解説

マグネシウム合金製車両用テーブルの開発
Development of the Table for the Vehicles using Magnesium Alloy
橋 本 健 司 Kenji HASHIMOTO
河 田 直 樹 Naoki KAWADA

石川松村

武 Takeshi ISHIKAWA
寛 Hiroshi MATSUMURA

車両用テーブルの材質として，繊維強化樹脂（Fiber Reinforced Plastics, FRP）が使用されている．FRPは延性に乏しいため，その破壊モードは割れや欠けとなる．割れや欠けの部分を補修することは困難であることから，メンテナンスコストに影響してくると考えられる．そこで，割れや欠けではなく，延びや変形の破壊モードを持ち，FRPに匹敵する成形性を持つ材料を採用することで，メンテナンスの省力化を図ることとした．まず，材料選定において，強度と延性のバランスが良く，またリサイクル性に優れるマグネシウム（Mg）合金を採用することとし，車両用テーブルを設計・試作した．実用化のために，鉄道車両用材料燃焼試験（車材燃試）で｢不燃性｣の判定を受けたのでその内容について報告する．

１ はじめに度・延性のバランスがよく，またリサイクル性に優れて鉄道車両部品のメンテナンスの省力化を考えた場合，いることが知られている．また，ダイカスト製法などの部品材質・構造の見直しはそれを解決するのに有効な手射出成形を利用すれば，複雑形状の製品が製作可能であ段である．また，近年の世界的な環境問題を背景として，る．

資源循環型社会の構築が求められており，「リデュース

本報では，メンテナンスの省力化を目指し，市販Mg（Reduce）」，「リユース（Reuse）」，「リサイクル（Recycle）」

合金で車両用テーブルを設計・試作し，鉄道車両用燃焼という3R活動への取り組みが重要視され，車両部品に試験（車材燃試）で｢不燃性｣の判定を受けたので，そのおいても例外ではない．

内容について報告する．

現在，車両用テーブルの材質として，繊維強化樹脂（Fiber Reinforced Plastics，FRP）が使用されている．

２

開発の概要

２．１

FRPは延性に乏しいため，その破壊モードは割れや欠け材質の選定となる．割れや欠けの部分を補修することは困難である

一般に，FRPは延性（靭性）が低いことが知られていことから，結果として部品交換の手間が生じ，結果としる．理想的な材料としては，強度と延性の両者が高いこてメンテナンスコストに影響すると考えられる．また，とが望ましい．テーブル本体の寿命の延伸という観点か

FRPはリサイクルが難しいことから，廃棄物の大部分はら，強度と延性のバランスに優れたMg合金を材質とし単純焼却や埋立処分されているのが現状である．て採用した．表1に示すように，Mg合金の密度はFRPと一方，近年注目を集めている材料としてMg合金があほぼ同等で，比強度と比剛性はアルミニウム（Al）合金，る．Mg合金は，実用金属中において最軽量であり，強FRP以上であることがわかる．その他にも，振動減衰特表1 Mg合金，Al合金，FRPの各種特性

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２．２性，リサイクル性などに優れることが知られる．

軽量化と剛性確保

Mgに関して，しばしば発火特性が問題視されること

材料費の低減とテーブル本体の軽量化を図るために，がある．しかしながら，Mgの燃焼は切粉や粉塵になら従来テーブルの板厚4.6mmから2.0mmに薄肉化し，重量ないかぎり，通常の使用では問題とならない．図1に市を1.75kgから0.91kgに低減した（約50%の軽量化）．また，販Mg合金と難燃性Mg合金の発火温度を示す．難燃性Mg

テーブルの剛性を確保するために，裏面に特殊形状の複合金とは，合金元素にカルシウム（Ca）を数％添加する数の凸部を備える構造とした．

ことで，発火温度を飛躍的に高めた合金である．ここで２．３

言う｢難燃性｣とは，車材燃試における｢難燃性｣ではない

製造方法と開発した車両用テーブルことに注意が必要である．純Mgの融点は650℃であるに一般に，車両用テーブルのような小型品はダイカスト

対し，市販Mg合金の発火温度は530℃である．一方，難製法を用いて製造される．図２にダイカスト製法の模式

燃性Mg合金は市販Mg合金より発火温度が約300℃向上

図を示す．離型剤を塗布した金型を締め付け（1．型締しており，融点を上回っているのがわかる．つまり，こめ工程），湯を精密な金型の中に高圧力を加えて射出・れまでの市販Mg合金より，燃えにくくなったという意

充填する（2．射出工程）．その後，金型を開き，製品押味から｢難燃性Mg合金｣と呼ばれている．現在，車両内出し（3．型開き・製品押出し工程）を経て完成となる．

装部品には車材燃試における｢不燃性｣の判定が求められダイカスト製法の特徴として，表面の美観に優れること，ているが，この水準は難燃性Mg合金でなくても市販Mg量産性に優れること，高い製品品質が得られることなど合金で十分に達成できるレベルである．

が挙げられる．図3に完成した車両用テーブルの外観（塗装後のもの）を示すが，美観に優れ，また高い表面硬度も達成している．

図1 Mg合金の発火温度

図3 開発した車両用テーブルの外観（1）

図2 ダイカストの模式図

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２．４不燃性の確認

３ マグネシウムのリサイクル（1）鉄道車両用材料燃焼試験（車材燃試）

Mg合金は，FRPと比較して，原理的にリサイクルし鉄道車両内装品には，鉄道輸送の安全を確保するためやすい材料である．FRPは材質がきわめて多岐にわたるに，火災防止対策・延焼防止対策が必要となる．鉄道車

ため，分別回収が難しく，また燃焼させるとダイオキシ両に用いられる材料は，車両の部位によって不燃化・難ン等の有毒ガスを発生する等の問題点がある．一方で，燃化が義務づけられているため，その燃焼性の評価としMg合金は，溶解により容易に原料として再生可能であて，車材燃試をおこなった．

る．スクラップ溶湯中からの不純物除去は，相対的に重い不純物を沈降させて分離する手法等が用いられてい（2）判定基準と試験結果

る．

表2に示すように，燃焼性は車両に使用できる「不燃性」，「極難燃性」，「難燃性」の他，車両に使用できない

４ おわりに「緩燃性」，「可燃性」の5段階にクラス分けされている．

鉄道車両全般に関わるメンテナンスの省力化は，大きまた，燃焼判定はアルコールの燃焼中に，供試材の着火，な課題であり，また社会的に循環型社会の構築が求めら

着炎，発煙状態，炎の状態等観察し，燃焼後に，残炎，れている．今回，車両用テーブルの材質として，難燃性残塵，炭化，変形状態を調査される．試験結果は，図4Mg合金ではなく市販Mg合金を採用し，車材燃試で｢不燃の試験成績書に示すように，最上位クラスの「不燃性」性｣の判定であることを確認した．今後，試作したテーの判定であった．

ブルの耐荷重試験等をおこなっていく予定である．
参考文献（1）秋山茂，他：｢難燃性マグネシウム合金の開発｣，まてりあ，Vol.39，No.1，72-74，（2000）（2）「鉄道車両新指導書−車両用材料編−」，343，（2002），
社団法人日本鉄道車両機械技術協会

図4 車材燃試の試験成績書
表2 鉄道車両用材料の燃焼性判定基準（2）

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著者紹介
橋本健司
生産本部
技術部（接合技術センター）

河田直樹
博士（工学）
生産本部技術部（接合技術センター）主査

石川武

博士（工学）
生産本部
技術部（接合技術センター）課長

松村寛

生産本部
技術部（車体設計）主任技師

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