JP4077977B2

JP4077977B2 - 繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニット

Info

Publication number: JP4077977B2
Application number: JP09361299A
Authority: JP
Inventors: 繁宏松野; 章夫小野寺; 邦行山田; 徹渡辺
Original assignee: Ube-Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Ube-Nitto Kasei Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282562A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、養殖施設において使用される長スパンの歩み板や、工事領域等で仮設される簡易橋、或いは下水処理場における処理槽の覆蓋などの、ガラス繊維などの補強繊維から形成されるＦＲＰ樹脂等を用いて製作される各種構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一方向に引きそろえられたガラス繊維強化ＦＲＰ層を中間層とし、該中間層を挟んで被覆する様に、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂を内層及び外層として配した三層構造の繊維強化中空構造体は、軽量、高強度かつ高剛性である上、電気絶縁性、耐久性、耐腐食性も良好であるといった優れた特性を併せて備えている。この繊維強化中空構造体は主に管状または板状の構造材として形成され、一般の木材や、該木材を貼設した集合材などの天然材と違い、外部から長期に亘り荷重が掛かかる状況下に置かれたとしても、クリープ現象等の品質劣化が殆ど生じないなどといった安定した性質を有している。
【０００３】
その優れた特性故に該繊維強化中空構造体は、建設工事における仮設工事用足場板や、養殖施設用歩み板、あるいは筏及び浮き桟橋、湿原等における巡回路、道路工事等で使用される歩道橋（簡易橋）などの、軽量で高強度かつ高剛性である上に耐久性が要求される様な状況において使用される場合が多い。しかしながら、まず前述の如き状況に適合したサイズの、厚みがあり一体化した大型の繊維強化中空構造体を作製するのは、設備面から見てその設置規模とコストとの両面において困難に成らざるを得ない。したがって、工場生産のもと一般的に生産される通常サイズの板状中空構造体と他の中空構造体とを接合して、目的のサイズの部材を製作し使用する方法が無理のない手段であった。
【０００４】
この板状中空構造体と他の中空構造体との接合方法としては、木材同士の場合の様に釘を打設して接合する方法を採用することは困難で、例えば釘を中空構造体に打設するとＦＲＰ部分にクラックが入り、安定した接合強度が得られないこととなってしまうのである。そこで、連結治具を通してボルト締結により接合する方法を通常は採用しており、この方法によると接合強度はある程度は得られるが、接合体が一体化していないため、曲げ剛性が低いという問題があった。
【０００５】
繊維強化中空構造体を一体化接合する事により、軽量、高強度、高剛性で、耐久性が良い構造物が得られるが、今まで、この様な接合体を得る経済的方法、簡易な接合方法が開発されていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の繊維強化中空構造体よりなる構造物は次に述べるような課題を有していた。
【０００７】
すなわち、板状中空構造体と他の中空構造体との接合方法として連結治具を通してボルト締結により接合する方法を採用したとしても、ある程度の接合強度は得られても、接合後の中空構造体は構造的に一体化しているとは言い難いため、曲げ剛性等の各種構造強度に問題があり、係る中空構造体を用いて構築した構造物自体の強度及び信頼性に関しても、その低下を否めないといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明はこのような従来の課題に着目してなされたもので、簡便で効率的かつ確実に一体化接合された複数の繊維強化中空構造体を用いた、十分な構造強度を備え、耐久性にも優れた繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的を達成するためになされたもので、熱可塑性樹脂からなる中空部を有する中芯と、補強繊維を熱硬化性樹脂で一体に結着してなり、前記中芯外周を被覆する中間層と、該中間層を被覆し熱可塑性樹脂よりなる外層との三層より形成される繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットであって、角パイプ状の前記繊維強化中空構造体により形成された枠体と、板状の前記繊維強化中空構造体とからなり、前記枠体を形成する角パイプ状の繊維強化中空構造体及び前記板状の繊維強化中空構造体にボルト連通孔を設けると共に、互いに接合される前記パイプ状の繊維強化中空構造体と前記板状の繊維強化中空構造体との対向表面に接着剤を塗布して対向表面を当接し、更に前記ボルト連通孔にボルトを挿通し締結固定することにより、前記枠体と前記板状の繊維強化中空構造体を一体に接合固定してなることを特徴とする。
【００１０】
また、複数の前記繊維強化中空構造体を締結固定する前記ボルトが、タッピングビスであると好適であり、更に、前記ボルトがドリル及びネジの機能を併せ持ったドリルネジであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。ここではまず、本発明において用いられる繊維強化中空構造体を示す。
【００１２】
図１は本発明において用いられる繊維強化中空構造体１０を示す断面図である。該繊維強化中空構造体１０は、図に示す様な、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂からなる中空部１１を有する中芯１２と、ガラス繊維などの補強繊維１３をビニエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で一体に結着してなり、前記中芯１２外周を被覆するＦＲＰ層１４（中間層）と、該ＦＲＰ層１４を被覆しＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂よりなる外層１５との三層よりなるものであり、実際には係る繊維強化中空構造体１０を成形して、管状（例えば、商品名コンポーズ：宇部日東化成株式会社製）或いは板状（例えば、商品名ハニカムコンポーズ：宇部日東化成株式会社製）などにして構造部材として使用している。
【００１３】
ここで、上記の中空構造体のうち、例えば、ＡＢＳ樹脂製の中芯１２、ＦＲＰ層１４、ＡＢＳ被覆外層１５の三層構造を成し、中芯１２が７本並列配置され、該中芯１２をＡＢＳ被覆外層１５が上下に挟み込み、更に前記中芯１２とＡＢＳ被覆外層１５との間はＦＲＰ層１４があたかも脚部の如く満たされている、幅２４０ｍｍ、厚み３０ｍｍ程度の板状中空構造体Ａを例として、その製造方法を以下に示す。
【００１４】
図２は本発明において用いられる繊維強化中空構造体１０の製造装置概要を示す説明図である。
【００１５】
まず、ＡＢＳ樹脂から主になる中芯１２を押出し機２１及び外径サイジング槽２２等により押出成形（例えば真空サイジング方式によるサイジング）により成形し、これを７本並列させて引取機２３をもって図面右方向の次工程に供給する。一方、ガラス繊維などの補強繊維１３をロービングスタンド２４より含浸槽２５に供給し、さらに不飽和ポリエステル樹脂を絞り込んで中芯１２とそれらを一体化させる。次に、所定の形状（幅２３８ｍｍ、厚み２８ｍｍ）となるまで中芯１２外周となるＦＲＰ層１４の樹脂を絞りノズル２６により絞り成形するが、この際、未硬化のＦＲＰ樹脂１４を口径３５０ｍｍのドラフトタイプクロスヘッドダイス２７に導き、被覆となるＡＢＳ樹脂を円環状に押出被覆した。前記ダイス２７前部〜ＡＢＳ樹脂被覆ポイント付近まで被覆加熱装置（図示しない）等により加熱し、係る被覆ポイントからローラーサイジング装置２８によりサイジング成形するのである。該ローラーサイジング装置２８の備える第一ローラー（図示しない）は約５０℃の温水を通し、第二ローラー（図示しない）は室温程度の水（約２０℃）を通し成形状況に適した温度に適宜冷却するよう配慮されている。
【００１６】
この様にサイジング成形した後、熱湯硬化槽２９にて約９５℃の熱湯で未硬化樹脂の硬化を図り、そして、冷却水槽３０にて水冷し、引取機３１で速度１ｍ/ｍｉｎにて引き取った。また、図示しないが、引取機３１で引き取りながら連続して、以下のような方法で表面エンボス加工を施した。上下にセラミックヒーターを配置した、長さ９００ｍｍで、３０℃に設定された予備加熱装置に引取機３１からの樹脂を通し、更に、直径２３０φの鉄製のローラー表面にシリコンゴムシートと、目開１０ｍｍ、線形２ｍｍの金網とを巻き付けた、一対の加熱ローラー内を通過させることで金網形状を樹脂の被覆表面に転写加工した。係るローラーには２００℃の熱媒オイルを循環させており、また、ローラー前後を外部からセラミックヒーター（設定温度３４０℃）により加熱し、後部は金網との離型のためエアーノズル（例えばエアー流量２０００ｌ/ｈｒのもの）により、表面を冷却する様にしてある。
【００１７】
以上のような工程を経て、ＡＢＳ被覆外層１５の上下面が均一に凹凸加工された板状中空構造体Ａが得られ、最終的にカッター３２により所定寸法に切断し製品化される。
【００１８】
続いて、角パイプ状中空構造体Ｂ（５０ｍｍ角）の製造手順について以下に示す。ただし、上記の板状中空構造体Ａとほぼ同様の製造装置及び工程の為、図面による説明は省略する。
【００１９】
まず、ＡＢＳ樹脂製の中芯１２を押出成形（例えば真空サイジング方式によりサイジング）により成形し、これを連続的に次工程に供給する一方、ガラス繊維等の補強繊維１３をロービングスタンドより含浸槽に供給し、更に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させ、分散ガイドにて中芯１２の周囲に添設する。その後、絞りノズルで過剰な不飽和ポリエステル樹脂を絞り込み、中芯１２と一体化させ、所定の形状（外寸４８ｍｍ角）となるまで中芯１２外周囲のＦＲＰ層１４の樹脂を絞り成形した。係る未硬化樹脂を口径１００φのドラフトタイプクロスヘッドダイスに導いて、その外周にＡＢＳ樹脂を円環状に押出被覆し、また、風冷ノズルで被覆樹脂表面の予備冷却後、冷却水槽において所定形状のサイジングノズルにより滑りサイジングしつつサイジング冷却を施す。この様にサイジング形成した後、上下、左右にローラー５対を有するサイジング装置が設置された熱湯硬化槽において、９５℃の熱湯により未硬化樹脂の硬化を図り、更にこれを冷却水槽にて水冷した。引取機で速度１ｍ/ｍｉｎにて係る樹脂を引き取りつつ、所定の寸法にカッターにて切断し最終的に角パイプ状中空構造体Ｂを得る。
【００２０】
上記の様な繊維強化中空構造体１０を用いて実際に構造物を構築する場合、例えば前記ハニカムコンポーズ等の所定サイズの繊維強化中空構造体１０同士を適宜接合固定することになる。そこで本発明の繊維強化中空構造体よりなる構造物の構築方法によれば、該繊維強化中空構造体１０は中芯１２、ＦＲＰ層１４、外層１５の三層構造よりなり、そのうちＦＲＰ層１４の内部には構造強化のための補強繊維１３（例えばガラス繊維）が一方向に配置された構造となっているが、層構造や補強繊維１３の存在を考慮せずに、例えばドリルなどで繊維強化中空構造体１０に直接、穴を設けて、繊維強化中空構造体１０同士をボルト締結するといったことが可能である。何故なら、熱可塑性樹脂でＦＲＰ層１４が確実に挟持されているため、たとえそこに穴を設けてもクラックなどの破損を生じる恐れが少ない為である。また、ボルト締結に代えて、繊維強化中空構造体１０に下穴を開け、係る下穴の径より若干大きなネジ径のビスで係止するといった手法も適用することが出来、このようにビスを使用する場合には、ネジ止め効果により高い引抜耐力が得られることとなる。更に、先端にドリル部を有するネジ（ドリルネジ）を用いて、これを電動ドリルドライバー等により、接合する繊維強化中空構造体１０同士を連通して一体化すれば、穴開けと同時にネジ止めも行えることになり作業効率の大幅な向上をみることが可能である。
【００２１】
本発明においては、以上の様な接合部材（ビス、ネジ、ドリルネジ等）による締結接合と同時に、エポキシ樹脂等の常温硬化型の接着剤を接合面に塗布して、接合する維強化中空構造体１０同士を接着接合する手法も併用することとする。
【００２２】
この方法によると、係る接着接合を実施するにあたり、前記ボルト或いはネジ締結による締結作用により、接着剤の塗布面に適度な圧縮力が加えられることになり、従来のように接着が完了するまで塗布面をプレスで押圧したり、或いは重錘を載荷するといった加圧手段が不要で、しかして作業効率が従来と比して格段に改善されるのである。プレス機械や重錘配置の為の重機等が不要になることは、構築予定の、繊維強化中空構造体１０よりなる構造物が大型のものであっても、大掛りな作業機械や装置及び作業領域を特に必要としないことにつながり、簡便かつ効率的に作業を実施することが可能である。
【００２３】
図３は、本発明の一実施形態である繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットが適用された汚泥濃縮施設４０の上面図である。また、図４は、本発明の一実施形態である汚泥濃縮施設の覆蓋を構成する覆蓋ユニットの斜視図であり、図５は同背面図である。
【００２４】
本実施形態の覆蓋ユニットは、前記角パイプ状中空構造体Ｂにより形成した枠体に、前記板状中空構造体Ａを接合固定したものである。使用した中空構造体Ａ、Ｂの諸元を表１に示す。
【００２５】
【表１】

なお、曲げ剛性はスパン１．８ｍにて３点曲げ試験を行い測定し、見かけのヤング率は係る曲げ剛性を見かけ（中実と見なした場合）の断面係数値で除したものである。
【００３６】
このような板状中空構造体Ａと、角パイプ状中空構造体Ｂを使用して、下水処理場における汚泥濃縮施設４０の覆蓋４１を作成した。該濃縮施設４０は直径約１５ｍ程度の円筒形状のタンクであり、その上面部には図に示すとおり約２．５ｍ×４．３ｍの略矩型の覆蓋４１を２組備え、その中央部には汚泥攪拌モータ４２が備わっている。この覆蓋４１は、４辺の内、外方の１辺がタンク断面形状に合わせ半円弧状になっており、該半円弧状のものも含めて、約２．５×１．１ｍの覆蓋ユニット４１ａが４枚１組となって覆蓋４１をなしているのである。
【００３８】
前記覆蓋ユニット４１ａは、製作工程としてまず、前記角パイプ状中空構造体Ｂの一部を切り欠いて入れ子構造にした上で、各々をエポキシ樹脂で接着固定し枠体５０を形成する。次に、板状中空構造体Ａをこの枠体５０上に、ステンレスの鍋タッピングス５１（Ｍ６×６０Ｌ）を使用して締結固定すると共に、接合面にエポキシ樹脂型接着剤を塗布し接着結合も行って固定一体化している。その他、濃縮施設４０より覆蓋ユニット４１ａを脱着あるいは移動させる為のステンレス製手摺り４１ｂも両側端部に設けられる。
【００３９】
タンク外縁側の覆蓋ユニット４１ａは板状中空構造体Ａの長手方向長さと、端面形状とを段階的に変化させて、その端面を略円弧状に形成してあり、その円弧形状に応じて枠体５０も山型の５角形状とした。該枠体５０の５角形状頂点付近はＳＵＳ金具で補強することとし構造強度を向上させてある。
【００４０】
これら実施例としてあげた各種構造物は、複数の繊維強化中空構造体を強固に固定一体化したもので断面性能が単体の繊維強化中空構造体と比較して著しく向上しており、また、構成部材そのものが軽量かつ高強度で耐候性、耐腐食性、耐久性に優れた特性を示し、例えば長時間荷重が負荷されてもクリープ現象等を生じることは少ない。したがって、本発明を適用すれば、海洋、湿地、水処理施設、温泉地、ダムなどといった腐食性が高い環境下において使用される、歩み板、歩道橋、或いは覆蓋などといった高強度と高信頼性と要求される構造物の構築も所定の要件を確実に充足しつつ幅広く実施することが可能なのである。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、熱可塑性樹脂からなる中空部を有する中芯と、補強繊維を熱硬化性樹脂で一体に結着してなり、前記中芯外周を被覆する中間層と、該中間層を被覆し熱可塑性樹脂よりなる外層との三層より形成される繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットであって、角パイプ状の前記繊維強化中空構造体により形成された枠体と、板状の前記繊維強化中空構造体とからなり、前記枠体を形成する角パイプ状の繊維強化中空構造体及び前記板状の繊維強化中空構造体にボルト連通孔を設けると共に、互いに接合される前記角パイプ状の繊維強化中空構造体と前記板状の繊維強化中空構造体との対向表面に接着剤を塗布して対向表面を当接し、更に前記ボルト連通孔にボルトを挿通し締結固定することにより、前記枠体と前記板状の繊維強化中空構造体を一体に接合固定してなることを特徴とするものであるから、簡便で効率的かつ確実に枠体と板状の前記繊維強化中空構造体とを一体化接合することが可能で、しかも一体化接合後の覆蓋ユニットは構造的に確実に一体化されており、曲げ剛性等の各種構造強度も良好なものとなる。したがって、その様に一体化された覆蓋ユニットの強度及び信頼性も自ずと改善され優れた特性を示すのである。
【００４２】
つまり、該覆蓋ユニットは構造的に、軽量、高強度かつ高剛性といった優れた特性を備えることとなり、加えて、高い電気絶縁性を備えて海水等と接しても容易に腐蝕することもなく、また、耐候性に優れるため、耐久性及び耐腐食性も著しく良好なものとなる。また、長期に亘り荷重が負荷される様な状況下でもクリープ現象等を生じないことや、また、例えば繰り返し曲げ荷重が作用しても、鋼材によく見受けられるような疲労現象をほとんど生じないといった特性も有するため、本発明の繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットが、長期に亘り良好な強度を保ち得て保守点検のコストや手間を抑制し、従来の覆蓋ユニットではなしえなかった低コスト長期使用を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の浮体構造物を構成する繊維強化中空構造体を示す断面図である。
【図２】本発明において用いられる繊維強化中空構造体の製造装置概要を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施形態である繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットが適用された汚泥濃縮施設の上面図である。
【図４】本発明の一実施形態である汚泥濃縮施設の覆蓋を構成する覆蓋ユニットの斜視図である。
【図５】同背面図である。
【符号の説明】
１０繊維強化中空構造体
Ａ板状中空構造体
Ｂ角パイプ状中空構造体
Ｃ接合面

Claims

熱可塑性樹脂からなる中空部を有する中芯と、補強繊維を熱硬化性樹脂で一体に結着してなり、前記中芯外周を被覆する中間層と、該中間層を被覆し熱可塑性樹脂よりなる外層との三層より形成される繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニットであって、
角パイプ状の前記繊維強化中空構造体により形成された枠体と、板状の前記繊維強化中空構造体よりなり、
前記枠体を形成する角パイプ状の繊維強化中空構造体及び前記板状の繊維強化中空構造体にボルト連通孔を設けると共に、互いに接合される前記角パイプ状の繊維強化中空構造体と前記板状の繊維強化中空構造体との対向表面に接着剤を塗布して対向表面を当接し、更に前記ボルト連通孔にボルトを挿通し締結固定することにより、前記枠体と前記板状の繊維強化中空構造体を一体に接合固定してなることを特徴とする繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニット。
前記ボルトが、タッピングビスであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニット。
前記ボルトが、ドリル及びネジの機能を併せ持ったドリルネジであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化中空構造体よりなる覆蓋ユニット。