JP6759612B2 - トロリ線及びき電ちょう架式架線 - Google Patents

Description

本発明は、き電ちょう架式架線に用いられるトロリ線、及びき電ちょう架式架線に関する。

従来、トンネル内の建築限界に余裕がなく、き電線の架設が困難である場合に用いられる、シンプルカテナリー方式のちょう架線とき電線とを兼用するき電ちょう架線が知られている（例えば、特許文献１参照）。き電ちょう架線は、トロリ線に電気を供給しつつ、これを支持することができる。

一般的に、き電ちょう架線として、公称断面積が３５６ｍｍ^２（３５６ＳＱ）の２本の銅より線が用いられ、トロリ線として、公称断面積が１７０ｍｍ^２（１７０ＳＱ）の１本の錫入り銅合金線が用いられている。

き電ちょう架線とトロリ線とを備えたき電ちょう架式架線は部品点数が少ないため、近年、低コスト化や管理工数の低減のため、過密ダイヤの在来線で採用されている。また、首都圏近郊の列車ダイヤが過密でない在来線においても、低コストのき電ちょう架式架線の使用が検討されている。

特開２０１２−１２９０９４号公報

しかしながら、従来のき電ちょう架式架線に用いられるトロリ線は、上述のようにサイズ（即ち、公称断面積）が大きく、重いため、施工性やコストに難点がある。

したがって、本発明の目的の１つは、き電ちょう架式架線に用いられる、施工性やコストに優れるトロリ線、及びそのトロリ線を有するき電ちょう架式架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］〜［４］のトロリ線、及び下記［５］のき電ちょう架式架線を提供する。

［１］き電ちょう架式架線に用いられるトロリ線であって、Ｃｕ−Ｓｎ系合金を主成分とし、引張強さが４２０ＭＰａ以上であり、公称断面積が１５０ｍｍ^２である、トロリ線。

［２］引張荷重が６１ｋＮ以上である、上記［１］に記載のトロリ線。

［３］導電率が８５％ＩＡＣＳ以上である、上記［１］又は［２］に記載のトロリ線。

［４］前記Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物からなり、前記Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量が０．１８質量％以上、０．３０質量％未満である、上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載のトロリ線。

［５］トロリ線と、前記トロリ線に電気を供給しつつ、これを支持するき電ちょう架線と、を有し、前記トロリ線は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金を主成分とし、引張強さが４２０ＭＰａ以上であり、公称断面積が１５０ｍｍ^２である、き電ちょう架式架線。

本発明によれば、き電ちょう架式架線に用いられる、施工性やコストに優れるトロリ線、及びそのトロリ線を有するき電ちょう架式架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き電ちょう架式架線の概略図である。 図２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。

〔実施の形態〕
本実施の形態においては、従来、き電ちょう架式架線に用いられていた公称断面積が１７０ｍｍ^２（１７０ＳＱ）のトロリ線を公称断面積が１５０ｍｍ^２（１５０ＳＱ）のトロリ線に切り換えることにより、施工性の向上や低コスト化を図る。

また、トロリ線をサイズ（即ち、公称断面積）の小さなものに切り換えることによる導電性の低下を抑えるため、トロリ線を構成する合金の組成を最適化する。

（き電ちょう架式架線の構造）
図１は、本実施の形態に係るき電ちょう架式架線１０の概略図である。き電ちょう架式架線１０においては、トロリ線１２がハンガー１３によりき電ちょう架線１１から吊り下げられる。き電ちょう架式架線１０は、電車等の電気車用の架線であり、特に、在来線で用いられる架線である。

き電ちょう架線１１を構成する線条の種類、断面積、本数は、特に限定されない。例えば、き電ちょう架線１１は、３５６ＳＱの２本の銅より線から構成される。

（トロリ線の構造）
図２は、本発明の実施の形態に係るトロリ線１２の径方向の断面図である。トロリ線１２は、ＪＩＳ Ｅ ２１０１に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する。

トロリ線１２は、公称断面積が１５０ｍｍ^２（１５０ＳＱ）、実測断面積が１４７ｍｍ^２以上の異形丸形のトロリ線であり、上部の小弧面２１、下部の大弧面２２、両側部の小弧面２１と大弧面２２の間のＶ字状のイヤー溝２３と、を有する。イヤー溝２３は、ハンガー１３の下端にあるイヤー金具をトロリ線１２に接続するための溝であり、トロリ線１２の両側のイヤー溝２３間の小弧面２１を有する部分をイヤー金具で挟み込むことにより、トロリ線１２をハンガーに固定する。

図２中の距離Ｌは、トロリ線１２の上端から下端までの距離であり、１５０ＳＱのトロリ線１２の距離Ｌは、およそ１４．４ｍｍである。なお、従来き電ちょう架式架線に用いられている１７０ＳＱのトロリ線の距離Ｌは、およそ１５．３ｍｍである。そのため、トロリ線１２は、き電ちょう架式架線に用いられている従来の１７０ＳＱのトロリ線に比べてトロリ線の単位質量を約１２．５％低下させることができる。その結果、従来のトロリ線よりも軽量化させたトロリ線１２は、き電ちょう架式架線の一部として施工する際の作業効率を向上させることができるなど、施工性に優れるものとすることができる。また、トロリ線１２は、軽量化させたことに伴い、従来のトロリ線に比べて製造にかかるコストが低減されたものとすることができる。

トロリ線１２は、公称断面積が１５０ＳＱであり、公称断面積が１７０ＳＱの従来のトロリ線と断面の直径が異なるものの、小弧面２１を有する部分の形状及び大きさが従来のトロリ線とほぼ同じであるため、従来のトロリ線で用いられていた１７０ＳＱのトロリ線用のイヤー金具を小弧面２１の部分に接続することができる。すなわち、１７０ＳＱのトロリ線を１５０ＳＱのトロリ線に切り換えても、イヤー金具を変更する必要がなく、トロリ線の切り換えに伴うコストを低く抑えることができる。

トロリ線１２は、Ｃｕ−Ｓｎ系合金を主成分とし、引張強さが４２０ＭＰａ以上である。好ましくは、引張強さが４２０ＭＰａ以上、４４０ＭＰａ以下である。これにより、トロリ線１２は、ドラムから延線する際に曲げ癖が残りにくく、施工性が良い。なお、引張強さは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠する試験方法によって求められる。また、公称断面積が１５０ＳＱであるトロリ線１２は、引張荷重（引張試験において材料が耐えうる最大の荷重）が６１ｋＮ以上である。すなわち、トロリ線１２は、従来のトロリ線よりも公称断面積が小さいものの、従来のトロリ線と同等以上の引張荷重を確保することができる。なお、引張荷重は、引張強さに公称断面積を掛けることによって求められる。

トロリ線１２は、従来の１７０ＳＱのトロリ線よりもサイズが小さいため、従来のトロリ線からの切り換えに伴う導電性の低下を抑えるため、導電率が８５％ＩＡＣＳ（International Annealed Copper Standard）以上であることが好ましい。１５０ＳＱのトロリ線１２の８５％ＩＡＣＳは、およそ０．１３５Ω／ｋｍに相当する。なお、１７０ＳＱのトロリ線においては、およそ７５％ＩＡＣＳが０．１３５Ω／ｋｍに相当する。

トロリ線１２は、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物からなり、Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量が０．１８質量％以上、０．３０質量％未満である。Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量が多いほどトロリ線１２の強度が増加するが、導電率が低下する。Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量を０．１８質量％以上にすることにより、高い歩留まりで引張強さが４２０ＭＰａ以上のトロリ線１２を形成することができ、０．３０質量％未満にすることにより、引張強さが４２０ＭＰａ以上、４４０ＭＰａ以下の範囲でありながら高い歩留まりで導電率が８５％ＩＡＣＳ以上のトロリ線１２を形成することができる。

トロリ線１２を介して電気車に給電が行われる際には、トロリ線１２の大弧面２２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１２は大弧面２２の底部から摩耗する。摩耗限度位置２４は、摩耗により変化するトロリ線１２の底面の限度位置を示し、トロリ線１２の底面が摩耗限度位置２４に達したときにはトロリ線１２は交換される。

ここで、図２中の距離Ｌ_１は、摩耗前のトロリ線１２の底面の位置と摩耗限度位置２４との距離であり、摩耗しろと呼ばれる。また、距離Ｌ_２は、トロリ線１２の底面が摩耗限度位置２４に達したときの残存したトロリ線１２の高さであり、残存高さと呼ばれる。

なお、トロリ線１２は、摩耗が摩耗限度位置２４に達したことを検知するための検知線を有してもよい。この場合、摩耗が進むと、摩耗限度位置２４に達する前に検知線が断線し、断線検知システムが作動して、トロリ線１２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。

（トロリ線の製造工程）
以下に、トロリ線１２の製造工程の一例を示す。

本実施の形態に係るトロリ線１２の製造工程は、銅母材にＳｎ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、巻取ってトロリ線１２を得る洗浄・巻取り工程と、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、酸素を０．００１〜０．１質量％（１０〜１０００質量ｐｐｍ）含む銅母材に、全体の割合が０．１８質量％以上、０．３０質量％未満となる量のＳｎ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（１１２０〜１２００℃）よりも低い溶融温度（１１００〜１１５０℃）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８００℃以下、好ましくは７５０℃〜８００℃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、５００〜６００℃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１２の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１２を得るための線材を得る。

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。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２１と大弧面２２とイヤー溝２３とを有するトロリ線１２を得る。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、き電ちょう架式架線に用いられるトロリ線を、Ｃｕ−Ｓｎ系合金を主成分とし、引張強さが４２０ＭＰａ以上であり、公称断面積が１５０ｍｍ^２とすることにより、き電ちょう架式架線に従来用いられている１７０ＳＱのトロリ線と比べて施工性の向上及び低コスト化を図ることが可能である。

また、トロリ線の主成分であるＣｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量を従来よりも少なくすることにより、導電率を上げ、小径化しながらも従来の１７０ＳＱのトロリ線と同等以上の導電率を確保することができる。

また、熱間圧延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、トロリ線の強度を高め、小径化しながらも従来の１７０ＳＱのトロリ線と同等の引張荷重、耐摩耗性を確保することができる。また、トロリ線の残存高さも従来の１７０ＳＱのトロリ線と同等に設定することができる。

（トロリ線の引張強さ評価）
Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量が０．１７質量％である公称断面積１５０ＳＱのトロリ線を製造したところ、引張強さが４２０ＭＰａ、導電率が８５％ＩＡＣＳに満たなかった。

一方、Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量を０．２２質量％とした公称断面積１５０ＳＱのトロリ線を製造したところ、４２０ＭＰａ以上４４０ＭＰａ以下の引張強さ、８５％ＩＡＣＳ以上の導電率が得られた。

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。

１０ き電ちょう架式架線
１１ き電ちょう架線
１２ トロリ線
１３ ハンガー
２１ 小弧面
２２ 大弧面
２３ イヤー溝

Claims (3)

1. き電ちょう架式架線に用いられるトロリ線であって、当該トロリ線は、上部の小弧面と 、下部の大弧面と、前記小弧面と前記大弧面の間に位置する両側部のＶ字状のイヤー溝 を有し、両側部の前記イヤー溝間の前記小弧面を有する部分にイヤー金具が挟み込まれ ることによりハンガーに固定されるものであり、
   Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物からなり、
   前記Ｃｕ−Ｓｎ系合金のＳｎ含有量が０．１８質量％以上、０．３０質量％未満であり、
   引張強さが４２０ＭＰａ以上であり、
   公称断面積が１５０ｍｍ²であり、ＪＩＳ Ｅ ２１０１に規定された公称断面積が１ ７０ｍｍ² のトロリ線と前記小弧面を有する部分の形状及び大きさが同じであり、
   導電率が８５％ＩＡＣＳ以上である、
   トロリ線。
2. 引張荷重が６１ｋＮ以上である、
   請求項１に記載のトロリ線。
3. 請求項１または２に記載のトロリ線と、
   前記トロリ線に電気を供給しつつ、これを支持するき電ちょう架線と、
   を有する、
   き電ちょう架式架線。

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