JPH11124643A

JPH11124643A - 集電摺動材料

Info

Publication number: JPH11124643A
Application number: JP30934597A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kataoka; 泰弘片岡; Kunpei Manabe; 薫平真鍋
Original assignee: NARUMI GOKIN SEISAKUSHO KK; Aichi Prefecture
Current assignee: NARUMI GOKIN SEISAKUSHO KK; Aichi Prefecture
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: JP3056708B2

Abstract

(57)【要約】【課題】鉛、炭素等の減摩材を含有せず、或いはこれ
らの減摩材の含有量が少なく、軟化、溶融し難く、また
アーク放電が発生し難く、且つ耐摩耗性に優れた集電摺
動材料を提供する。【解決手段】銅、錫及び酸化アルミニウム又は焼成に
よって酸化アルミニウムを生成する金属アルミニウムの
粉末等を使用し、これらを混合し、常法によって成形
し、焼成して、酸化アルミニウムを含有する焼結合金か
らなる集電摺動材料を得る。酸化アルミニウムの含有量
は０．０１〜０．８重量％であり、特に０．１〜０．４
重量％の範囲が好ましい。また、錫は３〜２０重量％で
あり、特に５〜１２重量％とすることが好ましい。この
集電摺動材料は、鉄道車両のパンタグラフのすり板など
として利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸化アルミニウムを
含有する焼結合金からなる集電摺動材料に関する。本発
明の集電摺動材料は、耐摩耗性及び耐熱性に優れ、使用
時、軟化、溶融し難く、電気鉄道のパンタグラフ用すり
板及びクレーン等、電動式移動体の集電用の材料などと
して利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】集電摺動材料は、各種の用途において幅
広く利用されている。そして、特に高速の鉄道車両のパ
ンタグラフのように、非常に苛酷な条件の下に使用され
る場合は、より優れた耐摩耗性が要求される。また、こ
の高速で長時間の使用に耐え得る優れた耐摩耗性の他、
良好な通電性能、被摺動体である架線の摩耗を最小限に
抑えるための潤滑性、及び使用中に受ける衝撃に耐え得
る機械的強度等、種々の特性も必要とされる。

【０００３】集電摺動材料は、一般に、銅、錫を基本成
分とする鋳造系と焼結系の合金に大別される。そして、
主な減摩材として鋳造系の合金では鉛が使用される。ま
た、焼結系の合金では炭素を添加したり、油脂材を含浸
させたりして、耐摩耗性の改良が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の鉄道車
両の高速化、パンタグラフ数の減少等により、パンタグ
ラフ用のすり板に加わる負荷が非常に大きくなってい
る。即ち、鉄道車両の高速化によって、パンタグラフと
架線との離線が増加し、アーク放電が発生し易くなって
いる。そのため、このアーク放電に起因するすり板の摩
耗が非常に大きくなっている。また、パンタグラフの数
が従来より大幅に減少しており、これによって、すり板
１枚当たりの集電量が増加することも摩耗を大きくする
要因となっている。

【０００５】そのため、より耐摩耗性に優れたすり板が
必要とされており、鉛又は炭素、或いは油脂成分等の減
摩材の含有量を増加させた集電摺動材料からなるすり板
が提供されている。しかし、鉛の含有量を増加させると
材料の融点が低下し、架線との接触、摩擦によって軟
化、溶融し易くなり、集電面の荒れの原因となる。ま
た、炭素の添加量を増やすとアーク放電がさらに発生し
易くなり、集電面の荒れがより甚だしいものとなる。

【０００６】本発明は、上記の従来の問題点を解決する
ものであり、銅を主成分とし、これに錫を配合した焼結
合金に、酸化アルミニウムを含有させることにより、耐
摩耗性に優れ、集電面が荒れ難い、集電摺動材料を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明の集電摺動材料
は、銅、錫及び酸化アルミニウムを含有する焼結合金か
らなり、該焼結合金を構成する成分の合計量を１００重
量％とした場合に、上記錫は３〜２０重量％であり、上
記酸化アルミニウムは０．０１〜０．８重量％であるこ
とを特徴とする。

【０００８】上記「酸化アルミニウム」は、酸化アルミ
ニウム粉末又は、焼成時、酸化アルミニウムを生成する
原料粉末を用いて生成させることができる。この焼成に
よって酸化アルミニウムを生成する原料粉末としては、
金属アルミニウムの粉末を使用することができる。金属
アルミニウムの粉末の粒径は特に限定されないが、平均
粒径が数十〜数百μｍ程度のものを用いることができ
る。また、酸化アルミニウムを用いる場合も粒径は特に
限定されないが、その平均粒径が０．１〜数十μｍ程度
のものが好ましい。

【０００９】第１発明の集電摺動材料において、酸化ア
ルミニウムが０．０１重量％未満では、耐摩耗性が十分
に向上しない。また、酸化アルミニウムが０．８重量％
含有されておれば、十分な耐摩耗性を有する集電摺動材
料が得られる。尚、この上限値を超えて酸化アルミニウ
ムを多量に含有させた場合は、耐摩耗性は従来品を下回
って低下し、且つ得られる集電摺動材料が脆くなる傾向
にある。この酸化アルミニウムの含有量は、特に０．０
５〜０．６重量％、更には第２発明のように「０．１〜
０．４重量％」とすることが好ましい。酸化アルミニウ
ムの含有量がこの範囲となるように各粉末を配合し、調
製すれば、焼成が容易であり、且つ強度が大きく、耐摩
耗性に優れた集電摺動材料を得ることができる。

【００１０】また、第１発明の集電摺動材料において、
上記「錫」の含有量が３重量％未満である場合、集電摺
動材料の耐摩耗性が十分に向上しない。一方、錫の含有
量が２０重量％を越える場合は、耐摩耗性については特
に問題ないものの、錫は２３０℃程度と融点が低く、得
られる集電摺動材料の耐熱性が低下し、使用時、軟化、
溶融による集電面の荒れを生ずることがあるため好まし
くない。この錫の含有量は特に３〜１５重量％、更には
第２発明のように「５〜１２重量％」とすることが好ま
しく、この範囲の含有量であれば十分な耐熱性を有し、
且つより優れた耐摩耗性を有する集電摺動材料を得るこ
とができる。

【００１１】第１発明において、上記「焼結合金」は、
素地金属、即ち、銅及び錫の粉末と、酸化アルミニウム
粉末又は、金属アルミニウムの粉末等、焼成時、酸化ア
ルミニウムを生成する原料粉末とを混合し、常法によっ
て、成形、焼成して得られる。素地金属の粉末の粒径は
特に限定されないが、銅粉では、５００μｍ以下、特に
５０〜３５０μｍ程度とすることが好ましい。一方、錫
粉では、２００μｍ以下、特に５０〜１５０μｍ程度が
好適である。

【００１２】尚、上記の焼結合金には、銅、錫及び酸化
アルミニウムの他に減摩材である炭素或いは油脂成分等
を添加することもできる。また、通電性の向上、アーク
放電の低減等を目的として、所要量の鉄、クロム、ニッ
ケル等を配合することもできる。これらの成分は集電摺
動材料の所要性能によって適宜の含有量とすることがで
きるが、焼結合金を１００重量％とした場合に、銅、錫
及び酸化アルミニウムの合計量を９０重量％以上、特に
９５重量％以上、更には９８重量％以上とすることが好
ましい。また、本発明では、その全量が銅、錫及び酸化
アルミニウムによって構成された焼結合金からなる集電
摺動材料とすることもでき、特に他の減摩材等を添加し
なくても、酸化アルミニウムの作用、効果によって、そ
の耐摩耗性は十分に向上する。

【００１３】また、本発明においては、錫と酸化アルミ
ニウムの含有量を第１発明の範囲とした場合、特定の方
法によって測定した比摩耗量が４．５×１０^-6ｍｍ²／
ｋｇｆ以下である優れた耐摩耗性を有する集電摺動材料
を得ることができる。更に、錫と酸化アルミニウムの含
有量を、特に第２発明において特定された範囲とするこ
とにより、その比摩耗量が、第３発明のように「２×１
０^-6ｍｍ²／ｋｇｆ以下」と、非常に優れた耐摩耗性を
有する集電摺動材料が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例及び比較例
によって具体的に説明する。表１に示す実験例１〜１１
及び１３〜１７の組成（残部は銅であり、銅、錫及び酸
化アルミニウムの合計量が１００重量％である。）とな
るように、銅、錫、酸化アルミニウムを配合し、３〜５
トン／ｃｍ²の加圧力で直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ程
度の円盤状に成形後、６５０℃〜７５０℃で焼成し、焼
結合金からなる集電摺動材料を得た。また、実験例１２
の従来品には、銅、鉛、錫及びニッケルが含有されてお
り、それらの量比は、それぞれ６９、２７、３及び１重
量％である。

【００１５】得られた焼結合金を加工して試片形状と
し、銅を相手材とする摩耗試験を行った。試験条件等は
下記のとおりである。結果を表１に示す。試験機：大越式摩耗試験機摩擦速度：４．３９ｍ／秒摩擦距離：６６．６ｍ最終荷重：２．１７ｋｇｆ

【００１６】試験片は上記の円盤状の成形体から平板状
のものを２枚切り出し、各面を研磨して調製した。その
寸法は長さ４５ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さが９ｍｍであ
る。この試験片のいずれか一方の面のほぼ中央部に、直
径３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの銅製の円板の円周端面を押し
付け、初期荷重約０．３ｋｇｆで直角に押し当て回転さ
せた。周速度は上記の摩擦速度であり、上記の摩擦距離
となるまで接触させて（押し付けて）回転させた。尚、
押し付け荷重は連続的に増加し、最終荷重は２．１７ｋ
ｇｆであった。表１の比摩耗量は、摩耗により試験片の
中央部に生じた摩耗痕の幅を測り、この幅から下記の計
算式に基づいて算出したものである。また、表１におい
て「表面」及び「裏面」は同一試験片の表裏面である。比摩耗量（ｍｍ²／ｋｇｆ）＝ｔ・ｂ³／（８ｒｐｌ）［ｔ；銅製の円板の厚さ（３ｍｍ）、ｂ；摩耗痕の幅
（ｍｍ）、ｒ；銅製の円板の半径（１５ｍｍ）、ｐ；最
終荷重（２．１７ｋｇｆ）、ｌ；摩擦距離（６．６６×
１０⁴ｍｍ）］

【００１７】

【表１】

【００１８】表１の結果によれば、錫の含有量を一定と
し、酸化アルミニウムの含有量を変化させた実験例２〜
８では、酸化アルミニウムの含有量によって、比摩耗量
が変化していることが分かる。即ち、酸化アルミニウム
の含有量が０．１重量％までは、酸化アルミニウムの増
加とともに耐摩耗性が向上している（比摩耗量が低下し
ている。）。一方、酸化アルミニウムの含有量が０．４
重量％を越えると比摩耗量は増加に転じ、０．８重量％
含有させた場合は、実験例１２の従来品とほぼ同程度の
比摩耗量となることが分かる。しかし、それでも酸化ア
ルミニウムを含有していない実験例１の場合に比べれば
非常に優れた耐摩耗性を有する集電摺動材料が得られて
いる。

【００１９】また、酸化アルミニウムの含有量を一定と
し、錫の含有量を変化させた実験例９〜１１では、錫の
含有量によって比摩耗量が大きく変化していることが分
かる。特に、錫の含有量が第１発明の下限値を下回って
いる実験例９では、従来品に比べても耐摩耗性が大きく
低下している。しかし、それでも酸化アルミニウムを含
有していない実験例１に比べれば耐摩耗性は相当に優れ
ている。また、この実験例９では、鉛を含有する従来品
よりは融点が高く、使用時の軟化、溶融等は生じ難いも
のではないかと推察される。

【００２０】更に、酸化アルミニウムに代えて他の焼結
体を０．３重量％添加した実験例１３〜１７では、錫が
８重量％含有されているにもかかわらず、耐摩耗性はそ
れほど向上しないか、むしろ大きく低下している。例え
ば、ＴｉＣを添加した実験例１４及びＣ−ＢＮを添加し
た実験例１５では、酸化アルミニウムを添加していない
実験例１の場合に比べれば耐摩耗性が向上しているもの
の、錫が２重量％と少ない実験例９よりも劣っている。
更に、ＳｉＣを使用した実験例１６では、実験例１に比
べても耐摩耗性が大きく劣っており、ＭｇＯを用いた実
験例１７では耐摩耗性の低下がより著しい。このよう
に、酸化アルミニウムも含め、セラミックスとしてよく
知られた６種類のうちで、特に酸化アルミニウムのみが
耐摩耗性を大きく向上させる作用、効果を有しているこ
とが分かる。

【００２１】

【発明の効果】第１及び第２発明によれば、集電摺動材
料に特定量の酸化アルミニウムを含有させることによ
り、従来品に比べて比摩耗量を低下させることができ
る。また、アーク放電の発生も減少し、特に第３発明の
ように優れた耐摩耗性を有する集電摺動材料を得ること
ができる。尚、本発明の集電摺動材料は、耐摩耗性に優
れることから、軸受材料などとして利用することもでき
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者真鍋薫平名古屋市緑区漆山107番地株式会社鳴海合金製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅、錫及び酸化アルミニウムを含有する
焼結合金からなり、該焼結合金を構成する成分の合計量
を１００重量％とした場合に、上記錫は３〜２０重量％
であり、上記酸化アルミニウムは０．０１〜０．８重量
％であることを特徴とする集電摺動材料。
【請求項２】上記錫が５〜１２重量％であり、上記酸
化アルミニウムが０．１〜０．４重量％である請求項１
記載の集電摺動材料。
【請求項３】下記の方法によって測定した比摩耗量が
２×１０^-6ｍｍ²／ｋｇｆ以下である請求項１又は２記
載の集電摺動材料。試験機；大越式摩耗試験機摩擦速度；４．３９ｍ／秒摩擦距離；６６．６ｍ最終荷重；２．１７ｋｇｆ