(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材樹脂中に埋設された長手方向に沿う長繊維束により強化されてなる繊維強化樹脂により形成された合成まくらぎであって、
前記母材樹脂よりも強化繊維どうしを結合し易いバインダ樹脂により複数の前記強化繊維が束ねられた繊維束が形成され、
前記合成まくらぎのバラストに接する部分の少なくとも一部では、母材樹脂に対する繊維束の密度がその他の部分より低くなるように分散し、
前記各繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起が設けられ、
前記バラストに接する部分の前記繊維束の前記突起に対してその他の部分の前記繊維束の突起の外形寸法が小さくなっていることにより、前記合成まくらぎのバラストに接する部分の少なくとも一部で母材樹脂に対する繊維束の密度がその他の部分より低くなっていることを特徴とする合成まくらぎ。
【請求項２】
母材樹脂中に埋設された長手方向に沿う長繊維束により強化されてなる繊維強化樹脂により形成された合成まくらぎであって、
前記母材樹脂よりも強化繊維どうしを結合し易いバインダ樹脂により複数の前記強化繊維が束ねられた繊維束が形成され、
前記合成まくらぎのバラストに接する部分の少なくとも一部では、母材樹脂に対する繊維束の密度がその他の部分より低くなるように分散し、
前記合成まくらぎのバラストに接する部分の長手方向に、所定間隔を置いてブロックが一体的にモールドされることにより、前記合成まくらぎのバラストに接する部分の少なくとも一部で母材樹脂に対する繊維束の密度がその他の部分より低くなっていることを特徴とする合成まくらぎ。
【請求項３】
前記各繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起が設けられていることを特徴とする請求項２記載の合成まくらぎ。
【請求項４】
母材樹脂中に埋設された長手方向に沿う長繊維束により強化されてなる繊維強化樹脂により形成された合成まくらぎの製造方法であって、
長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための第１の突起を有する繊維束を成形型内に所定本数投入し、その上に前記第１の突起より大きな外形寸法の第２の突起を有する繊維束を投入し、
その後、成形型内に母材樹脂原液を注入し、型締め、硬化することを特徴とする合成まくらぎの製造方法。
【請求項５】
母材樹脂中に埋設された長手方向に沿う長繊維束により強化されてなる繊維強化樹脂により形成された合成まくらぎの製造方法であって、
強化繊維で強化した樹脂製ブロックを成形型内の底部に長手方向に所定間隔を置いて配置し、
繊維束を成形型内に投入した後、成形型内に母材樹脂原液を注入し、型締め、硬化することを特徴とする合成まくらぎの製造方法。
【請求項６】
母材樹脂中に埋設された長手方向に沿う長繊維束により強化されてなる繊維強化樹脂により形成された合成まくらぎの製造方法であって、
繊維束を成形型内に投入し、
当該繊維束の上に立体網状マットを設置した後、成形型内に母材樹脂原液を注入し、型締め、硬化することを特徴とする合成まくらぎの製造方法。
【請求項７】
前記繊維束を、長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための外側に突出する突起が設けられたものとすることを特徴とする請求項５または請求項６記載の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、バラスト道床に敷設され、特にレールの分岐部、曲線部等の横圧が発生する部分の使用に適し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】
鉄道用まくらぎとして強化繊維を束にまとめ（以下「繊維束」と称す）、長手方向に突起部を設けて繊維束の分布を均一にして曲げ荷重や圧縮荷重に対する強度を高めると共に犬くぎの引き抜き強度を高めた合成まくらぎとして、本出願人が出願した特願２０００−２０２６５１号がある。合成まくらぎは、列車通過時に分岐部や曲線部に横圧が加わり、特にバラスト軌道の場合には軌道の横ずれが起こり易かった。
【０００３】
そこで、横ずれを防止するべく、合成まくらぎをゴム製のカバー内に設置（特開平９−１６５７０３号）して接着することも行われている。また、バラストと接する面の強化繊維の密度を低くして（特開平６−１９８７５８号）、バラストが食い込み易くする工夫がなされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
合成まくらぎとゴム製カバーとを接着する場合は、乾燥するまでの加圧装置などの装置及び作業が大がかりになり、また乾燥までに長時間を要していた。更に、均一な接着強度を得るのが難しく、接着力の弱い部分から剥離が進行することがあった。
【０００５】
バラストに接する面の強化繊維の密度を小さくするために、特開平６−１９８７５８号では、密度を小さくする部分を先に発泡硬化させることで、高密度側から低密度側へ強化繊維が移動するのを防いでいる。しかし、発泡硬化する時期に差があると、界面から剥離し易い欠点がある。また、上記の合成まくらぎは、例えば母材樹脂として使用する硬質ウレタン樹脂は、熱硬化樹脂であるが、硬化前の粘度が一般的には、１０００ｃｐｓ以上、原材料費削減等を理由に無機充填材を添加すると２０００ｃｐｓ以上と高く、しかもウレタン樹脂が強化繊維間に浸透し易いガラス繊維の収束剤は、一般には使用されていないことから、ガラス繊維にウレタン樹脂を加えるのみでは強化繊維間に樹脂が行き渡らず、即ち樹脂同士が結合されず、その強度を確保できない。そこで、従来は、ガラス繊維にウレタンを振りかけた後、揉み板により揉む等の機械的処理を施してガラス繊維にウレタンを含浸させて成形していたが、工程が煩雑になるばかりでなく、一般にウレタン樹脂の発泡、硬化速度は早いことから、このような機械的な含浸処理を施しても短時間に確実にウレタン樹脂が強化繊維間に浸透するとは限らず、その品質に問題を生じる恐れがあった。また、ガラス繊維にウレタン樹脂を含浸させる含浸装置は、その都度ウレタン樹脂が硬化するので、洗浄する必要があり、その作業も煩雑になる。
【０００６】
また、比較的粘度が低くガラス繊維に浸透し易い不飽和ポリエステル樹脂等を用いてまくらぎを作ることも考えられるが、このような樹脂は、高価でまくらぎとして使用するには現実的でない。
【０００７】
本発明は、上記したような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、曲げ強度をおよび犬くぎの引き抜き強度を高めながら、層間剥離することなしに横ずれを防止できる合成まくらぎおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【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として、繊維束表面に突起部を作り、繊維束同士の重なりを緩和させて、母材樹脂が入り込む隙間を設けて繊維束を母材樹脂中に均一に分散させ、かつバラストに接する部分の少なくとも一部の繊維束密度を他の部分より低くすることで、強度と横ずれ防止を両立させることを見出し本発明をなすに至った。
【０００９】
このような課題を解決するための手段として、請求項１の発明は、バラストに接する部分の繊維束の密度が他の部分より低くなるように分散させ、繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起を設け、バラストに接する部分の突起の外形寸法を他の部分の突起の外形寸法より大きくしていることを特徴とする。
【００１０】
バラストに接する部分の繊維束の密度を他の部分の繊維束の密度より低くすることにより、バラストがまくらぎへ食い込み易くして横ずれを防止することができる。また、突起を設けることにより、繊維束同士の重なり合いが緩和され、繊維束の間に母材樹脂が入る隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き強度を高めることができる。そして、バラストに接する部分の突起の外形寸法を他の部分の突起の外形寸法より大きくすることにより、バラストに接する部分の繊維束の密度が低くなるため、バラストがまくらぎに食い込み易くなり、合成まくらぎの横ずれを防止することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、バラストに接する部分の繊維束の密度が他の部分より低くなるように分散させ、繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起を設け、バラストに接する部分の長手方向に、所定間隔を置いてブロックが一体的にモールドされることを特徴とする。
【００１２】
バラストに接する部分の繊維束の密度を他の部分の繊維束の密度より低くすることにより、バラストがまくらぎへ食い込み易くして横ずれを防止することができる。また、突起を設けることにより、繊維束同士の重なり合いが緩和され、繊維束の間に母材樹脂が入る隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き強度を高めることができる。そして、ブロックが一体的にモールドされることにより、バラストに接する部分に繊維束がない部分を設けることができるので、バラストがまくらぎに食い込み易くなり、合成まくらぎの横ずれを防止することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明であって、前記各繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、繊維束同士の重なり合いが緩和され、繊維束の間に母材樹脂が入る隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き強度を高めることができる。
【００１９】
請求項４の発明は、合成まくらぎの製造方法に関するもので、繊維束の長手方向に外側に突出する第１の突起を有する繊維束を所定本数下型内に投入し、その上に第１の突起部より外形寸法の大きな第２の突起を有する繊維束を所定本数投入し、その後、原液を注入し、上型で蓋をして型締めおよび加熱硬化することを特徴とする。
【００２０】
これにより、繊維束同士の重なり合いが緩和され、繊維束の間に母材樹脂が入る隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き強度が高まると共に、バラストに接する部分の繊維束の密度を他の部分の繊維束の密度より低くすることにより、バラストがまくらぎへ食い込み易くして横ずれを防止した合成まくらぎを製造することができる。
【００２１】
請求項５の発明は、合成まくらぎの製造方法に関するもので、下型内の長手方向に所定間隔を置いてブロックを配置し、その上から繊維束を投入し、その後、原液を注入し、上型で蓋をして型締めおよび加熱硬化することを特徴とする。
【００２２】
これにより、バラストに接する部分に繊維束がない部分を設けることができるので、バラストがまくらぎに食い込み易くなり、横ずれを防止した合成まくらぎを製造することができる。
【００２３】
請求項６の発明は、合成まくらぎの製造方法に関するもので、下型内に所定本数の繊維束を投入し、その上に立体網状マットを設置し、その後、原液を注入し、上型で蓋をして型締めおよび加熱硬化することを特徴とする。
【００２４】
これにより、バラストに接する部分に硬い繊維束がなく、バラストがまくらぎに食い込み易く、横ずれを防止した合成まくらぎを製造することができる。
【００２５】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６記載の発明であって、繊維束を、その長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起が設けられたものとすることを特徴とする。
【００２６】
これにより、繊維束同士の重なり合いが緩和され、繊維束の間に母材樹脂が入る隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き強度を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明が適用された合成まくらぎおよびその製造方法の好適な実施形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１〜図５は、本発明に係る合成まくらぎの第１実施形態を示す図である。
【００２９】
図１は、本発明が適用された合成まくらぎの斜視図である。この合成まくらぎは、長さ２ｍ〜８ｍ、幅０．２３ｍ程度、高さ０．１４ｍ程度である。そして、母材樹脂を硬質発泡ウレタン樹脂１とし、その内部に長手方向に延在するように強化繊維を束にした繊維束２が分散している。図２は、繊維束の拡大図である。この繊維束２は、直径が１５μｍ〜２０μｍ程度の強化長繊維３を５０００本〜１００００本束ねることにより製造される。この繊維束２は、強化繊維３に対して重量率で１０％程度のバインダ樹脂４を含浸させた後加熱硬化させ、所定長さに切断して製造される。バインダ樹脂４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、尿素樹脂等が使用される。強化繊維３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、炭素繊維等でもよい。繊維束は、円柱状で、その直径は２ｍｍ程度、長さは使用目的により異なるが２ｍ〜８ｍである。図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線について見た拡大断面図である。図中上面は、レール締結面を示し下面は、バラスト道床に接する。また、側面は、下面から所定高さまでバラスト道床に埋設される。そして、繊維束の密度（合成まくらぎの断面積に対する繊維束の断面積の割合）をバラストに接する部分では、他の部分より低くしてある。繊維束２の密度が低い部分では、バラストが合成まくらぎに食い込み易いので横ずれを防止することができる。
【００３０】
この実施の形態の繊維束について図４および図５を参照して説明する。繊維束２は、その長手方向に沿って突起部５，６が設けられている。図４（Ａ）は、繊維束２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第１の突起部５を形成させており、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、その断面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、ａは突起部のない部分の径方向の外形寸法、ｂは突起部の中で最も大きい部分の外形寸法、ｃは、突起部間の長さである。図５は、第２の突起部６が形成された繊維束を示し、突起部６の中で最も大きい部分の外形寸法ｄは、図４の場合の外形寸法ｂより大きくなっているが、その他の部分は図４と同様である。繊維束２上に突起５，６を作るには、例えば、繊維束２を完全に硬化させる前に繊維束２の一部分を押圧して扁平にさせることにより作製する。また、図示は省略するが、繊維束２の外面に所定間隔を置いて樹脂を付着させることにより、突起を作製してもよい。
【００３１】
繊維束２上の突起部間の間隔ｃは、１００ｍｍ〜５００ｍｍが好ましい。第１の突起部５の外径寸法ｂは、突起部のない部分の外径寸法ａに対して１．８倍〜２．４倍である。第２の突起部６の外径寸法ｄは、突起部のない部分の外径寸法ａに対して２．５倍〜３．５倍である。突起部の形状は、繊維束２を取り囲むように全円周に亘ってもよいし、円周の一部でもよい。円周の一部に設ける場合、各突起の向きは、互いに、異なっているのが好ましいが同じでもよい。突起部５，６は、その間隔、大きさ、形状は、本発明の目的の範囲内において適宜変更してよい。
【００３２】
図６〜図１０は、本発明に係る合成まくらぎの第２実施形態を示す図である。なお、図６〜図１０において、第１実施形態の構成部材と同一の部材には、同じ符号を付してその説明を省略する。図６において、合成まくらぎの道床に接する面（図面下側）には、合成まくらぎの長手方向に４０ｃｍ〜７０ｃｍの間隔を置いてブロック体７が、この合成まくらぎと一体的にモールドされて配置される。ブロック体７は、長さ１０ｃｍ、幅２３０ｃｍ（合成まくらぎの幅と同じにする）、高さ３ｃｍ程度の大きさがよい。ブロック体７は、図７に示すように、合成まくらぎに使用されるのと同様に硬質ウレタン発泡体を繊維束２で強化されている。そして、母材樹脂に対する繊維束２の割合は、５０ｗｔ％程度である。図８は、図６のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩ線について見た拡大断面図である。合成まくらぎの道床に接する部分（図の下面）は、ブロック体７に阻まれて繊維束２がなく、母材樹脂１のみの層ができる。この層には、バラストが食い込みやすく合成まくらぎの横ずれを防止することができる。図９は、図７に示したブロック体７の変形例を示す。このブロック体８は、高さが、両端部で高くなっていることと、強化繊維で強化していないことを除き、ブロック体７と同様である。図１０は、ブロック体８を使用した場合の、合成まくらぎの断面図を示す。この図では、母材樹脂１のみからなる部分の高さが、合成まくらぎの両端部で高くなっている。この場合は、合成まくらぎの下面の他、側面に位置するバラストも食い込むため、横ずれに対する抵抗力が一層大きくなる。
【００３３】
図１１は、本発明に係る合成まくらぎの第３実施形態を示す図である。図１１において、立体網状マット９を合成まくらぎのバラストに接する部分に配置する。立体網状マット９の長さおよび高さは、合成まくらぎと等しく、一例を挙げれば２．２ｍと０．２３ｍである。また、高さは、０．０３ｍ程度にするのがよい。立体網状マット９は、線径０．０７ｍｍ〜１．５０ｍｍ、密度０．０１ｇ／ｃｍ３〜０．０７ｇ／ｃｍ３のものが使用される。立体網状マット９の材質は、熱可塑性樹脂が使用され、例えばポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー等が適している。立体網状マットのループの接触部１０は、熱融着またはバインダにより接着されている。
【００３４】
次に、上記合成まくらぎの製造方法の第１実施形態を図４、図５および図１２により説明する。
【００３５】
まず、図４に示す第１の突起部５を有する繊維束２を２１００本、図１２に示す成形型の下型２１に入れ、その上から、図５に示す第２の突起部６を有する繊維束を３００本投入する。その後、硬質ウレタン樹脂を注入機２３により注入する。この時、硬質ウレタン樹脂と繊維束２が重量比で５０：５０になるように注入する。そして、上型２２を閉じて硬質ウレタン樹脂を硬化させ、合成まくらぎを成形する。第２の突起部６の外径寸法ｄは、第１の突起部５の外径寸法ｂより大きいので、第２の突起部６を有する繊維束が分散している部分の密度は、第１の突起部５を有する繊維束が分散している部分より低くすることができる。繊維束の投入本数、硬質ウレタン樹脂と繊維束の重量比は、この実施形態の効果が損なわれない範囲内で適宜変更してよい。
【００３６】
合成まくらぎの製造方法の第２実施形態を図４、図７、図９および図１２により説明する。
【００３７】
図１２に示す下型２１に図７に示すブロック体７を所定間隔だけ隔てて配置し、その上から図４に示す第１の突起部５を有する繊維束を２１００本投入し、その後、上記と同様に硬質ウレタン樹脂を注入して成形してもよい。また、ブロック体７に代えて図９に示すブロック体８を用いても良い。
【００３８】
合成まくらぎの製造方法の第３実施形態を図４、図１１および図１２により説明する。
【００３９】
図４に示す第１の突起部５を有する繊維束２を２１００本、図１２に示す成形型の下型２１に入れ、その上に長さおよび幅が合成まくらぎに等しく、高さ０．０３ｍの立体網状マット９を投入する。その上から上記と同様に硬質ウレタン樹脂を注入機２３により注入した後、上型２２を閉じて硬質ウレタン樹脂を硬化成形してもよい。
【００４０】
【実施例】
上記方法により下記の条件で合成まくらぎのサンプルを製造し、その物性値を測定した。その結果を下記する。
【００４１】
サンプルサイズは、長さ２２００ｃｍ×幅２３ｃｍ×高さ１４ｃｍとした。上面（バラスト接触面と反対側）から１１ｃｍまでに第１の突起５を有する繊維束２を２１００本分散し、硬質発泡ウレタンの重量比が５０：５０になるように調整した。下面（バラスト接触面）から３ｃｍまでは、第２の突起６を有する繊維束２を３００本分散させたもの（試験体Ｎｏ．１）、ブロック体７を配置することにより、繊維束２がないもの（試験体Ｎｏ．２）、立体網状マット９配置することにより、繊維束２がないもの（試験体Ｎｏ．３）とした。
【００４２】
道床横抵抗試験は、６２５ｍｍ間隔で４本配置した合成まくらぎの上面にレールを敷設し、このレールをワイヤーおよびロードセルを介して油圧ジャッキで合成まきらぎの横方向（長手方向）に２ｍｍ変異するまで引っ張り、その時の荷重を測定した。測定した値の１／４を１本当たりの道床横抵抗とした。なお、まくらぎは、バラストを突き固めて底面から１４ｃｍまで道床に埋設した。犬くぎの引き抜き試験は、試験体に直径１５ｍｍ、深さ１１０ｍｍの下穴を開け、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。試験結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0004458395.tif 000002
【００４４】
第１の突起５を有する繊維束２のみで強化した比較例に対して、実施例では、９％〜２８％道床横抵抗が向上した。また、実施例の犬くぎの引き抜き強度は、比較例と同等の性能を維持している。即ち、本発明の合成まくらぎは、犬くぎの引き抜き強度を低下させることなしに、道床横抵抗を大幅に改善することができた。
【００４５】
【発明の効果】
上記した説明により明らかなように、本発明による合成まくらぎおよびその製造方法によれば、バラストとの接触部分の繊維束密度を他の部分の密度より小さくしたので、バラストが食い込み易くなり、横ずれを防止することができる。また、各繊維束の長手方向に所定間隔を置いて隣接する繊維束との間隔を確保するための突起を設けることで、繊維束同士の重なり合いが緩和され、母材樹脂が入り込む隙間を作り、繊維束を母材樹脂中に均一に分散させることができ、合成まくらぎの強度および犬くぎの引き抜き荷重を高めることが可能となる。更に上記突起の寸法をその繊維束の配置される位置により変えることで、容易にバラストとの接触部分と他の部分とで繊維束密度を変えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の合成まくらぎの斜視図である。
【図２】繊維束の断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線について見た拡大断面図である。
【図４】（Ａ）は、突起部を形成した繊維束の斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）の４Ｂ―４Ｂ線について見た断面図、（Ｃ）は、４Ｃ―４Ｃ線について見た断面図である。
【図５】（Ａ）は、外径寸法が大きい突起部を形成した繊維束の斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）の５Ｂ―５Ｂ線について見た断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の合成まくらぎの斜視図である。
【図７】図６に示すブロック体の拡大斜視図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線について見た拡大断面図である。
【図９】図６に示すブロック体の別の実施形態を示す拡大斜視図である。
【図１０】図９に示すブロック体を使用した場合の図８と同様な拡大断面図を示す。
【図１１】立体網状マットの一部を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明が適用された合成まくらぎの製造工程を示す模式図である。
【符号の説明】
１  硬質ウレタン発泡樹脂（母材樹脂）
２  繊維束
３  ガラス長繊維（強化繊維）
４  不飽和ポリエステル樹脂（バインダ樹脂）
５  第１の突起部
６  第２の突起部
７，８  ブロック体
９  立体網状マット
１０  バインダー
２１  下型
２２  上型
２３  注入機
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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