(57)【要約】【課題】鉄道車両の集電装置において、走行中に制御装置が故障しても架線への過大な接触力を抑制して架線の損傷を防止し、その後に低速で車両を継続走行できるようにすること。【解決手段】鉄道車両の集電装置５０は、架線に接触する集電体６０と、集電体６０を支持する絶縁碍子４と、絶縁碍子４を下側から支持し且つ集電体６０と架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構６２とを備える。駆動機構６２は、能動的な動力を用いて当該駆動機構を上下動させる上下動駆動源３４０、３７０と、動力を必要としない駆動源３２８、３１５とを備えると共に、駆動機構６２の被駆動部分に対し下向きの作用力を少なくとも走行中に発生させる駆動源３９２、３８２を付与して構成されている。【選択図】図１
2007282344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架線に接触する集電体と、
前記集電体を支持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子を下側から支持し且つ前記集電体と前記架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構とを備え、
前記駆動機構は、能動的な動力を用いて当該駆動機構を上下動させる上下動駆動源と、動力を必要としない駆動源とを備える、鉄道車両の集電装置であって、
前記駆動機構の被駆動部分に対し下向きの作用力を少なくとも走行中に発生させる駆動源を付与したこと、
を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【請求項２】
架線に接触する集電体と、
前記集電体を支持する絶縁碍子と、
前記絶縁碍子を下側から支持し且つ前記集電体と前記架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構とを備え、
前記駆動機構は能動的な動力を用いて当該駆動機構を上下動させる上下動駆動源を備え、
前記駆動機構は、前記絶縁碍子を下側から支持して上下動する第１駆動機構と、前記第１駆動機構を下側から支持して上下動する第２駆動機構とを備え、
前記上下動駆動源は、前記第１駆動機構を上下に能動的に駆動する第１上下動駆動源と、前記第２駆動機構を上下に能動的に駆動する第２上下駆動源とを備える、鉄道車両の集電装置であって、
前記駆動機構は、当該駆動機構を上方へ駆動する上昇用ばねと、当該駆動機構を下方へ駆動する下降用ばねとを備え、
前記上昇用ばねは、前記集電体、前記絶縁碍子及び前記駆動機構等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力に加えて、架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力を保有しており、
前記下降用ばねは、前記駆動機構に係着可能な着脱機構を介して取り付けられると共に、前記上昇用ばねによる架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力より大きな下降力を保有していること、
を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の鉄道車両の集電装置において、前記上昇用ばねは、前記第１駆動機構を上方へ駆動する第１上昇用ばねと、前記第２駆動機構を上方へ駆動する第２上昇用ばねとを備え、前記下降用ばねは、前記第１駆動機構を下方へ駆動する第１下降用ばねと、前記第２駆動機構を下方へ駆動する第２下降用ばねとを備え、前記第１下降用ばねは前記第１駆動機構に着脱可能とされた第１着脱機構を介して取り付けられ、前記第２下降用ばねは前記第２駆動機構に着脱可能とされた第２着脱機構を介して取り付けられ、前記第１上昇用ばね及び前記第２上昇用ばねは、前記集電体、前記絶縁碍子、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力に加えて、架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力を保有していること、を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両の集電装置において、前記第１着脱機構は、前記第１駆動機構との結合を一度解除すると、第１駆動機構を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できるクラッチで構成され、前記第２着脱機構は、前記第２駆動機構との結合を一度解除すると、第２駆動機構を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できるクラッチで構成されていること、を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【請求項５】
請求項３に記載の鉄道車両の集電装置において、前記第１上下駆動源は、車両停止中には、前記第１下降用ばねの下降力と同じ力の上昇力を有するように制御されると共に、走行中には、この停止中の上昇力に加えて、前記集電体と前記架線との接触力の変動を抑制する上昇力または下降力を有するように制御され、前記第２上下駆動源は、車両停止中には、前記第２下降用ばねの下降力と同じ力の上昇力有するように制御されると共に、走行中には、この停止中の上昇力に加えて、前記集電体と前記架線との接触力の変動を抑制する上昇力または下降力を有するように制御されること、
を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【請求項６】
請求項２に記載の鉄道車両の集電装置において、前記第１駆動機構及び第２駆動機構は分割された上カバー、中間カバー及び下カバーにより覆われ、これらの分割された上カバー、中間カバー及び下カバーは相互に伸縮自在に滑動するように構成されていること、を特徴とする鉄道車両の集電装置。
【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、特に高速走行する鉄道車両の集電装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の集電装置としては、例えば特開平１０−２４８１１１号公報（特許文献１）に示されたものがある。この特許文献１の集電装置は、架線に接触する集電用摺り板と、集電用摺り板をばね機構で支持する双方向翼形集電体と、双方向翼形集電体を絶縁支持する碍子部材と、碍子部材を支持する駆動機構と、駆動機構を覆う駆動カバーと、駆動機構を動作させる制御装置とを備えて構成されている。
【０００３】
その制御装置は、駆動機構上に設けた力検出器から出力する力信号と、力検出器の上部と下部に設置した２つの加速度計から出力する２つ加速度信号と、駆動機構に設けた変位計から出力する変位信号との少なくとも４つの検出量を入力して、架線と集電用摺り板との間に作用する推定接触力を求めて駆動機構に伝達するように構成されている。
【０００４】
この特許文献１では、この信号を基に上下方向の加振力を駆動機構で発生し、能動的に被駆動部分を加振している。また、鉄道車両が高速走行すると、集電用摺り板、双方向翼形集電体、駆動カバー及び碍子部材などに空気流れが当ってこれらに上向きの揚力が働くが、駆動機構を制御装置で能動的に制御しているので、これらの揚力と被駆動部分の質量に基づく慣性力を抑制して、架線と集電用摺り板との離線率の低減、及び、その両者の摩耗量の低減を図ることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４８１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の集電装置では、駆動機構が能動的に制御されている場合は、被駆動部分に制御された駆動力を与えることで、架線と集電用摺り板とが一定の力で接触するようにできるが、走行中に被駆動部分への能動的な制御装置が故障した場合は、上述の揚力や慣性力によって、被駆動部分が上方に移動し、架線と集電用摺り板との接触力が瞬間的に過大になり、架線を損傷してしまうおそれがあるという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、走行中に駆動機構を能動的に制御する制御装置が故障しても架線への過大な接触力を抑制することにより架線の損傷を防ぐことができると共に、その後に低速で車両を継続走行させることができる鉄道車両の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】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、架線に接触する集電体と、
前記集電体を支持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子を下側から支持し且つ前記集電体と前記架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構とを備え、前記駆動機構は、能動的な動力を用いて当該駆動機構を上下動させる上下動駆動源と、動力を必要としない駆動源とを備える、鉄道車両の集電装置であって、前記駆動機構の被駆動部分に対し下向きの作用力を少なくとも走行中に発生させる駆動源を付与したものである。
【０００９】
また、本発明の第２の態様は、架線に接触する集電体と、前記集電体を支持する絶縁碍子と、前記絶縁碍子を下側から支持し且つ前記集電体と前記架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構とを備え、前記駆動機構は能動的な動力を用いて当該駆動機構を上下動させる上下動駆動源を備え、前記駆動機構は、前記絶縁碍子を下側から支持して上下動する第１駆動機構と、前記第１駆動機構を下側から支持して上下動する第２駆動機構とを備え、前記上下動駆動源は、前記第１駆動機構を上下に能動的に駆動する第１上下動駆動源と、前記第２駆動機構を上下に能動的に駆動する第２上下駆動源とを備える、鉄道車両の集電装置であって、前記駆動機構は、当該駆動機構を上方へ駆動する上昇用ばねと、当該駆動機構を下方へ駆動する下降用ばねとを備え、前記上昇用ばねは、前記集電体、前記絶縁碍子及び前記駆動機構等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力に加えて、架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力を保有しており、前記下降用ばねは、前記駆動機構に係着可能な着脱機構を介して取り付けられると共に、前記上昇用ばねによる架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力より大きな下降力を保有しているものである。
【００１０】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記上昇用ばねは、前記第１駆動機構を上方へ駆動する第１上昇用ばねと、前記第２駆動機構を上方へ駆動する第２上昇用ばねとを備え、前記下降用ばねは、前記第１駆動機構を下方へ駆動する第１下降用ばねと、前記第２駆動機構を下方へ駆動する第２下降用ばねとを備え、前記第１下降用ばねは前記第１駆動機構に着脱可能とされた第１着脱機構を介して取り付けられ、前記第２下降用ばねは前記第２駆動機構に着脱可能とされた第２着脱機構を介して取り付けられ、前記第１上昇用ばね及び前記第２上昇用ばねは、前記集電体、前記絶縁碍子、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力に加えて、架線と集電体の間の接触力を所定の値にするための上昇力を保有していること。
（２）前記第１着脱機構は、前記第１駆動機構との結合を一度解除すると、第１駆動機構を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できるクラッチで構成され、前記第２着脱機構は、前記第２駆動機構との結合を一度解除すると、第２駆動機構を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できるクラッチで構成されていること。
（３）前記第１上下駆動源は、車両停止中には、前記第１下降用ばねの下降力と同じ力の上昇力を有するように制御されると共に、走行中には、この停止中の上昇力に加えて、前記集電体と前記架線との接触力の変動を抑制する上昇力または下降力を有するように制御され、前記第２上下駆動源は、車両停止中には、前記第２下降用ばねの下降力と同じ力の上昇力有するように制御されると共に、走行中には、この停止中の上昇力に加えて、前記集電体と前記架線との接触力の変動を抑制する上昇力または下降力を有するように制御されること。
（４）前記第１駆動機構及び第２駆動機構は分割された上カバー、中間カバー及び下カバーにより覆われ、これらの分割された上カバー、中間カバー及び下カバーは相互に伸縮自在に滑動するように構成されていること。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鉄道車両の集電装置によれば、走行中に駆動機構を能動的に制御する制御装置が故障しても架線への過大な接触力を抑制することにより架線の損傷を防ぐことができると共に、その後に低速で車両を継続走行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、それぞれの実施例を適宜に組み合わせることにより、より効果的なものとすることができる。
（第１実施例）
まず、本発明の第１実施例における鉄道車両の集電装置を図１から図１１を用いて説明する。
【００１３】
まず、本実施例の集電装置の全体構成に関して図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例における鉄道車両の集電装置の側面図、図２は図１の集電装置に用いられる集電体６０の底面図である。
【００１５】
本実施例の集電装置５０は、架線（図示せず）に接触する集電用摺り板２を配した集電用舟体１を有する集電体６０と、この集電体６０を支持する絶縁碍子４と、この絶縁碍子４を下部側より支持して上下に駆動し、集電用摺り板２と架線との接触を保持する駆動機構（図１８の６２）と、駆動機構を覆う駆動カバー７０と、を備えて構成されている。この集電装置５０は、車両本体（図示せず）の屋根より上方に突出するように設置され、車両本体の走行と共に移動されるものである。
【００１６】
集電体６０は、上面に設けられた集電用摺り板２及び下面に設けられた集電用舟体１と、集電用舟体１の端部に設けられたホーン３とを備えて構成されている。集電体６０は導電性材料で形成され、絶縁碍子４で支持されている。集電用舟体１及び集電用摺り板２は、車両進行方向に交差する方向に長く延びる帯状に形成されている。
【００１７】
絶縁碍子４は、集電体６０と駆動機構との間の電気的絶縁を確保するとともに、中央中空部（図示せず）に高圧可撓性絶縁被覆導電体（図１８の２０１）を通して集電体６０から車両内部への通電が行なえるようになっている。
【００１８】
絶縁碍子４は、駆動機構で支持され、駆動機構によって集電体６０と共に上下動されると共に、車両走行時に生ずる空気流によって上向きの揚力が発生する上面４ａを有している。
【００１９】
この揚力は集電体６０を上方に持ち上げる力として作用する。
【００２０】
駆動機構は、制御装置（図示せず）により能動的に制御され、車両走行時に架線と集電用摺り板２との接触状態に応じて集電体６０を上昇下降運動させ、架線と集電用摺り板２との確実な接触と適切な接触力の確保を図るためのものである。即ち、この駆動機構は、架線の上下の変動や集電装置５０に作用する揚力の変動などがあっても、架線と集電用摺り板２との確実な接触と適切な接触力の確保を図るように制御されている。なお、駆動機構としては、図１８に示す駆動機構の他に、特許文献１の駆動機構、その他の公知の駆動機構、その他の駆動機構が適用可能である。
【００２１】
駆動カバー７０は、上下動可能な上カバー１１及び中間カバー１２と、車両本体の屋根上面に固定された下カバー１３とから構成され、相互に滑動可能に構成されている。
【００２２】
上カバー１１は絶縁碍子４を駆動する第一の駆動機構（図１８の６３）を下部側から支持する第二の駆動機構（図１８の６４）に保持され、第二の駆動機構と共に上下する。
【００２３】
従って、絶縁碍子４と上カバー１１とは別の運動をするので、その間には、お互いに相対的な運動を許容する機構（図１３の７１）を設けている。
【００２４】
また、中間カバー１２は上カバーに連動して上下動する構造となっている（図示せず）。
上カバー１１は車両走行時に上向きの揚力が発生する上面１１ａを有しており、この揚力は第二の駆動機構及び絶縁碍子４を介して集電体６０を上方に持ち上げる力として作用する。
【００２５】
次に、集電体６０の詳細について図２から図７を参照しながら説明する。図３は本実施例の集電体６０の中央縦断面図、図４は図３の凸条部２１を拡大して示す図、図５は図２の凸条部２１を拡大して示す図、図６は図５の凸条部２１の変形例１を示す図、図７は図５の凸条部２１の変形例２を示す図である。なお、図４は便宜上凸条部２１を上向きに図示してあり、図４（ａ）が図３の拡大図であり、図４（ｂ）がその変形例である。
【００２６】
集電用舟体１は、車両進行方向における舟体前縁部１ａおよび舟体後縁部１ｂを略鉛直面に形成し、舟体前縁部１ａと舟体後縁部１ｂとの間の中央部が下方に最も突出する円弧面で下面１ｃを形成し、下面１ｃの前後に位置して車両進行方向に交差する方向に連続して設置され凸条部２１を形成している。
【００２７】
舟体前縁部１ａおよび舟体後縁部１ｂは前後対称に形成され、集電用舟体１の下面１ｃは前後対称に形成されている。凸条部２１は、集電用舟体１の下面１ｃの中央部に対して、前後対称で且つ左右対称に、合計４つ設けられている。鉄道車両が一般に往復走行されることに伴って集電用舟体１の前後が逆になって移動されるため、集電用舟体１は前後対称に構成される。
【００２８】
各凸条部２１は、車両進行方向に交差する方向に対して交互に逆向きに傾斜する傾斜部２１ａ、２１ｂを有し（換言すれば、波形形状に形成され）、集電用舟体１の前縁部１ａ及び後縁部１ｂの近傍に沿って連続して設置されている。各傾斜部２１ａ、２１ｂは、図５に示すように、車両進行方向（流れ方向）の寸法をＬとし、車両進行方向に交差する方向（幅方向）の寸法をＷとしている。幅方向の寸法Ｗは集電体６０の鉛直上下方向の厚さとほぼ等しいＷ＝６０ｍｍとし、流れ方向の距離Ｌは下向き揚力の発生量を考えてＬ＝３０ｍｍとしてある。
【００２９】
なお、凸条部２１の形状としては、図６に示すような円弧状の傾斜部２１ａ、２１ｂを有する変形例１、図７に示すような各傾斜部２１ａ、２１ｂの間に分離部２１ｃを有する変形例２の形態も考えられる。これらの変形例１、２においても、後述する凸条部２１による流れの乱流遷移促進効果、渦の規則性の破壊効果は、同等に発揮されるので、集電舟体１による下向きの流体力の発生および騒音低減効果を得ることができる。
【００３０】
次に、係る集電装置５０の動作、機能に関して図１から図１１を参照しながら説明する。
図８は従来の一般的な集電体６０の説明図、図９は本実施例における凸条部２１がない場合の集電体６０の説明図、図１０は図３及び図９の集電体６０の騒音特性を示す図、図１１は図３及び図９の集電体６０における揚力（下向き流体力）特性図である。
【００３１】
鉄道車両が走行して集電装置５０が移動されると、上カバー１１の上面１１ａを流れる空気流により上カバー１１に上向きの揚力を発生させると共に、絶縁碍子４の上面４ａを流れる空気流により絶縁碍子４に上向きの揚力を発生させる。これらの揚力によって集電体６０が上方に持ち上げられ、架線と集電用摺り板２との接触力が増加するように作用する。
【００３２】
一方、集電用舟体１の下面を流れる空気流により集電体６０を下方に押し下げる下向きの流体力が発生する。即ち、中央部が下方に突出する円弧面で集電用舟体１の下面が形成されているため、集電体６０の下面と上面とを流れる空気流は上下で非対称となり、集電用舟体１の下面の流れに着目すると、その流れは集電用舟体１の下面の円弧面上で加速されるため、流体力学の一般的法則であるベルヌーイの法則により集電用舟体１の下面側の流れの圧力が下がる。その結果、集電体６０の上面と下面とに圧力差が生じ、集電体６０に下向きの流体力が働くことになる。なお、従来の一般的な集電体６０は、図８に示すような四角断面となっているため、集電体６０周りの流れを時間平均で見ると、上下対称となって集電体６０の鉛直上面と下面との流れの圧力値はほぼ同じであり、集電体６０に上
下方向の流体力は働かないが、カルマン渦１０３により大きな空力騒音（エオルス音）が発生する。
【００３３】
また、集電用舟体１の車両進行方向における舟体前縁部１ａおよび舟体後縁部１ｂを略鉛直面に形成し、集電用舟体１の下面の前後に位置して車両進行方向に交差する方向に連続して凸条部２１を形成しているので、集電用舟体１の下面１ｃの円弧面によって発生する下向きの流体力を安定させることができると共に、集電用舟体１の後流に発生する渦の規則性を壊すことにより騒音を低減できる。
【００３４】
かかる安定した下向きの流体力の発生及び騒音低減のメカニズムについて説明する。
【００３５】
鉄道車両が例えば１５０ｋｍ／ｈ以上の高速で走行して集電用舟体１への流れが乱流の場合、言い換えれば、集電用舟体１に例えば１５０ｋｍ／ｈ以上の高速の流れがあたる状態では、上述の通りに流れが集電用舟体１の下面１ｃの円弧面上で加速し、圧力が下がることで下向きの流体力が発生する。一方、鉄道車両が例えば１５０ｋｍ／ｈ以下の低速で走行して集電用舟体１への流れが層流の場合、言い換えれば、集電用舟体１に例えば１５０ｋｍ／ｈ以下の低速の流れがあたる状態では、図９に模式的に示すように、その流れ１０１が舟体下面１ｃの円弧面上の途中で舟体下面１ｃから離れて剥離領域１０２を形成してしまう。そのため、舟体下面１ｃにおいて圧力の低下量が小さくなり、その結果として下向きの流体力が小さくなると共に、剥離領域１０２による空力騒音が発生する。
【００３６】
このように、下向きの流体力は流れが層流か乱流かで大きく異なるため、集電用舟体１に下向きの流体力を安定して発生させるためには、舟体表面の流れを強制的に乱流にする必要がある。
【００３７】
そこで、本実施例では、舟体下面１ｃの円弧面上に凸条部２１を設けることにより、舟体下面１ｃの流れを層流から乱流に強制的に遷移させることとしている。また、本実施例では、車両進行方向の後ろ側においても同様の凸条部２１を設けることにより、この部分で流れを強制的に剥離させることにしている。これらのようにすることで、車両進行方向の前側の凸条部２１と後ろ側の凸条部２１との間の領域では、走行速度に関わらず安定した乱流となっており、舟体下面１ｃに貼り付いた流れとなるために、安定した下向きの流体力が集電用舟体１に発生する。従って、低速走行時においても集電用舟体１に下向きの流体力を安定して発生させることができる。なお、上流側と下流側とに設置した凸条部２１の間隔を変えることで、集電舟体１に発生する下向きの流体力を調節することが可能である。
【００３８】
なお、凸条部２１の側方から見た場合の断面図を図４に示す。凸条部２１の高さＨは、流れの層流境界層の排除厚さから決定される値であり、乱流とする必要の走行速度においての、流れの排除厚さと同等以上の寸法とする。凸条部２１の先端側は、騒音の面から図４（ａ）に示すような円弧状が好ましいが、図４（ｂ）に示すような角部を曲面取りした形状でもよい。
【００３９】
さらには、舟体下面１ｃの流れをより確実に乱流に遷移させることを目的として、車両進行方向の前後面を略鉛直面とし、舟体下面１ｃの円弧面との接合部をエッジ形状とすることにより、この部分でも流れを微小に剥離させて流れを乱し、乱流に遷移しやすい状態としている。
【００４０】
続いて、集電体６０の騒音低減メカニズムについて説明する。
【００４１】
従来の一般的な集電体６０のような細長い四角断面の構造物が流れの中に置かれた場合、図８に示すように集電体６０の形状、代表寸法、および流れの速度に依存した、一定周期の渦１０３が構造物の下流側に規則的に発生する。この渦１０３はカルマン渦としてよく知られており、この渦１０３が発生すると、規則的な圧力変動が集電体６０の表面に生じて大きな空力騒音（エオルス音）を発生することが知られている。
【００４２】
この空力騒音を低減するには、流れの規則性を壊すことが有効であることから、本実施例では、図２に示すように、前述の舟体下面１ｃの円弧面上に設置する凸条部２１が車両の進行方向に交差する方向に対して交互に逆向きに傾斜する傾斜部２１ａ、２１ｂを有するように形成している。即ち、上流側１列目の凸条部２１は交互に逆向きに傾斜する傾斜部２１ａ、２１ｂにより舟体下面１ｃの流れを層流から乱流に遷移させ、下流側２列目の凸状突起２１は、流れが舟体下面１ｃから剥がれる位置が傾斜部２１ａ、２１ｂにより車両進行方向と交差する方向で異ならせることで、発生する渦の規則性を壊している。その結果、カルマン渦の強度が低減でき、エオルス音が低減できる。
【００４３】
舟体下面１ｃを凸形状とし、車両進行方向の前後の略鉛直面１ａ、１ｂと舟体下面１ｃとでエッジを構成した場合において、（１）舟体下面１ｃに凸条部２１を設置していない場合（図中では凸条部なし（図９）と記載）、（２）車両進行方向に略垂直な方向に対して交互に逆向きに傾斜する傾斜部２１ａ、２１ｂを有する凸条部２１を舟体下面１ｃに設置した場合（図中では凸条部あり（図３）と記載）の騒音測定結果を図１０に示す。図１０の横軸は音の周波数、縦軸は騒音レベル（ｄＢＡ）を示す。図１０から明らかなように、本実施例の集電体６０では約５００Ｈｚ付近の騒音ピーク値が大幅に低減されている。
【００４４】
また、図１１に、図１０と同様の集電体６０における、下向きの流体力値を示す。
【００４５】
図１１の下向き流体力値を見ると、凸条部なしの場合、集電体６０にほとんど下向き流体力が発生していないことがわかる。一方、本実施例の凸条部２１を設置することで、集電体６０に大きな下向きの流体力が発生していることがわかる。これは、上述のように、舟体下面１ｃの円弧面上で、凸条部２１により流れが乱流に遷移して、舟体下面１ｃに貼り付いて流れているからである。
【００４６】
図１０の騒音レベルを見ると、波型の凸条部２１の場合には、車両進行方向に略垂直な方向で、渦の規則性が壊れ、位相がずれるため、エオルス音を低減できており、凸条部２１なしと比べて騒音が大幅に低減していることがわかる。
【００４７】
本実施例によれば、架線に接触する集電用摺り板２を配した集電用舟体１を有する集電体６０と、集電体６０を支持する絶縁碍子４と、絶縁碍子４を上下に駆動して集電用摺り板２と架線との接触を保持する駆動機構とを備え、集電用舟体１の車両進行方向における前縁部１ａおよび後縁部１ｂを略鉛直面に形成し、前縁部１ａと後縁部１ｂとの間の中央部が下方に最も突出する円弧面で集電用舟体２の下面１ｃを形成し、集電用舟体１の下面１ｃの前後に位置して車両進行方向に交差する方向に連続して凸条部２１を形成したので、走行中に駆動機構を能動的に制御する制御装置が故障しても、集電体６０には常に下向きの流体力が作用しているので、集電体６０他の被駆動部分の質量による上向きの慣性力を打ち消して、結果として架線に過大な力が加わらず、断線を防ぐ。
【００４８】
また、駆動機構が動力を用いて能動的に制御される駆動源と共に、動力を必要としない駆動源（例えばばね等）が併設されている場合は、制御装置の故障後、動力を必要としない駆動源により集電用摺り板２と架線との接触が保持され、たとえば１５０ｋｍ／ｈ程度の低速での継続走行が可能となると同時に車両走行時の空力騒音を低減することができる。
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例における鉄道車両の集電装置５０について図１２から図１５を用いて説明する。図１２は本発明の第２実施例における鉄道車両の集電装置５０の側面図、図１３は図１２の平面図、図１４は図１２の正面図、図１５は第２実施例の集電装置５０の変形例を示す側面図である。この第２実施例は、次に述べる上カバー１１に翼２２を設けている点で第１実施例と相違するものであり、駆動機構等、その他の全体構成については第１実施例と基本的には同一である。
【００４９】
まず、第１実施例の全体構成に掛かる説明で、詳細を述べていなかった点に付いて図１３に示す集電装置５０の平面図において説明する。
【００５０】
第１実施例において述べたように、絶縁碍子４は第一の駆動機構により駆動され、上カバーは第一の駆動機構を下部側から支持する第二の駆動機構に保持されている。従って、絶縁碍子４と上カバー１１は異なる運動をする事になる。図１３に示すように楕円環形状をした可撓性ダイヤフラム７１の内径側と、絶縁碍子４を下部側から保持する第一フレーム３０５とが結合されており、可撓性ダイヤフラム７１の外径側と上カバー１１が結合されている。
【００５１】
この可撓性ダイヤフラムは内径側と外径側が相対変形出来るように可撓性のある材料（例えばゴム等）の型成形品で製作された物である。この様に製作された可撓性ダイヤフラムを介在させる事により、絶縁碍子４と上カバー１１の異なる運動を許容することが出来る様に成る。
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例に於ける鉄道車両の集電装置５０について図１６及び図１７を用いて説明する。図１６は本発明の第３実施例における鉄道車両の集電装置５０に用いる絶縁碍子４の側面図、図１７は図１６の平面図である。この第３実施例は、次に述べる絶縁碍子４が第１実施例と相違するものであり、駆動機構等、その他の全体構成については第１実施例と基本的には同一である。
【００５２】
この第３実施例では、集電装置５０の構成部品の一つである絶縁碍子４の上部金具５の、車両進行方向に対して左右側面それぞれに、下向きに凸形状の翼２３を設置し、下向きの流体力を発生させている。鉄道車両は、進行方向が、前後進両方向の運転を行なうので、翼２３の形状は略前後対称とする必要がある。
【００５３】
絶縁碍子４では、絶縁碍子上面４ａにおいて流れが加速することにより圧力が下がり、その結果として絶縁碍子４に上向きの揚力が発生する。絶縁碍子４に働く揚力を打ち消すためには、この揚力と同程度の大きさで下向きの流体力を発生させる必要がある。そのため、絶縁碍子４の、車両進行方向に対して左右側面に、鉛直下向きに凸形状の翼２３を設置している。鉛直下向きに凸形状の翼２３において、翼２３の鉛直下面側では流れが加速して圧力が下がり、鉛直上面側では流れが減速して圧力が上がるため、その結果として、翼２３には下向きの流体力が発生する。また、図１７に示すように、この翼２３自体が空力騒音を発生しないように、翼形状を鉛直上方から見た場合に、円弧状としている。
【００５４】
このようにすることにより、翼２３の車両進行方向の前縁部および後縁部は、車両進行方向に対して絶えず位置がずれることになるため、空力騒音の発生要因である、翼２３で発生する渦の規則性が壊れ、騒音が小さくなる。
【００５５】
また、車両進行方向に対して左右側面に設置する翼２３の異なる形状として、図１５に示す駆動カバー１１の場合の符号２２と同様に、設置する翼２３の鉛直上面側は略水平とし、上面の流れを乱さない形状としてもよい。この場合において、翼２３の鉛直下面側では、図１２に示す翼２３と同様に、流れの加速により圧力が低下するため、図１６に示す翼２３よりは発生する下向きの流体力は小さくなるが、空力騒音の小さな形状となる。
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例の鉄道車両の集電装置について図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は本発明の一実施例の鉄道車両の集電装置の駆動機構６２が伸長している状態の内部構造を示す図であり、図１９は図１８の駆動機構６２における第１駆動機構６３の拡大図である。
【００５６】
鉄道車両の集電装置５０は、架線に接触する集電体６０と、集電体６０を支持する絶縁碍子４と、絶縁碍子４を下側から支持し且つ集電体６０と架線との接触を保持する様に駆動する駆動機構６２と、駆動機構６２を能動的に制御する制御装置（図示せず）とを備えて構成されている。集電体６０は、集電用舟体１、集電用摺り板２、及びホーン３から構成されている。
【００５７】
駆動機構６２は、絶縁碍子を下側から支持して上下動する第１駆動機構６３と、第１駆動機構６３を下側から支持して上下動する第２駆動機構６４とから構成されている。駆動機構６２は、能動的に駆動力を制御される上下動駆動源３４０、３７０と、能動的に駆動力を制御されるものではなく一定の上昇力を有する上昇用ばね３２８，３１５と、能動的に駆動力を制御されるものではなく一定の下降力を有すると共に着脱可能とされる下降用ばね３９２、３８２とからなる駆動源を備えている。
【００５８】
第１駆動機構６３は、第１フレーム３０５と、第１上下動リンク機構３６５と、第１伝達リンク機構６６と、制御装置により能動的に制御されるアクチュエータで構成される第１上下動駆動源３４０と、動力を必要としない第１上昇用ばね３２８と、動力を必要としない第１下降用ばね３９２と、を有して構成されている。
【００５９】
第２駆動機構６４は、第２フレーム３０６と、第２上下動リンク機構３６７と、第２伝達リンク機構６８と、例えば能動的に制御されるアクチュエータで構成される第２上下動駆動源３７０と、動力を必要としない第２上昇用ばね３１５と、動力を必要としない第２下降用ばね３８２と、を有して構成されている。
【００６０】
第１駆動機構６３は第１フレーム３０５と第２フレーム３０６との間に構成されている。第１フレーム３０５は水平状態を保持したまま鉛直方向に上昇下降運動をするように設置され、絶縁碍子４を介して集電体６０を支持している。第１上下動リンク機構３６５は第１フレーム３０５の両端を支持して上昇下降運動させるように一対のリンク機構で構成されている。第１上下動駆動源３４０は走行状態に応じて能動的に制御された駆動力を出力して一対の第１上下動リンク機構３６５を駆動するように構成されている。第１伝達リンク機構６６は、一つの第１上下動駆動源３４０による動きを一対の第１上下動リンク機構３６５間で伝達して動きを同期させ、第１フレーム３０５の水平状態を維持した上昇下降運動をさせるために設けられている。
【００６１】
第２駆動機構６４は第２フレーム３０６と第３フレーム３０９との間に構成されている。第２フレーム３０６は、水平状態を保持したまま鉛直方向に上昇下降運動するように設置され、第１駆動機構６３を下側から支持している。第２上下動リンク機構３６７は第２フレーム３０６の両端を支持して上昇下降運動させるように一対のリンク機構で構成されている。第２上下動駆動源３７０は、走行状態に応じて能動的に制御された駆動力を出力して、一対の第２上下動リンク機構３６７の一方を駆動するように構成されている。第２伝達リンク機構６８は、一方の第２上下動リンク機構３６７の動きを他方の第２上下動リンク機構３６７に伝達して動きを同期させ、第２フレーム３０６の水平状態を維持した上昇下降運動をさせるために設けられている。第３フレーム３０９は車両の屋根上に取り付けられている。
【００６２】
第１駆動機構６３及び第２駆動機構６４は、図１８に示すように、分割された上カバー１１、中間カバー１２、下カバー１３により覆われている。この分割されたカバー１１、１２、１３は相互に伸縮自在に滑動する機構となっている。また、上カバー１１は第２フレーム３０６に固定されており（図示せず）、フレーム３０６の動きにあわせて上下に移動される。また、カバー１２はカバー１１に連動して上下に滑動する構造と成っている（図示せず）。カバー１３は第３フレーム３０９に固定されている。
【００６３】
第１上下動リンク機構３６５は、複数のレバー３２０、３２０ａ、３２１、３２１ａ、３２５、リニアガイド軸３２７、第１カム３２９ａが結合されて構成されている。レバー３２０及びレバー３２０ａとレバー３２１及びレバー３２１ａとは、集電体６０と絶縁碍子４の鉛直中心軸に対し前後対称に設置されている。レバー３２０、３２１の上端部は、回転軸４３０、４４５を介して第１フレーム３０５と回転可能に結合され、第１フレーム３０５を支持している。レバー３２０、３２１の下端部は、回転軸３３４、３３８を介してリニアガイド軸３２７に回転可能で且つ摺動可能に取り付けられている。なお、リニアガイド軸３２７は、第２フレーム３０６上に車両進行方向に回転軸３３４、３３８の必要な摺動ストロークを可能にする長さの物を設置している。
【００６４】
レバー３２０ａ、３２１ａの上端部は、回転軸４３２、４３７を介してレバー３２０、３２１の軸長の中間点に回転可能に結合されている。レバー３２０ａ、３２１ａの下端部は、回転軸４３５、４３９と固定され、回転軸４３５、４３９を介して第２フレーム３０６に対し回転可能に結合されている。レバー３２０ａ、３２１ａはそれぞれレバー３２０、３２１の１／２の軸長となっている。従って、レバー３２０ａとレバー３２０の下半部、及び、レバー３２１ａとレバー３２１の下半部とはそれぞれ二等辺三角形を形成している。さらに、レバー３２０ａとレバー３２０の上半部、及び、レバー３２１ａとレバー３２１の上半部も二等辺三角形を形成している。
【００６５】
係る構成にすると、回転軸４３０、４４５の中心点はレバー３２０と３２０ａ、及び、レバー３２１と３２１ａの回転と摺動運動に伴ない垂直に移動し、絶えず回転軸４３５、４３９の中心点の垂直線上に存在することとなる。
【００６６】
第１伝達リンク機構６６は、レバー３２２、３２３、３２４が相互に回転可能に結合されて構成されている。レバー３２２の下端部は回転軸４３５と固定されており、回転軸４３５を介してレバー３２０ａの下端部と一体に形成されており、レバー３２２は回転軸４３５を軸としてレバー３２０ａと一緒に同じ角度だけ回転する。レバー３２２の上端部は回転軸４３３を介してレバー３２３の左端部に回転可能に結合されている。レバー３２４の上端部は回転軸４３９と固定されており、回転軸４３９を介してレバー３２１ａの下端部と一体に形成されており、レバー３２４は回転軸４３９を軸としてレバー３２１ａと一緒に同じ角度だけ回転する。レバー３２４の下端部は、回転軸４４０を介してレバー３２３の右端部に回転可能に結合されている。ここで、回転軸４３３と回転軸４４０との関係は、一方が他方の上方にあればよく、図示例の逆の位置関係であってもよい。
【００６７】
このように、第１伝達リンク機構６６のレバー３２２、３２３、３２４を構成することにより、回転軸４３５と回転軸４３９とが互いに反対方向にほぼ同じ角度で回転することができる。
【００６８】
ここで、第１駆動機構６３による駆動力の発生と伝達関係についてさらに具体的に説明する。
【００６９】
この駆動力の発生源は、動力を必要としない駆動源である第１上昇用ばね３２８と、走行状態に応じて能動的に制御される第１上下動駆動源３４０である。第１上昇用ばね３２８は常時上昇の駆動力を第１フレーム３０５に与えるためのものであり、第１上下動駆動源３４０は走行状態に応じて上昇下降の駆動力を第１フレーム３０５に与えるためのものである。さらに、第１下降用ばね３９２が第１フレーム３０５を下降させる方向に力を与えている。
【００７０】
第１上昇用ばね３２８は、ばねの収縮する力により、第１フレーム３０５が上昇する方向に駆動力が発生するように設けられている。すなわち、第１上昇用ばね３２８の一端は第２フレーム３０６に回転可能に固定され、他端はワイヤ３２９を介して第１カム３２９ａの一点に固定されている。
【００７１】
従って、第１カム３２９ａには第１上昇用ばね３２８によるばねによる引張り力が常時作用している。また、第１カム３２９ａは回転軸４３５に固定されている。そして、第１カム３２９ａは回転軸４３５を介してレバー３２０ａの下端部と一体に形成されており、回転軸４３５を軸としてレバー３２０ａと一緒に同じ角度だけ回転するようになっている。
【００７２】
また、回転軸４３５は第２フレーム３０６に回転可能に保持されている。
【００７３】
一方、第１下降用ばね３９２は、ばねの収縮する力により、第１フレーム３０５が下降する方向に駆動力が発生するように設けられている。すなわち、第１下降用ばね３９２の一端は第２フレーム３０６に回転可能に固定されており、他端はレバー３９０の上端に回転可能に固定されている。
【００７４】
さらに、レバー３９０の回転中心軸と回転軸４３９の回転中心軸が同一となっており、レバー３９０の下端と回転軸４３９との間にクラッチ３９１（内部構造の詳細は図示せず）を設けて、回転軸４３９と着脱出来るようになっている。
【００７５】
従って、クラッチ３９１がつながっている状態ではレバー３９０は回転軸４３９を軸としてレバー３２１ａと一緒に同じ角度だけ回転するようになっている。また、必要に応じてクラッチ３９１は外部からの指令（図示せず）によりレバー３９０と回転軸４３９の結合を解除できる構成としている。
【００７６】
係る構成により、第１上昇用ばね３２８の収縮力はレバー３２０ａの回転運動を生じさせ、これによりレバー３２０が回転軸４３０を中心とした回転運動と回転軸３３４を中心とした回転運動及び摺動運動を行う。これによって、第１上昇用ばね３２８の収縮力は第１フレーム３０５の上昇運動に変換される。
【００７７】
このとき、第１伝達リンク機構６６の運動によりレバー３２１ａもレバー３２０ａと同じ角度で回転される。この回転により第１フレーム３０５は水平状態を維持して上昇運動が行われる。
【００７８】
下降運動についても同じ機構で逆方向の運動と力の伝達により可能となる。
【００７９】
ここで、第１上昇用ばね３２８により生じる上昇力と第１下降用ばね３９２により生じる下降力の相関関係について説明する。
【００８０】
第１上昇用ばね３２８により生じる上昇力は、集電体６０、絶縁碍子４、第１フレーム３０５、第１駆動機構６３等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力に加えて、架線と集電体６０の間の接触力を所定の値にするための上昇力を保有している。
【００８１】
一方、第１下降用ばね３９２は、前述した第１上昇用ばね３２８による上昇力のうち、架線と集電体６０の間の接触力を所定の値にするための上昇力以上の下降力を保有している。
【００８２】
従って、クラッチ３９１が結合している状態では、第１上昇用ばね３２８により生じる上昇力よりも第１下降用ばね３９２により生じる下降力と集電体６０、絶縁碍子４、第１フレーム３０５、第１駆動機構６３等の被駆動部分の質量に基づく重量による下降力の合計が勝ることになる。この状態に対し、他より力が加わらなければ被駆動部分は下降運動を行い、第１駆動機構６３は折り畳まれた状態を保持することになる。
【００８３】
他方、鉄道車両を線路上に留置する場合に、駆動機構６２を展伸して集電体６０と架線の接触を維持することが必要な場合がある。この場合はクラッチ３９１の結合を解除することにより、第１上昇用ばね３２８による上昇力の発生により被駆動部分は上昇し、集電体６０と架線が接触した状態を保持することができる。
【００８４】
また、クラッチ３９１が外部からの指令により回転軸４３９とレバー３９０の結合を一度解除すると、第１駆動機構６３を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できる構造としている。
【００８５】
さらに、第１上下動駆動源３４０による駆動力の発生と伝達関係について具体的に述べる。
【００８６】
第１上下動駆動源３４０は、架線の上下の変動に応じて集電体６０を上昇下降運動させて架線と集電体６０と架線との接触を適切に保持するために用いられるものである。第１上下動駆動源３４０の右端部が回転軸４４１を介して第２フレーム３０６に回転自在に結合されており、その左端部が回転軸４４２を介してレバー３２５に回転自在に結合されている。また、レバー３２５の他端は回転軸４３９に固定されており、回転軸４３９を介してレバー３２１ａ及びレバー３２４と一体に形成されると共に、回転軸４３９を軸としてレバー３２１ａ及びレバー３２４と一緒に同じ角度だけ回転する。また、回転軸４３９は第２フレーム３０６に回転自在に結合されている。
【００８７】
このような構成にすることによって、第１上下動駆動源３４０は第１フレーム３０５の上昇下降の力を発生させることができる。すなわち、上述した構成において、第１上下動駆動源３４０による駆動力でレバー３２５を引張る方向に動作させると、レバー３２１ａによりレバー３２１を押し上げる方向に回転力が発生する。これが、レバー３２１を直立させる方向の力となる。
【００８８】
このことにより、レバー３２１から第１フレーム３０５を上昇させる力が働く。このとき第１伝達リンク機構６６によりレバー３２０から第１フレーム３０５を上昇させる力が働く。また、逆に第１上下動駆動源３４０による駆動力でレバー３２５を押す方向に力が発生すると、第１フレーム３０５を下降させる力が働く。
【００８９】
このようにして、第１フレーム３０５は第１上下動駆動源３４０の駆動力により第２フレーム３０６との平行をほぼ保ちながら上昇下降運動を行うことができる。
【００９０】
ここで第１上昇用ばね３２８と第１下降用ばね３９２により生じる駆動力と第１上下動駆動源３４０による駆動力の相関関係について説明する。
【００９１】
前述したように、第１上下動駆動源３４０の駆動力が働かない状態で、クラッチ３９１が結合されている場合は、集電体６０、絶縁碍子４、第１フレーム３０５、第１駆動機構６３等の被駆動部分には、下降力が働いている。
【００９２】
そこで、このような系に対して、車両停止中に第１上下動駆動源３４０が発生する必要のある駆動力としては、この下降する力と同じ力の上昇力が必要となる。一方、走行中は、さらに集電体６０と架線との接触力の変動を抑制する上昇または下降の駆動力が必要となる。
【００９３】
次に、第２駆動機構６４について説明する。前記したように、第２フレーム３０６は第２駆動機構６４により下側から支持され、第３フレーム３０９で保持されると共に、第２フレーム３０６は第３フレーム３０９に対して平行を保ちながら上昇下降運動を行うように構成されている。
【００９４】
第２上下動リンク機構３６７は、複数のレバー３３０、３３０ａ、３３１、３３１ａ、３７１、リニアガイド軸３１１、第２カム３１３が結合されて構成されている。レバー３３０及びレバー３３０ａとレバー３３１及びレバー３３１ａとは、集電体６０と絶縁碍子４の鉛直中心軸に対し前後対称に設置されている。レバー３３０、３３１の上端部は、回転軸４０３、４１３を介して第２フレーム３０６と回転可能に結合され、第２フレーム３０６を下側から支持している。レバー３３０、３３１の下端部は、回転軸４０２、４１２を介してリニアガイド軸３１１に回転可能で且つ摺動可能に結合されている。なお、リニアガイド軸３１１は、第３フレーム３０９上に車両進行方向に回転軸４０２、４１２の必要な摺動ストロークを可能にする長さの物を設置している。
【００９５】
レバー３３０ａ、３３１ａの上端部は、回転軸４０４、４１４を介してレバー３３０、３３１の軸長の中間点に回転可能に結合されている。レバー３３０ａ、３３１ａの下端部は、回転軸４０１、４１１と固定され、回転軸４０１、４１１を介して第３フレーム３０９上に対し回転可能に結合されている。レバー３３０ａ、３３１ａはそれぞれレバー３３０、３３１の１／２の軸長となっている。従って、レバー３３０ａとレバー３３０の下半部、及び、レバー３３１ａとレバー３３１の下半部とはそれぞれ二等辺三角形を形成している。さらに、レバー３３０ａとレバー３３０の上半部、及び、レバー３３１ａとレバー３３１の上半部も二等辺三角形を形成している。
【００９６】
係る構成にすると、回転軸４０３、４１３の中心点はレバー３３０、３３０ａ、及び、レバー３３１と３３１ａの回転と摺動運動に伴い垂直に移動し、絶えず回転軸４０１、４１１の中心点の垂直線上に存在することとなる。
【００９７】
第２伝達リンク機構６８は、レバー３５０、３５１、３５２が相互に回転可能に結合されて構成されている。レバー３５０の下端部は回転軸４０３と固定されており、回転軸４０３を介して、レバー３３０の上端部と一体に形成されており、レバー３５０は回転軸４０３を軸としてレバー３３０と一緒に同じ角度だけ回転する。レバー３５０の上端部は、回転軸４２０を介してレバー３５１の左端部に回転可能に結合されている。レバー３５２の上端部は、回転軸４１３と固定されており、回転軸４１３を介してレバー３３１の上端部と一体に形成されており、レバー３５２は回転軸４１３を軸としてレバー３３１と一緒に同じ角度だけ回転する。レバー３５２の下端部は、回転軸４２１を介してレバー３５１の右端部に回転可能に結合されている。ここで、回転軸４２０と回転軸４２１との関係は、一方が他方の上方にあればよく、図示例の逆の位置関係であってもよい。
【００９８】
このように、第２伝達リンク機構６８のレバー３５０、３５１、３５２を構成することにより、回転軸４０３と回転軸４１３とが互いに反対方向にほぼ同じ角度で回転することができる。
【００９９】
ここで、第２駆動機構６４による駆動力の発生と伝達関係についてさらに具体的に説明する。
【０１００】
この駆動力の発生源は動力を必要としない駆動源である第２上昇用ばね３１５と、走行状態に応じて能動的に制御される第２上下動駆動源３７０である。第２上昇用ばね３１５は常時上昇の駆動力を第２フレーム３０６に与えるためのものであり、第２上下動駆動源３７０は走行状態に応じて上昇下降の駆動力を第２フレーム３０６に与えるためのものである。さらに、第２下降用ばね３８２が第２フレーム３０６を下降させる方向に力を与えている。
【０１０１】
第２上昇用ばね３１５は収縮する力により第２フレーム３０６が上昇する方向に駆動力が発生するように設けられている。すなわち、第２上昇用ばね３１５の一端は第３フレーム３０９に回転可能に固定され、他端はワイヤ３１６を介して第２カム３１３の一点に固定されている。
【０１０２】
従って、第２カム３１３には第２上昇用ばね３１５による引張り力が常時作用されている。また、第２カム３１３は回転軸４０１、４１１に固定されている。そして、第２カム３１３は、回転軸４０１、４１１を介してレバー３３０ａ、３３１ａの下端部と一体に形成されており、回転軸４０１、４１１を軸としてレバー３３０ａ、３３１ａと一緒に同じ角度だけ回転するようになっている。回転軸４０１、４１１は第３フレーム３０９に回転可能に保持されている。
【０１０３】
一方、下降用ばね３８２は、ばねの収縮する力により、第２フレーム３０６が下降する方向に駆動力が発生するようにもうけられている。すなわち、下降用ばね３８２の一端は第１フレーム３０９に回転可能に固定されており、他端はレバー３８１の下端に回転可能に固定されている。
【０１０４】
さらに、レバー３８１の上端部の回転中心軸と回転軸４０１の回転中心軸は同一となっており、レバー３８１の上端は回転軸４０１との間にクラッチ３８０（内部構造詳細は図示せず）を設けて、回転軸４０１と着脱できるようになっている。
【０１０５】
クラッチ３８０がつながっている状態ではレバー３８１は回転軸４０１を軸としてレバー３３０ａと一緒に同じ角度だけ回転するようになっている。また、必要に応じてクラッチ３８０は外部からの指令（図示せず）によりレバー３８１と回転軸４０１の結合を解除できる構成としている。
【０１０６】
係る構成により、第２上昇用ばね３１５の収縮力はレバー３３０ａ、３３１ａの回転運動を生じさせ、これによりレバー３３０が回転軸４０３を中心とした回転運動と回転軸４０２を中心とした回転且つ摺動運動を行い、レバー３３１が回転軸４１３を中心とした回転運動と回転軸４１２を中心とした回転且つ摺動運動を行う。これによって、第２上昇用ばね３１５の収縮力は第２フレーム３０６の上昇運動に変換される。
【０１０７】
このとき、第２伝達リンク機構６８の運動によりレバー３３０とレバー３３１は同じ角度で回転される。この回転により第２フレーム３０６は水平状態を維持して上昇運動が行われる。
【０１０８】
下降運動についても同じ機構で逆方向の運動と力の伝達により可能となる。
【０１０９】
ここで、第２上昇用ばね３１５により生じる上昇力と第２下降用ばね３８２により生じる下降力の相関関係について説明する。
【０１１０】
第２上昇用ばね３１５により生じる上昇力は、集電体６０、絶縁碍子４、第１フレーム３０５、第１駆動機構６３、第２フレーム３０６、第２駆動機構等の被駆動部分の質量に基づく重量を支持するに必要な上昇力と、架線と集電体６０の間の接触力を所定の値にするための上昇力とを保有している。
【０１１１】
一方、第２下降用ばね３８２は、前述した第２上昇用ばね３１５による上昇力のうち、架線と集電体６０の間の接触力を所定の値にするための上昇力以上の下降力を保有している。
【０１１２】
従って、クラッチ３８０が結合している状態では、第２上昇用ばね３１５により生じる上昇力よりも、集電体６０、絶縁碍子４、第１フレーム３０５、第１駆動機構６３、第２フレーム３０６、第２駆動機構等の被駆動部分の重量による下降力と第２下降用ばね３８２により生じる下降力の合計が勝ることになる。この状態に対し、他より力が加わらなければ被駆動部分は下降運動を行い、第２駆動機構６４は折り畳まれた状態を保持することになる。
【０１１３】
他方、鉄道車両を線路上に留置する場合に、駆動機構６２を展伸して集電体６０と架線の接触を維持することが必要な場合がある。この場合はクラッチ３８０の結合を解除することにより、第２上昇用ばね３１５による上昇力の発生により被駆動部分が上昇し、集電体６０と架線が接触した状態を保持することになる。
【０１１４】
また、クラッチ３８０が外部の指令により回転軸４０１とレバー３８１の結合を一度解除すると、駆動機構６４を下降させ折り畳んだ状態の場合のみに再度結合できる構造としている。
【０１１５】
さらに、第２上下動駆動源３７０による駆動力の発生と伝達関係について具体的に述べる。
【０１１６】
第２上下動駆動源３７０は、架線の上下の変動に応じて集電体６０を上昇下降運動させて架線と集電体６０と架線との接触を適切に保持するために用いられるものである。この第２上下動駆動源３７０の右端部が回転軸３７３を介して第３フレーム３０９に回転自在に結合されており、その左端部が回転軸３７２を介してレバー３７１に回転自在に結合されている。また、レバー３７１の他端は回転軸４１１に固定されており、回転軸４１１を介してレバー３３１ａ及び第２カム３１３と一体に形成されると共に、回転軸４１１を軸としてレバー３３１ａ及び第２カム３１３と一緒に同じ角度だけ回転する。第1下降用ばね３９２を取り付ける代わりに絶縁碍子４の上部金具５に空気流による下向きの力を発生させる翼を付加してもよく、また、これらを併用してもよい。また、回転軸４１１は第３フレーム３０９に回転自在に結合されている。
【０１１７】
このような構成にすることによって、第２上下動駆動源３７０は第２フレーム３０６の上昇下降の力を発生させることができる。すなわち、上述した構成において、第２上下動駆動源３７０による駆動力でレバー３７１を引張る方向に動作させると、レバー３３１ａによりレバー３３１を押上げる方向に回転力が発生する。これが、レバー３３１を直立させる方向の力となる。このことにより、レバー３３１から第２フレーム３０６を上昇させる力が働く。このとき、第２伝達リンク機構６８によりレバー３３０を回転させ、第２フレーム３０６を上昇させる方向に力が働く。また、逆に第２上下動駆動源３７０による駆動力でレバー３７１を押す方向に力が発生すると第２フレーム３０６を下降させる力が働く。
【０１１８】
このようにして、第２フレーム３０６は第２上下動駆動源３７０の駆動力により第３フレーム３０９との並行を保ちながら上昇下降運動を行うことができる。
【０１１９】
ここで前記第２上昇用ばね３１５と第２下降用ばね３８２により生じる駆動力と第２上下動駆動源３７０による駆動力の相関関係について説明する。
【０１２０】
前述したように、第２上下動駆動源３７０で駆動力を発生させない場合、集電体６０、絶縁碍子４、フレーム３０５、フレーム３０６、第１駆動機構６３、第２駆動機構６４等の被駆動部分には下降力が働いている。
【０１２１】
そこで、このような系に対して、車両停止中に第２上下動駆動源３７０が発生する必要のある駆動力としては、この下降力と同じ力の上昇力が必要となる。一方、走行中は、さらに集電体６０と架線との接触力の変動を抑制する上昇または下降の駆動力が必要となる。
【０１２２】
以上の構成の駆動機構６２とすると共に、集電体６０内に架線との接触力を検出するセンサー（図示せず）を設け、このセンサーの信号を第１上下動駆動源３４０と第２上下動駆動源３７０の駆動力を制御する制御装置（図示せず）に伝え、制御装置内で演算を行うことにより適正な駆動力を駆動機構６２に与えるように構成すれば、架線１の上下の変動に対して、第１フレーム３０５と第２フレーム３０６が追従して動作することになり、架線と集電体６０との適切な接触を保つことが可能となる。
【０１２３】
これによって、鉄道車両が高速で走行する時の離線率低減及び架線摩耗低減を図ることができる。
【０１２４】
さらに、走行中に何らかの原因で制御装置が故障し、第１上下動駆動源３４０の駆動力や第２上下動駆動源３７０の駆動力が喪失した場合、揚力や慣性により集電体６０は上向きに動こうとする場合があるが、第１下降用ばね３９２や第２下降用ばね３８２の駆動力により、集電体６０と架線の接触力が過大になることを防ぎ、駆動機構６２を折り畳み状態まで降下することができる。
【０１２５】
駆動機構６２を折り畳んだ後に、第１上下動駆動源３４０や第２上下動駆動源３７０の駆動力の喪失が続く状態の場合には、第１下降用ばね３９２と回転軸４３９との間の第１クラッチ３９１と、第２下降用ばね３８２と回転軸４０１との間の第２クラッチ３８０を切ることで、第１上昇用ばね３２８と第２上昇用ばね３１５の上昇力により集電体６０を上昇させ、低速ではあるが動力を必要としない駆動源である第１上昇用ばね３２８、第２上昇用ばね３１５の駆動力だけで架線への追従動作が可能となる。
【０１２６】
これにより架線に損傷を与えるような過大な力は発生せず、信頼性の高い集電装置とすることができる。
【０１２７】
なお、第２下降用ばね３８２を取り付けない代わりに、カバー１１に空気流による下向きの力を発生させる翼を付加してもよく、また併用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１実施例の鉄道車両の集電装置の側面図である。
【図２】図１の集電装置に用いられる集電体の底面図である。
【図３】本実施例の集電体の中央縦断面図である。
【図４】図３の凸条部を拡大して示す図である。
【図５】図２の凸条部を拡大して示す図である。
【図６】図５の凸条部の変形例１を示す図である。
【図７】図５の凸条部の変形例２を示す図である。
【図８】従来の一般的な集電体の説明図である。
【図９】第１実施例における凸条部がない場合の集電体の説明図である。
【図１０】図３及び図９の集電体の騒音特性を示す図である。
【図１１】図３及び図９の集電体における揚力（下向き流体力）特性図である。
【図１２】本発明の第２実施例の鉄道車両の集電装置の側面図である。
【図１３】図１２の平面図である。
【図１４】図１２の正面図である。
【図１５】第２実施例の集電装置の変形例を示す側面図である。
【図１６】本発明の第３実施例の鉄道車両の集電装置に用いる絶縁碍子の側面図である。
【図１７】図１６の平面図である。
【図１８】本発明の一実施例の鉄道車両の集電装置の断面図である。
【図１９】図１８の集電装置の第１駆動機構の拡大図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１…集電用舟体、２…集電用摺り板、３…ホーン、４…絶縁碍子、１１…上カバー、１２…中間カバー、１３…下カバー、５０…集電装置、６０…集電体、６２…駆動機構、６３…第１駆動機構、６４…第２駆動機構、３１５…第２上昇用ばね、３２８…第１上昇用ばね、３４０…第１上下動駆動源、３７０…第２上下動駆動源、３８２…第２下降用ばね、３９２…第１下降用ばね。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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