(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、
同軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出す押出手段と、
上記押し出された筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形する成形手段とを具備することを特徴とする軽量骨材製造装置。
【請求項２】
上記成形手段は、上記押出手段にて押し出される筒形状の素材の先端部に対向する凹部が形成された成形型を有し、同筒形状の素材の先端部を同成形型の凹部内に挿入させて押し潰すことにより同先端部の開口を塞ぐことを特徴とする請求項１に記載の軽量骨材製造装置。
【請求項３】
熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させる素材加熱工程と、
同軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出す押出工程と、
上記押し出された筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形する成形工程とを具備することを特徴とする軽量骨材製造方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させ、軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出し、押し出した筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形して製造されたことを特徴とする軽量骨材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量骨材製造装置、軽量骨材製造方法および軽量骨材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメントを主成分としてコンクリート等の建築用材を製造する際には当該セメントの他にも砂利等を配合するが、コンクリートの軽量化を図るために砂利の代替品として従来から軽量骨材が使用されている。従来の軽量骨材としては、頁岩を粉砕，造粒，焼成して得られる多くの微少な気泡を有したガラスバルーンやシラスバルーン等の焼成発泡体等が存在する。
なお、石炭火力発電所では、大量のフライアッシュ（石炭灰）が廃材として生じており、大部分が埋め立てされている。フライアッシュはシリカ成分を多く含む多孔質無機材料であり、他の原料に混和されると同原料と強固に結合するので、同フライアッシュをセメント原料やコンクリートに混和する等の有効利用も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術においては、軽量骨材を製造するために焼成が必要であり、製造コストが高いという問題があった。
また、木粉のように比較的比重の小さい素材を混合して軽量骨材にすることも考えられるが、上記フライアッシュ等の比較的比重の大きい廃材を軽量骨材として有効利用したいという希望もあった。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、比重の小さい素材を用いる必要がなく、低コストにて軽量骨材を量産することが可能な軽量骨材製造装置、軽量骨材製造方法および軽量骨材の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させる素材加熱手段と、同軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出す押出手段と、上記押し出された筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形する成形手段とを具備する構成としてある。すなわち、軟化した所定の素材は筒形状に押し出され、切断されるとともに端部の開口が塞がれるように成形される。成形された軽量骨材は中空形状であるので、比重の小さい素材を用いる必要がない。
むろん、比重の小さい素材を用いると、非常に軽量の軽量骨材を製造することができる。
また、軽量骨材を製造する際に焼成が不要であり、素材を押し出して成形すればよいので、安価な設備にて軽量骨材を連続して製造することができ、低コストにて軽量骨材を量産することが可能となる。
さらに、素材加熱手段にて素材を加熱することにより押し出し可能となるように軟化させることができる。また、冷却することにより固化させることができる。
【０００５】
ここで、押出手段は、筒形状の所定の素材を成形手段にて切断・成形可能に押し出すことができればよく、その手法は特に限定されない。
また、筒形状の素材における端部の開口を塞ぐ際には、同素材の両端の開口を塞いでもよいし、一方の開口のみを塞いでもよい。開口の一方のみ塞がれた軽量骨材であっても、他方の開口が塞がれていると混合される対象であるコンクリート等の流動体は同軽量骨材の中空部に入り難いため、同流動体からの成形体を軽量化させることが可能である。
さらに、筒形状の素材を切断するのと、端部の開口を塞ぐように成形するのとは、同時に行ってもよいし、いずれか一方を先に行った後に他方を後で行うようにしてもよい。
【０００６】
成形手段は、様々な構成が考えられる。その一例として、請求項２にかかる発明は、上記成形手段は、上記押出手段にて押し出される筒形状の素材の先端部に対向する凹部が形成された成形型を有し、同筒形状の素材の先端部を同成形型の凹部内に挿入させて押し潰すことにより同先端部の開口を塞ぐ構成としてある。すなわち、押し出された筒形状の素材の先端部は、成形型において対向する位置に形成された凹部に挿入され、押し潰されて、開口が塞がれる。
成形型の凹部は、様々な形状が考えられる。例えば、凹部を筒形状の素材の先端部に開口を対向させた略半球状に形成すると、同凹部は奥側となるほど細くなることになり、確実に同素材の先端部を押し潰して開口を塞ぐことができる。また、同素材の先端部は略半円状に押し潰されて成形されるので、軽量骨材の見た目を良好にさせることができる。
【０００７】
筒形状の素材の後端部を切断する構成も、様々考えられる。その一例として、上記成形手段は、上記押出手段にて押し出された筒形状の素材を断面方向に押し潰すことにより切断して同素材の後端部の開口を塞ぐ構成としてもよい。すなわち、押し出された筒形状の素材は、断面方向に押し潰されて切断されるとともに、後端部の開口が塞がれる。
上記発明によれば、簡易な構成にて筒形状の素材を切断して軽量骨材の後端部の開口を塞ぐことができる。
また、筒形状の素材における両端部の開口を双方とも塞ぐことにより、軽量骨材には外部から遮断された空洞が形成されることになり、混合される対象であるコンクリート等の流動体が軽量骨材の中空部に入ることがなく、より確実に同流動体の成形体を軽量化させることが可能となる。
【０００８】
筒形状の素材を断面方向に押し潰すことにより切断する構成の一例として、上記成形手段は、先端が丸みを帯びた形状に形成された押切部を有し、同押切部の先端を上記筒形状の素材に押し当てることにより同筒形状の素材を断面方向に押し潰す構成としてもよい。
すなわち、切断に際して、押切部の先端を樹脂層に押し当てることにより潰して素材を切断する。従って、筒形状の素材は、押切部の先端を押し当てられ、押し潰されて切断される。押切部の先端に丸みを形成することによって、素材は押し潰されて切断され、後端部の開口が塞がれる。
上記発明によれば、筒形状の素材を切断して軽量骨材の後端部の開口を塞ぐ簡易な構造を提供することができる。
【０００９】
軽量骨材を連続して大量に製造するためには、軟化した素材を複数箇所から押し出して連続して成形することができると好適である。その一例として、上記押出手段は複数の押出口から上記素材を筒形状にして押し出し、上記成形型は複数設けられるとともに同複数の押出口のそれぞれに対応した複数の上記凹部が形成されており、上記成形手段は同複数の成形型のいずれかを順番に同複数の押出口に対向させる構成としてもよい。
すなわち、軟化した素材は、複数の押出口から筒形状にして押し出され、複数の成形型のいずれかにて先端部を押し潰されて開口を塞がれる。ここで、複数の成形型は順番に複数の押出口に対向されるので、軽量骨材を連続して大量に製造することができる。
上記発明によれば、軽量骨材を連続して大量に製造することが可能となる。
また、上記押切部を成形型に取り付けてもよい。すると、成形型を移動させることにより筒形状の素材を切断することが可能となるので、構造を簡易にさせることができる。
【００１０】
上記所定の素材は、様々なものが考えられる。その一例として、上記所定の素材は、溶融可能な樹脂と微粒状の多孔質無機材料とから構成される構成としてもよい。すなわち、所定の素材に溶融可能な樹脂が含まれているので、押出成形を行うことができる。ここで、微粒状無機材料は多孔質であるので溶融可能な樹脂と強固に結合し、軽量骨材は硬質となる。従って、多孔質無機材料を有効利用して、コンクリート・建築用材への混合材等として使用可能な硬質の軽量骨材を製造することができる。
なお、上記素材は、上記多孔質無機材料と溶融可能な樹脂のみから構成されてもよいし、同多孔質無機材料と溶融可能な樹脂以外の第三の材料が添加されて構成されてもよい。
また、多孔質無機材料は、微粒状とされた多孔質の無機材料であればよく、粉末状であっても本発明にいう微粒状に含まれる。
【００１１】
ここで、多孔質無機材料は様々なものが考えられ、上述したフライアッシュであってもよいし、岩石から粉砕された石粉であってもよい。また、多孔質無機材料の比重が比較的大きくても中空部が形成されるので、製造された軽量骨材は混合される対象であるコンクリート等の成形体を軽量化させることが可能である。
なお、多孔質無機材料を素材として使用すると軽量骨材を硬質にすることができる点で好適であるものの、用途によりやや軟質であっても使用可能であれば、多孔質でない素材を使用してもよいし、木粉等の有機材料を使用してもよい。
【００１２】
上記樹脂は、様々なものを採用可能である。
【００１３】
さらに、上記成形された素材を冷却する冷却手段が設けられている構成としてもよい。
すなわち、冷却することにより成形された素材を固化させることができる。また、成形された素材が相互に接着してしまうことを防止することができる。
上記発明によれば、さらに軽量骨材の製造効率を向上させることができる。
ここで、冷却手段は、様々な構成が考えられる。例えば、所定の冷却槽に冷水を入れておき、成形された素材を同冷却槽内に落下させるようにしてもよい。すると、同冷却槽内から素材を回収すれば、固化されて形成された軽量骨材を得ることができる。また、所定の落下経路を有する落下経路部を設け、成形型から離型した素材を同落下経路部にて落下させつつ冷却させてもよい。すると、成形された素材は落下経路部を落下することにより空冷され、固化される。
なお、所定の素材に熱可塑性樹脂を含める構成が一例にすぎず、フェノール樹脂，ユリア樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることも可能である。
【００１４】
ところで、上述のようにして軽量骨材を製造する手法は必ずしも実体のある装置に限られる必要はないため、請求項３にかかる発明のように、熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させる素材加熱工程と、同軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出す押出工程と、上記押し出された筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形する成形工程とを具備する軽量骨材製造方法としても有効である。
【００１５】
また、上述した製造方法により製造されることにより中空部が形成されて軽量化された有用な軽量骨材を提供することができるため、請求項４にかかる発明のように、熱可塑性樹脂を含んだ所定の素材を加熱して軟化させ、軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出し、押し出した筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形して製造された軽量骨材としても有効である。
むろん、請求項２に記載された装置構成を軽量骨材製造方法、軽量骨材に対応させることが可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１、請求項３、請求項４にかかる発明によれば、比重の小さい素材を用いる必要がなく、低コストにて軽量骨材を量産することが可能となる。また、押し出し可能となるように素材を加熱軟化させることができるので、利便性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２にかかる発明によれば、簡易な構成にて軽量骨材の先端部の開口を塞ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）軽量骨材について：
（２）軽量骨材製造装置の構成：
（３）軽量骨材製造装置の動作：
（４）まとめ：
【００１９】
（１）軽量骨材について：
最初に、本発明の一実施形態にかかる軽量骨材製造装置を使用して軽量骨材を製造し、建築用材に混合する概略について説明する。
図１は、軽量骨材を製造し、さらにその軽量骨材を使用して建築用材を製造する過程を示す概略の流れ図である。本実施形態では、石炭火力発電所から排出されるフライアッシュＡ１と、熱可塑性樹脂（溶融可能な樹脂）Ａ３とを所定の素材として、中空部を有する軽量骨材を製造する。
フライアッシュＡ１は、石炭を焼成したときに生じる黒っぽい灰であり、シリカ分を含む微粒状（粉末状を含む）の多孔質無機材料である。フライアッシュＡ１には種々の粒径のものを採用可能であり、熱可塑性樹脂Ａ３によってフライアッシュＡ１同士が結合できるような粒径であればよい。
【００２０】
熱可塑性樹脂Ａ３としては、種々の樹脂を採用可能であり、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリスチレン，ポリメチルメタアクリレート，塩化ビニル，ナイロン，ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等を使用可能である。むろん、これらの樹脂を複数組み合わせて使用してもよい。
また、軽量骨材製造装置Ａ４に投入する際には、固形の原反として投入してもよいし、溶融された状態にして投入してもよい。
【００２１】
上述したいずれかの樹脂のみを上記熱可塑性樹脂Ａ３とすることにより軽量骨材を製造することができるが、上記樹脂のいずれかを選択して熱可塑性樹脂Ａ３の主成分とするとともに、マレイン酸（所定の酸）を用いて選択された樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂Ａ３の副成分としてもよい。むろん、熱可塑性樹脂を変性させる酸はマレイン酸に限られないし、主成分とは異なる樹脂を変性したものを熱可塑性樹脂Ａ３の副成分としてもよい。さらに、熱可塑性樹脂を酸により変性した樹脂も通常熱可塑性樹脂であるため、変性した樹脂のみを上記熱可塑性樹脂Ａ３として使用してもよい。
変性した樹脂を製造するには、例えば付加重合前の原料にマレイン酸を添加して付加重合を行えばよい。すると、付加重合後の高分子には、親水基の一つであるカルボキシル基が付加される。従って、熱可塑性樹脂Ａ３に含まれる変性した樹脂は、水酸基等と親和しやすくなっている。
【００２２】
フライアッシュＡ１と熱可塑性樹脂Ａ３との配合割合は、軽量骨材の用途に応じて適宜決定可能である。一般に、フライアッシュの重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。両者の重量割合は、軽量骨材に要求される性質に応じて適宜好ましい比率を選択可能である。
軽量骨材を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、フライアッシュに対して同フライアッシュと等重量以下の熱可塑性樹脂を混合すればよい。なお、フライアッシュが熱可塑性樹脂よりも少ない重量であっても、フライアッシュの粒子は略球状であるため粒子どうしが接触するとベアリングのように転がる、いわゆるベアリング効果が生じる。従って、同ベアリング効果によりフライアッシュと溶融した熱可塑性樹脂とを容易に混合して押出成形や射出成形等を行うことができ、硬質の軽量骨材を得ることができる。
【００２３】
なお、フライアッシュＡ１の代わりに、微粒状で多孔質の石英質系鉱物Ａ２を使用してもよい。石英質系鉱物Ａ２は、石英を主成分とする鉱物であり、用途に応じた粒径に粉砕されて石粉とされ、使用される。種々の石英質系鉱物を用いて軽量骨材を成形したところ、愛知県北設楽郡設楽町の段戸山から採取される石英片岩、硬質石英質岩石が成形に好適であった。同石英片岩、硬質石英質岩石は、ＳｉＯ2 を８０〜８５重量％含有する石英を主体とし、ソーダ長石等を若干含む鉱物である。また、これらの岩石を熱可塑性樹脂との混合用に粉砕した石粉を顕微鏡で見たところ、微細な孔が多数存在することが確認された。従って、粉砕された同石英片岩、硬質石英質岩石は、微粒状の多孔質無機材料である。
【００２４】
石英質系鉱物Ａ２と熱可塑性樹脂Ａ３との配合割合も、軽量骨材の用途に応じて適宜決定可能であり、石英質系鉱物の重量割合が多くなるほど硬質となり、熱可塑性樹脂の重量割合が多くなるほど軟質となる。
軽量骨材を無機材料のように熱膨張が小さく難燃性とするためには、石英質系鉱物に対して同石英質系鉱物と等重量以下の熱可塑性樹脂を混合すればよい。なお、熱可塑性樹脂の重量が石英質系鉱物の重量以下であっても、溶融混合時に粘土状となって流動性が良好である。従って、容易に混合して押出成形等を行うことができ、硬質の軽量骨材を得ることができる。
【００２５】
軽量骨材製造装置Ａ４にフライアッシュＡ１と熱可塑性樹脂Ａ３とからなる素材が投入されると、同装置Ａ４にて、素材を加熱して軟化させ、軟化した素材を加圧して筒形状にして押し出し、押し出した筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を閉じるように成形する。素材には熱可塑性樹脂が含まれるため、加熱により熱可塑性樹脂が溶融して素材は軟化し、押出成形可能となる。ここで、筒形状とされた素材は両端部が押し潰されて開口が塞がれるので、略カプセル状ないし略ボール状（外部から遮断された空洞を有する略球状）の軽量骨材Ａ５が製造される。
【００２６】
同軽量骨材Ａ５は、建築用材に配合される。建築用材はセメントを主成分としており、砂利の代替材として軽量骨材が使用されることによって、より軽量の建築用材を得ることができる。建築用材の原料は撹拌容器Ａ６内に投入されて撹拌されるようになっており、上記軽量骨材Ａ５の他、主にセメント原料粉Ａ７と水Ａ８とが投入される。むろん、砂利が含まれていてもよい。これらの原料は撹拌容器Ａ６内で撹拌され、流動体の建築用材原料となる。この流動体の建築材料原料は、所定の形状を有する建築用材の雌型に流し込まれると、時間の経過とともに硬化して建築用材Ａ９となり、種々の建築物に使用される。
なお、所定の素材としてフライアッシュを使用すると、軽量骨材の表面に光沢感が付与される効果が得られるため、製造された軽量骨材を装飾的効果が求められる用途に利用してもよい。
【００２７】
（２）軽量骨材製造装置の構成：
次に、軽量骨材製造装置の一実施形態の外観側面図を図２に示す。また、図３に当該軽量骨材製造装置の外観上面図を示す。図において、上述した軽量骨材製造装置Ａ４を構成する軽量骨材製造装置１０は、概略、材料供給装置１１、素材搬送装置１２、素材加熱装置１３、軽量骨材成形装置２０、選別搬送装置１４、制御盤１５を備えている。
【００２８】
材料供給装置１１は、中空の略円筒形状に形成され、上面に開口部１１ａ１を備えたホッパー装置１１ａを有し、フライアッシュＡ１等の微粒状の多孔質無機材料と、断片形状に粉砕された熱可塑性樹脂Ａ３とからなる所定の素材を開口部１１ａ１から投入してホッパー装置１１ａに収容するようになっている。ホッパー装置１１ａの内部には、撹拌翼１１ａ２と、この撹拌翼１１ａ２が接続されている撹拌翼接続円板１１ａ３とが配置されており、この撹拌翼接続円板１１ａ３はベルト１１ａ４を介して撹拌翼駆動モータ１１ａ５に接続されている。このモータ１１ａ５の駆動がベルト１１ａ４を介して円板１１ａ３に伝達され、これにより円板１１ａ３と撹拌翼１１ａ２が回転駆動する。これによって、ホッパー装置１１ａの内部に収容された素材は粒状のまま撹拌されつつ混合される。混合された素材は、混合材料供給口１１ａ６から次工程の装置である素材搬送装置１２に供給される。
【００２９】
素材搬送装置１２は、混合材料流入口１２ａにおいて材料供給装置の混合材料供給口１１ａ６と接続し、この混合材料供給口１２ａにて混合材料供給口１１ａ６より混合された素材の供給を受ける。ここで、略円筒形状の中空管１２ｂの内部にはスクリュー軸１２ｃが配設され、このスクリュー軸１２ｃには軸方向に沿って複数フライトの螺旋状ネジ山が形成されたスクリューが配設されている。
【００３０】
このとき、混合材料流入口１２ａにて供給を受けた素材は、中空管１２ｂとスクリュー軸１２ｃとネジ山にて形成される空間に収容される。このスクリュー軸１２ｃは、ギア部１２ｄを介してスクリュー軸駆動モータ１２ｅに接続されている。このモータ１２ｅを駆動してスクリュー軸１２ｃを回転動作させると、上記中空管１２ｂとスクリュー軸１２ｃとネジ山にて形成される空間に収容された素材は、この回転動作によって形成される所定の押出速度に基づいて、混合されながら混合材料流入口１２ａから流動体流出口１２ｆに向かって押し出される。
【００３１】
混合材料流入口１２ａから供給された素材は、素材搬送装置１２に併設されている素材加熱装置１３によって加熱され、熱可塑性樹脂が溶融して素材は軟化する。従って、スクリュー軸１２ｃの回転動作によって押し出される素材は、軟化状態で流動体流出口１２ｆに押し出される。素材加熱装置１３は、概略、複数のヒータ部１３ａと、これらのヒータ部１３ａに対応した複数のブロア部１３ｂとを備えている。ヒータ部１３ａは発熱体を有しており、この発熱体により高温とされた空気をブロア部１３ｂにて中空管１２ｂに吹き付けることにより、中空管１２ｂ内の素材を加熱する。すなわち、素材加熱装置１３は、素材を加熱して軟化させる素材加熱手段を構成する。
【００３２】
ここで、ヒータ部は熱可塑性樹脂を溶融させる温度に上昇させることができればよく、熱可塑性樹脂の種類に応じてヒータの加熱能力を決定すればよい。原料の温度が熱可塑性樹脂の融点よりも高く、多孔質無機材料の融点より低くなるようにヒータ部の加熱を設定すると、多孔質無機材料については溶融されずに両者を溶融混合することができる。
なお、素材搬送装置１２が素材を搬送する能力は、軟化された素材の粘度等の性質に応じて決定すればよい。
【００３３】
軟化状態の素材は、流動体流出口１２ｆから軽量骨材成形装置２０に押し込まれる。そして、筒形状にされて押し出され、ダイフェースカッターにて捩られるように切断されて成形され、冷却槽３０にて冷却される。ここで、筒形状の素材は、端部が押し潰されて開口が塞がれた状態とされて固化される。同軽量骨材成形装置２０の詳細は、後述する。
冷却槽３０は、図示しない冷却機構にて冷却された冷水が入れられており、軽量骨材成形装置２０から落下する成形後の素材を冷水にて固化させるようになっている。すなわち、冷却槽３０と冷却機構とは、成形された素材を冷却する冷却手段を構成する。成形後の素材を即座に固化させることにより、成形された素材どうしが相互に接着してしまうことを防止することができる。
【００３４】
固化された軽量骨材は、軽量骨材流入口１４ａから選別搬送装置１４に流入する。選別搬送装置１４は、所定径の略円形状の小穴が多数形成された選別搬送網、搬送網振動モータ、軽量骨材収容部を有している。軽量骨材は、順次選別搬送網に投入され、搬送網振動モータによって選別搬送網が振動することにより同選別搬送網の小穴にて大きさが選別される。そして、選別搬送網上に残存する軽量骨材は、同選別搬送網上を軽量骨材回収部に向かって移動していき、図示しないサイクロンによって軽量骨材収容部に収容されることになる。また、選別搬送網から落下した軽量骨材は、回収されて再利用される。
【００３５】
制御盤１５は、複数の操作ボタンと、本軽量骨材製造装置１０の運転条件の設定や運転状態をモニタリングする操作ディスプレイとが前面に配置されている。本装置１０の操作者は、この制御盤１５を使用して各種操作を行う。
【００３６】
図４は、軽量骨材成形装置２０の要部の垂直断面図である。軽量骨材成形装置２０は、軟化状態の素材の押出方向を軸とした円筒形状の金属製外筒部２１、同外筒部２１の素材出口側（図の右側）の端部に取り付けられた金属製のダイ部２２、素材の出口に対向して配置される金属製成形型２３、金属製ダイフェースカッター部２４、等を備えている。以下、図４を基準とした上下左右の関係により各部材の配置を説明する。
外筒部２１の左側には、素材流入口２１ａが設けられており、軟化状態の素材は素材搬送装置１２から素材流入口２１ａに流入するようになっている。
【００３７】
ダイ部２２は、略円形の押出口２２ａ１が同心円状に複数形成された円板２２ａと、この円板の各押出口２２ａ１のそれぞれの内部に挿入されるように外筒部２１に取り付けられた断面略円形の軸心材２２ｂとから構成されている。円板２２ａは、外筒部２１の左側開口を塞ぐように同外筒部に取り付けられている。
図５は、ダイ部２２を図４の右側から見て示す側面図である。本実施形態の押出口２２ａ１は、円板２２ａに計８個形成されている。そして、各押出口２２ａ１の略中心部に軸心材２２ｂが存在するため、押出口２２ａ１から押し出される軟化状態の素材は筒形状とされる。
【００３８】
ここで、軟化した素材は、素材搬送装置１２により加圧されながら外筒部２１内に押し込まれるので、軽量骨材成形装置２０は加圧された素材を複数の押出口２２ａ１から同時に筒形状にして押し出す。すなわち、素材搬送装置１２と外筒部２１とダイ部２２は、軟化した所定の素材を加圧して筒形状にして押し出す押出手段を構成する。
なお、押出口２２ａ１の大きさと軸心材２２ｂの径とは、製造する軽量骨材の用途に応じて様々な大きさ、径にすることができる。
【００３９】
成形型２３は、複数の押出口２２ａ１のそれぞれに対応して、同押出口２２ａ１から押し出される筒形状の素材の先端部に対向する複数の凹部２３ａが形成されている。同凹部２３ａは、押出口２２ａ１の径と略同じ径とされ、押出口２２ａ１から押し出される筒形状の素材の先端部に開口を対向させた略半球状に形成されている。従って、凹部２３ａは奥側となるほど細くなることになり、押出口２２ａ１から押し出された筒形状の素材は、先端部が凹部２３ａに挿入され、確実に押し潰されて開口が塞がれることになる。
むろん、凹部２３ａの形状は、半球状に限定されるものではなく、円錐形状や扁平な半球状等、様々考えられる。
なお、成形型２３と押出口２２ａ１とは、製造する軽量骨材の用途に応じて様々な間隔とすることができる。
本実施形態の成形型２３は、複数（３個）設けられている。これらの成形型２３は、所定の回転軸を中心として回転可能なＹ字部材２３ｂに取り付けられて固定されており、同Ｙ字部材２３ｂの回転に伴って移動して順次押出口２２ａ１の対向位置に配置されるようになっている。なお、成形された素材は、成形型の凹部２３ａに一部を挿入された状態となるが、後述する圧空供給装置により離型されるようになっている。
【００４０】
図６は、図４の右側から見て示す側面図である。
各成形型２３には、中心部を貫通する円柱状の回転軸材２５ａに対して回転可能に取り付けられている。各回転軸材２５ａには平歯車２５ｂが外嵌されて固定されており、また、成形型２３を貫通してダイフェースカッター部２４が取り付けられて固定されている。
従って、ダイフェースカッター部２４は同平歯車２５ｂと一体的に回転するようになっている。３個の平歯車２５ｂの全ては、一つの大平歯車２５ｃと噛合している。図において、平歯車２５ｂ１〜３の中心軸（回転軸材２５ａの位置）は、大平歯車２５ｃの回転軸２５ｄとを結ぶ直線が互いに１２０度となる位置とされている。各回転軸材２５ａは、大平歯車２５ｃの回転軸２５ｄを中心として回転動可能なＹ字部材２５ｅの３箇所の端部に回転可能に取り付けられている。なお、成形型２３を取り付けたＹ字部材２３ｂは、回転軸２５ｄに対して回転可能に取り付けられている。
【００４１】
同回転軸２５ｄ上には、大平歯車２５ｃまたはＹ字部材２５ｅを回転駆動可能なサーボモータ２５ｆが取り付けられている。ここで、サーボモータ２５ｆからの回転力は、回転力伝達切り替え機構２５ｇにより大平歯車２５ｃまたはＹ字部材２５ｅのいずれかに切り替えられながら伝達される。そして、所定のシーケンスに従って、回転力伝達切り替え機構２５ｇに対して回転力切り替えの制御が行われるとともに、サーボモータ２５ｆに対しても回転／停止の制御が行われる。
【００４２】
例えば、回転力切り替え伝達機構２５ｇに対してサーボモータ２５ｆの回転力をＹ字部材２５ｅに伝達させるようにすると、サーボモータ２５ｆを駆動することにより、複数の成形型２３のいずれかを順番に複数の押出口２２ａ１に対向させることができる。このとき、成形型２３を取り付けたＹ字部材２３ｂも同期して回転し、成形型の凹部２３ａのそれぞれを確実に押出口２２ａ１に対向させる。
また、同回転力を大平歯車２５ｃに伝達させるようにすると、サーボモータ２５ｆを駆動することにより、各平歯車２５ｂを回転させ、各成形型２３を複数の押出口２２ａ１の対向位置にて回転させることができる。図では、大平歯車２５ｃは右回りに回転するようになっており、ダイフェースカッター部２４は平歯車２５ｂとともに右回りに回転するようになっている。
むろん、成形型とダイフェースカッター部とを回転、移動させる機構は、上述したものに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４３】
ダイフェースカッター部２４は、各成形型２３において凹部２３ａが形成された面（図４の左側）にて回転軸材２５ａに取り付けられて固定されており、回転軸材２５ａと一体的に回転したり、成形型２３とともに移動したりするようになっている。各ダイフェースカッター部２４は、回転軸材２５ａへの取付部となるカッターテーブル２４ａと、同カッターテーブル２４ａに取り付けられて固定される複数（本実施形態では４枚）のカッター２４ｂとから構成されている。
ここで、各カッター２４ｂは、円板２２ａの表面上（図４の右側）を摺動するようになっており、回転動作することによって押出口２２ａ１から押し出される筒形状の素材を切断する。
【００４４】
図７は、カッター２４ｂの外観斜視図である。カッター２４ｂは、テーブル取付部２４ｂ１と、押切部２４ｂ２とから構成されている。テーブル取付部２４ｂ１にはボルト穴２４ｂ３，２４ｂ３が形成されており、図示しないボルトによりカッター２４ｂをカッターテーブル２４ａにネジ固定可能である。
押切部２４ｂ２は、図７を基準として進行方向後側から前側に向けて下がる傾斜が形成され、先端２４ｂ４に押出口２２ａ１から押し出される筒形状の素材を切断する刃先が形成されている。押切部の先端２４ｂ４は、鋭利な刃先となっておらず、丸みを帯びた形状に形成されている。従って、押切部の先端２４ｂ４を筒形状の素材に押し当てることにより、筒形状の素材を断面方向に押し潰しながら切断することができる。その結果、押出口２２ａ１から押し出された筒形状の素材の後端部は、開口が塞がれることになる。
なお、カッターは、筒形状の素材を断面方向に押し潰して切断することができれば、様々な形状のものを採用することができる。例えば、鈍角の刃物であっても、筒形状の素材を断面方向に押し潰して切断し、同素材の後端部の開口を塞ぐことは可能である。
【００４５】
（３）軽量骨材製造装置の動作：
以下、本軽量骨材製造装置１０の動作を説明する。なお、複数の成形型２３のうちの一つ（図６の最も上の位置とされた成形型）が、複数の凹部２３ａのそれぞれを各押出口２２ａ１に対向させて配置されているものとする。
材料供給装置１１に微粒状の多孔質無機材料と粒状の熱可塑性樹脂とからなる素材を投入すると、素材搬送装置１２は素材を混合しながら軽量骨材成形装置２０方向に搬送する。このとき、素材加熱装置１３が素材を加熱するので、熱可塑性樹脂は溶融し、素材が軟化する。素材搬送装置１２は軟化した素材を加圧しながら軽量骨材成形装置の外筒部２１内に押し込むので、図８に示すように、加圧された軟化状態の素材Ｍ１は各押出口２２ａ１から押し出される。ここで、押出口２２ａ１には軸心材２２ｂが挿入されているので、軟化した素材Ｍ１はマカロニのように筒形状に押し出され、同素材Ｍ１の先端部Ｍ１ａ（図の右側）には開口が形成されている。
【００４６】
さらに素材Ｍ１が押し出されると、図９に示すように、筒形状の素材の先端部Ｍ１ａは成形型２３において押出口２２ａ１に対向する位置に形成された凹部２３ａに向かって進んでいき、同凹部２３ａに入り込む。すると、素材Ｍ１自身の押圧力により、先端部Ｍ１ａは押し潰され、開口が塞がれる。また、素材Ｍ１の進行方向を基準として、凹部２３ａは奥側となるほど細くなっているので、簡易な構成ながら確実に素材の先端部Ｍ１ａを押し潰して開口を閉じることができる。なお、同素材の先端部Ｍ１ａは略半円状に押し潰されて成形されるので、軽量骨材の見た目を良好にさせることができる。
【００４７】
次に、図１０に示すように、サーボモータ２５ｆの駆動を大平歯車２５ｃに伝達することによりダイフェースカッター部２４を回転させ、カッター２４ｂの押切部２４ｂ２の先端を筒形状の素材Ｍ１に押し当てることにより筒形状の素材Ｍ１を断面方向に押し潰す。ここで、押切部２４ｂ２の先端は丸みを帯びた形状に形成されているので、押し出された筒形状の素材Ｍ１は、断面方向に押し潰されて切断される。すると、図１１に示すように、押し出された筒形状の素材の後端部Ｍ１ｂは押し潰されており、開口が塞がれている。
従って、刃先が丸みを帯びたカッターを使用するという簡易な構成ながら、筒形状の素材を切断して軽量骨材の後端部の開口を閉じることができる。
その結果、成形された素材Ｍ２は、外部から遮断された空洞である中空部Ｍ２ａが形成され、略カプセル状ないし略ボール状とされる。
このように、成形型２３、ダイフェースカッター部２４、同ダイフェースカッター部２４を回転駆動する部材および機構２５ａ〜ｇは、押し出された筒形状の素材を切断するとともに同素材の端部の開口を塞ぐように成形する成形手段を構成する。
【００４８】
その後、サーボモータ２５ｆの駆動をＹ字部材２５ｅに伝達することにより成形型２３とダイフェースカッター部２４とを移動させ、別の成形型２３をダイフェースカッター部２４とともに押出口２２ａ１に対向させる。図６では、左下の成形型２３を押出口２２ａ１の対面位置にさせる。このとき、図１２に示すように、成形型の凹部２３ａに一部を挿入された素材Ｍ２は、圧空供給装置からの圧空を受け、成形型の凹部２３ａから離れる。
そして、冷却槽３０内に落下し、冷却されて固化することにより、軽量骨材Ｍ３となる。
そして、製造された軽量骨材Ｍ３は、冷却槽３０から回収される。
【００４９】
ここで、成形された軽量骨材Ｍ３は外部から遮断された空洞とされた中空部Ｍ２ａが形成されているので、比重の小さい素材を用いる必要がない。すなわち、廃材とされたフライアッシュや微粒状の石英質系鉱物等の多孔質無機材料を有効利用して硬質の軽量骨材を製造することができる。むろん、木粉のように比重の小さい素材を用いると、非常に軽量な軽量骨材を提供することができる。また、ガラスバルーンやシラスバルーン等の焼成発泡体を製造するような焼成工程が不要であり、通常の樹脂製品と同じように素材を連続的に押し出して成形すればよい。従って、安価な設備にて軽量骨材を連続して製造することができ、低コストにて軽量骨材を量産することが可能となる。さらに、樹脂製品を製造する工場であれば、高額な設備投資が不要であるため、簡単に軽量骨材の製造を行うことが可能となる。
【００５０】
また、素材の一つとして熱可塑性樹脂を用いることにより、加熱して多孔質無機材料と溶融混合させて素材を軟化させ、冷却して固化させるという簡易な工程で軽量骨材を量産することができる。
さらに、複数の成形型を順番に複数の押出口に対向させることにより、軽量骨材を連続して大量の製造することができる。
なお、素材中の多孔質無機材料の重量割合を熱可塑性樹脂の重量以上とすることもでき、この場合には無機材料のように非常に硬質の中空形状の軽量骨材を通常の樹脂製品に対して使用される押出成形等により製造することができる。
【００５１】
（４）まとめ：
上述のようにして製造される軽量骨材は、外気から遮断された中空部が形成されるので確実にコンクリート等の流動体の成形体を軽量化させることができるが、何らかの原因で両端部のうち一方の端部の開口が塞がれなくても、軽量骨材として使用可能である。すなわち、軽量骨材が混合される対象となるコンクリート等の流動体が軽量骨材における開口から中空部に入り込もうとしても、他端部が閉じられているので中空部に存在する空気は外部に逃げずに残留し、同流動体からの成形体を軽量化させることが可能である。
【００５２】
このため、例えば、刃先の鋭いカッターを使用すると、押出方向を基準として筒形状の素材における後端部の開口が塞がれないことになるが、このように筒形状の素材における両端部の開口のうち一方のみ塞がれた形状に成形しても、軽量骨材として使用可能である。
また、刃先の鈍いカッターを使用している場合に筒形状の素材の先端部に対向する凹部を有する成形型を用いないと、同筒形状の素材における先端部の開口が塞がれないことになるが、この場合にも同様のことが言える。
【００５３】
さらに、カッターの押切部を加熱する押圧部加熱手段を設けてもよい。例えば、上記カッターテーブル２４ａ内にヒータを埋設して同ヒータに通電すると、カッターの押切部を加熱することができる。すると、熱可塑性樹脂を含む素材を押切部の近傍にて軟化させて容易に押し潰すことにより切断することができ、軽量骨材の製造効率をより向上させることができる。
また、成形型の温度を制御する型温度制御手段を設け、凹部にて先端部が押し潰された筒形状の素材を離型させ易くする制御を行ってもよい。例えば、成形型に熱電対と温度センサとを埋設しておき、温度センサにて検知される成形型の温度が所定の範囲内となるように熱電対に対して電流を流す制御を行うと、成形型の温度を制御することができる。すると、さらに軽量骨材の製造効率を向上させることができる。
【００５４】
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により比重の小さい素材を用いる必要がなく、低コストにて軽量骨材を量産することが可能な軽量骨材製造装置および軽量骨材製造方法を提供することができる。また、上述した製造方法により製造されることにより中空部が形成されて軽量化された有用な軽量骨材も提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  軽量骨材を製造し、さらに建築用材を製造する過程を示す概略の流れ図である。
【図２】  軽量骨材製造装置の外観側面図である。
【図３】  軽量骨材製造装置の外観上面図である。
【図４】  軽量骨材成形装置の要部の垂直断面図である。
【図５】  ダイ部を図４の右側から見て示す側面図である。
【図６】  成形型と各種部材および機構２５ａ〜ｇを図４の右側から見て示す側面図である。
【図７】  カッターの外観斜視図である。
【図８】  筒形状の素材が押し出される様子を示す要部断面図である。
【図９】  筒形状の素材における先端部の開口が塞がれた様子を示す要部断面図である。
【図１０】  カッターの押切部が筒形状の素材を断面方向に切断する様子を示す要部断面図である。
【図１１】  筒形状の素材における後端部の開口が塞がれた様子を示す要部断面図である。
【図１２】  成形された素材が冷却されて軽量骨材とされる様子を一部断面視して示す要部側面図である。
【符号の説明】
１０，Ａ４…軽量骨材製造装置
１１…材料供給装置
１２…素材搬送装置
１３…素材加熱装置
１４…選別搬送装置
１５…制御盤
２０…軽量骨材成形装置
２１…外筒部
２１ａ…素材流入口
２２…ダイ部
２２ａ…円板
２２ａ１…押出口
２２ｂ…軸心材
２３…成形型
２３ａ…凹部
２３ｂ…Ｙ字部材
２４…ダイフェースカッター部
２４ａ…カッターテーブル
２４ｂ…カッター
３０…冷却槽
Ａ１…フライアッシュ
Ａ２…石英質系鉱物
Ａ３…熱可塑性樹脂
Ａ４…軽量骨材製造装置
Ａ５，Ｍ３…軽量骨材
Ｍ１…素材
Ｍ１ａ…素材の先端部
Ｍ１ｂ…素材の後端部
Ｍ２…成形された素材
Ｍ２ａ…中空部
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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