JP5973420B2 - 摺動接触装置のための摺り板、及び摺り板を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に鉄道車両に電力を供給するためにプレストレスが付与された状態で架線に押し当てられる摺動接触装置の摺り板であって、炭素成形物と同炭素成形物に配置される少なくとも一つの金属導電素子とを有することにより局部的に電気伝導性を高める摺り板に関する。本発明は更に、上記の摺り板を製造する方法に関する。

電気モータによって駆動される鉄道車両に電気を供給するために、専門用語で「パンタグラフ」とも呼ばれる、摺り板を備えた摺動接触装置が、パンタグラフによって生じる付勢力によって駆動力導線（架線）に摩耗部品として押し付けられて摺動接触を行うことにより、車両走行中に電流を伝えることを可能にする。

上術の鉄道車両のダイナミックな走行運転中においても、摺り板と架線との間の摺動接触が可能な限り継続して保持されるようにするために、その摺動部材の質量が本質的な成分となる、パンタグラフの質量慣性力を出来る限り小さく保つことが有利であることが知られている。一方で、電気モータによって駆動される車両の効果的な運転を可能にするためには、摺り板が十分な電気伝導性を備え且つ低い電気抵抗を有するようにしなければならない。上記の理由から、多孔質炭素を金属に浸漬する手法では不十分であることが証明されている。なぜなら、同手法によって達成された電気伝導性は、浸漬によって摺り板に形成された金属成分のために、摺り板の不本意な質量増加を伴うからである。

従来技術のこのような事情をふまえて、特許文献１において、摺り板の低い固有電気抵抗、すなわち良好な電気伝導性、を可能にすると同時に、摺り板の密度をできる限り低く保つことで結果的に摺り板の質量低減をもたらす方策の実施が既に提案されている。

上述した問題の解決策として、特許文献１では、炭素層のサンドイッチ構造を有する複合材料から摺り板を製造することを提案しており、各層の間には、摺り板の摺動方向と交差する平面内で、摺動接触装置により摺り板に加えられる付勢力の付勢方向に延びる、金属メッシュが配置される。

公知の摺り板の製造方法は、上述したようなサンドイッチ構造のためにかなり複雑であることが知られている。というのは、最初に個々の炭素層を製造してから、その個々の炭素層の間に金属メッシュを配置することにより上述したサンドイッチ構造を作製しなければならず、その後ようやく、その全体において摺り板を形成する複合体又は炭素成形物を製造することが可能になるからである。

欧州特許出願公開第１，４９１，３８５号明細書

従って、本発明の目的は、摺り板をより簡単に製造することを可能にする、摺り板及び摺り板の製造方法を提案することである。

上記目的を達成するために、本発明による摺り板は、請求項１の特徴を有する。本発明による摺り板の製造方法は、請求項１２の特徴を有する。

本発明による摺り板において、導電素子は、少なくとも一つの導電層を有し、該導電層は、摺動方向と交差する平面内において付勢力の方向に延在し、且つ炭素成形物内で摺動方向と交差して延びるスロットの少なくとも一つの側面上に配置される金属導電材料の層によって形成される。

本発明による摺り板の設計であれば、単一部品として構成される炭素成形物から摺り板を製造することが可能であり、該炭素成形物は、同成形物内において導電素子の所望の配向を画定するためのスロットを備える。導電素子を導電層として設計し、金属導電材料の層が設けられる少なくとも一つの側面を有するスロットを炭素成形物内に形成することにより、局部的に高い導電性を炭素成形物内において容易に生じさせることができる。

かくして、多層複合物の製作を必要とせずに製造可能な摺り板をもたらすことができる。代わりに、導電素子を空間的に定めて配置するが、これは炭素成形物内に（一つ又は複数の）スロットを形成することで容易に行うことができる。従って、導電素子そのものを形成するためになすべきことは、スロットによって画成された側面に金属導電材料の層を設けることのみである。

スロットは好適には、摺動方向に延びる炭素成形物の連続する正面縁部の間に形成されるため、炭素成形物は全製造工程を通して単一部品として構成され得る。

摺り板の最も単純な実施形態では、スロット自体を塞がないように、例えば、スロット側面に金属導電材料を含浸することによって導電層を製造してもよい。これにより具体的にもたらされる更なる効果は、スロットが運転中の摺り板の放熱性を高め、摺り板が大きな電流に晒されているときでさえも摺り板がオーバーヒートするのを防ぐことができることである。

また、炭素成形物に形成されたスロットに導電層を設けるという有利的な設計は、スロット側面の表面上にコーティングを施すこと、すなわち金属材料を付着させること、によって導電層を形成することを可能にする。

とりわけ摺り板を簡単に製造するために、スロットに金属導電材料を充填することによって導電層を形成するのが好適であることが分かっている。なぜならこの方法ではスロットを備えた炭素成形物を金属浴中に浸漬することによって導電層を形成することが可能であるからである。

特に優れた導電性を有する導電層を形成するために、金属導電層が本質的にアルミニウム又は銅から構成されることが好適である。

摺り板内に高い電気伝導性を連続的に生じるために、炭素成形物のスロットを付勢力の方向に連続的に形成することが特に好適である。

架線と導電材料との間の接触面積をより大きくするために、炭素成形物が同炭素成形物の長手方向に延びる複数のスロットを有することが好適である。

炭素成形物が幾つかのスロット列を有し、その各列が炭素成形物の長手方向に延びる複数のスロットを含む場合、個々のスロットは比較的短くてもよい。

あるいは、炭素成形物は、同炭素成形物の長手方向に対して斜めに延在し且つ互いに平行に配置される複数のスロットを有してもよい。

摺り板が複数の摺り板セグメントから構成され、これらセグメントが摺動方向に対して角度をなして延びる正面縁部を有することで摺動方向に相互に重なり合うセグメント端を形成する場合、摺り板セグメントを製造するのに必要な長さを有する比較的小さなオートクレーブを摺り板の製造に使用することができることから、生産設備費用をその分低く抑えることができる。

本発明による摺り板の製造方法を用いた場合、第１の工程において摺動方向と交差してプレストレス力の方向に延びる少なくとも一つのスロットを形成し、続く工程においてスロットの少なくとも一つの側面上に導電層を形成することによって、導電素子が炭素成形物内に形成される。

本発明の方法は、炭素成形物を基にした摺り板の製造を可能にし、摺り板を製造するために炭素成形物に施すべきことは、少なくとも一つのスロットを形成し、続いてそのスロットの側面上に導電層を形成することだけである。

特に好適なのは、スロットの側面に金属導電材料を塗布して導電層を形成する場合である。

あるいは、スロットに金属導電材料を充填することにより導電層を形成してもよい。

導電層が側面の表面内に若しくは側面の表面上に形成されるか、又は導電層がスロットに金属導電体を充填することにより形成されるかに関わらず、好適な変形例において、少なくとも一つのスロットが形成された炭素成形物を金属浴中に浸漬することにより導電層を形成してもよい。上記工程において、少なくとも一つのスロットを引き続き開放したままにするか又は同スロットの側面を遮蔽するかに応じて、導電層を形成するために側面の表面領域の一部分のみを使用することも可能であるし、あるいは、スロット全体に金属導電体を充填することも可能である。

導電層の形成のために用いる表面を明確に画定するために、炭素成形物にマスキング手段を施すことが好適である。

炭素成形物に少なくとも一つのスロットを形成するために、例えば、砥粒加工を用いることができ、特にウォータージェット切断加工によって少なくとも一つのスロットを形成するのが好適である。

摺動要素の好適な実施形態及び摺動要素の製造方法の好適な変形例を、図面を参照しながら以下に説明する。

作動中の摺り板を備えた摺動接触装置を示す図である。 図１に示す摺り板のII−II断面線に沿った断面図である。 摺り板の更なる実施形態の断面図である。 摺り板の別の実施形態の断面図である。 摺り板を製造するために金属浴中に配置された炭素成形物を示す図である。 摺り板を製造するために充填ステーションに配置された炭素成形物を示す図である。 充填ステーションの別の設計を示す図である。 充填ステーションの別の設計の平面図である。 複数のスロット列を有する摺り板を示す図である。 斜方向に延びるスロットを有する摺り板を示す図である。 複数の摺り板セグメントから構成される摺り板を示す図である。

図１は、摺り板支持体１１上に摺り板１２を備えた摺動接触装置１０を示す。摺動接触装置１０は、摺り板支持体１１を取付基部１４に接続する関節装置１３を有し、該関節装置は、ここでは詳しく示さないが、例えば鉄道車両の車体に配置してもよい。摺り板１２の上方に長手方向に懸架された架線１５に摺り板１２を弾性的に押し付ける付勢力を生成するために、摺動接触装置１０は、取付基部１４と摺り板支持体１１との間で作用する付勢装置１６を有し、該付勢装置は、同図では組合せバネ／減衰装置の形態をとる。

図１に示す摺り板１２は炭素成形物１７を含み、該炭素成形物は、架線１５の長手方向の延在によって定義される摺動方向１８と交差して、付勢手段１６によって生成された摺り板１２に作用するプレストレス力１９の方向に延びるスロット２０を有する。スロット２０には、銅合金又はアルミニウム合金等の金属導電材料２１が充填される。

図１に示す摺り板１２の等角図と組み合わせて、図２に示す摺り板１２の断面図を見るとよく分かるように、スロット２０は摺り板１２の全長Ｈにわたって延在する。つまり、スロットは、炭素成形物１７内においてプレストレス力の方向１９に連続的に構成される。スロット２０は、摺り板１２の長手方向に、すなわち運転中における摺り板１２の向きに関して摺動方向１８と直交するように、炭素成形物１７の連続的に構成された軸方向の正面縁部２２，２２の間で延在する。そのため、炭素成形物１７にスロットを形成することによって単一部品としての炭素成形物１７の構成を妨げない。

図１及び図２を一緒に見ると詳しく分かるように、スロット２０内に配置された金属導電材料２１は導電層２３を形成し、この導電層の空間的な配向はスロット２０によって画定される。これらの層は、図２の実施形態の場合、スロット２０に導電材料２１を全体的に充填することによって形成される。

図３は、図２と同様の図でスロット２５を備えた摺り板２４を示す。スロット２５の構成及び設計は、図１及び図２に示すスロット２０に相当する。また、図１及び図２を参照しながら説明した摺り板１２の実施形態と同様に、スロット２５は、単一部品から構成された炭素成形物２６に形成される。

摺り板１２とは異なり、摺り板２４は、導電材料２９をスロット２５の側面２８に含浸させることによって形成された導電層２７を有する。上記含浸作業によって、図３に示すように、この含浸作業によって、導電層２７が、所定の浸透深さｔまで側面２８の表面層内に形成される。図３に示す例とは異なるが、側面２８上に層構造が追加的に形成され得る。具体的には、金属導電材料による炭素成形物２６の表面内への更なる浸透が、側面２８の表面に浸透した含浸層によって遮られる場合に、その後側面２８への導電材料の充填が再開されると、それに対応する層構造が側面２８上に形成される。

図４は摺り板の更なる実施形態である。この摺り板３０は、炭素成形物３１に形成されたスロット３２を備え、これらのスロットの構成及び設計は、摺り板１２及び２４のスロット２０及び２５に相当する。

図３を参照しながら説明した摺り板２４の実施形態とは異なり、スロット３２の側面３３は、同側面３３上に金属導電材料３５を付着させることにより実質的に形成された導電層３４を備える。導電層２３，２７、３４を有する摺り板１２，２４，３０の各々の実施形態に関わらず、これらの導電層は、所定の空間的寸法及び配向を有する層を炭素成形物１７，２６、３１内又は上に形成する限りにおいて同様であり、これらの層が、炭素成形物によって画成された炭素環境に比べて電気伝導率を向上させる。

図５は、図３に示す摺り板２４を製造するための選択可能なオプションを示し、このオプションでは、側面２８以外の炭素成形物２６を表面マスキング３６によって覆ってから、金属浴３７中に浸漬する。かくして、図３に示す導電層２７が、浸漬時間及び金属浴３７の配合組成に応じて所定の浸透深さｔまで形成される。

図６は、図１及び図２に示す摺り板１２を製造するための選択可能なオプションを示す。このオプションでは、炭素成形物１７を密封板３８上に配置して、炭素成形物の下面３９に位置するスロット２０の開口断面４０を密封板３８によって液密に遮蔽するようにする。その後スロット２０が充填されると、導電層２３を構成する薄片（ｓｌｉｃｅｓ）がスロット２０内に形成される。

図７及び図８は、図４に示す摺り板３０を製造するための選択可能なオプションを示す。このオプションでは、炭素成形物３１をスロット３２内に挿入される芯棒４３を備えた密封板４２上に配置して、芯棒４３とこれらの芯棒に対面するスロット３２の側面３３との間に充填キャビティ４４が形成されるようにする。その後、充填キャビティ４４が液体導電材料３５（図４）によって充填され、同導電材料３５が凝固すると、図４に示す導電層３４が側面３３上に形成される。

図９は、複数のスロット列４７を有する摺り板４５の平面図である。本例ではスロット列は、互いに平行して配置され、炭素成形物４６の長手方向に延在する。各列は、導電材料２１を備えたスロット４８を含み、好適には互いに等距離を隔てて配置される。隣接し合うスロット列４７のスロット４８を相互にずらして配置することで、スロットは隣接列のスロットとの組合せにより、摺動方向１８において摺り板の表面を全体的にカバーする。

図１０は、摺動方向１８に対して角度をなして整列されたスロット５０を有する摺り板４９を示す。本例においても、スロットは摺動方向１８において摺り板の表面を全体的にカバーする。

図１１は、複数の摺り板セグメント５１から構成される摺り板５２を示す。本例では、セグメントの各々は、セグメント端５４が摺動方向１８において相互に重なり合うように、摺動方向１８に対して角度をなして延在する正面縁部５３を備える。

Claims (17)

1. 特に鉄道車両に電力を供給するために、架線（１５）に付勢力を付与する摺動接触装置（１０）の摺り板（１２，２４，３０，４５，４９，５２）であって、
   摺動方向（１８）と交差して延びる少なくとも一つのスロットを備える炭素成形物（１７，２６，３１，４６）と、炭素成形物に配置される少なくとも一つの金属導電素子とを有し、前記スロットが第１の側面と第２の側面とを備える、局部的に導電性を高める前記摺り板において、
   前記金属導電素子は、摺動方向（１８）と交差する平面内において付勢力の方向（１９）に延在する少なくとも一つの導電層（２３，２７，３４）を有し、
   導電層は金属導電材料（２１，２９，３５）の層によって形成され、
   金属導電材料の層は少なくとも一つのスロット（２０，２５，３２，４８，５０）一つの側面（２８，３３）上に配置され、該側面（２８，３３）の前記金属導電材料の層と前記少なくとも一つのスロットの他の側面である第２の側面との間に隙間が存することを特徴とする摺り板（１２，２４，３０，４５，４９，５２）。
2. スロット（２０，２５，３２，４８，５０）が、摺動方向に延びる炭素成形物（１７，２６，３１，４６）の二つの連続的に構成される正面縁部（２２）の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の摺り板。
3. 導電層（２７）が、少なくとも一つのスロット（２５）の第１の側面（２８）に含浸された金属導電材料（２９）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺り板。
4. 導電層（３４）が、少なくとも一つのスロット（３２）の第１の側面（３３）に塗布された金属導電材料（３５）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺り板。
5. 導電層（２３）が、少なくとも一つのスロット（２０）に付着された金属導電材料（２１）であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摺り板。
6. 金属導電層（２３，２７，３４）が、本質的にアルミニウム又は銅から構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺り板。
7. 少なくとも一つのスロット（２０，２５，３２，４８，５０）が、付勢力の方向（１９）で炭素成形物（１７，２６，３１）内に連続的に形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の摺り板。
8. 炭素成形物（１７，２６，３１，４６）が、炭素成形物の長手方向に延びる複数のスロットを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の摺り板。
9. 炭素成形物（４６）は複数のスロット列（４７）を有し、個々のスロット列が炭素成形物の長手方向に延びる複数のスロット（４８）を有することを特徴とする請求項８に記載の摺り板。
10. 炭素成形物が、互いに平行に且つ炭素成形物の長手方向に対して斜めに配列された複数のスロット（５０）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の摺り板。
11. 摺り板（５２）が、複数の摺り板セグメント（５１）から作られ、セグメントが摺動方向に対して角度をなして配置された正面縁部（５３）を有し、摺動方向（１８）に相互に重なり合うセグメント端（５４）を形成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の摺り板。
12. 特に鉄道車両に電力を供給するために、架線（１５）に付勢力を付与する摺動接触装置（１０）の摺り板（１２，２４，３０）を製造する方法であって、
    摺り板が、炭素成形物（１７，２６，３１）と、局部的に導電性を高めるために炭素成形物に配置される少なくとも一つの金属導電素子とを有し、
    金属導電素子を形成するために、第１の工程において、摺動方向（１８）と交差して付勢力の方向（１９）に延びる少なくとも一つスロット（２０，２５，３２）を炭素成形物に形成し、続く工程において、少なくとも一つのスロットの第１の側面（２８，３３）に導電層（２３，２７，３４）を設け、該導電層と少なくとも一つのスロットの前記第１の側面に対向する第２の側面との間に隙間が存することを特徴とする方法。
13. 導電層（２７，３４）を形成するために、金属導電材料（２９，３５）を第１の側面（２８，３３）に塗布することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 導電層（２３）を形成するために、少なくとも一つのスロット（２０）に金属導電材料（２１）を付着させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 導電層（２３，２７，３４）を形成するために、少なくとも一つのスロット（２０，２５，３２）を備えた炭素成形物（１７，２６，３１）を金属浴（３７）中に浸漬することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. コーティングされるべき表面を画定するために、炭素成形物（１７，２６，３１）をマスキング手段（３６）によって覆うことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 少なくとも一つのスロット（２０，２５，３２）を、砥粒加工によって炭素成形物（１７，２６，３１）に形成することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の方法。

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