JPH07193904A - 摺板取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸化膜の生長、抵抗増加、摩耗、発熱等が少
なく、安定した電気的接続と、集電舟の耐久性を向上さ
せる。 【構成】 アルミニウム系材料からなる集電舟１の上に
架線２との接触部を構成する集電用摺板５を載置し、こ
れらをボルト８によって締結する。集電舟１と摺板５と
の接合面に予めペースト状コンパウンド９を塗布する。
コンパウンド９は、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする低
融点合金粉末を、石油系グリスに添加したペースト状コ
ンパウンドからなり、低融点合金粉末として、Ｃｄ、Ｚ
ｎ、Ａｌのうち１種もしくは２種以上の合金粉末が混入
される。この低融点合金粉末は、融点が１２０°Ｃ以下
のものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、路面電車、地下鉄など
の鉄道用車両用パンタグラフに取付けられる集電用摺板
の取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から高速車両では架線からの集電装
置としてパンタグラフを用いている。パンタグラフは、
折畳み自在に組み立てられた菱形のリンク装置の上に集
電舟をばねによって取付け、さらに集電舟の上面に集電
用摺板をボルト等の締結手段によって固定すると共に、
締結手段を介して摺板と集電舟を電気的に接続した構造
で、使用時に空気、ばね等によってリンク装置を立ち上
がらせて摺板を架線に接触させることにより、集電する
ように構成されている（例；実開平１−１５９５０１
号、特開昭６２−１８１６０４号公報等）。

【０００３】走行中、高速で安定かつ十分な集電を行な
うためには、パンタグラフの架線に対する追従性を高め
ることが大切である。そのためには可動部であるリンク
装置の質量を可及的小ならしめることが望ましく、リン
ク構成枠組管、集電舟などにはアルミニウム系材料から
なる軽金属が使用されている。一方、架線との接触部を
構成する摺板としては、銅、鋼、アルミニウム、炭素な
どの導電材料が用いられているが、最近では耐摩耗性、
導電性、滑性に優れた銅、鉄、炭素などの焼結合金が使
用され始めている。そして、摺板と集電舟は、これら両
者間の電気的導通を確保するため、通常銅合金製のボル
トによって締結固定される。これは、摺板、集電舟間の
電気的導通がボルトと、ボルトの締付力による接触圧力
によって確保されるためで、ボルト締結部における接触
圧力が最も強く、ボルト締結部から離れるにしたがって
接触圧力が低下して殆ど導通を期待することができなく
なることによる。また、ボルト締結は摺板の交換作業を
容易にする利点がある。

【０００４】このような摺板と集電舟とのボルト締結部
は、大気中に晒されているので、酸化により電気抵抗が
増加したり、あるいは腐食により集電舟が劣化したりし
易く、これを防止するため石油系グリスや粘稠状合成有
機高分子系化合物かまたはそれらに亜鉛粉やカーボン粉
等を添加した、いわゆるコンパウンドを介してボルト締
結を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た集電装置において、コンパウンド使用の場合は、ボル
ト締結部近傍への雨水の侵入を防止し、銅系材料とアル
ミ系材料との接触による腐食の防止に若干の効果はある
が、接続部外側のクレータ状の腐食およびそれに伴う表
面の肌荒れは徐々に進行し、構造上および平坦性の劣化
により耐久性に欠けるという不都合があった。また、電
気的結合は、集電舟と摺板との接合面のうち主としてボ
ルト締結部における接合面に限られ、ここに亜鉛粉やカ
ーボン粉のような微粉粒が介在されていると、導電性を
有するとはいえ、通電による発熱と冷却の繰り返しによ
り、緊密な加圧接触状態は次第に緩和されるため、集電
舟と摺板との間に隙間が生じ、この隙間に大気や異物等
が侵入して接合面が汚染されると、酸化膜の生長、抵抗
増加および発熱による相乗効果により集電機能が著しく
低下したり、集電舟の耐久性を低下させたりする。その
結果、摺板の交換頻度が多くなり、その作業が面倒であ
るばかりか、交換した摺板を再使用するための研磨作業
も面倒であるという問題があった。

【０００６】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、酸化膜の生長、抵抗増加等を軽減でき、安定した
電気的接続が得られ、また集電舟の耐久性を向上させる
ようにした摺板取付構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする１
２０°Ｃ以下で溶融する低融点合金粉末に、石油系グリ
スを添加したペースト状コンパウンドを摺板と集電舟と
の接合面に塗布し、これらを締結手段によって締結する
ようにしたものである。第２の発明は、第１の発明にお
いて、低融点合金粉末は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種
もしくは２種以上を含むものである。

【０００８】

【作用】ボルト締結の場合、特に一方がアルミ系材料
で、大電流密度の場合、間欠的な通電により加熱、冷却
が繰り返されると、酸化膜の発達と共に電気抵抗が次第
に増加する。そこで、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする
低融点合金粉末を、石油系グリスに添加したペースト状
コンパウンドを摺板とアルミ系材料からなる集電舟との
接合面に塗布しておくと、低融点合金は初期の間欠的な
通電により一部溶融して次第に薄膜化され、接合面を覆
うことで、集電舟の表面が酸化するのを防止する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る摺板取付構造の一
実施例を示す集電舟の平面図、図２は正面図、図３は図
１のIII −III 線拡大断面図である。これらの図におい
て、電気車両のパンタグラフ上に設置される集電舟１
は、互いに平行にかつ架線２と直交して２個配設され、
両端部がつなぎ枠３によって連結されている。集電舟１
としては、アルミニウム系材料からなる軽合金製で、断
面コ字状を呈し、上面に複数個のねじ取付用孔４が長手
方向に適宜間隔をおいて複数個形成されている。

【００１０】５は架線２との接触部を構成する集電用摺
板で、この摺板５は前記ねじ取付用孔４に下方からばね
座金６および平座金７を介して挿通されるボルト８によ
って集電舟１の上面に締結固定されている。摺板５の材
料としては、銅、鋼、アルミニウム、炭素などの導電材
料、または銅、鉄、炭素などの炭素・金属複合材が用い
られる。ボルト８は銅合金製で、締結に際しては集電舟
１と摺板５との接合面、特にボルト締結部付近にペース
ト状コンパウンド９を予め塗布しておく。

【００１１】コンパウンド９は、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉを主
成分とする低融点合金粉末と石油系グリスとを混練して
製作される。低融点合金粉末としては、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂ
ｉの他、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種もしくは２種以上
を含有し、融点が１２０°Ｃ以下、好ましくは１００°
Ｃ以下で、粒度としては６０メッシュ以下、特に１００
メッシュ以下が好適である。このような低融点合金粉末
は、合金をガスアトマイズ法等によって微粒子化するこ
とによって容易に得られる。前記原料粉末からなる低融
点合金粉末を分散させるベースとなる石油系グリスとし
ては、混練物の展開性、流動性、吸湿防止性の点から稠
度Ｎｏ．３程度のものが都合よく、これに上記低融点合
金粉末を重量比で２０〜５０％混合して得られる。

【００１２】コンパウンド９の製造に際しては、Ｐｂ３
２重量％、Ｓｎ１６重量％、Ｂｉ５２重量％合金のアト
マイズ粉の−２００メッシュ微粉３０部と、稠度Ｎｏ．
３の石油系グリス７０部とを混練してペースト状のコン
パウンドを製作した。

【００１３】摺板５の取付けに際しては、集電舟１と摺
板５の接合面にコンパウンド９を塗布した状態で、これ
ら接合面を研磨紙、研磨布、ワイヤブラシ等で研磨して
清浄化し、ゴミ等を拭き取った後、再度コンパウンド９
を接合面に塗布して集電舟１上に摺板５を載せ、しかる
後ボルト８によって締結する。

【００１４】ここで、集電舟１と摺板５とをボルト締結
する場合、特に一方がアルミ系材料で、大電流密度の場
合、間欠的な通電により加熱、冷却が繰り返されると、
酸化膜の発達と共に抵抗が次第に増加する。そこで、本
発明においては集電舟１と摺板５の接合面に、Ｐｂ−Ｓ
ｎ−Ｂｉを主成分とする低融点合金粉末と石油系グリス
とからなるペースト状コンパウンド９を塗布したもので
あり、このような摺板取付構造にあっては、酸化膜の生
成を防止することができ、安定した電気的接続と、集電
舟１の耐久性の向上を図ることができる。すなわち、微
量介在する低融点合金粉末は初期の間欠的な通電によ
り、その一部が溶解して次第に薄膜化され、ボルト締結
部付近の接合面を覆うため、集電舟１の表面の酸化およ
び酸化に伴う抵抗増加、発熱等を防止する。したがっ
て、腐食等が起こらず、平坦性と美麗な金属光沢を維持
し、電気的、機械的、化学的に安定化した接続部が得ら
れる。

【００１５】アルミニウム合金とそれより電気化学的に
貴な異種金属（鋼、鉄系金属）との接触部の湿潤状態に
おける接触腐食（電食）は、避けられないものである
が、揆水性のコンパウンド塗布により軽減されることは
従来から知られていた。これに対して、本発明における
低融点金属粉末を主成分とするコンパウンド９は、従来
型の無機酸化物粉型コンパウンドやカーボン粉型コンパ
ウンドに比べて格段の電食軽減作用があることが認めら
れた。この電食軽減作用のメカニズムについては不明な
点が多いが、グリス中の低融点金属の電位がＣｕとＡｌ
の中間的電位であること、ＣｕによりＡｌの腐食力が緩
和されることおよびそこに介在するグリスによるものと
考えられる。

【００１６】また、摺板を載置したアルミニウム合金製
の集電舟では、電食はクレーター状に発達するので、電
食を軽減することができることは、電気的平坦度確保は
勿論のこと、集電舟そのものの耐久性向上に寄与する。

【００１７】次に、本発明による摺板取付構造と従来構
造との摩耗および耐久性を調べた結果について説明す
る。

【００１８】［塩水噴霧テスト］幅７０ｍｍ×長さ１５
０×厚さ２ｍｍの５０５２半硬質アルミニウム系材料か
らなる集電舟試験片を作成し、その中央部に幅４３ｍｍ
×長さ１２２ｍｍ×厚さ１０ｍｍの銅系摺板試験片を載
置してこれら両試験片を８ｍｍφ黄銅製ボルト２本で締
結し、ＪＩＳＺ２３７１に規定された塩水噴霧テストを
３３６時間行なった後、摺板試験片を取り除き、集電舟
試験片の重量軽減を測定した。その測定結果は次の通り
であった。 （１） コンパウンドを使用しない場合
重量減少 １．３３ｇ （２） 従来のカーボン型コンパウンド使用の場合
重量減少 ０．４３ｇ （３） 従来の無機酸化物型コンパウンド使用の場合
重量軽減 ０．４３ｇ （４） 本発明のコンパウンド使用の場合
重量軽減 ０．２６ｇ

【００１９】［耐久試験］図４に示すように銅系焼結合
金製摺板試験片（幅２２ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）１０と、
アルミ合金製集電舟試験片（５０５２半硬質材 幅２２
ｍｍ、厚さ２ｍｍ）１１との端部を、互いにＬ（４０ｍ
ｍ）の範囲で重ね合わせ、この重合部の中央をボルト８
によってばね座金６および平座金７を介して１１０Ｋｇ
ｆ・ｃｍ²の締結力で締結し（試験片には予め貫通孔と
ねじ穴を明けてある）、これら両試験片１０、１１に３
２０Ａの直流電流を１時間通電し、１時間休止（これを
１ヒートサイクルとし、１回とする）の条件で耐久試験
を行ない、重合部から距離Ｄはなれた２点Ｐ1 ，Ｐ2 間
で電気抵抗を測定した。測定は、前処理として、ボルト
締結部付近を＃２４０エメリーペーパーで研磨しただけ
でボルト締結した場合と、前記前処理後本発明によるコ
ンパウンドを塗布して再研磨し、一旦拭き取った後再び
コンパウンドを塗布しボルト締結した場合と、前処理後
市販コンパウンド（固体導電粉入り）を塗布して再研磨
し、一旦拭き取った後再び市販コンパウンドを塗布して
ボルト締結した場合の３種類行い、その結果を表１に示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】これらの試験結果から明らかなように本発
明によるコンパウンド９を使用すると従来のコンパウン
ドを使用した場合および単に研磨のみでコンパウンドを
使用しない場合に比べて電気抵抗の増加が著しく少な
く、安定した電気的接続が得られ、また集電舟の耐久性
を向上させることができた。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る摺板取
付構造によれば、集電用摺板と集電舟との間のボルト締
結部の酸化膜の生長、抵抗増加、摩耗、発熱等が少な
く、電気的、機械的、化学的耐久性を向上させることが
できるので、集電効率の向上、交換、保守作業の効率化
と相俟って車両運行上きわめて有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る摺板取付構造の一実施例を示す集
電舟の平面図である。

【図２】集電舟の正面図である。

【図３】図１のIII −III 線拡大断面図である。

【図４】耐久試験を示す図である。

【符号の説明】

１ 集電舟 ２ 架線 ５ 集電用摺板 ８ ボルト ９ コンパウンド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 拓男 東京都港区三田３丁目13番12号 日本軽金 属株式会社内 (72)発明者 野田 忠明 静岡県庵原郡蒲原町蒲原480 静岡興産株 式会社蒲原事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集電用摺板を、アルミニウム系材料から
   なる集電舟に締結固定し電気的に接続する摺板取付構造
   において、 Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉを主成分とする１２０°Ｃ以下で溶融
   する低融点合金粉末を、石油系グリスに添加したペース
   ト状コンパウンドを前記摺板と集電舟との接合面に塗布
   し、これらを締結手段によって締結するようにしたこと
   を特徴とする摺板取付構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の摺板取付構造において、
   低融点合金粉末は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ａｌのうち１種もしく
   は２種以上を含むことを特徴とする摺板取付構造。