JP2007218151A - ポンピングチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】スクイーズ式ポンプに装備して、高圧かつ高速で流体を圧送する際の耐久性を高めることができるポンピングチューブの提供。
【解決手段】内面ゴム層３の外側に二層の主補強コード層４ａ、４ｂを設ける。アラミッド中繊維を撚って外周コード１０を形成する。時計の１１時に相当する位置よりも吐出側を外周コード１０で螺旋状に取り巻いて外周コード層５を形成する。外周コード層５が座屈を防止して、主補強コード層４ａ、４ｂの剥離による疲労破断を防止する。外周コード層５を最外層として、ポンピングチューブ１の肉厚を薄くし、ゴム内部からの発熱を抑える。アラミッド繊維コードを露出させて摩擦係数を小さくし、ゴム表面での発熱を抑える。毛羽立った中繊維アラミッドの端部をゴムに食い込ませて、熱で劣化する接着剤を不要にして、耐熱性を高める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクイーズ式ポンプに装備し、このスクイーズ式ポンプのローラを押圧させてチューブ中心軸方向に転動させて流体を圧送するポンピングチューブに関するものである。

一般に、生コンクリートなどの流体を圧送するためのスクイーズ式ポンプは、そのローラがポンピングチューブを押圧しながらチューブ中心軸方向に転動することにより、ポンピングチューブの一端から吸入した流体を他端から吐出するようになっている。

ポンピングチューブは、内面ゴム層と外面ゴム層との間に、補強コードをチューブ中心軸に対して傾斜させてゴムに埋設してなる二層の補強コード層を設けた構造とされる。二層の補強コード層は、その補強コードの傾斜方向が互いに交差するよう設定され、径方向及び中心軸方向に作用する内圧に抵抗すると共に、ローラから受ける中心軸方向の力や押圧力に、二層が一体となって抵抗する。

ただ、ローラの転動速度を速めて大量の流体を高速で圧送することにより、特に、流体を遠方や高所に高圧かつ高速で圧送することにより、ポンピングチューブが高温になると共に、補強コードの動きが激しくなり、二層の補強コード層の剥離やゴムの破断を生じさせやすい。この補強コード層の剥離やゴムの破断は、二層の補強コード層の一体性を損なって各層の補強コードを小さな曲率半径で屈曲させ、補強コードを早期に疲労破断させるおそれがある。

このような補強コードの疲労破断に対して、特許文献１は、互いに交差する補強コードに加えて、チューブ中心軸と平行な補強コードをゴムに埋設することにより、ポンピングチューブの伸びを抑えて、補強コードとゴムとの摩擦や補強コード層同士の摩擦による発熱や切断などの損傷を防止する技術を開示している。
特公昭４７−２２７４４（第６頁左欄第１行〜第１９行）

ところが、特許文献１のように、チューブ中心軸と平行な補強コードをゴムに埋設する場合、ポンピングチューブをスクイーズ式ポンプのケースに収納可能に湾曲させるには、補強コードとして、スチールコードよりも比較的に伸びの大きなナイロンコードなどを用いる必要があるため、ポンピングチューブの伸びを十分に抑えにくくなる。

しかも、生コンクリートなどの流体を２ＭＰａ程度以上の高圧で、かつ２ｍ／ｓｅｃ程度以上の高速で圧送する場合、ポンピングチューブの一部の温度が１４０°Ｃ以上に達することがあるため、耐熱性に劣るナイロンなどの補強コードで補強したとしても、その損傷の防止が不十分になるおそれがある。

本発明は、スクイーズ式ポンプに装備して、高圧かつ高速で流体を圧送する際の耐久性を高めることができるポンピングチューブの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るポンピングチューブは、スクイーズ式ポンプに装備し、このスクイーズ式ポンプのローラを押圧させてチューブ中心軸方向に転動させて流体を圧送するものであり、内面ゴム層の外側に、主補強コードをチューブ中心軸に対して傾斜させてゴムに埋設すると共に、その主補強コードの傾斜方向を互いに交差するよう設定してなる二層の主補強コード層を設けたものである。さらに、チューブ中心軸方向における中央よりも吐出側のみに、二層の主補強コード層を外側から螺旋状に取り巻く外周コードを配置してなる外周コード層を設けたものである。

上記構成によれば、ローラを押圧しながら転動させることによって吐出側に向けて強く圧縮される部位を外周コードで螺旋状に取り巻くので、ポンピングチューブの座屈（シワの発生）を抑えることができる。さらに、高圧圧送するようローラをより強く押圧及び転動させることによってポンピングチューブが座屈したとしても、外周コードが主補強コードを外側から押さえるので、二層の主補強コード層の剥離を阻止することができる。これにより、各主補強コード層が小さな曲率半径で屈曲することを規制し、主補強コードの疲労破断を防止することができる。

Ｕ字形に湾曲させると共に、そのチューブ中心軸方向における位置を時計の時刻表示に例えて表し、さらに、チューブ中心軸方向における中央を時計の９時に相当させると共に、Ｕ字形の湾曲形状の開放側を時計の３時に相当させたとき、時計の１１時〜１時に相当する範囲における圧力が最も大きくなる。少なくとも、この１１時〜１時に相当する範囲に外周コード層を設けることにより、外周コード層によってポンピングチューブを効果的に補強することができる。

チューブ中心軸に対する外周コードの傾斜角度を４５°〜８８°に設定し、かつ、外周コードが二層の主補強コード層のうちの外層側の主補強コード層に埋設した主補強コードと反対向きに傾斜するよう設定する。そうすれば、外周コードで主補強コードを効果的に押さえてポンピングチューブの座屈を抑えることができ、また、ポンピングチューブが座屈したとしても、二層の主補強コード層の剥離を阻止することができる。さらに、外周コードの傾斜角度を５０°〜６０°に設定すれば、より効果的にポンピングチューブの座屈防止や二層の主補強コード層の剥離阻止を図ることができる。

外周コード層を設けたポンピングチューブは、その外周コード層が内圧のうちの径方向に作用する力に抵抗するので、チューブ中心軸に対する主補強コードの傾斜角度を静止角度（５４°４４′）よりも小さく設定することができる。これにより、ポンピングチューブの中心軸方向の伸びを小さくすることができるので、吐出側における圧縮を弱くして座屈を抑えることができる。ここで、静止角度（５４°４４′）は、筒状体に二層の主補強コード層のみを設けた場合、内圧の変動によって主補強コードの傾斜角度が変化しない角度である。

外周コード層の外側に外面ゴム層を設けることもできるが、外周コード層によって最外層を構成すれば、外面ゴム層を省略する分、ポンピングチューブの肉厚を薄くすることができる。これにより、ローラを押圧しながら転動させることによるゴム内部からの発熱を抑えて、ゴムの劣化による二層の主補強コード層の剥離などの損傷を防止することができる。

外周コードとして、アラミッド繊維コードのスダレをゴム被覆したものを用いれば、ゴムの摩耗によって露出したアラミッド繊維コードと、ローラやゴムパッドとが接触するので、従来のポンピングチューブのようにゴム同士が接触するものよりも摩擦係数を小さくすることができる。これにより、ポンピングチューブ表面の発熱を抑えることができるので、ゴムの摩耗や劣化、粘着、硬化、剥離などの損傷を防止することができ、従来よりも高圧かつ高速での使用を可能とする。

なお、アラミッド繊維コードは、伸びが小さく、強度が大きく、かつ耐熱性が高いので補強コードとして好適に使用することができる。また、外周コード層を最外層としたものは、アラミッドを早期に露出させることができ、特に好適である。さらに、吐出側だけでなく、ポンピングチューブの全長に、アラミッド繊維コードを巻き付けてなる最外層としての外周コード層を形成することもできる。

アラミッド繊維コードとして、中繊維を撚って形成したものを用いれば、毛羽立った中繊維アラミッドの端部がゴムに食い込む投錨効果により、ゴムと一体化させることができる。これにより、接着剤処理を不要にすることができるので、熱で接着剤が劣化することによる損傷がなく、その分、耐熱性を高めることができる。

ここで、中繊維とは、繊維長が２１ｍｍ〜２８ｍｍの繊維のことである。繊維長が２１ｍｍ以下の短繊維を用いたコードは、高圧高速で使用したときのゴムの劣化や摩耗によって繊維が分離するが、中繊維はそれぞれを撚ることができるので、繊維の分離を防止することができ、高圧高速での使用を可能にする。

以上のとおり、本発明によると、ポンピングチューブの吐出側を外周コードで螺旋状に取り巻いて外周コード層を構成するので、ポンピングチューブの座屈を抑えることができ、ポンピングチューブが座屈したとしても、二層の主補強コード層の剥離を阻止して、主補強コードの疲労破断を防止することができる。

また、アラミッド繊維コードのスダレをゴム被覆して外周コードとすると共に、外周コード層で最外層を構成することにより、ポンピングチューブを構成するゴムの内部及び表面の発熱を抑えて、ゴムの劣化による損傷を防止することができる。さらに、中繊維を撚って形成したアラミッド繊維コードは、その投錨効果によって接着剤処理を不要にして耐熱性を高めることができる。

これにより、スクイーズ式ポンプによって高圧かつ高速で流体を圧送する際のポンピングチューブの耐久性を高めることができる。

以下、本発明に係るポンピングチューブを実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係るポンピングチューブを装備したスクイーズ式ポンプの断面図である。図２は本発明に係るポンピングチューブを示す図であり、上半分は側面図、下半分は軸方向断面図である。

ポンピングチューブ１は、スクイーズ式ポンプ２に装備して生コンクリートなどの流体を圧送するためのものであり、内側を流体が流れる内面ゴム層３と、内面ゴム層３の外側に設けられて内圧を受け持つ二層の主補強コード層４ａ、４ｂと、吐出側の端部付近において主補強コード層４ａ、４ｂの外側に設けられて最外層を構成する外周コード層５と、外周コード層５よりも吸入側において主補強コード層４ａ、４ｂの外側に設けられて最外層を構成する外面ゴム層６とを備え、スクイーズ式ポンプ２のローラ７を押圧させてチューブ中心軸方向に転動させることにより、下端から吸入した流体を上端から吐出するようになっている。

このポンピングチューブ１は、スクイーズ式ポンプ２が備える両端を塞がれた円筒状のポンプケース８にその内周面に沿わせて内装される。ポンプケース８に内装されたポンピングチューブ１は、そのチューブ中心軸方向における位置を時計の時刻表示に例えて表すと、チューブ中心軸方向における中央が時計の９時に相当する位置に位置合わせされて、３時に相当する側が開放されたＵ字形に湾曲し、直管状の両端部が上下一対のチューブ貫通孔９をポンプケース２の内部から外部に貫通する。

二層の主補強コード層４ａ、４ｂは、スチールコードなどの主補強コードをチューブ中心軸に対して静止角度（５４°４４′）よりも小さな角度で傾斜させてゴムに埋設してなり、両層の主補強コードの傾斜方向が互いに交差するよう設定される。

外周コード層５は、ポンプケースに内装したときに時計の１１時に相当する位置よりも吐出側の最外層を構成するよう設けられ、二層の主補強コード層４ａ、４ｂを外側から螺旋状に取り巻くように外周コード１０を配置して構成される。

外周コード１０は、繊維長が２１ｍｍ〜２８ｍｍ程度のアラミッド中繊維を撚って形成されたアラミッド繊維コードのスダレをゴム被覆してなり、チューブ中心軸に対する傾斜角度が４５°〜８８°の範囲内の所望の角度に設定され、かつ、外層側の主補強コード層４ａに埋設された主補強コードと反対向きに傾斜するよう設定されている。なお、外周コード１０の傾斜角度は、５０°〜６０°の範囲内に設定するのがより好適である。

アラミッド繊維コードは、例えば、その構成単糸の繊度が０．８３ｄｔｅｘで、引張強力が１５０Ｎ（ＪＩＳ Ｌ １０１３）、切断伸度が７．２％（ＪＩＳ Ｌ １０１３）、コードゲージが０．３２０ｍｍのものを使用することができ、帝人テクノプロダクツ株式会社の「テクノーラ（登録商標）」を例示できる。

外面ゴム層６は、外周コード層５よりも吸入側の最外層を構成するよう設けられ、二層の主補強コード層４ａ、４ｂを外側から被覆する。この外面ゴム層６は、外周コード層５と同じ層厚とされ、ポンピングチューブ１の外径が全長に渡って同径に設定されるようになっている。

スクイーズ式ポンプ２のポンプケース８の内部には、ローラ軸７ａを介してローラ７を回転自在に支持するロータ１１が設けられ、このロータ１１がポンプケース８の中心に配された回転軸１２と一体回転するようになっている。ロータ１１の回転により、ローラ７が、ポンプケース８の内周面に配置されたパッド１３との間にポンピングチューブ１を押し潰すように転動する。ポンプケース８は、略真空に設定され、押し潰されたポンピングチューブ１の復元力を高めて流体吸入性能を高めると共に、高温空気によるゴムの酸化劣化を防止するようになっている。

次に、スクイーズ式ポンプを運転したときの様子を説明する。ロータ１１が図１における時計回りに回転することにより、ローラ７が時計の６時に相当する位置に至るまでに徐々にポンピングチューブ１の押圧を開始し、その後、時計の１２時に相当する位置から徐々にポンピングチューブ１の押圧を解除する。この間、ローラ７がポンピングチューブ１を押し潰しながら転動することにより、ポンピングチューブ１の内部の流体が上端に送られ、ローラ７が通過した後の押し潰されたポンピングチューブ１の復元により、ポンピングチューブ１の下端から新たな流体が吸入される。

ローラ７が時計の９時に相当する位置付近を通過すると、ポンピングチューブ１の内圧が急に高まり、この内圧の増大に対応して、ローラ７がポンピングチューブ１を押圧する力も大きくなる。特に、ローラ７が時計の１１時から１時の範囲を通過するときの内圧は極めて大きく、ローラ７が繰り返し転動することにより、１１時よりも吐出側に設けられた外周コード層５のアラミッド繊維コードを早期に露出させる。

露出したアラミッド繊維コードは、ローラ７及びパッド１３との摩擦係数が小さく、ローラ７で強く押圧される部位における発熱を抑え、さらに、ポンピングチューブ１の剛性を高めてその座屈を防止すると共に、ポンピングチューブ１が座屈したとしても、主補強コード層４ａ、４ｂを押さえてその剥離を阻止する。このアラミッド繊維コードは、接着剤処理することなく配置したものであるが、アラミッド中繊維を撚って形成したものであるため、その中繊維の先端がゴムに食い込む投錨効果により、露出後も、ゴムと一体化したままである。

次に、本発明に係るポンピングチューブと従来のポンピングチューブとを具体的な値を用いて比較する。比較するポンピングチューブは、いずれも、内径がφ１３０ｍｍ、外径がφ１７４ｍｍ、全長３６００ｍｍで、湾曲部分の内側半径を７００ｍｍとしてポンプケース８に収納した。内面ゴム層３の層厚は１７ｍｍである。主補強コード層４ａ、４ｂは、スチールコードを傾斜角度５４°で配置したもので、その層厚がそれぞれ２ｍｍである。外周コード層５及び外面ゴム層６の層厚は、いずれも１ｍｍである。

本発明品としてのポンピングチューブ１は、１１時よりも吐出側に相当する先端から１２００ｍｍの範囲に外周コード層５を設けたものであり、外周コード層５に配置する外周コード１０としてのアラミッド繊維コードの傾斜角度を３０°、４５°、５５°、７０°及び８０°の５種類とした。また、従来品としてのポンピングチューブは、主補強コードのみのもの、全長に縦コードを埋設したもの、及び１１時よりも吐出側に相当する範囲に縦コードを埋設したものの３種類である。

ローラ７の転動速度を２ｍ／ｓｅｃとして、２ＭＰａ及び３ＭＰａの２通りの吐出圧力で生コンクリートを打設し、ポンピングチューブの外面から損傷が進行して圧送不能になるまでの時間、あるいは、主補強コードや外周コード、縦コード、外面ゴムが剥離破断して圧送不能になるまでの時間を求めて、その破損時間（時間）を比較した。

表１に本発明品のポンピングチューブと従来品のポンピングチューブとを比較した結果を示す。

表１が示すように、本発明品は、内圧が２ＭＰａ及び３ＭＰａのいずれの場合にも、従来品よりもその破損時間を十分に長くすることができ、さらに、外周コード１０の角度を４５°〜８８°の範囲に設定することにより、破損時間を、流体によって内面ゴム層３が摩耗損傷するまでの時間である使用時間寿命よりも長くできることがわかる。

ここで、上記寸法のポンピングチューブを用いて１ＭＰａから１．７ＭＰａの吐出圧力で打設する場合、内面ゴム層３の摩耗損傷に至るまでの使用時間寿命は、３０００ｍ^３の打設量に相当する８０時間〜１２０時間程度であり、吐出圧力が２ＭＰａを超える場合、使用時間寿命は半減して４０時間〜６０時間程度になる。

また、外周コード１０の角度を５５°に設定したものは、その破損時間を最も長くすることができ、これにより、外周コード１０の角度を５０°〜６０°に設定するのが特に好適であることがわかる。

上記構成によれば、高剛性の外周コード層５を設けることにより、吐出側端部付近の座屈を抑えることができ、さらに、より大きい内圧を作用させて使用することによって端部付近に座屈を生じたとしても、外周コード層５が主補強コード層４ａ、４ｂを押さえてその剥離を阻止するので、主補強コードの疲労破断を防止することができる。

外周コード層５が最外層を構成しつつ高圧部の内圧に抵抗するので、外面ゴムで被覆される別の補強層を設けたものよりも肉厚を薄くすることができる。これにより、ゴム内部からの発熱量を小さくして、ゴムの劣化を抑えることができ、さらに、ローラ７を押圧しながら転動させる際のエネルギー効率を高めることができる。

外周コード１０としてアラミッド繊維コードのスダレをゴム被覆したものを使用し、そのアラミッド繊維コードを早期に露出させるので、ローラ７及びパッド１３との摩擦係数を小さくして、表面における発熱量を小さくして、ゴムの劣化を抑えることができる。さらに、中繊維を撚って形成したアラミッド繊維コードを使用するので、その中繊維が短繊維のように分離することがなく、かつ、毛羽の投錨効果によって接着剤処理を不要とすることができる。これにより、接着剤の熱破壊による損傷をなくして、耐熱性を高めることができる。

このように、２ＭＰａ以上の高圧かつ２ｍ／ｓｅｃ以上の高速で流体を圧送する場合であっても、ポンピングチューブ１の破損時間を十分に長くすることができるので、内面ゴム層３が摩耗損傷するまで、十分に健全な状態のまま使用することができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、外周コード層５は、少なくとも時計の１１時〜１時に相当する範囲に設ければよく、時計の１１時に相当する位置から吐出側先端までの範囲に設ける代わりに、チューブ中心軸方向における中央よりも吐出側の全体に外周コード層５を設けることもできる。さらに、ポンピングチューブ１の全長に渡って外周コード層５を設けるようにしてもよい。また、外周コード層５の外側に外面ゴムを配置した構成も採用可能である。

本発明に係るポンピングチューブを装備したスクイーズ式ポンプの断面図 本発明に係るポンピングチューブを示す図であり、上半分は側面図、下半分は軸方向断面図

符号の説明

１ ポンピングチューブ
２ スクイーズ式ポンプ
３ 内面ゴム層
４ａ、４ｂ 主補強コード層
５ 外周コード層
６ 外面ゴム層
７ ローラ
１０ 外周コード

Claims (7)

1. スクイーズ式ポンプに装備し、該スクイーズ式ポンプのローラを押圧させてチューブ中心軸方向に転動させて流体を圧送するポンピングチューブであって、
   内面ゴム層の外側に、主補強コードをチューブ中心軸に対して傾斜させてゴムに埋設すると共に、その主補強コードの傾斜方向を互いに交差するよう設定してなる二層の主補強コード層が設けられ、
   チューブ中心軸方向における中央よりも吐出側のみに、前記二層の主補強コード層を外側から螺旋状に取り巻く外周コードを配置してなる外周コード層が設けられたことを特徴とするポンピングチューブ。
2. Ｕ字形に湾曲させると共に、そのチューブ中心軸方向における位置を時計の時刻表示に例えて表し、さらに、チューブ中心軸方向における中央を時計の９時に相当させると共に、Ｕ字形の湾曲形状の開放側を時計の３時に相当させたとき、
   前記外周コード層が、少なくとも時計の１１時〜１時に相当する範囲に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のポンピングチューブ。
3. 前記外周コードは、チューブ中心軸に対する傾斜角度が４５°〜８８°に設定され、かつ、二層の主補強コード層のうちの外層側の主補強コード層に埋設された主補強コードと反対向きに傾斜するよう設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンピングチューブ。
4. 前記主補強コードのチューブ中心軸に対する傾斜角度が、静止角度よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のポンピングチューブ。
5. 前記外周コード層は、最外層を構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のポンピングチューブ。
6. 前記外周コードは、アラミッド繊維コードのスダレをゴム被覆してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のポンピングチューブ。
7. 前記アラミッド繊維コードは、中繊維を撚って形成されたことを特徴とする請求項６に記載のポンピングチューブ。

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