JPH0350828B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、第三軌条から集電する形式の電車の
集電用すり板に関するものである。従来、一般の
電車における集電にはパンタグラフに取り付けた
すり板を硬銅製の給電架線に接触させて集電する
方式が用いられ、走行中にすり板に加わる衝撃は
架線の懸吊機構およびパンタグラフのバネ機構に
より緩和している。なお、すり板の材質としては
鋼系および鉄系の焼結合金が多用されている。 これに対して地下鉄、モノレールなどでは第三
軌条方式、即ち走行用軌条の外側などに固定した
鋼製の軌条を設け、これに車台に設けたすり板を
摺動させて集電する方式が採られている。しかし
この方式では前者に比べて衝撃の緩和性能が劣る
ために離線が増加し、この時に発生するアークに
よりすり板および軌条の摩耗は著しく増加する。
そこでこの摩耗を防ぐために、すり板と軌条間の
接触圧力を高めて離線を防ぐ手段を用いている。 このように、第三軌条用のすり板は架線方式の
すり板と比較して、集電する相手材が銅ではなく
鋼であること、接触圧が高いこと、いわゆる剛体
架線であるために大きな衝撃が加わることの３点
で使用条件が異つている。 第三軌条式のすり板に現在主として使用されて
いる材料は球状黒鉛鋳鉄であり、架線方式で広く
使用されている銅系および鉄系焼結合金材は用い
られていない。 この方式におけるすり板の摩耗の原因について
は、架線方式と異なり接触圧が高いために離線に
伴うアークによる電気的摩耗は少なく、機械的摩
耗が主となる。また、ほぼ無潤滑の状態で摺動す
るので、凝着摩耗も多いと推定される。そこで相
手部材の軌条（鋼材）に対する凝着摩耗が小であ
ること、および前記の機械的強度の両因子からす
り板用材料の改良を図つた。 凝着摩耗に関しては、比摩耗量がその材料の押
込み硬さに逆比例し、両材料によつて定まる摩耗
定数に比例することが知られている。従つてすり
板寿命を大いにするためには硬さを高めること
と、摩耗定数を低下させることが必要である。硬
さを高めるためには銅系合金より鉄系合金とする
方が有利であるが、そうすると鋼製の第三軌条と
の間で同系材同士の無潤滑摺動を行なうこととな
り、摩耗定数を著しく高める結果となる。 本発明は、高炭素含銅鋼の多孔質焼結体を基体
とし、その空孔内に銅または銅合金を溶浸させた
もので、基体合金によつて所要特性中の高い硬さ
および強度を持たせ、空孔内に分布する銅または
銅合金が摩耗定数を小さくするとともに強靭制を
増すことの綜合作用により耐摩耗性を向上させ、
併せて通電材料に必要な導電性の増加という効果
をも得たものである。 なお銅溶浸は粉末治金法に特有の封孔手段で、
溶浸材には銅単味のほか基材の浸食防止、残滓の
固着防止、溶浸材の強化などの目的で鉄、黒鉛、
Al、Co、Mn、Zn、Pbなどを適宜に添加した銅
合金が用いられる。そして粉末治金の分野ではこ
れを包括して“銅”溶浸と呼んでいるが、本明細
書では正確を期して単味の場合を“銅”、上に列
挙したような溶浸のための補助成分を含むものを
“銅合金”と区別して記載する。 以下本発明を、その実施例について説明する。
先ずアトマイズ鉄粉に粒度が100メツシユ以下の
天然黒鉛粉0.8％および電解銅粉1.5％を配合し、
これに潤滑材としてステアリン酸亜鉛0.3％を添
加混合後、加圧力を変えて試料所定の形状に成形
し、これを還元雰囲気炉中温度1150℃で30分間焼
結して密度の各々異なる高炭素含銅焼結鋼を作成
した。次にそれぞれの空孔に溶浸材として広く用
いられているCu−３％Co合金を、溶浸後の密度
が7.7g／cm³になるように加減して溶浸した。 このようにして製作した試料の硬さの測定値を
第１図に示した。このグラフは、焼結体の密度が
増加すれば、即ち鉄量が増せば硬さは単調に増加
することを示している。 次に同図中１に示す組成の本発明材１、および
比較用として現用鋳鉄材２、参考のため架線方式
の現用銅系焼結材３、鉄系焼結材４の都号４種に
ついて通電摺動試験を行ない、各試料の摩耗量を
測定した。第１表は各試料の組成ならびに物性を
示したものである。 試験の方法は耐蝕アルミ合金製で直径3.5メー
トルの円盤の縁に巾20ミリの不銹鋼板
（SUS304）を貼つて第三軌条に模し、これとす
り板とを接触させて通電しつつ下記の条件下に摺
動させ、摺動距離とすり板摩耗量との関係を求め
た。 資料寸法：長さ30，巾25，厚さ10ミリ 摺動速度：60ヘクタール／Ｈ 接触荷重：７Kg 通電電流：交流200A 潤滑：なし 試験の結果は第２図のグラフの通りで、本発明
に係る焼結材１が現用鋳鉄材２よりも優れている
こと、ならびに同じ焼結合金であつても、本発明
と構成の異なる架線方式用焼結材３，４は遥かに
劣ることを示している。これは、一見類似の合金
でも、その使用条件によつては全く異なる物性を
示す場合があることを意味する。 次に本発明材の組成範囲の限定理由の述べる。 鉄：予備試験で、本系統のすり板材においては硬
さの増加とともに摩耗量を減少することを見出
した。そして第１図に示すように硬さは組成中
の鉄量とともに増加するする一方、銅の割合が
少ないと摩耗定数の増加を招く。そのため鉄の
範囲は現用材と比べて摩耗量の有意差が生じる
80％を下限とし、その上限は空孔内に分布する
銅の量が過少となつて摩耗定数を急増させる限
界値である90％とした。 炭素：基体合金である含銅炭素鋼の機械的性質は
含有する炭素量により大きな影響を受け、その
量が0.3％未満では硬さが顕著に低下し、一方、
１％を越えると脆化により耐衝撃性が著しく低
下する。このため炭素量の下限は0.3％とし、
また上限は１％とした。 銅または銅合金：その含有量は全体組成中の鉄と
黒鉛の残部で、基材の空孔を充填して分布する
ことによつて従来の銅系および鉄系の焼結材で
は得られない効果、即ち摩耗定数の低下および
基材の空孔充填に伴う機械的性質の向上に加え
て実質接触面積の増加〜導電性の向上などの効
果が得られる。従つて所要量の一部は溶浸作業
の円滑化のため基材中に添加するものの、有効
な封孔のため全量の70％以上は溶浸に供され
る。若し全量を原料粉に配合して成形焼結する
と、同一組成でも多孔部の部材となつて、本発
明の目的に副わないものとなる。 なお銅合金は実施例で用いたCu−Co合金に限
らず、前に述べたCu−Zn系その他の一般に銅溶
浸に用いられている溶浸材であれば本発明の目的
に使用可能であり、同様に所期の効果を得ること
がてきる。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は鉄銅系焼結材の焼結密度と銅溶浸後の
硬さとの関係を示すグラフ、第２図はすり板材料
各種の耐摩耗性を比較して示すグラフである。 １……本発明材、２……現用鋳鉄、３……銅系
焼結材（架線方式用）、４……鉄系焼結材（架線
方式用）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基材をなす鉄基焼結合金の空孔内に銅または
   銅合金が溶浸されている構成であつて、全体の組
   成が重量比で炭素0.3〜１％，鉄80〜90％，銅ま
   たは銅合金残部からなり、この銅または銅合金の
   70％以上は溶浸により基材の空孔内に充填され、
   その余は鉄基焼結合金中に存在することを特徴と
   する第三軌条式電車用すり板。