JPH10287152A - 氷雪付着防止性を有するパンタグラフ／トロリー線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 氷雪が付着しにくい表面を有し、かつ長期的
に維持できるパンタグラフ／トロリー線を提供するこ
と。 【解決手段】 パンタグラフ／トロリー線において、基
材表面に、光触媒性酸化物粒子とシリコ−ンと撥水性フ
ッ素樹脂とを含有する表面層が形成されている、或いは
光触媒性酸化物粒子と無定型シリカと撥水性フッ素樹脂
とを含有する表面層が形成されていて、なおかつその表
面の水との接触角が９０゜以上であるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷雪の付着による
放電損傷（アーク損傷）を防止することを可能とするパ
ンタグラフ／トロリー線に関する。

【０００２】

【従来の技術】パンタグラフ／トロリー線に氷雪が付着
すると、放電損傷の原因となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
氷雪が付着しにくい表面を有し、かつ長期的に維持でき
るパンタグラフ／トロリー線を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決すべく、基材表面に、光触媒性酸化物粒子とシリコ
−ンと撥水性フッ素樹脂とを含有する実質的に透明な表
面層が形成されており、かつ前記層表面は水との接触角
が９０゜以上であることを特徴とする氷雪付着防止性を
有するパンタグラフ／トロリー線を提供する。光触媒性
酸化物粒子とシリコ−ンと撥水性フッ素樹脂とを含有す
る表面層が形成されている構成にすることにより、光触
媒を光励起したときに、光触媒作用によりシリコ−ン分
子中のケイ素原子に結合した有機基が少なくとも部分的
に水酸基に置換されて親水性を呈するようになり、シリ
コ−ンが外気に露出した親水性を呈する部分と、撥水性
フッ素樹脂が外気に露出した撥水性を呈する部分の双方
が表面に微視的に分散された構造となる。さらに、光触
媒が存在することにより、光触媒の光励起に応じてシリ
コ−ン分子中のケイ素原子に結合した有機基が少なくと
も部分的に水酸基に置換されたシリコ−ンは恒久的に親
水性を維持するので、上記親水性を呈する部分と撥水性
を呈する部分の双方が表面に微視的に分散された構造は
維持される。このような構造では、親水性表面と撥水性
表面が隣接するため、親水性表面になじみやすい親水性
の付着物は隣接する撥水性部分になじまない。逆に撥水
性表面になじみやすい疎水性の付着物は隣接する親水性
部分になじまない。そのため、親水性付着物も、疎水性
付着物も部材表面に固着されることはなく、表面は清浄
な状態に維持される。すなわち、水との接触角を９０゜
以上にすると、その状態は光触媒の光励起に応じて維持
され、水滴が付着しにくくなる。従って、水滴が付着し
にくい表面が形成可能となり、以てパンタグラフ／トロ
リー線に氷雪が付着することが防止される。

【０００５】基材表面に、光触媒性酸化物粒子と無定型
シリカと撥水性フッ素樹脂とを含有する実質的に透明な
表面層が形成されており、かつ前記層表面は水との接触
角が９０゜以上であることを特徴とする氷雪付着防止性
を兼ね備えたパンタグラフ／トロリー線を提供する。光
触媒性酸化物粒子と無定型シリカと撥水性フッ素樹脂と
を含有する表面層が形成されている構成にすることによ
り、表面層中の無定型シリカが外気に露出した親水性を
呈する部分と、撥水性フッ素樹脂が外気に露出した撥水
性を呈する部分の双方が表面に微視的に分散された構造
となる。さらに、光触媒が存在することにより、光触媒
の光励起に応じて無定型シリカは恒久的に親水性を維持
するので、上記親水性を呈する部分と撥水性を呈する部
分の双方が表面に微視的に分散された構造は維持され
る。このような構造では、親水性表面と撥水性表面が隣
接するため、親水性表面になじみやすい親水性の付着物
は隣接する撥水性部分になじまない。逆に撥水性表面に
なじみやすい疎水性の付着物は隣接する親水性部分にな
じまない。そのため、親水性付着物も、疎水性付着物も
部材表面に固着されることはなく、表面は清浄な状態に
維持される。すなわち水との接触角を９０゜以上にする
と、その状態は光触媒の光励起に応じて維持され、水滴
が付着しにくくなる。従って、水滴が付着しにくい表面
が形成可能となり、以てパンタグラフ／トロリー線に氷
雪が付着することが防止される。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の一態様においては、図１
に示すように、パンタグラフ／トロリー線の表面には、
光触媒性酸化チタン粒子と、シリコ−ンと、撥水性フッ
素樹脂を含む表面層が形成されており、かつその表面に
おける水との接触角は９０゜以上になっている。本発明
の他の態様においては、図２に示すように、パンタグラ
フ／トロリー線の基材の表面には、光触媒性酸化チタン
粒子と、無定型シリカと、撥水性フッ素樹脂を含む表面
層が形成されており、かつその表面における水との接触
角は９０゜以上である。基材と表面層との間には、基材
との密着性向上等の目的で中間層を設けることもでき
る。

【０００７】表面における水との接触角を９０゜以上に
するには、表面層における光触媒性酸化物とフッ素樹脂
とシリコ−ン（または無定型シリカ）の合計量に対する
フッ素樹脂の配合比を４０重量％以上、より好ましくは
６０重量％以上配合するようにするとよい。

【０００８】光触媒とは、その結晶の伝導帯と価電子帯
との間のエネルギ−ギャップよりも大きなエネルギ−
（すなわち短い波長）の光（励起光）を照射したとき
に、価電子帯中の電子の励起（光励起）が生じて、伝導
電子と正孔を生成しうる物質をいい、光触媒性酸化物に
は、例えば、アナタ−ゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チ
タン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化第二鉄、三酸化二ビスマ
ス、三酸化タングステン、チタン酸ストロンチウム等の
酸化物が好適に利用できる。光触媒の光励起に用いる光
源には、日中は太陽光に晒されるので、太陽光を利用で
きるが、曇天用に専用光源を電柱や鉄塔等に併設しても
よい。この場合の光源には、例えば、ブラックライト、
白熱灯、蛍光灯等の照明が利用できる。とりわけ、紫外
線と可視光の双方を発光する発光体を有する照明が好ま
しい。光触媒の光励起には、励起光の照度は０．００１
ｍＷ／ｃｍ²以上あればよいが、０．０１ｍＷ／ｃｍ²以
上だと好ましく、０．１ｍＷ／ｃｍ²以上だとより好ま
しい。

【０００９】シリコ−ンには、平均組成式 Ｒ_pＳｉＯ_(4-p)/2 （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子であり、ｐは０＜ｐ＜２を満足する数
である）で表される樹脂が利用できる。

【００１０】撥水性フッ素樹脂には、ポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリヘ
キサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレンコポリマ−等が好適に利用でき
る。

【００１１】表面層の膜厚は、０．４μｍ以下にするの
が好ましい。そうすれば、光の乱反射による白濁を防止
することができ、表面層は実質的に透明となる。さら
に、表面層の膜厚を、０．２μｍ以下にすると一層好ま
しい。そうすれば、光の干渉による表面層の発色を防止
することができる。また、表面層が薄ければ薄いほどそ
の透明度は向上する。更に、膜厚を薄くすれば、表面層
の耐摩耗性が向上する。

【００１２】表面層には、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎのような金
属を添加することができる。前記金属を添加した表面層
は、表面に付着した細菌や黴を暗所でも死滅させること
ができる。

【００１３】表面層にはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉ
ｒ、Ｏｓのような白金族金属を添加することができる。
前記金属を添加した表面層は、光触媒の酸化還元活性を
増強でき、有機物汚れの分解性、有害気体や悪臭の分解
性を向上させることができる。

【００１４】次に、基材表面に、光触媒性酸化物粒子と
シリコ−ンと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形
成されている防汚性部材の製法について説明する。この
場合の製法は、基本的には、基材表面にコ−ティング組
成物を塗布し、硬化させることによる。

【００１５】ここでコ−ティング組成物は、光触媒粒
子、撥水性フッ素樹脂の他にシリコ−ンの前駆体を必須
構成要件とし、その他に水、エタノ−ル、プロパノ−ル
等の溶媒や、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、マレイン酸等の
シリコ−ンの前駆体の加水分解を促進する触媒や、トリ
ブチルアミン、ヘキシルアミンなどの塩基性化合物類、
アルミニウムトリイソプロポキシド、テトライソプロピ
ルチタネ−トなどの酸性化合物類等のシリコ−ンの前駆
体を硬化させる触媒や、シランカップリング剤等のコ−
ティング液の分散性を向上させる界面活性剤などを添加
してもよい。

【００１６】ここでシリコ−ンの前駆体としては、平均
組成式 Ｒ_pＳｉＸ_qＯ_(4-p-q)/2 （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子であり、ｐ及びｑは０＜ｐ＜２、０＜
ｑ＜４を満足する数である）で表されるシロキサンから
なる塗膜形成要素、又は一般式 Ｒ_pＳｉＸ_4-p （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子であり、ｐは１または２である）で表
される加水分解性シラン誘導体からなる塗膜形成要素、
が好適に利用できる。

【００１７】ここで上記加水分解性シラン誘導体からな
る塗膜形成要素としては、メチルトリメトキシシラン、
メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラ
ン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシ
ラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキ
シシラン、エチルトリブトキシシラン、フェニルトリメ
トキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニル
トリプロポキシシラン、フェニルトリブトキシシラン、
ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラ
ン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシ
シラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキ
シシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブ
トキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェ
ニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジプロポ
キシシラン、フェニルメチルジブトキシシラン、ｎ−プ
ロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシ
シラン、ｎ−プロピルトリプロポキシシラン、ｎ−プロ
ピルトリブトキシシラン、γ−グリコキシドキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリ
メトキシシラン等が好適に利用できる。

【００１８】また、上記シロキサンからなる塗膜形成要
素としては、上記加水分解性シラン誘導体の部分加水分
解及び脱水縮重合、又は上記加水分解性シラン誘導体の
部分加水分解物と、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシ
シラン、ジエトキシジメトキシシラン等の部分加水分解
物との脱水縮重合等で作製することができる。

【００１９】上記コ−ティング組成物の塗布方法として
は、スプレ−コ−ティング法、ディップコ−ティング
法、フロ−コ−ティング法、スピンコ−ティング法、ロ
−ルコ−ティング法、刷毛塗り、スポンジ塗り等の方法
が好適に利用できる。硬化方法としては、熱処理、室温
放置、紫外線照射等により重合させて行うことができ
る。

【００２０】次に、基材表面に、光触媒粒子と無定型シ
リカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形成され
ている防汚性部材の製法について説明する。この場合の
製法は、基本的には、基材表面にコ−ティング組成物を
塗布し、硬化させることによる。

【００２１】ここでコ−ティング組成物は、光触媒粒
子、撥水性フッ素樹脂の他にシリカ粒子又はシリカの前
駆体を必須構成要件とし、その他に水、エタノ−ル、プ
ロパノ−ル等の溶媒や、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、マレ
イン酸等のシリカの前駆体の加水分解を促進する触媒
や、トリブチルアミン、ヘキシルアミンなどの塩基性化
合物類、アルミニウムトリイソプロポキシド、テトライ
ソプロピルチタネ−トなどの酸性化合物類等のシリカの
前駆体を硬化させる触媒や、シランカップリング剤等の
コ−ティング液の分散性を向上させる界面活性剤などを
添加してもよい。

【００２２】ここでシリコ−ンの前駆体としては、平均
組成式 ＳｉＸ_qＯ_(4-q)/2 （式中、Ｘはアルコキシ基、又は、ハロゲン原子であ
り、ｑは０＜ｑ＜４を満足する数である）で表されるシ
リケ−トからなる塗膜形成要素、又は一般式 ＳｉＸ₄ （式中、Ｒは一価の有機基の１種若しくは２種以上から
なる官能基、又は、一価の有機基と水素基から選ばれた
２種以上からなる官能基であり、Ｘはアルコキシ基、又
は、ハロゲン原子である）で表される４官能加水分解性
シラン誘導体からなる塗膜形成要素等が好適に利用でき
る。

【００２３】ここで上記４官能加水分解性シラン誘導体
からなる塗膜形成要素としては、テトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、
テトラブトキシシラン、ジエトキシジメトキシシラン等
が好適に利用できる。

【００２４】また、上記シリケ−トからなる塗膜形成要
素としては、上記４官能加水分解性シラン誘導体の部分
加水分解及び脱水縮重合等で作製することができる。

【００２５】上記コ−ティング組成物の塗布方法として
は、スプレ−コ−ティング法、ディップコ−ティング
法、フロ−コ−ティング法、スピンコ−ティング法、ロ
−ルコ−ティング法、刷毛塗り、スポンジ塗り等の方法
が好適に利用できる。硬化方法としては、熱処理、室温
放置、紫外線照射等により重合させて行うことができ
る。

【００２６】

【実施例】

参考例．アナタ−ゼ型酸化チタンゾル（日産化学、ＴＡ
−１５、硝酸解膠型、ｐＨ＝１）と、シリカゾル（日本
合成ゴム、グラスカＡ液、ｐＨ＝４）と、メチルトリメ
トキシシラン（日本合成ゴム、グラスカＢ液）とエタノ
−ルを混合し、２〜３分撹拌して得たコ−ティング液
を、φ５ｍｍのエアガンによりスプレ−コ−ティング法
にて１０ｃｍ四角のアルミニウム基材上に塗布し、２０
０℃で１５分熱処理して、アナタ−ゼ型酸化チタン粒子
１１重量部、シリカ６重量部、シリコ−ン５重量部から
なる表面層を形成した＃１試料を得た。＃１試料の水と
の接触角は８５゜であった。ここで水との接触角は接触
角測定器（協和界面科学、ＣＡ−Ｘ１５０）を用い、マ
イクロシリンジから水滴を滴下した後３０秒後の水との
接触角で評価した。次いで＃１試料表面に、紫外線光源
（三共電気、ブラックライトブル−（ＢＬＢ）蛍光灯）
を用いて０．３ｍＷ／ｃｍ²の紫外線照度で１日照射
し、＃２試料を得た。その結果、＃２試料の水との接触
角は０゜まで親水化された。次に、＃１試料と、＃１試
料に水銀灯を２２．８ｍＷ／ｃｍ²の紫外線照度で２時
間照射して得た＃３試料夫々の試料表面をラマン分光分
析した。その結果、＃１試料表面で認められたメチル基
のピ−クが＃３試料では認められず、代わりに水酸基の
ブロ−ドなピ−クが認められた。以上のことから、光触
媒であるアナタ−ゼ型酸化チタンの光励起に応じて被膜
の表面のシリコ−ン分子中のケイ素原子に結合した有機
基は、光触媒作用により水酸基に置換されること、及び
親水化されることがわかる。

【００２７】実施例．アナタ−ゼ型酸化チタンゾル（日
産化学、ＴＡ−１５）と、シリカゾル（日本合成ゴム、
グラスカＡ液）と、メチルトリメトキシシラン（日本合
成ゴム、グラスカＢ液）とポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）粒子（ダイキン工業、ルブロンＬ−５）と
エタノ−ルを混合し、２〜３時間撹拌して得たコ−ティ
ング液を、スプレ−コ−ティング法にて、φ５ｍｍのエ
アガンにより、シリコ−ン被覆スレ−ト基材上に塗布
し、１５０℃で１５分熱処理して、アナタ−ゼ型酸化チ
タン粒子３３重量部、ポリテトラフルオロエチレン粒子
６６重量部、シリカ６重量部、シリコ−ン５重量部から
なる表面層を形成し＃４試料を作製した。＃４試料の水
との接触角は１１０゜であった。次いで＃４試料表面
に、紫外線光源（三共電気、ブラックライトブル−（Ｂ
ＬＢ）蛍光灯）を用いて０．３ｍＷ／ｃｍ²の紫外線照
度で１日照射し、＃５試料を得た。その結果、＃５試料
の水との接触角は９７゜とさほど変化がなかった。上記
参考例より、シリコ−ンが外気に露出した部分はシリコ
−ン分子中のケイ素原子に結合した有機基は、光触媒作
用により水酸基に置換され、親水化されるはずであるか
ら、その分だけ親水化して水との接触角が若干減少した
と考えられる。すなわち、＃５試料表面は、光触媒作用
により水酸基に置換され、親水化されたシリコ−ンが外
気に露出した親水性を呈する部分と、撥水性フッ素樹脂
が外気に露出した撥水性を呈する部分の双方が表面に微
視的に分散された構造となっていると推定される。また
水との接触角が９７゜と９０゜以上であることにより、
＃５試料を、水槽中の水に浸漬させた後引き上げても、
ほとんど水滴の付着は認められなかった。その後、＃５
試料を冷凍庫にいれても氷着しなかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、水滴が付着しにくい表
面を有し、かつ長期的に維持できるパンタグラフ／トロ
リー線を提供することが可能となり、以てパンタグラフ
／トロリー線に氷雪が付着することを防止することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパンタグラフ／トロリー線の表面
構造を示す図。

【図２】本発明に係るパンタグラフ／トロリー線の他の
表面構造を示す図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材表面に、光触媒性酸化物粒子とシリ
   コ−ンと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形成さ
   れており、かつ前記層表面は水との接触角が９０゜以上
   であることを特徴とする氷雪付着防止性を有するパンタ
   グラフ／トロリー線。
2. 【請求項２】 基材表面に、光触媒性酸化物粒子と無定
   型シリカと撥水性フッ素樹脂とを含有する表面層が形成
   されており、かつ前記層表面は水との接触角が９０゜以
   上であることを特徴とする氷雪付着防止性を有するパン
   タグラフ／トロリー線。