(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向を有する移動形成ウェブ上にスラリーを堆積させるスラリー供給装置であって、
底部壁と、この底部壁の表面から前記移動形成ウェブ上にスラリーを誘導するように下方に傾斜したスピルウェイと、後部壁を成すヘッドボックス背面エッジボードと両側壁を成す一対の対向するヘッドボックス側面エッジボードとからなり前記ヘッドボックス側面エッジボードおよびヘッドボックス背面エッジボードを越えてスラリーが流出することを防止する垂直エッジボードと、を有し、前記移動形成ウェブの前記進行方向と交差するように搭載されるヘッドボックスと、
前記一対の対向するヘッドボックス側面エッジボードの外側表面上に取り付けられたピボットピンであって、前記スピルウェイを下るスラリーの流れを制御するために前記ヘッドボックスの傾斜角度を調整する手段を有する垂直調整式オープンヨークを介して、前記移動形成ウェブ用のコンベアの対向する各側壁に前記ヘッドボックスを搭載するためのピボットピンと、
前記ヘッドボックスを振動させるための、前記ヘッドボックスの前記垂直エッジボードの少なくとも１つの外側表面に搭載されたバイブレータと、
前記ヘッドボックスにスラリーを提供するように構築され配置された往復式スラリー送出機構とを備え、
前記スピルウェイは、前記移動形成ウェブ上に前記スラリーを堆積させるために、前記ヘッドボックスから前記移動形成ウェブへ下方に傾斜することを特徴とするスラリー供給装置。
【請求項２】
前記ヘッドボックスから出て前記スピルウェイを下って前記移動形成ウェブへ至るスラリーの流れを調整するために、前記ヘッドボックスが前記垂直調整式オープンヨーク内にある間に、前記ヘッドボックスを手動で傾斜させるための、前記一対のヘッドボックス側面エッジボードの１つに取付けられたレバー手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスラリー供給装置。
【請求項３】
前記往復式スラリー送出機構は、スラリー源に接続され、前記ヘッドボックスの内側表面に非常に近接する端部を有する導管を含み、前記導管端部は、前記ヘッドボックスの端部間で前記導管端部を横方向に往復させる往復機構に係合することを特徴とする請求項１又は２に記載のスラリー供給装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたスラリー供給装置を用い、スラリー供給装置のヘッドボックスから、繊維ガラス層を含有する移動形成ウェブ上にセメント系スラリーの一様な層を連続的に堆積させる構造化セメントパネルの生産方法であって、
前記ヘッドボックスの内側表面上にスラリーを堆積させ、
傾斜したスピルウェイを越えて前記スラリーを流すために、前記ヘッドボックス内の前記スラリーを振動させ、そして
移動形成ウェブ上の繊維ガラス層上に連続カーテンとして前記スピルウェイから前記スラリーを堆積させることを含んでなることを特徴とする構造化セメントパネルの生産方法。
【請求項５】
前記ヘッドボックスは、１２，０００振動／分のレートで振動することを特徴とする請求項４に記載の構造化セメントパネルの生産方法。
【請求項６】
前記スラリーは、０．４：１〜０．７：１の水対セメント重量比を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の構造化セメントパネルの生産方法。
【請求項７】
前記ヘッドボックスは、０．１２５インチ〜０．５インチの深さでスラリーを保持するように制御されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の構造化セメントパネルの生産方法。
【請求項８】
前記移動形成ウェブに関する搬送器のライン速度は、５フィート〜５０フィート／分であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の構造化セメントパネルの生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年３月３日に出願され、参照によりその全体が組み込まれる米国特許出願第１２／３９７，１８９号明細書の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、硬化性スラリーを使用した構造化セメントパネルの生産方法およびスラリー供給装置に係り、より具体的には、曲げ強度を提供するために繊維が急結スラリーと組み合わされる、構造化セメントパネル（ＳＣＰ）と本明細書で呼ばれる、強化セメント系パネルの生産で使用されるスラリー供給装置及びその装置を用いた構造化セメントパネルの生産方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
セメント系パネルは、住宅および／または商業構造物の内壁および外壁を形成するために建設業界で使用されてきた。こうしたパネルの利点は、標準的な石膏ベース壁材と比較して耐水性を含むことである。しかし、こうした従来のパネルの欠点は、こうしたパネルが、構造化合板または配向性ストランドボード（ＯＳＢ）より強度があるとはいえないまでも、それに匹敵する程度まで十分な構造的強度を持たないことである。
【０００４】
典型的には、セメント系パネルは、強化材料層または安定化材料層間に少なくとも１つの固化セメント複合層を含む。ある事例では、強化材料または安定化材料は、繊維ガラスメッシュまたは等価物である。メッシュは、通常、硬化性スラリー層の上にまたは間にシート様式でロールから塗布される。従来のセメント系パネルで使用される生産技法の例は、その内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，４２０，２９５号明細書、第４，５０４，３３５号明細書、および第６，１７６，９２０号明細書に提供される。さらに、他の石膏セメント組成物は、一般に、米国特許第５，６８５，９０３号明細書、第５，８５８，０８３号明細書、および第５，９５８，１３１号明細書に開示される。
【０００５】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＴｏｎｙａｎに付与された米国特許第６，６２０，４８７号明細書は、フレーミングに固定されたときに、合板または配向性ストランドボードパネルによって提供されるせん断負荷に等しいまたはそれを超えるせん断負荷に耐えることができる強化された、軽量の、寸法的に安定なパネルを開示する。パネルは、硫酸カルシウムα半水和物と、水硬性セメントと、活性ポゾランと、石灰との水性混合物の養生によって生じる連続相のコアを使用し、連続相は、耐アルカリ性ガラス繊維で強化され、セラミック微小球またはセラミック微小球とポリマー微小球とのブレンドを含むか、０．６／１〜０．７／１の水と反応性粉末との重量比を有する水性混合物から生成されるか、あるいはそれらの組合せである。パネルの少なくとも１つの外側表面は、ガラス繊維で強化され、釘打ち性を改善するのに十分なポリマー球を含むか、ポリマー球と同様の効果を提供する水と反応性粉末との比で作られる、またはそれらの組合せである養生連続相を含んでもよい。
【０００６】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＰｏｒｔｅｒに付与された米国特許出願公開第２００５／００６４０５５号明細書（出願番号第１０／６６５５４１号）は、構造化パネル生産ラインで使用するための埋込みデバイスであって、スラリーが、支持フレームに対して移動キャリア上で輸送され、細断された繊維がスラリー上に堆積され、埋込みデバイスが、支持フレームに固定されて、第１の複数の軸方向に離間したディスクを有する第１の細長いシャフトと、支持フレームに固定されて、第２の複数の軸方向に離間したディスクを有する第２の細長いシャフトとを含み、第１のシャフトが、互いにディスクが噛み合うように第２のシャフトに関して配設される埋込みデバイスを開示する。噛み合い関係は、スラリーへの繊維の埋込みを向上させ、また、尚早に硬化されたスラリー粒子によるデバイスの詰まりを防止する。
【０００７】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＤｕｂｅｙ他に付与された米国特許出願公開第２００５／００６４１６４号明細書（出願番号第１０／６６６２９４号）は、構造化セメント系パネルを生産するための多層プロセスを開示し、多層プロセスは、（ａ．）移動ウェブを設けるステップと、（ｂ．）（ｉ）個々のばらばらの繊維の第１の層をウェブ上に堆積し、次いで硬化性スラリーの層をウェブ上に堆積するステップ、および（ｉｉ）硬化性スラリーの層をウェブ上に堆積するステップの一方を行うステップと、（ｃ．）個々のばらばらの繊維の第２の層をスラリー上に堆積するステップと、（ｄ．）スラリー全体にわたって前記繊維を分散するために、個々のばらばらの繊維の前記第２の層をスラリー内に能動的に埋め込むステップと、（ｅ．）硬化性の繊維補強されたスラリーの所望の数の層が得られるまで、かつ繊維がパネル全体にわたって分散されるように、ステップ（ｉｉ）〜（ｄ．）を繰り返すステップとを含む。同様に、このプロセスによって生産される構造化パネル、このプロセスに従って構造化セメントパネルを生産するのに適した装置、および複数の層を有する構造化セメント系パネルが提供され、各層が、移動ウェブ上に硬化性スラリーの層を堆積し、スラリー上に繊維を堆積し、スラリー内に繊維を埋め込むことによって作製され、それにより各層が隣接層と一体形成される。
【０００８】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＤｕｂｅｙ他に付与された米国特許第６，９８６，８１２号明細書は、ＳＣＰパネル生産ライン、または建築用パネルまたはボードの生産で硬化性スラリーが使用される同様の用途で使用するためのスラリー供給装置を特徴とする。装置は、スラリーの供給分が保持されるニップを形成するために互いに近接して概して平行関係で配置された主調量ロールと随伴ロールとを含む。どちらのロールも、好ましくは同じ方向に回転し、それによりスラリーは、ニップから調量ロールの上に引かれ、ＳＣＰパネル生産ラインの移動ウェブ上に堆積される。厚さ制御ロールが、スラリーの所望の厚さを維持するために主調量ロールに非常に近接して動作可能に設けられる。
【０００９】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＴｏｎｙａｎ他に付与された米国特許出願公開第２００６／０１７４５７２号明細書が、耐震壁用の不燃性ＳＣＰパネル金属フレームシステムを開示する。
【００１０】
Ｓｔｏｔｚ他に付与された米国特許第６，２４８，２１４号明細書は、抄紙機用のピボットヘッドボックスを開示する。図２を参照して第７欄、１４〜４６行、対応するノズル角度が変わるようにノズル端部またはストリーム出口１５のエリアに設けられる軸２４ａを参照されたい。開放型ヘッドボックスよりも押出しデバイスに類似するＳｔｏｔｚヘッドボックスは、傾斜角度を制御するためにヘッドボックス（アイテム１２）の下で円柱を使用し、本発明で使用されるヘッドボックスのピボットシャフト上の単純なレバーに関する調整の程度と比較して、傾斜角度の調整が非常に制限される。
【００１１】
Ｋｏｅｐｋｅ他に付与された米国特許第４，４７９，９８７号明細書は、自由降下液体カーテン４を開示しており、自由降下液体カーテン４は、垂直に配置されているカーテンホルダ９によって画定される非常に制限されたエリアを通して２つの材料シートによって横方向に誘導される（第６欄、５８〜５９行）。この配置構成は、ランプおよびチップを含み、硬化性が速いセメントスラリーに関して実行可能でないことになる。この配置構成は、カーテン間のエリアの詰まりを引き起こし、結果としてウェブに堆積されるスラリーの破断したカーテンをもたらし得る。カーテン破断なしで垂直カーテンが枢動する能力は、主に供給パイプ１０を通して送出される補助液体の使用による。これは、本発明で使用されるアグレッシブ硬化性セメントスラリーに関して実用的でないことになる。
【００１２】
Ｄａｈｌ他に付与された米国特許第４，４２０，３７１号明細書は、本発明のピボットシャフトに取付けられた片手操作レバーと比較して、マシンの後部でジャックまたは円柱によって起動される典型的な軸受けまたは他のピボット手段を通る係留シャフトを使用する枢動式紙料ヘッドボックス装置を開示する。本発明のピボットシャフトは、ラインからデバイスを容易に除去するために上下の移動を可能にするだけであるが、デバイスがコンベアベルトの方向に移動することを許さないヨーク内にセットされる。Ｄａｈｌのヘッドボックスはまた、本発明のヘッドボックス内でスラリーの流れおよび分散を維持するためにヘッドボックスを振動させるように設計されるのではなく、隣接機器からの振動からヘッドボックスを分離するように設計される。
【００１３】
Ｅｂｅｌｉｎｇ他に付与された米国特許第４，１６５，２１１号明細書は、連続して移動する支持体に液体発泡性反応混合物の層を塗布する装置を開示する。１つの特定の実施形態によれば、分散器チャネルは、コンベアベルトと交差するように延在する軸の周りに枢動するようになっている（第２欄、５３〜５８行）。この枢動作用は、分散器チャネル内の容積、したがって、チャネル内の反応混合物の中間貯蔵時間が、制御されることを可能にする（図１および第３欄、３１〜４７行を参照）。Ｅｂｅｌｉｎｇデバイスは、重いセメント粒子が最終的に沈殿することを可能にすることになり、ヘッドボックスの底部半径をちょうど放出リップまで充填する。本発明は、振動およびヘッドボックス角度の組合せを使用して、ヘッドボックスの放出流パターンを制御する。傾斜角度は、カーテンが維持されることを保証するよう、材料がヘッドボックスから一貫して放出されることを保証するために使用される。本ヘッドボックス上のピボットは、ヘッドボックスのほぼ中心にピボットが設置されるＥｂｅｌｉｎｇデバイスと比較して、スピルウェイリップと形成される製品との間の距離の変化を最小にするように設置される。Ｅｂｅｌｉｎｇデバイスの枢動作用は、デバイスの流れを制御することに限定されているように見え、本発明の場合と同様に、ベルト上でのヘッドボックス内容物の即座のダンピングを可能にしないことになる。
【００１４】
Ｍｏｄ他に付与された米国特許第３，３６０，３９２号明細書は、リザーバ３８およびスパウト３９を開示する（図２および第２欄、６３〜７０行）。Ｍｏｄのヘッドボックスは、ヘッドボックスの枢動またはヘッドボックスの振動が、本発明の場合と同様に、ウェブ上でのスラリーの連続カーテンの堆積を提供するためにヘッドボックス内でスラリーの流れおよび分散を維持することを実現しない。
【００１５】
ＳＣＰパネルを調製するときに、重要なステップは、セメント系スラリーを生産ラインに供給することである。生産速度を上げダウンタイムを低減する改良型スラリー供給デバイスについての要望が存在する。
【００１６】
生産ラインダウンタイムを低減する構造化合板またはＯＳＢに匹敵する構造特性を有するボードをもたらす繊維強化セメント系パネルを生産するための改良型プロセスおよび／または関連装置についての要望も存在する。従来の生産プロセスに勝って生産コストを低減させるために、成分材料をより効率的に使用するこうした構造化セメント系パネルを生産するためのプロセスおよび／または関連装置についての要望も存在する。
【００１７】
さらに、ＳＣＰとも呼ばれる上述したセメント系構造化パネルは、好ましくは、合板およびＯＳＢと同様の建設環境で運転するように構成される。そのため、ＳＣＰパネルは、好ましくは、釘打ち性があり、また、従来の鋸および他の従来の工具を使用して、切断または加工されうる。さらに、ＳＣＰパネルは、構造化合板シートに適用されるＡＳＴＭ  Ｅ７２、ＡＳＴＭ  ６６１、ＡＳＴＭ  Ｃ  １１８５、およびＡＳＴＭ  Ｅ１３６、または同様の試験などの認められている試験によって測定されたときに、耐せん断性、負荷能力、水誘起膨張、および耐燃焼性についての標準建築規則を満たすべきである。
【００１８】
同時係属中の米国特許出願公開第２００８／００９９１７１  Ａ１号明細書に述べられる改良は、ロバストでかつ連続したスラリーを提供するヘッドボックスを可能にした。しかしこの技術に関連するある問題および欠点は、電気コントロールの多さ（２つのモータおよび２つのリミットスイッチ）、形成エリアに対する物理的でかつ視覚的なアクセスを不明瞭にさせる、ライン上での約３直線フィートという大きなフットプリント（欠陥が長期間にわたって検出されないままになりうる）、（摩耗およびロバストなシーリング方法を実現できないことによる）ロールの端部におけるまたロール間でのスラリー漏洩、ヘッドボックス内でスラリーを移動させるための回転ロールを使用したヘッドボックス内での不適切な撹拌および移動、使用される材料および高い作製コストをもたらすヘッドボックスの複雑さによる清掃の困難さを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、古いスラリーヘッドボックスと同じ目的、すなわち、形成される製品の幅にわたってロバストなスラリーカーテンを提供することを果たす。近い将来の本発明は、これを、モータまたはリミットスイッチなしで、形成エリアに対する物理的でかつ視覚的なアクセスを大幅に増加させた約１．５直線フィートのフットプリントと、ヘッドボックスに対するスラリーの送出力を使用したヘッドボックス内でのスラリーの増加した撹拌と、容易な清掃および元の設計の約１０％のコストでのスラリー漏洩の絶対削除とを用いて達成する。
【００２０】
本発明は、先端−製品距離（典型的には、先端−製品距離は、ロバストな破断のないカーテンを維持するために約１インチであるべきである）を維持しながら、必要である場合ヘッドボックスの角度を迅速に変更する能力をユーザに提供する。
【００２１】
本発明はまた、ヘッドボックスの側壁上の一方のピボットバー上の単純なレバーを使用した、ヘッドボックスの傾斜によってラインシャットダウンの場合にスラリーを即座にダンピングする能力、かつ、ツールなしで生産ラインの両側のピボットバーについて開放型ヨーク支持体からヘッドボックスを即座に取り外す能力をユーザに提供する。
【００２２】
本発明は、金属、通常ステンレス鋼で作られ、形成されるかまたは機械的に取付けられた単純なサイドボードを有し、振動が、広く入手可能なバイブレータ（空気圧式または電気式）を使用してヘッドボックス全体に加えられてもよい。振動は、ヘッドボックスから出たセメントスラリーの均等な流れを保証し、ヘッドボックスの側壁および底部上での予備硬化セメントの蓄積を最小にするのに役立つ。
【００２３】
有利には、本発明のヘッドボックスは、移動させ、清掃するのが容易であり、最小の可動部品を含み、非常に耐久性が高く、既存のデバイスに比べて物理的に非常に小さいため、ヘッドボックスの周りのエリアに対する物理的でかつ視覚的な十分に必要とされるアクセスを提供し、既存のヘッドボックスデバイスと比較してコストがずっと低い。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、繊維強化された建築用パネルまたはボードを生産するために硬化性スラリーが使用される、構造化セメント系パネル（ＳＣＰパネル）生産ラインまたは同様のラインの移動ウェブ上にスラリーを堆積するのに使用するためのスラリー供給装置（典型的には「ヘッドボックス（ｈｅａｄｂｏｘ）」として知られる）を特徴とする。
【００２５】
スラリー供給装置は、ヘッドボックスの長さに沿って前後に移動する移動トロリー上に搭載されたスラリー供給ホースを使用して、スラリーがスピルウェイを越えて形成ウェブ上に流れるときに、ヘッドボックス内のスラリーを絶えず撹拌し移動させるために必要とされる力をスラリーに提供する。この単純な設計は、スラリーを撹拌し、ヘッドボックスから形成ウェブへスラリーを移動させるために、ヘッドボックス内で互いに接近したほぼ平行な関係で設置され、かつ、ウェブの進行方向とほぼ交差するように位置決めされた主調量ロールおよび随伴ロールを含む回転ロールについての必要性を回避する。この単純な設計はまた、調量ロールおよび随伴ロールを同じ方向に駆動するためのヘッドボックス内のドライブシステムについての必要性をなくす。
【００２６】
ヘッドボックスは、ヘッドボックスの壁に振動を与えるために、典型的には、ヘッドボックスの後部壁に取付けられ、空気圧ラインによって運転されるバイブレータを装備する。これは、ヘッドボックスの端部でのスラリーの蓄積およびヘッドボックス内でのスラリーの尚早な硬化を回避することを補助する。
【００２７】
本発明の方法は、ヘッドボックス内のスラリーにせん断力を与えるバイブレータを使用することによって、改善された流動性をセメント系スラリーに与える。これは、より大きな範囲の水とセメントとの固体を有するより広い範囲のセメントと水とのスラリーにわたって、尚早な硬化を伴わずに移動ウェブ上へのスラリーの一様な堆積を得ることを補助する。本発明は、有利には、ヘッドボックスの隅に生成されるスラリーの著しい蓄積を回避する。
【００２８】
典型的には、スラリー供給機は、構造化セメント系パネル（ＳＣＰまたはＳＣＰパネル）を生産するための多層プロセスで使用され、ＳＣＰがこうしたプロセスによって生産される。移動ウェブ上への、ばらばらに分散され細断された繊維の初期堆積、またはスラリーの層の初期堆積の一方の後、繊維がスラリー層上に堆積される。埋込みデバイスが、最後に堆積された繊維をスラリー内に完全に混合するため、繊維がスラリー全体にわたって分散され、その後、スラリー、次いで細断された繊維のさらなる層が付加され、その後、さらなる埋込みが行われる。プロセスは、所望に応じて、パネルの各層について繰り返される。完成すると、ボードは、より均等に分散された繊維成分を有し、これは、セメント系パネルについて従来技術の生産技法で教示されるように強化繊維の厚いマットを必要とすることなく、比較的強いパネルをもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本スラリーヘッドボックスと共に使用するのに適したＳＣＰパネル生産ラインの立面図である。
【図１Ａ】本発明のヘッドボックス内にセメント系スラリーを圧送する典型的なスラリー混合機システムの図である。
【図１Ｂ】本発明のスラリーヘッドボックスから生産ライン上にスラリーが堆積された後の、ウェブ上でスラリーを形成するときに使用するのに適したスクリードプレート形成デバイスの図である。
【図２】本プロシージャに従って生産される構造化セメント系パネルの部分縦断面図である。
【図３】本スラリー供給ヘッドボックスのヘッドボックスと共に使用されうる典型的なスラリー混合機の側面図である。
【図４】生産ラインのガイドレール上に設置された本発明のスラリーヘッドボックスの側面図の写真である。
【図５】生産ライン上で運転中の本発明のスラリーヘッドボックスの前面斜視図の写真である。
【図６】ピボットピンが垂直調整式オープンヨークに搭載された状態の、本発明のヘッドボックスの斜視図である。
【図７】本発明のヘッドボックスの後部壁上に搭載されたバイブレータを示す本発明のヘッドボックスの背面の別の斜視図である。
【図８】本スラリーヘッドボックスと共に使用するのに適したＳＣＰパネル生産ラインの別の実施形態の図解立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここで図１を参照すると、構造化パネル生産ラインは、図式的に示され、全体が１０で指定される。生産ライン１０は、複数の脚部１３または他の支持体を有する支持フレームまたは形成テーブル１２を含む。支持フレーム１２上には、平滑で耐水性の表面を有するエンドレスゴム状コンベアベルトなどの移動キャリア１４が含まれる。しかし、多孔質表面が想定される。当技術分野でよく知られているように、支持フレーム１２は、指定された脚部１３または他の支持構造を含んでもよい少なくとも１つのテーブル状セグメントで作られてもよい。支持フレーム１２はまた、フレームの遠位端１８の主ドライブロール１６と、フレームの近位端２２のアイドラロール２０とを含む。同様に、所望の張力を維持し、キャリア１４をロール１６、２０上に対して位置決めするために、典型的には、少なくとも１つのベルト追跡および／または張力付加デバイス２４が設けられる。この実施形態では、移動キャリアが近位端２２から遠位端１８に方向「Ｔ」で進むにつれて、ＳＣＰパネルが連続的に生産される。
【００３１】
この実施形態では、硬化前のスラリーを支持するためのクラフト紙、剥離紙、またはプラスチックキャリアのウェブ２６がキャリア１４上に設けられ載せられて、キャリア１４が保護され、かつ／または、キャリア１４が清浄に保たれてもよい。
【００３２】
しかし、連続的なウェブ２６ではなく、比較的剛性の材料の個々のシート（図示せず）、たとえばポリマープラスチックのシートがキャリア１４上に設置されてもよいことが想定される。
【００３３】
本発明のライン１０によって生産されるＳＣＰパネルが、キャリア１４上に直接形成されることも想定される。この状況では、少なくとも１つのベルト洗浄ユニット２８が設けられる。キャリア１４は、当技術分野で知られているように主ドライブロール１６を駆動するモータ、プーリ、ベルト、またはチェーンの組合せによって、支持フレーム１２に沿って移動される。キャリア１４の速度は、作成される製品に適するように変わってもよいことが想定される。
【００３４】
チョッパ
本発明では、構造化セメントパネル（ＳＣＰパネル）生産は、ウェブ２６上のプラスチックキャリアの上に、サイズが約１インチのばらばらの細断された繊維３０の層を堆積することによって始動される。本発明のライン１０によって、種々の繊維堆積および細断デバイスが想定される。たとえば、典型的なシステムは、繊維ガラスコードのいくつかのスプール３２を保持するラック３１を使用し、各スプールから、繊維のある長さまたはストリング３４が、チョッパ３６とも呼ばれる細断ステーションまたは装置に供給される。典型的には、繊維ガラスの複数のストランドが、チョッパステーションのそれぞれに供給される。
【００３５】
チョッパ３６は、回転するブレード付きのロール３８を含み、ロール３８から、キャリア１４の幅にわたって横断して延在する半径方向延在ブレード４０が突出し、また、ロール３８は、アンビルロール４２と近接、接触、回転関係で配設される。好ましい実施形態では、ブレード付きロール３８およびアンビルロール４２は、ブレード付きロール３８の回転がアンビルロール４２も回転させるように比較的近接した関係で配設される。しかし、逆のことも想定される。同様に、アンビルロール４２は、好ましくは弾性支持材料によって覆われ、ブレード４０がその弾性支持材料に当たって、コード３４を切片に細断する。ロール３８上でのブレード４０の間隔は、細断される繊維の長さを決定する。図１で見られるように、生産ライン１０の長さの生産的な使用を最大にするために、チョッパ３６は、近位端２２の近くでキャリア１４の上に配設される。繊維ストランド３４が細断されるにつれて、繊維は、キャリアウェブ２６上にばらばらに落ちる。
【００３６】
スラリー混合機
本発明の生産ライン１０は、スラリー準備および供給セクション２（図１Ａ）を含む。スラリー準備および供給セクション２は、全体が参照番号４４で指定されたスラリー供給ステーションか、スラリー供給機か、またはスラリーヘッドボックスと、この実施形態では湿式混合機４７であるスラリー源とを含む。スラリー供給機４４は、キャリアウェブ２６上の細断された繊維の上にスラリー４６を堆積するために、湿式混合機４７からスラリー４６の供給分を受け取る。このプロセスは、初めにキャリア１４上にスラリーを堆積することから始まってもよいことも想定される。
【００３７】
種々の硬化性スラリーが想定されるが、本発明の方法は、構造化セメントパネル（ＳＣＰパネル）を生産するために特に設計される。したがって、スラリー４６は、好ましくは、当技術分野でよく知られており、参照によって組み込まれている以下に挙げる特許に記載されている、種々の量のポルトランドセメント、石膏、骨材、水、硬化促進剤、可塑剤、発泡剤、充填剤、および／または他の成分からなる。これらの成分の幾つかの排除、または他の成分の添加を含む、これらの成分の相対量は、最終製品の意図された使用に適するように変わってもよい。
【００３８】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＴｏｎｙａｎ他に付与された米国特許第６，６２０、４８７号明細書は、強化された、軽量の、寸法的に安定な構造化セメントパネル（ＳＣＰ）を開示し、このＳＣＰは、硫酸カルシウムα半水和物と、水硬性セメントと、活性ポゾランと、石灰との水性混合物の養生によって得られる連続相のコアを使用する。連続相は、耐アルカリ性ガラス繊維で強化され、また、セラミック微小球またはセラミック微小球とポリマー微小球とのブレンドを含むか、０．６／１〜０．７／１の水と反応性粉末との重量比を有する水性混合物から生成されるか、またはそれらの組合せである。ＳＣＰパネルの少なくとも１つの外側表面は、ガラス繊維で強化され、また、釘打ち性を改善するのに十分なポリマー球を含むか、ポリマー球と同様の効果を提供する水と反応性粉末との比を持つように作られるか、またはその組合せである養生連続相を含んでもよい。
【００３９】
所望である場合、組成は、０．４／１〜０．７／１の水と反応性粉末との重量比を有してもよい。
【００４０】
現行プロセスで使用される複合スラリーについての種々の配合は、その全てが、参照によりその全体を本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／１８５２６７号明細書、第２００６／０１７４５７２号明細書、第２００６／０１６８９０５号明細書、および第２００６／０１４４００５号明細書に示される。典型的な配合は、反応性粉末として、乾燥ベースで３５〜７５重量％の硫酸カルシウムα半水和物と、２０〜５５重量％のポルトランドセメントなどの水硬性セメントと、０．２〜３．５重量％の石灰と、５〜２５重量％の活性ポゾランとを含む。パネルの連続相は、耐アルカリ性ガラス繊維で一様に強化され、セラミック微小球と、ガラス微小球と、フライアッシュセノ球と、パーライトとからなる群から選択される一様に分散された軽量の充填剤粒子の２０〜５０重量％含むことになる。ＳＣＰパネルについての上記組成が好ましいが、上の成分の幾つかの排除、または他の成分の添加を含む、これらの成分の相対量は、最終製品の意図される使用に適するように変わってもよい。
【００４１】
湿式粉末混合機４７の実施形態が、図３に示される。ポルトランドセメント、石膏、骨材、充填剤などの粉末混合物は、上方のホッパービン１６０からベロー１６１を通して水平チャンバ１６２に供給され、水平チャンバ１６２は、側部搭載式オーガモータ１６４によって駆動されるオーガスクリュー１６３を有する。容積式供給機または重量式供給機（図示せず）によって、ホッパービン１６０からオーガスクリュー１６３に固体が供給されてもよい。
【００４２】
容積式供給システムは、一定の速度で運転するオーガスクリューコンベア１６３を使用して、貯蔵ホッパービン１６０から一定の割合（単位時間当たりの容積、たとえば立方フィート／分）で粉末を放出する。重量式供給システムは、一般に、単位時間当たり一定の重量、たとえばポンド／分で貯蔵ホッパービン１６０からの粉末の放出を制御するために、計量システムと連結された容積式供給機を使用する。重量信号が、フィードバック制御システムによって使用されて、実際の供給レートを常に監視し、オーガスクリュー１６３の速度（ＲＰＭ）を調節することによって嵩密度や多孔率などの変動を補償する。
【００４３】
オーガスクリュー１６３は、垂直混合チャンバ１６５の上側セクション１６５Ａに配置された粉末入口１６６を通して垂直混合チャンバ１６５内に粉末を直接供給する。その後、粉末は、垂直混合チャンバ１６５の、撹拌器を装備した下側セクション１６５Ｂ内に重力によって落ちる。
【００４４】
同時に、水を含む液体が、乾燥粉末入口１６６の下の地点でチャンバ１６５の上側部分１６５Ａの周縁の周りに配設された水入口１６７、たとえばノズルによって垂直チャンバ１６５に供給され、それにより、液体も、垂直チャンバ１６５の撹拌器セクション（下側部分１６５Ｂ）の水位まで落ちる。粉末蓄積のない表面を維持するために、個々の水入口１６７の方向は、パドルブレードなどに向けられるように手動で調節されうる。個々の水入口１６７は、弁１６７Ａを設けられてもよい。粉末と液体とを別々に垂直チャンバ１６５内に落とすことは、有利には、液体と粉末とがチャンバ１６５に入る前に混合された場合に生じる可能性があるチャンバ１６５へ入る粉末の入口での詰まりを回避し、液体と粉末とがチャンバ１６５に入る前に混合された場合に使用されることになる出口よりも小さいオーガ１６３用の出口を使用して垂直チャンバ内に粉末を直接供給することを可能にする。
【００４５】
水および粉末は、混合機パドル１７４によって完全に混合され、混合機パドル１７４は、上部搭載式電動機１６８によってパドル中央シャフト１７３上で回転する複数のパドルブレード１７５を有する。中央シャフト上のパドルブレード１７５の数および各パドルブレード１７５で使用される水平バー１７１の数を含むパドルブレード１７５の構成は変わりうる。たとえば、垂直搭載式ピン１７９（図３）が、ブレード１７５の水平バー１７１に付加されて、スラリー４６の撹拌を高めてもよい。典型的には、バー１７１は、混合チャンバ１６５の下側部分１６５Ｂ内での渦を低減するために、角度付きではなく、平坦な水平部材である。この実施形態では、本発明の典型的な直径１２インチの垂直チャンバ１６５内で得られるより高い混合速度を考慮して、より少数の水平バー１７１を有する２枚ブレード付きパドル１７４が使用されうることが判明している。ＳＣＰスラリーを混合するための本発明の実施形態についてのパドルは、スラリーおよび混合チャンバ１６５の下側部分の直径を収容するように設計される。混合チャンバの下側部分の直径を増加させることは、パドル１７４の横断幅「Ｗ」（図３）も増加させることになる。パドル１７４の増加した横断幅「Ｗ」（図３）は、所与のＲＰＭでの、その先端速度を増加させる。これは、パドルが垂直混合チャンバ１６５の外縁部に向けてスラリーを振り飛ばし、混合チャンバ１６５の下側部分の中央に望ましくない深い渦を生成する可能性が高くなるため、問題を生じる。ＳＣＰスラリーと共に使用されるパドルは、好ましくは、適切な混合を依然として保証しながら乱流を最小にするために、水平混合バーの数を最小にしかつ水平混合バーを平坦化することによって、この問題を最小限に抑えるように設計される。
【００４６】
垂直混合チャンバ１６５内のスラリー４６の水位は、垂直混合チャンバ１６５内部に配設される電気水位制御センサ１６９によって制御される。制御センサ１６９は、電子制御弁１６７Ａを通る水の流れを制御し、また、コントローラ１６２Ａによってオーガモータ１６４をターンオンまたはターンオフすることによって垂直チャンバ１６５内への粉末供給を制御する。そのため、付加される水とスラリーとの容積の制御が使用されて、垂直混合チャンバ１６５内のスラリーの容積と、垂直混合チャンバ１６５内での混合滞留時間との両方が制御される。スラリー４６は、適切に混合されると、スラリーポンプ１７０によって、垂直混合チャンバ１６５の底部からスラリー供給装置４４にポンプ出口１７２によって圧送される。ポンプ１７０は、上部搭載式電動機１６８によって駆動されるパドル中央シャフト１７３によって運転される。しかし、所望である場合、ポンプ１７０を駆動するために別個のポンプモータ（図示せず）が使用されうる。
【００４７】
垂直混合チャンバ１６５内での粉末および水の混合滞留時間は、垂直チャンバ１６５の設計に重要である。スラリー混合物４６は、容易に圧送され、ウェブ上のはるかに厚い繊維ガラス層の上に一様に堆積されうるように、完全に混合されかつ粘度がなければならない。
【００４８】
適切に混合されたスラリー４６を得るために、垂直チャンバ１６５は、典型的には約１０〜約３６０秒の平均スラリー滞留時間の間に適切な混合容積を提供し、一方、スピンパドル１７４は、混合チャンバ内のスラリーにせん断力を加える。典型的には、垂直チャンバ１６５は、約１５〜約２４０秒の平均スラリー滞留時間を提供する。混合機パドル１７４のＲＰＭ範囲は、典型的には７０ＲＰＭ〜２７０ＲＰＭである。平均スラリー滞留時間についての他の典型的な範囲は、約１５秒〜約３０秒、または約２０秒〜約６０秒である。
【００４９】
混合機４７の垂直チャンバ１６５の典型的な実施形態は、約８〜１４インチ（２０．３〜３５．６ｃｍ）または１０〜１４インチ（２５．４〜３５．６ｃｍ）、たとえば１２インチ（３０．５ｃｍ）の公称内径と、約２０〜３０インチ（５０．８〜７６．２ｃｍ）、たとえば約２５インチ（６３．５ｃｍ）の総垂直高さと、センサ１６９の下での約６〜１０インチ（１５．２〜２５．４ｃｍ）、たとえば約８インチ（２０．３ｃｍ）の垂直高さとを有する。直径が増すにつれて、パドルは、先に論じたように所与のＲＰＭでのパドル先端速度の増加によって引き起こされる渦効果を最小にするために、これらのより大きな直径を収容するように設計されるべきである。パドルの外側先端は、一般に、チャンバ１６５の内壁の約４分の１インチ（０．６４ｃｍ）または約８分の１インチ（０．３２ｃｍ）以内に近づくように設計される。パドル先端とチャンバ１６５の内壁との距離があまりに大きいと、スラリー蓄積が生じることになる。
【００５０】
図３は、混合機４７が、乾燥セメント系粉末をチャンバ１６５内に直接供給し、乾燥セメント系粉末とは別に、液体をチャンバ１６５内に直接供給することを示す。そのため、混合機４７は、粉末および水を別々に、混合チャンバ１６５の上側部分１６５Ａにあるそれらのそれぞれの入口と混合チャンバ１６５の下側部分１６５Ｂにあるスラリーのプールとの間で、垂直混合チャンバ内の空間を通してほぼ下方向に落とす。典型的には、固体および液体は共に、少なくとも６インチ落ちる。好ましくは、固体は、チャンバ１６５への液体用の入口よりも高い地点でチャンバ１６５に供給される。
【００５１】
垂直搭載式パドル１７４は、図３に示すように、伸張された中央シャフト１７３を有する。パドル１７４の設計と、パドルブレード１７５の数と、垂直搭載式ピン１７９が有る場合または無い場合に使用される水平バー１７１の数とが、混合機パドル１７４の回転速度やスラリー粘度などを考慮して決定されて、パネル生産ライン１０の連続動運転を保証するようにチャンバ内でのスラリーの滞留時間内に湿式スラリーを調製するための粉末および水の混合量が達成される。
【００５２】
適したスラリー混合機４７は、共に参照によりその全体が本明細書に組み込まれ、共に２００６年１１月１日に出願された、本出願と同時に出願された「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＷＥＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＳＬＵＲＲＹ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１０１１５０  Ａ１号明細書および「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＷＥＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＳＬＵＲＲＹ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１０１１５１  Ａ１号明細書にさらに詳細に説明される。
【００５３】
スラリー供給装置
次に図１〜１Ａ、および４〜７を参照すると、上述したように、スラリーヘッドボックス、スラリー供給ステーション、またはスラリー供給機とも呼ばれる全体が参照番号４４で指定された本発明のスラリー供給装置は、湿式混合機４７からスラリー４６の供給分を受け取る。
【００５４】
種々の硬化性スラリーが想定されるが、本発明の方法は、構造化セメントパネルを生産するために特に設計される。したがって、スラリー４６は、好ましくは、当技術分野でよく知られており、参照として組み込まれた先に挙げた特許に記載されている、いろいろな量のポルトランドセメント、石膏、骨材、水、硬化促進剤、可塑剤、発泡剤、充填剤、および／または他の成分からなる。これらの成分の幾つかの排除、または他の成分の添加を含む、これらの成分の相対量は、生産されることを意図される最終製品に適するように変わってもよい。構造化セメントパネルを生産するための典型的な材料は、参照によって本明細書に組み込まれるＴｏｎｙａｎ他に付与された米国特許出願公開第２００６／０１７４５７２号明細書によって開示される。
【００５５】
スラリー供給機４４はまた、側壁３４０の外側表面に隣接する外側表面上のすみ板３０８を有するピボットピン３０５を有する。スラリーは、混合器から、供給ライン５６（図１Ａ）から、ヘッドボックスの内側底部表面３５０の上の、横断して移動するトロリー（図示せず）上に搭載されたスラリー供給ライン３９０まで圧送されて、スラリーが、ヘッドボックスの内側表面全体に沿って圧送されることを可能にする。移動トロリーの速度は、スラリーが、スピルウェイ３８０のリップを越えて流出し、ウェブ２６上のスラリーの上部表面に連続カーテンで堆積される水位まで、スラリーがヘッドボックスの底部に蓄積している間に、ヘッドボックスの表面全体に沿ってスラリーの均等な分散を維持するように調整される。ハンドレバー３１０は、生産ライン上の移動形成ウェブ２６の進行方向に平行であるガイドレール１２上に搭載された垂直調整式オープンヨーク３００内でヘッドボックスをオペレータが回転させるかまたは傾斜させることを可能にするために、ピボットピン３０５の少なくとも一方の上に搭載される。
【００５６】
ヘッドボックス４４は、ヘッドボックス４４の外側表面に搭載され、従来の油圧ライン（図示せず）によって典型的には動作するロータリバイブレータ３２０によって振動する。ロータリバイブレータ３２０は、典型的には、図７に示すように、ヘッドボックス後部壁３７０の外面に搭載される。補剛部材３５５は、典型的にはヘッドボックス底部壁３５０の底部表面に取り付けられた傾斜のついた鉄である。補剛部材３５５は、ヘッドボックス内に圧送されるスラリーの圧力によるヘッドボックスの中心の「ボーイング（ｂｏｗｉｎｇ）」（スラリーの連続層をウェブ２６上に載置する能力に干渉することになる）を含む、ヘッドボックスの底部への損傷を防止するために使用される。
【００５７】
ヘッドボックスの壁３７０の後部表面上の振動手段３２０は、空気圧式ロータリボールバイブレータでありうる。振動のレベルは、従来の空気調整器（図示せず）を用いて制御されうる。
【００５８】
典型的には、スラリー供給機（ヘッドボックス４４）は、剛性垂直後部壁３７０、水平底部壁３５０、および底部壁３５０から移動形成ウェブ２６の上部表面の真上までつながる傾斜スピルウェイ３８０を形成するように曲げられた金属片から形成される。ヘッドボックスは、その後、一対の比較的剛性の側壁３４０を用いて形成される。傾斜スピルウェイ３８０は側壁３８５を有する。ヘッドボックス４４の内側表面は全て、好ましくはＴＥＦＬＯＮ（登録商標）材料または同様なものなどの非粘着材料で作られるかまたは非粘着材料で被覆される。側壁３４０および後部壁３７０は、スラリー４６が、スラリー供給機（ヘッドボックス４４）の側部から漏出するのを防止する。側壁の外側表面の両端にピボットピン３０５を有する側壁３４０は、垂直調整式オープンヨーク３００によって支持フレーム１２（図５）上に搭載され、垂直調整式オープンヨーク３００は、生産ラインのフレーム上のガイドライン１２からのヘッドボックス４４の容易な取外しを可能にする。ピボットピンは、手動で、典型的にはレバー３１０の使用によって、上下にヘッドボックス４４が傾斜されることを可能にするが、好ましさでは劣る自動調整を使用することもできる。たとえば、ラインがシャットダウンされる場合、スラリーがスピルウェイ３８０を連続して流れ落ちることを防止するために、ヘッドボックス４４は元に戻るように傾斜させられうる、または、スラリーが全て、ヘッドボックスからスピルウェイ３８０を下って移動ウェブ２６上に即座にダンピングされうる。これは、スラリーの浪費を防止し、許容できないパネルの生産を防止するのに役立つ。
【００５９】
ヘッドボックス上のピボットピン３０５は、具体的には、たとえばピボットピン上のレバー３１０を使用して垂直調整式オープンヨーク３００内でのピンの傾斜を調整することによってオペレータによって位置決めされて、スラリー４６の途切れないカーテンを維持するための、約４５°の先端角度および「Ａ」のスピルウェイ３８０の先端縁部と製品距離（図１Ａに示される）を維持する。
【００６０】
先端縁部は、スピルウェイの下にあるデブリおよびチャンクに先端を捕捉させないようにするのに十分に高く先端縁部を維持しながら、ウェブの幅にわたって途切れないカーテンを維持するのに十分に低く縁部を維持するように設計される。距離は、典型的には、０．５インチと１．５インチとの間（１．２７〜３．８１ｃｍ）であることが判明している。この距離は、セメントの任意のデブリまたはチャンクが、スピルウェイの後部面に捕捉されないようにし、かつ、廃棄ボードの形成をもたらしうる「抗力（ｄｒａｇ）」を生じないようにさせながら、良好なカーテンの維持を可能にする。ピボットピンは、先端縁部にできる限り近くに配置されて、先端縁部と製品との距離を維持しながら、オペレータがヘッドボックスの角度を変更することを可能にする。
【００６１】
本発明の重要な特徴は、スラリー供給機４４が、比較的制御された厚さのスラリー４６の均等な層を移動キャリアウェブ２６上に堆積することである。適切な層厚さは、約０．０８インチ〜０．１６インチまたは０．２５インチの範囲にある。しかし、生産ライン１０によって生産される構造化パネルにおいて４つの層が好まれ、適切な建築用パネルが約０．５インチである場合、特に好ましいスラリー層厚さは、０．１２５インチの範囲内である。しかし、目標パネル形成厚さが約０．８４インチである場合、標準的な層厚さは、典型的には、４つの形成ステーションそれぞれで約０．２１インチに近づく。ヘッドボックス毎に０．１インチ〜０．３インチの範囲が適している可能性がある。
【００６２】
ウェブ２６全体にわたるスラリー４６の一様な堆積を保証するために、スラリー４６は、すなわち、スラリー混合機またはリザーバ４７の出口と流体連通するホース５６または同様な導管を通して、ヘッドボックス４４の内側表面３５０の上で往復移動するトロリー（図示せず）上に搭載されたスラリー供給ライン３９０に送出されてスラリー供給機４４に入る。ホース５６の第２の端部は、当技術分野でよく知られているタイプの横方向往復、ケーブル駆動式、流体駆動分与装置３９０（図６）に接続される。横方向往復運動で、ホース５６から、供給機４４内のスラリー供給ライン３９０に流れるスラリーは、ヘッドボックス４４の側壁３４０、底部壁３５０、後部壁３７０、およびスピルウェイ３８０のリップによって画定されるヘッドボックスの内部を充填する。
【００６３】
ヘッドボックス内のスラリーの深さは、典型的には、リップを越えスピルウェイ上に流出する前に、ヘッドボックス底部壁３５０からスピルウェイ３８０のリップの上部へと測定されると約１／４インチ（８６ｍｍ）に達する。
【００６４】
傾斜スピルウェイ３８０上のスラリー４６が、移動キャリアウェブ２６に向かって移動するため、スラリーが全て、均等にスピルウェイ３８０を下って移動し、ウェブ上に堆積されることが重要である。
【００６５】
これを補助するために、スラリー供給機４４は、比較的薄いスラリー４６が連続カーテンとして完全に堆積される、または、スラリーのシートが、キャリアウェブ２６の約０．５〜約１．５インチ（１７２〜３８１ｍｍ）の距離以内まで下方に一様に送られる（ｄｉｒｅｃｔ）ことを保証するために、下方向にウェブ上に向けられたスピルウェイ３８０を有する。スピルウェイは、スラリーが、側部を越えて失われず、また、移動するウェブ上に送られないことを保証するために、スピルウェイの両側に縁部３８５を有する。
【００６６】
本発明の一実施形態では、図１および１Ｂに示し、また、以下の形成および平滑化プロセスの説明でより詳細に述べる振動形成またはスクリードプレート１４４は、スラリーがヘッドボックス４４からウェブ２６上に堆積された直後に生産ラインに付加されうる。
【００６７】
スラリー供給装置の下流の処理
再び図１を参照すると、ＳＣＰパネル生産ラインの他の運転可能コンポーネントが簡潔に説明されているが、それらは、以下の文書でより詳細に説明されている。以下の文書とは、
【００６８】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる「ＳＬＵＲＲＹ  ＦＥＥＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」という名称のＤｕｂｅｙ他に付与された米国特許第６，９８６，８１２号明細書、および、
【００６９】
何れも参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、本願と同時係属中であり同一出願人の以下の米国特許出願、すなわち、
【００７０】
「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＳＴＲＥＮＧＴＨ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称のＤｕｂｅｙ他に付与された米国特許出願公開第２００５／００６４１６４  Ａ１号明細書（出願番号第１０／６６６２９４号）、
【００７１】
「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＳＬＵＲＲＹ」という名称のＰｏｒｔｅｒに付与された米国特許出願公開第２００５／００６４０５５  Ａ１号明細書（出願番号第１０／６６５５４１号）、
【００７２】
２００６年１１月１日に出願された「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＷＥＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＳＬＵＲＲＹ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１０１１５０  Ａ１号明細書、
【００７３】
２００６年１１月１日に出願された「ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＷＥＴ  ＭＩＸＩＮＧ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＳＬＵＲＲＹ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１０１１５１  Ａ１号明細書、
【００７４】
２００６年１１月１日に出願された「ＰＡＮＥＬ  ＳＭＯＯＴＨＩＮＧ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  Ａ  ＳＭＯＯＴＨ  ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＯＮ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／００９９１３３  Ａ１号明細書、
【００７５】
２００６年１１月１日に出願された「ＷＥＴ  ＳＬＵＲＲＹ  ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＧＡＵＧＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＵＳＥ  ＯＦ  ＳＡＭＥ」という名称の米国特許出願公開第２００８／０１０１１５１  Ａ１号明細書、
【００７６】
２００６年１１月１日に出願された「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＳＴＲＥＮＧＴＨ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬＳ  ＷＩＴＨ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＣＯＮＴＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第２００７／０１１０９７０  Ａ１号明細書、
【００７７】
２００６年１１月１日に出願された「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ  ＲＯＬＬ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の米国特許出願公開第２００７／０１１０８３８  Ａ１号明細書である。
【００７８】
何れも参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００７９】
埋込みデバイス
バイブレータやシープフートローラなどを含むが、それに限定されない種々の埋込みデバイスが想定されるが、本発明の実施形態では、埋込みデバイス７０は、フレーム１２上のキャリアウェブ１４の進行方向と交差するように搭載された少なくとも一対のほぼ平行なシャフト７６を含む。各シャフト７６は、複数の比較的大きな直径のディスク７６を備え、これらは、小さな直径のディスク（図示せず）によってシャフト上で互いに軸方向に分離される。
【００８０】
ＳＣＰパネル生産中、シャフト７６およびディスク７４は、シャフト７６の長手方向軸の周りで共に回転する。当技術分野でよく知られているように、シャフト７６の何れか一方または両方が、動力供給されてもよく、また、一方のみが動力供給される場合、他方は、被駆動シャフトに対して対応する方向および速度を維持するために、ベルト、チェーン、歯車駆動、または他の既知の動力伝達技術によって駆動されてもよい。隣接する好ましくは平行なシャフト７６の各ディスク７４は、互いに重なって噛み合わされて、スラリーに「混練（ｋｎｅａｄｉｎｇ）」または「マッサージング（ｍａｓｓａｇｉｎｇ）」作用を生み出し、スラリーが、先に堆積された繊維６８を埋め込む。さらに、ディスク７４の近接、噛み合い、および回転関係は、ディスク上でのスラリー４６の蓄積を防止し、実際上、「自己洗浄（ｓｅｌｆ−ｃｌｅａｎｉｎｇ）」作用を生み出し、この作用は、スラリーの集塊の尚早な硬化による生産ラインダウンタイムを大幅に低減させる。
【００８１】
シャフト７６に関するディスク７４の噛み合い関係は、小さな直径のスペーサディスク（図示せず）と比較的大きな直径の主ディスク７４との対向する周縁の密接に隣接した配置を含み、これもまた、自己洗浄作用を促進する。ディスク７４が、非常に接近して互いに対して（しかし、好ましくは同じ方向に）回転するため、スラリーの粒子が装置内に捕捉されて、尚早に硬化することは難しい。互いに対して横方向にずらされた２組のディスク７４を設けることによって、スラリー４６は複数回の破壊作用を受け、スラリー４６内に繊維６８をさらに埋め込む「混練」作用を生み出す。
【００８２】
生産ライン１０で使用するのに適した埋込みデバイス７０の実施形態は、２００３年９月１８日に出願され、米国特許出願公開第２００５／００６４０５５号明細書として出版され、「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＦＩＢＥＲ−ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＳＬＵＲＲＹ」という名称の同時係属中の米国特許出願第１０／６６５５４１号明細書により詳細に開示され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００８３】
生産ライン１０で使用するのに適した埋込みデバイスの別の実施形態は、２００６年１１月１日に出願された「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＳＴＲＥＮＧＴＨ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬＳ  ＷＩＴＨ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＣＯＮＴＥＮＴ」という名称の米国特許出願第１１／５９１，７９３号明細書および２００６年１１月１日に出願された「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ  ＲＯＬＬ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の米国特許出願公開第２００７／０１１０８３８  Ａ１号明細書によって開示され、いずれも参照によりその全体を本明細書に組み込まれる。
【００８４】
追加の層の塗布
繊維６８が埋め込まれると、パネル９２の第１の層７７が完成する。好ましい実施形態では、第１の層７７の高さまたは厚さは、ほぼ０．０５〜０．１５インチの範囲内にある。この範囲は、ＳＣＰパネルにおいて同様の層と組み合わされるときに所望の強度および剛性を提供することが判明している。しかし、ＳＣＰパネルの意図される最終的な使用に応じて、他の厚さが想定される。
【００８５】
所望の厚さの構造化セメント系パネルを構築するために、典型的には、追加の層が付加される。このために、供給機４４と実質的に同一の第２のスラリー供給機７８が、移動キャリア１４と動作可能な関係で設けられ、既存の層７７の上にスラリー４６の追加の層８０を堆積するために配設される。
【００８６】
次に、チョッパ３６および６６と実質的に同一の追加のチョッパ８２が、フレーム１２と動作可能な関係で設けられて、ラック３１と同様な方式で、フレーム１２に対して構成および配設されたラック（図示せず）から提供される繊維６８の第３の層を堆積する。繊維６８は、スラリー層８０上に堆積され、第２の埋込みデバイス８６を使用して埋め込まれる。埋込みデバイス７０に関する構成および配置と同様に、第２の埋込みデバイス８６は、移動キャリアウェブ１４よりもわずかに高く取り付けられるため、第１の層７７は乱されない。こうして、スラリーおよび埋め込まれた繊維の第２の層８０が作成される。
【００８７】
次に図１および２を参照すると、硬化性スラリーおよび繊維の各連続層について、追加のスラリー供給機ステーション７８と、それに続く繊維チョッパ８２および埋込みデバイス８６とが、生産ライン１０に設けられる。好ましい実施形態では、全部で４つの層７７、８０、８８、９０が、ＳＣＰパネル９２を形成するために設けられる。
【００８８】
本発明の重要な特徴は、パネル９２が、複数の層７７、８０、８８、９０を有し、それらの層は、硬化すると、一体の繊維強化質量を形成することである。各層での繊維の存在および配置が、本明細書に開示され述べられるいくつかの所望のパラメータによって制御され、また、そのパラメータ内で維持されると仮定すると、本方法によって生産されるパネル９２を剥離することは実質上不可能であることになる。
【００８９】
形成、平滑化、および切断
上述したように、繊維を埋め込まれた硬化性スラリーの４つの層を堆積すると、形成デバイスがフレーム１２に提供されて、パネル９２の上側表面９６を形作る。
【００９０】
しかし、過剰な厚さのＳＣＰパネル材料を擦り取る形成デバイスは望まれない。たとえば、所望の寸法特性に合うようにパネルを適合させるように設計されたばね式プレートか、振動プレートか、または振動水平化スクリードプレートなどの形成デバイスは、過剰な厚さのＳＣＰパネル材料を擦り取るため、ＳＣＰ材料には使用されない。こうしたデバイスは、パネル表面を効果的に擦り取らないまたは平坦化しないことになる。それらのデバイスにより、繊維ガラスが巻き上がり始め、パネルの表面を平坦化および平滑化するのではなくパネルの表面を損なうことになる。
【００９１】
特に、ばね式デバイスおよび振動水平化スクリードプレートではなく、生産ライン１０は、パネル９２の上側表面９６を穏やかに平滑化するためにフレーム１２に設けられる振動シュラウドとも呼ばれる平滑化デバイス１４４を含んでもよい。平滑化デバイス１４４は、搭載スタンド１４６（図１Ｂ）と、搭載スタンドに固定された可撓性シート１４８と、シート１４８の幅を延長する補剛部材１５０Ｂと、シート１４８を振動させるために好ましくは補剛部材１５０Ｂ上に配置された振動発生器（バイブレータ）１５０とを含む。シート１４８は、Ｕ形状上側部１４８Ｂを備える第１の直立壁１４８Ａと、湾曲壁１４８Ｃと、第２の直立壁１４８Ｄとを有する。バイブレータ１５０は、空気圧ホース１５０Ａによって動力供給される。平滑化デバイス１４４の湾曲パネル１４８Ｃは、支持バー１４６Ａに枢動可能に取付けられた上流端部を有し、支持バー１４６Ａは次に、生産ライン１０上のマウント１４６に取付けられる。湾曲パネル１４８Ｃは、下流後端部を有し、この端部は、その下を通るＳＣＰ材料の最上層に接触する。所望である場合、平滑化デバイス１４４は、スラリーの最上層を水平にするのを補助するために分銅１５９を備える。平滑化デバイス１４４は、最終埋込みステーション８６の後に設けられてもよい、または平滑化デバイスは、各埋込みステーション７０、８６の後に設けられてもよい。
【００９２】
補剛部材１５０Ｂは、平滑化シートを補剛するように機能するだけでなく、この補剛部材上に振動ユニットを搭載することによって、デバイスの長さにわたって振動をより均等に分散する。たとえば、補剛部材なしで、振動ユニットが平滑化シートに（たとえば中央に）直接搭載される場合、振動ユニットからの振動は、搭載点に非常に局所化されることになり、シートの縁部では振動が比較的小さくなる。これは、振動ユニットが補剛部材１５０Ｂ以外の場所には搭載できないということではなく、補剛部材は、典型的にはいずれにしても存在し、振動を等しく分散するという好適な働きをするため、好ましい位置であるということである。
【００９３】
振動をスラリー４６に加えることによって、平滑化デバイス１４４は、パネル９２全体にわたる繊維３０、６８の分散を促進させ、より均一な上側表面９６を提供する。
【００９４】
振動シュラウドとしても知られている形成デバイス１４４に関するさらなる詳細は、２００６年１１月１日に出願された「ＰＡＮＥＬ  ＳＭＯＯＴＨＩＮＧ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＦＯＲＭＩＮＧ  Ａ  ＳＭＯＯＴＨ  ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＯＮ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴ  ＰＡＮＥＬＳ」という名称の米国特許出願公開第２００８／００９９１３３  Ａ１号明細書によって開示され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００９５】
普通なら当技術分野で知られている他の形成デバイスが想定される。しかし、平滑化デバイス１４４は、有利には、キャリアウェブ２６からのＳＣＰパネルの一部分を破損または破断するのを回避する。過剰のＳＣＰ材料を擦り落とす形成デバイスは、パネル製品が形成されるときにパネル製品の繊維性の特質によりＳＣＰ材料を破損または破断するため、使用されない。
【００９６】
この時点で、スラリーの層が硬化し始め、各パネル９２が、切断デバイス９８によって互いに分離され、切断デバイス９８は、典型的な実施形態では、ウォータージェットカッタである。可動ブレードを含む他の切断デバイスは、それらが本発明のパネル組成物において適切に鋭利な縁部をもたらしうると仮定すると、この操作に適切であると考えられる。切断デバイス９８は、所望の長さを有するパネルが生産されるようにライン１０およびフレーム１２に対して配設され、所望の長さは、図１に示す図とは異なる可能性がある。キャリアウェブ１４の速度は比較的遅いため、切断デバイス９８は、ウェブ１４の進行方向に垂直に切断するように搭載されてもよい。生産速度がより速い場合、こうした切断デバイスは、ウェブ進行方向に対してある角度で生産ライン１０に搭載されることが知られている。切断すると、分離されたパネル９２は、当技術分野でよく知られているさらなる取扱い、梱包、保管、および／または配送（ｓｈｉｐｍｅｎｔ）のために積み重ねられる。
【００９７】
生産ライン１０は、少なくとも４つの層７７、８０、８８、および９０（図２）を生産するのに十分な繊維細断ステーション３６、６６、８２と、スラリー供給機ステーション４４、７８と、埋込みデバイス７０、８６とを含む。生産ライン１０に関して上述したステーションの反復によって、追加の層が作成されてもよい。
【００９８】
ＳＣＰパネル９２が作成されると、形成デバイス９４によって係合された後でさえ、パネルの下側１０２または底部面が、上側または上部面９６よりも平滑である可能性がある。いくつかの場合には、パネル９２の用途に応じて、平滑な面および比較的粗い面を有することが好ましい場合がある。しかし、他の用途では、両方の面９６、１０２が平滑であるボードを有することが望ましい場合がある。平滑なテクスチャは、スラリーと平滑なキャリア１４またはキャリアウェブ２６との接触によって生成される。
【００９９】
２００６年１１月１日に出願された「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＳＴＲＥＮＧＴＨ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬＳ  ＷＩＴＨ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＣＯＮＴＥＮＴ」という名称の米国特許出願公開第２００７／０１１０９７０  Ａ１号明細書によって開示されているように、両方の面または側面が平滑なＳＣＰパネルを得るために、上側面９６および下側面１０２は共に、キャリア１４または解放ウェブ２６に当たって形成されてもよい。
【０１００】
別の代替形態（図示せず）は、一方または両方の面または側面９６、１０２を研磨することである。
【０１０１】
本発明の別の特徴は、得られるＳＣＰパネル９２が、パネル全体にわたって繊維３０、６８が一様に分散されるように構成されることである。これは、比較的少量でより効率的な繊維の使用による比較的強度があるパネルの生産を可能にすることが判明している。各層でのスラリーの容積に対する繊維の容積分率は、好ましくは、ほぼスラリー層７７、８０、８８、９０の約１容積％〜５容積％、好ましくは１．５容積％〜３容積％の範囲を占める。所望される場合、外側層７７、９０は、内側層８０、８８の何れかまたは両方よりも高い容積分率を有する可能性がある。
【０１０２】
生産ラインの第２の実施形態
スラリー４６全体にわたって分散されるある容積分率のばらばらの繊維の組込みは、所望のパネル強度を得るときの重要な因子である。そのため、こうした繊維を組み込む効率の改善が望まれる。図１に示すシステムは、いくつかの場合には、十分な繊維容積分率を有するＳＣＰパネルを得るために、過剰な数のスラリー層を必要とすると思われる。
【０１０３】
したがって、スラリー層当たり比較的高い容積の繊維を組み込む高性能の繊維強化ＳＣＰパネルを生産するための代替のＳＣＰパネル生産ラインまたはシステムが図８に示され、全体が１３０で指定される。多くの場合、パネル当たりの繊維のレベルの増加を、このシステムを使用して得られる。図１のシステムは、初期層の後に堆積されるそれぞれの後続のスラリー離散層内に単一離散繊維層を堆積することを開示するが、生産ライン１３０は、所望のパネル厚さを得るために、それぞれの離散スラリー層内に複数の離散強化繊維層を堆積するプロセスを含む。最も好ましくは、開示されるシステムは、単一の運転で、個々の離散スラリー層に少なくとも２つの離散強化繊維層を埋め込む。離散強化繊維は、適した繊維埋込みデバイスを使用して離散スラリー層に埋め込まれる。
【０１０４】
より具体的には、図８で、システム１３０で使用され、図１のシステム１０と共有されるコンポーネントが、同一の参照番号で指定され、これらのコンポーネントの上記説明がここでも適用可能であると考えられる。さらに、図８に関して述べる装置は、改造方式で図１の装置と組合されてもよく、または新たな構成であってもよいことが想定される。
【０１０５】
図８のシステム１３０は、２００６年１１月１日に出願された「ＭＵＬＴＩ−ＬＡＹＥＲ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＰＲＯＤＵＣＩＮＧ  ＨＩＧＨ  ＳＴＲＥＮＧＴＨ  ＦＩＢＥＲ−ＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＣＥＭＥＮＴＩＴＩＯＵＳ  ＰＡＮＥＬＳ  ＷＩＴＨ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＦＩＢＥＲ  ＣＯＮＴＥＮＴ」という名称の米国特許出願第１１／５９１７９３号明細書の上側デッキ１０６を備えてもよいことも想定される。
【０１０６】
代替のシステム１３０では、ＳＣＰパネル生産は、ばらばらの細断された繊維３０の第１の層をウェブ２６上に堆積することによって開始される。次に、スラリー供給ステーションまたはスラリー供給機４４が、遠隔混合機４７からスラリー４６の供給分を受け取る。
【０１０７】
混合機４７およびスラリー４６およびスラリー供給機４４は、この実施形態では、図１の生産ライン１０で使用されるものと同じであることが想定される。
【０１０８】
同様に、スラリー供給機４４は基本的に同じであり、側壁３４０および３７０ならびにスピルウェイ３８０を含む。適した層厚さは、約０．０５インチ〜０．３５インチ（０．１３〜０．９ｃｍ）の範囲である。たとえば、公称３／４インチ（１．９ｃｍ）の厚さの構造化パネルを生産するために、４つの層が好ましく、特に好ましいスラリー層厚さは、本発明の方法によって生産される好ましい構造化パネルでは約０．２５インチ（０．６４ｃｍ）未満である。
【０１０９】
図１Ａを参照すると、スラリー４６は、横方向往復、ケーブル駆動式、流体駆動分与装置３９０（図６および７に示す）内に配置されたホース５６を通して供給機４４に送出される。そのため、ホース５６から流れるスラリーは、横方向往復運動で供給機４４内に注入されて、側壁３４０および３７０ならびにスピルウェイ３８０によって画定されるヘッドボックスの底部表面３５０を充填する。
【０１１０】
キャリアウェブ２６の約１．５インチ以内まで下がった内側表面上のスラリー４６は、途切れのないスラリーのカーテンがウェブまたは形成ライン上に連続的に堆積されることを可能にし、これは、均質なパネルを生産することにとって重要である。
【０１１１】
好ましくはチョッパ３６と同一の第２のチョッパステーションまたは装置６６が、供給機４４の下流に配設されて、繊維６８の第２の層をスラリー４６上に堆積する。チョッパ装置６６は、チョッパ３６に供給するのと同じラック３１からコード３４を供給されてもよい。しかし、それぞれの個々のチョッパに別個のラック３１が供給されうることが想定される。
【０１１２】
再び図８を参照すると、次に、全体が参照番号１３６で指定された埋込みデバイスが、スラリー４６および生産ライン１３０の移動キャリア１４に対して動作可能な関係で配設されて、繊維３０、６８の第１および第２の層をスラリー４６内に埋め込む。バイブレータ、シープフートローラ、および同様なものなどを含むが、それらに限定されない種々の埋込みデバイスが想定されるが、好ましい実施形態では、埋込みデバイス１３６は、埋込みデバイス７０と同様であり、ただし、隣接するシャフト１３８の重なりが約０．５インチの範囲に減少されている点が異なる。同様に、ディスク１４０の数が減少しており、ディスクは、実質的により厚い。さらに、繊維が隣接ディスク間に詰まるのを防止する０．０１０〜０．０１８インチ程度のより狭い間隔または隙間が、隣接シャフト１３８の隣接する重畳ディスク１４０間に存在する。
【０１１３】
埋込みデバイス１３６のさらなる詳細は、参照により組み込まれる２００６年１１月１日に出願された「ＥＭＢＥＤＭＥＮＴ  ＲＯＬＬ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称の同時係属中の同一出願人による米国特許出願公開第２００７／０１１０８３８  Ａ１号明細書に見出される。
【０１１４】
そうでなければ、埋込みデバイス１３６は、デバイス７０と同じ種類の混練作用を提供し、スラリー４６内に繊維３０、６８を埋め込むまたは完全に混合するという目的を有する。
【０１１５】
スラリー４６内への繊維３０、６８の埋込みをさらに向上させることが望まれる場合、各埋込みデバイス１３６で、フレーム１２は、スラリー４６を振動させるための、キャリアウェブ１４またはペーパーウェブ２６に動作可能に近接した少なくとも１つのバイブレータ１４１を備える。こうした振動は、細断された繊維３０、６８をスラリー４６全体にわたってより一様に分散することが判明している。従来のバイブレータデバイスが、この用途に適していると考えられる。
【０１１６】
図８に見られるように、スラリー４６の各層についての複数の繊維層３０、６８の本発明のシステム１３０を実施するために、追加の細断ステーション１４２が、埋込みデバイス１３６と後続のスラリー供給機ボックス７８との間に設けられるため、各スラリー層４６について、スラリーの堆積の前および後に繊維３０、６８が堆積される。この改良形態は、スラリー内への著しく多くの繊維の導入を可能にし、したがって得られるＳＣＰパネルの強度を高めることが判明している。好ましい実施形態では、３つだけが示されるが、組合せ式スラリーおよび繊維の計４つの層が、ＳＣＰパネル９２を形成するために設けられる。
【０１１７】
上述したように繊維を埋め込まれた硬化性スラリーの４つの層を堆積すると、平滑化デバイスまたは振動シュラウド１４４などの形成デバイスは、好ましくは、パネル９２の上側表面９６を形作るまたは平滑化するためにフレーム１２に提供される。スラリー４６に振動を加えることによって、平滑化デバイス１４４は、パネル９２全体にわたる繊維３０、６８の分散を促進し、より一様な上側表面９６を提供する。平滑化デバイス１４４は、搭載スタンド１４６と、搭載スタンドに固定された可撓性シート１４８と、シート１４８の幅を延長する補剛部材１４９と、シートを振動させるために好ましくは補剛部材上に配置された振動発生器１５０とを含む。
【０１１８】
上述したように、本発明の重要な特徴は、パネル９２が、複数の層７７、８０、８８、９０を有し、それらの層が、硬化すると、一体の繊維強化質量を形成することである。各層での繊維の存在および配置が、以下に開示され述べられるいくつかの所望のパラメータによって制御され、また、そのパラメータ内で維持されると仮定すると、本発明の方法によって生産されるパネル９２を剥離することは実質上不可能であることになる。
【０１１９】
それぞれの個々のスラリー層と共に２つの離散強化繊維層を利用することは、以下の利益を提供する。第１に、スラリー層内に組み込まれる繊維の総量を２つ以上の離散繊維層に分割することは、それぞれの離散繊維層内へのそれぞれの繊維量を減少させる。個々の離散繊維層内の繊維の量の減少は、スラリー層内への繊維の埋込みの効率を高める。繊維埋込み効率の向上は、次に、繊維とセメント系マトリックスとの間の優れた界面結合および機械的相互作用をもたらす。
【０１２０】
次に、複数の離散強化繊維層を利用することによって、より多量の強化繊維が各スラリー層内に組み込むことができる。これは、スラリー層内への繊維の埋込みの容易さが、離散繊維層内の繊維の総表面積に依存することが判明しているという知見によるものである。離散繊維層内の繊維の量が増加し、スラリー層内に埋め込まれる繊維の表面積の増加が生じるため、スラリー層内への繊維の埋込みは益々難しくなる。離散繊維層内の繊維の総表面積が臨界値に達するとき、スラリー層内への繊維の埋込みはほぼ不可能になることが判明している。これは、離散スラリー層に首尾よく組み込まれうる繊維の量に上限を課す。離散スラリー層内に組み込まれる所与の総量の繊維について、複数の離散繊維層の使用が、各離散繊維層内の繊維の総表面積を減少させる。（複数の離散繊維層の使用によってもたらされる）繊維表面積のこの減少は、次に、離散スラリー層内に首尾よく埋め込まれうる繊維の総量を増加できる可能性を提供する。
【０１２１】
さらに、複数の離散繊維層の使用は、パネル厚さにわたる繊維の分散に関して大きな柔軟性を与える。個々の離散繊維層内の繊維の量は、所望の目的を達成するように変わる可能性がある。結果として得られる「サンドイッチ（ｓａｎｄｗｉｃｈ）」構成の形成は、多数の離散繊維層の存在によって非常に容易にされる。繊維層がパネルスキン付近でより大量の繊維を有し、パネルコア付近の繊維層ではより少量の繊維を有するパネル構成が、製品強度とコスト最適化の両方の観点から特に好ましい。
【０１２２】
定量的な観点では、繊維およびスラリー層の数、パネル内の繊維の容積分率、各スラリー層の厚さ、および繊維ストランド直径の繊維埋込み効率に及ぼす影響が研究され、本発明のシステム１３０の一部として確立されている。２つの離散繊維層および１つの離散スラリー層を含む場合の、射影繊維表面積分率（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ａｒｅａ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）の概念に関する数学的処理が、以下で導入され導出される。離散繊維層の射影繊維表面積分率が値１．０を超える場合、スラリー層内に繊維を埋め込むことは実質上不可能であることが判明している。射影繊維表面積分率が１．０未満となるときには繊維を埋め込まれる可能性があるが、最良の結果は、射影繊維表面積分率が０．６５未満であるときに得られる。射影繊維表面積分率が０．６５〜１．００の間の範囲にあるとき、繊維埋込みの効率および容易さは変化し、０．６５で繊維埋込みが最良であり、１．００で最悪である。この分率を考慮する別の方法は、スラリーの表面の約６５％が繊維によって覆われると考えるものである。
【０１２３】
ｖｔ＝基本繊維スラリー層の総容積
ｖｆ，ｌ＝総繊維容積／層
ｖｆ１＝基本繊維スラリー層の離散繊維層１内の繊維の容積
ｖｆ２＝基本繊維スラリー層の離散繊維層２内の繊維の容積
ｖｓ，ｌ＝基本繊維スラリー層内のスラリーの容積
Ｖｆ，ｌ＝基本繊維スラリー層内の繊維の総容積分率
ｄｆ＝個々の繊維ストランドの直径
ｌｆ＝個々の繊維ストランドの長さ
ｔｌ＝スラリーおよび繊維を含む個々の層の総厚さ
ｔｓ，ｌ＝基本繊維スラリー層におけるスラリー層厚さ
Ｘｆ＝基本繊維スラリー層の層１の繊維容積に対する層２の繊維容積の比
ｎｆ，ｌ、ｎｆ１，ｌ、ｎｆ２，ｌ＝繊維層内の繊維の総数
【数１】
0005522610.tif 000002
＝繊維層内に含まれる繊維の総射影表面積
【数２】
0005522610.tif 000003
＝繊維層に関する射影繊維表面積分率
とする。
【０１２４】
１つの離散スラリー層および２つの離散繊維層からなる繊維層／スラリー層／繊維層サンドウィッチの配置構成における繊維層についての射影繊維表面積分率を確定するために、以下の関係が導出される。
【０１２５】
スラリー層の容積が、ｖｓ，ｌに等しく、
層１内の繊維の容積が、ｖｆ１に等しく、
層２内の繊維の容積が、ｖｆ２に等しく、
基本繊維スラリー層内の繊維の総容積分率が、Ｖｆ，ｌに等しく、
基本繊維スラリー層の総厚さが、ｔｌに等しく、
スラリー層の厚さが、ｔｓ，ｌに等しいとし、
繊維の総容積（すなわち層１および層２内の繊維）が、ｖｆ，ｌに等しいとすると、
【数３】
0005522610.tif 000004
であり、
【数４】
0005522610.tif 000005
である。
【０１２６】
基本繊維スラリー層の総容積ｖｔ＝
スラリー層の総容積＋２つの繊維層の総容積＝
【数５】
0005522610.tif 000006
とする。
【０１２７】
式（１）と（２）とを組み合わせると
【数６】
0005522610.tif 000007
となる。総繊維容積分率に関する基本繊維スラリー層の総繊維容積は、
【数７】
0005522610.tif 000008
と書くことができる。したがって、層１での繊維の容積は、
【数８】
0005522610.tif 000009
と書くことができる。
【０１２８】
同様に、層２での繊維の容積は、
【数９】
0005522610.tif 000010
と書くことができる。繊維が円柱形状を有する仮定すると、層１内の繊維の総数ｎｆ１，ｌは、式（６）から以下のように導出することができる。
【数１０】
0005522610.tif 000011
ここで、ｄｆは、繊維ストランド直径であり、ｌｆは、繊維ストランド長さである。
【０１２９】
同様に、層２での繊維の総数ｎｆ２，ｌは、式（７）から以下のように導出することができる。
【数１１】
0005522610.tif 000012
【０１３０】
円柱繊維の射影表面積は、その長さと直径との積に等しい。したがって、層１内の全ての繊維の総射影表面積
【数１２】
0005522610.tif 000013
は、
【数１３】
0005522610.tif 000014
と導出することができる。
【０１３１】
同様に、層２内の繊維の総射影表面積
【数１４】
0005522610.tif 000015
は、
【数１５】
0005522610.tif 000016
と導出することができる。
【０１３２】
スラリー層の射影表面積
【数１６】
0005522610.tif 000017
は、
【数１７】
0005522610.tif 000018
と書くことができる。繊維層１の射影繊維表面積分率
【数１８】
0005522610.tif 000019
は、以下のように定義される。
【０１３３】
【数１９】
0005522610.tif 000020
【０１３４】
式（１０）と式（１２）を組み合わせると、繊維層１の射影繊維表面積分率
【数２０】
0005522610.tif 000021
は、式（１４）と導出することができる。
【０１３５】
【数２１】
0005522610.tif 000022
【０１３６】
同様に、式（１１）と式（１２）を組み合わせると、繊維層２の射影繊維表面積分率
【数２２】
0005522610.tif 000023
は、式（１５）と導出することができる。
【０１３７】
【数２３】
0005522610.tif 000024
【０１３８】
式（１４）および式（１５）は、パラメータ射影繊維表面積分率
【数２４】
0005522610.tif 000025
が、可変の総繊維容積分率Ｖｆ，ｌに加えて、いくつかの他の変数に依存することを示す。これらの変数は、繊維ストランドの直径、離散スラリー層の厚さ、および個々の離散繊維層内の繊維の量（割合）である。
【０１３９】
セメント系スラリー層上に載置された繊維ネットワーク層の埋込み効率は、パラメータ「射影繊維表面積分率」の関数であることを、実験観察が確認している。射影繊維表面積分率が小さくなればなるほど、スラリー層内への繊維層の埋込みが容易になることが判明している。良好な繊維埋込み効率の理由は、繊維ネットワークの層内の開放領域または多孔度の程度が射影繊維表面積分率の減少と共に増加することによって説明されうる。より大きな開放領域が利用できる場合、繊維ネットワークの層を通るスラリー貫入が増大し、これが繊維埋込み効率の向上につながる。
【０１４０】
したがって、良好な繊維埋込み効率を達成するために、目的関数は、繊維表面積分率をある臨界値未満に維持することになる。式（１５）に現れる１つまたは複数の変数を変えることによって、良好な繊維埋込み効率を達成するために射影繊維表面積分率が調整されうることが重要である。
【０１４１】
良好な繊維埋込み効率を達成するために、射影繊維表面積分率の大きさに影響を及ぼす異なる変数が識別され、「射影繊維表面積分率」の大きさを調整するための手法が提案されている。これらの手法は、射影繊維表面積分率を臨界しきい値未満に維持するために以下の変数の１つまたは複数を変えることを含む。以下の変数とは、別個の繊維およびスラリー層の数、別個のスラリー層の厚さ、および繊維ストランドの直径である。
【０１４２】
この基本作業に基づいて、射影繊維表面積分率
【数２５】
0005522610.tif 000026
の好ましい大きさが、以下であることが発見された。
好ましい射影繊維表面積分率
【数２６】
0005522610.tif 000027
最も好ましい射影繊維表面積分率
【数２７】
0005522610.tif 000028
【０１４３】
設計パネル繊維容積分率Ｖｆ、たとえば、各スラリー層内の１〜５％のパーセンテージ繊維容積含有量について、射影繊維表面積分率についての前述の好ましい大きさの達成は、以下の変数、すなわち、別個の繊維層の総数、別個のスラリー層の厚さ、および繊維ストランド直径の１つまたは複数を調整することによって可能にされうる。特に、射影繊維表面積分率の好ましい大きさをもたらすこれらの変数についての所望の範囲は、次の通りである。
別個のスラリー層の厚さｔｓ，ｌ
別個のスラリー層の好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．３５インチ
別個のスラリー層のより好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．２５インチ
別個のスラリー層の最も好ましい厚さｔｓ，ｌ≦０．１５インチ
繊維ストランド直径ｄｆ
好ましい繊維ストランド直径ｄｆ≧３０ｔｅｘ
最も好ましい繊維ストランド直径ｄｆ≧７０ｔｅｘ
【実施例】
【０１４４】
実施例１
同時係属中の米国特許出願第１１／６５５，６４７号明細書のプロセスは、図８に示す基本生産ライン１３０を使用して運転され、同時係属中の出願のプロセスからの唯一の変更は、同時係属中の出願に記載されるスラリー供給システムの代わりに本発明のヘッドボックス４４を使用することである。スラリーのセメント部分は、６５重量％の硫酸カルシウムα半水和物と、２２重量％のタイプＩＩＩポルトランドセメントと、１２重量％のシリカヒュームと、１重量％の消石灰とを含む。スラリーの液体部分は、９９．１９重量％の水と、０．８１重量％のＷ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ  ａｎｄ  Ｃｏ．によるＡＤＶＡＣＡＳＴ高性能減水剤とを含む。液体：セメント重量比は、０．５５であり、骨材（ＥＸＴＥＮＤＯＳＰＨＥＲＥＳ  ＳＧ微小球）：セメント重量比は、０．４４５であった。
【０１４５】
スラリーは、本発明のシステムを使用して本発明の方法に従って生成され、図２に示すように。４つのスラリー層７７、８０、８８、および９０を有するものとして示されている。本発明のシステムの下で生産されるパネル９２が１つまたは複数の層を有する可能性がある点で、このパネルは単に例示的に過ぎないと考えられるべきである。先の数学的関係を使用することによって、スラリー層７７、８０、８８、および９０は、異なる繊維容積分率を有しうる。たとえば、スキンまたはフェイス層７７、９０は、指定された５％の繊維容積分率Ｖｆを有し、一方、内層８０、８８は、指定された２％のＶｆを有する。これは、高い外側強度と、比較的低い強度を有する内側コアとを有するパネルを提供し、このパネルは、いくつかの用途で望ましくまたはコスト面で繊維を節約する可能性がある。層の数と同様に、繊維容積分率Ｖｆが、用途に適するように層７７、８０、８８、９０の間で変わる可能性があることが想定される。
【０１４６】
同様に、繊維含有量の変更は、各スラリー層内で達成されうる。たとえば５％の繊維容積分率Ｖｆの場合、たとえば、繊維層１が、任意選択で、指定された３％のスラリー容積分率を有し、繊維層２が、任意選択で、指定された２％の繊維容積分率を有する。したがって、Ｘｆは、３／２であることになる。
【０１４７】
ホース３９０を通したヘッドボックス４４へのスラリー供給は、各ホースについて毎分約１．１５立方フィートの同じ供給レートで供給されたが、運転保証範囲は、毎分約０．５〜２．５立方フィートでありうる。スラリー往復トロリーは、本発明のヘッドボックスにおいて維持される低いスラリー容積を考慮して、ヘッドボックス全体を通して均等な分散を保証するために、従来技術のプロセスの往復レートの約１．５倍である毎分約２０回のレートでヘッドボックスを横断して往復する。所望である場合、スラリー往復トロリーがヘッドボックスを横断するレートは、毎分約２．５〜３．５立方フィートのスラリー供給レートおよび最大毎分５０フィートの移動ウェブライン速度を可能にするために、約３０〜４０トリップまで増加しうる。本発明のヘッドボックスは、約６２．５立方インチのスラリーヘッドボックス容量の場合、約５インチ幅で５０インチ長で約０．２５インチ深さである。ヘッドボックスの幅は、プラスまたはマイナス１．０インチだけ変わり、スラリー深さは、約０．１２５インチと０．５００インチとの間で変わりうる。比較すると、従来技術のヘッドボックスで使用されるヘッドボックスは、１〜２ガロン（２３１〜４６２立方インチ）の範囲にありうる。ヘッドボックスは、スラリーの粘度変動作用を最小にするために、毎分約１２，０００振動のレートで振動した。ホース３９０からのスラリーの流れは、壁３７０に近いヘッドボックスの後部分に送られて、先に堆積されたスラリーに、ヘッドボックスから流出し、スラリースピルウェイ３８０を下るようにさせる。これは、ラストインファーストアウトのヘッドボックス内の流れ特性を促進し、ヘッドボックス内でのスラリーの停滞を低下させる。生産ラインのライン速度は、ウェブ上に堆積されるスラリーの連続カーテンを維持しながら、５フィート／分程度の低速から約３５フィート／分、より典型的には７〜３５フィート／分であり、ヘッドボックス内へのスラリーの堆積レートは、約０．３５〜２．５立方フィート／分、より典型的には０．５〜２．５立方フィート／分である。
【０１４８】
ヘッドボックス内に堆積されるスラリーの往復供給機は、スラリーの流量が毎分約１．５〜２．５立方フィートであるとき、毎分約１０回と４０回との間、より典型的には毎分約２０回と３０回との間でヘッドボックスの長さを横断する。
【０１４９】
ライン速度が約３５〜５０フィート／分に増加する場合、供給機がヘッドボックスの長さを横断する回数は、約２．５〜３．５立方フィート／分の流量の場合、毎分３０〜４０回の範囲の上限まで増加しうる。
【０１５０】
ヘッドボックスのスピルウェイからウェブ上に堆積されるスラリーカーテンの粘度に本ヘッドボックスが悪影響を及ぼすことなく、ライン速度は、毎分５フィート程度の低速に減少されうる、または、毎分５０フィート程度の高速に増加されうる。これは、毎分約５０フィートまでのライン速度のときに、約２．５〜約３．５立方フィート／分のスラリー流量で粘度のあるスラリーカーテンを提供することができない従来技術のヘッドボックス設計に勝る特定の改善である。従来技術のヘッドボックスでは、ヘッドボックス内のローラの回転速度は、約２．５立方フィート／分を超えるスラリー流量を処理するために、かなり増加されなければならない。これは、スラリーが、ヘッドボックスの上部および側部を越えて流れ、移動するウェブ上に重力で堆積されることをもたらす。これは、移動するウェブに対して粘度のあるスラリーカーテンを生じない。
【０１５１】
パネルは、図８のシステムを使用して、また、上述したスラリー組成物からの上述した射影繊維表面積分率公式を使用して製造される。パネル厚さは、０．５〜０．８２インチの範囲であった。個々のスラリー層の厚さは、０．１２５〜０．２０５インチの範囲であった。総繊維容積分率Ｖｆは、２．７５〜４．０５％の範囲であった。
【０１５２】
繊維強化構造化セメント系パネル生産用の本スラリー供給装置の特定の実施形態が示され述べられたが、本発明から逸脱することなく、そのより広い態様でまた添付特許請求の範囲で述べられるように、特定の実施形態に対して変更および修正が行われてもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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