JPH0874009A - 耐摩耗性に優れた鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用パンタグラフすり板材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に高速で耐摩耗性を発揮する電気車のパン
タグラフすり板材を提供する。 【構成】 ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量％、
並びにＦｅとＭｏの金属間化合物およびＦｅとＭｏとＳ
ｉとＣｒの金属間化合物の１種または２種：３〜１０重
量％を含有し、さらに必要に応じて、Ｃｒ：３〜７重量
％を含有し、さらに素地形成成分としてＣｕ：３０〜５
０重量％を含有し、さらに必要に応じて、Ｓｎ：２〜５
重量％およびＰ：０．０１〜０．５重量％、またはＳ
ｎ：２〜５重量％、Ｐ：０．０１〜０．５重量％および
Ｃ：０．０１〜０．５重量％を含有し、残りがＦｅおよ
び不可避不純物からなる組成を有する気孔率：５〜１５
％のＦｅ基焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸して
なる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成されている鉛含浸Ｆｅ
基焼結合金製の集電用パンタグラフすり板材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速で走行する電気
車に用いた場合に特に優れた耐摩耗性を発揮する鉛含浸
Ｆｅ基焼結合金製の集電用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】従来の電気車のパンタグラフすり板材
は、例えば、分散相形成成分として、Ｍｏ：０．１〜８
重量％、Ｆｅ−Ｍｏ合金：１〜１５重量％を含有し、さ
らに必要に応じて、Ｃｒ：１〜１５重量％を含有し、素
地形成成分として、Ｃｕ：０．１〜５重量％、Ｎｉ：
０．１〜５重量％、Ｃ：０．０２〜０．５重量％を含有
し、残りがＦｅおよび不可避不純物からなる組成、並び
にＰｂ含浸重量割合で５〜３０％の気孔を有するＦｅ基
焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる鉛含浸
Ｆｅ基焼結合金で構成されていた（特開昭６２−５０４
４５号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、電気車
の高速化はめざましく、これに伴ない、パンタグラフす
り板材にも一層の耐摩耗性が要求されるが、前記従来の
鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用パンタグラフすり板材
で作製したすり板は、電気車の速度が２５０ｋｍ／ｈを
越えると、急速に摩耗が進行し、比較的短時間で使用寿
命に至るのが現状である。

【０００４】

【課題を解決する手段】そこで、本発明者等は、電気車
の高速走行にも優れた耐摩耗性を発揮するパンタグラフ
すり板材を得るべく鋭意研究を行った結果、パンタグラ
フすり板材を、ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量
％およびＣｒ：３〜７重量％、並びにＦｅとＭｏの金属
間化合物およびＦｅとＭｏとＳｉとＣｒの金属間化合物
の１種または２種：３〜１０重量％を含有し、さらに素
地形成成分として、Ｃｕ：３０〜５０重量％を含有し、
さらに必要に応じて、、Ｓｎ：２〜５重量％およびＰ：
０．０１〜０．５重量％、またはＳｎ：２〜５重量％、
Ｐ：０．０１〜０．５重量％およびＣ：０．０１〜０．
５重量％を含有し、残りがＦｅおよび不可避不純物から
なる組成を有する気孔率：５〜１５％のＦｅ基焼結合金
に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してなる鉛含浸Ｆｅ基焼
結合金で構成すると、従来よりも優れた耐摩耗性を有す
る電気車のパンタグラフすり板材を得ることができると
いう知見を得たのである。

【０００５】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、以下にパンタグラフすり板材を構成す
るＦｅ基焼結合金の成分組成および気孔率を上記の通り
に限定した理由を説明する。

【０００６】Ａ．成分組成 （ａ） 金属間化合物 ＦｅとＷの金属間化合物はビッカース硬さ（Ｈｖ）で５
００〜８００の高硬度を有し、さらにＦｅとＭｏの金属
間化合物およびＦｅとＭｏとＳｉとＣｒの金属間化合物
はビッカース硬さ（Ｈｖ）で８００〜１３００の高硬度
を有し、これら金属間化合物はすり板材の摺動面直下の
表面部にあっては、摺動に伴う素地の塑性変形を抑制
し、またすり板材の摺動面に露出した状態では、これら
の結晶形系が六方晶であるに対し、相手材のトロリ線を
構成する結晶形が立方晶系であることから、相互凝着性
およびアブレイシブ性（砥粒性）が小さく、さらに実用
時に潤滑性のある酸化被膜が形成されることとあいまっ
て、相手攻撃性の小さい状態で、特に高速走行下での耐
摩耗性を著しく向上させる作用を持つを有するが、Ｆｅ
とＷの金属間化合物の含有量が５重量％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が１５重
量％を越えると所定の強度が得られなくなることから、
その含有量は５〜１５重量％に定めた。一層好ましい範
囲は７〜１０重量％である。

【０００７】さらに、ＦｅとＭｏの金属間化合物および
ＦｅとＭｏとＳｉとＣｒの金属間化合物のうち１種また
は２種を３重量％未満含有しても前記作用に所望の効果
が得られず、一方、その含有量が１０重量％を越えると
所定の強度が得られなくなることから、ＦｅとＭｏの金
属間化合物およびＦｅとＭｏとＳｉとＣｒの金属間化合
物のうち１種または２種の含有量は３〜１０重量％に定
めた。一層好ましい範囲は、５〜８重量％である。

【０００８】（ｂ） Ｃｒ Ｃｒはビッカース硬さ（Ｈｖ）で１６０〜２３０を有
し、さらにＦｅと強固に結合し、摺動面直下にあって
は、摺動による塑性変形を抑制し、摩耗を防止する作用
を有するが、その含有量が３重量％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、一方、その含有量が７重量％を
越えると摺動面に露出した場合は相手材によるＣｕ製ト
ロリ線に対して高いアブレイシブ性を示すので、その含
有量を３〜７重量％に定めた。一層好ましい範囲は４〜
６重量％である。

【０００９】（ｃ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、一部がＦｅに固溶して、これを強化し、
かつこのＦｅと共に強固な素地を形成するほか、電気伝
導性および耐アーク性を向上させる作用があるが、その
含有量が３０重量％未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方、その含有量が５０重量％を越えると、相
手材であるＣｕ製トロリ線との凝着性が増大し、耐摩耗
性低下の原因となることから、その含有量は３０〜５０
重量％に定めた。一層好ましい範囲は、３５〜４５重量
％である。

【００１０】（ｄ） Ｓｎ Ｓｎ成分には、素地を形成するＣｕに固溶して、これを
強化する作用があるが、その含有量が２重量％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
５重量％を越えると脆化するようになることから、その
含有量は２〜５重量％に定めた。一層好ましい範囲は３
〜４重量％である。

【００１１】（ｅ） Ｐ Ｐは、素地を形成するＣｕに固溶してこれを強化すると
ともに耐蝕性を向上させる作用があるので添加するが、
その含有量が０．０１重量％未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方、その含有量が０．５重量％を越
えると脆化するようになり、さらに電気伝導性を著しく
劣化させることから、その含有量は０．０１〜０．５重
量％に定めた。一層好ましい範囲は０．２〜０．３重量
％である。

【００１２】（ｆ） Ｃ Ｃは、Ｆｅに固溶して、素地を強化する作用があるので
添加するが、その含有量が０．０１重量％未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が０．
５重量％を越えると、パーライト相が多量に形成されて
著しく硬くなり、相手材のトロリ線の摩耗を著しく促進
させるところから、その含有量を０．０１〜０．５重量
％に定めた。一層好ましい範囲は０．１〜０．４重量％
である。

【００１３】Ｂ． 気孔率 その割合が５％未満では、Ｆｅ基焼結合金に含浸される
ＰｂまたはＰｂ合金の割合が少なすぎて、ＰｂまたはＰ
ｂ合金によってもたらされる優れた潤滑性を確保するこ
とができず、一方、その割合が１５％を越えると、Ｆｅ
基焼結合金の強度、すなわち、すり板材の強度が低下す
るばかりでなく、耐アーク性も低下するようになって摩
耗が急激に進行するようになることから、その割合を５
〜１５％と定めた。この気孔率の一層好ましい範囲は、
７〜１０％である。

【００１４】

【実施例】原料粉末として、粒度：−８０メッシュのア
トマイズ鉄粉、粒度：−１００メッシュの電気銅粉、Ｓ
ｎ：１０重量％含有の粒度：−１００メッシュのアトマ
イズ青銅粉、粒度：−６０〜＋２００メッシュのＦｅ−
Ｗ（Ｆｅ−７５重量％Ｗ）金属間化合物粉、粒度：−３
０〜＋２００メッシュのＦｅ−Ｍｏ（Ｆｅ−６４重量％
Ｍｏ）金属間化合物粉、粒度：−３０〜＋２００メッシ
ュのＦｅ−Ｍｏ−Ｓｉ−Ｃｒ（Ｆｅ−４０重量％Ｍｏ−
１０重量％Ｓｉ−３重量％Ｃｒ）金属間化合物粉、粒
度：−６０〜＋２００メッシュのＣｒ粉末、粒度：−３
５０メッシュのＣ粉末、および粒度：−１００メッシュ
でＰ：８重量％含有の銅燐粉を用意し、これら原料粉末
を表１に示される成分組成となるように配合し、ダブル
コーンミキサーを用い、０．５時間混合した後、３００
〜６００ＭＰａ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、温
度：１０４０〜１０８０℃、１時間保持の条件で焼結
し、表１に示される気孔率を持ったＦｅ基焼結合金を製
造した。

【００１５】このＦｅ基焼結合金に純ＰｂまたはＰｂ−
３０重量％Ｓｎの組成のＰｂ合金を含浸させることによ
り、幅：２５ｍｍ、長さ：８０ｍｍ、厚さ：１０ｍｍの
寸法を持った本発明鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用パ
ンタグラフすり板材（以下、本発明すり板材という）１
〜１３、および特開昭６２−５０４４５号公報記載の組
成を持った従来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用パンタ
グラフすり板材（以下、従来すり板材という）をそれぞ
れ製造した。

【００１６】

【表１】

【００１７】次に、これらすり板材について、加速摩耗
試験を行った。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せた外径２．２ｍ
の円板の片側面に、模擬トロリ線として外径：２ｍ、
幅：１５ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を持った硬銅リング
（ＪＩＳ Ｃ１１００ ＢＢ−Ｈ）を５０ｍｍ偏心して
取り付けた装置を用い、前記硬銅リングに、直径線上の
２か所ですり板材を５０Ｎの押付け力で長さ：８０ｍｍ
×幅：２５ｍｍの寸法面を面接触させながら、前記模擬
トロリ線とすり板材の間に１００Ｖ、１００Ａの直流電
流を流し、前記円板を５．５分で２６０ｋｍ／ｈの回転
速度にあげ、この速度に５．５分間保持した後、５．５
分かけて停止させ、これを１サイクルとし、このサイク
ルを４回繰り返すことにより行い、すり板材の摩耗重量
および相手材である模擬トロリ線の摩耗深さを測定し
た。これらの測定結果からすり板材の比摩耗量および模
擬トロリ線の５０００回転当たりの値に算出し、表２に
示した。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】表１および表２に示される結果から、本
発明すり板材１〜１３は、いずれも従来すり板材と同等
の低い相手攻撃性を示した状態で、これより一段と優れ
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基焼結合金製の集電用パンタグラ
フすり板材で作製したすり板は、通常の走行は勿論のこ
と、高速走行の電気車に用いた場合にも特に優れた耐摩
耗性を発揮し、使用寿命の一段の延命化を可能とするも
のである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺岡 利雄 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 三 菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 伊藤 將利 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 岩瀬 勝 埼玉県南埼玉郡宮代町学園台４−１ 日本 工業大学内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量
   ％、並びにＦｅとＭｏの金属間化合物およびＦｅとＭｏ
   とＳｉとＣｒの金属間化合物の１種または２種：３〜１
   ０重量％を含有し、 さらに素地形成成分として、 Ｃｕ：３０〜５０重量％、を含有し、残りがＦｅおよび
   不可避不純物からなる組成を有する気孔率：５〜１５％
   のＦｅ基焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸してな
   る鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成されていることを特徴と
   する耐摩耗性に優れた鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用
   パンタグラフすり板材。
2. 【請求項２】 ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量
   ％、並びにＦｅとＭｏの金属間化合物およびＦｅとＭｏ
   とＳｉとＣｒの金属間化合物の１種または２種：３〜１
   ０重量％を含有し、 さらに素地形成成分として、 Ｃｕ：３０〜５０重量％、 Ｓｎ：２〜５重量％、 Ｐ：０．０１〜０．５重量％、を含有し、残りがＦｅお
   よび不可避不純物からなる組成を有する気孔率：５〜１
   ５％のＦｅ基焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸し
   てなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成されていることを特
   徴とする耐摩耗性に優れた鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集
   電用パンタグラフすり板材。
3. 【請求項３】 ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量
   ％およびＣｒ：３〜７重量％、並びにＦｅとＭｏの金属
   間化合物およびＦｅとＭｏとＳｉとＣｒの金属間化合物
   の１種または２種：３〜１０重量％を含有し、 さらに素地形成成分として、 Ｃｕ：３０〜５０重量％、 Ｓｎ：２〜５重量％、 Ｐ：０．０１〜０．５重量％ Ｃ：０．０１〜０．５重量％、を含有し、残りがＦｅお
   よび不可避不純物からなる組成を有する気孔率：５〜１
   ５％のＦｅ基焼結合金に、ＰｂまたはＰｂ合金を含浸し
   てなる鉛含浸Ｆｅ基焼結合金で構成されていることを特
   徴とする耐摩耗性に優れた鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集
   電用パンタグラフすり板材。