JP7327615B1

JP7327615B1 - トロリ線

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Publication number: JP7327615B1
Application number: JP2022166923A
Authority: JP
Inventors: 浩義蛭田; 正彦鈴木; 和彦田村
Original assignee: Proterial Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2042-10-18
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Abstract

【課題】摩耗寿命の低下や摩耗検知溝の視認性の低下を抑えつつ軽量化されたトロリ線を提供する。【解決手段】本発明の一態様において、上部の小弧面１１、下部の大弧面１２、小弧面１１と大弧面１２の間のイヤー溝１３を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、左右各々の側面の前記大弧面１２上に、摩耗限度位置１４の指標である複数本の摩耗検知溝１５ａ、１５ｂを有し、径方向の断面積が１５３．２～１５５ｍｍ２であり、前記トロリ線の径方向の断面において、小弧面１１の輪郭である第１の円弧の曲率と大弧面１２の輪郭である第２の円弧の曲率がそれぞれ一定であり、前記第１の円弧の中心Ｏ１と前記第２の円弧の中心Ｏ２の位置が異なり、前記第１の円弧の曲率が前記第２の円弧の曲率よりも小さい、トロリ線１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、電車線路に使用されるトロリ線に関する。

近年、新幹線の高速化により、高い波動伝搬速度を有するトロリ線が求められている。トロリ線の質量を小さくすることにより波動伝搬速度を高めることができるが、トロリ線を小径のものに替えた場合（例えば断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線を断面積が１１０ｍｍ^２や１３０ｍｍ^２のトロリ線に替えた場合）、イヤー金具の変更も必要となるため、イヤー溝の形状は変えずにトロリ線を軽量化することが好ましい。

従来、その中心付近に長手方向に連続する中空部を有するトロリ線が知られている（特許文献１参照）。特許文献１のトロリ線は、中空部を設けることにより軽量化され、それによって波動伝搬速度が向上している。

特開２００９－１１９５号公報

しかしながら、特許文献１のトロリ線は、中空部を設けることにより軽量化を図っているため、摩耗により断面積が低下する度合いが大きく、早い段階で強度や電流容量が許容限界に達してしまうため、摩耗寿命が短い。また、軽量化を図るためにトロリ線の大弧面の形状やサイズをＪＩＳＥ２１０１に規定される標準形状のトロリ線から変更する場合、摩耗限度位置の指標である摩耗検知溝の視認性が低下するおそれがある。

したがって、本発明の目的の１つは、摩耗寿命の低下や摩耗検知溝の視認性の低下を抑えつつ軽量化されたトロリ線を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、上部の小弧面、下部の大弧面、前記小弧面と前記大弧面の間のイヤー溝を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、左右各々の側面の前記大弧面上に、摩耗限度位置の指標である複数本の摩耗検知溝を有し、径方向の断面積が１５３．２～１５５ｍｍ^２であり、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面の輪郭である第１の円弧の曲率と前記大弧面の輪郭である第２の円弧の曲率がそれぞれ一定であり、前記第１の円弧の中心と前記第２の円弧の中心の位置が異なり、前記第１の円弧の曲率が前記第２の円弧の曲率よりも小さい、トロリ線を提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、上部の小弧面、下部の大弧面、前記小弧面と前記大弧面の間のイヤー溝を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、左右各々の側面の前記大弧面上に、摩耗限度位置の指標である複数本の摩耗検知溝を有し、径方向の断面積が１５８．５～１６０ｍｍ^２であり、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面の輪郭である第１の円弧の曲率と、前記大弧面の前記摩耗検知溝の下側の部分の輪郭である第２の円弧の曲率とがそれぞれ一定であり、前記第１の円弧の中心と前記第２の円弧の中心の位置が異なり、前記第２の円弧の曲率が前記第１の円弧の曲率よりも大きい、トロリ線を提供する。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、上部の小弧面、下部の大弧面、前記小弧面と前記大弧面の間のイヤー溝を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、径方向の断面積が１６３～１６５ｍｍ^２であり、前記トロリ線の長さ方向に沿って延びる、前記トロリ線の質量軽減のための凹部を前記大弧面の下部に有し、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面の輪郭である第１の円弧の曲率と、前記大弧面の前記凹部が設けられていない部分の輪郭である第２の円弧の曲率と、前記大弧面の前記凹部内の下方に湾曲している部分の輪郭である第３の円弧の曲率とがそれぞれ一定であり、前記第１の円弧及び前記第２の円弧の中心と前記第３の円弧の中心の位置が異なり、前記第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率が等しく、前記第３の円弧の曲率が、前記第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率よりも大きい、トロリ線を提供する。

本発明によれば、摩耗寿命の低下や摩耗検知溝の視認性の低下を抑えつつ軽量化されたトロリ線を提供することができる。

図１は、本発明の第１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、本発明の第２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３は、本発明の第３の実施の形態に係るトロリ線の径方向の断面図である。

〔第１の実施の形態〕
（トロリ線の構造）
図１は、本発明の第１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、ＪＩＳＥ２１０１に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する異形のトロリ線の断面の輪郭を変形したものであり、上部の小弧面１１、下部の大弧面１２、両側部の小弧面１１と大弧面１２の間のＶ字状のイヤー溝１３とを有する。

トロリ線１のイヤー溝１３の形状は、ＪＩＳＥ２１０１に規定される断面積が１７０ｍｍ^２（ｓｑ）の標準寸法のトロリ線（以下、標準形状のトロリ線と呼ぶ）のイヤー溝の形状と同じである。このため、径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具をトロリ線１のイヤー溝１３に用いることができる。また、トロリ線１は、銅合金、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｉｎ系合金を主成分とする。

トロリ線１を介して鉄道車両に給電が行われる際には、大弧面１２の底部が、パンタグラフなどの鉄道車両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１は大弧面１２の底部から摩耗する。一般に、摩耗したトロリ線が安全に使用できる強度を保つことのできる限界を摩耗限度と呼ぶ。摩耗が摩耗限度位置１４を超えて進むと、安全に使用できる強度を保つことのできる断面積を下回り、断線するおそれが高まる。

トロリ線１は、摩耗限度位置１４の指標である摩耗検知溝１５ａ、１５ｂを大弧面１２上に有してもよい。摩耗検知溝１５ａ、１５ｂは、トロリ線１の長さ方向に沿って連続する溝である。通常、摩耗検知溝１５ａ、１５ｂは、図１に示されるように、トロリ線１の両側に設けられる。なお、トロリ線１の左右各々の側面に３本以上の摩耗検知溝が設けられてもよい。このように、左右各々の側面に複数本の摩耗検知溝を設けることにより、軽量化を図るためにトロリ線の大弧面の形状やサイズが標準形状のトロリ線から変更される場合であっても、摩耗の進行度が視認しやすくなり、また、片側だけ摩耗が早くなるような偏摩耗対応にも有利である。

トロリ線１においては、摩耗が進行して引張荷重が５４．７ｋＮとなるときの摩耗面（底面）の位置を摩耗限度位置１４とする。ここで、５４．７ｋＮはヘビーコンパウンド架線に用いられる場合の必要荷重であり、ヘビーコンパウンド架線の架線張力（２２．６ｋＮ）×安全率（２．２）×張力変動（１．１）で求められる値である。

トロリ線１は、トロリ線１の質量を軽減するために、径方向の断面における小弧面１１と大弧面１２の輪郭が、標準形状のトロリ線の径方向の断面における小弧面と大弧面の輪郭から変形されている。これにより、トロリ線１の径方向の断面積（計算断面積）は、１５３．２～１５５ｍｍ^２となっている。

図１の点線で示される輪郭１１１と輪郭１２１は、標準形状のトロリ線の径方向の断面における、小弧面と大弧面の輪郭を示す。輪郭１１１と輪郭１２１は、中心の位置及び半径の等しい円弧である。標準形状のトロリ線の高さｈ_０と幅ｗ_０は１５．４９ｍｍであり、輪郭１１１と輪郭１２１は点Ｏ_２を中心とする半径ｒ_０が７．７４５ｍｍの円弧である。

ここで、トロリ線１の径方向の断面において、小弧面１１の輪郭である円弧（以下、第１の円弧と呼ぶ）の曲率と大弧面１２の輪郭である円弧（以下、第２の円弧と呼ぶ）の曲率がそれぞれ一定である。また、第１の円弧の中心Ｏ_１と第２の円弧の中心Ｏ_２の位置が異なり、第１の円弧の曲率が第２の円弧の曲率よりも小さい（第１の円弧の半径ｒ_１が第２の円弧の半径ｒ_２よりも大きい）。典型的には、図１に示されるように、第１の円弧の中心Ｏ_１と第２の円弧の中心Ｏ_２は、ともに一点鎖線で示される鉛直方向の中心線上に位置する。トロリ線１の幅ｗ_１は、標準形状のトロリ線の幅ｗ_０よりも小さく、トロリ線１の高さｈ_１は、標準形状のトロリ線の高さｈ_０よりも小さい。

第１の円弧と第２の円弧の曲率が一定であることにより、ドラムへの巻き付けや、検測車による摩耗状態の検測が容易になる。また、イヤー溝１３に取り付けるイヤー金具の締め付け形状は決められており、その形状にトロリ線の形状を合わせる必要があるため、トロリ線１の形状が標準形状のトロリ線の形状に近いことが好ましく、標準形状のトロリ線に近い形状を保ったまま断面積を低減するためには、第１の円弧の中心Ｏ_１が第２の円弧の中心Ｏ_２よりも下側（大弧面１２側）にあることが好ましい。より具体的には、第１の円弧の中心Ｏ_１が第２の円弧の中心Ｏ_２よりも下側に位置することにより、イヤー溝１３の上部の長さｔ_１の長さ及び下部の長さｔ_２を十分に確保しつつ、トロリ線１の断面積を低減することができる。長さｔ_１、ｔ_２を十分に確保することにより、イヤー金具との嵌合性が良好になる。図１に示される例では、イヤー金具との嵌合性において特に重要な長さｔ_１を標準形状のトロリ線と一致させ、長さｔ_２を１０％以下の範囲で標準形状のトロリ線よりも短くしている。また、トロリ線１の高さｈ_１と幅ｗ_１が等しい場合には、ドラムへの巻き付けがより容易になり、また、トロリ線１の形状が標準形状のトロリ線の形状により近くなる。

トロリ線１は、上記の特許文献１に記載されているような、中空部を設けることにより断面積の低下を図っているトロリ線と比較して、摩耗による断面積の低下が緩やかであるため、摩耗寿命の低下を抑えつつ軽量化することができる。

例えば、トロリ線１が図１に示される形状を有し、第１の円弧の半径ｒ_１が９．１９５ｍｍ、第２の円弧の半径ｒ_２が７．２５ｍｍ、高さｈ_１が１４．５０ｍｍ、幅ｗ_１が１４．５０ｍｍであり、第２の円弧の中心Ｏ_２の位置が輪郭１１１と輪郭１２１の円弧の中心と一致し、第１の円弧の中心Ｏ_１が中心Ｏ_２から鉛直下側に距離１．９４５ｍｍの位置にあるとき、トロリ線１の断面積が１５３．６２ｍｍ^２となる。

（トロリ線の特性）
以下に、本発明の第１の実施の形態に係るトロリ線１の特性について、図１に示されるトロリ線１をヘビーコンパウンド架線に用いる場合の例を挙げて説明する。

トロリ線１をヘビーコンパウンド架線において架線張力２．３トン（２２．６ｋＮ）で架線した場合、営業速度３６０ｋｍ／ｈでの新幹線の走行に対応させ、特に高速性能を優先する（営業速度３６０ｋｍ／ｈでの新幹線の走行に対応できる範囲でβ値を高めに、摩耗しろを小さめに設定する）場合には、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７８２以下となること、及び４ｍｍの摩耗しろ（トロリ線１の底部から摩耗限度位置１４までの高さ）ｈ_２を確保することが好ましい。ここで、β値は、トロリ線の波動伝播速度Ｃに対する新幹線の走行速度Ｖの比（Ｖ／Ｃ）である。

なお、摩耗しろｈ_２は、トロリ線１の摩耗が進行したときに、強度を保つために必要な必要断面積を確保することのできる摩耗高さの限界値として、０．５ｍｍ刻みで設定される。ここで、トロリ線１の単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａとして、この単位面積当たりの引張強度で５４．７ｋＮである必要荷重を除して、必要断面積を１１６ｍｍ^２と算出した。そして、トロリ線１の１１６ｍｍ^２の必要断面積を確保するための摩耗しろｈ_２を４ｍｍと算出した。なお、トロリ線１の単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａとするのは、トロリ線は断面積が小さくなると加工硬化により強度が高くなるため、単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａ以上と設定できるようになることによる。

下記の表１に、トロリ線１をヘビーコンパウンド架線において架線張力２．３トン（２２．６ｋＮ）で架線した場合の、トロリ線の質量、断面積、波動伝搬速度、及び新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値の関係を示す。ここで、トロリ線１の密度を８．９２ｇ／ｃｍ^３とした。

表１によれば、トロリ線１の断面積が１５５ｍｍ^２以下であるときに、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７８２以下となる。

下記の表２に、断面積が１５１～１５６ｍｍ^２のトロリ線１が、その底部から高さ方向に４ｍｍ摩耗したときの特性を示す。ここで、表２の残存断面積は、トロリ線１の摩耗後に残存した部分の断面積である。また、引張荷重、質量、波動伝搬速度、β値の値は、それぞれトロリ線１の摩耗後の値である。

表２によれば、トロリ線１の断面積が１５３．２ｍｍ^２以上である場合に、４ｍｍ摩耗したときに必要荷重である５４．７ｋＮ以上の引張荷重を確保することができる。すなわち、トロリ線１の断面積が１５３．２ｍｍ^２以上のときに、４ｍｍの摩耗しろｈ_２を確保することができる。

〔第２の実施の形態〕
（トロリ線の構造）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るトロリ線２の径方向の断面図である。トロリ線２は、ＪＩＳＥ２１０１に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する異形のトロリ線の断面の輪郭を変形したものであり、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。

トロリ線２のイヤー溝２３の形状は、標準形状のトロリ線（ＪＩＳＥ２１０１に規定される断面積が１７０ｍｍ^２（ｓｑ）の標準寸法のトロリ線）のイヤー溝の形状と同じである。このため、径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具をトロリ線２のイヤー溝２３に用いることができる。また、トロリ線２は、銅合金、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｉｎ系合金を主成分とする。

トロリ線２は、摩耗限度位置２４の指標である摩耗検知溝２５ａ、２５ｂを大弧面２２上に有する。通常、摩耗検知溝２５ａ、２５ｂは、図２に示されるように、トロリ線２の両側に設けられる。なお、トロリ線２の左右各々の側面に３本以上の摩耗検知溝が設けられてもよい。このように、左右各々の側面に複数本の摩耗検知溝を設けることにより、軽量化を図るためにトロリ線の大弧面の形状やサイズが標準形状のトロリ線から変更される場合であっても、摩耗の進行度が視認しやすくなり、また、片側だけ摩耗が早くなるような偏摩耗対応にも有利である。

トロリ線２においては、摩耗が進行して引張荷重が５４．７ｋＮとなるときの摩耗面（底面）の位置を摩耗限度位置２４とする。ここで、５４．７ｋＮはヘビーコンパウンド架線に用いられる場合の必要荷重であり、ヘビーコンパウンド架線の架線張力（２２．６ｋＮ）×安全率（２．２）×張力変動（１．１）で求められる値である。

トロリ線２は、トロリ線２の質量を軽減するために、径方向の断面における小弧面２１と大弧面２２の輪郭が、ＪＩＳＥ２１０１に規定される断面積が１７０ｍｍ^２の標準寸法のトロリ線（標準形状のトロリ線）の径方向の断面における小弧面と大弧面の輪郭から変形されている。これにより、トロリ線２の径方向の断面積（計算断面積）は、１５８．５～１６０ｍｍ^２となっている。

図２の点線で示される輪郭２２１は、標準形状のトロリ線の径方向の断面における、大弧面の輪郭を示す。標準形状のトロリ線の径方向の断面における、小弧面の輪郭２１１は、小弧面２１の輪郭と一致している。輪郭２１１と輪郭２２１は、中心の位置及び半径の等しい円弧である。標準形状のトロリ線の高さｈ_０と幅ｗ_０は１５．４９ｍｍであり、輪郭２１１と輪郭２２１は、点Ｏ_１を中心とする半径ｒ_０が７．７４５ｍｍの円弧である。

ここで、トロリ線２の径方向の断面において、小弧面２１の輪郭である円弧（以下、第１の円弧と呼ぶ）の曲率と、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの下側（底側）の部分の輪郭である円弧（以下、第２の円弧と呼ぶ）の曲率とがそれぞれ一定である。また、第１の円弧の中心Ｏ_１と第２の円弧の中心Ｏ_２の位置が異なり、第２の円弧の曲率が第１の円弧の曲率よりも大きい（第２の円弧の半径ｒ_２が第１の円弧の半径ｒ_１よりも小さい）。典型的には、図２に示されるように、第１の円弧の中心Ｏ_１と第２の円弧の中心Ｏ_２は、ともに一点鎖線で示される鉛直方向の中心線上に位置する。トロリ線２の幅ｗ_１は、標準形状のトロリ線の幅ｗ_０よりも小さく、トロリ線２の高さｈ_１は、典型的には、標準形状のトロリ線の高さｈ_０と等しい。

なお、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの上側の部分の輪郭は、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの下側の部分の輪郭と同様に輪郭２２１の内側にあり、また、好ましくは、図２に示されるように、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの下側の部分の輪郭と摩耗検知溝２５ａ、２５ｂを挟んでほぼ段差なくつながる。図２に示される例では、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの上側の部分の輪郭の一部が、点Ｏ_１、Ｏ_２と位置の異なる点Ｏ_３を中心とする半径ｒ_３の円弧（以下、第３の円弧と呼ぶ）からなる。

第１の円弧と第２の円弧の曲率が一定であることにより、ドラムへの巻き付けや、検測車による摩耗状態の検測が容易になる。また、第１の円弧と第２の円弧の中心の位置が異なることによって、第１の円弧と第２の円弧の曲率を一定に保ったまま断面積を低減することができる。

トロリ線２は高さｈ_１が幅ｗ_１よりも大きく、幅ｗ_１に対する高さｈ_１の比の値ｈ_１／ｗ_１は、１．０５～１．１５（例えば１．１）程度であり、これによって４．５ｍｍ以上の摩耗しろ（トロリ線２の底部から摩耗限度位置２４までの高さ）ｈ_２を確保することができる。また、半径ｒ_２が、半径ｒ_０、ｒ_１に対して１０～２０％（例えば１５％）程度小さく、これによって摩耗した際のトロリ線２の下側部分の断面積の縮小度合いを抑え、トロリ線２の摩耗に伴う機械的強度の低下を抑えることができる。

トロリ線２は、上記の特許文献１に記載されているような、中空部を設けることにより断面積の低下を図っているトロリ線と比較して、摩耗による断面積の低下が緩やかであるため、摩耗寿命の低下を抑えつつ軽量化することができる。

例えば、トロリ線２が図２に示される形状を有し、第１の円弧の半径ｒ_１が７．７４５ｍｍ、第２の円弧の半径ｒ_２が６．６１ｍｍ、大弧面２２の摩耗検知溝２５ａ、２５ｂの上側の部分の輪郭の一部を構成する第３の円弧の半径ｒ_３が７．７４５ｍｍ、高さｈ_１が１５．４９ｍｍ、幅ｗ_１が１３．８９ｍｍであり、第１の円弧の中心Ｏ_１の位置が輪郭２１１と輪郭２２１の円弧の中心と一致し、第２の円弧の中心Ｏ_２が中心Ｏ_１から鉛直下側に距離１．１３５ｍｍの位置にあり、第３の円弧の中心Ｏ_３が中心Ｏ_１から水平方向の第３の円弧の反対側に距離０．８ｍｍ、鉛直上側に距離０．３ｍｍの位置にあるとき、トロリ線２の断面積が１５９．２ｍｍ^２となる。

（トロリ線の特性）
以下に、本発明の第２の実施の形態に係るトロリ線２の特性について、図２に示されるトロリ線２をヘビーコンパウンド架線に用いる場合の例を挙げて説明する。

トロリ線２をヘビーコンパウンド架線において架線張力２．３トン（２２．６ｋＮ）で架線した場合、営業速度３６０ｋｍ／ｈでの新幹線の走行に対応させ、特にメンテナンスフリーを優先する（営業速度３６０ｋｍ／ｈでの新幹線の走行に対応できる範囲でβ値を小さめに、摩耗しろを大きめに設定する）場合には、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７９５以下となること、及び４．５ｍｍの摩耗しろ（トロリ線２の底部から摩耗限度位置２４までの高さ）ｈ_２を確保することが好ましい。

なお、摩耗しろｈ_２は、トロリ線２の摩耗が進行したときに、強度を保つために必要な必要断面積を確保することのできる摩耗高さの限界値として、０．５ｍｍ刻みで設定される。ここで、トロリ線２の単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａとして、この単位面積当たりの引張強度で５４．７ｋＮである必要荷重を除して、必要断面積を１１６．４ｍｍ^２と算出した。そして、トロリ線２の１１６．４ｍｍ^２の必要断面積を確保するための摩耗しろｈ_２を４．５ｍｍと算出した。なお、トロリ線２の単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａとするのは、トロリ線は断面積が小さくなると加工硬化により強度が高くなるため、単位面積当たりの引張強度を４７０ＭＰａ以上と設定できるようになることによる。

下記の表３に、トロリ線２をヘビーコンパウンド架線において架線張力２．３トン（２２．６ｋＮ）で架線した場合の、トロリ線の質量、断面積、波動伝搬速度、及び新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値の関係を示す。ここで、トロリ線２の密度を８．９２ｇ／ｃｍ^３とした。

表３によれば、トロリ線２の断面積が１６０ｍｍ^２以下であるときに、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７９５以下となる。

下記の表４に、断面積が１５６～１６１ｍｍ^２のトロリ線２が、その底部から高さ方向に４．５ｍｍ摩耗したときの特性を示す。ここで、表４の残存断面積は、トロリ線２の摩耗後に残存した部分の断面積である。また、引張荷重、質量、波動伝搬速度、β値の値は、それぞれトロリ線２の摩耗後の値である。

表４によれば、トロリ線２の断面積が１５８．５ｍｍ^２以上である場合に、４．５ｍｍ摩耗したときに必要荷重である５４．７ｋＮ以上の引張荷重を確保することができる。すなわち、トロリ線２の断面積が１５８．５ｍｍ^２以上のときに、４．５ｍｍの摩耗しろｈ_２を確保することができる。

〔第３の実施の形態〕
（トロリ線の構造）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るトロリ線３の径方向の断面図である。トロリ線３は、ＪＩＳＥ２１０１に規定されたみぞ付硬銅トロリ線に該当する異形丸形のトロリ線に後述する凹部３５を設けたものであり、上部の小弧面３１、下部の大弧面３２、両側部の小弧面３１と大弧面３２の間のＶ字状のイヤー溝３３とを有する。

トロリ線３のイヤー溝３３の形状は、標準形状のトロリ線（ＪＩＳＥ２１０１に規定される断面積が１７０ｍｍ^２の標準寸法のトロリ線）のイヤー溝の形状と同じである。このため、径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具をトロリ線３のイヤー溝３３に用いることができる。また、トロリ線３は、銅合金、例えば、Ｃｕ－Ｓｎ－Ｉｎ系合金を主成分とする。

トロリ線３においては、摩耗が進行して引張荷重が６５．３ｋＮとなるときの摩耗面（底面）の位置を摩耗限度位置３４とする。ここで、６５．３ｋＮはヘビーシンプル架線に用いられる場合の必要荷重であり、ヘビーシンプル架線の架線張力（２７．０ｋＮ）×安全率（２．２）×張力変動（１．１）で求められる値である。

トロリ線３は、トロリ線１の質量を軽減するための凹部３５を大弧面３２の下部（トロリ線１の底部側の底部を含む部分）に有する。凹部３５は、標準形状のトロリ線の大弧面から凹んだ部分である。これにより、トロリ線３の径方向の断面積（計算断面積）は、１６３～１６５ｍｍ^２となっている。また、凹部３５を摩耗限度位置３４の指標となる摩耗検知溝として用いることができる。トロリ線３においては、大弧面３２の凹部３５が設けられていない部分の形状及びサイズが、標準形状のトロリ線の大弧面と同じであるため、凹部３５の摩耗検知溝としての視認性は良好である。

図３の点線で示される輪郭３２１は、標準形状のトロリ線の径方向の断面における、大弧面の輪郭を示す。標準形状のトロリ線の径方向の断面における、小弧面の輪郭３１１は、小弧面３１の輪郭と一致している。輪郭３１１と輪郭３２１は、中心の位置及び半径の等しい円弧である。標準形状のトロリ線の高さｈ_０と幅ｗ_０は１５．４９ｍｍであり、輪郭３１１と輪郭３２１は、点Ｏ_１を中心とする半径ｒ_０が７．７４５ｍｍの円弧である。トロリ線３の幅ｗ_１は、標準形状のトロリ線の幅ｗ_０と等しく、トロリ線３の高さｈ_１は、典型的には、標準形状のトロリ線の高さｈ_０と等しい。また、典型的には、トロリ線３の高さｈ_１と幅ｗ_１は等しい。

ここで、トロリ線３の径方向の断面において、小弧面３１の輪郭である円弧（以下、第１の円弧と呼ぶ）の曲率と、大弧面３２の凹部３５が設けられていない部分の輪郭である円弧（以下、第２の円弧と呼ぶ）の曲率と、大弧面３２の凹部３５内の下方に湾曲している部分３５１の輪郭である円弧（以下、第３の円弧と呼ぶ）の曲率とがそれぞれ一定である。また、第１の円弧及び第２の円弧の中心Ｏ_１と第３の円弧の中心Ｏ_３の位置が異なり、第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率が等しく（第１の円弧の半径ｒ_１と第２の円弧の半径ｒ_２が等しく）、第３の円弧の曲率が、前記第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率よりも大きい（第３の円弧の半径ｒ_３が、第１の円弧の半径ｒ_１と第２の円弧の半径ｒ_２よりも小さい）。典型的には、図３に示されるように、第１の円弧及び第２の円弧の中心Ｏ_１と第３の円弧の中心Ｏ_３は、ともに一点鎖線で示される鉛直方向の中心線上に位置する。

第１の円弧、第２の円弧、及び第３の円弧の曲率が一定であることにより、ドラムへの巻き付けや、検測車による摩耗状態の検測が容易になる。また、凹部３５を設けることによって、第１の円弧、第２の円弧、及び第３の円弧の曲率を一定に保ったまま断面積を低減することができる。

トロリ線３は、半径ｒ_３が、半径ｒ_０、ｒ_１、ｒ_２に対して１５～２５％（例えば２０％）程度小さく、これによって摩耗した際のトロリ線３の下側部分の断面積の縮小度合いを抑え、トロリ線２の摩耗に伴う機械的強度の低下を抑えることができる。

トロリ線３は、上記の特許文献１に記載されているような、中空部を設けることにより断面積の低下を図っているトロリ線と比較して、摩耗による断面積の低下が緩やかであるため、摩耗寿命の低下を抑えつつ軽量化することができる。

凹部３５が摩耗限度位置３４の下側に設けられている場合には、トロリ線３の摩耗が進むと、摩耗が摩耗限度位置３４に達する前に凹部３５が消失する。このため、摩耗が進行したときのトロリ線３の残存断面積の急激な低下を抑えることができる。

例えば、トロリ線３が図３に示される形状を有し、第１の円弧の半径ｒ_１及び第２の円弧の半径ｒ_２が７．７４５ｍｍ、第３の円弧の半径ｒ_３が６．１７ｍｍ、高さｈ_１及び幅ｗ_１が１５．４９ｍｍであり、第１の円弧及び第２の円弧の中心Ｏ_１の位置が輪郭３２１の円弧の中心と一致し、第３の円弧の中心Ｏ_２が中心Ｏ_１から鉛直下側に距離１．５７５ｍｍの位置にあるとき、トロリ線３の断面積が１６５ｍｍ^２となる。

（トロリ線の特性）
以下に、本発明の第３の実施の形態に係るトロリ線３の特性について、図３に示されるトロリ線３をヘビーシンプル架線に用いる場合の例を挙げて説明する。

トロリ線３をヘビーシンプル架線において架線張力２．７５トン（２７ｋＮ）で架線した場合、営業速度３６０ｋｍ／ｈでの新幹線の走行に対応させるため、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７３７以下となること、及び３ｍｍの摩耗しろ（トロリ線３の底部から摩耗限度位置３４までの高さ）ｈ_２を確保することが求められる。

なお、摩耗しろｈ_２は、トロリ線３の摩耗が進行したときに、強度を保つために必要な必要断面積を確保することのできる摩耗高さの限界値として、０．５ｍｍ刻みで設定される。ここで、トロリ線３の単位面積当たりの引張強度を４６０ＭＰａとして、この単位面積当たりの引張強度で６５．３ｋＮである必要荷重を除して、必要断面積を１４２ｍｍ^２と算出した。そして、トロリ線３の１４２ｍｍ^２の必要断面積を確保するための摩耗しろｈ_２を３ｍｍと算出した。なお、トロリ線３の単位面積当たりの引張強度を４６０ＭＰａとするのは、断面積が１６３ｍｍ^２以上のトロリ線の単位面積当たりの引張強度が４６０ＭＰａ以上に設定されるためである。

下記の表５に、トロリ線３をヘビーシンプル架線において架線張力２．７５トン（２７ｋＮ）で架線した場合の、トロリ線の質量、断面積、波動伝搬速度、及び新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値の関係を示す。ここで、トロリ線３の密度を８．９２ｇ／ｃｍ^３とした。

表５によれば、トロリ線の断面積が１６５ｍｍ^２以下であるときに、新幹線を３６０ｋｍ／ｈで走行させたときのβ値が０．７３７以下となる。

下記の表６に、断面積が１６０～１６５ｍｍ^２のトロリ線３が、その底部から高さ方向に３ｍｍ摩耗したときの特性を示す。ここで、表６の残存断面積は、トロリ線１の摩耗後に残存した部分の断面積である。また、引張荷重、質量、波動伝搬速度、β値の値は、それぞれトロリ線１の摩耗後の値である。

表６によれば、トロリ線３の断面積が１６３ｍｍ^２以上である場合に、３ｍｍ摩耗したときに必要荷重である６５．３ｋＮ以上の引張荷重を確保することができる。すなわち、トロリ線３の断面積が１６３ｍｍ^２以上のときに、３ｍｍの摩耗しろｈ_２を確保することができる。

（実施の形態の効果）
上記第１～３の実施の形態によれば、トロリ線の断面の輪郭を変形することにより断面積を低減しているため、摩耗が進行したときのトロリ線の残存断面積の急激な低下を抑えることができる。また、第１、２の実施の形態ではトロリ線の左右各々の側面に複数本の摩耗検知溝を設けることにより、第３の実施の形態ではトロリ線の大弧面の形状及びサイズを標準形状のトロリ線と同じとすることにより、摩耗検知溝の視認性を向上させている。これにより、摩耗寿命の低下や摩耗検知溝の視認性の低下を抑えつつトロリ線の軽量化を図り、波動伝搬速度を向上させることができる。また、上記第１～３の実施の形態によれば、イヤー溝の形状は変えずにトロリ線を軽量化しているため、トロリ線を交換する際にイヤー金具を変更する必要がない。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］上部の小弧面（１１）、下部の大弧面（１２）、前記小弧面（１１）と前記大弧面（１２）の間のイヤー溝（１３）を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、左右各々の側面の前記大弧面（１２）上に、摩耗限度位置（１４）の指標である複数本の摩耗検知溝（１５ａ、１５ｂ）を有し、径方向の断面積が１５３．２～１５５ｍｍ^２であり、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面（１１）の輪郭である第１の円弧の曲率と前記大弧面（１２）の輪郭である第２の円弧の曲率がそれぞれ一定であり、前記第１の円弧の中心（Ｏ_１）と前記第２の円弧の中心（Ｏ_２）の位置が異なり、前記第１の円弧の曲率が前記第２の円弧の曲率よりも小さい、トロリ線（１）。

［２］上部の小弧面（２１）、下部の大弧面（２２）、前記小弧面（２１）と前記大弧面（２２）の間のイヤー溝（２３）を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、左右各々の側面の前記大弧面（２２）上に、摩耗限度位置（２４）の指標である複数本の摩耗検知溝（２５ａ、２５ｂ）を前記大弧面（２２）上に有し、径方向の断面積が１５８．５～１６０ｍｍ^２であり、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面（２１）の輪郭である第１の円弧の曲率と、前記大弧面（２２）の前記摩耗検知溝（２５ａ、２５ｂ）の下側の部分の輪郭である第２の円弧の曲率とがそれぞれ一定であり、前記第１の円弧の中心（Ｏ_１）と前記第２の円弧の中心（Ｏ_２）の位置が異なり、前記第２の円弧の曲率が前記第１の円弧の曲率よりも大きい、トロリ線（２）。

［３］上部の小弧面（３１）、下部の大弧面（３２）、前記小弧面（３１）と前記大弧面（３２）の間のイヤー溝（３３）を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、径方向の断面積が１６３～１６５ｍｍ^２であり、前記トロリ線の長さ方向に沿って延びる、前記トロリ線の質量軽減のための凹部（３５）を前記大弧面（３２）の下部に有し、前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面（３１）の輪郭である第１の円弧の曲率と、前記大弧面（３２）の前記凹部（３５）が設けられていない部分の輪郭である第２の円弧の曲率と、前記大弧面（３２）の前記凹部（３５）内の下方に湾曲している部分（３５１）の輪郭である第３の円弧の曲率とがそれぞれ一定であり、前記第１の円弧及び前記第２の円弧の中心（Ｏ_１）と前記第３の円弧の中心（Ｏ_３）の位置が異なり、前記第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率が等しく、前記第３の円弧の曲率が、前記第１の円弧の曲率と前記第２の円弧の曲率よりも大きい、トロリ線（３）。

［４］前記凹部（３５）を摩耗限度位置（３４）の下側に有する、上記［３］に記載のトロリ線。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず、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、２、３トロリ線
１１、２１、３１小弧面
１２，２２、３２大弧面
１３、２３、３３イヤー溝
１４、２４、３４摩耗限度位置
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ摩耗検知溝
３５凹部
３５１下方に湾曲している部分

Claims

上部の小弧面、下部の大弧面、前記小弧面と前記大弧面の間のイヤー溝を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、
左右各々の側面の前記大弧面上に、摩耗限度位置の指標である複数本の摩耗検知溝を有し、
径方向の断面積が１５３．２～１５５ｍｍ^２であり、
前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面の輪郭である第１の円弧の曲率と前記大弧面の輪郭である第２の円弧の曲率がそれぞれ一定であり、
前記第１の円弧の中心と前記第２の円弧の中心の位置が異なり、
前記第１の円弧の曲率が前記第２の円弧の曲率よりも小さい、
トロリ線。
上部の小弧面、下部の大弧面、前記小弧面と前記大弧面の間のイヤー溝を有し、前記イヤー溝に径方向の断面積が１７０ｍｍ^２のトロリ線用のイヤー金具を用いることができるトロリ線であって、
左右各々の側面の前記大弧面上に、摩耗限度位置の指標である複数本の摩耗検知溝を有し、
径方向の断面積が１５８．５～１６０ｍｍ^２であり、
前記トロリ線の径方向の断面において、前記小弧面の輪郭である第１の円弧の曲率と、
前記大弧面の前記摩耗検知溝の下側の部分の輪郭である第２の円弧の曲率とがそれぞれ一定であり、
前記第１の円弧の中心と前記第２の円弧の中心の位置が異なり、
前記第２の円弧の曲率が前記第１の円弧の曲率よりも大きい、
トロリ線。