Vol.2

ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲ

Aug. 31, 2021
日立金属株式会社

スマート化に応じた「材料」観点での鉄道用途向けラインアップ～モビリティ革命に向けて、日立金属がお届けするソリューション～
日立金属株式会社（以下 日立金属）は、鉄道の進化に向けて、製品やソリューションを提供し同業界の発展に貢献し続けています。その内容は鉄道車両そのものにとどまらず、インフラや運行システムにもおよぶ数多くのラインアップを提供しています。

****充電設備：鉄道の駅ホームや変電所に設置された変圧器システム。
**インフラ関連：ラインアップ詳細 p.2

日立金属の主な鉄道関連ラインアップ

鉄道車両用電線・ケーブル

Cat.7 LAN

コミュニケーション部 〒108-8224 東京都港区港南 1-2-70(品川シーズンテラス)*

https://www.hitachi-metals.co.jp/

鉄道信号用ケーブル

防塵フレキシブル光ケーブル

メタル通信ケーブル

光 MPO カセット

高発泡ポリエチレン絶縁漏えい
同軸ケーブルステンレス配管用
メカニカル継手 ZlockⅡ®
同軸ケーブル

光 MPO**ケーブル

低損失高発泡高周波
同軸ケーブル*3D 造形材料粉末：SL など、既に金型が無くなってしまった補修部品を 3D プリンターで復刻する事例などでの活用を想定。
**MPO: Multi-fiber Push On の略。複数の光ファイバで構成される接続構造。

今号では日立金属の最先端技術が「材料」観点で、どのように鉄道業界への貢献を果たしているか、代表ラインアップの特長と開発者目線の切り口で紹介します。

２

？
鉄道業界における高機能部材のニーズとは？市場的背景は？？
★広いすそ野を持つ鉄道市場
一般的に、鉄道市場は車両の部品メーカーまでも含めると非常にすそ野が広く、日立金属製品だけでも上記のとおり数々のラインアップがあります。特に日立金属が長年携わってきた車両および列車運行・保守サービスにおいて、日立金属が提供する製品群は、電線関連に限定しても 10 を超える陣容です。

制御装置
空気圧縮機

車両納品

車両

空調装置

艤装品※1

表示器メーカー

車両線

照明メーカー

立など
車両線

鉄道事業者

日整流装置

金

車両線、トロリ線、信号線など

属
受変電設備
信号システム通信システム総合電機メーカー/工事業者

トロリ線、信号線、メタル通信など

Gr.

施工・納品
コロナ禍の影響を受けながらも、今後のカーボンニュートラルの考え方や効率輸送を目的とした世界的な広がりを考慮すると、未来に向けて着実にニーズが高まっていく業界と予測されます。
日立金属は、これまで国内はもとより、海外の鉄道業界においても、長年貢献をしてきた中で得たお客様の信頼と納品実績、そしてそれを裏付ける技術力を背景に、市場の最先端を切り拓く高機能部材を提供してきました。

世界のニーズにさらに応える
お客様からの信頼と実績、そしてそれを実現してきた技術力で、より広範に世界のニーズに対応！

=海外鉄道業界の業態別推計値内訳=
（兆円）

2.2
4.6

市場規模
約24兆円

列車運行・保守サービス

9.5

車両

(2019-21年平均)

施設（土木・電力等）

7.8

列車制御
2017 年 10 月発行

３

国土交通省「海外展開戦略」より当社作成

業態別にも運行・保守サービスにおけるニーズが高く、車両だけではなく運行システム全般を扱う日立金属にとって、より大きな貢献が可能！

最先端の部材・技術力で、世界の鉄道ニーズへの対応をより強固なものとする！！

近年、鉄道の車両においては火災対策の観点から世界各国で難燃規格が採用されていること、および自動化や電動化、電子化の流れにより、使用される部材の高機能化が求められております。また、鉄道を支える運行・保守サービスにおいても同様に、安全性向上の観点に基づく架線監視システムの強化およびスマート化の潮流があり、これまで以上に部材における高い性能や利便性が求められています。
このたびは、鉄道業界で最大規模のニーズがある運行・保守サービス分野に関して、日立金属の代表製品の１つである「トロリ線」に焦点を当てていきます。トロリ線システムは、その長い開発・認証期間からも社会インフラとして重要な位置付けを担っており、まさに「電車の電車たるゆえん」と言われる電力供給部材です。このトロリ線の重要性や開発の背景に迫ります。
このほか、鉄道車両に使われる電線・ケーブル、さらには電源制御用インバーター向けに使用される大容量変圧器部材も併せて紹介していきます。

鉄道パンタグラフの構造？？
そもそも、トロリ線って何？
トロリ線とは、電気鉄道やトロリーバスに使われる電線で、軌道・道路の上部の空間に架設されており、車両の集電装置へと電力を供給する電線です。まさに電車の電車たるゆえんの最重要パーツの一つです。集電用に使われるため、トロリ線の材料は導電性に優れる銅（Cu）が使用されています。近年では、パンタグラ
すず

フ※2 による振動や、厳しい野外環境での摩耗進行を抑えるため、銅に錫（Sn）などを添加し材質を強化して長寿命化を図っています。
トロリ線には寿命がある？
トロリ線は電車上部のパンタグラフのすり板と直接接触しながら電気を供給しているため、機械的、電気的に摩耗することになります。機械的摩耗とは、パンタグラフのすり板とトロリ線間の摩擦によるもので、電気的摩耗はトロリ線とパンタグラフの不完全接触や離線などで発生するアーク※3 の電気的原因によるものです。
電気的摩耗の方が機械的摩耗よりも溶損量は大きくなるため、電気的摩耗箇所は摩耗による寿命が短い傾向にあります。このため、摩耗したトロリ線の強度として、標準張力に、架線の断線負荷を考慮した安全率、さらには張力変動などのさまざまな係数を乗じた値から、トロリ線の残存断面積を算出します（トロリ線に必要な荷重＝架線張力×安全率（2.2）（例：架線張力が 2 ㌧なら、2 ㌧×2.2＝4.4 ㌧ もの荷重が必要！））。鉄道会社は、その残存断面積から導き出される「残存直径」を、摩耗の管理値としています。
トロリ線の長寿命化への取り組み（耐摩耗材料の開発）
トロリ線メーカーにとって、鉄道会社のメンテナンスフリーの理想をめざす技術として、耐摩耗性材料の開発が重要な課題の 1 つです。いわば、トロリ線の長寿命化への挑戦です。耐摩耗性の向上により、張り替えの寿命が延びることは、鉄道会社での架線管理・保守工数の低減・利便性につながり、メンテナンスフリ４ーの理想に近づいていきます。
トロリ線の主材質は銅ですが、錫、インジウム（In）などを微量添加することで、高強度で耐摩耗性を有しながらも、導電率の高いトロリ線が開発されてきました。これら高い特性を持つトロリ線は、新幹線の架線などに多く採用されています。
トロリ線メーカーとしてのお役立ち展開！お客様のソリューション（摩耗管理）をお手伝い！！
鉄道会社が保守管理しているトロリ線の摩耗は、検測車両での摩耗管理と、架設してあるトロリ線の残存径をマイクロメータで測定するなど、万全の管理をしている分、多大な労力がかかっています。
これら保守工数の低減を図り、スマート化を促進するため、「材料観点」の提案として、1989 年に日立金属（当時、日立電線株式会社）では内部に絶縁電線を検知線として挿入したトロリ線などの開発をしてきました。検知線入りトロリ線は、約 10 年の認証期間を経て、東海道新幹線全線に導入され、その結果、トロリ線の摩耗による断線トラブルは皆無となるなど、現在の鉄道運行システムの保安に重要な役割を果たしています。

このように、インフラを支えるトロリ線には、きわめて高い品質規格が求められます。
しかし、トロリ線メーカーとして持ち合わせなければならないもう一つの重要な条件があります。
それは「納期」です。社会インフラを支える部材として、数多起こる予期せぬ災害に際し、迅速な納品対応が求められます。
日立金属はこれらの災害復旧に積極的に対応し、1 日でも早い納入を果たしてきたことで、日本のトロリ線メーカーにおけるリーダーの地位を確固たるものとしてきました。
また、トロリ線は新たな開発をしても、導入までに 5～10 年を要します。インフラ系統部材で最も重要な製品の 1 つであることから、採用認定には長い期間をかけて非常に慎重な判断がなされます。
こういった背景からも、地道にかつ長期的な視点で、社会を支える一員として日々の提案・開発を行っています！

>鉄道の保安・スマート化に寄与！「光ファイバ式警報トロリ線システム」の開発
新幹線をはじめとした鉄道車両は、線路上の架線（トロリ線）から車両の屋根に搭載されるパンタグラフを通じた電気供給を受け走行しています。パンタグラフとトロリ線が接触する構造のため、最悪の事態としてトロリ線が摩耗する影響で断線し、列車の運転ができない状況が起こり得ます。それを防ぐため、検知線
従来の警報トロリ線システムでは、内部にメタルの検知線を使用し、流れる電流の有無で摩耗の監（光ファイバ）視を行うため、列車走行によるノイズが発生しない夜間でしか検知を実施できませんでした。

トロリ線

５

この 2021 年にあらたに東海旅客鉄道株式会社（以下、JR 東海）と日立金属が共同で実用化に成功した「光ファイバ式警報トロリ線システム」は、検知線に光ファイバを使用することで、24 時間トロリ線の状態を監視することができ、摩耗の進行状況をリアルタイムで把握することができます。
これによってトラブルを未然に防ぐことができるほか、万が一断線しても場所の特定を迅速に行うことができます。

？？？
光ファイバによって、どうやって 24 時間の保安監視ができるの？
今回の新システムに導入されている「光ファイバ」の役割は？？
上記にある摩耗管理のお手伝いの進化版が「光ファイバ式警報トロリ線」です。
現在の検知線入りトロリ線は、電気的な信号を使うため、夜間の架線停電の状態でのみ稼働します。そのため、新幹線が走行している昼間に何らかのトラブルがあっても、信号を発することができません。しかし、光ファイバ式警報トロリ線であれば、例えば、地震災害や強風による飛来物被害などでトロリ線が急激に摩耗して断線した場合でも、トロリ線に内蔵された光ファイバの検知により、24 時間監視することが可能となります。光ファイバ入りのトロリ線導入により、保守管理の大きな味方となります。
どういった仕組みで光ファイバは昼でもトラブル検知ができるの？
トロリ線に内蔵される光ファイバは一般的な通信用途ではなく、センサーとしての役割になります。トロ
リ線の摩耗限界の位置に光ファイバ（センサー）を予め挿入し摩耗が進行していくと光ファイバが断線します。その「断線」の情報が中継装置システムを経由して中央監視システムにつながる仕組みです。光ファイバ内部を進行する光によってトロリ線の摩耗や断線を監視するため、トロリ線本体に流れる電流の影響を受けずに、列車運行の営業時間帯でも監視することが可能となります。

新幹線路の摩耗検知システム（光ファイバ式警報トロリ線システム導入事例）

光ファイバ
断線検知

光ファイバ内蔵碍子

光ファイバ式

中継装置システム

警報トロリ線中央監視システム

６

■ 開発にあたって（機能部材事業本部 茨城工場・蛭田浩義）>>長きにわたる開発期間、今だから明かせる開発秘話は？
光ファイバ式警報トロリ線の開発は、現行の検知線入りトロリ線の全線導入が完了した 2000 年から開始されました。お客様である JR 東海のその当時のご担当者から、架線の常時監視の重要性について相談を受け、その一例として、「光ファイバの導入って実現できたらすごいよね？」とのひとことを頂戴しました。光ファイバの導入はこれまでにない試みであり、24 時間監視によるお客様の利便性や、何よりも運行停止などの社会的危機を未然に防げるシステムの構築であることからも、チャレンジングでやりがいのある仕事であると確信していました。また、他社に真似できないものであれば東海道新幹線全線への当社製品 100%導入も期待できると考え、「ぜひ一緒に開発しましょう！」とお客様に回答し、開発がキックオフされました。
20 年前のキックオフ当時、当社内だけでなくお客様の中でも「理想的な目標だが現実的な開発ではない。
」と賛同者はゼロに近く、導入が決定した
今に至っても、「正直上手くいくとは思っていなかった。
」と周囲に言われるほど、この 20 年の道のりは困難をきわめました。

>>開発のポイントは？
特に、金属である銅を主材料とするトロリ線の中に、脆い素材であるガラスを主材料とする光ファイバをストレスなく挿入し、かつそれを木製ドラムに巻き取り、さらに新幹線路に延線架線することが、開発する上での大変に難しい技術的ポイントでした。光ファイバは細く、ストレスをかけるとすぐに断線してしまう弱点があります。新幹線路に延線架線工事を施すことは、鉄道関連の工事会社の仕事であるものの、光ファイバが入ったトロリ線の工事をどのように行えば、光ファイバへのストレスが軽減できるのかを「素材観点」
で何度も試行を重ね、トロリ線メーカーである当社がリードして独自の延線架線工法を確立していきました。
このため、夜間の架線工事の立ち会い回数は、総計数十回超にもおよびました。また、社会インフラとして重要な位置付けにあるトロリ線の量産導入は、非常に長期間の試験架線が必要となり、光ファイバの経時変化を確認するために、これまでも約 10 年間の試験架線を実施してきました。そのため、開発から導入までは、約 20 年という年月を費やすに至ったわけです。認定まで長く険しい道のりを歩むこともありますが、結果を急がず、地道にかつ長期的な視点で、その先にある明るい未来を信じながら、社会を支える一員として日々の提案・開発を行っています。
この 20 年余り、常に施工工事現場とともに歩み、現場の力を信じて三ゲン主義（現場、現物、現実）を貫いてきたからこそ、この導入のスタートラインに立つことができたと自負しています。

>>お客様が日立金属製品を評価しているポイントは？
日立金属は光ファイバ式警報トロリ線だけではなく、鉄道保守のスマート化をめざしたトロリ線の摩耗管理システムの提案など、主役の架線とともに必要なシステムも同時並行で開発をしてきました。システム関連としては、トロリ線の端末に使われる金具、光ファイバ内蔵碍子（がいし）※4、光ケーブルの回路に使われる接続箱、各地区の監視の役割を持つ中継装置システム、そのほか、中継（装置）システムを集約した中央監視システムなど、多くの周辺機器・システムはオール日立金属です。お客様にとって汎用性が高く、導入しやすいことが日立金属製品活用のメリットと考えます。
また、光ファイバ式警報トロリ線だけではなく、高速化対応トロリ線の開発など、次世代のさらなるスマート化に向けた新製品の開発を積極的に進めており、お客様への提案もしています。最終ユーザーである鉄道会社の課題に対して、100%の解決策を提案することができなくても、お客様の困りごとを意識した解決策を、お客様に寄り添い、常に模索して提案し続けていくことや、技術面だけでなく納期・サービスについても積極的に対応していくことが、お客様との信頼関係をより深めていけるものと確信しています。

>>今後の普及予定は？
本システムは、2030 年度までに東海道新幹線の全線に導入される見込みです。長きにわたる研究・開発の努力がこれから形になっていきます。今後は高速鉄道に限らず幅広くトロリ線の開発および製品化を図ることで、全国の鉄道網の保安やそのスマート化に、ますます貢献していきます。

７

20 年間、まさに人が生を受け、大人になるまでの長い期間にわたり、過酷なハードルを乗り越え続け、ようやく生み出された技術が施工の日を迎えることができる―これが社会インフラを支える事業です。技術者やそれに携わる現場が総力を挙げて、日々の努力や研さん、そして飽くなき向上心とひたむきな執念で開発に向き合うことで、社会の発展や生活の基盤を見えないところで支えています。
日立金属はこれら技術を通じ、スマート化する社会への貢献を今後も加速していきます。
このたび紹介したトロリ線以外にも、数々の鉄道向けラインアップ（1～2 ページにて紹介）をご用意しています。以下に、スマート化する鉄道システムに貢献する代表製品として 2 つの製品を選び紹介します。

>欧州の火災安全規格など多様なニーズに対応！鉄道車両用電線「POLYENEX®」
鉄道ネットワークの発達と近代化・スマート化に伴い、鉄道車両とコンポーネントの需要はグローバルに増加し、進化し続けています。日立金属の「POLYENEX®」をはじめとした鉄道車両用電線・ケーブルは、EN、BS、DIN※5 といった世界の主要な火災安全性規格を取得しています。当社独自の樹脂材料技術により、火災発生時の延焼や発煙、毒性ガスの発生を低減しつつ、耐油・耐燃料といった、耐環境特性の付与も実現しています。
また、イーサネット®※6 ケーブルやデータバスケーブ
ルといった通信ケーブルにおいても、火災安全性に対応した製品をラインアップしています。
®
延焼を防止し、煙や毒性ガスの発生量が少ない車両用
EN 規格鉄道車両用電線 POLYENEX
電線「POLYENEX®」シリーズ。当社はこれら鉄道車両用電線・ケーブルのラインアップにより、豊富な経験をもとに市場のニーズに応え、今後もスマート化していく世界の鉄道ビジネスの発展に貢献していきます。

>鉄道用途でも大活躍！トランスの小型・高効率化に貢献する軟磁性部材「ファインメット®」
近年、EV、鉄道、再生エネルギー用の電源系回路の小型・軽量化のため、ケイ素（Si） を用いた IGBT※7の高性能化や、炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）などの次世代半導体の登場により、従来にも増して高周波での駆動が要求されるようになりました。しかし、この高周波領域では、電磁鋼板を使用した変圧器やリアクトルでは鉄損※8 が大きく、これに起因する温度上昇を抑制するために、小型化が難しくなる課題があります。また、小型・省スペース化と同時に、従来製品では抑えられない高周波領域でのノイズが発生しています。

８これら背景により、鉄道や EV 関連を主とする新用途の需要急拡大に伴い、変圧器、リアクトル、ノイズフィルター用チョークなどの用途において、高い透磁率※9 と磁束密度※10 の両側面を合わせ持つファインメ
ット®の材料特性が注目されています。スマート化す
る鉄道関連のシステムでは、特にインバーターのノイズ低減や、EMI フィルタの小型・軽量化に貢献します。

インバーターへの適用事例

さらには、低損失で高飽和磁束密度を有するため、中間周波トランスの損失を抑え、補助電源の高効率化、小型化にも貢献します。

中間周波トランス用
ファインメット® ノンカットコア・カットコア

今回ご紹介した部品系アイテムや、冒頭のラインアップにも掲載している材料系のアイテムにおいても、日立金属は鉄道向けの製品群を数多く取り揃え、高機能化していく鉄道インフラへの貢献に日々努めています。
日立金属はこれまでのビジネスの延長線上にとどまることなく、社会のニーズやお客様の最終製品まで想定したアイデアや発想の提起、製品プロセスの革新による製品価値の創造などで、未来を開拓する製品力を磨いています。これまで以上にお客様のニーズにお応えしていくため、今後も製品の品質向上および技術の強化に全力を尽くし、「材料」観点から当社の役割を見極め、社会の発展に貢献していきます。

以【お客様からのお問い合わせ】
日立金属株式会社 機能部材事業本部

電線統括部
パワーエレクトロニクス統括部【報道機関からのお問い合わせ】
日立金属株式会社 コミュニケーション部

９担当 山崎担当 小西

TEL 03-6774-3599
TEL 03-6774-3469

担当 車谷

TEL 03-6774-3075

上<用語>※1 艤装品：鉄道車両などの輸送機の製造工程のうち、原動機や室内外の各種装備を、車体や機体に取り付ける工程、もしくはその工程で取り付けられる機器。
※2 パンタグラフ：鉄道車両に用いられる集電装置のひとつ。基本形状はひし形。
同じくひし形の形状をしており、収縮して動きながら相似図形などを容易に作図できるギリシアの製図用具「すべてを描くもの」が語源。広くひし形の収縮機構を持つ機器の名称に用いられる。現在は軽量化などの目的からシングルアーム型が主流。
※3 アーク：気体放電現象の一種で、2 つの電極間で放電させることによって高温で強い光(火花など)を発すること。
身近な例として、通電中のプラグをコンセントから抜いたときに生じるスパーク現象がその類。
※4 碍子：電線とその支持物とのあいだを絶縁するための器具※5 EN、BS、DIN：それぞれ、European Norm の略で「欧州規格」、British Standard の略で「英国規格」、Deutsches Institut für Normung の略で「ドイツ規格」の意。
※6 イーサネット： 富士ゼロックス株式会社（現、富士フイルムビジネスイノベーション株式会社）の登録商標。
コンピュータネットワークの規格のひとつで、世界中のオフィスや家庭で一般的に使用されるLAN で最も使用されている技術規格。LAN で接続された多数のコンピュータが、効率よく通信回線を利用できるように考えられた通信方法の一つ。
※7 IGBT：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。電力抑制用半導体素子の一つで大容量電力変換器の主変換素子に使用されている。
※8 鉄損：軟磁性材料のコアを持つインダクタや変圧器などにおいて、コイルによって発生する交番磁界によりコアの物性に応じて発生する渦電流損やヒステリシス損などをさす。電動機や発電機、変圧器などの効率を低下させる要因の一つ。
※9 透磁率：軟磁性部材において、外部磁場に対しどれだけ敏感に磁化するかを示した割合※10 磁束密度：磁心（コア）の内部に流れる磁力線の強弱を示す量。動作時との識別のため動作を前に付け区別して表現する場合がある（動作磁束密度）。

日立金属 NEWSLETTER とは…
日立金属グループの特長ある製品･技術を、皆さまに広く、深く知っていただくことをめざして発行しました。日立金属グループへのご理解を深めていただく一助となることを願っております。

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