(57)【要約】【課題】過負荷を検知し自動的に降下させる過負荷検知装置を有する車両用集電装置を提供すること。  【解決手段】釣合棒５の下端を台枠１６に軸支するブラケット６は、台枠１６に回転自在に軸支され、弾性体７の弾性力で台枠に固着しており、集電舟１に加わる進行方向の荷重が検知荷重以下では台枠１６と相対変位がなく一体となっている。検知荷重を超えると、ブラケット６は台枠１６に対して相対変位が生じる。これにより、ピストン１１とシリンダ６ｂから構成される空気弁のピストン１１が放出され、圧力スイッチ１４が動作する。なお、上記空気弁に代え、変位センサでブラケットの変位を検出し、圧力スイッチを動作させるようにしてもよい。また、ブラケット６の軸支位置は、集電装置の作用高さに係わらずほぼ検知荷重でブラケット６が変位するように選定されている。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電舟及び集電舟を支持する上枠と、一方端が該上枠に回動可能に取り付けられ、他方端が台枠に回動可能に取り付けられた下枠と、一方端が上記上枠に回動可能に取り付けられ、他方端がブラケットを介して台枠に取り付けられた釣合棒で構成される枠組をもった車両用集電装置であって、
上記ブラケットは台枠に回動可能に軸支されるとともに、上記釣合棒は、上記ブラケットに対して回動可能に軸支され、
集電舟に加わる進行方向の荷重が設定したある一定値までは、上記ブラケットが台枠に対して相対変位せず、上記荷重が一定値を超えると台枠に対して相対変位するように、弾性体により上記ブラケットが一定の方向に付勢されており、
上記ブラケットが変位したとき、圧力空気を大気に放出させる空気弁と、該圧力空気が大気に放出されたことを検出する検出手段を備え、該検出手段の動作により集電装置が過負荷状態なったことを検出する
ことを特徴とする鉄道車両用過負荷検知装置付集電装置。
【請求項２】
前記空気弁は、前記ブラケットが前記台枠に対して、相対変位がないときは圧力空気を放出させないための栓となるピストンと、該ピストンが嵌入されたシリンダとから構成され、
上記ブラケットが台枠に対して相対変位すると、前記ピストンの上記シリンダに対する固定が外れ、圧力空気により前記ピストンがシリンダから放出され、継続して圧力空気を放出させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用過負荷検知装置付車両用集電装置。
【請求項３】
前記空気弁は、前記ブラケットの変位を検出する変位センサと、変位センサの出力を保持する自己保持回路と、自己保持回路の出力により動作する電磁弁から構成され、
上記ブラケットが台枠に対して相対変位すると、上記変位センサが動作して電磁弁を開放させ、圧力空気を放出させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用過負荷検知装置付車両用集電装置。
【請求項４】
前記ブラケットの台枠への軸支位置は、集電装置の作用高さに係わらず前記集電舟の進行方向に加わるほぼ設定した荷重により、前記ブラケットが前記台枠に対して相対変位を生じるように選定されている
ことを特徴とする請求項１，２または請求項３に記載の鉄道車両用過負荷検知装置付車両用集電装置。
【請求項５】
前記弾性体の初期付勢量を調節する機構を備え、該機構により初期付勢量を調節することにより、前記ブラケットが前記台枠に対し変位を生じ始める、前記集電舟に加わる進行方向の荷重を設定可能とした
ことを特徴とする請求項１，２，３または請求項４に記載の鉄道車両用過負荷検知装置付車両用集電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の集電装置に係わり、集電装置が破損に到る過負荷を検知し、自動的に集電装置を降下させるシステムに適用する過負荷検知装置付集電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中の車両の集電装置が走行中に過大な外力を受けて破損し、そのまま走行を続けると、破損した集電装置により架線が切断される等の多大な損害が発生する。
とりわけ近年の鉄道車両の高速化に伴い、飛来物等の衝突によって集電装置が受ける荷重は増大し、これまで問題とならなかった小さな飛来物の衝突でも破損に到る可能性が高くなると考えられる。また、集電装置が破損してから車両が停止するまでに長い制動距離を要するため、架線を長い区間にわたり損傷させる事が考えられる。
そこで、集電装置が破損に到るような集電舟への車両進行方向の過大な荷重負荷を検知し、自動的に集電装置を降下させて架線を保護する過負荷検知装置付集電装置による緊急降下システムが求められている。集電装置が車両に複数搭載されており、架線の不整により集電装置が破損した場合、先頭の集電装置が破損してからすみやかに全ての集電装置を降下させることで、後続の集電装置を保護する効果もある。
前記緊急降下システムは、集電装置に設けた過負荷を検知して圧力空気を放出する機構と車体側に設けた圧力スイッチで構成され、圧力空気放出に伴う減圧を圧力スイッチで検出し、集電装置の下げシリンダを制御し、集電装置を自動的に降下させるものである。
【０００３】
過負荷検知装置付集電装置としては例えば特許文献１に記載のものが提案されている。  上記従来の技術による過負荷検知装置付集電装置の構造の例を図６に示す。また、図７、図８に図６のＢ- Ｂ断面図を示す。
同図において、１は集電舟、２は上枠であり、集電舟１は上枠２の一方端に取り付けられ、上枠２の他端側には、中間ヒンジ４を介して下枠３が取り付けられ、また、釣合棒５の一方端側が回動可能に取り付けられている。
また、下枠３の他端側は、台枠１６に取り付けられた支持部材１７に回動可能に軸支され、釣合棒５の他端側は、台枠１６に取り付けられたブラケット６に取り付けられたピン９に軸支されている。また、２０は架線である。
【０００４】
集電舟１を支える枠組の構成要素の一つである釣合棒５の下端は、図７に示すように、台枠１６に締着されて一体となったブラケット６に切欠溝を設けたピン９でもって回転自在に軸支されている。
集電舟１に飛来物２１が衝突する等により集電装置が破損に到る過大な荷重を受けると、釣合棒５の荷重が増大し、ピン９が前記切欠溝部分でせん断破壊し、上枠２が支点を失い中間ヒンジ４を中心に自重で回転して降下し、架線２０を保護する。
【０００５】
また、上述の技術では、ピン９が破壊すると上枠２は降下するが下枠３が上昇し、中間ヒンジ部４が低く張られた架線に損傷を与えることがある。
そこで、例えば図８に示すように、ピン９を中空にして圧力空気を供給しておく。そして、過大な荷重を受けるとピン９が切欠溝部分でせん断破壊し、同時に圧力空気が排気され、車両に設置した圧力スイッチ１４で減圧を検知し、集電装置の下げシリンダを制御し、自動的に降下動作させることも考えられる。
【特許文献１】特開２００５−６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の従来の過負荷検知装置付集電装置は、集電舟１への過負荷を、釣合棒５の荷重増加によるピン９の破壊でもって検知するものであるが、釣合棒５の荷重は、集電舟１が受ける進行方向の荷重が同一であっても、集電装置の荷重が作用する作用高さにより大きく変化する。
図９に集電舟１に、ある荷重を進行方向に負荷した時の作用高さと釣合棒荷重の関係の一例を示す。
同図に示すように、作用高さにほぼ比例して荷重は増加しており作用高さに依り大きな差が生じている。すなわち、ピン９が破損する集電舟１が受ける外力は、集電装置の作用高さに依り異なるため、一定の過負荷を検知することができず、精度の高い検知ができない。
【０００７】
前述の従来の過負荷検知装置付集電装置の釣合棒下端のピン９は、過負荷を受けると素早く脆性破損する必要があるため、靭性（しなやかさ）の低い材料を用いた切欠きを有する構造とする必要がある。
しかし、反面、ピン９は枠組を構成する強度部材であるため、通常走行時に集電舟１に負荷される荷重（以下定常荷重）に対しては破損してはならない。定常荷重付近に検知荷重を設定するにはピン９のせん断強度を小さくする必要があり、過負荷が負荷されることがなくても疲労破壊を起こし誤検知する可能性がある。このため、ピン９の強度は疲労に対する安全率をとる必要があり、検知荷重を定常荷重に近い低い値に設定することができない。
【０００８】
前述の従来の過負荷検知装置付集電装置は、過負荷とみなす設定荷重の設定はピン９のせん断強度を変更することで可能であるが、設定荷重を変更するには集電装置を分解してせん断強度の異なるピン９と交換する必要があり、容易に設定荷重を変更することができない。
過負荷を検知した後、集電舟１や枠組みの損傷が小さく使用可能な場合であっても、ピン９が破損するため集電装置としての機能を果たせなくなるため使用できない。また、前述のとおり設定荷重変更時と同様に分解して復旧する必要があり、作業性が悪い。
本発明は前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、検知荷重の精度が高く、検知荷重の設定範囲が自在で、かつ変更が容易で、検知後の復旧も容易な過負荷検知装置付集電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】
【０００９】
本発明においては、上記課題を次のように解決する。
（１）一方端に集電舟が取り付けられ、他方端に中間ヒンジが設けられた上枠と、一方端が上記中間ヒンジを介して該上枠に取り付けられ、他方端が台枠に取り付けられた下枠と、一方端が上記上枠に回動可能に取り付けられ、他方端がブラケットを介して台枠に取り付けられた釣合棒から構成される車両用集電装置において、以下の過負荷検知装置を設ける。
上記ブラケットを台枠に回動可能に軸支させ、上記釣合棒を上記ブラケットに対して回動可能に軸支する。
上記ブラケットと台枠の間に弾性体を設け、該弾性体を予め撓ませて初期付勢量を与える。すなわち、集電舟に加わる進行方向の荷重が設定したある一定値までは上記ブラケットが台枠に対して相対変位せず、上記荷重が一定値を超えると台枠に対して相対変位するように、弾性体によりブラケットを一定の方向に付勢する。
上記ブラケットが変位したとき、圧力空気を大気に放出させる空気弁と、該圧力空気が大気に放出されたことを検出する検出手段を設け、該検出手段の動作により集電装置が過負荷状態なったことを検出する。
（２）上記（１）において、上記空気弁を、前記ブラケットが前記台枠に対して、相対変位がないときは圧力空気を放出させないための栓となるピストンと、該ピストンが嵌入されたシリンダとから構成する。
そして、上記ブラケットが台枠に対して相対変位したとき、前記ピストンの上記シリンダに対する固定を外し、圧力空気により前記ピストンをシリンダから放出させ、継続して圧力空気を放出させるように構成する。
（３）上記（１）において、上記空気弁を、前記ブラケットの変位を検出する変位センサと、変位センサの出力を保持する自己保持回路と、自己保持回路の出力により動作する電磁弁から構成する。
そして、上記ブラケットが台枠に対して相対変位したとき、上記変位センサを動作させ、電磁弁を開放させ、圧力空気を放出させるように構成する。
（４）上記（１）（２）（３）において、前記ブラケットの台枠への軸支位置を、集電装置の作用高さに係わらず前記集電舟の進行方向に加わるほぼ設定した荷重により、前記ブラケットが前記台枠に対して相対変位を生じるように選定する。
具体的には、釣合棒に加わる荷重方向に対するブラケットの台枠への軸支位置と釣合棒との間の鉛直距離と、釣合棒に加わる荷重の積が、釣合棒に加わる荷重の高さ方向の作用位置に係わらず、常に一定になるようにブラケットの台枠への軸支位置を選定する。
（５）上記（１）（２）（３）（４）において、上記弾性体の初期付勢量を調節する機構を設ける。そして、該機構により弾性体の初期付勢量を調節し、上記ブラケットが前記台枠に対し変位を生じ始める、前記集電舟に加わる進行方向の荷重を設定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下のように、検知する荷重の精度が高く、検知する荷重の設定が容易で、かつ、定常荷重に近い検知荷重の設定が可能で、また作業性の高い過負荷検知付集電装置を提供することが可能となり、集電舟への過負荷を検知し自動的に集電装置を降下させるシステムに好適な集電装置を得ることができる。
（１）ブラケットと台枠の間に弾性体を設け、集電舟に加わる進行方向の荷重が設定したある一定値までは上記ブラケットが台枠に対して相対変位せず、上記荷重が一定値を超えると台枠に対して相対変位するように、弾性体により一定の方向に付勢し、ブラケットが変位したとき、空気弁により圧力空気を大気に放出させ、過負荷を検知するようにしたので、精度よく集電舟に加わる荷重を検出し、保護動作を行うことができる。
また、上記弾性体の付勢量を調整することにより、検知する荷重を容易に設定することができる。
（２）上記空気弁を、ブラケットの相対変位がないとき圧力空気を放出させないための栓となるピストンと、該ピストンが嵌入されたシリンダとから構成することにより、過負荷を検知後、ピストンを元の状態に戻すことで、過負荷検知の前の状態に容易に復旧させることができる。
同様に、上記空気弁を、ブラケットの変位を検出する変位センサと、変位センサの出力を保持する自己保持回路と、自己保持回路の出力により動作する電磁弁から構成することにより、上記自己保持回路の自己保持を解除することで、過負荷検知の前の状態に容易に復旧させることができる。
（３）ブラケットの台枠への軸支位置を、集電装置の作用高さに係わらず前記集電舟の進行方向に加わるほぼ設定した荷重により、前記ブラケットが前記台枠に対して相対変位を生じるように選定することにより、集電舟に加わる外力の作用高さに係わらず、集電舟に同一の外力が加わったとき、過負荷を検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の第一の実施例を示す図であり、図２は図１のＡ部の拡大図である。
同図において、１は集電舟、２は上枠であり、集電舟１は上枠２の一方端に取り付けられ、上枠２の他端側には、中間ヒンジ４を介して下枠３が回動可能に取り付けられ、また、釣合棒５の一方端側が、上枠２の他方端にピン５ａを介して回動可能に取り付けられている。
また、下枠３の他端（下端）側は、台枠１６に取り付けられた支持部材１６ａに回動可能に軸支され、釣合棒５の他端（下端）側は、台枠１６にピン８により回動自在に軸支されたブラケット６に、ピン９により回動自在に軸支されている。
【００１２】
図２に図１のＡ部の詳細図を示す。
同図に示すように、集電舟１を支える枠組を構成する要素の一つである釣合棒５の下端は、ブラケット６にピン９により回転自在に軸支される。ブラケット６は、ピン８で台枠１６に回転自在に軸支され、ブラケット６と台枠１６に立設された支持部材７ａとの間には、ばね等から構成される弾性体７が取り付けられ、弾性体７とブラケット６の間には調整ねじ１０が設けられている。
弾性体７は、ブラケット６をピン８を軸として時計回り方向に回動させるように付勢する。すなわち、釣合棒５に過大な力が加わっていないときは、ブラケット６は図２の状態であり、弾性体７の弾性力によるピン８まわりのモーメントにより回転を拘束されて台枠１６と一体となっている。また、上記調整ねじ１０により、弾性体７のブラケット６への付勢力を調整することができる。
【００１３】
台枠１６には、ブラケット６のストッパとして機能する固定部材６ａが取り付けられ、固定部材６ａに設けられたシリンダ６ｂ内にピストン１１が嵌入している。シリンダ６ｂとピストン１１の間には空間６ｃが設けられ、空間６ｃは管路６ｄに連通している。管路６ｄは、図１に示すように、圧力スイッチ１４と、絞り１５ａを介して空気圧源１５に接続されている。
ピストン１１は、ブラケット６にボルト１３で締着されたストッパ１２で固定され、ピストン１１がシリンダ６ｂ内に嵌入しているとき、上記空間６ｃは所定の圧力に保持される。すなわち、上記ピストン１１とシリンダ６ｂは、空気圧源１５からの圧力空気を大気に放出しないように保持する空気弁を構成している。
【００１４】
弾性体７は、前記したようにブラケット６をピン８を軸として時計回り方向に回動させるように、あらかじめ撓んだ状態で取り付けられ、すなわち初期荷重が発生している。
そして、集電舟１に作用する検知荷重以下の荷重を受け、釣合棒５の荷重が増加しても、ブラケット６は図２に示すように台枠１６に固定されたままである。
ここで、集電舟１に飛来物２１が衝突する等で検知荷重以上の外力を受けると、釣合棒５に加わる荷重が増大する。そして、ピン８まわりのモーメントが弾性体７の弾性力によるピン８まわりのモーメントより大きくなると、ブラケット６はピン８を中心に、図１の矢印方向に回転し始める。
ブラケット６が回転すると、図３に示すようにピストン１１からストッパ１２が外れ、圧力空気によりピストン１１が放出されて同図に示す状態となり空気圧力が放出され、圧力スイッチ１４を動作させて過負荷を検知する。
【００１５】
本実施例の過負荷検知装置は上記構成であるので、過負荷を検知し、その後荷重が除去されると、弾性体７による弾性力でブラケット６は元の位置に復帰する。ピストン１１は放出されて元の状態に戻らないが、過負荷が検知されても集電装置の破損の程度が軽くて使用に問題ない場合、ピストンを元に戻すだけで復旧できる。
ピストンを戻すにはボルト１３を緩め、ストッパ１２を外し、ピストンを元の位置に戻して再びストッパ１２で固定するだけで可能であり、復旧作業は作業は極めて簡単である。
また、集電舟１への荷重が飛来物の衝突等、衝撃的に短時間に負荷される場合であっても、一度ピストン１１が放出されれば継続的に圧力空気を放出するため確実に減圧し、圧力スイッチを動作させることができ、過負荷を確実に検知することができる。
さらに、調整ねじ１０で検知する荷重の設定を容易に行うことができる。
【００１６】
図４は本発明の第２の実施例を示す図である。第１の実施例と圧力空気の放出方法のみ異なるものである。
すなわち、ブラケット６の変位を検出する変位センサ１７が台枠１６に取り付けられ、変位センサ１７の出力を自己保持する自己保持回路１８と、自己保持回路１８の出力により動作する電磁弁１９と、圧力スイッチ１４、絞り１５ａおよび空気圧源１５が設けられ、電磁弁１９が開放すると、空気圧源１５からの圧力空気が大気に放出される。
すなわち、本実施例では、上記変位センサ１７と、自己保持回路１８と電磁弁１９で空気圧源１５からの圧力空気を大気に放出しないように保持する空気弁を構成している。
その他の構成は前記図１に示したものと同様であり、集電舟１を支える枠組を構成する要素の一つである釣合棒５の下端を台枠１６に軸支するためのブラケット６は、ピン８で台枠１６に回転自在に軸支され、前述したように、弾性体７の弾性力によるピン８まわりのモーメントにより回転を拘束されて台枠１６と一体となっている。
弾性体７はあらかじめ撓んだ状態で取り付け、すなわち初期荷重が発生しており、集電舟１に作用する検知荷重以下の荷重を受け、釣合棒５の荷重が増加しても、ブラケット６は台枠に固定されたままである。
【００１７】
ここで、集電舟１に飛来物２１が衝突する等で検知荷重以上の外力を受けると、釣合棒５の荷重が増大する。そして、ピン８まわりのモーメントが弾性体７の弾性力によるピン８まわりのモーメントより大きくなると、ブラケット６はピン８を中心に回転し始める。  ブラケット６の回転変位を変位センサ１７が検知し、変位センサ１７の動作を自己保持回路１８により自己保持し電磁弁１９を開放させる。
電磁弁１９が動作すると、空気圧源１５からの圧力空気が放出されて減圧し、圧力スイッチ１４が動作し、過負荷が検知される。
上記のように自己保持回路１８を設けることで、集電舟１への荷重が飛来物の衝突等、衝撃的に短時間に負荷される場合であっても、継続的に圧力空気を放出させ、確実に過負荷を検知することができる。
【００１８】
本実施例の過負荷検知装置は上記構成であるので、前記第１の実施例と同様、過負荷を検知し、その後荷重が除去されると、弾性体７による弾性力でブラケット６は元の位置に復帰する。そして、過負荷が検知されても集電装置の破損の程度が軽くて使用に問題ない場合は、自己保持回路１８の自己保持を解除することで、復旧でき、復旧作業は作業は極めて簡単である。
また、集電舟１への荷重が飛来物の衝突等、衝撃的に短時間に負荷される場合であっても、自己保持回路１８により、変位センサ１７の動作が保持され、継続的に圧力空気を放出するため確実に減圧し、圧力スイッチを動作させることができ、過負荷を確実に検知することができる。さらに、調整ねじ１０で検知する荷重の設定を容易に行うことができる。
【００１９】
次に、上記第１、第２の実施例の構成において、どの作用高さにおいても一定の外力を検知できるようにするための方策について図５により説明する。
前述のとおり集電舟１にある同一の外力を負荷したときの集電装置の作用高さによる釣合棒の荷重変化は、図９に示すとおりほぼ作用高さに比例して変化するが、釣合棒荷重が作用高さに応じて変化しても、ピン８まわりのモーメントが常に一定となるようにすれば検知荷重は一定とすることができる。
それにはピン８と作用高さによって角度の変わる釣合棒５との鉛直距離変化が釣合棒の荷重変化と反比例するような位置にピン８を選び、釣合棒荷重とピン８と釣合棒の鉛直距離の積を一定とすることで可能となる。
図５に示すとおり、作用高さが高い位置での釣合棒５の荷重をＦA 、低い位置での釣合棒５の荷重をＦB 、釣合棒５に加わる荷重方向に対するピン８と釣合棒５の鉛直距離をそれぞれα，β、弾性体７の初期荷重をＦK 、弾性体７の付勢方向に対する弾性体７とピン８との鉛直距離をγとしたとき、以下の関係が成り立つ位置にピン８の中心を設けることで作用高さに依らず、検知荷重は一定となり、高い検知精度を得ることが可能となる。
ＦA ・α≒ＦB ・β≒ＦK ・γ
なお、弾性体７による初期荷重は、調整ねじ１０でたわみ量を変えることで任意に調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】図１のＡ部の詳細図である
【図３】本発明の第１の実施例についての動作を説明する図である
【図４】本発明の第２の実施例を示す図である
【図５】本発明の実施例において、どの作用高さにおいても一定の外力を検知できるようにするための方策を説明する図である。
【図６】従来技術の実施例の構成を示す図である
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図の第１の例である
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図の第２の例である
【図９】集電装置にある荷重が負荷された際の作用高さと釣合棒荷重の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    集電舟
２    上枠
３    下枠
４    中間ヒンジ
５    釣合棒
５ａ  ピン
６    ブラケット
６ａ  固定部材
６ｂ  シリンダ
６ｃ  空間
６ｄ  管路
７    弾性体
８    ピン
９    ピン
１０  調整ねじ
１１  ピストン
１２  ストッパ
１３  ボルト
１４  圧力スイッチ
１５  空気圧源
１６  台枠
１７  変位センサ
１８  自己保持回路
１９  電磁弁
２０  架線
２１  飛来物
【図１】
2007236104.tif 000003
【図２】
2007236104.tif 000004
【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】
2007236104.tif 000009
【図８】
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【図９】
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