架線から舟体１９が離れている時間の割合）を小さくすることができる。
【００４４】
また、エアーシリンダを用いた装置では、空気系の不具合時のバックアップのために、別途バネ式のパンタグラフ（たとえばリンク式のパンタグラフ）が必要になるが、パンタグラフ装置１では、バックアップ用のパンタグラフが不要であり、装置の構成が簡素になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係るパンタグラフ装置を概略的に示す図である。
【図２】図１におけるＩＩ矢視を示す図である。
【図３】重量支持機構の平面図であり、図２におけるＩＩＩ―ＩＩＩ矢視を示す図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面を示す図である。
【図６】重量支持機構の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  パンタグラフ装置
３  ぜんまい
５  変換機構
７  支持体
１１  ボールネジ軸
１７  ナット
１９  舟体０
【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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