JP2005022857A - 混合撹拌供給羽根と該羽根を取付けたプラグ装置、吹付装置、空気輸送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料を間隔的かつ定量的に材料投入供給口に投入する事によって、立上りがスムーズで材料条件の変動等を生じても輸送ホースの蛇行や脈動、閉塞等を無くして安全かつ安定した作業性と保守管理の容易な構造であって、しかも長距離輸送の可能なプラグ装置、吹付装置を提供する。
【解決の手段】材料の供給および／もしくは混合撹拌の用に供される供給混合撹拌装置の混合撹拌供給羽根の撹拌回転軸７を介して、あるいは回転軸に取付けられたアーム８等によって、混合装置を円周に沿って回転運動し、材料投入供給口１０を間隔的、定時的に閉塞し、材料供給を遮断する遮閉板９を取付け、これによって投入される材料の定量性を実現し材料−エア−材料のプラグ輸送の状態を作る混合撹拌羽根と、その混合撹拌羽根を取付けてなるプラグ装置、吹付装置ならびに空気輸送装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、吹付装置ならびに空気輸送装置に関するものであり、材料を所望の量、定常的に供給する機能を有する混合撹拌供給羽根と圧縮空気等で供給された材料を輸送ホースによって搬送し、ノズル部より吹付ける吹付装置および空気輸送装置に関するものであり、より具体的にはセメントと骨材の混合物や有機物や無機物からなる生育基盤材等の材料を、湿式もしくは乾式によって、定量的、定常的に供給搬送して吹付ける装置に関するものである。

土木工事において用いられ、道路やダムの建設、造成工事において地山を開削して発生する法面（斜面）をモルタルやコンクリートで被覆するモルタル吹付工や、有機質、無機質の材料に種子、肥料を混合した生育基盤材を吹付けて緑化を図る植生基材吹付工等が広く行なわれている。このモルタル・コンクリート吹付工は、この様な岩盤法面（斜面）のフェーシングにとどまらず、トンネルの一次被覆やレンガ積み、石積み等のコーティングやコンクリート構造物等の補強、補修等に広く用いられてきた。

従来かかる吹付工事において用いられる吹付システムは、上部材料投入ホッパー１より、ベルトコンベア等によって、セメント、骨材、水等の材料が上部タンク３内に投入され、該タンク内で撹拌羽根４により混合撹拌される。この混合撹拌された材料は、さらに下部材料バルブ５を開けて下部タンク６に移されて混合撹拌されると共に、圧力空気によって材料投入供給口１０に運ばれ、さらに吐出口１１で輸送空気に乗って可とうな輸送ホース１２によって搬送され、この材料は輸送ホース１２を通じてノズル部に運ばれ、この吹付ノズルから材料を吐出して吹付けを行なっている。
特開２０００−１４５１４５号公報

この様な従来の吹付機による吹付け作業においては、吹付材料のシール性と重量とが、骨材の含水率、粒度組成、セメントと骨材と水の混合の均一性等によって絶えず変化し、吹付材料を常に同一圧力で輸送しても材料のシール性が変われば吐出口１１へ送られる材料の投入量も変動する。
例えば含水率が高くなると材料は重くなり、シール性は高くなる。この時本来は吐出口への材料投入量は減らすべきであるが、逆にそのシール性によって空気圧を受けて吹付材料の投入量は多量になる。

しかし輸送空気の輸送能力以上の材料が吐出口１１に投入されて輸送ホース１２に送られると、輸送ホース１２内で材料が閉塞し、作業効率が低下するばかりでなく、材料が輸送ホース１２内で閉塞しながら搬送される状態となって、輸送ホース１２はねじれや蛇行を繰り返し、脈動しながら吹付ノズルに送られ、吹付ノズルから吐出される材料の吐出圧の変動で作業効率が極端に低下し、さらにはノズル作業者の負担も増大し、足場の悪い法面（斜面）等での作業は大きな危険を伴っていた。

この様に、吹付材料は輸送ホース１２内をつまりながら搬送空気によって押されて行く為、吹付材料の流動摩擦抵抗が大きく、長い搬送距離の輸送は不可能であり、搬送距離を短くする為には、吹付作業中に吹付機械を頻繁に移動する必要があり、機械の設置場所等も限定される。

すなわち従来の湿式モルタル・コンクリート吹付機はセメントと骨材と水を吹付機の上部タンクで混練りし、この混練りした材料を下部タンクに移送し、この下部タンク内の上部とタンク底部との圧力差によって生ずる空気流によってタンク底部の材料投入供給口より混練りされた材料を落下させ、吐出口で輸送空気の流れに混入し、輸送ホースを介して吹付けノズルに搬送し、吹付ノズルによって吐出し吹付けを行っている。この湿式吹付装置は、材料の投入量を定量的に調節する機構、機能が無く、前述の様に輸送距離は限定的であり、輸送状態も非常に不安定であり、これを安定した輸送状態に保つ為には、長年の経験と勘が必要であった。
又、本発明者等はこれらの問題解決の手段として、特開２０００−１４５１４５で開示の材料タンクの一端に接続されて円筒形の内部形状を有する搬送筒に回転自在のスクリューを取付け、このスクリューの回転によって材料タンクから搬送筒の一端側に導入された材料を、回転機構を有するスクリューによって他端側に送ると共に、前記搬送筒の他端側から送り込む圧力空気によって、吐出口を通じて輸送ホースに材料を送り込む材料供給装置と、この材料供給装置を取付けたコンクリート等の吹付機を考案した。しかしこの考案によると、定量性は確保され、安定した吹付作業は可能となったが、搬送筒内に収納されるスクリュー等の清掃が困難であり、特に硬化性のモルタルやコンクリートは毎日の清掃を必ず適確に行う事が必要であり、前記搬送筒内やスクリューに固着すると、性能が著しく低下するばかりでなく、場合によっては供給装置そのものが破損する恐れもあり、保守管理が大きな負担となっていた。

本発明は以上の問題を解決して、所望の量の材料を定量的、間隔的、定時的に材料投入供給口を通じて吐出口に送り込むプラグ装置と該プラグ装置を取付けた吹付装置あるいは空気輸送装置であって、立ち上がりがスムーズで材料条件の変動等を生じても輸送ホースのねじれや蛇行や脈動、閉塞を無くして安全且つスムーズな作業性を実現すると共に保守、管理の簡単な構造で、しかも長距離輸送の可能なプラグ装置と吹付装置あるいは空気輸送装置を提供する事を目的とする。

この発明は前記目的を達成する為の手段として、材料の比重、混合比、粒度組成、含水率、表面水量等の変化によって、輸送回路に投入される材料プラグの大きさ（量）を一定にする定量性の確保と材料−エア−材料というプラグ輸送状態を確保し、安定的且つ安全性が高く、保守、管理の容易な機構を実現する手法として材料タンク内に収納されて、材料を混合撹拌あるいは供給する目的で取付けられる混合撹拌羽根の回転軸を介して取付けられ、材料投入供給口を閉塞して材料供給を遮断する事が可能な遮閉もしくは遮断装置を取付ける事によって、間隔的、定時的に材料供給を遮断して定量性を確保する混合撹拌羽根を考案した。
この遮閉装置は回転軸に取付けられる円盤状、棒状、三角状の撹拌羽根で、その先端部は材料投入供給口を遮閉するに充分な大きさの遮閉板を持ち、該遮閉板は円周方向に湾曲して、円周方向の長さは所望の長さとする事ができ、回転軸の回転によって円周に沿って回転運動して、遮閉板が材料投入供給口に達した時に材料供給は遮断され、その時間は遮閉板の円周方向の長さによって決定される。
すなわち該遮閉板が材料投入供給口を遮閉している間は材料供給が遮断され、エアプラグ状態となり、遮閉板が材料投入供給口を外れると、外れている時間だけ定量的に材料は供給されて材料プラグの状態をつくる。これを間隔的、定時的に繰り返す事によって、材料−エア−材料−エアとなるプラグ輸送状態を実現する事ができる。
又、より簡便且つ容易な手法としては、回転軸に取付けられたアームを利用して、該アームの先端部分に該遮閉板を円周に沿う様に湾曲して、所望の長さに取付ける混合撹拌羽根が考えられる。

さらに該遮閉板はボルトナットあるいはフック等によって固定され、着脱自在とする事により、その円周方向の長さは自在に変更が可能となり、使用される材料の種別や輸送距離等によって、すなわちモルタル、コンクリート、植生基盤材等によって、容易に変更が可能となり、これによって投入される材料の量を変える事が可能となり、材料プラグ、エアプラグのそれぞれの大きさが変えられ、よりスムーズで安定した作業が可能となる。
この様なプラグ機能を生ずる混合撹拌羽根を搭載したプラグ装置、吹付装置、空気輸送装置によって、定時、定量的なプラグ輸送状態が実現され、輸送回路に投入される材料の量が定量的に供給される事によって、材料の変動等による輸送ホースのねじれや蛇行、脈動、材料による輸送ホースの閉塞といった不安定な輸送状態は回避され、よりスムーズで安定した吹付作業を実現する事が出来る様になり、作業の安全性も大きく向上し、ノズル作業者への負担も大きく軽減された。
又、材料タンク内に収納された撹拌羽根に遮閉板を取付けるというシンプルな構造の為、保守管理作業は大幅に軽減され、材料タンクの清掃時に遮閉板を同時に清掃するだけで、毎日の作業が簡単に且つ容易になった。
又、異なる手法として、撹拌羽根回転軸に取付けられる材料供給羽根であって、材料投入供給口に投入される材料の量を間隔的、定量的に供給する為、供給羽根を設け該羽根の回転によって定量供給を可能とするものとして、図３の２５、２６、図４の２７、２８の形状の供給羽根がある。

以上の説明の様に、本発明による混合撹拌供給羽根を取付けたプラグ装置によって構成される吹付機あるいは空気輸送機においては常に一定量の材料を輸送ホースに送り込むプラグ輸送の状態を形成する事によって、輸送ホース内の材料の閉塞や脈動を無くし、長い輸送距離をスムーズで安定した状態での吹付作業を実現する事で、作業の安全性を向上させると共に、そのシンプルな構造によって保守、管理、作業を一段と軽減する事が出来た。

本発明による実施の形態を図１により具体的且つ詳細に説明する。
図１は本発明による混合撹拌羽根と該撹拌羽根によるプラグ装置を取付けた吹付機の図である。１は材料を投入するホッパーであり、２は下部材料バルブであり、該上部材料バルブ２を開けてホッパー１より材料を投入する。材料投入が終わると上部材料バルブ２は閉められ、上部タンク３に収納される撹拌羽根４によって混合撹拌され、下部材料バルブ５を開けて、材料は下部タンク６に移送される。
これらの機構は全て従来の吹付機に何ら変わるものではない。７は撹拌羽根回転軸であり、この回転軸を介して設置され、円周に沿って回転運動する事によって材料投入供給口１０を遮閉する遮閉、遮断機能を有する混合撹拌羽根より具体的には該回転軸７に取付けられたアーム８に円周に沿う様湾曲した遮閉板９によって材料投入供給口１０を一定時間遮閉して材料供給を遮断できる形状寸法で取付ける。これによって吐出口１１では材料プラグ１３、エアプラグ１４が形成される。
すなわち撹拌羽根回転軸７を介し、アーム８に取付けられた遮蔽板９が回転をする事によって材料投入供給口１０を間隔的、定時的に遮閉して材料投入供給口を遮断する事によって常に一定量の材料が供給され、さらに圧力エア源１７より供給される圧力エアが輸送エア調節バルブ１６を経て、輸送エア回路１５により吐出口１１に投入され、吐出口１１では材料−エア−材料のプラグ輸送状態を形成する事ができ、可とう性の輸送ホース１２に送られる。
又、エア回路１８はエアバルブ２２、１９によってそれぞれ上部タンクおよび下部タンクに圧力エアが供給され、この空気流によって材料を移送する事は従来の吹付機と変わるものではない。
図２はこのシステムの説明図であり、コンクリートミキサー車２７によって運搬されたモルタル、コンクリート等の吹付材料はベルトコンベア２６によって前述のプラグ装置を有する吹付機２８に投入され、輸送ホース１１によってノズル部２３より吐出され、ノズル作業者２４が吹付作業を行う作業の形態を示したものである。

このプラグ状態は以下のように考えられる。運転時、定量撹拌羽根装置（７〜９）は一定回転数ｎで回転する。撹拌羽根の外周接線速度Ｖｔは、
Ｖｔ＝２πR*ｎ／６０ （１）
吐出口１１にエアだけ流す時間ｔ１と、材料を落とす時間ｔ２は、
ｔ１＝Ｌ１／Ｖｔ＝Ｌ２／２πR*ｎ （２）
ｔ２＝Ｌ２／Ｖｔ＝Ｌ２／２πR*ｎ （３）
となる。式（２）（３）の右側が全部定数なので、材料を投入する時間ｔ１も定数である。よって、図１に示すように、材料プラグの長さＬｐは常に一定で、Ｌｐの長さ以後、必ずエアプラグがＬａの長さで間隔的に投入される。すなわち、材料の水分、粒度分布、混合比、或いは、タンクと吐出口と輸送ホースの間の圧力差がどう変化しても、材料プラグの長さはＬｐ以上にはならない。エアプラグに関しては、吹き付けを行うとき、エアの圧力エネルギーは、輸送回路の長さに関する摩擦抵抗による消耗と、材料を高いところに運び上げる位置エネルギーと吹き付け速度エネルギーに変換される。吹付けの高さと輸送回路の長さの増加につれて、エアの圧力が上昇する。よって吐出口付近では、エアプラグの長さは、常にＬａであるが、助走区間を経て、定速輸送区間では、元の輸送エア圧力が高いほど、膨張によってエアプラグは長くなる。すなわち、単位時間当たりの材料の吐出量は、抵抗が大きくなるに伴って、輸送量が減る。言い換えれば、抵抗の変動に対して、輸送を安定的方向に持っていく調節的性質がある。エアの圧力は、輸送初段の設定圧力から徐々に運動エネルギーと位置エネルギーに変わってゆき最終的には大気圧となり、材料が持っている運動エネルギーで吹き付けノズルから吐出される。よって形成された材料プラグは、それ自身に含まれたより高い圧力エアの膨張によって噴出される直前、輸送ホースの傾斜の変化点付近で壊されるため、噴出流は連続的で脈動の少ない流れになる。

この様に材料プラグの長さを一定に管理し、輸送回路に定量的に材料を供給することにり、作業中、材料の変動によるホースの閉塞、不安定な輸送状態、ホースの脈動等の問題を解決し、安定した作業ができる様になった。又、プラグ輸送の実現により、輸送距離が１．６倍以上伸びた。
従来の吹付け機では、輸送距離、勾配、高さ、材料の粒度組成、セメントと骨材の混合比に合わせて、水分を調整して輸送しやすい状態にしてはじめて輸送と吹付けが可能となり、作業中に材料物性の微妙な変化に応じて、材料エアバルブと輸送エアバルブの随時の難しい調節が必要であり、長い経験が必要な操作であったが、本吹付装置によって材料を定量的に輸送回路へ積み込んで搬送しているため、材料プラグの長さは常に一定で、材料の粒度分布、水分、セメントと骨材の混合比の変化に影響を受けることはない。この混合撹拌羽根によるプラグ装置の利用によって経験を要せず、だれでも操作できて使いやすい吹付けシステムを実現する事が出来た。

本発明の混合撹拌羽根プラグ装置を取付けた吹付機の図である。 吹付けシステムの説明図である。 定量材料供給羽根の図である。 異なる材料供給羽根の図である。

符号の説明

１ ホッパー
２ 上部材料バルブ
３ 上部タンク
４ 撹拌羽根
５ 下部材料バルブ
６ 下部タンク
７ 撹拌羽根回転軸
８ アーム
９ 遮閉板
１０ 材料投入供給口
１１ 吐出口
１２ 輸送ホース
１３ 材料プラグ
１４ エアプラグ
１５ 輸送エア回路
１６ 輸送エア調節バルブ
１７ 圧力エア源
１８ エア回路
１９ エアバルブ
２０ ノズル
２１ ノズルマン
２２ 空気圧縮機
２３ ベルトコンベア
２４ ミキサー車
２５ 定量材料供給羽根の断面図
２６ 定量材料供給羽根の正面図
２７ 異なる材料供給羽根の断面図
２８ 異なる材料供給羽根の正面図

Claims (4)

1. 上部タンクもしくは材料投入口より投入された材料を混合撹拌および／もしくは供給するためにタンク内に収納される混合撹拌供給羽根であって、回転軸を介して取付けられ、円周に沿って回転運動をする事によって、タンク底部もしくは端部に設けられた材料投入供給口を間隔的、定時的に開塞して材料供給を間隔的、定時的に遮断する構造、機構を有するかもしくは材料投入供給口に間隔的、定量的に材料を供給する機構を有する事を特徴とする混合撹拌供給羽根。
2. 請求項１記載の混合撹拌供給羽根であって、回転軸に取付けられたアームの先端部もしくはアームに取付けられた撹拌羽根に材料投入供給口を遮閉可能な幅員と所望の長さを有し、略円周状に湾曲した遮閉板を取付け、該遮閉板によって材料投入供給口を間隔的、定時的に閉塞し、材料供給を間隔的、定時的に遮断する事を特徴とする混合撹拌供給羽根。
3. 請求項１および２記載の混合撹拌供給羽根にして、その遮閉板もしくは遮閉構造部を着脱、取替可能として、材料や用途に応じて間隔と定時性を変更できる機能を備えた混合撹拌供給羽根。
4. 前記請求項１〜３記載の混合撹拌供給羽根を取付けてなるプラグ装置および吹付装置ならびに空気輸送装置。

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