JPH053202B2

JPH053202B2 -

Info

Publication number: JPH053202B2
Application number: JP59091832A
Authority: JP
Inventors: Toshio Teraoka; Kunio Fukuhara; Tsuneki Azetsu; Iwao Azetsu; Hideaki Azetsu
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1993-01-14
Also published as: JPS60238402A

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕本発明は、主として電気車の高低速用パンタグ
ラフ集電摺板として使用される集電摺動材料の製
造方法に関するものである。〔発明の背景〕本発明者の１人は、さきに低速用国鉄在来線な
らびに私鉄パンタグラフ摺板として焼結合金
TC103（特許第419107号、特公昭38−18058号公報
参照）、および高速用国鉄新乾線パンタグラフ摺
板として焼結合金TCK16（特許第509195号、特公
昭42−14286号公報参照）、ならびに寒冷地用パン
タグラフ摺板としてTCCR2（特許第1053072号、
特公昭55−44143号公報参照）などを発明し、従
来から実用に供している。しかし乍ら、従来から実用化されている前記の
如き電気車用焼結合金製摺板は、約94〜98重量％
の金属を含有しているので、硬銅トロリー線から
離線する際、両者とも主成分が金属であるため大
きなアークを発生しやすく、これにより双方とも
アーク損耗を受けやすく、トロリー線の張替回数
が多くなつたり、摺板の取替頻度が多くなるなど
のおそれがある。また、従来の焼結合金製摺板
は、前記の如くその殆んどが金属であるので、相
手方硬銅トロリー線と摺動する際、金属同志の摺
動に起因する摺動音が高く、このような騒音公害
を極力少なくすることが要望されている。〔発明の目的〕本発明は、従来の如き従来技術の問題点を改善
し、硬銅トロリー線に対する追随性が良好であつ
て、自己潤滑性および、耐アーク性、耐摩性に富
み、しかも大集電容量をもち、さらに硬銅トロリ
ー線との摺動音を低くすることができる集電摺動
材料を得ることを目的とする。〔発明の概要〕本発明は前記の如き目的を達成するため、天然
黒鉛、人造黒鉛を除く炭素粉と良導電性の金属粉
とを有機系バインダーにて結合せしめたものを加
圧成形し、その成形体を還元雰囲気中において成
形体から金属が溶出しない範囲の高温で焼結し、
かくして得られた焼結体の見掛密度が2.1〜4.0、
電気比抵抗が100〜3000μΩcmとなるように各原
料の配合比および加圧成形条件を設定したことを
特徴とする。また、本発明は、前記の如くして得た焼結体中
に該焼結体の電気比抵抗が増加しない樹脂を含浸
させて防水することを特徴とする。〔発明の実施例〕本発明者らは、前記の如き目的を達成せんがた
めに種々実験の結果、天然黒鉛および人造黒鉛を
除く炭素粉単体の焼結体は、トロリー線に対し
て、自己潤滑性、耐アーク性に富み、かつ、摺動
の際低騒音であり、その上、摺動面は鏡面を呈
し、かつ、相手方トロリー線の摺面も鏡面を呈す
ることを知つた。しかし、炭素粉単体の焼結体
は、見掛密度1.65以下、曲げ強さ400Kg／cm²以下、
電気比抵抗6000〜10000μΩcmと高いため、集電
容量が少なく、熱伝導度が低くて、このままでは
電気車用摺板として不適当である。ちなみに、従
来から実用化されている銅系、鉄系の焼結合金
は、密度7.5〜8.0、電気比抵抗15〜30μΩcm、曲
げ強さ4200Kg／cm²以上で、大集電容量をもち、熱
伝導度も高い。そこで本発明者らは、前記炭素単体の焼結体と
従来から実用化されている焼結合金製摺板のもつ
夫々の特長を組み合せるため、炭素粉と良導電性
の金属粉の混合物により焼結体をつくることを想
到し、実験研究の結果、得られた焼結体の見掛密
度2.1〜4.0、電気比抵抗100〜3000μΩcmの物性を
有するものが電気車摺板としてきわめて優秀な成
績を示すことを確認した。前記の如き物性を有する焼結体を得るために
は、焼結体中に炭素を23〜75重量％含有させるこ
とが必要であり、このため、炭素粉と金属粉の結
合のためのレジン、ピツチ等の有機系バインダー
が必要である。各原料粉とバインダーの容積比
は、各原料75％、バインダー12〜25％であつて、
バインダーの容積比が12％以下では結合が十分均
等にできず、25％以上では過剰である。また、成
形時の圧力は、前記の如き見掛密度とするため
に、前記炭素粉−金属粉の配合において３〜
6T／cm²程度の高圧が必要である。本発明において、原料炭素粉に天然黒鉛および
人造黒鉛を使用しない理由は次のとおりである。前述の如く、本発明の炭素金属焼結体は、炭素
含有量23〜75重量％が必要であり、この量の黒鉛
と金属粉例えば通常用いられる銅粉とを直接また
はバインダーを用いて混合加圧して得た成形体を
還元雰囲気中において焼結した焼結体は、シヨア
硬度30以下から軟らか過ぎ、曲げ強さは300Kg／
cm²以下で弱過ぎ、このものを電気車用摺板として
使用すると、トロリー線と摺動する際段摩耗や異
常摩耗を引き起し、そのためにアークを増発し、
特に降雨時には摺板の摩耗が激増するため、露天
で使用するパンタグラフ摺板として到底使用する
ことができない。従つて、本発明に使用する炭素
粉は天然または人造黒鉛以外の炭素粉、例えば石
炭系ピツチコークス、石油系ピツチコークスを使
用する必要がある。ただし、炭素粉の主体として
前記の如きコークスを使用し、成形体の型離れを
良くするために３重量％以下の黒鉛を添加するこ
とがある。本発明により得た集電摺動材料である焼結体
は、前述の如く見掛密度2.1〜4.0が必要であり、
4.0以上になると従来の焼結合金製摺板の特性に
次第に近づき、機械的強度は大となるが重さが過
大となつて炭素使用の摺板の特性を失い、トロリ
ー線に対するパンタグラフの追随性が悪くなり、
離線によるアークが発生する。また、見掛密度が
2.1未満になると、電気比抵抗が3000μΩcm以上に
なり、金属の特徴を次第に失つて集電容量が低下
し、かつ熱伝導度が低くなるため摺板の局部的発
熱の原因となる。また、本発明により得た見掛密
度2.1〜4.0の炭素金属焼結体は、シヨア硬度70〜
110、曲げ強さ750〜1100Kg／cm²であつて、摺板と
して必要とする硬度および機械的強度を保持する
ことができる。なお、機械的強度を更に補強し度い場合には、
トロリー線との摺動面と反対側底部をアルミ板よ
り機械的強度が大きい例えば鉄板、銅板などの良
導電性金属板で包み込むことによつてきわめて簡
易かつ容易に達成することができる。また、本発明による炭素金属焼結体は、気孔率
を少なくして見掛密度を2.1〜4.0にするため、前
述の如く3T／cm²以上の高圧で加圧成形している
が、降雨が長時間続くと含水重量が７％にも達し
て晴天時に比べると摺板の比摩耗量およびトロリ
ー線の摩耗率が悪化する。このような雨天時にも
耐摩性を向上せしめるためには、前記の如くして
得られた焼結体中に、該焼結体の電気比抵抗がな
るべく増加しないレジンなどを含浸させ、内部ま
で均一に防水加工すれば良い。本発明により得た炭素金属焼結体は、前述の如
く炭素粉と金属粉とを有機系バインダで結合せし
めたものを加圧成形し、その成形体を焼結するも
のであるから、成分のムラがなく、かつ前述の如
き目的とする製品を任意に製造することができ
る。以下本発明の具体的実施例を説明する。実施例１の１ 100メツシユを通過し粒度調整した石炭系ピツ
チコークス粉容積比65％と、100メツシユを通過
し粒度調整した銅粉容積比16％とをレジン容積比
19％で結合させた後、押型で5T／cm²で加圧成形
して25×40×300mmの成形体を３本つくり、その
３本の成形体を還元雰囲気中において1070℃で焼
結し、かくして得られた焼結体の１本をアルコー
ル、レジンの等容積％溶液中に浸漬し、真空含浸
させた後硬化させて内部に至るまで防水した。実施例１の２前記実施例１の１により得た防水加工していな
い焼結体をそのまま使用する。実施例１の３前記実施例１の１により得た防水加工していな
い焼結体に５重量％含水させた。実施例２の１ 100メツシユを通過し粒度調整した石炭系ピツ
チコークス粉容積比63％と、100メツシユを通過
し粒度調整した銅粉容積比19％をレジン容積比18
％で結合させた後、押型で6T／cm²で加圧成形し
て25×40×300mmの成形体を３本つくり、その３
本の成形体を還元雰囲気中において1070℃で焼結
し、かくして得られた焼結体の１本をアルコー
ル、レジンの等容積％溶液中に浸漬し、真空含浸
させた後硬化させて内部に至るまで防水した。実施例２の２前記実施例２の１により得た防水加工していな
い焼結体をそのまま使用する。実施例２の３前記実施例２の１により得た防水加工していな
い焼結体に５重量％含水させた。実施例３の１ 100メツシユを通過し粒度調整した石油系ピツ
チコークス粉容積比60％と、100メツシユを通過
し粒度調整した銅粉容積比22％をレンジ容積比18
％で結合させた後、押型で5T／cm²で加圧成形し
て25×40×300mmの成形体３本をつくり、その３
本の成形体を還元雰囲気中において1070℃で焼結
し、かくして得られた焼結体のうち１本をアルコ
ール、レジン等容積％溶液中に浸漬し、真空含浸
させた後硬化させて内部に至るまで防水した。実施例３の２前記実施例３の１により得た防水加工していな
い焼結体をそのまま使用する。実施例３の３前記実施例３の１により得た防水加工していな
い焼結体に５重量％含水させた。実施例４の１石油ピツチ系コークス粉容積比58％、銅粉容積
比25％、レジン容積比17％とする外は実施例３の
１と同一の方法により３本の焼結体をつくり、そ
のうち１本に対し前記と同一の方法により防水加
工した。実施例４の２実施例４の１により得た防水加工していない焼
結体をそのまま使用する。実施例４の３前記実施例４の１により得た防水加工していな
い焼結体に５重量％含水させた。実施例５の１石炭系ピツチコークス粉容積比55％、銅粉容積
比29％、レジンの容積比16％とし、かつ、押型の
加圧力を4T／cm²とする外は実施例１の１と同一
の方法により３本の焼結体をつくり、そのうち１
本に対し前記と同一の方法により防水加工した。実施例５の２実施例５の１により得た防水加工していない焼
結体をそのまま使用する。実施例５の３前記実施例５の１により得た防水加工していな
い焼結体に５重量％含水させた。上記各実施例により得た集電摺動材料より10×
10×60mm各10本を切出し、その物理特性を測定し
た。その結果を示すと第１表のとおりである。次に、前記各実施例により得た集電摺動材料よ
り試験片10×25×90を切出し、その各試験片を回
転式摺動試験機に取付け、押付力５Kg、通電電流
AC30A、摺動速度54KM／Ｈ、450r.p.mで100分
間無潤滑でトロリー線に摺動させた。摺動させた
ときの試験片の比摩耗量（摺板を架線に対し荷重
１Kgで押付け、距離１mm摺動したときの摩耗体積
mm³）と、温度上昇、並びに相手方架線の摩耗厚み
を測定し、トロリー線の摩耗率（トロリー線の摩
耗厚mmをパンタ通過万単位回数で除したもの）
と、架線と摺板に起因する摺動騒音（ホーン）を
示すと第２表のとおりである。なお、回転式摺動試験機の構造は、国鉄が実用
しているトロリー線GT断面110mm²を円周200cmの
真円に配置し、そのトロリー線に試験片を５Kgの
力で押付けながら左右振幅70mmで摺動させるよう
になつている。従つて、450r.p.mで100分間回転
させると、試験片は45000回トロリー線の同一箇
所を通過することになる。また、トロリー線摩耗
測定は200cm真円の所定８箇所の厚さ摩耗をマイ
クロメータで測定した。比較例として、先に示した焼結合金製摺板
TC103（成分重量％、錫９、クローム５、燐0.5、
黒鉛2.5、残部銅）を用いた。騒音計は、回転式摺動試験機に取付けた試験摺
板より1mの位置に据えた。なお、トロリー線と
摺板に起因する騒音ホーン値は、摺板を回転式摺
動試験機に取付けて回転させた時の発生音ホーン
値より、摺板を取付けないで試験機を回転させた
ときの発生音ホーン値を差引いて計算した。ま
た、摺板の上昇温度は摺板の摺動温度より室温を
差引いて計算した。

【表】

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、トロリー
線に対する追随性が良好であつて、自己潤滑性、
耐アーク性、耐摩性に富み、しかも大集電容量を
もち、さらにトロリー線との摺動音を低くするこ
とができるので、電気車用集電摺動材料として誠
に有益である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明により得た集電摺動材料の
補強例を示すもので、第１図は平面図、第２図は
第１図のＡ−Ａ断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１天然黒鉛、人造黒鉛を除く炭素粉と良導電性
の金属粉とを有機系バインダーにて結合せしめた
ものを加圧成形し、その成形体を還元雰囲気中に
おいて成形体から金属が溶出しない範囲の高温で
焼結し、かくして得られた焼結体の見掛密度が
2.1〜4.0、電気比抵抗が100〜3000μΩcmとなるよ
うに各原料の配合比および加圧成形条件を設定し
たことを特徴とする集電摺動材料の製造方法。２天然黒鉛、人造黒鉛を除く炭素粉と良導電性
の金属粉とを有機系バインダにて結合せしめたも
のを加圧成形し、その成形体を還元雰囲気中にお
いて成形体から金属が溶出しない範囲の高温で焼
結して見掛比重2.1〜4.0、電気比抵抗100〜3000μ
Ωcmの物性を有する焼結体とし、しかる後その焼
結体中に該焼結体の電気比抵抗がなるべく増加し
ない樹脂を含浸させて防水したことを特徴とする
集電摺動材料の製造方法。