JPS62197352A - 摺動・集電用炭素材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は電気車両等の摺動・集電用炭素材料に係り、
特に電気抵抗が低くかつ耐衝撃性、耐摩耗性のすぐれた
炭素材料の製造方法に関する。

従来技術とその問題点 電気車両等の摺動・集電用炭素材料は車両の高速化と冷
房設備等による消費電力の増大に対応するため、炭素の
すぐれた摺動特性と金属の電気伝導性を生かした炭素−
金属複合材の開発が望まれている。

従来、このような炭素材料の製造方法としては例えば、
炭素材の持つ気孔に特定の金属を加圧含浸させる方法（
特公昭５６−１４７３２　）、特定の金属に炭素繊維を
１０〜７０　ＶＯ＃％介在させる方法（特公昭５８−３
９２１６　）が提案されている。しかし、これらの方法
では炭素材の数μ以下の微細気孔に金属が十分に充填さ
れないため、電気抵抗の低下効率が悪く、また金属を含
浸するために高温で減圧・加圧のできる特殊な設備を必
要とする。また、特定の金属に炭素繊維を介在させる方
法では炭素繊維の配合率が７０マＱ１％以下のため、炭
素繊維の有するすぐれた摺動性が十分発揮されない無点
がある。

発　　明　　の　　目　　的 この発明は従来の前記問題点を解決するためになされた
もので、集電効率を向上させるため電気抵抗を金属並み
に低下させ、しかも摺動性を損わないよう炭素含有率を
７０ＶＯ＃％以上に維持し、かつ強度、＋ｌ衝撃性、耐
摩耗性のすぐれた摺動・集電用炭素材料を製造し得る方
法を提案することを目的とするものである。

発　　明　　の　　構　　成 この発明に係る摺動・集電用炭素材料の製造方法は、炭
素材料用原料に金属ファイバーを３〜３０・ｖｏｅ％（
好ましくは５〜２０　ｖｏ／％）配合し一方向に配向さ
せた後、焼成することを特徴とするものである。

以下、この発明方法について詳細Ｉこ説明する。

この発明における炭素材料用原料は、粉砕した黒鉛やコ
ークス等の骨材とコールタール等のバインダー成分を混
練した後解砕した粉末、またはコールタールを熱処理し
発生する油分を真空蒸留で除去した後微粉砕したもので
あって、これらの原料を加圧成型した後焼成して炭素材
が製造できるような粉末をいう。

この原料ζこ配合する金属ファイバーは特に限定するも
のではないが、電気抵抗が低く強度が大きく、かつ融点
の高い金属が望ましい。金属の融点が低いと炭素材料の
焼成中に金属が溶融するため焼成温度を上げられず、マ
）　ＩＪワックスなる炭素材料の品質が低下する。従っ
て、金属ファイバーとしては融点の高い金属が望ましい
。このような条件を満足する金属ファイバーの組成は銅
、鉄、ニッケル、コバルト等を上げることができる。ま
た、金属ファイバーの寸法は特に限定するものではない
が、径０．５Ｗ以丁、長さ１、Ｏｎ以上が望ましい。

この発明において、上記金属ファイバーの配合率を３〜
３ｏｖｏｇ％（好ましくは５〜２０　ＶＯｇ％）と限定
したのは、配合率が３　ｖｏｄ％未満では金騎ファイバ
ーによるｗ！電気抵抗低下効果が得られず、配合率が３
０ＶＱ／％を超えると炭素材料が金属ファイバーを十分
接着できず強度低下を招くためである。

次に、上記金属ファイバーを一方向に配向させるのは、
以下に示す理由による。

すなわち、金属ファイバーを炭素材料中で一方向に配向
させることにより、従来と同量の金属含有率で比較する
と金属ファイバーの炭素材中における連続性の向上によ
り電気抵抗が著しく低下し、かつ金属ファイバーの一方
向配向により金属ファイバーが補強材として有効に作用
するため、１ｖ衝撃性が著しく向上し、曲げ強度テスト
では降伏点を過ぎても破壊されず曲がるという特性が判
明したためである。

このように金属ファイバーを一方向に配向させることは
、炭素材料の電気抵抗を金属並みに下げ強度および耐衝
撃性の向上に大なる効果を奏するものである。

また、金属ファイバーを一方向に配向させる方法として
は、以下に示す方法を用いることができる。

金属ファイバーが常磁性を持つ場合は、金属ファイバー
を炭素材料用原料と混合した後、敵方ガウス以上の磁場
により一方向に配向させる方法、金属ファイバーが常磁
性を有しない場合（銅ファイバー等）は、一方向性を持
たせるため緯糸の比率を下げた布に加工し、この布と炭
素材料用原料を積層して金型に入れ成型する方法、繊維
長５ｆｆ程度の短繊維を用いる場合は、磁場による配向
方法の外に、短繊惟金属と炭素材料用原料の混合物を繊
維の長さより短い幅のスリットを通して成型用金型内に
装入し、−軸プレスまたは押出し成型により一方向に配
向させる方法等を用いることができる。なお、金属ファ
イバーの配向方向は、強度および電気抵抗が改善される
方向とすることはいうまでもない。

このように、炭素材料用原料中に金属ファイバーを一方
向に配向させた成型体は、非酸化性雰囲気中で焼成を行
なう。焼成温度は金属ファイバーの融点前後の温度で行
なう。

実　　　施　　　例 コールタールピッチを５００℃に加熱し熱重合を行なう
と同時に１００１１００１１ｒで減圧蒸留を行ない分解
油分および蒸発油分を強制的に除去して得られた半成コ
ークスを平均粒径１５μに微粉砕したものを炭素材料用
原料とし、この原料に径５０μ。

長さ３ｎの低炭素鋼ファイバーおよび銅ファイバーをそ
れぞれ所定量混合し、低炭素鋼ファイバーの混合物は５
万ガウスの磁場をかけてファイバーを一方向に配向させ
、銅ファイバー混合物は幅５０ｎの間に隙間１．５ｔｇ
＋、長さ９０關のスリットが１４本形成された篩を通し
て成型用金型に装入してファイバーを一方向に配向させ
、それぞれ−軸プレ゛スにて２ｔ／ｃｄで加圧成型し短
辺５０ｆｆ、長辺９０ｎ、厚さ１５ｆｌの板状成型体（
金属ファイバーは長辺と平行に配向）を得、得られた成
型体をそれぞれ粉コークス中に埋めＮ２雰囲気中で１０
℃／Ｈｒの昇温速度で１０００℃まで焼成して炭素材料
を得た。その炭素材料の物性を第１表に示す。

なお第１表には比較のため、本発明で用いた炭素材料用
原料をそのまま成型し焼成したものを比較例１、本発明
で用いた炭素材料用原料に本発明と同じ低炭素鋼ファイ
バーを５ｖＯＩＩ　ｑ６＋　　１０　ｙ　□　ｇ％混合
した混合物を無配向のまま成型したものをそれぞれ比較
例２．３、また銅粉末を２０　ＶＯＲ％混合したものを
比較例４、本発明と同じ低炭素鋼ファイバーを本発明の
配合率を超える４　０　ＶＯＲ％混合し、磁場をかけて
一方向に配向させたものを比較例５、比較例１の炭素材
料を真空下で溶融したアンチモンに浸した後、５０　ｋ
ｆ／−で加圧しアンチモンを含浸させたものを比較例６
として併せて示した。上記各比較例の成型方法、成型体
の大きさ、焼成方法は本発明と同じである。

第１表中の摩耗食は、１２０ナサンドペーパーで面荒さ
を調整した銅製ディスクを回転数１２Ｏｒｐｍで回転さ
せ、この回転中のディスクに８ＨφＸ４０１ｒｌの試験
片を６ｋＩｉｆの圧力で押付け、銅製ディスクを５　Ｘ
　１０’回転させたときの摩耗容量で示した。

なお、試験片は金属ファイバーの配向方向が摩擦面に平
行になるように押付けた。

第１表より明らかなごとく、炭素材料用原料中に金属フ
ァイバーを一方向に配向させた本発明方法ｌこよるもの
は、金属ファイバーを無秩序に配合させたものに比べ少
量の金属配合率で電気抵抗が著しく低く、耐摩耗性およ
び耐衝撃性にすぐれ、強度の高いものであることがわか
る。また、金属ファイバーを一方向に配向させてもその
配合率が４０ＶＯ／％と多い場合（比較例４）は、ｌｌ
１１摩耗性、耐衝撃性および強度のいずれも本発明方法
ζこよるものより劣ることがわかる。

発　　明　　の　　効　　果 以上説明したごとく、この発明方法によれば、°少量の
金属配合率で電気抵抗を金属並みに低下させることがで
きるので、集電効率を向上させることができ、また強度
、ＩｌＩＦｔｗ撃性および耐摩耗性の向上がはかられ、
高品質の摺動・集電用炭素材料を製造することができる
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭素材料用原料に金属ファイバーを３〜３０ｖｏｌ％
   配合し一方向に配向させた後成型、焼成することを特徴
   とする摺動・集電用炭素材料の製造方法。