JP4615717B2 - 繊維を配列するための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粘性体に分散された繊維を磁気により配列するための装置及び方法に関する。特に本発明は新しくキャストされる、例えばウエットコンクリート及び他のセメント質あるいはペースト材料の中の金属繊維、とりわけスチール繊維を配列（平行化）する分野において有用である。
【０００２】
【従来の技術】
キャストされる前の粘性コンクリートにスチール繊維を加えてコンクリートを補強することは知られている。通常、繊維は２．５〜８ｃｍの長さで０．５〜１ｍｍの範囲の半径を有し、従って比較的硬度を有する。繊維とコンクリートとを混合する間に繊維はコンクリートに分散し、三次元にランダムに配向し、それによりキャストされ硬化したコンクリート体は三次元に補強されることになる。
【０００３】
しかし多くの、あるいはなお殆どのコンクリートの構造は一次元あるいは二次元にのみ力が加えられるため、一次元あるいは二次元で強化することが目的に合う。例えば、コンクリート床スラブやコンクリート舗装道路の場合など例として挙げられる。
【０００４】
それゆえ、一定方向の応力あるいは複数の応力の方向に対応した、一次元あるいは二次元に繊維を配列できるようなコンクリート構造であることが望まれる。それによって繊維強化材料を経済的に利用することができる。また最もこのような補強を必要とするコンクリート構造の一つの領域や複数の領域に繊維を集中できるようにすることも望まれる。
【０００５】
型にキャストされたウエットコンクリートのスラブの中のスチール繊維を一次元配列するための公知の方法では、キャストされた粘性コンクリート体を通して磁界が向けられ、そして磁界は繊維を相対移動方向に配列するために個々の繊維に一時的な配列力を付与するために、型の一方の端部あるいは側部から他端へと移動される。このような磁界の作用によって繊維の配列移動を容易にするために、磁界とコンクリート体が相対的に移動している間コンクリート体を振動させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
またこの公知の方法では、新たにキャストされたコンクリート体の外側に配置され、そのコンクリートやまたコンクリートがキャストされた型を跨ぐ磁気装置によって磁界が付与される。この方法での磁気による繊維配列は、しかしその場でキャストされるコンクリート体のような多くの場合に実用的でない。具体的には地上に形成される大きなスラブや舗道には、この公知の方法を適用するのは困難である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一の壁部（１７Ａ）と第二の壁部（１７Ｂ）とを含む非磁性壁（１７）を有する繊維配列要素（１５）を配置する工程と、第一と第二の壁部（１７Ａ、１７Ｂ）を粘性体に接触させながら第一の壁部（１７Ａ）を第二の壁部（１７Ｂ）に先行させて粘性体に対して配列要素（１５）を相対的に移動させる工程と、粘性体中の繊維（Ｆ）を非磁性壁（１７）に対して動く磁界に曝すために非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して粘性体の中に磁界を向ける工程とからなる粘性体に分散された磁化可能な繊維を磁気により配列する方法にある。
【０００８】
また本発明は、第一の壁部（１７Ａ）と第二の壁部（１７Ｂ）とを含む非磁性壁（１７）と、非磁性壁（１７）に対して動く磁界を非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して粘性体に向けるために非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）に隣接して配置された磁気装置（１８）と、非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を第二の壁部（１７Ｂ）に先行させ且つ第一と第二の壁部（１７Ａ、１７Ｂ）を粘性体に接触させながら繊維配列要素（１５）を粘性体に対して相対的に移動させるための操作手段（１４）とを有する繊維配列要素（１５）からなる粘性体に分散された磁化可能な繊維を磁気により配列するための装置にもある。
【０００９】
添付の特許請求の範囲に定義するように本発明の方法と装置においては、粘性体に分散された磁化可能な繊維の磁気による配列は、非磁性壁を有する繊維配列要素によって行われる。この繊維配列要素が第一の部分に追随する非磁性部分の第二の部分と共に粘性体と接触して非磁性壁と共に粘性体に対して移動している間、磁界が非磁性壁の第一の部分を通して粘性体の中に向けられる。従って、繊維は第一の部分がそれらを通過して移動したとき一時的に磁界を受ける。
【００１０】
繊維配列要素の第二の部分に第一の部分を先行させながら磁性壁の粘性体に対して移動する際、該要素を粘性体の中に部分的、あるいは完全に埋めて移動させてもよい。
【００１１】
この相対的移動の間、非磁性壁の第一の部分の付近にある繊維は第一の部分の方に磁気により引き付けられる。しかしながら非磁性壁が、繊維が分散している粘性材料から磁石装置を分離するスクリーンあるいはバリヤーを形成しているので、非磁性壁によって繊維は磁石装置との接触から妨げられている。
【００１２】
それゆえ繊維配列要素は繊維を引き付け、粘性体に対して移動する方向にそって繊維を引っ張ることになる。粘性体の粘度により粘性体材料は繊維が配列要素の方向に非常に急速に移動するのを防ぎ、配列要素に付着するのを妨げられる。従って、繊維配列要素は繊維に対して移動し、一時的にのみ繊維に磁力がかかる。磁力は繊維配列要素と粘性体との相対的な移動方向に作用するので磁力が繊維を通過するとその方向に繊維を配列させることになる。
【００１３】
繊維の配列を容易にするために、粘性体材料を繊維配列要素の付近で振動させるのが好ましい。
【００１４】
従って、セメント質あるいは他の粘性あるいはペースト材料にランダムに分散した繊維を簡単な方法で配列するために本発明の原理を適用することが可能である。同時に繊維配列要素が移動する面に沿って繊維を集中させることが可能になる。この面は硬化したコンクリート体を用いる場合には大きな引張り応力を吸収しなければならないので粘性体の一つの領域内にあってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１の例に示すように、本発明は地面上のコンクリート舗道やスラブの敷設に適用されている。図１では、舗道の敷設時の連続的に異なった工程を示し、最初の工程は図１の左に示し、最後の工程は図１の右に示す。最も左のＡ点で、スチールや他のある磁化可能材料からなる補強繊維が、コンクリートに添加され、ランダムに配向されるようにコンクリート内に均一に分散された後にウエットな状態でコンクリートはキャストされる。次いで、Ｂ点で、ウエットコンクリートは振動され、強化繊維は本発明を実施する繊維配列装置１１で長さ方向に配列される。繊維配列装置１１は、舗道の長さ方向の縁に沿って敷かれたレール１２により支持され、またその上をスライドすることができる。Ｃ点で、配列された繊維を含むウエットコンクリートは真空処理され、Ｄ点で舗道は均される。
【００１６】
繊維配列装置１１は、舗装される地面の細長い道路を横切って延び、レール１２上に置かれた水平な主梁１３を含む。ハンドルの付いたコントロールロッド１４によって手で移動され、制御されている。
【００１７】
梁あるいは棒状の直線で水平な繊維配列要素１５は、ハンガー１６によって主梁１３から懸架されている。ハンガー１６は、選択した高さで配列要素１５を設置できるように垂直方向に調整可能になっている。配列要素１５はレール１２間の全間隔を横切るように延びている。
【００１８】
配列要素１５の部分を形成する長尺のハウジングあるいはシェル１７は、断面が急傾斜して翼に形状が似ており、配列要素１５を有する配列装置１１が配列操作中に図１の左で適当な方向に移動されるとき、翼の半円形の第一のあるいは先行縁部がその進行方向に於いて最先になるように向けられている。このハウジング１７はアルミニウムあるいは他のある適当な非磁性材料から作られている。
【００１９】
配列要素１５のハウジング１７の内側でハウジングの進行方向において最先に位置する第一の壁部分１７Ａに沿って回転自在に軸支された磁石ロール１８が配列要素の全長に亘って延びている。ハウジングの壁の第一の部分１７Ａは断面が弓形で磁石ロール１８の軸Ｌは第一の壁部分１７Ａの中心と一致している。
【００２０】
ネオジムから作られた三つの永久磁石１９は、例えば、磁石ロール１８を中心に均一に配置されており、各磁石は、磁石ロールの円周を約１/６に区切っている。磁石１９の外側表面は、ハウジング１７の壁の第一の部分１７Ａと同心で、そこから接近した間隔で円弧状のシリンダ表面上に置かれている。従って、磁気ロール１８が以下に記載のように回転すると、永久磁石１９は第一の壁部分１７Ａの内側近くに移動する。
【００２１】
図３に示す磁力線と符号Ｎ及びＳで示すＮ極とＳ極のように、磁石１９は磁石ロール１８に設けられているので磁力線は磁石ロール１８の軸Ｌに垂直な面内で移動する。図示の態様では、磁石ロール１８は、配列要素１５の長さに沿って一定の間隔で置かれた複数の電動モータ２０によって図３に示すように反時計回りに回転する。望ましくは、あるいは必要であれば磁石ロールの回転方向は、可逆可能であってもよい。
【００２２】
ハウジング１７の壁の追随するあるいは第二の部分１７Ｂが選択された高さに位置するように開始の際に所望の角度に配列要素１５を調整可能にするために、配列要素は、ロール１８の軸Ｌに平行、例えば、ロール１８の軸Ｌと一致するように軸を中心に枢軸移動するように設けられている。図示してないが、固定手段が選ばれた角度位置で配列要素を固定するように設けられている。
【００２３】
繊維配列操作中では繊維配列装置１１はレール１２に支えられ、それと共に配列要素１５はハウジング１７の壁の第一の部分１７Ａの最も低い部分がウエット粘性コンクリートのキャスト層の比較的下側近くにあるような高さに位置決めされる。さらに配列要素１５はハウジング１７の壁の第二の部分１７Ｂが第一の壁部分１７Ａの最も低い部分と殆ど同じ高さにあるように角度調整される。
【００２４】
配列要素１５が所望の高さ及び所望の角度位置に調整された後、配列装置１１は、図１〜３に見られるように左にゆっくり移動される、ハウジング１７の壁の第一の部分１７Ａは進行方向において先行し、第二の壁部分１７Ｂが追随する。磁気ロール１８は矢印（反時計回り）で示される方向に連続回転し、配列装置１１によって支えられ振動装置Ｖが、配列要素１５が作動しているコンクリートの大部分でコンクリートを振動するように作動する。
【００２５】
図３の矢印で概略を示すように、コンクリートの一部は上方に移動し、配列要素１５の上部側を横切り、一方、他の部分は下側に移動し、下側を横切る。先行する第一の壁部分１７Ａの内側に沿って磁石が移動している間、磁石ロール１８に設けられた永久磁石１９は、それらの磁界を第一の壁部分１７Ａの前、上、及び下にあるコンクリートの中に導く。
【００２６】
磁界の磁力線は一般に磁石ロール１８の回転軸Ｌに垂直な面に伝わり、磁界自体はロール１８と共に反時計方向に旋回する。磁界が旋回移動している間、磁界が、磁界の受ける範囲にある強化繊維Ｆに磁力を付加すると、ハウジング１７の第一の壁部分１７Ａの方向に繊維を引き付けそして磁力線が形成する面に沿って繊維を配列するようになる。同時に配列要素１５の下側のレベル上にある繊維は、磁力およびコンクリートの下方への流れにより下側に引っ張られ、そのレベルより下の繊維は上方に引っ張られる。
【００２７】
従って、繊維Ｆあるいは少なくとも繊維の大部分は配列要素１５の下側方向に移動し、コンクリート体と配列要素の相対的移動方向に配列された繊維の水平な層を形成することになる。
【００２８】
繊維Ｆがハウジング１７の下側の中間の平面壁部分１７Ｃと並行した位置に到達すると、第一の壁部分１７Ａが中間の壁部分１７Ｃに変わる部分に最も近い磁石１９が、繊維から離れて上方に移動するので、磁界の強度、従って繊維への磁力が減少する。従って、繊維Ｆへの磁力は配列要素１５に伴って繊維を引っ張るにはもはや充分な強さでなくなる。その結果、繊維は繊維層の配列した位置に留まることになる。
【００２９】
もしコンクリート体の上方領域にある層内に繊維Ｆを集中させる必要が生じた場合、配列要素１５は角度を変えることで調整され、そしてもし必要なら、ハウジング１７の壁の第一と第二の部分１７Ａ、１７Ｂが殆ど同じ水平面で所望の高さにある位置に全体を垂直に移動させる。更に磁石ロール１８の回転方向を反転させればよい。
【００３０】
図４、５、及び６は、本発明を実施するための異なった三つの方法の概略を示す。図４に示す方法は図１〜３に示す方法並びに上記説明に実質的に対応する。従って、コンクリートが地面に敷かれた後に繊維の配列を行う。
【００３１】
図５及び６は地面にコンクリート層を敷設している間に繊維の配列を行う態様を示す。特に図５は、コンクリートを敷設し、繊維を配列するための装置を示し、繊維の配列は、強化されたコンクリート体が敷設されるべきその表面に沿って移動する敷設移動手段により行われるようになっている。この装置においては、繊維の配列は２工程で行う。強化繊維を混合したウエットコンクリートは図１乃至３の配列要素１５と同様な二つの配列要素２２が並んで配置されている急な傾斜の容器２１に供給される。配列要素１５と類似する追加した配列要素２２は敷設ノズル２３内に配置されている。このノズルは容器２１の下方に連続して形成され、所望の厚みのコンクリート層が排出され、地面に敷設されるために直線的な排出開口を備えた吐き出し口を有している。
【００３２】
図６に示す装置は、コンクリートを比較的薄く狭い層に敷くために主に使用され、手で操作される。この装置は、図５の敷設用ノズル２３に似た敷設用ノズル２４、及び管状のシャフト２５を含み、繊維を混合したウエットコンクリートはホースを通してコンクリートポンプ（図示せず）から該シャフトに供給される。敷設用ノズル２４内には図１乃至３の配列要素１５に類似する配列要素２６が設けられている。図７は図６の装置をより詳細に示す。
【００３３】
図８は、図１乃至３の配列要素１５の変形例を示す。この場合、回転可能な磁石ロール１８’の内側にハウジング１７の壁の第一部分の後ろの領域に置かれた静止した第二の磁石ロール２７が設けられている。磁石ロール２７は、磁石ロール１８’が回転するスピードに対してある数値関係３：１を有するスピードで回転するように配されている。Ｎ極及びＳ極で示すように磁石ロール２７の半分が磁化されるが、残りの半分は実質的に磁化されない。回転する磁石ロール１８’の永久磁石１９の一つが、磁石ロール２７が配置される領域に入ると、その磁石１９の磁界は磁石ロール２７を通してその磁力に近づくので、磁界のわずかな部分のみがコンクリート体の中に作用することになる。その結果、磁石ロール１８’の磁力がコンクリート体の強化繊維に働き、それにより配列要素１５の繊維の吸引傾向は、繊維が磁気ロール２７の下の領域にある場合には非常に且つ急激に減少することになる。
【００３４】
図に示す本発明の好ましい配列方法と装置は、本発明の範囲内で変形が可能である。例えば、配列要素１５のハウジング１７の断面は、磁石ロール１８の軸Ｌを通る面に対して実質的に対称であってもよく、軸Ｌやハウジング１７の壁の第二の部分１７Ｂの端部を通る他の面に実質的に垂直であっても良い。この対称な断面によって、配列要素は従ってハウジングの最も厚い部分の対向側部に薄い縁部を有する。そこではコンクリート内に例えば、移動するのに大きな抵抗となることなく、広幅の細長い舗道の幅を横切ってコンクリート内に反対方向に移動することができるように磁石ロール１８が配置される。
【００３５】
この変形例においては、磁石ロールはハウジング１７の対向側部に対応し、互いに反対の方向に回転する二つの磁石ロール１８を有することが好ましい。あるいは、円周上に単独の磁石を有し、１８０°以上の角度で好ましくは約２７０°の角度で反対方向に交互に回転されるように単一の磁石ロール１８を設けても良い。磁界はそのとき配列要素上のコンクリートの中に、及び配列要素の下のコンクリートの中に交互に配向するようになる。間欠的に逆回転するこのモデルによって配列要素１５がコンクリートに対して移動する方向に繊維が一時的に確実に磁気による引っ張り力を受けることになる。
【００３６】
説明しそして図示した本発明の態様においては、繊維が配列要素及びコンクリートの相対的移動方向に水平に配列されるが、もし磁石ロール１８上の磁石１９が、それらの磁力線が配列要素１５の長さに沿って延びる面に主に作用するように磁化されている場合には、相対的移動方向に対して垂直な水平方向に繊維を配列することが可能である。
【００３７】
また注目すべき点は、磁石や磁界を作る他の手段、あるいは全てのそのような磁石や他の手段は配列要素に対して必ずしも移動できる必要はないということである。繊維を配列するために磁化可能な繊維を含む材料に一定のあるいは間欠的な磁界を向けるように固定した永久磁石あるいは磁界を作る他の要素を配列要素に組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 地面にコンクリート舗道を敷設する際の連続工程の概観を示し、工程の一つが本発明の強化スチール繊維の配列工程である。
【図２】 図１の繊維配列に使用する繊維配列装置の斜視図である。
【図３】 繊維配列が行われている図１のコンクリート舗道の断面図である。
【図４】〜【図６】 地面上に固められた異なった三つの高さのスラブの概略図であり、本発明の繊維配列装置が共に示されている。
【図７】 図６の配列装置の変形例の断面図である。
【図８】 図３の配列装置の変形例の断面図である。

Claims (19)

1. 第一の壁部（１７Ａ）と第二の壁部（１７Ｂ）とを含む非磁性壁（１７）を有する繊維配列要素（１５）を配置する工程と；
   第一と第二の壁部（１７Ａ、１７Ｂ）を粘性体に接触させながら第一の壁部（１７Ａ）を第二の壁部（１７Ｂ）に先行させて粘性体に対して配列要素（１５）を相対的に移動させる工程と；
   粘性体中の繊維（Ｆ）を非磁性壁（１７）に対して動く磁界に曝すために非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して粘性体の中に磁界を向ける工程と；
   からなる粘性体に分散された磁化可能な繊維を磁気により配列する方法。
2. 磁界を非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して主に粘性体に付与することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 磁界を実質的に主に非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 繊維配列要素（１５）が粘性体の表面に実質的に平行に移動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の方法。
5. 繊維配列要素（１５）の少なくとも一部分が粘性体の中に埋まっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の方法。
6. 磁界の磁力線が、非磁性壁（１７）に実質的に直角で繊維配列要素（１５）及び粘性体の相対的移動方向に実質的に平行な面に作用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の方法。
7. 磁界が、繊維配列要素（１５）内に設けられ、非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）に沿って延びる軸（Ｌ）を中心に角度を変えて動くことができる磁気要素（１８）によって粘性体に配向されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の方法。
8. 磁界が、繊維配列要素（１５）内に設けられ、非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）に沿って延びる軸（Ｌ）を中心に角度を変えて動くことができる磁気要素（１８）によって粘性体に配向されており、前記磁界の磁力線が、前記軸（Ｌ）に平行で、且つ、該軸（Ｌ）を通る面に作用することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の方法。
9. 粘性体が実質的に水平なスラブであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの項に記載の方法。
10. 粘性体がスラブ又はウエットコンクリート層であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の方法。
11. 繊維配列要素（１５）が粘性体に対して移動している間、粘性体が振動していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかの項に記載の方法。
12. 第一の壁部（１７Ａ）と第二の壁部（１７Ｂ）とを含む非磁性壁（１７）と、非磁性壁（１７）に対して動く磁界を非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を通して粘性体に向けるために非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）に隣接して配置された磁気装置（１８）と、非磁性壁（１７）の第一の壁部（１７Ａ）を第二の壁部（１７Ｂ）に先行させ且つ第一と第二の壁部（１７Ａ、１７Ｂ）を粘性体に接触させながら繊維配列要素（１５）を粘性体に対して相対的に移動させるための操作手段（１４）とを有する繊維配列要素（１５）からなる粘性体に分散された磁化可能な繊維を磁気により配列するための装置。
13. 繊維配列要素（１５）が非磁性壁（１７）を含み、磁石装置（１８）を備えた中空の長尺のハウジングからなることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 磁石装置（１８）が第一の壁部（１７Ａ）に隣接する非磁性壁（１７）の近くに配置されており、非磁性壁（１７）の他の部分から広く一定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 磁石装置（１８）が、実質的に中空ハウジング（１７）の全長に亘って延びていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 磁石装置（１８）が、ハウジングの長さ方向に延びる軸（Ｌ）を中心に回転するために中空ハウジング（１７）の内側に設けられ、且つその円周表面上に少なくとも一つの磁石を載せた円筒状ロールを有していることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかの項に記載の装置。
17. 中空ハウジング（１７）に円筒状ロールを回転させるためのモータ（２０）が設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 非磁性壁（１７）の第一の部分（１７Ａ）が、円筒状ロールと同心であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の装置。
19. 中空ハウジング（１７）の断面が、第一の壁部（１７Ａ）から第二の壁部（１７Ｂ）の方向にテーパーしていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。

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