JP3111739B2 - 高速電気車用鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材 - Google Patents
高速電気車用鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材Info
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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、時速：２５０km以下
の高速走行は勿論のこと、特に時速２５０km以上の高速
で走行する電気車に用いた場合にすぐれた耐摩耗性を発
揮する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材に
関するものである。
の高速走行は勿論のこと、特に時速２５０km以上の高速
で走行する電気車に用いた場合にすぐれた耐摩耗性を発
揮する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭６２−５０４４５号
公報に記載される通り、電気車のパンタグラフすり板材
として、重量％で（以下、％は重量％を示す） Ｃ：０．０５〜０．２％、を含有し、さらに、Ｎｉ：
０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜５％、Ｍｏ：０．１〜
２％、のうちの１種または２種以上、を含有し、残りが
Ｆｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基合金素
地に、硬質金属クロム粒子や、例えばＷ：７０〜８５％
含有の硬質Ｆｅ−Ｗ合金粒子、さらに例えばＭｏ：５５
〜７０％含有の硬質Ｆｅ−Ｍｏ合金粒子などの硬質粒子
のうちの１種または２種以上を、全体に占める割合で５
〜３０％分散含有させた組織、並びに２〜１５％の気孔
率を有するＦｅ基焼結合金基体に、ＰｂまたはＰｂ合金
を含浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製のものや、その
他多くのものが提案されている。
公報に記載される通り、電気車のパンタグラフすり板材
として、重量％で（以下、％は重量％を示す） Ｃ：０．０５〜０．２％、を含有し、さらに、Ｎｉ：
０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜５％、Ｍｏ：０．１〜
２％、のうちの１種または２種以上、を含有し、残りが
Ｆｅと不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基合金素
地に、硬質金属クロム粒子や、例えばＷ：７０〜８５％
含有の硬質Ｆｅ−Ｗ合金粒子、さらに例えばＭｏ：５５
〜７０％含有の硬質Ｆｅ−Ｍｏ合金粒子などの硬質粒子
のうちの１種または２種以上を、全体に占める割合で５
〜３０％分散含有させた組織、並びに２〜１５％の気孔
率を有するＦｅ基焼結合金基体に、ＰｂまたはＰｂ合金
を含浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製のものや、その
他多くのものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年、電気車は
増々高速化の傾向にあり、今や時速：２７０kmでの営業
運転は現実のものとなり、時速：３００km以上での営業
運転も計画されている。これらの高速化に伴ない、例え
ばパンタグラフ系の空力音や、トロリ線との間に発生す
るアーク音などの騒音も一段と増大するようになること
から、１編成車両に６〜８基あったパンタグラフ数を２
〜３基に減少させて騒音の低減をはかる必要にせまられ
ている。しかし、上記の従来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パ
ンタグラフすり板材はじめ、多くのすり板材において
は、上記の高速走行の場合、パンタグラフ数の減少によ
る１基当りの集電電流の増加とも相まって、摩耗進行が
著しく速く、もはやこれらの苛酷な条件下での実用に応
対できなくなっているのが現状である。
増々高速化の傾向にあり、今や時速：２７０kmでの営業
運転は現実のものとなり、時速：３００km以上での営業
運転も計画されている。これらの高速化に伴ない、例え
ばパンタグラフ系の空力音や、トロリ線との間に発生す
るアーク音などの騒音も一段と増大するようになること
から、１編成車両に６〜８基あったパンタグラフ数を２
〜３基に減少させて騒音の低減をはかる必要にせまられ
ている。しかし、上記の従来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パ
ンタグラフすり板材はじめ、多くのすり板材において
は、上記の高速走行の場合、パンタグラフ数の減少によ
る１基当りの集電電流の増加とも相まって、摩耗進行が
著しく速く、もはやこれらの苛酷な条件下での実用に応
対できなくなっているのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
述のような観点から、時速：３００km以上の高速走行で
も相手攻撃性の少ない状態で、すぐれた耐摩耗性を発揮
するパンタグラフすり板材を開発すべく、特に上記の従
来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材に着目
し、研究を行った結果、上記の従来パンタグラフすり板
材を構成する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金における硬質粒子で
ある金属クロム粒子やＦｅ−Ｗ合金粒子、さらにＦｅ−
Ｍｏ粒子に代って、Ｓｉ：１５〜２５％含有の硬質Ｍｏ
−Ｓｉ合金粒子を、全体に占める割合で５〜３０％分散
含有させると、前記Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子は、ビッカース
硬さ（Ｈｖ）で８００〜１３００を有し、かつすぐれた
耐摩耗性を有し、その結晶系が正方晶と六方晶の混合系
であり、一方相手材であるトロリ線を構成する銅材は面
心立方晶であり、このように結晶系が異なるので、相手
材に対する凝着性はきわめて低く、さらに摺動に生じた
摩耗粉が摺動面に付着して潤滑性向上に役立つなどの作
用を発揮し、この結果パンタグラフすり板材は、時速：
３００km以上の高速走行でも、鉛含浸材の作用と相まっ
て、相手攻撃性の著しく低い状態で、すぐれた耐摩耗性
を示すという研究結果を得たのである。
述のような観点から、時速：３００km以上の高速走行で
も相手攻撃性の少ない状態で、すぐれた耐摩耗性を発揮
するパンタグラフすり板材を開発すべく、特に上記の従
来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材に着目
し、研究を行った結果、上記の従来パンタグラフすり板
材を構成する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金における硬質粒子で
ある金属クロム粒子やＦｅ−Ｗ合金粒子、さらにＦｅ−
Ｍｏ粒子に代って、Ｓｉ：１５〜２５％含有の硬質Ｍｏ
−Ｓｉ合金粒子を、全体に占める割合で５〜３０％分散
含有させると、前記Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子は、ビッカース
硬さ（Ｈｖ）で８００〜１３００を有し、かつすぐれた
耐摩耗性を有し、その結晶系が正方晶と六方晶の混合系
であり、一方相手材であるトロリ線を構成する銅材は面
心立方晶であり、このように結晶系が異なるので、相手
材に対する凝着性はきわめて低く、さらに摺動に生じた
摩耗粉が摺動面に付着して潤滑性向上に役立つなどの作
用を発揮し、この結果パンタグラフすり板材は、時速：
３００km以上の高速走行でも、鉛含浸材の作用と相まっ
て、相手攻撃性の著しく低い状態で、すぐれた耐摩耗性
を示すという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｃ：０．０５〜０．２％、を含
有し、さらに、Ｎｉ：０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜
５％、Ｍｏ：０．１〜２％、のうちの１種または２種以
上、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
を有するＦｅ基合金素地に、Ｓｉ：１５〜２５％含有の
硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子を、全体に占める割合で５〜３
０％分散含有させた組織、並びに２〜１５％の気孔率を
有するＦｅ基焼結合金基体に、ＰｂまたはＰｂ合金を含
浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成した高速電気用
パンタグラフすり板材に特徴を有するものである。
なされたものであって、Ｃ：０．０５〜０．２％、を含
有し、さらに、Ｎｉ：０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜
５％、Ｍｏ：０．１〜２％、のうちの１種または２種以
上、を含有し、残りがＦｅと不可避不純物からなる組成
を有するＦｅ基合金素地に、Ｓｉ：１５〜２５％含有の
硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子を、全体に占める割合で５〜３
０％分散含有させた組織、並びに２〜１５％の気孔率を
有するＦｅ基焼結合金基体に、ＰｂまたはＰｂ合金を含
浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成した高速電気用
パンタグラフすり板材に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明のパンタグラフすり板材
において、これを構成する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金のＦｅ
基合金素地組成、Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子の分散含有割合、
およびＦｅ基焼結合金基体気孔率を上記の通りに限定し
た理由を説明する。 Ａ．Ｆｅ基合金素地組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用があ
るが、その含有量が０．０５％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方その含有量が０．２％を越えると
硬さが急激に上昇し、相手攻撃性が増すようになること
から、その含有量を０．０５〜０．２％と定めた。
において、これを構成する鉛含浸Ｆｅ基焼結合金のＦｅ
基合金素地組成、Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子の分散含有割合、
およびＦｅ基焼結合金基体気孔率を上記の通りに限定し
た理由を説明する。 Ａ．Ｆｅ基合金素地組成 （ａ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用があ
るが、その含有量が０．０５％未満では所望の強度向上
効果が得られず、一方その含有量が０．２％を越えると
硬さが急激に上昇し、相手攻撃性が増すようになること
から、その含有量を０．０５〜０．２％と定めた。
【０００７】（ｂ） Ｎｉ，Ｃｕ，およびＭｏ これらの成分には、Ｃ成分と共に素地に固溶して、素地
の強度を向上させる作用があるが、その含有量がいずれ
も０．１％未満では所望の強度向上効果が得られず、一
方その含有量がＮｉおよびＭｏにあっては２％、Ｃｕに
あっては５％をそれぞれ越えると、素地の靭性が急激に
低下するようになることから、その含有量を、それぞれ
Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜５％，およびＭ
ｏ：０．１〜２％と定めた。
の強度を向上させる作用があるが、その含有量がいずれ
も０．１％未満では所望の強度向上効果が得られず、一
方その含有量がＮｉおよびＭｏにあっては２％、Ｃｕに
あっては５％をそれぞれ越えると、素地の靭性が急激に
低下するようになることから、その含有量を、それぞれ
Ｎｉ：０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜５％，およびＭ
ｏ：０．１〜２％と定めた。
【０００８】Ｂ．Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子の含有割合 Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子には、上記の通り素地に分散分布し
て、特に高速走行に際して、すり板材の耐摩耗性を向上
させる作用があるが、その含有割合が５％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が３０
％を越えると強度が低下するようになることから、その
含有割合を５〜３０％と定めた。また、Ｍｏ−Ｓｉ合金
粒子は、上記の通りすぐれた特性をもつが、そのＳｉ含
有量が１５％未満では上記の特性を十分に具備すること
ができず、一方そのＳｉ含有量が２５％を越えると相手
攻撃性が増すようになることから、Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子
におけるＳｉ含有量を１５〜２５％と定めた。
て、特に高速走行に際して、すり板材の耐摩耗性を向上
させる作用があるが、その含有割合が５％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が３０
％を越えると強度が低下するようになることから、その
含有割合を５〜３０％と定めた。また、Ｍｏ−Ｓｉ合金
粒子は、上記の通りすぐれた特性をもつが、そのＳｉ含
有量が１５％未満では上記の特性を十分に具備すること
ができず、一方そのＳｉ含有量が２５％を越えると相手
攻撃性が増すようになることから、Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子
におけるＳｉ含有量を１５〜２５％と定めた。
【０００９】Ｃ．Ｆｅ基焼結合金基体の気孔率 その気孔率が２％未満では、鉛含浸材の含浸割合が十分
でなく、この結果摺動時の摩擦熱で溶融して摩擦面の潤
滑性を向上させるという鉛含浸材効果が十分に発揮でき
ず、一方その気孔率が１５％を越えると基体強度が低下
するようになることから、その気孔率を２〜１５％と定
めた。
でなく、この結果摺動時の摩擦熱で溶融して摩擦面の潤
滑性を向上させるという鉛含浸材効果が十分に発揮でき
ず、一方その気孔率が１５％を越えると基体強度が低下
するようになることから、その気孔率を２〜１５％と定
めた。
【００１０】
【実施例】つぎに、この発明のパンタグラフすり板材を
実施例により具体的に説明する。原料粉末として、粒
度：−８０メッシュのアトマイズ鉄粉、平均粒径：１．
５μｍのカーボニルＮｉ粉末、いずれも−３０メッシュ
の粒度をもち、かつＳｉ含有量がそれぞれ１５％、２０
％、および２５％の３種の硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末、粒
度：−３０メッシュの金属クロム粉末、粒度：−３０メ
ッシュの硬質Ｆｅ−Ｍｏ合金（Ｍｏ：６２％含有）粉
末、粒度：−３０メッシュの硬質Ｆｅ−Ｗ合金（Ｗ：７
７％含有）粉末、平均粒径：３μｍの還元Ｍｏ粉末、平
均粒径：６０μｍのＣｕ粉末、および平均粒径：１０μ
ｍの炭素粉末を用意し、これら原料粉末を表１，２に示
される配合組成に配合し、Ｖ型ミキサにて２時間混合し
た後、５〜８ton ／cm2 の範囲内の所定の圧力で圧粉体
にプレス成形し、この圧粉体を、アンモニア分解ガス雰
囲気中、１１３０〜１２００℃の範囲内の所定の温度に
１時間保持の条件で焼結して、配合組成と実質的に同一
の組成、同じく表３に示される気孔率、および幅：２５
mm×長さ：８０mm×厚さ：１０mmの寸法をもったＦｅ基
焼結合金基体を形成し、ついでこれらのＦｅ基焼結合金
基体に、アンモニア分解ガス雰囲気中、８００〜９００
℃の範囲内の所定温度に加熱した純鉛またはＰｂ−３５
％Ｓｎ合金の浴中に１時間浸漬保持の条件で鉛含浸を施
すことにより本発明鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラ
フすり板材（以下、本発明すり板材という）１〜１３、
および従来鉛鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり
板材（以下、従来すり板材という）１〜１３をそれぞれ
製造した。
実施例により具体的に説明する。原料粉末として、粒
度：−８０メッシュのアトマイズ鉄粉、平均粒径：１．
５μｍのカーボニルＮｉ粉末、いずれも−３０メッシュ
の粒度をもち、かつＳｉ含有量がそれぞれ１５％、２０
％、および２５％の３種の硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粉末、粒
度：−３０メッシュの金属クロム粉末、粒度：−３０メ
ッシュの硬質Ｆｅ−Ｍｏ合金（Ｍｏ：６２％含有）粉
末、粒度：−３０メッシュの硬質Ｆｅ−Ｗ合金（Ｗ：７
７％含有）粉末、平均粒径：３μｍの還元Ｍｏ粉末、平
均粒径：６０μｍのＣｕ粉末、および平均粒径：１０μ
ｍの炭素粉末を用意し、これら原料粉末を表１，２に示
される配合組成に配合し、Ｖ型ミキサにて２時間混合し
た後、５〜８ton ／cm2 の範囲内の所定の圧力で圧粉体
にプレス成形し、この圧粉体を、アンモニア分解ガス雰
囲気中、１１３０〜１２００℃の範囲内の所定の温度に
１時間保持の条件で焼結して、配合組成と実質的に同一
の組成、同じく表３に示される気孔率、および幅：２５
mm×長さ：８０mm×厚さ：１０mmの寸法をもったＦｅ基
焼結合金基体を形成し、ついでこれらのＦｅ基焼結合金
基体に、アンモニア分解ガス雰囲気中、８００〜９００
℃の範囲内の所定温度に加熱した純鉛またはＰｂ−３５
％Ｓｎ合金の浴中に１時間浸漬保持の条件で鉛含浸を施
すことにより本発明鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラ
フすり板材（以下、本発明すり板材という）１〜１３、
および従来鉛鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり
板材（以下、従来すり板材という）１〜１３をそれぞれ
製造した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】ついで、これらの各種すり板材について加
速摩耗試験を行なった。加速摩耗試験は、モータの水平
回転軸に中心を固定することにより直立支持された外
径：２．２ｍの円板の片側面に、模擬トロリ線として外
径：２ｍ×高さ：１５mm×幅：５mmの硬銅リング（ＪＩ
Ｓ・Ｃ１１００・ＢＢ−Ｈ）を５０mm偏心して取り付け
た装置を用い、上記硬銅リングに、直径線上の両側です
り板材を５kgf の押付力で、長さ：８０mm×幅：２５mm
の寸法面を面接触させ、上記模擬トロリ線とすり板材間
に２００Ａの電流を流しながら、上記円板の回転を６分
で３００km／hrの回転速度に上げ、この速度に５分間保
持した後、５分かけて停止を１サイクルとし、これを３
回繰り返すことにより行ない、すり板材の比摩耗量およ
び相手材である模擬トロリ線の直交する２本の直径線上
の任意４ヶ所の平均摩耗深さを測定した。これらの測定
結果を、模擬トロリ線：１００００回転当りの値に換算
し、かつすり板材の比摩耗量は２本の平均値として表３
に示した。
速摩耗試験を行なった。加速摩耗試験は、モータの水平
回転軸に中心を固定することにより直立支持された外
径：２．２ｍの円板の片側面に、模擬トロリ線として外
径：２ｍ×高さ：１５mm×幅：５mmの硬銅リング（ＪＩ
Ｓ・Ｃ１１００・ＢＢ−Ｈ）を５０mm偏心して取り付け
た装置を用い、上記硬銅リングに、直径線上の両側です
り板材を５kgf の押付力で、長さ：８０mm×幅：２５mm
の寸法面を面接触させ、上記模擬トロリ線とすり板材間
に２００Ａの電流を流しながら、上記円板の回転を６分
で３００km／hrの回転速度に上げ、この速度に５分間保
持した後、５分かけて停止を１サイクルとし、これを３
回繰り返すことにより行ない、すり板材の比摩耗量およ
び相手材である模擬トロリ線の直交する２本の直径線上
の任意４ヶ所の平均摩耗深さを測定した。これらの測定
結果を、模擬トロリ線：１００００回転当りの値に換算
し、かつすり板材の比摩耗量は２本の平均値として表３
に示した。
【００１５】
【発明の効果】表１〜３に示される結果から、本発明す
り板材１〜１３は、いずれも高速走行で従来すり板材１
〜１３と同等あるいはこれより低い相手攻撃性で、これ
より一段とすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明の鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製
パンタグラフすり板材は、特にこれを構成するＦｅ基焼
結合金基体のＦｅ基合金素地に分散分布する硬質Ｍｏ−
Ｓｉ合金粒子によって、通常走行は勿論のこと、時速：
３００km以上の高速走行の電気車に用いた場合にもすぐ
れた耐摩耗性を発揮するのである。
り板材１〜１３は、いずれも高速走行で従来すり板材１
〜１３と同等あるいはこれより低い相手攻撃性で、これ
より一段とすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかであ
る。上述のように、この発明の鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製
パンタグラフすり板材は、特にこれを構成するＦｅ基焼
結合金基体のＦｅ基合金素地に分散分布する硬質Ｍｏ−
Ｓｉ合金粒子によって、通常走行は勿論のこと、時速：
３００km以上の高速走行の電気車に用いた場合にもすぐ
れた耐摩耗性を発揮するのである。
フロントページの続き (72)発明者 福原 邦夫 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 青木 純久 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22F 3/24 101 C22C 33/02
Claims (1)
- 【請求項１】 重量％で、 Ｃ：０．０５〜０．２％、 を含有し、さらに、 Ｎｉ：０．１〜２％、 Ｃｕ：０．１〜５％、 Ｍｏ：０．１〜２％、 のうちの１種または２種以上、を含有し、残りがＦｅと
不可避不純物からなる組成を有するＦｅ基合金素地に、
Ｓｉ：１５〜２５％含有の硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子を、
全体に占める割合で５〜３０％分散含有させた組織、並
びに２〜１５％の気孔率を有するＦｅ基焼結合金基体
に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼
結合金で構成したことを特徴とする高速電気車用鉛含浸
Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05080147A JP3111739B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 高速電気車用鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05080147A JP3111739B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 高速電気車用鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06264108A JPH06264108A (ja) | 1994-09-20 |
| JP3111739B2 true JP3111739B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=13710174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05080147A Expired - Fee Related JP3111739B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 高速電気車用鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製パンタグラフすり板材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111739B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP05080147A patent/JP3111739B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06264108A (ja) | 1994-09-20 |
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