JP6047047B2 - 軌道パッド - Google Patents
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レールとまくら木又は前記まくら木上に固定されるタイプレートとの間に介装され、所要のバネ定数を持つ軌道パッドであって、
架橋ウレタン発泡層と、
前記架橋ウレタン発泡層の前記レール側の表面に積層され、高密度ポリエチレンを含む摺動層と、
を備える軌道パッド。
レールとまくら木又は前記まくら木上に固定されるタイプレートとの間に介装され、所要のバネ定数を持つ軌道パッドであって、
架橋ウレタン発泡層と、
前記架橋ウレタン発泡層の前記レール側の表面に積層され、高密度ポリエチレン、6ナイロン、又は66ナイロンを含む摺動層と、
を備え、
前記架橋ウレタン発泡層と前記摺動層とは、前記摺動層となる摺動シートの前記架橋ウレタン発泡層と接触する側の面を粗面化した状態で、前記架橋ウレタン発泡層のウレタン樹脂化反応をするときに同時接着して積層されている軌道パッド。
前記架橋ウレタン発泡層は、独立気泡の発泡層である請求項1又は2に記載の軌道パッド。
前記架橋ウレタン発泡層は、ウレタン原料として、ポリエーテル系ポリオールとイソシアナートとを少なくとも用いて形成された層である請求項1〜3のいずれか1項に記載の軌道パッド。
前記イソシアナートは、ジフェニルメタンジイソシアナート系(MDI系)のイソシアナートである請求項4に記載の軌道パッド。
具体的には、軌道スラブは、図1に示すように、例えば、道床(不図示)上に配列されるまくら木20と、まくら木20上に固定されるタイプレート22、タイプレート22上に固定されるレール24と、を備えている。
なお、まくら木とは、木のみならず、例えば。木を含め、コンクリート、ガラス繊維若しくは樹脂、又はこれら材料等を混合したものも包含する。
その結果、長寿命化が実現されると共に、レール24の伸縮による煎断力と車両通過による振動が負荷されても、レール24から離脱し難く、車両通過時に吹き飛ばされ、車両に損傷を与えたり、レール24の絶縁部分に接触することで生じる絶縁不良に起因する信号機故障が抑制される。
架橋ウレタン発泡層は、軌道パッドのバネに相当するもので、復元性が特に要求される層である。そして、復元性を要するために、当該層は架橋したウレタン発泡体で構成させている。
ポリオールは、例えば、ポリオキシプロピレンポリオール(PPG)、ポリオキシエチレンポリオール(PEG)、PPGとPEGの共重合物、ポリオキシテトラメチレンポリオール(PTMG)等のポリエーテル系ポリオールを用いることがよい。ポリエーテル系ポリオール(特に、PPG、PTMG)は、反応性と共に、耐加水分解性にも優れることから、架橋ウレタン発泡層の耐久性及び復元性が高まり易くなる。また、ポリエーテル系ポリオールは、粘度も低く取扱い性も高いという利点もある。
イソシアナートは、例えば、トルエンジイソシアナート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、粗製のMDI(cr−MDI)を用いることがよい。特に、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)系のイソシアナートを用いると、反応性が高く、架橋ウレタン発泡層の耐久性及び復元性が高まり易くなり好ましい。
鎖延長剤は、例えば、芳香族ジアミン(例えば4.4‘−ジアミノ−3.3’−ジクロロジフェニルメタン(MOCA)等)、分子量500以下グリコール又は多官能アルコール(例えばエチレングリコール、1.4−ブタンジオール、1.6−ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリメチロールプロパン等)及びそれらのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物又はプロピレンオキサイド付加物、ヒドロキノンのエチレンオキサイド付加物、レゾルシンのエチレンオキサイド付加物を用いることがよい。
その他の添加剤は、発泡剤の他、必要に応じて、触媒、整泡剤等の周知の添加剤を用いる。
発泡剤は、例えば、水、低沸点の有機溶剤(シクロペンタン、ジクロロメタン等)、ハロゲン化炭化水素、これらの混合液等が用いられる。なお、ウレタンの発泡には、ポリオールやプレポリマーを空気や窒素を用いて気泡を巻き込む方法も取り得る。
触媒は、例えば、アミン系触媒やスズ系等の金属触媒が用いられる。
整泡剤は、例えば、ポリジメチルシロキサンとポリオキシアルキレンポリオールの共重合体を代表例としたシリコーン系化合物が用いられる。
ウレタンに架橋を導入するには、ポリオール、イソシアナート、鎖延長材のいずれかに2官能以上のものを用いることが必要である。特に、末端NCO基のポリオールのプレポリマーを用いる場合、ウレタンに架橋を導入するには、末端NCO基のポリオールのプレポリマーを2官能にして、鎖延長材を2官能以上にすること、多官能イソシアナートを併用すること、又はこれらを併用することが、プレポリマーの合成の容易さと低粘度化できるため好ましい。
架橋ウレタン発泡層は、独立気泡の発泡層であることがよい。架橋ウレタン発泡層の気泡を独立気泡とすると、当該層が吸水し難くなり、耐久性が高まり易くなる。
架橋ウレタン発泡層の独泡率は、例えば、30〜100%がよく、好ましくは50〜100%である。
架橋ウレタン発泡層の厚みは、例えば、1〜15mmがよく、好ましくは3〜13mmである。
摺動層は、レールと直接接触する表面層で、レールの伸縮により軌道パッドがずれないよう硬度が硬くなければならず、また滑り易い面とする必要がある層である。
ここで、他の樹脂でも、静摩擦係数が低い材料は種々あるが、架橋ウレタン発泡層との接着性と長期の屋外での使用に耐える耐久性及び耐摩耗性を持つ樹脂として、例えば、ポリエステル(PET樹脂)は、架橋ウレタン発泡層との接着性が良く、静摩擦係数が低いが、低温で割れ易くしかも加水分解しやすく耐久性が低い。また、他の樹脂としてポリオキシメチレンは、静摩擦係数が低く、耐久性及び耐摩耗性が高いが、架橋ウレタン発泡層との接着性が悪い。
6ナイロンと66ナイロンは汎用のグレードの物が使用しえるが、ナイロンにオレフィン系のエラストマーを配合した耐衝撃グレードを用いる事もできる。
架橋ウレタン発泡層と摺動層との積層化は、1)熱接着フィルムにより接着して積層する方法、2)摺動層となる摺動シート(樹脂シート)の架橋ウレタン発泡層と接触する側の面を粗面化した状態で、架橋ウレタン発泡層のウレタン樹脂化反応をするときに同時接着して積層する方法が挙げられる。
1)の方法では、まず、高密度ポリエチレン、6ナイロン、又は66ナイロン製の摺動シートを準備する。次に、摺動シートと接着フィルムとをラミネートする。そして、
この熱接着フィルム付き摺動シートの熱接着フィルム側に、ウレタン原料を含む混合原液を塗布法や注型法で接触させた状態で、そのウレタン樹脂化反応を行って、架橋ウレタン発泡層を形成すると共に、摺動シートとの接着を行う。この方法では、ウレタンの自己発熱又は硬化時の加熱処理により熱接着する。
なお、予めウレタン発泡層を作製し、これに熱接着フィルム付き摺動シートを重ねて加熱処理することで熱接着して積層化してもよい。
2)の方法では、まず、高密度ポリエチレン、6ナイロン、又は66ナイロン製の摺動シートを準備する。そして、この摺動シートの表面(架橋ウレタン発泡層と接する面)を粗面化する。
本実施形態に係る軌道パッドは、架橋ウレタン発泡層のまくら木又はタイプレート側の表面(以下、架橋ウレタン発泡層の裏面)に、粘着層(不図示)を有していてもよい。粘着層は、架橋ウレタン発泡層の裏面の全面に有していてもよいし、一部に有していてもよい。
2)の態様: 架橋ウレタン発泡層の裏面に、その長手方向に沿った直線状の粘着層を短手方向に間隔を持って配列した態様(ストライプ状に配線層を配列した態様:図4B参照)
3)の態様: 架橋ウレタン発泡層の裏面に、平面四角状の粘着層を格子状に配列した態様(図4C参照)
例えば、1)の態様において、粘着層の平面形状は、四角状に限られず、円形状、多角形状、その他の幾何学形状状であってもよい。粘着層は、中央部に限られず、架橋ウレタン発泡層の裏面の縁部のみに設けてもよい。
#80番のサンドペーパーで粗化処理された寸法180mm×140mm×厚み0.5mmの6ナイロン製シート(6ナイロン製の摺動シート)をウレタン発泡型の上型にセットした。ウレタン原料であるPTMG1000(三菱化学社製PTMG、分子量1000)100部とミリオネートP−MDI(日本ポリウレタン社製ジフェニルメタンジイソシアナート) 77.9部からなるプレポリマー100部に1,4ブタンジオール/トリメチロールプロパン(質量比75/25)9.6部、水0.1部、触媒としてジブチルチンジラウレート0.03部、整泡剤SH−193(東レダウ工―ニング社製OH基含有シリコーン化合物)0.5部を撹拌し、モールド(寸法185mm×145mm×13.9mm)に所定量注入し型閉めした。5分後100度のオーブンにて15分間加熱硬化させた。その後脱型して製品を取り出した。得られた製品は架橋ウレタン発泡層に6ナイロン製シートが良好に接着されていた。
実施例1の6ナイロン製シートの代わりに、#80番のサンドペーパーで粗化処理された66ナイロン製シートを用いた以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロン製シートの代わりに、高密度/超高分子量ポリエチレン製シート(密度=0.95g/cm3、粘度平均分子量350万以上、作新工業社製)を#80番のサンドペーパーで粗化処理により粗面化した後、その粗面に対してコロナ放電を17kVで照射したものを用いた以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロン製シートを用いないこと以外は、実施例1と同様な方法で、架橋ウレタン発泡層の単層からなる軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロン製シートの代わりに、ポリアセタール(POM)製シートを用いた以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロンシートの代わりに、ポリエチレンテレフタレート(PET)製シートを用いた以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
従来品の片面が凹凸に肉抜きされたSBRゴムの表面にエボナイト(EB)が積層された軌道パッド(新日本エスライト工業、商品名EB材付軌道パッド)を準備した。
実施例1において、6ナイロン製シートを粗面化せず、溶剤(商品名アブゾール、1−ブロモプロパン)で表面を洗浄した以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロン製シートを用いないこと以外は、実施例1と同様な方法で、架橋ウレタン発泡層を作製した。
別途、高密度/超高分子量ポリエチレンシート(密度=0.95g/cm3、粘度平均分子量350以上、作新工業社製)の表面に、厚み50μmのボンドファーストVC40(三菱化学社製エポキシ変性ポリエチレン)の接着フィルムをラミネートしたラミネート品を準備した。そして、ラミネート品を予め製造した架橋ウレタン発泡層に積層し120℃で1時間放置し、接着して軌道パッドを作製した。
実施例1の6ナイロン製シートの代わりに、高密度ポリエチレン製シート(密度=0.95g/cm3、三菱化学社製)を#80番のサンドペーパーで粗化処理により粗面化した後、その粗面に対してコロナ放電を17kVで照射したものを用いた以外は、実施例1と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例6の高密度ポリエチレン製シートを粗化せずに、コロナ放電を照射した以外は実施例6と同様な方法で軌道パッドを作製した。
実施例1のウレタン発泡層の組成で、整泡剤をSH−193からSF−2936(東レダウコーニング社製)に変えた以外は、実施例1と同様な方法で、架橋ウレタン発砲層の独泡率の低い軌道パッドを作製した。
実施例1のウレタン発泡層の組成で、PTMG1000の変わりにプラクセル210(ダイセル化学社製ポリカプロラクトン系ポリオール、分子量1000)を用いた以外は、実施例1と同様な方法で、架橋ウレタン発泡層がエステル系ウレタン(ポリカプロラクトン系ポリオールを用いたウレタン)で構成された軌道パッドを作製した。
各例で得られた軌道パッドの物理特性を測定すると共に、各種試験を行い、評価を行った。
−厚み−
厚みは、試験片(140mm×180mm)の縦3列及び横3列の計9点の厚みを測定し、平均値として求めた。
密度は、試験片(140mm×180mm×厚み)の重量を体積で除することによって測定した
静摩擦係数は、JISK7125に準じ、鋼板上に試験片(30mm×30mm×厚み)を置き、その試験片に荷重200gの分銅を載せる。試験片の一端をスピード50mm/分で引張り、初期の最大荷重を荷重(200g)で除した。
磨耗量は、JISK7204に準じ、試験片(100mm×100mm×厚み)をテーバー式ロータリーアブレッサー(東洋精機製作所)により、磨耗輪H−18、錘500g、回転数400回の磨耗量としてmg単位で測定した。
独泡率は、ASTM D2856に準じ、試験片(30mm×30mm×10mm)をベックマン式空気比較比重計930型(東京サイエンス社製)にて測定した。
JISE1117に準じ、軌道パッド(寸法は製品サイズ)を、まず40kNまで圧縮した後、10kNまで戻し、次に50kNまで荷重をかけ、10kNから50kNまでの変形量を測定する。そして、バネ定数は、式バネ定数=△P÷変形量で求めた。ここで、△Pは50kN−10kN=40kNである。
−疲労試験−
疲労試験は、JISE1117に準じ、試験片(50mm×50mm×厚み)を予備圧縮9kNかけた後、9kNの荷重を5Hzで100万回圧縮復元を繰り返し、徐荷後24時間後のヘタリ量の測定と試験片の割れ・キレツなど外観を観察することで行った。そして、ヘタリ量が6%及び剥離など外観異常がないことで合格とした。
フク進抵抗は、軌道パッド(寸法は製品サイズ)をタイプレート上に乗せ、軌道パッドの摺動層側に60kg/mレールの約300mm長さを載置しトルク600Kgf・cmで締結した。そのレールの一端から荷重をレールに水平にかけレールが軌道パッド上を滑る荷重を求めた。フク進抵抗の値は現行の鋼板付軌道パッド(新エスライト工業社製)の4.8kN以下を合格とした。
吸水率は、試験片(50mm×50mm×厚み)を水深10cmの24時間放置し、吸水量を体積あたりの割合として求めた。
湿熱試験は、試験片(50mm×50mm×厚み)を加圧加湿装置(プレッシャークッカー)中に121℃×湿度100%で1日放置し、その後、上記疲労試験を行いヘタリと層間の剥離など外観を観察することで行った。ヘタリが8%以下、多少の剥離不良は合格とした。
・摺動層: 摺動シートからなる層
・発泡層: 架橋ウレタン発泡層
・製品: 軌道パッド
・6N: 6ナイロン
・66N: 66ナイロン
・PE: ポリエチレン(高密度ポリエチレン、高密度/超高分子量ポリエチレン)
・UE: エーテル系ウレタン(ポリエーテル系ポリオールを使用したウレタン)
・US: エステル系ウレタン(ポリカプロラクトン系ポリオールを使用したウレタン)
・POM: ポリアセタール
・PET: ポリテトラメチレンテレフタレート
・SBR: スチレン・ブチレン・ゴム
・EB: エボナイト
このことから、本発明の軌道パッドは、バネ定数の制御が容易であり、耐久性及び耐摩耗性に優れると共に、レールに対する摺動性に優れた軌道パッド
実施例1の軌道パッドの架橋ウレタン発泡層の裏面全面にクリスボンASPU−112(DIC社製、ウレタン系コーティング剤)を厚み20μmになるようにコーティングし、100℃で10分乾燥し粘着層を形成して、粘着層付き軌道パッドを作製した。粘着層のプローブタック値は1.6kPaであり、100%引張りモジュラスは4.5MPaであった。この実施例10の粘着層付き軌道パッドに対して引抜強度を測定する試験を行ったところ、3500Nであり、粘着層の剥がれも見られなかった。この軌道パッドはこの粘着層があることにより軌道パッドがレールの伸縮や振動に耐えてタイプレートより脱落しにくくなることがわかる。
なお、実施例10の粘着層付き軌道パッドは、互いに付着せず、また粘着層にゴミも付着しなかったため、粘着層の保護のための離型紙は不要であった。
実施例10において、クリスボンASPU−112(DIC社製、ウレタン系コーティング剤)に代えて、アクリル系粘着剤であるSKダイン1495(綜研化学社製アクリル系粘着剤溶液、固形分30%)を用いた以外は、実施例10と同様の方法で、粘着層付き軌道パッドを作製した。粘着層のプローブタック値は9.4kPaであり、100%引張りモジュラスは2.2MPaであった。この実施例11の粘着層付き軌道パッドに対して引抜強度を測定する試験を行ったところ、4500Nであり、粘着層の剥がれも見られなかった。この軌道パッドはこの粘着層があることにより軌道パッドがレールの伸縮や振動に耐えてタイプレートより脱落しにくくなることがわかる。
なお、実施例11の粘着層付き軌道パッドは、互いに付着せず、また粘着層にゴミも付着しなかったため、粘着層の保護のための離型紙は不要であった。
ASTM D2979に準拠に準拠し、ステンレス製(SUS304)10Φプローブを粘着層の表面(粘着面)に接触させ0.1kg/cm2の荷重を20秒かけた後、10mm/秒のスピードで引き剥がした時の荷重を読み取り、面積当りの値を算出した。
そして、この測定を、架橋ウレタン発泡層の裏面に設けられた粘着層の任意の10箇所について行い、その平均値を粘着層のプローブタック値とした。但し、粘着層が架橋ウレタン発泡層の裏面の一部に設けられている場合、プローブの中心が粘着層と接触するように測定した。
100%引張りモジュラスは、JISK7215に準じ、粘着層の乾燥サンプルをダンベル1号で打ち抜いた試験サンプルを引張り速度200mm/分で伸び率100%の応力を求め厚みで除した値として求めた。
軌道パッドをタイプレートとレール(60kg/m)の間に挟み、軌道パッドの先端が30mm出る様にトルク600kgf・cmで締結した。軌道パッドの出た部分をチャックでつかみ引抜強度を測定した。そして、この引張強度が3000N以上を合格とした。
12 架橋ウレタン発泡層
14 摺動層
16 粘着層
20 まくら木
22 タイプレート
22A ボルト
22B ナット
24 レール
26 板バネ
26A ボルト
26B ナット
28 可変パッド
Claims (5)
- レールとまくら木又は前記まくら木上に固定されるタイプレートとの間に介装され、所要のバネ定数を持つ軌道パッドであって、
架橋ウレタン発泡層と、
前記架橋ウレタン発泡層の前記レール側の表面に積層され、高密度ポリエチレンを含む摺動層と、
を備える軌道パッド。 - レールとまくら木又は前記まくら木上に固定されるタイプレートとの間に介装され、所要のバネ定数を持つ軌道パッドであって、
架橋ウレタン発泡層と、
前記架橋ウレタン発泡層の前記レール側の表面に積層され、高密度ポリエチレン、6ナイロン、又は66ナイロンを含む摺動層と、
を備え、
前記架橋ウレタン発泡層と前記摺動層とは、前記摺動層となる摺動シートの前記架橋ウレタン発泡層と接触する側の面を粗面化した状態で、前記架橋ウレタン発泡層のウレタン樹脂化反応をするときに同時接着して積層されている軌道パッド。 - 前記架橋ウレタン発泡層は、独立気泡の発泡層である請求項1又は2に記載の軌道パッド。
- 前記架橋ウレタン発泡層は、ウレタン原料として、ポリエーテル系ポリオールとイソシアナートとを少なくとも用いて形成された層である請求項1〜3のいずれか1項に記載の軌道パッド。
- 前記イソシアナートは、ジフェニルメタンジイソシアナート系(MDI系)のイソシアナートである請求項4に記載の軌道パッド。
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