| 【発明の名称】 |
磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】五十嵐 基仁
【氏名】浅原 哲郎
【氏名】岩佐 正明
【氏名】青山 博
【氏名】服部 敏雄
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| 【要約】 |
【課題】超電導磁石の荷重支持体にはＦＲＰと金具（金属板）との接着構造が用いられる。この接着部は様々な負荷を受けるため走行中にはく離することが予想される。しかし、荷重支持体は真空容器に収納されているため取り出して超音波探傷器にかけることはできない。荷重支持体が真空容器に収納状態でＦＲＰと金具の接着界面のはく離状態を定量的に評価する方法が必要である。
【解決手段】荷重支持体７は超電導コイルが収納されている内槽と外槽をつなぐ役目をしている。荷重支持体７は鼓状に成形されたＦＲＰ１を金属板金具２に埋込接着した構造になっている。ＦＲＰ１と金具２の接着部３の近傍のＦＲＰにひずみゲージ４、５を貼り付けておく。磁気浮上列車浮上時、推進時、励磁時の直流力により荷重支持体に発生するひずみを測定し、接着部のはく離発生およびはく離長さを評価する。同様な方法でＦＲＰ部の損傷も評価する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の浮上時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記ＦＲＰ製筒状体の損傷を評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
【請求項２】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の推進時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記ＦＲＰ製筒状体の損傷を評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
【請求項３】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の励磁時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記ＦＲＰ製筒状体の損傷を評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
【請求項４】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体の前記金属板接着部近傍で、かつ鉛直方向の上部および下部に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の浮上時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記接着部のはく離発生およびはく離長さを評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
【請求項５】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体の前記金属板接着部近傍で、かつ進行方向の前部および後部に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の推進時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記接着部のはく離発生およびはく離長さを評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
【請求項６】 磁気浮上列車の超電導コイルを格納する内槽と、前記内槽の外側を真空状態に保つ外槽との間を締結し、ＦＲＰ製筒状体の両端に金属板を接着した構造を有する荷重支持体の損傷を評価する方法であって、前記ＦＲＰ製筒状体の前記金属板接着部近傍で、かつ、少なくとも進行方向の前後部に配置したひずみゲージにより、前記磁気浮上列車の励磁時に前記ＦＲＰ製筒状体に発生するひずみを検出して、前記接着部のはく離発生およびはく離長さを評価することを特徴とする磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気浮上列車用荷重支持体の損傷評価方法に係り、特に、超電導コイルを支持している荷重支持体のＦＲＰと金具接着面のはく離およびＦＲＰ部の損傷などの検査に好適な損傷評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】接着界面のはく離評価技術の従来の例としては超音波探傷がある。その一例として、溶接構造シンポジウム９５の講演論文集の１９５〜１９８頁に「高速超音波検査装置の開発と接合部への適用」がある。これは接着界面のはく離に関して、超音波探傷により短時間にはく離部分を検出できるというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】超電導磁石の荷重支持体にはＦＲＰと金具の接着構造が用いられている。この接着部は、様々な負荷を受けるため、走行中に接着部がはく離することが予想される。そこで、接着部のはく離発生およびはく離長さを定量的に評価する必要がある。また、ＦＲＰ部の損傷を評価する必要がある。
【０００４】しかし、荷重支持体は真空容器に収納されているため、取り出して超音波探傷器にかけることはできない。荷重支持体が真空容器に収納されている状態で、ＦＲＰと金具の接着界面のはく離状態を、定量的に評価する方法が必要である。そこで、荷重やひずみなどをモニターし、その値をもとに損傷を評価する必要がある。
【０００５】また、磁気浮上列車用荷重支持体は強磁場中で使用されるため、ひずみゲージなどの電気信号には高調波のノイズが発生してしまう。そのため、直流力などの高調波の影響を受けない力をもとに、接着部のはく離を評価する必要がある。
【０００６】そこで、本発明の目的は、浮上力、推進力、励磁力等の直流力をもとにして、ひずみゲージを用いることにより、荷重支持体接着部のはく離発生およびはく離長さを定量的に評価しようとするものである。また、同様な方法を用いてＦＲＰ部の損傷を評価しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明は、磁気浮上列車用荷重支持体において、荷重支持体のＦＲＰ部にひずみゲージを配置することにより、ＦＲＰ部自体の損傷を評価しようとするものである。また、ＦＲＰ製筒状体を金属板状金具に接着する接着部近傍にひずみゲージを設置することにより、接着部のはく離発生およびはく離長さを定量的に評価しようとするものである。
【０００８】すなわち、ＦＲＰ製筒状体の接着部近傍の所定位置にひずみゲージを適宜貼り付け、検出したひずみに基づいて、磁気浮上列車の浮上時、推進時、励磁時等の直流力をもとに、接着部のはく離発生およびはく離長さを評価する。また、同様の方法を用いてＦＲＰ部自体の損傷も評価される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の一実施形態を示し、図１は荷重支持体にひずみゲージを貼り付けた図、図２は磁気浮上列車の超電導磁石の構造を示す図である。
【００１０】これらの図に示すように、荷重支持体７は、超電導コイル９が収納される極低温の内槽６と、その周りを真空状態に保つ外槽８とをつなぐ役目をしている。この荷重支持体７の構造は、両端の直径よりも中央部の直径が小さいＦＲＰ製円筒（以下ＦＲＰ１ともいう）の端部を、金属板金具２に埋め込んで接着結合する構造となっている。
【００１１】このような磁気浮上列車用の超電導磁石において、ＦＲＰ１の両端の金属板２との接着部３の近傍に、ひずみゲージ４、５を貼り付ける。荷重支持体の接着部３は様々な負荷を受けるため、接着部がはく離することが予想される。接着部の応力集中は極めて小さい領域であるので、できるだけ接着部に近い位置にひずみゲージを貼った方がよい。荷重支持体の接着部は、室温側（外槽）と低温側（内槽）があるため、両方にひずみゲージを貼っておく。このひずみゲージ４、５は、なるべくゲージ長さの短いものを用いた方がよい。
【００１２】超電導磁石の構造を図２に示す。荷重支持体７は極低温の内槽６と室温の外槽８をつなぐものである。外槽８が台車１０に結合されている。荷重支持体７は内槽左右中央部の上下に２個取り付けられている。ここで、ひずみゲージは、室温側と低温側にそれぞれに配置し、それぞれ鉛直方向の上下部、すなわち、１２時の位置と６時の位置に合計４枚貼っておく。
【００１３】次に、室温側のひずみゲージについて、接着部のはく離評価方法を説明する。磁気浮上列車が車輪走行から浮上走行に移ったとき、浮上力は、図示したように、上下方向に働く。荷重支持体７は内槽６を外槽８から片持ち梁の形で支えているため、１２時の位置のひずみゲージ４は圧縮、６時の位置のひずみゲージ５には引張りのひずみが発生する。
【００１４】図３および図４は、ひずみの時間変化を示した図である。１２時の位置のひずみゲージは図３、６時の位置のひじみゲージには、図４のようなひずみ変化が生じる。このひずみを測定する場合は、高調波成分をカットするために、５Ｈｚ程度のローパスフィルターを通したほうがよい。この図３および図４の浮上時のひずみは、車体重量に比例して発生する。そのため、乗客数等が変化した場合でも重量により換算可能である。
【００１５】次に、図５を用いて接着部のはく離発生評価方法を説明する。まず、図３、図４の初期浮上時のひずみεＬを測定しておく。その後、走行時の浮上時毎にひずみεＮを測定する。車体重量が異なる場合には、同じ車体重量になるようにする。そして、εＮとεＬの値を比較する。εＮとεＬの値が同じであれば、はく離発生なし。εＮとεＬの値が異なればはく離発生である。
【００１６】次いで、図６を用いてはく離長さの測定方法を説明する。ひずみゲージ４、５は接着部３の極近傍に貼ってあるため、応力集中をおこす。この接着部がはく離を受けると、ひずみゲージが応力集中部より離れるため、図６に示すように、はく離長さとともにひずみは小さくなる。
【００１７】この関係は、あらかじめ解析および実験により求めておく。はく離発生のときと同様に、浮上時のひずみを図３、図４のように測定する。このひずみを図６の値と比較することにより、はく離長さを求めることができる。
【００１８】図７を用いて他の実施形態について説明する。本実施形態は、磁気浮上列車浮上時のひずみをもとに、ＦＲＰ部の損傷を評価する方法である。図７に示すように、ひずみゲージをＦＲＰ部の鉛直方向の１２時と６時の位置に貼っておく。このときは、１２時と６時の線上であれば、ひずみゲージを貼る枚数は何枚でもよい。また、室温側、低温側の両方に貼ってよい。
【００１９】この場合、接着部の応力集中がないだけで、図１の例と同様に、室温側１２時の位置では圧縮、６時の位置では引張り力が作用する。ＦＲＰ部の損傷は図１の例と同様に、以下の手順で評価する。
【００２０】初期浮上時のひずみεＬを測定しておく。その後、走行時の浮上時毎にひずみεＮを測定する。車体重量が異なる場合には同じ車体重量になるようにする。そして、εＮとεＬの値を比較する。εＮとεＬの値が同じであればＦＲＰ部の損傷なし。εＮとεＬの値が異なればＦＲＰ部に損傷ありである。
【００２１】図８および図９を用いて他の実施形態を説明する。本例は、推進力をもとに接着部のはく離を評価する方法である。図８は超電導磁石の水平断面図である。荷重支持体７の接着部近傍の応力集中を受ける箇所で、列車進行方向前後部である３時と９時の位置に、ひずみゲージを貼付しておく。ひずみゲージは室温側と低温側の両方に貼っておく。
【００２２】図８のように推進力が働いたとすると、ひずみゲージ４は圧縮、ひずみゲージ５は引張り力を受ける。このうち、引張り力を受けるひずみゲージ５の時間変化は図９のようになる。
【００２３】磁気浮上列車が加速時に引張りひずみをうけた後、等速運転している間はひずみは零になる。その後、減速時には逆方向に力が働くため、圧縮ひずみを受ける。このひずみは加速度に比例する値である。このひずみεＮを測定し、図５の手順で接着部のはく離を評価することができる。同様に、ＦＲＰ部の損傷についても評価することができる。
【００２４】図１０および図１１を用いて、さらに他の実施形態を説明する。本例は励磁力をもとに接着部のはく離を評価する方法である。超電導磁石外槽内には、４個の超電導コイルが列車進行方向に並置して収納されている。この４個のコイルがＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極の順番になるように励磁される。このとき、Ｓ極とＮ極間には吸引力が働くので、室温側ひずみゲージ４には圧縮、ひずみゲージ５は引張り力になる。
【００２５】ひずみゲージ５の時間変化は図１１のようになる。励磁状態の間は引張りひずみが作用し、消磁するとひずみは零になる。このひずみεＮを測定し、図５と同様の手順で接着部のはく離を評価することができる。同様に、ＦＲＰ部の損傷についても評価することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、磁気浮上列車において、荷重支持体のＦＲＰと金具の接着面のはく離発生、およびはく離長さを求めることができる。また、ＦＲＰ部の損傷を評価することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２１５７７
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月７日（１９９９．１０．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６６９７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１２１２０（Ｐ２００１−１１２１２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２０日（２００１．４．２０） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８６６２５ |
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