JP2916038B2 - 炭素系集電摺動材料の製造方法 - Google Patents
炭素系集電摺動材料の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主として電気車の高低
速用パンタグラフ集電摺板として使用される炭素系集電
摺動材料の製造方法に関するものである。
速用パンタグラフ集電摺板として使用される炭素系集電
摺動材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本発明者の一人は、さきに低速用旧国鉄
在来線ならびに私鉄パンタグラフ摺板として焼結合金Ｔ
Ｃ１０３（特許第４１９１０７号，特公昭３８−１８０
５８号公報参照）、および高速用新幹線パンタグラフ摺
板として焼結合金ＴＣＫ１６（特許第５０９１９５号，
特公昭４２−１４２８６号公報参照）、ならびに寒冷地
用パンタグラフ摺板としてＴＣＣＲ２（特許第１０５３
０７２号，特公昭５５−４４１４３号公報参照）などを
発明し、従来から実用に供している。
在来線ならびに私鉄パンタグラフ摺板として焼結合金Ｔ
Ｃ１０３（特許第４１９１０７号，特公昭３８−１８０
５８号公報参照）、および高速用新幹線パンタグラフ摺
板として焼結合金ＴＣＫ１６（特許第５０９１９５号，
特公昭４２−１４２８６号公報参照）、ならびに寒冷地
用パンタグラフ摺板としてＴＣＣＲ２（特許第１０５３
０７２号，特公昭５５−４４１４３号公報参照）などを
発明し、従来から実用に供している。
【０００３】しかしながら、従来から実用化されている
前記の如き電気車用焼結合金製摺板では約９４〜９８重
量％の金属を含有しているので、硬銅トロリー線から離
線する際、両者とも主成分が金属であるため大きなアー
クを発生しやすく、これにより双方ともアーク損傷を受
けやすく、トロリー線の張替回数が多くなったり、摺板
の取替頻度が増加するなどのおそれがある。また、従来
の焼結合金製摺板は、前記の如くその殆どが金属である
ので、相手方硬銅トロリー線と摺動する際、金属同士の
摺動に起因する摺動音が高く、このような騒音公害を極
力少なくすることが要望されている。
前記の如き電気車用焼結合金製摺板では約９４〜９８重
量％の金属を含有しているので、硬銅トロリー線から離
線する際、両者とも主成分が金属であるため大きなアー
クを発生しやすく、これにより双方ともアーク損傷を受
けやすく、トロリー線の張替回数が多くなったり、摺板
の取替頻度が増加するなどのおそれがある。また、従来
の焼結合金製摺板は、前記の如くその殆どが金属である
ので、相手方硬銅トロリー線と摺動する際、金属同士の
摺動に起因する摺動音が高く、このような騒音公害を極
力少なくすることが要望されている。
【０００４】そこで本発明者らは特開昭６０−２３８４
０２において天然黒鉛，人造黒鉛を除く炭素粉と良導電
性の金属粉から成る焼結体、並びにこの焼結体に防水処
理を施した集電摺動材料を提案し、従来の焼結合金製摺
板にくらべて耐摩耗性の向上，トロリー線の摩耗低減，
騒音防止等で大きな成果を示すことが出来た。
０２において天然黒鉛，人造黒鉛を除く炭素粉と良導電
性の金属粉から成る焼結体、並びにこの焼結体に防水処
理を施した集電摺動材料を提案し、従来の焼結合金製摺
板にくらべて耐摩耗性の向上，トロリー線の摩耗低減，
騒音防止等で大きな成果を示すことが出来た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
車両の高速度化並びに冷房設備の普及等に伴う集電電流
の増大により、摺板に加わる負荷条件は増々苛酷とな
り、特開昭６０−２３８４０２の摺板材料では集電容量
および耐摩耗性の点において現状並びに今後の使用に十
分な対応を期し難い。
車両の高速度化並びに冷房設備の普及等に伴う集電電流
の増大により、摺板に加わる負荷条件は増々苛酷とな
り、特開昭６０−２３８４０２の摺板材料では集電容量
および耐摩耗性の点において現状並びに今後の使用に十
分な対応を期し難い。
【０００６】そこで本発明は、集電電流が増大しても良
好な特性を保持するために電気抵抗率を下げて集電容量
を増やし、かつ、潤滑性能を更に向上させてより効果的
な騒音の低減及びトロリー線の摩耗抑制を図り、しか
も、均質，高強度の炭素系集電摺動材料を提供すること
を目的とする。
好な特性を保持するために電気抵抗率を下げて集電容量
を増やし、かつ、潤滑性能を更に向上させてより効果的
な騒音の低減及びトロリー線の摩耗抑制を図り、しか
も、均質，高強度の炭素系集電摺動材料を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の如き課
題を解決するため、重量比にて、良導電性の金属粉３５
〜７０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まな
い炭素粉よりなる粉末材料を混合、加圧成形し、その成
形体を非酸化性雰囲気中において成形体から金属が溶出
しない範囲の高温で焼結し、かくして得られた焼結体の
見掛密度が２.２〜４.０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７
００μΩcm以下となるように加圧成形条件を設定したこ
とを特徴とする。
題を解決するため、重量比にて、良導電性の金属粉３５
〜７０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まな
い炭素粉よりなる粉末材料を混合、加圧成形し、その成
形体を非酸化性雰囲気中において成形体から金属が溶出
しない範囲の高温で焼結し、かくして得られた焼結体の
見掛密度が２.２〜４.０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７
００μΩcm以下となるように加圧成形条件を設定したこ
とを特徴とする。
【０００８】なお、前記の如き均質且つ高強度の材料と
するための成形方法には、冷間等方圧加圧法と金型によ
る多段階加圧法とがある。
するための成形方法には、冷間等方圧加圧法と金型によ
る多段階加圧法とがある。
【０００９】
【作用】本発明者らは、種々実験の結果、目的とする摺
板に適合する炭素粉としては、粉砕したコークス並びに
造粒したカーボンブラック等の骨材とコールタールピッ
チ等のバインダーを混練した後粉砕した粉末、またはコ
ールタールピッチを熱処理することによって生成した球
晶を抽出し、濾過，乾燥，仮焼、分級処理をして得られ
た微小粉末が有効に作用することを見出した。
板に適合する炭素粉としては、粉砕したコークス並びに
造粒したカーボンブラック等の骨材とコールタールピッ
チ等のバインダーを混練した後粉砕した粉末、またはコ
ールタールピッチを熱処理することによって生成した球
晶を抽出し、濾過，乾燥，仮焼、分級処理をして得られ
た微小粉末が有効に作用することを見出した。
【００１０】これらの炭素粉単体の焼結体は、トロリー
線に対して自己潤滑性，耐アーク性に富み、かつ、摺動
の際低騒音であり、その上、摺動面は鏡面を呈し、か
つ、相手方トロリー線の摺面も鏡面を呈することを知っ
た。しかし、炭素粉単体の焼結体は見掛密度１.６５g/c
m3以下、曲げ強さ４００kgf/cm2以下、電気抵抗率５０
００〜９０００μΩcmと高いため、集電容量が小さく、
熱伝導度が低くてこのままでは電気車用摺板として不適
当である。ちなみに、従来から実用化されている銅系，
鉄系の焼結合金は、密度７.０〜８.０g/cm3、電気抵抗
率１５〜５０μΩcm、曲げ強さ４２００kgf/cm2以上
で、大集電容量を持ち、熱伝導度も高い。
線に対して自己潤滑性，耐アーク性に富み、かつ、摺動
の際低騒音であり、その上、摺動面は鏡面を呈し、か
つ、相手方トロリー線の摺面も鏡面を呈することを知っ
た。しかし、炭素粉単体の焼結体は見掛密度１.６５g/c
m3以下、曲げ強さ４００kgf/cm2以下、電気抵抗率５０
００〜９０００μΩcmと高いため、集電容量が小さく、
熱伝導度が低くてこのままでは電気車用摺板として不適
当である。ちなみに、従来から実用化されている銅系，
鉄系の焼結合金は、密度７.０〜８.０g/cm3、電気抵抗
率１５〜５０μΩcm、曲げ強さ４２００kgf/cm2以上
で、大集電容量を持ち、熱伝導度も高い。
【００１１】そこで本発明者らは、前記炭素単体の焼結
体と従来から実用化されている焼結合金製摺板のもつ夫
々の特徴を組み合わせるため、炭素粉と良導電性の金属
粉の混合物により焼結体をつくることを想到し、さらに
潤滑性能を向上させるために種々実験研究の結果、重量
比にて、良導電性の金属粉３５〜７０％、窒化ほう素
０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭素粉よりなる粉末
材料を混合、加圧成形し、その成形体を非酸化性雰囲気
中において成形体中から金属が溶出しない範囲の高温で
焼結し、かくして得られた焼結体の見掛密度が２.２〜
４.０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７００μΩcm以下とな
るように加圧成形条件を設定すると、電気車摺板として
極めて優秀な成績を示すことを確認した。なお、前記の
加圧成形方法には、冷間等方圧加圧法と、金型による多
段階加圧法とがある。
体と従来から実用化されている焼結合金製摺板のもつ夫
々の特徴を組み合わせるため、炭素粉と良導電性の金属
粉の混合物により焼結体をつくることを想到し、さらに
潤滑性能を向上させるために種々実験研究の結果、重量
比にて、良導電性の金属粉３５〜７０％、窒化ほう素
０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭素粉よりなる粉末
材料を混合、加圧成形し、その成形体を非酸化性雰囲気
中において成形体中から金属が溶出しない範囲の高温で
焼結し、かくして得られた焼結体の見掛密度が２.２〜
４.０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７００μΩcm以下とな
るように加圧成形条件を設定すると、電気車摺板として
極めて優秀な成績を示すことを確認した。なお、前記の
加圧成形方法には、冷間等方圧加圧法と、金型による多
段階加圧法とがある。
【００１２】本発明により窒化ほう素を混入して得られ
た焼結体は、窒化ほう素を含まない炭素−金属系焼結体
にくらべて比摩耗量が１／３乃至は１／５に減少するこ
とが確認された。このことは、潤滑成分である窒化ほう
素の酸化雰囲気中での耐熱温度が９００℃と炭素の４５
０℃にくらべて高いため、高温摺動下においても低い摩
擦係数を維持することが出来、更に走行中の摺板とトロ
リー線の離線の際に生じるアークに対しても酸化消耗度
が炭素より少ないことと、均質・高密度成形方法の活用
に起因する。
た焼結体は、窒化ほう素を含まない炭素−金属系焼結体
にくらべて比摩耗量が１／３乃至は１／５に減少するこ
とが確認された。このことは、潤滑成分である窒化ほう
素の酸化雰囲気中での耐熱温度が９００℃と炭素の４５
０℃にくらべて高いため、高温摺動下においても低い摩
擦係数を維持することが出来、更に走行中の摺板とトロ
リー線の離線の際に生じるアークに対しても酸化消耗度
が炭素より少ないことと、均質・高密度成形方法の活用
に起因する。
【００１３】本発明により得た集電摺動材料である炭素
−窒化ほう素−金属系焼結体は、前述の如く見掛密度
２.２〜４.０g/cm3が必要であり、４.０以上になると従
来の焼結合金製摺板の特性に次第に近付き、機械的強度
は大と成るが、重さが過大と成って炭素使用の摺板とし
ての特性を失い、トロリー線に対するパンタグラフの追
随性が悪くなり、離線によるアークの発生が多くなる。
また見掛密度が２.２未満になると電気抵抗率が２００
０μΩcm以上になって、金属の特徴を次第に失って集電
容量が低下し、かつ熱伝導度が低くなるための摺板の局
部的発熱の原因となる。また本発明により得た見掛密度
２.２〜４.０g/cm3の炭素−窒化ほう素−金属系焼結体
は、ショア硬度７０〜１１０、曲げ強さ７５０〜１３０
０kgf/cm2であって、摺板として必要とする硬度および
機械的強度を保持することができる。なお、窒化ほう素
の含有重量％が０.２％未満では該焼結体の潤滑性の向
上に効果が小さく。８％を越えると曲げ強さが低下して
機械的強度を保持することが出来ない。
−窒化ほう素−金属系焼結体は、前述の如く見掛密度
２.２〜４.０g/cm3が必要であり、４.０以上になると従
来の焼結合金製摺板の特性に次第に近付き、機械的強度
は大と成るが、重さが過大と成って炭素使用の摺板とし
ての特性を失い、トロリー線に対するパンタグラフの追
随性が悪くなり、離線によるアークの発生が多くなる。
また見掛密度が２.２未満になると電気抵抗率が２００
０μΩcm以上になって、金属の特徴を次第に失って集電
容量が低下し、かつ熱伝導度が低くなるための摺板の局
部的発熱の原因となる。また本発明により得た見掛密度
２.２〜４.０g/cm3の炭素−窒化ほう素−金属系焼結体
は、ショア硬度７０〜１１０、曲げ強さ７５０〜１３０
０kgf/cm2であって、摺板として必要とする硬度および
機械的強度を保持することができる。なお、窒化ほう素
の含有重量％が０.２％未満では該焼結体の潤滑性の向
上に効果が小さく。８％を越えると曲げ強さが低下して
機械的強度を保持することが出来ない。
【００１４】機械的強度を更に補強したい場合には、ト
ロリー線との摺動面の反対側底部をアルミ板より機械的
強度が大きい例えば鉄板，銅板などの良導電性金属板で
包み込むことによって極めて簡単かつ容易に達成するこ
とが出来る。
ロリー線との摺動面の反対側底部をアルミ板より機械的
強度が大きい例えば鉄板，銅板などの良導電性金属板で
包み込むことによって極めて簡単かつ容易に達成するこ
とが出来る。
【００１５】また本発明による炭素−窒化ほう素−金属
系焼結体は、気孔率を少なくして見掛密度を２.２〜４.
０g/cm3にするため、２Ｔ/cm2以上の高圧で加圧成形し
ているが、降雨が長時間続くと含水が進み、晴天時に比
べると摺板の比摩耗量およびトロリー線の摩耗率の悪化
が想定される。このような雨天時にも耐摩耗性を向上せ
しめるためには、前記の如くして得られた焼結体中に、
該焼結体の電気抵抗率がなるべく増加しないレジンなど
を含浸させ、防水処理をすればよい。
系焼結体は、気孔率を少なくして見掛密度を２.２〜４.
０g/cm3にするため、２Ｔ/cm2以上の高圧で加圧成形し
ているが、降雨が長時間続くと含水が進み、晴天時に比
べると摺板の比摩耗量およびトロリー線の摩耗率の悪化
が想定される。このような雨天時にも耐摩耗性を向上せ
しめるためには、前記の如くして得られた焼結体中に、
該焼結体の電気抵抗率がなるべく増加しないレジンなど
を含浸させ、防水処理をすればよい。
【００１６】本発明により得た炭素−窒化ほう素−金属
系焼結体は、前述の如く、炭素，窒化ほう素，金属を粉
末の状態で混合，加圧成形し、その成形体を焼結したも
のであるから、炭素基材に金属を溶融含浸したものにく
らべると成分のムラがなく、かつ前述の如き用途に適合
する製品を任意に製造することができる。
系焼結体は、前述の如く、炭素，窒化ほう素，金属を粉
末の状態で混合，加圧成形し、その成形体を焼結したも
のであるから、炭素基材に金属を溶融含浸したものにく
らべると成分のムラがなく、かつ前述の如き用途に適合
する製品を任意に製造することができる。
【００１７】
【実施例】以下本発明の具体的実施例を説明する。
【００１８】実施例１（１の１〜１の６） ２００メッシュ以下に粉砕した石油コークスに軟化点８
５℃の中ピッチを４０重量％配合した後、混練機で２０
０℃に加熱しながら２.５時間混練した。この混練物を
放冷後粉砕し、１００メッシュを通過する炭素粉を得
た。
５℃の中ピッチを４０重量％配合した後、混練機で２０
０℃に加熱しながら２.５時間混練した。この混練物を
放冷後粉砕し、１００メッシュを通過する炭素粉を得
た。
【００１９】次にこの炭素粉と８０メッシュ以下の銅粉
及び銅合金粉並びに１００メッシュ以下の窒化ほう素を
表１の左欄に示す割合で配合して混合した後、この混合
粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2の加圧力で２５×４３×３４
０mmの大きさに仮成形し、その後その仮成形体をナイロ
ンシートで真空包装して圧力容器内に入れ、冷間等方圧
加圧法を用いて４Ｔ/cm2の等方圧力を加え、２４×４０
×３２８mmの成形体とした。更にその成形体を非酸化性
の雰囲気中にて９７０℃で焼結し、炭素，窒化ほう素，
良導電性の金属からなる焼結体を得た。なお、実施例の
１の３は、得られた焼結体をレジンの重量パーセント濃
度が４５％のアルコール溶液中に浸漬し、減圧下で含浸
後、レジンを熱硬化する処理をした。
及び銅合金粉並びに１００メッシュ以下の窒化ほう素を
表１の左欄に示す割合で配合して混合した後、この混合
粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2の加圧力で２５×４３×３４
０mmの大きさに仮成形し、その後その仮成形体をナイロ
ンシートで真空包装して圧力容器内に入れ、冷間等方圧
加圧法を用いて４Ｔ/cm2の等方圧力を加え、２４×４０
×３２８mmの成形体とした。更にその成形体を非酸化性
の雰囲気中にて９７０℃で焼結し、炭素，窒化ほう素，
良導電性の金属からなる焼結体を得た。なお、実施例の
１の３は、得られた焼結体をレジンの重量パーセント濃
度が４５％のアルコール溶液中に浸漬し、減圧下で含浸
後、レジンを熱硬化する処理をした。
【００２０】
【表１】
【００２１】実施例２（２の１〜２の６） コールタールピッチを熱処理することによって生成した
球晶を抽出し、濾過，乾燥，仮焼，分級処理をして得ら
れた平均粒径１３〜１７μmの炭素粉(商品名ＫＭＦＣ
川崎製鉄製）と８０メッシュ以下の銅粉及び銅合金粉並
びに１００メッシュ以下の窒化ほう素を表２の左欄に示
す割合で配合し、混合した後、この混合粉をゴム型に密
封して圧力容器内に入れ、冷間等方圧加圧法により４Ｔ
/cm2の等方圧力を加え２４×４０×３２８mmの成形体と
した。更にその成形体を非酸化性の雰囲気中にて９７０
℃で焼結し、炭素，窒化ほう素，良導電性の金属からな
る焼結体を得た。なお、実施例の２の３は、焼結体をレ
ジンの重量パーセント濃度が４５％のアルコール溶液中
に浸漬し、減圧下で含浸後、レジンを熱硬化する処理を
した。
球晶を抽出し、濾過，乾燥，仮焼，分級処理をして得ら
れた平均粒径１３〜１７μmの炭素粉(商品名ＫＭＦＣ
川崎製鉄製）と８０メッシュ以下の銅粉及び銅合金粉並
びに１００メッシュ以下の窒化ほう素を表２の左欄に示
す割合で配合し、混合した後、この混合粉をゴム型に密
封して圧力容器内に入れ、冷間等方圧加圧法により４Ｔ
/cm2の等方圧力を加え２４×４０×３２８mmの成形体と
した。更にその成形体を非酸化性の雰囲気中にて９７０
℃で焼結し、炭素，窒化ほう素，良導電性の金属からな
る焼結体を得た。なお、実施例の２の３は、焼結体をレ
ジンの重量パーセント濃度が４５％のアルコール溶液中
に浸漬し、減圧下で含浸後、レジンを熱硬化する処理を
した。
【００２２】
【表２】
【００２３】実施例３（３の１〜３の６） 実施例２に使用した炭素粉(商品名ＫＭＦＣ）と８０メ
ッシュ以下の銅粉と鉄粉並びに１００メッシュ以下の窒
化ほう素を表３の左欄に示す割合で配合し、混合した
後、この混合粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2の加圧力で２５
×４３×３４０ｍｍの大きさに仮成形した後、その仮成
形体をナイロンシートで真空包装して圧力容器内に入
れ、冷間等方圧加圧法を用いて４Ｔ／ｃｍ２の等方圧力
を加え、２４×４０×３２８mmの成形体とした。更にそ
の成形体を非酸化性の雰囲気中にて１０５０℃で焼結
し、炭素，窒化ほう素，良導電性の金属からなる焼結体
を得た。なお、実施例の３の３は、焼結体をレジンの重
量パーセント濃度が４５％のアルコール溶液中に浸漬
し、減圧下で含浸後、レジンを熱硬化する処理をした。
また、この実施例において電気抵抗率が１,７００μΩc
mを越えない範囲で鉄粉を配合したのは、軽量化とコス
ト低減を図るためである。
ッシュ以下の銅粉と鉄粉並びに１００メッシュ以下の窒
化ほう素を表３の左欄に示す割合で配合し、混合した
後、この混合粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2の加圧力で２５
×４３×３４０ｍｍの大きさに仮成形した後、その仮成
形体をナイロンシートで真空包装して圧力容器内に入
れ、冷間等方圧加圧法を用いて４Ｔ／ｃｍ２の等方圧力
を加え、２４×４０×３２８mmの成形体とした。更にそ
の成形体を非酸化性の雰囲気中にて１０５０℃で焼結
し、炭素，窒化ほう素，良導電性の金属からなる焼結体
を得た。なお、実施例の３の３は、焼結体をレジンの重
量パーセント濃度が４５％のアルコール溶液中に浸漬
し、減圧下で含浸後、レジンを熱硬化する処理をした。
また、この実施例において電気抵抗率が１,７００μΩc
mを越えない範囲で鉄粉を配合したのは、軽量化とコス
ト低減を図るためである。
【００２４】
【表３】
【００２５】実施例４（４の１〜４の６） 実施例２に使用した炭素粉(商品名ＫＭＦＣ）と８０メ
ッシュ以下の銅粉並びに１００メッシュ以下の窒化ほう
素を表４の左欄に示す割合で配合し、混合した後、この
混合粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2で１次加圧し、３０秒間
その１Ｔ/cm2の加圧状態を金型内にて保持する。３０秒
間経過後、２次加圧として２.５Ｔ/cm2を加え、２５×
４０×３４０mmの成形体とした。更にその成形体を非酸
化性の雰囲気中にて９７０℃で焼結し、炭素，窒化ほう
素，良導電性の金属からなる焼結体を得た。なお、実施
例の４の３は、焼結体をレジンの重量パーセント濃度が
４５％のアルコール溶液中に浸漬し、減圧下で含浸後、
レジンを熱硬化する処理をした。なお、この実施例は２
段階成形の例を示したが、３段階成形などさらに多段の
成形を行なうことが出来る。
ッシュ以下の銅粉並びに１００メッシュ以下の窒化ほう
素を表４の左欄に示す割合で配合し、混合した後、この
混合粉を金型に詰めて１Ｔ/cm2で１次加圧し、３０秒間
その１Ｔ/cm2の加圧状態を金型内にて保持する。３０秒
間経過後、２次加圧として２.５Ｔ/cm2を加え、２５×
４０×３４０mmの成形体とした。更にその成形体を非酸
化性の雰囲気中にて９７０℃で焼結し、炭素，窒化ほう
素，良導電性の金属からなる焼結体を得た。なお、実施
例の４の３は、焼結体をレジンの重量パーセント濃度が
４５％のアルコール溶液中に浸漬し、減圧下で含浸後、
レジンを熱硬化する処理をした。なお、この実施例は２
段階成形の例を示したが、３段階成形などさらに多段の
成形を行なうことが出来る。
【００２６】
【表４】
【００２７】比較例 比較例として、先に示した焼結合金製ＴＣ１０３（成分
重量％、錫９、クローム５、燐０.５、黒鉛２.５、残部
銅）および実施例２の焼結体成分から窒化ほう素を除い
た炭素−金属焼結体２種類、並びに特開昭６２−２３８
４０２の実施例５の１を用いた。その成分を示すと下記
表５の左欄に示すとおりである。なお、特開昭６２−２
３８４０２の実施例５の１の成分比は容積％であるの
で、これを重量％に換算すると、Ｃｕ約６５％、残Ｃで
ある。
重量％、錫９、クローム５、燐０.５、黒鉛２.５、残部
銅）および実施例２の焼結体成分から窒化ほう素を除い
た炭素−金属焼結体２種類、並びに特開昭６２−２３８
４０２の実施例５の１を用いた。その成分を示すと下記
表５の左欄に示すとおりである。なお、特開昭６２−２
３８４０２の実施例５の１の成分比は容積％であるの
で、これを重量％に換算すると、Ｃｕ約６５％、残Ｃで
ある。
【００２８】
【表５】
【００２９】上記実施例および比較例により得た集電摺
動材料より試験片１０×１０×６０mm各１０本を切り出
し、その物理特性を測定した。その結果を示すと表１な
いし表５の各欄に記載のとおりである。
動材料より試験片１０×１０×６０mm各１０本を切り出
し、その物理特性を測定した。その結果を示すと表１な
いし表５の各欄に記載のとおりである。
【００３０】次に、前記各実施例および比較例により得
た集電摺動材料より試験片１０×２５×９０mmを切り出
し、その各試験片を回転式摺動試験機にとりつけ、押付
力５kgf、通電電流ＡＣ１００Ａ、摺動速度６５km/Ｈ、
５４２ｒ・ｐ・ｍで６０分間無潤滑でトロリー線に摺動さ
せた。摺動させたときの試験片の比摩耗量(摺板をトロ
リー線に対して荷重１kgfで押付け、距離１mm摺動した
ときの摩耗体積mm3）と相手方トロリー線の摩耗厚みを
測定し、トロリー線の摩耗率（トロリー線の摩耗厚みmm
をパンタ通過万単位回数で除したもの）と架線と摺板に
起因する摺動騒音（ホーン）を示すと表６ないし表１０
に示すとおりである。
た集電摺動材料より試験片１０×２５×９０mmを切り出
し、その各試験片を回転式摺動試験機にとりつけ、押付
力５kgf、通電電流ＡＣ１００Ａ、摺動速度６５km/Ｈ、
５４２ｒ・ｐ・ｍで６０分間無潤滑でトロリー線に摺動さ
せた。摺動させたときの試験片の比摩耗量(摺板をトロ
リー線に対して荷重１kgfで押付け、距離１mm摺動した
ときの摩耗体積mm3）と相手方トロリー線の摩耗厚みを
測定し、トロリー線の摩耗率（トロリー線の摩耗厚みmm
をパンタ通過万単位回数で除したもの）と架線と摺板に
起因する摺動騒音（ホーン）を示すと表６ないし表１０
に示すとおりである。
【００３１】なお、回転式摺動試験機の構造は、ＪＲが
実用している溝付硬銅トロリー線（断面１１０mm2）を
円周２００cmの真円に配置し、そのトロリー線に試験片
を５kgfの力で押付けながら左右振幅７０mmで摺動させ
るようになっている。従って、５４２ｒ・ｐ・ｍで６０分
間回転させると、試験片は３２,５２０回トロリー線の
同一個所を通過することになる。また、トロリー線摩耗
測定は２００cmの真円の所定８個所の厚さ摩耗をマイク
ロメーターで測定した。
実用している溝付硬銅トロリー線（断面１１０mm2）を
円周２００cmの真円に配置し、そのトロリー線に試験片
を５kgfの力で押付けながら左右振幅７０mmで摺動させ
るようになっている。従って、５４２ｒ・ｐ・ｍで６０分
間回転させると、試験片は３２,５２０回トロリー線の
同一個所を通過することになる。また、トロリー線摩耗
測定は２００cmの真円の所定８個所の厚さ摩耗をマイク
ロメーターで測定した。
【００３２】騒音計は回転式摺動試験機に取付けた試験
摺板より１ｍの位置に据えた。なお、トロリー線と摺板
に起因する騒音ホーン値は、摺板を回転式試験機に取付
けて回転させた時の発生音ホーン値より、摺板を取付け
ないで試験機を回転させた時の発生音ホーン値を差引い
て計算した。
摺板より１ｍの位置に据えた。なお、トロリー線と摺板
に起因する騒音ホーン値は、摺板を回転式試験機に取付
けて回転させた時の発生音ホーン値より、摺板を取付け
ないで試験機を回転させた時の発生音ホーン値を差引い
て計算した。
【００３３】
【表６】
【００３４】
【表７】
【００３５】
【表８】
【００３６】
【表９】
【００３７】
【表１０】
【００３８】表１ないし表４により明らかな如く、本発
明により得た集電摺動材料は、電気車パンタグラフ摺板
として必要とする物理特性を具備している。なお、本発
明により得た集電摺動材料は従来の焼結合金性すり板に
比較すると強度がやや劣るが実用上必要とする強度を具
備しており、かつ必要に応じ、図１および図２に示す如
く、摺板１の底部両側に底面にいくに従って幅広となる
傾斜面１ａを形成しておき、底面からその両側の傾斜面
にかけて良導電性の耐錆メッキを施した鉄板あるいは銅
板２で包み込むことにより簡単かつ容易に補強すること
が出来る。
明により得た集電摺動材料は、電気車パンタグラフ摺板
として必要とする物理特性を具備している。なお、本発
明により得た集電摺動材料は従来の焼結合金性すり板に
比較すると強度がやや劣るが実用上必要とする強度を具
備しており、かつ必要に応じ、図１および図２に示す如
く、摺板１の底部両側に底面にいくに従って幅広となる
傾斜面１ａを形成しておき、底面からその両側の傾斜面
にかけて良導電性の耐錆メッキを施した鉄板あるいは銅
板２で包み込むことにより簡単かつ容易に補強すること
が出来る。
【００３９】また、本発明により得た集電摺動材料は、
表６ないし表９により明らかな如く、摺板比摩耗量は実
施例１の１〜１の６，２の１〜２の６，３の１〜３の
６，４の１〜４の６の平均値で夫々０.０２４×１０
~6、０.０２２×１０~6、０.０２８×１０~6、０.０３
５×１０~6mm3/kgf.mmであり、従来の焼結合金製摺板Ｔ
Ｃ１０３（比較例１）の２.７０×１０~6mm3/kgf.mmに
くらべると格段に耐摩耗性が向上しており、また窒化ほ
う素を含まない炭素−金属系焼結体（比較例２，３）並
びに特開昭６０−２３８４０２（比較例４）に比較して
も３倍以上の耐摩耗性を示すことが確認された。同様
に、トロリー線の摩耗についても平均で０.０００３
５、０.０００３６、０.０００５０、０.０００３８mm/
万パンタで、従来の焼結合金製摺板ＴＣ１０３の０.０
２４mm/万パンタにくらべて格段に小さく、また窒化ほ
う素を含まない炭素−金属系焼結体並びに特開昭６０−
２３８４０２に比較しても大巾に低減にすることが明ら
かとなった。更に特筆すべきことは、摺板およびトロリ
ー線の双方とも摺面が鏡面を呈しており、摺板およびト
ロリー線の寿命を格段に延長することが出来た。さらに
また、摺動騒音も従来のものと比較し全く問題とならな
い程度まで低くすることが確かめられ、同様に窒化ほう
素を含まない炭素−金属系焼結体並びに特開昭６０−２
３８４０２とくらべても１／２以上低下することが明確
となった。
表６ないし表９により明らかな如く、摺板比摩耗量は実
施例１の１〜１の６，２の１〜２の６，３の１〜３の
６，４の１〜４の６の平均値で夫々０.０２４×１０
~6、０.０２２×１０~6、０.０２８×１０~6、０.０３
５×１０~6mm3/kgf.mmであり、従来の焼結合金製摺板Ｔ
Ｃ１０３（比較例１）の２.７０×１０~6mm3/kgf.mmに
くらべると格段に耐摩耗性が向上しており、また窒化ほ
う素を含まない炭素−金属系焼結体（比較例２，３）並
びに特開昭６０−２３８４０２（比較例４）に比較して
も３倍以上の耐摩耗性を示すことが確認された。同様
に、トロリー線の摩耗についても平均で０.０００３
５、０.０００３６、０.０００５０、０.０００３８mm/
万パンタで、従来の焼結合金製摺板ＴＣ１０３の０.０
２４mm/万パンタにくらべて格段に小さく、また窒化ほ
う素を含まない炭素−金属系焼結体並びに特開昭６０−
２３８４０２に比較しても大巾に低減にすることが明ら
かとなった。更に特筆すべきことは、摺板およびトロリ
ー線の双方とも摺面が鏡面を呈しており、摺板およびト
ロリー線の寿命を格段に延長することが出来た。さらに
また、摺動騒音も従来のものと比較し全く問題とならな
い程度まで低くすることが確かめられ、同様に窒化ほう
素を含まない炭素−金属系焼結体並びに特開昭６０−２
３８４０２とくらべても１／２以上低下することが明確
となった。
【００４０】なお、各実施例の表１ないし表４および表
６ないし表９により明らかなように、良導電性の金属と
して単一金属粉，混合粉並びに合金粉を用いても焼結体
の耐摩耗性は殆ど変わらない。従って本発明に適用され
る金属粉は単一粉，混合粉を含めたものであり、更に降
雨時の吸水防止対策として焼結体に電気抵抗率が増加し
ない程度のレジンを含浸させ、それを硬化して防水処理
をすることがあるが、このことも本発明に包含される。
６ないし表９により明らかなように、良導電性の金属と
して単一金属粉，混合粉並びに合金粉を用いても焼結体
の耐摩耗性は殆ど変わらない。従って本発明に適用され
る金属粉は単一粉，混合粉を含めたものであり、更に降
雨時の吸水防止対策として焼結体に電気抵抗率が増加し
ない程度のレジンを含浸させ、それを硬化して防水処理
をすることがあるが、このことも本発明に包含される。
【００４１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればトロ
リー線に体する追随性が良好であって、自己潤滑性，耐
アーク性，耐摩耗性に富み、しかも大集電容量をもち、
さらにトロリー線との摺動音を低くすることが出来るの
で、電気車用集電摺動材料として誠に有益である。
リー線に体する追随性が良好であって、自己潤滑性，耐
アーク性，耐摩耗性に富み、しかも大集電容量をもち、
さらにトロリー線との摺動音を低くすることが出来るの
で、電気車用集電摺動材料として誠に有益である。
【図１】本発明により得た集電摺動材料の補強例を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
１…摺板、１ａ…傾斜面、２…補強用金属板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/05 B22F 3/00 - 7/08 B60L 5/08
Claims (4)
- 【請求項１】 重量比にて、良導電性の金属粉３５〜７
０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭
素粉よりなる粉末材料を混合、加圧成形し、その成形体
を非酸化性雰囲気中において成形体中から金属が溶出し
ない範囲の高温で焼結し、かくして得られた焼結体の見
掛密度が２.２〜４.０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７０
０μΩcm以下となるように加圧成形条件を設定したこと
を特徴とする炭素系集電摺動材料の製造方法。 - 【請求項２】 重量比にて、良導電性の金属粉３５〜７
０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭
素粉よりなる粉末材料を混合し、その混合粉を１〜２Ｔ
／cm2の加圧力で仮成形し、その仮成形体をナイロン類
で真空包装し、その真空包装仮成形体を圧力容器に入
れ、冷間等方圧加圧法により圧力媒体を介して２〜６Ｔ
／cm2の等方圧力を仮成形体に加えて成形し、その成形
体を非酸化性雰囲気中において成形体から金属が溶出し
ない範囲の高温で焼結して、焼結体の見掛密度２．２〜
４．０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７００μΩcm以下と
したことを特徴とする炭素系集電摺動材料の製造方法。 - 【請求項３】 重量比にて、良導電性の金属粉３５〜７
０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭
素粉よりなる粉末材料を混合し、その混合粉をゴム型に
詰めて密封し、その混合粉ゴム型密封体を圧力容器に入
れ、冷間等方圧加圧法により圧力媒体を介して２〜６Ｔ
／cm2の等方圧力を混合粉ゴム型密封体に加えて成形
し、その成形体を非酸化性雰囲気中において成形体から
金属が溶出しない範囲の高温で焼結して、焼結体の見掛
密度２．２〜４．０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７００
μΩcm以下としたことを特徴とする炭素系集電摺動材料
の製造方法。 - 【請求項４】 重量比にて、良導電性の金属粉３５〜７
０％、窒化ほう素０．２〜８％、残部黒鉛を含まない炭
素粉よりなる粉末材料を混合し、その混合粉を金型に詰
めて０．５〜１．５Ｔ／cm2の加圧力で１次加圧し、次
いでその金型内の加圧状態を数十秒から数分間保持した
後、更に２〜６Ｔ／cm2の少なくとも２次加圧を加えて
成形し、その成形体を非酸化性雰囲気中において成形体
から金属が溶出しない範囲の高温で焼結して、焼結体の
見掛密度２．２〜４．０ｇ／cm3、電気抵抗率が１，７
００μΩcm以下としたことを特徴とする炭素系集電摺動
材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088818A JP2916038B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 炭素系集電摺動材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4088818A JP2916038B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 炭素系集電摺動材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05287318A JPH05287318A (ja) | 1993-11-02 |
| JP2916038B2 true JP2916038B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=13953503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4088818A Expired - Fee Related JP2916038B2 (ja) | 1992-04-09 | 1992-04-09 | 炭素系集電摺動材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2916038B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040253447A1 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-16 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Long carbonaceous molding, long carbonaceous product, and method of production thereof |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5036808B2 (ja) * | 1971-09-17 | 1975-11-27 | ||
| JPS53146902A (en) * | 1976-12-17 | 1978-12-21 | Japanese National Railways<Jnr> | Preparation of wear-resisting sintered alloy of copper base |
| JPS5918462B2 (ja) * | 1980-01-16 | 1984-04-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 摺動部材用鉄系焼結材料 |
| JPS60238402A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-27 | Teikoku Carbon Kogyo Kk | 集電摺動材料の製造方法 |
-
1992
- 1992-04-09 JP JP4088818A patent/JP2916038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05287318A (ja) | 1993-11-02 |
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