JP4083633B2 - 集電摺動用鉄系焼結合金 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、集電摺動部分に使用される耐摩耗性と潤滑性に優れた鉄系焼結合金、特に速度２２０〜４００ｋｍ／ｈで走行する高速電気車のパンタグラフすり板として好適な集電摺動用鉄系焼結合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現行速度２２０〜３００ｋｍ／ｈで使用されている新幹線電車用パンタグラフすり板は、Ｆｅを母材とした焼結組織中に、耐摩耗、耐アーク性保持のためＣｒなどの硬質、耐熱成分を点在させる一方、相手方トロリー線の損耗を軽減するための潤滑成分としてＭｏＳ２などを添加するほか、各種すり板銘柄とも共通して２〜１５％のＰｂを含有している。本発明者の一部は高速度用パンタグラフすり板として特許１５１９１５４号、１７５６７８７号を得ており、現在、新幹線電車のパンタグラフすり板用に供されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境保全の観点から各種部材の無鉛化が進められており、集電摺動材としてのすり板も埒外ではなくなった。新幹線電車の現用パンタグラフすり板すべてに潤滑成分としてＰｂが含有されていることから、早期の代替材質の出現が望まれていた。
【０００４】
Ｐｂに替わる潤滑成分を用いたすり板の発明を特許１５１９１５４号、１７５６７８７号の発明者らは既に為しており、特許２５１１２２５号（請求項２）、２０４２１６３号がこれに該当する。同発明者らはその後さらに研究を重ね、前掲の各号を凌ぐ高性能の無鉛化すり板を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の如き課題を解決するため、Ｐｂに替わる成分として環境に無害のＢｉに着目した。Ｂｉは軟質金属で、銅とは非凝着であり、非削性でもあるため摺動摩擦時に相手方の銅質トロリー線を傷つけない。また、すり板体の主要構成成分であるＦｅ、Ｃｒと固溶体をつくらないので、Ｐｂの場合と同様、固有の潤滑性を保持し続ける。Ｂｉの融点は２７１℃であるが、沸点が１５６０℃であることから、ＭｏＳ２（またはＷＳ２）が酸化によって潤滑機能が低下するとされる空気中での温度約４００℃に達しても、Ｂｉは流体状となってすり板組織中に存在し、潤滑性を維持し続ける。集電摺動中、離線アークなどによってすり板摺動面が瞬時１０００℃を越える場合が発生しても、沸点に達するまでＢｉはその機能を失わない。Ｐｂは融点３２７℃、沸点１７２５℃であるからＢｉのそれと近似している。以上のことから、Ｂｉ含有集電摺動材の潤滑機能はＰｂ含有材に十分比肩しうると推察した。
【０００６】
なお、常温にて空気中においてＢｉ粉を取り扱う際、取扱時間の長さによっては酸化に起因する変色を生じることがあるが、その性能は非酸化状態のＢｉと何ら相違することがないので、そのまま使用することができ、従って、本明細書に記載のＢｉには酸化したものを含む。
【０００７】
Ｂｉの配合量は０．３〜５重量％が適量で、０．３％未満では潤滑効果が乏しく、５％を越えると過剰となってすり板体の機械的強度を低下させる。
【０００８】
ＭｏＳ２は潤滑機能を果たすとともに、Ｍｏの一部は母材Ｆｅと反応してＦｅ−Ｍｏ固溶体をつくり、機械的強度の向上に寄与する。ＭｏＳ２の配合量は２〜８重量％が適量で、２％未満では潤滑効果の保持に乏しく、８％を越えると過剰となって機械的強度を低下させる。ＷＳ２も同様である。
【０００９】
ＢＮは９００℃という高い温度域まで安定した潤滑性能を維持し、かつ密度の小さい微粉末であるため広範囲に散在し、高温度域でＢｉと共存してすり板体の潤滑性向上に寄与する。その配合量は、前記の潤滑性能を発揮するために０．１重量％以上必要であるが、ＢＮは、金属粉との焼結性が悪いため機械的強度低下の原因になり易く、３重量％以下にとどめるべきで、ＢｉとＭｏＳ２（またはＷＳ２）にて円滑な潤滑作用が確保できればＢＮを添加しない場合もある。
【００１０】
耐摩耗、耐アーク成分としての粒粉状Ｃｒは焼結の際、母材Ｆｅと反応してＦｅ−Ｃｒの固溶体をつくり、強固な素地形成に寄与する。配合適量は８〜２８重量％で、８％未満では耐摩耗性、耐アーク性に乏しく、２８％を越えると機械的強度の低下を招く。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施例により具体的に説明する。原料粉として単体Ｃｒ８０〜１５０メッシュ、Ｂｉ６０メッシュ以下を他の原料粉と共に、表１に示す配合組成（重量％）によりＶ型混合機にて均一に混合の上、その混合粉を金型に装填後６００ＭＰａで圧縮成形し、還元雰囲気中で１２００℃、８０分間焼結し、本発明の焼結合金を得た。同時に、新幹線電車パンタグラフすり板として現用中の特許１７５６７８７号相当材を比較例１とし、特許２５１１２２５号（請求項２）相当材を比較例２として表１に併記した。
【００１２】
【表１】
前記表１により得られた焼結合金の機械的特性は表２のとおりである。
【００１４】
【表２】
また、前記の各実施例ならびに比較例より得られた焼結合金を切り出して各試験片１０×２５×９０ｍｍをつくり、これらを回転式集電摺動試験機に取付け、押上力５４Ｎ、通電電流ＡＣ１５０Ａ、摺動速度１００ｋｍ／ｈ、左右振れ巾４０ｍｍ、６０分間無潤滑で硬銅トロリー線に接触摺動させ、その時の各試験片の比摩耗量と、相手トロリー線に対しパンタに取付けられた試験片が１万回通過当りのトロリー線の摩耗厚みｍｍを測定した。その結果を表３に示す。
【００１６】
【表３】
前記表２より明らかな如く、本発明の実施例１〜１０により得られた鉄系焼結合金は、高速電気車のパンタグラフすり板として必要な機械的特性を具備し、かつ表３より明らかな如く、現在、２２０〜３００ｋｍ／ｈで使用されている比較例１相当の新幹線電車用すり板試験片と対比すると、その耐摩耗性を顕著に向上せしめるとともに、すり板摺動面は平滑で光沢があって相手方トロリー線の損耗を大幅に減少させることが実証された。
【００１８】
また、特許２５１１２２５号（請求項２）相当材である比較例２と対比しても、上記同様、すり板の耐摩耗性、相手方トロリー線の損耗抑制の両面で性能向上が認められた。
【００１９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明は、環境に悪影響を及ぼすＰｂを含有することなしに、高速電気車におけるパンタグラフすり板としてＰｂ含有材を越える潤滑性能を発揮し、相手方トロリー線の損耗を減少させるとともに、すり板の耐摩耗性をも顕著に向上せしめることができる効果があり、２２０〜４００ｋｍ／ｈの高速度域での無鉛化すり板として有益である。
Claims (2)
- 耐摩耗、耐アーク成分として単体Ｃｒ８〜２８重量％、潤滑成分としてＭｏＳ２（またはＷＳ２）２〜８重量％、潤滑強化成分としてＢｉ０．３〜５重量％、残部Ｆｅからなる粉末原料を混合後、圧縮成形し、これを非酸化性ないしは還元性雰囲気中で加熱して焼結体を得ることを特徴とする集電摺動用鉄系焼結合金。
- 耐摩耗，耐アーク成分として単体Ｃｒ８〜２８重量％、潤滑成分としてＭｏＳ２（またはＷＳ２）２〜８重量％、潤滑強化成分としてＢｉ０．３〜５重量％、ならびにＢＮ０．１〜３重量％、残部Ｆｅからなる粉末原料を混合後、圧縮成形し、これを非酸化性ないしは還元性雰囲気中で加熱して焼結体を得ることを特徴とする集電摺動用鉄系焼結合金。
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