JPH1161868A - 繊維強化樹脂製マンホール蓋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量、低コストで剛性及び強度の向上が図れ
る繊維強化樹脂製マンホール蓋の提供。 【解決手段】 射出成形用型の中央部に設けられるゲー
トから繊維含有樹脂を射出することにより成形される裏
面側にリブを備える繊維強化樹脂製マンホール蓋１であ
って、リブ２が中央のゲートに対して径方向の放射状に
延びて複数条設けられ、かつ、リブ高さの平均リブ幅に
対するアトペクト比を２以上３以下としてなる構成。ま
た、複数条のリブ２の平均リブ幅が１５mm以下であるこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アラミド繊維やガ
ラス繊維などの短繊維を強化材として用いてなる繊維強
化樹脂製マンホール蓋に関する。

【０００２】

【従来の技術】浄化水槽等に用いられるマンホール蓋に
は樹脂材料を主材に用いた複合樹脂製のものが最近多く
なっている。しかしながら、このような樹脂製の円形マ
ンホール蓋は鋼製のものに比べて機械強度的に弱いた
め、通常は裏面側をリブ構造としている。このリブの形
状は中心軸を基準に軸対称形状となっており、これを射
出成形法で成形する場合、一般的には射出成形用型の射
出ゲートは型中心の一点にとる所謂、中心部一点ゲート
とするのが合理的である。これは、射出ゲートが中心部
からずれると成形後の製品中の材料特性に非対称性が生
じて強度の点などに種々問題があることに起因する。な
お、一点ゲートでなく複数の射出ゲートを持つ多点ゲー
トにすると、ウエルドライン（接合線）の形成が避けら
れなく、また、補強用繊維の配向がランダムになること
から好ましくない。

【０００３】これに対して中心部一点ゲートにすると、
溶融中の樹脂の流れは中心から半径方向への一定流れと
なる。ここで、マンホール蓋には通常、前述する如く強
度や剛性の向上のため、リブを設けるのが一般的であっ
て、このリブのうち半径方向に延びるリブは、マンホー
ルに取り付けられたマンホール蓋に作用する鉛直負荷に
対して、該蓋が凹む変形に相応する力に効果的に作用す
る。このような構造のマンホール蓋を中心部一点ゲート
で射出成形した場合、図３に矢示線で表されるようにこ
のリブ部の中の樹脂はほぼ半径方向に流れるようにな
る。

【０００４】一方、このような樹脂の流れに対して樹脂
中に含まれる強化用の短繊維は、リブの外表面近くでは
前記流れに並行となるが、リブ部の肉厚の中心付近では
逆に流れに垂直になる傾向がある。これは、繊維強化樹
脂を射出成形する場合に一般的に見られる現象であるこ
とが知られている。このことは図６を参照すれば容易に
理解される。即ち図６は、浅い箱状の成形品を成形した
場合の部分拡大断面図で示される図面代用写真であり、
射出ゲートは型中心の一点で端部の下部付近を樹脂流れ
の方向（図６中の矢示線方向）に平行に切断したもの
で、白く見えるのがガラス繊維の切断面である。上下両
表面層では平均的な繊維の配向方向は流れ方向に平行で
あるが、中心層では繊維が流れに垂直に配向しているこ
とが判る。なお、この図示例は製品の厚みが薄いため、
表面層の厚みが支配的であるが、製品厚みが厚くなると
中心層も厚くなってくる。

【０００５】ところで、繊維強化樹脂においてはその剛
性や強度はこの繊維の向き（配向）に強く支配される。
繊維が応力と同じ方向に配向している場合には材料は極
めて強いが、垂直に配向していると殆ど強化の実があが
らなく、寧ろ場合によっては逆に樹脂単体が持つ特性よ
りも悪くなることもある。マンホール蓋の場合、蓋に作
用する力は図４に示されるように板厚方向の鉛直方向で
あり、これに対応してリブ２に作用する主たる応力は蓋
の径方向であり、リブ内の応力分布から、射出成形で製
造される短繊維強化樹脂製マンホール蓋では、前項にお
いて述べたように平均的な繊維の配向方向が流れ方向に
平行となる上下両表面層が主として強化作用を担うこと
になるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のマンホール蓋に
おけるリブは、一般的には水平方向の幅と垂直方向の厚
み（高さ）とがほぼ等しくなるような構造のもの（図５
（Ａ）参照）が多かった。このようなリブ構造のもの
を、短繊維強化樹脂で射出成形すると、繊維配向の別に
関して見ると、図５（Ａ）に示されるように中心層の方
が表面層よりも多くなり、従って、リブに用いられる材
料の大部分は強化作用を発揮できないことになり、構造
自体の強化作用が得られないか、または、材料を有効に
活用できなくて剛性及び機械強度の面で劣るのが問題で
あった。

【０００７】本発明は、このような問題点の解消を図る
ために成されたものであり、本発明の目的は、繊維強化
樹脂材料を射出成形して製造されるマンホール蓋におい
て、リブ構造を成す材料を無駄が生じないように効果的
に利用し得て軽量化並びに低コスト化を図りながら剛性
及び機械的強度の強化を果たし得るようにした点にあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明における請求項１の発明は、射出成形用型の
中央部に設けられる射出ゲートから繊維含有樹脂を射出
することにより成形される裏面側にリブを備える繊維強
化樹脂製マンホール蓋であって、前記リブは前記射出ゲ
ートに対して径方向の放射状に延びて複数条設けられ、
かつ、リブ高さの平均リブ幅に対するアスペクト比が２
以上３以下であることを特徴とする。

【０００９】また、本発明の請求項２の発明は、前項に
記載の請求項１の発明における複数条のリブの前記平均
リブ幅が１５mm以下であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。図１
は本発明の実施の形態に係るマンホール蓋の構造を示
し、（Ａ）は裏面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ′
線に沿う断面図である。

【００１１】図１に示されるマンホール蓋１は、繊維強
化樹脂製のものであって、図示されないが射出ゲートを
型中心の一点に備える、所謂中心部一点ゲート式の射出
成形用型を用いて、射出成形により所定寸法の円盤形状
のマンホール蓋１が形成される。マンホール蓋１の裏面
側には、補強部材としてのリブが射出成形の際に盤体に
対し一体となって形成されていて、このリブは、径方向
の放射状に延びる複数条例えば８条のリブ２と、盤体の
中間部に周方向に延びて前記各リブ２の中間部を連結す
る１条のリブ３とから成っている。

【００１２】径方向の放射状に延びる複数条のリブ２に
関して、リブ内の外表面近傍では図５（Ｂ）に断面示す
るように繊維が径方向に配向し、応力の方向と一致する
ため、強化に対し効果的に作用する。一般的に、この繊
維が径方向に配向する表面層の厚みは、使用される樹脂
の流れ速度や、温度、型の温度、材料等に依存するが、
薄いもので１mm、厚い場合は５mm程度になる。この表面
層厚みはリブの全水平方向板厚（リブ幅）にはあまり依
存しないものである。即ち、素材や成形条件が一定なら
ば板厚にかかわらず表面層厚みはほぼ一定である。従っ
て単純にいえば、材料を最も有効に利用するにはリブの
幅は表面層厚みの２倍となる。しかしながら、実際には
中心層は樹脂流れの点である程度は必要であり、通常は
少なくとも板厚の３０％程度は不可避的に発生する（板
厚が一定値以下になると表面層厚みは板厚の影響を受け
はじめて減少する）。

【００１３】以上のことから、最も効率的なリブの幅は
表面層厚みの３倍程度ということになる。これを超える
と中心層だけが増えることとなり、強化に寄与しない部
分が増えることになるからである。従って、表面層が最
も厚い場合（５mm）を想定すると、リブ幅は１５mmが最
も効率がよいことになる。表面層がこれより薄い場合は
効果的なリブ幅はさらに薄くなり、３mmより小さいと強
化に寄与する表面層が得られなくなる。

【００１４】一方、安定した表面層を得るためにはリブ
２の幅と高さの比（アスペクト比）は２倍以上必要であ
る。これ以下、即ち、断面形状が正方形に近くなると安
定した表面層が形成されず、繊維配向はランダム状態に
近くなり、効果的な強化作用が得られなくなる。なお、
円周方向中心近傍のリブ３については、主として剪断力
が働くため、繊維の配向がどうであるかはあまり重要な
事柄ではない。

【００１５】以上の説明により明らかなように、リブ２
の幅と高さのアスペクト比が２以上では十分な表面層が
形成されるので、効果的な曲げ剛性向上が期される。な
お、前記アスペクト比が３を超える辺りでは、曲げ剛性
に大きな変化は見られなくなり、これ以上の比率アップ
は材料面で無駄となる。即ち、本発明の実施の形態に係
るマンホール蓋におけるリブ厚み一定の場合のアスペク
ト比に対する曲げ剛性及び表面層厚さの変化が示される
図２を参照して、表面層は、アスペクト比が１程度まで
はきれいに形成されないために曲げ剛性が低く、１付近
で正常な表面層が形成されはじめ、厚み３〜４mm程度に
なったところで飽和する（最大でも５mmが限界）。この
場合の曲げ剛性は表面層と全体の厚さ（幅）の比に依存
するものである。この図２から判断すると、アスペクト
比が２以上３以下の範囲で設計すると効率的に良く、
１．５であると効率が非常に悪いことが判る。

【００１６】前記リブ２に関して、リブ幅は１５mm以下
であることが望ましい。ここでリブ幅とは、平均リブ幅
の意味であり、金型により樹脂成形品を得る場合、通常
は製品の離型性を考慮して金型に抜き勾配を設けるもの
である。このため本発明の実施の形態に係る繊維強化樹
脂製マンホール蓋におけるリブにも図１（Ｂ）に示され
るように、基部幅Ｗ1 と頂部幅Ｗ2 とに差があってリブ
２に勾配がついていることからリブ幅は平均リブ幅とす
る。なお、リブ幅の最大値を１５mmと定めたのは、成形
条件が常に最適であるとした場合でも、これ以上厚くし
たからとしても表面層は厚くならないため曲げ剛性の向
上にはつながらなく、寧ろ材料の無駄が考えられるから
である。なお、材料の流動性や成形性を考慮すると、リ
ブ幅は６mm以上が望ましく、８mm以上であると実用上さ
らに望ましい。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。図１に示すような形態を有する繊
維強化樹脂製マンホール蓋１を、中心部一点ゲート式の
射出用型による射出成形で製作した。このマンホール蓋
１は、板厚ｔ：８mmであり、一体成形により裏面側に径
方向に延ばして設けられたリブ２は、８条（本）とし、
基部幅Ｗ1 ：１６mm、頂部幅Ｗ2 ：１４mmで平均幅Ｗは
１５mmとし、高さＨは３６mmとした。この高さＨ及び条
数はマンホール蓋の強化に必要とされる曲げ剛性を得る
観点から決定した値である。

【００１８】マンホール蓋の材料としては、ポリカーボ
ネイト樹脂にガラス短繊維を約１０％（体積％）混合し
たコンパウンドを用いた。この材料を射出成形した場
合、板厚が十分厚いときのリブ２の表面層厚みは約４．
５mmである。この構造では、解析による解から予想され
る値にほぼ合致する程度の強化が得られている。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。即ち、
本発明は、射出ゲートを型中心の一個所に備える射出成
形用型を用いて射出成形された裏面側にリブを備える繊
維強化樹脂製マンホール蓋において、前記リブを射出ゲ
ートに対して径方向の放射状に延びて複数条設け、か
つ、リブ高さの平均リブ幅に対するアスペクト比を２以
上３以下としたことにより、リブに対して曲げ剛性に大
きく寄与し得る表面層を十分に形成させることが可能と
なり、機械的強度が大きい繊維強化樹脂製マンホール蓋
を提供することができる。

【００２０】さらに本発明は、繊維強化樹脂材料を無駄
なく有効に利用し得るリブ構造を有することによって、
軽量化並びに低コスト化を実現しながら剛性及び機械的
強度の強化を一層図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るマンホール蓋の構造
を示し、（Ａ）は裏面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−
Ａ′線に沿う断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るマンホール蓋におけ
るリブ厚み一定の場合のアスペクト比に対する曲げ剛性
及び表面層厚さの変化を示す線図である。

【図３】中心ゲート方式によるマンホール蓋の斜下方向
からの斜視図である。

【図４】使用状態下のマンホール蓋に作用する力の説明
図である。

【図５】マンホール蓋のリブ部の断面図であり、（Ａ）
は従来品の例を、（Ｂ）は本発明の実施の形態の例をそ
れぞれ示す。

【図６】浅箱状成形品の部分拡大断面図を示す図面代用
写真である。

【符号の説明】

１…マンホール蓋 ２…径方向のリブ ３…周方向のリブ Ｈ…リブ２の高さ Ｗ1 …リブ２の基部幅 Ｗ2 …リブ２の頂部
幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 射出成形用型の中央部に設けられる射出
   ゲートから繊維含有樹脂を射出することにより成形され
   る裏面側にリブを備える繊維強化樹脂製マンホール蓋で
   あって、前記リブは前記射出ゲートに対して径方向の放
   射状に延びて複数条設けられ、かつ、リブ高さの平均リ
   ブ幅に対するアスペクト比が２以上３以下であることを
   特徴とする繊維強化樹脂製マンホール蓋。
2. 【請求項２】 複数条のリブの前記平均リブ幅が１５mm
   以下である請求項１記載の繊維強化樹脂製マンホール
   蓋。