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発明の名称 非対称型パンタグラフの回転機構
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−82320(P2007−82320A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−266384(P2005−266384)
出願日 平成17年9月14日(2005.9.14)
代理人 【識別番号】100079212
【弁理士】
【氏名又は名称】松下 義治
発明者 長坂 整
要約 課題
非対称型パンタグラフを方向転換させる回転機構において、堅牢で簡単な構成の空気潤滑軸受を提供すること。

解決手段
非対称型パンタグラフ回転機構は、下面の中心部に回転軸3が固着され且つ上面に非対称型パンタグラフ7が取付けられた導電性上部回転盤1と、中心部に設けられた貫通穴2aに回転軸3を回転自在に貫挿させて導電性上部回転盤1が座着する導電性下部固定盤2と、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間に圧縮空気を供給する圧力供給管4と、導電性上部回転盤1の回転軸3を回転駆動するピニオン・ラック機構の如く運動変換機構5を含む回転駆動手段とから構成されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
下面の中心部に回転軸が固着され且つ上面に非対称型パンタグラフが取付けられた上部回転盤と、中心部に設けられた貫通穴に前記回転軸を回転自在に貫挿させ、且つ前記上部回転盤が通常時には回転固定手段によって回転しないようにして着座する下部固定盤と、前記非対称型パンタグラフの方向転換時に前記上部回転盤の下面と前記下部固定盤の上面との間に圧縮空気を供給して空気潤滑軸受を形成させる圧縮空気供給手段と、前記回転軸を介して前記上部回転盤を回転させる回転駆動手段とから構成された非対称型パンタグラフの回転機構。
【請求項2】
前記上部回転盤は導電性上部回転盤であり、前記下部固定盤は車体に対して絶縁支持された導電性下部固定盤であり、前記非対称型パンタグラフは前記導電性回転盤の上面に直接取付けられており、更に、集電ケーブルの一端は前記導電性下部固定盤に接続されていることを特徴とする請求項1の非対称型パンタグラフの回転機構。
【請求項3】
前記回転駆動手段は、空気アクチュエータと、前記空気アクチュエータにより直線駆動されるラックと、前記上部回転盤の回転軸に固着され前記ラックと噛み合うピニオンとで構成されていることを特徴とする請求項1又は2の非対称型パンタグラフの回転機構。
【請求項4】
前記回転固定手段は、通常時に前記上部回転盤の下面と前記下部固定盤の上面との間に負圧を供給する負圧供給手段であることを特徴とする請求項1の非対称型パンタグラフの回転機構。
【請求項5】
前記回転固定手段は、ロックピンを用いた回転止め手段を更に備えることを特徴とする請求項4の非対称型パンタグラフの回転機構。
【請求項6】
前記圧縮空気供給手段は前記下部固定盤に設けられた複数の圧力供給口に接続された複数の圧力供給管と圧縮空気源とで構成され、前記負圧供給手段は前記下部固定盤に設けられた複数の圧力供給口に接続された複数の圧力供給管と負圧空気源とで構成され、更に、前記圧縮空気供給手段の圧力供給管と前記負圧供給手段の圧力供給管は共用されていることを特徴とする請求項1からのいずれかの非対称型パンタグラフの回転機構。









発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は鉄道車両用集電装置であって車両の前後方向について非対称な形状の非対称型パンタグラフの回転機構に関する。
【背景技術】
【0002】
高速列車用のパンタグラフは空力的な騒音を小さくするために形状が工夫されており、その多くは前後非対称の形状である。現状では前後両方向に走行できるように作られているが、走行方向によってその空力特性と空力騒音の大きさは異なる。将来的にはより一層の低騒音化を図るため、一方向のみの使用に限定したパンタグラフが作られる可能性がある。このような一方向だけに使用されるパンタグラフを営業列車に搭載する場合、車両の屋根上に前後別の方向に2つのパンタグラフを搭載するか、パンタグラフを回転して走行方向に応じた向きを転換する回転機構が必要である。
【0003】
実開平5−55704(特許文献1)には、台枠を上台枠と下台枠の二階建ての構成とし、上台枠上に非対称パンタグラフを取付け、この上台枠を回転装置で支持し、前記回転装置を絶縁碍子に固定した前記下台枠に取付けた非対称型パンタグラフの回転機構が開示されている。前記回転装置は、エアシリンダとピストンと前記ピストンを選択的に左右に移動させる圧縮空気供給手段とで構成された空気アクチュエータと、前記ピストンに固定されたラックと、前記ラックと噛み合うピニオンとで構成されている。そして、前記ピニオンは前記上台枠の回転軸の端部に固定されている。このような構成によって、この従来の非対称型パンタグラフの回転機構は、パンタグラフの方向転換時に非対称型パンタグラフを180度回転させることができるものである。パンタグラフ1台当たり数百アンペアから千アンペア程度の大電流を架線から車両に供給している新幹線のような高速鉄道車両に設置されて、パンタグラフを回転して走行方向に応じた向きを転換する回転機構である。
【0004】
上述の従来の非対称型パンタグラフの回転機構は、上面に非対称型パンタグラフが取付けられた回転部である上台枠と、前記回転部を回転自在に支持する固定部である回転装置と、前記回転装置を絶縁碍子に固定した固定部である下台枠に取付けた非対称型パンタグラフの回転機構である。ところが、非対称型パンタグラフの回転機構を実用化する上の重要なポイントである前記上台枠と前記回転装置を結合する軸と軸受の構造が、特許文献1に開示も示唆もない。
【0005】
そこで、鉄道分野で広く使われている油潤滑軸受を、回転部と固定部の間の軸受に採用することを考えてみると、次のような問題があることが分かった。一般に、油潤滑軸受では、軸受に電流を流すとその電流による潤滑油の損傷または軸受接触面の電食によって軸受が損傷する。従って、一般に使用される油潤滑軸受を、上述の従来の非対称型パンタグラフの回転機構の軸受にそのまま採用することはできない。軸受の箇所以外を避けてケーブルによる通電経路を形成すれば、油潤滑軸受の採用も可能であるが、一般に大電流を流すことができるケーブルは直径が太く、可撓性はきわめて低いので、頻繁にケーブルを動かすことはケーブルの耐久性を損なうことになる。更に、ケーブルは車体に対して十分な絶縁性を確保しなければならない。これらの問題があるので、上述の従来の非対称型パンタグラフの回転機構において、回転部と固定部との間の通電経路をケーブルによって確保することは容易ではない。
【特許文献1】実開平5−55704
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする第1の課題は、パンタグラフが取付けられた回転部を方向転換時に固定部に対して180度回転させる非対称型パンタグラフの回転機構において、前記回転部を安定的に且つ円滑に回転させる堅牢で簡単な構成の軸受を備えた非対称型パンタグラフの回転機構を提供することである。
本発明が解決しようとする第2の課題は、パンタグラフが取付けられた回転部を方向転換時に固定部に対して180度回転させる非対称型パンタグラフの回転機構において、走行中に前記回転部と前記固定部との間に大電流を流すことが可能な非対称型パンタグラフの回転機構を提供することである。
本発明が解決しようとする第3の課題は、パンタグラフが取付けられた回転部を方向転換時に固定部に対して180度回転させる非対称型パンタグラフの回転機構において、パンタグラフから車両の電動機などの電気装置までの集電ケーブルを損傷しないようにした非対称型パンタグラフの回転機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、下面の中心部に回転軸が固着され且つ上面に非対称型パンタグラフが取付けられた上部回転盤と、中心部に設けられた貫通穴に前記回転軸を回転自在に貫挿させ、且つ前記上部回転盤が通常時には回転固定手段によって回転しないようにして着座する下部固定盤と、前記非対称型パンタグラフの方向転換時に前記上部回転盤の下面と前記下部固定盤の上面との間に圧縮空気を供給して空気潤滑軸受を形成させる圧縮空気供給手段と、前記回転軸を介して前記上部回転盤を回転させる回転駆動手段とで、非対称型パンタグラフの回転機構を構成した。
【発明の効果】
【0008】
本発明により、上部回転盤と下部固定盤と圧縮空気供給手段とで構成された堅牢で簡単な構造の非対称型パンタグラフの回転機構の空気潤滑軸受が提供された。従って、前記空気潤滑軸受を備えた非対称型パンタグラフの回転機構は、非対称型パンタグラフの方向転換を安定的に且つ円滑に行えるようになった。また、前記空気潤滑軸受を備えた非対称型パンタグラフの回転機構は、通常時には上部回転盤を下部固定盤に対してロックする回転固定手段を備えているので、走行時の非対称型パンタグラフの姿勢は安定する。更に、上部回転盤と下部固定盤を導電性材料で構成した本発明に係る非対称型パンタグラフの回転機構は、パンタグラフから車両の電動機などの電気装置までの集電ケーブルに方向転換時に捻りや曲げが生じないので、集電ケーブルの損傷がなくなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明に係る非対称型パンタグラフの回転機構は、下面の中心部に回転軸が固着され且つ上面に非対称型パンタグラフが直接取付けられた導電性上部回転盤と、中心部に設けられた貫通穴に前記回転軸を回転自在に貫挿させて前記導電性上部回転盤が通常時には回転しないようにロックして着座する導電性下部固定盤と、前記非対称型パンタグラフの方向転換時に前記上部回転盤の下面と前記下部固定盤の上面との間に圧縮空気を供給して空気潤滑軸受を形成させる圧縮空気供給手段と、前記回転軸を介して前記導電性上部回転盤を回転させる回転駆動手段とで構成されている。そして、集電ケーブルの一端は、前記導電性下部固定盤に接続されている。
【実施例1】
【0010】
本発明の実施例1は、図1に示す如く、下面の中心部に回転軸3が突設された且つ上面に非対称型パンタグラフ10が取付けられた導電性上部回転盤1と、中心部に設けられた貫通穴2aに回転軸3を回転自在に貫挿させ、且つ導電性上部回転盤1が通常時には回転固定手段によって回転しないようにして着座する導電性下部固定盤2と、非対称型パンタグラフ10の方向転換時に導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤の上面との間に圧縮空気を供給して空気潤滑軸受を形成させる圧縮空気供給手段と、回転軸3を介して導電性上部回転盤を回転させる回転駆動手段とで構成された対称型パンタグラフの回転機構である。導電性下部固定盤2は、絶縁碍子9によって電車の車体12から電気的に絶縁された支持基台7の上に固定されている。
【0011】
前記圧縮空気供給手段は、電車の車体12に配置されている図示しない圧縮空気源から複数の圧力供給管4を介して、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤の上面との間に圧縮空気を供給する手段である。
【0012】
前記回転固定手段は、電車の車体12に配置されている図示しない真空圧源から複数の圧力供給管4を介して、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤の上面との間に真空圧を供給する手段である。
【0013】
前記圧縮空気供給手段と前記回転固定手段は、複数の圧力供給管4を共用しており、前記複数の圧力供給管4は通常時には前記真空圧源に切替え、対称型パンタグラフの方向転換時には前記圧縮空気源に切替えられて使用されるのである。
【0014】
前記回転駆動手段は、支持基台7の取り付けられた空気アクチュエータ6と運動変換機構5とで構成されている。運動変換機構5は、空気アクチュエータ6のピストンで直線駆動されるラックと、前記ラックと噛み合うピニオンとで構成されている。前記ピニオンは導電性上部回転盤1の回転軸3の下端に固着されている。空気アクチュエータ6には、電車の車体12に配置されている図示しない圧縮空気源から、一対の圧縮空気供給管8を介して駆動用圧縮空気が供給される。
【0015】
実施例1の非対称型パンタグラフの回転機構において、通常時には導電性上部回転盤1は回転固定手段によって回転しないようにして導電性下部固定盤2に着座している。前記回転固定手段は、通常時に導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間に負圧を供給する負圧供給手段である。図2(A)と図3(A)は、通常時に矢印の方向に負圧が加えられて、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面は隙間が無い程に密着している状態を拡大して示したものである。非対称型パンタグラフと導電性上部回転盤1の自重による着座だけでなく、負圧による密着効果があるので、通常時には導電性上部回転盤1は回転しないようにして導電性下部固定盤2に安定して着座している。
【0016】
通常時に導電性上部回転盤1が回転しないようにして導電性下部固定盤2に安定的に着座するのを更に確実にするために、図3に示す如く、ロックピン14を用いることもできる。ロックピン14はヘッド付ピンであって、導電性上部回転盤1に設けられたロック用貫通穴1aに自在に上下可能なように挿入されている。ロック用貫通穴1aは、導電性下部固定盤2に設けられている圧縮空気供給用圧力供給管4の開口に一つに対向する位置に設けられている。
【0017】
ロックピン14は、通常時には図3(A)に示す如く、自重によって落下し、その先端はロック用貫通穴1aを介して圧縮空気供給用圧力供給管4内に達している。従って、導電性上部回転盤1の回転はロックされる。また、ロックピン14は、非対称型パンタグラフの方向転換時には、図3(B)に示す如く、圧縮空気供給用圧力供給管4からの圧縮空気によって上方に持ち上げられ、その先端はロック用貫通穴1aから充分に脱出している。従って、導電性上部回転盤1の回転はアンロックされる。
【0018】
非対称型パンタグラフ10は、集電舟10a、集電舟10aが架線12に所定の圧力で接触するように支持するアーム10bと主軸10c、及び主軸10cを支持すると共に、非対称型パンタグラフ10を導電性上部回転盤1の上面に固定する連結部材10dとで構成されている。集電舟10aを架線12に所定の圧力で接触させるための機構には、従来のパンタグラフ上昇・下降機構が採用されているが、説明を複雑にしないために省略されている。
【0019】
集電ケーブル11は、その一端が導電性下部固定盤2に接続され、その他端は電車の車体12内に配置されている電気装置に接続されている。従って、架線12から非対称型パンタグラフ10、導電性上部回転盤1、導電性下部固定盤2、集電ケーブル11を順に介して、電車の車体12内に配置されている電気装置に数百アンペアから千アンペアもの大電流が流れる。集電ケーブル11は、固定部材である導電性下部固定盤2に接続されているので、非対称型パンタグラフ10を180度回転させて方向転換しても、捩れや曲がりが生じることがない。なお、集電ケーブル11は、説明を分かり易くするために露出して示してあるが、絶縁碍子9又はケーブルヘッドと呼ばれる専用の絶縁碍子を貫通して電車の車体12内に引き込まれている。
【0020】
実施例1の非対称型パンタグラフの回転機構は、方向転換時には次の如く機能する。即ち、車両が終着駅に到着すると、図示しないパンタグラフ上昇・下降機構によって集電舟10aは架線12から離される。続いて、複数の圧力供給管4を真空圧源から圧縮空気源に切替え、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間には圧力供給管4から圧縮空気が供給され、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間を経て外に吹き出す。このため導電性上部回転盤1は導電性下部固定盤2から微小間隔dだけ浮き上がる。微小間隔dは数10ミクロンから数100ミクロン程度である。この状態で、空気アクチュエータ6には、電車の車体12に配置されている図示しない圧縮空気源から、一対の圧縮空気供給管8を介して駆動用圧縮空気が供給される。これにより、空気アクチュエータ6は、ラックとピニオンからなる運動変換機構5を介して導電性上部回転盤1を180度回転させ、非対称型パンタグラフ10の方向転換を行う。
【0021】
このようにして、導電性上部回転盤1、導電性下部固定盤2、及び導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間に供給される圧縮空気は、空気潤滑軸受を構成する。そして、この空気潤滑軸受は安定的に且つ円滑に回転させる堅牢で簡単な構成の軸受であるだけでなく、非対称型パンタグラフの回転機構の回転駆動手段を小型の空気アクチュエータなどで実現することができるという利点を有する。更に、方向転換時に繰り返す回転によっても、導電性上部回転盤1と導電性下部固定盤2には摩擦による磨耗や損傷が殆ど生じない。
【0022】
非対称型パンタグラフ10の方向転換が完了すると、複数の圧力供給管4は圧縮空気源から真空圧源に切替えられ、導電性上部回転盤1の下面と導電性下部固定盤2の上面との間には真空圧が供給される。これによって、導電性上部回転盤1は回転しないようにして導電性下部固定盤2に安定的に着座し、通常時はこの状態を維持する。そして、通常時は、導電性上部回転盤1と導電性下部固定盤2は大きな面積で面接触するから、架線12から電車の車体12内の電気装置までの安定した通電経路の一部を構成する。
【0023】
なお、実施例1において、非対称型パンタグラフの回転機構の回転駆動手段は空気アクチュエータであるとしたが、油圧アクチュエータなどの他の回転駆動手段を採用することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】一部に断面図を含む本発明の実施例1の非対称型パンタグラフの回転機構の側面図である。
【図2】負圧方式により上部回転盤が下部固定盤に固定された通常時(A)と、空気潤滑軸受として機能しているパンタグラフ方向転換時(B)の上部回転盤と下部固定盤の相対位置関係を示す拡大部分断面図である。
【図3】ピンロック方式により上部回転盤が下部固定盤に固定された通常時(A)と、空気潤滑軸受として機能しているパンタグラフ方向転換時(B)の上部回転盤と下部固定盤の相対位置関係を示す拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【0025】
1 導電性上部回転盤
1a ロック用貫通穴
2 導電性下部固定盤
2a 貫通穴
3 回転軸
4 圧力供給管
5 運動変換機構
6 空気アクチュエータ
7 支持基台
8 圧縮空気供給管
9 絶縁碍子
10 非対称型パンタグラフ
10a 集電舟
10b アーム
10c 支軸
10d 連結部材
11 集電ケーブル
12 架線
13 車体
14 ロック用ピン
















 

 


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