JP2014136899A - 摺動板および分岐器用床板 - Google Patents

Abstract

【課題】、厚さおよび性能の調整が容易な摺動板およびこの摺動板を用いた分岐器用床板を提供する。
【解決手段】摺動板３は、鋼板等からなるバック材３１と、バック材３１上に配置されたパンチングメタル３２と、パンチングメタル３２を覆うようにバック材３１の上面３１０上に形成された金属粉末焼結層３３と、を備える。金属粉末焼結層３３は、焼結用合金粉末を焼結・圧延することにより形成され、加熱溶融によって潤滑性樹脂が含浸されている。パンチングメタル３２の金属部分３２１の上に形成される金属粉末焼結層３３は、高圧にて圧縮されるため、焼結密度が高く、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性に優れる。一方、パンチングメタル３２の空間部分３２２に形成される金属粉末焼結層３３は、低圧にて圧縮されるため、焼結密度が低く、潤滑性樹脂の含浸率が高くなり、潤滑性に優れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、摺動板に関し、特にトングレールの摺動支持に好適な摺動板およびこの摺動板を用いた自己潤滑型の分岐器用床板に関する。

特許文献１には、長期間に亘って安定した摺動性能を維持することができ、これにより保守点検作業の頻度を低減することが可能な分岐器用床板が開示されている。この分岐器用床板は、基本レールを載置して固定するための基板と、基板に固定され、トングレールを載置して摺動可能に支持するための摺動板と、を備えている。

摺動板は、複数の凹凸部が形成された上面を有する鋼板であるバック材と、バック材の上面に形成された金属粉末焼結層と、を備えている。ここで、金属粉末焼結層は、つぎのようにバック材の上面に形成される。すなわち、焼結用合金の粉末をバック材の上面に散布して焼結した後、圧延する。その後、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＩ（ポリイミド）等の、耐候性に優れた潤滑性樹脂を加熱溶融させて金属粉末焼結層に溶かし込む。

バック材の上面の凸部上に形成される金属粉末焼結層は、高圧にて圧縮されるため、焼結密度が高く、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性に優れる。一方、バック材の上面の凹部上に形成される金属粉末焼結層は、凸部上の金属粉末焼結層よりも低圧にて圧縮されるため、焼結密度が低く、潤滑性樹脂の含浸率が高くなり、潤滑性に優れる。

特開平９−２２１７０１号公報

ところで、特許文献１に記載の分岐器用床板において、摺動板のバック材には、通常、縞鋼板が用いられる。縞鋼板は複数のメーカから既製品が販売されているが、縞鋼板の既製品は板厚の種類が少ない。このため、摺動板を作製する場合、縞鋼板の既製品のなかから、作製する摺動板の厚さに応じた板厚の縞鋼鈑を調達することが困難なことが多く、作製する摺動板の厚さに応じて金属粉末焼結層の厚さ側を調整する必要がある。したがって、作製する摺動板の厚さごとに、焼結条件、圧延条件等を変更する必要が生じ、摺動板の厚さの管理が煩雑になるという問題がある。

また、縞鋼板は、本来、床面、通路、階段等における滑り止め用途に用いられるものであるため、縞鋼板の既製品は縞模様の種類が少ない。このため、縞鋼板の既製品を用いて摺動板を作製する場合、縞鋼板上に形成される金属粉末焼結層の焼結密度の高い部分（耐衝撃性、耐荷重性および耐摩耗性に優れる部分）と、焼結密度の低い部分（潤滑性樹脂の含浸率が高く、潤滑性に優れる部分）との割合を柔軟に変更することができない。したがって、耐衝撃性、耐荷重性および耐摩耗性を重視するか、それとも潤滑性を重視するかといった性能の調整が困難であるという問題もある。

なお、所望の板厚および所望の縞模様を有する縞鋼板の特注品を使用することにより上述の問題を解消することはできるが、製造コストが大幅に増加してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、厚さおよび性能の調整が容易な摺動板、およびこの摺動板を用いた分岐器用床板を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の摺動板では、例えば鋼板等のバック材上にパンチングメタル、エキスパンドメタル等のメッシュ構造を有する金属板あるいは表面に凹凸が形成された金属板を補強部材として配置し、その上から焼結用合金粉末を散布して焼結・圧延することにより金属粉末焼結層を形成した。その後、潤滑性樹脂および潤滑油の少なくとも何れか一方を金属粉末焼結層に含浸させた。

例えば、本発明の摺動板は、
バック材と、
前記バック材の一方の面に配置されて、当該一方の面上に凹凸を形成する補強部材と、
前記補強部材によって前記バック材の一方の面上に形成された凹部を少なくとも被覆するように形成され、潤滑性樹脂および潤滑油の少なくとも何れか一方が含浸された金属粉末焼結層と、を備える。

また、本発明の分岐器用床板は、
一方の面に基本レールを載置して固定するための基板と、
前記基板に固定され、前記基本レールの一方の面側においてトングレールを摺動可能に支持するための上述の摺動板と、を備える。

本発明では、補強部材が配置されたバック材の上面側に、この補強部材によってバック材の上面に形成される凹凸の凹部を少なくとも覆う金属粉末焼結層を形成しており、この凹凸の凸部上に金属粉末焼結層が形成される場合、この金属粉末焼結層は、高圧にて圧縮されるため、焼結密度が高く、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性に優れる一方、この凹凸の凹部上に形成される金属粉末焼結層は、凸部上に形成される金属粉末焼結層に比べて低圧にて圧縮されるため、焼結密度が低く、潤滑性樹脂および潤滑油の少なくとも何れか一方の含浸率が高くなり、潤滑性に優れる。本発明では、バック材として、縞鋼板に比べて様々な板厚の既製品が存在する鋼板等を用いることによって、金属粉末焼結層の厚みを変えることなく様々な厚さの摺動板を実現可能としたため、摺動板の厚さの調整が容易になる。さらに、本発明では、特に、補強部材として、パンチングメタル、エキスパンドメタル等のメッシュ構造を有する金属板を用いることにより、メッシュの孔の形状および配列パターンを容易に変更することができるので、金属粉末焼結層の焼結密度の高い部分と焼結密度の低い部分との割合を柔軟に変更することが可能となり、摺動板の性能の調整が容易になる。

図１（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る分岐器用床板１の正面図であり、図１（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る分岐器用床板１の上面図である。 図２（Ａ）は、摺動板３の上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す摺動板３のＡ−Ａ断面図である。

以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１（Ａ）は、本実施の形態に係る分岐器用床板１の正面図であり、図１（Ｂ）は、本実施の形態に係る分岐器用床板１の上面図である。なお、これらの図には、分岐器用床板１上における基本レール４、トングレール５、およびレールプレス６の配置を容易に把握できるように、これらを点線で示している。

本実施の形態に係る分岐器用床板１は、鉄道の線路の分岐器の設置ポイントにおける自己潤滑型の床板として用いられる。図示するように、本実施の形態に係る分岐器用床板１は、一方の面（上面）２０に基本レール４を載置・固定するための基板２と、基板２の上面２０上に固定され、基板２の上面２０側においてトングレール５を摺動可能に載置・支持するための摺動板３と、を備えている。

基板２の上面２０には、長手方向Ｌに沿った一方の側面２２から他方の側面２３にいたる２本の溝（基本レール固定用溝２４、摺動板固定用溝２５）が並列して形成されている。基本レール固定用溝２４は、基本レール４の底部４１を収容する。摺動板固定用溝２５は、摺動板３の上面３０が基板２の上面２０から露出するように摺動板３を収容する。

また、基板２の上面２０には、基本レール固定用溝２４に対して、摺動板固定用溝２５が形成されている側の反対側に、基板２の一方の側面２２から他方の側面２３に向けて、基本レール固定用溝２４に対して斜めにレールプレス固定用溝２６が形成されている。加えて、基板２には、基板２の上面２０および他方の面（下面）２１を貫くボルト支持穴２７が形成されている。基本レール固定用溝２４の底面２４２上に載置された基本レール４の底部４１に、基本レール４に対して、トングレール５が載置されている側の反対側からレールプレス６を接触させながら、レールプレス６の鉤部６１をレールプレス固定用溝２６に係合させて、レールプレス固定用溝２６と基本レール固定用溝２４との間隔が狭くなる方向Ｄへレールプレス６をレールプレス固定用溝２６に沿ってスライドさせると、レールプレス６が、基本レール４に対して、トングレール５が載置されている側の反対側から基本レール４の腹部４２を支持するとともに、くさび作用により、基本レール４の底部４１を基本レール固定用溝２４の一方の側面（摺動板固定用溝２５側の側面）２４１に押圧する。これにより、基本レール４の転倒防止が図られる。この状態で、ボルト支持穴２７を用いてレールプレス６を基板２にボルト締めすることにより、基本レール４が基板２に強固に固定される。

また、基板２の幅方向両端部２８には、基板２の上面２０から下面２１に向けて、分岐器用床板１を設置ポイントに固定するためのボルト穴２９が複数形成されている。

摺動板３は、基板２の長さＷ１より狭い長さＷ２を有し、このため、摺動板３を基板２の摺動板固定用溝２５に収容した場合に、基板２の両側面２２、２３側に摺動板固定用溝２５の底面２５１が一部露出する。この露出部分を用いて、摺動板３は、すみ肉溶接により基板２に固定される。

図２（Ａ）は、摺動板３の上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す摺動板３のＡ−Ａ断面図である。

図示するように、摺動板３は、積層構造を有しており、例えば鋼板等からなるバック材３１と、バック材３１上に配置されたパンチングメタル３２と、パンチングメタル３２を覆うようにバック材３１の上面３１０側上に形成された金属粉末焼結層３３と、を備えている。

バック材３１には、板厚ｔ１の種類が豊富に揃っている金属板、例えば既製品の鋼板が用いられる。このような鋼板としてＳＰＨＣ（熱間圧延軟鋼板ＪＩＳ Ｇ３１３１）等がある。

パンチングメタル３２は、金属板を専用パンチプレス機で打ち抜くことにより作製されたメッシュ構造を有する金属板である。パンチングメタル３２は、このパンチングメタル３２をバック材３１上に配置することで形成される凹凸の凹部を少なくとも覆う金属粉末焼結層３３とバック材３１との接合により、バック材３１上に十分に保持される。なお、図２には、複数のひし形状が一様な配列で打ち抜かれたパンチングメタル３２を用いた例を示しているが、後述の金属粉末焼結層３３における高焼結密度領域（耐衝撃性、耐荷重性および耐摩耗性に優れる部分）と低焼結密度領域（潤滑性樹脂の含浸率が高く、潤滑性に優れる部分）との割合に応じた開孔率のパンチングメタル３２であれば、孔の形状、サイズおよび配列パターンは、図２に示したものに限定されない。例えば、孔は円形状であってもよいし、異なるサイズの孔が形成されていてもよい。また、領域ごとに開孔率が異なるように複数の孔が配列していてもよい。

金属粉末焼結層３３は、焼結用合金粉末に黒鉛、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）等の固体潤滑剤が配合された混合粉末を焼結することにより形成されている。ここで、混合粉末には、銅、錫および固体潤滑剤等から構成された青銅系の材料を含め、様々な構成材料が使用可能である。特に、錫４〜１０重量％、ニッケル１０〜４０重量％、リン０．１〜４重量％、黒鉛３〜１０重量％、および残部銅からなる混合粉末は、最も良好な摺動性能を呈する金属粉末焼結層３３を実現できる。

金属粉末焼結層３３には、耐候性に優れた潤滑性樹脂が含浸されている。このような潤滑性樹脂として、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＰＡＩ、ＰＩ、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）等がある。なお、潤滑性樹脂にも、黒鉛、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を分散配合してもよい。

上記構成の摺動板３はつぎのように作製される。まず、バック材３１およびパンチングメタル３２のそれぞれにレベラー加工を施すことにより、バック材３１およびパンチングメタル３２を平坦化する。つぎに、パンチングメタル３２をバック材３１上に配置し、パンチングメタル３２の上面３１０側に上述の混合粉末を所定の厚さで散布し、一次焼結して、金属粉末焼結層３３の中間体を形成する。つぎに、金属粉末焼結層３３の中間体およびパンチングメタル３２を備えたバック材３１を圧延する。このとき、金属粉末焼結層３３の中間体にクラック等の不具合が発生する可能性があるため、この金属粉末焼結層３３の中間体をさらに二次焼結することにより、クラック等の不具合をなくすとともに、使用時の外力等によりクラック等の不具合が発生し難い所望の強度を有し、かつバック材３１と補強部材であるパンチングメタル３２とを強固に接合する所望の接合強度を有し、さらに耐摩耗性等に優れた所望の硬さを有する金属粉末焼結層３３の完成体を形成する。つぎに、金属粉末焼結層３３の完成体およびパンチングメタル３２を備えたバック材３１を圧延し、その後、金属粉末焼結層３３の完成体にレベラー加工を施すことにより金属粉末焼結層３３の完成体の厚さｔ２を均一に整える。それから、上述の潤滑性樹脂を加熱溶融して、金属粉末焼結層３３の完成体に含浸することにより、所望の摺動性能を有する摺動板３を作製する。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態において、パンチングメタル３２の金属部分３２１の上に形成される金属粉末焼結層３３は、圧延およびレベラー加工により高圧にて圧縮されるため、焼結密度が高く、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性に優れる（高焼結密度領域）。一方、パンチングメタル３２の孔（空隙部）３２２に形成される金属粉末焼結層３３は、圧延およびレベラー加工により、パンチングメタル３２の金属部分３２１の上に形成される金属粉末焼結層３３よりも低圧にて圧縮されるため、焼結密度が低く、潤滑性樹脂の含浸率が高くなり、潤滑性に優れる（低焼結密度領域）。さらに、金属粉末焼結層３３は、黒鉛等の固体潤滑剤を分散含有する。このように、金属粉末焼結層３３に、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性に優れる高焼結密度領域と、潤滑性に優れる低焼結密度領域とが混在しているため、列車通過時にトングレール５に加わる衝撃荷重に対して塑性変形等を生じることなく、長期間に亘り安定してトングレール５を摺動可能に支持することができる。

ここで、本実施の形態では、バック材３１として、縞鋼板に比べて様々な板厚ｔ１の既製品が存在する鋼板を用いることができるため、金属粉末焼結層３３の厚さｔ２を変えることなく、作製する摺動板３の厚さに応じた板厚ｔ１の鋼板をバック材３１として用いることができる。このため、焼結条件、圧延条件等の製造条件を変更することなく様々な厚さの摺動板３を実現でき、摺動板３の厚さの調整が容易になる。

また、本実施の形態では、バック材３１上に配置されたパンチングメタル３２により金属粉末焼結層３３の高焼結密度領域および低焼結密度領域を形成している。このパンチングメタル３２の孔（空隙部）３２２の形状、サイズおよび配列パターンを変更することにより、金属粉末焼結層３３の高焼結密度領域と低焼結密度領域との割合を柔軟に変更することが可能となり、摺動板３の性能の調整が容易になる。例えば、孔の形状、サイズおよび配列パターンを異なる複数種類のパンチングメタル３２を準備しておけば、使用するパンチングメタル３２を、形成する金属粉末焼結層３３の高焼結密度領域と低焼結密度領域との割合に応じた開孔率のパンチングメタル３２に交換するだけで、共通のバック材３１を用いて、所望の性能の摺動板３を実現することができる。

また、本実施の形態によれば、パンチングメタル３２の素材を変更することにより摺動板３の性能を調整することもできる。例えば、パンチングメタル３２の素材として、ＳＳ４００（一般構造用圧延鋼板ＪＩＳ Ｇ３１０１）等の鋼板を用いることにより、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性重視の摺動板３を作製することができ、青銅合金系の金属板を用いることにより潤滑性重視の摺動板３を作製することができる。

したがって、本実施の形態によれば、厚さおよび性能の調整が容易な摺動板３、および摺動板３を用いた分岐器用床板１を提供できる。

なお、上記実施の形態の摺動板３では、パンチングメタル３２の全面を金属粉末焼結層３３で被覆しているが、本発明はこれに限定されない。金属粉末焼結層３３は、パンチングメタル３２の少なくとも一部を被覆していればよく、例えばパンチングメタル３２の金属部分３２１の表面が金属粉末焼結層３３の表面と面一状態にて露出していてもよい。パンチメタル３２の金属部分３２１の表面を金属粉末焼結層３３の表面から面一状態にて露出させることにより、耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性をより重視した摺動板３を作製することができる。

また、上記実施の形態の摺動板３では、金属粉末焼結層３３に潤滑性樹脂を含浸させているが、潤滑性樹脂の代わりに、あるいは潤滑性樹脂とともに、潤滑油を金属粉末焼結層３３に含浸させてもよい。

また、上記実施の形態の摺動板３では、バック材３１上にパンチングメタル３２を配置し、その上から焼結用合金粉末に固体潤滑剤が配合された混合粉末を散布して焼結・圧延することにより金属粉末焼結層３３を形成しているが、本発明はこれに限定されない。バック材３１上に固体潤滑剤を含まない焼結用合金粉末を散布してその上にパンチングメタル３２を配置し、その上から焼結用合金粉末に固体潤滑剤が配合された混合粉末を散布して焼結・圧延することにより金属粉末焼結層３３を形成してもよい。このようにすることにより、バック材３１とパンチングメタル３２と金属粉末焼結層３３との接合をより強固にすることが可能である。

また、上記実施の形態の摺動板３では、バック材３１上にパンチングメタル３２を配置しているが、本発明はこれに限定されない。本発明は、バック材３１の上面３１０側に凹凸を形成することのできる補強部材をバック材３１上に配置したものであればよい。例えば、パンチングメタル３２に代えてエキスパンドメタル等のその他のメッシュ構造を有する金属板を配置することにより、金属粉末焼結層３３の高焼結密度領域および低焼結密度領域を形成するようにしてもよい。ここで、エキスパンドメタルとは、網目が継ぎ目を持たない一体型のメッシュ構造を有する金属板である。

なお、バック材３１上に配置するメッシュ構造を有する金属板の孔の形状、サイズあるいは配列パターンを、バック材３１上の配置位置に応じて変更するようにしてもよい。あるいは、孔の形状、サイズあるいは配列パターンの異なる複数種類のメッシュ構造を有する金属板を、バック材３１上の配置位置に応じて使い分けることにより、摺動板３に求められる性能に応じて金属粉末焼結層３３の高焼結密度領域と低焼結密度領域との割合を部分的に変化させるようにしてもよい。このようにすることにより、例えば中央部は潤滑性重視、縁部は耐衝撃性、耐荷重性、耐摩耗性重視というように、各部位に求められる性能に応じて、部位ごとに性能の異なる摺動板３を実現できる。

また、バック材３１上に配置する、バック材３１の上面３１０側に凹凸を形成するための補強部材として、表面に凹凸が形成された金属板（凹部が貫通していない形状）を用いてもよい。この場合、補強部材とバック材３１の接触面積、および補強部材と金属粉末焼結層３３との接触面積を増加させることができるので、補強部材としてパンチングメタル、エキスパンドメタル等のメッシュ構造を有する金属板を用いた場合に比べて、バック材３１、補強部材および金属粉末焼結層３３それぞれの接合強度を向上させることも可能である。なお、補強部材とバック材３１との接合方法には、補強部材およびバック材３１の少なくともいずれか一方に金属メッキ（銅メッキ、ニッケルメッキ、錫メッキ、黄銅メッキ等）を施して拡散接合させる方法、ろう付けにより接合させる方法、ビス止め等により機械的に接合させる方法等が考えられる。

また、バック材３１および補強部材の少なくとも何れか一方に、金属粉末焼結層３３と同金属のめっきを施してもよい。このようにすることでバック材３１、補強部材および金属粉末焼結層３３それぞれの接合強度をより強固にすることが可能となる。例えば、金属粉末焼結層３３に青銅系の焼結用合金粉末を用いた場合、銅めっきを施すことでより高い接合強度が得られる。

また、上記実施の形態の摺動板３では、固体潤滑剤が分散した金属粉末焼結層３３を用いているが、必ずしも固体潤滑剤を分散させる必要はなく、焼結用合金粉末のみから構成される金属粉末焼結層を用いてもよい。

また、上記実施の形態では、摺動板３を分岐器用床板１に用いた場合を例にとり説明したが、摺動板３は滑り軸受等の様々な摺動用途に利用することができる。

１：分岐器用床板、 ２：基板、 ３：摺動板、 ４：基本レール、 ５：トングレール、 ６：レールプレス、 ２０：基板の上面、 ２１：基板の下面、 ２２：基板の長手方向に沿った一方の側面、 ２３：基板の長手方向に沿った他方の側面、 ２４：基本レール固定用溝、 ２５：摺動板固定用溝、 ２６：レールプレス固定用溝、 ２７：ボルト支持穴、 ２８：基板の両端部、 ２９：ボルト穴、 ３０：摺動板の上面、 ３１：バック材、 ３２：パンチングメタル、 ３３：金属粉末焼結層、 ４１：基本レール４の底部、 ４２：基本レールの腹部、 ６１：レールプレスの鉤部、 ２４１：基本レール固定用溝の側面、 ２４２：基本レール固定用溝の底面、 ２５１：摺動板固定用溝の底面、 ３１０：バック材の上面、 ３２１：パンチングメタルの金属部分、 ３２２：パンチングメタルの空間部分

Claims (8)

1. バック材と、
   前記バック材の一方の面側に配置されて、当該一方の面上に凹凸を形成する補強部材と、
   前記補強部材によって前記バック材の一方の面側上に形成された凹部を少なくとも被覆するように形成され、潤滑性樹脂あるいは潤滑油が含浸された金属粉末焼結層と、を備える
   ことを特徴とする摺動板。
2. 請求項１に記載の摺動板であって、
   前記補強部材は、メッシュ構造を有する金属板である
   ことを特徴とする摺動板。
3. 請求項２に記載の摺動板であって、
   前記メッシュ構造を有する金属板は、エキスパンドメタルおよびパンチングメタルのいずれかである
   ことを特徴とする摺動板。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の摺動板であって、
   前記金属粉末焼結層には、固体潤滑剤が分散されている
   ことを特徴とする摺動板。
5. 請求項４に記載の摺動板であって、
   前記金属粉末焼結層の、前記バック材の一方の面側と、前記メッシュ構造を有する金属板の前記バック材と対面する面側との間に介在する部分には、固体潤滑剤が分散されていない
   ことを特徴とする摺動板。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の摺動板であって、
   前記潤滑性樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエチレンおよびポリプロピレンのいずれかである
   ことを特徴とする摺動板。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の摺動板であって、
   前記潤滑性樹脂には、固体潤滑剤が分散されている
   ことを特徴とする摺動板。
8. 一方の面に基本レールを載置して固定するための基板と、
   前記基板に固定され、前記基板の一方の面側においてトングレールを摺動可能に支持するための請求項１ないし７のいずれか一項に記載の摺動板と、を備える
   ことを特徴とする分岐器用床板。

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