(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が１５〜２０μｍの強化長繊維が５０００〜１００００本束ねられバインダ樹脂に含浸、硬化された繊維束の複数本を母材樹脂に分散、硬化させた合成まくらぎであって、
前記繊維束には、長手方向に繊維束径方向の外形寸法に対し５０倍〜２５０倍となる所定の間隔をおいて、繊維束の前記外形寸法に対して１．２〜３．０倍となる所定の最大外形寸法で外側に突出する突起部が前記繊維束が完全硬化する前に繊維束を押圧して扁平部分を形成させた後硬化することによって設けられており、
前記突起部が設けられた繊維束が金型中に金型深さの７０％以上の嵩高さで積み重ねられた状態で、前記金型中に母材樹脂が一度に加えられ、前記母材樹脂が繊維束間の隙間に浸透してから硬化され、繊維束が均一に分散していることを特徴とする合成まくらぎ。
【請求項２】
直径が１５〜２０μｍの強化長繊維を５０００〜１００００本束ねてバインダ樹脂に含浸、硬化した繊維束の複数本を母材樹脂に分散、硬化させる合成まくらぎの製造方法であって、
前記繊維束には、長手方向に繊維束径方向の外形寸法に対し５０倍〜２５０倍となる所定の間隔をおいて、繊維束の前記外形寸法に対して１．２〜３．０倍となる所定の最大外形寸法で外側に突出する突起部を前記繊維束が完全硬化する前に繊維束を押圧して扁平部分を形成させた後硬化することによって設けておき、
前記突起部を設けた繊維束を金型中に金型深さの７０％以上の嵩高さで積み重ねた状態で、前記金型中に母材樹脂を一度に加え、前記母材樹脂が繊維束間の隙間に浸透してから硬化させることを特徴とする合成まくらぎの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道線路用のまくらぎ、特に強化長繊維を束ねた繊維束（以後「繊維束」と略す）によって補強された合成まくらぎおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道用のまくらぎには、木材やコンクリートが広く用いられてきた。しかし、木材は雨水を受けて朽ち、損傷を受けるなど耐久性が劣り、さらに資源的にも限られているという問題がある。コンクリートは丈夫で、資材の入手も容易、安定しているが、重く、防振性や防音性に劣っている。
【０００３】
そこで木材やコンクリートに代わるまくらぎとして、硬質発泡ウレタン樹脂などを母材樹脂として、長繊維で強化した複合材料を用いた所謂「合成まくらぎ」が提案された〔実公昭６１−２３００４２号公報〕。さらに合成まくらぎについて、まくらぎ上部および下部で強化繊維の密度を高くして強度を維持し、全体で強化繊維の含有量を減らすことで軽量化を図るという提案〔特開平５−１３８７９７号公報〕、強化繊維を束にまとめ繊維束とし、これを母材樹脂に分散させ強度の向上を図る提案〔特開２０００−１２０００１号公報〕などその改良が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
合成まくらぎは、強化長繊維あるいは強化長繊維の束を、母材樹脂と混合し、金型中で硬化させて製造する。このとき、強化長繊維あるいは繊維束は母材樹脂中に均一に分布していることが必要で、不均一に分布していると、部分的に繊維あるいは繊維束が少ない場所ができ、まくらぎとしたとき、その部分に犬くぎが打ち込まれると引き抜き強度が満たされないという問題が発生する。
【０００５】
このように母材樹脂中で繊維あるいは繊維束が均一に分布されないのは、繊維あるいは繊維束同志が重なり合い、それらの間に母材樹脂が入り込まないことが原因である。繊維束は均一性を改善するために繊維の代わりに用いられたものであるが、依然として繊維束が部分的に偏在するという問題があり、そこで繊維束と母材樹脂を一度に混ぜないで、成形途中で数回に分けて混合するなどの方法が採られているが、それでも、繊維束の沈み、母材樹脂の硬化の時間差、それに伴う粘度の不均一などから繊維束の問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決し、品質の向上した合成まくらぎ、および繊維束の分散が容易、かつ均一分散ができる合成まくらぎの製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、繊維束を均一に分散させる方法について鋭意研究を行った結果、繊維束表面に突起部を作ると、繊維束同志の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、これにより繊維束が母材樹脂中に均一に分散されることを見出し本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の合成まくらぎは、直径が１５〜２０μｍの強化長繊維が５０００〜１００００本束ねられバインダ樹脂に含浸、硬化された繊維束の複数本を母材樹脂に分散、硬化させた合成まくらぎであって、前記繊維束には、長手方向に繊維束径方向の外形寸法に対し５０倍〜２５０倍となる所定の間隔をおいて、繊維束の前記外形寸法に対して１．２〜３．０倍となる所定の最大外形寸法で外側に突出する突起部が前記繊維束が完全硬化する前に繊維束を押圧して扁平部分を形成させた後硬化することによって設けられており、前記突起部が設けられた繊維束が金型中に金型深さの７０％以上の嵩高さで積み重ねられた状態で、前記金型中に母材樹脂が一度に加えられ、前記母材樹脂が繊維束間の隙間に浸透してから硬化され、繊維束が均一に分散していることを特徴とする。
【０００９】
これにより、繊維束同志の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、製造された合成まくらぎの品質は一段と向上する。
【００１０】
また、本発明の合成まくらぎの製造方法は、直径が１５〜２０μｍの強化長繊維を５０００〜１００００本束ねてバインダ樹脂に含浸、硬化した繊維束の複数本を母材樹脂に分散、硬化させる合成まくらぎの製造方法であって、前記繊維束には、長手方向に繊維束径方向の外形寸法に対し５０倍〜２５０倍となる所定の間隔をおいて、繊維束の前記外形寸法に対して１．２〜３．０倍となる所定の最大外形寸法で外側に突出する突起部を前記繊維束が完全硬化する前に繊維束を押圧して扁平部分を形成させた後硬化することによって設けておき、前記突起部を設けた繊維束を金型中に金型深さの７０％以上の嵩高さで積み重ねた状態で、前記金型中に母材樹脂を一度に加え、前記母材樹脂が繊維束間の隙間に浸透してから硬化させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、繊維束同志の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、容易に、かつ品質の優れた合成まくらぎを製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この実施の形態における繊維束１は、図１に示すように、直径が１５〜２０μｍ程度の強化長繊維２を５０００〜１００００本束ねることにより製造される。この強化繊維２に対し１０％程度（重量比）のバインダ樹脂３に含浸させた後加熱して硬化させ、所定の長さに切断して製造される。バインダ樹脂３は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などが使用される。強化長繊維２は、ガラス長繊維が良好であるが、その他芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、炭素繊維などであってもよい。繊維束１の直径は約２ｍｍ程度，長さは使用目的により異なるが２〜８ｍである。
【００１３】
以上に加えて、この実施の形態の繊維束１は、繊維束１の長手方向に外側に突出する突起部４、５が設けられている。すなわち、図２、３に示すように繊維束１の長手方向に対し、適宜の間隔に突起部４，５を突出させるものである。図２（ａ）は、繊維束１を押圧して扁平部分を形成させた後硬化することにより突出部４を形成させており、（ｂ）（ｃ）は、その断面図である。繊維束１上に突起部４を作るには、例えば、繊維束１を完全硬化させる前に繊維束１の一部分を押圧して扁平にさせることにより作製することができる。
【００１４】
図３（ａ）は、繊維束１の外面に樹脂を付着して硬化することにより突起部５を形成させており、（ｂ）は、その断面図である。繊維束１上に突起部５を作るには、例えば、繊維束１の一部分に常温硬化型の樹脂を付着し硬化させることにより達成される。ここで使用される常温硬化型の樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などがある。
【００１５】
図２、３において、ａは突起部のない部分の径方向の外形寸法、ｂは突起部の内で最も大きい部分の径方向の外形寸法、ｃは、突起部間の間隔の長さである。
【００１６】
繊維束１上の突起部間の間隔ｃは、代表的には１００〜５００ｍｍである。突起部４，５の径方向の外形寸法ｂは、突起部のない部分の繊維束外形寸法ａに対し、１．２〜３．０倍、好ましくは１．５〜２．５倍である。またその形状は、繊維束１を取り囲むように全円周に亘ってもよいし、あるいは円周の一部であってもよい。さらに、円周の一部の場合にその向きは、互いに同じでもよいし、また異なっていてもよい。ここに挙げた突起部４，５間の間隔、大きさ、形状は、本発明の目的とする効果が大きいという観点から選ばれたもので、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
図４（ａ）は、この実施の形態の繊維束１を金型７中に積み重ねた状態を示したものを、図４（ｂ）は従来の繊維束１１を金型７中に積み重ねた状態を示している。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同数の繊維束１，１１を積み重ねた状態であるが、この実施の形態の繊維束１は、繊維束１の周囲に突起部４，５があることからすきまができ、嵩高になっている。
【００１８】
図５（ａ）は、この実施の形態の繊維束１を用いて製造した合成まくらぎ９の概念図であり、図５（ｂ）は、従来の繊維束１１を用いて製造した合成まくらぎ１９の概念図である。
【００１９】
合成まくらぎの製造は、本発明では特に限定するものではなく、種々の方法を用いることができる。すなわち、金型に繊維束を入れ、この中に母材樹脂を加え、母材樹脂が繊維束に充分浸透してからこれを硬化させる。このとき、従来は、繊維束１１の分散が良くなかったことから繊維束１１と母材樹脂８を成形途中で数回に分けて混合するなどの方法が採られることがあったが、この実施の形態の繊維束１は、繊維束１周囲に突起部４，５があることから繊維束１間に隙間ができ、そこに母材樹脂８が浸透していくので、繊維束１の均一分散が容易となる。従って、繊維束１と母材樹脂８を分けて混合する必要がなく、繊維束１に母材樹脂８を一度に入れることでも充分満足のいく均一性が得られる。
【００２０】
図５（ａ）に示すように、突起部４，５を有した繊維束１を用いて製造した合成まくらぎ９は、繊維束１間に隙間ができ、そこに母材樹脂８が浸透し繊維束１の均一分散が可能となっている。これに対し、従来の合成まくらぎ１９は、繊維束１１が、図５（ｂ）に示すように積み重ねが密になり隙間がなく、母材樹脂８の浸透できないところができて分散が不均一となっている。このように、表面や内部に繊維束１１が少なく、母材樹脂８だけの部分があると、その部分は犬くぎ引き抜き強度が低くなり、まくらぎとして使えなくなる。
【００２１】
発明者らの実験では、繊維束を所定本数金型に積層した時の嵩高さが、金型深さの７０％以上であれば繊維束間に母材樹脂が浸透するに充分な隙間が確保されていた。このように繊維束を金型深さの７０％以上の嵩高さにするには、突起部４，５の大きさが、突起部のない部分の外形寸法に対し、１．２〜３．０倍突出するときであった。
【００２２】
この実施の形態では、外側に突出する突起部４，５のある繊維束１を使うことにあるが、この実施の形態の効果が損なわれない範囲において、従来の突起部のない繊維束１１を一部混合して使用することを制限するものではない。
【００２３】
【実施例】
金型７に繊維束１，１１を入れ、この上から母材樹脂８として硬質発泡ウレタン樹脂を入れて、試験用合成まくらぎ９，１９を製造した。繊維束１，１１と硬質発泡ウレタン樹脂の比は５０：５０（重量比）とした。この合成まくらぎ９，１９について、犬くぎ引き抜き試験を行った。結果を表１に示した。尚、実施例の試験体１〜３は繊維束１に突起部４（間隔：２５０ｍｍ、突起部で最も大きい外形寸法は突起部のないところの外形寸法の２．０倍）をつけたもの、試験体４〜５は繊維束１に突起部５（間隔：２５０ｍｍ、突起部の外形寸法は突起部のないところの外形寸法の２．２倍）をつけたものである。
【００２４】
犬くぎの引き抜き試験は、試験体〔１４０×２００×７００ｍｍ〕に、直径１５ｍｍ、深さ１１０ｍｍの下穴をせん孔し、スパイキハンマにより犬くぎ〔ＪＩＳ  Ｅ  １１０８、Ｌ＝１３０ｍｍ〕を首下２０ｍｍまで打ち込み、次いでＪＩＳ  Ｚ  ２１０１に準拠して引き抜き試験を行い、引き抜き強度を測定した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
合成まくらぎの犬くぎ引き抜き強度は、１５ｋＮがその合格の目安となっている。従来の繊維束１１を用いて製作した合成まくらぎ１９では、１５ｋＮ以上の仕様は満足しているもののその値は低く、ばらつきも多かったが、本発明の繊維束１を用いることにより犬くぎ引き抜き強度の安定性が大幅に改善された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、繊維束同志の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む間隙を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、製造された合成まくらぎの品質は一段と向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  繊維束の断面図である。
【図２】  （ａ）は、突起部を形成した繊維束の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は、Ｙ−Ｙ線断面図である。
【図３】  （ａ）は、別の突起部を形成した繊維束の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。
【図４】  （ａ）は、突起部を有する繊維束を積み重ねた状態の断面図、（ｂ）は、突起部のない繊維束を積み重ねた状態の断面図である。
【図５】  （ａ）は、突起部を有する繊維束を用いて製作した合成まくらぎの斜視図、（ｂ）は、従来の繊維束を用いて製作した合成まくらぎの斜視図である。
【符号の説明】
１：繊維束
２：強化長繊維
３：バインダー樹脂
４：突起部
５：突起部
７：金型
８：母材樹脂
９：合成まくらぎ
１１：従来の繊維束
１９：従来の合成まくらぎ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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