特許 7088471 集電舟の検査装置及び集電舟の検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】集電舟の検査装置及び集電舟の検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 17/08 20060101AFI20220614BHJP

   B60L 5/20 20060101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

G01M17/08

B60L5/20 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018149406

(22)【出願日】2018-08-08

(65)【公開番号】P2020024161

(43)【公開日】2020-02-13

【審査請求日】2021-07-29

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390014775

【氏名又は名称】株式会社工進精工所

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】阿彦 雄一

(72)【発明者】

【氏名】中村 幸太郎

(72)【発明者】

【氏名】北澤 賢一

(72)【発明者】

【氏名】新谷 宙暁

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０６７７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５１７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０２５６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５０４９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８０６４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １７／０８

Ｂ６０Ｌ ５／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向に並置された導電性の複数の板片を有する擦り板と、前記擦り板を弾性支持する複数のバネとを含む架線接触部を有する集電舟の検査装置であって、
前記複数の板片の並置方向における複数の点で、前記摺り板の厚み方向における前記架線接触部の剛性を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づく前記複数の点における剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、前記集電舟の異常を判定する判定部と、
を備える、集電舟の検査装置。

【請求項2】

請求項１に記載の集電舟の検査装置であって、
前記集電舟は、前記複数の板片と前記複数のバネとの間に配置されると共に、厚み方向に撓み変形可能な撓み板をさらに有する、集電舟の検査装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の集電舟の検査装置であって、
前記測定部は、
前記擦り板の厚み方向の変位を測定する変位センサと、
前記擦り板に加わる厚み方向の荷重を測定する荷重センサと、
を有する、集電舟の検査装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の集電舟の検査装置であって、
前記判定部は、前記集電舟に異常があると判定する際、前記比較の結果に基づいて前記集電舟における異常発生部位を判定する、集電舟の検査装置。

【請求項5】

一方向に並置された導電性の複数の板片を有する擦り板と、前記擦り板を弾性支持する複数のバネとを含む架線接触部を有する集電舟の検査方法であって、
前記複数の板片の並置方向における複数の点で、前記摺り板の厚み方向における前記架線接触部の剛性を測定する工程と、
前記測定する工程での測定結果に基づく前記複数の点における剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、前記集電舟の異常を判定する工程と、
を備える、集電舟の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、集電舟の検査装置及び集電舟の検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両は、架線から電流を受け取るための集電装置を備える。集電装置は、架線と接触する擦り板を含む集電舟を有する。擦り板は、枕木方向に延伸し、架線の鉄道車両に対する枕木方向の相対位置がずれても架線との接触が維持されるように構成される。

【0003】

高速鉄道車両では、架線への追従性を高めるため、枕木方向に複数の板片を並べることで上下方向に撓むように構成された分割式の擦り板が使用される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－８０６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

分割式の擦り板を用いた集電舟における従来の品質管理では、複数の板片の寸法及び位置の検査が行われる。しかしながら、擦り板が外観では設計通りに組み立てられていても、内部の不具合により設計された撓み性能が奏されない場合がある。そのため、架線との接触安定性（つまり集電性能）の品質管理を行うためには、上記検査のみでは不十分である。

【0006】

本開示の一局面は、分割式の擦り板を用いた集電舟に対する適切な品質管理が可能な擦り板の検査装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、一方向に並置された導電性の複数の板片を有する擦り板と、擦り板を弾性支持する複数のバネとを含む架線接触部を有する集電舟の検査装置である。集電舟の検査装置は、複数の板片の並置方向における複数の点で、摺り板の厚み方向における架線接触部の剛性を測定する測定部と、測定部の測定結果に基づく複数の点における剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、集電舟の異常を判定する判定部と、を備える。

【0008】

このような構成によれば、架線との接触安定性を高めるために求められる剛性分布を集電舟が有するか判定することができる。つまり、集電性能の観点から集電舟の不具合を判定できるので、集電舟の適切な品質管理ができる。

【0009】

本開示の一態様では、集電舟は、複数の板片と複数のバネとの間に配置されると共に、厚み方向に撓み変形可能な撓み板をさらに有してもよい。このような構成によれば、撓み板を備えることで架線に対する追従性が高められた集電舟に対し、撓み板を検査対象に含めた適切な品質管理ができる。

【0010】

本開示の一態様では、測定部は、擦り板の厚み方向の変位を測定する変位センサと、擦り板に加わる厚み方向の荷重を測定する荷重センサと、を有してもよい。このような構成によれば、複数の点における架線接触部の剛性の測定を容易かつ確実に行なうことができる。

【0011】

本開示の一態様では、判定部は、集電舟に異常があると判定する際、比較の結果に基づいて集電舟における異常発生部位を判定してもよい。このような構成によれば、集電舟における不具合の原因の特定が容易になる。

【0012】

本開示の別の態様は、一方向に並置された導電性の複数の板片を有する擦り板と、擦り板を弾性支持する複数のバネとを含む架線接触部を有する集電舟の検査方法である。集電舟の検査方法は、複数の板片の並置方向における複数の点で、摺り板の厚み方向における架線接触部の剛性を測定する工程と、測定する工程での測定結果に基づく複数の点における剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、集電舟の異常を判定する工程と、を備える。

【0013】

このような構成によれば、架線との接触安定性を高めるために求められる剛性分布を集電舟が有するか判定することができる。つまり、集電性能の観点から集電舟の不具合を判定できるので、集電舟の適切な品質管理ができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、鉄道車両の集電装置の模式図である。

【図2】図２Ａは、図１の集電装置における集電舟の模式的な断面図であり、図２Ｂは、図２Ａとは異なる状態における集電舟の模式的な断面図である。

【図3】図３は、実施形態における集電舟の検査装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図4】図４は、図３の集電舟の検査装置における測定部による剛性の測定手順を示す模式図である。

【図5】図５Ａは、バネに不具合がある場合の剛性分布を例示するグラフであり、図５Ｂは、擦り板の配置に不合がある場合の剛性分布を例示するグラフであり、図５Ｃは、撓み板に不具合がある場合の剛性分布を例示するグラフである。

【図6】図６は、実施形態における集電舟の検査方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜集電装置＞
図１に示す鉄道車両の集電装置１０は、集電舟１１と、ホーン１２と、集電アーム１３と、基台１４とを備える。

【0016】

集電舟１１は、架線に接触する架線接触部１１Ａを有する。ホーン１２は、鉄道車両が分岐器を通過するときの進行方向とは異なる方向の架線の割り込みを防止する。集電アーム１３は、集電舟１１と基台１４とを連結している。基台１４は、鉄道車両の車体の屋根に取り付けられている。

【0017】

集電舟１１は、図２Ａ，２Ｂに示すように、架線Ｌと接触する擦り板２１と、擦り板２１の下面に配置された撓み板２２と、撓み板２２の下側に配置された複数のバネ２３と、複数のバネ２３を支持する舟体２４とを有する。集電舟１１の架線接触部１１Ａは、擦り板２１、撓み板２２及び複数のバネ２３によって構成されている。

【0018】

擦り板２１は、枕木方向（つまり、車両の走行方向と垂直な方向）に並置された導電性の複数の板片２１Ａを有する。複数の板片２１Ａの材質は、例えば、金属、炭素等である。また、複数の板片２１Ａと舟体２４とは、導通部材（図示省略）によって、電気的に接
続されている。

【0019】

本実施形態では、複数の板片２１Ａは、全て同じ形状である。ただし、複数の板片２１Ａには、他の板片２１Ａと形状の異なるものが含まれてもよい。また、複数の板片２１Ａは、擦り板２１が上下方向に撓み変形できるように、枕木方向に離間して配置されている。複数の板片２１Ａは、後述する１枚の撓み板２２の上面に固定されている。

【0020】

撓み板２２は、複数の板片２１Ａと、複数のバネ２３との間に配置されている。撓み板２２は、枕木方向に延伸し、厚み方向に撓み変形可能な帯状の板材である。撓み板２２の上面には、複数の板片２１Ａが固定されている。また、撓み板２２の下面には、複数のバネ２３が連結されている。

【0021】

撓み板２２が複数の板片２１Ａと舟体２４との導通部材として用いられる場合は、撓み板２２の材質としては、例えば、金属、炭素等の導電性のものが選択される。ただし、撓み板２２に導電性が必要とされない場合は、撓み板２２の材質はこれらに限定されない。

【0022】

複数のバネ２３は、擦り板２１及び撓み板２２を弾性支持している。複数のバネ２３は、伸縮方向（つまり軸方向）が上下方向となる向きに配置されている。複数のバネ２３は、撓み板２２の下面と、舟体２４の底面とに連結されている。

【0023】

また、複数のバネ２３は、枕木方向に互いに離間して配置されている。本実施形態では、複数のバネ２３は、複数の板片２１Ａのうち一部の板片２１Ａの下方に１つずつ取り付けられている。ただし、全ての板片２１Ａの下方にバネ２３が１つずつ取り付けられてもよいし、１つの板片２１Ａの下方に複数のバネ２３が取り付けられてもよい。また、各バネ２３の弾性力（つまりバネ定数）は、集電舟１１の枕木方向における剛性分布の設計に基づき、適宜決定される。

【0024】

図２Ａ，２Ｂは、集電舟１１における架線接触部１１Ａの変形の例を示している。図２Ａに示すように架線Ｌが枕木方向の中心にあるときは、擦り板２１及び撓み板２２は中央が凹むように撓む。一方、図２Ｂに示すように架線Ｌが枕木方向の左端に寄ったときは、擦り板２１及び撓み板２２の左側が凹む。このように、架線Ｌの位置によって架線接触部１１Ａの撓み位置は変化する。

【0025】

舟体２４は、擦り板２１、撓み板２２及び複数のバネ２３（つまり架線接触部１１Ａ）を保持している。舟体２４は、上面が開口しており、この開口に擦り板２１が配置されている。また、舟体２４は、集電アーム１３と接続されている。

【0026】

＜集電舟の検査装置＞
図３に示す集電舟の検査装置（以下、単に「検査装置」ともいう。）１は、測定部２と、データ処理部３と、判定部４と、表示部５とを備える。データ処理部３、判定部４及び表示部５は、例えば入出力部を備えるコンピュータにより構成される。

【0027】

（測定部）
測定部２は、複数の板片２１Ａの並置方向（つまり枕木方向）における複数の点で、摺り板２１の厚み方向における架線接触部１１Ａの剛性を測定する。

【0028】

具体的には、測定部２は、測定アーム２Ａと、変位センサ２Ｂと、荷重センサ２Ｃと、位置センサ２Ｄとを有する。
測定アーム２Ａは、枕木方向及上下方向に移動可能に構成され、図４に示すように、擦り板２１における枕木方向の任意の位置に上下方向の荷重を加える。

【0029】

変位センサ２Ｂは、測定アーム２Ａに設けられており、荷重を加えた際の擦り板２１の厚み方向（つまり上下方向）の変位を測定する。荷重センサ２Ｃは、測定アーム２Ａに設けられており、測定アーム２Ａによって擦り板２１に加わる厚み方向の荷重（つまり反力）を測定する。位置センサ２Ｄは、測定アーム２Ａの現在の枕木方向における位置を検出する。

【0030】

（データ処理部）
データ処理部３は、測定部２の計測結果に基づき、測定した複数の点における剛性分布の測定データを作成する。

【0031】

具体的には、データ処理部３は、位置センサ２Ｄが検出した位置ごとに、荷重センサ２Ｃが測定した荷重を変位センサ２Ｂの測定値に基づく上下方向の変位量で除した剛性パラメータを算出する。

【0032】

（判定部）
判定部４は、データ処理部３が作成した剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、集電舟１１の異常を判定する。

【0033】

基準データとしては、良品を実際に検査して得た剛性分布のデータ、解析によって得た理想の剛性分布を示すデータ等が使用できる。基準データは、検査の前に予め作成され、検査装置１の記憶部（図示省略）に記憶されている。

【0034】

判定部４は、例えば、測定データと基準データとにおける剛性の差異が閾値を超える測定点が存在する場合、各測定点での剛性の差異の和が閾値を超える場合などに異常があると判定する。

【0035】

また、判定部４は、集電舟１１に異常があると判定する際、測定データの特徴（つまり、測定データと基準データとの比較の結果）に基づいて、集電舟１１における異常発生部位を判定する。異常発生部位とは、異常が発生している部品、又はその部品において異常が発生している領域を意味する。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃに示すグラフは、異常発生部位が異なる測定データの例である。

【0036】

図５Ａでは、枕木方向Ｘにおいて、測定データＤ１の剛性Ｒが全体的に基準データＤ０よりも下回っており、一部の領域では測定データＤ１の剛性Ｒは大きく減少している。また、測定データＤ１の枕木方向Ｘに対する剛性Ｒの変化は緩やかである。

【0037】

このような場合は、１つのバネ２３の不具合（例えば、誤ったバネの取付によるバネ定数の異常）が想定される。バネ２３の弾性力が小さくなると、このバネ２３を中心としてなだらかに剛性が低下するためである。なお、バネ２３に不具合がある場合、一般には局部的に急峻な剛性の変化が起きるが、本実施形態では集電舟１１が撓み板２２を有しているため、撓み板２２の変形によって剛性の変化の一部が吸収される。

【0038】

図５Ｂでは、枕木方向Ｘの一部の領域において、測定データＤ１の剛性Ｒが基準データＤ０よりも局所的に大きく上回っている。一方、この領域以外では、測定データＤ１は基準データＤ０にほぼ一致している。

【0039】

このような場合は、隣接する板片２１Ａの間隔の不具合が想定される。隣接する板片２１Ａの間隔がないと、これらの板片２１Ａが一つの剛体として振る舞うため、剛性が非常に大きくなるためである。

【0040】

図５Ｃでは、枕木方向Ｘの一部の領域において、第１測定データＤ１の剛性Ｒが基準データＤ０よりも局所的に小さくなっている。また、第１測定データＤ１の剛性Ｒが基準データＤ０よりも小さい領域は左右に広がっているが、第１測定データＤ１における剛性Ｒの変化は比較的滑らかである。

【0041】

また、図５Ｃでは、枕木方向Ｘの一部の領域において、第２測定データＤ２の剛性Ｒが基準データＤ０よりも局所的に小さくなり、ゼロに近づいている。第２測定データＤ２の剛性Ｒが基準データＤ０よりも小さい領域は、第１測定データＤ１よりも狭い。また、第２測定データＤ２における剛性Ｒの変化は、第１測定データＤ１よりも急激である。

【0042】

第１測定データＤ１及び第２測定データＤ２の場合では、それぞれ、撓み板２２の局所的な不具合が想定される。第１測定データＤ１では、撓み板２２に塑性変形が発生したものと想定される。撓み板２２が塑性変形すると、変形地点の周囲の剛性が低下するためである。

【0043】

一方、第２測定データＤ２では、撓み板２２に破断が発生したものと想定される。撓み板２２が破断すると、隣接する板片２１Ａの枕木方向Ｘにおける連結がなくなり、剛性の変化が急激となると共に、破断地点では枕木方向Ｘにおける拘束がなくなり、剛性がほぼゼロになるためである。

【0044】

判定部４は、上述したような実例に基づき、測定データの基準データに対する剛性の差異の傾向と、異常発生部位とを対応させたテーブルを予め備えておくことで、測定データと基準データとの比較結果から異常を判定することができる。

【0045】

（表示部）
表示部５は、判定部４による判定結果を表示する。判定結果は、例えば、異常の有無、異常発生部位、異常の種類等を含む。

【0046】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）判定部４によって、架線との接触安定性を高めるために求められる剛性分布を集電舟１１が有するか判定することができる。つまり、集電性能の観点から集電舟１１の不具合を判定できるので、集電舟１１の適切な品質管理ができる。

【0047】

（１ｂ）測定アーム２Ａに設けられた変位センサ２Ｂと荷重センサ２Ｃとを用いることで、複数の点における架線接触部１１Ａの剛性の測定を、容易かつ確実に行なうことができる。

【0048】

（１ｃ）判定部４が測定データと基準データとの比較の結果に基づいて集電舟１１における異常発生部位を判定することで、集電舟１１における不具合の原因の特定が容易になる。

【0049】

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図６に示す集電舟の検査方法は、図３の集電舟の検査装置１を用いて、図１の集電舟１１を検査する方法である。集電舟の検査方法は、測定工程Ｓ１０と、判定工程Ｓ２０とを備える。

【0050】

測定工程Ｓ１０では、複数の板片２１Ａの並置方向における複数の点で、摺り板２１の
厚み方向における架線接触部１１Ａの剛性を測定する。

【0051】

判定工程Ｓ２０では、測定工程Ｓ１０での測定結果に基づく複数の点における剛性分布の測定データと、予め用意した剛性分布の基準データとの比較によって、集電舟１１の異常を判定する。

【0052】

なお、当該集電舟の検査方法は、必ずしも図３の集電舟の検査装置１を用いて行われる必要はない。つまり、測定工程Ｓ１０又は判定工程Ｓ２０のいずれか、又は両方が手動で実行されてもよい。

【0053】

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）集電性能の観点から集電舟１１の不具合を判定できるので、集電舟１１の適切な品質管理ができる。

【0054】

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0055】

（３ａ）上記実施形態の集電舟の検査装置１が対象とする集電舟は、必ずしも撓み板を有しなくてもよい。つまり、本開示は、撓み板を有しない集電舟に対しても適用可能である。

【0056】

（３ｂ）上記実施形態の集電舟の検査装置１において、測定部２は、架線接触部１１Ａの剛性を測定する手段として、変位センサ２Ｂ及び荷重センサ２Ｃ以外の機器を用いてもよい。

【0057】

（３ｃ）上記実施形態の集電舟の検査装置１において、判定部４は、必ずしも集電舟１１における異常発生部位を判定しなくてもよい。つまり、判定部４は、集電舟１１における異常の有無のみを判定してもよい。

【0058】

（３ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0059】

１…集電舟の検査装置、２…測定部、２Ａ…測定アーム、２Ｂ…変位センサ、
２Ｃ…荷重センサ、２Ｄ…位置センサ、３…データ処理部、４…判定部、５…表示部、
１０…集電装置、１１…集電舟、１１Ａ…架線接触部、１２…ホーン、
１３…集電アーム、１４…基台、２１…擦り板、２１Ａ…板片、２２…撓み板、
２３…バネ、２４…舟体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】