JP5504025B2 - コンベヤ用ベルト及び土砂搬送用ベルトコンベヤ - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの掘削により生じた土砂を坑外へ搬送するための土砂搬送用ベルトコンベヤ及びこの土砂搬送用ベルトコンベヤに取り付けられるコンベヤ用ベルトに関する。

従来より、トンネルの掘削により生じた土砂は、土砂搬送用ベルトコンベヤによって坑外へ搬出されている。

例えば、特許文献１には、一般的な土砂搬送用ベルトコンベヤが記載されている。しかし、小断面のトンネル内では、人間の移動や資機材運搬を阻害しないようにこれよりも幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤの設置が要求される。また、大断面のトンネル内にも大型の土砂搬送用ベルトコンベヤを設置するとトンネル内が狭くなるので、やはり幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤの設置が要求される。

土砂搬送用ベルトコンベヤの幅を狭くするには、コンベヤ用ベルトの幅も狭くなるが、その場合、キャリアローラーの馴染み（コンベヤ用ベルトの撓み量Ｈ）が小さくなるため、コンベヤ用ベルトの幅ＢＷと撓み量Ｈの比率Ｈ／ＢＷで求められるトラフ指数（ＪＩＳ Ｋ６３２２）も小さくなって、土砂がコンベヤ用ベルトからこぼれ落ちてしまい、搬送性能が低下してしまう。一方、搬送性能を向上させるためには、コンベヤ用ベルトを軟らかくして撓み量Ｈを大きくし、トラフ指数を大きくすることが考えられるが、そうするとコンベヤ用ベルトが伸びやすくなって引張り強度が低下してしまい耐久性が劣化したり、コンベア用ベルトを途中で支持しながら回転を補助するための駆動プーリーが多数必要になる。

特開２０００−１７７８２２号公報

このように、従来、トラフ指数が大きく、かつ、引張り強度が大きいという性能を満たすコンベヤ用ベルトを実現することが困難であったため、トラフ指数及び引張り強度を共に両立させるという発想が無く、幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤは存在しなかった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、幅が狭くてもトラフ指数が大きく、かつ、引張り強度が大きいコンベヤ用ベルト及びそれを備えた土砂搬送用ベルトコンベヤを提供することを目的とする。

本発明者らは、コンベヤ用ベルトの心体帆布の密度係数やカバーゴムの硬度及び厚さがそれぞれ異なる複数のベルトを作成し、それらの強度試験等を行うことにより、所定の条件において、トラフ指数及び引張り強度を両立させることができるという知見を得て本発明の構成としたものである。

なお、密度係数とは、図６に示すように、心体帆布の詰まり方の程度を示すものであり、次式（１）にて算出される。
密度係数＝縦密度係数×横密度係数 ・・・（１）
ここで、縦密度係数及び横密度係数は、それぞれ次式（２）、（３）にて算出される。
縦密度係数＝縦糸打込本数（本／５０ｍｍ）×（縦糸直径（ｍｍ）＋横糸直径（ｍｍ））／５０ｍｍ ・・・（２）
横密度係数＝横糸打込本数（本／５０ｍｍ）×（縦糸直径（ｍｍ）＋横糸直径（ｍｍ））／５０ｍｍ ・・・（３）

また、硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３デュロメータ硬さタイプＡで定められた試験方法により測定する。

すなわち、本発明は、トンネルの掘削により生じた土砂を搬送するための土砂搬送用ベルトコンベヤに用いられるコンベヤ用ベルトであって、
縦糸と横糸とを編み込むことにより形成され、これら両糸の密度係数が０．４２以上０．５３１以下である心体帆布と、
硬度が５７以上６３未満で、前記心体帆布の上面及び下面をそれぞれ覆うように設けられた一対のカバーゴムと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンベヤ用ベルトのトラフ指数を従来品と比べて大きくすることができるため、幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤに設置しても、土砂をこぼれ落とすことなく搬送することができる。したがって、大断面のトンネルには勿論のこと、小断面のトンネルにも土砂搬送用ベルトコンベヤを設置することができる。
また、引張り強度を従来品と比べて大きくすることができるため、従来よりもコンベヤ用ベルトの耐久性が向上するので、接着作業や交換作業等の手間及び時間を低減することができる。したがって、トンネルの掘削を効率良く行うことができる。
また、カバーゴムの硬度が５７以上６３未満でコンベヤ用ベルトはあまり撓まないため、駆動プーリー間の距離を長くして、駆動プーリーの数を低減することができる。

また、本発明は、土砂搬送用ベルトコンベヤであって、上述したコンベヤ用ベルトを備えることを特徴とする。

本発明によれば、幅の狭いコンベヤ用ベルトを用いることによって従来品よりも幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤを製作することができる。そして、土砂搬送用ベルトコンベヤの幅を狭くできたことにより、大断面のトンネルには勿論のこと、小断面のトンネル内にも土砂搬送用ベルトコンベヤを設置することができる。

本発明によれば、幅が狭くてもトラフ指数が大きく、かつ、引張り強度が大きいコンベヤ用ベルト及びこのベルトを備えた土砂搬送用ベルトコンベヤを提供することができる。

本実施形態にかかるコンベヤ用ベルトを備えた土砂搬送用ベルトコンベヤを示す図である。 コンベヤ用ベルトの斜視断面図である。 コンベヤ用ベルトを備えた土砂搬送用ベルトコンベヤを小断面のトンネル内に設置した状態を示す図である。 土砂搬送用ベルトコンベヤの送り側ベルト付近を拡大して示す断面図である。 上半部が各試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６及び従来品Ｎｏ．０の仕様を示し、下半部が試験体Ｎｏ．１〜試験体Ｎｏ．６及び従来品Ｎｏ．０のトラフ指数、心体帆布の引張り強度、カバーゴムの引張り強度及び引裂強度の値を示す図である。 心体帆布の密度係数の算出方法を説明するための図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施形態にかかるコンベヤ用ベルト１を備えた土砂搬送用ベルトコンベヤ２を示す図である。
図１に示すように、土砂搬送用ベルトコンベヤ２は、上流側端部に配置されたヘッドプーリー３と、下流側端部に配置された駆動用プーリー４と、両プーリー３、４間を回転するように巻き付けられたコンベヤ用ベルト１と、駆動用プーリー４を駆動するための駆動手段６と、を備えている。

図２は、コンベヤ用ベルト１の斜視断面図である。
図２に示すように、コンベヤ用ベルト１は、縦糸７と横糸８とを編み込むことにより形成された心体帆布９と、心体帆布９の上面及び下面をそれぞれ覆うように設けられたカバーゴム１０、１１と、を備えている。

心体帆布９は、縦糸７及び横糸８の密度係数が０．４２以上０．５３１以下の範囲になるように形成されたものを用いる。

心体帆布９の上面及び下面を覆うカバーゴム１０、１１は、心体帆布９に接着材で固着されている。心体帆布９の上面に固着されたカバーゴム１０上に土砂が載置される。
このカバーゴム１０、１１は、硬度が５７以上６３未満の範囲になるように形成されたものを用いる。

なお、本実施形態においては、心体帆布９の上面及び下面を覆うカバーゴム１０、１１として、厚さがそれぞれ５．０ｍｍ、２．０ｍｍのものを用いたがこれに限定されるものではなく、例えば、上面のカバーゴム１０の厚さを４．０ｍｍとしても良い。

図３は、コンベヤ用ベルト１を備えた土砂搬送用ベルトコンベヤ２を小断面のトンネルＴ内に設置した状態を示す図である。また、図４は、土砂搬送用ベルトコンベヤ２の送り側ベルト１ａ付近を拡大して示す断面図である。
図３及び図４に示すように、小断面のトンネルＴ内に設置されている土砂搬送用ベルトコンベヤ２の幅は、約４５０ｍｍであり、一般的な土砂搬送用ベルトコンベヤの幅（約６００ｍｍ）よりも小さい。
コンベヤ用ベルト１の送り側ベルト１ａは、土砂を両側から挟み込んで落とさないように、キャリアローラー５に沿って略コの字形に変形することが望ましい。コンベヤ用ベルト１の変形性能を評価するために、本実施形態においては、トラフ指数を用いた。

土砂搬送用ベルトコンベヤ２は、送り側ベルト１ａの幅方向中央部分がメインキャリアローラー５ａに載置され、幅方向左右両側部分がサイドキャリアローラー５ｂにそれぞれ載置される。かかる際に、図４に向かって送り側ベルト１ａの幅方向左側部分、幅方向中央部分、幅方向右側部分はそれぞれ１／３ずつ均等にメインキャリアローラー５ａ及びサイドキャリアローラー５ｂに載置される。本実施形態においては、メインキャリアローラー５ａに対するサイドキャリアローラー５ｂの傾斜角度を３０°としたが、この値に限定されるものではなく、搬送する土砂の土質等に基づいて設計等により決定される。

幅が、例えば、４５０ｍｍのコンベヤ用ベルト１をメインキャリアローラー５ａ及びサイドキャリアローラー５ｂ上に載置した場合におけるコンベヤ用ベルト１のトラフ指数を次式（４）にて算出する。
Ｔ＝ Ｈ／ＢＷ ・・・（４）
＝（ＳＩＮα×ＢＷ／３）／ＢＷ
＝（ＳＩＮ３０×４５０／３）／４５０
＝ ７５／４５０
＝ ０．１６７
ここで、Ｔ：トラフ指数、Ｈ：コンベヤ用ベルト１の撓み量、α：メインキャリアローラー５ａに対するサイドキャリアローラー５ｂの傾斜角度（°）、ＢＷ：コンベヤ用ベルト１の幅（ｍｍ）である。

この結果より、トラフ指数が、０．１６７（以下、この値を目標値という）以上になるコンベヤ用ベルト１を用いることが望ましい。

次に、上述したコンベヤ用ベルト１の性能について検討した結果について説明する。心体帆布９の密度係数、カバーゴム１０、１１の硬度及び厚さの異なる複数のコンベヤ用ベルト１の試験体を製作し、これらの試験体のトラフ指数、引張り強度、引裂強度を測定した。まず、各試験体を構成する心体帆布９の密度係数、カバーゴム１０、１１の硬度及び厚さについて説明し、次に、各試験体の測定結果について説明する。

図５は、上半部が各試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６及び従来品Ｎｏ．０の仕様を示し、下半部が試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６及び従来品Ｎｏ．０のトラフ指数、心体帆布９の引張り強度、カバーゴム１０、１１の引張り強度及び引裂強度の測定結果を示す図である。

図５の上半部に示すように、心体帆布９の密度係数、カバーゴム１０、１１の硬度及び厚さがそれぞれ異なる複数の試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６を作成した。

そして、これらの各試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のトラフ指数、心体帆布９の引張り強度、カバーゴム１０、１１の引張り強度及び引裂強度をＪＩＳ規格に定められた手法にて測定する。具体的には、心体帆布９の引張り強度、カバーゴム１０、１１の引張り強度及び引裂強度は、それぞれＪＩＳ Ｋ ６３２２、ＪＩＳ Ｋ ６２５１、ＪＩＳ Ｋ ６２５２で定められた試験方法により測定する。

なお、比較検討のために、従来の土砂運搬用ベルトＮｏ．０（以下、従来品の試験体Ｎｏ．０という。）の測定結果についても記載した。この測定結果は、既に測定済みのデータを用いた。従来品の試験体Ｎｏ．０は、図５の下半部に示すように、ＪＩＳ等で定められた条件（心体帆布９の引張り強度が６３０Ｎ／ｍｍ以上、カバーゴム１０、１１の引張り強度が１８Ｍｐａ以上、カバーゴム１０、１１の引裂強度が５０Ｎ／ｍｍ以上であること）は満たしているが、トラフ指数が目標値よりも小さいため、本実施形態にかかるコンベヤ用ベルト１としての使用には適していない。

＜試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２について＞
送り側ベルト１ａが略コの字の形状（図４参照）になるようにトラフ指数を大きくする（すなわち、土壌搬送用ベルト１の撓み量Ｈが大きくなるようにする）ためには、従来品Ｎｏ．０と比べて、心体帆布９の密度係数を小さくすれば良いと考えて、心体帆布９の密度係数を従来品Ｎｏ．０よりも小さくした。具体的には、試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２の心体帆布９の密度係数をそれぞれ、０．５３１、０．４５４とした。
なお、本発明者らは、心体帆布９の密度係数を０．４２未満にすると、ベルトとして機能しないという知見を得ているので、密度係数は０．４２（以下、この値を管理値という）以上とする。

＜試験体Ｎｏ．３及びＮｏ．４について＞
トラフ指数を大きくするためには、従来品Ｎｏ．０と比べて、カバーゴム１０の厚さを薄くすれば良いと考えて、カバーゴム１０の厚さを従来品Ｎｏ．０よりも薄くした。具体的には、試験体Ｎｏ．３及びＮｏ．４のカバーゴム１０の厚さを４．０ｍｍとした。
なお、カバーゴム１０の厚さの影響を明確にするために、試験体Ｎｏ．３及び試験体Ｎｏ．４の心体帆布９の密度係数をそれぞれ試験体Ｎｏ．１、試験体Ｎｏ．２と同じ値にした。

＜試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６について＞
トラフ指数を大きくするためには、従来品Ｎｏ．０と比べて、カバーゴム１０、１１の硬度を小さくすれば良いと考えて、カバーゴム１０、１１の硬度を従来品Ｎｏ．０よりも小さくした。具体的には、試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６のカバーゴム１０、１１の硬度をそれぞれ５４、５７とした。
なお、カバーゴム１０、１１の硬度の影響を明確にするために、試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６の心体帆布９の密度係数を試験体Ｎｏ．２と同じ値にした。

次に、試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のトラフ指数、心体帆布９の引張り強度、カバーゴム１０、１１の引張り強度及び引裂強度を測定した結果について説明する。

＜試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２について＞
図５の下半部に示すように、試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２のトラフ指数は、従来品Ｎｏ．０のトラフ指数よりもやや大きくなったが、目標値よりも小さかった。具体的には、試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．２のトラフ指数は、それぞれ０．１４０、０．１４８であった。
したがって、心体帆布９の密度係数を小さくすることにより、トラフ指数は大きくなることがわかる。

＜試験体Ｎｏ．３及びＮｏ．４について＞
試験体Ｎｏ．３及びＮｏ．４のトラフ指数は、従来品Ｎｏ．０のトラフ指数よりもやや大きくなったが、目標値よりも小さかった。具体的には、試験体Ｎｏ．３及びＮｏ．４のトラフ指数は、それぞれ０．１３７、０．１５０であった。
また、カバーゴム１０の厚さのみが異なる試験体Ｎｏ．３と試験体Ｎｏ．１と、試験体Ｎｏ．４と試験体Ｎｏ．２と、をそれぞれ比較すると、カバーゴム１０を薄くしても、トラフ指数は、多少大きくなるもののほとんど変化していない。
したがって、カバーゴム１０を薄くしてもトラフ指数を大きくする効果は小さいことがわかる。

＜試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６について＞
試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６のトラフ指数は、従来品Ｎｏ．０のトラフ指数よりも大きく、かつ、目標値を超えていた。具体的には、試験体Ｎｏ．５及びＮｏ．６のトラフ指数はそれぞれ０．２１５、０．１９４であった。
したがって、カバーゴム１０、１１の硬度を小さくすることにより、トラフ指数は大きくなることがわかる。
しかしながら、試験体Ｎｏ．５の引裂強度が規定値よりも小さくなった。この結果より、カバーゴム１０、１１の硬度を５４（試験体Ｎｏ．５の硬度）よりも大きくすることが好ましい。
一方、試験体Ｎｏ．６は、トラフ指数が目標値よりも大きく、かつ、その他の項目についても上記ＪＩＳ等で定められた条件よりも大きくなった。したがって、試験体Ｎｏ．６は、本実施形態にかかるコンベヤ用ベルト１としての使用に適している。

＜試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６全体についてのまとめ＞
＝＝＝心体帆布９の密度係数について＝＝＝
心体帆布９の密度係数を従来品Ｎｏ．０よりも小さくした試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、すべてトラフ指数が従来品Ｎｏ．０よりも小さくなった。
本実験では、試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のうち、最も大きい密度係数を０．５３１（試験体Ｎｏ．１及びＮｏ．３）としたので、これを考慮して、密度係数の上限を０．５３１以下とした。また、心体帆布９の下限を管理値である０．４２以上とした。
＝＝＝カバーゴム１０、１１の硬度について＝＝＝
上述したように、試験体Ｎｏ．５の結果より、カバーゴム１０、１１の硬度を５４にすると引裂強度が規定値を満たさなくなるため、カバーゴム１０、１１の硬度の下限を５４よりも大きくすることとした。さらに、安全性を考慮して５７（試験体Ｎｏ．６の硬度）以上とした。
また、カバーゴム１０、１１の硬度の上限を６３（試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の硬度）未満とした。上述したように、カバーゴム１０、１１の硬度を変化させるとトラフ指数が大きく変化するため、カバーゴム１０、１１の硬度の上限を６３（試験体Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の硬度）未満とし、かつ、心体帆布９の密度係数を上記範囲内にすることにより、トラフ指数の目標値を超えることができると考えられる。
＝＝＝カバーゴム１０の厚さについて＝＝＝
カバーゴム１０の厚さが異なる試験体Ｎｏ．１と試験体Ｎｏ．３と、試験体Ｎｏ．２と試験体Ｎｏ．４と、をそれぞれ比較すると、カバーゴム１０の厚さを薄くしても、トラフ指数はほとんど変化していないことがわかる。
また、カバーゴム１０の厚さ及び硬度が異なる試験体Ｎｏ．４と試験体Ｎｏ．５と、試験体Ｎｏ．４と試験体Ｎｏ．６と、をそれぞれ比較すると、カバーゴム１０が厚くても硬度が小さいＮｏ．５及びＮｏ．６のトラフ指数が大きくなっている。
これらの結果より、カバーゴム１０を薄くしてもトラフ指数を大きくする効果は小さいと考えられる。

したがって、上述した試験結果より、コンベヤ用ベルト１は、密度係数が０．４２以上０．５３１以下の心体帆布９と、硬度が５７以上６３未満のカバーゴム１０、１１と、を備えることによって、トラフ指数が０．１６７以上になることがわかる。

本実施形態にかかるコンベヤ用ベルト１によれば、トラフ指数を従来品と比べて大きくすることができるため、幅の狭い土砂搬送用ベルトコンベヤ２に設置しても、土砂をこぼれ落とすことなく搬送することができる。したがって、小断面のトンネルＴ内に土砂搬送用ベルトコンベヤ２を設置することができる。
また、カバーゴム１０、１１の引張り強度を従来品と比べて大きくすることができるため、従来よりもコンベヤ用ベルト１の耐久性能が向上するので、接着作業や交換作業等の手間及び時間を低減することができる。したがって、トンネルＴの掘削を効率良く行うことができる。

１ コンベヤ用ベルト
１ａ 送り側ベルト
２ 土砂搬送用ベルトコンベヤ
３ ヘッドプーリー
４ 駆動用プーリー
５ キャリアローラー
５ａ メインキャリアローラー
５ｂ サイドキャリアローラー
６ 駆動手段
７ 縦糸
８ 横糸
９ 心体帆布
１０ カバーゴム
１１ カバーゴム
Ｔ トンネル

Claims (2)

1. トンネルの掘削により生じた土砂を搬送するための土砂搬送用ベルトコンベヤに用いられるコンベヤ用ベルトであって、
   縦糸と横糸とを編み込むことにより形成され、これら両糸の密度係数が０．４２以上０．５３１以下である心体帆布と、
   硬度が５７以上６３未満で、前記心体帆布の上面及び下面をそれぞれ覆うように設けられた一対のカバーゴムと、
   を備えることを特徴とするコンベヤ用ベルト。
2. 請求項１に記載のコンベヤ用ベルトを備えることを特徴とする土砂搬送用ベルトコンベヤ。

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