(57)【要約】【課題】スラリー４に含有されたほとんど全ての繊維を確実に任意の方向へ配向することができる繊維配向技術を提供する。【解決手段】未硬化の繊維含有硬化性スラリー４を連続して展開、成形しつつ、前記スラリー４に含まれた繊維４１を配向する繊維配向方法であって、互いに平行な回転軸を有する一対の近接した展開装置１，２の間に前記スラリー４を通過させた後、一定間隔を有して配置された複数の配向棒３０を前記スラリー４と相対移動させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
未硬化の繊維含有硬化性スラリーを連続して展開、成形しつつ、前記スラリーに含まれた繊維を配向する繊維配向方法であって、
互いに平行な回転軸を有する一対の近接した展開装置の間に前記スラリーを通過させた後、一定間隔を有して配置された複数の配向棒を前記スラリーと相対移動させることを特徴とする繊維配向方法。
【請求項２】
前記展開装置の間を通過したスラリーを連続移動する移動ベルトにより搬送することを特徴とする請求項１に記載の繊維配向方法。
【請求項３】
未硬化の繊維含有硬化性スラリーを連続して展開、成形しつつ、前記スラリーに含まれた繊維を配向する繊維配向装置であって、
回転自在なロールを有し、前記ロールの回転軸が平行に配置された一対の展開装置と、
前記ロールの回転軸と略平行な軸上に複数並設された配向棒と、を有し、
前記展開装置は近接して配置されており、この展開装置間を通過したスラリーと前記配向棒とを相対移動させることを特徴とする繊維配向装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート、プラスチック、セラミックス等繊維含有硬化性スラリーにおける繊維配向技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンクリート等の成形製品の強度や靭性を向上させるため、硬化性スラリー等セメント組成物に強度補強の繊維を混入する方法が研究されていた。
その結果、成形体の補強のため硬化性スラリーに繊維を混入した場合、成形されたコンクリート等の強度は繊維の配向方向に影響されることが分かった。例えば、板状の成形製品の場合においては、通常、短手方向より長手方向に強度が必要である。しかし、板状の成形体の製造方法の一つとして型枠等にスラリーを流し込んで製造する方法では、混入した繊維の配向方法がランダムになってしまい、押し出し成形や抄造法による成形方法のように、繊維による任意の方向への強度の向上効果を十分に得ることができなかった。
【０００３】
このような問題に対して、従来、硬化性スラリー内の繊維を配向するために、以下の繊維配向装置を用いて繊維の配向が行われていた。この繊維配向装置は、型枠の打設空間内に打設された未硬化の繊維モルタルの内部に間隔をあけて整列された複数の配向棒と、これら配向棒を固定する固定板と、この固定板を動かすために把持可能な把持部とからなる繊維配向治具と、この繊維配向治具を型枠の上面に配置するためのガイド板とから構成されている。そして、前記ガイド板には、前記把持部を挿入する案内路が設けられており、前記繊維配向治具を前記案内路に沿って移動させて、その移動方向に沿って前記配向棒により繊維の配向を行っていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４７０１３号公報
【０００５】
しかし、従来の繊維配向方法では、以下の問題点があった。型枠の打設空間内に打設されたモルタルに混入された繊維の配向方向は、一定方向に配向されておらずランダムになっている。そのため、モルタルに混入された繊維の中には、配向棒と接触せず、配向されないものがあった。すなわち、モルタルに混入された全ての繊維を確実に任意の方向へ配向することは出来なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を鑑みて成されたものであり、スラリーに含有されたほとんど全ての繊維を確実に任意の方向へ配向することができる繊維配向技術を提供することを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、未硬化の繊維含有硬化性スラリーを連続して展開、成形しつつ、前記スラリーに含まれた繊維を配向する繊維配向方法であって、互いに平行な回転軸を有する一対の近接した展開装置の間に前記スラリーを通過させた後、一定間隔を有して配置された複数の配向棒を前記スラリーと相対移動させることを特徴とする。
【０００８】
前記一対の近接した展開装置間を通過したスラリーに含まれている繊維は、近接した展開装置の間を通過するため、ほとんど全てが前記展開装置の回転軸と略平行に配向される。前記繊維のほとんど全てが同一方向に配向されているため、次いで配向棒により繊維の配向方向を任意の方向へ確実に配向することが可能となる。すなわち、前記構成によれば、スラリーに含まれている全ての繊維を一旦一方向に配向してから任意の方向へ配向するため、確実にほとんど全ての繊維を配向することができる。また、繊維の配向パターンは、前記配向棒の配列、前記スラリーと配向棒とを相対移動させる速度、角度により、種々調整することが可能である。
【０００９】
尚、スラリーを通過させる展開装置間の隙間は、スラリーの流動性等により適宜に調整することが望ましいが、スラリーに含まれている最長繊維長の１．５倍以下であると好適である。また、スラリーに複数種類の繊維が含まれている場合には、最も多く含まれている繊維の最長繊維長を基準に調整することが望ましい。
【００１０】
前記展開装置は、平行な回転軸を有し近接する一対の展開装置であれば良く、その構成は限定されない。例えば、互いに回転自在なロールを有し、このロール間をスラリーが通過する構成であっても良いし、互いに前記ロールを複数設け、このロールにベルトを巻き付け、このベルト間にスラリーを通過させる構成としても良い。
【００１１】
また、本発明に係る繊維配向方法は、前記展開装置の間を通過したスラリーを連続移動する移動ベルトにより搬送することが望ましい。
【００１２】
前記構成により、前記展開装置の間を通過したスラリーは、移動ベルトにより搬送されるため、前記配向棒との相対移動を容易に行うことが可能となる。例えば、前記構成において、配向棒を固定すると、繊維をスラリーの搬送方向へ自動的に配向することが可能となる。また、前記構成において、配向棒を固定せず、例えば、スラリーの搬送方向と垂直方向等へ動かすことにより、繊維の配向方向を種々の方向にコントロールすることができる。
【００１３】
また、本発明は、未硬化の繊維含有硬化性スラリーを連続して展開、成形しつつ、前記スラリーに含まれた繊維を配向する繊維配向装置であって、回転自在なロールを有し、前記ロールの回転軸が平行に配置された一対の展開装置と、前記ロールの回転軸と略平行な軸上に複数並設された配向棒と、を有し、前記展開装置は近接して配置されており、この展開装置の間を通過したスラリーと前記配向棒とを相対移動させることを特徴とする。
【００１４】
前記構成により、一対の展開装置の間を通過し、一方向に配向された繊維を、配向棒により任意の方向へ確実に配向することができる。さらに、展開装置の間を通過したスラリーを搬送する移動ベルトを併せて設けることにより、スラリーと配向棒との相対移動を容易ならしめることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る繊維配向装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態は、繊維含有硬化性スラリーを連続して所定の幅、厚さに展開し成形体とするスラリーの成形における繊維を配向する技術である。図１及び図２は、前記スラリーを成形するスラリー成形装置を側面からみた構成概略図である。スラリー成形装置は、連続的に供給される未硬化のスラリー４を受け取ってＸ方向に搬送する移動ベルト５と、前記移動ベルト５の上面５ａの両側部に設けられ、未硬化のスラリー４の流れ幅を規定する型枠としてのサイドベルト６と、前記移動ベルト５の上面５ａに配置された第一展開装置１と、この第一展開装置１よりＸ方向下流側において第一展開装置１に対向し、かつ前記移動ベルト５の上面５ａに所望の間隔を有して配置された第二展開装置２と、前記第一展開装置と第２展開装置により展開されたスラリー４に含有された繊維４１と相対移動可能な配向棒３０を有する配向装置３と、を備えている。また、前記スラリー成形装置の上方には、硬化性スラリーの原材料を混練して硬化性スラリー４を連続的に供給する連続ミキサー８の開口部が配置されている。
【００１７】
前記スラリー成形装置で成形される硬化性スラリー４とは、無機質硬化性材料を主体とする混合物であり、少なくとも無機質硬化性材料と水を含有する。無機質硬化性材料は、自硬性のあるものであれば良く特に限定されるものではない。
このような硬化性スラリーとしては、例えば、石膏、速硬性セメント組成物を例示することができる。前記速硬性セメント組成物とは、少なくともセメントと水とフィラーと含有し、速硬性を有する。本実施の形態では、物理的特性に優れ、成形体を高い生産性で製造することが可能である速硬性セメント組成物を用いた。尚、前記硬化性スラリーには、必要に応じて、好適な添加剤や、各種添加剤を混入しても良い。
【００１８】
また、前記硬化性スラリーに含有されている繊維は、セメント組成物を用いた成形体の強度向上のため用いられており、有機繊維、無機繊維、いずれでも良く、種々のものを用いることができる。例えば、有機繊維としては、アラミド繊維、炭素繊維（カーボン繊維）、レーヨン、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、フェノール繊維、パルプ繊維、麻繊維を挙げることができる。また、無機繊維としては、スチール繊維、ガラス繊維、耐アルカリガラス繊維、ウォラストナイト繊維、アルミナ繊維を例示することができる。
【００１９】
前記第一展開装置１は、前記移動ベルト５の従動ロール５１の回転軸と平行な回転軸を有する第一駆動ロール１１ａと、前記第一駆動ロール１１ａの回転軸と平行な回転軸を有し回転自在である複数の第一受けロール１１ｂ，１１ｃと、前記第一駆動ロール１１ａ、及び、第一受けロール１１ｂ，１１ｃに巻き付けられＰ方向に連続移動する第一ベルト１２と、を備えている。また、前記受けロール１１ｂ，１１ｃは複数設けられており、最下端に位置する受けロール１１ｃは、前記第一ベルト１２を介して移動ベルト５の上面５ａに接するように配置されている。
【００２０】
前記第二展開装置２は、前記第一駆動ロール１１ａと平行な回転軸を有する第二駆動ロール２１ａ、受けロール２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと、前記駆動ロール２１ａと受けロール２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに巻き付けられ、Ｑ方向に連続移動する第二ベルト２２と、を備えている。前記受けロール２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、複数設けられており、下端に配置された受けロール２１ｂ，２１ｃは、展開されたスラリー４の厚さを規定する所望の間隔を前記移動ベルト５の上面５ａから離間して各々配置されている。前記受けロール２１ｂ，２１ｃの下部には前記第二ベルト２２が配置されており、この受けロール２１ｂ，２１ｃ間の第二ベルト２２の直線部によりスラリー４の厚さが規定される。
【００２１】
また、前記受けロール２１ｃは、前記第一ベルト１２と近接する箇所に配置されており、第一ベルト１２と第二ベルト２２との間には、一定の隙間が設けられている。この隙間をスラリー４が通過し、前記移動ベルト５の上面５ａにスラリー４が展開される。そのため、前記隙間は、第一ベルト１２及び第二ベルト２２の周速、成形体の厚み、スラリーも粘性等に応じて適宜に調整することが望ましい。本実施の形態では、この隙間を１ｍｍ〜２０ｍｍ程度の間で調整した。
【００２２】
また、本実施の形態では、第二展開装置２は上記構成のものを用いたが、図３に示すように第二駆動ロール２１ｅのみで構成しても良い。第一駆動ロール２１ｅは回転自在であり、前記第一ベルト１２と連続移動することにより、スラリー４を幅方向に展開しつつ、前記第一ベルト１２の直線状部との隙間から移動ベルト５の上面５ａにスラリーを供給することができる。しかし、前記第二受けロール２１ｂ，２１ｃと比較すると、径が大きくなるため、スラリーの下流側への流れ込みが生じる。そのため、流れ込み防止のためのプレート９１を設ける必要が生じる場合がある。
【００２３】
さらに、前記第一展開装置と第二展開装置を一対の駆動ロールのみで構成しても良い。図４に示す第一展開装置と第二展開装置は、移動ベルト５の上面に設けられ、移動ベルト５の従動ロール５１と平行な回転軸を有する回転自在な第一駆動ロール１１ｆと、この第一駆動ロール１１ｆよりも移動ベルト５の搬送方向における下流側において、第一駆動ロール１１ｆに対向し、かつ前記移動面との間に所望の間隔を有して設けられ、第一駆動ロール１１ｆの回転軸と平行な回転軸を有する回転自在な第二駆動ロール２１ｆとにより構成されている。この展開装置を用いても、展開装置の間を通過するスラリーに含まれる大半の繊維をベルトの幅方向（Ｙ方向）と平行に配向することが可能である。しかし、図３に示す展開装置同様、第二駆動ロール２１ｆの径が大きいため、スラリーの下流側への流れ込みを防止するためのプレート９１を設けることが必要である。
【００２４】
次いで、前記配向治具について詳細に説明する。図５には、前記配向治具３の正面図が示されており、図６には、図５に示す配向治具３の配向棒３０部分の拡大図が示されている。この配向治具３は、前記移動ベルト５に打設さたスラリー４に挿入された複数の配向棒３０と、前記複数の配向棒３０が接続された固定棒３２と、前記固定棒３２を支持する支持棒３３と、前記支持棒３３に装着され前記配向棒３０に振動を与える振動付与装置としてのバイブレーター３４とを備えている。
【００２５】
前記配向棒３０は、前記移動ベルト５の幅方向であるＹ方向と平行な軸上に一定間隔を有して垂直に立設されている。また、この配向棒３０は、その高さ方向であるＺ方向において、二段に形成されている。配向治具３の下端となる下段３０ａと、その上部に仕切り棒３１を介して上段３０ｂが形成されている。前記配向棒３０は、上段３０ｂ下段３０ａいずれの配向棒３０も、隣り合う配向棒３０間に一定の隙間３０ｃを有して立設されている。この配向棒３０間の隙間３０ｃをスラリー４が通過し、このスラリー４に含まれている繊維４１が配向される。
【００２６】
上段３０ｂの配向棒３０と、下段３０ａの配向棒３０は、Ｙ方向と平行な一軸上に配置されている。一方、Ｘ方向においては、下段３０ａの配向棒３０の隙間３０ｃ部分に上段３０ｂの配向棒３０は位置している。すなわち、上段３０ｂの配向棒３０と下段３０ａの配向棒３０は、一直線上でなく位置を異ならせて配置されている。そのため、スラリーの上半部と下半部で、Ｘ方向と平行な異なる軸上に繊維４１が配向され、一軸上に配向された場合と比べて、高い強度を得ることができる。
【００２７】
また、本発明に係る配向棒は、前記配列のみならず種々の配列とすることが可能である。例えば、本実施の形態では、配向棒３０を二段に形成したが、一段でも良いし、多段としても良い。従って、配向棒３０の配置位置、配向棒３０同士の隙間３０ｃ、及び、他段との配向棒３０の位置関係を調整することで、繊維４１の配向状態を種々調整することができる。すなわち、これらを調整することにより、成形体の用途に応じて、必要な箇所に必要な状態での繊維４１による補強をすることが可能である。
【００２８】
また、前記バイブレーター３４は、前記支持棒３３に装着されており、必要に応じて前記配向棒３０に振動を与える。前記バイブレータ３４は、前記支持棒３３と連結し前記配向棒３０に振動を加える振動部３４ａと、前記振動部３４ａに動力を付与するモーター３４ｃと、把持部３４ｂとを備えている。繊維４１を含有したスラリー４と配向棒３０とを相対移動させると、配向棒３０に繊維４１が絡みついたり、配向棒３０にスラリー４が固着してしまうことがある。また、低流動性の硬化性のスラリーは、一般に移動や変形の過程で気泡を巻きこみやすく、この気泡を含んだまま硬化すると成形体の強度が低下する。そのため、前記配向棒３０に振動を与えることで、配向棒３０とスラリー４との相対移動を円滑なものとするとともに、スラリー４に含まれている気泡を脱泡することができる。
尚、本実施の形態では、バイブレータ３４を用いて前記配向棒３０に振動を与えたが、例えば、ノッカー等により衝撃を起こし、振動を付与しても良い。
【００２９】
前記移動ベルト５は、織布と合成樹脂を組み合わせた無端ベルトからなり、この移動ベルト５の動力源となる図示しない駆動ロールと従動ロール５１に巻き付けられている。前記第一展開装置１の下端に位置する受けロール１１ｃと接する第一ベルト１２の曲線部が、前記移動ベルト５の上面５ａと当接して配置されている。これに対して、前記第二展開装置２の下端に位置する受けロール２２ｂ，２２ｃは、成形するスラリーの厚み分前記移動ベルト５の上面５ａと離間して配置されている。そして、この下端の受けロール２２ｂ，２２ｃの下部に配置される第二ベルト２２の直線部は、前記移動ベルトと平行に配されている。前記移動ベルトの上面に供給されたスラリー４は、ベルト２２の直線部の下面を通過することにより、所定の厚みに仕上げられる。尚、前記第二ベルト２２の下端に位置する直線部の長さは、ベルトコンベアの速度、スラリーの粘性等により、適宜に調整することが望ましい。また、厚みが異なる成形体を成形する際には、前記受けロール２２ｂ，２２ｃの配置位置を変更すれば良い。
【００３０】
前記サイドベルト６は、前記移動ベルト５の上面５ａの両側部に、移動ベルト５の上面５ａに展開されたスラリー４の幅を規定する型枠として移動ベルト５と同じ速度で移動している。本実施の形態では、成形体の幅方向を規定する部材としてサイドベルト６を用いたが、これに限定されず、例えば、固定されたサイドプレートを用いて幅方向を規定しても良い。このサイドプレートは、表面がフッ素加工された滑り部材を介して移動ベルト５と接触するように配置する。滑り部材を介して接触させることで、サイドプレートの接触による移動ベルトの損傷を防止することができる。
【００３１】
次いで、このように構成されたスラリー成形装置の繊維配向方法について説明する。まず、スラリー成形装置の上方に配置された前記連続ミキサー８の開口部から、前記第一ベルト１２の上面と第二ベルト２２の上面２２ａとの間に未硬化のスラリー４が供給される。そして、第一ベルト１２はＰ方向、第二ベルト２２はＱ方向にそれぞれ連続して移動するため、前記スラリー４は第一ベルト１２と第二ベルト２２との隙間を前記移動ベルト５の幅方向に展開されつつ通過する。このとき、前記スラリー４に含まれているほとんど全ての繊維４１は、ベルトの幅方向（Ｙ方向）に配向される。
【００３２】
前記第一ベルト１２と第二ベルト２２の間を通過したスラリー４は、下方に位置する移動ベルト５の上面５ａに流下する。この移動ベルト５はＸ方向に連続移動しており、上流部に前記第一ベルト１２が接しているため上流側には流れず、流下したスラリー４はＸ方向に搬送される。そして、スラリー４が流下した移動ベルト５の下流側の上方には、前記第二ベルト２２の直線部が配されている。そのため、移動面上に展開されたスラリーは、第二ベルトの下端の直線部により、表面が均され、均一になるとともに、厚みが規定される。また、移動ベルト５の上面５ａ両側部に設けられたサイドベルト６により幅方向は規定される。
【００３３】
そして、移動ベルトの搬送方向（Ｘ方向）下流側には前記配向治具３が、ベルト５の上面５ａの任意の位置に固定されており、前記配向棒３０の最下端は各々前記移動ベルト５とわずかな間隔をおいて離間している。そして、前記スラリー４が配向治具３を通過する際、スラリー４と繊維４１は、配向棒３０同士の隙間３０ｃを通り、繊維４１はＸ方向に複数列に配向される。この際、配向治具３を通過する前のスラリーに含まれている繊維４１は、ほとんど全てがＹ方向に配向されているため、配向棒のピッチ３０ｃを変えることにより任意の量の繊維をＸ方向に配向することができる。
【００３４】
また、前述のように、本実施の形態に係る配向棒３０は二段に立設されており、一方の段における配向棒３０の配置位置は他段の配向棒３０とベルトの幅方向（Ｙ方向）に異ならせて配置されている。そのため、成形された板状成形体４２の繊維４１の配向状態は、図７、８に示すようになる。図７、８は、成形体の繊維の配向状態をモデル図的に示した図である。すなわち、板状成形体４２は、その厚さ方向において上半部と下半部とにおける繊維４１の配向位置が異なり、長手方向において高い強度となる。
【００３５】
尚、本実施の形態では、配向治具３を固定して前記移動ベルト５によりスラリーを搬送しているため、配向治具３とスラリー４とはＸ方向に相対移動している。しかし、配向治具３を固定せず、移動させても良いし、配向治具３とスラリー４共に移動させても良い。例えば、前記スラリー４が移動ベルト５により搬送される際に、前記配向治具３をＹ方向に往復して移動することにより、図９に示すように繊維４１を千鳥状に配向した成形体４３とすることができる。また、配向棒３０をＺ方向に往復して移動することにより、図１０に示すような成形体４４とすることも可能である。この千鳥状の配向は、多方向に繊維が配向されているため、一方向の力に対する耐力を大きくすることが可能となり、成形体の強度を向上させることができる。
【００３６】
加えて、本実施の形態では、スラリー４を移動ベルト５に展開する際に、前記各展開装置を用いたが、成形した成形体の精度等により、必要に応じて、移動ベルト５の搬送方向下流側に、振動を付与する振動装置を設け、スラリーに含まれる気泡を脱法させても良いし、前述した展開装置の直線部を配置して成形体の表面の仕上げを行っても良く、前述した構成を種々組み合わせることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スラリーに含有された繊維を二段階で配向するため、スラリーに含まれているほとんど全ての繊維を確実に任意の方向へ配向することができる。また、その繊維の配向状態は、配向棒の配列等を異ならせることにより容易に調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るスラリー成形装置の側面概略図である。
【図２】本実施の形態に係るスラリー成形装置の展開装置部分の斜視図である。
【図３】本実施の形態に係るスラリー成形装置の側面概略図である。
【図４】本実施の形態に係るスラリー成形装置の側面概略図である。
【図５】本実施の形態に係る配向治具の正面図である。
【図６】図５に示す配向治具の配向棒部分の拡大図である。
【図７】本実施の形態に係るスラリー成形装置を用いた板状成形体の一例である。
【図８】図７に示す板状成形体のＳ断面図である。
【図９】本実施の形態に係るスラリー成形装置を用いた板状成形体の一例である。
【図１０】本実施の形態に係るスラリー成形装置を用いた板状成形体の一例である。
【符号の説明】
１  第一展開装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｆ  第一ロール
１２  第一ベルト
２  第二展開装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ  第二ロール
２２  第二ベルト
３  配向治具
３０  配向棒
４  スラリー
４１  繊維
５  移動ベルト
５１  従動ロール
６  サイドベルト
８  連続ミキサー
【図１】
2004299272.tif 000003
【図２】
2004299272.tif 000004
【図３】
2004299272.tif 000005
【図４】
2004299272.tif 000006
【図５】
2004299272.tif 000007
【図６】
2004299272.tif 000008
【図７】
2004299272.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004299272.tif 000011
【図１０】
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