JP4848567B2

JP4848567B2 - 合成枕木

Info

Publication number: JP4848567B2
Application number: JP2007124089A
Authority: JP
Inventors: 岸健峰; 木克明鈴; 野健次岡; 井明則永; 平豊治兼
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: JP2008280689A

Description

本発明は、鉄道レール用の合成枕木に係り、より詳細には、レールを固定する固定ボルトの引き抜き抵抗力を充分に大きくすることができる合成枕木に関する。

鉄道レール用の枕木は、木材やコンクリートのものが広く使用されている。しかし、木材は雨などに対する耐久性に劣り、コンクリートは耐久性に優れるが、重くて防振性や防音性に劣る。そこで、木材やコンクリートに替わる枕木として、硬質ウレタン樹脂を母材樹脂として使用し、ガラス長繊維またはガラス長繊維束を埋め込んだ合成枕木が製品化されている。

ガラス長繊維束は、直径が約２３μｍのガラス繊維（約４４００ＴＥＸのもの）をバインダ樹脂で束ねたものである。ガラス長繊維束の外径は、約２ｍｍである。ＴＥＸとは、長さ１０００ｍあたりの重量のことで、４４００ＴＥＸは、約４．４ｇ／ｍとなる。

一般的に、レールは合成枕木にレール用ねじくぎで固定される。これに代わって、合成枕木に雌ねじを有する埋込栓を埋め込み、雌ねじに固定ボルトを螺合させてレールを固定する技術がある。特許文献１には、埋込栓を埋め込む埋設穴を角型とし、埋込穴の周囲に径を突出させた拡大部を設け、固定ボルトの引き抜き抵抗力を大きくすることが記載されている。特許文献２には、枕木に貫通孔を空け、貫通孔の下部に鍔の径に合致した拡径孔を設け、鍔付き雌ねじである埋込栓を拡径孔に挿入し、接着剤で固定して引き抜き抵抗力を大きくすることが記載されている。

特許文献１では埋設穴が角型であり、特許文献２では両側から径の異なる穴が穿設されるので、いずれも穴の穿設工数が大きい。また、埋設栓の周囲は接着剤で固化されるので、埋込栓に引抜力や局部的な圧縮力が作用した場合、固化した接着剤にひび割れが発生して破損するおそれがある。鉄道用品は、長期間に亘り大きな荷重下におかれるため、本発明の構成は、このようなことがない効果が期待される。
特開平７−１８６０３号公報特開２００２−１６１５０１号公報

本発明の目的は、合成枕木における埋込栓を固定する接着剤の硬化後の強度を増大させ、その支持力すなわち引き抜き抵抗力を向上させた合成枕木を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明による合成枕木は、ガラス長繊維束が長手方向に配置され樹脂で固められた合成枕木において、貫通雌ねじの底部に抜け防止ボルトで鍔を取り付けた埋込栓が、前記合成枕木に穿設された非貫通の下穴に挿入されるとともに、前記埋込栓の周囲に上下方向に沿って強化繊維束が埋め込まれて、エポキシ樹脂系接着剤、不飽和ポリエステル樹脂系接着剤またはビニルエステル系接着剤で固定されることを特徴とする。

前記下穴の径は、前記雌ねじ外径の１．２５〜２倍の範囲にあることが好ましい。

前記強化繊維束は、前記下穴と前記埋込栓の間に３０〜６０％の充填率で充填されることが好ましい。

本発明による請求項１の合成枕木によれば、埋込栓周囲の上下方向に、強化繊維束が埋め込まれるので、接着剤のみで強化繊維束が埋め込まれていない場合に比較し、埋込栓に螺合されるレール固定用の固定ボルトの引き抜き力を約９％程度向上させることができる。また、埋込栓の下穴は、円形の非貫通穴であるから加工工数も少ない。この強化繊維束は、タイプレートの圧縮力に対しても強くできる。

請求項２の発明によれば、下穴の径をさらに大きくして強化繊維束を周囲に多量に配置しなくても、十分な強度を得ることができる。

また、請求項３の発明によれば、強化繊維束は、埋込栓の周囲に密に詰め込む必要はなく、このような充填率であれば十分な強度を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明による合成枕木を説明する。

図１は本発明による合成枕木の斜視図である。図１に示すように、合成枕木１００は、一例として幅が２４０ｍｍ、高さが１５０ｍｍ、奥行きが２４００ｍｍの矩形体に形成される。合成枕木１００は、径が約２ｍｍのガラス長繊維束１２が前後方向とほぼ同じ長さで水平に多数積層され、硬質ウレタン液で固められたものである。レール４は、合成枕木１００の前後にそれぞれ設置され、合成枕木１００に固定される。

図２は、図１の前方側のレール４を右から左方向に見た側面図で、タイプレート２を介して合成枕木１００にレール４が取り付けられた例である。図２に示すように、レール４は、レール締結用座金３でタイプレート２に固定される。そしてタイプレート２は、固定ボルト１を通して合成枕木１００に固定される。埋込栓６は、中央を貫通する雌ねじ１０が設けられ、その底部には、鍔７が抜け防止ボルト９と雌ねじ１０の螺合により取り付けられる。そして埋込栓６は、非貫通の下穴１１に挿入される。埋込栓６の周囲には、強化繊維束５が、上下方向に埋め込まれ接着剤で固定される。固定ボルト１は、ワッシャーとタイプレートを介して雌ねじ１０に螺合される。このような構造によりタイプレート２が合成枕木１００に固定される。なお、非貫通孔の下孔１１は、座ぐりによる穴あけ加工によって形成される。また、埋込栓６の周囲上下方向に設けられた強化繊維束５は、長さが１２０ｍｍ程度であるので、短繊維であってもよく、前述のガラス長繊維束でもよい。他のカーボン繊維などを使用してもよい。本実施例では、ガラス長繊維束を使用した。

図３は、図１に示す合成枕木の埋込栓周りのＡ−Ａ断面図である。合成枕木１００には、ガラス長繊維束１２が、図３に示すように、合成枕木１００の長手方向つまり前後方向に沿って埋め込まれている。合成枕木１００の下穴１１に埋込栓６が埋設され、その周囲には強化繊維束５が埋込栓６の上下方向に沿って配列され、エポキシ樹脂接着剤、不飽和ポリエステル樹脂系接着剤またはビニルエステル樹脂系接着剤で固定されている。埋込栓６には、固定ボルト１が螺合する雌ねじ１０を有する。雌ねじ１０の下部には、円板状の鍔７に通された抜け防止ボルト９が螺合されている。合成枕木１００の高さは、約１５０ｍｍで、下穴１１の深さが１３８ｍｍ、下穴１１の径（符号ｄで示す）は６０ｍｍ、鍔７の径は５８ｍｍ、鍔９の厚さは９ｍｍとした。なお、寸法は一例であって、これに限るものではない。また、鍔７は、円形の他に多角形や正方形としてもよい。

図４は、図１に示す合成枕木の埋込栓周りのＢ−Ｂ断面図である。図４は、埋込栓６を左右方向に切断したもので、下穴１１の周囲には、合成枕木１００に埋め込まれたガラス長繊維束１２の径の断面が見える。図４に示すように、下穴１１には埋込栓６が挿入され、その周囲には強化繊維束５が上下方向に沿って埋め込まれ、エポキシ樹脂接着剤、不飽和ポリエステル樹脂系接着剤またはビニルエステル樹脂系接着剤で固定されている。

図５は、図１に示す合成枕木の埋込栓周りの平面図である。下穴１１の周囲には、前後方向（合成枕木の長手方向）にガラス長繊維束１２が配列されている。埋込栓６の周囲には、埋込栓６の長手方向に沿った強化繊維束５の径の断面が見える。雌ねじ１０には固定ボルト１が螺合される。下穴１１の径は６０ｍｍで、雌ねじ１０の外径（３２ｍｍ）の約２倍とした。

図６は、強化繊維束の埋め込み方向と圧縮強度の関係を調べる試験の概略図である。エポキシ樹脂接着剤に約３７％の強化繊維束５を含ませて硬化した試験体と、繊維束を含まない試験体とを使用して、（Ａ）強化繊維束５の繊維方向（上下）に圧縮した試験と、（Ｂ）強化繊維束５の繊維方向と直交する方向（横）に圧縮した試験を実施した。Ｐは最大荷重（Ｎ）を示す。荷重のかかる面積Ｓはａ×ａ（ｍｍ^２）である。圧縮強さはＰ／Ｓで算出できる。このような試験によれば、（Ａ）は、ａを３０ｍｍとして、強化繊維束５を含まない試験体が７２．２Ｎ／ｍｍ^２に対し、強化繊維束５を含んだ試験体は１６０．６Ｎ／ｍｍ^２であり、縦方向の圧縮強度はおよそ２倍となる。（Ｂ）は、ａを２０ｍｍ、Ｐを３７．５ｋＮとして、強化繊維束５を含まない試験体への食込み量０．６ｍｍに対して、強化繊維束５を含んだ試験体は０．０５ｍｍであり、食込み量は１／１０程度に小さくなる。

従って、図２に示すような埋込栓６を有する合成枕木１００の構造は、タイプレート２の固定ボルト１を通す穴径が２５ｍｍであるから、例えば径が６０ｍｍの下穴１１に挿入された埋込栓６周囲の上下方向の強化繊維束５に対して圧縮力が作用し、縦方向の荷重に強い大きな圧縮強度を持たせることができる。加えて、車輪がレール長手方向に対して直角方向（水平）に作用する横圧は、レールからタイプレート２、固定ボルト１を介して強化繊維束５の繊維方向とは直交する方向に圧縮力として作用するから、横方向の荷重にも強く、その変位を小さなものとすることができる。埋込栓６の周囲に設けられた上下方向の強化繊維束５は、固定ボルト１の引抜き抵抗力も向上させる。これを次に示す。

図７は、固定ボルトの引き抜き試験の方法を示す概略図である。埋込栓６にＭ２０の固定ボルト１を首下３０ｍｍまで締め込み、固定ボルト１に引抜荷重Ｐｔをかけた。また、その時の、枕木上面の浮き上り量つまり距離ｇを測定した。枕木の押え治具の開口部の幅ｆは、下穴１１の径より大きくし、ｆは６５ｍｍとした。固定ボルト１に伝えられた力は、雌ねじ１０を介して、抜け防止ボルト９に伝えられ、鍔７が上方に持ち上げられるように作用する。この試験では、ｆを６５ｍｍとして、下穴１１の径６０ｍｍより大きくしたので、埋込栓６の周囲、上下方向の強化繊維束５の付近で引きはがされるものとなる。つまり、上下方向の強化繊維束５には圧縮力を掛けない悪い条件で試験をした。

図８は、固定ボルト引き抜き試験Ｔ１、Ｔ２における最大抵抗力の測定結果である。試験Ｔ１は、上下方向に強化繊維束５がある場合である。試験Ｔ２は、上下方向の強化繊維束５がない場合である。最大引き抜き力は、Ｔ１が１６６．５ｋＮ／ｍｍ^２、Ｔ２が１５３．１ｋＮ／ｍｍ^２であった。Ｔ１はＴ２より８．７％改善される。Ｔ２は上下方向の強化繊維束５がないので、Ｔ１のように上下方向に強化繊維束５を入れると固定ボルト１が引き抜き難くなることを意味する。上下方向の強化繊維束５の下穴１１と埋込栓６との間の充填率は、約５５％とした。充填率が低いと上下方向の強化繊維束５が倒れやすく強化繊維束の効果が出にくくなる。

図９は、固定ボルト引き抜き試験Ｔ１、Ｔ２において、引抜き荷重Ｐ＝１００ｋＮをかけた時の浮き上り量の測定結果である。浮き上り量は、Ｔ１が１．４１ｍｍ、Ｔ２が１．５０ｍｍであった。Ｔ１はＴ２より６．４％改善される。Ｔ２は上下方向に強化繊維束５がないので、Ｔ１のように上下方向に強化繊維束５を入れると固定ボルトが引き抜き難くなることを意味する。

本発明の合成枕木は、鉄道レールの固定に好適である。

本発明による合成枕木の斜視図である。（実施例１）本発明による合成枕木にレールが取り付けられた例である。図１に示す合成枕木の埋込栓周りのＡ−Ａ断面図である。（実施例１）図１に示す合成枕木の埋込栓周りのＢ−Ｂ断面図である。（実施例１）図１に示す合成枕木の埋込栓周りの平面図である。（実施例１）強化繊維束の埋め込み方向と圧縮強度の関係を調べる試験の概略図である。固定ボルトの引き抜き試験の方法を示す概略図である。固定ボルト引き抜き試験Ｔ１、Ｔ２における最大抵抗力の測定結果である。固定ボルト引き抜き試験Ｔ１、Ｔ２における浮き上り量の測定結果である。

符号の説明

１固定ボルト
２タイプレート
３レール締結用座金
４レール
５強化繊維束
６埋込栓
７鍔
８接着剤
９抜け防止ボルト
１０雌ねじ
１１下穴
１２ガラス長繊維束
４０試験体１
５０試験体２
１００合成枕木
Ｐ圧縮荷重
Ｐｔ引抜荷重

Claims

ガラス長繊維束が長手方向に配置され樹脂で固められた合成枕木において、
貫通雌ねじの底部に抜け防止ボルトで鍔を取り付けた埋込栓が、前記合成枕木に穿設された非貫通の下穴に挿入されるとともに、前記埋込栓の周囲に上下方向に沿って強化繊維束が埋め込まれて、エポキシ樹脂系接着剤、不飽和ポリエステル樹脂系接着剤またはビニルエステル系接着剤で固定されることを特徴とする合成枕木。
前記下穴の径は、前記雌ねじ外径の１．２５〜２倍の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の合成枕木。
前記強化繊維束は、前記下穴と前記埋込栓の間に３０〜６０％の充填率で充填されることを特徴とする請求項１に記載の合成枕木。