JPH04110441A - 集電摺動用鉄系耐摩焼結合金の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、潤滑４１１を用いないて集電摺動部分に使用
される耐摩性と潤滑性に秀れた鉄系焼結合金、特に速度
２７０〜３５０１ｍ　／　ｉで走行する高速電気車のパ
ンタグラフ用摺板として好適な集電摺動用鉄系耐摩焼結
合金の製造法に関するものである。

［従来の技術］ 現在、速度２２０〜２４０ｋｍ　／　＋＋のＪＲ新幹線
用パンタグラフ摺板として使用されている鉄系耐摩焼結
合金は、鉄粉が主体で潤滑性に欠けるため、釦を２〜２
７％含有した焼結合金が使用されている。これ等の銘柄
の内、鉛をコア〜２７％と比較的多量に含有する品種と
、２〜１０％と比較的少量含有する品種しこおいて、走
行寿命は前者が著しく短いことは周知の通りである。こ
れは釦を比較的多量に含有している摺板は、重いため摺
板と架線が離線してその際に発生する火花放電の回数が
多くなり、摺板の摺動表面より過剰の鉛が溶出し散失し
て摺板の表面を荒損するからである。また、架線の摺動
面がスパーク発生回数増加のため著しく荒損し架線の寿
命が短くなる欠点がある。また、鉛粉が鉄道沿線に飛散
して公害の心配がある。

木発明者は、前記の如き従来技術の問題点を改善するた
め、鉄粉中に二硫化モリブテン、二硫化タングステンな
どの金属硫化物を配合してその金属硫化物により潤滑性
能を発揮させ、かつ焼結合金中に６０〜」５０メツシユ
の粒粉状の単体クロームをしっかりと抱き込んだ焼結合
金１１ｊ体をつくり、その焼結合金母体「１−弓こ２〜
８％の鉛ないし鉛合金を含浸させた鉄系耐摩焼結合金の
製造法を先に発明した（特許第１５１９１５４号、特公
昭６３−６５７４１−号公報参照）。

［発明が解決しようどする課題］ この先発明によれば、速度２６０〜２７０ｋｍ／１１程
度であれば良好な耐摩性能と潤め性能とを発揮すること
ができるが、それ以上の２７０〜３５０ｋｍ／］［と速
度をアップさせた場合には、耐Ｍ性能及び潤滑性能がや
や不十分である。

本発明は前記の如き従来技術の問題点に鑑み、速度約２
７０〜３５０ｋｍ／ｌ（においても適応し、必要な機械
的強度と優秀な耐摩性及び潤滑性を発揮すると共に、摺
板及び架線の耐久力を著しく向」ニさせることができ、
電車の走行中において架線とバンタ摺板の集電摺動に起
因する摺動騒音公害を低−１させて、鉛公害を環境基準
以下に抑えることＡ）てきる集電摺動用鉄系耐摩焼結合
金を提供せんどするものである、。

［課題をＭ法するための手段］ 本発明は、前記のり］１き問題点を解決すイ（ため、重
量比；５コて、ｔ１体クローム粒粉２５〜３３％、二硫
化モリブテン、二硫化タンクステン、硫化鉄。

硫化銅などの金属硫化物３〜９％、燐］％以下、ステア
リン酸亜鉛粉末１％以下を小力［１し、残部鉄粉よりな
る粉末を混合し、これを金型ｌ・こ入れ６８１、／稲で
圧縮成形後、非酸化雰囲気中あるいは還元雰囲気中１１
−８０〜上２１３０℃で５０勿間焼結した後、同雰囲気
申て７５０〜９００°Ｃで６０分間焼鈍して母体合金を
つくり、その母体合金中に真空炉において７ｏ○’Ｃ−
１２０分で釦を３〜９％含浸せしめることを特徴どする
。

［作用］ 本発明１よ、前記の夕１１＜、鉄粉を主体とし、これに
２７０〜３５０１ＯＩＩ／１１の高速に適応する耐摩性
と潤滑性を発揮させるために、先発明（特許第１５−Ｌ
９コ４５号、特公昭６３−６５７４１−号公報参照）の
Ｃｒ２−１４％に対しＣｒ２５−３３％に増量し、これ
に従って潤滑剤の金属硫化物２〜７％も本発明は３〜９
％に増量した。

しかし、ただ単にクロームを増量したブどりでは必要と
する機械的強度が得１られないので、先発明の圧粉体の
焼結湿度は還元雰囲気中で１」５０℃、３３０分てあっ
たが、本発明は１１−８０〜土２３０°Ｃて５０分間焼
結した。このようにして焼結すると５７トリツクスにＦ
Ｃ−Ｃｒが所望通りに固溶し焼結合金母体中に、先発明
より多量のＣ，ｒを、鉄と、二硫化モリブデン、二硫化
タンクステン、硫化鉄。

硫化銅等の金属硫化物がしっかりと抱き込むことになる
。次にこの焼結合金を非酸化雰囲気あるいは還元雰囲気
中で７５０〜９００℃で６０分間焼鈍し、欣に真空炉に
おいて釦を７００’Ｃ−１２０分゛こ３〜９％含浸して
、２７０〜３３５０ｋｒｎ　／　ＩＩのｆｆｉ＆速しコ
適応する１制摩竹、潤滑＋’を及び機械的強度と靭ヤｌ
を増加した集電摺動用鉄系耐摩焼結合金を柑だ。

さ１＝、にｐｂ＜舊うど、′、Ａ５発明に使用する二硫
化モリブデン、二硫化タングステン、硫化鉄、硫化銅な
どの金属硫化物は極めて微細なもので、これに０．７％
のステアリン１　ｆｆ１ｌ！釦と鉄粉、クローム。

燐が均一に配合混合され、６〜８ｔ、／αにで加圧成形
後、」−：ｔ、　８０〜］−２３０°Ｃて焼結すると、
粒粉状のクロームは焼結合金の母体中に−・部がＦｅ−
Ｃｒの固溶体となり、強（抱込まれた状態で均斉に分布
されている。そして後述の試験結果により明らかなよう
に、クロームによる耐摩性ど焼結合金の＋−Ｕ体中に含
有する金属硫化物、及び焼結後含浸された鉛ないし鉛合
金３〜９％の潤滑性能が両々相俟って２７０〜３５０１
畑／　１１の高速時におけろ極めて優秀な耐摩性ど潤滑
性能を発揮する。そしてｉ′ｌｉｌ記の如き鉄粉とクロ
ームの配合比において、金属硫化物の配合量は３〜９％
が適旦であって、３％未満てはその効果が少なく、９％
以上になると機械的強度か低−トする。ステアリン酸系
潤滑剤は、鉄粉、クローム粒粉２５〜３　：３％、金属
硫化物系潤滑剤（ＭｏＳ２．１１ｓ２．　ＦｅＳ、　Ｃ
ｕ５）　、燐等と共に添加し、６〜８　ｔ　／　ｃｌ＋
ｉて加圧成形ずろ際、既１こ金属。

硫化物系の潤滑剤が存在するので、これ等と互いに助＋
−］合つでＬＩ的とする緻密な圧粉体を成形することが
でき、クロームを２５〜３３％の如く多量１、コ含有さ
せても緻密に成形が可能で、又押型ど圧粉体との型離れ
がよく、かつこの圧粉体を１−１８０〜１２３０’Ｃ−
５０分で焼結した後、７５０〜９００°Ｃ−６０分で焼
鈍し、釦を含浸して得た集電摺動用鉄系耐摩焼結合金の
衝撃値と引張強度を増大することができ、ＪＲ新幹線で
使用されている摺板の機械的規格しこ合致さぜることか
できる。

ステアリン酸系潤滑剤の添加量は」％以下が適量で、１
％以十ては過剰でその焼結合金の物理特性を低下させる
。またステアリン着系イ′Ｊ］滑剤の添加量は、金属硫
化物が比較的多量の場合はその添加量を試して零に近づ
けても成形圧力６〜８　ｔ　／　ａｌｌ′で、かつ焼結
温度を：Ｉ−２３０’ＣｊＵ＜にすればその鉄系焼結摺
板をＪ　Ｒ新幹線の機械的強度を規格内に納めろこと力
＼できる。燐は、前記鉄、クローム。

金属硅化物、ステアリン酸系潤滑剤の混合粉よりなるｆ
ｆ粉体を焼結する際、その強い脱酸作用によって鉄粉を
浄化すると共に、焼結の初期にＦ　ｅ３　ＰＦｃＦｃ組
品組成相承を増して、焼Ｎ４体中に耐摩性の目的で混合
しているクロームと潤滑性の目的で混入している金属硫
化物とをしっかりと抱き込んだ状態で収縮させ緻密化し
機械的強度を促進させるものである。そして燐の配合量
は」％以」二になるとかえって脆弱になる。また燐は焼
結炉内の還元雰囲気が完全に近くかつ原利か清浄であれ
ば、その配合量を減じて零に近づけても前記の作用効果
を発揮させることができる。粒粉状クロームは８０〜」
−５０メツシユのものを使用し、前記の如くステアリン
酸系潤滑剤を混入して６〜８１、／αｊ１で力［１圧成
形することに起因する緻密化、および燐を添加し１　、
＋−８０〜１２３０℃で焼結によって収縮、緻密化され
た鉄系焼結合金中にクローム単体及びマＩ〜リノクスが
一部固溶し脱落することなく強く抱き込まれた状態で存
在し、クローム特イ１の耐錆、ｌＩｉ；ｌ摩性能を発揮
する。その含有量は２７０〜３５０ｋｍ／ｌｌにおいて
２５％以下では耐摩性の向−１−には不十分であり、３
３％以」こてはその含有焼結合金の機械的強度を低下さ
せる。

また本発明１．こおいては、前記の如く焼結合金（号体
ｒ、ｉＩｌこ鉛ないし鉛合金を含浸せしめるのであるが
、その際焼結母体中に既に潤滑剤である金属硫化物が含
有されているのて、釦含浸に際し活性が劣っていて釦の
含浸をある程度妨げ、これと混合粉の成形圧力６〜８ｔ
／ｃＪにすることと和俟って釦含浸率を３〜９％にする
ことができる。釦の含有量は３％未満では潤滑性の効果
が不十分で、９％以−ヒは不必要であるばかりでなくこ
れ以−１−の釦を含有させるど摺板と１−ロリー線の耐
久力が劣り、かつ鉛公害の環境基準を超すおそれがある
。

［実施例］ 以下本発明の具体例を各実施例により説明する。１実施
例コ 重量比にて、８０〜１５０メツシユの単体Ｃｒ（以下単
にＣｒという）２５％、　ＭｏＳ、　　３％、Ｐｏ、８
％、　Ｃｏ０．３％、　ＣｕＳ０．５％、Ｎｊ、０．２
％、ステアリン酸亜鉛０．７％、残部鉄粉の割合で各原
料を配合し、混和機により均−ｌコ混和後６ｔ／ｃ＋ｎ
’て圧縮成形し、還元雰囲気中で１．１８０　’Ｃ−５
０分間で焼結した。得られた焼結合金母体を還元雰囲気
中で７５０’Ｃ−６０分間で焼鈍した後、鉛ｐｉ体の固
体と一緒に真空炉に設置し、温度７００　’Ｃ」２０分
間で鉛９％合浸された、本発明の集電摺動用耐摩焼結合
金を得た。

実施例２ 重量比にて、８０〜］５０メツシユの０丁・２８％、　
ＭｏＳ、　５．３％、Ｐｏ、７％、１１０．５％１　　
ｕＳ。

１．７％、ステアリン酸亜鉛０　、７％、残部鉄粉の割
合で各原料を配合し、混和機により均一１．コ混和後８
１、／　ｃｍ　’で圧縮成形し、還元雰囲気中で１２０
０°Ｃ５０分間で焼結した。ネ■１もれた焼結合金母体
を還元雰囲気中で８２０’Ｃ−６０分間で焼鈍した後、
釦単体の固体と一緒に真に？炉に設置し、温度７００’
（＞１２０分間て釦４％含浸された、本発明の集電摺動
用耐摩焼結合金を得た。

実施例３ 重量比１こて、８０〜１５０メツシユのＣｒ　３０％、
　ＭｏＳ、　７．５％ＩＰ０．５％、Ｃｕ　０．５％、
　Ｔｊ０．５％、Ｃ０，４％、ステアリン酸亜鉛０．７
％、残部鉄粉の割合で各原料を配合し、混和機により均
一に混和後８ｔ／ｃｍ′で圧縮成形し、還元雰囲気中で
１２２０°Ｃ５０分間で焼結した。得られた焼結合金母
体を還元雰囲気中で９００’Ｃ−６０分間で焼鈍した後
、釦単体の固体と一緒に真空炉に設置し、温度７００°
Ｃ，−１２０分間で鉛３％含浸された、本発明の集電摺
動用耐摩焼結合金を得た。

実施例４ 重量比にて、８０〜１−５０メツシユのＣｒ３３％、　
Ｍｏ５２８．８％、Ｐｏ、４％、　ＷＳ、０．２％、ス
テアリン酸亜鉛０．７％、残部鉄粉の割合で各原料を配
合し、混和機により均一に混和後８ｔ／ｃｍ′で圧縮成
形し、還元雰囲気中で１２３０°Ｃ−５０分間で焼結し
た。得られた焼結合金母体を還元雰囲気中で８５０’Ｃ
−６０分間で焼鈍した後、鉛単体の固体と一緒に真空炉
に設でし、温度７００°Ｃｌ２Ｏ分間で鉛４％含浸され
た、本発明の集電摺動用耐摩焼結合金を得た。

実施例５ 重量比にて、８０〜１５０メツシユのＣｒ２９％、　Ｍ
ｏＳ、　６％、Ｐｏ、５％、ステアリン酸亜鉛０．７％
、残部鉄粉の割合で各原石を配合し、混和機により均一
に混和後７　ｔ　／　ｃｍ　’で圧縮成形し、還元雰囲
気中で１２２０’Ｃ５０分間で焼結した。

得られた焼結合金母体を還元雰囲気中で８７０’Ｃ６０
分間で焼鈍した後、釦岸体の固体と一緒に真空炉に設置
し、湿度７００’Ｃ−１２０分間で釦５％含浸された、
本発明の集電摺動用耐摩焼結合金を得た。

これらの実施例１〜５により得た焼結合金の機械的特性
を示すと第土表のとおりである。

（以下余白） 第１表 」２ 結合金より切出して得た各試験片および現在、Ｊ　Ｒ新
幹線（速度２２０ｋｍ／＋１）で使用している鉄系焼結
合金摺板よりなる試験片１−○Ｘ２５Ｘ９０ＩＴＩ１１
を回転式集電摺動試験機に取イ」け、押」二カ５．５ｋ
ｇ、通電電流ＡＣ１５０Ａ、摺動速度７５１ｏｎ　／　
ｉｌ、６０分間無潤滑でトロリー線に摺動さぜ、その時
の各試験片の非摩耗率と相手方）へいり一線の摩耗厚さ
ｍを測定した。

その結果を第２表に示す。

また、前記各実施例コないし５より得られた焼前記第１
表により明らかな如く、本発明により得られた焼結合金
は、２７０〜３５０ｋｍ　／　Ｈの高速電車のパンタグ
ラフすり板どして必要な特性を具備し、かつ第２表によ
り明らかなグ１く、現在速度２２０ｋｌｌｌ　／　８前
後で使用されている鉄系摺板と比較するとその耐摩性を
数倍に向」二せしめると共に、相手方架線を痛めないこ
とが実証された。また各実施例ならびに第１−表および
第２表により明らかな如く、Ｃｒ２５〜３３％、金属硫
化物３〜９％、燐１％以下、ステアリン酸系化合物１％
以下。

残部鉄粉よりなる配合原料のうち、鉄の少量をＮ、。

Ｊ　Ｔｉｔ　Ｃｏ、　Ｃｕ、炭素、クロームまたはそれ
［らの化合物におきかえても、焼結後焼鈍した本発明の
焼結合金において耐摩性と潤滑性に大きな影響はない。

従って鉄の少量をこれらのものにおきかえることも本発
明に包含される。

［発明の効果］ 以」二連へたようしこ、本発明によれば、摺板の耐摩性
を顕著に向上させると共に、その摺面が黒褐色平滑で光
沢があり、相手方架線の摺動表面の損傷と摩耗を顕著に
減少せしめる効果があり、２７０〜３５０ｋＩｌｌ／］
１の高速電気車のパンタグラフ用摺板として有益である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、重量比にて、単体クローム粒粉２５〜３３％、金属
   硫化物３〜９％、燐１％以下、ステアリン酸系化合物１
   ％以下、残部鉄粉よりなる粉末材料を混合圧縮成形後、
   非酸化雰囲気あるいは還元雰囲気中において１１８０〜
   １２３０℃で焼結して焼結合金母体をつくり、その焼結
   合金母体を同雰囲気中において焼鈍した後、その焼結合
   金母体中に鉛ないし鉛合金を３〜９％含浸せしめること
   を特徴とする集電摺動用鉄系耐摩焼結合金の製造法。