JP7049927B2 - ミネラルウールの製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロックウールやグラスウール等のミネラルウールの製造方法及び装置に関する。

近年、石綿（アスベスト）の公害問題に端を発して、その代替品としてのロックウールやグラスウール等のミネラルウールが注目を集めている。断熱性や保温性、耐火性、吸音性等に優れていることから、ミネラルウールは建築物や工業施設、工業装置等の分野で広く用いられている。

ロックウールは、人造の鉱物繊維であり、例えば玄武岩、安山岩等の天然のケイ酸塩鉱石又は高炉スラグを主原料とし、これを電気炉やキュポラ炉で溶解した後、遠心力や圧縮空気により吹き飛ばして繊維化される。グラスウールも、人造の鉱物繊維であり、例えばガラス系鉱物原料を主原料とし、機械引抜き、遠心力紡糸法等で延伸して繊維化される。

繊維化したミネラルウールは、例えば以下のようにマット状、板状等の成形品に成形される。まず、繊維化したミネラルウールにバインダー（熱硬化性樹脂）を吹き付け、ミネラルウールを集綿機上に集める。集綿機上でミネラルウールはシート状に形成される。集綿機は、シート状のミネラルウールをペンデュラムに搬送する。ペンデュラムは、シート状のミネラルウールを折り畳んで積層コンベヤ上に積層する。積層コンベヤは、積層されたミネラルウールをオーブンに搬送する。オーブンは、積層されたミネラルウールを上下のコンベヤで圧縮すると共に加熱する。オーブンでの加熱によってバインダーが硬化し、ロックウールの成形品が得られる。

ところで、成形品の機械強度を向上させるために、ミネラルウールを褶曲することが行われている。例えば特許文献１には、ミネラルウールをオーブンに搬送する搬送コンベヤの送り速度をオーブンのコンベヤの送り速度よりも速くし、これにより、ミネラルウールを進行方向に圧縮し、ミネラルウールを褶曲している。ミネラルウールを進行方向に圧縮すると、特許文献１の図２に示すように、成形品中のミネラルウールの繊維が波状に褶曲する。このため、成形品の機械強度を向上させることができる。

特許文献２には、他の褶曲方法が開示されている。特許文献２の発明では、オーブンの上流に複数の上下ローラを設け、複数の上下ローラによって積層されたミネラルウールを褶曲している。特許文献２の発明では、複数の上下ローラの回転速度を上流側から下流側にいくに従って順次小さくなるように調整し、複数の上下ローラによってミネラルウールを進行方向に複数回圧縮し、複数回褶曲している。

特公昭６３－１９３３８号公報 特開平６－２７１３３１号公報

しかしながら、特許文献１の発明にあっては、オーブンのコンベヤによってミネラルウールを褶曲するので、成形品を高密度にすることができないという課題がある。なぜならば、高密度の成形品をつくるためには、オーブンへのミネラルウールの供給量を増加、すなわちミネラルウールの積層高さを高くする必要がある。しかし、ミネラルウールの積層高さを高くすると、オーブンの開口部の高さを越えるので、オーブンがミネラルウールを受け入れられなくなる。

たしかに、速度比（搬送コンベヤの送り速度とオーブンのコンベヤの送り速度との比）の値を大きくすると、ミネラルウールの積層高さが下がって、オーブンが受け入れ可能なミネラルウールの供給量が増加する。しかし、ある速度比を越えると、積層したミネラルウールがオーブンのコンベヤ上ですべり始めるので、速度比を上げるのにも限界がある。

特許文献２の発明にあっては、複数の上下ローラによってミネラルウールを複数回褶曲するので、特許文献１の発明に比べて成形品を高密度にすることができる。しかし、進行方向に隣接する上ローラ間又は進行方向に隣接する下ローラ間にミネラルウールが挟まれることがあり、これが原因で成形品の表面にしわが発生するという課題がある。

また、特許文献２の発明において、高密度の成形品をつくるためには、最上流の上下ローラのクリアランスを大きくとり、下流に向かって上下ローラのクリアランスを小さくしていく必要がある。しかし、ローラが多数必要になるし、装置が複雑化、大型化してしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、シンプルな装置構成で高密度、高表面品質（すなわち表面にしわの発生が少ない）の成形品を製造することができるミネラルウールの製造方法及び装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、積層されたミネラルウールを圧縮し、圧縮したミネラルウールをオーブンで硬化させるミネラルウールの製造方法において、積層コンベヤと前記オーブンとの間に進行方向に１つのみの上側のローラを配置し、ミネラルウールを上下一組のローラ、又は前記上側のローラと下側のコンベヤによって圧縮し、前記積層コンベヤの送り速度（Ｖ１）と前記上側のローラの送り速度（Ｖ２）との比の値（Ｎｖ＝Ｖ１／Ｖ２）を１．５を超え３．０以下に設定するミネラルウールの製造方法である。

本発明の他の態様は、積層されたミネラルウールを圧縮し、圧縮したミネラルウールをオーブンで硬化させるミネラルウールの製造装置において、積層コンベヤと、ミネラルウールを圧縮する上下一組のローラ、又は上側のローラ及び下側のコンベヤと、を備え、前記積層コンベヤと前記オーブンとの間に進行方向に１つのみの前記上側のローラを配置し、前記積層コンベヤの送り速度（Ｖ１）と前記上側のローラの送り速度（Ｖ２）との比の値（Ｎｖ＝Ｖ１／Ｖ２）を１．５を超え３．０以下に設定するミネラルウールの製造装置である。

本発明によれば、上下一組のローラ又は上側のローラと下側のコンベヤによってミネラルウールを褶曲する。このとき、上側のローラによってミネラルウールが巻き込まれるので、ミネラルウールとこれらとの間にすべりが発生するのを抑制でき、速度比を大きな値、すなわち１．５を超え３．０以下に設定することができる。したがって、成形品を高密度にすることができる。また、上下一組のローラ又は上側のローラと下側のコンベヤによってミネラルウールを褶曲するので、進行方向に隣接するローラが存在することがなく、これらにミネラルウールが挟まれることがない。したがって、成形品の表面にしわが発生するのを防止できる。さらに、上下一組のローラ又は上側のローラと下側のコンベヤによってミネラルウールを褶曲するので、シンプルな装置構成にすることができる。

本発明の一実施形態のミネラルウールの製造装置の全体模式図である。 本実施形態のミネラルウールの製造装置の要部模式図である。 成形品の斜視図である（図３（ａ）は褶曲が行われていない成形品を示し、図３（ｂ）は褶曲が行われている成形品を示す）。 比較例を示す図である（図４（ａ）は、積層コンベヤとオーブンとの間に複数の上下ローラを配置した比較例を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ部拡大図である）。 本実施形態のローラの概念図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態のミネラルウールの製造方法及び装置を詳細に説明する。ただし、本発明のミネラルウールの製造方法及び装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。

図１は、本発明の一実施形態のミネラルウールの製造装置の全体模式図である。１は製綿室、２はスピナー、３は集綿コンベヤである。スピナー２の前面には、図示しない電気炉やキュポラ炉から溶融スラグ４が落下する。溶融スラグ４は、玄武岩、安山岩等の天然のケイ酸塩鉱石又は高炉スラグを主原料とし、これに成分調整のための珪砂等の副原料を配合し、電気炉やキュポラ炉で溶解することにより製造されている。

スピナー２は、遠心力や圧縮空気により溶融スラグ４を製綿室１内に吹き飛ばして繊維化する。繊維化したミネラルウールには、バインダーと呼ばれる熱硬化性樹脂が吹き付けられる。繊維化したミネラルウールは、集綿コンベヤ３上に集められる。集綿コンベヤ３は、ミネラルウールを吸引堆積できるように有孔ベルトコンベヤから構成される。ミネラルウールは、集綿コンベヤ３上でシート状に形成される。集綿コンベヤ３は、シート状のミネラルウールをペンデュラム５に搬送する。

ペンデュラム５は、振り子のように周期的に揺れ動き、シート状のミネラルウールを折り畳んで積層コンベヤ６上に積層する。積層コンベア６は、必要密度分のミネラルウールを堆積できるようにペンデュラム５とのクリアランス（高さ）の調整が可能になっているコンベヤである。積層コンベヤ６は、積層されたミネラルウールを上側のローラ７と下側のコンベヤ８との間に搬送する。

上側のローラ７と下側のコンベヤ８は、積層されたミネラルウールを厚み方向に圧縮する。下側のコンベヤ８の種類は限定されるものではなく、ベルトコンベヤやローラコンベヤを用いることができる。上側のローラ７と下側のコンベヤ８は、圧縮したミネラルウールをオーブン９に搬送する。

オーブン９は、ミネラルウールを圧縮して厚みを調整すると共に、ミネラルウールを加熱する。オーブン９の加熱によってバインダーが硬化し、成形品１０が得られる。成形品１０は、オーブン９のコンベヤ１１によってオーブン９の下流に搬送され、電動カッタ１２や切断装置１３によって必要な大きさにカットされる。成形品１０は、カットされた後、梱包される。

図２は、本発明の一実施形態のミネラルウールの製造装置の要部模式図である。５はペンデュラム、６は積層コンベヤ、７は上側のローラ、８は下側のコンベヤである。上記のように、ペンデュラム５は、積層コンベヤ６上にミネラルウールを積層する。積層コンベヤ６は、積層されたミネラルウールを上側のローラ７と下側のコンベヤ８との間に搬送する。上側のローラ７と下側のコンベヤ８は、搬送されたミネラルウールを圧縮する。

積層コンベヤ６の送り速度Ｖ１とローラ７の送り速度Ｖ２（すなわちローラ７の周速Ｖ２）との比の値Ｎｖ（Ｎｖ＝Ｖ１／Ｖ２）は、１．５＜Ｎｖ≦３．０に設定される。下側のコンベヤ８の送り速度は、上側のローラ７の送り速度と同一である。

１．５＜Ｎｖ≦３．０に設定することで、積層されたミネラルウールが進行方向に圧縮される。ミネラルウールを進行方向に圧縮することで、ミネラルウールが褶曲される。図３は、成形品１０の斜視図である。図３（ａ）は褶曲が行われていない成形品１０を示し、図３（ｂ）は褶曲が行われている成形品１０を示す。褶曲を行うことで、成形品１０の密度及び強度を大きくすることができる。本実施形態では、Ｎｖが大きな値に設定されているので、成形品１０を高密度、高強度にすることができる。

ここで、速度比の値Ｎｖが１．５以下であると、褶曲による強度向上効果が低くなる。また、速度比の値Ｎｖが３．０を超えると、ミネラルウールと積層コンベヤ６との間にすべりが発生し、それ以上褶曲が進まなくなる。このため、１．５＜Ｎｖ≦３．０に設定され、望ましくは２．０≦Ｎｖ≦３．０に設定される。

ローラ７の直径は、５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である。このようにローラ７を大径化すると、積層高さｈを大きくすることができ、成形品１０の密度をさらに高密度にすることができる。以下にこれを説明する。

ローラ７が圧縮可能なミネラルウールの積層高さｈｅは、成形品１０の厚みをｔ、ローラ７の直径をＤ、上側のローラ７と下側のコンベヤ８のクリアランスをｄ、オーブン９の開口部の高さをhovとすると、以下の数１で表される。通常、hovは３００～６００ｍｍの間で設計される。
（数１）
ｈｅ＝ｄ＋Ｄ (ｔ≦ｄ≦hov)

一方、成形品１０の密度をρ、速度比をＮｖとすると、積層高さｈは、以下の数２でも表される。
（数２）
ｈ≒８８×ρ×（ｔ／１０００）×（１／Ｎｖ）

ｈｅ≧ｈならば積層されたミネラルウールを圧縮可能であるので、数１及び数２から、例えばＤ＝５６０ｍｍ、Ｎｖ＝２、ｔ＝ｄ＝１００ｍｍとすると、密度ρが約１５０ｋｇ／ｍ^３までの成形品１０を製造できる。また、例えばＤ＝１６１０ｍｍ、Ｎｖ＝１．５、ｔ＝ｄ＝１５０ｍｍとすると、密度ρが約２００ｋｇ／ｍ^３までの成形品１０を製造できる。以上のように、ローラ７の直径を５００ｍｍ以上にすることで、成形品１０を約１５０ｋｇ／ｍ^３以上の高密度にすることができる。

ローラ７を大径化すると、成形品１０の表面にしわが発生するのも防止できる。以下にこれを説明する。

図４（ａ）は、積層コンベヤ６とオーブン９との間に複数の上下ローラ１１ａ～１１ｅ，１２ａ～１２ｆを配置した比較例を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）のｂ部拡大図である。積層コンベヤ６とオーブン９との間に複数の上下ローラ１１ａ～１１ｅ，１２ａ～１２ｆを配置すると、図４（ｂ）に示すように、進行方向に隣接する上ローラ１１ａと上ローラ１１ｂとの間にミネラルウールの表面Ｓが挟まれる。下ローラ１２ａと下ローラ１２ｂとの間等でも同様である。この噛み込みが成形品１０の表面にしわを発生させる。

図２に示すように、本実施形態では、積層コンベヤ６とオーブン９との間に進行方向に１つのみのローラ７を配置するので、進行方向に隣接するローラが存在せず、ミネラルウールが挟まれることがない。このため、成形品１０の表面にしわが発生するのを防止できる。

また、図４（ａ）に示すうように、積層コンベヤ６とオーブン９との間に複数の上下ローラ１１ａ～１１ｅ，１２ａ～１２ｆを配置した場合であっても、ローラ１１ａ～１１ｅ，１２ａ～１２ｆの径を小さくすれば、しわの発生を防止できる。図５に示すように、ローラ７を大径化すると、あたかも多数の小径のローラ１１ａ～１１ｇを円周方向に配列したようになり、しわの発生をより防止できる。

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に変更可能である。

上記実施形態では、上側のローラと下側のコンベヤによってミネラルウールを圧縮しているが、上下一組のローラ、すなわち上側のローラと下側のローラによってミネラルウールを圧縮することもできる。この場合、上側のローラと下側のローラの送り速度は同一に設定され、上側のローラの直径と下側のローラの直径は同一である。

上記実施形態では、ペンデュラムを使用してミネラルウールを積層しているが、例えば、複数のスピナーを用いてミネラルウールを集綿機上で積層することもできる。

図１、図２に示すミネラルウールの製造装置を用いて成形品１０を製造した。ローラ７の直径Ｄ＝６５０ｍｍ、速度比の値Ｎｖ＝２．０、ミネラルウールの積層高さｈ＝６６０ｍｍ、成形品の厚さｔ＝１００ｍｍであった。

成形品１０の密度ρは１５０ｋｇ／ｍ^３であり、高密度であった。成形品１０の圧縮強度は、１６３ｋＮ／ｍ^２であり、高強度であった。成形品１０の表面を目視したところ、しわの発生は確認できなかった。

５…ペンデュラム
６…積層コンベヤ（搬送装置）
７…上側のローラ
８…下側のコンベヤ
９…オーブン

Claims (4)

1. 積層されたミネラルウールを圧縮し、圧縮したミネラルウールをオーブンで硬化させるミネラルウールの製造方法において、
   積層コンベヤと前記オーブンとの間に進行方向に１つのみの上側のローラを配置し、
   ミネラルウールを上下一組のローラ、又は前記上側のローラと下側のコンベヤによって圧縮し、
   前記積層コンベヤの送り速度（Ｖ１）と前記上側のローラの送り速度（Ｖ２）との比の値（Ｎｖ＝Ｖ１／Ｖ２）を１．５を超え３．０以下に設定するミネラルウールの製造方法。
2. 前記上側のローラの直径が５００ｍｍ以上２０００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のミネラルウールの製造方法。
3. 前記積層コンベヤは、ペンデュラムによって積層されたミネラルウールを搬送する積層コンベヤであることを特徴とする請求項１又は２に記載のミネラルウールの製造方法。
4. 積層されたミネラルウールを圧縮し、圧縮したミネラルウールをオーブンで硬化させるミネラルウールの製造装置において、
   積層コンベヤと、
   ミネラルウールを圧縮する上下一組のローラ、又は上側のローラ及び下側のコンベヤと、を備え、
   前記積層コンベヤと前記オーブンとの間に進行方向に１つのみの前記上側のローラを配置し、
   前記積層コンベヤの送り速度（Ｖ１）と前記上側のローラの送り速度（Ｖ２）との比の値（Ｎｖ＝Ｖ１／Ｖ２）を１．５を超え３．０以下に設定するミネラルウールの製造装置。

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