JP3037914B2 - 強化プラスチック製マンホール蓋 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般家庭設備の
みならず公共設備において、一般の車道や歩道等に設け
られた下水道等の排水管路用や汚水浄化槽等のマンホー
ル蓋に関する。

【０００２】

【従来の技術】２１世紀に向けて、より快適な生活環境
を構築すべく、都市部は勿論のこと農漁村部においても
下水道処理設備の整備が行われ、その排水管路網の敷設
や汚水浄化槽の設置が急ピッチに進められている。

【０００３】下水道等の排水管路や汚水浄化槽は、その
点検・補修・保全のために、地中に埋設した管路や汚水
浄化槽と地上とを連通する開口部を適宜に地上に設け
て、定期的なメンテナンスをすることが必要であり、各
自治体が設定した基準に基づいて点検員が内部に潜入で
きる程度の人孔（マンホール）を適宜設けている。

【０００４】しかし、この人孔がそのまま公道や公園、
車庫出入口路等に開口しておれば極めて危険であるか
ら、通常はマンホール蓋を嵌合して外界と管路や汚水浄
化槽との連通を遮断していることは周知のことである。
マンホール蓋についてはＪＩＳや各自治体独自の制定に
よって規格化されており、現在のところ、一般道路用と
しては鼠鋳鉄製の外径約６００ｍｍの円盤を開口部に嵌
合している。また、市町村単位の下水処理場や集落の簡
易汚水処理場等では、鋳鉄の他に強化プラスチック製の
マンホール蓋で代替している場合もある。

【０００５】強化プラスチック材は、強度的には既に鼠
鋳鉄と遜色がないレベルにまで強化されたものが開発さ
れており、さらに軽量かつ腐食性雰囲気内でも遙かに耐
性が高いことなどから、敷設工事や日常の点検等におけ
る取り扱いが容易なことや耐久性も高く、いずれの点で
も鋳鉄材を凌駕しており、やがては強化プラスチック材
の適用される範囲が広範化してマンホール蓋の主流を占
めるのではないかと期待も大きい。

【０００６】このような情況の下、強化プラスチック材
をマンホール蓋に適用して従来技術の鋳鉄材に置換しよ
うとする発想は、強化プラスチック材自体の発展進歩と
軌を一にして進められ、例えば、電気用部品としてコネ
クターやヒューズホルダー、自動車の内装、外装の各箇
所の部材、音響部品等の多くの分野で強化プラスチック
材が活用されていることは周知の通りであり、建材用の
部材としてもその軽量化、耐食性に加え、金属材料に迫
る高強度の開発が業界の注目を集めているのも当然の成
行きである。強化プラスチック材は、別名ＦＲＰ（Fibe
r Glass Reinforced Plastics ）と同意語として解釈さ
れ、広義には熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂をすべて包含
し、金属、植物、鉱物等のあらゆる繊維質を配合添加し
て強化した材料を指称するが、狭義にはガラス繊維で強
化した不飽和ポリエステル樹脂（特殊なケースとしてエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂）を代表例とする。ガラス
繊維の引張り強度は１５０〜３００ｋｇｆ／ｍｍ² と非
常に大きいため、これが強化プラスチック材の強化に直
接貢献する最大の要件となっていることは疑問の余地が
ない。

【０００７】上記の強化プラスチック材を用いたマンホ
ール蓋として、実開昭６４−４７８５３号公報には、図
６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、鋳鉄等で成形した蓋板
１０１及び受け枠１０２よりなる金属製マンホールの下
側に、合成樹脂製又はガラス繊維入り強化プラスチック
材により成形した蓋板１０３が受け枠１０４にボルト・
ナットで固定された皿状の合成樹脂製又はガラス繊維入
り強化プラスチック材製のマンホール蓋を取り付けてな
る二重マンホール蓋が開示されている。しかし、このも
のは、車両等の通過に伴う外力を直接負担するものは、
あくまで従来どおりの金属製のマンホール蓋であること
に変わりなく、強化プラスチック材をもって鉄材を代替
する趣旨ではないと見なければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、全国的
に下水道等の排水管路の整備や汚水浄化槽の設置が急ピ
ッチで行われている一方、道路を走行する車両の大型化
及び車両数の増大化にともない、道路等に設置したマン
ホール蓋に掛かる動荷重、静荷重も大きくなる一方であ
る。

【０００９】このような情況の下、従来、強化プラスチ
ック製マンホール蓋の設計基準としては、普通乗用車が
安全に通行できる２，０００ｋｇｆ以上の破壊荷重を具
えておればマンホール蓋として適当と考えられていた。

【００１０】しかし、近年のＲＶ（レクリエーショナル
ビークル）車等のように車両の大型化にともない、更
に破壊荷重が４，０００ｋｇｆを越える高強度の強化プ
ラスチック製のマンホール蓋の開発が急務となった。

【００１１】本発明は、上述の道路環境の変化の下、４
０００ｋｇｆ以上の破壊荷重を有する強化プラスチック
製マンホール蓋を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明は、主原料層１１に、ガラス繊維からなるストラ
ンドマット１２や経糸及び緯糸の交差部分が接着剤によ
り一体に結合されたスダレロービングクロス１３を挟入
しサンドイッチ構造となるように加熱加圧成形したので
ある。

【００１３】上記ストランドマット１２とは、例えば、
ガラス繊維（ガラスストランド）を５０〜１００ｍｍの
長さに切断して無方向に均一な厚さに積み重ね、結合剤
を用いてマット状に成形したものである。これは、単独
では極めて引張り強度の強い繊維材を相互に絡ませて織
り合わされないでフリーのままで特殊な接着剤で相互の
接点だけを結着したものであり、繊維間は微細な空隙を
有すると共に、ガラス繊維本来の強度を全方向に対して
有する点に特徴がある。

【００１４】上記スダレロービングクロス１３とは、例
えば図４に示すように、緯糸又は経糸の少なくとも一方
がガラス繊維又は炭素繊維からなり、上記ガラス繊維又
は炭素繊維で構成される緯糸（又は経糸）（以後、「緯
糸」と称する。）を、一定の本数からなる束ごとに撚り
を与えずに引き揃え、この緯糸と直角方向に経糸（又は
緯糸）（以後、「経糸」と称する。）を配し、緯糸と経
糸の交差部で、上記経糸によって上記緯糸をその束毎に
結節することによりすだれ状に織成されたクロスであ
る。

【００１５】このスダレロービングクロス１３は、束を
形成する繊維の長さ方向（図４では、緯糸１４の繊維方
向）に対する引張強度は金属を遙かに凌駕する抜群のレ
ベルにあるから、その繊維方向に対しては他の追随を許
さない強度を具える反面、上記方向と異なる方向に対し
ては、強度が急速に低下することは物理的原則に基づき
止むを得ないことである。このため、本発明のように方
向の不特定な荷重を対象とするときには、少なくとも２
枚のスダレロービングクロス１３を、束を形成する繊維
の長さ方向（図４では、緯糸１４の繊維方向）が互いに
直交するように重ね合わせて、どの方向に対しても高破
壊荷重に耐えられるように敷設するのが好ましい。

【００１６】また、上記スダレロービングクロス１３
は、そのままでは、マンホール蓋の製作工程で加熱加圧
成形時に、緯糸１４と経糸１５との結節部で「ズレ」が
生じて密度が不均等となったり、織成品特有の「ほぐ
れ」が起こって緯糸１４の方向性が失われ初期の強度レ
ベルが崩れるという懸念も起こりえる。このため、スダ
レロービングクロス１３を織成した後、図５に示すよう
に、その緯糸１４と経糸１５の交差部分を接着剤により
一体に結合する。この接着剤は任意のものを使用できる
が、マンホール蓋の表面に気泡状の隆起等の欠陥を生じ
ない点から、ポリエステル樹脂からなる接着剤が好まし
い。

【００１７】交差部が接着剤により一体に結合されたス
ダレロービングクロスを用いれば、加熱加圧成形時に、
スダレロービングクロスの繊維束の乱れが防止される。
このため、局部的な強度低下が防がれると共に、得られ
るマンホール蓋の破壊荷重を所定以上にあげることがで
きる。さらに、上記繊維束の乱れが防止されるので、樹
脂硬化時の収縮むらをなくすことができる。

【００１８】すなわち、交差部分を被覆したスダレロー
ビングクロス１３を用いることにより、その被覆による
マンホール蓋自体の質量増加が極めて微少であるのにも
かかわらず、被覆により得られる補強効果は極めて大き
い。このため、強度向上と形状及び寸法の現状維持とい
う相反する命題を同時に満たすために、最低限の補強手
段の構成追加によって大幅な負荷強度の向上を実現し、
既設のマンホール蓋の更新を極めて容易に実施すること
ができる。

【００１９】なお、ガラス繊維と炭素繊維とは、価格面
を除けば、ほぼ同様な特性をもっており、このため、こ
の発明では、全てのガラス繊維に代えて、炭素繊維を採
用し得る。

【００２０】

【発明の実施の形態】上記主原料層１１は、不飽和ポリ
エステル樹脂を母材とし、各種添加剤を添加して均一に
分散するように混練したものである。この主原料層１１
に補強材として、例えば、ストランドマットやスダレロ
ービングクロス等を必要数挟入して加熱加圧成形するこ
とによりサンドイッチ構造となり、層状としたものの例
として、レジンコンクリート、バルク・モールディング
・コンパウンド（以下、「ＢＭＣ」と称する。）、シー
ト・モールディング・コンパウンド（以下、「ＳＭＣ」
と称する。）等を層状にしたものがあげられる。

【００２１】上記のレジンコンクリートは、不飽和ポリ
エステル樹脂等の熱硬化性樹脂を母材とし、これに珪
砂、炭酸カルシウム、顔料、硬化剤、内部離型材等の添
加剤を加えて均一に分散するように混練したものを主原
料層とし、補強材としてガラス繊維ストランドマットや
スダレロービングクロスを必要数挟入したサンドイッチ
構造となるように加熱加圧成形したものである。また、
上記のＢＭＣは、不飽和ポリエステル樹脂を母材とし、
これにガラス短繊維（ガラスチョップ）、炭酸カルシウ
ム、顔料、硬化剤、その他内部離型剤等の添加剤を加え
て、均一に分散すように混練したものを主原料層とし、
補強材としてガラス繊維ストランドマットやスダレロー
ビングクロスを必要数挟入しサンドイッチ構造となるよ
う加熱加圧成形したものである。さらに、上記のＳＭＣ
は、不飽和ポリエステル樹脂にガラス短繊維、低収縮
剤、充填剤、内部離型剤、顔料、硬化剤等を加え、混練
した混合物に増粘剤を混合したコンパウンドを、ポリエ
チレンフィルム等の熱可塑性樹脂製フィルムでシールし
たシート状の成形材料で、ロール状に巻き取られる。こ
のシートを所要寸法に切断し、必要枚重ねて加熱加圧成
形することにより成形が行われる。このとき、上記各シ
ート間にスダレロービングクロスを必要数挟入して更に
強化する場合もある。

【００２２】この主原料層１１へのストランドマット１
２の挟入位置は、特に限定されるものではないが、図２
に示すように、上記主原料層１１の上下表面近くに全面
にわたって存在させると、主原料層１１の樹脂がそのマ
ットの繊維間の微細な空隙に侵入し、硬化時にはその空
隙内の収縮となるため、部分的に大きな窪み（収縮む
ら）が生じない。このため、加圧型の押圧面に倣った平
面に極めて近くすることができ、また、ガラス繊維本来
の引張強度により、マンホール蓋の破壊荷重を増すこと
ができる。

【００２３】スダレロービングクロス１３の挟入位置も
同様に特に限定されるものでなく、例えば、図２に示す
ように、ストランドマット１２が上記主原料層１１の上
下の全表面近くに設けられた場合は、この下側のストラ
ンドマット１２に近接して設け、全体としてサンドイッ
チ構造を取ることができる。

【００２４】上記接着剤により、スダレロービングクロ
ス１３の緯糸１４と経糸１５の交差部分を被覆して被覆
部１６を形成する方法としては、束を形成する繊維の長
さ方向（図４及び図５では、緯糸１４の繊維方向）と直
角方向の糸（図４及び図５では、経糸１５）に沿って、
その糸全体を一度に又は連続的に接着剤で塗布又は浸漬
することにより、緯糸１４と経糸１５の交差部分を接着
剤で被覆する方法があげられる。このようにすれば、ス
ダレロービングクロス１３の束を形成する繊維（図４及
び図５では、緯糸１４）の大部分が接着剤に被覆されな
いので、スダレロービングクロス１３自体の有するしな
り等が保持される。また、マンホール蓋の製作工程にお
いて、主原料層１１の樹脂が、スダレロービングクロス
１３の束内に侵入することができるので、得られたマン
ホール蓋を一体的に形成することができる。

【００２５】また、上記主原料層１１に、ガラス又は炭
素の長繊維を格子状に組み合わせて交差部分を接着剤で
結合した不織網を所定枚数挟入することができる。この
不織網を用いると、得られるマンホール蓋の破壊荷重を
より高くすることができる。

【００２６】

【実施例】この実施例にかかる強化プラスチック製マン
ホール蓋１は、図１に示すように、汚水浄化槽等（図示
せず）の開口部の口縁に沿って路面Ｇに載置された受け
枠２の内周に嵌合して着脱自在に取り付けられ、その受
け枠２の上面２１が路面Ｇと一致するようにコンクリー
トで埋設される。このため、通常の状態では通行の障害
とはならない。また、規定に基づく点検時、又は緊急時
等には、自治体等の担当員が手持ちハンドル３等を把持
して持ち上げて取り外し、地上と地下の下水管路等の内
部とを連通させる。この蓋の呼び径×厚さは、６００×
１４ｍｍである。

【００２７】この強化プラスチック製マンホール蓋１
は、まず、図２に示すように、主原料層１１の下面にス
ダレロービングクロス１３を敷設し、さらに、このスダ
レロービングクロス１３の下面及び主原料層１１の上面
にストランドマット１２を敷設して、一体的に加熱加圧
成形することにより得る。加熱加圧成形時、主原料層１
１の樹脂がスダレロービングクロス１３及びストランド
マット１２の繊維間に染みだし、結果として一体化され
る。

【００２８】次に、他の実施例を図３に示す。この実施
例は、補強部材として、ストランドマット１２、緯糸と
経糸の交差部を接合したスダレロービングクロス１３に
加え、ガラス又は炭素の長繊維を格子状に組み合わせて
交差部分を接着剤で結合した不織網１７を挟入したもの
である。この不織網１７の介在により、破壊強度はさら
に向上する。この不織網１７を挟入する枚数は、特に限
定されるものではなく、その目的に応じて所定枚数を挟
入することができる。例えば、図３に記載の場合のよう
に、各ストランドマット１２、スダレロービングクロス
１３の内側に２枚挟入させてもよい。この不織網１７
も、その交差部分は接着剤で接合しているため、加熱加
圧成形時に、格子の乱れが生じて密度が不均等となっ
て、強度レベルが崩れることが防止される。

【００２９】ここで、マンホール蓋の破壊強度を向上す
るには、単純に考えれば、ストランドマット１２、スダ
レロービングクロス１３、及び必要に応じて不織網１７
の敷設枚数を増やし、強力な各繊維の配合密度を増加し
て対応すればよいとも解釈できるが、マンホール蓋自体
の直径や厚さ自体は如何に強度的な向上が要請されよう
とも徒に変更することは別問題であり、既設のマンホー
ル設備との互換性から判断しても、ほどんど許容されな
いと考えるべきである。例えば、必要以上にスダレロー
ビングクロス１３の枚数を増やしたとしても、加熱、加
圧、成形時にスダレロービングクロス１３の緯糸と経糸
との結節部でズレが生じて密度が不均等となったり、織
成品特有の「ほぐれ」が起こって緯糸の方向性が失われ
予定通りの強度レベルが崩れるという懸念も起こりえ
る。

【００３０】このようにサイズの肥大化又は大型化、質
量の増大、組織的な強度の整合性の破綻等によって強度
向上に大きな限界が立ち塞がるうえ、高価なガラス繊維
材の多用は製品単価の高騰に直接結びつき、到底、耐え
難い一線に阻まれる。このため、この発明は、スダレロ
ービングクロス１３、及び必要に応じて不織網１７の交
差部分の結合によって、前記サイズの肥大化、製品単価
の高騰を抑制したのである。

【００３１】〔交差部を接合したスダレロービングクロ
スの製造〕使用したスダレロービングクロス１３は、図
４に示すように、緯糸１４にＥガラス（無アルカリガラ
ス）繊維のストランドを、撚りを与えず引き揃えた直捲
ロービング（ＤＷＲ：ダイレクトワインディングロービ
ング）を使用し、経糸１５にはビニロン糸（紡織糸）を
使用し、緯糸１４が同一方向に整合するように最小数の
使用により織成したものである。

【００３２】上記のスダレロービングクロスの経糸１５
にポリエステル樹脂を主成分とする接着剤を塗布して被
覆部１６を形成し、交差部を接合したスダレロービング
クロス１３を製造した。これを以下の実施例及び比較例
に使用した。

【００３３】〔実施例１〕不飽和ポリエステル樹脂を母
材とし、これに珪砂、炭酸カルシウム、顔料、硬化剤、
その他内部離型剤などの添加剤を加えて、均一に分散す
るように混練して得られたレジンコンクリートの主原料
層の下面に上記の交差部をポリエステル樹脂で接合した
スダレロービングクロスを敷設し、さらに、このスダレ
ロービングクロスの下面及びレジンコンクリートの上面
にガラス繊維製のストランドマットを敷設した。これ
を、一体的に加熱加圧成形して図１及び図２に記載のマ
ンホール蓋を製造した。これの破壊荷重（ｋｇｆ）を測
定した。その結果を表１に示す。

【００３４】〔実施例２〕実施例１に記載の主原料層の
上下両面に、ガラスの長繊維を格子状に組み合わせて交
差部分を接着剤で結合した不織網を敷設し、主原料層下
面側の不織網の下面に、上記の交差部をポリエステル樹
脂で接合したスダレロービングクロスを敷設し、さら
に、このスダレロービングクロスの下面及び主原料層上
面側の不織網の上面にガラス繊維製のストランドマット
を敷設した。これを、一体的に加熱加圧成形して図１及
び図３に記載のマンホール蓋を製造した。これの破壊荷
重（ｋｇｆ）を測定した。その結果を表１に示す。

【００３５】〔比較例１〕補強材として交差部を接合し
たスダレロービングクロスの代わりに交差部を接合して
いないスダレロービングクロスを用いた以外は、実施例
１と同様にしてマンホール蓋を製造した。これの破壊荷
重（ｋｇｆ）を測定した。その結果を表２に示す。

【００３６】〔実施例３、４〕主原料層として、不飽和
ポリエステル樹脂を母材とし、これにガラス短繊維、炭
酸カルシウム、顔料、硬化剤、その他内部離型剤などの
添加物を加えて均一に分散するように混練したＢＭＣの
主原料層を用いた以外は、実施例１及び２と同様にして
図１及び図２に記載のマンホール蓋を製造した。これの
破壊荷重（ｋｇｆ）を測定した。その結果を表１に示
す。

【００３７】〔比較例２〕補強材として交差部を接合し
たスダレロービングクロスの代わりに交差部を接合して
いないスダレロービングクロスを用いた以外は、実施例
３と同様にしてマンホール蓋を製造した。これの破壊荷
重（ｋｇｆ）を測定した。その結果を表２に示す。

【００３８】〔実施例５、６〕主原料層として、不飽和
ポリエステル樹脂にガラス短繊維、低収縮剤、充填剤、
内部離型剤、顔料、硬化剤等を加え、混練した混合物に
増粘剤を混合したコンパウンドを、ポリエチレンフィル
ム等の熱可塑性樹脂フィルムでシールしたシート状の成
形材料であるＳＭＣの主原料層を用いた以外は、実施例
１及び２と同様にして図１及び図２に記載のマンホール
蓋を製造した。これの破壊荷重（ｋｇｆ）を測定した。
その結果を表１に示す。

【００３９】〔比較例３〕補強材として交差部を接合し
たスダレロービングクロスの代わりに交差部を接合して
いないスダレロービングクロスを用いた以外は、実施例
５と同様にしてマンホール蓋を製造した。これの破壊荷
重（ｋｇｆ）を測定した。その結果を表２に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】結果 この表から、すべての実施例は４０００ｋｇｆ以上の破
壊強度を有して、今日の高強度のマンホール蓋として十
分なことが理解できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は以上に述べたとおり、マンホー
ル蓋の軽量化、耐久性を飛躍的に向上させた繊維強化プ
ラスチック製でありながら、鋳鉄材を代表とする金属製
以上の強度を具えており、道路を通行する車両の大型化
や多量化に対応可能な材料特性を有し、且つその強化に
伴う製造コスト及び質量の上昇も極く僅少に留まること
から、既設のマンホール蓋に替わってそのまま置換する
だけで強化の実をあげることができ、時代のニーズに直
接応える資質を有しており、実施に伴って得られる効用
は計り知れないものがあると期待が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例を示す平面図

【図２】同実施形態の断面図

【図３】他の実施形態の例の断面図

【図４】本発明の実施形態におけるスダレロービングク
ロスの正面図

【図５】（ａ）同スダレロービングクロスの結節部の正
面図 （ｂ）同スダレロービングクロスの結節部の側面図

【図６】（Ａ）従来例の断面図 （Ｂ）（Ａ）の要部拡大図

【符号の説明】

１ マンホール蓋 ２ 受け枠 ３ 把持部 １１ 主原料層 １２ ストランドマット １３ スダレロービングクロス １４ 緯糸 １５ 経糸 １６ 被覆部 １７ 不織網 ２１ 受け枠上面 Ｇ 路面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 29/14 E03F 5/02 - 5/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不飽和ポリエステル樹脂を母材とするレ
   ジンコンクリートからなる主原料層１１に、ガラス繊維
   又は炭素繊維からなるストランドマット１２、及び、経
   糸と緯糸との交差部分を接着剤により一体に結合したス
   ダレロービングクロス１３を挟入し、サンドイッチ構造
   となるように加熱加圧成形したことを特徴とする強化プ
   ラスチック製マンホール蓋。
2. 【請求項２】 上記主原料層１１に、ガラス又は炭素の
   長繊維を格子状に組み合わせ、その交差部分を接着剤で
   結合した不織網１７をさらに挟入したことを特徴とする
   請求項１に記載の強化プラスチック製マンホール蓋。
3. 【請求項３】 上記主原料層１１を、レジンコンクリー
   トからなる層に代えてバルク・モールディング・コンパ
   ウンドからなる層とすることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の強化プラスチック製マンホール蓋。
4. 【請求項４】 上記主原料層１１を、レジンコンクリー
   トからなる層に代えてシート・モールディング・コンパ
   ウンドからなる層とすることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の強化プラスチック製マンホール蓋。