(57)【要約】【課題】優れた耐摩耗性と潤滑性を兼ね備えた集電摺動材料を提供する。【解決手段】Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られる集電摺動材料に係る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られる集電摺動材料。
【請求項２】
Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られた焼結体を硫化処理して得られる集電摺動材料。
【請求項３】
Ｃｒの含有量が１〜２５重量％である請求項１又は２に記載の集電摺動材料。
【請求項４】
金属硫化物が、タングステンの硫化物及びモリブデンの硫化物の少なくとも１種を含む請求項１〜３のいずれかに記載の集電摺動材料。
【請求項５】
さらにＳがＣｒ−Ｓ化合物として１〜２０重量％含有する請求項１〜４のいずれかに記載の集電摺動材料。
【請求項６】
さらにＭｏ、Ｍｎ及びＮｉの少なくとも１種がＣｒ系合金として１〜２０重量％含有する請求項１〜５のいずれかに記載の集電摺動材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の材料からなるパンタグラフ用すり板。
【請求項８】
Ｖを５０重量％以上含むＶ−Ｃｒ合金１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結することを特徴とする集電摺動材料の製造方法。
【請求項９】
Ｖを５０重量％以上含むＶ−Ｃｒ合金１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結した後、得られた焼結体を硫化処理することを特徴とする集電摺動材料の製造方法。
【請求項１０】
焼結を還元性又は不活性雰囲気下１０００〜１２００℃で行う請求項８又は９に記載の製造方法。
【請求項１１】
混合粉末が、平均粒径４０〜４００μｍのＶ−Ｃｒ合金粉末、平均粒径１〜１００μｍの金属硫化物粉末及び平均粒径１５０μｍ以下のＦｅ粉末からなる請求項８〜１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
さらにＣｒ−Ｓ化合物粉末１〜２０重量％を混合粉末に配合する請求項８〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
さらにＣｒ−Ｍｏ合金粉末、Ｃｒ−Ｍｎ合金粉末及びＣｒ−Ｎｉ合金粉末の少なくとも１種の合金粉末１〜２０重量％を混合粉末に配合する請求項８〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な集電摺動材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
新幹線等のような高速鉄道車両で用いられるパンタグラフ用すり板では、特に優れた耐摩耗性と潤滑性が要求される。すなわち、このようなすり板においては、高速におけるすり板の摩耗が少なく、かつ、トロリ線への攻撃性が少ないという特性が求められる。
【０００３】
新幹線等のパンタグラフ用すり板としては、例えばＦｅ素地にＦｅＷ、Ｃｒ、ＦｅＭｏ等を耐摩耗材として添加した材料が従来より使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２など参照）。
【０００４】
しかしながら、これらの材料では耐摩耗性及び潤滑性が不十分であり、さらなる改善が必要である。耐摩耗性と潤滑性とは、互いに相反する特性であり、いずれかを高めると他方の特性が低下するのが通常であり、この点において従来技術では耐摩耗性と潤滑性の向上に限界がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１８３５１号
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−８５８５４号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、優れた耐摩耗性と潤滑性を兼ね備えた集電摺動材料を提供することを主な目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定組成の焼結体合金が上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記の集電摺動材料及びその製造方法に係る。
【００１０】
１．  Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られる集電摺動材料。
【００１１】
２．  Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られた焼結体を硫化処理して得られる集電摺動材料。
【００１２】
３．  Ｃｒの含有量が１〜２５重量％である前記項１又は２に記載の集電摺動材料。
【００１３】
４．  金属硫化物が、タングステンの硫化物及びモリブデンの硫化物の少なくとも１種を含む前記項１〜３のいずれかに記載の集電摺動材料。
【００１４】
５．  さらにＳがＣｒ−Ｓ化合物として１〜２０重量％含有する前記項１〜４のいずれかに記載の集電摺動材料。
【００１５】
６．  さらにＭｏ、Ｍｎ及びＮｉの少なくとも１種がＣｒ系合金として１〜２０重量％含有する前記項１〜５のいずれかに記載の集電摺動材料。
【００１６】
７．  前記項１〜６のいずれかに記載の材料からなるパンタグラフ用すり板。
【００１７】
８．  Ｖを５０重量％以上含むＶ−Ｃｒ合金１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結することを特徴とする集電摺動材料の製造方法。
【００１８】
９．  Ｖを５０重量％以上含むＶ−Ｃｒ合金１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結した後、得られた焼結体を硫化処理することを特徴とする集電摺動材料の製造方法。
【００１９】
１０．  焼結を還元性又は不活性雰囲気下１０００〜１２００℃で行う前記項８又は９に記載の製造方法。
【００２０】
１１．  混合粉末が、平均粒径４０〜４００μｍのＶ−Ｃｒ合金粉末、平均粒径１〜１００μｍの金属硫化物粉末及び平均粒径１５０μｍ以下のＦｅ粉末からなる前記項８〜１０に記載の製造方法。
【００２１】
１２．  さらにＣｒ−Ｓ化合物粉末１〜２０重量％を混合粉末に配合する前記項８〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【００２２】
１３．  さらにＣｒ−Ｍｏ合金粉末、Ｃｒ−Ｍｎ合金粉末及びＣｒ−Ｎｉ合金粉末の少なくとも１種の合金粉末１〜２０重量％を混合粉末に配合する前記項８〜１２のいずれかに記載の製造方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の集電摺動材料は、Ｖ、Ｃｒ、金属硫化物及びＦｅからなる焼結合金であって、Ｖ及びＣｒの含有量の合計が１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部Ｆｅからなる混合粉末を成形し、焼結して得られるものである。
【００２４】
Ｖ及びＣｒは、合計で本発明材料中１〜３０重量％程度、好ましくは５〜２０重量％含有されていれば良い。この場合、Ｖ及びＣｒの含有割合（重量比）は特に限定されないが、通常は両者の合計を１００重量％とするとＣｒ：６５〜８５重量％、Ｖ：３５〜１５重量％とする。Ｃｒは、本発明材料中１〜２５重量％程度、特に５〜１６重量％とすることが好ましい。
【００２５】
金属硫化物としては特に制限されず、例えばＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等の金属硫化物が使用できる。具体的には、ＣｒＳ、Ｃｒ２Ｓ３、Ｃｒ３Ｓ４、Ｃｒ５Ｓ６等のクロムの硫化物、ＭｏＳ２、ＭｏＳ３、ＭｏＳ４、Ｍｏ２Ｓ３等のモリブデンの硫化物、ＷＳ２、ＷＳ３等のタングステンの硫化物等が挙げられる。本発明では、タングステンの硫化物及びモリブデンの硫化物の少なくとも１種を必須とすることが好ましい。この場合、必要に応じて他の金属硫化物を併用しても良い。
【００２６】
金属硫化物は、本発明材料中１〜１２重量％程度、好ましくは１〜５重量％含有されていれば良い。かかる範囲内で金属硫化物を含有させることによって優れた機械的強度とともに良好な潤滑性を得ることができる。本発明では、特にタングステンの硫化物及びモリブデンの硫化物を併用し、かつ、両者を合計で３〜１０重量％用いることが好ましい。
【００２７】
残部は、Ｆｅから構成されている。本発明では、不可避不純物が含まれていても良い。不可避不純物としては、例えばＳｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｈ等の成分が挙げられる。
【００２８】
本発明材料では、さらにＳがＣｒ−Ｓ化合物として１〜２０重量％程度、好ましくは１〜１２重量％含有していることが好ましい。この場合のＣｒ含有量は、前記のＣｒ含有量に含まれない。
【００２９】
また、本発明材料では、さらにＭｏ、Ｍｎ及びＮｉの少なくとも１種がＣｒ系合金として１〜２０重量％程度、好ましくは２〜５重量％含有していることが好ましい。この場合のＣｒ含有量は、前記のＣｒ含有量に含まれない。
【００３０】
本発明材料は、これらの成分を含む混合粉末を成形し、焼結して得られるものである。以下、その方法について具体的に説明する。
【００３１】
本発明材料は、例えば、Ｖを５０重量％以上含むＶ−Ｃｒ合金１〜３０重量％、金属硫化物１〜１２重量％ならびに残部がＦｅ及び不可避不純物からなる混合粉末を成形し、焼結することによって製造することができる。
【００３２】
混合粉末は、上記材料の組成となるようなものであれば特に限定されない。例えば、各成分の単体粉末を混合したもの、予め各成分の一部を合金化した合金粉末と単体粉末とを混合したもの、すべての成分を合金化した合金粉末等を用いることができる。
【００３３】
混合粉末の平均粒径も特に制限されず、合金組成、用いる原料粉末等に応じて適宜設定すれば良い。通常は平均粒径２５〜１２５μｍ程度とすれば良い。
【００３４】
本発明では、特に平均粒径４０〜４００μｍのＶ−Ｃｒ合金粉末、平均粒径１〜１００μｍ（特に１〜５０μｍ）の金属硫化物粉末及び平均粒径１５０μｍ以下のＦｅ粉末からなる混合粉末を用いることが好ましい。
【００３５】
また、本発明においては、さらにＣｒ−Ｓ化合物粉末を１〜２０重量％程度、好ましくは２〜５重量％配合することができる。
【００３６】
また、本発明においては、さらにＣｒ−Ｍｏ合金粉末、Ｃｒ−Ｍｎ合金粉末及びＣｒ−Ｎｉ合金粉末の少なくとも１種を１〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％配合することができる。
【００３７】
次いで、混合粉末の成形を行う。成形に際しては、必要に応じて公知の有機バインダー、焼結助材等を適宜添加することもできる。成形方法も、粉末冶金分野で従来から知られている方法を採用でき、例えばプレス法、ＣＩＰ法、ＨＩＰ法、ＭＩＭ法等により成形することができる。成形圧は、通常５〜７トン／ｃｍ２程度とすれば良いが、最終的に得られる本発明材料のかさ密度が、通常６．２〜７．２ｇ／ｃｍ３程度、好ましくは６．４〜７．０ｇ／ｃｍ３となるように設定できれば上記成形圧の範囲外となっても良い。特に、本発明では、材料密度比（真比重に対する比）が通常７５％以上、特に８５％とすることが好ましい。
【００３８】
成形体の焼結に際し、その焼結温度は合金組成等によって異なるが、通常１０００℃以上、好ましくは１０００〜１２００℃とすれば良い。また焼結雰囲気は、通常は還元性雰囲気（アンモニアガス、天然ガス、水素ガス等）又は不活性雰囲気（窒素、アルゴンガス、ヘリウムガス等）とすれば良い。焼結時間は、焼結温度等に応じて適当に定めることができる。例えば、焼結温度が１０００〜１２００℃程度であれば通常６０〜１２０分程度とすれば良い。また、焼結後、必要に応じて、再圧縮（加圧）、再焼結を行うこともできる。
【００３９】
本発明では、上記焼結体をさらに硫化処理することもできる。これによって得られた材料も本発明に包含される。硫化処理することによって、潤滑性が向上し、トロリ線摩耗を低減することができる。
【００４０】
硫化処理の方法自体は特に限定されず、気相法、液相法（溶融法）等の公知の方法を適用できる。本発明では、硫黄成分を含む溶液に上記焼結体を浸漬する方法が好ましい。例えば、硫黄を二硫化炭素に溶解させた溶液を好適に用いることができる。硫黄成分の濃度は限定的ではないが、通常は１０〜４０重量％程度（この場合、溶媒としての硫黄成分は除く。）となるようにすれば良い。浸漬条件は、用いる焼結体の組成等に応じて適宜設定でき、通常は室温（１０〜３０℃程度）で１０〜３０分程度とすれば良い。
【００４１】
本発明材料は、集電摺動材料として好適に用いることができる。例えば、各種の鉄道（新幹線のような高速鉄道も含む。）のパンタグラフすり板をはじめ、自動車の摺動部品、軸受け材等にも用いることが可能である。
【００４２】
これらの使用方法は、各用途で採用されている公知の方法に従って実施すれば良い。例えば、すり板のパンタグラフへの取り付け方法としては、本発明すり板を舟体にネジ止め等により固定することにより設置すれば良い。本発明のすり板は、いずれのタイプのパンタグラフにも適用することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の集電摺動材料によれば、鉄素地にＶ及びＣｒ成分を金属硫化物とともに含有させていることから、優れた耐摩耗性と潤滑性とを同時に改善することができる。
【００４４】
本発明の集電摺動材料は、特に新幹線等の高速鉄道車両に搭載されているパンタグラフ用すり板等として好適に用いることができる。
【００４５】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴を一層明確にする。ただし、本発明は、実施例の範囲に限定されない。
【００４６】
実施例１〜１２
表１に示す配合で各成分をＶＩ型混合機（徳寿製作所製）で３０分間混合した後、成形圧６トン／ｃｍ２ですり板形状（サイズ１２ｍｍ×４０ｍｍ×２７０ｍｍ）に成形し、窒素雰囲気下１１５０℃で９０分間焼結を行い、焼結体試料を得た。
【００４７】
このうち、試料Ｎｏ．１１〜１２は、上記焼結体を硫黄含有溶液（硫黄成分として２０重量％含有）に室温で約３０分間浸漬した後、乾燥することによって得られた試料である。なお、上記硫黄含有溶液としては、硫黄を二硫化炭素に溶解させたものを使用した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１に示された各成分（合金粉末）の組成、平均粒径等は、以下に示すとおりである。
【００５０】
・Ｖ−Ｃｒ…Ｖ（６５重量％）−Ｃｒ（３５重量％）、平均粒径約２００μｍ
・Ｃｒ−Ｓ…Ｃｒ（８０重量％）−Ｓ（２０重量％）、平均粒径約２００μｍ
・Ｃｒ…平均粒径約２００μｍ
・ＷＳ２…平均粒径約１μｍ
・ＭｏＳ２：平均粒径約３μｍ
・Ｆｅ：平均粒径約１００μｍ
試験例１
得られた各試料について、すり板の比摩耗量及びトロリ線摩耗量をそれぞれ調べた。その結果を表２に示す。なお、摩耗試験の条件は、試験速度：１００ｋｍ／ｈ、通電電流：１００Ａ（ＡＣ）、押付け力：５ｋｇｆ、試験時間：３０分とした。表２には、比較のため、Ｆｅ焼結合金（従来品）で同様の試験を行った結果も併せて示す。
【００５１】
【表２】
2004269934.tif 000003
【００５２】
表２の結果より、本発明品は、比較品に比べてすり板の摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れていることがわかる。また、本発明品は、トロリ線の摩耗量が少ないので、相手材に対する攻撃性が低く、潤滑性に優れていることがわかる。