CN107921974B - 铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法 - Google Patents

Abstract

铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法具备：对具有使树脂含有导电性纤维而形成的纤维强化树脂的板簧的所述纤维强化树脂的表面局部地照射激光，以此去除所述树脂的一部分而使所述导电性纤维的一部分露出的树脂去除工序；及在所述纤维强化树脂中的使所述导电性纤维的一部分露出的露出区域内安装电极的电极形成工序。

Description

铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法

技术领域

本发明涉及一种铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，特定而言涉及一种安装有用以能够进行板簧的状态监视的电极的板簧的制造方法。

背景技术

在铁道车辆用转向架中提出有在前后的轴箱架设板簧，并使横梁支持于该板簧的长度方向中央部，以此省略侧梁（参照专利文献1）。即，在该转向架中，板簧发挥悬架的功能，并且发挥以往的侧梁的功能。而且，为了转向架的轻量化，板簧使用纤维强化树脂形成。

不过，由于板簧在转向架行驶时负载重复荷重，故而对于长期使用的板簧必须注意因疲劳导致的强度降低，但如果可简易地监视（监控）板簧本身的状态，则有助于转向架养护的效率化。例如，专利文献2中公开了在由CFRP构成的复合材料的一面隔开规定间隔地配置多个电极，从基于电极间流动的电流而测定的电阻的变化来检测复合材料的异常的方法。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本专利第5438796号公报；

专利文献2：日本特开2001-318070号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，在CFRP的表面设置电极时，在去除CFRP的表面的树脂而使具有导电性的碳纤维露出后贴附电极时，若研磨并削去树脂的作业不充分，则会残留多余的树脂，从而电极与碳纤维之间的导通变得不彻底。另一方面，若过度地削去树脂，则也会将碳纤维切断而使电极与碳纤维之间的接触状态容易产生变化，从而测定值产生不均。

因此，本发明的目的是在用于铁道车辆用转向架的纤维强化树脂制的板簧上安装电极时，使电极与导电性纤维稳定地接触导通而保证稳定的质量。

解决问题的手段：

本发明一形态的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法具备：对具有使树脂含有导电性纤维而形成的纤维强化树脂的板簧的所述纤维强化树脂的表面局部地照射激光，以此去除所述树脂的一部分而使所述导电性纤维的一部分露出的树脂去除工序；及在所述纤维强化树脂中的使所述导电性纤维的一部分露出的露出区域内安装电极的电极形成工序。

根据所述方法，通过激光将树脂局部地去除而使导电性纤维的一部分露出，因此通过对激光的输出等进行管理，可稳定且准确地形成纤维强化树脂的露出区域，可抑制每个个体的不均。而且，通过在该纤维强化树脂的露出区域安装电极，可使电极与导电性纤维稳定地接触导通，从而可抑制测定值的不均。因此，可使纤维强化树脂制的带电极的板簧的质量稳定。

发明效果：

根据本发明，在用于铁道车辆用转向架的纤维强化树脂制板簧上安装电极时，可使电极与导电性纤维稳定地接触导通而保证稳定的质量。

附图说明

图1是具备实施形态的带电极的板簧的铁道车辆用转向架的侧视图；

图2是从图1所示的板簧的长度方向观察的剖视图；

图3是说明图1所示的板簧的状态监视的原理的概念图；

图4是对板簧照射激光的激光装置的框图；

图5（A）～（C）是说明在板簧上设置电极的顺序的图；

图6是说明在板簧上设置电极的顺序的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施形态。另，在以下说明中，将铁道车辆行驶的方向且车身延伸的方向定义为车辆长度方向，将与其正交的横方向定义为车宽方向。车辆长度方向亦可称为前后方向，车宽方向亦可称为左右方向。即，铁道车辆可在车辆长度方向的两方向行驶，但假定朝一方向行驶时，可将行进方向的前侧称为前方，将行进方向的后侧称为后方。

图1是具备实施形态的带电极的板簧10的铁道车辆用转向架1的侧视图。如图1所示，转向架1具备经由成为二次悬架的空气弹簧2支持车身20的转向架框架3。转向架框架3具备在车宽方向延伸的横梁3a，但不具备从横梁3a的车宽方向两端部向车辆长度方向延伸的侧梁。空气弹簧2设置于横梁3a的上表面。在横梁3a的车辆长度方向两侧沿车宽方向配置车轴4、5，在车轴4、5的车宽方向两侧固定车轮6、7。

在车轴4、5的车宽方向两端部设置有在比车轮6、7靠近车宽方向外侧处旋转自如地支持车轴4、5的轴承8、9，轴承8、9容纳于轴箱11、12。横梁3a的车宽方向两端部通过轴梁式的连结机构13、14而连结于轴箱11、12。在横梁3a与轴箱11、12之间，架设有沿车辆长度方向延伸的带电极的板簧10，板簧10的长度方向的中央部10a从下方弹性地支持横梁3a的车宽方向两端部，板簧10的长度方向的一端部10b支持于轴箱11，板簧10的长度方向的另一端部10c支持于轴箱12。即，板簧10兼具一次悬架的功能与以往的侧梁的功能。

在横梁3a的车宽方向两端部的下部设置具有圆弧状的下表面17a的按压构件17，按压构件17从上方载置于板簧10的中央部10a并可分离地接触。即，按压构件17在未将板簧10在上下方向上相对于按压构件17进行固定的状态下，通过来自横梁3a的重力产生的下方荷重与板簧10的上表面接触而从上方按压。又，在轴箱11、12的上端部安装支持构件15、16，板簧10的各端部10b、10c经由支持构件15、16而从下方支持于轴箱11、12。支持构件15、16的上表面朝向车辆长度方向的中央侧倾斜。板簧10的各端部10b、10c亦从上方载置于支持构件15、16。

通过此种结构，来自车身20的荷重经由横梁3a的车宽方向两端部的下部的按压构件17而传递至板簧10的中央部。又，在因路线不平整等而前后的车轮6、7产生高低差时，通过板簧10相对于按压构件17如跷板般转动而防止轮重减载。如此，通过转向架行驶而使板簧10负载重复荷重。

板簧10中作为中央部103与各端部10b、10c之间的中间区域的中间部10d、10e从其他构件离开而以自由的状态配置于空中。即，中间部10d、10e的变形及移位不受约束。因此，板簧10以中央部10a及端部10b、10c为支点，在中间部10d、10e弹性变形。板簧10的中间部10d、10e侧视时朝向中央部10a向下方倾斜，板簧10的中央部10a位于较板簧10的端部10b、10c更下方。即，板簧10侧视时整体形成为向下方凸起的弓形状。而且，板簧10具有壁厚从中央部10a朝向端部10b、10c逐渐减少的形状。以下，为方便说明，将图1的左侧假定为行进方向，将车轮6称为前轮，将车轮7称为后轮。

在板簧10中，在板簧10的与长度方向及板厚方向正交的宽度方向两侧的侧端面10f上，设置有电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R。各电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R在宽度方向上隔着板簧10。电极对E₀、E_1F、E_2F从板簧10的中央部10a观察时配置于前轮6侧，电极对E_1R、E_2R从板簧10的中央部10a观察时配置于后轮7侧。电极对E_1F、E_2F与电极对E_1R、E_2R以板簧10的长度方向中心为基准对称配置。在转向架框架3上装载有经由电线与各电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R电气连接的监视控制器19。状态监视装置30具备板簧10、电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R及监视控制器19。另，电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R本身结构及形成方法相互相同，因此在以下说明中，代表性地说明电极对E_1F。

图2是从图1所示的板簧10的长度方向观察的剖视图。图3是说明图1所示的板簧10的状态监视的原理的概念图。如图2及3所示，板簧10是积层多个纤维强化树脂层而成，例如使用高压釜（autoclave）成形等一般的复合材料的成形方法而成形。本实施形态中，板簧10具有第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32、第三纤维强化树脂层33及第四纤维强化树脂层34，且依此序从上而下排列。第三纤维强化树脂层33的壁厚形成为壁厚从长度方向的中央部朝向端部逐渐变小，第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32及第四纤维强化树脂层34的壁厚固定。

第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32及第四纤维强化树脂层34含有具有导电性的纤维。本实施形态中，第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32及第四纤维强化树脂层34的纤维强化树脂含有具有透光性的树脂、及具有吸光性的导电性纤维。纤维强化树脂层31、32、34的纤维强化树脂中，树脂的热分解温度低于导电性纤维的热分解温度。纤维强化树脂层31、32、34的纤维强化树脂的导电性纤维为非透明且具有非反射性。作为一例，在纤维强化树脂层31、32、34的纤维强化树脂中，导电性纤维为黑色的碳纤维，树脂为使光透过的环氧树脂。即，第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32及第四纤维强化树脂层34由含有连续的碳纤维的CFRP形成。

第一纤维强化树脂层31及第四纤维强化树脂层34若从板簧10的主面（上表面或下表面）的法线方向观察则具有从板簧10的长度方向的一端连续地延伸至另一端的碳纤维。即，第一纤维强化树脂层31及第四纤维强化树脂层34是以碳纤维朝板簧10的长度方向的一方向取向的单向材料为主的积层结构。第二纤维强化树脂层32若从板簧10的主面（上表面或下表面）的法线方向观察则具有从宽度方向的一端至另一端连续的碳纤维。即，第二纤维强化树脂层32是以碳纤维朝板簧10的宽度方向的一方向取向的单向材料或碳纤维横纵取向的梭织物材料等为主的积层结构。第三纤维强化树脂层33由含有非导电性的强化纤维的FRP形成。作为一例，第三纤维强化树脂层33由含有玻璃纤维的GFRP形成。

如上所述，第一纤维强化树脂层31、第二纤维强化树脂层32及第四纤维强化树脂层34含有导电性纤维，第三纤维强化树脂层33不含导电性纤维而含有非导电性纤维。即，含有导电性纤维的层彼此的边界为第一纤维强化树脂层31与第二纤维强化树脂层32之间的边界。电极对E_1F直接安装于第一纤维强化树脂层31的宽度方向两侧的侧端面。具体而言，在将第一纤维强化树脂层31的宽度方向两侧的侧端面的规定部位的树脂去除而使碳纤维的一部分露出后，在该部位安装电极对E_1F。本实施形态中，电极对E_1F从第二纤维强化树脂层32隔开距离。

在流经电极对E_1F的电流的导电路径中，如图2中示意性地以粗箭头所示，存在仅由第一纤维强化树脂层31的碳纤维形成的第一导电路径P1、与跨及第一纤维强化树脂层31及第二纤维强化树脂层32两者的碳纤维而形成的第二导电路径P2。第一纤维强化树脂层31为单向材料，几乎不具有从其宽度方向的一端连续地延伸至另一端的连续纤维，因此第一导电路径P1是通过第一纤维强化树脂层31的多条碳纤维邻接而相互接触而形成。因此，第一导电路径P1在板簧10的长度方向及宽度方向上沿着不规则的路径前进。

第二导电路径P2由第一纤维强化树脂层31的宽度方向一端部、第二纤维强化树脂层32、及第一纤维强化树脂层31的宽度方向另一端部的各碳纤维形成。即，第二导电路径P2借助第一纤维强化树脂层31的碳纤维与第二纤维强化树脂层32的碳纤维的接触，从而通过第一纤维强化树脂层31与第二纤维强化树脂层32之间的边界。由于第二纤维强化树脂层32的碳纤维具有从板簧10的宽度方向的一端连续地延伸至另一端的连续纤维，故而形成于第二纤维强化树脂层32的导电路径相较于形成于第一纤维强化树脂层31的导电路径，可以较短距离在板簧10的宽度方向通电。因此，第二纤维强化树脂层32的相对于宽度方向流动的电流的电阻，小于第一纤维强化树脂层31的相对于宽度方向流动的电流的电阻。由此，流经电极对E_1F的电流较第一导电路径P1更多地流入第二导电路径P2。

如此，流动较多电流的第二导电路径P2通过第一纤维强化树脂层31与第二纤维强化树脂层32之间的边界，因此在第一纤维强化树脂层31与第二纤维强化树脂层32之间产生剥离时，因第二导电路径P2的截面积减少，故第二导电路径P2的电阻产生明显的变化。由此，在电流流入电极对E_1F而求出的板簧10的电阻值较大地增加时，可判断产生了该剥离。又，第一导电路径P1中，在第一纤维强化树脂层31的内部产生相互接触的邻接纤维彼此分离的剥离时，亦因第一导电路径P1的截面积减少，故第一导电路径P1的电阻产生变化。由此，通过对电流流入电极对E_1F而求出的板簧10的电阻值的增加进行监视，亦可检测出该剥离。

电极对E_1F由电压测定用中央电极要素对41、及与板簧10的长度方向上的中央电极要素对41的两侧相离配置的供电用的两侧电极要素对42、43构成。各电极要素对41～43分别形成为沿第一纤维强化树脂层31的厚度方向延伸的形状。两侧电极要素对42、43相互短路，连接于具有电源45及电流传感器46的电路。从电源45对两侧电极要素对42、43供给恒定电流I。中央电极要素对41连接于具有电压传感器47的电路。即，通过电压传感器47检测中央电极要素对41的电压。状态监视装置30具备对两侧电极要素对42、43供给恒定电流的电源45和检测中央电极要素对41的电压的电压传感器47。供给至两侧电极要素对42、43的电流的分布（图3的虚线）在板簧10的长度方向具有某种程度的扩散，因此电流集中于板簧10的夹在中央电极要素对41之间的部分。由此，通过电压传感器47稳定地检测中央电极要素对41的电压的变化。

图4是对板簧10照射激光的激光装置50的框图。如图4所示，激光装置50具备激光振荡器51、反射镜52、马达53及激光控制器54，并朝向板簧10照射激光。激光振荡器51产生并输出激光。反射镜52（例如电流镜（Galvano mirror））将从激光振荡器51输出的激光朝向板簧10的目标位置反射。马达53驱动反射镜52而调整反射镜52的角度，藉此调整激光的反射方向。激光控制器54通过控制激光振荡器51而控制激光的强度（输出控制）。又，激光控制器54通过控制马达53而控制激光的扫描方向及扫描速度（扫描控制）。

图5（A）～（C）是说明在板簧10上设置电极对E_1F的顺序的图。图6是说明在板簧10上设置电极对E_1F的顺序的流程图。如图6所示，首先，将板簧10固定于治具（未图示），将板簧10相对于激光装置50定位（步骤S1：板簧固定工序）。继而，如图5（A）及6所示，通过对板簧10的第一纤维强化树脂层31的侧端面的对象部位照射激光L1，以此形成将该部位的表面的树脂去除而使碳纤维的一部分露出的露出区域X（步骤S2：树脂去除工序）。在本实施形态中，露出区域X仅形成于第一纤维强化树脂层31的侧端面。又，作为一例，露出区域X在板簧10的侧视时形成为矩形状。通过利用激光L1形成露出区域X，而利用激光控制器54管理激光装置50的激光L1的输出及扫描速度，以此可稳定且准确地形成纤维强化树脂的露出区域X，并抑制每个个体的不均。

又，在板簧10的第一纤维强化树脂层31中，树脂具有透光性且碳纤维具有吸光性，因此在树脂去除工序中，透过树脂的激光L1被碳纤维吸收而使碳纤维发热，可通过热将该发热的碳纤维的周围的树脂去除。由此，亦无需以避开碳纤维的形式照射激光L1，可简单地进行照射激光L1的作业，制造效率提高。

又，在树脂去除工序中，从激光L1的照射方向观察时（即，在板簧10的侧视时），沿碳纤维的延伸方向（即，板簧10的长度方向）扫描激光L1。如此，从激光L1的照射方向观察时，与沿与碳纤维的延伸方向正交的方向（即，板簧10的板厚方向）扫描激光的情况相比，可使各个碳纤维迅速地升温而除去树脂，并且可抑制对各个碳纤维施加重复热负载，可防止碳纤维的劣化（例如纤维的切断等）。

继而，使用洗净液（例如丙酮）对板簧10的第一纤维强化树脂层31的侧端面的露出区域X进行洗净（步骤S3：洗净工序）以进行后续工序。继而，如图5（B）及6所示，通过丝网印刷对已被洗净的露出区域X涂布热硬化性的导电性墨水141、142、143（步骤S4：电极涂布工序）。继而，如图5（C）及6所示，通过激光装置50对该涂布的导电性墨水141、142、143照射激光L2，以此使该导电性墨水141、142、143硬化而形成电极要素对41～43（电极对E_1F）（步骤S5：电极硬化工序）。即，在本实施形态中，电极形成工序由电极涂布工序与电极硬化工序构成。而且，由于电极硬化工序中亦使用激光装置50的激光L2，故而无需使用恒温槽等，可简化设备。又，由于在树脂去除工序及电极硬化工序的两工序中使用同一激光装置50，故而可实现作业效率的提高及成本的降低。

又，此时，激光控制器54以如下形式控制激光振荡器51及马达53：使电极硬化工序中照射至导电性墨水141、142、143的激光L2的每单位面积的能量，小于树脂去除工序中照射至第一纤维强化树脂层31的侧端面的激光L1的每单位面积的能量。具体而言，激光控制器54以使电极硬化工序中的激光输出较树脂去除工序中的激光输出小的形式控制激光振荡器51。又，激光控制器54视需要以使电极硬化工序中的激光扫描速度较树脂去除工序中的激光扫描速度快的形式控制马达53。例如，将电极硬化工序中照射的激光L2的每单位面积的能量，设定为即使该激光L2照射至碳纤维而使碳纤维升温亦不会达到碳纤维的热分解温度的能量。由此，在电极硬化工序中，激光L2亦可照射至导电性墨水141、142、143的外部的树脂，可使电极硬化工序的作业变得容易。

根据以上所说明的制造方法，不使板簧10的纤维强化树脂劣化即可避免不均地简单地形成电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R，能使电极对E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R与碳纤维稳定地接触导通。因此，能以稳定的质量制造装载于铁道车辆用转向架的纤维强化树脂制的带电极的板簧10。

另，本发明并不限定于上述实施形态，可对其结构进行变更、追加或删除。在本实施形态中，电极形成工序是由电极涂布工序与电极硬化工序构成，但例如亦可在电极形成工序中通过电镀处理而在板簧形成电极。又，安装电极的纤维强化树脂的树脂亦可使用具有吸光性的树脂。即，亦可利用激光将吸光性树脂热分解而去除从而使碳纤维露出。例如，亦可使透明树脂（例如环氧树脂）中含有着色剂从而使该树脂非透明且有色，树脂吸收激光而被热分解。

符号说明：

1：转向架

10：板簧

50：激光装置

141～143：导电性墨水（导电性材料）

E₀、E_1F、E_2F、E_1R、E_2R：电极对

X：露出区域。

Claims (8)

1.一种铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，具备：

对具有使树脂含有导电性纤维而形成的纤维强化树脂的板簧的所述纤维强化树脂的表面局部地照射激光，以此去除所述树脂的一部分而使所述导电性纤维的一部分露出的树脂去除工序；及

在所述纤维强化树脂中的使所述导电性纤维的一部分露出的露出区域内安装电极的电极形成工序。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述树脂具有透光性，且所述导电性纤维具有吸光性。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述树脂具有吸光性。

4.根据权利要求2或3所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述树脂去除工序中，从激光的照射方向观察时，沿所述导电性纤维的延伸方向扫描激光。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述电极形成工序中，将热硬化性的导电性材料涂布于所述露出区域，并对所述导电性材料照射激光使所述导电性材料硬化，从而形成所述电极。

6.根据权利要求5所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述树脂去除工序及所述电极形成工序中，为了照射激光而分别使用同一激光装置。

7.根据权利要求5所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，使所述电极形成工序中照射至所述导电性材料的激光的每单位面积的能量，小于所述树脂去除工序中照射至所述纤维强化树脂的激光的每单位面积的能量。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的铁道车辆用转向架的带电极的板簧的制造方法，其特征在于，所述电极形成工序中，在所述板簧的长度方向的一侧且在形成于所述板簧的两侧面的所述露出区域，分别形成有一个中央电极对、及与所述板簧的长度方向上的所述中央电极对的两侧相离配置的两个两侧电极要素对。