JP2006518429A - 接着スリーブを備えた強化合成材料ブームパイプ - Google Patents

Abstract

可動式ポンプ車のようなコンクリートポンプユニットは削減された重量及び／又は長くされたブームアームを含む。ポンプ車は、折り畳み位置と伸長位置との間で伸長可能なブームアーム（１２）を含む。ブームアームは複数のパイプ部分（１８）から形成された供給パイプを支持し、パイプ部分は軽量ウレタンで形成されている。各パイプ部分は、強化外部層（４０）と、耐磨耗性内部層（４２）とを有する合成材料から形成されている。外部層は編みファイバ材料から形成されるのに対し、内部耐磨耗性層はウレタンから形成されるのが好ましい。各ブームパイプ部分は、ブームパイプ部分の外面に接着的に取り付けられた一組の端部カプリング（３０，３２）を含む。

Description

（関連出願）
本発明は、２００３年１月１５日に出願された米国仮出願第６０／４４０，２３１号の優先権を主張する。

本発明は、一般的には、複数部分パイプ（以下「ブームパイプ」と呼ぶ）を含む蝶番構造（以下「ブームアーム」と呼ぶ）を有するコンクリートポンプユニットに関し、ポンプされたコンクリートをコンクリートポンプユニットから遠隔場所に供給する。より詳細には、本発明は、可動式コンクリートポンプ車と共に使用するための強化ウレタンパイプ部分の使用及び製造に関する。強化ウレタン（「複合ウレタン」とも呼ばれる）パイプはブームアームの総重量を削減すると同時に、コンクリート又は他の材料の供給のための所要強度及び耐久性をもたらす。

現在、移動中及び格納中、コンパクトな状態に折り畳まれる複数部分ブームアームを含む可動式コンクリートポンプ車及び定置式コンクリートポンプユニットが入手可能である。一旦コンクリートポンプユニットが作業現場に位置付けられると、コンクリートを遠隔場所に供給するために、折り畳まれたブームアームは伸長される。ブームアームは、複数部分から成るスチール製のブームパイプを含み、コンクリートが作業現場の遠隔場所に供給され得るよう、ブームパイプはブームアームによって支持されるのが典型的である。コンクリートポンプユニットによってポンプされるコンクリートの内部圧力に耐えるための所要耐久性及び強度をもたらすよう、パイプ部分の各々は現在スチールで製造されている。

現在、可動式コンクリートポンプ車及びマスト取付式ポンプユニットの一部は、ベース部から１７５フィートまで伸長可能なブームアームを含む。ブームアームがその伸長位置にあるとき、ブームアームの各部分は、ブームアームの重量のみならず、個々のパイプ部分及び各パイプ部分内に収容されるコンクリートの重量も支持し得なければならない。よって、コンクリート供給中のブームアームの総重量は、ポンプされるコンクリートを含むブームアームの総重量を支持するための顕著な強化を加えることなしに、ブームアームをどれぐらい長く構成し得るかについての制約となる。

ブームアームの総重量を削減するための１つの考えられる解決策は、スチールパイプ部分をプラスチックのような複合材料と置換することである。プラスチックパイプはブームアームの総重量を削減するが、各パイプ部内の約１２００ｐｓｉのポンプ圧力に起因する破裂を阻止するに足る強度を有するプラスチックは少ない。従って、スチールパイプを軽量且つ高耐磨耗性代替物と置換する着想は望ましく思えるが、コンクリートのような、高圧ポンプ操作と関連付けられた所要強度及び耐久性を維持しつつ、所望の重量節約をもたらすパイプは現在存在しない。

現在、コンクリートポンプユニットは、ポンプされたコンクリートを投入容器（以下「ホッパ」と呼ぶ）から作業現場の遠隔場所にあるブームアームの先端部に供給するために用いられる複数のブームパイプ部分を含むのが典型的である。現在、車台デッキ上及び格納式ブーム上の各パイプ部分は、両端上に溶接された溝付きスチールスリーブを備えたスチールで製造されている。現在のスチールパイプ部分は、ポンプされる材料の内部圧力に耐え得る封止接続を形成するためにゴム製封止リングと共にスチールスリーブ上の溝を用いるスチール又はアルミニウムクランプと接続されている。

従って、ポンプするコンクリートの圧力に耐える程に十分強力な低減された重量を有するパイプの供給を利用する可動式コンクリートポンプ車及びマスト取付ポンプユニットが必要である。さらに、所要耐久性及び強度を提供しながら供給パイプへの顕著な重量削減をもたらす可動式コンクリートポンプ車と共に利用され得る合成材料パイプ部分が必要である。さらに、パイプ部分が類似の方法で現在入手可能なパイプ部分に接続され得るよう、各端部に溝付きスリーブを含むブームパイプ部分が必要である。

本発明は、ポンプされたコンクリートを蝶着されたブームアームの端部に供給するために、合成材料パイプ部分から形成されたブームパイプを利用するコンクリートポンプユニットに関する。加えて、本発明は、合成材料ウレタンブームパイプ部分を相互に取り付け可能とする結合設計に向けられている。

可動式ポンプ装置のようなコンクリートポンプユニットは、複数のブーム部分を有するブームアームを含むことで、所望の遠隔場所にコンクリートを供給するために、ブームアームが折り畳み位置から伸長位置に伸長され得る。ポンプされたコンクリートがブームアームの端部に向けられ得るよう、各ブームアーム部分はブームパイプの１つ又は複数の部分を支持する。現在、各ブームアーム部分はスチールから形成されている。本発明に従えば、スチールパイプ部分は、各々、軽量で耐久性のある強化合成材料ウレタンパイプ部分によって置換される。

各合成材料ウレタンパイプ部分は、強化外部層と、耐磨耗性内部層とを含む。強化外部層は、ポンプされるコンクリートの圧力に耐える所要フープ強度及び引張強度をもたらす。耐磨耗性内部層は、ポンプされる極めて研磨性のコンクリート材料と接触するための所要耐久性をもたらす。

本発明の好適実施態様によれば、最大強度及び最小重量のために、強化層はカーボンファイバの編みソックス又は織りソックスから形成される。Ｓグラス又はアラミドファイバのような他の高強度ファイバも用い得るが、これらに限定されない。耐磨耗性内部層は、９０−Ａと９５−Ａとの間のデュロメータ硬度等級を有するウレタンから形成されるのが好ましい。しかしながら、ポンプされる材料の種類に依存して、他の硬度等級も想定され得る。

本発明に従えば、編みカーボンファイバソックス及びウレタンを利用する強化合成材料パイプ部分は、類似のスチールパイプの約２５％の重量である。よって、カーボンファイバ強化ウレタンパイプ部分は、スチールパイプに関して１フィート当たり約１０．２ポンドに比較して、１フィート当たり約２．６ポンドの重量を有する。よって、本発明の合成材料パイプ部分を利用し、且つ、２００フィートのブーム長を有する可動式ポンプ車は、約１５２，０００フィートポンドのブーム力の削減を実現し得る。

現在のスチールブームパイプ部分は、商業的にＶｉｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）クランプと呼ばれるものと接続されている。Ｖａｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）溝接続は、スチールブームパイプの各端部部分に溶接され、外部Ｖａｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）クランプは各パイプを接続するために用いられる。合成材料ウレタンブームパイプを用いることで、Ｖｉｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）溝を取り付ける方法が必要である。本発明に従えば、Ｖｉｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）溝を備える金属スリーブが製造され、二次的に、高強度エポキシを用いて、ウレタンブームパイプに接着される。これによって、ウレタン複合材料ブームパイプは現在のスチールブームパイプと交換可能とされる。

本発明の多様な他の機能、目的及び利点は、図面と共に、以下の記載によって明らかにされよう。

図面は、本発明を実施する上で現在考えられる最良の形態を示している。

図１は、展開可能且つ伸長可能な独立部分１４ａ−１４ｃを有する伸長可能ブームアーム１２を含む可動式コンクリートポンプ車１０を示している。各部分１４ａ−１４ｃは本発明の合成材料ブームパイプの部分又は複数部分を支持し、ポンプされたコンクリートが貯蔵ホッパ１６からブームアームの最外部の先端に流れるための通路を提供している。

次に、図２を参照すると、可動式コンクリートポンプ車１０は複数の独立パイプ部分１８を含み、ホッパ１６からのコンクリートのための通路を提供するために、各パイプ部分は伸長可能なブームアーム１２の各部分の長さに沿って延びている。結合されたパイプ部分１８を通じたコンクリートのための流路を中断することなくブームアーム１２が伸長可能なよう、個々のパイプ部分１８は可動継手によって相互に結合されている。

次に、図３を参照すると、可動式コンクリートポンプ車１０の本体部２０からの伸長を開始しているブームアーム１２が示されている。図３ｂに示されるように、コンクリートを所望場所に配置するために、ブームアーム１２の外端部２３でコンクリート供給ホース２２からコンクリートの流れを供給するよう、ブームアーム１２は本体部２０から相当距離伸長され得る。現在、コンクリートを所望場所に供給するために、可動式コンクリートポンプ車は、トラック本体部２０から１７５フィートまで伸長し得るブームアーム１２を有する。

図３ｂから理解され得るように、各ブーム部分１４ａ−１４ｃは、ブームアーム１２の重量のみならず、ブームパイプ部及びパイプ部を通じて供給されるコンクリートの重量をも支持するのに十分な強度の材料で構成されなければならない。ブームアーム１２上の重量はブームアーム部分１４ａ−１４ｃの長さに沿った顕著な力を生成し、よって、断面設計及び材料種類毎のブームの長さを制限する。最終的には、パイプ、コンクリート及びアームの総重量は、より長いブームがコスト、利用可能性及び／又は製造制約の故に禁止される断面又は材料を用いてのみ達成され得る地点に到達する。加えて、不安定な状態を回避するために、可動式コンクリートポンプ車１０は（カウンタウエイトを加えること介して）より大きな重量とされる必要があるが、それは輸送上望ましくない。

本発明は可動式コンクリートポンプ車との使用のための特に望ましいように図面に示されているが、他の種類のコンクリートポンプユニットと共に用いられるとき、合成材料ブームパイプも特に望ましいことが理解されるべきである。例えば、ポンプユニット全体が伸長されたマストの頂部に取り付けられる伸長可能ブームアームを含むコンクリートポンプユニットが現在入手可能である。コンクリートが作業現場の遠隔場所に供給され得るよう、ブームアームはベース部から伸長可能である。マスト取付コンクリートポンプユニットは、多層階ビルディングを建造するのに特に有用である。合成材料ウレタンブームパイプ部分の利点は、この種のポンプユニットにも同等に適用可能である。何故ならば、合成材料ウレタンブームパイプ部分はブームアームの総重量を削減するからであり、それによって、スチールブームパイプ部分を利用するブームアームと比較して、ブームアームの長さが増大可能とされる。

現在、パイプの各部分が１フィート当たり約１２ポンドの重量を有するよう、各ブームパイプ部分１８はスチールのような金属材料で形成されている。よって、１７５フィートのブームアームのための供給パイプは、空の状態で、１，７８５ポンドの総重量を有する。本発明によれば、ブームアーム１２の重量が従来技術と比較して著しく削減されるよう、可動式コンクリートポンプ車１０のブームパイプ部１８は、著しく低い総重量を有する強化複合材料ウレタンパイプ部分と置換される。

初めに、図５を参照すると、本発明の基礎を成す強化複合材料パイプ部分２４が示されている。パイプ部分２４は、第一端部２６から第二端部２８に延び、パイプ部分２４の全長を定めている。本発明の好適実施態様において、パイプ部分２４の長さは３メータであるが、他の長さのパイプも本発明の範囲内であると勿論考えられる。

パイプ部分２４は第一端部カプリング３０及び第二端部カプリング３２を含み、これらはパイプ部分２４が他のパイプ部分に従来技術の方法で結合されるのを許容する。各端部カプリング３０，３２は、外部リップ３６と内部接続フランジ３８との間に位置する凹溝３４（商業的には「Ｖｉｃｔａｕｌｉｃ（Ｒ）溝」と呼ばれる）を含む。各端部カプリング３０，３２の構造は従来的であり、現在可動式コンクリートポンプユニットにおいて利用されている。

次に、図４を参照すると、本発明の強化パイプ部分２４の断面図が示されている。強化パイプ部分２４は、強化層４０と、耐摩耗性内部層４２とを含む。本発明の好適実施態様において、強化層４０は編みソックス又は織りソックスである。

強化層４０を形成する編ソックスは、グラスファイバ、カーボンファイバ又はＫｅｖｌａｒ（Ｒ）若しくはＶｅｃｔｒａｎ（Ｒ）のような合成ファイバのような、如何なる種類の繊維材料からも生成され得る。本発明の好適実施態様において、重量及び強度特性の故に、編みソックスはカーボンファイバ材料から形成されている。編りソックスは、強化パイプ部分２４のための引張強度の増大をもたらすと同時に、低い総重量をもたらす。

例示の本発明の実施態様において、強化層４０を形成する編みソックスは約１／８インチの厚さを有し、パイプの径方向拡張のための支持を提供するよう、斜交平行模様を用いて生成されている。この種の模様が選択されているのは、コンクリートブームパイプ内に発生する圧力が極めて高く、且つ、斜交平行模様が径方向破裂に対する追加的強度をもたらすからである。例えば、コンクリートブームパイプ内に発生する圧力は１２００ｐｓｉであり得る。パイプ部分が１又は２の安全係数を有するよう設計されるのが望ましいので、強化パイプ部分２４は２４００ｐｓｉに到達する圧力に耐え得るべきである。強化層４０は所要フープ強度及び引張強度をもたらすのに対し、耐磨耗性層４２は、コンクリートのような粗い材料の流れのために、高い耐磨耗内面を提供する。

戻って図４を参照すると、もし編みソックスが強化層４０として用いられるならば、以下に詳述される形成工程中に編みソックスを硬化するために、硬化層４６が編みソックスに適用されなければならない。

戻って図４を参照すると、例示の本発明の好適実施態様において、耐磨耗性層４２は約３／１６インチの厚さを有し、ウレタンのような耐久性樹脂から形成されている。ウレタン耐磨耗性層４２は所要耐磨耗性をもたらすと同時に、強化パイプ部分２４のために低い総重量をもたらす。ウレタン及び類似の他の化学物質は、多くの異なる硬度及び化学的性質で利用可能である。ウレタン耐磨耗性層４２の硬度の実際の形成は、強化パイプ部分を通じて流れる材料の種類に応じて適応され得る。本発明の好適実施態様において、９０−Ａから９５−Ａのデュロメータ硬度等級を有するウレタンが選択される。しかしながら、非コンクリート用途に関しては、７０−Ａ程度から７５−Ｄ程度までの等級のデュロメータ硬度等級を有するウレタンでもよい。

戻って図４を参照すると、パイプ部分２４は、外端部２８近傍に位置する端部カプリング３２を含む。図５に見られるように、第一端部カプリング３０も第一端部２６近傍のパイプ部分２４に結合されている。

図４に例示されているように、端部カプリング３２は内部壁部５０及び外部壁部５２によって定められている。端部カプリング３２は従来技術の方法でスチールの単一部分から形成されるのが好ましい。

端部カプリング３２は、内部壁部５０から窪んだ内部環状溝５４を含む。例示されているように、環状溝５４はパイプ部分２４の外径よりも僅かに大きな直径を有する。内部壁部５０の最内部５６は、外部端部２８近傍のパイプ部分２４の外径に概ね対応する直径を有する。

前述したように、端部カプリング３２は、外部リップ３６と内部接続フランジ３８との間に位置する窪付き外部溝３４を含む。可動式コンクリートポンプ車において従来的に用いられているように、この溝３４は一般的にＶｉｔｒａｕｌｉｃ（Ｒ）溝と呼ばれる。

次に、図６を参照すると、ウレタン接着剤５８を内側窪み溝３４と強化層４０上に提供される硬化層４６の外面６０との間に配置することによって、端部カプリング３２は合成材料パイプ部分２４の端部２８に接続されている。パイプ部分２４が通常の方法で用いられ得るよう、高強度接着剤５８は端部カプリング３２と強化パイプ部分２４との間の恒久的な接着をもたらす。例えば、一組の端部カプリング３０，３２を有するパイプ部分２４は、商業的にＶｉｔｒａｕｌｉｃ（Ｒ）クランプと呼ばれるものを用いて、他の合成材料パイプ部分２４又は従来的なスチールブーム型部分の何れかに接続され得る。議論されたように、Ｖｉｔｒａｕｌｉｃ（Ｒ）溝３４は、ウレタン合成材料ブームパイプが現在入手可能なスチールブームパイプと交換可能であることを可能にする。

戻って図６を参照すると、端部カプリング３２の内面５６はブームパイプ部分２４の外面６０と接触して、接着剤５８が端部２８から流出することを防止する。このように、内面５６は接着剤５８を捕捉し、接着剤が端部カプリング３２をブームパイプ部分２４に設定され且つ恒久的に接着されることを許容する。

本ウレタン及び編みファイバソックスを利用する、発明に従って構成された強化合成材料パイプ部分は、現在用いられているスチールパイプ部分の凡そ２５％の重さである。例えば、合成材料パイプ部分２４は１フィート当たり約２．６ポンドの重さを有するのに対し、類似のスチールパイプは１フィート当たり約１０．２ポンドの重さを有する。よって、２００フィートの伸長長さを備えるブームアームを有する可動式コンクリートポンプ車において、可動式コンクリートポンプ車は約１５２，０００フィートポンドのブーム力の削減を実現する。総重量の著しい削減の故に、各ブーム部分を製造するためにより軽量の材料を使用可能であり、ブームの全長を増大し得る。これは、現在可能でない顕著な利点をもたらす。

様々な変更及び変形が、発明と見做される手段を特別に指摘し且つ明確に請求する請求項の範囲内にあるものとして想定される。

蝶番ブームアーム上の強化合成材料パイプ部分を含む本発明の可動式コンクリートポンプ車を示す側面図である。 強化複合材料パイプの組み込まれた可動式コンクリートポンプ車の後方斜視図である。 ３ａは、引っ込み位置と完全に伸長された位置との間の中間位置にあるブームアームを備えた可動式コンクリートポンプ車を示す概略図であり、３ｂは、引っ込み位置と完全に伸長された位置との間の中間位置にあるブームアームを備えた可動式コンクリートポンプ車を示す概略図である。 端部カプリングを強化合成材料パイプ部分に適用する以前の強化合成材料パイプ部分を示す断面図である。 本発明の強化合成材料パイプ部分を示す側面図である。 パイプ部分への端部カプリングの接着接続を示す図５の線６−６に沿う断面図である。

Claims (23)

1. 複数のブーム部分を有し、且つ、折り畳み位置から伸長位置へ伸長可能である複数部分の移動可能なブームアームと、
   該ブームアームによって支持され、且つ、材料供給と前記ブームアームの外端部との間に伸長するブームパイプとを含み、
   該ブームパイプは、複数の結合されたブームパイプ部分から成り、各ブームパイプ部分は、強化外部層と、耐磨耗性内部層とを有する、
   ことを特徴とするポンプユニット。
2. 前記強化外部層は、編みファイバスリーブから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
3. 前記編みファイバスリーブは、カーボンファイバから形成されていることを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
4. 前記耐磨耗性内部層は、ウレタンから形成されていることを特徴とする請求項２に記載のポンプユニット。
5. 前記ウレタンは、９０−Ａと９５−Ａとの間のデュロメータ硬度等級を有することを特徴とする請求項４に記載のポンプユニット。
6. 前記パイプ部分の各々は、前記パイプ部分の両端部に固定された端部カプリングを含み、各端部カプリングは、接着剤によって、前記パイプ部分に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
7. 前記パイプ部分は、各々、少なくとも１２００ｐｓｉの内部圧力を耐え得ることを特徴とする請求項１に記載のポンプユニット。
8. 車両本体部と、
   当該可動式ポンプ車両によってポンプされるべき材料を収容するために、前記車両本体部に取り付けられた材料供給ビンと、
   複数のブーム部分を有し、且つ、折り畳み位置から伸長位置へ伸長可能である、前記車両本体部に取り付けられた複数部分の移動可能なブームアームと、
   前記材料の流れを前記供給ビンから前記ブームアームの外端部に向けるために、前記ブームアームによって支持されたブームパイプとを有し、
   該ブームパイプは、複数の結合されたブームパイプ部分から成り、各ブームパイプ部分は、強化外部層と、耐磨耗性内部層とを有する、
   ことを特徴とする可動式ポンプ車両。
9. 前記強化外部層は、編みファイバスリーブから形成されていることを特徴とする請求項８に記載の可動式ポンプ車両。
10. 前記編みファイバスリーブは、カーボンファイバから形成されていることを特徴とする請求項９に記載の可動式ポンプ車両。
11. 前記耐磨耗性内部層は、ウレタンから形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の可動式ポンプ車両。
12. 前記ウレタンは、９０−Ａと９５−Ａとの間のデュロメータ硬度等級を有することを特徴とする請求項１１に記載の可動式ポンプ車両。
13. 前記パイプ部分の各々は、前記パイプ部分の両端部に固定された端部カプリングを含み、各端部カプリングは、接着剤によって、前記パイプ部分に固定されていることを特徴とする請求項８に記載の可動式ポンプ車両。
14. 前記パイプ部分は、各々、少なくとも１２００ｐｓｉの内部圧力に耐え得ることを特徴とする請求項８に記載の可動式ポンプ車両。
15. 複数のブーム部分を有し、且つ、折り畳み位置から伸長位置へ伸長可能である複数部分の移動可能なブームアームと、
    材料の流れを材料供給から前記ブームアームの外端部に向けるために、前記ブームアームによって支持されたブームパイプとを有し、
    該ブームパイプは、複数の結合されたブームパイプ部分から成り、各ブームパイプ部分は、前記ブームパイプ部分の第一端部に固定された第一端部カプリングと、前記ブームパイプ部分の第二端部に固定された第二端部カプリングとを有し、
    各端部カプリングは、接着剤によって、前記ブームパイプ部分に固定されていることを特徴とするポンプユニット。
16. 各端部カプリングは、前記端部カプリングと前記ブームパイプの外面との間に位置付けられた接着剤によって、前記ブームパイプ部分の一端に固定されていることを特徴とする請求項１５に記載のポンプユニット。
17. 前記ブームパイプは、少なくとも１２００ｐｓｉの内部圧力に耐え得ることを特徴とする請求項１５に記載のポンプユニット。
18. 折り畳み位置から伸長位置に伸長可能なブームアームを有するポンプユニットと共に用いるためのブームパイプ部分であって、
    第一端部から第二端部へ延びる管状本体部と、
    該管状本体部の前記第一端部に接着的に取り付けられる第一端部カプリングと、
    前記管状本体部の前記第二端部に接着的に取り付けられる第二端部カプリングと、
    からなることを特徴とするブームパイプ部分。
19. 各端部カプリングは、前記端部カプリングと前記管状本体部の外面との間に位置付けられた接着剤によって、前記管状本体部の一端に固定されていることを特徴とする請求項１８に記載のブームパイプ部分。
20. 前記管状本体部は、強化外部層と、耐磨耗性内部層とを含むことを特徴とする請求項１８に記載のブームパイプ部分。
21. 前記強化外部層は、編みファイバスリーブから形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のブームパイプ部分。
22. 前記編みファイバスリーブは、カーボンファイバから形成されていることを特徴とする請求項２１に記載のブームパイプ部分。
23. 前記耐磨耗性内部層は、ウレタンから形成されていることを特徴とする請求項２１に記載のブームパイプ部分。

Images