JP2002021002A - 合成まくらぎおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維束を母材樹脂中に均一に分布させる
ことにより、品質の向上した合成まくらぎ、および繊維
束の分散が容易、かつ均一分散ができる合成まくらぎの
製造方法を提供する。 【解決手段】 強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に
外側に突出する突起部が設けられ、前記長繊維束の複数
本を母材樹脂に分散させていることを特徴とする合成ま
くらぎ、および強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に
外側に突出する突起部を有する繊維束の複数本を、母材
樹脂に分散させてから該母材樹脂を硬化することを特徴
とする合成まくらぎの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道線路用のまく
らぎ、特に強化長繊維を束ねた繊維束（以後「繊維束」
と略す）によって補強された合成まくらぎおよびその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道用のまくらぎには、木材やコンクリ
ートが広く用いられてきた。しかし、木材は雨水を受け
て朽ち、損傷を受けるなど耐久性が劣り、さらに資源的
にも限られているという問題がある。コンクリートは丈
夫で、資材の入手も容易、安定しているが、重く、防振
性や防音性に劣っている。

【０００３】そこで木材やコンクリートに代わるまくら
ぎとして、硬質発泡ウレタン樹脂などを母材樹脂とし
て、長繊維で強化した複合材料を用いた所謂「合成まく
らぎ」が提案された〔実公昭６１−２３００４２号公
報〕。さらに合成まくらぎについて、まくらぎ上部およ
び下部で強化繊維の密度を高くして強度を維持し、全体
で強化繊維の含有量を減らすことで軽量化を図るという
提案〔特開平５−１３８７９７号公報〕、強化繊維を束
にまとめ繊維束とし、これを母材樹脂に分散させ強度の
向上を図る提案〔特開２０００−１２０００１号公報〕
などその改良が図られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】合成まくらぎは、強化
長繊維あるいは強化長繊維の束を、母材樹脂と混合し、
金型中で硬化させて製造する。このとき、強化長繊維あ
るいは繊維束は母材樹脂中に均一に分布していることが
必要で、不均一に分布していると、部分的に繊維あるい
は繊維束が少ない場所ができ、まくらぎとしたとき、そ
の部分に犬くぎが打ち込まれると引き抜き強度が満たさ
れないという問題が発生する。

【０００５】このように母材樹脂中で繊維あるいは繊維
束が均一に分布されないのは、繊維あるいは繊維束同志
が重なり合い、それらの間に母材樹脂が入り込まないこ
とが原因である。繊維束は均一性を改善するために繊維
の代わりに用いられたものであるが、依然として繊維束
が部分的に偏在するという問題があり、そこで繊維束と
母材樹脂を一度に混ぜないで、成形途中で数回に分けて
混合するなどの方法が採られているが、それでも、繊維
束の沈み、母材樹脂の硬化の時間差、それに伴う粘度の
不均一などから繊維束の問題を有していた。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決し、品質の
向上した合成まくらぎ、および繊維束の分散が容易、か
つ均一分散ができる合成まくらぎの製造方法を提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、繊維束を
均一に分散させる方法について鋭意研究を行った結果、
繊維束表面に突起部を作ると、繊維束同志の重なり合い
が緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、これによ
り繊維束が母材樹脂中に均一に分散されることを見出し
本発明をなすに至った。

【０００８】すなわち、請求項１の発明の合成まくらぎ
は、強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に外側に突出
する突起部が設けられ、前記長繊維束の複数本を母材樹
脂に分散させていることを特徴とする。

【０００９】これにより、繊維束同志の重なり合いが緩
和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材
樹脂中に均一に分散させることができ、製造された合成
まくらぎの品質は一段と向上する。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、その突起部が、繊維束の外形寸法に対し、１．
２〜３．０倍の外形寸法で突出していることを特徴とす
る。

【００１１】これにより、繊維束同志の重なり合いがよ
り好適に緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊
維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、合成
まくらぎの品質は一段と向上する。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１記載の発明で
あって、突起部が、繊維束を押圧して扁平部分を形成さ
せた後硬化したものである。

【００１３】これにより、繊維束上に程よい大きさで突
起部を作ることができ、合成まくらぎの品質は一段と向
上する。

【００１４】請求項４の発明は、請求項１記載の発明で
あって、突起部が、繊維束の外面に樹脂を付着して硬化
したものである。

【００１５】これにより、繊維束上に程よい大きさで突
起部を作ることができ、合成まくらぎの品質は一段と向
上する。

【００１６】請求項５の発明の合成まくらぎの製造方法
は、強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に外側に突出
する突起部を有する繊維束の複数本を、母材樹脂に分散
させてから該母材樹脂を硬化することを特徴とする。

【００１７】これにより、繊維束同志の重なり合いが緩
和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材
樹脂中に均一に分散させることができ、容易に、かつ品
質の優れた合成まくらぎを製造することができる。

【００１８】請求項６の発明は、請求項５記載の発明で
あって、突起部が、繊維束を押圧して扁平部分を形成さ
せた後硬化して設けられていることを特徴とする。

【００１９】これにより、繊維束同志の重なり合いがよ
り好適に緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊
維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、容易
に、かつ品質の優れた合成まくらぎを製造することがで
きる。

【００２０】請求項７の発明は、請求項５記載の発明で
あって、突起部が、繊維束の外面に樹脂を付着して硬化
することにより設けられていることを特徴とする。

【００２１】これにより、繊維束同志の重なり合いが緩
和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材
樹脂中に均一に分散させることができ、容易に、かつ品
質の優れた合成まくらぎを製造することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】この実施の形態における繊維束１
は、図１に示すように、直径が１５〜２０μｍ程度の強
化長繊維２を５０００〜１００００本束ねることにより
製造される。この強化繊維２に対し１０％程度（重量
比）のバインダ樹脂３に含浸させた後加熱して硬化さ
せ、所定の長さに切断して製造される。バインダ樹脂３
は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチ
レン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂な
どが使用される。強化長繊維２は、ガラス長繊維が良好
であるが、その他芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、
炭素繊維などであってもよい。繊維束１の直径は約２ｍ
ｍ程度，長さは使用目的により異なるが２〜８ｍであ
る。

【００２３】以上に加えて、この実施の形態の繊維束１
は、繊維束１の長手方向に外側に突出する突起部４、５
が設けられている。すなわち、図２、３に示すように繊
維束１の長手方向に対し、適宜の間隔に突起部４，５を
突出させるものである。図２（ａ）は、繊維束１を押圧
して扁平部分を形成させた後硬化することにより突出部
４を形成させており、（ｂ）（ｃ）は、その断面図であ
る。繊維束１上に突起部４を作るには、例えば、繊維束
１を完全硬化させる前に繊維束１の一部分を押圧して扁
平にさせることにより作製することができる。

【００２４】図３（ａ）は、繊維束１の外面に樹脂を付
着して硬化することにより突出部５を形成させており、
（ｂ）は、その断面図である。繊維束１上に突起部５を
作るには、例えば、繊維束１の一部分に常温硬化型の樹
脂を付着し硬化させることにより達成される。ここで使
用される常温硬化型の樹脂として、不飽和ポリエステル
樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、
尿素樹脂などがある。

【００２５】図２、３において、ａは突起部のない部分
の径方向の外形寸法、ｂは突起部の内で最も大きい部分
の径方向の外形寸法、ｃは、突起部間の間隔の長さであ
る。

【００２６】繊維束１上の突起部間の間隔ｃは、代表的
には１００〜５００ｍｍである。突起部４，５の径方向
の外形寸法ｂは、突起部のない部分の繊維束外形寸法ａ
に対し、１．２〜３．０倍、好ましくは１．５〜２．５
倍である。またその形状は、繊維束１を取り囲むように
全円周に亘ってもよいし、あるいは円周の一部であって
もよい。さらに、円周の一部の場合にその向きは、互い
に同じでもよいし、また異なっていてもよい。ここに挙
げた突起部４、５間の間隔、大きさ、形状は、本発明の
目的とする効果が大きいという観点から選ばれたもの
で、本発明はこれらに限定されるものではない。

【００２７】図４（ａ）は、この実施の形態の繊維束１
を金型７中に積み重ねた状態を示したものを、図４
（ｂ）は従来の繊維束１１を金型７中に積み重ねた状態
を示している。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同数の
繊維束１、１１を積み重ねた状態であるが、この実施の
形態の繊維束１は、繊維束１の周囲に突起部４，５があ
ることからすきまができ、嵩高になっている。

【００２８】図５（ａ）は、この実施の形態の繊維束１
を用いて製造した合成まくらぎ９の概念図であり、図５
（ｂ）は、従来の繊維束１１を用いて製造した合成まく
らぎ１９の概念図である。

【００２９】合成まくらぎの製造は、本発明では特に限
定するものではなく、種々の方法を用いることができ
る。すなわち、金型に繊維束を入れ、この中に母材樹脂
を加え、母材樹脂が繊維束に充分浸透してからこれを硬
化させる。このとき、従来は、繊維束１１の分散が良く
なかったことから繊維束１１と母材樹脂８を成形途中で
数回に分けて混合するなどの方法が採られることがあっ
たが、この実施の形態の繊維束１は、繊維束１周囲に突
起部４、５があることから繊維束１間に隙間ができ、そ
こに母材樹脂８が浸透していくので、繊維束１の均一分
散が容易となる。従って、繊維束１と母材樹脂８を分け
て混合する必要がなく、繊維束１に母材樹脂８を一度に
入れることでも充分満足のいく均一性が得られる。

【００３０】図５（ａ）に示すように、突起部４，５を
有した繊維束１を用いて製造した合成まくらぎ９は、繊
維束１間に隙間ができ、そこに母材樹脂８が浸透し繊維
束１の均一分散が可能となっている。これに対し、従来
の合成まくらぎ１９は、繊維束１１が、図５（ｂ）に示
すように積み重ねが密になり隙間がなく、母材樹脂８の
浸透できないところができて分散が不均一となってい
る。このように、表面や内部に繊維束１１が少なく、母
材樹脂８だけの部分があると、その部分は犬くぎ引き抜
き強度が低くなり、まくらぎとして使えなくなる。

【００３１】発明者らの実験では、繊維束を所定本数金
型に積層した時の嵩高さが、金型深さの７０％以上であ
れば繊維束間に母材樹脂が浸透するに充分な隙間が確保
されていた。このように繊維束を金型深さの７０％以上
の嵩高さにするには、突起部４，５の大きさが、突起部
のない部分の外形寸法に対し、１．２〜３．０倍突出す
るときであった。

【００３２】この実施の形態では、外側に突出する突起
部４、５のある繊維束１を使うことにあるが、この実施
の形態の効果が損なわれない範囲において、従来の突起
部のない繊維束１１を一部混合して使用することを制限
するものではない。

【００３３】

【実施例】金型７に繊維束１、１１を入れ、この上から
母材樹脂８として硬質発泡ウレタン樹脂を入れて、試験
用合成まくらぎ９．１９を製造した。繊維束１．１１と
硬質発泡ウレタン樹脂の比は５０：５０（重量比）とし
た。この合成まくらぎ９，１９について、犬くぎ引き抜
き試験を行った。結果を表１に示した。尚、実施例の試
験体１〜３は繊維束１に突起部４（間隔：２５０ｍｍ、
突起部で最も大きい外形寸法は突起部のないところの外
形寸法の２．０倍）をつけたもの、試験体４〜５は繊維
束１に突起部５（間隔：２５０ｍｍ、突起部の外形寸法
は突起部のないところの外形寸法の２．２倍）をつけた
ものである。

【００３４】犬くぎの引き抜き試験は、試験体〔１４０
×２００×７００ｍｍ〕に、直径１５ｍｍ、深さ１１０
ｍｍの下穴をせん孔し、スパイキハンマにより犬くぎ
〔ＪＩＳ Ｅ １１０８、Ｌ＝１３０ｍｍ〕を首下２０
ｍｍまで打ち込み、次いでＪＩＳ Ｚ ２１０１に準拠
して引き抜き試験を行い、引き抜き強度を測定した。

【００３５】

【表１】

【００３６】合成まくらぎの犬くぎ引き抜き強度は、１
５ｋＮがその合格の目安となっている。従来の繊維束１
１を用いて製作した合成まくらぎ１９では、１５ｋＮ以
上の仕様は満足しているもののその値は低く、ばらつき
も多かったが、本発明の繊維束１を用いることにより犬
くぎ引き抜き強度の安定性が大幅に改善された。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明によると、繊維束同志の
重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作
り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることがで
き、製造された合成まくらぎの品質は一段と向上させる
ことができる。

【００３８】請求項２の発明によると、繊維束同志の重
なり合いはより好適に緩和され、母材樹脂が入り込む間
隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させること
ができ、合成まくらぎの品質は一段と向上させることが
できる。

【００３９】請求項３の発明によると、繊維束上に程よ
い大きさで突起部を作ることができ、合成まくらぎの品
質は一段と向上させることができる。

【００４０】請求項４の発明によると、繊維束上に程よ
い大きさで突起部を作ることができ、合成まくらぎの品
質は一段と向上させることができる。

【００４１】請求項５の発明によると、これにより、繊
維束同志の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む
間隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させるこ
とができ、容易に、かつ品質の向上した合成まくらぎを
製造することができる。

【００４２】請求項６の発明によると、繊維束同志の重
なり合いがより好適に緩和され、母材樹脂が入り込む間
隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させること
ができ、容易に、かつ品質の向上した合成まくらぎを製
造することができる。

【００４３】請求項７の発明によると、繊維束同志の重
なり合いがより好適に緩和され、母材樹脂が入り込む間
隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させること
ができ、容易に、かつ品質の向上した合成まくらぎを製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維束の断面図である。

【図２】（ａ）は、突起部を形成した繊維束の斜視図、
（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は、Ｙ−Ｙ
線断面図である。

【図３】（ａ）は、別の突起部を形成した繊維束の斜視
図、（ｂ）は、（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。

【図４】（ａ）は、突起部を有する繊維束を積み重ねた
状態の断面図、（ｂ）は、突起部のない繊維束を積み重
ねた状態の断面図である。

【図５】（ａ）は、突起部を有する繊維束を用いて製作
した合成まくらぎの斜視図、（ｂ）は、従来の繊維束を
用いて製作した合成まくらぎの斜視図である。

【符号の説明】

１：繊維束 ２：強化長繊維 ３：バインダー樹脂 ４：突起部 ５：突起部 ７：金型 ８：母材樹脂 ９：合成まくらぎ １１：従来の繊維束 １９：従来の合成まくらぎ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北 村 朗 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 (72)発明者 峰 岸 健 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に
   外側に突出する突起部が設けられ、前記長繊維束の複数
   本を母材樹脂に分散させていることを特徴とする合成ま
   くらぎ。
2. 【請求項２】 突起部が、繊維束の外形寸法に対し、
   １．２〜３．０倍の外形寸法で突出していることを特徴
   とする請求項１記載の合成まくらぎ。
3. 【請求項３】 突起部が、繊維束を押圧して扁平部分を
   形成させた後硬化したものである請求項１又は２記載の
   合成まくらぎ。
4. 【請求項４】 突起部が、繊維束の外面に樹脂を付着し
   て硬化したものである請求項１又は２記載の合成まくら
   ぎ。
5. 【請求項５】 強化長繊維を束ねた繊維束の長手方向に
   外側に突出する突起部を有する繊維束の複数本を、母材
   樹脂に分散させてから該母材樹脂を硬化することを特徴
   とする合成まくらぎの製造方法。
6. 【請求項６】 突起部が、繊維束を押圧して扁平部分を
   形成させた後硬化して設けられていることを特徴とする
   請求項５記載の合成まくらぎの製造方法。
7. 【請求項７】 突起部が、繊維束の外面に樹脂を付着し
   て硬化することにより設けられていることを特徴とする
   請求項５記載の合成まくらぎの製造方法。