JP2018131054A

JP2018131054A - トロリ線

Info

Publication number: JP2018131054A
Application number: JP2017025883A
Authority: JP
Inventors: 英則安部; Hidenori Abe; 蛭田　浩義; Hiroyoshi Hiruta; 浩義蛭田; 田村　和彦; Kazuhiko Tamura; 和彦田村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2017-02-15
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】光ファイバからなる摩耗検知線に生じる伸びひずみを低減させることのできるトロリ線を提供する。
【解決手段】本発明の一態様において、トロリ線本体１０と、トロリ線本体１０が有する溝１４の内部に配置された光ファイバからなる摩耗検知線２０と、溝１４の内面と摩耗検知線２０の表面との間に配置された潤滑性を有する潤滑部材１５と、を備えるトロリ線を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩耗検知線として光ファイバが内蔵されているトロリ線に関する。

鉄道等の架線設備に架線され、鉄道車両へパンタグラフを介して給電するためのトロリ線は、パンタグラフとの接触によって接触部分が摩耗する。このトロリ線の摩耗を検知するために、トロリ線には摩耗検知線が内蔵されている。この摩耗検知線としては、絶縁電線や光ファイバが用いられている（例えば、特許文献１参照）。絶縁電線からなる摩耗検知線を内蔵するトロリ線では、トロリ線が摩耗した場合に摩耗箇所を人力で確認する必要があるが、光ファイバからなる摩耗検知線を内蔵するトロリ線では、トロリ線が摩耗した場合に摩耗箇所を遠隔で検知することができる。

また、光ファイバからなる摩耗検知線は、電磁ノイズの影響を受けない。このため、光ファイバを摩耗検知線として内蔵したトロリ線では、鉄道車両の運行中であってもトロリ線の摩耗を検知することができる。このようなことから、光ファイバを摩耗検知線として内蔵したトロリ線は、大電流が必要とされる新幹線などの高速鉄道車両用の架線へ適用することができる。

特開２００４−３４８００号公報

トロリ線を架線設備へ架線する際、トロリ線には一定の張力が与えられながら架線される。このとき、トロリ線に光ファイバが断線検知線として内蔵されていると、架線によって光ファイバにも張力が加わるため、光ファイバに伸びひずみが生じることになる。光ファイバに加わる伸びひずみは、伝送損失の増大や摩耗検知線等の寿命を短くするため、光ファイバに加わる伸びひずみは低減されることが望ましい。この伸びひずみを低減するために、従来のトロリ線では、光ファイバを内蔵させる溝の内部が光ファイバとの間において所定の空間（クリアランス）を有している。しかし、このような空間を有していたとしても、ドラムに巻き取られているトロリ線を架線設備へ架線する際、光ファイバには伸びひずみが生じてしまう。
このような架線時において生じる伸びひずみを低減するために、光ファイバを銅パイプに挿入させた状態で溝の内部に配置させることなどが考えられる。しかし、このような構造を採用した場合では、トロリ線の製造時にトロリ線をドラムへ巻き付ける際、溝の内部で銅パイプが座屈するなどして光ファイバを損傷させることが懸念される。

したがって、本発明の目的の１つは、光ファイバからなる摩耗検知線に生じる伸びひずみを低減させることのできるトロリ線を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［５］のトロリ線を提供する。

［１］トロリ線本体と、前記トロリ線本体が有する溝の内部に配置された光ファイバからなる摩耗検知線と、前記溝の内面と前記摩耗検知線の表面との間に配置された潤滑性を有する潤滑部材と、を備えるトロリ線。

［２］前記摩耗検知線は、その表面が潤滑性を有するシート、テープのうちのいずれかからなる潤滑部材によって覆われている、上記［１］に記載のトロリ線。

［３］前記摩耗検知線は、その表面が潤滑剤からなる潤滑部材によって覆われている、上記［１］に記載のトロリ線。

［４］前記溝は、その内面が潤滑剤からなる潤滑部材によって覆われている、上記［１］に記載のトロリ線。

［５］前記潤滑剤は、潤滑油、グリースのうちのいずれかからなる、上記［３］又は［４］に記載のトロリ線。

本発明によれば、光ファイバからなる摩耗検知線に生じる伸びひずみを低減させることのできるトロリ線を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るトロリ線の径方向の断面図である。図２は、トロリ線の摩耗検知線の部分を拡大した斜視図である。

〔実施の形態〕
（トロリ線の構造）
図１は、本発明の実施の形態に係るトロリ線１の径方向の断面図である。トロリ線１は、電車等の鉄道車両用の架線に用いられる異形丸形のトロリ線であって、特に、新幹線等の高速度で運転される高速鉄道車両用の架線にも好適なトロリ線である。なお、トロリ線本体１０の形状は、ＪＩＳＥ２１０１、ＥＮ５０１４９に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する。

トロリ線１は、摩耗検知線用溝１４（単に、溝１４ともいう）を内部に有するトロリ線本体１０と、摩耗検知線用溝１４の内部に配置された光ファイバからなる摩耗検知線２０と、摩耗検知線用溝１４の内面と摩耗検知線２０の表面との間に配置された潤滑性を有する潤滑部材とを備える。なお、光ファイバは、コアと該コアの周囲に有するクラッドと該クラッドの周囲に有する被覆とを備えたものである。

トロリ線本体１０は、上部の小弧面１１、下部の大弧面１２、小弧面１１と大弧面１２との間の略Ｖ字状のイヤー溝１３と、大弧面１２の底部からイヤー溝１３までの間の所定の位置にトロリ線本体１０の長手方向に沿って設けられた摩耗検知線用溝１４とを有する。

トロリ線本体１０は、例えば、添加元素としてＳｎ、Ｉｎ等が特定の割合で含有されており、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるＣｕ−Ｓｎ−Ｉｎ系合金、Ｃｕ−Ｓｎ系合金で構成される。トロリ線本体１０の公称断面積は、１１０ｍｍ²（１１０ＳＱ）以上１７０ｍｍ²（１７０ＳＱ）以下である。

トロリ線１を介して、例えば高速で走行する新幹線などの鉄道車両からなる電気車に給電が行われる際には、トロリ線本体１０の大弧面１２の底部が、パンタグラフ等の電気車の集電装置に接触する。このため、集電装置の摺動により、トロリ線本体１０は大弧面１２の底部から摩耗する。摩耗が進むと、設定された摩耗限度位置１６に達する前に摩耗検知線２０が断線し、断線検知システムが作動して、トロリ線本体１０が限界に近いところまで摩耗していることが検知される。

図１中の距離Ｌ₁は、摩耗前のトロリ線本体１０の底部（大弧面１２の頂部）と摩耗限度位置１６までの距離であり、摩耗しろと呼ばれる。また、距離Ｌ₂は、トロリ線本体１０の上端（小弧面１１の頂部）と摩耗限度位置１６までの距離である。距離Ｌ₂は、トロリ線本体１０が摩耗して底面が摩耗限度位置１６に達したときの残存するトロリ線本体１０の高さであるため、残存高さと呼ばれる。距離Ｌは、トロリ線本体１０の上端（小弧面１１の頂部）から下端（大弧面１２の頂部）までの距離であり、距離Ｌ₁と距離Ｌ₂との合計の距離に等しい。

摩耗検知線用溝１４は、その上端の位置がトロリ線本体１０の摩耗限度位置１６に一致するような位置に設けられる。図１に示される例では、トロリ線本体１０の中心線３０の両側に１つずつ、計２つの摩耗検知線用溝１４が設けられ、それら２つの摩耗検知線用溝１４の各々に摩耗検知線２０が配置されている。２つの摩耗検知線２０を用いることにより、偏摩耗が生じた場合にも摩耗を検知することができる。

トロリ線本体１０の距離Ｌ₂は、例えば、架線張力が２．５トンまでのトロリ線に適応させるため、８ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下に設定される。この場合、摩耗検知線用溝１４の上端とトロリ線本体１０の上端とのトロリ線本体１０の高さ方向の距離が８ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下となる。

（潤滑部材）
図２は、図１に示すトロリ線１の摩耗検知線２０の部分を拡大した斜視図である。摩耗検知線２０は、その表面が潤滑性を有する潤滑部材１５によって覆われている。潤滑部材１５は、その表面に潤滑性を有するシート、テープ等によって構成される。シートやテープ等からなる潤滑部材は、例えば、ポリエチレンやフッ素系の樹脂で構成される。潤滑部材１５としてシートやテープ等を用いる場合、潤滑部材１５は、シートやテープ等の潤滑性を有する面が外側の面（摩耗検知線用溝１４の内面と接する面）に配置されるように摩耗検知線２０の表面に縦添えあるいは螺旋状に巻き付けされることにより、摩耗検知線２０の表面を覆うように設けられている。

また摩耗検知線２０は、潤滑性を有するシートやテープで構成される以外に、潤滑剤からなる潤滑部材１５によって覆われていてもよい。この場合の潤滑部材１５は、例えば潤滑油（液状潤滑剤）やグリース（半固体状潤滑剤）を摩耗検知線２０の表面に塗布して硬化させることなどにより、摩耗検知線２０の表面を覆うように設けられる。

なお、図１および図２では、摩耗検知線２０の表面を覆うように潤滑部材１５を配置されている例で説明したが、これに限定されるものではない。例えば、トロリ線本体１０の摩耗検知線用溝１４の内面が潤滑油やグリース等の潤滑剤からなる潤滑部材によって覆われている構造であってもよい。

トロリ線１が横巻きでドラムに巻き付けられている場合は、ドラムに近い方の摩耗検知線２０に圧縮ひずみが生じる。この圧縮ひずみは、トロリ線１を架線する際に伸びひずみに変わる。トロリ線１では、摩耗検知線用溝１４の内面と光ファイバからなる摩耗検知線２０の表面との間に潤滑部材１５を配置させることにより、ドラムに巻き取られているトロリ線を架線設備へ架線する際に、光ファイバを内蔵させる摩耗検知線用溝１４の内面と光ファイバからなる摩耗検知線２０の表面との間に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、トロリ線１では、光ファイバに加わる伸びひずみを抑えることができる。また、トロリ線１では、光ファイバからなる摩耗検知線２０を銅パイプ等の部材に挿入させた状態で摩耗検知線用溝１４の内部に配置させる必要もない。そのため、トロリ線１では、銅パイプ等の部材が座屈することなどによって光ファイバが損傷するなどの懸念もない。

（トロリ線の製造工程）
以下に、トロリ線の製造工程の一例を示す。

本実施の形態に係るトロリ線１の製造工程は、銅母材にＳｎやＩｎ等の添加元素を添加して溶解し、銅合金溶湯を形成する溶解工程と、その銅合金溶湯を鋳造して鋳造材を形成する鋳造工程と、その鋳造材に複数段（多段）の熱間圧延加工を施して圧延材を形成する熱間圧延工程と、その圧延材を洗浄して得られた線材（ワイヤロッド）をドラムに巻取る洗浄・巻取り工程と、ドラムに巻取られた線材を伸線加工してトロリ線１を得る伸線加工工程と、を含む。以下、各工程について詳細に説明する。

＜溶解工程＞
先ず、酸素が特定の濃度で含まれている銅母材（例えば０．０３質量％〜０．０５質量％の酸素を含む銅母材）に、特定の濃度となる量のＳｎやＩｎ等の添加元素を添加して溶解を行うことで、銅合金溶湯を形成する。

＜鋳造工程＞
次に、前工程で得られた銅合金溶湯は、ＳＣＲ方式の連続鋳造圧延に供される。具体的には、ＳＣＲ連続鋳造において、通常の溶融温度よりも５０℃低い溶融温度（９００℃以下）からなる銅合金溶湯で鋳造を行うと共に、鋳型（銅鋳型）を強制水冷し、銅合金溶湯の凝固温度より少なくとも１５℃以上低い温度（例えば、８００℃〜８５０℃程度の温度）に急速冷却して鋳造材を形成する。

＜熱間圧延工程＞
次に、連続鋳造圧延における通常の熱間圧延温度よりも５０℃〜１００℃低い温度、すなわち鋳造材の温度を６００℃未満、好ましくは５５０℃以下に調整した状態で、鋳造材に、多段の熱間圧延加工を施す。最終圧延時において、５００℃以上６００℃未満の圧延温度で熱間圧延加工を施し、圧延材を形成する。本工程における圧延温度を従来の温度よりも低くすることにより、トロリ線１の引張強度を高めることができる。

＜洗浄・巻取り工程＞
次に、圧延材を洗浄し、巻取りを行い、トロリ線１を得るための線材（ワイヤロッド）を得る。線材のサイズ（外径）としては、２０ｍｍ以上であることが好ましく、２０ｍｍ以上２３ｍｍ以下であることがより好ましい。線材の外径が２０ｍｍ以上である場合は、公称断面積が１１０ｍｍ²以上１７０ｍｍ²以下で４２０ＭＰａ以上の引張強度を有するトロリ線を得ることができる。線材の外径が２３ｍｍ以下である場合は、後述する伸線加工工程における伸線加工の回数を削減することができるため、トロリ線１の製造コストを抑えることができる。なお、トロリ線の引張強度は、ＪＩＳＣ３００２に準拠する試験方法によって求められる。

以上に説明した各工程は、既存又は慣用の連続鋳造圧延設備（ＳＣＲ連続鋳造機）を用いて実施することができる。

＜伸線加工工程＞
以上に説明した工程のあと、得られた線材を伸線加工することにより、小弧面１１と大弧面１２とイヤー溝１３と摩耗検知線用溝１４とを有する公称断面積が１１０ｍｍ²以上１７０ｍｍ²以下のトロリ線本体１０を得る。この伸線加工工程では、トロリ線本体１０を伸線加工しながら潤滑部材１５によって覆われた摩耗検知線２０が摩耗検知線用溝１４の内部に挿入される。これにより、図１に示すトロリ線１が得られる。

なお、摩耗検知線用溝１４の内面に潤滑部材を配置する場合は、伸線加工によって摩耗検知線用溝１４を有するトロリ線本体１０を作製した後に、摩耗検知線用溝１４の内面に潤滑剤を塗布し硬化させることによって潤滑部材を設ける。その後、トロリ線本体を伸線加工しながら潤滑部材を設けた摩耗検知線用溝の内部に摩耗検知線２０が挿入されることにより、トロリ線が得られる。

（架線の構造）
上述した本実施の形態のトロリ線１は、ヘビーコンパウンド架線、シンプル架線などの架線に使用される。例えば、ヘビーコンパウンド架線（ヘビーコンパウンドカテナリ方式架線ともいう）においては、吊架線と、吊架線からドロッパーによって吊り下げられている補助吊架線と、補助吊架線からハンガーによって吊り下げられているトロリ線と、を備える。また、シンプル架線においては、吊架線と、吊架線からハンガーによって吊り下げられているトロリ線と、を備える。ヘビーコンパウンド架線やシンプル架線などに使用されるトロリ線は、特定の架線張力が与えられて架線される。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、摩耗検知線用溝の内面と光ファイバからなる摩耗検知線の表面との間に潤滑性を有する潤滑部材を配置させることにより、光ファイバを内蔵させる摩耗検知線用溝の内面と光ファイバの表面との間に生じる摩擦力を低減することができる。このようにして摩擦力を低減することにより、光ファイバからなる摩耗検知線は、摩耗検知線用溝の内部で自由に移動することができるため、摩耗検知線に生じる伸びひずみを低減させることができる。なお、本実施の形態によれば、トロリ線を巻ドラムに巻き付けた後に生じる摩耗検知線の伸びひずみだけでなく、トロリ線を曲げたことにより生じる摩耗検知線の伸びひずみ全般を抑えることができる。また、本実施の形態によれば、夏季や冬季などの季節の変化に応じてトロリ線が使用される環境下の温度や湿度が変化した場合においても、架線後の摩耗検知線の伸びひずみ量の最大値を０．３５％以下に抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１トロリ線
１０トロリ線本体
１２大弧面
１４摩耗検知線用溝
１５潤滑部材
２０摩耗検知線

Claims

トロリ線本体と、
前記トロリ線本体が有する溝の内部に配置された光ファイバからなる摩耗検知線と、
前記溝の内面と前記摩耗検知線の表面との間に配置された潤滑性を有する潤滑部材と、を備えるトロリ線。
前記摩耗検知線は、その表面が潤滑性を有するシート、テープのうちのいずれかからなる潤滑部材によって覆われている請求項１に記載のトロリ線。
前記摩耗検知線は、その表面が潤滑剤からなる潤滑部材によって覆われている請求項１に記載のトロリ線。
前記溝は、その内面が潤滑剤からなる潤滑部材によって覆われている請求項１に記載のトロリ線。
前記潤滑剤は、潤滑油、グリースのうちのいずれかからなる、請求項３又は４に記載のトロリ線。