JP4527422B2 - ゴムチューブ - Google Patents

Description

本発明は、例えば生コンクリートの圧送に使用されるポンピングチューブなどのゴム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スラリーの圧送に使用するポンピングチューブとして、ゴムチューブを採用することが多い。このようなゴムチューブは、内層ゴムを外側から補強繊維層および外層ゴムで保護した構造とすることにより、その強度や耐久性を高めることがあり、さらに内層ゴムや外層ゴムを補強する技術が開示されている。

例えば、特許文献１は、ゴムホース（ゴムチューブ）の内層ゴムを有機短繊維複合ゴムとして、その短繊維をホースの長手方向に対し４０°〜６０°の角度で傾斜させて配置することにより、ゴムホースの曲げ特性を阻害することなく、耐摩耗性および耐カット性の向上を図っている。また、特許文献２は、ゴムチューブの外層ゴムに、ゴムチューブの長手方向に配列するように短繊維を埋設することにより、ゴムローラの強圧摺動作用に対する抵抗性を大きくしている。
実開平６−６８６５号公報（段落番号００１３） 実開平４−８４７８０号公報（第７頁第３行〜第９行）

ところが、特許文献１や特許文献２のように、ゴムチューブの種々の性能を高める場合であっても、その性能の要求レベルの高い部位に着目して性能を設定し、これに他の部位の性能を合わせることにより、全長に渡って一定の性能に設定している。そのため、チューブ長さ方向の位置に応じて要求性能が異なる場合には、いずれかの部位で要求される性能を高めることにより、他の部位で要求される性能を損うおそれがある。

本発明は、チューブ長さ方向の位置ごと異なる要求性能に合わせて性能設定が可能なゴムチューブを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、円筒状未加硫ゴムを加硫成形することを前提として、チューブ長さ方向に異なるゴム硬さに設定したゴムチューブを提供するものである。この構成によれば、チューブ長さ方向の各位置に応じて異なる性能に設定することができる。これにより、チューブ長さ方向の位置に応じて要求される性能が異なる場合に、いずれかの部位で求められる性能を高めるようにゴムチューブを構成しても、他の部位で求められる性能を損なうことを防止することができる。

ゴムチューブは、ポンピングチューブなどの種々の用途に使用することができ、その用途に応じて、例えば内層ゴムの外周側に補強繊維層や外層ゴムを設けた構造とすることができる。すなわち、本発明は、円筒状の内層ゴムの外周側に少なくとも補強繊維層を設けた構造を前提として、その内層ゴムをチューブ長さ方向に異なるゴム硬さに設定したゴムチューブとしてもよい。

ゴムチューブをポンピングチューブとしてスクイーズ式ポンプに装備する場合、ポンプケースに内装するチューブ長さ方向中央をポンプケースの内周面に沿って湾曲させて湾曲部とし、チューブ長さ方向両端をポンプケースの内部から外部に延設して吸入部および吐出部とする。その湾曲部の湾曲内側からローラを押圧転動自在とすることにより、ローラで湾曲部を押し潰しながら湾曲部内のスラリーを吐出部に送って吐出可能とする。また、ポンプケースの内圧を略真空に設定することにより、押し潰された湾曲部の復元力を高め、潰れた状態の湾曲部を復元させることによって吸入部から新たなスラリーを吸入可能とする。

吸入部および吐出部の内層ゴムの硬さ（Ｈｓ）を湾曲部の内層ゴムの硬さ（Ｈｓ）よりも１０〜３０の範囲で高く設定すれば、湾曲部に求められる性能を高めつつ、吸入部および吐出部の剛性を高めることができる。

ここで、ゴム硬さはＪＩＳ Ｋ ６３０１に規定されたスプリング式Ａ型試験機により定義される硬さである。また、湾曲部に求められる性能としては、ローラの押し荷重の増大を防止する柔軟性や、押し潰しの繰り返しに耐え得る耐屈曲疲労性、高圧のスラリーによる摩耗を遅らせる耐摩耗性などを例示できる。

つまり、チューブ全体の５０％以上を構成すると共に最も過酷な状態におかれる湾曲部の性能を高めるには、内層ゴムを中硬度のゴムから形成するのが好ましいが、内層ゴム全体を中硬度のゴムから形成すると、吸入部および吐出部の剛性が低くなる。これにより、吸入部および吐出部に、ローラの転動による湾曲部の潰れの伝搬や、チューブ長さ方向への引張による縮径などの変形が生じやすく、吸入部および吐出部とチューブ貫通孔の内周面との間にできた隙間から空気が流入する。

これに対して、湾曲部の内層ゴムを強度および伸びの大きい中硬度のゴムから形成して、吸入部および吐出部の内層ゴムを強度が大きく伸びの小さい高硬度ゴムから形成することにより、湾曲部に求められる性能を高めつつ、吸入部および吐出部の剛性を高めることができる。これにより、吸入部および吐出部の変形を抑えてチューブ貫通孔の内周面との密着を保って、略真空のポンプケースへの空気の流入を防止することができる。

また、吸入部および吐出部の剛性を高めることにより、吸入部および吐出部の座屈（潰れ）、ポンプケースへの固定不良、吸入部および吐出部の垂れ下がりを防止することができる。つまり、吸入部および吐出部の剛性が低い場合、略真空のポンプケースによって内圧の低下したポンピングチューブの吸入部および吐出部が外気圧によって座屈したり、ゴムが軟らかいことによるポンプケースへの固定不良を生じたり、チューブ端部が垂れ下がってポンプケースに装着しにくくなったりするが、吸入部および吐出部の剛性を高めることにより、これらの不具合を解消することができる。

さらに、吸入部および吐出部の内層ゴムを湾曲部の内層ゴムよりも硬く設定することにより、過酷な状態におかれる湾曲部の内層ゴムを高価な耐摩耗性ゴムから形成し、吸入部および吐出部の内層ゴムを安価なゴムから形成することができる。つまり、ローラの転動により押し潰される湾曲部の内層ゴムは、一般的に高圧のスラリーによって摩耗しやすく、硬さ（Ｈｓ）が５５〜６５程度の耐摩耗性ゴムの採用が求められるが、ローラによる押し潰し変形がなく摩耗しにくい両端の吸入部および吐出部には、充填材を多く含む硬く安価なゴムを採用することができる。

このゴムチューブを成形するには、両端部と中央部とで原料の異なる円筒状未加硫ゴムを形成してこれを加硫成形すればよい。円筒状未加硫ゴムを形成するには、円筒状に押出成形した原料の異なる複数の未加硫ゴムを接合したり、未加硫ゴムを円筒状に押出成形する途中で原料を切り替えたりしてもよいが、押出成形したリボンゴムをマンドレル（芯金）に巻き付ける手法を採用し、リボンゴムを押出成形する途中でその原料を切り替えるようにすれば好適である。

すなわち、本発明は、押出機に原料を供給して未加硫ゴムからなるリボンゴムを押出成形しながら、リボンゴムをマンドレルの周りに螺旋状に巻き付けて円筒状未加硫ゴムを構成し、この円筒状未加硫ゴムを加硫成形することにより、ゴムチューブを製造することを前提として、押出機に供給する原料を切り替えることにより、チューブ長さ方向の両端部と中央部とで異なるゴム硬さに設定するゴムチューブの製造方法を提供する。

この構成によれば、原料を切り替える際に異なる原料が混ざり合いながら一体化するので、材質界面の生成を防止して異なる材料間の剥離などを防ぐことができる。また、マンドレルにリボンゴムを巻き付けるので、材質を切り替える部分に段差ができることを防止し、材質を周方向にほぼ均一にすることができる。

また、円筒状未加硫ゴムを内層未加硫ゴムとして、その外周側に少なくとも補強繊維層を配置した後、内層未加硫ゴムを加硫成形することにより、内層ゴムの外周側に補強繊維層や外層ゴムを設けた構造のゴムチューブを製造するようにしてもよい。

以上のとおり、本発明によると、ゴムチューブを各部位ごとに好適な性能に設定することができるので、ゴムチューブ全体としての性能をより高めることができる。また、マンドレルにリボンゴムを巻き付けながらその材料を切り替えるので、段差や材質界面の生成などの不具合を防止してゴムチューブの品質を高めつつ、工数を減らして製造コストを安くすることができる。

以下、本発明に係るゴム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は本発明に係るゴムチューブとしてのポンピングチューブの縦断面図、図２はポンピングチューブを備えたスクイーズ式ポンプの全体断面図である。

このポンピングチューブ１は、スクイーズ式ポンプに装備されて生コンクリートなどのスラリーを吸入および吐出するものであり、内部をスラリーが流れる内層ゴム２と、内層ゴム２を外側から保護する補強繊維層３および外層ゴム４とからなる三層構造とされる。

ポンピングチューブ１のチューブ長さ方向中央は、略円盤状のポンプケース５に内装され、１８０°向きを変えるようにポンプケース５の内周面に沿って一定の曲率で湾曲する湾曲部６とされる。

ポンピングチューブ１のチューブ長さ方向両端は、直管状とされてポンプケース５の内部からチューブ貫通孔７を貫通して外部に延設されている。このうち、ポンピングチューブ１の一端は、チューブ内にスラリーを吸入する吸入部８とされ、他端は、チューブ内のスラリーを吐出する吐出部９とされる。

なお、湾曲部６と吸入部８との境界は、図２において時計の６時に相当する位置と、チューブ貫通孔７を貫通する位置との中間に設定され、湾曲部６と吐出部９との境界は、図２において時計の１２時に相当する位置と、チューブ貫通孔７を貫通する位置との中間に設定される。

内層ゴム２は、チューブ長さ方向の位置に応じて異なる硬さに設定され、吸入部８および吐出部９の内層ゴム２の硬さ（Ｈｓ）が湾曲部６の内層ゴム２の硬さ（Ｈｓ）よりも１０〜３０の範囲で高く設定されている。例えば、湾曲部６の内層ゴム２は、そのゴム硬さ（Ｈｓ）を５０〜６５に設定され、吐出部８および吸入部９の内層ゴム２は、そのゴム硬さ（Ｈｓ）を７０〜８５に設定される。

なお、内層ゴム２は、耐摩耗性ゴムとして一般的に使用されるものであり、例えば天然ゴム、合成ゴム、あるいはこれらをブレンドしたものをベースポリマーとし、要求特性に応じて各種の薬品や補強材料、加硫薬品その他を配合してなるゴムから構成される。また、湾曲部６の内層ゴム２は、その引張強さを１８〜２３ＭＰ、破断伸びを４００〜６００％に設定され、吐出部８および吸入部９の内層ゴム２は、その引張強さを１８〜２３ＭＰ、破断伸び２００〜４００％に設定される。

ポンプケース５の内部中央には油圧モータ（図示せず）の回転軸１１が設けられ、この回転軸１１に、略長方形のロータ１２が一体回転可能に連結されている。ロータ１２の回転により、その一対のコーナー部に軸支された一対のローラ１３が、湾曲部６を湾曲内側から押圧転動するようになっている。

ロータ１２が図２における時計回り方向に回転する際、ローラ１３が時計の６時に相当する位置に至るまでに徐々に湾曲部６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湾曲部６の押圧を解除する。この間、ローラ１３が湾曲部６を押し潰しながら転動し、湾曲部６の内部のスラリーを吐出部８に送る。

ポンプケース５の内圧は略真空に設定され、ローラ１３が通過した後の押し潰された湾曲部６の復元力を高めている。この湾曲部６の復元により、吸入部９から新たなスラリーを吸い込むようになっている。

なお、ポンプケース５のチューブ貫通孔７には、ポンピングチューブ１との隙間からのポンプケース５の内部への空気の流入を阻止するためのゴムブーツ１０が取り付けられ、ポンプケース５の内圧を略真空に保つようになっている。

ゴムブーツ１０は、その長さ方向の中央がくびれた円筒状とされ、その内側をポンピングチューブ１が挿通するようになっている。ゴムブーツ１０のくびれ部は、その内径をポンピングチューブ１の外径よりも小さく設定され、ポンピングチューブ１の外周面に密着する。ゴムブーツ１０の一端は、チューブ貫通孔７の周縁からポンプケース５の外方に突出する口金に外嵌され、その外側から円筒金具で締め付けられる。ゴムブーツ１０の他端には、その変形を防ぐ円筒状金具が内嵌されている。

また、図２において、１４は左右一対のガイドローラであり、湾曲部６を両側から挟んでその蛇行（横ずれ）を阻止するものである。１５は規制ローラであり、ローラ１３の押圧転動による長さ方向の引張や圧縮によって湾曲部６がポンプケース５の内周面から浮き上がることを規制するものである。

次に、このポンピングチューブの製造方法を説明する。図３は内層未加硫ゴムを構成する様子を示す断面図である。まず、押出機に吐出部９の内層ゴム２を形成するための原料を供給して、未加硫ゴムからなるリボンゴム１６を押出成形する。このリボンゴム１６を所定の外径と長さを有するマンドレル１７の周りに螺旋状に巻き付けながらローラで圧着する。リボンゴム１６は、加温状態でかつ傾斜させて巻き付けおよび圧着するものとし、これを図３の右から左に順に重ねて吐出部用の内層未加硫ゴムＤを構成する。

吐出部９の長さに応じて押出機に所定の量の原料を供給した後、例えば原料のカーボン量やオイル量を調節することにより、押出機に供給する原料を湾曲部６の内層ゴム２を形成するためのものに切り替える。

これにより、供給した原料と押出機に存在する切替前の原料とが順次混合されて、構成される内層未加硫ゴムが図３のＣ、Ｂのように界面を生成することなく徐々に切り替わり、湾曲部用の内層未加硫ゴムＡに至る。これと同様に、押出機に供給する原料を吸入部８の内層ゴム２を形成するためのものに切り替え、両端部と中央部とで原料が異なる円筒状の内層未加硫ゴム１８を構成する。

次いで、内層未加硫ゴム１８の外側に補強繊維層３および外層未加硫ゴムを配置した後、内層未加硫ゴム１８および外層未加硫ゴムを加硫成形して、内層ゴム２、補強繊維層３および外層ゴム４からなる三層構造を構成し、内層ゴム２の硬さをチューブ長さ方向の両端部と中央部とで異なる硬さに設定したポンピングチューブ１を得る。

なお、ベースポリマー（高分子）や加硫剤加硫速度を類似な範囲に設定することにより、硬さの異なるゴム同士を同時加硫する際に、互いに離反させることなく一体化するようにする。

次に、スクイーズ式ポンプに本発明品および従来品のポンピングチューブを装備して駆動させ、両者を比較した結果を示す。

まず、本発明品および従来品のポンピングチューブについて説明する。ポンピングチューブの寸法は、本発明品も従来品も同じ寸法とし、内径φ１００、外径φ１３２ｍｍ、内層ゴム厚さ１０ｍｍ、湾曲部長さ１５７０ｍｍ（ポンプケース内半径φ５００）、吸入部長さ６００ｍｍ、吐出部長さ６００ｍｍ、全長２７７０ｍｍに設定した。

本発明品の内層ゴム２は、吸入部８および吐出部９における硬さ（Ｈｓ）を共に７３に設定し、湾曲部６における硬さ（Ｈｓ）を５７に設定した。これにより、吸入部８および吐出部９の内層ゴム２を湾曲部６の内層ゴム２よりも１６（Ｈｓ）だけ硬くした。なお、本発明品の吸入部８および吐出部９の内層ゴム２を成形するためのベースポリマーおよび加硫剤は、湾曲部６の内層ゴム２を形成するものと同じものとし、カーボンの増量によって湾曲部６の内層ゴム２よりも硬く設定するようにした。

従来品の内層ゴム２は、湾曲部６、吸入部８および吐出部９の全ての部位における硬さ（Ｈｓ）を５７に設定し、本発明品の湾曲部６の内層ゴム２と同じ硬さとした。なお、補強繊維層３および外層ゴム４は本発明品も従来品も同一として、ポンピングチューブ１の内層ゴム２による性能の違いを比較するようにした。

内層ゴム２に加硫成形するための内層未加硫ゴム１８は、本発明品も従来品も押出成形したリボンゴム１６をマンドレル１７に巻き付けることにより形成した。リボンゴム１６は、その厚さが３ｍｍ、幅が１５ｍｍの断面平行四辺形とし、マンドレル１７に対して約４５°に傾斜させて巻き付け、１０ｍｍの厚さの内層未加硫ゴム１８を連続的に形成した。また、図３におけるＤの長さを５５０ｍｍ、Ｃ、Ｂの長さの合計を１００ｍｍに設定した。

以下に、本発明品および従来品のポンピングチューブを比較した結果を示す。

ポンプケース５への装着しやすさを比較すると、従来品よりも本発明品の方が装着しやすい。つまり、従来品は、その両端の吸入部８および吐出部９の剛性が低くてダレやすく、ポンプケース５に装着しにくい。これに対し、本発明品は、吸入部８および吐出部９の剛性が高くてダレないので、ポンプケース５に装着しやすい。

耐摩耗性を比較すると、従来品よりも本発明品の方が耐摩耗性に優れている。つまり、従来品は、生コンクリートを３０００ｍ３流した時点で図２における時計の１１時に相当する部位が摩耗した。これに対し、本発明品は、吸入部８および吐出部９が変形しにくく、吸入効率および吐出効率が高いことにより、生コンクリートを５０００ｍ３流すまで摩耗しなかった。

吸入部８および吐出部９の変形しやすさを比較すると、従来品よりも本発明品の方が変形しにくい。つまり、従来品は、吸入部８のローラ１３の転動によってチューブ長さ方向に引っ張られ、その分、径方向に縮径して１００ｍｍの内径が９４ｍｍに変化した。これに対し、本発明品は、ローラ１３の転動によってチューブ長さ方向に引っ張られても、その内径が９７ｍｍにしか縮径されなかった。これにより、ポンプケース５の内圧を−６５０ｍｍＨｇにして、ローラ１３を逆転することにより、従来品がチューブ貫通孔７の内周面との隙間から真空漏れを生起したのに対し、本発明品の真空漏れは発生しなかった。

ポンプケース５への固定について比較すると、従来品よりも本発明品の方が良好に固定することができる。つまり、従来品が３ＭＰａのチューブ内圧に耐えるには、チューブ貫通孔７の口金にゴムブーツ１０を取り付けるための円筒状金具として、締め付け長さが６ｍｍの円筒状金具を要する。これに対し、本発明品は、締め付け長さが４ｍｍの円筒状金具で３ＭＰａのチューブ内圧に耐えることができる。

ローラ１３の押し荷重を比較すると、従来品の湾曲部６も本発明品の湾曲部６も十分な柔軟性を有しているため、ローラ１３の押し荷重はともに６ｋＮであった。また、従来品の湾曲部６も本発明品の湾曲部６も十分な耐屈曲疲労性を有しているため、２００時間運転でも異常は生じなかった。

上記構成によれば、ポンピングチューブ１の吸入部８および吐出部９の内層ゴム２を湾曲部６よりも硬く設定するので、チューブ両端部を高剛性に設定してダレをなくし、ポンプケース５への装着を簡単にすることができる。また、吸入部８および吐出部９の内層ゴム２が硬いので、ゴムブーツ１０と強固に密着することができる。

ローラ１３の転動により、吸入部８および吐出部９がチューブ長さ方向に引っ張られるが、その内層ゴム２が高強度かつ低伸度のゴムから形成されるので縮径されにくい。これにより、チューブ貫通孔７の内周面との間に隙間ができにくく、ポンプケース５への空気の流入（真空漏れ）が生じにくい。また、ポンプケース５の外部に延設される吸入部８および吐出部９の内層ゴム２が硬いので、ポンプケース５の略真空の内圧によりチューブ内圧が低下しても、吸入部８および吐出部９の外気圧による座屈（潰れ）が生じにくい。

大きな歪みを受けることにより他の部位よりも摩耗しやすい湾曲部６を従来と同様の耐摩耗性に優れたゴムから形成すると共に、吸入部８および吐出部９を変形しにくくして吸入効率および吐出効率を高めることにより、耐摩耗性を向上させることができる。

吸入部８および吐出部９の内層ゴム２を従来よりも硬く設定するが、湾曲部６の内層ゴム２は従来品と同じ性能に設定するようにしている。これにより、ローラ１３の押し荷重を増加させることなく従来品と同じ大きさの押し荷重に設定すると共に、従来品と同じ耐屈曲疲労性に設定することができる。

また、押出成形したリボンゴム１６をマンドレル１７に螺旋状に巻き付けて内層未加硫ゴム１８形成するので、押出機に供給する原料を切り替えることにより、湾曲部６と吸入部８および吐出部９とを異なる特性のゴムで形成することができる。この場合、切替前後の原料を押出機中で混合しながら徐々に切り替えるので、吸入部８および湾曲部６間や、湾曲部６および吐出部９間の内層ゴム２の切り替わり部分を界面のない状態に連続的に形成することができる。

本発明に係るゴムチューブとしてのポンピングチューブの縦断面図 ポンピングチューブを備えたスクイーズ式ポンプの全体断面図 内層未加硫ゴムを構成する様子を示す断面図

符号の説明

１ ポンピングチューブ
２ 内層ゴム
５ ポンプケース
６ 湾曲部
８ 吸入部
９ 吐出部
１３ ローラ
１６ リボンゴム
１７ マンドレル
１８ 内層未加硫ゴム

Claims (1)

1. 円筒状の内層ゴムの外周側に少なくとも補強繊維層を設けてなり、
   内圧を略真空に設定されたスクイーズ式ポンプのポンプケースに内装され、湾曲内側からローラを押圧転動自在にポンプケースの内周面に沿って湾曲するチューブ長さ方向中央の湾曲部と、
   ポンプケースの内部から外部に延設され、スラリーを吸入又は吐出するチューブ長さ方向両端の吸入部および吐出部と、
   からなるポンピングチューブとして使用されるゴムチューブにおいて、
   前記内層ゴムは、前記湾曲部と吸入部および吐出部とを異なる性能に設定するよう、前記吸入部および吐出部における内層ゴムのゴム硬さ（Ｈｓ）が湾曲部における内層ゴムのゴム硬さ（Ｈｓ）よりも１０〜３０の範囲で高く設定されたことを特徴とするゴムチューブ。

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