(57)【要約】【課題】トロリ線本体にかかる歪みが直接的に光ファイバ心線に加わらないようにした光ファイバ入りトロリ線を提供する。【解決手段】光ファイバケーブル４がトロリ線本体１の曲げ延ばしによる溝孔２の変形に対するクリアランスを有する。或いは溝孔２がトロリ線本体１の中央に配置されている。よって、トロリ線本体１にかかる歪みが直接的に光ファイバ心線５に加わらない。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなるトロリ線本体の内部に溝孔を設け、光ファイバ心線が金属管に収納された光ファイバケーブルを前記溝孔内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、前記光ファイバケーブルは、前記トロリ線本体の曲げ延ばしによる前記溝孔の変形に対するクリアランスを有することを特徴とする光ファイバ入りトロリ線。
【請求項２】
前記光ファイバケーブルは、前記光ファイバ心線が前記金属管に対して余長を確保して前記金属管に収納されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ入りトロリ線。
【請求項３】
前記光ファイバケーブルは、前記光ファイバ心線がジェリー介在とともに前記金属管に収納されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ入りトロリ線。
【請求項４】
導体からなるトロリ線本体の内部に溝孔を設け、光ファイバ心線が金属管に収納された光ファイバケーブルを前記溝孔内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、前記溝孔は、前記トロリ線本体の中央に配置されていることを特徴とする光ファイバ入りトロリ線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トロリ線の異常検知用に光ファイバを内蔵した光ファイバ入りトロリ線に係り、特に、トロリ線本体にかかる歪みが直接的に光ファイバ芯線に加わらないようにした光ファイバ入りトロリ線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロリ線は、そのトロリ線本体が銅又は銅合金からなるため導電性が良く、しかも、引張り荷重が大きく、耐摩耗性にも優れているので、電気鉄道等に多用されている。
【０００３】
この種のトロリ線は、一定張力を負荷して架線使用されているが、その張力が高いほど電気車の走行速度を上げられる。しかし、トロリ線は、架設使用中にパンタグラフとの摺動による摩耗により、その断面積が減少し、トロリ線の破断荷重が減少していく為、トロリ線の摩耗管理は必要不可欠なものである。
【０００４】
また、架線使用中のトロリ線には電気車に給電するための電流が流されており、この電流及びパンタグラフとの離線アーク等により、トロリ線は温度上昇をしてその引張り強度が局部的に低下する場合があり、最悪の場合は架線使用中にトロリ線が断線するという事故が発生する可能性がある。
【０００５】
架設使用中のトロリ線の摩耗については、従来はレーザ等を用いた検出装置を列車に据え付け、深夜、電気車の運行がないときに、この電気車を走行させてトロリ線の摩耗状況を調査することが行なわれている。しかし、この方法では、昼間の電気車の運行中に発生した異常摩耗を検出することは出来ない。また、トロリ線内部の所定の位置に検知線（絶縁電線）を挿入して、トロリ線の摩耗が検知線まで達すると断線し、摩耗限界に達したことの信号を出力するトロリ線も使用されているが、やはり、この方法でも、昼間の電気車の運行中に発生した異常摩耗を検出することは出来ない。また、夜間に摩耗を検出した場合においても、すぐ、その位置を特定するまでの検出精度はなく、摩耗位置を人力で確認する必要がある。異常摩耗、局部摩耗の正確な位置検知は、現状のシステムでは不可能であるため、摩耗箇所の確認には人力となり時間を要する。
【０００６】
また、トロリ線の過温度上昇による引張り強度の局部的な低下については、トロリ線本体の温度測定を長手方向に渡って行なう方法がないため、高温に曝された場合の引張り強度低下を検知することは不可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、検知線として絶縁電線に替わって光ファイバを使用することを提案するものである。検知線として光ファイバを使用すると、トロリ線の摩耗限度検知あるいは引張り強度低下による異常伸びを、トロリ線内部に挿入した光ファイバの断線及び長手方向伸び歪み分布測定により検知することができる。そして、昼夜をとわず、２４時間体制での異常管理、異常場所の正確な位置検知を可能とすることができる。
【０００８】
そこで、本出願人は、光ファイバを挿入したトロリ線の開発を進めているが、光ファイバの挿入溝孔を従来の絶縁電線の挿入溝孔と同じ配置構造とした場合、トロリ線をドラムに対して横巻するドラム巻作業及びそのドラムからの延線作業において、トロリ線本体の曲げ延ばしに伴い光ファイバに約１．０％の伸び、圧縮ひずみが加わり、そこでほとんどの場合、光ファイバに大きな伝送ロスが生じ、延線後に光ファイバは使用不可能となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トロリ線本体にかかる歪みが直接的に光ファイバ芯線に加わらないようにした光ファイバ入りトロリ線を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、導体からなるトロリ線本体の内部に溝孔を設け、光ファイバ心線が金属管に収納された光ファイバケーブルを前記溝孔内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、前記光ファイバケーブルは、前記トロリ線本体の曲げ延ばしによる前記溝孔の変形に対するクリアランスを有するものである。
【００１１】
前記光ファイバケーブルは、前記光ファイバ心線が前記金属管に対して余長を確保して前記金属管に収納されていてもよい。
【００１２】
前記光ファイバケーブルは、前記光ファイバ心線がジェリー介在とともに前記金属管に収納されていてもよい。
【００１３】
また、本発明は、導体からなるトロリ線本体の内部に溝孔を設け、光ファイバ心線が金属管に収納された光ファイバケーブルを前記溝孔内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、前記溝孔は、前記トロリ線本体の中央に配置されているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
第一の発明に係る光ファイバ入りトロリ線は、図１に示されるように、銅又は銅合金からなるトロリ線本体１の内部に長手方向に沿って溝孔２を設け、摩耗検知、温度検知、ひずみ検知用の光ファイバ心線５（図２参照）が金属管６に収納された光ファイバケーブル４を溝孔２内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、光ファイバケーブル４は、トロリ線本体１の曲げ延ばしによる溝孔２の変形（圧縮、伸びひずみ）に対するクリアランスを有する。
【００１６】
また、光ファイバケーブル４は、図２に示されるように、ルース型光ファイバケーブル、即ち、光ファイバ心線５が金属管６に対して圧縮ひずみを吸収するための余長を確保して金属管６に収納されているものである。光ファイバ心線５は、ジェリー介在７とともに金属管６に収納されている。８は、金属管６を覆うポリエチレン被覆である。
【００１７】
トロリ線本体１は、左右の上寄りにくびれを有し、このくびれより下半分を大弧面部９、上半分を小弧面部３という。この実施形態では、大弧面部９に２箇所、即ち、左右の中央に描いた中心線Ｌ１の右と左とに溝孔２が設けられている。それぞれの溝孔２に光ファイバケーブル４が挿入される。
【００１８】
この溝孔２は、光ファイバケーブル収納位置がトロリ線本体１に許容される摩耗限度の位置にある。ここでは、溝孔２の位置を小弧面部３の頂点から９〜１１ｍｍの位置としている。また、トロリ線の中心線Ｌ１からは、３〜６ｍｍの位置にしている。この位置に溝孔２を配置して光ファイバケーブル４を収納することにより、摩耗対策、即ち、光ファイバによる摩耗検知を行うことができる。
【００１９】
溝孔２は、楕円の一部に三角をつないだような断面形状とし、その楕円の短径を約１．８５ｍｍとした。その溝孔２の楕円部分に外径約１．１φｍｍの光ファイバケーブル４を挿入した。光ファイバケーブル４は、光ファイバ心線５の外径を約０．４ｍｍとし、内径０．７ｍｍ、外径０．９ｍｍのステンレス管６内にジェリー７介在とともに収容した。また、ステンレス管６にポリエチレン８被覆を行い、外径約１．１φｍｍの光ファイバケーブル４とした。
【００２０】
上記の光ファイバ入りトロリ線は、光ファイバ心線５が金属管６に対して圧縮ひずみを吸収するための余長を確保して金属管６に収納されている。具体的には、溝孔２の断面積に対する光ファイバケーブル４の占有面積を面積比で３０〜５０％にした（以下、占有面積は面積比で表す）。これにより、トロリ線本体１にかかる伸び、圧縮ひずみが光ファイバケーブル４に直接かかることを防ぐことができる。
【００２１】
占有面積が３０％以下の場合は、トロリ線本体１にかかるひずみによるファイバケーブル４の溝孔２内での動き得る長さ（可動域）が長くなる。すると、架線使用中にパンタグラフでの振動による光ファイバケーブル４の一方向への動きが大きくなり、長手方向の端末部での光ファイバケーブル４への負荷により、断線などの支障が発生する。
【００２２】
一方、占有面積が５０％以上の場合は、ドラム巻時、延線時におけるトロリ線本体１の圧縮ひずみが直接的に光ファイバケーブル４にかかるため、光ファイバ心線５にマイクロベンド（小曲り）現象が発生し、伝送損失が増大し使用不可能となる。
【００２３】
また、上記の光ファイバ入りトロリ線は、光ファイバ心線５を金属管６内にジェリー介在７とともにルースに挿入されているので、光ファイバケーブル４にかかる伸び、圧縮ひずみが吸収可能となっている。
【００２４】
金属管６の内部における光ファイバ心線５の占有面積は、金属管６の断面積に対し４０％以下とする。
【００２５】
占有面積が４０％を超えると、光ファイバケーブル４にかかるひずみが光ファイバ心線５にもかかるため、ひずみ吸収が難しくなる。また、金属管６内にジェリー介在７を介在させることで占有面積が４０％以下の状態でも、パンタグラフ等の振動によって、光ファイバ心線５が容易に移動しないようにしている。
【００２６】
溝孔２の短径サイズと光ファイバケーブル４の最適寸法について、表１の各寸法で試作し検討を行った結果、占有面積＝（光ファイバケーブル径／溝孔短径）２　とした場合、占有面積が約３０〜５０％において、伸び、圧縮ひずみをよく吸収することが実証された。表１によれば、溝孔短径１．８５ｍｍに対しては、光ファイバケーブルの最適径は、１．０〜１．３５ｍｍとなる。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また、光ファイバケーブル４における光ファイバ心線５のサイズに対する金属管６の最適内径について表２の各寸法での試作検討を行った結果、金属管内径に対する光ファイバ心線径を占有面積で約４０％以下にすることで、光ファイバケーブル４に加わったひずみに対しても十分に吸収することが実証された。表２によれば、０．７ｍｍφの金属管内径に対し０．４ｍｍの光ファイバ心線径が最適といえる。ただし、Ｎｏ．２の場合は、伝送ロスは小さく製造時におけるひずみ吸収は可能といえるが、トロリ線として使用するうえでの問題点が残る。つまり、金属管内での裕度が大きい為、架線使用時におけるトロリ線本体１の変化（温度上昇、局部摩耗）を読み取るまでの時間がかかりシステムの信頼性の低下を招く恐れがある。
【００２９】
【表２】
2004039386.tif 000004
【００３０】
以上、説明したように、光ファイバ入りトロリ線は、溝孔２に対する光ファイバケーブル４のクリアランスを設け占有面積を３０〜５０％にすることで、製造時におけるトロリ線本体１のひずみを大幅に吸収することが可能である。
【００３１】
光ファイバ心線５を金属管６内に収納したルース型ファイバと限定しない構造（例えば、光ファイバ心線５を直接溝孔２に収容した構造）でも、溝孔２に対する光ファイバの占有面積を３０％の下限値に近づけることで、製造時（ドラム巻取時、延線時）および架線使用時における伸び、圧縮ひずみを吸収することが可能と容易に推測される。
【００３２】
また、製造方法、トロリ線構造（溝孔位置）によっては、光ファイバケーブルにかかるひずみが異なる。溝孔位置をトロリ線本体１の中心線Ｌ１に近づけることでひずみが低減し、許容の占有率も５０％以上でも少ないひずみのため、吸収が可能となる。
【００３３】
詳しく述べると、トロリ線がドラムに巻き取られる場合、トロリ線本体１には、曲げによる伸び、圧縮ひずみが発生する。そのひずみは、トロリ線本体１の中心線Ｌ１から離れるほど大きくなり、断面積１７０ｍｍ２　のトロリ線本体１の外周では、約１．６％のひずみが加わる。ここで、ドラムでの巻取方法は横巻きである。横巻きとは、トロリ線本体１の中心線Ｌ１をドラムの軸と平行にした巻取方法である。従って、トロリ線本体１の中心線Ｌ１の位置ではひずみが最小となる。
【００３４】
そこで、第二の発明に係る光ファイバ入りトロリ線は、図３に示されるように、銅又は銅合金からなるトロリ線本体１の内部に長手方向に沿って溝孔２を設け、摩耗検知、温度検知、ひずみ検知用の光ファイバ心線５が金属管６に収納された光ファイバケーブル４を溝孔２内に収納した光ファイバ入りトロリ線であって、溝孔２は、トロリ線本体１の左右の中央に描いた中心線Ｌ１上に配置されている。光ファイバケーブル４は、図２に示したものである。
【００３５】
このトロリ線本体１は、下半分の大弧面部９に、長手方向に沿って１箇所の溝孔２が設けられている。この溝孔２は、光ファイバケーブル収納位置が摩耗限度の位置にあり、ここでは小弧面部３の頂点から約９〜１１ｍｍの位置としている。溝孔２は、ほぼ真円の一部に三角をつないだような断面形状であり、その円は、約２．０ｍｍの直径を有している。最適な溝孔２の円部分の大きさは１．８〜２．５ｍｍφである。１．８ｍｍφよりも大きくしておけば、ダイスでの引抜加工が易しく、量産性に適する。また、２，５ｍｍφを超えないようにすると、トロリ線本体断面積が大きく減少することがなく、強度面での問題がない。
【００３６】
一方、円部分に挿入する光ファイバケーブル４の径を２．１ｍｍφとして、約４．８％のかしめを加え、そのかしめ加工に耐えうるよう光ファイバ心線５外径を約０．７ｍｍとし、内径１．５ｍｍ、外径１．７ｍｍのステンレス管６内にジェリー介在７とともに収容した。また、ステンレス管６にポエチレン被覆８を０．２ｍｍ厚で施し、外径２．１ｍｍφの光ファイバケーブル４とした。最適な光ファイバケーブル４のかしめしろは、０．１ｍｍ（約５％）以下であり、これならば光ファイバ心線５にひずみが発生することがない。
【００３７】
また、ステンレス管内における光ファイバ心線の占有面積は、約３０％以下が好ましく、これならば、光ファイバ心線にひずみが発生することがない。
【００３８】
トロリ線本体１の中央に溝孔２を配置した構造は、大弧面部９からのかしめによって、溝孔２を形成する為、溝孔２の大きさと光ファイバケーブル４の径によっては、光ファイバケーブル４が落下する恐れもあるといえる。よって、溝孔２を形成するためのかしめ加工時において、光ファイバケーブル４を５％以下の割合で、断面積を減少させて挿入し、光ファイバケーブル４の落下を防いでいる。よって、この溝孔２に挿入する光ファイバケーブル４の構造として、光ファイバ心線５を金属管６内にジェリー介在７とともにルースに挿入することで、かしめ時における光ファイバ心線５への影響を少なくしている。
【００３９】
溝孔２の円部分２．０ｍｍφに対し、２，１ｍｍφの光ファイバケーブル４を挿入すると、かしめしろによって、光ファイバケーブル４がトロリ線本体１と一体化することが確認できた。
【００４０】
トロリ線は、トロリ線断面積減少が少なく、しかも加工性の点で優れていることが望ましい。表３の各寸法で試作し検討を行った結果、トロリ線断面積は１６０ｍｍ２　以上であることが望ましく、よって、最適溝孔径は１．８〜２．５ｍｍφとなる。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
また、光ファイバケーブル４の金属管６の最適内径について表４の各寸法で試作し検討を行った結果、金属管内径に対する光ファイバ心線径を占有面積で約３０％以下にすることで、光ファイバケーブル４に加わったかしめ圧に対しても十分に吸収することが実証された。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
図３に示した第二実施形態では、溝孔２をトロリ線本体１の大弧面部に設けたが、トロリ線の異常伸び、温度上昇を検知するだけにおいては、溝孔２は大弧面部に限定することなく、図４のように小弧面部３に設けることも可能である。
【００４５】
ドラムでの巻取方法が横巻きとすると、第三実施形態のように、小弧面部に溝孔２を設けた場合においてもトロリ線のドラムへの巻取、延線作業時のトロリ線にかかる曲げひずみは、直接的には光ファイバケーブル４にかからず、延線後も許容ひずみ内となり、使用することが可能である。
【００４６】
光ファイバ入りトロリ線を使用した検知システムは、トロリ線への通電による電磁誘導あるいは電気ノイズの影響あるいは架設環境条件の影響も受けることはなく、２４時間体制でトロリ線の摩耗箇所、局部温度上昇箇所、異常伸び発生箇所を特定することが可能となる。
【００４７】
本発明の構造によれば、製造時にかかる光ファイバケーブルへのひずみを軽減することが可能となり、トロリ線を架線した場合、光ファイバの特性を最大限に利用して、摩耗検知、温度検知、ひずみ検知を可能なシステムを構築できる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４９】
（１）光ファイバケーブルがトロリ線本体の曲げ延ばしによる溝孔の変形に対するクリアランスを有するので、ドラム巻作業や延線作業における光ファイバケーブルへの歪み波及を防止することができる。
【００５０】
（２）光ファイバ心線が金属管に対して余長を確保しているので、光ファイバケーブル（金属管）に歪みが生じても、光ファイバ心線には影響がない。
【００５１】
（３）光ファイバ心線がジェリー介在とともに金属管に収納されているので、架線使用時の振動による光ファイバ心線の移動が抑制される。
【００５２】
（４）溝孔がトロリ線本体の中央に配置されているので、横巻きしたときに歪みが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態を示す光ファイバ入りトロリ線の断面図である。
【図２】本発明の光ファイバ入りトロリ線に使用する光ファイバケーブルの断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態を示す光ファイバ入りトロリ線の断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態を示す光ファイバ入りトロリ線の断面図である。
【符号の説明】
１　トロリ線本体
２　溝孔
３　小弧面部
４　光ファイバケーブル
５　光ファイバ心線
６　金属管（ステンレス管）
７　ジェリー介在
９　大弧面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004039386.tif 000010