JP7023476B1 - 筋金棒体成形用金型およびこれを使用した筋金棒体の製造方法 - Google Patents

筋金棒体成形用金型およびこれを使用した筋金棒体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】十分な強度を有する筋金棒体を簡易かつ安価に製造することができる筋金棒体成形用金型を提供する。【解決手段】筋金棒体成形用金型に、押出機２から出力される熱可塑性樹脂材Ｒｔを通過させる主流路Ｆ１を金型本体の中心部に形成するとともに、熱可塑性樹脂材Ｒｔを通過させて主流路Ｆ１内の外周部に合流させる第１副流路Ｆ２を金型本体の外周部に形成し、かつ、強化繊維材４を通過させて主流路Ｆ１と第１副流路Ｆ２の合流位置よりも上流位置で主流路Ｆ１に合流させる第２副流路Ｆ３を形成する。【選択図】 図２

Description

本発明はコンクリートの補強等に好適に使用できる筋金棒体を製造するための成形用金型およびこれを使用した筋金棒体の製造方法に関するものである。
この種の筋金棒体として従来の鉄製のものに代えて、錆を生じずコンクリートの強度を長く維持できるバサルト繊維を使用したものが注目されている。このような筋金棒体として、例えば特許文献１に示されているように、バサルト繊維の束を芯材としてその周囲を所定厚さの熱可塑性樹脂層で覆った構造のものが提案されている。そして芯材の周囲に樹脂層を形成する方法としては従来、上記特許文献１に示されているように芯材を樹脂の溶融溶液中に通すディップ法が多用されている。
特開２０１２－２５１３７８
しかし、ディップ法は溶融樹脂の貯留槽を設ける必要がある等によって装置全体が大掛かりになり、製造コストが高くなるという問題がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、十分な強度を有する筋金棒体を簡易かつ安価に製造することができる筋金棒体成形用金型およびこれを使用した筋金棒体の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本第１発明の筋金棒体成形用金型（１）では、押出機（２）から出力される熱可塑性樹脂材（Ｒｔ）を通過させる主流路（Ｆ１）が、本体の中心部で前記押出機の押し出し方向へ貫通する貫通穴として形成されるとともに、前記熱可塑性樹脂材（Ｒｔ）を通過させて前記主流路（Ｆ１）内の外周部に合流させる第１副流路（Ｆ２）が、少なくともその下流部がリング状断面の全周流路となるように前記本体の外周部に形成され、かつ、強化繊維材（４）が通過する第２副流路（Ｆ３）が前記貫通穴とほぼ同径の貫通穴として形成されて、前記主流路（Ｆ１）と前記第１副流路（Ｆ２）の合流位置よりも上流位置で前記主流路に連結されて、前記強化繊維材を当該主流路（Ｆ１）内へ供給するようになっている。
本第１発明によれば、押出機と成形用金型によって簡易かつ安価に、熱可塑性樹脂材が含浸された強化繊維が中心部に位置しその周囲が所定厚の熱可塑性樹脂材で被覆された十分な強度の筋金棒体を得ることができる。
本第２発明の筋金棒体成形用金型（１）では、円柱形の複数種の型（１１～１４）を上流側から下流側へ結合して、これら型（１１～１４）内に前記主流路（Ｆ１）、前記第１副流路（Ｆ２）および前記第２副流路（Ｆ３）を形成する。
本第２発明によれば、円柱形の複数種の型を結合することによって筋金棒体成型用金型を容易に製造することができる。
本第３発明の筋金棒体成形用金型（１）では、前記第１副流路（Ｆ２）のリング状断面の径および厚を下流側へ向けて小さくする。
本第３発明によれば、中心部に位置する熱可塑性樹脂材が含浸された強化繊維の周囲を所定厚の熱可塑性樹脂材で良好に被覆することができる。
本第４発明の筋金棒体成形用金型（１）では、前記第２副流路（Ｆ３）を主流路（Ｆ１）に沿う方向へ湾曲させて形成する。
本第４発明によれば、強化繊維に熱可塑性樹脂材を良好に浸入させることができる。
本第５発明の筋金棒体成形用金型（１）では、前記第２副流路（Ｆ３）を前記本体内の周方向の複数位置に形成する。
本第５発明によれば、第２副流路を本体内の周方向の複数位置に形成することによって、強化繊維を小分けして主流路に供給することができ、強化繊維間に熱可塑性樹脂材を良好に浸入させることができる。なお、この場合、金型の複雑化との兼ね合いから、周方向の２カ所～４カ所に第２副流路を形成するのが良い。
本第６発明の筋金棒体成形用金型を使用した筋金棒体の製造方法では、前記強化繊維材（４）をエアで開繊して使用する。
本第６発明によれば、強化繊維内への熱可塑性樹脂材の浸入がさらに良好に行われる。
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
以上のように、本発明の筋金棒体成形用金型およびこれを使用した筋金棒体の製造方法によれば、十分な強度を有する筋金棒体を簡易かつ安価に製造することができる。
本発明の実施形態における筋金棒体成形用金型を備えた筋金棒体製造装置の全体構成を示す概略斜視図である。 筋金棒体成形用金型の全体縦断面図である。 供給型の縦断面図である。 供給型の正面図で、図３のＸ矢視図である。 合流型の縦断面図である。 合流型の正面図で、図５のＹ矢視図である。 被覆型の縦断面図である。 成形型の縦断面図である。 ノズルの断面図である。
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
図１には、本発明の筋金棒体成形用金型（以下、成型用金型）１を備えた筋金棒体成形装置の全体構成を示す。図１において、公知構造の押出機２が設けられて、その一端上面に設置された投入ホッパから押出機２内へ熱可塑性樹脂材としてのポリプロピレン（ＰＰ）樹脂Ｒｔが供給されている。ＰＰ樹脂Ｒｔは押出機２内で所定温度へ加熱されて溶融状態となり、内設されたスクリューによって押出機２の他端に結合された、詳細を以下に説明する成形用金型１内へ供給される。
成形用金型１の金型本体は円柱形で、供給型１１、合流型１２、被覆型１３、成形型１４の４つの型を結合して構成されており、その全体断面図を図２に示す。図３には供給型１１の縦断面図を示し、図４には図３のＸ矢視における供給型１１の正面図を示す。供給型１１は、中心部を山形に膨出させた一端面１１ａが、押出機２他端の出口開口２１に覆着される。供給型１１の中心には一端面１１ａから他端面１１ｂへ貫通する貫通穴１１１が形成されており、貫通穴１１１は、供給型１１の他端面１１ｂ中心部から先端に向けて縮径しつつ突出するガイド部１１２の中心を貫通している。
供給型１１の膨出する一端面中心部１１５の周囲には間隔をおいて、他端面１１ｂへ貫通する複数の貫通穴１１３が形成されている。さらに供給型１１には、外周面の径方向対称位置からそれぞれ中心部へ向けて、縦断面内を湾曲して延びる貫通穴１１４が形成されており、これら貫通穴１１４は他端面１１ｂの中心部に至ってここで貫通穴１１１内に開口しこれに合流している。
図５には合流型１２の縦断面図を示し、図６には図５のＹ矢視における正面図を示す。合流型１２には中心に貫通穴１２１が形成されており、当該貫通穴１２１は一端面１２ａの内周部に大きく開口するとともに、他端に向けて漸次円錐状に縮径して他端面１２ｂの円形に突出する内周部１２２に至っている。
図７には被覆型１３の縦断面図を示す。被覆型１３は一端面１３ａの内周部を一定深さで凹陥させて円形凹所１３１とし、円形凹所１３１の中心部には他端面１３ｂへ貫通する貫通穴１３２が形成されている。円形凹所１３１の周壁には、周方向の複数位置に等間隔で位置調整用のボルト１３３が外方から貫通設置されている。
図８には成形型１４の縦断面図を示す。成形型１４には中心に貫通穴１４１が形成されており、貫通穴１４１は一端面１４ａ側から漸次縮径して最終製品としての筋金棒体の外径に等しくしてある。
このような供給型１１、合流型１２、被覆型１３、成形型１４の結合設置は以下のようにして行う。すなわち、合流型１２の貫通穴１２１（図５）内に供給型１１の突出するガイド部１１２（図３）を進入させた状態で、合流型１２の外周部に等間隔で設けたボルト穴１２３（図６）にボルトを挿入して、これらボルトを供給型１１の外周部に等間隔で設けたボルト穴１１６（図４）に挿通して、各ボルトを押出機２の出口開口２１周囲に設けたネジ穴（図示略）にねじ込む。これによって、成形型１１と合流型１２が一体に押出機２に固定される。
被覆型１３はその円形凹所１３１内に合流型１２の突出する内周部１２２を進入させた状態で、その外周部に等間隔で設けたボルト穴１３４（図７）にボルトを挿入し、これらボルトを合流型１２の内周部１２２に等間隔で設けたネジ穴１２４（図６）にねじ込んで合流型１２に結合固定される。この際、供給型１１の突出するガイド部１１２の先端が被覆型１３の貫通穴１３２内に進入する。
成形型１４はその外周部に等間隔で設けたボルト穴１４２（図８）にボルトを挿入し、これらボルトを被覆型１３の内周部に等間隔で設けたネジ穴１３５（図７）にねじ込んで被覆型１３に結合固定される。
供給型１１、合流型１２、被覆型１３、成形型１４が上述のように結合された成形用金型１を押出機２の出口開口２１に固定した状態（図２）で、互いに連通する供給型１１の貫通穴１１１と成形型１４の貫通穴１４１によって主流路Ｆ１が形成される。また、供給型１１の貫通穴１１３と、供給型１１のガイド部１１２外周と合流型１２の貫通穴１２１内周との間に生じた間隙１２５、および供給型１１のガイド部１１２先端外周と被覆型１３の貫通穴１３２内周との間に生じた間隙１３６が互いに連通して、成形型１４との境界で主流路Ｆ１内の外周部に合流する第１副流路Ｆ２が形成される。
なお、第１副流路Ｆ２は、合流型１２内でその全周流路のリング状断面が漸次縮径されて被覆型１３内に至り、ここで所望径かつ所望厚のリング状断面を有する全周流路となっている。また、供給型１１内の、湾曲して延びる貫通穴１１４は、主流路Ｆ１と第１副流路Ｆ２の合流位置よりも上流の、供給型１１の他端面１１ｂ中心部で主流路Ｆ１に合流して第２副流路Ｆ３を形成している。
筋金棒体を製造する場合には、図１に示すように、一対のコイル３からそれぞれ引き出した強化繊維材としてのバサルト繊維束４を、成形用金型１を構成する供給型１１の外周に開口する第２副流路Ｆ３へそれぞれ供給し、第２副流路Ｆ３からこれが合流する主流路Ｆ１を経て、成形型１から後段の冷却装置５の冷却水５１中に通し、その後、最後段の引取りベルト６に上下から挟持させる。なお、バサルト繊維束４の太さの一例は４８００ＴＥＸである。
なお、コイル３から引き出されたバサルト繊維束４は途中それぞれ図９に示すようなノズル７に通されて、これに供給されたエア７１によって開繊される。開繊されたバサルト繊維束４はテンションローラ８を経て第２副流路Ｆ３の開口へ供給される。ここで、図１では理解を容易にするために第２副流路Ｆ３の開口位置は実際とは異なっている。
この状態で、バサルト繊維束４を引取りベルト６で撚ることなくストレートに引きつつ、押出機２から成形用金型１の主流路Ｆ１と第１副流路Ｆ２へ溶融したＰＰ樹脂Ｒｔを供給する。主流路Ｆ１を流れるＰＰ樹脂Ｒｔには途中合流する第２副流路Ｆ３から開繊状態の上記バサルト繊維束４が供給されて、バサルト繊維間にＰＰ樹脂Ｒｔが良好に浸透させられ、さらに下流位置にて、ＰＰ樹脂Ｒｔが含浸したバサルト繊維束の外周にこれを覆うように第１副流路Ｆ２からＰＰ樹脂Ｒｔが供給される。そして後段の冷却装置５で冷却されて、ＰＰ樹脂Ｒｔが含浸されたバサルト繊維束４が中心部に位置しその周囲が所定厚のＰＰ樹脂Ｒｔで被覆された十分な強度の筋金棒体９（図１）が得られる。ここで、筋金棒体９の直径の一例は約５ｍｍ、上記中心部の直径の一例は約４ｍｍ～４．５ｍｍであり、実現された筋金棒体９の引張強度は１５ｋＮ程度である。
なお、上記実施形態では第２副流路を径方向対称位置で周方向の二カ所に形成したが、強化繊維を小分けして主流路に供給した方が、強化繊維間に熱可塑性樹脂材を良好に浸入させることができ、金型の複雑化との兼ね合いを考慮すると周方向の二カ所～四カ所に第２副流路を形成するのが好適である。
上記実施形態における熱可塑性樹脂材としてはＰＰ樹脂以外にポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂等が使用できる。また強化繊維としてはバサルト繊維以外にガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維やアラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維が使用できる。
このような本実施形態によれば、従来のディップ法によるものに比して、溶融樹脂の貯留槽を設ける必要が無いため装置全体がコンパクトになって、製造コストを低下させることができ、十分な強度を有する筋金棒体を簡易かつ安価に製造することができる。なお、成型用金型の具体的構造は必ずしも図２に示すものとする必要はない。
１…筋金棒体成形用金型、１１…供給型、１２…合流型、１３…被覆型、１４…成形型、２…押出機、４…バサルト繊維（強化繊維材）、７…ノズル、Ｆ１…主流路、Ｆ２…第１副流路、Ｆ３…第２副流路、Ｒｔ…ＰＰ樹脂（熱可塑性樹脂材）。

Claims (6)

  1. 押出機から出力される熱可塑性樹脂材を通過させる主流路が、本体の中心部で前記押出機の押し出し方向へ貫通する貫通穴として形成されるとともに、前記熱可塑性樹脂材を通過させて前記主流路内の外周部に合流させる第１副流路が、少なくともその下流部がリング状断面の全周流路となるように前記本体の外周部に形成され、かつ、強化繊維材が通過する第２副流路が前記貫通穴とほぼ同径の貫通穴として形成されて、前記主流路と前記第１副流路の合流位置よりも上流位置で前記主流路に連結されて、前記強化繊維材を当該主流路内へ供給するようになっている筋金棒体成形用金型。
  2. 円柱形の複数種の型を上流側から下流側へ結合して、これら型内に前記主流路、前記第１副流路および前記第２副流路を形成した請求項１に記載の筋金棒体成形用金型。
  3. 前記第１副流路のリング状断面の径および厚を下流側へ向けて小さくした請求項１又は２に記載の筋金棒体成形用金型。
  4. 前記第２副流路を主流路に沿う方向へ湾曲させて形成した請求項１ないし３のいずれかに記載の筋金棒体成形用金型。
  5. 前記第２副流路を前記本体内の周方向の複数位置に形成した請求項１ないし４のいずれかに記載の筋金棒体成形用金型。
  6. 前記強化繊維材をエアで開繊して使用する請求項１ないし５のいずれかに記載の筋金棒体成形用金型を使用した筋金棒体の製造方法。
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