JP6615357B2 - 複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス - Google Patents

複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス Download PDF

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Description

本発明は高速鉄道車両における設備用キャビン（Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃａｂｉｎ）のボトムプレート（Ｂｏｔｔｏｍ Ｐｌａｔｅ）の製造プロセスに関し、具体的には、高強度かつ軽量の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスに関する。
高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートは、標準動車組（動力車）設備用キャビンの重要な構成部分である。実際の運用において、ボトムプレートの支持力、難燃力および衝撃抵抗力等に対して一定の要求があるため、レイアウト設計、使用材料、設計プロセスなどをともに考慮しなければならない。科学技術の継続的な更新に伴って、設計過程においては軽量化および平坦化により列車走行抵抗を効果的に低減させ、持続的なエネルギー消費を減少させる。また、アルミニウム合金材料の代わりに複合材料を使用することにより、総合性能指標を確保する前提で、全車の自重を低減し、全列車の軽量化レベルを向上させる。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、高強度且つ軽量の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスを提供することを主な目的とする。
上記技術的課題を解決するための本発明に係る複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスは、複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造する材料として、
アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、を含み、
前記複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスは、
（１）メインボトムプレートを製造するステップと、
（２）ボトムプレートハンドルを製造するステップと、
（３）２つのボトムプレートスライダーを製造するステップと、
（４）メインボトムプレート、ボトムプレートハンドル、ボトムプレートスライダーの４者によりボトムプレートアセンブリを製造するステップと、を含み、
取付ける際、ボトムプレートハンドルをメインボトムプレートの１辺に係止させ、２つのボトムプレートスライダーをメインボトムプレートの他の３辺のうち対向する２辺に係止させる。
本発明の具体的な一実施例において、前記メインボトムプレートは、レイアウト設計により外から内へ順に、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
２層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１つの厚さが１６．５ｍｍであるアラミドハニカムと、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度を１３０〜１５０℃に設定し、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力を４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定する。
本発明の具体的な一実施例において、ボトムプレートハンドルのレイアウトプロセスは、ボトムプレートハンドルレイアウトに２０〜２５層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用して、凹モールド内に貼り付け、真空バッグ成形を採用することを含み、温度は１３０〜１５０℃であり、成形時間は４５００〜４８００ｓである。
本発明の具体的な一実施例において、ボトムプレートハンドルのレイアウトプロセスは、ボトムプレートスライダーに２０〜２５層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行うことを含み、温度を１３０〜１５０℃に設定し、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力を２ＭＰａ〜３ＭＰａに設定する。
本発明の具体的な一実施例において、前記アラミドハニカムに対する密度要求は４８〜５０ｋｇ／ｍ３である。
本発明の具体的な一実施例において、当該ＰＥＴフォームに対する密度要求は５９〜６１ｋｇ／ｍ３である。
本発明により提供される複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスによれば、以下のような利点を有する。
１、レイアウト設計により該ボトムプレートが各角度において高い強度を得ることができるようにし、アラミド設計を増加することにより高強度の耐衝撃性を提供する。
２、メインボトムプレートとスライダーに圧縮成形プロセスを採用し、ハンドルに真空バッグ成形プロセスを採用し、２つのプロセスは異なる製品部品に適用する。
３、ホットプレス成形プロセスにより樹脂の含有量を低下させ、メインボトムプレートの重量を大幅に軽減する。
４、外形のデザインが美しく、性能に強く、アルミ合金より重量を３５％〜４０％軽減させ、良好な応用の見通しがある。
本発明に係るボトムプレートアセンブリの分解図である。 本発明に係るボトムプレートの総組立図である。 本発明におけるハンドルとボトムプレートとが接続される構造を示す図である。 本発明におけるハンドルの断面図である。 本発明におけるスライダーとボトムプレートとが接続される構造を示す図である。 本発明におけるスライダーの断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例により、本発明の技術的解決手段について詳細に説明する。
本発明に係る複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスは、当該複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造する材料として、アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、および３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤を含む。
複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスは、
（１）メインボトムプレート１を製造するステップと、
（２）ボトムプレートハンドル２を製造するステップと、
（３）２つのボトムプレートスライダー３を製造するステップと、
（４）メインボトムプレート１、ボトムプレートハンドル２およびボトムプレートスライダー３の４者によりボトムプレートアセンブリを製造するステップと、を含む。
図１は本発明に係るボトムプレートアセンブリの分解図であり、図２は本発明に係るボトムプレートの総組立図である。図１〜２に示すように、取付ける際、ボトムプレートハンドルをメインボトムプレートの１辺に係止させ、２つのボトムプレートスライダーをメインボトムプレートの他の３辺のうち対向する２辺に係止させる。
図３−１は本発明におけるハンドルとボトムプレートとが接続される構造を示す図であり、図３−２は本発明におけるハンドルの断面図であり、図４−１は本発明におけるスライダーとボトムプレートとが接続される構造を示す図であり、図４−２は本発明におけるスライダーの断面図である。
本発明において、メインボトムプレートはレイアウト設計により外から内へ順に、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
２層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
１つの厚さが１６．５ｍｍであるアラミドハニカムと、
１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
１層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、を含み、
レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度を１３０〜１５０℃に設定し、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力を４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定する。
本発明において、ボトムプレートハンドルのレイアウトプロセスは、ボトムプレートハンドルレイアウトに２０〜２５層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用して、凹モールド内に貼り付け、真空バッグ成形を採用することを含み、温度は１３０〜１５０℃であり、成形時間は４５００〜４８００ｓである。
本発明において、ボトムプレートスライダーのレイアウトプロセスは、ボトムプレートスライダーに２０〜２５層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行うことを含み、温度を１３０〜１５０℃に設定し、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力を２Ｍｐａ〜３ＭＰａに設定する。
当該アラミドハニカムに対する密度要求は４８〜５０ｋｇ／ｍ３である。
当該ＰＥＴフォームに対する密度要求は５９〜６１ｋｇ／ｍ３である。
以下、実施例に合わせて本発明に対しさらに説明する。
（実施例１）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインボトムプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、６層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、３層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１６．５ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１３０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を４ＭＰａに設定する。（３Ｋ炭素繊維のうちのＫは炭素繊維糸を採用したものであり、１Ｋは１０００本の単糸により構成された１束の炭素繊維糸を指し、２Ｋは２０００であり、３Ｋは３０００である）
＜ステップ２＞
ボトムプレートハンドルを製造する。全炭素繊維構造を採用し、真空バッグ成形を行い、温度は１３０℃であり、時間は４６００ｓである。
＜ステップ３＞
ボトムプレートスライダーに２０〜２５層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行う。温度を１３０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を２ＭＰａに設定する。
＜ステップ４＞
ＣＮＣ彫刻し、３つの部品を接着させる。
＜ステップ５＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のボトムプレートに対して、重量が３９％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
（実施例２）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインボトムプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、７層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、２層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１６．５ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１４０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を４ＭＰａに設定する。
＜ステップ２＞
ボトムプレートハンドルを製造し、全炭素繊維構造を採用し、真空バッグ成形を行う。温度は１４０℃であり、時間は４６００ｓである。
＜ステップ３＞
ボトムプレートスライダーに２０層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行う。温度を１４０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を２ＭＰａに設定する。
＜ステップ４＞
ＣＮＣ彫刻し、３つの部品を接着させる。
＜ステップ５＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のボトムプレートに対して、重量が３７％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
（実施例３）
＜ステップ１＞
圧縮成形によりメインボトムプレートを製造する。１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料、６層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、３層の２３５ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、１６．５ｍｍであるアラミド紙ハニカムコア、１層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤、２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料、４層の３００ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料、１層の２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料の順にレイアウトし、材料シートを凹モールドに貼り付け、温度を１５０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を４ＭＰａに設定する。
＜ステップ２＞
ボトムプレートハンドルを製造し、全炭素繊維構造を採用し、真空バッグ成形を行う。温度は１５０℃であり、時間は４６００ｓである。
＜ステップ３＞
ボトムプレートスライダーに２０層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行う。温度を１５０℃に設定し、成形時間は３６００ｓであり、圧力を２ＭＰａに設定する。
＜ステップ４＞
ＣＮＣ彫刻し、３つの部品を接着させる。
＜ステップ５＞
重量を量る。製品は実際の高速鉄道車両におけるアルミ合金のボトムプレートに対して、重量が３９％軽減され、単位面積の負荷が２５００ｐａを超えるようになっている。
以上、本発明の基本原理、主な特徴および本発明の利点を示し説明している。当業者であれば、本発明は上記実施例に限定されず、上記実施例および明細書に記載されたものは本発明の原理を説明するためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない前提において、本発明を様々に変更および改善させることができ、これらの変更や改善はいずれも保護を求める本発明の保護範囲内に属し、本発明の保護範囲は特許請求の範囲およびその均等の範囲により定められることを理解すべきである。

Claims (6)

  1. 複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスであって、
    複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造する材料として、アラミドハニカム、ＰＥＴフォーム、３Ｋ炭素繊維難燃予浸材料、一方向炭素繊維難燃予浸材料、ガラス繊維難燃予浸材料、アラミド難燃予浸材料、および３００ｇ／ｍ２の単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤を含み、
    前記複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセスは、
    （１）メインボトムプレートを製造するステップと、
    （２）ボトムプレートハンドルを製造するステップと、
    （３）２つのボトムプレートスライダーを製造するステップと、
    （４）メインボトムプレート、ボトムプレートハンドル、およびボトムプレートスライダーの４者によりボトムプレートアセンブリを製造するステップと、
    を含み、
    取付ける際、ボトムプレートハンドルをメインボトムプレートの１辺に係止させ、２つのボトムプレートスライダーをメインボトムプレートの他の３辺のうち対向する２辺に係止させる、
    ことを特徴とする複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
  2. 前記メインボトムプレートは、レイアウト設計により外から内へ順に、
    １層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
    ５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
    ３層の２３５〜２４０ｇ／ｍ２であるアラミド難燃予浸材料と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    １つの厚さが１６．５ｍｍであるアラミドハニカムと、
    １層の３００ｇ／ｍ２である単一成分中温硬化型青色エポキシ接着剤と、
    ２層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料と、
    ５〜８層の３００〜３１５ｇ／ｍ２であるガラス繊維難燃予浸材料と、
    １層の１９８〜２００ｇ／ｍ２である３Ｋ綾織炭素繊維難燃予浸材料と、
    を含み、
    レイアウトにより、凹モールド内に緊密に貼り付けられ、ホットプレス機において成形され、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力は４ＭＰａ〜６Ｍｐａに設定されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
  3. ボトムプレートハンドルのレイアウトプロセスは、ボトムプレートハンドルレイアウトに２０〜２５層の１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用して、凹モールド内に貼り付け、真空バッグ成形を採用することを含み、温度は１３０〜１５０℃であり、成形時間は４５００〜４８００ｓである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
  4. ボトムプレートスライダーのレイアウトプロセスは、ボトムプレートスライダーに２０〜２５層の１００〜１５０ｇ／ｍ２である一方向炭素繊維難燃予浸材料を採用してＰＥＴフォームを包み、ホットプレス成形を行うことを含み、温度は１３０〜１５０℃に設定され、成形時間は３６００〜３８００ｓであり、圧力は２Ｍｐａ〜３ＭＰａに設定されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
  5. 前記アラミドハニカムに対する密度要求は４８〜５０ｋｇ／ｍ３である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
  6. 前記ＰＥＴフォームに対する密度要求は５９〜６１ｋｇ／ｍ３である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料による高速鉄道車両における設備用キャビンのボトムプレートを製造するプロセス。
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