JP3820317B2 - スクイズ式ポンプ及びそれに用いる弾性チューブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は生コンクリート等のスラリーを移送することができるスクイズ式ポンプに係わり、さらに詳しくは挟圧ローラにより扁平状に挟圧される弾性チューブの改良された構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクイズ式ポンプにおいては、横円筒ドラムの内周面に弾性チューブが横Ｕ字状に配設され、ドラムの中心部に貫通支持した駆動軸に対し１８０度隔てた位置に一対の支持アームが同期回転可能に取り付けられている。両支持アームの先端部には支持軸及びベアリングを介して前記弾性チューブを左右両側方から挟圧しつつ偏平状に弾性変形する一対の挟圧ローラが支持されている。そして、先行する一対の挟圧ローラが円弧状の弾性チューブの挟圧を開始すると、両ローラに関して先行するチューブ内のコンクリートがローラの公転方向に移送される。又、後続の一対の挟圧ローラが弾性チューブを挟圧して公転されると、先行する挟圧ローラと後続の挟圧ローラとの間の弾性チューブ内のコンクリートが閉じ込み状態で前記公転方向に移送され、コンクリートのポンプ作用が継続して行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスクイズ式ポンプにおける弾性チューブの外径は１６０〜１６５ｍｍ、内径は１２０〜１４５ｍｍ、肉厚は、１０〜２０ｍｍの範囲に設定されている。これは、外径に対する内径の寸法比が０．７３〜０．９１の範囲内で設定されていることになる。従って、挟圧ローラにより弾性チューブの挟圧を開始した直後に弾性チューブ自身の弾発力が弱いので、弾性チューブが左右一対の挟圧ローラ間の正規の位置へ進入できず、ドラムの内周面側に押し付けられる恐れがあった。
【０００４】
すなわち、図１４に示すように、弾性チューブ６１の一部は両挟圧ローラ６２の間に入るが大半はドラム６３の内周面側に向かって押圧変形された状態になる。この状態で挟圧ローラ６２がさらに公転して弾性チューブ６１をローラ６２間に取り込もうとするが、一旦扁平状になった弾性チューブ６１の弾発力が小さいので、それを両ローラ６２により強制的に取り込まざるを得ない。この結果、弾性チューブ６１がローラ６２によって局部的に早期に摩耗するという問題が生じる。
【０００５】
この発明の目的は上記従来の問題点を解消して、弾性チューブの挟圧ローラによる挟圧開始時に、挟圧ローラの間の正規の位置で確実に挟持することができる弾性チューブを備えたスクイズポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、弾性チューブを複数対のローラで挟圧して弾性変形させながら、各対の挟圧ローラを移動させることにより、弾性チューブを介してスラリーを搬送するようにしたスクイズ式ポンプであって、
円筒状のドラムと、
前記弾性チューブは前記ドラムの内周面に沿って配設されていることと、
前記ドラムの中心部に支持された駆動軸と、
前記駆動軸に片持ち支持された複数対の支持軸と、
各支持軸上において前記挟圧ローラを回転可能に支持するベアリングとを備え、
前記弾性チューブは外径、内径及び肉厚を有し、外径φ1 に対する内径φ2 の寸法比（φ2 ／φ1 ）を０．５６〜０．７２に設定し、かつ肉厚ηを、２３〜３５ｍｍに設定し、
前記弾性チューブは前記ドラムの内周面に沿って配置されたときに楕円形の断面形状を有し、その楕円形断面の長径（Ｄ１）に対する短径（Ｄ２）の割合、即ち扁平率が９０％以上になるように、前記ドラムの中心から弾性チューブの中心軸線までの距離、即ち曲げ半径（Ｒ）が次式に従って設定されているスクイズポンプ。
Ｒ＝ｋ３×（φ２＋η）×（φ２／η）
但し、ｋ３∝（１／Ｇ）、ｋ３は０．８〜１．２の常数、Ｇは弾性チューブの剛性。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１のスクイズポンプはさらに、円筒状のドラムと、前記弾性チューブは前記ドラムの内周面に沿って配設されていることと、前記ドラムの中心部に支持された駆動軸と、前記駆動軸に片持ち支持された複数対の支持軸と、各支持軸上において前記挟圧ローラを回転可能に支持するベアリングとを備えている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
最初に、図６，７によりスクイズ式ポンプの全体構成を説明すると、図６に示すように、横円筒状のドラム１１は図示しない搬送用台車に固定されている。このドラム１１の左端部には図７に示すように、側板１２が一体状に取り付けられ、その外側面には補強リブ１３が溶接されている。又、ドラム１１の右端開口部には蓋板１４がボルトにより固定されている。この蓋板１４の中心部に形成した開口部には取付プレート１５を介して油圧モータ１６が固定されている。このモータ１６の駆動軸１７は前記ドラム１１内の中心部に延出され、その先端部は側板１２の中心部に対しラジアルベアリング１８により支持されている。
【００２４】
前記駆動軸１７の中間部には図６に示すように支持アーム１９が互いに１８０度隔てて直線状に延びるように連結され、両支持アーム１９の先端部左右両側面には図７に示すようにそれぞれ支持軸２０が平行状態でボルト２１により締め付け固定されている。前記各一対の支持軸２０には弾性チューブ２４を挟圧するための挟圧ローラ２２が回転可能にそれぞれ支持されている。
【００２５】
前記ドラム１１の内周面には図６に示すように半円弧状のサポーター２３が溶接等により固定されている。このサポーター２３の内周面に沿うように、ゴムよりなる弾性チューブ２４が装設されていて、その吸入側端部２４１はドラム１１の上部から水平に導出され、吸入配管を通して図示しないコンクリートのホッパーに接続されている。又、弾性チューブ２４の吐出側端部２４２はドラム１１の下部から水平に導出されていて、図示しない吐出配管を接続することにより、コンクリートを工事現場に供給可能である。なお、２５は弾性チューブをガイドするための部材である。
【００２６】
前記駆動軸１７には該軸の軸線方向に所定間隔をおいて多角形状をなす一対の取付プレート２６が溶接等により互いに平行に固定されている。これらの取付プレート１６の各角部間には弾性チューブ２４の内周表面に接触して偏平状態のチューブを円筒状に復元するためのローラ２７がそれぞれ回転可能に支持されている。
【００２７】
さらに、前記両取付プレート２６の側面には複数箇所に支持アーム２８が互いに平行に支持され、各アーム２８には弾性チューブ２４の左右両側面の位置規制を行う位置規制ローラ２９がそれぞれ回転可能に支持されている。
【００２８】
次に、本願発明の要部である弾性チューブ２４の構成について説明する。
この弾性チューブ２４は、図２に示すように、ゴム製の円筒状をなすチューブ本体４０と、該本体４０内に複数層に、かつ同心状に埋設された第１〜４の補強層４１，４２，４３，４４とにより構成されている。チューブ本体４０の材質としては耐摩耗性、耐候性のゴムが用いられている。このゴムは、例えば、表１のような組成である。
【００２９】
【表１】

又、補強層４１〜４４は、図３に示すように、ナイロン糸４５を複数本同一面に互いに接触しないように配置してトッピングにより各ナイロン糸４５をゴム４６で包蔵して平板状に形成した長尺の化繊コード４７を使用している。ナイロン糸４５としてナイロン６あるいはナイロン６６が用いられ、ゴム４６として天然ゴムあるいはスチレン・ブタジエンゴムなどが用いられる。この化繊コード４７の厚さは０．６〜１．２ｍｍ、幅は２００〜５００ｍｍに設定されている。第１及び第２の補強層４１，４２の化繊コード４７は例えば時計回りと反時計回り方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられ、同様に第３補強層４３と第４補強層４４も化繊コード４７の螺旋巻き回方向が逆となっている。
【００３０】
又、図１に示す弾性チューブ２４の外周面２４４の直径（以下外径φ₁ という）と、内周面２４３の直径（以下内径φ₂ という）との寸法比（φ₂ ／φ₁ ）を、０．５６〜０．７２とし、挟圧ローラ２２による弾性チューブ２４の挟圧開始初期にチューブ２４を適正に挟圧するようにしている。この寸法比の設定の根拠を以下に説明する。
【００３１】
例えば、弾性チューブ２４の外径φ₁ を１５９．０ｍｍ、内径φ₂ を１０１．６ｍｍに設定した第１弾性チューブと、外径φ₁ を１６５．０ｍｍ、内径φ₂ を１０５．０ｍｍに設定した第２弾性チューブを用いてコンクリートの移送試験を行った。その結果、いずれの弾性チューブを用いても、挟圧ローラによる弾性チューブの適正な挟圧が行われることが分かった。（表２参照）又、第２〜第６の弾性チューブにおいて、弾性チューブの外径φ₁ を１５９．０ｍｍ又は１６５．０ｍｍに設定し、弾性チューブ２４の肉厚ηを、２３．０〜３５．０ｍｍに設定した場合にも、適正な挟圧が行われることが分かった。
【００３２】
【表２】

従って、弾性チューブにおける好適な寸法比（φ₂ ／φ₁ ）は、０．５６〜０．７２である。さらに、好ましい寸法比（φ₂ ／φ₁ ）は、０．６０〜０．６８である。弾性チューブの肉厚ηは、２３〜３５ｍｍが望ましく、２８．７〜３０．０ｍｍであれば、さらに望ましい。
【００３３】
表２において、第７〜第１０の弾性チューブは従来例を示す。これらの弾性チューブの外径は１６０〜１６５ｍｍ、内径は１２０〜１４５ｍｍ、肉厚が７．５〜２２．５ｍｍの場合である。この場合、弾性チューブの外径に対する内径の寸法比は、０．７３〜０．９１である。
【００３４】
弾性チューブ２４の肉厚ηが３５ｍｍ以上になると、補強層４１，４２，４３，４４とゴム本体４０との接着面が剥離し易くなる。肉厚ηが２３ｍｍ以上必要な理由は、弾性チューブ２４が扁平状態からの復元力を必要とし、加熱による剥離を防止するためである。
【００３５】
さらに、図３に示すように、最内側の第１補強層４１とチューブ２４の内周面２４３との間のゴム層の肉厚γは、１０〜１５ｍｍに設定されている。このように設定することにより、図４に示すように、弾性チューブ２４内に異物４８を噛み込んだ場合に、弾性チューブ２４の第１補強層４１が異物４８により切断されないようにしている。
【００３６】
次に、前記のように構成したスクイズ式ポンプについて、その動作を説明する。
図７に示すモータ１６の駆動軸１７が回転されると、支持アーム１９、挟圧ローラ２２、復元ローラ２７及び位置規制ローラ２９等は同期して公転する。この公転により弾性チューブ２４の左右両側面が左右一対の挟圧ローラ２２により挟着され、両ローラ２２はチューブ２４を図７及び図８に示すように挟着して偏平状に変形しつつ公転するので、チューブ２４内のコンクリートは吸入側端部２４１から出口側端部２４２に向かって移送される。
【００３７】
次に、図６及び図９に示すように、この実施形態の弾性チューブ２４はドラム１１の内周面に沿って半円弧状に湾曲するように装着されている。その装着時における弾性チューブ２４の曲げ半径Ｒ、つまりドラム１１の中心Ｏ₁ から弾性チューブ２４の中心軸線Ｏ₂ までの距離Ｒの設定方法について説明する。
【００３８】
弾性チューブ２４は直管状態ではその横断面は、真円であるが、図９に示す折り曲げ状態では、図１０に示すように楕円形となる。この楕円形状の内周面２４１の長径Ｄ₁ は図１０の横断面においてドラム１１の内面と平行で、短径Ｄ₂ は該内面に直交する。前記長径Ｄ₁ と短径Ｄ₂ の比、つまり［（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）×１００］を弾性チューブの扁平率τ（％）とすると、この扁平率τが小さくなるほどポンプの吸込量を低下させる。又、弾性チューブ２４は図９に示すように、湾曲されると該チューブ２４のドラム１１に接触する外側縁が引っ張られ、ドラム１１から離れた内側縁が圧縮される。従って、前記曲げ半径Ｒが小さくなって、扁平率τが下がり弾性チューブ２４の降伏点（復元限界）を過ぎると、該チューブ２４の内側縁が挫屈応力Ｔ、つまりチューブ２４の降伏点（復元限界）を越えて図９の鎖線Ｈで示すように挫屈に至る。
【００３９】
従って、この実施形態では、前述した弾性チューブ２４の吸込量の減少率ΔＳを１０％以下に保持するとともに、弾性チューブ２４の挫屈現象を防止するために、その扁平率τを
τ＝［（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）×１００］≧９０％・・・（１）
となるように設定している。
【００４０】
弾性チューブ２４の扁平率τを（１）式の関係に保持する場合、弾性チューブ２４の曲げ半径Ｒと、弾性チューブ２４の肉厚η、剛性Ｇ、外径φ₁ 、内径φ₂ の寸法比（φ₂ ／φ₁ ）等を考慮する必要がある。前記弾性チューブ２４の剛性Ｇは、第１〜第４補強層４１〜４４の層数Ｎと螺旋巻回角度α（図９に示すように中心軸線Ｏ₂ と平行な直線に対する補強層４１〜４４の傾斜角度）により決定される剛性、弾性チューブの肉厚η、ゴムの硬度Ｈｓ等によって決定される。
【００４１】
ここで、（１）式の関係を考慮して弾性チューブ２４の内径φ₂ と曲げ半径Ｒとの関係を実験により求めたところ、図１１のグラフのようになった。このグラフから明らかなように、弾性チューブ２４の内径φ₂ に対する曲げ半径Ｒの比は、Ｒ／φ₂ ≒４．０となるが、安全率をみてＲ／φ₂ ≒５．０に設定するのが望ましい。
【００４２】
弾性チューブ２４の挫屈応力Ｔは、弾性チューブ２４が曲げ半径Ｒに湾曲されると、真円を楕円に変形させる外力Ｗ（kg）がチューブ２４の中心軸線に対する法線方向に発生する。このとき、弾性チューブ２４自体にこれに耐えようとする力、即ち挫屈応力Ｔ（kg）が発生する。前記外力Ｗが挫屈応力Ｔよりも大きくなる時の曲げ半径Ｒが挫屈曲げ半径Ｒ１であり、その時の挫屈応力Ｔが限界挫屈応力である。
【００４３】
前記挫屈応力Ｔは、次の式（２）で表され、弾性チューブ２４の剛性Ｇは、式（３）で表される。
Ｔ＝ｋ１×（ηⁿ ／φ₂ ^m ）×Ｇ^r ・・・（２）
Ｇ＝ｋ２×Ｎ×Ｅ・・・（３）
但し、ｋ１，ｋ２は定数、指数ｎ，ｍ，ｒは実験的に求められる数値、Ｎは補強層４１〜４４の層数、Ｅは補強層４１〜４４の材質、繊維の太さ、エンド数（１インチの長さ中に存在する繊維の本数）によって実験的に決められる定数である。
【００４４】
又、補強層４１〜４４の螺旋巻回角度αは、チューブ２４の湾曲特性に影響を与える要素であり、螺旋巻回角度αが零度では、チューブは曲がり難く、挫屈し易いがチューブ内圧によって同チューブが軸方向に伸び難い。一方、螺旋巻回角度αが９０度ではチューブは容易に曲がり挫屈し難いが、チューブ内圧によって同チューブが軸方向に伸び易い。このため、螺旋巻回角度αは通常５０〜７０度の範囲に設定される。この螺旋巻回角度αの５４度５５分が内圧による軸方向と径方向の力がバランスのとれる静止角である。
【００４５】
図１２に示すグラフは、３８ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ及び１００ｍｍの内径φ₂ を有する複数の弾性チューブ２４を製造し、それぞれの曲げ半径Ｒと扁平率τの関係をプロットしたものである。弾性チューブの曲げ半径Ｒは上記のプロットから求められ、次の実験式（４）で表される。
【００４６】
Ｒ＝ｋ３×（φ₂ ＋η）×（φ₂ ／η）・・・（４）
但し、ｋ３∝（１／Ｇ）・・・（５）
上記の実験式（４）から明らかなように、チューブ２４の肉厚ηが同じで、かつ扁平率τが同じでも、前記（３）式において補強層４１〜４４の層数Ｎが増えれば、（５）式の剛性Ｇが大きくなり、このため定数ｋ３が下がり、曲げ半径Ｒが小さくなる。前記剛性Ｇに関与するゴムの硬度Ｈｓは通常５０〜７０゜である。又、定数ｋ３は使用されるドラム径によって変化し、通常０．８〜１．２の範囲にあると考えられる。
【００４７】
呼び径が３８ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ及び１００ｍｍの弾性チューブ２４の緒元を基に、前述した扁平率τを表す（１）式を満足し、実験式（４）から設計された弾性チューブ２４の曲げ半径Ｒの計算値、実寸値及び扁平率τの数値を表３に示す。なお、ドラム１１の内周面の半径は前記曲げ半径Ｒの実寸値に弾性チューブの外径φ₁ の２分の１を加算した半径となるように設定される。
【００４８】
【表３】

上記の表３から明らかなように、前記補強層の層数は４層〜６層が望ましく、２層〜８層でもよい。なお、表３においてｋ３は、例えば呼び径が３８ｍｍの場合、ドラム半径１２８．３を計算値１５２．４ｍｍで除算した値（≒０．８４）となる。呼び径が５０ｍｍの場合、ｋ３は（≒１．０３）となる。
【００４９】
次に、前記のように構成された実施形態の各構成に基づく作用効果を列記する。
・前記実施形態では、前記弾性チューブ２４の外径φ₁ と内径φ₂ の寸法比（φ₂ ／φ₁ ）を０．５６〜０．７２に設定し、弾性チューブ２４の肉厚ηを、２３〜３５ｍｍに設定した。このため、挟圧ローラ２２が弾性チューブ２４の挟圧を開始する際、ドラム１１の内周面側に押圧されて扁平状になることはなく、弾性チューブ２４が正規の挟圧位置に挟み込まれる。従って、弾性チューブ２４が局部的に過大な応力を受けて損傷することはなく、チューブの耐久性を向上することができる。
【００５０】
・前記実施形態では、寸法比（φ₂ ／φ₁ ）を０．６０〜０．６８の範囲に設定した。このため、弾性チューブ２４がローラの正規の挟圧位置にさらに円滑に挟み込まれ、チューブの耐久性を向上することができる。
【００５７】
・前記実施形態では、前記弾性チューブの扁平率を９０％以上になるように、ドラムの曲げ半径Ｒを設定し、この曲げ半径Ｒを前記式（４）により設定した。このため、弾性チューブ２４の挫屈を防止して耐久性を向上することができる。
【００５８】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、次のように具体化することもできる。
・図１３に示すように、弾性チューブ２４の第１〜第４の補強層４１〜４４に加えて、第５，６の補強層５１，５２を設けたり、補強層を図示しないが、１層、２層、あるいは３層にしたり、７層以上にしたりしてもよい。
【００５９】
・弾性チューブ２４の本体４０をニトリルゴム（アクリロニトリル−ブタジエン共重合体）、スチレンゴム（スチレン−ブタジエン共重合体）、アクリルゴム（アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体）、ポリエチレンゴム（クロロスルホン化ポリエチレン）、ポリウレタンゴム等により形成してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１又は２記載の発明は、挟圧ローラによる弾性チューブの挟圧開始時に、挟圧ローラの間の正規の位置で弾性チューブを確実に挟持することができるとともに、弾性チューブの挫屈を防止して耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のスクイズ式ポンプに用いられる弾性チューブの部分横断面図。
【図２】 弾性チューブの部分断面図。
【図３】 弾性チューブの部分拡大断面図。
【図４】 弾性チューブの異物噛み込み状態を示す部分断面図。
【図５】 弾性チューブの挟圧初期の状態を示す断面図。
【図６】 スクイズ式ポンプの正断面図。
【図７】 図６のＩ−Ｉ線断面図。
【図８】 一対の挟圧ローラの組み付け状態を示す部分断面図。
【図９】 弾性チューブの湾曲状態を示す正面図。
【図１０】 弾性チューブの横断面図。
【図１１】 弾性チューブの内径と曲げ半径の関係を示すグラフ。
【図１２】 弾性チューブの曲げ半径と扁平率との関係を示すグラフ。
【図１３】 弾性チューブの別例を示す部分断面図。
【図１４】 従来のスクイズ式ポンプの部分断面図。
【符号の説明】
１１…ドラム、１７…駆動軸、１９…支持アーム、２０…支持軸、２２…挟圧ローラ、２４…弾性チューブ、２４３…外周面、２４４…内周面、４０…チューブ本体、φ1 …弾性チューブ２４の外径、φ2 …弾性チューブ２４の内径、η…弾性チューブ２４の肉厚。

Claims (2)

1. 弾性チューブを複数対のローラで挟圧して弾性変形させながら、各対の挟圧ローラを移動させることにより、弾性チューブを介してスラリーを搬送するようにしたスクイズ式ポンプであって、
   円筒状のドラムと、
   前記弾性チューブは前記ドラムの内周面に沿って配設されていることと、
   前記ドラムの中心部に支持された駆動軸と、
   前記駆動軸に片持ち支持された複数対の支持軸と、
   各支持軸上において前記挟圧ローラを回転可能に支持するベアリングとを備え、
   前記弾性チューブは外径、内径及び肉厚を有し、外径φ1 に対する内径φ2 の寸法比（φ2 ／φ1 ）を０．５６〜０．７２に設定し、かつ肉厚ηを、２３〜３５ｍｍに設定し、
   前記弾性チューブは前記ドラムの内周面に沿って配置されたときに楕円形の断面形状を有し、その楕円形断面の長径（Ｄ１）に対する短径（Ｄ２）の割合、即ち扁平率が９０％以上になるように、前記ドラムの中心から弾性チューブの中心軸線までの距離、即ち曲げ半径（Ｒ）が次式に従って設定されているスクイズポンプ。
   Ｒ＝ｋ３×（φ２＋η）×（φ２／η）
   但し、ｋ３∝（１／Ｇ）、ｋ３は０．８〜１．２の常数、Ｇは弾性チューブの剛性。
2. 請求項１のスクイズポンプはさらに、
   前記駆動軸に取り付けられた取付けプレートと、
   前記取付けプレートに片持ち支持された複数の支持アームと、
   各支持アームに回転可能に支持され、弾性チューブとの係合により、その位置を規制する規制ローラと、
   前記取付けプレートに装着され、前記挟圧ローラによって圧縮された弾性チューブを復元させるための復元ローラと
   を備えるスクイズポンプ。

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