JP6005480B2 - 電車線支持用ｆｒｐ絶縁水平パイプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法及びそのＦＲＰ絶縁水平パイプに関するものである。

本発明は、在来方式鉄道の電車線用支持部材に係り、電気絶縁機能や屋外使用に対する耐候性を具備したＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法及びそのＦＲＰ絶縁水平パイプに関するものである。

図４は電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの使用箇所を示す模式図である。

この図において、１０１はトンネル等の構造物、１０２は碍子、１０３は支持金具、１０４は支持金具１０３に支持されるＦＲＰ絶縁水平パイプである。

かかるＦＲＰ絶縁水平パイプは鋼製の芯材とＦＲＰパイプを組み合わせたもので、現用の当該パイプはマトリックス樹脂（エポキシ樹脂）をガラスクロスに含浸させながら鋼芯材に巻き付け、金型（外径）内で高温下にて硬化させ、円柱形状に成形したものである（ＷＥＴ成形）。

鈴木正夫 外５名，「ＳＷ（Ｓｈｅｅｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ）製法による電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの開発」，第１６回 鉄道技術連合シンポジウム 講演論文集 ｐｐ. ３０７−３０８ ２００９年１２月２〜４日

しかしながら、塩害地域や温泉漏水のあるトンネル内では、電車線支持部材の腐食による損傷が頻発している。一方、鉄製の芯材とＦＲＰパイプを組み合わせた電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプも例外ではなく、ＦＲＰパイプ表面の劣化や鉄製芯材とＦＲＰパイプ界面の腐食による絶縁不良を原因とした損傷事象が報告されている（上記非特許文献１参照）。

その損傷メカニズムは、
（１）表面汚損・絶縁機能低下による焼損
パイプ表面の劣化が誘因となり、焼損に至るメカニズムは、以下のように推定される。

図５はＦＲＰパイプ表面の劣化メカニズムの説明図である。

まず、（ａ）パイプ表面が紫外線等で劣化し、ポーラスな表面が形成される。つまり、表面状態が悪化する。次に、（ｂ）多孔質な表面に塩分や汚損物質が付着し、表面の絶縁機能が阻害される。（ｃ）雨水や海水の介在により、表面に漏れ電流のパスが形成される。（ｄ）汚損の程度や環境条件により漏れ電流が増大し、著しい場合には焼損に至る。

（２）芯材の腐食・損傷
同様に、絶縁水平パイプの芯材が腐食し、ＦＲＰパイプが焼損に至るメカニズムは、以下のように推定される。

（ａ）芯材（鋼材）とＦＲＰパイプとの界面が何らかの原因で隙間を生じ、雨水や海水が浸入する。（ｂ）芯材が腐食膨張し、絶縁部材であるＦＲＰパイプにき裂損傷を与える。（ｃ）損傷部位が弱点となり、芯材とＦＲＰパイプ表面にアークが生じ焼損に至る。

また、上記非特許文献１には以下の点が開示されている。

図６はシートワインディングＳＷ（Ｓｈｅｅｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ）製法の説明図であり、図６（ａ）はプリプレグシート（ガラスクロス等に樹脂を含浸・半硬化させたシート）の積層工程、図６（ｂ）は積層パイプの加熱成形工程、図６（ｃ）は積層パイプの硬化後冷却工程を示す図である。

この図において、芯材２０１となる金型に要求仕様に応じたプリプレグシート２０２を加圧しながら巻き付け、所定の厚さまで積層し、積層シート２０３からなる積層ＦＲＰパイプを作製する。

次いで、積層シート２０３の外周をテーピング処理２０４し、加熱硬化させることにより、ＦＲＰ積層部に欠陥の生じ難い密なＦＲＰパイプを構成できる。積層シートの材料や強化繊維の方向、密度を任意に選択できる点も、本発明の製法の大きな特徴である。

図７は本発明のＳＷ製法によるＦＲＰパイプ製造工程を示す図面代用写真であり、図７（ａ）はプリプレグシートの裁断工程、図７（ｂ）はプリプレグシートのローリング（積層）工程、図７（ｃ）はローリング（材料変え）工程、図７（ｄ）はテーピング（加熱硬化準備）工程を示している。

図８は屋外暴露試験中の従来品と本発明品の絶縁水平パイプの屋外暴露試験状況を示した図、図９は屋外課電暴露試験状況を示した図である。

屋外暴露試験は、絶縁水平パイプを対象に、パイプ表面の耐候性や絶縁性能を比較評価する目的で、勝木塩害試験場（新潟県）にて、図８に示すようにして行われ、また、屋外課電暴露試験は図９に示すように行った。

屋外暴露試験の結果、本発明品が湿潤時の撥水性を維持しているのに対して、従来品では紫外線による表面劣化が進行し、パイプ表面の撥水性が損なわれ、湿潤時の絶縁抵抗に低下傾向が見られる。表１は、約２１カ月暴露後の各供試体を対象に乾燥及び湿潤時（霧吹きにて降雨時を模擬）の絶縁抵抗（１０００Ｖメガーにて離隔約１ｃｍの表面抵抗）を複数箇所測定した結果を示すものである。

屋外課電暴露試験の結果、前項の絶縁抵抗と同様に、湿潤状態での漏れ電流に顕著な差異が認められる。図１０は課電暴露開始８カ月後の冬期降雨時の漏れ電流測定例を示す図であり、図１０（ａ）は本発明品の漏れ電流測定例、図１０（ｂ）は従来品の漏れ電流測定例をそれぞれ示している。

この図から明らかなように、図１０（ａ）に示された本発明品の漏れ電流は図１０（ｂ）に示された従来品の漏れ電流に比べて漏れ電流を約１／４に低減することができる。

本発明は、上記問題点に鑑みて、プリプレグシートを用いたＳＷ製法を用いて、積層シート内部に気泡等の欠陥が生じ難く、かつ耐候性に優れた信頼性の高い電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法及びそのＦＲＰ絶縁水平パイプを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕芯材にプリプレグシートを積層するシートワインディング製法における積層ＦＲＰパイプにＰＥ（ポリエチレン）層を配置する電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法であって、前記ＰＥ層は、最内層ＰＥ層と、最外層ＰＥ層と、新規ＰＥ層とからなり、前記最内層ＰＥ層は、前記芯材と積層シートとの線膨張係数差による界面の剥離を防ぎ、密着性強化による前記芯材の腐食防止ができ、前記最外層ＰＥ層はＵＶカットに有効であり、表面層の汚損防止ができ、更に、前記新規ＰＥ層はＦＲＰ部材の内部に形成され、遮水層として機能させることができることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法において、前記プリプレグシートを積層したＦＲＰパイプを加熱炉で硬化させる際、熱収縮チューブを適用することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

（１）プリプレグシートを用いたＳＷ製法を用いて、ＷＥＴ製法に比べシート内部に気泡等の欠陥が生じ難く、信頼性の高い積層シートからなる積層ＦＲＰパイプを提供することができる。

（２）積層ＦＲＰパイプの中間層にＰＥ層を配置することにより、遮水効果に加え、芯材とＦＲＰ部材間の線膨張差を緩和させるクッション材（熱可塑性樹脂の特徴を活かしたもの）としての効果が期待できる。

（３）プリプレグシートを積層したＦＲＰパイプを加熱炉で硬化させる際、従来のテーピング処理の代替として熱収縮チューブを適用することにより、テーピング処理で問題となっていた微小段差を解消することができ、平滑で撥水性に優れたＦＲＰパイプ表面が構成可能となる。その結果、ＦＲＰパイプ表面の絶縁機能に対する信頼性を大幅に改善することができる。

本発明の実施例を示す絶縁水平パイプの表面の改良を示す図面代用写真である。 本発明の実施例を示すＳＷ製法とＦＲＰパイプとの断面図である。 本発明の実施例を示す熱収縮チューブの適用によるＦＲＰパイプ表面の改良を示す図面代用写真である。 電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの使用箇所を示す模式図である。 ＦＲＰパイプ表面の劣化メカニズムの説明図である。 ＳＷ製法の説明図である。 ＳＷ製法によるＦＲＰパイプ製造工程を示す図面代用写真である。 屋外暴露試験中の従来品と本発明品の絶縁水平パイプの屋外暴露試験状況を示した図である。 屋外課電暴露試験状況を示した図である。 課電暴露開始８カ月後の冬期降雨時の漏れ電流測定例を示す図である。 改良前のＦＲＰパイプ表面（テーピング処理による表面の微小段差あり）を示す図面代用写真である。

本発明の電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法は、プリプレグシートを用いたＳＷ製法を用いた積層シートからなる積層ＦＲＰパイプの中間層にＰＥ層を配置する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す絶縁水平パイプの表面を示す写真代用写真である。

この図において、芯材をＦＲＰパイプで封止する工程にＳＷ製法を適用し、積層シートからなる芯材とＦＲＰパイプ界面の密着性及びＦＲＰパイプ表面の耐候性を改善し、安価で信頼性の高い絶縁水平パイプを製造するようにした。特に、プリプレグシートを積層するＳＷ製法における積層シートからなる積層ＦＲＰパイプの中間層にＰＥ層を配置するようにした。

図２は本発明の実施例を示す絶縁水平パイプを示す図である。

この実施例では、芯材１に積層されたプリプレグシート２を用いたＳＷ製法を用いて、積層シート３からなる積層ＦＲＰパイプを作製する。更に、最内層４と最外層５にＰＥ層を用いるようにした。最内層４のＰＥは、芯材１と積層シート３の線膨張係数差による界面の剥離を防ぎ、密着性強化による芯材１の腐食防止が期待できる。最外層５のＰＥはＵＶカット（ＦＲＰ部材の紫外線劣化対策）に有効であり、表面層の汚損防止が期待できる。更に、本発明では、新規ＰＥ層６を積層シート３の内部に設けることにより、遮水層として機能させることができる。

また、前記プリプレグシートを積層したＦＲＰパイプを加熱炉で硬化させる際、熱収縮チューブを適用するようにした。

このように、
（１）積層ＦＲＰパイプの中間層にＰＥ層を配置することにより、遮水効果に加え、芯材とＦＲＰ部材間の線膨張差を緩和させるクッション材（熱可塑性樹脂の特徴を活かしたもの）としての効果が期待できる。

（２）プリプレグシートを積層したＦＲＰパイプを加熱炉で硬化させる際、従来のテーピング処理の代替として熱収縮チューブを適用することにより、テーピング処理で問題となっていた微小段差を解消することができ、平滑で撥水性に優れたＦＲＰパイプ表面が構成可能となる。その結果、ＦＲＰパイプ表面の絶縁機能に対する信頼性を大幅に改善することができる。

以下、上記（２）の点について説明する。

図３は本発明の実施例を示す熱収縮チューブの適用によるＦＲＰパイプ表面の改良を示す図面代用写真であり、ＦＲＰパイプの表面には後述する図１１に示すような微小段差は存在せず、ＦＲＰパイプの表面汚損が回避でき、耐候性に優れたＦＲＰ絶縁水平パイプが提供できる。これに対して、図１１は改良前のＦＲＰパイプ表面を示す図面代用写真であり、テーピング処理による表面の微小段差が存在しており、微小段差部分に汚染物質が付着し易く、ＦＲＰパイプの表面汚損が進み、絶縁破壊が生じやすいことが分かる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法によれば、プリプレグシートを用いたＳＷ製法を用いて、積層シート内部に気泡等の欠陥が生じ難く、かつ耐候性に優れた信頼性の高い電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法として利用可能である。

１ 芯材
２ プリプレグシート
３ 積層シート
４ 最内層ＰＥ（ポリエチレン）層
５ 最外層ＰＥ（ポリエチレン）層
６ 新規ＰＥ（ポリエチレン）層（ＦＲＰ部材の内部に形成）

Claims (2)

1. 芯材にプリプレグシートを積層するシートワインディング製法における積層ＦＲＰパイプにＰＥ層を配置する電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法であって、前記ＰＥ層は、最内層ＰＥ層と、最外層ＰＥ層と、新規ＰＥ層とからなり、前記最内層ＰＥ層は、前記芯材と積層シートとの線膨張係数差による界面の剥離を防ぎ、密着性強化による前記芯材の腐食防止ができ、前記最外層ＰＥ層はＵＶカットに有効であり、表面層の汚損防止ができ、更に、前記新規ＰＥ層はＦＲＰ部材の内部に形成され、遮水層として機能させることができることを特徴とする電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法。
2. 請求項１記載の電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法において、前記プリプレグシートを積層したＦＲＰパイプを加熱炉で硬化させる際、熱収縮チューブを適用することを特徴とする電車線支持用ＦＲＰ絶縁水平パイプの製造方法。