(57)【要約】【課題】  同一材料からなり同一負荷における疲労寿命を従来のものよりも延伸させ得る鉄道用トロリ線を提供する。【解決手段】  トロリ線１０の断面形状が、下方に位置し第１円の一部により構成される下方部１１と、下方部１１の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部１２と、溝付き部１２の上方に接続する上方部１３を有し、上方部１３の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値は、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように、上方部１３の上縁１３ａ１が水平方向（左右方向）の平坦な直線となるように設定されている。【選択図】図１
2006264375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線であって、
その断面形状が、任意の円である下方部円の一部により構成され下方に位置する下方部と、前記下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、前記溝付き部の上方に接続する上方部を有し、
前記上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値は、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の前記各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように設定されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記下方部は、前記下方部円をその中心点を通る水平線で半分に分割してなる２つの半円のうちの下側の半円により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項３】
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記上方部の上縁は、水平方向の直線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項４】
請求項３記載の鉄道用トロリ線において、
前記水平方向直線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記溝付き部の上端に向かって下降するに連れて前記横幅の値が増大するような第１連絡曲線又は第１連絡斜直線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項５】
請求項３記載の鉄道用トロリ線において、
前記水平方向直線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記横幅の値が一定となるような鉛直方向の直線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項６】
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記上方部の上縁は、上に凸な上縁曲線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道用トロリ線において、
前記上縁曲線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記溝付き部の上端に向かって下降するに連れて前記横幅の値が増大するような第２連絡曲線又は第２連絡斜直線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項８】
請求項６記載の鉄道用トロリ線において、
前記上縁曲線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記横幅の値が一定となるような鉛直方向の直線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項９】
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記溝付き部の下端と、前記下方部の上端との間は、第３連絡曲線により構成されること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項１０】
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記溝付き部の下端は、前記下方部の横幅値が摩耗後の使用限度値となったときの前記下方部の外縁箇所に接続すること
を特徴とする鉄道用トロリ線。
【請求項１１】
銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線の断面形状を設定する方法であって、
その断面形状を、任意の円である下方部円の一部により構成され下方に位置する下方部と、前記下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、前記溝付き部の上方に接続する上方部により構成し、
前記上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値が、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の前記各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように設定すること
を特徴とする鉄道用トロリ線の断面形状設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道用トロリ線、及び鉄道用トロリ線の断面形状設定方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、在来線と新幹線を含む電気鉄道の電気車（電車及び電気機関車を含む）に電力を供給するための構成として、電車線路が用いられている。図５（Ａ）の側面図に示すように、この電車線路１００は、「コンパウンドカテナリー式」という架線方式のものであり、トロリ線１１０と、吊架線１０２と、ドロッパー１０３と、補助吊架線１０４と、ハンガー１０５を有して構成されている。なお、架線方式には、他に、吊架線とハンガーのみからなるシンプルカテナリー式、吊架線とハンガーに加え「Ｙ線」を有する変Ｙシンプルカテナリー式等がある。
【０００３】
トロリ線１１０は、レール２０１上を走行する鉄道電気車２０２の集電装置、例えばパンタグラフ２０３の集電舟２０３ａのうちカーボンや銅合金からなる摺板（図示せず）が、その下面と直接、接触しつつ移動する架空電線である。トロリ線１１０は、電気抵抗が小さく（高い導電性を有し）機械的強度が高いことが要求されるため、一般的には、硬銅（純銅：Ｃｕ）、又は銅に微量の銀（Ａｕ）やスズ（Ｓｎ）を加えた銅合金により作製される線状の部材である。
【０００４】
トロリ線１１０は、略鉛直方向のハンガー１０５によって吊り下げられ、ハンガー１０５は補助吊架線１０４により支持され、補助吊架線１０４は略鉛直方向のドロッパー１０３により吊り下げられ、ドロッパー１０３は吊架線１０２によって支持されている。吊架線１０２の支持点１０１は、図示はしていないが、ビーム（梁材）、電柱等によって支持される。このような構成により、トロリ線１１０は、鉄道のレール（軌道）の上方で、略一定な高さとなるように架設される。
【０００５】
図５（Ｂ）は、従来のトロリ線１１０の横断面（トロリ線１１０の長手方向に垂直な断面）を示したものである。図５（Ｂ）に示すように、従来のトロリ線１１０の横断面は、大弧部１１１と、溝付き部１１２と、小弧部１１３を有して構成されている。大弧部１１１の下縁１１１ａは、円弧となっており、小弧部１１３の上縁１１３ａも、大弧部１１１の下縁の円弧１１１ａと同一中心かつ同一半径値の円弧となっている。このため、溝付き部１１２においては、大弧部１１１の下縁１１１ａを延長すれば小弧部１１３の上縁１１３ａに合致し、小弧部１１３の上縁１１３ａを延長すれば大弧部１１１の下縁１１３１に合致するようになっている。図５（Ｂ）における破線１１２ｅは仮想の線である。大弧部１１１の下縁１１１ａである円弧と、小弧部１１３の上縁１１３ａである円弧が属する円を、以下、「第１円」という。
【０００６】
溝付き部１１２の左右両側には、略「く」字状又は略「逆く」字状の溝１１４がそれぞれ形成されている。これらの溝１１４は、上記したハンガー１０５の下端に配設される吊り金具であるイヤー（図示せず）によって直接把持される箇所であり、開き角度θxは例えば８８度（水平位置より上方は５１度で、水平位置より下方は２７度）となっている。
【０００７】
トロリ線の断面積は、在来線の本線用のものが１１０ｍｍ2（平方ミリメートル）、在来線の側線用のものが８５ｍｍ2、新幹線用のものが１７０ｍｍ2と定められており、それぞれの形状は、図５（Ｂ）に示したトロリ線１１０の形状の相似形となっている。トロリ線の下部は、パンタグラフの摺板の摺動により徐々に摩耗していくが、ある程度以上摩耗すると、定められたトロリ線の引張り強さよりも摩耗後の断面強度の方が低くなり危険なので、摩耗時の使用限度が定められている。例えば、在来線の本線用のトロリ線（断面積：１１０ｍｍ2）の場合には、使用前の直径１２．３４ｍｍ（ミリメートル）に対し、摩耗後の残存横幅が７．５ｍｍに達した時点で、トロリ線を交換するように定められている。
【０００８】
また、上記した在来線の本線用のトロリ線（正確な断面積：１１０．９３ｍｍ2）においては、第１円の半径は、６．１７ｍｍとなっている。また、中立軸から断面上端（１１３ａのうちの最高点）までの距離）は６．３２ｍｍとなっている。また、左右の溝１１４の最も入り込んだ箇所における横幅（図５（Ｂ）における左右方向の幅）は、６．８５ｍｍとなっている。また、断面２次モーメントは１１００．２３ｍｍ4となっている。また、線密度（単位長さ当たりの重量）は、０．９８８ｋｇ／ｍとなっている。また、後述するひずみ係数αの値は０．１９１ｍｍ-1となっている。
【０００９】
最近、在来線においても新幹線においても、列車の高速化が追求されている。列車速度が高くなると、パンタグラフの摺板の摺動速度が高くなる。パンタグラフの摺板がトロリ線と接触している箇所では、トロリ線は上方に押し上げられるような力（以下、「パンタグラフ押上力」という。）が作用し、トロリ線の断面には、曲げひずみが発生し、曲げ応力が生じる。また、列車ダイヤの稠密化により、トロリ線の長手方向の各箇所においては、曲げ応力が繰り返し作用するため、「疲労寿命」が課題となり、より疲労寿命の長いトロリ線が求められている（例えば、特許文献１参照）。このため最近では、硬銅線の中心に鋼線を入れたＣＳトロリ線、内部は鋼心により形成され表面にアルミニウムを用いたＴＡトロリ線なども使用されている。
【００１０】
しかしながら、ＣＳトロリ線、ＴＡトロリ線は、コストが高いため、一般的な硬銅等の同一材料からなるトロリ線のままで同一負荷における疲労寿命を延伸させることが現在強く要請されている。
【特許文献１】特開平１０−０９６０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、同一材料からなり同一負荷における疲労寿命を従来のものよりも延伸させ得る鉄道用トロリ線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る鉄道用トロリ線は、
銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線であって、
その断面形状が、任意の円である下方部円の一部により構成され下方に位置する下方部と、前記下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、前記溝付き部の上方に接続する上方部を有し、
前記上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値は、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の前記各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように設定されること
を特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２に係る鉄道用トロリ線は、
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記下方部は、前記下方部円をその中心点を通る水平線で半分に分割してなる２つの半円のうちの下側の半円により構成されること
を特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３に係る鉄道用トロリ線は、
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記上方部の上縁は、水平方向の直線により構成されること
を特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４に係る鉄道用トロリ線は、
請求項３記載の鉄道用トロリ線において、
前記水平方向直線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記溝付き部の上端に向かって下降するに連れて前記横幅の値が増大するような第１連絡曲線又は第１連絡斜直線により構成されること
を特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に係る鉄道用トロリ線は、
請求項３記載の鉄道用トロリ線において、
前記水平方向直線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記横幅の値が一定となるような鉛直方向の直線により構成されること
を特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６に係る鉄道用トロリ線は、
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記上方部の上縁は、上に凸な上縁曲線により構成されること
を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７に係る鉄道用トロリ線は、
請求項６記載の鉄道用トロリ線において、
前記上縁曲線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記溝付き部の上端に向かって下降するに連れて前記横幅の値が増大するような第２連絡曲線又は第２連絡斜直線により構成されること
を特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項８に係る鉄道用トロリ線は、
請求項６記載の鉄道用トロリ線において、
前記上縁曲線の左又は右の端と、前記溝付き部の上端との間は、前記横幅の値が一定となるような鉛直方向の直線により構成されること
を特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項９に係る鉄道用トロリ線は、
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記溝付き部の下端と、前記下方部の上端との間は、第３連絡曲線により構成されること
を特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項１０に係る鉄道用トロリ線は、
請求項１記載の鉄道用トロリ線において、
前記溝付き部の下端は、前記下方部の横幅値が摩耗後の使用限度値となったときの前記下方部の外縁箇所に接続すること
を特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項１１に係る鉄道用トロリ線の断面形状設定方法は、
銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線の断面形状を設定する方法であって、
その断面形状を、任意の円である下方部円の一部により構成され下方に位置する下方部と、前記下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、前記溝付き部の上方に接続する上方部により構成し、
前記上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値が、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の前記各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように設定すること
を特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る鉄道用トロリ線、及び鉄道用トロリ線の断面形状設定方法によれば、銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線であって、トロリ線の断面形状が、下方に位置し第１円の一部により構成される下方部と、下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、溝付き部の上方に接続する上方部を有し、上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値が、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように、上方部の上縁が水平方向（左右方向）の平坦な直線となるように設定されるように構成したので、トロリ線断面の上縁の位置における曲げひずみを減少させることができ、これにより、同一負荷におけるトロリ線の疲労寿命を延伸させることができる、という利点を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に説明する実施例は、銅（Ｃｕ）を含み導電性を有する金属材料からなり所定断面積を有する電線で、鉄道の軌道の上方に略一定高さに架設され電車及び電気機関車である電気車のパンタグラフの摺板に下面を摺動させることにより前記電気車に電力を供給する鉄道用トロリ線であって、トロリ線の断面形状が、下方に位置し第１円の一部により構成される下方部と、下方部の上方に位置し左右両側に略「く」字状又は略「逆く」字状の溝を有する溝付き部と、溝付き部の上方に接続する上方部を有し、上方部の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値が、溝付円形の断面形状の従来型トロリ線の小弧部の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなるように、上方部の上縁が水平方向（左右方向）の平坦な直線となるように設定されるように構成したものであり、トロリ線断面の上縁の位置における曲げひずみを減少させることができ、これにより、同一負荷におけるトロリ線の疲労寿命を延伸させることができ、本発明を実現するための構成として最良の形態である。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の第１実施例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【００２６】
図１に示すように、第１実施例のトロリ線１０の横断面は、下方部１１と、溝付き部１２と、上方部１３を備えて構成されている。下方部１１は、このトロリ線１０の断面の下方に位置している。また、下方部１１の下縁１１ａは、上記した第１円の一部をなす円弧、すなわち、第１円をその中心点を通る水平線で半分に分割してなる２つの半円のうちの下側の半円となっている。また、下方部１１は、下縁１１ａの左右両側の上端の上方に、その輪郭線が、第１円の円弧ではない曲線（以下、「第３連絡曲線」という。）１６の部分（図１における高さ位置Ｐ１４と高さ位置Ｐ１３とその間の輪郭線部分）を含んでいる。したがって、図１に示す第１実施例のトロリ線１０の横断面においては、下方部１１の輪郭線の上端は、高さ位置がＰ１３となる左側の上端と、高さ位置がＰ１３となる右側の上端となる。また、下方部１１の輪郭線の上端は、次に説明する溝付き部１２の輪郭線の下端となっている。
【００２７】
溝付き部１２は、下方部１１の上方に位置している。溝付き部１２の左右両側には、略「く」字状又は略「逆く」字状の溝１４がそれぞれ形成されている。これらの溝１４は、上記したハンガー１０５の下端に配設される吊り金具であるイヤー（図示せず）によって直接把持される箇所であり、開き角度θaは例えば８８度（水平位置より上方は５１度で、水平位置より下方は２７度）となっている。溝付き部１２の輪郭線の上端は、高さ位置がＰ１５となる左側の上端と、高さ位置がＰ１５となる右側の上端となる。また、溝付き部１２の輪郭線の上端は、次に説明する上方部１３の輪郭線の下端となる。なお、溝付き部１２の輪郭線のうち、上側の斜め直線の上端（高さ位置がＰ１２の点）と、後述する上方部１３の輪郭線のうち高さ位置がＰ１１の点の間の輪郭線部分は、円弧ではない曲線（以下、「第２調整曲線」という。）１５となっており、高さ位置Ｐ１５の点は、第２調整曲線１５の部分のうち、水平方向（図１における左右方向）の幅が最大となっている。また、左側の第２調整曲線１５の略下半分は、溝付き部１２の左側の輪郭線の高さ位置がＰ１２となる位置と高さ位置がＰ１５となる位置を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第２調整曲線１５の略下半分は、溝付き部１２の右側の輪郭線の高さ位置がＰ１２となる位置と高さ位置がＰ１５となる位置を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００２８】
上方部１３は、溝付き部１２の上方に位置している。上方部１３の輪郭線は、上縁１３ａ１と、第１調整曲線１３ａ３と、第１連絡曲線１３ａ２と、第２調整曲線１５の上部略半分を有している。上縁１３ａ１は、水平方向（図１における左右方向）の平坦な直線となっている。また、第１連絡曲線１３ａ２は、第１調整曲線１３ａ３の左端又は右端と、溝付き部の上端（高さ位置Ｐ１５となる点）との間に設けられており、上縁１３ａ１の端部付近から溝付き部１２の上端（高さ位置Ｐ１５となる点）に向かって下降するに連れて、横幅（図１における左右方向の幅）の値が増大するような曲線となっている。この第１連絡曲線１３ａ２は、上記した第１円の一部をなす円弧を用いてもよい。あるいは、第１連絡曲線１３ａ２は、上記した第１円とはことなる円の一部をなす円弧を用いてもよい。第１連絡曲線１３ａ２は、円弧ではない曲線を用いてもよい。
【００２９】
左側の第１調整曲線１３ａ３は、水平方向の直線である上縁１３ａ１の左端と、左側の第１連絡曲線１３ａ２の左側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第１調整曲線１３ａ３は、水平方向の直線である上縁１３ａ１の右端と、右側の第１連絡曲線１３ａ２の右側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。また、左側の第２調整曲線１５の略上半分は、左側の第１連絡曲線１３ａ２の左側の下端と、溝付き部１２の輪郭線の左側の上端（高さ位置Ｐ１５の点）を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第２調整曲線１５の略上半分は、右側の第１連絡曲線１３ａ２の右側の下端と、溝付き部１２の輪郭線の右側の上端（高さ位置Ｐ１５の点）を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００３０】
図１に示す本発明の第１実施例であるトロリ線１０は、その断面積が１０９．７２ｍｍ2となっており、在来線の本線用のトロリ線（断面積：１１０ｍｍ2）として使用可能となっている。他の主な寸法は、以下の通りである。すなわち、水平方向の直線である上縁１３ａ１の左右両端の間の長さは７．２７ｍｍ、高さ位置Ｐ１５での横幅（線分Ｌ１５の左右両端の間の長さ）は９．７１ｍｍ、水平方向の直線である上縁１３ａ１の高さ位置から溝１４の最も入り込んだ点Ｐ１７の高さ位置までの高低差は３．８０ｍｍ、水平方向の直線である上縁１３ａ１の高さ位置から点Ｐ１４の高さ位置までの高低差（中立軸から断面上端（上縁１３ａ１）までの距離）は５．７２ｍｍとなっている。また、断面２次モーメントは１０４６．８８ｍｍ4となっている。また、後述するひずみ係数αの値は０．１７７ｍｍ-1となっている。
【００３１】
上記のような構成により、図１に示す本発明の第１実施例であるトロリ線１０においては、上方部１３の各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値（７．２７ｍｍ〜９．７１ｍｍ）は、溝付円形の断面形状の従来型のトロリ線１１０の小弧部１１３（図５（Ｂ）参照）の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなっている。
【００３２】
図１のような断面形状を採用した結果、図１に示す本発明の第１実施例であるトロリ線１０においては、水平方向の直線である上縁１３ａ１の中央付近での曲げひずみの値は、溝付円形の断面形状の従来型のトロリ線１１０の小弧部１１３（図５（Ｂ）参照）の上端での曲げひずみの値よりも小さくなる。以下、この作用について、説明する。
【００３３】
いま、仮想のトロリ線断面を考え、このトロリ線に下方から作用するパンタグラフ押上力をＰとし、中立軸から断面上端までの距離をｌ（英小文字エル）とし、ヤング率（弾性係数）をＥとし、断面２次モーメントをＩ（英大文字アイ）とし、トロリ線に作用する張力をＴとし、電気車の走行速度をｖとし、線密度（トロリ線長手方向の単位長さ当たりの重量）をρとし、パンタグラフで押上げられた衝撃が波動として伝播する速度をｃ｛＝（Ｔ／ρ）1/2｝とすると、このトロリ線の上端位置の曲げひずみは、下式（１）で表される。
【００３４】
【数１】
2006264375.tif 000003
【００３５】
上式（１）において、トロリ線の断面形状に関係するパラメータは、中立軸から断面上端までの距離ｌ（英小文字エル）と、断面２次モーメントＩ（英大文字アイ）と、波動伝播速度ｃである。したがって、上式（１）をｌ（英小文字エル）と、Ｉ（英大文字アイ）と、ｃについて見ると、中立軸から断面上端までの距離ｌ（英小文字エル）が短いほど、又は断面２次モーメントＩ（英大文字アイ）が大きい（曲がりにくい）ほど、あるいは線密度が小さい（断面積が小さい）ほど、トロリ線の上端位置の曲げひずみは小さくなることがわかる。ただし、断面積を小さくすると、トロリ線の許容応力の点、摩耗限度等の点で好ましくない。そこで、以下は、中立軸から断面上端までの距離ｌ（英小文字エル）と、断面２次モーメントＩ（英大文字アイ）に絞って検討を進める。上式（１）から、同じ張力Ｔで、同じ材質で、同じ走行速度ｖで、同じパンタグラフ押上力Ｐのとき、トロリ線の上端位置の曲げひずみは、下式（２）に依存することになる。以下、下式（２）で表されるパラメータを、「ひずみ係数」αという。
【００３６】
【数２】
2006264375.tif 000004
【００３７】
上式（２）のうち、中立軸から断面上端までの距離ｌ（英小文字エル）を求めるためには、トロリ線の図心を求める必要がある。ある任意図形（図示せず）の図心のｘ座標は、一般に下式（３）で表され、この任意図形の図心のｙ座標は、一般に下式（４）で表される。ここに、Ａはトロリ線の断面積である。
【００３８】
【数３】
2006264375.tif 000005
【００３９】
トロリ線は、左右対称であるため、上式（３）で表される図心のｘ座標を通る鉛直方向直線（ｙ軸に平行な直線）は、この図形の左右対称軸と一致する。ここで、この図形の左右対称軸をｙ軸（ｘ＝０の鉛直方向直線）と仮定する。このようすると、あとはｙのみについて考えればよいことになる。上式（４）で表されるｙ座標の位置を通る水平方向直線（軸に平行な直線）が、曲げひずみが零となる「中立軸」となる。いま、この中立軸から断面上端までの距離ｌ（英小文字エル）を短くするためには、ｙの値を大きくすることが必要であり、上式（４）より、ｙｄＡを大きくすればよいことになる。この図形の幅をｙの関数であるｂ（ｙ）とし、ｙの微少値をｄｙとすれば、微少面積ｄＡ＝ｂ（ｙ）×ｄｙであるから、上式（４）は、下式（５）のように表すことができる。
【００４０】
【数４】
2006264375.tif 000006
【００４１】
次に、任意図形の内部を通るｘ軸のまわりの断面２次モーメントＩ（英大文字アイ）は、一般に下式（６）で表される。
【００４２】
【数５】
2006264375.tif 000007
【００４３】
ここで、上記のように、微少面積ｄＡ＝ｂ（ｙ）×ｄｙであるから、上式（６）は、下式（７）のように表すことができる。
【００４４】
【数６】
2006264375.tif 000008
【００４５】
上式（２）に、上式（６）及び上式（７）を代入すると、下式（８）が得られる。
【００４６】
【数７】
2006264375.tif 000009
【００４７】
上式（８）から、図形の上端付近（ｙ座標がｙmaxに近い値）の図形の幅であるｂ（ｙ）の値を大きくすると、中立軸が上端側に移動し、また上式（８）の分母も大きくなるため、結果として上式（８）のα（ひずみ係数）の値が小さくなることがわかる。
【００４８】
図４は、本発明の各実施例のトロリ線及び従来のトロリ線における摩耗に伴うひずみ係数αの変化を示すグラフである。図４のグラフは、横軸に摩耗量（単位：ミリメートル）をとり、縦軸にひずみ係数α（単位：ｍｍ-1）をとっている。図４のグラフにおいて、黒い菱形状のポイントを結んだ折線ＧＴ１１０は、上記した従来のトロリ線１１０（断面積が１１０ｍｍ2の在来線本線用）についてシミュレート計算を行った結果である。また、図４のグラフにおいて、黒い四角形状のポイントを結んだ折線ＧＴ１１０−Ａは、上記した第１実施例のトロリ線１０（断面積が約１１０ｍｍ2の在来線本線用）についてシミュレート計算を行った結果である。
【００４９】
図４のグラフから、第１実施例のトロリ線１０（断面積が約１１０ｍｍ2の在来線本線用）のひずみ係数の変化を示す折線ＧＴ１１０−Ａは、従来のトロリ線１１０（断面積が１１０ｍｍ2の在来線本線用）のひずみ係数の変化を示す折線ＧＴ１１０に比べて、一貫して下まわっている（値が低くなっている）ことがわかる。このように、図１に示すような断面形状を有するトロリ線１０とすれば、ひずみ係数αを低減することができ、これにより、トロリ線断面の上縁１３ａ１の位置における曲げひずみを減少させることができ、ひいては、トロリ線１０の同一負荷における疲労寿命を延伸させることができる。
【実施例２】
【００５０】
本発明は、上記の第１実施例とは異なる構成によっても実現可能である。以下、本発明の第２実施例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【００５１】
図２に示すように、第２実施例のトロリ線２０の横断面は、下方部２１と、溝付き部２２と、上方部２３を備えて構成されている。下方部２１は、このトロリ線２０の断面の下方に位置している。また、下方部２１の下縁２１ａは、上記した第１円の一部をなす円弧、すなわち、第１円をその中心点を通る水平線で半分に分割してなる２つの半円のうちの下側の半円となっている。また、下方部２１は、下縁２１ａの左右両側の上端の上方に、その輪郭線が、第１円の円弧ではない曲線（以下、「第３連絡曲線」という。）２６の部分（図２における高さ位置Ｐ２４と高さ位置Ｐ２３とその間の輪郭線部分）を含んでいる。したがって、図２に示す第２実施例のトロリ線２０の横断面においては、下方部２１の輪郭線の上端は、高さ位置がＰ２３となる左側の上端と、高さ位置がＰ２３となる右側の上端となる。また、下方部２１の輪郭線の上端は、次に説明する溝付き部２２の輪郭線の下端となっている。
【００５２】
溝付き部２２は、下方部２１の上方に位置している。溝付き部２２の左右両側には、略「く」字状又は略「逆く」字状の溝２４がそれぞれ形成されている。これらの溝２４は、上記したハンガー１０５の下端に配設される吊り金具であるイヤー（図示せず）によって直接把持される箇所であり、開き角度θbは例えば８８度（水平位置より上方は５１度で、水平位置より下方は２７度）となっている。溝付き部２２の輪郭線の上端は、高さ位置がＰ２１となる左側の上端と、高さ位置がＰ２１となる右側の上端となる。また、溝付き部２２の輪郭線の上端は、次に説明する上方部２３の輪郭線の下端となる。なお、溝付き部２２の輪郭線のうち、上側の斜め直線の上端（高さ位置がＰ２２の点）と、高さ位置がＰ２１の点の間の輪郭線部分は、円弧ではない曲線（以下、「第２調整曲線」という。）２５となっており、高さ位置Ｐ２１の点は、第２調整曲線２５の部分のうち、水平方向（図２における左右方向）の幅が最大となっている。
【００５３】
上方部２３は、溝付き部２２の上方に位置している。上方部２３の輪郭線は、上縁２３ａ１と、第１調整曲線２３ａ３と、上方部側縁２３ａ２を有している。上縁２３ａ１は、水平方向（図２における左右方向）の直線となっている。また、上方部側縁２３ａ２は、横幅の値が一定となるような鉛直方向の平坦な直線である。
【００５４】
左側の第１調整曲線２３ａ３は、水平方向の直線である上縁２３ａ１の左端と、鉛直方向の直線である左側の上方部側縁２３ａ２の左側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第１調整曲線２３ａ３は、水平方向の直線である上縁２３ａ１の右端と、鉛直方向の直線である右側の上方部側縁２３ａ２の右側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００５５】
図２に示す本発明の第２実施例であるトロリ線２０は、その断面積が１１０．４１ｍｍ2となっており、在来線の本線用のトロリ線（断面積：１１０ｍｍ2）として使用可能となっている。他の主な寸法は、以下の通りである。すなわち、高さ位置Ｐ２１での横幅（線分Ｌ２１の左右両端の間の長さ）は９．７５ｍｍ、水平方向の直線である上縁２３ａ１の高さ位置から溝２４の最も入り込んだ点Ｐ２７の高さ位置までの高低差は３．７０ｍｍ、水平方向の直線である上縁２３ａ１の高さ位置から点Ｐ２４の高さ位置までの高低差（中立軸から断面上端（上縁２３ａ１）までの距離）は５．６０ｍｍとなっている。また、断面２次モーメントは１０５８．９７ｍｍ4となっている。また、上述したひずみ係数αの値は０．１７２ｍｍ-1となっている。
【００５６】
上記のような構成により、図２に示す本発明の第２実施例であるトロリ線２０においては、上方部２３のうち上方部側縁２３ａ２の位置での水平方向の幅である横幅の値（９．７５ｍｍ）は、溝付円形の断面形状の従来型のトロリ線１１０の小弧部１１３（図５（Ｂ）参照）の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなっている。
【００５７】
ここで、図４、すなわち、本発明の各実施例のトロリ線及び従来のトロリ線における摩耗に伴うひずみ係数αの変化を示すグラフを見てみると、である。図４のグラフにおいて、黒い菱形状のポイントを結んだ折線ＧＴ１１０は、上記した従来のトロリ線１１０（断面積が１１０ｍｍ2の在来線本線用）についてシミュレート計算を行った結果である。また、図４のグラフにおいて、黒い三角形状のポイントを結んだ折線ＧＴ１１０−Ｂは、上記した第２実施例のトロリ線２０（断面積が約１１０ｍｍ2の在来線本線用）についてシミュレート計算を行った結果である。
【００５８】
図４のグラフから、第２実施例のトロリ線２０（断面積が約１１０ｍｍ2の在来線本線用）のひずみ係数の変化を示す折線ＧＴ１１０−Ｂは、従来のトロリ線１１０（断面積が１１０ｍｍ2の在来線本線用）のひずみ係数の変化を示す折線ＧＴ１１０に比べて、一貫して下まわっている（値が低くなっている）ことがわかる。このように、図２に示すような断面形状を有するトロリ線２０とすれば、ひずみ係数αを低減することができ、これにより、トロリ線断面の上縁２３ａ１の位置における曲げひずみを減少させることができ、ひいては、トロリ線２０の同一負荷における疲労寿命を延伸させることができる。
【実施例３】
【００５９】
本発明は、上記の第１、２実施例とは異なる構成によっても実現可能である。以下、本発明の第３実施例について、図３（Ａ）を参照しながら説明する。図３（Ａ）は、本発明の第３実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【００６０】
図３（Ａ）に示すように、第３実施例のトロリ線１０Ａの横断面は、下方部（図示せず。第１実施例における下方部１１と同一。）と、溝付き部１２Ａと、上方部１３Ａを備えて構成されている。下方部（図示せず）については、第１実施例における下方部１１と同一の形状であるので、その説明は省略する。
【００６１】
溝付き部１２Ａは、上記した下方部（図示せず）の上方に位置している。溝付き部１２Ａの左右両側には、略「く」字状又は略「逆く」字状の溝１４Ａがそれぞれ形成されている。これらの溝１４Ａは、上記したハンガー１０５の下端に配設される吊り金具であるイヤー（図示せず）によって直接把持される箇所であり、開き角度θa1は例えば８８度（水平位置より上方は５１度で、水平位置より下方は２７度）となっている。溝付き部１２Ａの輪郭線の上端は、高さ位置がＰ１５Ａとなる左側の上端と、高さ位置がＰ１５Ａとなる右側の上端となる。また、溝付き部１２Ａの輪郭線の上端は、次に説明する上方部１３Ａの輪郭線の下端となる。なお、溝付き部１２Ａの輪郭線のうち、上側の斜め直線の上端（高さ位置がＰ１２Ａの点）と、後述する上方部１３Ａの輪郭線のうち高さ位置がＰ１１Ａの点の間の輪郭線部分は、円弧ではない曲線（以下、「第２調整曲線」という。）１５Ａとなっており、高さ位置Ｐ１５Ａの点は、第２調整曲線１５Ａの部分のうち、水平方向（図３（Ａ）における左右方向）の幅が最大となっている。また、左側の第２調整曲線１５Ａの略下半分は、溝付き部１２Ａの左側の輪郭線の高さ位置がＰ１２Ａとなる位置と高さ位置がＰ１５Ａとなる位置を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第２調整曲線１５Ａの略下半分は、溝付き部１２Ａの右側の輪郭線の高さ位置がＰ１２Ａとなる位置と高さ位置がＰ１５Ａとなる位置を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００６２】
上方部１３Ａは、溝付き部１２Ａの上方に位置している。上方部１３Ａの輪郭線は、上縁１３ａ１Ａと、第１連絡曲線１３ａ２Ａと、第２調整曲線１５Ａの上部略半分を有している。上縁１３ａ１Ａは、上に凸な曲線（以下、「上縁曲線」という。）となっている。また、第１連絡曲線１３ａ２Ａは、上縁曲線１３ａ１Ａの左端又は右端と、溝付き部の上端（高さ位置Ｐ１５となる点）との間に設けられており、上縁１３ａ１Ａの端部付近から溝付き部１２Ａの上端（高さ位置Ｐ１５Ａとなる点）に向かって下降するに連れて、横幅（図３（Ａ）における左右方向の幅）の値が増大するような曲線となっている。この第１連絡曲線１３ａ２Ａは、上記した第１円の一部をなす円弧を用いてもよい。あるいは、第１連絡曲線１３ａ２Ａは、上記した第１円とはことなる円の一部をなす円弧を用いてもよい。あるいは、第１連絡曲線１３ａ２Ａは、円弧ではない曲線を用いてもよい。
【００６３】
また、左側の第２調整曲線１５Ａの略上半分は、左側の第１連絡曲線１３ａ２Ａの左側の下端と、溝付き部１２Ａの輪郭線の左側の上端（高さ位置Ｐ１５Ａの点）を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第２調整曲線１５Ａの略上半分は、右側の第１連絡曲線１３ａ２Ａの右側の下端と、溝付き部１２Ａの輪郭線の右側の上端（高さ位置Ｐ１５Ａの点）を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００６４】
上記のような構成により、図３（Ａ）に示す本発明の第３実施例であるトロリ線１０Ａは、第１実施例のトロリ線１０における上方部の上縁を平坦線ではなく、上に凸な上縁曲線に変えたもの、ということができ、その上方部１３Ａの各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値は、溝付円形の断面形状の従来型のトロリ線１１０の小弧部１１３（図５（Ｂ）参照）の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなっている。
【実施例４】
【００６５】
本発明は、上記の第１〜３実施例とは異なる構成によっても実現可能である。以下、本発明の第４実施例について、図３（Ｂ）を参照しながら説明する。図３（Ｂ）は、本発明の第４実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【００６６】
図３（Ｂ）に示すように、第４実施例のトロリ線２０Ａの横断面は、下方部（図示せず。第２実施例における下方部２１と同一。）と、溝付き部２２Ａと、上方部２３Ａを備えて構成されている。下方部（図示せず）については、第２実施例における下方部２１と同一の形状であるので、その説明は省略する。
【００６７】
溝付き部２２Ａは、上記した下方部（図示せず）の上方に位置している。溝付き部２２Ａの左右両側には、略「く」字状又は略「逆く」字状の溝２４Ａがそれぞれ形成されている。これらの溝２４Ａは、上記したハンガー１０５の下端に配設される吊り金具であるイヤー（図示せず）によって直接把持される箇所であり、開き角度θb1は例えば８８度（水平位置より上方は５１度で、水平位置より下方は２７度）となっている。また、溝付き部２２Ａの輪郭線の上端は、
次に説明する上方部２３Ａの輪郭線の下端となる。なお、溝付き部２２Ａの輪郭線のうち、上側の斜め直線の上端（高さ位置がＰ２２Ａの点）と、高さ位置がＰ２１Ａの点の間の輪郭線部分は、円弧ではない曲線（以下、「第２調整曲線」という。）２５Ａとなっており、高さ位置Ｐ２１Ａの点は、第２調整曲線２５Ａの部分のうち、水平方向（図３（Ｂ）における左右方向）の幅が最大となっている。
【００６８】
上方部２３Ａは、溝付き部２２Ａの上方に位置している。上方部２３Ａの輪郭線は、第１調整曲線２３ａ３Ａと、上方部側縁２３ａ２Ａを有している。上縁２３ａ１Ａは、上に凸な曲線（以下、「上縁曲線」という。）となっている。また、上方部側縁２３ａ２Ａは、横幅の値が一定となるような鉛直方向の直線である。
【００６９】
左側の第１調整曲線２３ａ３Ａは、上に凸な曲線である上縁２３ａ１Ａの左端と、鉛直方向の直線である左側の上方部側縁２３ａ２Ａの左側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。また、右側の第１調整曲線２３ａ３Ａは、上に凸な曲線である上縁２３ａ１Ａの右端と、鉛直方向の直線である右側の上方部側縁２３ａ２Ａの右側の上端を滑らかに接続させる曲線となっている。
【００７０】
上記のような構成により、図３（Ｂ）に示す本発明の第４実施例であるトロリ線２０Ａは、第２実施例のトロリ線２０における上方部の上縁を平坦線ではなく、上に凸な上縁曲線に変えたもの、ということができ、その上方部２３Ａの各鉛直方向位置での水平方向の幅である横幅の値は、溝付円形の断面形状の従来型のトロリ線１１０の小弧部１１３（図５（Ｂ）参照）の各鉛直方向位置での横幅の値よりも大きくなっている。
【００７１】
上記した実施例において、第１円は、特許請求の範囲における下方部円に相当している。また、下方部円は、上記した第１円とはことなる半径を有する円を用いてもよい。
【００７２】
なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではない。上記した実施例は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００７３】
例えば、鉄道用トロリ線としては、上記各実施例で説明したトロリ線ではなく、他の構成のものを用いてもよい。
【００７４】
例えば、上記実施例の第１連絡曲線（例えば、第１実施例における符号１３ａ２）のかわりに、斜め方向の直線である第１連絡斜直線にしてもよい。
【００７５】
また、上記実施例の第２連絡曲線（例えば、第３実施例における符号１３ａ２Ａ）のかわりに、斜め方向の直線である第２連絡斜直線にしてもよい。
【００７６】
また、溝付き部の下端は、下方部の横幅値が摩耗後の使用限度値（例えば、在来線の本線用のトロリ線（断面積：１１０ｍｍ2）の場合には、使用前の直径１２．３４ｍｍ（ミリメートル）に対し、摩耗後の残存横幅が７．５ｍｍに達した時点）となったときの下方部の外縁箇所（横幅が７．５ｍｍとなる箇所）に接続するように構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、鉄道用トロリ線の製造を行う電線等の製造業、あるいは電気鉄道の営業を行う鉄道事業等で実施可能であり、これらの産業で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の第２実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の他の実施例であるトロリ線の構成を示す横断面図である。
【図４】本発明の各実施例のトロリ線及び従来のトロリ線における摩耗に伴うひずみ係数の変化を示すグラフである。
【図５】従来の電車線路及びトロリ線の構成を説明するす図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、１０Ａ  トロリ線
１１  下方部
１１ａ  下縁
１２、１２Ａ  溝付き部
１３、１３Ａ  上方部
１３ａ１、１３ａ１Ａ  上縁
１３ａ２  第１連絡曲線
１３ａ２Ａ  第２連絡曲線
１３ａ３  第１調整曲線
１４、１４Ａ  溝
１５、１５Ａ  第２調整曲線
１６  第３連絡曲線
２０  トロリ線
２１  下方部
２１ａ  下縁
２２  溝付き部
２３  上方部
２３ａ１  上縁
２３ａ２、２３ａ２Ａ  上方部側縁
２３ａ３、２３ａ３Ａ  第１調整曲線
２４  溝
２５  第２調整曲線
２６  第３連絡曲線
１００  電車線路
１０１  支持点
１０２  吊架線
１０３  ドロッパー
１０４  補助吊架線
１０５  ハンガー
１１０  トロリ線
１１１  大弧部
１１１ａ  下縁
１１２  溝付き部
１１２ｅ  仮想縁
１１３  小弧部
１１３ａ  上縁
１１４  溝
２０１  レール
２０２  鉄道電気車
２０３  パンタグラフ
２０３ａ  集電舟
Ｐ１３  下方部上端（溝付き部下端）
Ｐ１５、Ｐ１５Ａ  溝付き部上端（上方部下端）
Ｐ２１  溝付き部上端（上方部下端）
Ｐ２３  下方部上端（溝付き部下端）
θ  溝の開き角度
【図１】
2006264375.tif 000010
【図２】
2006264375.tif 000011
【図３】
2006264375.tif 000012
【図４】
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【図５】
2006264375.tif 000014