JPH08246111A - 耐摩耗性に優れた亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系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集電
用パンタグラフすり板材を提供する。 【構成】 集電用パンタグラフすり板材を、分散相とし
て、ＦｅとＷの金属間化合物：５〜１５重量％と、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、さらに必要に応じて、Ｃｒ：３〜７重量％を含有
し、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％とＰ：
０．０１〜０．５重量％を含有し、さらに加えて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−Ｃｕ系焼結合金に、ＺｎまたはＺｎ合金を含浸し
てなる亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金で構成する。

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亜鉛含
浸Ｆｅ−Ｃｕ系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、電気車の集電用パンタグラフすり
板材として、例えば特開昭６２−５０４４５号公報に記
載されるように、分散相として、Ｍｏ：０．１〜８重量
％と、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５
〜１５％の気孔率を有する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
されたものなどが知られている。

【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、集電用パンタグ
ラフすり板材にも一層の耐摩耗性が要求されるが、上記
の従来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の集電用パンタグラフす
り板材はじめ、多くのものは、実用に際して、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集電用パンタ
グラフすり板材を開発すべく研究を行った結果、集電用
パンタグラフすり板材を、いずれも分散相として、Ｆｅ
とＷの金属間化合物：５〜１５重量％と、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、
いずれも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
％と、Ｐ：０．０１〜０．５重量％、さらに加えて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−Ｃｕ系焼結合金に、ＺｎまたはＺｎ合金を含浸
してなる亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金で構成すると、
この結果の集電用パンタグラフすり板材は、電気車の２
５０km／ｈ以上の高速走行においても一段と優れた耐摩
耗性を発揮するという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
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−Ｃｕ系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のに対し、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、Ｆ
ｅ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。また、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種の含有量が３重量％未満でも
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％を越えると同様に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Ｍ
ｏとＳｉとＣｒの金属間化合物の含有量を３〜１０重量
％に定めた。一層好ましい範囲は、５〜８重量％であ
る。

【０００７】（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
を有するので、必要に応じて含有されるが、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
た場合は相手材である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。

【０００８】（ｃ） Ｃｕ Ｃｕ成分には、一部がＦｅと共に素地を形成して、これ
を強化するほか、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５
０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。

【０００９】（ｄ） Ｓｎ Ｓｎ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用が
あるので、必要に応じて含有されるが、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。

【００１０】（ｅ） Ｐ Ｐ成分には、Ｓｎ成分と共に素地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必要に
応じて含有させるが、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。

【００１１】（ｆ） Ｃ Ｃ成分には、素地に固溶して、これを強化する作用があ
るので必要に応じて含有されるが、その含有量が０．０
１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、素地にパー
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。

【００１２】Ｂ．気孔率 その割合が５％未満では、Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金に含浸
されるＺｎまたはＺｎ合金の割合が少なすぎて、Ｚｎま
たはＺｎ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−Ｃｕ系焼結合金の強度、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。

【００１３】

【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、３００〜６００Ｍ
Ｐａ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、１０４０〜１
０８０℃の範囲内の所定温度に１時間保持の条件で焼結
して実質的に配合組成と同一の成分組成を有し、かつ表
１に示される気孔率を持ったＦｅ−Ｃｕ系焼結合金本体
を形成し、このＦｅ−Ｃｕ系焼結合金本体に同じく表１
に示される組合せで純ＺｎまたはＺｎ−０．４重量％Ｃ
ｕ−０．１重量％ＴｉのＺｎ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
持った本発明亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金製の集電用
パンタグラフすり板材（以下、本発明亜鉛含浸すり板材
という）１〜１３をそれぞれ製造し、さらに比較の目的
で原料粉末として粒度：−３０〜＋２００メッシュのＦ
ｅ−Ｍｏ（Ｍｏ：３０重量％含有）合金粉末、粒度：−
１００メッシュのＭｏ粉末とＮｉ粉末を加え、Ｆｅ基焼
結合金本体の組成および気孔率を表１に示される通りの
配合組成（上記した特開昭６２−５０４４５号公報記載
の組成に相当）および気孔率とし、これに純Ｐｂを含浸
する以外は同一の条件で従来鉛含浸Ｆｅ基焼結合金製の
集電用パンタグラフすり板材（以下、従来鉛含浸すり板
材という）を製造した。

【００１４】

【表１】

【００１５】次に、これら各種のすり板材について、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４０Ｎ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、２００Ａの直流電流
を流し、前記円板を５．５分で２７０km／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
６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を算出し、また
模擬トロリ線の摩耗深さは５０００回転当たりの値に換
算し、表２に示した。

【００１６】

【表２】

【００１７】

【発明の効果】表１および表２に示される結果から、本
発明亜鉛含浸すり板材１〜１３は、いずれも従来鉛含浸
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、この発明の亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合
金製の集電用パンタグラフすり板材は、通常の走行は勿
論のこと、速度が２５０km／ｈ以上の高速走行の電気車
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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 いずれも分散相として、ＦｅとＷの金属
   間化合物：５〜１５重量％と、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
   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、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−Ｃｕ系焼結合金に、ＺｎまたはＺｎ合金を含浸
   してなる亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金で構成したこと
   を特徴とする耐摩耗性に優れた亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼
   結合金製の集電用パンタグラフすり板材。
2. 【請求項２】 いずれも分散相として、ＦｅとＷの金属
   間化合物：５〜１５重量％と、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
   の１種または２種：３〜１０重量％を含有し、さらにい
   ずれも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−Ｃｕ系焼結合金に、ＺｎまたはＺｎ合金を
   含浸してなる亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金で構成した
   ことを特徴とする耐摩耗性に優れた亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ
   系焼結合金製の集電用パンタグラフすり板材。
3. 【請求項３】 いずれも分散相として、ＦｅとＷの金属
   間化合物：５〜１５重量と、Ｃｒ：３〜〜７重量％と、
   ＦｅとＭｏの金属間化合物およびＦｅとＭｏとＳｉとＣ
   ｒの金属間化合物のうちの１種または２種：３〜１０重
   量％を含有し、さらにいすれも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−Ｃｕ系焼結合金に、ＺｎまたはＺｎ合金を
   含浸してなる亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ系焼結合金で構成した
   ことを特徴とする耐摩耗性に優れた亜鉛含浸Ｆｅ−Ｃｕ
   系焼結合金製の集電用パンタグラフすり板材。