JP4603409B2 - 磁気浮上式鉄道用地上コイル装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この磁気浮上式鉄道用地上コイル装置に関しては、これまでシートモールディングコンパウンド(SMC)や反応射出成形(RIM)法による熱硬化性樹脂を用いたコイル装置やその製造方法の発明しかなされていない。
例えば、図1は従来技術による磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の断面図であり、図2は、図1のA−A線から見た正面図である(例えば、特許文献1参照)。
図1、図2において、側壁1aと底壁1bとで断面がU字形状のコンクリート軌道1が構成されている。そして、車両(図示せず)の推進力を発生する推進コイル2が側壁1aに固定されていると共に、該車両の浮上案内をする浮上コイル3が、推進コイル2よりもコンクリート軌道1の中心側に配置され、側壁1aに固定されている。なお、符号4は浮上コイル3の側壁1aへの固定用ボルトと座金とからなる締結手段である。
また、特許文献2においては、絶縁外被としてエポキシ樹脂を用い、注型により地上コイル装置を成形している。当該発明においては、金属ブッシュの渦電流の誘起や金属ブッシュとエポキシ樹脂の剥離、エポキシ樹脂のバリの除去工程を削減するために、金属ブッシュの外周面に導電性被膜を形成したり、金属ブッシュの形状に工夫を施している。
以上のように、磁気浮上式鉄道用地上コイル装置においては、熱硬化性樹脂の圧縮成形や注型成形、反応射出成形による製造方法についての発明がこれまでなされている。
しかしながら、熱硬化性樹脂を用いた成形においては、その成形法に関係なく、成形サイクルが非常に長く(SMC:30分間以上、RIM:1時間以上)、またバリの除去などの後工程があり、生産性が低い。その上、SMCの圧縮成形においては、成形時の材料流動によりガラス繊維の粗密分布が生じ、場所によって強度にばらつきが生じるといった問題があり、一方RIM成形においては、金型内に予め賦型したマットなどを挿入する必要があり、さらに生産性に劣る問題がある。
また、肉厚の薄いリブ部にはガラス繊維が入りにくく、リブ構造では強度に対する信頼性が低くなるため、コイル装置に必要な強度を得るには、樹脂部の肉厚を増す必要があり、その結果、重量が増加するのを免れない。
さらには、熱硬化性樹脂であることから、リサイクル性に劣るという問題があった。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
(1)熱可塑性樹脂成形材料を用いて被覆されたコイル導体を有し、コンクリート軌道の側壁に固定される磁気浮上式鉄道用地上コイル装置であって、前記熱可塑性樹脂成形材料が、(A)熱可塑性樹脂と、その100質量部当たり、(B)無機充填材20〜200質量部及び(C)エラストマー0〜25質量部を含むことを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(2)熱可塑性樹脂成形材料における(A)成分の熱可塑性樹脂が、ポリアリーレンスルフィド系樹脂である上記(1)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(3)熱可塑性樹脂成形材料における(B)成分の無機充填材が、繊維状、球状、板状又は不定形状の形態を有する上記(1)又は(2)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(4)車両面側が略平坦面で、側壁面側がコイル導体に対応する形状に隆起しており、かつコイル導体の内径部にリブが配置されてなる上記(1)〜(3)項のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(6)金属ブッシュが、両末端部に径の異なる鍔を有する上記(5)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(7)コンクリート軌道の側壁への取付け用ボルトに対応するボス状箇所に、先端の厚さが1.5〜10mm、高さが30mm以上であるリブが8本以上接続されてなる上記(5)又は(6)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
(8)予めコイル導体が挿入されてなる金型キャビティー部に、熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することを特徴とする、上記(1)〜(4)項のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
(9)予めコイル導体と金属ブッシュが挿入されてなる金型キャビティー部に、熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することを特徴とする、上記(5)〜(7)項のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
(10)金型内に挿入された金属ブッシュ部にゲートが配置され、かつ該ゲートの形状がディスク状である上記(9)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
(12)コイル導体として、コイルの素線間を熱硬化性樹脂で固定してなるものを用いる上記(8)〜(11)項のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
(13)コイル導体が、金型内への進退可能なピンで固定されてなる上記(8)〜(12)項のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
(14)金型内へ進退可能なピンが、先端部に絶縁体を装着してなる上記(13)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、及び
(15)金型キャビティ−内に熱可塑性樹脂成形材料を充填したのち、該成形材料の温度が流動可能な温度以下に低下する前に、ピンを金型内から退出させて、ピンが存在した部分にも該成形材料を充填させ、段差のない成形品を得る上記(13)又は(14)項に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法、
を提供するものである。
また、この磁気浮上式鉄道用地上コイル装置は、予めコイル導体又はコイル導体と金属ブッシュが挿入されてなる金型キャビティ−部に、前記熱可塑性樹脂成形材料を充填する射出成形法を採用し、金型内で一体成形することにより、生産性よく、製造することができる。
本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置(以下、単に「地上コイル装置」と称することがある。)は、熱可塑性樹脂成形材料を用いて被覆されたコイル導体を有し、コンクリート軌道の側壁に固定される地上コイル装置である。
前記熱可塑性樹脂成形材料としては、(A)熱可塑性樹脂と、(B)無機充填材と、必要に応じ(C)エラストマーを含む材料が用いられる。
当該熱可塑性樹脂成形材料における(A)成分の熱可塑性樹脂については特に制限はなく、様々な樹脂、例えばシンジオタクチックポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアリーレンスルフィド系樹脂などを用いることができる。これらの熱可塑性樹脂の中で、得られるコイル装置の強度及び難燃性と材料コストのバランスなどの点から、ポリアリーンレンスルフィド系樹脂が好ましい。
で示される繰り返し単位を70モル%以上有するポリフェニレンスルフィド(PPS)系樹脂である。
PAS系樹脂は一般にその製造法により実質上直鎖状で分岐、架橋構造を有しない分子構造のものと、分岐や架橋構造を有する構造のものが知られているが、本発明においては特に制限なく用いることができる。本発明に用いるのに好ましいPAS系樹脂として、繰り返し単位としてパラフェニレンスルフィド単位を70モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上含有するホモポリマー又はコポリマーが挙げられる。この繰り返し単位が70モル%未満だと結晶性ポリマーとしての特徴である本来の結晶性が低くなり充分な機械的物性が得られなくなる傾向があり好ましくない。共重合構成単位としては、例えばメタフェニレンスルフィド単位、オルソフェニレンスルフィド単位、p,p’−ジフェニレンケトンスルフィド単位、p,p’−ジフェニレンスルホンスルフィド単位、p,−ビフェニレンスルフィド単位、p,p’−ジフェニレンエーテルスルフィド単位、p,p’−ジフェニレンメチレンスルフィド単位、p,p’−ジフェニレンクメニルスルフィド単位、ナフチレンスルフィド単位などが挙げられる。
前記PAS系樹脂は、例えばジハロ芳香族化合物と、硫黄源とを有機極性溶媒中でそれ自体公知の方法により重縮合反応させることにより得ることができる。本発明において用いられるPAS系樹脂の溶融粘度は、特に制限はないが、300℃、200秒-1において5〜120Pa・sの範囲にあることが好ましい。
前記無機充填材の形状に特に制限はなく、例えば繊維状、球状、板状、不定形状のものなどを用いることができる。
強度や靱性を向上させるには、繊維状無機充填材が好ましい。この繊維状無機充填材としては、例えばガラス繊維、硼素繊維、炭化ケイ素繊維、さらには硼酸アルミニウムウイスカー、酸化亜鉛ウイスカー、珪酸カルシウムウイスカー、炭酸カルシウムウイスカー、チタン酸カリウムウイスカー、炭化珪素ウイスカーなどが挙げられるが、これらの中でガラス繊維が好適である。
繊維状無機充填材の形態としては、強度や靱性の向上効果の点から、アスペクト比の大きいものが好ましい。また、ガラス繊維としては、チョップドストランドや、さらに細かくしたミルドファイバーなどを好ましく用いることができる。
本発明においては、前記無機充填材は、熱可塑性樹脂との濡れ性や接着性を良好なものとするために、表面処理剤で予め処理しておいてもよい。この表面処理剤としては、例えば、シラン系、チタネート系、アルミニウム系、クロム系、ジルコニウム系、ボラン系カップリング剤などが挙げられるが、これらの中でシラン系カップリング剤及びチタネート系カップリング剤が好ましく、特に、シラン系カップリング剤が好適である。
当該熱可塑性樹脂成形材料においては、(C)成分としてエラストマーが用いられる。このエラストマーは、成形時の残留応力により、成形品にクラックが発生するのを抑える作用を有している。
オレフィン系エラストマーは、ハードセグメントにポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィンを用い、ソフトセグメントにEPDMなどを用いたものである。ポリアミド系エラストマーは、ポリアミドハードセグメントと他のソフトセグメントが結合したポリアミド系ブロック共重合体である。上記ソフトセグメントとしては、例えば、ポリアルキレンオキシド(アルキル基の炭素数2〜6)が代表的なものである。ハードセグメントとしてのポリアミド成分としては、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド6,12、ポリアミド11、ポリアミド12等のポリアミドが挙げられ、ソフトセグメントとしてのポリエーテル成分としてはポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール等が挙げられる。
ジエン系エラストマーとしては、例えば、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン−ブタジエンブロック共重合体(SBR)、水素添加スチレン−ブタジエンブロック共重合体(SEB)、スチレン−ブタジエン−スチレンブロックブロック共重合体(SBS)水素添加スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−イソプレンブロック共重合体(SIR)、水素添加スチレン−イソプレンブロック共重合体(SEP)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、水素添加スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)、あるいはブタジエン−アクリロニトリル−スチレン−コアシェルゴム(ABS)、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン−コアシェルゴム(MBS)、オクチルアクリレート−ブタジエン−スチレン−コアシェルゴム(MABS)、アルキルアクリレート−ブタジエン−アクリロニトリル−スチレン−コアシェルゴム(AABS)、ブタジエン−スチレン−コアシェルゴム(SBR)等のコアシェルタイプの粒子状弾性体、またはこれらを変性したゴムなどが挙げられる。
シリコーン系エラストマーとしては、ポリオルガノシロキサンと架橋剤を共重合させたものが好ましい。ポリオルガノシロキサンとしては、例えば、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン、トリメチルトリフェニルシクロトリシロキサン、テトラメチルテトラフェニルシクロテトラシロキサンなどが挙げられ、架橋剤としては、3官能性又は4官能性のシロキサン系架橋剤、例えば、トリメトキシメチルシラン、トリエトキシフェニルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。
フッ素樹脂系エラストマーは、フッ素ゴムをソフトセグメントに、フッ素樹脂をハードセグメントとするエラストマーであり、熱可塑性エラストマーとしての特性のほか、加硫ゴムより耐摩耗性がよい。
本発明においては、(C)成分のエラストマーとして、前記の各種エラストマーを一種単独で用いてもよく、二種以上組み合わせて用いてもよい。また、その含有量は、(A)成分の熱可塑性樹脂100質量部に対して、0〜25質量部の範囲で選定される。エラストマーの含有量が上記範囲にあれば、(A)成分である熱可塑性樹脂本来の性質を損なうことなく、成形時の残留応力に起因して成形品にクラックが発生するのを抑制することができる。該エラストマーの好ましい含有量は5〜20質量部である。
この熱可塑性樹脂成形材料は、前記(A)〜(C)成分と、必要に応じて用いられる各種添加成分を配合し、これを、例えば溶融混練することによって調製することができる。
前記溶融混練は、通常の公知の方法によって行うことができるが、いずれにしても、その際、前記各成分を樹脂中に均一に混合・分散させる。溶融混練には、通常二軸押出機、単軸押出機等を好適に用いることができる。溶融混練の条件としては、特に制限はないが、必要に応じて添加される各種添加成分の分解あるいは発泡を制限するために、極端な高温度や極端に長い滞留時間を避けるのが好ましい。熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド系樹脂を用いた場合、溶融混練温度としては、通常270〜370℃、好ましくは290〜340℃である。
本発明の地上コイル装置は、このようにして調製された熱可塑性樹脂成形材料を用いてコイル導体を被覆することにより得ることができる。
さらに、樹脂面の肉厚は、熱可塑性樹脂成形材料の射出成形において、冷却時間の短縮や寸法精度を向上させるために、10mm以下にすることが望ましい。しかし、全ての箇所の肉厚を10mm以下とした場合、強度が不足するため、特に強度を有するコイル導体の内径側には、通常リブが配置される。
本発明の地上コイル装置は、コンクリート軌道の側壁へボルト止めされる。このボルト止めされる箇所は、ボルトの締付力や、温度変化によるコイル装置の膨張収縮により発生する応力や、コイルに発生する電磁力などの力が最も加わる場所であり、特に強度が必要とされる。したがって、ボルト止めされる箇所には、金属ブッシュが埋め込まれていることが好ましい。
したがって、金属ブッシュの近傍においても、樹脂材料が極端に厚くならないようなブッシュの形状が好ましく、大きいほうの鍔部の直径をa、鍔部以外のブッシュの直径をbとした場合、好ましくはa/b≦2.0、より好ましくはa/b≦1.6、さらに好ましくは≦1.4である。
また、熱可塑性樹脂成形材料の熱可塑性樹脂として、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を用いる場合には、この樹脂は靱性が低い材料であることから、当該金属ブッシュの各角部は鋭角を避けることが好ましい。したがって、全ての角部において、R1以上が好ましく、より好ましくはR2以上、さらに好ましくはR5以上である。
図3は、本発明で用いる金属ブッシュの一例の側面図(a)及び平面図(b)である。なお、当該金属ブッシュの材質は、通常ステンレス鋼(例えば、SUS304)である。
リブの先端の厚さが1.5mm以上であると、溶融樹脂を細部に充填するための過剰な充填圧をかける必要がないので、エネルギー効率の面から好ましく、また、溶融樹脂の流動性が十分ではない場合でも、リブの先端まで樹脂を充填することができる。一方、リブの先端が10mm以下であると、目標とする強度に対してリブが重くならず、軽量化を図ることができ、また、厚肉部に樹脂冷却固化時のプロファイルが残ることがないので、残留応力による反り変形やひび割れの発生を抑えることができる。
リブの根元やリブとボス状の樹脂材料部が接する箇所、リブとコイル導体の内壁面が接する箇所は、応力集中を避けるため、R5以上が好ましく、R10以上がより好ましい。
次に、地上コイル装置の製造における本発明の方法について説明する。
本発明の方法においては、地上コイル装置の生産性を向上させるために、圧縮成形や反応射出成形ではなく、射出成形が採用される。
すなわち、本発明の方法においては、(1)予めコイル導体が挿入されてなる金型キャビティー部に前述の熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することにより、あるいは(2)予めコイル導体と金属ブッシュが挿入されてなる金型キャビティー部に、前述の熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することにより、地上コイル装置を製造する。これらの射出成形においては、成形時の金型内圧力を低減させ、挿入物に与える損傷を低減したり、残留応力による反り変形を抑制するために、射出圧縮成形法を用いることも可能である。
前記(1)、(2)の方法において、金型内にコイル導体、又はコイル導体と金属ブッシュを挿入し、絶縁材料である熱可塑性樹脂成形材料を充填して一体成形することにより、生産性を向上させ、強度面からも信頼性の高い地上コイル装置を製造することができる。
熱可塑性樹脂成形材料における熱可塑性樹脂として、ポリフェニレンスルフィド系樹脂を用いる場合、成形条件としては、シリンダー温度は、通常270〜370℃、好ましくは290〜340℃、金型温度は、通常110〜180℃、好ましくは120〜160℃、より好ましくは125〜140℃、充填時間は1〜10秒程度、冷却時間は、通常150秒以上である。金型の温度調節には、過温防止のため、ヒーターと加圧水温調節の併用が好ましい。
このウエルドラインにおいては、樹脂や強化繊維の配向などにより、強度が低下する。したがって、金属ブッシュ部近傍では、ウエルドラインの形成を回避する必要があり、そのためには、分岐した樹脂材料が合流するような流動形態をとらないように、金属ブッシュ部にディスクゲートを設け、そこから熱可塑性樹脂成形材料を充填するのがよい。
ボルト締付部は、通常数箇所あるので、全ての箇所共、金属ブッシュを挿入し、ディスクゲートを設けて、熱可塑性樹脂成形材料を充填することが望ましい。
このため、ゲートが多点になる場合、ランナシステムとしては、3プレート金型によるコールドランナシステムか、2プレート金型によるホットランナシステムとすることができる。
また、本発明の方法においては、コイル導体は、アルミニウムや銅などの金属線材をコイル状に捲回して作られるため、該線材の長手方向に対しては強度があるが、隣合う線材間の強度は弱く、せん断応力が加わると線材がずれてしまうことがある。
したがって、射出成形時にコイル導体に荷重が加わり、コイル導体が変形してしまったり、コイル導体が所定の位置よりずれてしまい、地上コイル装置として成立しない場合がある。そこで、コイル導体に、予め剛性向上処理を施すことが好ましい。
前記繊維状強化材としては、通常ガラス繊維や合成繊維強化材などが用いられ、熱硬化性樹脂としては、通常熱硬化性エポキシ樹脂や熱硬化性ポリエステル樹脂などが用いられる。
コイル導体は、一般に金属線材を何重にもコイル状に捲回して作られるため、コイル導体の寸法誤差は、該金属線材の寸法誤差の数倍になってしまい、寸法精度が出にくい。しかし、本発明のように、コイル導体の剛性向上処理の際に、型を用いて熱硬化性樹脂を含浸することによって、コイル導体の寸法精度が向上するという付帯効果も得られる。
そこで、金型内へ進退可能なピンを設け、ピンを前進させた位置でコイル導体を固定するように設定し、金型内でコイル導体が所定の位置で固定できるようにする。このピンの駆動には、通常油圧装置や空圧装置が用いられる。
この際、成形時の充填圧によって、コイル導体が移動しない程度の力を加えてピンで固定することが肝要であり、少なくともコイル導体の厚さ方向の表裏面に接するピンは、コイル導体に接した状態で、さらに1〜2mm程度の前進ストロークを有することが望ましい。このピンは、コイル導体の外周面(4面)、及び厚さ方向の表裏面(2面)を固定できるようにするのがよい。
ピンの先端部の形状は、コイル導体と接する面が小さすぎると、固定が困難になり、大きすぎると樹脂材料の流動の妨げとなるため、100〜1000mm2程度が好ましい。
さらに、ピンの設置箇所については、コイル導体外周面では、コイル導体の厚さの中心が好ましく、コイル導体の厚さ方向の表裏面では、コイル導体の中心、あるいは中心から樹脂材料流動の上流側が好ましい。具体的には、樹脂材料のゲート(ボルト締付部=金属ブッシュ部)は、コイル装置の構造上、コイル導体の内径側に設けられることが多いため、ピンもコイル導体の中心、あるいは中心よりも内径側に設置することが望ましい。
したがって、ピンに絶縁体を装着し、コイル導体とピンの間に絶縁体からなる緩衝材を存在させることが好ましい。この緩衝材の面積は、通常ピンの断面積と同等以上の面積である。コイル導体とピンの間の緩衝材の厚さは、薄すぎると緩衝材としての効果が充分に発揮されず、厚すぎると成形時の樹脂材料の流動を妨げるため、1〜4mm程度である。
当該緩衝材は、ピンからの脱落を防止するために、ピンよりも面積を大きくし、ピンを挟み込む形状とするのがよい。その材料は、コイル装置の成形に用いる熱可塑性樹脂成形材料と接着性を有することが肝要である。接着性がない場合には、界面から水が浸入してしまい、コイル装置として使用することができなくなることがある。
当該緩衝材に用いる材料は、成形に用いる熱可塑性樹脂成形材料中の熱可塑性樹脂と同じ樹脂を含むものであることが好ましいが、必ずしも組成が全く同じ材料である必要はない。
図4に、当該緩衝材の一例の側面図(a)及び平面図(b)を示す。
本発明においては、この後工程を省き、生産性をより向上させるために、成形時にピンを後退させ、ピンの穴部にも樹脂材料を充填させる処置が通常構ぜられる。この際、ピンを後退させるタイミングが早すぎると、コイル導体を所定の位置に固定し続けることが困難となり、一方タイミングが遅すぎると樹脂材料が固化してしまい、ピンを後退させても穴部に樹脂材料を充填することができなくなる。したがって、樹脂材料がピン部を通過後10秒以内でピンを後退させることが好ましい。
上記時間内であれば、各ピンを個別に後退させても、同時に後退させてもよい。
このようにして、熱可塑性樹脂成形材料を、コイル導体、好ましくはコイル導体と金属ブッシュが挿入されている金型キャビティー部に充填し、一体成形することにより、本発明の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置を生産性よく製造することができる。この磁気浮上式鉄道用地上コイル装置は、良好な強度、耐熱性、耐候性などを有している。
なお、各例で得られたコイル装置について、成形サイクル、製品の外観評価、コイル導体を除した樹脂材料部の質量測定、渦電流式変位センサーによるコイル導体部の樹脂材料の肉厚測定を行い、下記の基準でそれぞれ評価した。
(1)成形サイクル
○:5分以下。
×:5分超。
(2)外観評価
○:目視により異常なし。
×:目視により、ガスの発生による外観不良や流動末端部での外観不良が見られる。
(3)コイル導体を除いた樹脂成形材料部の質量
○:5kg以下。
△:5〜10kg。
×:10kg超。
(4)コイル導体部の樹脂材料の肉厚
○:設定厚さに対する誤差が±0.5mm以内。
×:設定厚さに対する誤差が±0.5mm超。
また、金属ブッシュ部の押し抜き試験を下記の方法により実施した。
(5)金属ブッシュ部の押し抜き試験
図5に示すように金属ブッシュ部12に荷重をかけ、150kN時の破壊の有無を確認した。なお、図5において、符号10はコイル装置、11はコイル導体、13は樹脂材料である。
1リットルオートクレーブに、p−ジクロロベンゼン110.26g、硫化リチウム34.46g、(トリクロロベンゼン0g)、水10.09g、N−メチル−2−ピロリドン334.21gを仕込み、窒素雰囲気下、260℃、3時間反応させ、ポリマーを生成させた。
ポリマーを反応液から分離しN−メチル−2−ピロリドン次いで水、アセトンを用いて洗浄し、120℃で8時間減圧乾燥した。得られたポリマー(ポリフェニレンスルフィド:PPS)の溶融粘度(300℃、200秒-1)は100Pa・sであり、曲げ弾性率(ASTM D790に準拠)は112MPaであった。
耐熱性のテトロン系合成繊維を縦糸とし、ガラス繊維を横糸とした絶縁テープに、エポキシ系熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグ状の絶縁テープが捲回された導体(アルミニウム材料)を捲回してコイル導体を形成したのち、100℃の温度及び2kN/cm2の圧力下で、半硬化状の樹脂を硬化させ、一定寸法に焼き固めた。
次に、コイル導体固定用のピン(直径20mmの円柱状、コイル導体の外周面には、各面に2本ずつ、コイル導体の厚さ方向の表裏面には、各8本ずつ設置)を油圧シリンダにより進退可能とした金型を、縦開きの型締装置を有する射出成形機に取り付けた。金型温度を130℃に昇温し、前記の焼き固めたコイル導体と、図3に示す金属ブッシュ(円筒部の外径:42mm、内径:28mm、長さ:22mm、上部鍔部の外径:52mm、下部鍔部の外径:58mm、各鍔部の厚さ5mm)を金型内に挿入し、コイル導体固定用ピンを前進させて、コイル導体を固定した。
型締完了後、コイル導体の外周4面に接するピンを後退させ、シリンダ温度330℃に設定した熱可塑性樹脂成形材料[製造例1のPPS:100質量部、ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製、商品名「JAFT591」、11μm):67質量部含有]を、金属ブッシュ部に設けたディスクゲートより金型内に充填し、保圧切替3秒後に残りのピンを後退させ、100秒間冷却したのち、金型を開き、成形品(コイル装置)を取り出した。成形サイクル及びコイル装置の特性を第1表に示す。
また、得られたコイル装置の斜視図を図6に示す。
図6において、符号20はコイル装置、21はコイル導体を被覆してなる表面側の樹脂面、22はコイル導体の内径部、23は金属ブッシュ、24はボス状の樹脂材料部、25はピンの跡(樹脂材料で塞がれている)、26は電源接続部である。
実施例1において、コイル導体固定用のピンの先端に、予め成形した絶縁体からなる図4に示す緩衝材(材料は、熱可塑性樹脂成形材料と同じもの)を装着した以外は、実施例1と同様にしてコイル装置を製造した。なお、緩衝材は、凹部の外径25mm、内径20mm、底面部の厚さ2mm、外側部の厚さ3.5mmである。
成形サイクル及びコイル装置の特性を第1表に示す。
実施例3
実施例1において、熱可塑性樹脂成形材料として、製造例1のPPS:100質量部、ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製、商品名「JAFT591」、11μm):86質量部及びエラストマー(旭ケミカルズ社製、商品名「タフテックH1031」):14質量部を含有するものを用いた以外は、実施例1と同様にしてコイル装置を製造した。
成形サイクル及びコイル装置の特性を第1表に示す。
実施例1において、熱可塑性樹脂成形材料として、製造例1のPPS:100質量部、ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製、商品名「JAFT591」、11μm):96質量部及びエラストマー(旭ケミカルズ社製、商品名「タフテックH1031」):27質量部を含有するものを用いた以外は、実施例1と同様にしてコイル装置を製造した。
成形サイクル及びコイル装置の特性を第1表に示す。
比較例2
実施例1において、熱可塑性樹脂成形材料として、製造例1のPPS:100質量部、ガラス繊維(旭ファイバーグラス社製、商品名「JAFT591」、11μm):232質量部及びエラストマー(旭ケミカルズ社製、商品名「タフテックH1031」):25質量部を含有するものを用いた以外は、実施例1と同様にしてコイル装置を製造した。
成形サイクル及びコイル装置の特性を第1表に示す。
SMC材として、旭ファイバーグラス社製、商品名「1000」(マトリックス:不飽和ポリエステル、ガラス繊維:ランダムガラス繊維マット30質量%含有)を用いた。
実施例1と同様な処理を行ったコイル導体の周囲を上記SMC材で包み、金型に収納し、温度130℃、圧力120kN/cm2の条件で加熱加圧し、図7に示すコイル装置を製造した。
図7において、符号30はコイル装置、31はコイル導体を被覆してなる硬化SMC材面、32は金属ブッシュ、33は電源接続部である。
成形サイクル及びコイル装置の特性値を第1表に示す。
1a:側壁
1b:底壁
2:推進コイル
3:浮上コイル
3a:導体
3b:外被
4:締結手段
10、20、30:コイル装置
11:コイル導体
12、23、32:金属ブッシュ
13:樹脂材料
21:表面側樹脂面
22:コイル導体の内径部
24:ボス状樹脂材料部
25:ピンの跡
26、33:電源接続部
31:硬化SMC材面
Claims (15)
- 熱可塑性樹脂成形材料を用いて被覆されたコイル導体を有し、コンクリート軌道の側壁に固定される磁気浮上式鉄道用地上コイル装置であって、前記熱可塑性樹脂成形材料が、(A)熱可塑性樹脂と、その100質量部当たり、(B)無機充填材20〜200質量部及び(C)エラストマー0〜25質量部を含むことを特徴とする磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- 熱可塑性樹脂成形材料における(A)成分の熱可塑性樹脂が、ポリアリーレンスルフィド系樹脂である請求項1に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- 熱可塑性樹脂成形材料における(B)成分の無機充填材が、繊維状、球状、板状又は不定形状の形態を有する請求項1又は2に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- 車両面側が略平坦面で、側壁面側がコイル導体に対応する形状に隆起しており、かつコイル導体の内径部にリブが配置されてなる請求項1〜3のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置、
- コンクリート軌道の側壁への取付け用ボルトに対応する個所に金属ブッシュが埋め込まれてなる請求項1〜4のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- 金属ブッシュが、両末端部に径の異なる鍔を有する請求項5に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- コンクリート軌道の側壁への取付け用ボルトに対応するボス状個所に、先端の厚さが1.5〜10mm、高さが30mm以上であるリブが8本以上接続されてなる請求項5又は6に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置。
- 予めコイル導体が挿入されてなる金型キャビティー部に、熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- 予めコイル導体と金属ブッシュが挿入されてなる金型キャビティー部に、熱可塑性樹脂成形材料を射出成形により充填し、一体成形することを特徴とする、請求項5〜7のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- 金型内に挿入された金属ブッシュ部にゲートが配置され、かつ該ゲートの形状がディスク状である請求項9に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- 型締装置の動作方向が、重力方向に対し平行方向である射出成形機を用いる請求項8〜10のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- コイル導体として、コイルの素線間を熱硬化性樹脂で固定してなるものを用いる請求項8〜11のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- コイル導体が、金型内への進退可能なピンで固定されてなる請求項8〜12のいずれかに記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- 金型内へ進退可能なピンが、先端部に絶縁体を装着してなる請求項13に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
- 金型キャビティ−内に熱可塑性樹脂成形材料を充填したのち、該成形材料の温度が流動可能な温度以下に低下する前に、ピンを金型内から退出させて、ピンが存在した部分にも該成形材料を充填させ、段差のない成形品を得る請求項13又は14に記載の磁気浮上式鉄道用地上コイル装置の製造方法。
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