KR101100478B1 - 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동차의 전차선과 접촉하는 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형층의 경계선이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하도록 금형을 통해 한 번의 압축 성형으로 제조되어 마모를 극소화시키고 생산률을 증대시킬 수 있도록 한 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 분말야금으로 제조되되 복수의 성형층이 적층된 구조로 형성되어 전차선과 습동하는 팬터그래프용 집전판에 있어서, 상기 성형층이 두께 방향으로 적층되어, 전차선과의 접촉시 성형층경계선이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하게 되는 것을 특징으로 한 팬터그래프용 집전판; 및 구리 73~79중량%, 납 8~12중량%, 철 0.01~0.03중량%, 주석 8~12중량%, 흑연 5~6중량%으로 혼합분말을 제조하는 제1단계와; 혼합분말을 금형으로 압축 성형하여 복수의 성형층이 두께 방향으로 적층된 성형품을 제조하는 제2단계와; 성형품을 소결로에서 650~900℃로 가열하여 소결시켜 집전판을 완성하는 제3단계;로 구성되어, 두께 방향으로 적층된 복수의 성형층으로 구성되는 집전판과 동일 형상을 가진 성형품을 한 번의 압축 성형으로 제조할 수 있게 됨을 특징으로 한 팬터그래프 집전판의 제조방법이 제공된다.

Description

팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법{Pantograph slider and thereof manufacturing method}

본 발명은 전동차의 전차선과 접촉하는 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형층의 경계선이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하도록 금형을 통해 한 번의 압축 성형으로 제조되어 마모를 극소화시키고 생산률을 증대시킬 수 있도록 한 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 팬터그래프(pantograph)는 전차나 전기기관차의 옥상에 설치되어 전차선(trolly wire)과 접촉하면서 전기를 집전하는 설비로서, 전차선과 계속적으로 접하는 부분에는 집전판이 마련되어 있다.

이러한 팬터그래프에 사용되는 집전판은 전차선에 접촉하여 습동(stick-slip)함과 동시에 집전하는 역할을 하는 것이므로, 양호한 내마모성이 요구되고 있다.

그리고 상기 집전판은 구리, 주석, 납 등의 소재로 이루어진 혼합분말을 분말야금으로 제조한 블록 형태의 성형품을 일정 크기로 자른 후, 원하는 형태로 가공하는 방법으로 제조되었다.

그러나 상기한 종래의 제조방법으로 내마모성이 증대된 집전판을 제조하기 위해서 성형층의 경계면을 따라 자르게 되면, 균일한 표면을 가진 완제품을 제조하는 것이 용이하지 못하고, 불량의 발생이 잦으며, 성형품을 일정 크기로 자른 후에도 추가적인 가공이 이루어짐으로써 완제품에 대한 생상률이 감소되는 문제점이 있었다.

또한 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 성형품을 구성하는 복수의 성형층(1a)과 수직한 방향으로 잘라 도 2의 집전판(10a)을 제조하게 되지만, 집전판(10a)을 구성하는 성형층(1a)이 높이 방향으로 적층된 구조를 가짐에 따라 전차선과 접촉하는 집전판(10a)에 마찰력이 발생하게 되면, 집전판(10a)에 형성된 성형층(1a)의 경계면이 전단력에 의해 미끄러지는 것이 쉬워짐으로써 마모가 쉽게 발생하게 되어, 집전판(10a)의 수명이 단축되는 문제점이 유발되었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 전차선과 접촉하는 집전판의 성형층 경계선이 전차선의 길이방향과 동일한 방향으로 접촉된 상태에서 습동할 수 있도록 하는 것과 동시에 금형을 통해 추가적인 가공 없이 집전판이 직접적으로 제조될 수 있도록 한 팬터그래프용 집전판 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 분말야금으로 제조되되 복수의 성형층이 적층된 구조로 형성되어 전차선과 습동하는 팬터그래프용 집전판에 있어서, 상기 성형층이 두께 방향으로 적층되어, 전차선과의 접촉시 성형층경계선이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하게 되는 것을 특징으로 한 팬터그래프용 집전판; 및 구리 73~79중량%, 납 8~12중량%, 철 0.01~0.03중량%, 주석 8~12중량%, 흑연 5~6중량%으로 혼합분말을 제조하는 제1단계와; 혼합분말을 금형으로 압축 성형하여 복수의 성형층이 두께 방향으로 적층된 성형품을 제조하는 제2단계와; 성형품을 소결로에서 650~900℃로 가열하여 소결시켜 집전판을 완성하는 제3단계;로 구성되어, 두께 방향으로 적층된 복수의 성형층으로 구성되는 집전판과 동일 형상을 가진 성형품을 한 번의 압축 성형으로 제조할 수 있게 됨을 특징으로 한 팬터그래프 집전판의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 전차선과 접촉하는 집전판에 형성된 성형층의 경계가 전차선의 길이방향과 동일한 방향으로 위치된 상태에서 집전판이 전차선과 습동할 수 있도록 성형층이 집전판의 두께 방향으로 적층됨으로써 집전판의 내마모성이 향상되어 제품의 수명이 증대되고, 추가적인 절삭가공 없이 금형을 통해 바로 집전판의 형상으로 성형된 후 소결됨에 따라 작업 시수가 감소하므로 집전판의 생산율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 제조방법을 통해 집전판을 제조하기 위하여 혼합분말을 블록 형상으로 압축 성형한 후 소결하여 만들어진 성형품을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 성형품을 성형층에 수직한 방향으로 잘라 추가적인 가공을 통해 완성된 집전판을 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 실시예를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예의 두께 방향으로 적층된 복수의 성형층을 도시한 측면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 팬터그래프용 집전판(10b)은, 분말야금으로 제조되되 복수의 성형층(1b)이 적층된 구조로 형성되어 전차선과 습동하는 팬터그래프용 집전판에 있어서, 상기 성형층(1b)이 두께 방향으로 적층되어, 전차선과의 접촉시 성형층경계선(2)이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하게 되는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 3의 미설명 부호인 화살표는 분말야금시 이루어지는 압축력이 작용하는 방향을 나타내는 것이다.

이와 같은 구조를 가진 본 발명은 팬터그래프에 설치되어 전차선과 접촉하여 습동하면서 전력을 집전하기 위해 사용된다.

특히, 복수의 성형층(1b)이 두께 방향으로 적층된 집전판(10b)에 형성된 성형층경계선(2)이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 전차선을 따라 습동함으로써, 습동시 발생하는 전단력으로 인해 성형층(1b)의 경계면이 미끄러지는 것이 불리해져 내마모성이 증대되는 특징있다.

즉, 도 3 내지 도 4에 도시된 집전판(10b)을 구성하는 복수의 성형층(1b)이 넓은 면적으로 연결된 상태에서 습동함에 따라 마찰력의 발생시 작용하게 되는 전단력을 용이하게 견디게 되어 내마모성이 증대되는 것이다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명과 동일한 두께를 가지나 복수의 성형층(1a)이 높이 방향으로 적층된 구조로 인해 각 성형층(1a)이 좁은 면적으로 연결되어 전차선과의 습동시 발생하는 전단력에 의해 성형층(1a)의 경계면이 쉽게 미끄러져 쉽게 마모되던 종래의 집전판(10a)이 지닌 문제점을 해소하게 된다.

이러한 특징을 가진 본 발명의 팬터그래프용 집전판(10b)은 다음의 단계를 통해 제조된다.

먼저, 제1단계는 구리 73~79중량%, 납 8~12중량%, 철 0.01~0.03중량%, 주석 8~12중량%, 흑연 5~6중량%으로 혼합분말을 제조하는 단계이다.

이때, 혼합분말을 구성하는 각 성분 중 구리는 집전판(10b)의 주요성분으로 전차선으로부터 전달되는 전기를 전동기에 용이하게 전달하기 위한 전도소재이며, 상기 주석은 집전판의 주요성분인 구리와의 합금화를 통하여 동 소지를 강화하기 위한 성분이다.

또한 상기 납은 윤활성을 향상시키는데 유효한 성분이며, 상기 철은 강도와 경도를 향상시키는데 유효한 성분이고, 상기 흑연은 전차선과 집전판(10b) 사이에 개재하여 금속접촉을 줄임으로써 마모를 감소시킬 수 있는 윤활성분이다.

제2단계는 혼합분말을 금형으로 압축 성형하여 복수의 성형층(1b)이 두께 방향으로 적층된 성형품을 제조하는 단계이다.

이때, 금형을 통해 제조되는 성형품은 후술한 제3단계를 통해 완성되는 완제품인 집전판(10b)과 동일한 형상으로 한 번의 압축 성형으로 제조된다.

따라서 블록 형태의 성형품을 분말야금으로 제조하여 일정 크기로 자른 후 원하는 형태로 다시 가공하여 집전판을 제조하게 되는 종래와 달리 추가적인 가공 없이 바로 집전판(10b)과 동일 형상으로 혼합분말을 성형한 후 소결하여 완제품을 제조함으로써 집전판(10b)의 생산에 소요되는 작업 시수가 감소된다.

그리고 상기 금형은 1방향압축방식 이외에 양방향에서 가압펀치가 동시에 혼합분말을 가압하는 2방향압축방식 등이 적용될 수 있으며, 이는 성형품의 두께와 금형이 설치되는 작업장소의 여건을 고려하여 작업자가 선택하면 된다.

또한 금형을 통해 압축 성형됨에 따라 도 1과 같이 일정 크기의 블록형 성형품을 일정 크기로 잘라 쓰던 종래와 달리 집전판(10b)을 구성하는 금속 조직이 규칙적으로 배열됨으로써 비저항이 감소하게 된다.

제3단계는 성형품을 소결로에서 650~900℃로 가열하여 소결시켜 집전판(10b)을 완성하는 단계이다.

여기서 소결이란 분말체를 적당한 형상으로 가압 성형한 것을 가열하면 서로 단단히 밀착하여 고결하는 현상을 말한다.

그리고 상기 소결온도가 650℃ 미만이면 소결이 되지 못하고, 900℃를 초과하면 과소결로 인하여 동 끌림(copper drag) 현상이 발생되는 문제점이 있으므로, 상기 소결온도는 650~900℃로 제한하는 것이다.

또한 소결로는 밀폐로 또는 연속로를 사용할 수 있으며, 성형품의 크기와 구성 소재의 특성을 고려할 때, 연속로를 사용하여 대량으로 가공하는 것이 바람직하다.

이때, 집전판(10b)의 표면이 균일하지 못하거나 미관상 미려하지 못할 경우, 표면가공을 하여, 전차선과 집전판(10b)이 양호하게 접촉되어 전차선으로부터 전달되는 전력을 집전판(10b)을 통해 용이하게 집전할 수 있도록 하며, 집전판(10b) 중 전차선과 접촉하는 부위를 제외한 나머지 부분에 플라스틱과 같은 절연소재를 부착하여 전기가 누전되는 것을 방지한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 팬터그래프용 집전판(10b) 및 그 제조방법은 전차선과 접촉하는 집전판에 형성된 성형층경계선(2)이 전차선의 길이방향과 동일한 방향으로 접촉된 상태에서 집전판이 전차선과 습동할 수 있도록 성형층(1b)이 집전판의 두께 방향으로 적층됨으로써 집전판의 내마모성이 향상되어 제품의 수명이 증대되고, 추가적인 절삭가공 없이 금형을 통해 바로 집전판(10b)의 형상으로 성형된 후 소결됨에 따라 작업 시수가 감소되므로 집전판(10b)의 생산율이 향상된다.

1a, 1b : 성형층 2 : 성형층경계선
10a, 10b : 팬터크래프용 집전판

Claims (2)

1. 분말야금으로 제조되되 복수의 성형층(1b)이 적층된 구조로 형성되어 전차선과 습동하는 팬터그래프용 집전판에 있어서, 상기 성형층(1b)이 두께 방향으로 적층되어, 전차선과의 접촉시 성형층경계선(2)이 전차선의 길이 방향과 동일한 방향으로 접촉한 상태에서 습동하게 되는 것을 특징으로 한 팬터그래프용 집전판.
   
2. 구리 73~79중량%, 납 8~12중량%, 철 0.01~0.03중량%, 주석 8~12중량%, 흑연 5~6중량%으로 혼합분말을 제조하는 제1단계와; 혼합분말을 금형으로 압축 성형하여 복수의 성형층(1b)이 두께 방향으로 적층된 성형품을 제조하는 제2단계와; 성형품을 소결로에서 650~900℃로 가열하여 소결시켜 집전판(10b)을 완성하는 제3단계;로 구성되어, 두께 방향으로 적층된 복수의 성형층(1b)으로 구성되는 집전판(10b)과 동일 형상을 가진 성형품을 한 번의 압축 성형으로 제조할 수 있게 됨을 특징으로 한 팬터그래프 집전판의 제조방법.

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