JP6322353B2 - 混合攪拌機、混合攪拌方法及び軽量石膏ボード製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、混合攪拌機、混合攪拌方法及び軽量石膏ボード製造方法(Mixer, Mixing Method and Method for Producing Light-Weight Gypsum boards)に関するものであり、より詳細には、比較的多量の泡又は泡剤を石膏スラリーに均一又は均等に分散させるように構成された泡又は泡剤の供給口を備え又は用いた混合攪拌機、混合攪拌方法および軽量石膏ボード製造方法に関するものである。

石膏ボードは、石膏を主体とする芯部（コア）を石膏ボード用原紙で被覆してなる板状体として知られており、防耐火性、遮音性、施工性及び経済性等の優位性より、建築用内装材として多彩な建築物において使用されている。石膏ボードは、一般に、連続流し込み成型法により製造される。この成型法は、焼石膏、接着助剤、硬化促進剤、減水剤、泡（又は泡剤）等と、混練用の水とを混合攪拌機で混練する混合攪拌工程、混合攪拌機で調製した焼石膏スラリー又は泥漿（以下、単に「スラリー」という）を石膏ボード用原紙の間に流し込み、板状の連続帯に成形する成形工程、そして、硬化後の連続帯状積層体を粗切断し、強制乾燥後に製品寸法に切断する乾燥・切断工程等を含む。

スラリーを調整するための混合攪拌機として、通常は、薄型且つ円形の遠心ミキサーが使用される。この形式のミキサーは、偏平な円形筺体と、円形筐体内に回転可能に配置された回転盤とを有する。円形筐体の上蓋又は上板の中心領域には、上記原料又は材料をミキサー内に供給するための複数の混練成分供給口が配設され、筐体外周部又は下板（底板）には、混練物（スラリー）を機外に送出するためのスラリー排出口が配設される。一般に、回転盤には、回転盤を回転させる回転軸が連結され、回転軸は、回転駆動装置に連結される。筺体の上板は、回転盤の近傍まで垂下する複数の上位ピン（静止ピン）を備え、回転盤は、回転盤上に垂直に固定され且つ上板近傍まで延びる下位ピン（移動ピン）を備え、上下のピンは、半径方向に交互に配置される。混練すべき上記複数の成分が各供給口を介して回転盤上に供給され、撹拌混合されつつ、遠心力の作用によって回転盤上を半径方向外方に移動し、外周部又は下板（底板）に配置されたスラリー排出口から機外に送出される。この構造の混合攪拌機は、ピン型混練機（ミキサー）と呼ばれており、例えば、ＰＣＴ国際出願の国際公開公報ＷＯ00/56435号公報（特許文献１）等に開示されている。

ミキサー内で混練した石膏スラリーを機外に送出するスラリー送出方法として、主として、以下の３種類の方式が知られている。
(1)筐体の円環壁に形成されたスラリー排出口に垂直シュート（「キャニスタ」とも呼ばれる。）を取付け、回転盤の遠心力によって回転盤上のスラリーをシュート内に送出し、シュート内に流入したスラリーを重力下に石膏ボード用原紙の上に流出させる（国際公開公報ＷＯ2004/026550号公報（特許文献２））。
(2)筐体の円環壁に形成されたスラリー排出口に横向きにスラリー輸送管路を連結し、ミキサーの吐出圧を利用してスラリーを石膏ボード用原紙の上に吐出する（米国特許第6,494,609号公報（特許文献３））。
(3)筐体の下板に形成されたスラリー排出口に下向きにスラリー吐出管路を連結し、ミキサー内のスラリーを重力下にスラリー吐出管路から石膏ボード用原紙上に流出させる（特開2001-300933号公報（特許文献４））。

一般に、混合攪拌機内のスラリーには、石膏ボードの比重を調整するための泡又は泡剤が供給される。石膏ボードを軽量化する上で、泡又は泡剤の配合は極めて重要であり、近年の石膏ボード製造方法においては、適量の泡又は泡剤を適切にスラリーに混合する技術が、殊に重視されている。スラリーに対する泡又は泡剤の供給方法とスラリー送出方法との関係は、泡又は泡剤の供給量（以下、「泡供給量」という。）の低減や、スラリー及び泡の均一な混合にとって極めて重要であると考えられる（特許文献２、３）。

例えば、米国特許第6,742,922号公報（特許文献５）、国際公開公報ＷＯ2004/103663号公報（特許文献６）には、垂直シュート内のスラリー旋回流を利用してスラリー中の泡又は泡剤の均一な分散・分布等を図る技術が記載されている。

国際公開公報ＷＯ00/56435号公報 国際公開公報ＷＯ2004/026550号公報 米国特許第6,494,609号公報 特開2001-300933号公報 米国特許第6,742,922号公報 国際公開公報ＷＯ2004/103663号公報

近年の石膏ボード製造工程においては、乾燥工程における熱効率向上（熱負荷軽減）を意図して練水（混練用の水）の水量を低減する傾向があり、練水の水量低減に伴って、石膏スラリーに混入すべき泡又は泡剤の量が相対的に増大する傾向がある。

また、石膏スラリーの比重は、主に泡の混入量によって決定される。０．４〜０．７程度の比重の石膏芯部を有する軽量石膏ボードを製造する製造工程においては、比較的多量の泡又は泡剤が石膏スラリーに混入される。

混合攪拌機の円環壁、円環壁とシュートとを連結する中空連結部の壁面、或いは、シュートの壁面等には、泡又は泡剤を石膏スラリーに供給する泡供給管の泡供給口が開口する。上記の如く、熱効率向上、石膏ボードの軽量化等のために多量の泡又は泡剤を泡供給口より石膏スラリーに供給する場合には、泡供給口から流出する泡又は泡剤の流れに不規則又は間欠的な挙動、或いは、脈動現象等が生じ易いことが本発明者等の実験により判明した。

このように不規則又は間欠的な挙動や、脈動現象等が泡又は泡剤の供給流に発生すると、泡又は泡剤が均一に石膏スラリーに分散せず、この結果、局所的な泡の凝集や、泡の分布の偏在等により、石膏ボード製品の表面の局所的な膨れ、欠陥等の問題が発生し易い。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、石膏スラリーに対する泡又は泡剤の吐出流の挙動を安定させ、比較的多量の泡又は泡剤を均一又は均等に石膏スラリーに分散させることができる混合攪拌機、混合攪拌方法および軽量石膏ボード製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、石膏スラリーを混練する混練領域と、該石膏スラリーを混練領域から送出するスラリー送出部と、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給する泡又は泡剤の供給口とを有し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボード又は石膏板の成形ラインに供給するように構成された石膏スラリーの混合攪拌機において、
前記供給口は、その吐出領域を分割する仕切り材を有し、該仕切り材は、前記泡又は泡剤を同時に石膏スラリーに供給する複数の開口部に前記吐出領域を分割することを特徴とする石膏スラリーの混合攪拌機を提供する。

本発明は又、混合攪拌機の混練領域において石膏スラリーを混練し、前記混合攪拌機のスラリー送出部から混練領域の前記石膏スラリーを機外に送出するととともに、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボード又は石膏板の成形ラインに供給する石膏スラリーの混合攪拌方法において、
前記石膏スラリーに泡又は泡剤を供給する泡又は泡剤の供給口を前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部に配置し、
該泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に吐出する前記供給口の吐出領域を仕切り材によって分割し、
該吐出領域を分割してなる複数の開口部から前記泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に同時に吐出することを特徴とする石膏スラリーの混合攪拌方法を提供する。

他の観点より、本発明は、混合攪拌機の混練領域において石膏スラリーを混練し、前記混合攪拌機のスラリー送出部から混練領域の前記石膏スラリーを機外に送出するととともに、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボードの成形ラインに供給して比重０.８以下の石膏ボードを製造する軽量石膏ボードの製造方法において、
前記石膏スラリーに泡又は泡剤を供給する泡又は泡剤の供給口を前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部に配置し、
該泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に吐出する前記供給口の吐出領域を仕切り材によって複数の開口部に分割し、
比重０.７以下の石膏ボードの石膏芯部を成形すべく設定された量の前記泡又は泡剤を前記開口部の各々から前記石膏スラリーの流動体に同時に吐出することを特徴とする軽量石膏ボードの製造方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、石膏スラリーに泡又は泡剤を吐出する泡供給口又は泡剤供給口の吐出領域は、仕切り材によって複数の開口部に分割される。仕切り材は、圧力下に泡供給口又は泡剤供給口に供給された泡又は泡剤に吐出抵抗を与えるとともに、泡又は泡材の供給流を複数の流れに分流する。このため、比重０.７以下の石膏ボードの石膏芯部を成形すべく泡又は泡剤の供給量を比較的大きく増大した場合においても、不規則又は間欠的な挙動や、脈動現象等が泡又は泡剤の供給流に発生し難く、石膏スラリーに対する泡又は泡剤の吐出流の挙動が安定するので、泡又は泡剤を均一又は均等に石膏スラリー中に分散することができる。

本発明の上記構成によれば、石膏スラリーに対する泡又は泡剤の吐出流の挙動を安定させ、比較的多量の泡又は泡剤を均一又は均等に石膏スラリーに分散させることができる混合攪拌機、混合攪拌方法および軽量石膏ボード製造方法を提供することができる。

図１は、石膏ボードの成形工程を部分的且つ概略的に示す工程説明図である。 図２は、石膏ボード製造装置の構成を概略的に示す部分平面図である。 図３は、図１及び図２に示すミキサーの全体構成を示す平面図である。 図４は、ミキサーの全体構成を示す斜視図である。 図５は、ミキサーの内部構造を示す横断面図及び部分拡大横断面図である。 図６は、ミキサーの内部構造を示す縦断面図である。 図７は、ミキサーの内部構造を示す部分破断斜視図である。 図８は、スラリー送出部の構造を概略的に示す斜視図である。 図９（Ａ）は、泡供給口の形状を示す立面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。 図１０（Ａ）は、図９（Ａ）のII-II線における断面図であり、図１０（Ｂ）は、泡供給管、泡供給口及び垂直側壁の位置関係を模式的に示す横断面図である。 図１１は、スラリー送出部の変形例を示す断面図及び側面図である。 図１２は、泡供給口の変形例を示す断面図及び立面図である。 図１３は、泡供給口の他の変形例を示す断面図である。 図１４は、泡供給管の傾斜角度の設定方法を概略的に示す断面図である。

本発明の好ましい実施形態によれば、泡又は泡剤を上記供給口に給送するための泡又は泡剤の供給流路は、その中心軸線又は流路中心線が、供給口の吐出面に対して所定の傾斜角度をなして傾斜しており、吐出面は、供給流路の流路断面（流動方向と直交する断面）よりも拡大する。例えば、真円形断面の供給流路は、その中心軸線又は流路中心線が、吐出面に対して水平方向又は横方向に傾斜しており、供給流路の流路壁は、吐出面の外縁に連接する。吐出面は、供給流路の傾斜角度に相応して水平方向又は横方向に拡大し、吐出面の外縁は、水平方向又は横方向の長軸を有する楕円形輪郭に形成される。

好ましくは、供給流路の中心軸線又は流路中心線と、吐出面との相対角度θは、９０°±８０°の範囲、好ましくは、１０°≦θ≦１２０°の範囲内に設定される。

変形例として、スラリー流路に向かって径方向外方に拡開した開口縁を上記供給口に形成し、開口縁の内周面をフレア状又はラッパ状に傾斜させ、これにより、上記供給口の吐出面を拡大しても良い。

更に好ましくは、石膏スラリーの流動方向に沿って延びる複数の上記仕切り材が、吐出領域に配設され、石膏スラリーの流動方向に延びる複数のスリット形流路が上記開口部として吐出領域に形成される。吐出面全域の面積Ａ１（吐出面の外縁によって囲まれた面の面積）と、各開口部の開口面積の合計値Ａ２との比率は、Ａ１：Ａ２＝１：０．５〜０．９５、好適には、Ａ１：Ａ２＝１：０．６〜０．８５の範囲内に設定され、泡又は泡剤の供給流路の断面積Ａ３（流動方向と直交する断面）と、面積Ａ１との比率は、Ａ３：Ａ１＝１：１．１〜６．０、好適には、Ａ３：Ａ１＝１：１．１〜３．０の範囲内に設定される。

本発明の好ましい実施形態において、上記供給口は、上記混練領域から送出された石膏スラリーをシュートに導入するための中空連結部に配置され、混練領域のスラリー排出口から中空連結部のスラリー流路内に流入した直後のスラリーに対して泡又は泡剤を供給する。変形例として、スラリー排出口から流出する直前の石膏スラリーに泡又は泡剤を供給すべく、上記供給口をスラリー排出口の近傍において上記混練領域に開口せしめても良い。

本発明の好適な実施形態に係る石膏ボード製造装置は、泡生成手段によって生成した泡を泡供給管路に圧力下に供給し、泡の供給圧力下に泡の流動体を上記供給口から吐出して石膏スラリーに混入させるように構成される。石膏スラリー中において起泡する泡剤を泡供給管路に圧力下に供給し、泡剤の供給圧力下に泡剤の流動体を上記供給口から吐出して石膏スラリーに混入させるように石膏ボード製造装置を構成しても良い。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、石膏ボードの成型工程を部分的且つ概略的に示す工程説明図であり、図２は、石膏ボード製造装置の構成を概略的に示す部分平面図である。

石膏ボード用原紙の下紙１が、搬送装置（図示せず）により連続的に搬送される。ミキサー１０が、搬送装置の搬送面と関連する所定位置、例えば、搬送面の上方域に配置される。焼石膏、接着助剤、硬化促進剤、減水剤、添加剤、混和材等を含む粉体Ｐと、液体（水）Ｌとがミキサー１０に供給される。ミキサー１０は、これらの原料を混練し、スラリー送出部４及び放出管７と、分取管８（８ａ、８ｂ）とを介してスラリー（焼石膏スラリー）３を下紙１上に供給する。搬送装置及び下紙１は、石膏ボードの成形ラインを構成する。

スラリー送出部４は、ミキサー１０の外周部から外方に流出したスラリーを受入れ、これを放出管７に導出するように配置される。起泡装置又は泡立て機等の泡生成手段（図示せず）により生成した泡Ｍが、スラリー送出部４に供給される。放出管７は、スラリー送出部４のスラリーをスラリー吐出口７０から下紙１の幅方向中央領域（コア領域）に吐出するように位置決めされる。分取管８ａ、８ｂは、ミキサー１０の外周部から外方に流出したスラリー３を左右のスラリー吐出口８０から下紙１の幅方向両端部分（エッジ領域）に吐出するように配管される。なお、泡Ｍに換えて泡剤をスラリーに直に供給し、スラリー中における泡剤の起泡作用により、泡をスラリー内に生成しても良い。

下紙１は、スラリー３とともに移送され、成型ローラ１８（１８ａ、１８ｂ）に達する。上紙２が、上側のローラ１８ａの外周を部分的に周回して、搬送方向に転向する。転向した上紙２は、下紙１上のスラリー３に接し、下紙１と実質的に平行に搬送方向に搬送される。下紙１、スラリー３及び上紙２からなる３層構造の連続的な帯状積層体５が成型ローラ１８の下流側に形成される。帯状積層体５は、スラリー硬化反応の進行を伴いながら搬送速度Ｖで連続走行し、粗切断ローラ１９（１９ａ、１９ｂ）に達する。所望により、成型ローラ１８に換えて、押出成型機（Extruder)や、矩形開口部を有するゲートの通過による成型など、種々の成型手段を用いることができる。

粗切断ローラ１９は、連続的な帯状積層体を所定長の板体に切断し、これにより、石膏を主体とする芯部（コア）を石膏ボード用原紙で被覆してなる板状体、即ち、石膏ボードの原板が形成される。石膏ボードの原板は、矢印Ｊ方向（搬送方向下流側）に配置された乾燥機（図示せず）に通され、強制乾燥され、しかる後、所定の製品長に切断され、かくして、石膏ボード製品が製造される。

図３及び図４は、ミキサー１０の全体構成を示す平面図及び斜視図であり、図５、図６及び図７は、ミキサー１０の内部構造を示す横断面図、部分拡大横断面図、縦断面図及び部分破断斜視図である。

図３及び図４に示すように、ミキサー１０は、偏平な円筒状筐体又はハウジング２０（以下、「筐体２０」という。）を有し、筐体２０は、水平な円盤状上板又は上蓋２１（以下、「上板２１」という。）と、水平な円盤状下板又は底蓋２２（以下、「下板２２」という。）と、上板２１及び下板２２の外周部分に配置された円環壁又は外周壁２３（以下、「円環壁２３」という。）とから構成される。上板２１及び下板２２は、上下方向に所定間隔を隔てており、粉体Ｐ及び液体（水）Ｌを混練可能な機内混練領域１０ａをミキサー１０内に形成する。上板２１の中心部には、円形開口部２５が形成され、垂直な回転軸３０の拡大下端部３１が円形開口部２５を貫通する。回転軸３０は、回転駆動装置、例えば、電動モータ（図示せず）に連結され、所定の回転方向（本例では、上方から見て時計廻り方向γ）に回転する。所望により、変速装置、例えば、変速歯車装置又はベルト式変速機等が、回転軸３０と回転駆動装置の出力軸との間に介装される。

混練すべき粉体成分Ｐを機内混練領域１０ａに供給する粉体供給管１５が上板２１に接続されるとともに、混練用水Ｌを機内混練領域１０ａに供給する給水管１６が上板２１に接続される。所望により、ミキサー１０の過大な内圧上昇を規制可能な内圧調整装置等（図示せず）が上板２１に接続される。

分取口４８（４８ａ、４８ｂ）が、スラリー送出部４の反対側において円環壁２３に配設され、分取管８ａ、８ｂが、分取口４８ａ、４８ｂに夫々連結される。本実施形態では、分取口４８ａ、４８ｂは、所定の角度間隔αを互いに隔てて配置され、粉体供給管１５及び給水管１６の各供給口は、角度間隔αの範囲内において、上板２１の中央領域に開口する。

図５に示す如く、スラリー送出部４を構成するスラリー排出口４２が、分取口４８ａから回転方向γ側（下流側）に所定の角度間隔βを隔てて円環壁２３に形成される。スラリー排出口４２は、円環壁２３の内周壁面２３ａに開口する。スラリーの比重を調整するための泡Ｍをスラリーに供給する泡供給管５０が、スラリー送出部４を構成する中空連結部４７に接続される。泡供給管５０の上流端（図示せず）は、起泡装置又は泡立て機等の泡生成装置（図示せず）に接続される。泡供給管５０の下流端に位置する泡供給口６０が、中空連結部４７の内壁面に開口する。泡供給口６０は、スラリー排出口４２に近接してスラリー排出口４２の下流側に配置される。なお、必要に応じて、スラリー比重調整用の泡Ｍを分取スラリーに供給するための泡供給口（図示せず）を分取口４８（４８ａ、４８ｂ）に更に配設することも可能である。

図５〜図７に示すように、筐体２０内には、回転円盤３２が回転可能に配置される。回転円盤３２の中心部が、回転軸３０の拡大下端部３１の下端面に固定される。回転円盤３２の中心軸線１０ｂは、回転軸３０の回転軸線と一致する。回転円盤３２は、回転軸３０の回転により、矢印γで示す方向（時計廻り方向）に回転する。

多数の下位ピン（移動ピン）３８が、概ね半径方向に延びる複数の列をなして、回転円盤３２上に配置される。下位ピン３８は、内方領域に位置する回転円盤３２の上面に垂直に固定される。本実施例では、多数の歯形部３７が回転円盤３２の外周領域に形成される。各歯形部３７は回転方向且つ外方に被混練流体（スラリー）を押圧ないし付勢する。各歯形部３７上には、複数のピン３６が垂直に固定される。

図６及び図７に示す如く、多数の上位ピン（静止ピン）２８が、上板２１に固定され、機内混練領域１０ａ内に垂下する。上下のピン２８、３８は、回転円盤３２の半径方向に交互に配置され、円盤の回転時に相対移動し、筐体２０内に導入された石膏ボード原料を混合攪拌する。

石膏ボードの製造時には、ミキサー１０の回転駆動装置が作動され、回転円盤３２が矢印γ方向に回転駆動されるとともに、ミキサー１０で混練すべき成分（粉体）Ｐ及び混練用水Ｌが、粉体供給管１５及び給水管１６を介してミキサー１０内に供給される。混練成分及び給水は、ミキサー１０の内方領域に導入され、撹拌混合されつつ、遠心力の作用により、回転円盤３２上を外方に移動し、外周領域において周方向に流動する。

機内混練領域１０ａに生成したスラリーの一部は、分取口４８ａ、４８ｂを介して分取管８ａ、８ｂに流入し、分取管８ａ、８ｂを介して下紙１（図１）のエッジ領域に吐出する。本例においては、分取口４８ａ、４８ｂは、泡供給口（図示せず）を備えておらず、従って、分取口４８ａ、４８ｂを介してエッジ領域に給送されるスラリー３ｂ（図２）は、泡を含まないスラリーであり、中空連結部４７を介してコア領域に供給されるスラリー３ａ（図２）に比べて相対的に高比重のスラリーである。なお、分取口４８ａ、４８ｂに泡供給口（図示せず）を配設した場合には、少量の泡が分取口４８ａ、４８ｂにおいてスラリーに供給されるが、この場合においても、分取口４８を介してエッジ領域に給送されるスラリー３ｂは、通常は、中空連結部４７を介してコア領域に供給されるスラリー３ａに比べて相対的に高比重のスラリーである。

機内混練領域１０ａに生成したスラリーの多くは、歯形部３７によって外方且つ回転方向前方に押圧され、図５の部分拡大図に矢印で示す如く、概ね接線方向にスラリー送出部４のスラリー排出口４２から混練領域外に流出する。中空連結部４７は、上流側の垂直側壁４７ａ、下流側の垂直側壁４７ｂおよび水平な上下壁４７ｃ、４７ｄにより形成される。垂直側壁４７ａは、円環壁２３の概ね接線方向に延びる。スラリー排出口４２及び中空連結部４７は、ミキサー１０の機内混練領域１０ａに向かって開口し、機内混練領域１０ａのスラリーを概ね接線方向に受入れる。

スラリー送出部４は、円筒形垂直シュート４０を有する。中空連結部４７の上流側開口端は、スラリー排出口４２の縁部に接続され、中空連結部４７の下流側開口端は、垂直シュート４０の円筒壁上部に形成された上部開口４５に連接する。

スラリー排出口４２から中空連結部４７のスラリー流路４６内に流入したスラリーは、上部開口４５から垂直シュート４０内に流入する。泡供給口６０は、回転方向上流側の垂直側壁４７ａに配置され、泡Ｍは、泡供給手段（図示せず）に起因又は由来する圧力により、スラリー排出口４２からスラリー流路４６に流入した直後のスラリーに供給される。なお、泡供給手段は、泡剤を圧力下に泡供給管５０に供給するための加圧手段を備えており、加圧手段として、例えば、泡剤原料供給用ポンプの揚程、泡生成装置と泡剤供給口６０との高低差等が挙げられる。

図５に破線で示す如く、泡供給管５０に換えて泡供給管５０'を円環壁２３に接続し、泡供給管５０'の泡供給口６０'を円環壁２３の内周壁面２３ａに開口させても良い。このような泡の供給方法によれば、泡は、スラリー排出口４２から流出する直前のスラリーに対して供給される。泡を混入した外周領域のスラリーは、泡の混入直後に速やかにスラリー排出口４２から概ね接線方向にスラリー流路４６に流入し、スラリー流路４６から垂直シュート４０内に流入する。所望により、泡供給管５０を垂直シュート４０の円筒壁４１に接続し、泡供給口６０を垂直シュート４０の内周壁面４１ａに開口せしめることも可能である。

図５に示す如く、垂直シュート４０の管内領域Ｄは、上下方向に延びる垂直（鉛直）な中心軸線Ｃ１を中心とした半径ｒの真円形横断面を有する。中空連結部４７は、垂直シュート４０に対して片側に偏心した状態（本例ではミキサー１０の回転方向下流側に偏心した位置）で接続される。このため、スラリー流路４６は、片側に偏心した位置で管内領域Ｄに開口する。垂直シュート４０は、オリフィス流路を有するオリフィス部材（図示せず）を管内領域Ｄの下部に備える。オリフィス流路は、スラリー及び泡の旋回流を管内領域Ｄに形成するように機能する。オリフィス部材については、本出願人の出願に係るPCT／JP2013／081872 (WO2014／087892）に詳細に記載されているので、同公報を引用することにより、説明を省略する。

管内領域Ｄに流入したスラリー及び泡は、垂直シュート４０の中心軸線Ｃ１を中心に旋回し、管内領域Ｄの内周壁面に沿って回転流動する。管内領域Ｄにおけるスラリーの旋回運動又は回転運動により、スラリー及び泡は、剪断力を受けて混合し、泡は、スラリー内に均一に分散する。スラリーは、重力下に管内領域Ｄを流下し、放出管７（図１）を介して、下紙１の幅方向中央領域に吐出する。かくして、中空連結部４７及び垂直シュート４０は、機内混練領域１０ａの石膏スラリーを石膏ボード用原紙の上に供給するためのスラリー送出部４を構成する。

図８は、スラリー送出部４の構造を概略的に示す斜視図である。

スラリー排出口４２には、水平又は垂直（本例では水平）な複数の羽根又はベーン４３が取付けられる。羽根４３は、混合手段の一種として機能し、スラリー排出口４２を通過するスラリーに剪断力を与え、スラリーの混練又は混合を促進する。各羽根４３の板厚は、１〜５mm程度に設定され、羽根４３の間隔は、等間隔に設定される。羽根は、複数のスリット４４をスラリー排出口４２に形成する。スリット４４の羽根間流路寸法は、４〜１５mm程度に設定される。

図９（Ａ）は、中空連結部４７のスラリー流路４６内から見た泡供給口６０の形状を示す立面図である。図９（Ｂ）及び図１０（Ａ）は、図９（Ａ）のＩ−Ｉ線及びII-II線における断面図である。図１０（Ｂ）は、泡供給管５０、泡供給口６０及び垂直側壁４７ａの位置関係を模式的に示す横断面図である。

泡供給管５０の管内流路５１は、直径ｄｉの真円形流路断面を有する。泡生成装置（図示せず）において生成した泡Ｍが、泡供給管５０によって泡供給口６０に連続的に供給される。管内流路５１の中心軸線Ｃ２は、垂直側壁４７ａの内壁面４７ｆに対して角度θの角度をなす方向に配向される。泡供給管５０は、垂直側壁４７ａに一体的に接続され、泡供給口６０は、内壁面４７ｆに開口する。泡供給管５０の内周壁面は、泡供給口６０の開口縁６１に連続又は連接する。開口縁６１は、図９（Ａ）に示す如く、水平方向に細長い横長楕円形の輪郭を有する。開口縁６１の短径ｄｈは、管内流路５１の直径ｄｉと等しく、開口縁６１の長径ｄｗは、角度θに依存する。角度θは、９０°±８０°の範囲、好ましくは、９０°±７０°の範囲、更に好ましくは、９０°±６０°の範囲内に設定される。かくして、開口縁６１によって囲まれた泡供給口６０の開口面は、内壁面４７ｆと面一の吐出面を構成する。

管内流路５１の断面積Ａ３（＝π×（ｄｉ／２）^２）と、内壁面４７ｆの位置における泡供給口６０の全面積Ａ１（開口縁６１によって囲まれた面積）との比率は、好ましくは、Ａ３：Ａ１＝１：１．３〜３．０、更に好ましくは、Ａ３：Ａ１＝１：１．４〜２．０に設定される。

泡供給口６０は、上下壁４７ｃ、４７ｄの内壁面と平行に延びる複数の仕切り材６２を有する。各仕切り材６２は、スラリー流路４６側の部分を内壁面４７ｆと面一に研削した円形断面の金属部材からなる。例えば、金属部材の直径ｄｊは、約４mmに設定される。泡供給口６０は、仕切り材６２によって分割され、水平方向又は横方向に延びる複数のスリット形流路６３が、仕切り材６２によって形成される。本例においては、２本の仕切り材６２が泡供給口６０に配設され、泡供給口６０は、３つのスリット形流路６３に分割される。かくして、上記吐出面、開口縁６１及び仕切り材６２を含む泡供給口６０の領域、即ち、吐出領域は、複数の開口部（スリット形流路６３）に分割される。

内壁面４７ｆの位置における泡供給口６０の全面積Ａ１（開口縁６１によって囲まれた面積）と、泡供給口６０の流路面積（スリット形流路６３の各面積の合計値）Ａ２との比率は、好ましくは、Ａ１：Ａ２＝１：０．５〜０．９５、更に好ましくは、Ａ１：Ａ２＝１：０．６〜０．８５に設定される。例えば、Ａ１：Ａ２＝１：０．７５に設定すると、泡供給口６０の流路面積Ａ２と管内流路５１の断面積Ａ３（＝π×（ｄｉ／２）^２）との比は、Ａ２：Ａ３＝０．９７５〜２．２５：１である。好ましくは、Ａ２／Ａ３は、１以上の値に設定される。

図９及び図１０に示す如く、泡Ｍは、泡供給口６０に向かって管内流路５１を流動する。泡Ｍは、スラリー流路４６内のスラリー流Ｓの流動方向に拡大した泡供給口６０に達し、仕切り材６２によって分割され、泡Ｍの分流ｍとして各スリット形流路６３からスラリー流路４６に流出する。本発明者の実験によれば、このような泡供給口６０の拡大と、泡Ｍの供給流の分割とにより、泡Ｍは、均一又は均等にスラリー流路４６内のスラリー流Ｓに混入し、スラリー中に均一又は均等に分散するとともに、泡Ｍの流量を増大した場合であっても、泡供給口６０からスラリー流路４６に流出する泡Ｍの分流ｍに不規則又は間欠的な挙動や、脈動現象等は生じない。これは、仕切り材６２の間の流路（スリット形流路６３）を通過する泡Ｍの流動抵抗、仕切り材６２の前後に生じる流体力学的な差圧、仕切り材６２の近傍において管内流路５１に作用する背圧、仕切り材６３を通過する際に生じる泡Ｍの流体圧力及び流速の変化、泡Ｍの分散吐出に起因した吐出面の吐出圧及び吐出流速の平準化などによるものと考えられる。

図１１は、スラリー送出部４の変形例を示す断面図及び側面図である。

図１１に示すスラリー送出部４'は、ミキサー１０の円環壁２３に着脱可能に装着されるスラリー送出部構成用アタッチメントとして一体的に構成されており、スラリー送出部構成用アタッチメントは、スラリー排出口４２、中空連結部４７、垂直シュート４０、泡供給管５０及び泡供給口６０を一体化した構造を有する。スラリー排出口４２は、羽根４３を備えず、機内混練領域１０ａに向かって全面的に開口している。

また、図１１（Ｃ）に示す如く、泡供給口６０を囲む垂直側壁４７ａの部分と、泡供給管５０とを泡供給口構成用アタッチメント６５として一体化し、泡供給口構成用アタッチメント６５をスラリー送出部構成用アタッチメントに着脱可能に装着しても良い。変形例として、図５に示すようにミキサー１０に一体化したスラリー送出部４の中空連結部４７に対し、泡供給口構成用アタッチメント６５を着脱可能に装着することも可能である。

スラリー送出部構成用アタッチメントを筐体２０に取付ける取付け手段、或いは、給口構成用アタッチメント６５をスラリー送出部構成用アタッチメントに取付ける取付け手段として、嵌合構造、接着、溶接、或いは、クランプ又はボルト等の締付け具又は係止具による固定、締付け又は係止などの慣用的な取付け手段を採用することができる。

図１１（Ａ）に示す如く、泡供給管５０は、垂直側壁４７ａから角度θをなして外方且つ水平に延出する。泡供給管５０の先端部には、破線で示す泡供給路５２が接続される。泡供給口６０は、仕切り材６２によって複数のスリット形流路６３に分割されており、泡供給路５２が供給した泡Ｍは、スラリー流路４６内のスラリー流Ｓの流動方向に拡大した泡供給口６０に達し、仕切り材６２によって分割され、各スリット形流路６３からスラリー流路４６に流出する。

図１２は、泡供給口６０の変形例を示す断面図である。

前述の実施例においては、泡供給口６０は、円形断面の仕切り材６２によって３つのスリット形流路６３に分割された構成を有するが、図１２（Ａ）に示す如く、楕円形又は長円形断面等の仕切り材６２によって泡供給口６０を分割し、或いは、図１２（Ｂ）に示す如く、角形又は矩形断面の仕切り材６２によって泡供給口６０を分割しても良い。また、図１２（Ａ）に示す如く、泡供給口６０を４つ以上のスリット形流路６３に分割しても良い。更には、図１２（Ｃ）に示す如く、泡供給口６０を縦横の仕切り材６２、６４により分割し、図１２（Ｄ）に示す如く、縦方向又は鉛直方向の仕切り材６４によって泡供給口６０を分割し、或いは、図１２（Ｅ）に示す如く、斜行方向又は傾斜方向に延びる仕切り材６５によって泡供給口６０を分割することも可能である。また、図１２（Ｆ）に示す如く、泡供給口６０を縦方向又は鉛直方向に細長い楕円又は長円形に形成することも可能である。

図１３は、泡供給口６０の他の変形例を示す断面図である。

図１３に示す泡供給口６０は、中空連結部４７内のスラリー流路４６に向かってフレア状又はラッパ状に拡開した開口縁６１'を有し、開口縁６１'の内周面は、管内流路５１の流路面積を泡供給口６０において拡大するように径方向外方に傾斜する。例えば、角度θ＝９０°であるとき、泡供給口６０の全面積Ａ１(開口縁６１'の端部６１”によって囲まれた吐出面領域の面積）は、泡供給口６０の中心軸線Ｃ３に対する開口縁６１'の傾斜角度θ'に従って拡大し、角度θ≠９０°であるとき、泡供給口６０の全面積Ａ１は、角度θ'、θに従って拡大する。なお、開口縁６１'の傾斜角度θ'は、必ずしも全周に亘って同一の角度に設定しなくとも良く、例えば、図１３に示す如く、周方向の位置に応じて変化し、或いは、周方向に漸増又は漸減するように設定することができる。

図１４は、泡供給管５０の傾斜角度の設定方法を概略的に示す断面図であり、図１４には、スラリー送出部４”の各構成要素が模式的に示されている。

泡供給口６０の中心点Ｑ１と、回転方向下流側に位置する垂直側壁４７ｂの上流端Ｑ２とを通る直線ＲＬが、図１４に示されている。上流端Ｑ２は、平面視において、円環壁２３の内周壁面２３ａと垂直側壁４７ｂの内壁面４７ｇとの連接点又は交点である。平面視において、管内流路５１の中心軸線Ｃ２は、直線ＲＬと垂直側壁４７ａの内壁面４７ｆとがなす角度θ”の角度範囲内に位置する。角度θ”は、中心軸線Ｃ２の角度θの最大値θmaxとして規定される。図１４に示すスラリー送出部４”において、角度θmaxは、約１２０度である。また、中心軸線Ｃ２の角度θの最小値θminは、約１０度に設定される。

以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態又は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、本発明の混合攪拌機の構成は、ピン型ミキサー以外の形式のミキサー、例えば、ピンレスミキサー（羽根型ミキサー等）に等しく適用することができる。

また、上記実施例に係るミキサーは、仕切り材を備えた泡供給口をスラリー送出部の中空連結部に一箇所だけ配置した構成を有するが、中空連結部の複数箇所に泡供給口を配設しても良く、また、上記の如く仕切り材を備えた泡供給口は、ミキサー筐体の円環壁、垂直シュート、スラリー輸送管路、スラリー吐出管路等に配設しても良い。例えば、仕切り材を備えた泡供給口は、筐体の円環壁のスラリー排出口に連結された前述のスラリー輸送管路（米国特許第6,494,609号公報（特許文献３））に配設しても良い。

更に、上記実施例に係るミキサーは、起泡装置又は泡立て機等の泡生成装置によって生成した泡を泡供給口から石膏スラリーに供給するように構成されたものであるが、泡剤を石膏スラリーに直に供給し、石膏スラリー中における泡剤の起泡作用により、泡を石膏スラリー内に生成しても良い。

また、上記実施例に係る石膏ボード製造方法においては、ミキサー円環壁の分取口から分取される相対的に高比重のスラリーは、下紙のエッジ領域に供給されているが、高比重スラリーの少なくとも一部をロールコータ等に供給して、下紙及び／又は上紙に塗布するようにしても良い。

以上説明した如く、本発明は、石膏ボードを製造するための混合攪拌機、混合攪拌方法および軽量石膏ボード製造方法に好ましく適用される。本発明によれば、石膏スラリーに対する泡又は泡剤の吐出流の挙動を安定させ、比較的多量の泡又は泡剤を均一又は均等に石膏スラリー中に分散させることができる。

本発明によれば、近年殊に注目されている比重０．４〜０．７の石膏芯部を有する軽量石膏ボードの製造において、比較的多量の泡又は泡剤を比較的容易に石膏スラリーに混入することができる。従って、近年の石膏ボードの軽量化傾向を考慮すると、本発明により得られる実用的効果は、極めて顕著である。

１ 下紙
２ 上紙
３ スラリー
４ スラリー送出部
５ 帯状積層体
７ 放出管
８ 分取管
１０ ミキサー
１０ａ 機内混練領域
２０ 筐体（ハウジング）
２３ 円環壁
３０ 回転軸
３２ 回転円盤
４０ 円筒形垂直シュート
４２ スラリー排出口
４６ スラリー流路
４７ 中空連結部
４７ａ、４７ｂ 垂直側壁
４７ｃ、４７ｄ 上下壁
４７ｆ 内壁面
５０ 泡供給管
５１ 管内流路
６０ 泡供給口
６１、６１' 開口縁
６２、６４、６５ 仕切り材
６３ スリット形流路
Ｍ 泡（供給流）
ｍ 泡（分流）
Ｓ スラリー流
Ｃ２ 中心軸線
θ、θ'、θ” 角度
ｄｉ 直径
ｄｈ 短径
ｄｗ 長径
ｄｊ 直径

Claims (18)

1. 石膏スラリーを混練する混練領域と、該石膏スラリーを混練領域から送出するスラリー送出部と、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給する泡又は泡剤の供給口とを有し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボード又は石膏板の成形ラインに供給するように構成された石膏スラリーの混合攪拌機において、
   前記供給口は、その吐出領域を分割する仕切り材を有し、該仕切り材は、前記泡又は泡剤を同時に石膏スラリーに供給する複数の開口部に前記吐出領域を分割することを特徴とする石膏スラリーの混合攪拌機。
2. 前記泡又は泡剤を前記供給口に給送するための泡又は泡剤の供給流路は、その中心軸線又は流路中心線が、泡又は泡剤を石膏スラリーに吐出する吐出面に対して所定の傾斜角度をなして傾斜しており、該吐出面は、供給流路の流路断面よりも拡大され、或いは、上記供給口は、前記吐出面を供給流路の流路断面よりも拡大するようにスラリー流路に向かって径方向外方に拡開した開口縁を有することを特徴とする請求項１に記載の混合攪拌機。
3. 前記供給流路は、真円形断面の流路を有し且つ前記吐出面に対して水平方向又は横方向に傾斜しており、前記供給流路の流路壁は、前記吐出面の外縁に連接することを特徴とする請求項２に記載の混合攪拌機。
4. 前記吐出面は、供給流路の傾斜角度に相応して水平方向又は横方向に拡大しており、前記吐出面の外縁は、長軸を水平又は横方向に向けた楕円形輪郭を有することを特徴とする請求項３に記載の混合攪拌機。
5. 前記供給流路の中心軸線又は流路中心線と、前記吐出面との相対角度θは、１０°≦θ≦１２０°の範囲内に設定されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の混合攪拌機。
6. 石膏スラリーの流動方向に沿って延びる複数の前記仕切り材が、前記吐出領域に配設され、石膏スラリーの流動方向に延びる複数のスリット形流路が前記開口部として吐出領域に形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の混合攪拌機。
7. 前記吐出面の外縁によって囲まれた該吐出面全体の面積Ａ１と、前記開口部の開口面積の合計値Ａ２との比率は、Ａ１：Ａ２＝１：０．６〜０．８５の範囲内に設定され、泡又は泡剤の流動方向と直交する前記供給流路の断面積Ａ３と、面積Ａ１との比率は、Ａ３：Ａ１＝１：１．４〜２．０の範囲内に設定されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の混合攪拌機。
8. 混合攪拌機の混練領域において石膏スラリーを混練し、前記混合攪拌機のスラリー送出部から混練領域の前記石膏スラリーを機外に送出するととともに、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボード又は石膏板の成形ラインに供給する石膏スラリーの混合攪拌方法において、
   前記石膏スラリーに泡又は泡剤を供給する泡又は泡剤の供給口を前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部に配置し、
   該泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に吐出する前記供給口の吐出領域を仕切り材によって分割し、
   該吐出領域を分割してなる複数の開口部から前記泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に同時に吐出することを特徴とする石膏スラリーの混合攪拌方法。
9. ０．４〜０．７の範囲内の所定の比重を有する石膏ボードの石膏芯部を成形するように、前記石膏スラリーに流入すべき泡又は泡剤の供給量を設定することを特徴とする請求項８に記載の混合攪拌方法。
10. 前記泡又は泡剤を前記供給口に給送するための泡又は泡剤の供給流路の中心軸線又は流路中心線を前記供給口の吐出面に対して所定角度に傾斜させ、これにより、前記供給流路の傾斜角度に相応して前記吐出面を水平方向又は横方向に拡大することを特徴とする請求項８又は９に記載の混合攪拌方法。
11. 石膏スラリーの流動方向に沿って延びる複数の前記仕切り材を前記吐出領域に配設し、石膏スラリーの流動方向に延びる複数のスリット形流路を前記開口部として前記吐出領域に形成することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の混合攪拌方法。
12. 前記吐出面の外縁によって囲まれた該吐出面全体の面積Ａ１と、前記開口部の開口面積の合計値Ａ２との比率をＡ１：Ａ２＝１：０．６〜０．８５に設定することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の混合攪拌方法。
13. 混合攪拌機の混練領域において石膏スラリーを混練し、前記混合攪拌機のスラリー送出部から混練領域の前記石膏スラリーを機外に送出するととともに、前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部の石膏スラリーに泡又は泡剤を圧力下に供給し、泡を混入した石膏スラリーを石膏ボードの成形ラインに供給して比重０.８以下の石膏ボードを製造する軽量石膏ボードの製造方法において、
    前記石膏スラリーに泡又は泡剤を供給する泡又は泡剤の供給口を前記混練領域及び／又は前記スラリー送出部に配置し、
    該泡又は泡剤を前記石膏スラリーの流動体に吐出する前記供給口の吐出領域を仕切り材によって複数の開口部に分割し、
    比重０.７以下の石膏ボードの石膏芯部を成形すべく設定された量の前記泡又は泡剤を前記開口部の各々から前記石膏スラリーの流動体に同時に吐出することを特徴とする軽量石膏ボードの製造方法。
14. 前記混練領域を形成する前記混合攪拌機の筐体と、混練後の石膏スラリーを重力下に流下させる前記スラリー送出部の垂直シュートとを連結する該スラリー送出部の中空連結部の内壁面に前記供給口を開口させ、前記中空連結部内を流動する石膏スラリーの流動方向に沿って延びる複数のスリット形流路を前記開口部として前記仕切り材により形成したことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
15. 混練領域のスラリー排出口から流出する直前の石膏スラリーに泡又は泡剤を供給すべく、前記混合攪拌機の筐体を構成し且つ前記混練領域を形成する円環壁に前記供給口を開口させ、前記混練領域の外周帯域を流動する石膏スラリーの流動方向に沿って延びる複数のスリット形流路を前記開口部として前記仕切り材により形成したことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
    
16. 泡生成手段によって生成した泡、或いは、前記石膏スラリー中において起泡する泡剤を泡又は泡剤の供給管路に圧力下に供給し、泡又は泡剤の供給圧力下に該泡又は泡剤の流動体を前記供給口から吐出して前記石膏スラリーに混入させることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の製造方法。
17. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の混合攪拌機を備えた軽量石膏ボード製造装置。
18. 請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の混合攪拌方法を用いて０．４〜０．７の範囲内の所定の比重を有する軽量石膏ボードを製造する軽量石膏ボードの製造方法。

Images