JP2531325B2 - 銅合金トロリ線 - Google Patents

銅合金トロリ線

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JP2531325B2 JP4143201A JP14320192A JP2531325B2 JP 2531325 B2 JP2531325 B2 JP 2531325B2 JP 4143201 A JP4143201 A JP 4143201A JP 14320192 A JP14320192 A JP 14320192A JP 2531325 B2 JP2531325 B2 JP 2531325B2
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淳 菅原
需夫 後藤
卓郎 岩村
晴彦 浅尾
豊 古柴
健児 矢島
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、高速電気鉄道におけ
る電車線のトロリ線に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、電気鉄道における電車線のトロ
リ線としては純銅またはSn:0.3重量%含有の銅合
金線材が用いられていた。
【0003】しかしながら、新幹線に見られるように、
近年、新しく製造される電気車はますます高速化する傾
向にあり、それに伴ってトロリ線の架線張力を大きくす
る必要があり、一層の高張力を有するトロリ線が求めら
れている。
【0004】上記高張力トロリ線は現在でも提案されて
おり、例えば、特開平3−56632号公報および特開
平3−56633号公報には重量%で、Zr:0.00
1〜0.35%とCr:0.01〜1.2%を含み、さ
らに必要に応じて、Mg:0.3%以下、Zn:1.5
%以下、Ag:0.2%以下、Cd:0.5%以下の内
の1種または2種以上を合計で1.5%以下を含み、残
部:CuとSn:100ppm 以下、Si:50ppm 以
下、P:50ppm 以下、Fe:100ppm 以下、Ni:
100ppm 以下、Pb:20ppm 以下、As:20ppm
以下、Sb:20ppm 以下、Bi:20ppm 以下、S:
10ppm 以下に制限した不可避不純物からなる組成の銅
合金トロリ線が記載されている。
【0005】これら純銅または銅合金トロリ線は、まず
純銅または所定の成分組成を有する銅合金鋳塊を製造
し、この鋳塊を熱間圧延または熱間押出しにより大径短
尺の純銅または銅合金粗圧延コイルを作製し、この大径
短尺の純銅または銅合金粗圧延コイルを圧接接合したの
ち所定の寸法に線引き加工することにより製造されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平3
−56632号公報および特開平3−56633号公報
記載のトロリ線は、耐集電摺動摩耗性および引張り強さ
が十分に満足できるものではなく、さらに圧接性が悪い
ところから引抜き加工時に圧接部およびその近傍に破断
を生じることがあるだけでなく、さらに圧接部の引張り
強さが低いと架線状態にあるトロリ線が圧接部で切断す
ることがあり、事故の原因となることがあった。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
圧接性に優れた成分組成の銅合金からなり、耐集電摺動
摩耗性および引張り強さが従来よりも一層すぐれた銅合
金トロリ線を得るべく研究を行った結果、Cr:0.3
1〜0.8%、Zr:0.01〜0.25%、Si:
0.01〜0.1%を含有し、さらに必要に応じてM
g:0.001〜0.05%を含む銅合金において、酸
素含有量を10ppm 以下に制限すると、従来よりも一層
耐集電摺動摩耗性および引張り強さが向上し、さらに圧
接性も改善されるという知見を得たのである。
【0008】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、重量%で、Cr:0.31〜0.8
%、Zr:0.01〜0.25%、Si:0.01〜
0.1%、酸素:10ppm 以下を含有し、さらに必要に
応じてMg:0.001〜0.05%を含有し、残りが
Cuおよび不可避不純物からなる組成の銅合金トロリ線
に特徴を有するものである。
【0009】この発明の銅合金トロリ線を製造するに
は、通常の無酸素銅を溶解して得られた溶銅に、黒鉛ノ
ズルを通して還元性ガスを吹込み、上記還元性ガスを吹
込む途中で一時的に酸化銅を添加し、さらに続けて還元
性ガスを吹込むことにより酸素:0.5ppm 以下の極低
酸素銅溶湯を作製し、この極低酸素銅溶湯に所定量のC
rを添加し、さらに所定量のZr,SiおよびMgを添
加したのち鋳造して円柱または角柱状の鋳塊を製造す
る。
【0010】この鋳塊を好ましくは還元性雰囲気下で8
50℃〜1050℃に加熱し、熱間加工して粗線を製造
し、この粗線を熱間圧接または冷間圧接したのち、80
0〜1050℃、0.1〜2時間保持後急冷の溶体化処
理を施し、さらに冷間加工することにより所定の断面寸
法のトロリ線を作製する。
【0011】つぎに、この発明のトロリ線を構成する銅
合金の成分組成を上記の如く限定した理由について説明
する。
【0012】(a) Cr,Zr CrおよびZrは共にCu素地中に分散粒子として存在
することにより耐摩耗性を向上せしめ、さらに耐熱強度
の向上をもたらす成分であるが、Cr含有量が0.8%
を越え、Zr含有量が0.25%を越えて含有すると上
記分散粒子が大きくなって加工後の仕上り線の圧接部強
度が低下し、アーク発生率が高くなり、耐集電摺動摩耗
性が低下し、一方、Cr含有量が0.31%未満、Zr
含有量が0.01%未満では所望の効果が得られない。
したがって、Cr:0.31〜0.8%、Zr:0.0
1〜0.25%の範囲となるようにそれぞれ定めた。
【0013】(b) Si Siは圧接強度を向上させ、さらに摺動摩耗特性を向上
させる作用があるが、その含有量が0.01%未満では
所望の効果が得られず、一方、Siを0.1%を越えて
含有させると導電率が低下するために、Siの含有量は
0.01〜0.1%に定めた。
【0014】(c) Mg MgもSiと同様に、摺動摩耗特性を向上させる作用を
有するが、その含有量が0.001%未満では所望の効
果が得られず、一方、Mgを0.05%を越えて含有す
ると集電板とのなじみが悪くなるところから、その含有
量を0.001〜0.05%に定めた。
【0015】(d) 酸素 酸素は、10ppm を越えて含有すると、Cr,Zr,S
i,Mgと酸化物を主体とした晶出物を形成し、その大
きさが2μm以上になりやすく、2μm以上の晶出物が
トロリ線素地中に残存すると圧接後の接合部およびその
近傍の強度が低下し、アーク発生率が高くなり、トロリ
線の損傷が激しくなることから、酸素含有量は10ppm
以下に定めた。
【0016】
【実施例】原料として酸素含有量:20ppm の電気銅を
用意し、この電気銅を黒鉛るつぼに装入し、Arガス雰
囲気中にて溶解し、溶銅温度が1200℃になった時点
で約10l/分の流量のCOガスを黒鉛ノズルを通して
吹込み、10分間続けて吹込んだのち、上記黒鉛ノズル
を通してCu2 O粉末を1000g瞬間的に吹込み、さ
らに上記COガスを10分間続けて吹込むことによりO
2 :0.5ppm 以下の極低酸素銅溶湯を作製し、この溶
湯中にCrを添加し、さらにZr,SiおよびMgを添
加攪拌し、ついで得られた銅合金溶湯を金型に鋳込んで
直径:250mm、長さ:3mの寸法を有する円柱状銅合
金鋳塊を得た。
【0017】この円柱状銅合金鋳塊をCOガス雰囲気
中、温度:900℃、1時間保持の条件で加熱し、直
径:25mm、長さ:300mの粗圧延線を製造し、この
粗圧延線を熱間圧接して長尺の熱間粗圧延線とし、つい
でCOガス雰囲気中、温度:950℃、1時間保持した
のち水冷の溶体化処理を施した。
【0018】かかる溶体化処理を施した直径:25mmの
粗圧延線の表面酸化物を除去し、冷間引抜き加工を8回
繰返して最終的に直径:12mmの線材を作製し、このよ
うにして得られた銅合金線材を、さらに光揮焼鈍炉に装
入し、450℃に1.5時間保持の時効析出処理を施
し、表1に示される成分組成の本発明トロリ線1〜4、
比較トロリ線1〜7および従来トロリ線を製造した。
【0019】これらトロリ線について、JIS E 2
101に示される方法で圧接部以外の部分の引張り強さ
および圧接部における引張り強さを測定し、圧接部の強
度については、圧接部以外の部分の引張り強さに対して
95%以上の引張り強さを確保されているものをA、8
5%以上〜95%未満確保されているものをB、85%
未満のものをCと判定し、その結果を表2に示した。さ
らにJIS C 3001に準拠した四端子法により測
定長:1mで導電率を測定し、さらに下記の図1に示さ
れる装置を用いて集電摺動摩耗特性を測定した。
【0020】図1は、集電摺動摩耗特性を測定するため
の装置の概略図であり、図1において1は回転体、2は
トロリ線、3は集電板(すり板)、4は離線率計であ
る。
【0021】図1のトロリ線2に示されるように、本発
明トロリ線1〜4、比較トロリ線1〜7および従来トロ
リ線を直径:50cmの回転体1に巻付け、一方、パンタ
グラフ用鉄系すり板(M−39、商品名)からなる集電
板3を上記トロリ線に押付力:2kgf で押付け、集電板
3に20A,100Vの直流を流しながら、上記回転体
1を周速度:15km/時で60分間回転し、集電板摩耗
率、トロリ線断面積摩耗率およびアーク発生率などの集
電摺動摩耗特性を測定し、この測定値を表2に示した。
上記集電板摩耗率は、集電板の重量減を回転体の回転数
を距離に換算した値で除することにより求め、トロリ線
断面積摩耗率は試験後トロリ線の径をマイクロメーター
で正確に計り、その減少量を回転数で除することにより
求めた。さらにアーク発生時に10〜20Vの電位差が
生じるので電位差が6V以上50V以下の場合をアーク
発生として、集電摩耗試験時、2分毎に10秒間この電
位差を離線率計により測定し、これを連続的にチャート
に記録し、アーク発生時間を求め、この10秒間に対す
るアーク発生時間の百分率をアーク発生率として求め
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】表1および表2に示される結果から、本
発明トロリ線1〜4は、従来トロリ線に比較していずれ
も引張り強さおよび耐集電摺動摩耗特性が優れた特性を
有し、製造コストも下げうることが理解できる。
【0025】しかし、組成がこの発明の範囲から外れた
組成を有する比較トロリ線1〜7は、引張り強さ、圧接
部強度あるいは導電率など少なくとも1つのトロリ線と
しては好ましくない特性が現われていることがわかる。
【0026】上述のように、電気車の高速化に伴ってト
ロリ線の架線張力を大きくし、トロリ線の損傷および摩
耗が激しくなるためにトロリ線の交換など保守点検回数
が増加しているが、この発明のトロリ線を用いることに
より保守点検回数を減らすことができ、優れた効果をも
たらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】集電摺動特性を測定するための装置の概略図で
ある。
【符号の説明】
1 回転体 2 トロリ線 3 集電板 4 離線率計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 需夫 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 三菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 岩村 卓郎 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 三菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 浅尾 晴彦 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 三菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 古柴 豊 東京都千代田区大手町一丁目6番1号 三菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 矢島 健児 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平2−232327(JP,A) 特開 昭63−149344(JP,A) 特開 平3−56632(JP,A) 特開 平3−56633(JP,A) 特開 昭59−193233(JP,A) 特公 昭63−28971(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Cr:0.31〜0.8%、
    Zr:0.01〜0.25%、Si:0.01〜0.1
    %、酸素:10ppm 以下を含有し、残りがCuおよび不
    可避不純物からなる組成の銅合金からなることを特徴と
    する銅合金トロリ線。
  2. 【請求項2】 重量%で、Cr:0.31〜0.8%、
    Zr:0.01〜0.25%、Si:0.01〜0.1
    %、Mg:0.001〜0.05%、酸素:10ppm 以
    下を含有し、残りがCuおよび不可避不純物からなる組
    成の銅合金からなることを特徴とする銅合金トロリ線。
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