JPS5832910B2

JPS5832910B2 - 集電用すり板

Info

Publication number: JPS5832910B2
Application number: JP11836080A
Authority: JP
Inventors: 誠秀三谷; 利雄寺岡; 淳杉崎; 亮介相良; 元三藤原; 厚北村
Original assignee: Japan Powder Metallurgy Co Ltd; Nippon Kokan Koji KK
Current assignee: Nippon Kokan Koji KK; Fine Sinter Co Ltd
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1980-08-29
Publication date: 1983-07-15
Also published as: JPS5743375A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は集電用すり板に関し、さらに詳しくは、電車の
パンタグラフ等に取付けられ、トロリ線若しくは架線に
摺動接触して、そのトロリ線若しくは架線から集電する
すり板に関する。

従来から、集電用すり板として種々のものが提案実施さ
れているが、集電用すり板は強度、導電率、融点等の諸
特性がバランスされているほか、トロリ線と摺動接触す
るため、トロリ線自体を摩耗させないことが必要である
が、このような性質をすべて完全に具えたすり板は未だ
提案されていない。

すなわち、集電用すり板はそれ自体で耐摩耗性が高く、
衝撃等の強度が大きいほか、相手材のトロリ線をできる
だけ摩耗させないことが望まれる。

このため、すり板強度、導電率、融点などの諸特性にお
いてバランスがとれていることが要求され、これらの要
求に沿った材料若しくは複合材料から成るすり板も提案
されているが、上記の諸特性をバランスさせることは極
めて困難であるため、すべての点で万全といえるすり板
は未だ開発されていない。

本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、強度
、導電率、融点などの諸特性においてバランスがとれ、
耐摩耗性に優れ、かつ相手材のトロリ線等の摩耗を最小
限におさえることができる集電用すり板を提供する。

すなわち、本発明は銅を主成分とし、錫２〜２５ｗｔ％
ならびにニッケル１〜１０ｗｔ％を含むマ）Ｉ
Ｊラックス属中に炭素繊維を分散して含有させて成るこ
とを特徴とする。

以下、第１図に示す例を中心として、本発明について説
明する。

まず、第１図は本発明の一つの実施例に係るすり板の組
織の一例を示す説明図であって、すり板材１のマトリッ
クス金属２は銅を主成分とし、錫ならびにニッケルを含
有して戊るものであって、このマｌ−ＩＪラックス金属
中炭素繊維の短繊維３が分散されて複合されて収る。

このマトリックス金属２中に炭素繊維３が短繊維の状態
でよく解繊され、かつ分散されていれば十分であって、
この短繊維状の炭素繊維３は通常マトリック金属２中に
おいて全くランダムな方向で分散されていれば十分であ
る。

このように炭素繊維が上記組成のマトリックス金属に分
散されると、炭素繊維自体の優れた潤滑作用によって摩
擦係数を大幅に低下させることができる。

すり板自体の耐摩耗性の向上のためには、そのマｌ−Ｉ
Ｊラック属の強度を向上させることが必要であって、本
発明においては、マトリックス金属を或す銅合金中に錫
２〜２５ｗｔφ金含有せ、銅と錫の合金化によって
強度の向上、硬度の増大をはかる。

このためには、錫が少なくとも２Ｗｔ％は必要で
あって、２ｗｔφ未満であると集電用すり板として必要
な強度は確保できない。

しかしながら、錫の含有量が２５Ｗｔ４を超える
と、強度は急激に低下し、かえって、すり板として必要
な耐摩耗性を確保することが困難である。

また、錫の含有量の増加は硬晩を上昇させ、と＜Ｌ、２
５ｗｔφを超えると硬度が相当大きくなり、高速で摺動
接触するトロリ線を摩耗させることになるほか、脆性も
増し、これらのところから錫の上限は２５ｗ＄とじた。

なお、錫は上記の通りの挙動を示すほか、錫が多くなる
と、融点が著しく低下し、通常の摺動材料等と相違して
高速でトロリ線と接触するすり板では、あまり融点が低
下することは好ましくない、つまり、トロリ線との間で
発生する離線の際のアーク熱によって、融点の低いすり
板は溶損する恐れがあり、この面からも錫は２５ｗｔ％
未満が好ましい。

また、マトリック金属中には２〜２５ｗｔ％を含有させ
るほか、ニッケル１〜１０ｗｔ％を含有させ、耐摩耗性
を一層向上させる。

更に詳しく説明すると、本発明では銅と錫との合金化に
よって耐摩耗性の向上をはかるが、すり板としての性能
を十分に発揮できない。

この理由から、マ）ＩＪツクス合全中にニッケルを含
有させて耐摩耗性を著しく向上させた。

この効果はマトリックス金属に対しＩＷｔ％以上
ニッケルを含有させないと、すり板としての耐摩耗性が
確保できないが、ニッケルの含有量をふやすと耐摩耗性
は督しく向上して好ましいが、その反面、導電率が大幅
に低下するため、ニッケルの上限値ヲ１０ｗｔ％とじた
。

また、上記組成のマトリックス金属中に炭素繊維を分散
させる際に、その炭素繊維は一般に炭素質繊維と云われ
ているものであれば何れのものでも良い。

また、分散時には、その長さは通常０．２〜１０醒程度
でかつ直径は３〜２０μ程度の短繊堆の状態として分散
させるのが好ましい。

また、炭素繊維は必ずしも短繊維の状態で分散させなく
とも、長繊維の状態で分散させることもでき、いずれの
場合においても、繊維軸の方向は第１図に示す如く、全
くランダムであってもよく、トロリ線との摺動方向に対
して平行または直角方向に配列することもでき、更に、
すり板の摺動面に対して垂直方向に配列することもでき
る。

また炭素繊維はマトリックス金属中に何れの割合で分散
含有させることもできるが、通常はマｌ−ＩＪラックス
属に対し体積百分率で１０〜７０体積係、好ましくは３
０〜６０体積φ含有させる。

この程度含有させると、すり板としての強度、靭性等の
特性が十分に保持できる。

なお、マｌ−ＩＪラックス金属中は錫、ニッケルのほか
に少量の黒鉛、炭素、二硫化モリブデン、二硫化タング
ステン、その他の固体潤滑剤や、油やグリース、その他
の液体潤滑剤を添加または含浸させることができる。

このように固体潤滑剤、液体潤滑剤を添加すると、すり
板としての摺動抵抗が減少し、トロリ線に対する追従性
が向上するとともに、離線率を減少することができる。

固体潤滑剤としての炭素、黒鉛としては、例えば、無定
形炭素や天然黒鉛、あるいはこれらの粉末を銅などの金
属で被覆したものも用いることができる。

また、マトリックス金属中には、主成分の銅と固溶体を
形成するか、あるいは銅と化合物を形成して強度の向上
ならびに耐摩耗性の向上を達成できるものを配合するこ
とができ、この意味で、リン、硫黄、クロム、マンガン
、マグネシウムなどを少量含有させることができる。

更に、鋼中おいて析出して強度の向上ならびに耐摩耗性
の向上を達成できるものも配合でき、例えば、タングス
テン、鉄、クロム、鉛、モリブデンなどを少量含有させ
ることができる。

なお、上記構成に係るすり板を製造する場合に、上記各
成分を含む金属粉末若しくは合金粉末に対して、解繊さ
れた炭素繊維を配合し、これを粉末冶金法によって加圧
成型、焼結等の各過程を経て製造すれば十分である。

以下、本発明を実施例について具体的に説明する。

実施例１７１− ＩＪラックス属として、１０５μ以下の銅粉を
重量比９５〜７５咎、粒径７４μ以下の錫粉を重量比５
〜２５％に変化させて粉末の原料割合とした。

この混合粉を混合機に入れ充分均一になるように混和し
た後、押型に入れ、３ｔｏｎ／ｉの圧力で加圧成形する
。

この成形を水素雰囲気中で、温度ＳＯＯ℃、１時間の焼
結工程を経て製品を作った。

この焼結製品の成分割合及び物理特性を表１に示す。

銅を素地とする焼結合金では錫を重量比２０多加えるこ
とによって、マトリックス金属としての特性が良好な成
績を示すことが判った。

実施例２次に、マトリックス金属の成分比の内、錫粉を重量比２
０ｆ０に固定し、粒径７μ以下のニッケル粉を重量比で
０．３および５％に変化させ、残余銅粉で構成される割
合として混合した。

この混合粉を混合機に入れ、充分均一に混和して原料粉
とした。

次に、押型に入れ、３ｔｏｎ／ｆｆｌの圧力で加圧成形
する。

つぎにこの成形体を水素雰囲気中で温度８００’Ｃ，１
時間の焼結工程を経て一体化した。

この焼結体の各成分および物理特性を表１に示す。

結果が示すとおり、ニッケル５φ付近の配合割合が最良
の物理特性を示している。

実施例３マトリックス金属として粒径１０５μ以下の銅粉を重量
比７５饅、粒径７４μ以下の錫粉を重量比２０％にとり
、さらに粒径７μ以下のニッケル粉を重量比５ｆ０の割
合に選定した。

次に炭素繊維は長さ０．２〜１０ｍｍ、径３〜２０μ程
度の短繊維を体積比１５，３０，４５．５０％の４段階
に区別し、前記マｌ−ＩＪラックス属用の混合粉を残余
体積比（φ）として原料粉を構成した。

この原料粉を混合機に入れ、充分混和した後、押型に充
填し、圧力ｏ、４ｔＯｎ／Ｃ１１ｐｓ温度７０
０℃、真空雰囲気中で０．５時間加圧成形して焼結を行
ない、すり板製品とした。

各成分の配合割合及び製品の組織を表２及び第１図に示
す。

実施例４実施例３で得られたすり板材から試験片として形状寸法
１０１０Ｘ２５Ｘ９０を切り出し、集電しゆう動摩耗試
験に供した。

試験条件は押付力５ｋｇ通電電流ＡＣ（２１Ｖ）１００
Ａならびにしゆう動速度は１００Ｊａｎ／Ｈに設定した
。

相手側トロリ線に硬銅線を用い、直径３８５關に巻きつ
け、接触しゆう動巾を６ｍπとする架線構造である。

この場合、偏心率を１０ｍｍに設け、電車における現物
パンタグラフの使用条件に相似とした。

試験項目のうち、摩擦係数はトルク変動で測定し、すり
板の温度はしゆう動面下５間の位置で熱電対により測温
を行なった。

摩耗量及び摩耗寸法は各試験毎に取外し、天秤及びマイ
クロメータで残存量を測定した。

摩耗特性を比較する単位として比摩耗率として表示し、
この単位は、荷重ｋｇ当り、走行距離間当りの摩耗容積
ｍＡで示した。

摩耗試験の結果を表２で示す。

発明品の金属マトリックスの重量組成はＣｕ（７５％
） −８ｎ（２０％）−Ｎｉ（５％）でちる。

この結果からみて明らかなとおり、通常の金属粉ならび
に炭素粉を混合してなる焼結金属よりも、炭素繊維を含
むすり板の摩耗緒特性が良好であり、本試験の条件下で
は炭素繊維は体積比３ｏ％以上で効果のあることが明ら
かとなった。

以上詳しく説明した通り、本発明に係るすり板は、銅を
主成分とするマトリックス金属中に炭素繊維を分散させ
てなるものであり、しかも、このマトリック不金属中に
おいて、そのマトリックス金属に対して錫２〜２５ｗｔ
％とニッケル１〜１０ｗｔ％とを含有させて成るも
のである。

このため、強度、導電率、融点などの緒特性においてバ
ランスがとれ、耐摩耗性に優れ、更に、相手材のトロリ
線をほとんど摩耗させることがない。

従って、本発明に係るすり板であると、それ自体やトロ
リ線の保守、点検の回数を大幅に低減することができ、
熱的安定性に優れている−ため、摺動面の局部的な温度
上昇がおこっても、溶損することなく、かつ強度も低下
しない。

更に、トロリ線との衝撃によっても傷損、脱落、割れな
どがおこることなく十分な強度が保持でき、安全な車両
運行が可能なほか、車両の運行速度を高めることができ
る。

更に、マトリックス金属中に液体若しくは固体の潤滑剤
を配合したりすると、摺動抵抗は一層低下し、トロリ線
に対する追従性も向上し、離線率が低下する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例に係るすり板の組織の一
部を示す説明図である。符号１・・・・・・すり板材、２・・・・・・マトリッ
クス金属、３・・・・・・炭素繊維。

Claims

【特許請求の範囲】

１銅を主成分とし錫２〜２５ｗｔｆｂならびにニ
ッケ）ｌ／１〜１０ｗｔ％を含むマトリックス金属中に
炭素繊維を分散して含有させて戊ることを特徴とする集
電用すり板。