JP4877927B2 - ポンピングチューブ - Google Patents

Description

本発明は、スクイーズ式ポンプのローラを押圧させながらチューブ中心軸方向に転動させることにより、生コンクリートなどの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吸入側から吸入した流体を吐出側から吐出するようになっている。

スクイーズ式ポンプに装備されるポンピングチューブは、その筒壁が内面ゴム層と外面ゴム層と両層間に介在する補強コード層とからなる構造とされる。さらに、ポンピングチューブの筒壁を吐出側に向かって先細のテーパ形状にすることにより、吸入側から吐出側に向かうほど流体が加圧されるようにして、流体の逆流を防止して内面ゴム層の摩耗を抑えると共に、ローラの転動の繰り返しによる圧力脈動を緩和することがある。

ただ、筒壁を単にテーパ形状にしただけのポンピングチューブは、その肉厚が全長に渡って一定であり、流体によって摩耗しやすい吐出側の端部付近の内面ゴム層のみが寿命に達しただけで、他の部位の内面ゴム層が健全な状態のままであっても、ポンピングチューブ全体を取り替える必要がある。

このような吐出側端部付近の摩耗に対して、特許文献１は、内周面をテーパ状に形成して吐出側端部付近の筒壁の肉厚を厚く設定したポンピングチューブを開示している。図６に示すように、ポンピングチューブ１０１は、内面ゴム層１０２、外面ゴム層１０３及び補強コード層１０４のうちの内面ゴム層１０２の内周面がテーパ状に形成され、補強コード層１０４が均一な径に形成されている。このポンピングチューブ１０１は、筒壁の肉厚が吐出側に向かって漸増しているので、全体が均等な肉厚に近づくように摩耗され、内面ゴム層１０２の部分的な摩耗による取り替えが不要とされる。
特開平１０−１６０７５（段落番号００１３、段落番号００２８、図１）

ところが、特許文献１のように筒壁の内周面をテーパ状に形成したポンピングチューブ１０１は、図７（ａ）に示すように、その吐出側端部付近の筒壁の肉厚が厚くなりすぎた場合、ローラ１０５で押圧して押し潰したとしても、図７（ｂ）に示すように、ポンピングチューブ１０１の中央部に隙間１０６が空いたままになりやすい。この隙間１０６を流体が逆流することにより、ポンピングチューブ１０１の耐摩耗性が低下するおそれがある。

また、吐出側端部付近の筒壁の肉厚が過大になるのを防止するようポンピングチューブ全体に渡って筒壁の肉厚を薄くすると、比較的に肉厚の薄い吸入部付近の筒壁がさらに薄くなりやすい。この吸入部付近は、ローラが接触し始める際に内面ゴム層に生コンクリートの骨材などが食い込みやすい部位であり、食い込んだ骨材などが補強コード層に達してこれを損傷させ、ポンピングチューブの耐圧性を低下させるおそれがある。

本発明は、流体の逆流を防止しつつ、内面ゴム層の部分的な摩耗による取り替えを不要にすることができ、かつ、ローラの押圧によって十分にシールす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ながらチューブ中心軸方向に転動させることにより、吸入側から吸入した流体を吐出側に圧送するものであり、その筒壁を、内面ゴム層と、外面ゴム層と、内面ゴム層及び外面ゴム層間に介在される補強コード層とから構成し、少なくともチューブ中心軸方向中央部の外面ゴム層及び補強コード層の層厚を均一に設定したものである。さらに、筒壁のうちの少なくともチューブ中心軸方向中央部は、その内径（ｄ）が１５０ｍｍ以下で、内周面を吐出側に向かって先細のテーパ状に形成すると共に、内面ゴム層の層厚が吐出側に向かうほど厚くなり、かつ筒壁の内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）が５〜１０の範囲になるよう、外周面を吐出側に向かって先細、かつ内周面よりも小さなテーパ率のテーパ状に形成したものである。

ここで、チューブ中心軸方向中央部は、チューブ中心軸方向に転動するローラによって十分に押圧される部位であり、ローラの押圧が完了する位置からローラが離間し始める位置までの範囲に相当する。また、テーパ率とは、任意の２断面間のチューブ中心軸方向長さ（ΔＬ）に対する２断面の内径差（Δｄ）又は外径差（ΔＤ）の比率（Δｄ／ΔＬ、ΔＤ／ΔＬ）のことである。

上記構成によれば、少なくとも転動するローラによって十分に押圧される範囲において、筒壁の外周面を内周面よりも小さなテーパ率のテーパ状に形成するので、吸入側の筒壁の肉厚を薄くしすぎることなく、吐出側の筒壁の肉厚が過大になるのを防止することができる。これにより、肉厚の薄い吸入側の筒壁を内周面に食い込んだ骨材などによって損傷させることなく、肉厚の厚い吐出側の筒壁をも十分にシールすることができる。もちろん、筒壁の内周面を先細のテーパ状に形成するので、吐出側に向かうほど流体を加圧して逆流を防止することができる。

また、筒壁を、内面ゴム層と、外面ゴム層と、内面ゴム層及び外面ゴム層間に介在する補強コード層とを備えた構造とし、少なくともチューブ中心軸方向中央部において、外面ゴム層及び補強コード層の層厚を均一に設定すると共に、内面ゴム層の層厚を吐出側に向かうほど厚く設定するので、吐出側の筒壁の摩耗に対する寿命を延ばすことができる。

また、少なくともチューブ中心軸方向中央部において、筒壁の内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）を５〜１０の範囲に設定するので、転動するローラがポンピングチューブを押圧したとき十分にシールしつつ、疲労破断などの損傷を防止することができる。

つまり、筒壁の内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）を５以上に設定すれば、転動するローラがポンピングチューブを押圧したとき、筒壁の内周面をテーパ状に形成したポンピングチューブの中央部に隙間を空けることなく十分にシールして、流体の逆流を防止することができる。

一方、筒壁の内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）を１０以下に設定すれば、筒壁の内径が１５０ｍｍ程度のとき、筒壁の肉厚を１５ｍｍ程度以上にして、補強コードなどが小さな屈曲径で屈曲することによる疲労破断などの損傷を防止することができる。なお、筒壁の内径は、ポンピングチューブの大径化による動力装置のコストや材料コスト、ガソリンなどの運転コストの増大、あるいは大径のポンピングチューブを装備するスクイーズ式ポンプを搭載する車両の重量や高さ長さの増大などを考慮すれば、実用上は最大でも１５０ｍｍ程度までである。

少なくともチューブ中心軸方向中央部において、筒壁の内周面のテーパ率を０．００５〜０．０１３の範囲に設定すれば、逆流を防止できる程度まで、吐出側に向かう流体を十分に加圧して、生コンクリートなどの流体を圧送することができる。

つまり、筒壁の内周面のテーパ率を０．００５以上に設定すれば、吐出側に向かうほど筒壁の中央穴の断面積が十分に小さくなるので、流体を逆流させようとする圧力を上回る程度まで、内部の流体を十分に加圧して、流体の逆流を防止することができる。

一方、筒壁の内周面のテーパ率を０．０１３以下に設定すれば、吐出側の筒壁の内径を１００ｍｍ程度以上に設定して、生コンクリートなどの流体によるポンピングチューブの閉塞を防止することができる。なお、前述のように、実用上、筒壁の内径は最大で１５０ｍｍ程度であり、これに対応する最小湾曲径は１５０ｍｍ×４＝６００ｍｍである。この湾曲径で１８０°湾曲して全体としてＵ字形をなすポンピングチューブは、その湾曲部の最小長さが２π×６００ｍｍ×１８０°／３６０°＝１８８５ｍｍであり、スクイーズ車の機構上必要となる両端ストレート部の長さを１０００ｍｍずつとすると、全長の最小長さが３８８５ｍｍである。したがって、最小径を１００ｍｍ以上に設定するには、テーパ率を（１５０ｍｍ−１００ｍｍ）／３８８５ｍｍ＝０．０１３とすればよい。

吸入側は、ローラが筒壁を押圧し始める部位であり、内面ゴム層に生コンクリートの骨材などが食い込みやすいが、この位置の内面ゴム層の層厚を１２ｍｍ以上に設定すれば、食い込んだ骨材などが補強コード層に達するのを阻止し、補強コード層の損傷による耐圧性の低下を防止することができる。一方、シール性を高めるには、ローラの押圧力を分散させない分、筒壁の肉厚が薄い方が好ましいので、内面ゴム層の層厚は、１２ｍｍ〜１４ｍｍ程度で十分である。

なお、本発明では、筒壁の外周面を内周面よりも小さなテーパ率のテーパ状に形成するので、そのテーパ率を０．００５以上に設定したり、吸入側の内面ゴム層の層厚を１２ｍｍ〜１４ｍｍに設定しても、吐出側の筒壁の肉厚が過大になるのを防止して、前述の比（ｄ／ｔ）を５以上に設定することができる。

以上のとおり、本発明によると、ポンピングチューブの筒壁の内周面と共に外周面をもテーパ状に形成するので、吐出側に向かう流体を加圧して逆流や内圧の脈動を防止することに加え、吸入側の筒壁を補強コード層の損傷を防止可能な厚さに設定しつつ、吐出側の筒壁の肉厚が過大になるのを防止することができる。これにより、ポンピングチューブの中央部に隙間を空けることなく十分にシールすることができるので、ポンピングチューブの耐摩耗性を高めることができる。

しかも、筒壁の内周面よりも外周面のテーパ率を小さく設定するので、吐出側の内面ゴム層の層厚を吸入側の内面ゴム層の層厚よりも厚くして、吐出側の内面ゴム層のみが部分的に摩耗することによるポンピングチューブ全体の取り替えを不要にすることができる。

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示す図であり、上半分は軸方向断面図で、下半分は側面図である。図２は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。

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、その筒壁１ａが、内側を流体が流れる内面ゴム層３と、チューブ外面を被覆する外面ゴム層４と、内面ゴム層３及び外面ゴム層４間に介在して内圧を受け持つ補強コード層５とからなり、スクイーズ式ポンプ２のローラ６を押圧させながらチューブ中心軸方向に転動させることにより、吸入側端部から吸入した流体を吐出側端部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、チューブ中心軸方向中央部を湾曲させ、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７にその内周面に沿わせてＵ字形に湾曲されて内装される。ポンプケース７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、Ｕ字形の湾曲形状の開放側が時計の３時に相当し、湾曲の吸入側開始点が時計の６時に相当して湾曲の吐出側終点が時計の１２時に相当するよう配置され、６時の位置よりも吸入側の直管部分及び１２時の位置よりも吐出側の直管部分が上下一対のチューブ貫通孔８をポンプケース７の内部から外部に貫通する。

筒壁１ａの内周面は、ポンピングチューブ１の全長に渡って吐出側に向かって先細のテーパ状に形成され、吸入側端部の内径をｄ１、６時の位置の内径をｄ２、１２時の位置の内径をｄ３、吐出側端部の内径をｄ４とすると、これらが、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４の関係に設定される。

さらに、筒壁１ａの内周面のテーパ率が０．００５〜０．０１３の範囲に設定され、吐出側に向かう流体を十分に加圧するようになっている。ここで、筒壁１ａの内周面のテーパ率は、任意の２断面間のチューブ中心軸方向長さ（ΔＬ）に対する２断面の内径差（Δｄ）の比率（Δｄ／ΔＬ）であり、吸入側端部から６時の位置までの長さをＬ１、６時の位置から１２時の位置までの長さをＬ２、１２時の位置から吐出側端部までの長さをＬ３とすると、
ｄ１、ｄ２及びＬ１が、
０．０１３＞（ｄ１−ｄ２）／Ｌ１＞０．００５の関係に設定され、
ｄ２、ｄ３及びＬ２が、
０．０１３＞（ｄ２−ｄ３）／Ｌ２＞０．００５の関係に設定され、
ｄ３、ｄ４及びＬ３が、
０．０１３＞（ｄ３−ｄ４）／Ｌ３＞０．００５の関係に設定される。

筒壁１ａの外周面は、ポンピングチューブ１の全長に渡って吐出側に向かって先細のテーパ状に形成され、吸入側端部の外径をＤ１、６時の位置の外径をＤ２、１２時の位置の外径をＤ３、吐出側端部の外径をＤ４とすると、これらが、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３＞Ｄ４の関係に設定される。

さらに、筒壁１ａの外周面のテーパ率は、筒壁１ａの内周面のテーパ率よりも小さく設定されている。これにより、内径（ｄ）及び外径（Ｄ）を用いて、ｔ＝（Ｄ−ｄ）／２で求められる筒壁１ａの肉厚（ｔ）は、吸入側端部の肉厚をｔ１、６時の位置の肉厚をｔ２、１２時の位置の肉厚をｔ３、吐出側端部の肉厚をｔ４とすると、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４の関係に設定される。

内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）は、筒壁１ａがローラ６で十分に押圧される範囲である６時〜１２時に相当する範囲に渡って５〜１０の範囲に設定され、ローラ６で押圧することにより、中央部に隙間を空けることなく十分にシールするようになっている。

なお、６時〜１２時に相当する範囲内では、１２時の位置において、内径（ｄ）が最小になり、かつ肉厚（ｔ）が最大になるので、１２時の位置における内径（ｄ３）と肉厚（ｔ３）との比（ｄ３／ｔ３）を５以上にするように、筒壁１ａの肉厚（ｔ）が設定される。１２時の位置よりも吐出側では、ローラ６の押圧が解除されるので、内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）を５未満に設定することができる。

内面ゴム層３の層厚は、ポンピングチューブ１の肉厚（ｔ）に対応して変化させることにより、流体による摩耗量が多くなりやすい吐出側に向かうほど厚く設定されている。また、外面ゴム層４及び補強コード層５の層厚は、全長に渡って均一に設定される。

さらに、内面ゴム層３の層厚は、生コンクリートの骨材などが食い込みやすい６時の位置において１２ｍｍ〜１４ｍｍに設定されて、骨材などが早期に補強コード層５に達することによる損傷が防止される。なお、６時の位置よりも吸入側では、生コンクリートの骨材などが食い込みにくいため、内面ゴム層３が１２ｍｍ以下であっても、補強コード層５を損傷することはない。

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。ポンプケース７の内部には、ローラ軸６ａを介してローラ６を回転自在に支持するロータ９が設けられ、このロータ９がポンプケース７の中心に配された回転軸１０と一体回転することにより、ローラ６が、ポンプケース７の内周面に配置されたパッド１１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。

ロータ９が図２における時計回りに回転することにより、ローラ６が６時の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、１２時の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６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の内部の流体が吐出側に送られ、ローラ６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の吸入側から新たな流体が吸入される。

ローラ６の押圧が完了する６時の位置付近では、内面ゴム層３に生コンクリートの骨材などが食い込みやすいが、この位置の内面ゴム層３の層厚を１２ｍｍ〜１４ｍｍに設定しているので、内面ゴム層３の摩耗が十分に進行するまでは、食い込んだ骨材などが補強コード層５にまで達することがなく、補強コード層５の損傷による耐圧性の低下もない。

ポンピングチューブ１の内部の流体は、内周面のテーパ形状により、吐出側に向かうほど加圧される。これにより、１２時の位置に達したローラ６の押圧が解除されることによる逆流を生じさせることがなく、また、ローラ６が押圧とその解除を繰り返して転動することによる内圧の脈動が緩和される。

１２時の位置における筒壁１ａの肉厚（ｔ３）は、１２時よりも吸入側における肉厚よりも厚いが、その内径（ｄ３）と肉厚（ｔ３）との比（ｄ３／ｔ３）が５以上に設定されているので、ローラ６で十分に押圧されている６時〜１２時に相当する範囲においては、中央部に隙間が空くことなく十分にシールされる。

流体を圧送することによる内面ゴム層３の摩耗は、吐出側に向かうほどその摩耗量が多く、吐出側に向かうほど厚く設定された内面ゴム層３が均一な厚さに近づくように摩耗が進行する。

次に、ポンピングチューブを製造する手順を説明する。まず、マンドレルにリボン状の未加硫ゴムを螺旋状に巻き付け、その際、マンドレルの周面に対してリボン状の未加硫ゴムの幅方向がなす角度を徐々に変化させることにより、中心軸方向に沿って層厚が変化する内面側の未加硫ゴム層１２を成型する。

次いで、図３に示すように、複数本のスチールコード１３をゴム被覆して内面側の未加硫ゴム層１２の外側に螺旋状に巻き付けて、補強コード層５を構成する。その際、複数本のスチールコード１３のコード間隔を未加硫ゴム層１２の外径の変化に対応させて変化させる。図３において、１４はゴム被覆コードの押出装置本体、１５はゴム供給部、１６は収束ロールであり、その移動ガイド１６ａの間隔を変化させてスチールコード１３のコード間隔を変化させるようになっている。

その後、補強コード層５の外側に外面側の未加硫ゴム層を成型して、内面側及び外面側の未加硫ゴム層を加硫成形することにより、ポンピングチューブ１を得る。なお、ポンピングチューブ１の製造手順は、上記の手順に限定されるものではない。

上記構成によれば、筒壁１ａの内周面のテーパ形状により、吐出側に向かうほど流体を加圧するので、ローラ６の押圧が解除される際の逆流を阻止して逆流摩耗を防止すると共に、内圧の脈動を抑えて流体圧送の作業性を高めることができる。しかも、流体による摩耗量の多くなりやすい吐出側に向かうほど、内面ゴム層３の層厚を厚く設定するので、全長に渡って層厚が均一に近づくように内面ゴム層３を摩耗させて、内面ゴム層３を無駄なく消耗させることができる。これにより、部分的な摩耗による取り替えを不要にすることができ、さらに、廃棄物としての重量を少なくすることもできる。

さらに、筒壁１ａの外周面を内周面よりも小さいテーパ率のテーパ形状に形成することにより、内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）を５以上に設定するので、１２時の位置付近の比較的に筒壁１ａの肉厚の厚い部分においても、中央部に隙間を空けることなく十分にシールすることができ、隙間からの流体の逆流及びこの逆流による内面ゴム層３の摩耗を防止することができる。また、筒壁１ａの外周面のテーパ率が内周面のテーパ率よりも小さい分、補強コード層５の形成を簡単にすることができる。

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、筒壁の内周面及び外周面のテーパ形状は、少なくともチューブ中心軸方向中央部、すなわち時計の６時〜１２時に相当する範囲に形成されていればよく、図４に示すように、１２時の位置よりも吐出側の内径を同径に設定してもよい（ｄ３＝ｄ４）。図４のポンピングチューブ１７は、その全長に渡って筒壁１７ａの外周面をテーパ状にしているので、吐出側端部の筒壁１７ａの肉厚（ｔ４）をより薄くすることができる。また、図５に示すように、ポンピングチューブ１８の６時の位置よりも吸入側及び１２時の位置よりも吐出側において、筒壁１８ａの内径及び外径を同径に設定することもできる（ｄ１＝ｄ２、ｄ３＝ｄ４、Ｄ１＝Ｄ２、Ｄ３＝Ｄ４）。

本発明に係るポンピングチューブを示す図であり、上半分は軸方向断面図、下半分は側面図 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 補強コード層の形成を示す斜視図 本発明に係るポンピングチューブの別の形態を示す図であり、上半分は軸方向断面図、下半分は側面図 本発明に係るポンピングチューブのさらに別の形態を示す図であり、上半分は軸方向断面図、下半分は側面図 従来のポンピングチューブを示す図であり、上半分は軸方向断面図、下半分は側面図 ローラで押圧される従来のポンピングチューブの断面図であり、（ａ）は押圧解除の状態を示し、（ｂ）は押圧された状態を示す

符号の説明

１、１７、１８ ポンピングチューブ
１ａ、１７ａ、１８ａ 筒壁
２ スクイーズ式ポンプ
３ 内面ゴム層
４ 外面ゴム層
５ 補強コード層
６ ローラ

Claims (2)

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ながらチューブ中心軸方向に転動させることにより、吸入側から吸入した流体を吐出側に圧送するポンピングチューブにおいて、
   筒壁は、内面ゴム層と、外面ゴム層と、内面ゴム層及び外面ゴム層間に介在される補強コード層とからなり、少なくともチューブ中心軸方向中央部の外面ゴム層及び補強コード層の層厚が均一に設定され、
   前記筒壁のうちの少なくともチューブ中心軸方向中央部は、その内径（ｄ）が１５０ｍｍ以下で、内周面が吐出側に向かって先細のテーパ状に形成されると共に、内面ゴム層の層厚が吐出側に向かうほど厚くなり、かつ筒壁の内径（ｄ）と肉厚（ｔ）との比（ｄ／ｔ）が５〜１０の範囲になるよう、外周面が吐出側に向かって先細、かつ内周面よりも小さなテーパ率のテーパ状に形成されたことを特徴とするポンピングチューブ。
2. 少なくともチューブ中心軸方向中央部の筒壁は、内周面のテーパ率が０．００５〜０．０１３の範囲に設定さ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。

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