JP2024046247A

JP2024046247A - メタルファイバおよびその製造方法並びに装置

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Publication number: JP2024046247A
Application number: JP2022151523A
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Inventors: 國男伊藤
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Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2024-04-03
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Also published as: JP7217380B1; WO2024062959A1; US20240100586A1

Abstract

【課題】安価で大量生産が可能であり、耐引抜き性に優れたコンクリートの補強用メタルファイバとその製造方法および装置を提供する【解決手段】繊維強化コンクリート用メタルファイバであって、互いに直角をなすＸ，Ｙ，Ｚ軸により規定される３次元空間において、Ｙ方向の幅と、Ｘ方向の長さと、Ｚ方向の厚さを有し、Ｘ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の端部１１，１５をＺ方向に鈍角をもって曲げられた屈曲部とする。長尺の金属板をＹ方向の幅のピッチでプレス装置のダイの上を断続的にＹ方向に搬送しながら金属板の先端を剪断することによりメタルファイバ１０を切り出して作製する。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばコンクリートの材料の中に混入させて、その材料の引っ張り強度、曲げ強度、耐久性等を向上させるメタルファイバと、その製造方法および装置に関するものである。

従来、この種の繊維強化コンクリートに採用される金属繊維を製造する装置として、古くは、特許文献１および２に示されるように、固定刃と可動刃を有する切断機により金属製薄板を剪断して金属短繊維を作製する装置が知られている。しかしこれらの装置では、金属板を板に垂直な方向に波形に変形させて金属短繊維を作製するため、金属板を剪断する際、作製する繊維の長さ方向すなわち金属板の幅方向に金属板を引っ張り、伸ばしながら剪断するため、金属板としては柔らかく伸びやすい材料を採用するほかない。そのため例えば鉄板を採用した場合には錆やすいのでコンクリートの補強には不適であり、現実的ではない。また、これらの方法で金属板に垂直な方法に波形を形成するように硬い材料を伸ばしながら形成するには、伸ばすのに時間をかけなければならず、大量生産には不向きである。

コンクリートの補強に使用する金属繊維としては、特許文献３に記載されているように、錆びない鋼（スティール）でなければ、実用性がない。特許文献１の第１０図には回転型切断機の例が記載されているが、回転型切断機では現実に鋼板を剪断することはできない。例えば厚さが0.6ｍｍの鋼板（SUS）を剪断する際には８ｔから１０ｔの力が必要であり、図示のような回転式切断機で鋼板を剪断することは到底実現不可能である。また特許文献１および２の方法では、鋼板を伸ばして図示のような波形繊維を製造することは時間的にもコスト的にも現実的に殆ど不可能であり、実用にはならないと考えられる。

そのような状況から、特許文献３に開示されているように、高耐侯性鋼の線材を用いて繊維強化コンクリートのための金属繊維を提供する技術が開発されている。この高耐侯性鋼の線材を用いる方法では、その鋼の線材を円環状や多角形環状にしたもののほか、直線あるいは少なくとも一部が屈曲された線状の線材の両端を鋭角に折り曲げた例が記載されている。しかし、この方法では鋼の線材を曲げ加工する必要があり、作製には相当の数の工程を要するため、やはり大量生産には適さないと考えられる。

特開平２－１０６２１８号公報特許公報昭５３－１３６９号公報特許第６４０５０６６号公報

コンクリートの補強に金属繊維を用いる現場では、大量の金属繊維を必要とするため、安価で（例えばひと月に３０ｔ以上の大量の金属繊維を製造する）大量生産に適する金属繊維（メタルファイバ）が求められており、さらに、繊維が単純な直線状ではコンクリートから抜けやすいため、形状は屈曲した形状が望ましいうえ、さらに、屈曲方向が平面内すなわち２次元に限られているよりも、３次元状に屈曲している方が、耐引抜き性（特開２０２０－１００５２３号公報第９頁第４３行（段落［００３３］第１３行参照）に優れるため望ましい。このような背景のもとで、本発明は安価で１ショットでの多量生産が可能であり、耐引抜き性に優れたメタルファイバ、およびそれを製造する方法並びに装置を提供することを目的とするものである。

本発明による繊維強化用メタルファイバは、互いに直角をなすＸ，Ｙ，Ｚ軸により規定される３次元空間において、Ｙ方向の幅と、Ｘ方向の長さと、Ｚ方向の厚さを有し、Ｘ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体からなり、該本体の少なくとも一端においてＺ方向に鈍角をもって曲げられた屈曲部を有することを特徴とするものである。すなわち、本発明のメタルファイバは、鋼の繊維の一端、または両端、あるいは両端のほかに長さ方向の中間部にＺ方向に鈍角をもって曲がった屈曲部を有することを特徴とするものである。

また本発明は、前記メタルファイバを製造する方法であって、前記メタルファイバのＺ方向の厚さを有し、前記Ｘ方向の長さより大きい幅を有し、前記Ｙ方向に延びた帯状の金属板を、前記Ｙ方向のメタルファイバの幅のピッチで断続的にＹ方向にプレス機のダイ上に送りながら前記金属板の送り方向先端を前記波形線状にプレス機のパンチで切断するとともに、前記メタルファイバのＸ方向先端部を前記パンチの切断刃により切断すると同時に該パンチのＺ方向下面に突出した押圧部によりＺ方向に押しながら前記メタルファイバを製造することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記メタルファイバを切断するプレス装置であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとを備え、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に突出した押圧部を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記メタルファイバを切断するプレス装置に使用されるプレス金型であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとからなり、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に突出した押圧部を有することを特徴とするものである。

本発明によるメタルファイバは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸により規定される３次元空間において、Ｙ方向の幅と、Ｘ方向の長さと、Ｚ方向の厚さを有し、Ｘ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体が、その少なくとも一端においてＺ方向に鈍角をもって曲げられた屈曲部を有するため、Ｘ－Ｙ平面内に屈曲した形状に形成（カット）されるだけでなく、その平面に垂直なＺ方向に鈍角をもって曲げられているため、耐引抜き性に優れる効果を有する。なお、ここでＺ方向に曲げられるというのは、曲げられた端部がＸ－Ｙ平面に対して９０度の方向に延びるという意味ではなく、Ｚ方向の成分を持つ方向（鈍角方向）に延びるということを意味するものである。鈍角に限定したのは、パンチで一瞬のうちに１ショットで打ち抜く動作と同時に金属板の一部（端部）を押すだけで変形させるためには大きく曲げる力を要さない鈍角の範囲であることが好ましいのと、端部が直角あるいは鋭角に曲がった形になると、繊維同士が絡みあって「スチールボール」（特許文献３の段落［００３１］参照）と呼ばれる繊維の塊が発生する可能性があるからである。また、後述するように、この形状は金属板を製造するメタルファイバの幅方向（Ｙ方向）に、幅のピッチで断続的にＹ方向にプレス機のダイ上に送りながらその送り方向先端を波形線状にプレス機のパンチで切断することにより形成することができるので、例えばＳＰＭ３００（１秒間に５個）あるいはＳＰＭ６００（１秒間に１０個）という速度での超大量生産を限りなくスクラップレスの状態で可能にするという効果がある。

さらに、本発明のメタルファイバはセメントに混入させてコンクリートの強度を向上させることを目的とするものであるため寸法の精度が高く要求されるものではなく、プレス加工により剪断するときに起こる多少の変形は寧ろ歓迎されるのであって、切断面をきれいに正確に切り落とす必要もない。したがって、その点でコストに影響する精度の要求もないという実用上の利点もあり、精度が低くても性能に影響はなく寧ろ変形やばらつきは望ましい。

したがって、現実的には、さらに製造された製品の検査を要する必要がないという利点があり、極めて安価に製造することができる。

本発明によるメタルファイバの実施形態を示す図で、Ａは第１の実施形態による例の斜視図、Ｂはその長さ方向（Ｘ方向）から見た端面図、Ｃはその厚み方向（Ｚ方向）から見た正面図、Ｄはその波形の屈曲方向（Ｙ方向）から見た上面図である。本発明の第１の実施形態によるメタルファイバを製造する装置の基本的構成を示す平面図で、図中にＸ、Ｙ、Ｚの各軸の方向を示す。本発明の第１の実施形態によるメタルファイバの製造装置に金属板が搬送されて最初にパンチが駆動されて金属板の先端が切り取られる稼働状態を説明する平面図で、Ａは装置の状態、Ｂは最初に金属板の先端から剪断された切れ端をＺ方向から見た図本発明の第１の実施形態によるメタルファイバの製造装置に搬送された金属板がパンチにより切り取られる稼働状態を説明する平面図で、Ａは装置の状態、Ｂは金属板からパンチで剪断されて得られたメタルファイバをＺ方向から見た図、Ｃは金属板からパンチで剪断されて得られたメタルファイバをＹ方向から見た図本発明のメタルファイバの製造装置において、搬送された金属板の先端がパンチにより剪断されて切り取られるときの状態を説明する図２のＶ－Ｖ線断面図本発明のメタルファイバの製造装置の下刃を有するプレス金型のダイを示す図で、Ａは平面図、ＢはＡの右から見た正面図、ＣはＡの図中下から見た端面図、Ｄはその斜視図本発明のメタルファイバの製造装置の上刃を有するプレス金型のパンチを示す図で、ＡはＺ方向下から見た底面図、ＢはそのＹ方向から見た正面図図７のパンチの斜視図で、Ａは斜め前方上から見た斜視図、Ｂは斜め後方上から見た斜視図本発明のメタルファイバの製造装置のパンチが上下動時に摺動する、パンチを裏から支持し案内するヒールバックを示す斜視図図９のヒールバックを横から示す端面図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。まず図１により、本発明のメタルファイバの実施形態の構成を説明する。図１のＡからＤは本発明のメタルファイバの実施形態を示す。これらの図から明らかなように、本発明の実施形態のメタルファイバ１０は、一端部１１から他端部１５まで延び、その間に山部１２、谷部１３、山部１４の順に繋がった中間部を有する波形の線状本体を形成するもので、山部１２、谷部１３、山部１４の中間部はＸ－Ｙ平面内に延びており、両端部１１と１５はＸ－Ｙ平面よりもＺ方向に鈍角に曲がって、全体として３次元の形状をしている。変形例としては、図１のＡの中央の谷部１３の一部を両端部１１、１５と同様にＺ方向に変形してもよい。なお、山部と谷部の数は上記の例に限定されるものではなく、用途に応じて増減してもよい。大きさも、用途に応じて自由に設計されるものであるが、例えばコンクリート補強用のメタルファイバとしての一例としては、長さ３０ｍｍ、幅０．７ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、山部の頂上と谷部の差（高さ）２ｍｍ、端部の曲げ０．７８ｍｍ程度のものが考えられる。この寸法は、もちろん自由に変更可能である。

図１のＤとＦに示す第２の実施形態によるメタルファイバ10aは、第１の実施形態によるメタルファイバ１０の中間部の谷部１３に相当する谷部13aが、第１の実施形態によるメタルファイバ１０の両端部１１，１５に相当する11a,15aと同じようにＺ方向に曲げられてＸ－Ｙ平面から外れて3次元構造を構成している。このようにＺ方向にずれた部分が両端以外にあってもよいし、あるいは両端でなく一端のみにしてもよい。

次に、図２に、本発明のメタルファイバを金属板（鋼板）から剪断により切り出して製造するプレス装置にセットされるプレス金型のダイ２１と、パンチ２２と、パンチ２２が上下動時に摺動する、パンチ２２を裏から支持し案内するヒールバック２３を示す。ダイ２１は、切り出すメタルファイバ１０のＸ－Ｙ面の輪郭に対応する形状の下刃21aの刃先を有し、パンチ２２はその刃先に対応する形状の上刃の刃先22aを有する。図２，３および４に示される下刃の刃先21aと上刃の刃先22aとの間隔が、金属板２５から剪断により切り出すメタルファイバ１０に幅に対応するが、図ではその間隔を誇張して示している。

次に図３、４、５および６により、本発明の第１の実施形態によるメタルファイバを製造する装置の動作を説明する。最初に、切り出すメタルファイバの（Ｘ方向）の長さより大きい幅Ｗを有するＹ方向に長い金属板２５を図中は左から搬送する。剪断前の金属版２５の先端25aは、長さ方向に直角な直線状であるため、その先端25aを、切り出すＹ方向の幅だけダイ２１の下刃の刃先21aからパンチ２２の上刃の刃先22aの方へとび出させてパンチ２２を下方へ駆動して金属板２５の先端部を剪断すると、図３のＢに示すような形の金属板の切れ端25bが切り離される。その後、金属板２５を図中Ｙ方向右にメタルファイバの幅に対応する長さだけダイ２１上をＹ方向に送ったところでパンチ２２で剪断すると、図４のＢに示すメタルファイバ１０が切り出される。これを繰り返して、Ｙ方向に延びた帯状の金属板２５を、Ｙ方向のメタルファイバ１０の幅のピッチで断続的にＹ方向にダイ２１上を送りながら金属板２５の送り方向先端部を波形線状にパンチで切断するとともに、メタルファイバのＸ方向先端部１１，１５を前記パンチの切断刃22aにより切断する。

この時、金属板２５の送り方向先端部を波形状にパンチ２２で切断するとともに、メタルファイバ１０のＸ方向先端部１１，１５をパンチ２２の切断刃により切断すると同時にパンチ２２のＺ方向下面22bに突出した押圧部22c（図７，図８）によりＺ方向に押してメタルファイバ１０の両端１１，１５をＺ方向に鈍角に塑性変形させる。このようにして、両端１１，１５がＺ方向に曲げられたメタルファイバ１０を作製することができる。

パンチ２２の下面22bは図７および８によく示されている。図７のＡは下面を、Ｂは正面を示しており、図中パンチ２２の側面に形成されている凹部22dはパンチ２２を保持するポンチプレートに設けられた係止部に係止されるパンチ２２の抜け止め用凹部である。図８はパンチ２２の斜視図で、下面２２ｂに突出して形成された押圧部22cを示している。

本発明のメタルファイバを製造する方法および装置は、上記説明から明らかなように、帯状の金属板２５を前記Ｙ方向のメタルファイバ１０の幅のピッチ（例えば０．７ｍｍ）で断続的にＹ方向にプレス機のダイ２１上に送りながら前記金属板２５の送り方向先端を前記波形線状にプレス機のパンチ２２で切断するとともに、前記メタルファイバ１０のＸ方向先端部１１，１５を前記パンチ２２の切断刃22aにより切断すると同時に該パンチのＺ方向下面に突出した押圧部22cによりＺ方向に押しながら、１回の下降動作でＸ－Ｙ平面内に波形の形状をした線状本体を形成すると同時にＺ方向に鈍角に曲げられた前記メタルファイバ１０を製造するものである。

なお、金属板２５をメタルファイバ１０の幅のピッチで断続的にＹ方向にプレス機のダイ２１上に送る方法としては、金属板２５を送る搬送装置の送りをそのピッチ毎に断続的に送るように制御する方法の他に、金属板２５を軽い力で搬送しながら、金属板２５の先端25aを前記ヒールバック２３内に埋め込んだストッパー（図示せず）に当接させて切断位置に停止させ、その位置でパンチ２２により切断したのちに軽い搬送力でさらに切断された幅の分だけ前進させる方法がある。このストッパーを使用する場合には、パンチ２２がストッパーに干渉しないようにパンチ２２の下面２２ｂに逃げを設ける必要がある。

図９と１０に示すように、本発明のメタルファイバの製造装置にはパンチ２２の上下動時にパンチ２２の背面22dを裏から支持してパンチ２２の摺動を案内する、上部に一体的に固設された突起部23aを備えたヒールバック２３が設けられ、パンチ２２が金属板２５を剪断するとき下刃21aと上刃22aから受ける反動の圧力を受けとめ、パンチ２２が滑らかに上下動できるようにしている。

１０メタルファイバ
１１端部（屈曲部）
１２山部
１３谷部
１４山部
１５端部（屈曲部）
２１ダイ
２１a ダイの刃先
２２パンチ
２２a パンチに刃先
２３ヒールバック
２５金属板

また本発明は、前記メタルファイバを製造する方法であって、前記メタルファイバのＺ方向の厚さを有し、前記Ｘ方向の長さより大きい幅を有し、前記Ｙ方向に延びた帯状の金属板を、前記Ｙ方向のメタルファイバの幅のピッチで断続的にＹ方向にプレス機のダイ上に送りながら前記金属板の送り方向先端を前記波形線状にプレス機のパンチで切断するとともに、前記メタルファイバのＸ方向先端部を前記パンチの切断刃により切断すると同時に該パンチのＺ方向下面に鈍角に傾斜して突出した押圧部によりＺ方向に押しながら前記メタルファイバを製造することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記メタルファイバを切断するプレス装置であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとを備え、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に鈍角に傾斜して突出した押圧部を有することを特徴とするものである。

また、本発明は、前記メタルファイバを切断するプレス装置に使用されるプレス金型であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとからなり、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に鈍角に傾斜して突出した押圧部を有することを特徴とするものである。

この時、金属板２５の送り方向先端部を波形状にパンチ２２で切断するとともに、メタルファイバ１０のＸ方向先端部１１，１５をパンチ２２の切断刃により切断すると同時にパンチ２２のＺ方向下面22bに鈍角に傾斜して突出した押圧部22c（図７，図８）によりＺ方向に押してメタルファイバ１０の両端１１，１５をＺ方向に鈍角に塑性変形させる。このようにして、両端１１，１５がＺ方向に曲げられたメタルファイバ１０を作製することができる。

パンチ２２の下面22bは図７および８によく示されている。図７のＡは下面を、Ｂは正面を示しており、図中パンチ２２の側面に形成されている凹部22dはパンチ２２を保持するポンチプレートに設けられた係止部に係止されるパンチ２２の抜け止め用凹部である。図８はパンチ２２の斜視図で、下面２２ｂに鈍角に傾斜して突出して形成された押圧部22cを示している。

本発明のメタルファイバを製造する方法および装置は、上記説明から明らかなように、帯状の金属板２５を前記Ｙ方向のメタルファイバ１０の幅のピッチ（例えば０．７ｍｍ）で断続的にＹ方向にプレス機のダイ２１上に送りながら前記金属板２５の送り方向先端を前記波形線状にプレス機のパンチ２２で切断するとともに、前記メタルファイバ１０のＸ方向先端部１１，１５を前記パンチ２２の切断刃22aにより切断すると同時に該パンチのＺ方向下面に鈍角に傾斜して突出した押圧部22cによりＺ方向に押しながら、１回の下降動作でＸ－Ｙ平面内に波形の形状をした線状本体を形成すると同時にＺ方向に鈍角に曲げられた前記メタルファイバ１０を製造するものである。

Claims

繊維強化コンクリート用メタルファイバであって、互いに直角をなすＸ，Ｙ，Ｚ軸により規定される３次元空間において、Ｙ方向の幅と、Ｘ方向の長さと、Ｚ方向の厚さを有し、Ｘ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体からなり、該本体の少なくとも一端においてＺ方向に鈍角をもって曲げられた屈曲部を有するメタルファイバ。
請求項１記載のメタルファイバを製造する方法であって、前記メタルファイバのＺ方向の厚さを有し、前記Ｘ方向の長さより大きい幅を有し、前記Ｙ方向に延びた帯状の金属板を、前記Ｙ方向の幅のピッチで断続的にＹ方向にプレス機のダイ上に送りながら前記金属板の送り方向先端を前記波形線状にプレス機のパンチで切断するとともに、前記メタルファイバのＸ方向先端部を前記パンチの切断刃により切断すると同時に該パンチのＺ方向下面に突出した押圧部によりＺ方向に押しながら前記メタルファイバを製造する方法。
請求項２記載の製造方法により前記メタルファイバを切断するプレス装置であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとを備え、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に突出した押圧部を有することを特徴とするプレス装置。
請求項３記載の前記メタルファイバを切断するプレス装置に使用されるプレス金型であって、前記メタルファイバのＸ－Ｙ平面内に延びる波形の線状本体の輪郭を有する波形の下刃を有するダイと、該ダイの下刃に対応する上刃を有するＺ方向に上下動するパンチとからなり、該パンチの下面が、前記メタルファイバのＸ方向先端部を該パンチによる切断と同時にＺ方向下方に押圧するための下方に突出した押圧部を有することを特徴とするプレス金型。