(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸（１３）に強固に連結された１対の車輪（１２）からなる鉄道車輪体（１０）の金属表面の少なくとも一部に対する防護被膜であって、被膜される前記金属表面と直接接触し、前記被膜のさらに別の層の粘着を促進する第１の塗料からなる、少なくとも１つの第１の層（Ａ）、第２のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第２の中間層（Ｂ）、および第３のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第３の外層（Ｃ）を備える防護被膜において、前記第２の塗料および第３の塗料は、強化繊維が添加されている、防護被膜。
【請求項２】
前記第２の層および第３の層の前記塗料に添加される前記強化繊維は、長さが０．５から２．０ｍｍまでの範囲のガラス繊維である、請求項１に記載の防護被膜。
【請求項３】
前記被膜層（Ａ、ＢおよびＣ）は、前記車軸および前記各車輪の全表面に塗布される、請求項１または２に記載の防護被膜。
【請求項４】
前記被膜層（Ａ、ＢおよびＣ）は、前記車軸および前記車輪の自由表面のみに塗布され、前記自由表面は、本質的に腐食および本体外側への打撃に曝露される表面である、請求項１または２に記載の防護被膜。
【請求項５】
各被膜層を形成する前記塗料は、最初は液体状態である、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の防護被膜。
【請求項６】
腐食および打撃から防護する防護被膜を、鉄道車輪体の金属表面に塗布する方法であって：
ａ）被膜される前記表面を事前に処理してきれいにするステップ；
ｂ）前記被膜の他の層の粘着を促進するために、第１の塗料からなる少なくとも１つの第１の層（Ａ）を前記表面に塗布してから、前記第１の層を揮発させて乾燥させるステップ；
ｃ）強化繊維を添加した第２のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第２の層（Ｂ）を前記第１の層（Ａ）の上に塗布してから、前記第２の層を揮発させて乾燥させるステップ；
ｄ）強化繊維を添加した第３のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第３の層（Ｃ）を前記第２の層の上に塗布してから、前記第３の層を揮発させて乾燥させるステップ
を含む方法。
【請求項７】
前記ステップａ）は、さらに；
−  前記表面の１回目の洗浄を行うこと；
−  前記表面にサンドペーパーを施すこと；および
−  前記表面の２回目の洗浄を行い、その後前記表面を乾燥させること
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の層（Ａ）は、厚みが１０μｍであり、約２５℃の温度で２０分間揮発させられてから、約６０℃の温度で約９０分間乾燥させられ；前記第２の層（Ｂ）は、厚みが２８００μｍであり、約２５℃の温度で２０分間揮発させられてから、約６０℃の温度で約９０分間乾燥させられ；前記第３の層（Ｃ）は、厚みが２８００μｍであり、約２５℃の温度で２０分間揮発させられてから、約６０℃の温度で約９０分間乾燥させられる、請求項６または７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に、旅客輸送用の車輪体および貨物輸送用の車輪体の両方の鉄道車輪体に関し、特に、車輪体の金属表面が受ける腐食および本体外側が受ける打撃からの防護に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、「鉄道車輪体」という用語は、２つの車輪、これに対応するシャフトおよび車軸、ならびに鉄道車両の一部を形成するトランスミッションおよびブレーキ部材で構成されるアセンブリを指す。
【０００３】
鉄道車輪体は、正確にはその機能上の理由から、レールと直接接触する鉄道車両の一部である。線路に沿って、走行列車は、列車の車輪体の構造強度に悪影響を及ぼしかねない、特に厳しい環境条件および機械条件に遭遇することがある。例えば、線路沿いの道伝いに、空気の湿度および温度は著しく変化することがある。さらに、鉄道車輪体は、線路に沿って普通に存在するバラストと容易に衝突することがある；実際、走行列車が揺れを起こす結果、バラストの一部は、車輪どうしの間で衝突し、車輪体の金属表面に向かって突進する。
【０００４】
２５０ｋｍ／時を超える高速で走行している列車の場合、バラストは、通常は車輪体に被膜として存在している防護塗料が局所的に剥離するだけでなく金属部を損傷するほどの力で、車輪体の表面に衝突する。これによって、表面の腐食が発生することが多くなり、車輪体の金属部に疲労亀裂を形成する可能性が最大になり、この亀裂は、通常は車輪体に作用する機械的ストレスが助長されることによって伝播し、望ましくない深刻な構造欠陥を引き起こすおそれがある。
【０００５】
したがって、このような重大な状況の発生を抑制するために、自由表面を腐食および機械的攻撃から防護することが求められ、この自由表面は、すなわち他の構成部品（ブレーキディスク、ブッシュ、減速機）に固定されたり接合されたりしていない車軸および車輪の領域であって、外部の自然作用に対してより曝露されている面である。このようにするために、金属表面を腐食およびバラストなどの異物による打撃から防護することのできる塗料がすでに提供され、車軸および車輪の両方の表面に塗布されている。しかしながら、これらの塗料は、常に効果を発揮するわけではなく、とりわけ現代の高速で走る列車に典型的な特定強度の打撃を受けた場合、および特に好ましくない大気条件にある場合は、効果が薄い。一方、高速鉄道ラインの普及に伴い、車輪体を長期間にわたりかつあらゆる動作条件で十分に防護できる被膜を提供する需要がますます高まっている。
【０００６】
鉄道分野以外の分野で解決策が提供されているが、これらの解決策は、これから説明するように、車輪体の防護には適しておらず、とりわけ車輪体が高速列車の適用例に使用される場合は適していない。
【０００７】
例えば、英国特許出願第Ａ−２２２５７３７号には、自動車の車輪リムなど、アルミニウムおよびアルミニウム合金製の表面に腐食防止被膜を塗布する方法が記載されており、この方法では、金属表面は、まず第１の塗料層、すなわちプライマーで被膜され、この層は、被膜の他の層の粘着を促進する機能を有し；プライマーは、熱を利用して硬化され、次にラッカー塗料層がこの層の上に塗布されて紫外線に対する耐性を提供する。プライマー自体は、アクリル系のラッカー塗料である。
【０００８】
国際特許出願第２００８／０７００７７号には、自動車の底部に塗布されるようになっている防護被膜が記載されている。この被膜は、互いに「ウェット・オン・ウェット」、つまり各層が乾燥する前に塗布されるアクリルプライマー層、およびベンジルアミンとヘキサメチレンジイソシアネートとの化合物を基盤とする層を備えている。被膜を形成する層はすべて同時に硬化される。
【０００９】
上記の従来の被膜は、鉄道車輪体に効果的に塗布されるのには適していない。なぜなら、鉄道車輪体の動作条件は、一般に、自動車の動作条件よりも遙かに厳しいからである。例えば、鉄道車輪体は、北欧諸国で起こるような−４０℃から地中海諸国で起こるような＋３５℃まで様々に変化する運転温度で動作する。さらに、ブレーキディスクの領域では、車輪体の被膜は、列車の制動中に容易に１００℃を超えることがある温度に曝露される。したがって、鉄道車輪体を、極端な温度で腐食ならびに氷およびバラストの打撃から効果的に防護しなければならないことは明らかである。
【００１０】
高速の場合、バラストおよび氷の車輪体に対する打撃は、鋼鉄弾丸の打撃に匹敵する。上記の従来の被膜は、７０℃を上回る温度で軟化する傾向にあるため、数十年の運転寿命の間に遭遇し得るあらゆる動作条件で車輪体を十分に防護できるような特性は持ち合わせていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】英国特許出願第Ａ−２２２５７３７号
【特許文献２】国際特許出願第２００８／０７００７７号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明の目的は、鉄道車輪体の自由表面（つまり他の部材に固定されたり接合されたり接触したりしていない表面）に塗布される場合に、高速で走る本体（例えば−４０℃から＋１５０℃の温度範囲で、表面の硬さが４００ビッカース、直径３２がｍｍ、かつ先端の斜角が１０５°である鋼鉄弾丸に匹敵する本体）の外側が受ける腐食および打撃から車輪および車軸を効果的に防護することができる被膜を提供することである。
【００１３】
この目的は、第２の層および第３の層の塗料も強化繊維を含む請求項１に記載の異なる塗料を積層した、少なくとも３つの層からなる鉄道車輪体用に特別に設計された、腐食および打撃から防護するための被膜を用いて達成される。
【００１４】
有利には、第２の塗料層、すなわち中間層は、第３の塗料層、すなわち外層に対して実質的に弾性の支持材となり、一方この第３の塗料層は、バラストおよび氷の打撃に対して非常に耐性がある。
【００１５】
被膜が完全に有効なとき、第３の層の表面の硬さは最大である；したがって、この層は、鉄道車輪体の従来の被膜に対するバラストの打撃によって通常生じる破損および剥離に十分な耐性を保持している。第２の層は、正確には第１の層と第３の層との間の中間位置にあるという理由から、高い弾性を特徴とする；換言すれば、被膜の中間層は、バラストまたは氷の打撃により第３の層に与えられる局所的な変形を吸収する弾性クッションとして作用する。
【００１６】
本質的に、本発明による被膜は、打撃力の分散に特に有用である高度な弾性、および剥離および破損に対する最適な堅剛性の両方を特徴とする；したがって、本被膜は、不都合な大気条件および極度に激しい打撃の場合でも、鉄道車輪体を確実に防護する。実験的試験により、本被膜は、−４０℃から＋１５０℃の温度範囲内で、鉄道車輪体の金属表面を効果的に防護することが確認された。このようにするために、欧州規格ＥＮ１３２６１に従って打撃試験を実施した；さらに、本発明による被膜を備えた鉄道車輪体は、耐久・疲労試験に合格した。
【００１７】
本被膜は、温度が７０℃以上になっても軟化することはない。
【００１８】
特に、本発明による被膜は、関連する車輪体の金属表面と直接接触している少なくとも１つの第１の塗料層、例えば大気に曝露されている別の塗料からなる少なくとも１つの第３の外層、および第１の層と第３の層との間のさらに別の塗料からなる少なくとも１つの中間層を備える。
【００１９】
第１の層は、他の被膜層の金属表面への粘着を促進するとともに金属部を腐食から防護する、第１の塗料を含む。
【００２０】
第１の塗料は、エポキシ系塗料であることが好ましい。例えば、航空機のプロペラを被膜するために航空産業で通常使用される任意のプライマーを用いることができる。例えば、適切なプライマーが、商標名：４０−Ｐ１−２  ＣＦ  Ｍｅｔａｌ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｐｒｉｍｅｒ  Ｇｒｅｅｎ（金属粘着プライマー緑）で市販されている。
【００２１】
好ましくは、本発明による被膜の第１の層の厚みは、５μｍから２０μｍの間であり、さらに好ましくは、１０〜１５μｍの範囲内である。
【００２２】
本発明による被膜の第２の層は、第１の塗料とは異なり、エポキシタイプで、強化繊維を添加したアミン触媒使用の塗料からなる第２の塗料を含む。例えば、この目的に適した塗料が、商標名：１５−Ｆ４−ＨＴＰ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｐｒｉｍｅｒ（エポキシ系航空宇宙産業用ＨＴプライマー）で市販されている。
【００２３】
好ましくは、本発明による被膜の第２の層の厚みは、１５００μｍから４０００μｍの間であり、さらに好ましくは２５００〜３５００μｍの範囲内である。
【００２４】
本発明による被膜の第３の層は、同じくエポキシ系で、強化繊維を添加したアミン触媒使用の塗料である、第３の塗料を含む。例えば、この目的に適した塗料が、商標名：２５−Ｆ４−ＨＴＦ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｆｉｎｉｓｈ（エポキシ系航空宇宙産業用ＨＴ仕上げ）で市販されている。
【００２５】
好ましくは、本発明による被膜の第３の層の厚みは、１５００μｍから４０００μｍの間であり、さらに好ましくは２５００〜３５００μｍの範囲内である。
【００２６】
好ましくは、各塗料層は、液体状態で塗布され；さらに好ましくは、各塗料層は、自己硬化する。
【００２７】
好ましくは、強化繊維は、合成繊維であり、例えばガラス繊維である。さらに好ましくは、ガラス繊維の長さは、０．５から２．０ｍｍの範囲内である。
【００２８】
本発明のもう１つの目的は、鉄道車輪体に防護被膜を塗布するための方法であって、前記防護被膜は、前記車輪体のあらゆる使用条件において有効である、方法を提供することである。
【００２９】
したがって、本発明の第２の態様によれば、本発明は、同じ車軸に固定されている２つの車輪からなる鉄道車輪体の自由金属表面に防護被膜を塗布するための、請求項６に記載の方法に関する。
【００３０】
特に、本方法は、以下の時系列で実行される以下のステップを含む：
ａ）事前に被膜する表面を処理してきれいにする；
ｂ）本被膜の他の層の粘着を促進するために、第１の塗料からなる少なくとも１つの第１の層を前記表面に塗布してから、第１の層を揮発させて乾燥させる；
ｃ）強化繊維を添加した第２のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第２の層を第１の層に塗布してから、この第２の層を揮発させて乾燥させる；
ｄ）強化繊維を添加した第３のエポキシ系塗料からなる少なくとも１つの第３の層を前記第２の層に塗布してから、この第３の層を揮発させて乾燥させる。
【００３１】
したがって、第２の層は、第１の層が硬化した（完全に薄くして乾燥させた）後に第１の層の上に塗布され、第３の層は、第２の層が完全に硬化した後に第２の層の上に塗布される。塗料は、互いにウェット・オン・ウェットでは塗布されない、すなわち塗料は、まだ完全に乾燥していない層には塗布されない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
しかしながら、本発明のさらに詳細な内容は、添付の図面を参照して以下に記載した説明文から明らかになるであろう。
【図１】本被膜を備える鉄道車輪体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
前記図面には、鉄道車両用の車輪体１０およびその防護被膜１１を概略的に示している。車輪体は、車軸１３を介して互いに連結された１対の車輪１２を備え、車軸には、ブレーキシステムおよび／または任意のトランスミッションシステムのディスク１４を固定することができる。防護被膜１１は、車軸および各車輪の全表面または車軸および車輪の自由表面−すなわち他の部材に固定されたり接合されたり接触したりしていない表面−のみ、すなわち環境条件および打撃に実際に曝露されている表面のみに塗布されることができる。
【００３４】
本発明による防護被膜１１は、第１の層Ａ、第２の層Ｂおよび第３の層Ｃを含み、それぞれ以下の製品からなる：
【００３５】
層Ａ：粘着を促進するプライマーであって、例えば航空機のプロペラを塗装するために航空産業で用いられるプライマー。例えば、適切なプライマーが、商標名：４０−Ｐ１−２  ＣＦ  Ｍｅｔａｌ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｐｒｉｍｅｒ  Ｇｒｅｅｎで市場に出ている。
【００３６】
層Ｂ：非毒性、エポキシ系で、強化繊維で強化されたアミン触媒使用の塗料。例えば、適切な塗料が、商標名：１５−Ｆ４−ＨＴＰ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｐｒｉｍｅｒで市場に出ている；強化繊維は、層Ａに塗布する前に液体塗料と混合される。
【００３７】
層Ｃ：非毒性、エポキシ系で、強化繊維で強化されたアミン触媒使用の塗料。例えば、適切な塗料が、商標名：２５−Ｆ４−ＨＴＦ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｆｉｎｉｓｈで市場に出ている；強化繊維は、層Ｂに塗布する前に液体塗料と混合される。
【００３８】
特に、さらに、層ＢおよびＣを形成するようになっている製品には、強化繊維を組み込まれ、この強化繊維は、長さが０．５から２．０ｍｍの範囲のガラス繊維が好ましいがこれに限定されず、幅広い温度範囲内でより強い本被膜を一緒に作り上げることができる構造を形成する。
【００３９】
層Ａ、層Ｂおよび層Ｃに対する出発製品（ｓｔａｒｔｉｎｇ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ）は、液体状態であり、この状態で被防護表面に塗布される。防護被膜１１は、以下の方法を用いて形成される：
【００４０】
１．本被膜を塗布する金属表面を、以下の手順で調製する：
ａ．表面の１回目の洗浄を行う（すなわち、ニトロセルロースラッカー用シンナーに浸漬させたきれいな布を使用する）；
ｂ．表面にサンドペーパーを施す（すなわち、粒子サイズが８０〜１００のサンドペーパーを使用）；
ｃ．表面の２回目の洗浄を行う（すなわち、ニトロセルロースラッカー用シンナーに浸漬させたきれいな布を使用する）；
ｄ．表面を乾燥させる；
【００４１】
２．４０−Ｐ１−２  ＣＦ  Ｍｅｔａｌ  Ａｄｈｅｓｉｏｎ  Ｐｒｉｍｅｒ  Ｇｒｅｅｎからなる層Ａを、以下のステップに沿って調製し、塗布する：
ａ．基本構成要素を適正な容量比率（すなわち、２：１およびその後３：２）で慎重に混合することによってこの製品を調製する；
ｂ．製品の層を所望の厚み（すなわち１０μｍ）に塗布する；
ｃ．製品を揮発させる（すなわち、＋２５℃の温度で２０分間）；
ｄ．製品を乾燥させる（すなわち、６０℃の温度で９０分間）；
【００４２】
３．１５−Ｆ４−ＨＴＰ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｐｒｉｍｅｒからなる層Ｂを、以下のステップに沿って調製し、塗布する：
ａ．基本構成要素を適正な容量比率（すなわち１００：５６）で慎重に混合することによってこの製品を調製する；
ｂ．製品の層を所望の厚み（すなわち２８００μｍ）に塗布する；
ｃ．製品を揮発させる（すなわち、＋２５℃の温度で２０分間）；
ｄ．製品を乾燥させる（すなわち、６０℃の温度で９０分間）；
【００４３】
４．２５−Ｆ４−ＨＴＦ  Ｅｐｏｘｙ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ＨＴ  Ｆｉｎｉｓｈからなる層Ｃを、以下のステップに沿って調製し、塗布する：
ａ．基本構成要素を適正な容量比率（すなわち１００：５６）で慎重に混合することによってこの製品を調製する；
ｂ．製品の層を所望の厚み（すなわち２８００μｍ）に塗布する；
ｃ．製品を揮発させる（すなわち、＋２５℃の温度で２０分間）；
ｄ．製品を乾燥させる（すなわち、６０℃の温度で９０分間）。
【００４４】
仕上がった多層の防護被膜では、層Ｂは、基本的に弾性の被膜を提供する機能を有し、異物が鉄道車輪体に与える打撃によって生じるエネルギーを吸収・発散するのを促進する。層Ｃは、その下に施された層Ａおよび層Ｂを剥離および亀裂から防護する機能を果たす。
【００４５】
最終塗布ステップの最後では、仕上がりの弾性度および表面の耐性のほか、−４０℃から＋１５０℃の間の温度範囲における機械特性の安定性が、前述の温度範囲内で強い打撃力（もちろん最大で１２Ｊだがこれを上回ることもある、表面の硬さが４００ビッカース、直径が３２ｍｍ、かつ先端の斜角が１０５°である鋼鉄弾丸にも匹敵する力）を持つ機械的な打撃に耐え得る能力を備えた防護被膜を提供する。
【図１】
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