JP3674456B2

JP3674456B2 - 補強リング一体型鏡板

Info

Publication number: JP3674456B2
Application number: JP2000133678A
Authority: JP
Inventors: 紀夫平山; 直樹友光
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-05-02
Also published as: JP2001315889A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水処理装置として用いる浄化槽や、石油などの液体を貯留する液体貯留槽などの密閉空間を有する槽の、両端部を閉塞させる鏡板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば汚水処理装置としての浄化槽は、図１３に示すように円筒状パイプｂの両端を鏡板ｃにて閉塞させ（図は一端のみを示す）、その閉塞された空間内部は空間内部内に貯留または滞留した液体を仕切る目的で、仕切り板ｄを設置した水槽ａを用いている。通常は、円筒状パイプｂの外周あるいは内周（図は内周の場合）には槽全体の剛性を高めるため、補強リングｅを設けている。
【０００３】
そして、比較的大型の浄化槽の場合には、通常、繊維強化プラスチック製の水槽ａ本体内を仕切り板ｄによって縦列の複数の室に仕切り、各室に所定の部品を組み込んだものが使用されている。かかる浄化槽には、種々の処理方式のものがあるが、例えば、嫌気濾床接触曝気方式においては、流入管からの汚水をまず嫌気濾床槽で汚水中の有機物を嫌気性徴生物によって嫌気性分解し、更に接触曝気槽で接触材表面の生物膜によって好気性分解し、更に遊離した生物膜などを沈殿層で沈殿分離し、ついで上澄液を消毒室に導き塩素消毒のうえ放流する。
【０００４】
このような大型の浄化槽においては、槽自体の長さが非常に長くなり埋設深さも深くなり、さらにメンテナンス時には槽内の液体を吸い上げることがあるので、槽本体ａや鏡板ｃには非常に過大な土圧が作用することになる。槽本体ａや鏡板ｃにはこのような外圧荷重に耐える構造が求められている。また、浄化槽が車庫や通路若しくは車道の近傍に埋設されている場合や、浄化槽の清掃時等において内部が空になった時は、浄化槽本体ａがより過酷な荷重状態に曝される。特に、鏡板ｃや補強リングｅには浄化槽本体ａがこれらの外圧により破損しないように周壁部分の剛性を向上させる補強部材としての役割が大きくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来鏡板ｃは、図１４に示すように、単にガラス繊維強化プラスチック（以後ＧＦＲＰと称す）による単板のシェル構造体が用いられてきた。しかしながら、単板のシェル構造体として外圧などに対する十分な剛性を確保する場合には、鏡板ｃは槽本体ａと同程度かそれ以上の板厚が必要とされ、重量が大きく不経済な鏡板となってしまうという欠点がある。
【０００６】
さらに最大の欠点は、単板のシェル構造体の鏡板ｃでは、鏡板自体の座屈強度が不足し、浄化槽本体ａが外圧により破損しないように周壁部の剛性を向上させる補強部材としての役割に乏しく、鏡板ｃとは別に鏡板ｃを取り付けた同じ場所に、周壁部の剛性を向上させる補強部材として補強リングｅを設置しなくてはならない。このため、補強リングｅを設置するための接着作業の費用や補強リングｅの部材費用が別途必要で不経済であるばかりか、鏡板ｃを取り付けた同じ場所に補強リングｅを設置し、接着することは非常に作業が困難で、槽本体ａの組み立て工程全般を複雑にするばかりか、接着作業工程にミスがあると強度的に欠陥を有することになって、品質信頼性が低いものになっていた。
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決して、軽量で、浄化槽等の槽本体への取り付け作業性が容易であり、かつ鏡板ｃ自体の外圧に対する強度部材としての役割と、浄化槽本体ａの周壁部の強度、剛性を向上させる補強部材としての役割を同時に満足し、要求される荷重条件に対して最小重量で最大剛性が得られる、経済的な鏡板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、発明者らは、鏡板の板部と補強リング、更には補強リブを一体化することに着目し、どのようにこれらを配置すると最適な構造になるのか有限要素法による数値解析を用いて、目的関数として仕切り板の総重量、設計変数としてはさまざまな補強リングおよびリブ形態とそれらの板厚と幅等の寸法とし、目的関数である鏡板の総重量が最小となるように数値実験を繰り返し検討した。
【０００９】
その結果、鏡板は槽本体よりも薄い板構造でありながら、鏡板の最外周の槽本体と接合する部分に槽本体の内側形状にそった形で鏡板の少なくとも片側表面に補強リングを一体化することで、十分に補強リングと鏡板両方の機能を満足することが明らかになった。そして、鏡板に更に補強リブを設ける際には、そのリブ構造としては、鏡板の周辺部に設けられた補強リングから板の中央付近の結合部に向かって配置される補強リブ形態が、鏡板として要求される荷重条件に対して最小重量で最大剛性が得られることを発見し、本願発明の補強リング一体型鏡板を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の補強リング一体型鏡板は、浄化槽などの密閉空間を有する槽両端部を閉塞させる鏡板において、該鏡板が繊維強化プラスチック製の板状材、及び該板状材と一体化した補強リングとからなり、該補強リングは前記板状材周辺部の槽本体との接合部に沿って形成される。該補強リングを一体化した鏡板に、更に板状材と一体化した補強リブを設ける場合は、該補強リブは板状材の少なくとも片側表面に、該板状材の周辺部の少なくとも３箇所から板状材中央付近の補強リブの結合部に向かって直線的に形成されるようにする。
【００１１】
この補強リング一体型鏡板を構成する補強リングおよび補強リブは、内部をウレタン発泡材又はスチレン発泡材とし、外層部は繊維強化プラスチック製の構造とすることが好ましい。また、補強リング一体型鏡板において、補強リング一体型鏡板を構成する補強リングと一体化された繊維強化プラスチック製の板状材、又は補強リング及び補強リブと一体化された繊維強化プラスチック製の板状材は、表面が平滑な平面である他、波板あるいは曲面のような凹凸を有する板であってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の補強リング一体型鏡板の第一の実施例を示し、図１において、Ａは鏡板１の正面図、Ｂは鏡板１の一部縦断側面図である。図１に示すように、本発明の補強リング一体型鏡板１は、補強リングと一体化したＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の平板などの板状材２からなる。補強リング３は、板状材２の周縁部に沿って形成されている。
【００１３】
図２には、本発明の補強リング一体型鏡板の第二の実施例を示す。図２においてＡは片側の鏡板１０１を槽内部より見た裏面図、Ｂは同鏡板１０１の側面図である。図２おいては、本発明の補強リング一体型鏡板１０１には、補強リング３に加えて、更に補強リブ４を設け、補強リング３と補強リブ４とがＦＲＰ製の平板などの板状材２の内側表面に一体化されている。そして補強リブ４は、板状材２の周辺部の少なくとも３箇所（図２では、６箇所の場合を示す）から板状材２上の結合部２１に向かって直線的に形成されている。
【００１４】
板状材２の周辺部とはその表面全体の形状の外周部全体を指し、結合部２１とは板状材２の中央付近を指しているが、結合部２１は必ずしも板状材の中心である必要はない。補強リブ４は、板状材２の片側表面上の外周部の少なくとも３箇所から結合部２１に向かって形成されるが、外周部の少なくとも３箇所は、各々が均等な間隔にある必要はない。図２に示す実施形態では、結合部２１、即ち板状材の周辺部から中央付近に向かって直線状に延びるように配置された補強リブ４の結合位置は、鏡板１０１の中心からやや下方に偏位し、上下非対称に配置されている。また、外周部の少なくとも３箇所から補強リブ４を設置する必要があるが、重量と強度を考慮すると好ましくは６個所である。
【００１５】
この補強リング３、補強リブ４の材質は、通常ＧＦＲＰとするが、図３、図４に夫々示すように、補強リング３及び補強リブ４のそれぞれの内部３１、４１をウレタン或いはスチロールからなる発泡材或いは木材などの材質とすることもできる。好ましくは、補強リング３、補強リブ４の内部３１、４１は硬質ウレタンの発泡剤とし、補強リング３、補強リブ４のそれぞれの表面３２、４２がＧＦＲＰである構造であるが、それにより、一層の軽量化を図ることができる。
【００１６】
図３は、補強リング一体型鏡板１、１０１を浄化槽などの水槽外壁を構成する筒状パイプ５に取り付けた場合の、取り付け状態を示す拡大断面図であり、３３は補強リング一体型鏡板１、１０１を筒状パイプ（胴板）５に固定するためのＧＦＲＰを示す。なお、上記各実施形態においては、補強リング３或は補強リブ４を板状材２の内側表面に設けた場合を示したが、本発明の補強リング一体型鏡板は、上記のものに限定されるものではなく、補強リング３或は補強リブ４は、板状材２の外側表面、または内外表面の両面に設けることができる。
【００１７】
本発明の補強リング一体型鏡板に用いる板状材２はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製であるが、ＦＲＰに用いられる補強繊維としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などを挙げることができ、また、樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂であれば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などであり、熱可塑性樹脂であれば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂などを挙げることができる。ガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂の組み合わせは、安価であり、入手しやすさから好ましく用いることができる。
【００１８】
図１に示した本発明の補強リング一体型鏡板１を浄化槽に用いた場合の例を図５に示す。図５において、本発明の補強リング一体型鏡板１は、筒状パイプ５の両端に筒状パイプ５を密閉閉塞するように固着され、更に、浄化槽などの水槽６の密閉空間の槽内部を仕切るように仕切り板７が設けられている。その際、筒状パイプ５の外周あるいは内周（図は内周の場合）には槽全体の剛性を高めるため、補強リング８を設けることもできる。同様にして、図２に示した本発明の補強リング一体型鏡板１０１を浄化槽に用いた場合の例を図６に示す。図６の鏡板１０１には、補強リブ４が設けられている。
【００１９】
尚、本発明の補強リング一体型鏡板は、図１、図２に示した円形以外にも種々の形状とすることが出来る。図７、図８においては、夫々、Ａは片側の鏡板を槽内部より見た裏面図、Ｂは同鏡板の側面図である。補強リング一体型鏡板の板状材２の全体形状は、浄化槽などの水槽の密閉空間断面の形状におよそ合わせた形状であって、該密閉空間を閉塞するものであれば良い。即ち、図７、図８に示す本発明の補強リング一体型鏡板２０１、３０１の如く角が丸く周壁が湾曲した四角形状の他、楕円形状であってもよい。
【００２０】
なお、前記第一、第二実施形態では、鏡板１、１０１に全体が一様な曲率の曲面で構成された板状材２を用いる場合を示して説明したが、本発明の補強リング一体型鏡板はこれに限定されるものではなく、図８に示す鏡板３０１におけるような平板、或いは波板（図示せず）等を板状材として用いても良く、更には、複数の平板を段差を設けて重ねたような形状であってもよい。また、本発明の補強リング一体型鏡板は、水槽に固定するために板状材２の外周辺部又は補強リング部にフランジ部を設けることもできる。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
補強リング３の内部３１の材質を硬質ウレタン発泡材とし、補強リング３の外層部３２がＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の板で囲まれた構造として、図１に示すような、ＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の曲面を有する厚さ６ｍｍの板状材２に、補強リング３が一体化された形状の補強リング一体型鏡板１を得た。この鏡板１を図５に示すように、浄化槽として直径が２５００ｍｍのガラス繊維により補強された不飽和ポリエステル樹脂からなる繊維プラスチック製円筒横置きタイプの筒状パイプ５に、図３に示すようにＧＦＲＰによるオーバーレイ３３による接着で取りつけた。この浄化槽の水槽６は断面が円形の筒状パイプ５の両端に鏡板１を接合し（図は筒状パイプ５の一端のみを示す）、補強リング８を前記筒状パイプ５の円周方向内面に取り付けた構造であり、それに槽内仕切り板７によって縦列の複数の室に仕切り、各室に所定の部品を組み込んだ。その後、筒状パイプ５にマンホール用の開口９を加工した。
【００２２】
（実施例２）
次に、補強リング３及び補強リブ４の内部３１、４１の材質を硬質ウレタン発泡材とし、補強リング３及び補強リブ４の外層部３２、４２がＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の板で囲まれた構造として、図２に示すような、ＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の曲面を有する厚さ４ｍｍの板状材２に、補強リング３及び６本の補強リブ４が一体化された形状の補強リング一体型鏡板１０１を得た。次に、図６に示すように、直径が２５００ｍｍのガラス繊維により補強された不飽和ポリエステル樹脂からなる繊維強化プラスチック製円筒横置きタイプの浄化槽の水槽６の両端に上記の補強リング一体型鏡板１０１をＧＦＲＰによるオーバーレイ３３による接着で取りつけた。更に、補強リング８を前記筒状パイプ５の円周方向内面に取り付け、槽内仕切り板７によって縦列の複数の室に仕切り、各室に所定の部品を組み込んだ。
【００２３】
（比較例１）
図１４に示すような、ＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の曲面を有する単板構造で成形された厚さ８ｍｍの鏡板ｃを図１３に示すように、浄化槽として直径が２５００ｍｍのガラス繊維により補強された不飽和ポリエステル樹脂からなる繊維強化プラスチック製円筒横置きタイプの筒状パイプｂに図１５に示すようにＧＦＲＰによるオーバーレイｆによる接着で取りつけた。その後、補強のため鏡板ｃと、筒状パイプｂ両端との接合部に、補強リングｅをＧＦＲＰによるオーバーレイ接着で取付けた。この浄化槽の水槽ａは断面が円形の筒状パイプｂで両端に鏡板ｃと補強リングｅを接合し（図は筒状パイプｂの一端のみを示す）、更に補強リングｅを前記筒状パイプｂの円周方向内面に取り付けた構造となっており、それに、槽内仕切り板ｄによって縦列の複数の室に仕切り、各室に所定の部品を組み込んだ。
【００２４】
（比較例２）
比較例１と同様に、図１４に示すような、ＧＦＲＰ（不飽和ポリエステル樹脂とガラス繊維からなる強化プラスチック）製の曲面を有する単板構造で成形された厚さ８ｍｍの鏡板ｃを図１３に示すように、浄化槽として直径が２５００ｍｍのガラス繊維により補強された不飽和ポリエステル樹脂からなる繊維強化プラスチック製円筒横置きタイプの筒状パイプｂにＧＦＲＰによるオーバーレイｆによる接着で取りつけた。その後、この鏡板と筒状パイプｂの両端には補強リングｅを取りつけず、筒状パイプｂの円周方向内面に補強リングｅを取り付け、槽内仕切り板ｄを設け、所定の部品を組み込み、浄化槽を組み立てた。
【００２５】
上記各実施例、比較例における浄化槽の厚み、鏡板、板状材の厚み、オーバーレイ、補強リング、補強リブ等の詳細を表１に示す。また、槽の座屈に対する安全率、各槽の座屈モードを測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
実施例１，２と比較例１，２について、数値実験例として組み上げた槽に、地下水が槽の頂部から上部に５００ｍｍまであることを想定し、槽の頂部から５００ｍｍ上部を水位とする静水圧荷重を与えたときの座屈解析結果について、本発明の実施例１による補強リング一体型鏡板１の座屈モード図を図９に、本発明の実施例２による補強リング一体型鏡板１０１の座屈モード図を図１０に、比較例１の座屈モード図を図１１に、比較例２の座屈モード図を図１２に、それぞれ示した。
【００２８】
図９及び図１０から明らかなように、実施例１、実施例２の本発明の補強リング一体型鏡板１、１０１を設置した浄化槽では、槽の座屈は仕切り板７と補強リング８との間で発生し、補強リング一体型鏡板１、１０１の近傍では発生していないことが判る。すなわち、本発明の補強リング一体型鏡板１、１０１は、鏡板としての役割と同時に槽全体を外圧による座屈から守る補強部材としての役割を十分に果たしていることが判る。また、実施例１におけるように、強度的には不利となる筒状パイプ５にマンホール用の開口９を加工した場合でも、槽本体の板厚を小さくした場合でも、この傾向に変わりはない。
【００２９】
一方、比較例２では、図１２から判るように、座屈が鏡板の近傍で発生しており、鏡板が槽本体を外圧から守る補強部材としての役割を果たしていない。表１から明らかなように、本発明の補強リング一体型鏡板１は、槽の座屈に対する安全性は比較例2よりも約４０％向上しているが、その重量はおよそ半分となっている。従来の鏡板に加えて補強リングを使用した比較例１の浄化槽は、槽の座屈に対する安全性は実施例２のものと変わらないが、実施例２の鏡板は、重量ではおよそ半分となっている。重要なことは、比較例１では、補強リングｅを鏡板と共に設置して、初めて本発明の補強リング一体型鏡板と同様の強度が得られるものであり、補強リングｅの費用と取り付けの加工費用とを考慮すると、結局、経済性は本発明によって約２５％向上したことになる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の補強リング一体型鏡板は、浄化槽などの密閉空間を有する槽両端部を閉塞させる鏡板において、該鏡板が繊維強化プラスチック製の板状材、及び該板状材と一体化した補強リングとからなり、該補強リングは前記板状材周辺部の槽本体との接合部に沿って形成されているものとしたので、槽内水圧に耐える構造板としての役割と、槽に作用する土圧などの外圧力による槽の変形、破損を防ぐため、周壁部の剛性を向上させる補強部材としての役割を同時に満足し、且つ、補強リングと鏡板を別々の部材として配置するよりも、強度構造上有利であることは勿論、槽本体への取り付け作業が容易且つ確実で、経済的である。また、本発明の補強リング一体型鏡板は、補強リングに加えて前記板状材の周辺部から板状材の中央付近の結合部に向かって配置される最適なリブ配置を持つものであるので、鏡板に発生する応力分布が均一となり、破損事故の原因となる応力集中が発生することはなく、鏡板として要求される荷重に対して最小重量でかつ最大の剛性を実現でき、品質の信頼性を高め、水槽自体の強化と共に水槽自体の軽量化にも有利である。
【００３１】
また、鏡板に設けられる補強リングと補強リブの構造として、表層部をＧＦＲＰとし、硬質ウレタンの発泡剤を内包させたようなサンドイッチ構造をとることにより、水槽内で長時間液体に浸漬されても強度の劣化等がない高品質な鏡板とすることが可能であり、水槽の機能面・品質面での性能が向上する。鏡板を水槽に取り付ける場合にも軽量・高剛性であるため、取り付け作業性がよく、槽本体との接着の信頼性が向上し、鏡板のもう一つの重要な機能である、槽本体との気密性も向上させることが可能であり、水槽の機能面・品質面での性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強リング一体型鏡板の第一の実施例を示し、Ａは鏡板１の正面図、Ｂは鏡板１の一部縦断側面図である。
【図２】本発明の補強リング一体型鏡板の第二の実施例を示し、Ａは鏡板１０１を槽内部から見た裏面図、Ｂは鏡板１０１の側面図である。
【図３】鏡板の槽本体との取り付け状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明の補強リング一体型鏡板に設けられた補強リブ４の断面図である。
【図５】図１に示した本発明の補強リング一体型鏡板１を設けた円筒横置き浄化槽を示す説明図である。
【図６】図２に示した本発明の補強リング一体型鏡板１０１を設けた円筒横置き浄化槽を示す説明図である。
【図７】本発明の補強リング一体型鏡板の他の実施例を示し、Ａは角型の鏡板２０１を槽内部から見た裏面図、Ｂは該鏡板２０１の側面図である。
【図８】本発明の補強リング一体型鏡板の他の実施例を示し、Ａは角型の平鏡板３０１を槽内部から見た裏面図、Ｂは該鏡板３０１の側面図である。
【図９】図１に示す本発明の第一の実施例による補強リング一体型鏡板１を設けた円筒横置き浄化槽の座屈モード図である。
【図１０】図２に示す本発明の第二の実施例による補強リング一体型鏡板１０１を設けた円筒横置き浄化槽の座屈モード図である。
【図１１】図１３に示す従来の鏡板を設けた円筒横置き浄化槽の鏡板取り付け部に沿って、補強リングを更に設置した浄化槽の座屈モード図である。
【図１２】図１３に示す従来の鏡板を設けた円筒横置き浄化槽の座屈モード図である。
【図１３】従来の鏡板を設けた円筒横置き浄化槽を示す説明図である。
【図１４】従来の鏡板を示し、Ａは鏡板ｃを槽内部から見た裏面図、Ｂは鏡板ｃの側面図である。
【図１５】従来の鏡板と、槽本体との取り付け部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１、３０１補強リング一体型鏡板
２板状材
３補強リング
４補強リブ
５水槽
６筒状パイプ
７仕切り板
８補強リング
２１補強リブの結合部
３１補強リングの内部
３２補強リングの外層部
４１補強リブの内部
４２補強リブの外層部

Claims

浄化槽などの密閉空間を有する槽両端部を閉塞させる鏡板において、該鏡板が繊維強化プラスチック製の板状材、該板状材と一体化して板状材周辺部の槽本体との接合部に沿って形成されている補強リング、及び板状材と一体化した補強リブとよりなるものであって、該各補強リブは、前記板状材の少なくとも片側表面に、該板状材周辺部に形成された補強リングの少なくとも３箇所から、浄化槽の設置時に鏡板の中心から下方に位置する該補強リブの結合部に向って直線的に延びるよう形成されていることを特徴とする補強リング一体型鏡板。
前記補強リング及び補強リブがウレタン又はスチレンの発泡材を内部に含み、外層部が繊維強化プラスチック製である請求項１に記載の補強リング一体型鏡板。
前記浄化槽などの密閉空間を有する槽両端部を閉塞させる鏡板において、鏡板を構成する補強リング及び補強リブと一体化した繊維強化プラスチック製の板状材が、平滑な平面を有する板材である請求項１、または２に記載の補強リング一体型鏡板。