JP2008002406A - スクイーズ式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】低いエネルギーでの運転が可能で、ゴム部品の損傷を抑制可能なスクイーズ式ポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】円筒状のケーシング１の内周面に、湾曲させたポンピングチューブ３を内接させ、前記内周面の中心と同心に設置された回転体４を回転させることで、該回転体４によりポンピングチューブ３を長さ方向に順次圧迫してチューブ内の流動体を吐出させるスクイーズ式ポンプにおいて、ポンピングチューブ３は、内面ゴム層１３及び外面ゴム層１５と、該両ゴム層の間に介在する補強層１４とを備え、補強層１４は、補強コード１６と、補強コード１６を被覆する被覆ゴム１７とからなり、補強コード１６は、複数本のシースストランド１８を撚り合わせた、コアストランドを有しない中空構造を有し、補強コード１６の中空部１９をゴム１７で充填する。
【選択図】図３

Description

本発明は、生コンクリートやモルタル等の流動体を、ポンピングチューブを用いて搬送するスクイーズ式ポンプに関するものである。

生コンクリートを搬送するスクイーズ式ポンプの基本的な構造について説明する。スクイーズ式ポンプは、特許文献１に記載されているように、円筒状のケーシングと、ケーシングの内周面に沿設されたクッション用のゴムパッドと、該ゴムパッドに沿ってＵ字状に配された弾性を有するポンピングチューブと、ケーシング内周面の中心と同心に設置された回転体と、回転体に支持され、ポンピングチューブを押圧しながら回転移動するローラとから構成される。

ポンピングチューブの両端はケーシングから突出しており、一端がホッパーに連結される吸入口となり、他端が移送管に連結される吐出口となる。ローラがポンピングチューブを押圧しながら移動することにより、ローラの押圧作用とポンピングチューブの復元作用とによって、ポンピングチューブにポンプ作用が発生する。このポンプ作用によって、ポンピングチューブの吸入口側から生コンクリートを吸引し、それを他端の吐出口から吐出することができる。

上記ポンピングチューブは、ローラによって押圧されるため、優れた可撓性が要求される一方で、ポンプ作用によって発生する内圧に対する耐久性も要求される。そのため、ポンピングチューブとしては、一般的にゴム製チューブをスチールコード等の補強コードで補強した構造のものが使用されている。

ポンピングチューブの構造について説明すると、ポンピングチューブは、ゴム層として内面ゴム層及び外面ゴム層を備え、両ゴム層の間に、補強コードと、該補強コードを被覆する被覆ゴムとからなる補強層が介在している。補強コードは、内面ゴム層の外周を螺旋状に巻回するように配置される。補強コードとしては、図１０に示すように、コアストランド３６の周囲に複数のシースストランド３７を拠り合わせた構造のものが使用されている。
特開２００５−２７３５２６号公報

ところで、上記構成のポンピングチューブがローラによって押圧され、押し潰された状態に変形するときには、補強コード３５も共に屈曲された状態となる。しかしながら、補強コード３５は、図１０に示すように、コアストランド３６の周囲に複数のシースストランド３７を拠り合わせた構造を有するため、シースストランド３７同士はコアストランド３６を介して固定された状態となっている。したがって、補強コード３５に対して外力Ａが加わっても、補強コード３５は変形しにくく、これを屈曲させるには大きな荷重（エネルギー）が必要とされる。

したがって、ポンピングチューブを押し潰した状態にするには、さらに大きなエネルギーが必要とされ、ポンプとしてのエネルギー効率が低いといった問題が生じていた。さらに、ポンピングチューブに与えられたエネルギーの多くは、ポンピングチューブを変形させる際に熱に変換され、この熱によりゴム部品（ポンピングチューブ、ローラおよびゴムパッド等）の損傷が激しくなるといった問題が生じていた。

そこで、本発明では、より低いエネルギーでの運転が可能で、ゴム部品の損傷を抑制可能なスクイーズ式ポンプ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、本発明では、円筒状のケーシングの内周面に、湾曲させたポンピングチューブを内接させ、前記内周面の中心と同心に設置された回転体を回転させることで、該回転体により前記ポンピングチューブをチューブ長さ方向に順次圧迫してチューブ内の流動体を吐出させるスクイーズ式ポンプにおいて、ポンピングチューブは、内面ゴム層及び外面ゴム層と、該両ゴム層の間に介在する補強層とを備え、前記補強層は、補強コードと、該補強コードを被覆する被覆ゴムとからなり、補強コードは、複数本のシースストランドを撚り合わせた中空構造を有し、補強コードの中空部が被覆ゴムで充填されたことを特徴とする。

ここで、補強コードの中空構造とは、補強コードのコード中心の周りに配置した複数のシースストランドを拠り合わせることにより、コード中心部にシースストランドで囲まれた空間（中空部）が形成された構造をいう。

上記構成によれば、補強コードは中心部分が中空部となっているため変形しやすく、小さい荷重で補強コードを屈曲させることが可能となる。したがって、ポンピングチューブを押し潰した状態にするのに必要な荷重（エネルギー）も少なくてすみ、これによりチューブの発熱が抑えられ、低いエネルギーでの運転が可能で、ゴム部品の損傷を抑制可能なスクイーズ式ポンプを得ることができる。

補強コードとしては、中空部にコードの変形の障害となるコアストランドを有しないものを使用するのが最も変形しやすいという点で好ましいが、コアストランドを有するものであっても、その径が中空部に比べて十分に小さく、シースストランド同士がコアストランドを介して固定された状態となっておらず、実質的に変形の妨げにならないものであれば使用することが可能である。

上記補強コードは、コアストランドを有していない、あるいは、コアストランドを有していても従来のものに比べて径が小さいものの、シースストランドにより十分な引張強度を確保することが可能である。したがって、ポンピングチューブとして十分な耐圧性を得ることができる。

ここで重要なことは、補強コードの中空部がゴムで充填されていることである。すなわち、補強コードの中空部が中空のまま残っていると、ポンピングチューブを屈曲させる際の荷重は小さくなるが、ポンピングチューブの変形が繰り返されることでシースストランド同士が接触してフレッチング（摩減）が生じるおそれがあり、また、補強コードは速やかにもとの中空形状に戻りにくくなる。

これに対して、本願発明では、補強コードの中空部がゴムで充填されているため、補強コードを屈曲させる方向に力がかかったときには、各シースストランドの位置が相対的に変動しながらそれに追随して中空部のゴムが変形し、最終的に補強コードが楕円形状に扁平化することで変形荷重を小さくする作用が働くことになる。

このとき中空部に存在するゴムは、シースストランド間のクッション材として機能し、フレッチングの発生を効果的に抑制する。また、補強コードに対する外力（荷重）がなくなると、中空部のゴムの弾性力により、補強コードの外形は、速やかに楕円形状から円形に復元する。

補強コードに使用される繊維としては、レーヨン、ナイロン、アラミド、カーボン、ポリエステルなどの有機繊維及びガラス、スチールなどの無機、金属繊維などを挙げることができる。

中空部がゴムで充填された補強コードを得るには、導入した補強コードに未加硫ゴムを被覆してダイス孔からゴム被覆コードとして出線するゴム被覆ヘッドを用い、該ゴム被覆ヘッド内部において、ダイス孔の上流側（コード出線方向上流側）に補強コードのシースストランド同士の間隙を拡げる扁平形状のダイス孔を有する間隙拡大ダイスを配置すればよい。

上記構成のゴム被覆ヘッドを用いれば、ゴム被覆ヘッド内に導入された補強コードは、間隙拡大ダイスによってシースストランド同士の間隙が拡げられ、その間隙からゴムが補強コードの中空部に侵入することによって、中空部をゴムで充填することが可能となる。

得られたゴム被覆コードは、そのまま未加硫の内面ゴム層の外周に螺旋状に巻きつけることができる。また、ゴム被覆ヘッドに複数のダイス孔を形成し、各ダイス孔から複数のゴム被覆コードを配列した状態で出線し、テープ状に成形することで、コード入りゴムテープを得ることも可能である。この場合には、コード入りゴムテープを未加硫の内面ゴム層の外周に螺旋状に巻きつければよい。

未加硫の内面ゴム層の外周にゴム被覆コードを螺旋状に巻き付けた後は、その外周に未加硫の外面ゴム層を形成して加硫することにより、内面ゴム層、補強層及び外面ゴム層を備えたポンピングチューブを得ることができる。

本発明では、スクイーズ式ポンプにおけるポンピングチューブの補強コードとして、複数本のシースストランドを撚り合わせた中空構造とし、中空部にゴムを充填したものを使用したため、低いエネルギーでの運転が可能で、ゴム部品の損傷を抑制可能なスクイーズ式ポンプを得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るスクイーズ式ポンプを示す概略図である。

図１に示すように、スクイーズ式ポンプは、円筒状のケーシング１と、ケーシング１の内壁面に沿って固定されたクッション用のゴムパッド２と、該ゴムパッド２に沿ってＵ字状に配されたポンピングチューブ３と、ケーシング１の内周面の中心と同心に設置された回転体としてのロータ４と、該ロータ４に支持され、ポンピングチューブ３を押圧するローラ５とから構成される。

ケーシング１の周壁に吸入側開口６と吐出側開口７とが形成され、その吸入側開口６からポンピングチューブの吸入口８が突出し、吐出側開口７からポンピングチューブ３の吐出口９が突出する。ポンピングチューブ３の吸入口８は、ホッパー１０に接続して固定され、ポンピングチューブ３の吐出口９はコンクリート移送管１１に接続して固定される。また、吸入側開口６及び吐出側開口７とポンピングチューブ３との間に隙間ができないようにケーシング１は密閉可能な構造とされ、ケーシング１内は真空状態に保たれる。

ローラ５は、１８０゜ずらしてロータ４に２つ設けられ、ローラ５がポンピングチューブ３をゴムパッド２側へ押圧しながら時計回り（矢印Ｐ方向）に転動することにより、ローラ５の押圧作用とポンピングチューブ３の復元作用とによって、ポンピングチューブ３にポンプ作用が生じ、吸入側からホッパー１０内のコンクリート等の流動体を吸引し、これを吐出側へ移送することができる。このとき、ローラ５は自転する。

図２は、上記スクイーズ式ポンプで使用されるポンピングチューブ３を示す図であり、上半分は断面図を、下半分は一部破断平面図を示している。ポンピングチューブ３は、内面ゴム層１３と、内面ゴム層１３の外周側に配置される補強層１４と、補強層１４の外周側に配置される外面ゴム層１５を備えている。すなわち、ポンピングチューブ３は、内面ゴム層１３及び外面ゴム層１５と、両ゴム層１３、１５の間に介在する補強層１４とを備えている。

補強層１４は、補強コード１６と、補強コード１６を被覆する被覆ゴム１７とからなっている。図３は、補強層１４における補強コード１６の断面を拡大して示した拡大断面図である。補強コード１６は、複数本のシースストランド１８を撚り合わせた、コアストランドを有しない中空構造を備えている。なお、シースストランド１８は、コアフィラメント１８ａの周囲に複数本のシースフィラメント１８ｂを撚り合わせて構成されている。

図３に示すように、本発明で使用される補強コード１６の中心部には、中空部１９が形成されており、中空部１９は被覆ゴム１７で充填されている。補強コード１６に対して外力Ａが加わった場合には、図４に示すように、シースストランド１８とともに中空部１９の被覆ゴム１７が変形し、扁平化して断面が楕円形状となる。このとき、中空部１９に存在する被覆ゴム１７がシースストランド１８のクッションとなってフレッチングの発生を防止する。

図５は、周囲が被覆ゴムで被覆され、中空部１９が被覆ゴムで充填された補強コード１６（以下、ゴム被覆コードという）の製造に用いるゴム被覆ヘッドを示す概略断面図である。ゴム被覆ヘッド２０は、補強コード１６を導入し、図示しないゴム押出機から供給された未加硫の被覆ゴムを補強コード１６に被覆して送り出す構造とされている。ゴム被覆ヘッド２０の内部には、被覆ゴムが流通する流路２１が形成されており、ゴム被覆ヘッド２０に導入された補強コード１６は、流路２１を通過して成形ダイス２２のダイス孔２３からゴム被覆コード２４として出線する構造とされている。

ゴム被覆ヘッド２０の内部において、ダイス孔２３の上流側（コード出線方向Ｂの上流側）には補強コード１６のシースストランド１８同士の間隙を拡げる扁平形状のダイス孔２５を有する間隙拡大ダイス２６が設置されている。

間隙拡大ダイス２６は、補強コード１６を挿入するダイス孔２５を有し、間隙拡大ダイス２６のダイス孔２５の中心線と、成形ダイス２２のダイス孔２３の中心線とが一直線上に位置するように配される。

ダイス孔２５の入口２９側は、補強コード１６を挿入しやすいように孔面積が広く、出口３０側に近づくにつれて孔面積が徐々に狭くなるように形成される。ダイス孔２５は、入口２９から出口３０に行くにつれて孔断面が円形状から楕円形状となるように形成される。すなわち、間隙拡大ダイス２６のダイス孔２５は、入口２９は円形状に開口しており、出口３０は楕円形状に開口される。

そして、上記形状のダイス孔２５を補強コード１６が通過することにより、補強コード１６の上下方向を縮径し、左右方向を拡径して扁平させている。すなわち、間隙拡大ダイス２６は、ダイス孔２５の高さ方向（楕円形状の短径方向）は、補強コード１６の直径よりも狭くする。また、ダイス孔２５の幅方向（楕円形状の長径方向）は、拡径された補強コード１６が接触しない程度の幅とする。

補強コード１６の扁平可能範囲は、補強コード１６の直径に対して−１０％〜−３０％程度とすることが望ましい。例えば、補強コード１６の扁平において、楕円形状時の補強コード１６の短径の長さが円形状時の補強コード１６の直径に対して−１０％以下とした場合、シースストランド１８同士の間には、十分な間隙２８が得られない。また、楕円形状時の補強コード１６の短径の長さが円形状時の補強コード１６の直径に対して−３０％以上とした場合は、補強コード１６を扁平する際にシースストランド１８同士に擦れが生じるおそれがある。

成形ダイス２２は、扁平化した補強コード１６を円形状に戻し、さらに補強コード１６に被覆ゴム１７を所望する厚みに被覆して最終寸法に成形するものである。成形ダイス２２は、ダイス孔２３を備え、ダイス孔２３の入口３１は、補強コード１６が挿入しやすいように、孔面積が広く、ダイス孔２３の出口３２に近づくにつれて孔面積が徐々に狭くなるように形成される。ダイス孔２３は、断面が円形状に形成されており、出口３２まで円形とされる。

図６は、ゴム被覆ヘッド２０に導入される前の補強コード１６を示す斜視図であり、図７はその断面図である。補強コード１６は、前述のごとく、５本のシースストランド１８を円周上に沿って並べた状態で寄り合わせたコアストランドの無い断面円形状の撚り線とされる。

上記構成の補強コード１６を用いてゴム被覆コード２４が得られる工程について説明する。先ず、図示しないゴム押出機から押出された被覆ゴムは、ゴム被膜ヘッド２０に形成された流路２１内を通って、ゴム被膜ヘッド２０に設けたダイス２２，２６に流れる。流路２１は、押出流動された高圧雰囲気の被覆ゴム１７が流入して充満している状態とされる。

ゴム被覆ヘッド２０に導入された補強コード１６は、流路２１中の高圧雰囲気の被覆ゴム１７を通り、間隙拡大ダイス２６の入口２９に挿入される。挿入された補強コード１６は、間隙拡大ダイス２６のダイス孔２５の形状に沿って、円形状から図８に示すような楕円形状に変形する。このように、間隙拡大ダイス２６においては、断面円形状の補強コード１６を、楕円形状に変形させてシースストランド１８同士の間隙２８を拡げ、この間隙２８から被覆ゴム１７を中空部１９に充填する。その後、補強コード１６は、中空部１９に被覆ゴム１７が充填された状態で間隙拡大ダイス２６の出口３０から送出される。

間隙拡大ダイス２６から送出された補強コード１６は、そのまま、成形ダイス２２の入口３１に導かれる。このとき、楕円形状に扁平された補強コード１６は、コード自身の反発力によって自然と円形状に戻り、さらに、補強コード１６の全周に所望の厚みの被覆ゴム１７が被覆され、図９に示すように、ゴム被覆コード２４として出口３２から押し出される。ゴム被覆コード２４は、補強コード１６の中空部１９が被覆ゴム１７で充填され、さらに補強コード１６の外周に一定厚みの被覆ゴム１７が被覆される。

このようにして得られたゴム被覆コード２４を用いてポンピングチューブを製造する一例について説明すると、マンドレルの外周に未加硫の内面ゴム層を形成し、その外周にゴム被覆コード２４を螺旋状に巻きつける。このとき、使用するゴム被覆コード２４は１本でもよいし、ゴム被覆コード２４を複数本配列させてテープ状とし、コード入りゴムテープを内面ゴム層１３の外周に巻きつけることも可能である。

ゴム被覆コード２４は、ポンピングチューブの軸線に対し、所定の成形角度でコード方向が交差するように、交互に複数層巻きつけられる。本実施形態では補強層１４は、ゴム被覆コード２４からなるコード入りゴムテープを２層巻き付けた２層構造とされている。

ゴム被覆コード２４を巻き付けた後、その外周に未加硫の外面ゴム層１５を形成し、加硫することにより、ポンピングチューブを得ることができる。

コアストランドを有しない、シースストランドのみからなる中空構造の補強コードと、コアストランドを有する補強コードとを使用して実際にポンピングチューブを製造し、スクイーズ式ポンプに搭載して稼動させたときの燃料費とチューブ温度とを評価した。

補強コードとしては、スチールコードを使用した。具体的な構造としては、図７に示したものと同じ構造（５×７×０．１７５）のコアストランドを有しない中空構造の補強コード（コード径：１．４ｍｍ、切断荷重：２２００Ｎ、単位質量：６．７ｇ／ｍ、撚ピッチ：１３．５ｍｍ）を用いてポンピングチューブを作製し、これを発明品とした。

一方、コアストランドの周囲にシースストランドを配置した構造（７×７）の補強コード（コード径：１．５ｍｍ、切断荷重：２２００Ｎ、単位質量：８．０ｇ／ｍ、撚ピッチ：１３．５ｍｍ）を用いてポンピングチューブを作製し、これを比較品とした。

上記２種類の補強コードに被覆ゴムを被覆するにあたっては、発明品は実施形態で説明した間隙拡大ダイス及び成形ダイスを備えたゴム被覆ヘッドを使用し、比較品は間隙拡大ダイスを有さず、成形ダイスのみ備えた通常のゴム被覆ヘッドを使用した。

補強コードに被覆する被覆ゴムとしては、天然ゴム１００％を使用（硬度：７５度）し、成形ダイス温度８５℃で補強コードの引き出し速度２０ｍ／ｍｉｎとした。ゴム被覆ヘッド内のゴム圧は２０ＭＰａであった。このようにして、厚さ２．２ｍｍのコード入りゴムテープを作製した。

次に、ポンピングチューブを、内径がφ１００、全長３３００ｍｍ、内面ゴム層（天然ゴム、硬度６０度）厚み１５ｍｍ、補強層として内面ゴム層の外周に上記ゴムテープを２層巻きつけ、さらにその外周に外面ゴム層を厚みが２ｍｍになるように形成して加硫することにより作製した。

上記ポンピングチューブをドラム径φ１３００ｍｍのケーシング内にセットし、通常条件である４０ｍ³／ｈ、圧力１．２ＭＰａにて生コンクリートを圧送したときの使用燃料量を比較した。より詳しく説明すると、上記スクイーズ式ポンプは、軽油を燃料として、エンジンを駆動させ、その駆動力によってロータを回転させている。そこで、発明品及び比較品をそれぞれスクイーズ式ポンプに使用し、生コンクリートの吐出能力を同じに揃えたときに、スクイーズ式ポンプを駆動させるのに必要な軽油の量がどの程度変化するのかを評価した。その結果、発明品を使用したときのポンプの軽油使用量は、比較品を使用したときに比べて１５％減少した。

次に、発明品及び比較品をポンピングチューブとしてそれぞれスクイーズ式ポンプにセットし、ポンプを駆動させたときのポンピングチューブの温度を比較評価した。具体的には、一定時間ポンプを稼動した後、運転を停止し、ケーシング内１２時方向におけるゴムパッドとポンピングチューブの間の温度を測定した。

その結果、発明品及び比較品ともに、ポンプ駆動開始からポンピングチューブの温度が上昇し、駆動開始から１時間経過した時点では両者とも一定温度となった。このときの温度は、発明品で７０℃、比較品で８０℃であり、発明品の方が１０℃低くなることが確認された。

本発明に係るスクイーズ式ポンプを示す概略図 図１におけるポンピングチューブを示す図であり、上半分は断面図を、下半分は一部破断平面図を示す。 図２におけるポンピングチューブの補強層における補強コードを示す拡大断面図 図３の補強コードが変形した状態を示す拡大断面図 補強コードの中空部にゴムを充填するためのゴム被覆ヘッドを示す概略断面図 ゴム被覆前の補強コードの斜視図 ゴム被覆前の補強コードの断面図 間隙拡大ダイスを通過する補強コードの状態を示す断面図 ゴム被覆ヘッドから出線されるゴム被覆コードを示す断面図 従来使用されている補強コードを示す断面図

符号の説明

１ ケーシング
２ ゴムパッド
３ ポンピングチューブ
４ ロータ
５ コーラ
６ 吸入側開口
７ 吐出側開口
８ 吸入口
９ 吐出口
１０ ホッパー
１１ コンクリート移送管
１３ 内面ゴム層
１４ 補強層
１５ 外面ゴム層
１６ 補強コード
１７ 被覆ゴム
１８ シースストランド
１９ 中空部
２０ ゴム被覆ヘッド
２１ 流路
２２ 成形ダイス
２３ ダイス孔
２４ ゴム被覆コード
２５ ダイス孔
２６ 間隙拡大ダイス
２８ 間隙
２９、３１ 入口
３０、３２ 出口

Claims (2)

1. 円筒状のケーシングの内周面に、湾曲させたポンピングチューブを内接させ、前記内周面の中心と同心に設置された回転体を回転させることで、該回転体により前記ポンピングチューブを長さ方向に順次圧迫してチューブ内の流動体を吐出させるスクイーズ式ポンプにおいて、前記ポンピングチューブは、内面ゴム層及び外面ゴム層と、該両ゴム層の間に介在する補強層とを備え、前記補強層は、補強コードと、該補強コードを被覆する被覆ゴムとからなり、前記補強コードは、複数本のシースストランドを撚り合わせた中空構造を有し、前記補強コードの中空部がゴムで充填されたことを特徴とするスクイーズ式ポンプ。
2. 前記補強コードが、コアストランドを有しないことを特徴とする請求項１記載のスクイーズ式ポンプ。
   

Images