(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に正の線膨張特性を持つ金属材料からなる管状の導電体が形成され、該管状の導電体の内部空間に負の線膨張特性を持つ繊維状有機材料が埋め込まれ、前記管状の導電体と前記繊維状有機材料とを複合化したことを特徴とする低熱膨張トロリ線。
【請求項２】
請求項１記載の低熱膨張トロリ線において、前記負の線膨張特性を持つ繊維状有機材料が超高分子量ポリエチレン繊維である低熱膨張トロリ線。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱膨張線状体に係り、特に、低熱膨張トロリ線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トロリ線などの線状体は、温度変化により収縮膨張する。このため熱膨張の影響を防止するための設備（張力調整装置）が不可欠であり、敷設時の作業が増加するとともに、設備のメンテナンスなどが必要になる。
【０００３】
そこで、かかる熱膨張による影響をなくすためには、線膨張係数の小さい線状体の開発が必要である。
【０００４】
図９は従来のトロリ線を架設した状態を示す図である。
【０００５】
この図において、１０１，１０２は支持体、１０３は支持体１０１と１０２間に架設されたトロリ線、１０４は張力調整装置である。
【０００６】
この図に示すように、トロリ線１０３は、車両の高速化に伴い弦としての横波の伝搬速度を向上させるため高張力で架設する必要がある。しかし、温度変化によりトロリ線１０３は伸縮するため、端部には張力調整装置１０４を設置して張力を一定に保持するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来のトロリ線では、温度変化により伸縮するため、端部には張力調整装置１０４を設置して張力を一定に保持する必要があり、そのため、張力調整装置の設置コストが嵩み、また点検保守が必要である。
【０００８】
もともと、トロリ線は、耐摩耗性と機械的強度を上げることを目的としており、複合構造のトロリ線として、導体にアルミ、芯材に軟鋼を用いた鋼心アルミニウムトロリ線（ＴＡトロリ線）と、導体に銅、芯材に炭素鋼を用いた銅被覆鋼線（ＣＳトロリ線）の開発実績がある。
【０００９】
しかしながら、上記した複合構造のトロリ線では複合される材料は全て正の熱膨張係数を有する材料であり、その熱膨張を極力抑えるには難があった。
【００１０】
本発明は、上記状況に鑑みて、正の線膨張特性を持つ導電性材料と負の線膨張特性を持つ材料との複合構造化を図り、熱膨張を極力抑えることができる低熱膨張トロリ線を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕低熱膨張トロリ線であって、外周に正の線膨張特性を持つ金属材料からなる管状の導電体が形成され、この管状の導電体の内部空間に負の線膨張特性を持つ繊維状有機材料が埋め込まれ、前記管状の導電体と前記繊維状有機材料とを複合化したことを特徴とする。
【００１２】
〔２〕上記〔１〕記載の低熱膨張トロリ線であって、前記負の線膨張特性を持つ繊維状有機材料が超高分子量ポリエチレン繊維であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示すトロリ線を架設した状態を示す図である。
【００１５】
この図において、１，２は支持体、３は支持体１と２間に架設されたトロリ線、４は簡易張力調整装置である。
【００１６】
なお、従来用いられている張力調整装置は、滑車と重りを組み合わせた構造が主流であり、その機構が複雑であり定期的に検査が必要であった。本発明のように線膨張係数が小さくなると、トロリ線の伸縮量が小さくなるので、油圧、ガス圧、バネ式などの簡易な張力調整装置が使用できる。また、線膨張係数を０にできれば、伸縮がなくなり、張力をかけて架設すれば、張力調整装置は不要となる。
【００１７】
まず、低熱膨張トロリ線について説明する。
【００１８】
図２は本発明にかかる低熱膨張トロリ線の模式図である。
【００１９】
本発明の低熱膨張トロリ線１１は、銅、アルミニウム導体１２の中に、フィラ状、線状、ケーブル状、棒状の負の線膨張係数を持つ有機材料１３を埋め込む。この負の線膨張係数を持つ有機材料１３として、超高分子量ポリエチレン繊維「ダイニーマ」（東洋紡製）やポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）を液晶紡糸した繊維「ザイロン」（東洋紡製）を用いる。
【００２０】
有機材料系の新材料である超高分子量ポリエチレン繊維（ダイニーマ）、ＰＢＯ繊維（ザイロン）は、負の線膨張係数を持つ材料であり、ザイロンは、室温付近で−８×１０-6／Ｋ程度での負膨張を示し、ダイニーマはザイロンより大きな負膨張の特性がある。なお、ダイニーマ、ザイロンなどの新材料には、高強力、高弾性率で耐衝撃特性が高い、比重が小さいなどの特性もある。
【００２１】
また、ダイニーマ、ザイロンの他にも、−２〜８×１０-6／Ｋ程度の負の線膨張特性を示す負膨張ガラスセラミックスが開発されており、こうした材料を使用することもできる。
【００２２】
ダイニーマ、ザイロンを芯材に使用する場合には、従来のＣＳトロリ線の製造方法が使用できる可能性がある。この場合、熱的な問題があるため、ディップフォーミング法よりコンフォーム法のような方法が適していると考えられる。
【００２３】
表１に、ダイニーマ、ザイロンとの比較のためにスチールファイバーの諸特性を示した。
【００２４】
【表１】
0004281891.tif 000002
ダイニーマ、ザイロンともに繊維方向に負の線膨張係数を持つ他、比重が金属の数分の１と軽量で、特にザイロンは金属やアラミドなどの従来の高機能繊維などに比べて高強度、高弾性率で、耐衝撃特性の良い材料である。
【００２５】
ダイニーマ、ザイロンの比重は、０．９８ｇ／ｃｍ3 及び１．５６ｇ／ｃｍ3 で、鋼線の比重７．８ｇ／ｃｍ3 と比べて１／９および１／５である。
【００２６】
ダイニーマ、ザイロンを芯材に用いたトロリ線では、低熱収縮の効果の他に、ダイニーマ、ザイロンの機械特性などから、以下のような効果も期待できる。
【００２７】
（１）鋼線に比べるとダイニーマ、ザイロンは比重が１／９および１／５と小さく、トロリ線の軽量化ができる。
【００２８】
（２）耐衝撃特性が高く、エネルギー吸収部材として使用できるので、トロリ線の振動特性を向上させることができる。
【００２９】
（３）トロリ線交換後の処理において、芯材が有機材料であることから銅と分離が容易になり、リサイクルが容易になる。
【００３０】
負の線膨張係数を持つ材料との複合化による低熱膨張線状体開発の可能性を確認するため、以下の実験を行った。
【００３１】
実験は、銅板、負の線膨張係数を持つダイニーマのプリプレグシート、および両者をエポキシ系接着剤により張り合わせた材料について、温度変化による線膨張を歪みゲージにより測定した。
【００３２】
図３は各種の熱膨張体の熱膨張をみるためのサンプルを示す図である。
【００３３】
（１）サンプル
（ａ）図３（ａ）に示すように、銅板（０．３ｍｍ厚）のサンプル２１
（ｂ）図３（ｂ）に示すように、ダイニーマのＵＤ（一方向）プリプレグ（繊維と樹脂からなる）のサンプル３１
（ｃ）図３（ｃ）に示すように、銅板４１にダイニーマ４２を貼り付けた複合部材のサンプル４０
（ｄ）図３（ｄ）に示すように、ダイニーマ５１−銅板５２−ダイニーマ５３の複合部材のサンプル５０
（ｅ）図３（ｅ）に示すように、銅板６１−ダイニーマ（５枚）６２−銅板６３の複合部材のサンプル６０
なお、各サンプルとも、５０×２０ｍｍであり、また、２２，３２，４３，５４，６４はそれぞれ測定用の歪みゲージである。
【００３４】
（２）測定方法
歪みゲージ：歪みゲージ（適合線膨張係数：ＳＵＳ鋼用）
３枚／サンプル
温度変化：室温（２５℃程度）から８０℃まで、３回の測定
（３）測定結果
各サンプルについて、３回目の温度変化時の線膨張を、歪みゲージの見かけ歪みによる影響を除去し、３０℃を基準にして、図４から図８に示した。すなわち、図４はサンプル２１〔図３（ａ）〕の熱膨張特性図、図５はサンプル３１〔図３（ｂ）〕の熱膨張特性図、図６はサンプル４０〔図３（ｃ）〕の熱膨張特性図、図７はサンプル５０〔図３（ｄ）〕の熱膨張特性図、図８はサンプル６０〔図３（ｅ）〕の熱膨張特性図である。なお、これらの図においては、＋が膨張、−が収縮となり、図４から図８のシンボルは、３点測定したそれぞれの歪みゲージ毎の測定結果を示している。それぞれの値は、３０℃を基準（０）としたときの各温度までの歪み＝線膨張の値である。図６の銅−ダイニーマのサンプルでは、銅面とダイニーマ面にそれぞれに歪みゲージを張り付けて測定したので、銅面とダイニーマ面の結果がある。図８のダイニーマを銅板で挟んだサンプルでは、両面に歪みゲージを３枚ずつ貼り付けて測定したので、合計６点の測定結果が得られる。
【００３５】
測定結果から、各サンプルの平均の線膨張係数をまとめると表２のようになる。
【００３６】
【表２】
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図５に示すサンプル３１のダイニーマでは、線膨張係数が０から負を示している。銅板４１とダイニーマ４２を貼り付けた、図６に示すサンプル４０では銅板の面とダイニーマの面で線膨張係数に大きな差があり、バイメタル的な特性を示し、銅部分の線膨張係数が単体の場合（図４参照）より大きくなっている。銅板６１，６３でダイニーマ５枚６２を挟んだ、図８に示すサンプル６０では、銅板の線膨張係数が１３．１と、図４に示すサンプル２１の銅板単体に比べて７８％に減少しており、銅板とダイニーマとの複合化により低熱膨張材料を得ることができることが分かる。実験は一例であり、割合や複合方法により調整できる。
【００３７】
上記したように、銅のトロリ線等の線状体では、温度変化に伴う熱伸縮があるため、敷設や保守管理において問題となる。そこで、極力線膨張係数の小さい材料の適用により低熱膨張の線状体の開発を行い、低熱膨張トロリ線を得ることができた。
【００３８】
また、負の線膨張特性を持つ材料に代えて、熱膨張係数の小さいインバー合金などを用いるようにすることもできる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、トロリ線等の線状体では、温度変化に伴う熱伸縮があるため、敷設や保守管理において問題となるが、本発明によれば、導電性材料と負の熱膨張係数の材料との複合構造の線状体により、極力線膨張係数の小さい低熱膨張トロリ線を得ることができる。
【００４１】
従って、トロリ線の熱伸縮に伴う架線支持部構造を簡素化することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すトロリ線を架設した状態を示す図である。
【図２】  本発明にかかる低熱膨張トロリ線の模式図である。
【図３】  各種の熱膨張体の熱膨張をみるためのサンプルを示す図である。
【図４】  サンプル〔図３（ａ）〕の熱膨張特性図である。
【図５】  サンプル〔図３（ｂ）〕の熱膨張特性図である。
【図６】  サンプル〔図３（ｃ）〕の熱膨張特性図である。
【図７】  サンプル〔図３（ｄ）〕の熱膨張特性図である。
【図８】  サンプル〔図３（ｅ）〕の熱膨張特性図である。
【図９】  従来のトロリ線を架設した状態を示す図である。
【符号の説明】
１，２    支持体
３    支持体間に架設される低熱膨張トロリ線
４    簡易張力調整装置
１１    低熱膨張トロリ線
１２    銅、アルミニウム導体
１３    負の線膨張係数を持つ有機材料
２１    銅板（０．３ｍｍ厚）のサンプル
２２，３２，４３，５４，６４    歪みゲージ
３１    ダイニーマのＵＤ（一方向）プリプレグのサンプル
４０    銅板とダイニーマを貼り付けた複合部材のサンプル
４１，５２，６１，６３    銅板
４２，５１，５３，６２    ダイニーマ
５０    ダイニーマ−銅板−ダイニーマの複合部材のサンプル
６０    銅板−ダイニーマ（５枚）−銅板の複合部材のサンプル
【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】
0004281891.tif 000011
【図９】
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