JP4682383B2 - 合成まくらぎ及びその成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の軌道等に敷設されるまくらぎであって、埋込栓を付加した合成まくらぎ及びその成形方法の改良に関する。

鉄道の軌道等に用いられる合成まくらぎは、木製まくらぎに代わるものとして着目されて、１９８７年頃より実用化がはかられ、主な素材がガラス繊維強化発泡ポリウレタン製で、腐り難く耐久性に優れ次第に普及している。
下記特許文献１には、合成まくらぎの引抜抵抗力を向上させる技術として、レールとの間のタイプレートをまくらぎにねじ止めするための埋込栓を用い、埋込栓の底部に鍔を設けることが提案されている。図６において、従来の合成まくらぎとレール１９との連結構造を示すが、補強繊維の横ガラス繊維束７と母材樹脂の硬質発泡ウレタン８で成形されたまくらぎ本体９′と、レール１９との間にレール固定用治具のタイプレート２０を介してボルト１８でねじ止めするための埋込栓２３を用い、該埋込栓２３の底部に鍔４′が固着され、鍔４′下方の孔を塞ぐために接着剤２１が充填されている。

特開２００２−１６１５０１号公報

特許文献１の合成まくらぎでは、鍔付の埋込栓を成形後のまくらぎに埋込むためには、外面のねじ部を取付けるねじ部用孔と鍔を取り付ける鍔部係止溝を成形後に切削加工する必要があり、鍔が方形の場合にはマニシングセンター等の自動機による加工を要し、作業量が増大する。埋込栓を挿入するためにまくらぎ底面に孔があいており、鍔が露出したままで錆が発生しやすいので、孔を塞ぐためのは別に接着剤により接着作業をしなければならず、作業量が増大する。又埋込栓に上向きの引抜力を加えたときの変位が比較的大きく引抜抵抗力が小さいため、タイプレートの固定が不確実になるといった課題を有していた。
これに対し本発明は、補強用の縦ガラス繊維束の使用という簡易な構成で埋込栓周辺の縦圧縮強度を増大し、引抜抵抗力を大幅に向上可能であり、且つ埋込栓を一体成形することにより成形後に切削加工や接着作業等を省くことのできる合成まくらぎ及びその成形方法を得ることを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１の発明にあっては、埋込栓を用いた合成まくらぎであって、イ）前記埋込栓は、棒材の軸芯に雌ねじ部が設けられ下面が塞がれた軸部と、前記棒材下端部附近に固着された平板状の鍔と、予めガラス繊維フィラメントをバインダー樹脂に含浸し加熱硬化させた縦ガラス繊維束とを有し、前記縦ガラス繊維束は前記棒材外周を囲繞して軸芯方向に立設され、ロ）前記縦ガラス繊維束より長いガラス繊維フィラメントよりなる長手横方向の横ガラス繊維束を補強繊維とし、硬質発泡ウレタンを母材樹脂として方形体状のまくらぎ本体が形成され、ハ）前記まくらぎ本体の長手方向と直交して前記埋込栓が軸芯をおいて一体成形されている合成まくらぎにより解決した。請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の合成まくらぎにおいて、棒材下端部の上方位置に固着された鍔の上側に間隔をおいて上段側に少なくとも１個の鍔が設けられている合成まくらぎとすることができる。請求項３の発明にあっては、請求項１又は２に記載の合成まくらぎにおいて、棒材とほぼ同径の円筒状の管が該棒材の上端に載置又は固着され、縦ガラス繊維束の上端面は前記管の上端面以下におかれている合成まくらぎとすることができる。請求項４の発明にあっては、鍔の形状が方形、多角形、円形、楕円形及びこれらの組み合わせのいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の合成まくらぎとすることができる。

請求項５の発明にあっては、まくらぎ本体外寸と合致する内法を有する成形型及び底型材上面に敷詰められている底板と、軸部回りに囲繞された縦ガラス繊維束及び鍔を有する埋込栓とを準備し、次いで前記底板の所定箇所に頭部を底面側にして鉛直方向にボルトを立て、前記埋込栓を逆向きにして雌ねじ部を前記ボルトと螺合した後、前記成形型内の前記埋込栓周囲に横ガラス繊維束を満遍なく略水平方向に敷詰めた後、硬質発泡ウレタン原液を注入して上蓋を被せて発泡硬化させ養生した後、ボルトと雌ねじ部との螺合を解除し脱型する請求項１〜４のいずれかに記載の合成まくらぎの成形方法により解決した。

本発明の合成まくらぎによれば、補強用の縦ガラス繊維束の使用という簡易な構成で埋込栓周辺の縦圧縮強度を増大し、引抜抵抗力が大幅に向上可能で、レールとのボルト締結力が向上できるため、レール小返りや横圧に対して強化改善が計れる。
又埋込栓を一体成形することにより成形後に切削加工や接着作業等を省くことができコスト低減と切削加工により発生する切粉や材料ロスを無くすことが可能である。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の合成まくらぎに用いられる埋込栓の三例の、縦断面図及び平面図である。
図２は、本発明の合成まくらぎの一例を示す斜視図である。
図３は、図２の合成まくらぎの詳細図で、（ａ）（ｂ）は第１例、（ｃ）は第２例である。
図４は、図２の第１例の合成まくらぎの成形手順の各説明図である。
図５は、従来の合成まくらぎに用いられる埋込栓の三例を示し、縦断面図及び平面図である。
図６は、従来の合成まくらぎのレールとの連結構造を示す概略縦断面図である。
以下においては、本発明の合成まくらぎの軌道への敷設時において、軌道のレール側を上又は表面、敷設した合成まくらぎ側を下又は裏面として説明する。

先ず、図１により本発明の合成まくらぎに用いられる埋込栓の二例を説明する。
図１（ａ−１）、（ａ−２）は第１例の埋込栓１であって、軸部２と、縦ガラス繊維束３と、鍔４と、必要により管６を有している。
軸部２は、金属、硬質プラスチック等製円筒状の棒材２ａの軸芯に、雌ねじ部２ｂが設けられ、棒材２ａの側面外周に螺旋状の小突起２ｃが突設され、棒材２ａの下端末に下蓋２ｄが接着又は溶着により固着され雌ねじ部２ｂの下端末を塞いでいる。ここで小突起２ｃは必須の構成要素ではないが、これを設けると埋込栓１の引抜抵抗力を向上可能であり好ましい。
縦ガラス繊維束３は、補強材用として比較的太めのガラス繊維フィラメント例えば太さ１５〜２０μｍ前後、長さ１００ｍｍ程度のものを、バインダーとして不飽和ポリエステル樹脂をガラス繊維に対し重量比で２０％程度含浸させた後、加熱硬化させた全体円柱状の直径２ｍｍ前後の繊維束で約７０〜１００本が用いられる。
鍔４は、ここでは平面視において軸部２及び縦ガラス繊維束３の占める面積よりも大きくとられた方形の金属板材製である。ここで鍔４の形状は、方形に限定されず、多角形、円形、楕円形、これらの組み合わせ、その他の変形であってもよいが、方形がコスト面より最も好ましい。そして鍔４の中心には、軸部２を埋め込んで溶着等により固着するための通し孔４ａが穿設されている。又、該鍔４の固着は、溶着によらず、図１（ｃ）に示す如く、軸下端部にボルト・ナット２ｅを配し、該ボルトと軸部下端面との間に鍔４を挟んでボルト・ナットで締結させることによって固定させても良い。
管６は、選択的構成要素で、金属又は硬質プラスチック製の円筒状で棒材２ａとほぼ同径にとられ埋込栓の埋め込み調整の役目を担っている。縦ガラス繊維束３の長さが棒材２ａの軸方向長さより長い場合には、縦ガラス繊維束３が棒材２ａの上端面より上方に飛出ており、図２、図３（ａ）に示すとおり、管６が棒材２ａの上端に載置又は固着され、縦ガラス繊維束３の上端面は管６の上端面以下におかれ、成形の際の縦ガラス繊維束３の安定化を計っている。しかし、棒材２ａが縦ガラス繊維束３の上端面の近傍レベルまで延長されていれば管６は不要である。
組立てられた埋込栓１は、鍔４の通し孔４ａに軸部２を埋め込んで下端末より僅か上方位置に溶着され、蓋２ｄ及び棒材２ａの下端部は鍔４の下方僅かに露出状態におかれる。
縦ガラス繊維束３は、下端末が鍔４附近に結束バンド３ａで締め付け固定されるか、又は、鍔４上面に接着により固着され、それより上方の棒材２ａ及び管６の側面外周にほぼ均等に囲繞しておかれ、棒材２ａと軸芯方向を合わせて立設されている。

図１（ｂ−１）、（ｂ−２）は第２例の埋込栓１０であって、軸部２と、縦ガラス繊維束３と、鍔４及び５と、必要により管６を有している。ここで第１例の埋込栓１と同様の構成は、同一符号を用い詳細説明を省略する。埋込栓１との相違点は、鍔４の上方に更に上段の鍔５を設けた点で、鍔５は材質は鍔４と同様であるが、通常鍔４より面積が小さくとられ、本例では正方形とされているが、必ずしも面積が小さく正方形に限定されない。そして、ガラス繊維束３は、鍔５上面に接着により固着され、棒材２ａの軸芯方向に合わせて立設され、棒材２ａ側面外周にほぼ均等に囲繞しておかれる上位の鍔５は本例の如く単数ではなく間隔をおいた複数であってもよい。
管６は、選択的構成要素で、図２、図３（ｂ）に示すとおり棒材２ａの上端に管６が載置又は固着されているが、棒材２ａの長さが縦ガラス繊維束３と同レベルまで延長されていれば不要である。

次に、図２、３を参照して、本発明の合成まくらぎの二例を説明する。
図２は、本発明の二例の合成まくらぎ１１又は１２を示す斜視図で、まくらぎ本体９は外形が長方形体状をなし、長手を横方向において前後２個で間隔をおいた二列で４個の埋込栓１又は１０が左右対称位置に合計８個配設され、合成まくらぎ１１又は１２を形成している。まくらぎ本体９の表面側には、縦ガラス繊維束３の上端縁及び管６が目視可能におかれている。棒材２ａの長さが縦ガラス繊維束３と同レベルまで延長されていれば管６は無く、縦ガラス繊維束３及び棒材２ａの上端縁が目視可能におかれる。
合成まくらぎ１１又は１２の大きさは、使用目的に合わせて選定されるが、本例では例えば高さ１５０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、奥行長さ２４００ｍｍの大きさにとられている。
そして図６について説明した従来の合成まくらぎの場合と同様に、左右に埋込栓１又は１０が一体成形され、タイプレート２０を介してボルト１８により左右二本のレール１９が固着される。
図３（ａ）、（ｂ）は第１例の合成まくらぎ１１を示し、図３（ｃ）は第２例の合成まくらぎ１２を示している。
第１例の合成まくらぎ１１は、前記埋込栓１を用いた例で、長手横方向に補強繊維の横ガラス繊維束７と、母材樹脂の硬質発泡ウレタン８と、軸芯を長手横方向と直交する縦方向においた埋込栓１とが一体成形されている。横ガラス繊維束７は、まくらぎ１１の長手横方向に前記縦ガラス繊維束３と同様の例えば太さ１５〜２０μｍ前後、合成まくらぎの幅より１０ｍｍ程度短い長さのものを、バインダーとして不飽和ポリエステル樹脂を含浸させた後、加熱硬化させた全体円柱状の直径２ｍｍ前後の繊維束で合成まくらぎの大きさに応じて２０００〜５０００本が用いられる。
したがって横ガラス繊維束７は、縦ガラス繊維束３に比し、長さが長く、全体の数は多くとられ、目的とする合成まくらぎのまくらぎ本体９の大きさに応じて選択される。

第２例の合成まくらぎ１２は、図３（ｃ）を参照し、前記埋込栓１０を用いた例で、横ガラス繊維束７と、硬質発泡ウレタン８と、軸芯を長手横方向と直交する縦方向においた埋込栓１０とが一体成形されている。第１例の合成まくらぎ１１との相違点は埋込栓１に代えて埋込栓１０が用いられている点のみでありその他の詳細説明は省略する。

次に、図４を参照して、本発明の合成まくらぎの成形方法を第１例の合成まくらぎ１１について説明する。説明簡略化のため、ここでは埋込栓１が一個設けられている例によって説明するが、実用上の合成まくらぎ１１では図２について前記したとおり、埋込栓１が８個用いられている。
先ず、金属製平板状の左右型材１３、１３と、前後型材１４、１４、底型材１５及び厚みのある上蓋１６とで形成される成形型と、底型材１５の上面に敷詰められている金属製平板状の底板１７とを準備する。成形型と底板１７とで形成される方形体の内法は、まくらぎ本体９の外寸例えば高さ１５０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、奥行長さ５００ｍｍの大きさと合致するようにされている。それと軸部２回りに囲繞された縦ガラス繊維束３と鍔４とを有する埋込栓１を準備する。
次いで、底板１７の所定箇所（ここでは中心部）に座ぐり加工して穿設された通し孔に、底面から頭部を底面側にして上向きにボルト１８を鉛直方向に立てる。管６を底面側におき、埋込栓１を図１に示す向きに対し上下逆向きにして雌ねじ部２ｂにボルト１８を螺合し、図４（ｂ）（ｃ）に示す上端に蓋２ｄ及び僅かに下方に鍔４がそれぞれおかれた状態とする。
次いで、成形型内の埋込栓１の周囲の空間全体に成形型の幅より僅かに短い横ガラス繊維束７例えば１０ｍｍ程度短い本例では４９０ｍｍ前後の全体円柱状の直径２ｍｍ前後のもの２０００〜５０００本満遍なく略水平方向に敷詰めた後、上方より硬質発泡ウレタン原液を横ガラス繊維束７と重量比でおよそ５０：５０となるように注入して、上蓋１６を被せて発泡硬化させ２時間養生した後、ボルト１８と雌ねじ部２ｂとの螺合を解除することにより合成まくらぎ１１を脱型し成形が完了する。ウレタン発泡硬化中は、重量のある上蓋１６を被せて成形型を密封状態に保持することにより，高い強度をもった合成まくらぎを得ることができる。
第２例の合成まくらぎ１２の成形方法は、埋込栓１を埋込栓１０に代えるのみで、その他の工程は合成まくらぎ１１の成形方法と同様であり、詳細説明は省略する。

金型の成形型として、底板１５を含む内法がまくらぎ本体９の外寸と同じ高さ１５０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、奥行長さ５００ｍｍの大きさのものを準備した。埋込栓１として、軸部２を
ＪＩＳ Ｇ３１１２ 鉄筋コンクリート用棒鋼
ＳＤ３４５、小突起２ｃ直径３５ｍｍ、雌ねじ部２ｂ直径２０ｍｍ、長さ７０ｍｍとし、鍔４は長方形鋼板製で左右幅８０ｍｍ×前後幅６０ｍｍとし、縦ガラス繊維束３は太さ１７μｍ、長さ１００ｍｍのガラス繊維フィラメントをバインダーとして不飽和ポリエステル樹脂をガラス繊維に対し重量比で１０％含浸させた後、加熱硬化させた直径２ｍｍ前後の繊維束の９０本を軸部２の軸芯と平行方向に棒材２ａを囲繞し下端末を鍔４上面に接着により固着したものを準備した。
そして、図４について詳述した合成まくらぎ１１の成形方法の手順にしたがって、埋込栓１を上下逆向きにして蓋２ｄ及び僅かに下方に鍔４がそれぞれおかれた状態にして固着し、成形型内の埋込栓１の周囲全体の空間に横ガラス繊維束７として太さ１７μｍ、長さ４９０ｍｍのガラス繊維フィラメントで直径２ｍｍ前後のもの３０００本を満遍なく略水平方向に敷詰めた後、上方より硬質発泡ウレタン原液を注入して、上蓋１６を被せて発泡硬化させ硬質発泡ウレタン８を横ガラス繊維束７と重量比で５０：５０となるように注入して２時間養生した後、脱型し高さ１５０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、奥行長さ５００ｍｍの大きさで中央部に１個の埋込栓１が一体成形された実施例１の試験用合成まくらぎ１１を得た。

実施例１において、埋込栓１を埋込栓１０に代え、鍔４を左右幅８０ｍｍ×前後幅６０ｍｍとし、鍔５を左右幅５０ｍｍ×前後幅５０ｍｍとした他は、実施例１と同様にして埋込栓１０が一体成形された実施例２の試験用合成まくらぎ１２を得た。

実施例１及び２と引抜抵抗力を対比するために、図５に示す従来の埋込栓の三例を用いて下記の試験用合成まくらぎの比較例１乃至３を得、埋込栓の引抜き試験を実施し、これらの試験結果を表１に対比して示す。
引抜き試験方法としては、埋込栓が埋込まれている各試験用合成まくらぎに、モジュール６０の六角ボルトを首下３０ｍｍまで締め込み、ボルトに引き抜き荷重を載荷する。また、そのときの埋込栓の変位量を測定し、実施例では変位量が３ｍｍに達したときの載荷荷重を引き抜き抵抗として評価した。表１に示す試験結果には、比較例Ｎｏ．３の引き抜き抵抗を基準（１．０）として対比した。
［比較例１］
図５（ａ−１）及び（ａ−２）に示すのは埋込栓２２であって、前記本発明第１例で記載した埋込栓１の軸部２を有するのみで、鍔は全く有していない。
実施例１と同様の、成形型、横ガラス繊維束７、硬質発泡ウレタン８により埋込栓２２を用いて比較例１の試験用合成まくらぎを得た。
［比較例２］
図５（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示すのは埋込栓２３であって、軸部２の下端末より僅か上方位置に鍔５と同大の鍔４′が埋め込まれて溶着されている。ここでの埋込栓２３は、前記埋込栓１において縦ガラス繊維束３をなくし、鍔４′として左右幅５０ｍｍ×前後幅５０ｍｍの正方形のものを用いた。そして埋込栓２３を用い、比較例１と同様の成形法で比較例２の試験用合成まくらぎを得た。
［比較例３］
図５（ｃ−１）及び（ｃ−２）に示すには埋込栓２４であって、軸部２の下端部に鍔４と同大の鍔が埋め込まれて溶着されている。ここでの埋込栓２４は、前記埋込栓１において縦ガラス繊維束３をなくし、鍔４を左右幅８０ｍｍ×前後幅６０ｍｍの長方形のものを用いた。そして埋込栓２４を用い、比較例１と同様の成形法で比較例３の試験用合成まくらぎを得た。

表１をみると、鍔及び縦ガラス繊維束３共に有しない比較例１では、早期に母材破壊を起こしてしまったために比較対象にはならなかった。
縦ガラス繊維束３は有しないが鍔付の比較例２との対比では、荷重が実施例１で８０％、実施例２で８９％増加し、比較例３との対比では、実施例１で４０％、実施例２で４８％増加している。すなわち実施例１、２では、引抜抵抗力が大幅アップし、縦ガラス繊維束３を用いた本発明の合成まくらぎの補強効果が極めて大であることを示している。

次に、本発明の合成まくらぎについて縦と横方向の圧縮強度を対比するために、ＪＩＳＺ２１０１（木材の試験方法）に準拠して、実施例１の合成まくらぎについて比較試験を行った。そして縦圧縮試験と部分（横）圧縮試験として、荷重の負荷方向を変えて対比した所、縦圧縮強さは部分（横）圧縮強さに対し約１０倍の大きさを有することが分った。この試験から縦ガラス繊維束の使用が上下の補強繊維方向にかかる力に対し有効であることを示している。

本発明の合成まくらぎは、鉄道軌道に用いられるまくらぎ一般に用いられ、コンクリート道床の一般軌道部、分岐器用まくらぎ、橋梁用まくらぎ等広範囲に利用可能である。

本発明の合成まくらぎに用いられる埋込栓の三例を示し、（ａ−１）第１例の縦断面図、（ａ−２）第１例の平面図、（ｂ−１）第２例の縦断面図、（ｂ−２）第２例の平面図、（ｃ）第３例の縦断面である。 本発明の合成まくらぎの二例を示す斜視図である。 図２の合成まくらぎの詳細図で、（ａ）第１例のＡＡ方向に視た縦断面図、（ｂ）第１例のＢＢ方向に視た平面図、（ｃ）第２例のＡＡ方向に視た縦断面図である。 図２の第１例の合成まくらぎの成形手順の説明図で、（ａ）ＣＣ方向に視た平面図、（ｂ）ＤＤ方向に視た縦断面図、（ｃ）ＥＥ方向に視た横断面図である。 従来の合成まくらぎに用いられる埋込栓の三例を示し、（ａ−１）第１例の縦断面図、（ａ−２）第１例の平面図、（ｂ−１）第２例の縦断面図、（ｂ−２）第２例の平面図、（ｃ−１）第３例の縦断面図、（ｃ−２）第３例の平面図である。 従来の合成まくらぎのレールとの連結構造を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１、１０、２２、２３、２４
埋込栓
２ 軸部
２ａ 棒材
２ｂ 雌ねじ部
２ｄ 下蓋
２ｅ ボルト・ナット
３ 縦ガラス繊維束
３ａ 結束バンド
４、４′、５
鍔
６ 管
７ 横ガラス繊維束
８ 硬質発泡ウレタン
９、９′
まくらぎ本体
１１、１２ 合成まくらぎ
１３ 左右型板
１４ 前後型板
１５ 底型板
１６ 上蓋
１７ 底板
１８ ボルト
１９ レール
２０ タイプレート
２１ 接着剤

Claims (5)

1. 埋込栓を用いた合成まくらぎであって、
   イ）前記埋込栓は、
   棒材の軸芯に雌ねじ部が設けられ下面が塞がれた軸部と、
   前記棒材下端部附近に固着された平板状の鍔と、
   予めガラス繊維フィラメントをバインダー樹脂に含浸し加熱硬化させた縦ガラス繊維束とを有し、
   前記縦ガラス繊維束は前記棒材外周を囲繞して軸芯方向に立設され、
   ロ）前記縦ガラス繊維束より長いガラス繊維フィラメントよりなる長手横方向の横ガラス繊維束を補強繊維とし、
   硬質発泡ウレタンを母材樹脂として方形体状のまくらぎ本体が形成され、
   ハ）前記まくらぎ本体の長手方向と直交して前記埋込栓が軸芯をおいて一体成形されていることを特徴とする合成まくらぎ。
2. 請求項１に記載の合成まくらぎにおいて、棒材下端部の上方位置に固着された鍔の上側に間隔をおいて上段側に少なくとも１個の鍔が設けられていることを特徴とする合成まくらぎ。
3. 請求項１又は２に記載の合成まくらぎにおいて、
   棒材とほぼ同径の円筒状の管が該棒材の上端に載置又は固着され、
   縦ガラス繊維束の上端面は前記管の上端面以下におかれていることを特徴とする合成まくらぎ。
4. 鍔の形状が方形、多角形、円形、楕円形及びこれらの組み合わせのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の合成まくらぎ。
5. まくらぎ本体外寸と合致する内法を有する成形型及び底型材上面に敷詰められている底板と、
   軸部回りに囲繞された縦ガラス繊維束及び鍔を有する埋込栓とを準備し、
   次いで前記底板の所定箇所に頭部を底面側にして鉛直方向にボルトを立て、
   前記埋込栓を逆向きにして雌ねじ部を前記ボルトと螺合した後、
   前記成形型内の前記埋込栓周囲に横ガラス繊維束を満遍なく略水平方向に敷詰めた後、
   硬質発泡ウレタン原液を注入して上蓋を被せて発泡硬化させ養生した後、ボルトと雌ねじ部との螺合を解除し脱型することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の合成まくらぎの成形方法。