JPH06158219A

JPH06158219A - 鉄銅系集電摺動用耐摩焼結合金の製造法

Info

Publication number: JPH06158219A
Application number: JP32040992A
Authority: JP
Inventors: Iwao Azetsu; 巌畔津; Tsuneki Azetsu; 常喜畔津; Hideaki Azetsu; 秀明畔津; Sumihisa Aoki; 純久青木; Kunio Fukuhara; 邦夫福原
Original assignee: TEIKOKU CARBON KOGYO KK; Railway Technical Research Institute
Current assignee: TEIKOKU CARBON KOGYO KK; Railway Technical Research Institute
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ＪＲ在来線などにおいて、１００〜２００Ｋ
ｍ／Ｈ前後で走行する電気車のパンタグラフ用すり板と
して好適な集電摺動用Ｆｅ−Ｃｕ系耐摩焼結合金を得る
ことを目的とする。【構成】重量比にて、単体Ｃｒ３〜２０％、Ｐ１％以
下と、ＢＮ０．２〜４％と、他の潤滑剤として金属硫化
物２〜８％、Ｐｂ２〜８％の一種ないし複数種と、残部
ＦｅとＣｕからなり、ＦｅとＣｕとの含有率が常にＦｅ
≧Ｃｕ＞５％であるように配合した各原料粉を均一に混
合し、その混合粉を圧縮成形後非酸化雰囲気中あるいは
還元雰囲気中で焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、潤滑油を用いないで集
電摺動部分に使用される耐摩耗性と潤滑性に優れた鉄銅
系焼結合金、特にＪＲ在来線，私鉄において速度１００
〜２００Ｋｍ／Ｈ前後で走行する電気車のパンタグラフ
用すり板として好適な鉄銅系集電摺動用耐摩焼結合金の
製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＪＲにおける現在の電気車パンタグラフ
用銅系焼結合金製すり板は、在来線につきＪＲＳ１５１
２１−１Ｇ−１５ＡＲ９Ｅ，昭和５４年４月２８日改正
と、ＪＲＳ１５１２１−７Ａ−１５ＡＲ２Ｅ，昭和５７
年８月３１日制定が使用されている。これら銅系焼結合
金製すり板の各銘柄の焼結母体は、Ｃｕ−Ｓｎの青銅
系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐの燐青銅系の２系統で形成されてい
るが、いずれも低融点のＳｎを含有している。また、潤
滑剤としては、黒鉛２〜７％、硫化銅，硫化鉄３〜５
％、ＭｏＳ₂３〜５％の範囲で含有されている。

【０００３】なお、本発明者の１人は、パンタグラフ用
銅系すり板として特許第４１９１０７号（特公昭３８−
１８０５８号）と、特許第５０９１９５号（特公昭４２
−１４２８６号）と、特許第１０５３０７２号（特公昭
５５−４４１４３号）を得ており、現在もＪＲ，私鉄で
使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＪＲ在来線
や私鉄においては、電気車の速度向上が推進されてお
り、これにともなって速度１００〜２００Ｋｍ／Ｈの走
行に好適なパンタグラフ用焼結合金製すり板が要望され
ている。速度が２００Ｋｍ／Ｈに近づくと１パンタグラ
フ当りの集電電流が従来に比べて著るしく増加すること
が予測されており、従って前記の如き先発明などによっ
て得られたすり板の性能を更に改善向上させる必要があ
る。

【０００５】即ち、前記銅系各すり板の母体となるＣｕ
−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐの焼結素地は、安定した機械的
強度，導電性を有するものの、低融点のＳｎが素地中に
拡散されているため、Ｆｅ−Ｃｕで形成された焼結素地
にくらべてその融点は低く、従って高速，大集電電流で
電気車が走行した場合、架線との離線に伴うアーク等に
よりすり板の消耗が急増することが懸念される。

【０００６】また、すり板中に潤滑剤として含有してい
る黒鉛やＭｏＳ₂はすり板と架線との摺動面の温度が４
００℃以下ならば摩擦係数（μ）は前者は約０．５、後
者は約０．２で潤滑効果大であるが、電気車の速度が１
００Ｋｍ／Ｈから２００Ｋｍ／Ｈに近づくとパンタグラ
フすり板の架線に対する追随性が低下してすり板と架線
との離線回数が多くなり、すり板の摺動面はアークによ
る温度上昇と摺動速度の増加によるすり板の摺動熱の上
昇とが加算されて高温に達する。４５０℃以上になると
摺動面のＣやＭｏＳ₂は酸化を始め、８００℃以上では
これらの潤滑剤は燃焼消失することが実験の結果分っ
た。従って、電気車が高速運行してすり板の摺動面が４
５０℃以上になると、摺動面におけるすり板中に含有す
る潤滑剤は酸化減少しはじめるのですり板と架線の摩耗
が増大する。それ故、速度１００Ｋｍ／Ｈと２００Ｋｍ
／Ｈで使用したときのすり板比摩耗率は後者は前者の２
倍以上となる。

【０００７】本発明は、前記の如き従来技術の課題を改
善し、電気車の速度が約１００Ｋｍから約２００Ｋｍ／
Ｈに加速されてすり板摺動面の１部が９００℃前後にな
った場合でも、極めて安定した耐摩耗性と潤滑性を発揮
し得る電気車パンタグラフ用鉄銅系焼結合金を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【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、重量比にて、単体Ｃｒ３〜２０％、
Ｐ１％以下と、ＢＮ０．２〜４％と、他の潤滑剤として
金属硫化物（ＭｏＳ₂，ＷＳ₂）２〜８％、Ｐｂ２〜８％
の１種ないし複数種と残部はＦｅとＣｕからなり、Ｆｅ
とＣｕとはその含有比率を常にＦｅ≧Ｃｕ＞５％とした
各原料粉を均一に混合し、その混合粉を圧縮成形後非酸
化性雰囲気中あるいは還元雰囲気中で焼結して焼結体を
得ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明は、速度１００Ｋｍ／Ｈ〜２００Ｋｍ／
Ｈ使用に好適な焼結合金製パンタグラフすり板を製造す
るため、従来の銅系焼結合金の母体であるＣｕ−Ｓｎ，
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐの焼結素地に換えて、高融点，高機械的
強度で且電気抵抗率の低減を目的としたＦｅ−Ｃｕ，Ｆ
ｅ−Ｃｕ−Ｐで母体を形成することとし、これに耐摩
耗，耐アーク成分のＣｒを３〜２０％加え、潤滑剤とし
てはアークに弱いＣを除き、耐高熱性のＢＮ０．２〜４
％と金属硫化物（ＭｏＳ₂，ＷＳ₂）２〜８％、Ｐｂ２〜
８％の１種または複数種を添加し、これらからなる原料
粉を均一に混合し、その混合粉を圧縮成形後非酸化雰囲
気中あるいは還元雰囲気中で焼結して本発明の焼結合金
を得た。

【００１０】Ｃｕは、その配合量がＦｅ＜ＣｕではＦｅ
より低融点のＣｕのすり板中での組成含有量が最大とな
るため、すり板の融点向上に効果が少なく、また、Ｆｅ
とＣｕとの含有比率において、Ｃｕが５％未満では電気
抵抗率が高くなり、すり板の集電電流の増大に備えた温
度上昇抑制のための電気抵抗率低減の方針に寄与しな
い。

【００１１】Ｃｒは、３％未満では耐摩耗，耐アーク性
の効果少なく、２０％を越えるとすり板の機械的強度が
低下する。

【００１２】潤滑剤の金属硫化物（ＭｏＳ₂，ＷＳ₂）は
４５０℃付近から酸化減量を始めるため、すり板摺動面
の摩擦係数（μ）は上昇し始め、８００℃で殆んど燃焼
してすり板摺動面のμが上昇することが分ったので、６
００℃位まではＰｂとＭｏＳ₂またはＷＳ₂及びＢＮの潤
滑性能を合算して活用し、６００℃〜１０００℃の範囲
ではＰｂの一部とＢＮの熱安定性を活用した。即ちＢＮ
は常温より１０００℃までμは約０．２程度で良好な潤
滑性能を示す。しかしながらＢＮ粉と金属粉とはぬれ性
悪く、金属粉とＢＮ粉の混合粉の圧縮成形，焼結は困難
であると刊行書などに記載されている。これはＢＮ自身
は高温においても優秀な潤滑性能を示すが、ＢＮを直接
または単独に母材となるＦｅ，Ｃｕ粉と配合した混合粉
は圧縮の際のぬれ性が悪いことに起因する。

【００１３】しかるに本発明の如く、前記の適量のＢＮ
粉と金属硫化物などの１種ないし複数種を適量の比率で
Ｆｅ粉，Ｃｕ粉と撹拌混合した混合粉を圧縮成形後焼結
すると、目的とする焼結合金が得られることを確認し
た。即ち、組成中のＭｏＳ₂，ＷＳ₂などの金属硫化物と
Ｐｂの１種ないし複数種はＦｅ，Ｃｕ粉との混合粉に添
加したＢＮのぬれ性の悪いのを緩和させる役目と、上記
混合粉を高圧で圧縮成形する際の押型を痛めずに容易に
圧縮することができる役目を果し、かつすり板自身の潤
滑特性を増加させることが出来る。

【００１４】金属硫化物ＭｏＳ₂，ＷＳ₂の各単独または
合計配合量は２〜８％が適量で、２％以下ではＢＮ粉と
金属粉のぬれ性が悪いことの緩和性能と焼結体の潤滑性
能の効果が少なく、８％を越えると過剰となって機械的
強度を低下させる。Ｐｂは２％以下では潤滑性能の効果
少なく、Ｐｂの含有量が２〜８％であればμは０．５程
度で安定するが８％を越えるとすり板の摺動面のＰｂの
膜厚が過大となってμは０．８〜１に近付き大となる。

【００１５】Ｐの添加はすり板の焼結素地を形成する
際、その強い脱酸作用によって含有金属を清浄化して母
体合金の機械的強度を高めるもので０．１％未満では効
果少なく、１％を越えて配合するとじん性が低下する。
但し、焼結炉内と各原料粉が清浄であれば零に近づけて
もよい。

【００１６】なお、前記においては、単独のＦｅ粉と単
独のＣｕ粉とをそれぞれ配合した例を示したが、Ｆｅと
Ｃｕとの合金粉を使用することもできる。この場合の合
金粉のＦｅとＣｕとの含有比率が前記の範囲内であるこ
とは勿論である。

【００１７】また、前記配合において、Ｆｅの１部を少
量のＮｉ，Ｔｉ，Ｗなどの単体または合金の１種ないし
数種におきかえても、また金属硫化物の１部を少量のＣ
におきかえても、すり板と架線の耐摩耗性に大きな影響
がない。従ってＦｅ並びに金属硫化物の少量を前記の如
き物質に置き換えることも本発明に包含される。また、
以下の実施例はＰｂを含有させたものを示したが、鉛合
金を含有することも当然本発明に包含される。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の鉄銅系焼結合金製すり板の製
造法を具体的に説明する。

【００１９】母体となる焼結素地形成のための原料粉Ｆ
ｅ，Ｃｕと、耐摩材としての単体Ｃｒ８０〜１５０メッ
シュと、常温より１０００℃に耐える潤滑剤ＢＮ粉と
を、他の潤滑剤の１種または複数種と残りの原料粉と共
に表１に示す配合割合で混合機により均一に混合し、そ
の混合粉を６Ｔ／ｃｍ²で圧縮成形し、還元雰囲気中で
１１５０℃，４５分間焼結して実施例１〜９の鉄銅系焼
結合金を得た。

【００２０】

【表１】

【００２１】前記の実施例１〜９により得られた焼結合
金の物理的・機械的性質を示すと表２の通りである。

【００２２】

【表２】

【００２３】上記各実施例により得られた焼結合金より
切出して得た各試験片１０×２５×９０ｍｍと現在ＪＲ
在来線で使用されている銅系焼結合金すり板より切出し
て得た試験片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５．５Ｋｇｆ、
通電電流ＤＣ１００Ａ、摺動速度６５Ｋｍ／Ｈ、６０分
間無潤滑で架線に摺動せさ、その時の各試験片の比摩耗
率と相手方架線に対しパンタに取付けられた各試験片が
１万回通過当りの架線の摩耗厚さｍｍを測定した。その
結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】前記表２により明らかな如く、本発明の実
施例１〜９により得られた鉄銅系焼結合金は、在来線電
車のパンタグラフ用すり板として必要な機械的，電気的
特性を具備し、かつ、表３により明らかな如く、現在Ｊ
Ｒ在来線で使用されている銅系すり板に比較すると、そ
の耐摩耗性を顕著に向上せしめると共に、相手方架線の
損耗を少なくすることが実証された。

【００２６】さらに、上記試験方法では明らかではない
が、従来の銅系すり板の焼結素地であるＣｕ−Ｓｎ，Ｃ
ｕ−Ｓｎ−Ｐにくらべて、高融点，高機械的強度のＦｅ
−Ｃｕ，Ｆｅ−Ｃｕ−Ｐ素地を母体としていることと、
潤滑剤ＢＮが１０００℃付近まで安定した潤滑性能を発
揮し得ることを考慮すると、本発明により得た鉄銅系焼
結合金製パンタグラフ用すり板は１００〜２００Ｋｍ／
Ｈの高速運行時にＪＲ在来線で使用されている銅系すり
板より格段に優れた耐摩耗性を発揮し得ることが明らか
である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、在
来線の高速電気車において耐摩耗性能を顕著に向上せし
めると共に、その摺動面が平滑で光沢があり、相手方架
線の摺動表面も滑らかで光沢があり、架線の損傷と摩耗
とを大巾に減少せしめる効果があり、１００〜２００Ｋ
ｍ／Ｈ用の在来線高速電気車パンタグラフ用すり板とし
て極めて有益である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４ 38/60 (72)発明者青木純久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)発明者福原邦夫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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にて、単体Ｃｒ３〜２０％、Ｐ１
％以下と、ＢＮ０．２〜４％と、他の潤滑剤として金属
硫化物（ＭｏＳ₂，ＷＳ₂）２〜８％、Ｐｂ２〜８％の１
種ないし複数種と残部はＦｅとＣｕからなり、ＦｅとＣ
ｕとの含有比率が常にＦｅ≧Ｃｕ＞５％であるように配
合した各原料粉を均一に混合し、その混合粉を圧縮成形
後非酸化雰囲気中あるいは還元雰囲気中で焼結して焼結
体を得ることを特徴とする鉄銅系集電摺動用耐摩焼結合
金の製造法。
【請求項２】ＦｅとＣｕとを合金粉として使用した請
求項１に記載の鉄銅系集電摺動用耐摩焼結合金の製造
法。