JPH06264108A

JPH06264108A - 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

Publication number: JPH06264108A
Application number: JP8014793A
Authority: JP
Inventors: Masashi Koike; 正志小池; Toshio Teraoka; 利雄寺岡; Kunio Fukuhara; 邦夫福原; Sumihisa Aoki; 純久青木
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-20
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3111739B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高速電気車に用いた場合に相手材であるトロ
リ線の損傷少なく、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を提供する。【構成】高速電気車のパンタグラフすり板材が、重量
％で、Ｃ：０．０５〜０．２％を含有し、さらにＮｉ：
０．１〜２％、Ｃｕ：０．１〜５％、および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、全体に占める割合で、Ｓｉ：１５〜２５％含有の
硬質Ｍｏ−Ｓｉ合金粒子：５〜３０％を分散含有させた
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
基焼結合金からなる。

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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）ＣＣ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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。