JP5776982B2

JP5776982B2 - 鉄道用テンションバランサ

Info

Publication number: JP5776982B2
Application number: JP2012056929A
Authority: JP
Inventors: 崇史原田; 宏昌田中; 寿郎森田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd; Keio University
Current assignee: NHK Spring Co Ltd; Keio University
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013189091A

Description

本発明は、鉄道用の架線に張力を与える鉄道用テンションバランサに関する。

鉄道用の架線に張力を与える装置として、鉄道用テンションバランサが知られている。例えば、特許文献１には、ガスばね式のものが記載され、特許文献２には、滑車式のものが記載され、特許文献３には、コイルばね式のものが記載されている。また、特許文献４には、アームの先端で重量物を吊り下げる構造において、アームの角度によらず同じ力で対象物を吊り上げる自重補償機構が記載されている。

特開平０６−０１６０６８号公報特開昭和５９−２１３５２８号公報特開平０９−２０７６２９号公報 WO２０１１／００７７９３Ａ１号公報

鉄道用の架線は、気温により伸縮し、また車両のパンタグラフが接触した際に上下する。これらの際、鉄道用テンションバランサの可動部が動き、架線の動きが吸収される。ここで、ガスばね式やコイルばね式のものは、可動部が動くと架線を引っ張る張力が変化する。この点、滑車式は、一定の張力を架線に与えることができる。しかしながら、滑車式は、錘を支えるワイヤが破断した際に張力が作用しなくなり、自身の破損のみならず、架線が垂れ下げる等の２次災害を引き起こす可能性がある。

このような背景において、本発明は、可動部が動いても一定の張力で架線を引っ張ることができる鉄道用テンションバランサを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、支持体と、架線に張力を与えると共に前記支持体に対して前記架線が張られた方向に動くことが可能な可動部と、前記可動部に第１の軸によって回転自在な状態で取り付けられた第１のリンクアームと、前記第１の軸と異なる部分において、前記第１のリンクアームに第２の軸によって回転自在な状態で取り付けられ、且つ、前記第２の軸と異なる部分で前記支持体に第３の軸によって回転自在な状態で取り付けられた第２のリンクアームと、前記第２のリンクアームに力を加え、前記可動部が前記第３の軸に近づく方向に、前記第２のリンクアームを前記第３の軸を支点として回転させる手段とを備え、前記回転させる手段は、前記支持体に対して回転が可能であり、ばね定数ｋのばねの力により、前記第２のリンクアームに力を加える手段であり、前記ばね定数ｋは、前記架線に与える張力Ｔ、前記第２の軸と前記第３の軸との間の距離ｌ、前記第２のリンクアームの前記回転させる手段からの力が加わる位置と前記第３の軸との間の距離ｐ、および前記第３の軸と前記回転させる手段の前記回転の中心との間の距離ｈによって決められていることを特徴とする鉄道用テンションバランサである。

請求項１に記載の発明によれば、可動部の位置が変化し、ばねが生成する力が変化しても、リンク機構の作用による可動部への力の伝わり方も同時に変化し、この２つの変化が相殺される。このため、可動部の位置が変化しても可動部が架線を引っ張る張力は変化しない。なお、架線という概念には、送電線、送電線を吊架する（吊り下げる）ための吊架線、これらの線に張力を与えるためにこれらの線に接続されたガイド線のいずれか、あるいはその複数が含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ばね定数ｋは、前記Ｔおよび前記ｌに比例し、前記ｐおよび前記ｈに反比例することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記ばね定数ｋは、（２Ｔｌ／ｐｈ）で表されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記ばねがコイルばねまたは流体を用いたばねであることを特徴とする。本発明において、ばねは、コイルばね等の材料の弾性変形を利用したばねに限定されず、その使用範囲内でばね定数ｋが定義でき、ばねとしての機能を発現する手段であれば、その形式は限定されない。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記回転させる手段が、前記第２のリンクアームに軸を介して結合した可動ロッドと、前記可動ロッドをその軸方向に揺動可能な状態で保持すると共に前記支持体に対して回転可能な状態で前記支持体に取り付けられた揺動スライダと、前記可動ロッドを可動させる前記ばね定数ｋのばねとを備え、前記ばねから生じる力により、前記可動ロッドを介して前記第２のリンクアームを回転させる力が生じることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第２のリンクアームは、長辺と短辺から構成されるＬ字形状を有し、前記長辺と短辺が交差する部分に前記第３の軸が位置し、前記長辺の前記第３の軸が位置した部分から離れた位置に前記第２の軸が位置し、前記短辺の前記第３の軸が位置した部分から離れた位置に前記可動ロッドが第４の軸を介して回転自在な状態で結合していることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記第１のリンクアームと前記第２のリンクアームは、等長リンクであることを特徴とする。

本発明によれば、可動部が動いても一定の張力で架線を引っ張ることができる鉄道用テンションバランサが提供される。

実施形態の原理図である。リンクＣＤの自由体図（Ａ）と、リンクＯＣの自由体図（Ｂ）である。実施形態の原理図である。リンク機構の幾何関係を示す図である。実施形態の組図である。変形例の原理図である。変形例の原理図である。変形例の原理図である。変形例の原理図である。

（基本原理）
図１には、実施形態の原理図が示されている。図１に示す機構は、固定ロッド１０１を備えている。固定ロッド１０１は、この機構の支持体を構成する棒状の部材である。固定ロッド１０１は、略水平に保持され、図における左端の部分がコンクリート柱や鉄柱に固定される。固定ロッド１０１には、スライダ１０２がその軸方向に移動可能な状態で取り付けられている。スライダ１０２の部分に架線が接続され、架線によってスライダ１０２が図の右の方向に張力Ｔで引っ張られる。換言すると、架線は、スライダ１０２の部分によって図の左の方向に張力Ｔで引っ張られた状態で保持される。

スライダ１０２には、軸１０３を介して第１のリンクアーム１０４の一端が回転自在な状態で取り付けられている。第１のリンクアーム１０４の他端は、軸１０６を介して第２のリンクアーム１０５の一端に回転自在な状態で連結されている。第１のリンクアーム１０４と第２のリンクアーム１０５は、長さの等しい等長リンクとされている。第２のリンクアーム１０５の他端は、軸１０７により、固定ロッド１０１に回転自在な状態で連結されている。また、軸１０６と軸１０７との間の位置において、可動ロッド１０８の一端が軸１０９によって第２のリンクアーム１０５に回転自在な状態で連結されている。

可動ロッド１０８は、揺動スライダ１１０によって軸方向にスライド可能な状態で保持され、揺動スライダ１１０は、軸１１１によって固定ロッド１０１に回転自在な状態で連結されている。可動ロッド１０８の端部は、拡径された構造のばねストッパ部１０８ａとされ、そこと揺動スライダ１１０との間に圧縮ばね１１２が配置されている。圧縮ばね１１２は、圧縮されたコイルばねであり、その内側に可動ロッド１０８が位置する状態で、可動ロッド１０８に取り付けられている。圧縮ばね１１２が延びようとする伸長力は、ストッパ部１０８ａと揺動スライダ１１０との間を押し広げようとする力として作用する。

この構造において、第１のリンクアーム１０４は、軸１０３を中心として固定ロッド１０１に対して回転が可能であり、更に第１リンクアーム１０４は、軸１０６を中心として、第２のリンクアーム１０５に対して回転が可能であり、第２のリンクアーム１０５は、軸１０７を中心として固定ロッド１０１に対して回転が可能であり、可動ロッド１０８は軸１０９を中心として第２のリンクアーム１０４に対して回転が可能であり、且つ、軸１１１を中心として固定ロッド１０１に対して回転が可能である。なお、明細書中における回転とは、図示する図面の面内での回転（言い換えると、図面に垂直な方向を軸としての回転）を意味している。

ここで、軸１１０の部分を点Ａ、軸１０９の部分を点Ｂ、軸１０６の部分を点Ｃ、軸１０３の部分を点Ｄとする。この構造では、圧縮ばね１１２の伸びよとする伸長力により、点Ｂが点Ａの方向に引かれ、それにより点Ｃの部分が図の左に方向に移動しようとする。これにより、点Ｄの部分が左に移動しようとする力が作用し、スライダ１０２が張力Ｔで架線を引っ張る力が発生する。

ここで、架線の伸縮等が生じると、点Ｄの位置が図の左右に動くが、後述する原理により、点Ｄの位置が左右に動いても、張力Ｔがほぼ一定に保たれる。以下、この原理について説明する。

図２（Ａ）は、リンクＣＤの自由体図であり、図２（Ｂ）は、リンクＯＣの自由体図である。点Ｄの部分において、スライダ１０２に加わる張力（つまり、架線を引く張力）をＴ、スライダ１０２が固定ロッド１０１から受ける垂直抗力をＮとすると、点Ｃまわりの力のモーメントのつり合いより、ＴとＮには、ＯＣ間およびＤＣ間の距離をｌとして、下記数１の関係が成立する。

ここで、点Ｃまわりの力のモーメントのつり合いより、Ｎは数２のように表される。

そして、作用反作用の関係により、図２（Ｂ）に示すように、Ｔ，Ｎは、リンクＯＣにおける点Ｃに伝達される。これより、点Ｏまわりの力のモーメントτ_armは、数３ように導かれる。また、数３から数４が得られる。

ここで、図１における圧縮ばね１１２のばね定数をｋとすると、圧縮ばね１１２のばね力による点Ｏまわりのモーメントτ_spは、ＯＢ間の距離をｐとして、数５のように表される。

ここで、三角形ＯＡＢの幾何関係について考えると、正弦定理より、数６が成り立ち、数６から数７が得られる。

数７を用いて、数５は数８のように変形される。

ここで、数４と数８を比較し、仮にばね定数ｋを数９で置き換えると、数１０が得られ、τ_arm＝τ_spとなる。

これは、図１に示すモデルにおいて、圧縮ばね１１２のばね定数ｋに係り、数９に示す関係を満たすように各パラメータを設定することで、θの変化、すなわちスライダ１０２の位置に係らず、点Ｏまわりで成り立つモーメントのつり合いの条件が満足されることを意味している。ここで、数９を見ると、Ｔは、スライダ１０２の位置に係らず、一定の値となることが分る。つまり、図１に示すモデルにおいて、数９に示す条件を満足するように各パラメータの値の関係を設定することで、スライダ１０２の位置に係らず、スライダ１０２から架線に一定の張力Ｔが与えられる構造が得られる。

図１に示すモデルにおいて、数９に示す条件が満足されている場合を考える。この場合、例えば、架線が伸び、スライダ１０２が図の左方向に移動してもＴは変化しない。また、架線が縮み、スライダ１０２が図の右方向に移動してもＴは変化しない。また、何らかの理由により、架線が上下に揺動する等し、スライダ１０２が図の左右に揺れ動いた場合であっても張力Ｔの変化が抑えられる。なお、架線が上下に揺れる場合、固定ロッド１０１が傾くので、上記の条件は完全には成立しないが、それでもＴの変動は、通常のコイルばね式やガスばね式の場合に比較して、極めて小さく抑えられる。

図１に示すモデルにおいて、スライダ１０２の位置に係らず、スライダ１０２から架線に一定の張力を与えることができる理由は、定性的には、概略以下のように説明することができる。まず、圧縮ばね１１２の伸長力により、点Ｂが点Ａの方向に引っ張られる。この点Ｂに作用する力は、第１のリンクアーム１０４と第２のリンクアーム１０５のリンク機構により、スライダ１０２を図の左の方向に動かす力となり、張力Ｔが発生する。

次に、スライダ１０２が図の右の方向に動く場合（例えば、架線が縮んだ場合）を考える。この場合、点Ｄが図の右の方向に動くので、点Ａと点Ｂの間の距離が大きくなり、圧縮ばね１１２はより圧縮され、より大きな伸長力を発揮する（現象１）。他方において、この際、θが大きくなり、同時にφが小さくなるので、リンク機構により作用するモーメントは小さくなり、リンクによるスライダ１０２を図の左の方向に動かそうとする作用は減少する（現象２）。ここで、現象１の圧縮ばね１１２の伸長力の増大分と、現象２のリンクを介してのスライダ１０２を図の左方向に動かそうとする作用の減少分が相殺することで、スライダ１０２が図の右の方向に動いたとしても、Ｔに変化は生じない。

次に、スライダ１０２が図の左の方向に動く場合（例えば、架線が延びた場合）を考える。この場合、点Ａと点Ｂの間の距離が小さくなり、圧縮ばね１１２は伸長され、その伸長力は小さくなる（現象１’）。他方において、この際、θが小さくなり、同時にφが大きくなるので、リンク機構によるモーメントは大きくなり、リンクによるスライダ１０２を図の左の方向に動かそうとする作用は増大する（現象２’）。ここで、現象１’の圧縮ばねの伸長力の減少分と、現象２’のリンクを介してのスライダ１０２を図の左方向に動かそうとする作用の増大分が相殺することで、スライダ１０２が図の左の方向に動いたとしても、Ｔに変化は生じない。

この圧縮ばねの伸長力の変化と、リンクを介してのスライダ１０２を図の左の方向に動かそうとする作用の変化とが相殺される条件がτ_arm＝τ_spであり、この条件から得られる関係式が数９である。

実際には、第１のリンクアーム１０４等の重量の影響で、点Ｄの位置の変化による張力Ｔには、僅かな変化が生じる。しかしながら、その変化は架線を引っ張る張力Ｔに比較して極めて小さく、実用上は無視することができる。

図３は、図１に示す構造において、Ｌ字リンクを用いて、点Ｏまわりの力のモーメントの位相をずらし、ばねの取り付け位置を下部に移動させた例である。この例では、図１におけるリンクＯＣをＬ字リンクＢＯＣに置き換えている。また、スライダ１０２の代わりにローラ２０２がレール３０１に対して転がることで、点Ｄが固定ロッド１０１上を移動可能とする構造としている。ここで、軸１０７と軸１１１は、レール３０１が固定された図示されない支持構造体に対しての回転を可能とする軸である。つまり、軸１０７と軸１１１の位置は、レール３０１に対して固定されている。なお、特に言及しない図１と同じ符合の部分については、図１と同じである。

図３に示す例では、第２のリンクアーム１０５をＬ字形状としている。すなわち、第２のリンクアーム１０５に点Ｏから点Ｂの方向に延在した延在部１０５ａを設け、点Ｂにおいて軸１０９によって可動ロッド１０８と連結している。なお、延在部１０５ａを短辺とした場合、点Ｏと点Ｃの間が長辺となり、第２のリンクアーム１０５のＬ字形状が構成さえる。以下、図３に示す構造の原理を説明する。

まず、図３に示す構造における点Ｏまわりの力のモーメントτ_spは、数１１のように表される。

ここで、図４に示す△ＯＡＢの幾何関係について考えると、正弦定理より式１２が成り立ち、更に数１２より数１３が得られる。

数１３より、数１１は、数１４のように書き直せる。

ここで、図１のモデルの場合と同様に、数４と数１４を比較し、仮にばね定数ｋを数９で置き換えると、数１５が得られ、τ_arm＝τ_spとなる。

つまり、この場合も数９に示す関係とすることで、レール３０１上における軸１０３の位置に係らず、軸１０３に加わる張力Ｔを一定に保つことができる。図３に示す構造は、重量物となる圧縮コイル１１２を下部に配置することができ、重量バランスがよく、また実際の設置に際して取り扱いが行い易い構造とできる。

以上述べたように、図３に示す構造は、支持体の一部を構成するレール３１０、架線に張力を与えると共にレール３０１に対して架線が張られた方向に動くことが可能な可動部を構成するローラ２０２、ローラ２０２に軸１０３によって回転自在な状態で取り付けられた第１のリンクアーム１０４、軸１０３と異なる部分において、第１のリンクアーム１０４に軸１０６によって回転自在な状態で取り付けられ、且つ、軸１０６と異なる部分でレール３０１に対して軸１０７によって回転自在な状態で取り付けられた第２のリンクアーム１０５、第２のリンクアーム１０５に力を加え、軸１０７を支点として、第２のリンクアーム１０５をローラ２０２が軸１０７に近づく方向に回転させる手段を備えている。この回転させる手段は、圧縮ばね１１２を備え、レール３０１に対して軸１１１を中心として回転が可能であり、ばね定数ｋの圧縮ばね１１２の力により、第２のリンクアーム１０５に力を加え、軸１０７を中心として第２のリンクアーム１０５を回転させる。

また、圧縮ばね１１２のばね定数ｋは、架線に与える張力Ｔ、軸１０６と軸１０７との間の距離ｌ、第２のリンクアーム１０５の圧縮ばね１１２からの力が加わる位置（軸１０９の位置）と軸１０７との間の距離ｐ、および軸１０７と圧縮ばね１１２の回転の中心（軸１１１の位置）との間の距離ｈによって決められている。すなわち、圧縮ばね１１２のばね定数ｋは、Ｔおよびｌに比例し、ｐおよびｈに反比例する値として決められている。より詳細にいうと、圧縮ばね１１２のばね定数ｋは、数９（ｋ＝２Ｔｌ／ｐｈ）で表される。

また、軸１０７を中心として第２のリンクアーム１０５を回転させる手段は、第２のリンクアーム１０５に軸１０９を介して結合した可動ロッド１０８、可動ロッド１０８をその軸方向に揺動可能な状態で保持すると共にレール３０１に対して軸１１１を中心として回転可能な状態とされた揺動スライダ１１０、圧縮された状態で可動ロッド１０８に装着されたばね定数ｋの圧縮ばね１１２（軸方向に圧縮されたコイルばね）を備えている。

ここで、圧縮ばね１１２は、揺動スライダ１１０と可動ロッド１０８の揺動スライダ１１０から離れた位置に設けられたストッパ部１０８ａとの間で圧縮されており、圧縮された状態の圧縮ばね１１２の伸長力により、ストッパ部１０８ａを揺動スライダ１１０から離す方向の力を発生させる。この力により、第２のリンクアーム１０５をローラ２０２が軸１０７に近づく方向に移動するように回転させる力が生じる。

また、第１のリンクアーム１０４と第２のリンクアーム１０５は、等長リンクである。また、第２のリンクアーム１０５は、長辺と符合１０５ａで示される短辺から構成されるＬ字形状を有し、長辺と短辺が交差する部分に軸１０７が位置し、長辺の軸１０７が位置した部分から離れた位置に軸１０６が位置し、短辺の軸１０７が位置した部分から離れた位置に可動ロッド１０８が軸１０９を介して回転自在な状態で結合している。

（具体例）
図５には、図３に示す基本構造を用いた鉄道用テンションバランサの組図が示されている。なお、図１および図３で同じ符号の部分は、図１および図３と同じ機能を有する部材である。

この例では、固定ロッド１０１に対応する部材としてレール４０１が配置されている。レール４０１には、その上をスライダ４０２が図の左右の方向（レール４０１の延在方向）に移動可能な状態とされている。スライダ４０２がレール４０１上を移動する仕組みは、摩擦しながら移動する形態であってもよいし、ローラ等の転がり手段を利用した形態であってもよい。スライダ４０２には、架線４０３が取り付けられ、スライダ４０２が架線４０３を図の左の方向に引っ張って保持する形態とされている。

レール４０１は、レール支持部材４０４上に固定され、レール支持部材４０４は、ボルト４０５および支柱４０６によって、筐体４０７に固定されている。スライダ４０２には、軸１０３を介して、第１のリンクアーム１０４がスライダ４０２に対して回転自在な状態で結合している。第１のリンクアーム１０４には、軸１０６を介して、第２のリンクアーム１０５が第１のリンクアーム１０４に対して回転自在な状態で結合している。第２のリンクアーム１０５は、軸１０７によって筐体４０７に回転自在な状態で取り付けられている。また、第２のリンクアーム１０５は、Ｌ字形状を有し、軸１０７の部分から延在した延在部１０５ａを備え、延在部１０５ａの部分が軸１０９を介して、可動ロッド１０８に回転自在な状態で結合している。

可動ロッド１０８には、図示されていない（筐体４０７の影に隠れている）揺動スライダが装着されている。この図示されていない揺動スライダは、図３の揺動スライダ１１０に対応する部材であり、可動ロッド１０８に対して、その軸方向に揺動可能な状態で取り付けられている。この図示しない揺動スライダは、軸１１１を介して支持体４０６に回転自在な状態で取り付けられている。

なお、第１のリンクアーム１０４と第２のリンクアーム１０５は、同じ構造のものが、レール４０１およびレール支持部材４０４を挟んだ位置にも配置されている。符合４０９ａは、ペアで配置されている第１のリンクアーム同士を結合する結合部材であり、符合４０９ｂは、ペアで配置されている第２のリンクアーム同士を結合する結合部材である。

可動ロッド１０８には、圧縮ばね１１２が装着され、圧縮ばね１１２の上端は、軸１１１に装着された図示しない揺動スライダに接触し、圧縮ばね１１２の下端は、可動ロッド１０８の下端に配置されたストッパ部１０８ａに接触している。圧縮ばね１１２の伸長力により、ストッパ部１０８ａが、図の左下の方向に押され、それにより軸１０９の部分が同様に図の左下の方向に引かれる。これにより、軸１０７を中心として第２のリンクアーム１０５を図の時計回りの方向に回転させようとする力が生じ、スライダ４０２が図の左方向に動こうとする力、つまり架線４０３を引っ張る張力Ｔが生じる。

筐体４０７は、取り付け部４０８，４０９を備え、取り付け部４０８が取り付け部材４１０によりコンクリート柱４１１に取り付けられ、取り付け部４０９が取り付け部材４１２によりコンクリート柱４１１に取り付けられる。コンクリート柱４１１が、架線４０３を支持する支柱となる。

図５に示す鉄道用テンションバランサ４００は、図３に示す原理により、スライダ４０２の位置に係らず、架線４０３を引く張力Ｔは変化しない特性を示す。すなわち、架線が伸縮し、スライダ４０２の位置がレール４０１で動いても、一定の張力Ｔで架線を引っ張ることができる。

（変形例１）
図６には、図１に示す構造の変形例が示されている。図６に示す構造では、ローラ２０２がレール３０１上を転がることで、軸１０３の部分が図の左右の方向に可動する。動作の原理、および圧縮ばね１１２のばね定数ｋを数９に示す関係とすることで、軸１０３の位置に係らず張力Ｔが一定となる点は、図１の場合と同じである。

（変形例２）
図７には、図１と同様な構造において、液体を介して第２のリンクアーム１０５に駆動力を与える例である。この例では、ピストンを内蔵したシリンダ３０１にホース３０２を介して、シリンダ３０３内に満たされた液体（例えばオイル）の圧力が加えられる。シリンダ３０１内のピストンは、可動ロッド１０８に繋がっており、シリンダ３０１内から流体が抜かれると、可動ロッド１０８がシリンダ３０１の内部に後退し、図１の場合と同様の作用が得られる。

シリンダ３０３には、ピストン３０４が出入り可能とされ、ピストン３０４には、圧縮ばね３０５が装着されている。ピストン３０４の端部にはストッパ部３０６が設けられ、ストッパ部３０６とシリンダ３０３の間を離そうとする力が圧縮ばね３０５から作用する。この圧縮ばね３０５の作用により、シリンダ３０１内のオイルがシリンダ３０３側に吸引され、可動ロッド１０８がシリンダ３０１の内部に引き込まれる。

張力Ｔが発生する原理、および圧縮ばね１１５のばね定数ｋを数９に示す関係とすることで、軸１０３の位置に係らず張力Ｔが一定となる点は、図１の場合と同じである。

（変形例３）
図８には、図３に示す構造の変形例が示されている。この場合、軸１０７（点Ｏ）の位置が図３の場合と異なっている。また、この例では、軸１０３の部分をスライダ１０２で固定ロッド１０１に対して移動可能としている。動作の原理、および圧縮ばね１１２のばね定数ｋを数９に示す関係とすることで、軸１０３（スライダ１０２）の位置に係らず張力Ｔが一定となる点は、図３の場合と同じである。

（変形例４）
図９に示す例では、第２のリンクアーム１０５の中間部分から分岐アーム１０５ａを出し、その先端の部分を軸１０９（点Ｂ）によってスライダ５０１に回転自在な状態で結合させている。スライダ５０１は、ロッド５０２上でスライド可能とされ、ロッド５０２上におけるスライダ５０１とロッド５０２の一端側に設けられたストッパ部５０３との間に圧縮ばね５０４が配置されている。ロッド５０２の他端側は、軸１１１（点Ａ）を介して、固定ロッド１０１の他端側から分岐した分岐部１０１ａの先端に回転自在な状態で結合している。

この構造では、圧縮ばね５０４が伸長しようとすると、スライダ５０１が軸１１１の方向にロッド５０２上を動こうとし、これに従って、第２のリンクアーム１０５が、軸１０７を中心として時計回りの方向に回転しようとする。その結果、軸１０７（点Ｏ）と軸１０３（点Ｄ）の間隔が狭くなろうとし、張力Ｔが発生する。動作の原理、および圧縮ばね５０４のばね定数ｋを数９に示す関係とすることで、軸１０３（スライダ１０２）の位置に係らず張力Ｔが一定となる点は、図３の場合と同じである。

（その他）
コイルばねの代わりに他の形態のばねを用いることも可能である。この場合、例示した圧縮ばねと同様の力が生じるようにばねを配置し、そのばね定数ｋが数９に示す関係を満足するように各パラメータの設定を行なえばよい。このようなばねの形態としては、空気ばね、さらばね、トーションばね等を挙げることができる。

本発明は、鉄道用テンションバランサに利用することができる。

１０１…固定ロッド、１０２…スライダ、１０３…軸、１０４…第１のリンクアーム、１０５…第２のリンクアーム、１０６…軸、１０７…軸、１０８…可動ロッド、１０８ａ…ストッパ部、１０９…軸、１１０…揺動スライダ、１１１…軸、１１２…圧縮ばね、３０１…レール、４００…鉄道用テンションバランサ、４０１…レール、４０２…スライダ、４０３…架線、４０４…レール支持部材、４０５…ボルト、４０６…支柱、４０７…筐体、４０８…取り付け部、４０９…取り付け部、４０９ａ…結合部材、４０９ｂ…結合部材、４１０…取り付け部材、４１１…コンクリート柱、４１２…取り付け部材、５０１…スライダ、５０２…ロッド、５０３…ストッパ部、５０４…圧縮ばね。

Claims

支持体と、
架線に張力を与えると共に前記支持体に対して前記架線が張られた方向に動くことが可能な可動部と、
前記可動部に第１の軸によって回転自在な状態で取り付けられた第１のリンクアームと、
前記第１の軸と異なる部分において、前記第１のリンクアームに第２の軸によって回転自在な状態で取り付けられ、且つ、前記第２の軸と異なる部分で前記支持体に第３の軸によって回転自在な状態で取り付けられた第２のリンクアームと、
前記第２のリンクアームに力を加え、前記可動部が前記第３の軸に近づく方向に、前記第２のリンクアームを前記第３の軸を支点として回転させる手段と
を備え、
前記回転させる手段は、前記支持体に対して回転が可能であり、ばね定数ｋのばねの力により、前記第２のリンクアームに力を加える手段であり、
前記ばね定数ｋは、前記架線に与える張力Ｔ、前記第２の軸と前記第３の軸との間の距離ｌ、前記第２のリンクアームの前記回転させる手段からの力が加わる位置と前記第３の軸との間の距離ｐ、および前記第３の軸と前記回転させる手段の前記回転の中心との間の距離ｈによって決められていることを特徴とする鉄道用テンションバランサ。
前記ばね定数ｋは、前記Ｔおよび前記ｌに比例し、前記ｐおよび前記ｈに反比例することを特徴とする請求項１に記載の鉄道用テンションバランサ。
前記ばね定数ｋは、（２Ｔｌ／ｐｈ）で表されることを特徴とする請求項２に記載の鉄道用テンションバランサ。
前記ばねがコイルばねまたは流体を用いたばねであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鉄道用テンションバランサ。
前記回転させる手段が、
前記第２のリンクアームに軸を介して結合した可動ロッドと、
前記可動ロッドをその軸方向に揺動可能な状態で保持すると共に前記支持体に対して回転可能な状態で前記支持体に取り付けられた揺動スライダと、
前記可動ロッドを可動させる前記ばね定数ｋのばねと
を備え、
前記ばねから生じる力により、前記可動ロッドを介して前記第２のリンクアームを回転させる力が生じることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鉄道用テンションバランサ。
前記第２のリンクアームは、長辺と短辺から構成されるＬ字形状を有し、
前記長辺と短辺が交差する部分に前記第３の軸が位置し、
前記長辺の前記第３の軸が位置した部分から離れた位置に前記第２の軸が位置し、
前記短辺の前記第３の軸が位置した部分から離れた位置に前記可動ロッドが第４の軸を介して回転自在な状態で結合していることを特徴とする請求項５に記載の鉄道用テンションバランサ。
前記第１のリンクアームと前記第２のリンクアームは、等長リンクであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄道用テンションバランサ。