JP2003506819A - 炭素／炭素複合材料製の摩耗電気接触要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、カテナリーのような固定電気導体から停止または運動中の鉄道車両への集電に用いられる、パンタグラフなどの摩擦接触装置に関するものである。本発明は、より具体的には、摩擦接触装置の摩擦要素（または“摩擦帯”）に関する。本発明によると、摩擦帯（１）は、その磨耗バンド（２）が、全体または部分的に、場合によっては銅または銅を含む合金などの金属に含浸された炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料を含むことを特徴とする。本発明による摩擦帯は、銅に含浸された黒鉛をベースとする先行技術よりも、明らかに脆さが低い。それはまた、先行技術よりも低い磨耗率を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、カテナリーまたは第３レールなどの固定電気導体から、鉄道車両、
トロリーバスまたは地下鉄電車のような、停止または運動状態であることのでき
る車両への電流の集電のために用いられる、パンタグラフ、（特にトロリーバス
の）ポール、第３レールの集電靴または工業集電靴などの摩擦接触装置に関する
。特に、本発明は摩擦接触装置の摩擦要素（または“摩擦帯”）に関する。

【０００２】 技術の現状 鉄道車両に用いられるパンタグラフなどの摩擦接触装置は、典型的には、可動
支持装置および摩耗バンド（または“摩擦帯”）を含む。該支持装置は、摩耗バ
ンドを支え、それを、カテナリー（一般的には強化された銅線）や第３レールな
ど、固定電気導体に接触させることを可能にし、このようにして、固定導体から
運動中または停止状態の車両への電流伝達を保証する。パンタグラフの場合、摩
耗バンドは、パンタグラフの摩擦要素を含む。

【０００３】 摩擦帯は、一連の使用特性をもっていなくてはならない交換可能な磨耗製品と
みなされている。とりわけ、そしてまず何よりも、摩擦帯は電流を確実に導電し
なければならない、つまり、エネルギーの損失および発熱を減少させるように電
気抵抗を小さくしなければならない。さらに、摩擦帯は、固定導体に対してある
適切な摩擦特性を示さなければならない、つまり、固定導体と同様、摩耗バンド
の早い磨耗を避ける特性である。とりわけ、一切の焼付きおよび一切の固定導体
の研磨を避けることが不可欠である。さらにパンタグラフの場合、電流の集電装
置の機械的慣性を最小化するために、摩擦帯は軽量でなければならず、このこと
によって、車両が運動している際に、パンタグラフの垂直方向への振幅を減少さ
せ、電気アークを生成することが可能である摩擦要素とカテナリーとの間で接触
が離脱することを避けることができる。また、摩耗バンドは、固定導体と摩擦要
素との間で発生する、電気アークが必ず引き起こす磨耗および研磨に耐えられな
ければならない。その上、パンタグラフの場合、摩擦帯は、カテナリーに対して
機械的衝撃への大きな抵抗力を持たなければならない、なぜなら、摩耗バンドの
破壊が、集電システムまたはカテナリー自体の重大な損傷をもたらし得るからで
ある。摩擦帯はまた、最も厳しい応用において、場合によっては３００から４０
０℃に達することがある温度に耐えなければならない。最後に、摩擦帯は、容易
に取付けられる、または交換できるものでなければならない。

【０００４】 摩擦特性を向上させるための手段と、場合によっては、導電性を改良するため
の手段を備えた、主に金属製の摩擦帯が使用されていることは知られている。例
えば、潤滑装置がつけられた鉄製の帯、摩擦特性を向上させるための添加剤（金
属間化合物および鉛など）や導電性を向上させるための銅の付加を含む、多孔性
の焼結された鋼製の帯、満足できる摩擦特性を得るための添加剤（金属間化合物
および鉛など）を含む多孔性の焼結された銅製の帯、および、満足できる摩擦特
性を与える繊維（アルミナ繊維など）によって強化されたアルミニウム製の帯を
用いることが知られている。しかしながら、これらの摩擦帯では、電気アークに
よって起こる研磨への抵抗が弱く、固定導体がかなり磨耗し、そしてアルミニウ
ム製の帯の場合を除いて、重量が重い。

【０００５】 人工黒鉛や非晶質炭素、または場合によっては導電性を向上させるために、銅
または銅合金を含浸させたそれらの混合物をベースとする磨耗バンドを含む摩擦
帯、および、人工黒鉛のバンドは単独で用いるには弱すぎるので、機械的機能を
保証するための支持金属バンドを含む磨耗バンドを使用することも知られている
。これらの混合バンドの製造コストはまた、金属を主とするバンドよりも、一般
的に高い。

【０００６】 フランス特許出願ＦＲ２７３６５９５号（米国特許５６５７８４２号に対応す
る）は、炭素繊維によって強化された炭素の複合材料を含み、集電器の耐久性を
向上させるために、およびその磨耗を減少させるために炭化ケイ素を有する車両
のための集電器を記載している。炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、炭素繊維と液体ケイ
素との間における、高温での物理化学反応によって形成される。繊維のサイズ、
および、対応する伸展された面積から、この反応は、繊維の大部分をＳｉＣに変
化させ、このことによって、物質の導電性が大幅に減少される。この解決法は、
また、ＳｉＣの存在によって、カテナリーに対する集電器の研磨性を増加させる
不都合さも有する。

【０００７】 したがって出願人は、軽量で、さらに寿命の長い、高い導電性の、そして、固
定導体に対して攻撃性の弱い、好ましくは、支えを必要としない摩擦接触装置を
用いることによって設備使用コストを減少させることを可能にする、摩擦帯を研
究した。

【０００８】 発明の説明 本発明は、場合によっては、銅または銅を含む合金（真鍮またはブロンズなど
）、アルミニウムまたはアルミニウム合金あるいはマグネシウムまたはマグネシ
ウム合金のような金属に含浸させた、炭素／炭素（またはＣ／Ｃ）複合材料の磨
耗バンドを含む、パンタグラフのような、摩擦接触装置の摩擦帯を対象とする。

【０００９】 金属の含浸は、電圧が約３ｋＶ未満の、いわゆる低電圧（ＬＶ）での応用にお
いて有効である。これらの応用において、電流は非常に密度が高く、したがって
、摩擦帯の非常に高い導電性および熱伝導性を必要とする。金属の含浸は、電圧
が典型的には１０ｋＶ以上の、いわゆる高電圧での応用においては、一般的には
必要ではない。

【００１０】 Ｃ／Ｃ複合材料は、炭素のマトリックスに埋めこまれた炭素繊維（または“繊
維性基質”）を含む耐久性のある物質である。炭素繊維は、例えば、ピッチ繊維
、前ポリアクリロニトリル繊維または前ビスコース繊維である。これらの繊維は
、さまざまな形状、例えば、２Ｄまたは３Ｄ組織、単一方向の薄層またはランダ
ムな繊維の形を呈することができる。

【００１１】 炭素を含んだマトリックスは、炭素の繊維またはローブヤーンの間を互いに結
合する。このマトリックスは、蒸気相におかれた炭素を含む混合物の熱分解や、
ピッチまたはフェノールまたはフルフリル樹脂などの樹脂の含浸または密接な混
合の後のコークス化（または“炭化”）、あるいは、これらの方法の組み合わせ
などのさまざまな方法によって得られる。

【００１２】 本発明の好ましい実現様態において、Ｃ／Ｃ複合材料は３Ｄ（三次元）テクス
チャーの形態をもち、該形態は３Ｄまたはほぼ３Ｄの組織から、２Ｄ平面の間で
の炭素を含む橋をもつ２Ｄ組織から、あるいは薄層間に炭素を含む橋をもつ単一
方向薄層から、もしくは場合によっては、平面にランダムに配分されてはいるが
、層の間に炭素を含む橋を持ち、その平面に沿ってほぼ方向づけられている短い
ローブヤーンの薄層から得られるような形態である。

【００１３】 これらの試みにおいて驚くべきことに、本発明による帯において観察された発
熱が、先行技術の帯において観察されたそれよりも弱く、均質であることを出願
人は確認した。

【００１４】 本発明はまた、本発明による摩擦帯を少なくとも１本含む、パンタグラフ、ト
ロリーのポール、第３レールの集電靴または工業集電靴のような、摩擦接触装置
を対象とする。

【００１５】 図１は、カテナリー（１０）と接触している、先行技術での典型的なパンタグ
ラフの摩擦帯（１）を示す、帯の長手方向に対する断面図を示す。図示されてい
る帯は、磨耗バンド（２）および補強支え（４）を含む。この補強支え（４）は
、磨耗バンド（２）が黒鉛、非晶質炭素またはこれらの混合物をベースとすると
き、その機械的強さを向上させ、さらに、帯をパンタグラフの上に固定すること
を可能にする。

【００１６】 図２は、損傷および／または磨耗検知手段（３）を備えた、先行技術での典型
的な摩擦帯（１）の長手方向に対する断面図を示す。

【００１７】 図３は、電気接続手段（５、６）を備えた、先行技術での典型的な摩擦帯（１
）の長手方向に対する断面図を示す。

【００１８】 図４は、摩擦帯の長さを覆う補強支え（４）を備えた、先行技術での典型的な
摩擦帯（１）の側面図（ａ）および底面図（ｂ）を示す。

【００１９】 図５は、本発明による摩擦帯のパンタグラフ（９）における固定手段（７、８
、１１）の長手方向断面図を示す。

【００２０】 図６は、概略的に、本発明による摩擦帯の内部構造を表す断面図を示す。

【００２１】 図７は、概略的に、固定導体に対する本発明による摩擦帯の、３Ｄまたはほぼ
３Ｄのテクスチャーの好ましい適応を例示する。

【００２２】 発明の詳細な説明 本発明によると、地面に接した第３レール、空中の導体またはカテナリーなど
の固定導体（１０）から、停止または運動中の車両へ集電するための摩擦帯（１
）は、磨耗バンド（２）を含み、この磨耗バンド（２）が、全体または部分的に
、場合によっては銅または銅を含む合金（真鍮またはブロンズなど）、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金あるいはマグネシウムまたはマグネシウム合金など
の金属に含浸させた炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料を含むことを特徴とする。

【００２３】 摩擦帯または磨耗バンドの形状は、多くの場合、細長い形であるが、任意の形
であることができる。

【００２４】 繊維性基質の性質は、Ｃ／Ｃ複合材料の構造を決定する。一般的には、圧縮さ
れている繊維性基質が、場合によっては短い長さ（０．５ｍｍ未満）に切断され
ている、個々の繊維が均質かつランダムに配分された個々の繊維の支柱、または
フェルトから構成されるとき、テクスチャーは“細かい”と言われる。この場合
、基質は細かく配分されているので、圧縮された状態の基質内であれ、最終的複
合材料の中であれ、炭素繊維を含まない１００μｍ×１００μｍ×１００μｍ以
上または同等の寸法を持つ立方体要素はほとんどない。同様に、一般的に圧縮さ
れている繊維性基質が、炭素繊維のローブヤーン組織またはローブヤーン片（長
さが０．５ｍｍより長く切断されたローブヤーン）のランダムな配分から構成さ
れ、それぞれのローブヤーンが個々の繊維を少なくとも千本含み込んでいる際、
テクスチャーは“粗い”と言われる。この場合、基質は、比較的粗く配分されて
いるので、圧縮された状態の基質内であれ、最終的複合材料の中であれ、炭素繊
維を含まない１００μｍ×１００μｍ×１００μｍ以上もしくは同等の寸法の立
方体要素が多く存在する。

【００２５】 必要な回数（典型的には３または４回）操作を繰り返すことによって、繊維の
周りに炭素の骨格構造を残すようにコークス化し、コークス化された付着物を残
すために、ピッチやフェノール樹脂といった、炭素を豊富に含む液体を溶浸、含
浸、密接混合する方法や、繊維上に熱分解炭素を残すために、炭素を豊富に含む
気体を、クラッキングするのに適した熱力学的条件の下で溶浸させる方法、また
これらを組み合わせた方法など、さまざまな方法によって炭素マトリックスは得
られる。本発明によると、より均質な付着物を獲得するために、そして、マトリ
ックスが含浸によって得られる際に現れうる繊維間の結合が破断することを避け
るために、（その破断はコークス化の最中に含浸物質の除去によって引き起こさ
れる）蒸気相の付着物（または熱分解炭素の付着物）によって炭素マトリックス
を形成することが好ましい。蒸気相における圧縮では、他方で、非常に方向づけ
られた、したがって、黒鉛化しやすい、いわゆる“熱分解炭素”の付着物を生成
する利点を有し、該付着物は黒鉛化処理がない場合にさえも効率的に電気および
熱を伝導することに適している。

【００２６】 金属以外の複合材料の残留多孔性、つまり、任意の金属の含浸前およびこの含
浸にアクセス可能な複合材料の多孔性は、好ましくは、約５から５０％の間、さ
らに好ましくは、約５から３５％の間に含まれる（複合材料の中に含まれる金属
の量は、この際、それぞれ、およそ、５から８０重量％、５から５０重量％であ
る）。以下に試験が示すように、約５０％を超える残留多孔性は、黒鉛化の度合
いが低すぎると、高い磨耗率をもたらす（Ｅ−２の場合）。Ｃ／Ｃ複合材料は、
液体または気体経路での圧縮処理または両者の組み合わせによって、この多孔性
に達せられることができる。気体経路のみで圧縮を実現することが有利であるこ
とがわかっている。

【００２７】 前記繊維性基質が大きな寸法のくぼみを持った粗いテクスチャー、つまり、好
ましくは断面が少なくともおよそ０．１ｍｍ²に等しいものを有することが非常
に有利であることが見出された。このようなテクスチャーは、とくに複合材料の
圧縮、および、必要な際は、複合材料内での金属の含浸を容易にする。

【００２８】 図６に示されている本発明の好ましい実現態様において、Ｃ／Ｃ複合材料は、
補強の役割を果たす炭素繊維ベースの繊維性基質（２１、２２、２３）、および
、炭素のマトリックス（２１１，２２１、２３１）を含み、以下のことを特徴と
する。 ａ）前記繊維性基質が、大きな寸法のくぼみを持った粗いテクスチャー（２４）
、つまり、好ましくは断面が少なくともおよそ０．１ｍｍ²に等しいものを規定
する、ほぼ平行な２Ｄの層（２１、２２）、および、前記の大きな寸法のくぼみ
を横断する炭素を含む橋（２３）を含む。 ｂ）前記マトリックスが、前記繊維性基質の少なくとも１枚の被覆炭素層（２１
１、２２１、２３１）を含む。

【００２９】 前記大きな寸法のくぼみを分割する、炭素を含む橋は、１０から１００μｍの
厚みを有し、小さい寸法のくぼみの形成を導くが、好ましくは、大きな寸法のく
ぼみに由来する複合材料の粗いテクスチャーを保持する。

【００３０】 １つもしくは複数の被覆層（２１１、２２１、２３１）は、繊維性基質の強い
粘着力を与え、とりわけ、大きな寸法のくぼみにおいて、繊維間およびローブヤ
ーン間の電流の通過を容易にする。

【００３１】 １つもしくは複数の被覆層は、樹脂の含浸と、続くコークス化の作業によって
得られる。それは、好ましくは、繊維間の炭素結合の黒鉛化を可能にするように
、気体相での熱分解によって得られる。これらの方法の一方または他方、あるい
は両者を組み合わせて、複数の被覆層を形成することも可能である。

【００３２】 炭素を含む１つもしくは複数の被覆層は、典型的には全体で、２から１００μ
ｍの間、より特定的には、５から３０μｍの間に含まれる厚みを有する。橋は、
典型的には５から１００μｍの長さおよび５から１００μｍの厚みを有する。

【００３３】 層の間の橋（２３）は、好ましくは、ニードルパンチングによって得られるの
で、方法が簡易化され、マトリックスの形成の際には気体の放出または含浸が助
長される。ニードルパンチングは、好ましくは、中程度のもの、つまり、約１０
％の繊維のみが曲げられることによって、粗いテクスチャーの利点を保持するこ
とが可能になる。橋は、場合によっては、炭素を豊富に含む樹脂の炭化によって
得られ、また繊維性基質の３Ｄ構造そのものから得ることも可能である。

【００３４】 薄層は、層状にランダムに配分された、好ましくは、前記層の方向にやや方向
付けられた（例えば、圧縮によって）繊維から構成され得る。しかしながら最良
の結果は、主に連続する炭素繊維の組織によって構成される繊維性基質から得ら
れる。３Ｄまたはほぼ３Ｄのテクスチャーの構造を固定導体に対して、好ましく
は、構造の層であれ薄層であれ、平面が固定導体に対して垂直であるように、方
向づけることが非常に有利であることがわかった。

【００３５】 本発明の好ましい実現方法においては、橋の形成段階の後に、気体相での熱分
解による被覆層の付着の補足的段階が続く。部分的な圧縮をもたらす、熱分解炭
素の層（２１１、２２１、２３１）は、繊維性基質の繊維および橋を被覆し、繊
維および橋が、一般的に方向づけられていない、とりわけ、複合材料の粘着の力
学的機能を保証する中央部分（２１０、２２０、２３０）と、本質的に方向づけ
られていて、粘着機能を補足し、導電性および熱伝導性を大幅に増加させる表面
部分（２１１、２２１、２３１）をもつようになる。

【００３６】 蒸気相での基質の部分的圧縮の後、２から１００μｍの間に含まれる厚みの熱
分解炭素の被覆層が得られる。

【００３７】 前記の炭素を含む橋は、横断する仕切り壁（またはベール）、あるいは、前記
の大きな寸法のくぼみを横断する炭素のフィラメント（または柱）の形をとるこ
とができる。樹脂またはピッチによる含浸および炭化の後、小さい寸法の炭素粒
子の存在が観察される。

【００３８】 このようにして得られた物質は、典型的に、Ｃ／Ｃ複合材料の１５から３０％
までの開放された孔を有する。

【００３９】 時には、より密度の高いＣ／Ｃ複合材料を使用することが有利であり、その場
合、前記マトリックスは、前記のくぼみに含まれ、高い炭素率でのピッチまたは
樹脂の含浸そして炭化によって得られる炭素粒子もまた含むことができる。一般
的にくぼみは、前記のくぼみの壁に粘着しない、またはほとんど粘着しない炭素
粒子を含む。本発明によるこのような物質は、次のような単位体積組成を有する
：繊維性基質が２０から４０体積％；熱分解炭素の被覆が４０から６０％；熱分
解炭素または炭素の仕切り壁が１から４％；炭素粒子が１０から１７％；残留孔
が５から１５％。

【００４０】 本発明によると、粗いテクスチャーでの前記繊維性基質の前記２Ｄの層は、好
ましくは、組織の形で１０００を超えるフィラメントを含む炭素繊維のローブヤ
ーンから構成されており、ローブヤーンの交差点またはそれらの重なりは、少な
くとも０．１ｍｍ²に等しい断面の孔となる。組織の使用は、複合材料の電気特
性および熱特性を向上させる繊維性基質の大きな連続性をもたらすために、とり
わけ有利である。また１０００を超えるフィラメントを含むが３ｍｍを超える長
さに切断されてランダムに配分されている炭素繊維のローブヤーンを使用するこ
ともまた可能であるが有利さには劣る。

【００４１】 本発明の好ましい実現様態においては、２Ｄの層は、炭素繊維のローブヤーン
の組織によって形成され、橋はニードルパンチングによって形成される。フィラ
メントの形で存在する橋は、この時、ローブヤーンから抽出された、２Ｄの層に
対してやや垂直の方向に曲げられた繊維から構成され、くぼみおよび隣接するロ
ーブヤーンを横断する。１つまたは複数の被覆の層（２１１、２２１、２３１）
は、前記のローブヤーン、および、前記の橋を形成する曲げられた繊維（２３０
）を構成する繊維（２１０、２２０）を被覆する。少なくとも１枚の被覆層が熱
分解炭素の付着物であることがとりわけ有利である。

【００４２】 本発明による複合材料物質は、好ましくは、黒鉛に近い晶子の組織度を持つ、
つまり、好ましくは０．４に同等もしくはそれ以上の黒鉛化の指標をもつ。この
ような組織は、２２００℃以上の温度におけるＣ／Ｃ複合材料の熱処理によって
、得ることができる。

【００４３】 本発明による摩擦帯は以下の方法によって製造することができる。 ａ）繊維性基質の要素（２Ｄの組織の層など）を型におく。 ｂ）２０から４０％の間に含まれる基質の体積率を得るために、繊維性基質を圧
縮する。場合によっては、圧縮は短い繊維を圧縮軸に対してほぼ垂直の平面に方
向づける。 ｃ）前記くぼみの相反する面を結合させることによって、前記Ｃ／Ｃ複合材料の
大きな寸法のくぼみの内部に橋を形成し、橋によって区切られた部分と開放され
た孔のある、小さな寸法のくぼみを含むＣ／Ｃ複合材料を得られるようにする。 ｄ）好ましくは、前記繊維性基質上への熱分解炭素の付着によって少なくとも１
枚の被覆相を形成することで、繊維性基質を被覆する熱分解炭素層を形成し、そ
のようにして、繊維性基質の強い粘着力を保証させ、そして、４０から６０％の
間に含まれる熱分解炭素の体積率において、開放された孔のある、大きな寸法の
細長いくぼみを含む、Ｃ／Ｃ複合材料を形成するようにする。 ｅ）場合によっては、１から４％の間に含まれる体積率で、前記の橋および被覆
層における炭素を付着させ、Ｃ／Ｃ複合材料を圧縮することで、硬質な、１５か
ら３５体積％の間に含まれる開放された多孔性でのＣ／Ｃ複合材料を得られるよ
うにする。

【００４４】 橋は、好ましくは、周知の技術によって、繊維性基質のニードルパンチングに
よって得られる。前述した熱化学的方法による仕切り壁またはフィラメントの形
での二次的な橋の形成に、ニードルパンチングを有利になるように組み合わせる
ことも場合によっては可能である。

【００４５】 場合によっては、炭素を豊富に含む樹脂の希釈溶液、好ましくは、水溶液での
繊維性基質の含浸、この溶液の重合、そして、重合された樹脂の炭化によってフ
ィラメントの形で橋を形成することができる。

【００４６】 別の変型によると、典型的に１μｍ未満の厚みの仕切り壁を形成するために、
前記Ｃ／Ｃ複合材料は、被膜形成材料を液体溶液で、好ましくは水溶液で含浸さ
せ、溶媒を除去し、そして被膜形成材料を炭化させることによって、仕切り壁（
またはベール）の形で橋を形成することができる。被膜形成材料は、天然または
合成の、好ましくは水溶性の、有機ポリマー材料から選択される。好ましくは、
デンプン、プロテイン、寒天、ポリビニルアルコール、炭素を豊富に含む水溶性
樹脂から選択する。

【００４７】 好ましくは、前記橋上への熱分解炭素の付着によってＣ／Ｃ複合材料を圧縮す
ることで、１０から１００μｍの間、より特定的には、１０から６０μｍに含ま
れる厚みのフィラメントまたは仕切り壁を得るが、該フィラメントまたは仕切り
壁は、繊維性基質を被覆する層に一体となって結合する。熱分解炭素の付着によ
る圧縮は橋の厚みをふやすことになり、この厚みはＣ／Ｃ複合材料の電気または
熱伝導性を向上させる。

【００４８】 また、小さな寸法のくぼみから構成される前記繊維性基質を、炭素を豊富に含
む樹脂の希釈溶液で含浸させ、溶媒を除去した後、樹脂を炭化させることによっ
て、前記ベール上での炭素の付着によって圧縮することもでき、繊維性基質を被
覆する熱分解炭素層にほとんど粘着しない、５から５０μｍの間に含まれる厚み
の橋を得る。

【００４９】 ピッチまたは炭素を多く含む樹脂での含浸と、それに続く炭化によってＣ／Ｃ
複合材料を圧縮することもまた可能である。

【００５０】 応用によると、特に、使用条件が比較的長い間バンドの表面部分の温度を６０
０℃以上に上昇させる際、先立って得られた前記の硬質で密度の高いＣ／Ｃ複合
材料を黒鉛化処理にかけることができる。

【００５１】 金属の含浸は、Ｃ／Ｃ複合材料の残留孔、すなわち、複合材料の炭素マトリッ
クスの作成段階後に開放されたままの孔における液体金属の溶浸によって、およ
び、溶浸された金属の固体化によって得ることができる。溶浸は、孔における液
体金属の良好な溶浸を保証するために、一般的に高い圧力において（典型的には
２０から２００バール）オートクレーブで行われる。

【００５２】 磨耗バンドのＣ／Ｃ複合材料は、任意の金属での含浸の後、必要ならば、（特
に、重合の後にその力学的特性を増加させることを可能にする）ポリマーまたは
（特に、撥水性にするまたは摩擦を制限することを可能にするピッチ、ビチュー
メンまたは油などの）有機化合物などの流体の仕上げ剤に含浸させることができ
る。仕上げ剤は、残留孔の全体または部分を充填する。

【００５３】 本発明による摩擦帯（１）は、摩擦接触装置にバンドを固定することを可能に
する固定手段（６）を備えた支え（４）を含むことができる。本発明による磨耗
バンド（２）の力学的特性から、摩擦帯（１）は、自己支持型である、つまり、
補強支え（４）を含まないことで、集電装置が簡易化され、軽量化される。パン
タグラフの場合、本発明による摩擦帯は、パンタグラフ（９）に直接固定するこ
とができ、もしくは図５が示すように、固定ピン（７）、ビスまたはねじ（８）
などの固定手段（７、８、１１）によってパンタグラフ（９）に固定することが
できる。図５ｂに示されているように、固定手段は、磨耗バンド（２）を協働さ
せることを可能にする鳩尾型のはめ込み（１１）および固定ピン（７）を含むこ
とができる。

【００５４】 本発明による摩擦帯（１）は、磨耗バンドの損傷および／または磨耗を検知す
る手段（３）を含むことができる。それはまた、磨耗バンド（２）にはめ込まれ
た電気ケーブル（５）または金属脚（６）などの、電気接続手段（５、６）も含
むことができる。

【００５５】 本発明による摩擦帯は、パンタグラフ、トロリーのポール、第３レールの集電
靴および工業集電靴などの、摩擦接触装置において有利になるように用いられる
。

【００５６】 比較実験 本発明による、銅に含浸されたまたはされていないＣ／Ｃ複合材料の複数の摩
擦帯が製造され、それらの特性を、先行技術の銅に含浸された黒鉛の摩擦帯と比
較するために試験が行われた。

【００５７】 表１は、グループごとに、これらの比較実験のために製造された、本発明によ
る摩擦帯の構造および圧縮方法を示す。

【００５８】 構成Ａ１は、ランダムなタイプの基質を形成する、互いに重なり合わされてニ
ードルパンチングされた炭素繊維の柱に対応し、繊維の体積率は１６％である。
構成Ａ２は、互いに重なり合わされて圧縮された、前もって含浸された連続炭素
繊維の組織に対応し、繊維の体積率は４０％である。構成Ａ３は、互いに重なり
合わされてニードルパンチングされた連続する炭素繊維の組織に対応し、繊維の
体積率は１５％である。構成Ａ４は、切断されてほどかれ、互いに重なり合わさ
れてニードルパンチングされた連続する炭素繊維の組織に対応し、繊維の体積率
は１５％である。

【００５９】 圧縮方法Ｄ１は、液体のみの方法に対応する。方法Ｄ２は、気体のみの方法に
よる圧縮に対応する。方法Ｄ３は、液体での圧縮に続く、気体での圧縮方法に対
応する。

【００６０】

【表１】

【００６１】 摩擦帯のそれぞれのグループは、銅の含浸の前に、ある度数の圧縮（含浸前に
存在する残留孔によって特徴づけられる）および黒鉛化（圧縮後の熱処理の温度
によって特徴づけられる）を受けた１つまたは複数のバンドに対応する。グルー
プＥは、異なる度合いの圧縮および黒鉛化に対応する６本のバンドを含む。

【００６２】 金属に含浸されていないバンドＥ−５およびＥ−６を除いて、すべてのバンド
が銅に含浸された。銅の含浸は、試験されるすべてのバンドについて同じ方法に
よって実現された、つまり：１２００℃の温度まで真空でバンドを加熱、続いて
、液体の銅の浴に液浸（含浸浴の表面にあてられた１４０バールの圧力下で）、
次に、浴からのバンドの取り出しおよび１００バールの窒素の圧力下でバンドを
冷却。

【００６３】 表２は、各グループについてのこれらの製造パラメータの値を示す。

【００６４】

【表２】

【００６５】 本発明による帯は、次の条件における摩擦試験にかけられた：支持力５．６ｄ
ａＮ、強度２００Ａ／ｃｍ（延べｃｍ）および速度１５ｋｍ／ｈ、このように、
約３００ｋｍ／ｈでカテナリーの掃引をシミュレートする。バンドのほぼ３Ｄの
テクスチャーの平面は、カテナリーに垂直に方向づけられていた。

【００６６】 表３は、試験にかけられた本発明による帯に関して得られた結果を示し、該結
果を、ヨーロッパにおけるいくつかの鉄道網の車両で用いられている、先行技術
の代表的な、銅に含浸された黒鉛の摩擦帯から得られる典型的な値と比較する。
電気抵抗率は、４点方法によって測定された。

【００６７】 衝撃に対する抵抗の結果は、本発明による帯が、銅に含浸された、黒鉛をベー
スとする先行技術よりもはるかに脆さが低い、つまり、本発明による帯はどんな
に小さな破断のきっかけにも壊れることのないような、十分な耐衝撃性を有する
ことを示している。これらの試験の結果は同様に、銅によって含浸されたＣ／Ｃ
複合材料をベースとする物質が、銅に含浸された、黒鉛をベース（その使用は、
本質的に金属である帯のそれよりも徐々に好まれてきている）とする先行技術よ
りも低い磨耗率を有することも示している。

【００６８】

【表３】

【００６９】 停止での集電をシミュレートする試験（幅５０ｍｍのバンドにおける１４０Ａ
／延べｃｍの電流強度をあてる）によって、本発明によるＣ／Ｃ複合材料のバン
ドでは、先行技術の炭素を含むバンドよりもカテナリーの発熱が明らかに低いこ
とが示された。典型的には、本発明による帯では、測定された温度は、４０℃の
値で迅速に（半時間未満で）安定するが、一方で、先行技術の帯では、温度は絶
え間なく上昇し、１０分程度で１１０℃を超える値に達した。出願人はこの相違
を、複合材料内に絶えることなく広がる大きな繊維と繊維間の橋の存在に帰する
ものと認める。

【００７０】 高速度（約３００ｋｍ／ｈ）でのカテナリー掃引をシミュレートするシミュレ
ーション台における試験は、電流強度が非常に高い値に達するとき、本発明によ
るパンタグラフの劣化が、先行技術のパンタグラフよりも緩やかであることを示
した。典型的には、先行技術のパンタグラフの磨耗は、およそ１２から１６ｍｍ
／１００ｋｍであり、一方で、本発明によるＣ／Ｃ複合材料（金属に含浸されて
いない）での帯では、容易に約０．３ｍｍ／１００ｋｍと同等もしくはそれ以下
であり、本発明による銅に含浸されたＣ／Ｃ複合材料のバンドでは、およそ０．
１３ｍｍ／１００ｋｍであった。結果からの結論づけによると、熱分解炭素の付
着と１０％へ近づく残留多孔性によって強められた圧縮によって、ヴァージョン
Ｅは、したがって、寿命において優秀であり、金属への含浸へ頼ることを避ける
ことができる。

【００７１】 出願人は、前記２Ｄ層の間の橋によって得られるほぼ３Ｄのテクスチャーは、
２Ｄ層の間においては比較的ゆるく結合しているが、驚くべきことに、本質的に
３Ｄの特徴である物理的特性、ほぼ等方性である導電性および熱伝導性などを保
存しながら、剥離に対する優れた抵抗力を与えることを確認した。

【００７２】 出願人はまた、これらの結合は、例が示すように、非常に低い磨耗率を与える
含浸された金属網を生成するのに適した多孔性を導き出すことを確認した。典型
的には、含浸金属は、およそ１０から２０μｍの間の孔、そして、孔体積のおよ
そ３０％から４０％に入り、含浸後の残留孔体積は３０から３５％程度である。

【００７３】 出願人は同様に、驚くべきことに、とりわけ部分的圧縮が気体相での熱分解で
得られるとき（つまり、繊維の被覆が熱分解炭素ベースであるとき）、ＬＶの応
用においては本発明によるパンタグラフの金属含浸が必要とされないこともあり
得ることに気がついた。

【００７４】 発明の利点 本発明による摩擦帯は、利用コストを減少させることを可能にしたが、それは
とりわけ、１ｋｍあたりの磨耗が、２０またはそれ以上であるファクターによっ
て割り出されるためである。

【００７５】 本発明による摩擦帯はまた、含浸された黒鉛製の先行技術の帯よりも、壊れる
ことなく機械的衝撃を受ける能力があるので、利用においてより安全であるとい
う利点を有する。

【００７６】 さらに、本発明による摩擦帯は、先行技術のもろい黒鉛の製品を支えるために
必要な金属製の支えのサイズを減少させることによって、さらには、それを除去
することによって、パンタグラフにつけられる集電装置を簡易化して軽量化する
可能性を有する。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１０月２９日（２００１．１０．２９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ブリュノ，ジャン−ルイ フランス共和国，エフ−95150 タヴェル ニ，リュ テレー ドゥ ヴァンデ，１ Ｆターム(参考） 5H105 AA09 AA17 BA01 BA09 BB01 BB06 CC02 CC12 CC15 DD03 DD20 DD30

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磨耗バンド（２）を含み、該磨耗バンド（２）が、全体または
   部分に、繊維性基質および炭素マトリックスを含む炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材
   料を含むことを特徴とする、固定導体（１０）から停止または運動中の車両へ集
   電するための摩擦帯（１）。
2. 【請求項２】前記繊維性基質が、大きな寸法のくぼみの粗いテクスチャーを
   有する、つまり、好ましくはその断面が、少なくともおよそ０．１ｍｍ²である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の摩擦帯。
3. 【請求項３】前記炭素マトリックスが、少なくとも１つの熱分解炭素の付着
   物、つまり、蒸気相で付着された炭素を含む化合物の熱分解によって得られる付
   着物を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の摩擦帯。
4. 【請求項４】前記繊維性基質が、連続する炭素繊維の組織を含むことを特徴
   とする、請求項１から３のいずれか１つに記載の摩擦帯。
5. 【請求項５】前記Ｃ／Ｃ複合材料がテクスチャーであることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか１つに記載の摩擦帯。
6. 【請求項６】前記Ｃ／Ｃ複合材料が、３Ｄの組織から得られるような３Ｄの
   テクスチャーの形を呈することを特徴とする、請求項５に記載の摩擦帯。
7. 【請求項７】前記Ｃ／Ｃ複合材料が、２Ｄ平面の間に橋を持つ２Ｄの組織か
   ら、または、薄層の間に橋を持つ単一方向の薄層から得た、ほぼ３Ｄのテクスチ
   ャーの形を呈することを特徴とする、請求項５に記載の摩擦帯。
8. 【請求項８】前記繊維性基質が、前記の大きな寸法のくぼみを横断する、炭
   素を含む橋（２３）と、ほぼ平行な２Ｄの層（２１、２２）を含み、該２Ｄの層
   が大きな寸法のくぼみ（２４）を持った粗い、つまり、その断面が好ましくは少
   なくともおよそ０．１ｍｍ²に等しいテクスチャーを規定し、そして、前記マト
   リックスが、前記繊維性基質の炭素を含む被覆層（２１１、２２１、２３１）を
   少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項７に記載の摩擦帯。
9. 【請求項９】前記の橋が、ニードルパンチングによって得られることを特徴
   とする、請求項７または８に記載の摩擦帯。
10. 【請求項１０】前記の少なくとも１つの炭素を含む被覆層が、熱分解炭素の
    付着物であることを特徴とする、請求項８または９に記載の摩擦帯。
11. 【請求項１１】１つもしくは複数の炭素を含む被覆層の厚み全体が、２から
    １００μｍの間に含まれることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか１つ
    に記載の摩擦帯。
12. 【請求項１２】前記の橋が、１０から１００μｍの間に含まれる厚みを有す
    ることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか１つに記載の摩擦帯。
13. 【請求項１３】固定導体に対する前記３Ｄまたはほぼ３Ｄの構造が、好まし
    くは層であれ、薄層であれ、その構造の平面が固定導体に対して垂直になること
    を特徴とする、請求項６から１２のいずれか１つに記載の摩擦帯。
14. 【請求項１４】複合材料の残留多孔性が、およそ５から５０体積％、さらに
    好ましくは、およそ５から３５体積％の間に含まれることを特徴とする、請求項
    １から１３のいずれか１つに記載の摩擦帯。
15. 【請求項１５】複合材料が、黒鉛に近い晶子組織度をもつことを特徴とする
    、請求項１から１４のいずれか１つに記載の摩擦帯。
16. 【請求項１６】炭素マトリックスが、ピッチまたはフェノール樹脂などの炭
    素を多く含む液体の含浸と、続くコークス化の作業によって得られた少なくとも
    １つのコークス化した付着物を含むことを特徴とする、請求項１から１５のいず
    れか１つに記載の摩擦帯。
17. 【請求項１７】前記材料が、金属に含浸されることを特徴とする、請求項１
    から１６のいずれか１つに記載の摩擦帯。
18. 【請求項１８】前記金属が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、
    マグネシウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする、請求項１７に記
    載の摩擦帯。
19. 【請求項１９】Ｃ／Ｃ複合材料もまた、ポリマー、ピッチ、ビチューメンま
    たは油などの流体の仕上げ剤に含浸されることを特徴とする、請求項１から１８
    のいずれか１つに記載の摩擦帯。
20. 【請求項２０】固定手段（６）を備えた支え（４）を含むことを特徴とする
    、請求項１から１９のいずれか１つに記載の摩擦帯。
21. 【請求項２１】磨耗バンド（２）が自己支持型であること、つまり、摩擦帯
    （１）が補強支え（４）を含まないことを特徴とする、請求項１から２０のいず
    れか１つに記載の摩擦帯。
22. 【請求項２２】請求項１から２１のいずれか１つに記載の摩擦帯（１）を少
    なくとも１つ含む摩擦接触装置。
23. 【請求項２３】パンタグラフ、トロリーのポール、第３レールの集電靴およ
    び工業集電靴を含むグループから選択されることを特徴とする、請求項２２に記
    載の装置。