(57)【要約】【課題】トロリー線を安定して吊持できしかも循環電流が流れず、特殊な仕様の金具を廃止可能なちょう架線を提供する。【解決手段】電車線のトロリ線を吊持するちょう架線であり、強度が２２ｇ／ｄ以上、破断時の伸び率５％以下の繊維からなる本体とこれを被覆した樹脂層を備え、全体が、５８．６ｋＮ以上の耐引張り性能と、サンシャインウエザーメータで紫外線を２０００時間照射した後の引張破壊荷重が６ｔを下回らぬ耐候性と、１ｍの長さで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上の耐アーク性能と、１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧性能を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車線のトロリ線を吊持するちょう架線において、該ちょう架線が、強度が２２ｇ／ｄ以上、破断時の伸び率５％以下の繊維からなる本体とこれを被覆した樹脂層を備え、全体が、５８．６ｋＮ以上の耐引張り性能と、サンシャインウエザーメータで紫外線を２０００時間照射した後の引張破壊荷重が６ｔを下回らぬ耐候性と、１ｍの長さで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上の耐アーク性能と、１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧性能を備えていることを特徴とする絶縁ちょう架線。
【請求項２】
本体がロープタイプである請求項１に記載の絶縁ちょう架線。
【請求項３】
本体が樹脂と複合したコンポーズタイプである請求項１に記載の絶縁ちょう架線。
【請求項４】
Ｄ（ドラム径）／ｄ（ちょう架線径）が１００以下である請求項１ないし３に記載の絶縁ちょう架線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電車線路においてトロリ線を吊持する絶縁ちょう架線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電車線路においては、電車のパンタグラフに給電するトロリ線が走っており、このトロリ線を吊持する手段としてちょう架線が用いられている。
かかるちょう架線として、従来では、亜鉛めっき鋼撚り線が用いられているが、強度にすぐれるものの、塩害地域などにおいては、腐食により劣化する問題があった。
また、材質が金属からなるので、トロリ線との電位差により架線金具に循環電流が流れるため、特殊な仕様の金具を使用し、コネクタ金具によりトロリ線と均圧するなどして循環電流による発熱や腐食を防止する対策を施さなければならないという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、トロリー線を安定して吊持できしかも循環電流が流れず、特殊な仕様の金具を廃止可能なちょう架線を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、電車線のトロリ線を吊持するちょう架線において、該ちょう架線が、強度が２２ｇ／ｄ以上、破断時の伸び率５％以下の繊維からなる本体とこれを被覆した樹脂層を備えた電気絶縁体からなり、全体が５８．６ｋＮ以上の耐引張り性能と、サンシャインウエザーメータで紫外線を２０００時間照射した後の引張破壊荷重が６ｔを下回らぬ耐候性と、１ｍの長さで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上の耐アーク性能と、１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧性能を備えていることを特徴としている。
【０００５】
好適なちょう架線の構造としては、本体が、ロープタイプか樹脂と複合したコンポーズタイプのいずれかである。
好適には、ちょう架線は、Ｄ（ドラム径）／ｄ（ちょう架線径）が１００以下である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施態様を説明する。
図１ないし図４は本発明によるちょう架線の第１態様を示しており、１は電車線路上に架線されたトロリ線、２は該トロリ線１の上方に架線された本発明によるちょう架線であり、長手方向の所定間隔ごとにハンガー手段３の上部が固定され、各ハンガー手段３の下部に前記トロリ線を連結支持している。
【０００７】
前記ちょう架線２は、非金属とりわけ、破断強度が２２ｇ／ｄ以上、弾性係数５００ｇ／ｄ以上、破断時の伸び率５％以下の高強度低伸度繊維を使用しており、５８．６ｋＮ以上の耐引張り性能と、サンシャインウエザーメータで紫外線を２０００時間照射した後の引張破壊荷重が６ｔを下回らぬ耐候性と、１ｍの長さで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上の耐アーク性能と、１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧性能を備えている。
【０００８】
前記各パラメータの限定理由は、まず、破断強度が２２ｇ／ｄ以上、弾性係数５００ｇ／ｄ以上、破断時の伸び率５％以下の各条件は、従来の亜鉛めっき鋼撚り線に匹敵する性能を持たせ、トロリ線を安定して吊持するために不可欠だからである。
耐候性は、ちょう架線が天日、風雨にさらされる苛酷な環境におかれるので重要な条件であり、サンシャインウエザーメータで紫外線を２０００時間照射した後の引張破壊荷重が６ｔを下回らなければ、従来の亜鉛めっき鋼撚り線と同等の耐久性が得られるからである。
【０００９】
１ｍの長さで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上の耐アーク性能と１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧性能は、ＦＲＰセクションなどアークが頻繁に発生する個所で使用した場合でも、循環電流に起因する発熱による劣化や損傷を防止できるようにするために必要である。
前者はちょう架線の近傍でアークが生じても後述する樹脂被覆の損傷が生じないことを意味する。後者は、対地絶縁を確保するものではないので、１ｍ長で絶縁型の架線金物と同等の絶縁性能を有していればよいが、被覆が損傷して内部の繊維に水が入り込んだ場合でも初期の性能を維持できるようにするために１０ｋＶ―１０分間に耐える耐電圧が必要だからである。
【００１０】
図２と図３は、ちょう架線２をロープタイプとした例を示しており、アラミド繊維、ポリアリレート、高強力ポリエチレンなどから選択される高強度低伸度繊維を素材とする強度母体としての本体４を有し、これの外周に、中層として繊維製の保護層５を設け、この保護層５の外周に外層として樹脂被覆６を設けたものである。
【００１１】
前記本体４は、この例では、ストランド４ａを複数本（図面では７本）撚り合わせて構成されている。前記ストランド４ａは、高強度低伸度繊維からなる原糸を集合したヤーンを多数本集めて束にし、その束を平行に引き揃えるかあるいは長いリードで撚った素線の多数本を撚り合わせて構成されている。
本発明のちょう架線は長いスパンで使用するので、コイル状に巻いて運搬したり保管したりする。このときのハンドリング性をよくするために、曲げた時のＤ（ドラム径）／ｄ（ちょう架線径）が１００以下であることが好適であり、これはストランド４ａを複数本を撚り合せた撚合構造であることにより達成できる。
【００１２】
保護層５は、汎用繊維、前記高強度低伸度繊維あるいはそれらを混在させた繊維のストランドを編組してなる。
樹脂被覆６は、ウレタン、ポリエチレンなど耐水性、耐候性、耐熱性、絶縁性を有するものが用いられ、通常、押出し機で溶融樹脂を押し出すことにより連続的に施される。樹脂被覆６の厚さはあまり薄いと前記特性が損なわれ、あまり厚いと曲げ性が損なわれるので、通常０．５〜１．５ｍｍが好ましい。
なお、前記ちょう架線２は端部にアイスプライス部１０が設けられ、このアイスプライス部１０によって連結されている。
【００１３】
図５と図６は、本発明によるちょう架線２の第２態様を示しており、この例ではちょう架線１の本体として、コンポーズタイプを使用している。
詳述すると、本体４’は、アラミド繊維、ポリアリレート、高強力ポリエチレンなどから選択される高強度低伸度繊維を素材とする複数本のストランド４ａにマトリックス樹脂を含浸させ、かかる樹脂含浸ストランド４ａを複数本撚り合わせ、その状態で加熱して樹脂を硬化させるとともにストランド同士を結着した複合体からなっており、全体としてロッド状を呈している。
前記本体４’の外周には、樹脂被覆６が施されている。この内容は第１態様の場合と同様である。
【００１４】
前記ちょう架線２は端部に端末金具７を有している。端末金具７は、ちょう架線２を差し込んで縮径によりちょう架線２に定着された筒部７ａとこれに設けられた連結用部７ｂを有しており、ちょう架線２の一端側の連結用部７ｂはヨーク状をなし、他端の連結用部７ｂはプレート状をなし、これらを組み合わせた状態で板厚を貫通した通孔にボルトが挿通され、ナットを螺合することで連結されるようになっている。
この端末金具７を用いる態様は、あらかじめ工場で製作することなく、施工現場で加工できる利点がある。
【００１５】
本発明は図示する態様に限定されないことはもとよりである。
１）ちょう架線２の本体４，４’は、ストランドを撚合した撚り構造に限らず、編組構造であってもよい。
２）端末は、アイスプライス、端末金具の圧着止めのほか、樹脂接着止めなど任意である。
【００１６】
【実施例の作用】
本発明によるちょう架線２は、高強度低伸度繊維を強力母体としているので、線径が１２ｍｍ以下でありながら、５８．６ｋＮ以上の高い耐引張り性能を発揮し、耐振動耐久性についても従来の亜鉛めっき鋼９０ｍｍ２よりも上回ることができる。外層として樹脂被覆６を有しているため、サンシャインウエザーメーターにより紫外線を２０００時間照射したあとでも引張り破壊荷重が６ｔを下回らず、かつ電気絶縁性にすぐれるため、耐アーク性能も、離線アークによって損傷を受けて機械的性能の低下を起すことがないとともに、１ｍ以内で絶縁型の架線金具と同等の絶縁性能を発揮できる。
【００１７】
ロープタイプ、コンポーズタイプに共通の課題として「伸び」がある。繊維線条は張力を加えた直後に大きく伸びる性質があるため、施工時に伸びを十分とっておかなければカテナリが大きく崩れてしまう可能性がある。この対策として、施工時に使用張力たとえば９．８ｋＮに対し、少なくとも１．２倍の張力で所要時間プレテンションをかけることで回避できる。たとえば、１．５倍の張力で３０分間のプレテンションをかけることで回避できる。
本発明は、トロリ線が電車線路の上下線とクロスするいわゆる渡り線の領域などに適用することができるが、こうした局所以外の場所でも効果的である。
【００１８】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
１）繊維として次の２種類を使用した。
Ｂ−アラミド繊維
Ｃ−全芳香族ポリエステル繊維
２）ちょう架線構造は次の２種とした。
Ｒ−ロープタイプ（第１態様）
Ｃ−コンポーズタイプ（第２態様）
前記繊維とちょう架線構造を組み合わせ、試料として、ＢＲ，ＣＲ，ＢＣおよびＣＣの計４種を製作した。
【００１９】
なお、Ｒにおける保護層はポリエステル繊維の編組を使用した。ＲとＣにおける樹脂被覆は、ポリエチレンとウレタンを使用し、厚さをＲは１．０ｍｍ、Ｃは０．７５ｍｍとした。
【００２０】
各試料の直径（ｍｍ）と引張破断荷重（ｋＮ）および単位重量ｇ／ｍを測定した結果は次のとおりである。
ＢＣ：１２ｍｍ、８８．６ｋＮ、１２１ｇ／ｍ
ＣＣ：１２ｍｍ、７２．１ｋＮ，１３２ｇ／ｍ
ＢＲ：１２ｍｍ、７０．６ｋＮ，１１７ｇ／ｍ
ＣＲ：１２ｍｍ、６７．６ｋＮ，１１４ｇ／ｍ
【００２１】
この結果から、すべての試料は耐引張性能５８．８ｋＮ（６ｔｆ）以上であり、良好な強度を有している。また、すべての試料は従来のちょう架線の６９７ｇ／ｍに比べて大幅に軽量であり、現場への輸送、現場での施工性や取り扱い作業性の改善が可能である。
【００２２】
各種試験を行った結果を示すと次のとおりである。
〔振動耐久試験〕
ちょう架線には、電線支持点において架線振動による曲げ応力が作用する。金属のちょう架線の場合は金属疲労による破断が懸念されるが、実用上は問題が無いとされている。しかし、繊維ロープの場合は繊維同士の摩擦に伴う損耗（繊維間磨耗という）によって強度が徐々に失われていくことが知られている。
そこで、張力９．８ｋＮ、振動数２Ｈｚの条件で振幅を±３０，４０，５０ｍｍと拡大していったときの破断回数を測定するという方法で振動耐久試験を実施した。
【００２３】
この試験は実際のちょう架線の使用条件に対して非常に過酷であるが、図８の結果からわかるように、各資料ともに従来の鋼線（Ｓｔ９０）を凌駕し、実用可能なレベルの耐久性を有することが判る。振動回数が１×１０６回を超えたものは、現実的な回数では破断が見込まれなかったために途中で加振を中止している。
【００２４】
〔紫外線耐候性試験〕
繊維ロープは、紫外線によって分子構造が破壊されるため長期間太陽光を浴びると徐々に強度が低下していく性質がある。そのため、本発明は、ポリエチレン被覆を施して、内部の繊維が紫外線によるダメージを受けないように考慮したが、この効果を確認するためにカーボンアークランプ式のサンシャインウェザーメーターによる加速劣化試験を実施した。
【００２５】
この試験は、一般に２００時間で自然環境下における１年間の紫外線照射量に相当するとされており、今回は概ね１０年間の暴露を想定して２０００時間の紫外線照射を実施した。７００・１２００・２０００時間経過した時点でサンプルを取り出して引張試験を実施し、残存強度を測定する。サンプルはＢＲ，ＣＲの２種類で、それぞれにポリエチレン被覆の有るものと無いものを試作し、コンポーズタイプであるＢＣ，ＣＣはロープタイプの試験結果が援用できるので割愛した。
【００２６】
この試験の結果を図９に示すが、各試料とも被覆の無いものは著しく強度が落ちる。ＢＲ，ＣＲは被覆が十分に内部の繊維を防護しており、被覆が健全である限り紫外線による強度低下の懸念は無い。
【００２７】
〔耐アーク試験〕
高強度繊維をちょう架線として使用する場合の懸念事項として、パンタグラフとトロリ線の離線アークによる被覆の損傷が挙げられる。そこで、離線アークを模擬的に発生させ、被覆の損傷状況を調査する試験を実施した。試験回路を図９に示すが、パンタグラフをトロリ線に接触させた状態から１〜２ｍｍのギャップが生じるように「手」で押し下げてアークを発生させ、アークの発生時間は１〜２秒を目標とした。
【００２８】
通電電流は１００Ａや３００Ａでは被覆に全くダメージを与えることができなかったので、最終的には５００Ａ固定とした。つまり、発生するアーク量は５００〜１０００Ａｓとなり、本来ならトロリ線を溶断させうるレベルである。
また、トロリ線とちょう架線の離隔については、５０ｍｍと０ｍｍ（縦添え線状態）の２とおりとした。実設備としては絶縁ちょう架線を添え線状態で使用することはありえないが、最悪の場合のサンプルを作らないとダメージが評価できないからである。
【００２９】
本試験では、被覆としてポリエチレンとウレタンの２種類とした。その結果、離隔０ｍｍ、通電電流５００Ａの状態でダメージを与えても、アークの熱ダメージはポリエチレン被覆でもウレタン被覆でも表面のみにとどまっていることが確認された。ポリエチレンはウレタンより融点が低いので、炭化に加えて溶融が発生するが、その深さは０．１〜０．２ｍｍ程度で、ポリエチレン被覆でも実用上の問題は無いことがわかった。．
離隔５０ｍｍの場合は、もはや被覆表面のゴミが炭化する程度であり、実際の離線アークがパンタグラフの移動に伴って瞬間的に発生するものであることを考えると、離線アークによるちょう架線の被覆の損傷は全く問題にならないと言える。
【００３０】
〔絶縁性能試験〕
絶縁仕様の架線金具に要求される性能は５００Ｖまたは１０００Ｖメガーで絶縁抵抗２０００ＭΩ以上、耐電圧試験１０ｋＶ―１０分間であるから、本発明のちょう架線はある程度の長さ（例えば１ｍ）でこれらの試験に合格すれば目的は達せられるのである。
しかし、特に繊維質の本体の被覆が損傷した場合、内部の繊維に水が入りこんで、初期の絶縁性能が維持されなくなる懸念は拭えない。そこで、線条に故意に損傷を与えた場合の絶縁性能を評価するためフラッシオーバ電圧（ＦＯＶ）の測定試験を実施した。
【００３１】
試料の長さ（電極と電極の距離）は１ｍとし、サンプルは、試作した６種類のそれぞれに対して、（１）乾燥、（２）注水（雨を模擬した環境下でＦＯＶを測定）（３）注水傷有（線条中央部に、内部の繊維に達する深さの傷を５０ｍｍ間隔で３箇所、カッターナイフでつけ、雨を模擬した環境下でＦＯＶを測定），（４）浸漬傷有（（３）と同様の傷をつけて浸漬させたもの）および（５）浸漬（線条の端末部を除いて水道水に１２時間ないし１時間浸漬させたもの）の５種類の状況を設定した。
【００３２】
ＦＯＶは、一般のがいしの場合は沿面距離に支配される要素が大きい。しかし、繊維ロープの場合は、被覆の内部に水が入り込んだときは繊維そのものが絶縁耐力を失い、より低い電圧でフラッシオーバ（または絶縁破壊）すると考えていたが、図１０のように、タイプＢＲは（５）のように繊維に水を吸わせてもＦＯＶはわずかの低下にとどまり、しかも、絶縁破壊せずに支障なく測定ができた。これは、ＢＲの分子構造内に、閃絡路となる水分が吸収されることによると考えられる。
なお、ＢＣおよびＢＲに対し、直流電化区間用の１８０径懸垂がいし２個連分の絶縁性能を目安に商用周波注水耐電圧試験（４５ｋＶ）および雷インパルス耐電圧試験（１２０ｋＶ）を実施したが、長さ１ｍのサンプルについて問題点は見られなかった。
【００３３】
〔フィールド試験〕
これまでの試験結果を受けて、絶縁ちょう架線を営業線設備で試使用するフィールド試験を実施した。この試験の目的は、実際にちょう架線として使用した場合、使用中に被覆が損傷するかどうかを検証することにある。特にハンガー箇所と電線支持点箇所に注目した。
【００３４】
試験は東海道貨物支線（高島線）の上下線にそれぞれＢＣ，ＢＲを１００ｍずつ、電線支持点が３箇所になるようにＳｔ９０ちょう架線に割り入れる形で実施した。
ＢＣとＢＲは共にＳｔ９０の１／６程度の重量であるため、取り回しやかった。施工中に軌道短絡させる心配をしなくてよいという点も大きい。一方、線条にクランプをかける点は、被覆をポリエチレンからより強度の高いウレタンに変更することで対応できていた。また、今回の試験では張力１．５ｔで３０分間のプレテンションを実施し、伸びの問題をクリヤーした。プリテンションにより、ストランドが引き締められるので、合わせて強度も向上できる。
【００３５】
〔振動耐久試験〕
被覆損傷の評価のために、前記フィールド試験と並行して、架線振動試験機を使用して、絶縁ちょう架線の振動耐久試験を実施した。この架線振動試験機の模擬架線を図１１に示す。
なお、模擬架線架設の際にはちょう架線の質量が変わるためにハンガー取替を行ったが、ハンガー長さの計算は従来の計算法が適用できた。
振動耐久試験は、この模擬架線のちょう架線をＳｔ９０からＢＣおよびＢＲに張り替えて、加振機を中央に配置して実施した。使用した振動波形は総武本線  下総中山〜西船橋間で特急成田エクスプレスが１２９ｋｍ／ｈで通過したときのトロリ線振動波形を２倍に増強した。これは、波形を取得した区間がツインシンプル架線区間であったことによる。
試験スケジュールの都合上、ＢＣについては１８０万通パン分で中止したが、ＢＲについては山手線における１５年間分の通パン数として５００万通パン分の試験を実施した
【００３６】
上記フィールド試験および振動耐久試験において、架設中のＢＣおよびＢＲの被覆には深刻な損傷は発生しなかった。特に、ハンガー箇所については線条を回収する際に目印のテープを巻いたが、テープが無ければそこがハンガー箇所であったことが判らないという状況であった。
なお、フィールド試験品および振動耐久試験品について、ハンガー箇所・電線支持点箇所を切り出して残存強度の測定を行ったが、強度低下の様相は見られず、ＢＣおよびＢＲはちょう架線として長期間の使用に耐えうることがわかった。
【００３７】
以上の試験結果を総合すると、いずれの試料も引張強度・振動耐久性能・耐候性能・耐アーク性能・絶縁性能は良好であり、フィールド試験および振動耐久試験で繊維間摩耗による強度低下と被覆の損傷も問題の無いことがわかる。各試料の相対関係では、総合的にＢＣとＢＲが最もすぐれており、ついでＣＣ，ＣＲがすぐれていた。
なお、ＰＢＯ繊維を使用して本体を製作し、これについても上記試験を行ったが、引張強度・振動耐久性能は良好であったものの、被覆が有っても強度低下を起こす傾向が見られ、耐候性にやや難があることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した本発明の請求項１によるときには、ちょう架線に関係するコネクタ金具を撲滅することで設備を簡素化できるほか、塩害・トンネル漏水に対しても事実上メンテナンスフリー化ができ、また、絶縁離隔の苦しい箇所を改善するにも有用であるというすぐれた効果が得られる。
請求項２によれば、軽量でかつ曲げやすいのでハンドリング性がよく、また絶縁破壊が起こりにくいというすぐれた効果が得られる。
請求項３によれば、連結のための端末加工を現場で行うことができるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による絶縁ちょう架線の使用状態を示す概要図である。
【図２】図１の部分的拡大図である。
【図３】第１態様のちょう架線の拡切欠側面図である。
【図４】図３の断面図である。
【図５】（ａ）は第２態様のちょう架線の側面図、（Ｂ）はその拡大図である。
【図６】第２態様のちょう架線の拡切欠側面図である。
【図７】本発明のちょう架線の振動耐久試験結果を示す線図である。
【図８】本発明のちょう架線の耐候性試験結果を示す線図である。
【図９】本発明のちょう架線の耐アーク試験回路を示す説明図である。
【図１０】本発明のちょう架線のフラッシュオーバー試験結果を示す線図である。
【図１１】本発明によるちょう架線の振動耐久試験の模擬架線を示す説明図である。
【符号の説明】
１  トロリ線
２    絶縁ちょう架線
４    本体
６  樹脂被覆
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005022519.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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