(57)【要約】【課題】表面層が短繊維入りゴムから構成されたゴム製筒体において、より耐摩耗性に優れ、かつ軸方向の屈曲性に優れたゴム製筒体を提供する。【解決手段】表面層５が短繊維入りゴムから構成され、前記短繊維６が筒体軸方向Ａに対して４０度〜６５度の範囲で傾斜するように配向した構成とし、前記短繊維入りゴムは、ゴム成分１００重量部に対して短繊維６を０．５重量部〜５重量部混合したものであり、短繊維６は、繊維径が２０μｍ以下で、繊維長さが３ｍｍ〜２０ｍｍとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層が短繊維入りゴムから構成され、前記短繊維が筒体軸方向に対して４０度〜６５度の範囲で傾斜するように配向したことを特徴とするゴム製筒体。
【請求項２】
前記ゴム製筒体が、スクイーズ式ポンプ用のポンピングチューブであることを特徴とする請求項１記載のゴム製筒体。
【請求項３】
前記短繊維入りゴムは、ゴム成分１００重量部に対して短繊維を０．５重量部〜５重量部混合したものであり、短繊維は、平均繊維径が１μｍ〜２０μｍで、平均繊維長さが３ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１又は２記載のゴム製筒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面層が短繊維入りゴムからなるゴム製筒体に関し、特にスクイーズ式ポンプのポンピングチューブとして好適に使用可能なゴム製筒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクイーズ式ポンプのポンピングチューブ等のように使用時に他の部材との間で摩擦が生じるゴム製筒体においては耐摩耗性が要求される。耐摩耗性を向上させたゴム製筒体としては、ポンピングチューブの表面層を短繊維入りゴムで構成したものが知られている（特許文献１）。このゴム製筒体は、表面層内の短繊維がチューブ軸方向に配向しており、短繊維が表面層の摩耗を抑制するという利点を有している。
【０００３】
円筒状のゴム製筒体の表面層を上記補強ゴムで構成をするには、短繊維の配向方向が筒体の軸方向に平行になるように配置した補強ゴムシートを、表面層を形成する前の筒状本体に巻きつけたり、特許文献２に示すように、クロスヘッド方式の押出機から押し出した補強ゴムを筒状本体に塗布する方法が知られている。上記構成のゴム製筒体は、筒体の軸方向に短繊維が配向しているため、軸方向に対する耐摩耗性に優れた筒体が得られることになる。
【特許文献１】実開平４−８４７８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９７５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構成のゴム製筒体においては、実際の耐磨耗性は思ったほどには向上しておらず、さらなる耐摩耗性の向上が望まれているのが現状である。また、表面層の短繊維が軸方向に配向すると、ゴム製筒体の軸方向の屈曲性が低下する。したがって、ポンピングチューブのようにケーシング内で屈曲した状態で使用されるゴム製筒体においては、ポンピングチューブ装着時の作業性が低下するという不都合が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明では、表面層が短繊維入りゴムから構成されたゴム製筒体において、より耐摩耗性に優れ、かつ軸方向の屈曲性に優れたゴム製筒体を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来、ポンピングチューブにおいて、スクイーズ式ポンプのロータが回転することにより大きな摩擦力が発生するのはチューブ軸方向であると考えられていた。ところが、本発明者らが種々検討した結果、実際には、ロータに取り付けられているローラによってポンピングチューブが押し潰しを受ける際に、ポンピングチューブの曲げ半径方向外側に位置する表面層と、ケーシング内周面に固定されたゴムパッドとの間でチューブ軸方向に直交する方向（以下、軸直交方向という）に大きな摩擦力が作用することが判明した。
【０００７】
以上より、ポンピングチューブ全体の耐摩耗性としては、チューブ軸方向に作用する摩擦力に加えてチューブ軸直交方向に作用する摩擦力を考慮することが必要であることを見いだして本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明にかかるゴム製筒体は、表面層が短繊維入りゴムから構成され、前記短繊維が筒体軸方向に対して４０度〜６５度の範囲で傾斜するように配向したことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、短繊維が筒体軸方向に対して４０度〜６５度の範囲で傾斜するように配向しているため、筒体軸方向及び軸直交方向に短繊維がバランスよく配向しているのと同じ効果を発揮する。すなわち、筒体の軸方向の耐摩耗性と、筒体の軸直交方向の耐摩耗性とをバランスよく兼ね備えたゴム製筒体を得ることができる。さらに、本発明に係るゴム製筒体は、筒体の軸方向にだけ偏って筒体強度が高くなるのではなく、軸方向と軸直交方向とで適度にバランスよく筒体強度が向上するため、ゴム製筒体の軸方向への屈曲性が改善される。
【００１０】
表面層中の短繊維を筒体軸方向に対して所定の角度に傾斜するように配向させる方法としては、短繊維入りゴムをカレンダーロール等によって圧延したり、押出装置から押出すと、短繊維は、圧延方向又は押出方向（以下、単に圧延方向という）に配向するという性質を利用することができる。
【００１１】
すなわち、短繊維入りゴムを圧延又は押し出すことにより、圧延方向に短繊維が配向した短繊維入りゴムシートを得ることができる。得られた短繊維入りゴムシートを表面層形成前の筒状本体に巻きつけて表面層を形成する際に、シートの圧延方向を筒体軸方向に対して所定角度で傾斜させることにより、短繊維もまた同じ角度に傾斜して配向させることが可能となる。
【００１２】
表面層中の短繊維の配向角度を確認するには、後述するように顕微鏡を用いて直接短繊維の配向方向を確認することができるほか、表面層の引張り応力を測定することで判断することができる。具体的には、ゴム製筒体の表面層から引張り試験用の試料を切り出す。このとき、試験用試料は、その長さ方向が筒体の軸方向に対して種々角度が変わるように切り出す。
【００１３】
すなわち、試料の長さ方向が軸方向に対して異なる角度で傾斜するように複数種の試料を調製する。このようにして作製された同形状の試料を引張って同じだけ伸ばすと、短繊維が試料の長さ方向に配向したものの引張り応力が最も大きくなる。これによって短繊維の配向方向（配向角度）を判断することができる。
【００１４】
本発明に係るゴム製筒体の用途は特に限定されないが、軸方向及び軸直交方向に大きな摩擦力が作用するスクイーズ式ポンプのポンピングチューブとして好適に使用することができる。
【００１５】
本発明で使用される短繊維入りゴムは、ゴム成分１００重量部に対して短繊維を０．５重量部〜５重量部混合したものが好ましく、短繊維としては、平均繊維径が１μｍ〜２０μｍで、平均繊維長さが３ｍｍ〜２０ｍｍであるのが好ましい。
【００１６】
短繊維の平均径及び平均長さは、適当数の任意の短繊維を直接顕微鏡観察して繊維径及び繊維長さを測定し、その平均値を算出して得ることができる。なお、表面層中の短繊維の繊維径及び繊維長さを求めるには、表面層を削いで（表面層は短繊維の配向方向に沿って削ぐことができる）、その試料表面を顕微鏡観察することで短繊維の配向方向及び長さが分かる。
【００１７】
短繊維の配向角度αは、適当数の任意の短繊維について、短繊維の配向方向と筒体軸方向との間の角度を測定し、その平均値を算出して得ることができる。そして、削ぎ出された上記試料を短繊維の配向方向に直交する方向に切断し、その切断面を観察することで短繊維の径が分かる。
【００１８】
本発明において使用されるゴム成分としては特に限定は無く、従来からこの分野において公知のものであればいずれも使用可能であり、例えば、耐摩耗性、耐水性、加工性において優れる天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）或いはＮＲとシス-1,4-ポリブタジエンゴム（ＢＲ）及び／又はＳＢＲとのブレンド配合組成物等を挙げることができる。
【００１９】
これらのゴム成分に混入される短繊維の材質としては、タイヤ、ベルト等の補強用繊維として用いられる繊維素材である炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維及びポリエステル繊維等を例示することができるが、耐摩耗性の観点から特にアラミド繊維を用いるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、表面層が短繊維入りゴムから構成され、表面層中の短繊維が筒体軸方向に対して４０度〜６５度の範囲で傾斜するように配向したため、より耐磨耗性に優れ、かつ軸方向の屈曲性に優れたゴム製筒体を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を基に本発明について説明する。図１は、本発明に係るゴム製筒体を示す図であり、図１（ａ）はゴム製筒体の側面図を、図１（ｂ）はゴム製筒体の正面図をそれぞれ示す。
【００２２】
本実施形態におけるゴム製筒体は、スクイーズ式ポンプのポンピングチューブ１として使用されるものであって、円筒状に形成されており、筒体中心軸２から半径方向外方に向かって内層３、補強層４及び表面層５がこの順に形成された積層構造とされている。
【００２３】
内層３は、ゴム組成物を加硫させて形成されており、公知のゴム成分及び副資材を使用することができる。補強層４は、内層３の外周にゴム被覆コードを巻きつけることによって形成される。ゴム被覆コードは、筒体１の筒体軸方向Ａに対して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４は、ゴム被覆コードを２層巻き付けた２層構造とされている。
【００２４】
表面層５は、ゴム成分に短繊維６を配合した短繊維入りゴムから構成されており、短繊維６は矢印Ｂの方向に配向しており、この配向方向Ｂと軸方向Ａの間の角度αが配向角度とされている。
【００２５】
図２は、上記ポンピングチューブ１を使用したスクイーズ式ポンプの概略図である。スクイーズ式ポンプは、円筒状のケーシング７を備えており、このケーシング７の中心を通る垂線ＸＹの左側のケーシング内周半円弧部にポンピングチューブ１が内接するように設置されている。そして、ポンピングチューブ１の両端部は、ケーシング内周上のＸ点およびＹ点における接線方向に延びてケーシング外に突出するように設けられている。
【００２６】
円筒ケーシング７の内部には、一定速度で時計廻りに回転運動するアーム８が設けられており、アーム８の先端には、回転自在のスクイーズローラー９が取り付けられている。上記構成のスクイーズ式ポンプを作動させると、ポンピングチューブ１は、スクイーズローラー９によりＹ点からＸ点まで押し潰されて扁平化されながら、内部のスラリー等の流体Ｓを絞り作用によって吐出するようになっている。
【００２７】
図３は、スクイーズローラー９と、ケーシング７の内周面にライニングされたゴムパッド１０との間で押し潰されたポンピングチューブ１の状態を示す断面図であり、破線で示されるポンピングチューブ１の断面は、スクイーズローラー９により内部空間がちょうど完全に潰れたときの状態を示し、実線で示されるポンピングチューブ１の断面は、スクイーズローラー９によってポンピングチューブ１が最大に押し潰された状態を示している。
【００２８】
すなわち、高い内圧がかかるポンピングチューブ１内の流体を送り出すためには、ローラー９でポンピングチューブ１の内部空間が無くなる程度に押圧するだけでは足りず、より高いシール圧を得るためにチューブ１が軸直交方向Ｃに伸びるまでさらに押圧することが必要とされる。このとき、ゴム製筒体であるポンピングチューブ１には軸直交方向Ｃに大きな摩擦力が作用することになる。
【００２９】
したがって、ポンピングチューブ全体としては、アーム８の回転によりチューブ１の伸びが生じる軸方向Ａおよびローラー９の押圧によりチューブ１の伸びが生じる軸直交方向Ｃの両方向に大きな摩擦力が発生する。特に、Ｘ点に至る直前の領域で摩擦力が最大になる。
【００３０】
一方、本発明に係るゴム製筒体であるポンピングチューブ１は、表面層５に配合された短繊維６が軸方向Ａに対して配向角度αで傾斜して配向しているため、軸方向Ａ及び軸直交方向Ｃのいずれの方向にもバランスよく耐磨耗性を発揮する。したがって、ゴム製筒体全体としての耐磨耗性を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、短繊維１が軸方向Ａに対して傾斜して配向しているため、軸方向Ａと軸直交方向Ｃとで適度にバランスよく筒体強度が向上し、ゴム製筒体の軸方向Ａへの屈曲性が改善される。
【００３２】
上記構成のポンピングチューブの製造方法の一例を示すと、先ず、未加硫のゴム成分と短繊維とを混合し、得られた混合物をロール機等の圧延手段により圧延して短繊維が圧延方向に配向した短繊維入り未加硫ゴムシートを製造する。そして、短繊維入り未加硫ゴムシートを圧延方向にカットすることにより、短繊維が長さ方向に配向した短繊維入り未加硫ゴムテープを得ることができる。
【００３３】
上記短繊維入り未加硫ゴムテープの作製とは別に、円筒状のマンドレルの外周面にぞれぞれ未加硫の内層及び補強層を形成しておく。そして、補強層の表面に上記短繊維入り未加硫ゴムテープを螺旋状に巻きつける。このとき、短繊維入り未加硫ゴムテープの長さ方向を軸方向Ａに対して傾斜させることにより（角度α）、短繊維の配向角度もαとなる。
【００３４】
短繊維入り未加硫ゴムテープを補強層の表面に巻きつける際には、隣接する未加硫ゴムテープ側面同士をオーバーラップさせてもよいが、隣接する未加硫ゴムテープ側面同士を突き合わせることにより、加硫時にテープ側面同士が密着して最終的に表面が平滑な円筒状の表面層５ができるようにするのが好ましい。表面層５を形成した後は、加硫処理を行ない、マンドレルから脱型することにより、ゴム製筒体を得ることができる。
【実施例】
【００３５】
上記実施形態で作製したポンピングチューブの耐磨耗性試験を行なった。試験内容は以下の通りである。
【００３６】
短繊維としては、アラミド繊維（平均繊維径：φ３μｍ、平均繊維長さ：６ｍｍ）を使用した。ゴム成分としては、天然ゴム（硬度６０度）を使用し、天然ゴム１００重量部に対して上記短繊維を２重量部を混合した。
【００３７】
上記混合ゴムをカレンダーロールにて２ｍｍに圧延し、これを圧延方向にカットした。これにより、長さ方向にアラミド短繊維が配向した短繊維入りゴムテープを作製した。一方、マンドレルに未加硫の内層及び補強層を形成しておき、補強層の表面に上記短繊維入りゴムテープを軸方向Ａに対して種々の角度に傾斜させて螺旋状に巻きつけた。なお、このときの配向角度αは４０度、５５度、６５度とした（本発明品）。
【００３８】
これに対して、短繊維入り未加硫ゴムテープの長さ方向が筒体の軸方向Ａと平行なもの（配向角度０度）およびゴムテープの長さ方向が軸方向Ａと直交するもの（配向角度９０度）の２種類の試料を比較品として作製した。そして、以上の試料を加硫して内径：φ１００ｍｍ、外径：φ１４０ｍｍの円筒状のポンピングチューブを得た。
【００３９】
ゴム製筒体の耐磨耗性については、得られたポンピングチューブをスクイーズ式ポンプに装着し、生コンクリートを圧送し、表面層の厚さが半分（１ｍｍ）に摩減した時点での生コンクリートの累積流量を測定した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2008101567.tif 000003
【００４１】
表１の結果より、本発明品は比較品に比べて耐磨耗性に優れ、使用期間が延びていることが確認された。特に、ポンピングチューブにかかる内圧が高くなるほど、比較品の耐磨耗性の低下が大きくなっていることが分かる。また、本発明品のうちでも、特に配向角度５５度品が最も耐磨耗性に優れていることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るポンピングチューブを示す概略図であり、（ａ）は側面図を、（ｂ）は正面図をそれぞれ示す。
【図２】図１のポンピングチューブを使用したスクイーズ式ポンプを示す概略図
【図３】図２におけるポンピングチューブが押し潰された状態を示す断面図
【符号の説明】
【００４３】
１        ポンピングチューブ
２        筒体中心軸
３        内層
４        補強層
５        表面層
６        短繊維
７        ケーシング
８        アーム
９        スクイーズローラー
１０        ゴムパッド
Ａ        筒体の軸方向
Ｂ        短繊維配向方向
Ｃ        軸直交方向
【図１】
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【図２】
2008101567.tif 000005
【図３】
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