JP2617836B2 - 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 - Google Patents
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Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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およびこの材料組成
物を用いたパンタグラフすり板に関する。
すパンタグラフすり板用材料組成物およびこの材料組成
物を用いたパンタグラフすり板に関する。
【０００２】鉄道のパンタグラフすり板は、トロリー線
とパンタグラフすり板との接触部分で通電時において摺
動による摩擦が生じるので、この通電時の摺動摩擦に耐
えるために、パンタグラフすり板の材料には、耐磨耗性
を示す材料が使用されている。その材料には、在来線で
は銅を主成分とした銅系焼結合金が、新幹線では、鉄を
主成分とした鉄系焼結合金および銅を主成分とした銅系
焼結合金が用いられていた。その焼結合金の製造には、
鉄または銅を主成分とした金属粉を混合し、圧縮成形し
て圧粉体とし、これを焼結し、再加工またはサイジング
等を施して製品としていた。
とパンタグラフすり板との接触部分で通電時において摺
動による摩擦が生じるので、この通電時の摺動摩擦に耐
えるために、パンタグラフすり板の材料には、耐磨耗性
を示す材料が使用されている。その材料には、在来線で
は銅を主成分とした銅系焼結合金が、新幹線では、鉄を
主成分とした鉄系焼結合金および銅を主成分とした銅系
焼結合金が用いられていた。その焼結合金の製造には、
鉄または銅を主成分とした金属粉を混合し、圧縮成形し
て圧粉体とし、これを焼結し、再加工またはサイジング
等を施して製品としていた。
【０００３】従来の例えば焼結合金を用いた新幹線のパ
ンタグラフすり板の種類と成分を次の表１に示す。
ンタグラフすり板の種類と成分を次の表１に示す。
【０００４】
【表１】
【０００５】表１からわかるように、鉄系焼結合金から
なるパンタグラフすり板には鉛が１７〜２７重量％含ま
れており、また、銅系焼結合金ではクロムが１０〜１３
重量％含まれていた。
なるパンタグラフすり板には鉛が１７〜２７重量％含ま
れており、また、銅系焼結合金ではクロムが１０〜１３
重量％含まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】近年、車両の高速化が
進められており、また、車両当りのパンタグラフの数の
削減が行なわれており、ますますパンタグラフすり板は
苛酷な条件のもとに使用されている。このために、パン
タグラフすり板とトロリー線との摩擦で擦り減る量も多
くなり、パンタグラフすり板の交換周期も短くなってき
ている。
進められており、また、車両当りのパンタグラフの数の
削減が行なわれており、ますますパンタグラフすり板は
苛酷な条件のもとに使用されている。このために、パン
タグラフすり板とトロリー線との摩擦で擦り減る量も多
くなり、パンタグラフすり板の交換周期も短くなってき
ている。
【０００７】鉄系焼結合金からなるパンタグラフすり板
は鉛を多く含み、また銅系焼結合金からなるパンタグラ
フすり板は、クロムを多く含むために、これらのパンタ
グラフすり板が使用中に磨耗するとこれらの成分が環境
へ排出されるので好ましくなかった。また、従来のパン
タグラフのすり板は、圧縮成形、焼結等を施して製造さ
れるために、鋳造等に比べ、その製造装置が大型であ
り、自由な形を製造するのが困難で、しかもコストが高
くついていた。
は鉛を多く含み、また銅系焼結合金からなるパンタグラ
フすり板は、クロムを多く含むために、これらのパンタ
グラフすり板が使用中に磨耗するとこれらの成分が環境
へ排出されるので好ましくなかった。また、従来のパン
タグラフのすり板は、圧縮成形、焼結等を施して製造さ
れるために、鋳造等に比べ、その製造装置が大型であ
り、自由な形を製造するのが困難で、しかもコストが高
くついていた。
【０００８】そこで、本発明は、従来のパンタグラフす
り板より磨耗が少なく、環境へ害を及ぼす鉛、クロム等
を用いずに製造でき、比較的簡単な装置で自由な形に製
造することができ、製造コストを従来のものよりも低く
できるパンタグラフすり板とするための通電磨耗材料を
提供することを目的とする。
り板より磨耗が少なく、環境へ害を及ぼす鉛、クロム等
を用いずに製造でき、比較的簡単な装置で自由な形に製
造することができ、製造コストを従来のものよりも低く
できるパンタグラフすり板とするための通電磨耗材料を
提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るために本発明は、鋳鉄を必須構成材料として含むこと
を特徴とする通電時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり
板用材料組成物とするものである。また、本発明は前記
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
物を用いてパンタグラフすり板とするものである。
るために本発明は、鋳鉄を必須構成材料として含むこと
を特徴とする通電時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり
板用材料組成物とするものである。また、本発明は前記
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
物を用いてパンタグラフすり板とするものである。
【００１０】鋳鉄のうち球状黒鉛鋳鉄は、鋳鉄の組織の
中に黒鉛が球状粒子となってほぼ均一に分散したもので
ある。本発明のパンタグラフすり板用材料組成物に使用
することができる球状黒鉛鋳鉄中の炭素原子は２．５〜
４．５重量％含まれる。また、該球状黒鉛鋳鉄中には、
黒鉛を球状に分散させるために少量成分としてＳｉ、Ｍ
ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ等が含まれる。本発明のパンタグラフ
すり板用材料組成物に使用することができる球状黒鉛鋳
鉄の製造方法は、一般の球状黒鉛鋳鉄の製造方法が適用
できる。例えば、原材料として、銑鉄、鋼屑、返り屑、
加炭剤および少量のＦｅ−７５％Ｓｉからなるフェロシ
リコン等のフェロアロイが使用される。これらの材料を
酸性キュポラ、塩基性キュポラ、アーク炉、誘導炉、高
周波炉等の炉により溶解する。例えば、原材料２０ｋｇ
容の高周波炉で鉄の融点１５３８℃以上の約１５７０℃
程度で溶解する。この溶解工程で、原材料からのＳ含量
を調整し、最終製品でＳ含量が０．０１％以下となるよ
うに脱硫処理をおこなう。また、この溶解工程で、炭素
含量が最終製品で２．５〜４．５重量％になるように加
炭剤を添加して調整する。
中に黒鉛が球状粒子となってほぼ均一に分散したもので
ある。本発明のパンタグラフすり板用材料組成物に使用
することができる球状黒鉛鋳鉄中の炭素原子は２．５〜
４．５重量％含まれる。また、該球状黒鉛鋳鉄中には、
黒鉛を球状に分散させるために少量成分としてＳｉ、Ｍ
ｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ等が含まれる。本発明のパンタグラフ
すり板用材料組成物に使用することができる球状黒鉛鋳
鉄の製造方法は、一般の球状黒鉛鋳鉄の製造方法が適用
できる。例えば、原材料として、銑鉄、鋼屑、返り屑、
加炭剤および少量のＦｅ−７５％Ｓｉからなるフェロシ
リコン等のフェロアロイが使用される。これらの材料を
酸性キュポラ、塩基性キュポラ、アーク炉、誘導炉、高
周波炉等の炉により溶解する。例えば、原材料２０ｋｇ
容の高周波炉で鉄の融点１５３８℃以上の約１５７０℃
程度で溶解する。この溶解工程で、原材料からのＳ含量
を調整し、最終製品でＳ含量が０．０１％以下となるよ
うに脱硫処理をおこなう。また、この溶解工程で、炭素
含量が最終製品で２．５〜４．５重量％になるように加
炭剤を添加して調整する。
【００１１】次に、ＭｇまたはＭｇ合金等を黒鉛球状化
のための添加金属として添加し、約１５７０℃を保った
まま、黒鉛球状化処理を行なう。このような球状化材と
して、例えば、Ｆｅ−４５％Ｓｉ−８％Ｍｇが、好適に
使用される。この球状化材の添加量は湯に対して約１．
０重量％用いるのが適当である。次に、黒鉛形状をより
球状化するため及び黒鉛粒数の調整のために、約１５７
０℃を保ったまま、例えば、Ｆｅ−５０％Ｓｉからなる
接種材を湯に対して約０．３重量％添加する。
のための添加金属として添加し、約１５７０℃を保った
まま、黒鉛球状化処理を行なう。このような球状化材と
して、例えば、Ｆｅ−４５％Ｓｉ−８％Ｍｇが、好適に
使用される。この球状化材の添加量は湯に対して約１．
０重量％用いるのが適当である。次に、黒鉛形状をより
球状化するため及び黒鉛粒数の調整のために、約１５７
０℃を保ったまま、例えば、Ｆｅ−５０％Ｓｉからなる
接種材を湯に対して約０．３重量％添加する。
【００１２】次に、この溶湯を例えば、砂型等よりなる
鋳型に注湯することにより鋳込みを行なう。鋳込んだも
のをそのまま空冷して、ブロックを取り出す。このブロ
ックを必要とする特性に見合うように熱処理を行なう。
例えば、９００℃、３時間程度の熱処理を行なう。次い
で、このブロックをパンタグラフすり板の必要な形状と
なるように切り出して、パンタグラフすり板製品とす
る。
鋳型に注湯することにより鋳込みを行なう。鋳込んだも
のをそのまま空冷して、ブロックを取り出す。このブロ
ックを必要とする特性に見合うように熱処理を行なう。
例えば、９００℃、３時間程度の熱処理を行なう。次い
で、このブロックをパンタグラフすり板の必要な形状と
なるように切り出して、パンタグラフすり板製品とす
る。
【００１３】本発明の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は、前記球状黒鉛鋳鉄以外に、
ＣＶ鋳鉄、合金鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄が球状黒鉛鋳鉄と同
等に使用できる。
ラフすり板用材料組成物は、前記球状黒鉛鋳鉄以外に、
ＣＶ鋳鉄、合金鋳鉄、片状黒鉛鋳鉄が球状黒鉛鋳鉄と同
等に使用できる。
【００１４】
【実施例１】炭素原子の含有量の異なる３種類の球状黒
鉛鋳鉄を用意した。その球状黒鉛鋳鉄は、Ｆｅ−３．８
％Ｃ−Ｍｅ（ＫＳＸ１とする）、Ｆｅ−４．０％Ｃ−Ｍ
ｅ（ＫＳＸ２とする）、Ｆｅ−４．５％Ｃ−Ｍｅ（ＫＳ
Ｘ３とする）の３種類である。なお、上記Ｍｅとは、少
量成分として含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ等をい
う。この少量成分の割合は、ＫＳＸ１〜ＫＳＸ３のいず
れも２．２％Ｓｉ、０．５１％Ｍｎ、０．３３％Ｐ、
０．０１１％Ｓ、０．０３１％Ｍｇである。
鉛鋳鉄を用意した。その球状黒鉛鋳鉄は、Ｆｅ−３．８
％Ｃ−Ｍｅ（ＫＳＸ１とする）、Ｆｅ−４．０％Ｃ−Ｍ
ｅ（ＫＳＸ２とする）、Ｆｅ−４．５％Ｃ−Ｍｅ（ＫＳ
Ｘ３とする）の３種類である。なお、上記Ｍｅとは、少
量成分として含まれるＳｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｍｇ等をい
う。この少量成分の割合は、ＫＳＸ１〜ＫＳＸ３のいず
れも２．２％Ｓｉ、０．５１％Ｍｎ、０．３３％Ｐ、
０．０１１％Ｓ、０．０３１％Ｍｇである。
【００１５】本実施例１で用いる球状黒鉛鋳鉄の通電時
に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用材料組成物とし
ての性能試験は、次のようにして行なった。まず、球状
黒鉛鋳鉄の約２３ｃｍ×１５ｃｍの大きさのブロックを
作成した。このブロックから、長さ９０ｍｍ、幅２５ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの大きさに切り出した。この切り出し
たものを加熱処理して、即ち、常温から２時間かけて徐
々に昇温して９００℃とし、この温度を３時間保ち、炉
冷により冷却して図１に示す試験片を作成した。この加
熱処理の試験片の処理温度の変化グラフを図８に示す。
に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用材料組成物とし
ての性能試験は、次のようにして行なった。まず、球状
黒鉛鋳鉄の約２３ｃｍ×１５ｃｍの大きさのブロックを
作成した。このブロックから、長さ９０ｍｍ、幅２５ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの大きさに切り出した。この切り出し
たものを加熱処理して、即ち、常温から２時間かけて徐
々に昇温して９００℃とし、この温度を３時間保ち、炉
冷により冷却して図１に示す試験片を作成した。この加
熱処理の試験片の処理温度の変化グラフを図８に示す。
【００１６】この試験片は、潤滑と防錆を目的として油
含浸を行なったものと、油含浸後に加熱して油を飛ばし
た油ヌキのものとの２種類を調製した。この調製には、
油としてＦＢＫタービン（商品名，日本油脂製，ＩＳＯ
ＶＧ３２相当）を用い、真空中で６０℃、１２時間含
浸した後、試験片の表面を洗浄し、アセトンで脱脂した
ものを油含浸試験片として第１回目の磨耗試験を行なっ
た。
含浸を行なったものと、油含浸後に加熱して油を飛ばし
た油ヌキのものとの２種類を調製した。この調製には、
油としてＦＢＫタービン（商品名，日本油脂製，ＩＳＯ
ＶＧ３２相当）を用い、真空中で６０℃、１２時間含
浸した後、試験片の表面を洗浄し、アセトンで脱脂した
ものを油含浸試験片として第１回目の磨耗試験を行なっ
た。
【００１７】また、既に１回目の磨耗試験がなされたこ
の油含浸試験片を電気炉中で２００℃、２時間加熱して
油を飛ばし、第１回目の磨耗試験が行なわれた面と反対
側の磨耗試験を行なう面を研磨し、そして超音波洗浄器
によりアセトンで脱脂を行ない、油ヌキ試験片とし、こ
れを用いて第２回目の磨耗試験を行なった。以下に、磨
耗試験の詳細を示す。磨耗試験装置は、図２に示すもの
を使用した。磨耗試験に用いる相手材の銅のトロリ線は
磨耗試験前にバイトで切削し、やすりでバリを除き、均
一な表面状態とした。本発明のパンタグラフすり板の磨
耗試験を行なうために、トロリ線を図２に示すローター
に巻付け、パンタグラフすり板をセットしたすり板押し
付け部により、トロリ線に押付け力５０Ｎで押し付け、
ローターの摺動速度１００ｋｍ／ｈ、通電電流０Ａと１
００Ａ、摺動時間３０分間の条件で磨耗試験を行なっ
た。
の油含浸試験片を電気炉中で２００℃、２時間加熱して
油を飛ばし、第１回目の磨耗試験が行なわれた面と反対
側の磨耗試験を行なう面を研磨し、そして超音波洗浄器
によりアセトンで脱脂を行ない、油ヌキ試験片とし、こ
れを用いて第２回目の磨耗試験を行なった。以下に、磨
耗試験の詳細を示す。磨耗試験装置は、図２に示すもの
を使用した。磨耗試験に用いる相手材の銅のトロリ線は
磨耗試験前にバイトで切削し、やすりでバリを除き、均
一な表面状態とした。本発明のパンタグラフすり板の磨
耗試験を行なうために、トロリ線を図２に示すローター
に巻付け、パンタグラフすり板をセットしたすり板押し
付け部により、トロリ線に押付け力５０Ｎで押し付け、
ローターの摺動速度１００ｋｍ／ｈ、通電電流０Ａと１
００Ａ、摺動時間３０分間の条件で磨耗試験を行なっ
た。
【００１８】比磨耗量を示す実験結果を油含浸試験片に
ついては、図３に、各試験片毎に比磨耗量（ｍ3 ／Ｎ・
ｍ）を表したグラフを示した。油ヌキ試験片については
図４に図３と同様のグラフを示した。なお、図３および
図４の対照品は、現在、新幹線に使用されているもので
あり、旧国鉄規格でＪＲＳ１種と呼ばれているものであ
る。図３によれば、油含浸試験片の３種類の球状黒鉛鋳
鉄は、いずれも対照品の鉄系焼結合金すり板よりも良好
な通電時磨耗特性を示していることがわかる。また、図
４によれば、油ヌキ試験片の３種類の球状黒鉛鋳鉄も、
いずれも対照品の鉄系焼結合金すり板よりも良好な通電
時磨耗特性を示しており、さらに、油含浸試験片よりも
油ヌキ試験片の方が、特に無通電時及び通電時の磨耗特
性が共に良好であることがわかる。
ついては、図３に、各試験片毎に比磨耗量（ｍ3 ／Ｎ・
ｍ）を表したグラフを示した。油ヌキ試験片については
図４に図３と同様のグラフを示した。なお、図３および
図４の対照品は、現在、新幹線に使用されているもので
あり、旧国鉄規格でＪＲＳ１種と呼ばれているものであ
る。図３によれば、油含浸試験片の３種類の球状黒鉛鋳
鉄は、いずれも対照品の鉄系焼結合金すり板よりも良好
な通電時磨耗特性を示していることがわかる。また、図
４によれば、油ヌキ試験片の３種類の球状黒鉛鋳鉄も、
いずれも対照品の鉄系焼結合金すり板よりも良好な通電
時磨耗特性を示しており、さらに、油含浸試験片よりも
油ヌキ試験片の方が、特に無通電時及び通電時の磨耗特
性が共に良好であることがわかる。
【００１９】上記磨耗試験に供した球状黒鉛鋳鉄ＫＳＸ
−２の油ヌキ試験片の摺動面外観を図５の写真に、ま
た、ＫＳＸ−２の油ヌキ試験片の断面図の金属組織の倍
率の異なる顕微鏡写真を図６および図７に示す。次に、
衝撃試験として、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（金属材料引張試
験方法）のシャルピー衝撃試験を行なった。試験結果
は、旧国鉄規格の９．８Ｊ／ｃｍ2 以上に比べて、各試
験片は最小値で比較しても規格以上であった。一番高い
のはＫＳＸ２であり、最大値が６２Ｊ／ｃｍ2 であっ
た。
−２の油ヌキ試験片の摺動面外観を図５の写真に、ま
た、ＫＳＸ−２の油ヌキ試験片の断面図の金属組織の倍
率の異なる顕微鏡写真を図６および図７に示す。次に、
衝撃試験として、ＪＩＳ−Ｚ２２４２（金属材料引張試
験方法）のシャルピー衝撃試験を行なった。試験結果
は、旧国鉄規格の９．８Ｊ／ｃｍ2 以上に比べて、各試
験片は最小値で比較しても規格以上であった。一番高い
のはＫＳＸ２であり、最大値が６２Ｊ／ｃｍ2 であっ
た。
【００２０】
【発明の効果】鉄を主成分とした鋳鉄材料、特に、球状
黒鉛鋳鉄を用いて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を得ることができた。本発明の通電
時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用材料組成物か
ら製造されたパンタグラフすり板は、通電使用時に磨耗
が少なく、環境へ害を及ぼす鉛、クロム等を排出しな
い。
黒鉛鋳鉄を用いて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を得ることができた。本発明の通電
時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用材料組成物か
ら製造されたパンタグラフすり板は、通電使用時に磨耗
が少なく、環境へ害を及ぼす鉛、クロム等を排出しな
い。
【００２１】本発明の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の製法は、鋳造により行なうの
で比較的簡単な装置で自由な形に製造することができ、
製造コストを従来のものよりも低くできる。
ラフすり板用材料組成物の製法は、鋳造により行なうの
で比較的簡単な装置で自由な形に製造することができ、
製造コストを従来のものよりも低くできる。
【図１】通電時に耐摩耗性を示すパンタグラフすり板用
材料組成物としての性能試験を行なうための試験片の平
面図及び側面図を示す。
材料組成物としての性能試験を行なうための試験片の平
面図及び側面図を示す。
【図２】磨耗試験装置の平面図及び側面図を示す。
【図３】油含浸試験片の比磨耗量を表したグラフ。
【図４】油ヌキ試験片の比磨耗量を表したグラフ。
【図５】球状黒鉛鋳鉄ＫＳＸ−２の油ヌキ試験片の摺動
面外観の写真を示す。
面外観の写真を示す。
【図６】ＫＳＸ−２の油ヌキ試験片の断面図の金属組織
の顕微鏡写真を示す。
の顕微鏡写真を示す。
【図７】ＫＳＸ−２の油ヌキ試験片の断面図の金属組織
の倍率の異なる顕微鏡写真を示す。
の倍率の異なる顕微鏡写真を示す。
【図８】試験片の処理温度の変化グラフを示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 鋳鉄を必須構成成分として含むことを特
徴とする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。 - 【請求項２】 請求項１記載の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を用いたことを特徴と
するパンタグラフすり板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3248716A JP2617836B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3248716A JP2617836B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0586434A JPH0586434A (ja) | 1993-04-06 |
| JP2617836B2 true JP2617836B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17182282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3248716A Expired - Fee Related JP2617836B2 (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2617836B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020056057A (ko) * | 2000-12-29 | 2002-07-10 | 이계안 | 자동차 로우암 소재 조성물 및 열처리 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58217653A (ja) * | 1982-06-08 | 1983-12-17 | Hitachi Chem Co Ltd | 集電子用鋳造合金 |
| JPH03205269A (ja) * | 1990-11-15 | 1991-09-06 | Murata Mach Ltd | 綾振ドラム |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP3248716A patent/JP2617836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0586434A (ja) | 1993-04-06 |
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