JPS6138252B2 - - Google Patents
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- JPS6138252B2 JPS6138252B2 JP9829482A JP9829482A JPS6138252B2 JP S6138252 B2 JPS6138252 B2 JP S6138252B2 JP 9829482 A JP9829482 A JP 9829482A JP 9829482 A JP9829482 A JP 9829482A JP S6138252 B2 JPS6138252 B2 JP S6138252B2
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Landscapes
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
Description
本発明は集電子用鋳造合金に関する。
一般に電車、起重車、ホイストなどに用いられ
る集電すり板には架線接触してこれから集電する
ものが多く、パンタグラフ用スライダー、すり
板、集電シユーあるいはトロリーホイールの如き
摺動しつつ集電する部材（集電子）がほとんどで
ある。 最近になり電車の高速化と集電容量の増大、あ
るいは電気車の通過頻度の増加に伴い、トロリー
線と集電子間の離線率の増大及び離線の際に生ず
るアーク発生の増加によりトロリー線及び集電子
の損耗が著しく多くなつてきた。特にトロリー線
の損耗増大にともない架線張り替え工事等の保守
費が集電子に要する費用に比し10倍以上の経費を
費やしている。このようなところから摩耗量の少
ないトロリー線の開発が望まれていた。最近にな
り現用純銅架線に較べ耐摩耗性に優れた架線とし
て、錫入り硬銅架線が開発されモノレール電車用
トロリー線として使用されている。ここで錫入り
硬銅架線とはSnを0.1〜１重量％、Siを0.05〜0.5
重量％を含む加工硬化線である。しかし錫入り硬
銅化線に対する集電子材料についての研究開発は
不十分である。現用の集電子材料は、純銅架線用
に開発されたものであり、その組成は、Cu−Fe
またはCu−Zn−Pb等の鋳造材とCuまたはCu−
Sn系合金にPbまたはＣ等の固体潤滑剤を含む油
含浸焼結銅合金である。これら現用集電子材料に
ついて錫入り硬銅架線を相手材として用い、第１
表に示す条件で通電摩耗試験を行なつた結果、現
用集電子材料各種は錫入り硬銅架線に対し溶着及
びアーク損耗量が激しく、純銅架線と錫入り硬銅
架線との相関性は認められなかつた。
る集電すり板には架線接触してこれから集電する
ものが多く、パンタグラフ用スライダー、すり
板、集電シユーあるいはトロリーホイールの如き
摺動しつつ集電する部材（集電子）がほとんどで
ある。 最近になり電車の高速化と集電容量の増大、あ
るいは電気車の通過頻度の増加に伴い、トロリー
線と集電子間の離線率の増大及び離線の際に生ず
るアーク発生の増加によりトロリー線及び集電子
の損耗が著しく多くなつてきた。特にトロリー線
の損耗増大にともない架線張り替え工事等の保守
費が集電子に要する費用に比し10倍以上の経費を
費やしている。このようなところから摩耗量の少
ないトロリー線の開発が望まれていた。最近にな
り現用純銅架線に較べ耐摩耗性に優れた架線とし
て、錫入り硬銅架線が開発されモノレール電車用
トロリー線として使用されている。ここで錫入り
硬銅架線とはSnを0.1〜１重量％、Siを0.05〜0.5
重量％を含む加工硬化線である。しかし錫入り硬
銅化線に対する集電子材料についての研究開発は
不十分である。現用の集電子材料は、純銅架線用
に開発されたものであり、その組成は、Cu−Fe
またはCu−Zn−Pb等の鋳造材とCuまたはCu−
Sn系合金にPbまたはＣ等の固体潤滑剤を含む油
含浸焼結銅合金である。これら現用集電子材料に
ついて錫入り硬銅架線を相手材として用い、第１
表に示す条件で通電摩耗試験を行なつた結果、現
用集電子材料各種は錫入り硬銅架線に対し溶着及
びアーク損耗量が激しく、純銅架線と錫入り硬銅
架線との相関性は認められなかつた。
【表】
本発明は上記の欠点を解消し、錫入り硬銅架線
にも適用し得る集電子用鋳造合金を提供すること
を目的とする。 発明者等は錫入り硬銅架線に対する(1)通電摩耗
試験、(2)アーク放電試験によるアーク損耗量及び
(3)アーク放電によつて生ずる組織劣化に伴う損耗
量について総合的に検討した結果、上記目的を達
成する新規な銅合金集電子を見出した。 本発明は、Cu基材にBi0.5〜８重量％、黒鉛粒
子0.5〜12重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及び／又
はSi0.2〜30重量％、ミツシユメタル0.4〜0.8重量
％及びTi0.2〜2.0重量％を含有させてなる集電子
用鋳造合金並びにCu基材にBi0.5〜８重量％、黒
鉛粒子0.5〜12重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及
び／又はSi0.2〜3.0重量％、ミツシユメタル0.4〜
0.8重量％及びTi0.2〜2.0重量％、更にSn重量％
以下を含有させてなる集電子用鋳造合金に関す
る。 本発明において、Biの使用は潤滑効果によつて
溶着摩耗の防止に寄与するPbの代替として見出
されたものである。即ちPbの使用は公害防止及
び労働安全衛生の点で好ましくないからである。
Bi含有量は0.5重量％未満では架線との溶着が発
生し、８重量％を越えると集電子の機械強度が低
下する。Biの使用量は0.5〜８重量％の範囲とさ
れる 黒鉛は固体潤滑剤であるから鋳造合金への黒鉛
粒子の分散はBiの潤滑効果と相まつて架線及び集
電子の摩耗量を低減させる。黒鉛の材質は天然産
又は人造黒鉛のいずれでもよい。黒鉛粒子の大き
さは50〜2000μｍが耐摩耗性の点で好ましい。鋳
造合金中に含有させる黒鉛粒子の量は0.5重量％
（約1.7体積％）〜12重量％（約40体積％）であ
り、0.5重量％未満では耐摩耗性向上の効果がな
く、12重量％を越えると材料が脆弱化し工業的材
料として使用し得ない。 Tiの添加は黒鉛粒子の溶湯中への分散を助長
させるのに有効である。Tiの量は黒鉛粒子の大
きさ及び量によつて異なるが黒鉛量0.5〜12重量
％で粒度50〜2000μｍの黒鉛粒子を使用するため
には0.2〜2.0重量％を必要とする。 0.2重量％未満では効果なく、2.0重量％を越え
ると導電性に影響し好ましくない。Ｐの添加も耐
摩耗性の向上に効果がある。Ｐは合金の素地強化
に有効であると共に、摺動時においてCuP被膜が
形成され、潤滑効果を発揮する。Ｐの使用量は
0.2〜0.8重量％である。0.2重量％未満では効果な
く、0.8重量％を越えると集電子素地は脆弱化し
CuP被膜も形成し難くなる。 Cr及び／又はSiの添加は、耐アーク性を改善
し向上させると同時に高温硬化の改善にも有効で
ある。Cr及び／又はSi元素はアーク放電試験に
より種々の元素について検討した結果、最も耐ア
ーク性に有効な元素として選び出されたものであ
る。Cr及び／又はSiの添加量は0.2〜3.0重量％で
あり、0.2重量％未満であると耐アーク性の効果
がなく、３重量％を越えると耐アーク性は低下し
ないが素地中に硬い析出物が多く点在し架線の摩
耗量を増大させる。なおCr及び／又はSi添加量
をそれぞれ1.5重量％とした場合の硬化温度は500
℃であつた。 Ce、La等よりなるミツシユメタルは結晶粒を
微細化し機械的強度の向上を目的として添加する
ものであるが、結晶粒が微細化されることによつ
て、アーク放電により生ずる組織劣化の改善にも
有効である。結晶粒微細化に必要なミツシユメタ
ル量は0.4〜0.8重量％である。0.4重量％未満では
効果なく、0.8重量％を越えると導電性の低下又
は鋳造合金の脆化をもたらす。 第２発明において、Snを含有させるのは集電
子の機械的強度を増大させるためである。Snの
量が５重量％を越えると架線及び集電子の摩耗量
が増大しはじめ、７重量％を越えると架線との溶
差が激しくなり集電子として使用不可能になる。
この摩耗量の増大及び溶着の原因は架線との同種
材摩耗になるためと考えられる。 本発明の鋳造合金は、銅地金を黒鉛るつぼに入
れて大気中で溶解し、所定量の元素を添加し合金
溶湯とした後、該合金溶湯を撹拌しながら黒鉛粉
を投入し均一分散させ、次いで該黒鉛分散溶湯を
金型等に鋳込み凝固させて得られる。凝固に当つ
ては加圧させるのが好ましい。 以下本発明を実施例によつて説明する。 実施例 黒鉛るつぼを用いて銅地金を大気中で溶解後、
第２表に示す組成の黒鉛粉Ｃ以外の元素を添加し
て合金溶湯として1150℃に保持した。この合金溶
湯中に、合金溶湯を撹拌しながら第２表に示す量
の黒鉛粉を投入したのち、300℃に加熱した50×
30×350（mm）の金型に鋳込み、金型上部より
プランジヤーで600Kg/cm2の圧力で加圧しつつ凝固
させ、集電子用鋳造合金用の鋳塊を得た。 第２表に示した配合組成の本発明の集電子用鋳
造合金と比較材として国鉄あるいは私鉄等で現在
使用されている油含浸焼結銅合金とを集電子形状
に加工したものについて、アーク放電試験による
アーク損耗量及びアーク放電によつて生ずる組織
劣化層について比較した。アーク放電試験方法
は、相手材に錫入り硬銅架線を用い、可能試験片
として本発明になる集電子及び現用集電子を用い
て架線と集電子間に48V、550Aの直流電流を通電
し、機械的に架線と集電子間を接触、開放動作を
50回連続で行なう方法である。アーク損耗量は試
験完了後の集電子重量変化から測定し、変質層厚
さは、集電子の断面組織観察から測定した。第２
表から明らかなように本発明になる集電子は現用
集電子に比較し、アーク損耗量及び変質層厚さに
おいて優れており、離線時のアークによる摩耗を
低減し、集電子及び架線の損耗を減少させること
が判る。なお第２表においてMMはミツシユメタ
ルである。
にも適用し得る集電子用鋳造合金を提供すること
を目的とする。 発明者等は錫入り硬銅架線に対する(1)通電摩耗
試験、(2)アーク放電試験によるアーク損耗量及び
(3)アーク放電によつて生ずる組織劣化に伴う損耗
量について総合的に検討した結果、上記目的を達
成する新規な銅合金集電子を見出した。 本発明は、Cu基材にBi0.5〜８重量％、黒鉛粒
子0.5〜12重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及び／又
はSi0.2〜30重量％、ミツシユメタル0.4〜0.8重量
％及びTi0.2〜2.0重量％を含有させてなる集電子
用鋳造合金並びにCu基材にBi0.5〜８重量％、黒
鉛粒子0.5〜12重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及
び／又はSi0.2〜3.0重量％、ミツシユメタル0.4〜
0.8重量％及びTi0.2〜2.0重量％、更にSn重量％
以下を含有させてなる集電子用鋳造合金に関す
る。 本発明において、Biの使用は潤滑効果によつて
溶着摩耗の防止に寄与するPbの代替として見出
されたものである。即ちPbの使用は公害防止及
び労働安全衛生の点で好ましくないからである。
Bi含有量は0.5重量％未満では架線との溶着が発
生し、８重量％を越えると集電子の機械強度が低
下する。Biの使用量は0.5〜８重量％の範囲とさ
れる 黒鉛は固体潤滑剤であるから鋳造合金への黒鉛
粒子の分散はBiの潤滑効果と相まつて架線及び集
電子の摩耗量を低減させる。黒鉛の材質は天然産
又は人造黒鉛のいずれでもよい。黒鉛粒子の大き
さは50〜2000μｍが耐摩耗性の点で好ましい。鋳
造合金中に含有させる黒鉛粒子の量は0.5重量％
（約1.7体積％）〜12重量％（約40体積％）であ
り、0.5重量％未満では耐摩耗性向上の効果がな
く、12重量％を越えると材料が脆弱化し工業的材
料として使用し得ない。 Tiの添加は黒鉛粒子の溶湯中への分散を助長
させるのに有効である。Tiの量は黒鉛粒子の大
きさ及び量によつて異なるが黒鉛量0.5〜12重量
％で粒度50〜2000μｍの黒鉛粒子を使用するため
には0.2〜2.0重量％を必要とする。 0.2重量％未満では効果なく、2.0重量％を越え
ると導電性に影響し好ましくない。Ｐの添加も耐
摩耗性の向上に効果がある。Ｐは合金の素地強化
に有効であると共に、摺動時においてCuP被膜が
形成され、潤滑効果を発揮する。Ｐの使用量は
0.2〜0.8重量％である。0.2重量％未満では効果な
く、0.8重量％を越えると集電子素地は脆弱化し
CuP被膜も形成し難くなる。 Cr及び／又はSiの添加は、耐アーク性を改善
し向上させると同時に高温硬化の改善にも有効で
ある。Cr及び／又はSi元素はアーク放電試験に
より種々の元素について検討した結果、最も耐ア
ーク性に有効な元素として選び出されたものであ
る。Cr及び／又はSiの添加量は0.2〜3.0重量％で
あり、0.2重量％未満であると耐アーク性の効果
がなく、３重量％を越えると耐アーク性は低下し
ないが素地中に硬い析出物が多く点在し架線の摩
耗量を増大させる。なおCr及び／又はSi添加量
をそれぞれ1.5重量％とした場合の硬化温度は500
℃であつた。 Ce、La等よりなるミツシユメタルは結晶粒を
微細化し機械的強度の向上を目的として添加する
ものであるが、結晶粒が微細化されることによつ
て、アーク放電により生ずる組織劣化の改善にも
有効である。結晶粒微細化に必要なミツシユメタ
ル量は0.4〜0.8重量％である。0.4重量％未満では
効果なく、0.8重量％を越えると導電性の低下又
は鋳造合金の脆化をもたらす。 第２発明において、Snを含有させるのは集電
子の機械的強度を増大させるためである。Snの
量が５重量％を越えると架線及び集電子の摩耗量
が増大しはじめ、７重量％を越えると架線との溶
差が激しくなり集電子として使用不可能になる。
この摩耗量の増大及び溶着の原因は架線との同種
材摩耗になるためと考えられる。 本発明の鋳造合金は、銅地金を黒鉛るつぼに入
れて大気中で溶解し、所定量の元素を添加し合金
溶湯とした後、該合金溶湯を撹拌しながら黒鉛粉
を投入し均一分散させ、次いで該黒鉛分散溶湯を
金型等に鋳込み凝固させて得られる。凝固に当つ
ては加圧させるのが好ましい。 以下本発明を実施例によつて説明する。 実施例 黒鉛るつぼを用いて銅地金を大気中で溶解後、
第２表に示す組成の黒鉛粉Ｃ以外の元素を添加し
て合金溶湯として1150℃に保持した。この合金溶
湯中に、合金溶湯を撹拌しながら第２表に示す量
の黒鉛粉を投入したのち、300℃に加熱した50×
30×350（mm）の金型に鋳込み、金型上部より
プランジヤーで600Kg/cm2の圧力で加圧しつつ凝固
させ、集電子用鋳造合金用の鋳塊を得た。 第２表に示した配合組成の本発明の集電子用鋳
造合金と比較材として国鉄あるいは私鉄等で現在
使用されている油含浸焼結銅合金とを集電子形状
に加工したものについて、アーク放電試験による
アーク損耗量及びアーク放電によつて生ずる組織
劣化層について比較した。アーク放電試験方法
は、相手材に錫入り硬銅架線を用い、可能試験片
として本発明になる集電子及び現用集電子を用い
て架線と集電子間に48V、550Aの直流電流を通電
し、機械的に架線と集電子間を接触、開放動作を
50回連続で行なう方法である。アーク損耗量は試
験完了後の集電子重量変化から測定し、変質層厚
さは、集電子の断面組織観察から測定した。第２
表から明らかなように本発明になる集電子は現用
集電子に比較し、アーク損耗量及び変質層厚さに
おいて優れており、離線時のアークによる摩耗を
低減し、集電子及び架線の損耗を減少させること
が判る。なお第２表においてMMはミツシユメタ
ルである。
【表】
第２表に示す本発明になる集電子用鋳造合金及
び現用集電子用鋳造合金について錫入り硬銅架線
を相手材として通電摩耗試験を行い、その結果を
第１図に併記した。試験方法は直径４ｍの円盤に
相手材となる錫入り硬銅架線を張り付け回転させ
る。集電子用鋳造金合は現用パンタグラフの約1/
４程度の相似形パンタグラフに（25w×10t×90
mm）に加工された集電子２本を取り付け錫入り硬
銅架線に押付けて摺動摩耗させる方法である。摺
動条件は第１表に示した。第１図から明らかなよ
うに現用集電子用鋳造合金No.15、16、18は架線
への溶着が激しく摩耗試験が不可能である。また
No.17は摺動距離100Kmにおいて0.8〜２cm3の摩耗
量を示したのに比較して本発明集電子用鋳造合金
の100Kmの摺動時の摩耗量は0.05〜0.2cm3と１桁少
ない摩耗量を示し、現用集電子用鋳造合金に較べ
優れた耐摩耗性を有することが判る。 本発明になる集電子用鋳造合金は、潤滑性に富
み、耐摩耗性及び耐アーク性に優れ現用集電子用
鋳造合金では不可能な錫入り硬銅架線に組合せて
使用することができる。
び現用集電子用鋳造合金について錫入り硬銅架線
を相手材として通電摩耗試験を行い、その結果を
第１図に併記した。試験方法は直径４ｍの円盤に
相手材となる錫入り硬銅架線を張り付け回転させ
る。集電子用鋳造金合は現用パンタグラフの約1/
４程度の相似形パンタグラフに（25w×10t×90
mm）に加工された集電子２本を取り付け錫入り硬
銅架線に押付けて摺動摩耗させる方法である。摺
動条件は第１表に示した。第１図から明らかなよ
うに現用集電子用鋳造合金No.15、16、18は架線
への溶着が激しく摩耗試験が不可能である。また
No.17は摺動距離100Kmにおいて0.8〜２cm3の摩耗
量を示したのに比較して本発明集電子用鋳造合金
の100Kmの摺動時の摩耗量は0.05〜0.2cm3と１桁少
ない摩耗量を示し、現用集電子用鋳造合金に較べ
優れた耐摩耗性を有することが判る。 本発明になる集電子用鋳造合金は、潤滑性に富
み、耐摩耗性及び耐アーク性に優れ現用集電子用
鋳造合金では不可能な錫入り硬銅架線に組合せて
使用することができる。
第１図は集電子用鋳造合金の通電摩耗試験結果
を示すグラフである。
を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Cu基材にBi0.5〜８重量％、黒鉛粒子0.5〜12
重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及び／又はSi0.2〜
3.0重量％、ミツシユメタル0.4〜0.8重量％及び
Ti0.2〜2.0重量％を含有させてなる集電子用鋳造
合金。 ２ Cu基材にBi0.5〜８重量％、黒鉛粒子0.5〜12
重量％、P0.2〜0.8重量％、Cr及び／又はSi0.2〜
3.0重量％、ミツシユメタル0.4〜0.8重量％及び
Ti0.2〜2.0重量％、更にSn5重量％以下を含有さ
せてなる集電子用鋳造合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9829482A JPS58217653A (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | 集電子用鋳造合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9829482A JPS58217653A (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | 集電子用鋳造合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58217653A JPS58217653A (ja) | 1983-12-17 |
| JPS6138252B2 true JPS6138252B2 (ja) | 1986-08-28 |
Family
ID=14215897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9829482A Granted JPS58217653A (ja) | 1982-06-08 | 1982-06-08 | 集電子用鋳造合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58217653A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923499A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-27 | 宁波博威合金材料股份有限公司 | 一种含Ce和B的钛青铜合金带材及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2617836B2 (ja) * | 1991-09-27 | 1997-06-04 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 通電時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用材料組成物及びパンタグラフすり板 |
| US9033023B2 (en) * | 2009-09-07 | 2015-05-19 | Shirogane Co., Ltd. | Copper alloy and copper alloy manufacturing method |
-
1982
- 1982-06-08 JP JP9829482A patent/JPS58217653A/ja active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110923499A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-03-27 | 宁波博威合金材料股份有限公司 | 一种含Ce和B的钛青铜合金带材及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58217653A (ja) | 1983-12-17 |
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