JP4353105B2 - 光透過性部材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光透過性部材の製造方法に関し、特に、光ファイバを均一に埋設できるとともに、低コストで、かつ容易に製造できる光透過性部材の製造方法に関する。
近年、建築物に用いられる構造物として、コンクリート等の流動性材料が硬化してなるブロックの内部に、例えば複数本の光ファイバが埋設されたものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。埋設された光ファイバは、その一端がブロックの表面から露出し、その他端がブロックの裏面から露出している。このため、硬化した流動性材料からなるブロックによって荷重を負担しつつ、ブロックに埋設された光ファイバによってブロックの表面から入射された光を裏面へと透過させることができる。
このような光透過性のブロックは、例えば、以下のように製造される。まず、細長い型枠に流動性材料を流し込んでから、複数本の光ファイバを長手方向に敷き込み、この流動性材料を加圧あるいは振動することにより光ファイバを所定の深さまで埋設する。次に、流動性材料が硬化した後、この硬化した流動性材料の上にさらに流動性材料を流し込み、前述同様に、加圧等によって光ファイバを流動性材料内に埋設する。このような工程を複数回繰り返して、複数本の光ファイバが埋設された硬化した流動性材料の層を複数積層したブロックを形成する。最後に、このブロックを所定長さに切断して光透過性のブロックを製造する。
国際公開第03/097954号パンフレット
しかしながら、前述した製造方法では、流動性材料を流し込んだ後に、振動作業や加圧作業等を行うため、光ファイバの配列が乱れて光ファイバの密度にばらつきが生じ、照度が不均一になったり、意匠性が低下したりする。また、光ファイバの敷き込みと流動性材料の流し込みとを繰り返さなければならず、手間と費用がかかる。特に、光ファイバーに撓み等が生じた場合には、材料ロスが大きくなるためコスト高につながる。
本発明の目的は、光ファイバを均一に埋設できるとともに、低コストで、かつ容易に製造できる光透過性部材の製造方法を提供することである。
第1の発明は、高流動性のセメントペースト、モルタル、またはコンクリートである流動性材料が硬化してなる硬化体と、前記硬化体の表面および裏面から、その端部が露出するように埋設された複数本の光ファイバとを備える光透過性部材の製造方法であって、
複数の開口部がそれぞれ形成されると共に、水またはアルカリ溶解性の材料により構成された少なくとも一対の型枠部材の開口部間に亘って前記光ファイバを挿通する工程と、
前記光ファイバが挿通された少なくとも一対の型枠部材間に、前記流動性材料を流し込む工程と、
前記流動性材料が硬化した後に、前記型枠部材の位置で前記複数本の光ファイバを切断する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数本の光ファイバを型枠部材により固定した状態で流動性材料の流し込みを行うため、流動性材料を流し込んだ際に、各光ファイバの位置を確実に保つことができる。従って、流動性材料内に光ファイバを均一に埋設できるので、光透過時の照度の均一化や、意匠性の向上を図ることができる。また、流動性材料の流し込工程を一回行うだけでよいため、複数回流込工程を行う場合に比べて、低コストで容易に製造できる。さらに、各光ファイバを緊張させた状態に保つことができるため、材料のロスを少なくできて、コストを抑えることができる。
また、第2の発明は、高流動性のセメントペースト、モルタル、またはコンクリートである流動性材料が硬化してなる硬化体と、前記硬化体の表面および裏面から、その端部が露出するように埋設された複数本の光ファイバとを備える光透過性部材の製造方法であって、
複数の開口部がそれぞれ形成されるとともに、一方の型枠部材と他方の型枠部材とが近接または離間する方向に移動可能に構成され、かつ、水またはアルカリ溶解性の材料により構成された一対の型枠部材において、前記一方の型枠部材側から前記他方の型枠部材側へと各型枠部材の開口部間に亘って、前記光ファイバを保持する光ファイバ供給機構から供給された前記光ファイバを挿通する工程と、
前記挿通された光ファイバの先端部分を前記他方の型枠部材に固定する工程と、
前記一方の型枠部材と前記他方の型枠部材とが所定間隔となるように、前記一方の型枠部材および前記他方の型枠部材の少なくともいずれかを移動させる第1の移動工程と、
前記一対の型枠部材間に前記流動性材料を流し込む第1の流込工程と、
前記流動性材料が硬化した後に、前記一対の型枠部材の位置で前記複数本の光ファイバを切断する工程とを備えることを特徴とする
本発明によれば、一方及び他方の型枠部材によって複数の光ファイバの位置を固定できるため、流動性材料を流し込んだ際に、各光ファイバの位置を確実に保つことができる。このため、流動性材料内に光ファイバを均一に埋設でき、光透過時の照度の均一化や、意匠性の向上を図ることができる。また、流動性材料の流込工程を一回行うだけでよいため、複数回流込工程を行う場合に比べて、低コストで容易に製造できる。さらに、例えば、光ファイバ供給機構を支持しながら、一方の型枠部材に対して他方の型枠部材が離間する方向に移動させると、光ファイバが緊張した状態となるため、光ファイバの位置ずれをより一層抑えることができる。
さらに、第1及び第2の発明によれば、流動性材料が高流動性のセメントペースト、モルタル、またはコンクリートであることで、高流動性のコンクリート等は自己充填性を持つため、締固め作業を省くことができるので、加圧や振動による光ファイバの位置ずれを抑えることができる。
また、第1又は第2の発明において、前記光ファイバを挿通する工程は、各前記型枠部材の開口部間に亘って、互いに略平行となるように前記光ファイバを挿通し、前記光ファイバを挿通する工程の後であって、前記流動性材料を流し込む工程の前に、前記型枠部材間で前記光ファイバを束ねる工程を備え、前記流動性材料が硬化した後に、前記光ファイバを束ねた位置で、前記硬化した流動性材料および前記光ファイバを切断する工程を備えることとしてもよい
のような構成によれば、光ファイバを束ねた位置では光ファイバの端部が一カ所に集中することとなるため、例えば、この束ねた位置に光源を設置することにより、反対側の面全体から光を照射できる。
本発明によれば、光りファイバが均等に埋設された光透過性部材を、容易に低コストで製造することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る製造方法により製造される光透過性ブロック1について説明する。図1は、本発明の製造方法により製造される光透過性ブロック1を示す斜視図である。図2は、光透過性ブロック1を示す立面図である。図3は、光透過性ブロック1の光ファイバの埋設されている高さにおける横断面図である。図1〜図3に示すように、光透過性ブロック1は、セメントペースト、モルタル、あるいはコンクリートなどの流動性材料が硬化してなる硬化体としてのブロック本体3と、ブロック本体3に埋設された複数本の光ファイバ2とを備えている。
ブロック本体3は、流動性材料であるコンクリート7が硬化したものであり、十分な圧縮耐力を有し、荷重を負担する部位に用いることができる。コンクリート7としては、高流動なものが好ましく、この流動性の高いコンクリート7は、普通コンクリートに比べ自己充填性を持つため、流し込み後に振動機を用いた締固め作業や圧力を加え充填させる作業を行う必要がない。また、光ファイバ2は、均等な間隔で互いに平行に埋設されており、ブロック本体3の表面3Aや裏面3Bから両端部が露出している。このため、表面3A側の端部から入射した光は、光ファイバ2内を通って、裏面3B側の端部から射出される。
図4は、光透過性ブロック1を用いた組積造の壁10を示す斜視図である。図4に示すように、壁10は、光ファイバ2の向きが揃うように複数の光透過性ブロック1を積み重ねて構成されている。このような構成により、例えば、この壁10の裏面10B側から自然光や照明器具からの光が入射するように壁10を設置することにより、壁10の表面10Aから光を発する照明効果を得ることができる。また、壁10の裏面10B側の人影なども光ファイバ2内を通して表面10Aに写すことができ、構造材としての機能に加えて、意匠的に優れた特性をも備えている。
以下、光透過性ブロック1の製造方法を説明する。
図5〜図8は、光透過性ブロック1の製造方法を説明するための斜視図である。図5〜図8に示すように、光透過性ブロック1の製造には、一対の型枠部材である複数のスペーサ4と、型枠6とが用いられる。図5に示すように、スペーサ4は、製造しようとする光透過性ブロック1の断面形状と略等しい矩形状の、アルカリ可溶性もしくは水溶性の材料からなる板材であり、1本の光ファイバ2を挿通可能な孔5が上下左右に均等な間隔で複数形成されている。なお、アルカリ可溶性の材料としては、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、不飽和カルボン酸・酢酸ビニル共重合樹脂等が挙げられ、水溶性の材料としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸、メチルセルローズ、アルギン酸ソーダ、澱粉、カゼイン等が挙げられる。また、図6に示すように、型枠6は、スペーサ4の形状と略等しい断面形状の長い直方体状であり、その内側にスペーサ4を隙間無く設置できる。
次に、光透過性ブロック1の製造方法について説明する。
図5に示すように、まず、複数のスペーサ4を予め所定の間隔をあけ配置する。この間隔は光透過製ブロック1の厚さと略等しくすることが望ましい。次に、各スペーサ4に設けられた孔5間に亘って光ファイバ2を挿通する。この際、光ファイバ2は、互いに平行となるように、たるみなく設置する。次に、図6に示すように、この型枠6の中に光ファイバ2を挿通したスペーサ4を設置する。なお、光ファイバ2を複数のスペーサ4に設けられた孔5間に亘って挿通する工程は、予め型枠6内にスペーサ4を設置した後に、型枠6内で行っても構わない。
次に、図7に示すように、スペーサ4及び型枠6で仕切られた各空間内にコンクリート7を流し込む。この時、光ファイバ2は、スペーサ4により支持されているため、コンクリート7の流し込みによる位置ずれが防止されている。また、流動性の高いコンクリート7を用いた場合には、締固め作業などが不要となる。
図8に示すように、コンクリート7が硬化して硬化コンクリート8が形成された後に、硬化コンクリート8を型枠6(図6)から取り出し、スペーサ4の位置、すなわち、スペーサ4と硬化コンクリート8との間の位置で光ファイバ2を切断する。本実施形態では、スペーサ4を鉄などの堅牢なものにより構成したので、硬化コンクリート8がスペーサ4によって区切られるため、コンクリートを切断することなく、光ファイバ2のみを切断するだけで、個々の光透過性ブロック1に分割できる。
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)スペーサ4により光ファイバ2の位置が固定されているために、コンクリート7を流し込む際に、光ファイバ2の位置が乱れることを防止できる。これにより、均一に光ファイバ2を配置することができ、光を透過した場合の照度が均一になるとともに、意匠性も向上する。また、コンクリート7として流動性の高いコンクリートを用いた場合には、締固め作業が必要なく、光ファイバ2の位置の乱れを避けることができる。
(2)予め、スペーサ4に全ての光ファイバ2を挿通させた後に、スペーサ4により仕切られた空間にコンクリート7を一度に流し込むため、光ファイバ2の配置と流動性材料の流し込みを繰り返す必要がなく労力及び費用を抑えることができる。さらに、各光ファイバ2を緊張させた状態に保つことができるため、材料のロスを少なくできて、コストを抑えることができる。
(3)硬化コンクリート8がスペーサ4により仕切られているため、スペーサ4の位置で光ファイバ2を切断するのみで個々の光透過性ブロック1に分割でき、コンクリートを切断する手間を省くことができる。
(4)スペーサ4がアルカリ可溶性もしくは水溶性の材料からなるので、スペーサ4がコンクリート中のアルカリ成分や水分と反応し溶解するため、スペーサ4を流動性材料系材料の中に埋設したまま残すことができる場合などに適している。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る光透過性部材の製造方法について説明する。なお、前記第1実施形態と同一または相当する構成部品には、同じ符号を付して、その説明を省略または簡略化する。図9〜図13は本発明に係る光透過性ブロック1の製造方法を説明するための斜視図である。
まず、本製造方法に用いる一対の型枠部材及び光ファイバ供給機構について説明する。図9に示すように、光透過性ブロック1の製造には、一対の型枠部材である第1スペーサ11および第2スペーサ12と、光ファイバ供給機構であるロール9と、型枠(図示略)とが用いられる。第1スペーサ11および第2スペーサ12は、互いに向き合うように設置され、互いに近接または離間する方向に移動可能である。各スペーサ11,12は、光透過性ブロック1の断面と同じ形状であり、光ファイバ2を挿通するための孔5が複数形成されている。ロール9には、光ファイバ2が巻き付けられており、光透過性ブロック1の製造に合わせて光ファイバ2を繰り出すことができる。前記型枠は、光透過性ブロック1の断面形状と略同形状の矩形断面状をした細長い直方体形状であり、その内側に第1スペーサ11及び第2スペーサ12を隙間なく設置できる。
図9に示すように、互いに向き合う位置に置かれた第1スペーサ11及び第2スペーサ12の孔5に略平行となるように光ファイバ2を通し、光ファイバ2の先端を第2スペーサ12に接着剤などで固定する。次に、光ファイバ2を挿通した第1スペーサ11および第2スペーサ12を前記型枠内に設置する。
次に、図10に示すように、第1スペーサ11およびロール9の位置を固定したまま、矢印Aに示すように、スペーサ11,12同士が離間する方向に第2スペーサ11を移動させ(第1の移動工程)、第1スペーサ11と第2スペーサ12の間隔が光透過性ブロック1の厚さと等しくなるようにする。この際、ロール9の位置を固定しつつ第2スペーサ12を移動させたので、光ファイバ2には適度な緊張力が常に掛かった状態となっており、光ファイバ2にはたるみが生じない。
次に、図11に示すように、第1スペーサ11と第2スペーサ12との間にコンクリート7を流し込む(第1の流込工程)。この際、光ファイバ2は、第1スペーサ11及び第2スペーサ12により所定の位置に保持されているため、コンクリート7を流し込んでも配列が乱れない。また、第1実施形態と同様に、流動性の高いコンクリート7を用いた場合には、締固め作業等も不要となる。
図12に示すように、コンクリート7が硬化して硬化コンクリート13が形成された後に、硬化コンクリート13および第2スペーサ12を、第1スペーサ11と離間する方向に移動させる(第2の移動工程)。この際、硬化コンクリート13における第1スペーサ11側の面13Aと、第1スペーサ11との間隔が光透過性ブロック1の厚さになるようにする。これにより、第1スペーサ11と、硬化コンクリート13の面13Aとの間に、光透過性ブロック1の形状の空間を区切ることができる。なお、第1スペーサ11と第2スペーサ12との間隔は、光透過性ブロック1の厚さに限定されず、複数ブロック分の寸法としてもよく、特に限定されない。複数ブロック分とした場合には、コンクリート7の打設回数を少なくできるため施工性が向上する利点がある。
次に、硬化コンクリート13の面13Aと第1スペーサ11との間の空間内にコンクリート7を流し込む(第2の流込工程)。前述同様に、光ファイバ2の両端は、第1スペーサ11及び硬化コンクリート13により支持されているため、光ファイバ2の位置ずれを防止できる。
図13に示すように、流し込んだコンクリート7が硬化して硬化コンクリート14が形成された後に、硬化コンクリート13及び第2スペーサ12を、第1スペーサ11と離間する方向に移動させ、硬化コンクリート14における第1スペーサ11側の面14Aと、第1スペーサ11との間にコンクリート7を流し込む。このような移動工程および流込工程を複数回繰り返す。これにより、光透過性ブロック1が打ち継がれた角柱状のブロックを形成できる。最後に、硬化コンクリート13,14の継ぎ目部分15で切断することにより、光ファイバ2が埋設された光透過性ブロック1を製造できる。
以上、説明したように、本実施形態によれば、前記第1実施形態の(1),(2),(4)と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。
)ロール9の位置を固定した状態で、硬化コンクリート13,14を含む第2スペーサ12側を移動させるようにしたので、光ファイバ2に適度な緊張力を加えることができ、これにより、コンクリート7を流し込む際に、光ファイバ2の配列の乱れやたるみを防ぐことができる。
なお、本発明は前記各実施形態に限定されない。第2実施形態において、ロール9を含む第1スペーサ11側の位置を固定して、硬化コンクリート13,14を含む第2型枠部材12側を移動させるようにしたが、これに限らず、第2スペーサ12側を固定して、第1スペーサ11側を移動させるようにしてもよい。また、第1スペーサ11側および第2スペーサ12側のいずれも移動させるようにしてもよい。また、前記第2実施形態では、第2の移動工程及び第2の流込工程を複数回繰り返すようにしたが、繰り返さなくてもよい。
前記各実施形態において、スペーサ4の孔5は水平方向に延びたスリット状としてもよく、この場合には、複数本の光ファイバ2をまとめてスリットに挿通させることができるため、光ファイバ2を挿通する工程を簡単に実施できる
また、前記各実施形態において流動性材料としてコンクリート7を用いたが、セメントペーストやモルタルなどを用いてもよく、これらの中でも流動性に優れているものが好ましい。流動性に優れたセメントペースト等を用いることにより、締固め作業を省略できる。
また、前記各実施形態では、光透過性部材として光透過性ブロック1を形成したが、これに限らず、例えば、壁や柱など、型枠部材を用いて形成するコンクリートなどの流動性材料が硬化してなる構造物においても同様に実施できる。
また、光ファイバ2を挿通する工程において、光ファイバ2が互いに交差するように配置してもよい。図14は、スペーサ4を回転させる工程及びその効果を示す斜視図であり、(a)はスペーサ4を矢印Bの方向に回転させる工程を示し、(b)はこれにより製造される光透過性ブロック20の持つ機能を示している。前記第1実施形態の場合と同様に、光ファイバ2同士が平行となるようにスペーサ4の孔5に光ファイバ2を挿通させた後、図14(a)の矢印Bに示すように、スペーサ4を180°回転させると、光ファイバ2が互いに交差し点対称な位置となる。このように製造される光透過性ブロック20は、図14(b)に示すように、光透過性ブロック20の裏面側の像22は、表面側に上下左右反転した像23として写し出される。このため、意匠的に特徴を持たせたい場合などに用いることができる。なお、光ファイバ2を交差させるために、スペーサ4を回転させていたが、回転させずに、はじめから交差する方向に各光ファイバ2を挿通させてもよい。また、各光ファイバ2が点対称となるように光ファイバ2を挿通させていたが、例えば、スペーサ4の左右対称な位置にある孔5間に亘るように光ファイバ2を挿通してもよい。これにより裏面側の像22は左右対称に表面側に映し出される。
また、光ファイバ2を挿通する工程の後であって、コンクリート7を流し込む工程の前に、スペーサ間で光ファイバ2を束ねる工程を備え、コンクリート7が硬化した後に、光ファイバ2を束ねた位置で、硬化したコンクリート7および光ファイバ2を切断する工程を備えてもよい。図15は、平行に設置された光ファイバ2を拘束具24を用いて束ねる工程及び効果を説明するための斜視図であり、(a)は光ファイバ2を拘束具24を用いて束ねた状態を示し、(b)はその束ねた位置でコンクリート7および光ファイバ2を切断した光透過性ブロック26の機能を示している。これにより、図15(b)に示すように、表面には、光ファイバ2の端部が一定の間隔で散りばめられるように露出し、裏面には、光ファイバ2の他方の端部が一カ所に集中したように露出する光透過性ブロック26を製造できる。この光透過性ブロック26は、図15(b)に示すように、光透過性ブロック26の裏面における光ファイバ2の端部が集中する位置に照明25を設置するだけで、表面側の全体から光を放射させることができる。
本発明の製造方法により製造される光透過性ブロックの斜視図である。 本発明の製造方法により製造される光透過性ブロックの正面図である。 本発明の製造方法により製造される光透過性ブロックの水平断面図である。 光透過性ブロックを用いた組積造の壁の斜視図である。 本発明の第1実施形態における、複数の開口部を有するスペーサの孔に光ファイバを通す工程を示す模式図である。 本発明の第1実施形態における、スペーサを所定の間隔をあけて配置する工程を示す模式図である。 本発明の第1実施形態における、スペーサの間にコンクリートを流し込む工程を示す模式図である。 本発明の第1実施形態における、コンクリートが硬化したあとに、スペーサの位置で前記光ファイバを切断する工程を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における、互いに向き合う位置に置かれた、複数の開口部を有する一対のスペーサの、一方のスペーサの前記開口部に、光ファイバを通す工程を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における、一方のスペーサ及び他方のスペーサを所定の間隔をあけて設置する工程を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における、一方のスペーサ及び他方のスペーサの間の空間にコンクリートを流し込む工程を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における、コンクリートが硬化した後に、コンクリート及び他方のスペーサを移動する工程を示す模式図である。 本発明の第2実施形態における、コンクリート及び他方の型枠部を移動し、コンクリートの一面と前記一方のスペーサとの間にコンクリートを流し込む工程を1回繰り返した状態を示す模式図である。 スペーサの開口部間に亘って、互いに交差するように前記光ファイバを挿通する固定及び効果を示す模式図であり、(a)光ファイバが交差した状態を示し、(b)は前記工程を行った場合における、製造される光透過性構造材の機能を示す。 光ファイバを拘束具を用いて一点で束ねる工程及び効果を示す模式図であり、(a)は光ファイバを拘束具で束ねた状態を示し、(b)は前記工程を行った場合における、光透過性構造材の機能を示す。
符号の説明
1、20、26 光透過性ブロック(光透過性部材)
2 光ファイバ
3 光透過性ブロック本体
4 スペーサ(型枠部材)
5 孔(開口部)
6 型枠
7 コンクリート(流動性材料)
8、13、14 硬化コンクリート
9 ロール(光ファイバ供給機構)
10 壁
11 第1スペーサ(一対の型枠部材)
12 第2スペーサ(一対の型枠部材)
15 継ぎ目部分

Claims (3)

  1. 高流動性のセメントペースト、モルタル、またはコンクリートである流動性材料が硬化してなる硬化体と、前記硬化体の表面および裏面から、その端部が露出するように埋設された複数本の光ファイバとを備える光透過性部材の製造方法であって、
    複数の開口部がそれぞれ形成され、水またはアルカリ溶解性の材料により構成された少なくとも一対の型枠部材の開口部間に亘って前記光ファイバを挿通する工程と、
    前記光ファイバが挿通された少なくとも一対の型枠部材間に、前記流動性材料を流し込む工程と、
    前記流動性材料が硬化した後に、前記型枠部材の位置で前記複数本の光ファイバを切断する工程とを備えることを特徴とする光透過性部材の製造方法。
  2. 高流動性のセメントペースト、モルタル、またはコンクリートである流動性材料が硬化してなる硬化体と、前記硬化体の表面および裏面から、その端部が露出するように埋設された複数本の光ファイバとを備える光透過性部材の製造方法であって、
    複数の開口部がそれぞれ形成されるとともに、一方の型枠部材と他方の型枠部材とが近接または離間する方向に移動可能に構成され、かつ、水またはアルカリ溶解性の材料により構成された一対の型枠部材において、前記一方の型枠部材側から前記他方の型枠部材側へと各型枠部材の開口部間に亘って、前記光ファイバを保持する光ファイバ供給機構から供給された前記光ファイバを挿通する工程と、
    前記挿通された光ファイバの先端部分を前記他方の型枠部材に固定する工程と、
    前記一方の型枠部材と前記他方の型枠部材とが所定間隔となるように、前記一方の型枠部材および前記他方の型枠部材の少なくともいずれかを移動させる第1の移動工程と、
    前記一対の型枠部材間に前記流動性材料を流し込む第1の流込工程と、
    前記流動性材料が硬化した後に、前記一対の型枠部材の位置で前記複数本の光ファイバを切断する工程とを備えることを特徴とする光透過性部材の製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載の光透過性部材の製造方法において、
    前記光ファイバを挿通する工程は、各前記型枠部材の開口部間に亘って、互いに略平行となるように前記光ファイバを挿通し、
    前記光ファイバを挿通する工程の後であって、前記流動性材料を流し込む工程の前に、前記型枠部材間で前記光ファイバを束ねる工程を備え、
    前記流動性材料が硬化した後に、前記光ファイバを束ねた位置で、前記硬化した流動性材料および前記光ファイバを切断する工程を備えることを特徴とする光透過性部材の製造方法。
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