JP2000302578A - 高速走行ですぐれた耐摩耗性を発揮する銅含浸炭素焼成体製集電すり板材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速走行ですぐれた耐摩耗性を発揮する銅含
浸炭素焼成体製集電すり板材を提供する。 【構成】 集電すり板材が、焼成コークスの素地に３〜
１５重量％の人造黒鉛が分散分布した組織、並びに１８
〜２７％の気孔率を有する炭素焼成体に、純銅を含浸し
てなる銅含浸炭素焼成体で構成してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＪＲ在来線や私
鉄などの電気車（以下、普通電気車と云う）の集電すり
板材として用いた場合に、特に高速走行ですぐれた耐摩
耗性を発揮する銅含浸炭素焼成体製集電すり板材に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、普通電気車の集電すり板材とし
て、例えば１８〜２７％の気孔率を有し、かつ焼成コー
クスからなる炭素焼成体に、純銅を含浸してなる銅含浸
炭素焼成体が広く実用に供されている。また、この集電
すり板材は、原料としてのピッチコークス粉末に、気孔
率の調整とバインダー作用の付与を目的として所定割合
のタールピッチを加え、２００〜３００℃に加熱した状
態で混練し、室温に冷却してから粉砕混合した後、１〜
１．５ｔｏｎ／ｃｍ² の圧力で圧粉体にプレス成形し、
この圧粉体を１２００〜１５００℃で焼成することによ
り焼成コークス、すなわち原料の前記ピッチコークス粉
末とタールピッチの焼成により形成された焼成コークス
からなり、かつ１８〜２７％の気孔率をもった炭素焼成
体を形成し、ついでこの炭素焼成体に、減圧雰囲気にて
純銅溶湯に浸漬した後、雰囲気を１００〜１５０気圧の
加圧雰囲気とする銅含浸処理を施すことにより製造され
ることも良く知られるところである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年、普通電気
車もＪＲ新幹線と同様に高速走行化の傾向にあるが、通
常の走行速度である約１００ｋｍ／ｈｒが１５０ｋｍ／
ｈｒ以上に高速化すると、上記の従来集電すり板材では
摩耗進行がきわめて速くなり、実用に供し得ないのが現
状である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、上記の従来集電すり板材に着目
し、これの高速走行での耐摩耗性向上をはかるべく研究
を行なった結果、集電すり板材を、焼成コークスの素地
に３〜１５重量％の人造黒鉛が分散分布した組織、並び
に１８〜２７％の気孔率を有する炭素焼成体に、純銅を
含浸してなる銅含浸炭素焼成体で構成すると、この結果
の集電すり板材は、炭素焼成体の素地を構成する焼成コ
ークス中に分散分布した人造黒鉛によって高速走行下で
の摩耗が著しく抑制され、すぐれた耐摩耗性を長期に亘
って発揮するようになるという研究結果を得たのであ
る。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、焼成コークスの素地に３〜１５
重量％の人造黒鉛が分散分布した組織、並びに１８〜２
７％の気孔率を有する炭素焼成体に、純銅を含浸してな
る銅含浸炭素焼成体で構成してなる、高速走行ですぐれ
た耐摩耗性を発揮する銅含浸炭素焼成体製集電すり板材
すり板材に特徴を有するものである。

【０００６】なお、この発明の集電すり板材を構成する
炭素焼成体において、人造黒鉛の含有割合を３〜１５重
量％としたのは、その含有割合が３重量％未満では、所
望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その含有割合が
１５重量％を越えると強度が急激に低下するようになる
という理由からであり、また、その気孔率を１８〜２７
％と定めたのは、その気孔率が１８％未満では含浸され
る純銅の割合が少なくなりすぎて所望の導電性、すなわ
ち１μΩ・ｍ以下の抵抗率を確保することができず、一
方その気孔率が２７％を越えると、強度が急激に低下す
るようになるという理由によるものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の集電すり板材
を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、１
０〜２０μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するピッチ
コークス粉末、並びに１０〜３０μｍの範囲内の所定の
平均直径を有する人造黒鉛粉末を用い、これら両原料粉
末を所定の割合に配合し、これに炭素焼成体の気孔率を
調整すると共に、結合作用を発揮さｐる目的で所定割合
のタールピッチを加え、２００〜３００℃の範囲内の所
定温度に加熱した状態で２時間混練し、室温に冷却して
から粉砕混合を加えた後、０．１〜１ton ／cm² の範囲
内の所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、１２００℃に
１時間保持の条件で焼成して表１に示される人造黒鉛含
有量および気孔率の炭素焼成体を形成し、寸法調整した
状態で、これを減圧含浸炉に装入し、含浸炉内を圧力：
２torrに減圧し、いずれも１２００℃の温度に加熱した
無酸素銅（純銅）の溶湯に浸漬し、１３０気圧の圧力を
付加する条件で銅含浸処理を行なうことにより、いずれ
も厚さ：１２mm×幅：５５mm×長さ：１３５mmの寸法を
もった本発明集電すり板材１〜１２を製造した。また、
比較の目的で、人造黒鉛の含有がなく、気孔率を表１に
示される通りとした炭素焼成体を用いる以外は同一の条
件で従来集電すり板材１〜３を製造した。

【０００８】この結果得られた各種の集電すり板材から
１０mm×１０mm×６０mmの寸法をもった試験片を切出
し、強度を評価する目的でシャルピ衝撃値をそれぞれ５
本の試験片について測定し、また導電性を評価する目的
で抵抗率を１０本の試験片について測定した。これらの
測定結果を表１に平均値で示した。

【０００９】さらに、上記の集電すり板材から、厚さ：
１０mm×幅：２５mm×長さ：６０mmの寸法をもった試験
片を切出し、この試験片を用い、普通電気車にとって高
速走行条件である以下に示す条件で通電摩耗試験を行な
った。通電摩耗試験は、モータの水平回転軸に中心を固
定することにより直立支持された外径：２．２ｍの円板
の前記固定側とは反対側面に、模擬トロリ線として外
径：２ｍ×幅：５mm×厚さ：１５mmの硬銅リング（ＪＩ
Ｓ・Ｃ１１００・ＢＢ−Ｈ）を５０mm偏心して取付けた
装置を用い、上記硬銅リングの直径線上の一方側に、ま
ず、同じく厚さ：１０mm×幅：２５mm×長さ：６０mmの
寸法を有し、硬質のＦｅ−Ｃｒ合金：６％およびＦｅ−
Ｍｏ合金：１５％を分散含有し、かつ１５％の気孔率を
もったＦｅ基合金焼結体に純Ｐｂを含浸してなるＰｂ含
浸Ｆｅ基合金焼結体を、 押付力：５kgf 、 通電電流：１００Ａ、 円板の回転速度：２５km／ｈ、 時間：１０分、 の条件で面接触させて、上記硬銅リングの表面を実用状
態のトロリ線と同等の表面状態とした上で、上記硬銅リ
ングの直径線上の他方側に、上記試験片を、 押付力：５kgf 、 通電電流：２００Ａ、 円板の回転速度：１６０km／ｈ、 時間：１０分、 の条件で面接触させ、さらに上記条件でのＰｂ含浸Ｆｅ
基合金焼結体および試験片の交互面接触をそれぞれ２回
づつ、計３回づつ繰り返すことにより行ない、この通電
摩耗試験をそれぞれ５本の試験片について行ない、試験
後比摩耗量を測定し、この測定結果を平均値として表１
に示した。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【発明の効果】表１に示される結果から、本発明集電す
り板材１〜１２は、いずれも従来集電すり板材１〜３と
同等の強度および導電性を示した上で、高速走行で、こ
れより一段とすぐれた耐摩耗性示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明の集電すり板材は、高速走
行で、すぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた
性能を発揮するものであり、普通電気車の高速化に十分
満足に適合するものである。

フロントページの続き (72)発明者 久保 俊一 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 池内 実治 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 土屋 広志 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 清水 輝夫 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 秋山 新一 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 寺岡 利雄 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 大西 吉久 香川県三豊郡大野原町大字萩原850 東洋 炭素株式会社萩原工場内 (72)発明者 馬場 史朗 香川県三豊郡大野原町大字萩原850 東洋 炭素株式会社萩原工場内 Ｆターム(参考） 4K020 AA23 AC04 BA02 BA05 BB26 5H105 AA08 BA02 BB01 CC02 CC12 DD03 DD28 DD29

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼成コークスの素地に３〜１５重量％の
   人造黒鉛が分散分布した組織、並びに１８〜２７％の気
   孔率を有する炭素焼成体に、純銅を含浸してなる銅含浸
   炭素焼成体で構成したことを特徴とする高速走行ですぐ
   れた耐摩耗性を発揮する銅含浸炭素焼成体製集電すり板
   材。