JPS586362B2 - 接触給、集電部材の潤滑 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は給、集電する部材への潤滑方法より詳細には電
気鉄道のパンタグラフ等におけるすり板とトロリー線の
組合せで生ずるすべり接触摩耗を包含した電気的複雑な
摩耗現象の防止対策で、それら部材に給、集電時の電気
的効果をそこなわずして常時自動的に適量の潤滑剤を接
触塗布し使用期間の延長を計ることを目的とした接触給
、集電部材の潤滑方法に関するものである。

電気鉄道に固有の問題の一つとしてパンタグラフのすり
板とトロリー線の摩耗がある。

これはすべり接触における摩耗の問題であるが、これに
影響を与える主な使用条件として車両の速度、振動によ
るパンクの押上力の変動、集電電流の変動、更に軌道、
車両、速度、パンクの姿態等の複合的な組合せ条件から
生ずる断続的な離線時のアーク発生、潤滑剤および気象
条件などが考えられる。

特に、電車等のパンタグラフ形式の給集電の場合にはす
り板とトロリー線とが常に同じ位置で接触して摺動する
ことによりすり板に摩耗による溝ができ、これを防ぐた
めにトロリー線を水平方向に波形に張設して、トロリー
線がすり板と常に同じ位置で接触せず、すり板とトロリ
ー線とは左右方向に摺動すると同時に前後方向への移動
をする。

この様に数多くの要因が複雑に関与しているため、すり
板とトロリー線の摩耗を低減する適確な潤滑は非常に困
難である。

すり板は集電すべり接触をするのであるから、基本的な
特性として次のことが要求される。

即ち、（１）高速時の接触力の変動などの衝撃的な力に
耐えるような、十分な機械的強さを持つこと、（２）固
有抵抗（接触抵抗も含む）が小さく、大電流を集電する
時、トロリー線を加熱溶断する恐れのないこと、（３）
すり板自身の摩耗が少ないこと、（４）トロリー線を摩
耗させないこと（５）摩擦係数が小さく、その変動が少
ないこと（６）耐熱、耐アーク性が良いことなどが挙げ
られる。

これらを材質的な面から代表的な組合せを列記するとす
り板においては（１）焼結合金（２）鋳造合金（３）カ
ーボンすり板などがあり、トロリー線は鋼材を用いるの
が一般的である。

すり板材の中には自己潤滑性を付加したものもあるが、
それら組合せのいずれかにあっても上述の基本的な特性
を全て満足させるものではない。

例えば鋳造合金すり板の如きは十分な機械的強度と良好
な電気的性質を持っているが、焼結合金すり板のような
潤滑性が期待できないため、グリースなどの潤滑剤を用
いすり板とトロリー線の摩耗が著しく増加することを防
止している場合もあるが適時適量の給油が従来方法では
不可能に近く室内実験のデーターによる良否であるにす
ぎない。

また自己潤滑を付加する目的で焼結合金すり板の開発も
あるが、強度その他電気的特性の面からも満足する域に
達していない。

一方カーボンすり板は全ての面で劣悪な条件があるので
一般的に使用されてはいないが、最犬の利点としてトロ
リー線を摩耗させないことと、すり板自身の摩耗率が焼
結合金すり板を用いた時と同程度であると云う注目する
現象を発見している。

最近では、電化区間、列車密度、列車速度および集電電
流の増大などによって、すり板、トロリー線の摩耗が増
加している傾向があり、すり板とトロリー線の材質の改
善、或るいはそれらの給、集電部材の組合せによる解決
も試みられてはいるが解決されていない。

そこで、給、集電部材に随時、適切な潤滑剤の付加が必
須であり解決の近道でもある。

本発明はそれら要因を容易に改善し得るものであり、し
かも単なる運動エネルギーに依存する潤滑剤の付与では
なく新分野の潤滑の開発であり現在用いられているすり
板とトロリー線に容易に適合できるものである。

本発明の原理的な説明を添付図面を参照して簡単に述べ
ると、第１図は電気鉄道に一般的に用いられているパン
タグラフを示す全体図である。

すり板１並びに舟２０部分が本発明の実施例とする点で
あり、更に詳細には矢視ａの部分を第２図において拡大
し部分断面図として示している。

したがって、本発明の要点を第２図によって説明すると
、１はすり板でトロリー線９と交叉し直角方向に矩形状
の板ですべり接触をする部分である。

２は舟の部分で主としてすり板１を保置してトロリー線
９との接触面の調整の役割りをもっている。

本発明は図で示す如く舟２に板磁石３、それを被う軟鉄
板等の磁気誘導材によりコ字形に形成されたヨーク４、
および非磁性体の部材から成る溜５を設けた構造体で、
ヨーク４は磁束密度をヨーク４の先端面に集合させるた
めと、磁石の保護のためであり、さらに熱放出の役目を
はだすため外殻に凹凸があり、図示の形状で磁石を内蔵
し、溜５とともに磁性流体６を貯蔵する。

この様な構造体をもって、舟２を介しすり板１と一体化
を計る。

スリット７は流体を制御する目的のもので、ポジション
８はすり板１とそれに交叉するトロリー線９より若干低
くすることが必須である。

一般に磁石には互に力を及ぼし、その相対的位置によっ
てきまるポテンシカルエネルギーが存在し、これを磁石
の磁気エネルギーという。

また、電流も磁場を作り磁石もまた小電流の集まりと考
えることができ、そのうち磁場による部分を磁気エネル
ギーと理解しても良い。

一方導体を貫通して交番する磁束についても、電流が導
通する物体の表面に集り、中心部ほど電流が流れにく《
なる現象とまったく同じような現象が生じ、このような
効果を表皮効果（ＳＫＩＮＥＦＦＥＣＴ）という。

一方、磁性流体とは１２年前の１９６５年アメリカ・Ｓ
・バベル博士が発明したもので、液体中にコロイド状強
磁性体の粒子を安定に分散させ、重力や磁場で粒子がし
ずまないより工夫したものである。

この様な流体は遠隔ポジショニングが可能となり、重力
、圧力、遠心力その他の力に逆らって磁気的に任意な位
置づけができ、磁場により流動し、接線方向の磁場によ
っては表面波動の伝播が制御され磁束密度に比例して６
角形状で先端の尖った形状の小針を逆立てたような形状
に分散媒体油のスパイクを形成する。

磁場における磁性液の流体としての挙動はベルヌーイの
定理から誘導することができる。

即ち、である。

なお、ｐ・・・・・・圧力、ρ・・・・・・液体の密度
、■・・・・・・任意の点における速度、ｇ・・・・・
・重力、ｈ・・・・・・ある水平面からの高さ、Ｍ・・
・・・・強さＨの磁場に応答して誘起された流体の単位
体積当りの磁気モーメントである。

本発明ではＮ極側のヨーク４端は非磁性体の溜５でヨー
クを設けた目的である磁束密度をさらに効果的に集合、
つまり磁気誘導材であるヨーク４の先端断面部分に集合
させることはできず、かえって物理的に阻害されて磁性
流体６の磁力による吸引は減衰される。

つまり、磁力線の端末効果がゼロに減衰するということ
ではなく、磁束密度をさらに集合させるＮ極側のヨーク
端末が非磁性体の溜５と連結した構造であるため、この
部分の磁場に磁性流体が物理的に吸引することが減殺さ
れるということである。

しかしながらポジション８の磁力線はヨーク４の効果が
充分に作用しているため磁場により流麗が生じた磁性流
体はＳ極側のヨーク４先端部分に於ける磁束密度が最大
となるため溜５にある磁性流体６がまず磁石側壁に、つ
づいてスリット７と磁力線の流れにそってポジショニン
グし、暫時磁束密度が高《なるポジション８へとポジシ
ョニングされる。

そして潤滑油を分散媒とした磁性流体６は磁気エネルギ
ーによってポジション８に連続自動的に吸引され、ヨー
ク４によって磁束密度がその断面に集合する効果を用い
ることにより磁性流体６中に共存する強磁性体の超微粒
子（１００人のＦｅＯ，Ｆｅ３０４粒子）に包含された
潤滑特性をもった分散媒体油とともにスパイクを形成す
る。

このスパイクの形態は磁性流体の特性によって接線方向
の磁場によっては表面波動の伝播が制御され六角スイの
ようにまるで釘のとがった端部を上方に向けた如くであ
り、磁気誘導体であるヨーク先端断面図部を底辺とし、
その高さおよび底面は磁束密度に比例する。

したがってポジション８部分からスパイクして盛り上っ
た磁性流体６はすり板１、トロリー線９に必ず接触し、
それらが摺動する際に物理的にトロリー線９側に剥り取
られて若干量ずつ消費されていくことによりトロリー線
９とすり板１との間で境界潤滑の条件がととのえられる
。

ここで境界潤滑とは摩擦の諸擾乱に依り摩擦面を保護す
る特異な潤滑膜の構成つまり境界層が潤滑効果に関与す
る程度の限界をいい、条件としたのは現実には流体摩擦
、境界摩擦、乾燥摩擦の質を異にする大摩擦要素の混成
によりそれぞれの摩擦特性が生じているためである。

したがって、第２図で示した如く、トロリー線９と交叉
する面の直角方向のすり板１の側面に上述の本発明に係
る構造体を設置すれば磁気回路の構成によって磁性流体
６は溜５から随時自動的に磁石の周辺をはい上り、スリ
ット７で移動量を調整されポジション８の位置でスパイ
ク状にポジショニングされる。

流体の移動量の調整は磁束密度の増減によっても可能で
ある。

更に流体の補給に関しては摺動面に支障のない溜５の側
面を利用し、気圧差または風圧を利用して注入すること
も考えられる。

次に本発明の実施に用いた磁性流体の特性を表１に示す
。

更に、境界潤滑の比較検討には曽田式四球耐圧試験法を
用いた。

結果は表２の通りである。参考にグリース潤滑の場合の
数値を記載すると、リチュウム系石けんと鉱油から成る
一般的なグリースでは、焼付荷重６．０（ｋ９／ｃｍ２
）摩擦係数０．０９〜０１２（μＡｖｅ）であるから本
発明に用いる磁性流体は充分な潤滑効果が期待できる。

この様な特徴をもった本発明に用いられる磁性流体は主
としてＦｅＯ，Ｆｅ３０４から成る強磁性体に界面活性
剤等のはたらきで潤滑油を分散媒として構成したもので
あるから、本発明の接触給、集電部材の潤滑に用いると
次の如き数々の利点が期待できる。

（１）すり板とトロリー線に同時に均一で薄膜の境界潤
滑層が形成される。

（２）すり板とトロリー線の密着性が向上し、潤滑剤の
飛散がない。

（３）融解熱の放出に効果があり、すり板の軟化を防ぐ
。

（４）すり板とトロリー線の氷結を防ぐ。以上の如きグ
リースその他の潤滑剤で得られない特徴をもつもので、
電気的障害によるアークの発生も防止できる。

ここに示した実施例は本発明の一部にすぎない。

本願を営業的規模で試みる場合は営業中の鉄道路線で実
施せざるを得ないため、出願人以外の不特定多数の人に
認知されることが予測され本発明の新規性の喪失ともな
りかねないので実験室的に個個の現象を把握して出願し
たものであり、出願後更に実施テーターの補足提出を行
う所存であることを了承して頂ぎたい。

したがって、特許請求の範囲をいつ脱しない限度での他
の応用分野も考えられる。

引用文献 岩瀬勝・斎藤稔男：潤滑１０．５．（ｉ−９６５）４４
９ 岩瀬勝・斎藤稔男：潤滑１３．１。

（１９６８）３２ 花沢孝：潤滑１４−，３．（１９６９）１２６宗宮知行
・岩瀬勝：潤滑１６，１，（１９７１）４３ 寺岡利雄：潤滑２２．１，（１９７７）１］新道広記：
発明７３．９，（１９７６）８３

【図面の簡単な説明】

第１図は電気鉄道に一般的に用いられているパンタグラ
フを示す全体図で、第２図は第１図の矢視ａ部の詳細部
分の断面説明図である。 主要部分の符号の説明、１・・・・・・すり板、２・・
・・・・舟、３−・・・・・磁石、４・−・・・畑一ク
、５・・・・・・溜、６・・・・・・磁性流体、７・・
・・・・スリット、８・・・・・・ポジション、９・・
・・・・トロリー線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 潤滑油を分散媒とした磁性流体を磁気エネルギーと
   その表皮効果、さらにヨークによって磁束密度がその断
   面に集合する効果を用い、該流体を溜から流量調整スリ
   ットを介し連続的に磁石の一辺に吸引保置し摺動、接触
   する給、集電両部材に該流体を接触塗布し、該部材に潤
   滑特性を付加することを特徴とする接触給、集電部材の
   潤滑方法