JPWO2013172345A1 - 車両用空調装置のカバーの製造方法 - Google Patents

車両用空調装置のカバーの製造方法 Download PDF

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Abstract

この鉄道車両用空調装置のカバー１０は、空気調和機本体を覆う、車両用空調装置のカバーであって、カバー１０は、断熱性を有する発泡材からなるコア１１と、このコア１１の全面を覆った繊維強化プラスチックからなる表皮部材１２とを備え、コア１１は、弾性変形により湾曲状に変形されている。

Description

この発明は、例えば、鉄道車両の天井部に搭載される車両用空調装置のカバー、及びその製造方法に関する。
従来、車両用空調装置のカバーとして、アーチ状のプレートと、このプレートの外側に設けた補強部材と、プレートの内側に設けた断熱材とから構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方で、発泡材をコアとするＦＲＰ（繊維強化プラスチック）サンドイッチパネルは、剛性を保ちつつ軽量化が可能であり、かつ断熱性に優れていることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６-７２３２６号公報 特開２００６-１３０８７３号公報
しかしながら、特許文献１に記載のカバーでは、プレートはステンレス板で構成され、また補強部材はアングル材で構成されており、全体重量が大きく、またこのプレートの上面では補強部材を溶接で固定し、プレートの下面では断熱材を貼着する必要があり、生産性が悪いという問題点があった。
また、特許文献２に記載のＦＲＰサンドイッチパネルでは、車両用空調装置のカバーに必要な曲面形状を得るために、心材に予め熱的、または切削加工を施す必要があり、生産性が悪く、また成型金型を用いた場合には、金型コストが高い曲面形状を有する金型を用いなければならすコストが嵩むという問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、軽量化を図ることができるとともに、低コストで生産性が向上した車両用空調装置、及びその製造方法を得ることを目的とする。
この発明に係る車両用空調装置のカバーは、断熱性を有する発泡材からなるコアと、このコアの全面を覆った繊維に樹脂が含浸した繊維強化プラスチックからなる表皮部材と、を備え、前記コアは、湾曲形状に弾性変形されている。
また、この発明に係る車両用空調装置のカバーの製造方法は、
湾曲形状の成形型上に、独立気泡を有するコア及び繊維を両端部で２点支持された状態で中間部が撓んで弾性変形させて腑型する腑型工程と、
前記成形型と前記コアとの間に形成された密閉空間に真空引きにより前記樹脂を注入し、前記繊維に樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記樹脂を硬化後、前記成形型から前記カバーを脱型する脱型工程と、を備えている。
この発明に係る車両用空調装置のカバーによれば、カバーは、断熱性を有する発泡材からなるコアと、このコアの全面を覆った繊維強化プラスチックからなる表皮部材とを備えているので、軽量性が得られるとともに、別途断熱材を貼付する工程が不要であり、生産性が向上する。
また、コアは、湾曲形状に弾性変形されているので、コアが弾性変形していないカバー、即ちコアを予め熱的変形、切削加工または成型金型による変形を施したカバーと比べ、外力に対して反発力が大であり、耐荷重が増大する。
また、この発明に係る車両用空調装置のカバーの製造方法によれば、コアは、腑型工程で、例えば自重により湾曲形状に弾性変形させるようになっているので、コアを熱的、切削あるいは成型金型により湾曲形状に変形する工程が不要となり、低コストで生産性が向上する。
この発明の実施の形態１による鉄道車両用空調装置のカバーを装着した鉄道車両用空調装置の平面図である。 図１の室外カバーを示す斜視図である。 図２の室外カバーを示す図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図２の室外カバーを真空含浸成形法により製造する工程のうち、腑型工程を示す断面図である。 図２の室外カバーを真空含浸成形法により製造する工程のうち、含浸工程を示す断面図である。 コアの縦弾性率と自重によるコアの弾性変形との関係を示した図である。
以下、実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による鉄道車両用空調装置のカバー９，１０を装着した鉄道車両用空調装置を示す平面図である。但し、図においてカバー９，１０の右半分は切り欠かれている。
この鉄道車両用空調装置は、車両の天井部に搭載されており、車両室内側と連通した室内ユニット部１と、室外ユニット部２と、室内ユニット部１及び室外ユニット部２を収納した筐体３と、室内ユニット部１及び室外ユニット部２をそれぞれ覆い、外気に晒された、室内カバー９及び室外カバー１０を備えている。
室内カバー９及び室外カバー１０は、図２に示すように、矩形状であって上方に曲率１５００mm以上２５００mm以下で突出した曲面を有する湾曲形状であり、車両限界を考慮すると空間を最大限利用するためには１８００mmが適している。
この室内カバー９及び室外カバー１０は、室内ユニット部１及び室外ユニット部２からなる空気調和機本体を覆っている。
室内ユニット部１は、室内送風機４及び室内熱交換器５を有している。
室外ユニット部２は、室外送風機６、室外熱交換器７、圧縮機８を有している。
図３は図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
室外カバー１０は、真空含浸成形法（VaRTM：Vacuum assist Resin Transfer Molding）で製造されており、断熱性を有する独立気泡を有する発泡材からなるコア１１と、この湾曲形状に弾性変形されたコア１１の全面を覆った繊維強化プラスチック（ＦＲＰ 以後ＦＲＰと呼ぶ。）からなる表皮部材１２と、コア１１の上面と表皮部材１２との間に介在した樹脂拡散媒体１３と、表皮部材１２の上面を被覆したゲルコート１４とからなり、それぞれは一体化されている。
このＦＲＰは、軽量性、機械的特性、熱的特性、光的特性、成形方法の自由度の点で優れた炭素強化繊維に母材樹脂であるビニルエステル樹脂が含浸されたものである。
なお、強化繊維として、ガラス繊維、アラミド繊維、ケブラー繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等であってもよい。
また、母材樹脂として、ビニルエステル樹脂の代りに、熱硬化性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂等であってもよい。
繊維は、短繊維、長繊維等があるが、機械的特性の観点から長繊維が用いられ、形態としては織物繊維が用いられている。
このコア１１は、縦弾性率が９〜３３ＭＰａ、鉄道車両用材料燃焼試験（「鉄道に関する技術上の基準を定める省令」（平成１３年１２月２５日国土交通省令 第１５１号）の第８３条）における難燃性の合格基準を超えた断熱性を有し、熱硬化性樹脂の独立気泡の発泡材である。具体的には、コア１１は、フェノール樹脂の発泡材である。
コア１１の厚さは、必要な断熱性と曲げ剛性が得られるように設定するが、３〜３０ｍｍが適しており、９mmがより好ましい。３０ｍｍ以上では室外カバー１０の占有体積が大きくなるので望ましくなく、３ｍｍ以下では室外カバー１０として必要とする剛性が得られない。
コア１１の縦弾性率は、後述する製造工程で受ける大気圧での変形を許容範囲に抑えることができ、かつコア１１を所定の曲率に変形できるようなものを採用する。
変形は真空引きした際にコア１１が受ける大気圧や錘等の外力を用いてもよいが、より好ましくは自重により所定の曲率の湾曲形状に変形するものがよい。
具体的には縦弾性率Eを所定形状の曲率R、長さｌ、厚さt、幅ｂ、密度ρ、大気圧P、寸法許容差fを用いて下式で得られる値の範囲とする。
Figure 2013172345
(１)式は長方形断面を持ち自重を受ける２点支持梁の最大撓み量δmaxの式（２）
Figure 2013172345
から求められる撓み量が、曲率R、長さlを持つ曲面の最大深さＤ
Figure 2013172345
を上回り、かつ大気圧Ｐでの板厚変化
Figure 2013172345
が許容される変形量f内に収まることから導出される。
最も好ましい条件として、t=９mm、f=０．１mm(精級の普通許容寸法差)、R=１８００mm、l=１８００mm、ρ=０.０００００００４kg/mm3を式(1)に代入すると、縦弾性率Eは９MPa以上３３MPa以下で最良の形態を実現できる。
図６は実際に曲率１８００mmの成形型に厚さ９mmのコアを置き、自重で変形したコア１１が成形型に沿うか否かを試験した結果と、そのコア１１をバギングフィルムで覆い、真空引きしたときの板厚変化が精級の普通許容寸法差０．１mm以内か否かを試験した結果を○、×で示したものである。
この結果から、９MPa以上３３MPa以下の縦弾性率Eを持つコア１１は熱的、切削加工工程を経ることなく自重で１８００mmの曲率に沿い、かつ大気圧での変形が精級の普通許容寸法差内に抑えられることを確認した。
樹脂拡散媒体１３は、網目状の流路が形成されており、この流路に母材樹脂であるビニルエステル樹脂が流通し、炭素強化繊維に含浸するようになっている。
この材質は、熱的、機械的な観点から炭素繊維が用いられている。
なお、樹脂拡散媒体１３の材質は、ガラス繊維、アラミド繊維、ケブラー繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、熱硬化性のエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、熱可塑性のナイロン、ＰＢＴ，ＡＢＳ等であってもよい。
ゲルコート１４は、室外カバー１０の内部に光、水、熱等の悪影響が及ぶのを防止するために、難燃性の観点から臭素化により難燃性である不飽和ポリエステル樹脂が用いられている。
なお、ゲルコート１４の材質は、熱硬化性のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂等でもよい。
なお、室内カバー９の構成も、室外カバー１０と同じであり、その説明は省略する。
次に、この発明の実施の形態１による鉄道車両用空調装置の室外カバー１０の製造方法について説明する。
先ず、テフロン（登録商標）コーティングで離型処理された成形型１５の上にゲルコート樹脂を、スプレーガンを用いて塗布してゲルコート１４を形成する。
次に、ゲルコート１４の上に織物繊維１６を所定の方向に所定の枚数、積層する。
この後、樹脂拡散媒体１３を積層する。この樹脂拡散媒体１３は、織物繊維１６とゲルコート１４の間や織物繊維間に積層してもよいが、意匠性の点から織物繊維１６とコア１１との間に配置する。
次に、樹脂拡散媒体１３上にコア１１を載置する。
こうして、成形型１５上に、織物繊維１６、樹脂拡散媒体１３及びコア１１を順に腑型する腑型工程では、図４に示すように、コア１１は、自重により１８００mmの曲率の成形型１５に沿うように変形する。
次に、図５に示すように、織物繊維１６を所定の方向に所定の枚数、積層する。
その上にピールプライ１７を積層し、その上に樹脂拡散媒体１３を配置する。
次に、真空ポンプの空気の吸引口１８と樹脂タンク（図示せず）からの注入される樹脂の注入口１９をそれぞれ成形型１５に取り付け、全体をバギングフィルム２０で覆い、空気が漏れないようにバギングフィルム２０の周囲を、シーラント２１で成形型１５に接着させる。
この後、真空ポンプを用いてバギングフィルム２０で覆われた織物繊維１６を含めた内部を、真空状態にしたのち、バルブを解放して樹脂を注入する。
バギングフィルム２０で覆われた内部は真空状態となり、樹脂は、２つの樹脂拡散媒体１３を通り、織物繊維１６の厚さ方向に含浸されながら繊維全体に拡散する（含浸工程）。
この含浸工程の後、バルブを閉口し樹脂を硬化させる。
樹脂の硬化後、バギングフィルム２０、上側の一方の樹脂拡散媒体１３、ピールプライ１７を取り外し、最後に成形型１５から、コア１１の全面がＦＲＰからなる表皮部材１２で覆われた鉄道車両用空調装置の室外カバー１０を脱型する。
なお、室内カバー９についても、室外カバー１０と同じ方法で製造される。
以上説明したように、この実施の形態による鉄道車両用空調装置のカバー９，１０では、カバー９，１０は、断熱性を有する発泡材からなるコア１１と、このコア１１の全面を覆った、繊維に樹脂が含浸したＦＲＰからなる表皮部材１２と、を備えているので、軽量性が得られるとともに、別途断熱材を貼付する工程が不要であり、生産性が向上する。
また、コア１１は、自重による弾性変形で湾曲形状に変形されているので、コアが弾性変形していないカバー、即ちコアを予め熱的変形、切削加工または成型金型による変形を施したカバーと比べ、外力に対して反発力が大であり、耐荷重が増大する。
また、コア１１は、発泡材で構成され、独立気泡であるので、コア１１の内部に樹脂が含浸することなく、カバー９，１０を製造する場合に真空含浸成形法を適用できる。
また、コア１１は、縦弾性率９MPa以上３３MPa以下、厚さ３mm以上３０mm以下の独立気泡の発泡材であって、表皮部材１２で覆われる前では両端部で２点支持された状態で中間部が撓み変形するようになっているので、カバー９，１０が曲率１６００mm以上２０００mm以下の曲面を自重により実現でき、熱的、切削加工が不要となり、生産性が向上する。
また、繊維は、比強度、比剛性の高い炭素繊維であるので、カバー９，１０は、軽量化を図ることができる。
また、表皮部材１２及びコア１１は、鉄道車両用材料燃焼試験における難燃性の合格基準を超えているので、カバー９，１０は、鉄道車両用車両用としての難燃性が確保される。
また、コア１１は、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂で構成されているので、機械的特性及び耐熱性に優れたカバー９，１０を得ることができる。
また、この実施の形態による車両用空調装置のカバー９，１０の製造方法によれば、独立気泡の発泡材で構成されたコア１１は、真空含浸成形法においてカバー９，１０を製造する際に、コア１１内に樹脂が含浸することはない。
また、成形型１５上に、コア１１を腑型する腑型工程では、コア１１は、常温で、自重により湾曲に変形され、コア１１を変形するに際して熱的加工、切削工程が不要となり、カバー９，１０の生産性が向上し、また金型コストが高い曲面形状を有する成型金型を用いずに湾曲形状に形成されており、低コストで生産される。
なお、上記実施の形態では、コア１１を自重により湾曲変形させたが、錘による外力でコア１１を湾曲変形させるようにしてもよい。
錘を用いた場合には、目的の曲率まで変形させても破損しない材料を用いればよい。
なお、錘を用いた場合には、自重の場合と比較して、コア１１は短時間で湾曲形状に変形され、それだけカバー９，１１の生産性が向上する。
また、ここでは錘を例に外力を説明したが、真空引きやオートクレーブ等の圧力、磁力、粘着力などの外力を用いても実現できる。
なお、上記実施の形態では、鉄道用車両用空調装置のカバー、及びその製造方法について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この発明は、例えば路面電車、バス用の空調装置のカバーにも適用することができる。
１ 室内ユニット部、２ 室外ユニット部、３ 筐体、４ 室内送風機、５ 室内熱交換器、６ 室外送風機、７ 室外熱交換器、８ 圧縮機、９ 室内カバー、１０ 室外カバー、１１ コア、１２ 表皮部材、１３ 樹脂拡散媒体、１４ ゲルコート、１５ 成形型、１６ 織物繊維、１７ ピールプライ、１８ 吸引口、１９ 注入口、２０ バギングフィルム、２１ シーラント。
この発明は、鉄道車両の天井部に搭載される車両用空調装置のカバーの製造方法に関する。
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、軽量化を図ることができるとともに、低コストで生産性が向上した車両用空調装置の製造方法を得ることを目的とする。
この発明に係る車両用空調装置のカバーの製造方法は、
湾曲形状の成形型上に、独立気泡を有するコア及び繊維を両端部で２点支持された状態で中間部が撓んで弾性変形させて腑型する腑型工程と、
前記成形型と前記コアとの間に形成された密閉空間に真空引きにより前記樹脂を注入し、前記繊維に樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記樹脂を硬化後、前記成形型から前記カバーを脱型する脱型工程と、を備えている。
この発明に係る車両用空調装置のカバーの製造方法によれば、コアは、腑型工程で、例えば自重により湾曲形状に弾性変形させるようになっているので、コアを熱的、切削あるいは成型金型により湾曲形状に変形する工程が不要となり、低コストで生産性が向上する。

Claims (11)

  1. 車両の天井部に搭載される、室内ユニット部及び室外ユニット部からなる空気調和機本体を覆う、車両用空調装置のカバーであって、
    前記カバーは、断熱性を有する発泡材からなるコアと、このコアの全面を覆った繊維に樹脂が含浸した繊維強化プラスチックからなる表皮部材と、を備え、
    前記コアは、弾性変形で湾曲形状に変形されている車両用空調装置のカバー。
  2. 前記繊維は、炭素繊維である請求項１に記載の車両用空調装置のカバー。
  3. 前記表皮部材及び前記コアは、難燃性である請求項１または２に記載の車両用空調装置のカバー。
  4. 前記コアは、熱硬化性樹脂で構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用空調装置のカバー。
  5. 前記車両用空調装置は、鉄道車両用空調装置である請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用空調装置のカバー。
  6. 前記表皮部材及び前記コアは、鉄道車両用材料燃焼試験における難燃性の合格基準を超えている請求項５に記載の車両用空調装置のカバー。
  7. 請求項１に記載の車両用空調装置のカバーを製造する製造方法であって、
    湾曲形状の成形型上に、独立気泡を有する前記コア及び前記繊維を両端部で２点支持された状態で中間部が撓んで弾性変形させて腑型する腑型工程と、
    前記成形型と前記コアとの間に形成された密閉空間に真空引きにより前記樹脂を注入し、前記繊維に樹脂を含浸させる含浸工程と、
    前記樹脂を硬化後、前記成形型から前記カバーを脱型する脱型工程と、を備えている車両用空調装置のカバーの製造方法。
  8. 前記腑型工程において、前記コアを常温で、自重により弾性変形させる請求項７に記載の車両用空調装置のカバーの製造方法。
  9. 前記コアは、その縦弾性率Eが曲率R、長さｌ、厚さt、密度ρ、大気圧P、普通寸法許容差fからなる以下の式から算出される請求項８に記載の車両用空調装置のカバーの製造方法。
    Figure 2013172345
  10. 前記腑型工程において、前記コアを常温で、外力により弾性変形させる請求項７に記載の車両用空調装置のカバーの製造方法。
  11. 前記コアは、その縦弾性率が９〜３３MPaである請求項９に記載の車両用空調装置のカバーの製造方法。
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