JP2008031708A

JP2008031708A - 合成枕木

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Publication number: JP2008031708A
Application number: JP2006205273A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Minegishi; 岸健峰
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: KR100978300B1; JP4665146B2; KR20080011128A

Abstract

【課題】（１）繊維束を積層した場合に上下左右方向に離して配置できる形状とし、（２）繊維束の突出部の下側への突出量が突出部の厚さに依存しないようにし、（３）母材樹脂が硬化して発泡し膨張しても、繊維束が互いに離れて疎とならず均一な分布状態が得られる、合成枕木を提供する。
【解決手段】本発明による合成枕木は、複数本の強化繊維からなる繊維束を分散させて、その周囲を母材樹脂で硬化させた合成枕木であって、繊維束は、繊維束の長手方向に湾曲され扁平状に押し潰された膨出部が所定の間隔で設けられており、繊維束が枕木製造用の金型に製品仕様の高さ以上に積層され、母材樹脂である発泡剤を含む硬質ウレタン液を所定量投入後、製品仕様の高さまで圧縮して成形される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道線路用の枕木に係り、より詳細には、複数本の強化繊維からなる繊維束を積層し、これを母材樹脂で固めた合成枕木に関する。

鉄道線路用の枕木は、木材やコンクリートのものが広く使用されている。しかし、木材は雨などに対する耐久性に劣り、コンクリートは耐久性に優れるが、重くて防振性や防音性に劣る。そこで、木材やコンクリートに替わる枕木として、硬質ウレタン樹脂などを母材樹脂として、ガラス長繊維の繊維束で強化した合成枕木が製品化されている。合成枕木及びその製造方法は特許文献１に詳しい。

繊維束は、例えば強化繊維の１つであるガラス長繊維（直径は約２０μｍ）、約５０００ＴＥＸが、バインダ樹脂で束ねられたものである。ＴＥＸとは長さ１ｍあたりの重量で単位はｍｇ／ｍである。５０００ＴＥＸは、約５ｇ／ｍとなる。繊維束の断面は、円形状で外径は約２ｍｍ程度である。繊維束は、母材樹脂の中に均一に分散させる必要がある。均一でないと、打ち込んだ犬くぎを引き抜く試験において強度不足となる。また、枕木の角の部分など、繊維束が行き渡らないと、強度不足で割れたり欠けたりする場合がある。

従来においては、図９に示すように、繊維束１０には、長手方向に所定の間隔で突出部１１が設けられる。この突出部１１は、板状の２つの加圧体で繊維束１０を挟み、押圧することで成形する。図１０は、このような繊維束１０が積み重ねられた場合を示す。図１０において、繊維束１０の直径を２ｍｍとし、突出部１１の厚みを１ｍｍとした場合、突出部１１の横幅は３ｍｍ程度となり、繊維束１０の外径からの突出量は０．５ｍｍ程度となる。このような形状は、上下方向には突出部１１がないから、繊維束１０を上下方向に密に積み重ねることを狙ったものである。

図１０に示すように、繊維束１０の間隔が突出部１１によって広げられ、繊維束１０の間隔は繊維束１０の直径より大きなものとなり、この隙間に母材樹脂が入り込む。しかし、突出部１１は、繊維束１０と繊維束１０を左右方向に広げるが、上下方向には繊維束が互いに接触してしまう場合が多く、母体樹脂が繊維束１０の１つ１つを囲むようにできないから、強度面で弱い場合がある。

従来の製造法によれば、繊維束１０が密に積層できるから、金型に繊維束１０を積層して母材樹脂で固める場合、圧力はかけていない。例えば、製品としての枕木寸法が、横２３０ｍｍ、縦１４０ｍｍ、奥行き２２００ｍｍの場合、枕木製造用の金型の寸法は、横２３０ｍｍ、縦１４４ｍｍ、奥行き２３００ｍｍとされる。奥行き方向の両端は繊維束が均一でないので５０ｍｍづつカットされ廃棄される。ここで、繊維束が、金型の上下方向（深さ方向）に積層される高さ（嵩高）は、１２８ｍｍとされる。例えば母材樹脂として硬質ウレタン樹脂には発泡剤が含まれており、硬化する過程で膨張するので１２８ｍｍがちょうど１４０ｍｍとなる。しかしながら、繊維束１０は全体として１２ｍｍ分だけ疎になるから、その分強度も低下する。
特開２００２−２１００２号公報

本発明の目的は、（１）繊維束を積層した場合に上下左右方向に離して配置できる形状とし、（２）繊維束の突出部の下側への突出量が突出部の厚さに依存しないようにし、（３）母材樹脂が硬化して発泡し膨張しても、繊維束が互いに離れて疎とならず均一な分布状態が得られる、合成枕木を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による合成枕木は、複数本の強化繊維からなる繊維束を分散させて、その周囲を母材樹脂で硬化させた合成枕木であって、前記繊維束は、前記繊維束の長手方向に湾曲され扁平状に押し潰した膨出部が所定の間隔で設けられており、前記繊維束が枕木製造用の金型に製品仕様の高さ以上に積層され、母材樹脂である発泡剤を含む硬質ウレタン液を所定量投入後、前記製品仕様の高さまで圧縮して成形されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、前記繊維束を長手方向に湾曲させる所定の半径の凸部が、前記繊維束の長手方向と直交する方向に伸びる上加圧駒と、前記凸部に対応する凹部を有する下加圧駒が、相互に係合して押圧されることにより、前記膨出部を成形することが好ましい。

本発明による請求項１の合成枕木及びその製造方法によれば、繊維束の膨出部は、扁平状に押し潰したから繊維束の外周より外側の例えば左方向と右方向に、また湾曲させたから下方向に、すなわち３つの方向に突出させることができる。従って、従来の突起部とは異なり、繊維束を左右方向にも上下方向にも離して配置することができる。また、繊維束を枕木製造用の金型に製品仕様の高さ以上に積層し、所定量の母材樹脂を投入後、製品仕様の高さまで圧縮するから、圧縮された分は、繊維束の上下方向の密度が向上する。母材樹脂に含まれる発泡剤によって生じる気泡も、圧力によって小さな形状に抑制されるから、合成枕木をより強度のあるものにできる。

本発明による請求項２によれば、繊維束の外周から下側に突出させる突出量は、膨出部の厚さではなく下加圧駒の型の精度で決めることができる。すなわち、下加圧駒の凹部の深さで、突出量を決めることができる。従って、所定の嵩高を得るための積層する繊維束の本数を正確に決めることができる。

以下、図面を参照して本発明による合成枕木を説明する。

図１は本発明による合成枕木に使用する繊維束の斜視図である。図１に示すように繊維束１０（この例では径は約２ｍｍ）には、長手方向に所定の間隔（１０〜５０ｃｍ）で膨出部２０が設けられる。膨出部２０は繊維束１０の長手方向に湾曲させている。図２は、図１のＡ−Ａ断面をＺ方向（長手方向）から見た断面図である。膨出部２０は、斜線のある断面部は、扁平状に押し潰された形状をしている。膨出部２０は、左右にも下側へも突出している。下側への突出量ｔは、加圧駒の凹部の深さで正確な値に成形できる。左右の突出量は、下側の突出量よりもやや大きい。膨出部２０は、元の繊維束１０の形状を加熱し押圧して変形させたものである。突出量の大きさが、隣接する繊維束１０との間隔を決めるものとなる。特に、下側の突出量ｔは、繊維束１０を金型に入れた時の嵩高を決めるものとなる。一定量の繊維束１０を金型に投入する必要があるとして、１４０ｍｍの高さの製品で、ｔ＝０．２ｍｍの場合、嵩高は１４８ｍｍとなる。突出量ｔを大きくすれば、嵩高が増えて金型も大きくなるから、費用対効果により突出量は、０．２ｍｍ以上で１ｍｍ以下が望ましい。

図３は、図１の繊維束が積層された状態を示す側面図である。図１の繊維束１０を長手方向（図１のＺで示す）から見た図である。繊維束１０は左右方向にも、上下方向にも離されて、間隔が設けられることがわかる。母材樹脂として、ここでは硬質ウレタン液２１を使用した。投入された硬質ウレタン液２１は、繊維束１０の間の隙間に入り込んで０．５〜２．０時間かけて硬化される。引き出し円の中に示すように、繊維束１０は、多数のガラス長繊維１９がバインダ樹脂で束ねられたものである。

図４は上加圧駒と下加圧駒の斜視図である。繊維束１０を挟んで、約１６５℃に加熱して、押圧することにより膨出部２０成形する。繊維束１０は、上加圧駒１２の凸部１４は、繊維束１０の長手方向とは直交する方向に配置される。下加圧駒１３には凸部１４に対応した位置に凹部１５が設けられる。不飽和ポリエステル液を含んだ繊維束を圧縮するので、オープンモールドが好ましい。図５は、図４のＢ−Ｂ断面をＹ方向から見た断面図である。上加圧駒１２の中央部には、凸部１４があり、これに係合するように下加圧駒１３に凹部１５がある。凸部１４のＲ（半径）は１５ｍｍで、高さは３ｍｍである。このＲ（半径）が膨出部２０の湾曲度を決めるものとなる。凹部１５の幅は、２０ｍｍで、深さは３ｍｍである。凹部１５の深さが突出量ｔの大きさを決めるものとなる。図６は、図４のＣ−Ｃ断面をＸ方向から見た断面図である。繊維束１０の上部が、押圧され下側に伸ばされるような形になる。

図７は、合成枕木の金型の外観図である。金型１８に図１に示す繊維束１０を積層して落し蓋１７で加圧する。例えば、製品としての枕木寸法が、横２３０ｍｍ、縦１４０ｍｍ、奥行き２２００ｍｍの場合、金型１８の内側の寸法は、例えば横２３０ｍｍ、縦１６４ｍｍ、奥行き２２５０ｍｍとすることができる。この場合、縦の型寸法が高ければ高いほど、繊維束は製品仕様高さより大きな嵩高とすることができ、繊維束の分散の度合いも向上するが、製品規格の満足度と金型費用が見合わない。製品厚み１４０ｍｍに対して、金型１８の高さは、１６０〜１８０ｍｍが望ましい。

図８は、図７の金型に繊維束が積層された状態を示す図である。高さＬ３は合成枕木の製品仕様の高さ１４０ｍｍである。繊維束１０を積層して高さＬ３に等しいか、繊維束１０が最大に積層される高さＬ４、ここでは１４８ｍｍまで積層する。高さＬ５は金型１８の高さ１６４ｍｍである。次に、硬質ウレタン液２１を所定量投入する。硬質ウレタン液２１は、浸透速度があり、最後は、高さＬ３の１４０ｍｍまで液上りした段階で、落し蓋１７で圧縮する。液上りが製品仕様の厚みより高くなると、落とし蓋でつぶしてしまうようにする。すなわち、硬質ウレタン液２１の発泡剤が硬化する過程で膨張するが、製品仕様高さＬ３以上にならないようにする。これにより、繊維束１０は、硬質ウレタン液２１が発泡しても流動しないし、Ｌ４まで積層した場合は、Ｌ４からＬ３まで圧縮されることになる。

従来の板状の突起部が設けられた繊維束が積層された場合と、膨出部が設けられた繊維束が積層された場合の硬化時間を比較した。金型は２３０×１４０×２２００ｍｍの枕木用を使用し、どちらも所定量の繊維束と所定量の硬質ウレタン液を投入した。表１は、硬化時間の比較である。硬化したかどうかは、脱型直後の「割れ」や「膨れ」がないかで判定した。これによれば、硬化時間が１．５ｈから１．０ｈとなって３３％改善されている。これは、硬質ウレタン液が塊にならず、繊維束の間に均等に浸透したためである。

次に従来の合成枕木の作り方、板状の突起部が設けられた繊維束を２６３７本積層し、所定量の硬質ウレタン液を投入し圧力をかけないで硬化する場合と、膨出部が設けられた繊維束２６３７本を積層し、所定量の硬質ウレタン液を投入し、圧縮して硬化する場合の密度と分散性を比較した。得られた合成枕木の密度（ｇ／ｃｃ）は、従来が０．７９、本発明が０．７８であった。合成枕木の端部から５０ｍｍの断面を縦に３分割（上層、中層、下層）し、横にそれぞれを４分割（１〜４、５〜８、９〜１２）して、それぞれの領域で繊維束の本数を比較した。表２は、繊維束の本数を比較したものである。繊維本数の合計は、上下面を仕上げのため削っているので、２６３７本より少ない値となっている。

従来の合成枕木は、合成枕木の上層ほど繊維束の本数が多く、下層との差も大きい。これは、繊維束の硬質ウレタンの発泡過程で、繊維束が上層に持ち上げられるからである。本発明では、繊維束が上層に偏ることがなく、上層、中層、下層とも繊維束本数のばらつきが少ない。これは、型締め段階で落し蓋により上から圧縮するからである。これにより繊維束が拘束され、発泡過程で上層に押し上げられることがない。なお、枕木の両端は、落し蓋の加圧で繊維束が均一に分布することもあり、両端とも２５ｍｍの切断で済む。

表２で作成した合成枕木の物性の比較を表３に示す。「材料の品質」と「製品の品質」は、サンプルの大きさが異なる試験である。

表３によれば、繊維束の本数を同じにして試験したため、材料の品質面ではあまり変化はない。製品の品質面では、繊維束の分散性に影響を受ける項目である「曲げ強さ」、「ねじくぎ引抜き強さ」、「犬釘引抜き強さ」のいずれも、より優れた値となっていることがわかる。

本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：ＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）製品の１つであるから、鉄道線路用以外の吊橋などにも適用できる。

本発明による合成枕木に使用する繊維束の斜視図である。（実施例１）図１のＡ−Ａ断面をＺ方向から見た断面図である。（実施例１）図１の繊維束が積層された状態を示す側面図である。（実施例１）本発明による上加圧駒と下加圧駒の斜視図である。（実施例１）図４のＢ−Ｂ断面をＹ方向から見た断面図である。（実施例１）図４のＣ−Ｃ断面をＸ方向から見た断面図である。（実施例１）合成枕木の金型の外観図である。（実施例１）図７の金型に繊維束が積層された状態を示す図である。（実施例１）従来の繊維束の斜視図である。図９の繊維束が積層された状態を示す側面図である。

符号の説明

１０繊維束
１１突出部
１２上加圧駒
１３下加圧駒
１４凸部
１５凹部
１７落し蓋
１８枕木の金型
１９強化長繊維
２０膨出部
２１硬質ウレタン液
Ｌ３枕木の製品仕様の高さ
Ｌ４繊維束が積層される最大の高さ
Ｌ５金型の高さ
ｔ繊維束の外周からの突出量

Claims

複数本の強化繊維からなる繊維束を分散させて、その周囲を母材樹脂で硬化させた合成枕木であって、前記繊維束は、前記繊維束の長手方向に湾曲され扁平状に押し潰された膨出部が所定の間隔に設けられており、前記繊維束が枕木製造用の金型に製品仕様の高さ以上に積層され、母材樹脂である発泡剤を含む硬質ウレタン液を所定量投入後、前記製品仕様の高さまで圧縮して成形されることを特徴とする合成枕木。
前記繊維束を長手方向に湾曲させる所定の半径の凸部が、前記繊維束の長手方向と直交する方向に伸びる上加圧駒と、前記凸部に対応する凹部を有する下加圧駒が、相互に係合して押圧されることにより、前記膨出部が成形されることを特徴とする請求項１に記載の合成枕木。