JPS6362852A - 鉄系焼結集電摺動材料 - 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】 本発明は、鉄系焼結集電摺動材料に関する。

集電摺動材料に要求される性質として、例えば相手材で
あるトロリー線に対して攻撃性の少ないこと、十分々耐
摩耗性を有すること、機械的な強度を具備し、電気抵抗
の小さいことが挙げられる。

特にト０り一線の保守、寿命などを考えると、攻撃性の
少ないことが最も重要な性質となる。攻撃性を少なくす
るＫは材料の硬すを下げ、潤滑性に富むことが絶対的に
必要な条件となる。材料が軟質であるということと潤滑
性に富むこととは傾向として一致するので好都合である
。すなわち潤滑剤を添加した場合、材料が軟質であれば
あるほど潤滑剤が突出しやすく、従って相手材と潤滑材
の接触する機会が増加するからである。しかしながら従
来の集電摺動用焼結合金はＦｅあるいはＣＭを主成分と
する基地中に耐摩性を向上するために各種の金属を添加
しておシ、これらの方法によればいずれの場合も金属の
基地中への拡散が著しく、材質の硬化を伴って必然的に
潤滑性も減少し、結果的にトロリー線に対する攻撃性が
大となる。また電気抵抗は金属の添加とともに増加する
ので、この方法によれば潤滑剤として用いる元素の添加
量もかなシ少１ｉＫ制限され、潤滑性の低下がさらに助
長される結果となる。さらに電気抵抗率の増加とあいま
って、これらの元素は機械強度のうち、特にｉＩｉ撃値
を極端に低下させる。潤滑剤として用いる元素も同様に
作用するので、機械特性の而からも添加量に制限を受け
る。すなわち、主として耐摩耗性を向上させる目的で添
加する金属はトロリー線に対する攻撃性、電気抵抗率、
ｌ１ｌＩ撃値などほとんどの因子に悪影響を及ぼし、こ
のことが従来焼結集電摺動材料において耐摩耗性と潤滑
性の双方を兼備することは予盾するとされてきた原因で
ある。

本発明者は、上記した如き問題点に鑑みて、耐摩耗性及
び潤滑性の双方を兼備する集電摺動材料を見出すべく鋭
意研究を重ねた結果、チタン窒化物又はフェロチタン窒
化物を一定量含有する鉄系焼結合金が所期の効果を奏す
ることを見出し、特許出願を行なった（特願昭５５〜５
８４９０号）。

鉄系焼結合金の空孔部に一定量の鉛を溶浸させる場合に
は、集電摺動材料として要求される緒特性が低下するこ
となく、更にトロリー線に対する攻撃性が着るしく小さ
くなることを見出し、ここに窒化物を０．５〜１５重量
％含有する鉄系焼結合金１００重量部、及び鉛５〜２０
重量部からなることを特徴とする鉄系焼結集電摺動材料
に係る。

本発明においてチタンあるいはフよりチタンは予め窒化
処理して添加する方法と、焼結中に窒化する方法とがあ
る。チタンあるいはフェロチタンは容易に窒化されるが
、これらの窒化物は安定でアシ、いったん窒化されると
、なかなか内部にまで窒化は進行しないので窒化された
粉末粒子は表面から厚さ約２μ以下の非常に硬い窒化層
と内部が軟かい純チタンあるいは純フエＯチタンから形
成される。この様な窒化物では、実際に耐摩剤として作
用する部分はチタン又はフェロチタンの表面に存在する
薄い窒化層と相手材の接触界面である。したがって摺動
面におけるチタンの窒化層およびフェロチタンの窒化層
の占める面積の割合は極めて微々たるもので１さらに摺
動時にこれらの窒化層が摩耗粉となって欠損し摺動面を
移動するときも、窒化層がせいぜい約２μと非常に薄い
ため相手材への攻撃性は少ない。この窒化層は非常に硬
く、チタン又はフェロチタン粒子の極く表面にほぼ一様
の厚みでちょうど卵の殻のような形で存在し、ミクロ的
にみて摺動面から内部へと連続している。本発明品が摺
動状態にあるとき、この窒化層が摩耗するためにはいわ
ゆる上記の卵の殻を破壊するに足りる剪断応力が必要と
なるが、この窒化層は内部の純チタンあるいは純フエＯ
チタンとは当然のことながらしっかりと結合しておシ、
破壊して摺動面外へ持ち去ることはむずかしい。また相
手材の摺動面が荒れた面であるとき、窒化層が徐々に破
壊されていくＪ４耗でなく、耐摩粒子全体がマトリック
スから離脱する、いわゆる“欠は落ち現象　が生じる危
惧があるが、これは耐摩粒子としてフェロチタンの窒化
物を用いることによって解決される。フェロチタンを窒
化処理すると窒化されやすいＴｉ　が優先窒化し、Ｆｔ
　は窒化されていないので、これをＦｔ　を主成分とす
る基地中に添加するとフェロチタンのＦｚ　のみがマト
リックスに拡散し、結合が強固となるからである。チタ
ンの窒化物はほとんどマトリックス中に拡散せず、フェ
ロチタンについても上記の通りなので、マトリックス自
体は金属固溶による硬化はほとんどみられない。このよ
うに薄い窒化層を主として耐摩剤として用い、マトリッ
クスが軟かいことによって本発明品は相手材を攻撃する
ことが少ない。チタニア、シソ力などの酸化物もチタン
の窒化層と同様、硬い物質として知られているが、これ
らを耐摩粒子として用いた場合、粒子全体が硬いので破
壊して摩耗する現象よりはむしろ“欠は落ち現象　によ
る摩耗の方が起こり易く、いずれの場合もその摩耗粉は
硬く粗いので相手材を攻撃し、またマトリックスとの結
合がはかれないので耐摩剤としての効果は期待できない
。

本発明における上記チタンの窒化物もしくはフ工Ｏチタ
ンの窒化物としては例えば約１００〜２００メツシユの
粒子を用いるのが好ましい。また実際に耐摩剤として作
用する部分は粒子のごく表面に限られるから粒度を調整
することによυ任意の耐摩耗特性が得られる。チタン及
び／又はフ工０チタンの量は約焼結合金中０．５〜１５
重黛％が好ましい。この範囲では十分な耐摩性、潤滑性
、機械的強度が得られる。

金に、更に鉛を溶浸略せることが必要である。鉛を溶浸
させることによシ、焼結合金の空孔部に鉛が侵入し、保
持されて集ＹＩｉ摺動材料のすシ板特性の改善、特にト
ロリー線の摩耗の軽減が図られる。

鉛の含浸社は、上記したチタン窒化物またはフェロチタ
ン窒化物を含む焼結合金１００重量部に対して、５〜２
０重ｆｆｉ部とすることが適当である。

鉛量が５重量部未満では、トロリー線に対する摩耗軽減
効果が不足し、一方２０重量部を上回ると集電摺動材料
としての耐摩耗性や機械的特性が低下するので好ましく
ない。

本発明の焼結集電摺動材料は上記のチタンの窒化物及び
／又はフよりチタンの窒化物を含む焼結合金に、鉛を溶
浸させることを特徴とするもので、その他の構成は通常
の焼結集電摺動材料と同じで良い。従って通常の基地成
分としてＦｔ　又はＦｔｔ主成分とする合金を用いるこ
とができる。また本発明では機械特性と電気特性を所定
の値に保持する程度の最低限度の鼠で、通常焼結集電摺
動材料に添加される金属等を添加することができる。

これらの金属の例としては例えばＮｉ、Ｍσ、　Ｃｍ、
　Ｆｚ。

Ｃｒ、Ｐのような金属及びこれら金属の合金、代表例と
ＬテハＦｔＭｏ、　ＦｔＣｒ、　ＣｍＣｒ等のものを例
示でき、これらは少なくとも１種以上添加でき通常焼結
合金巾約Ｏ１ａ〜１ト１％の範囲で用いられるが、本発
明ではこれら金属の量を従来のものに比して少なくする
ことが可能で通常約０．８〜ｌＱｍ／％の範囲で用いる
のが特に好ましい０ 本発明では上記以外に必要に応じてＷＳ２．　ＭρＳ２
゜Ｃ（黒鉛）、ボロンナイトライド等の潤滑剤、Ｈａ、
　Ｃｒ、　Ｆ　ｇｅｔｓ　、　Ｆ　ｔｃ　ｒ等の耐摩剤
などを添加することもできる。

本発明の焼結集電摺動材料を得るには、まず上記基地成
分、金属成分及び必要に応じその他の添加剤を配合した
ものに、チタン及び／又はフェロチタンを予め窒化処理
して添加、成形して焼結することにより、或いは該チタ
ン及び／又はフェロチタンを未処理のまま添加して成形
後、窒素またはアン七ニアを含む雰囲気中で焼結して該
焼結中にチタン及び／又はフェロチタンを窒化すること
によシ焼結合金を形成させる。窒化処理を行うには上記
したように窒素ガス、窒素と水素の混合カス、アン七ニ
アガス、アン七ニア分解ガスなどの室紫またはアン七ニ
アを含む雰囲気中、とシわけ中性または還元性雰囲気中
で約６００〜１８００°Ｃで加熱するのが良い。成形は
約２．５〜７．５１ａｎ　／　ｃｄ　。

焼結は通常約７５０〜１３００°Ｃで行うのが好ましい
。該焼結は窒化を同時に行うときは上記窒素またはアン
七ニアガスを含む雰囲気中で行う必要があるが、予め窒
化処理したチタン及び／又はフ工０チタンを用いる場合
は上記と同じ雰囲気を用いても良いが、これ以外にアル
コン、水素、ヘリウム等のガス或いは真空下の雰囲気で
焼結しても良い。

次いで、得られた焼結合金に所定鼠の鉛を溶浸させるこ
とによって本発明集電摺動材料が得られる。溶浸の方法
としては、例えば焼結合金上に所定重量の鉛片を載置し
、還元又は中性雰囲気中で１０００〜１１００℃に加熱
して、鉛を焼結合金の空孔部に侵入させればよい。

以上のようにして得られる本発明の焼結集電摺動材料に
おいては１マトリツクスの硬すは純鉄焼結体以上の任意
の値のものを得ることができるが、機械強度、潤滑性、
相手材（例えばトロリー線）への攻撃性などの諸要件を
考慮すると、通常プリネル硬すで約５０〜９５、特には
約６０〜８０のものが好ましい。これらの硬すの範囲に
おいては添加した潤滑剤が十分その効果を発揮する。

本発明集電摺動材料は、機械的強度、電気特性等に優れ
たものであって、更に耐摩耗性及び潤滑性が良好であシ
、特に相手材であるトロリー線に対する攻撃性が少ない
。

以下に実施例を示して本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第１表に焼結集電摺動材料の組成を示す。尚、表中のＦ
ｔＴｉ　−Ｎ、　Ｔｉ−Ｎは、ｐｚＴｉ又はＴｉをアン
上ニア中で１０００°Ｃ１時間保持して窒化物が生成し
たものである。

第１表の各成分（Ｐｈ　を除く）を混合し、６〜７トン
／Ｃｄで成形し、アン七ニア分解ガス中で１１２０℃で
９０分間焼結させて、焼結合金を得た。本発明品１〜７
については、得られた焼結合金上に、所定量の鉛片を載
置して、アシｔニア分解ガス雰囲気中で１０８０°Ｃで
９０分間加熱して、焼結合金中に鉛を溶浸させた。

第　　１　　表 得られ九集電摺動材料の物理特性を第２表に、また耐摩
耗性試験結果を第８表に示す。

摩耗試験は得られたすシ板材から寸法形状１゜Ｘ２５Ｘ
９０ｍを切シ出し、集Ｎ摺動摩耗の試験片とした。試験
条件は押付力５ｋｇ／ｄ、通電電流ＦｉＡＣ（２１Ｆ）
１００Ａ、摺動速度ｔｉ　１００　ＫＭ／にとし、試験
時間を５分間とした。相手側トロリー線は硬銅線を用い
、直径８８５１Ｍに巻き付は接触接面を６ｆｆ巾に仕上
げた架線構造とした。この場合、すシ板の偏心率を１０
ｆｆに設け、電車に於けるパンタグラフの使用条件に相
似とした。

試料面状態、トロリー面状態の評価は次の通シである。

◎　極めて良好　　　Ｏ良好 Δ　やや不良　　　　Ｘ　不良 第　　２　　表 第　　８　　表 以上の結果から明らかな様に、チタン窒化物又はフェロ
チタン窒化物を含有する鉄系焼結合金に、鉛を溶浸させ
た材料は、電気特性及び機械的強度ともに良好であシ、
集電摺動材料として使用した場合に、耐摩性に優れ、か
つトロリー線を損傷させることが少ないものである。

（以　上） 代理人　弁理士　三　　枝　　英　　二　、　　゛・１
６１４．．１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン窒化物及び／又はフェロチタン窒化物を０
   ．５〜１５重量％含有する鉄系焼結合金１００重量部及
   び鉛５〜２０重量部からなることを特徴とする鉄系焼結
   集電摺動材料。