(57)【要約】【課題】スラリー圧送シリンダーの耐摩耗性を向上させ、より長期間使用することができるようにする。【解決手段】スラリー圧送シリンダーと、そのスラリー圧送シリンダー内を往復運動可能なピストンと、そのピストンを前記スラリー圧送シリンダー内にて往復運動する駆動装置とを設けると共に、前記スラリー圧送シリンダーに、スラリーを吸引可能な吸引部、及び、スラリーを吐出可能な吐出部を形成し、それら吸引部及び吐出部を切替自在に設けてあるスラリー圧送ポンプであって、シリンダー本体が、内周面側に、高クロム鋳鉄からなる第１層１２を備え、その第１層１２の外側に、炭素鋼からなる第２層１３を備える。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー圧送用のスラリー圧送シリンダーと、そのスラリー圧送シリンダー内を往復運動可能なピストンと、そのピストンを前記スラリー圧送シリンダー内にて往復運動する駆動装置とを設けると共に、
前記スラリー圧送シリンダーに、スラリーを吸引可能な吸引部、及び、スラリーを吐出可能な吐出部を形成し、それら吸引部及び吐出部を切替自在に設けてあるスラリー圧送ポンプであって、
シリンダー本体が、内周面側に、高クロム鋳鉄からなる第１層を備え、その第１層の外側に、炭素鋼からなる第２層を備えるスラリー圧送ポンプ。
【請求項２】
前記第１層と前記第２層とが、金属学的に接合している請求項１記載のスラリー圧送ポンプ。
【請求項３】
前記第１層の硬度が、５００ＨＢ以上である請求項１又は２記載のスラリー圧送ポンプ。
【請求項４】
前記第１層の内周面の表面あらさが、２０Ｓ以下である請求項１〜３の何れか１項に記載のスラリー圧送ポンプ。
【請求項５】
請求項３記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法であって、
前記第１層及び第２層を備えるシリンダー本体を設ける本体形成工程を行い、
そのシリンダー本体を、９００℃〜９２５℃にて加熱処理を施した後、空冷処理を施して、前記第１層の硬度が５００ＨＢ以上となるようにする調整工程を行い、
その調整工程後、少なくとも、前記第１層の内周面に仕上加工を施すスラリー圧送シリンダーの製造方法。
【請求項６】
前記調整工程において、９００℃〜９２５℃で１時間以上加熱処理を施す請求項５記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法。
【請求項７】
前記本体形成工程にて、前記シリンダー本体を、遠心力鋳造法により形成する請求項５又は６記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法。
【請求項８】
前記本体形成工程において、前記第２層を遠心力鋳造法により形成した後、前記第１層を肉感溶接により形成する請求項５又は６記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法。
【請求項９】
前記本体形成工程にて、前記シリンダー本体を、ＨＩＰ法により形成する請求項５又は６記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリー圧送ポンプ及びスラリー圧送シリンダーの製造方法に関する。さらに詳しくは、このスラリー圧送ポンプは、スラリー圧送シリンダーと、そのスラリー圧送シリンダー内を往復運動可能なピストンと、そのピストンを前記スラリー圧送シリンダー内にて往復駆動する駆動装置とを設けると共に、前記圧送シリンダーに、スラリーを吸引可能な吸引部、及び、スラリーを吐出可能な吐出部を形成し、それら吸引部及び吐出部を切替自在に設けて構成されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
前記スラリー圧送ポンプは、例えばコンクリートやモルタル等からなるスラリーを、スラリー圧送シリンダーにてピストンの往復で吸引・吐出することにより圧送することができるものである。
このため、スラリー圧送シリンダーでは、その内周面側は、コンクリート等やピストンと直接に接することとなり、いわゆる擦り摩耗が非常に激しく、かなりの高い耐摩耗性が要求される。
【０００３】
そこで、従来、スラリー圧送シリンダーとしては、炭素鋼の内面側を焼き入れし硬度を高め、その内面側にＣｒメッキ（クロムめっき）を施したものが、用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものでは、炭素鋼の硬度を高めても擦り摩耗に対してほとんど効果がなく、そして、約０．３ｍｍという非常に厚いＣｒメッキを施したものでも、例えば、擦りによる引っ掻き傷が付くなどして短期間しか耐摩耗性の効果が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スラリー圧送シリンダーの耐摩耗性を向上させ、より長期間使用することができるようにするところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の特徴構成は、スラリー圧送用のスラリー圧送シリンダーと、そのスラリー圧送シリンダー内を往復運動可能なピストンと、そのピストンを前記スラリー圧送シリンダー内にて往復駆動する駆動装置とを設けると共に、
前記スラリー圧送シリンダーに、スラリーを吸引可能な吸引部、及び、スラリーを吐出可能な吐出部を形成し、それら吸引部及び吐出部を切替自在に設けてあるスラリー圧送ポンプであって、
シリンダー本体が、内周面側に、高クロム鋳鉄からなる第１層を備え、その第１層の外側に、炭素鋼からなる第２層を備えるところにある。
【０００７】
〔作用効果〕
本特徴構成によれば、シリンダー本体が第１層及び第２層を備えるため、駆動装置により、シリンダー本体内にてピストンを往復運動させ、任意に吸引部及び吐出部を切り替え、吸引部からスラリーをシリンダー本体内に吸引し、そして、その吸引したスラリーを吐出部からシリンダー本体外に圧送する機能を、長期間にわたって維持させることが可能となる。
つまり、シリンダー本体は、その内周面に高クロム鋳鉄からなる第１層を備えるので、高クロム鋳鉄が有する高硬度のクロム炭化物（クロム・鉄カーバイド）に起因する、擦り摩耗等に耐え得る高い耐摩耗性を期待することができる。しかも、その第１層の外側には、炭素鋼からなる第２層を備えているので、炭素鋼の靱性によって高クロム鋳鉄からなる第１層の欠点が補完され、シリンダー本体を高圧圧送に十分耐え得るものとすることができるのである。さらには、第２層は、加工が容易なため、有利でもある。
よって、シリンダー本体の耐摩耗性が向上され、シリンダー本体を従来に比べより長期間使用可能となり、例えば、その交換等のメンテナンスを頻繁に行う必要をなくし、作業性や経済性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２記載の発明の特徴構成は、上記請求項１の特徴構成に加えて、前記第１層と前記第２層とが、金属学的に接合しているところにある。
【０００９】
〔作用効果〕
第１層と第２層とが金属学的（治金的）に接合しているため、前述のような高い耐摩耗性を有する第１層とその第１層を補完する第２層とによる効果を、より確実に得ることができる。
さらに、このように第１層と第２層とが金属学的に接合していることから、第１層と第２層との結合が強固であり、例えば、第１層が、厚みがまだ残されているのに、第２層から剥離するようなことはなく、第１層の厚みが完全に消滅するまで第１層による高い耐摩耗性を得ることができ、経済的である。
【００１０】
請求項３記載の発明の特徴構成は、上記請求項１又は２の特徴構成に加えて、前記第１層の硬度が、５００ＨＢ以上であるところにある。
【００１１】
〔作用効果〕
第１層の硬度が５００ＨＢ以上であれば、適度な耐摩耗性を確実に得ることができ、好適である。
【００１２】
請求項４記載の発明の特徴構成は、上記請求項１〜３の何れかの特徴構成に加えて、前記第１層の内周面の表面あらさが、２０Ｓ以下であるところにある。
【００１３】
〔作用効果〕
第１層の内周面の表面あらさが２０Ｓ以下であれば、第１層の内周面が適度に平滑であるため、その内周側でピストンをより円滑に往復摺動させることができ、好適である。
【００１４】
請求項５記載の発明の特徴手段は、請求項３記載のスラリー圧送シリンダーの製造方法であって、
前記第１層及び第２層を備えるシリンダー本体を設ける本体形成工程を行い、
そのシリンダー本体を、９００℃〜９２５℃にて加熱処理を施した後、空冷処理を施して、前記第１層の硬度が５００ＨＢ以上となるようにする調整工程を行い、
その調整工程後、少なくとも、前記第１層の内周面に仕上加工を施すところにある。
【００１５】
〔作用効果〕
本体形成工程にて設けられる第１層及び第２層を備えるシリンダー本体に対して、調整工程にて、９００℃〜９２５℃にて加熱処理を施した後、空冷処理を施して、前記第１層の硬度が５００ＨＢ以上となるようにすることで、高い耐摩耗性を有する第１層とその第１層を補完する第２層とによる効果が得られるシリンダー本体を確実に製造することができる。
そして、その調整工程後、少なくとも、前記第１層の内周面に仕上加工を施すことで、その内周側でピストンを円滑に往復摺動させることが可能となる圧送シリンダーを、製造することができる。
【００１６】
請求項６記載の発明の特徴手段は、上記請求項５の特徴手段に加えて、前記調整工程において、９００℃〜９２５℃で１時間以上加熱処理を施すところにある。
【００１７】
〔作用効果〕
前記調整工程において、９００℃〜９２５℃で１時間以上加熱処理を施すことで、確実に安定して、適度な硬度を有しながら、第１層の内面側に仕上加工を施すことができるシリンダー本体が得られる。
【００１８】
請求項７記載の発明の特徴手段は、上記請求項５又は６の特徴手段に加えて、前記本体形成工程にて、前記シリンダー本体を、遠心力鋳造法により形成するところにある。
【００１９】
〔作用効果〕
遠心力鋳造法によれば、効率的に、第１層と第２層とが金属学的に接合したシリンダー本体を製造することができる。
【００２０】
請求項８の発明の特徴手段は、上記請求項５又は６の特徴手段に加えて、前記本体形成工程において、前記第２層を遠心力鋳造法により形成した後、前記第１層を肉盛溶接により形成するところにある。
〔作用効果〕
前記第１層には、鋳造では困難な材料を、肉盛溶接により形成できる。
【００２１】
請求項９記載の発明の特徴手段は、上記請求項５又は６の特徴手段に加えて、前記本体形成工程にて、前記シリンダー本体を、ＨＩＰ法により形成するところにある。
【００２２】
〔作用効果〕
ＨＩＰ法によれば、第１層と第２層とが、より均一に金属学的に接合したシリンダー本体を製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１〜３に、本発明に係るスラリー圧送ポンプＡの一実施形態を示す。
図１の斜視図に示すように、前記圧送ポンプＡは、一例として、ポンプ本体１０とポンプ本体１０に接続される吸入吐出切替部２０とを設けて、以下のように構成される。
【００２５】
前記ポンプ本体１０は、図に示すように、２本のスラリー圧送シリンダー１１（１１ａ，１１ｂ）が、各々の軸心方向が平行となるように並設されており、後述するように、一方の圧送シリンダー１１ａ（１１ｂ）ではスラリーの吐出が行われ、他方の圧送シリンダー１１ｂ（１１ａ）ではスラリーの吸引が行われるように設けてある。
【００２６】
このスラリー圧送シリンダー１１は、図３の拡大断面図に詳しく示すように、一例として２層管構造に形成してあり、内層（第１層に相当）１２が高クロム鋳鉄からなる例えば３ｍｍ厚の層で、外層（第２層に相当）１３が炭素鋼からなる例えば８ｍｍ厚の層である。
【００２７】
この内層１２は、適度な耐摩耗性を備えさせる点から、硬度が５００ＨＢ以上であるのが好ましく、硬度が５３０〜６９０ＨＢであれば、より好ましい。さらに、内層１２の内表面の表面あらさは、後説するピストン１７の円滑な往復摺動の点から、２０Ｓ以下が好ましく、６〜１５Ｓがより好ましい。
【００２８】
尚、本実施形態では、前記内層１２及び前記外層１３は金属学的（治金的）に接合されており、各々、以下のような組成からなる。内層１２を形成する高クロム鋳鉄の組成は、Ｃ：２．５〜３．２重量％、Ｃｒ：２３〜３０重量％である。また、外層１３を形成する炭素鋼は、ＪＩＳ規格による炭素鋼鋳鋼品のＳＣ４５０であり、その組成は、Ｃ：０．４以下、Ｐ：０．４以下、Ｓ：０．０４以下である。
【００２９】
そして、スラリー圧送シリンダー１１の端部各々の外周側には、接続部材としての鋼製のフランジ１５を溶接等により取り付けてある。
【００３０】
このように形成される各スラリー圧送シリンダー１１の一端側（以下、後端側と称する）は、フランジ１５を介して支持板１６に接続されており、その支持板１６には、各スラリー圧送シリンダー１１内をピストン１７が往復摺動するように駆動する油圧シリンダー装置（駆動装置の一例）１８を設けて、前記ポンプ本体１０が構成されている。
そして、スラリー圧送シリンダー１１の他端側（以下、先端側と称する）に形成される開口１４が、スラリーを吸引可能な吸引部、及び、スラリーを吐出可能な吐出部に相当し、前記吸入吐出切替部２０に接続されている。
【００３１】
この吸入吐出切替部２０は、図１，２に示すように、ホッパ２１及び導出管２２と連結されるほぼ矩形の連結用板体２３と、その連結用板体２３にスライド移動可能に取り付てあるほぼ矩形のスライド用板体２４とを設けて構成され、連結用板面２３とスライド用板体２４とは板面どうしを対面されて取り付けられている。
【００３２】
前記連結用板体２３には、その厚み方向に貫通する３つの貫通口が、並設されており、３つの貫通口のうちの中央の貫通口に前記導出管２２が接続され、両端の２つの貫通口は、スラリーを貯留可能なホッパ２１と、吸引管２６を介して接続されている。
【００３３】
一方、前記スライド用板体２４には、後述するスライド移動により前記連結用板体２３の貫通口と連通可能な、２つの貫通口が並設されており、このスライド用板体２４の他方の板面側には、この２つの貫通口に連通するようにフランジ１５等を介して各スラリー圧送シリンダー１１が、その軸方向がスライド用板体２４の板面に直交する姿勢を維持した状態に取り付けられている。
【００３４】
このスライド用板体２４に取り付けられているスラリー圧送シリンダー１１（ポンプ本体１０）は、スライド用板体２４の両側方に備えられるスライド駆動用のシリンダー装置２８ａ，２８ｂによるスライド用板体２４の連結用板体２３に対するスライド駆動によって、次のように位置が切り替えられることで、各スラリー圧送シリンダー１１は、スラリーを吸引する状態・スラリーを吐出する状態とに切替操作される。
【００３５】
つまり、一方のシリンダー装置２８ａによるポンプ本体１０のスライド移動で、一方の圧送シリンダー１１ａが、開口１４を介して導出管２２に連通されスラリーを吐出可能な状態となり、他方の圧送シリンダー１１ｂが、開口１４を介して吸引管２６に連通されホッパ２１内のスラリーを吸引可能な状態となる、第１位置に切り替えられる（図２（イ）参照）。そして、他方のシリンダー装置２８ｂによるポンプ本体１０のスライド移動で、一方の圧送シリンダー１１ａが、開口１４を介して吸引管２６に連通されホッパ２１内のスラリーを吸引可能な状態となり、他方の圧送シリンダー１１ｂが、開口１４を介して導出管２２に連通されスラリーを吐出可能な状態となる、第２位置に切り替えられる（図２（ロ）参照）。
このような第１位置と第２位置との位置切替により、各圧送シリンダー１１ａ，１１ｂの開口１４がスラリーを吸引可能な吸引部、スラリーを吐出可能な吐出部に切替自在となるように構成されている。
【００３６】
以上のように構成されるスラリー圧送ポンプＡでは、一方の圧送シリンダー１１ａ（１１ｂ）で、油圧シリンダー装置１８によるピストン１７の摺動により、ホッパ２１内のスラリーを吸引する一方で、他方の圧送シリンダー１１ｂ（１１ａ）で、油圧シリンダー装置１８によるピストン１７の摺動により、スラリーが開口１４から導出管２２に吐出し、スラリーを約８０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で高圧圧送することができるようにされている。
【００３７】
次に、以上説明したスラリー圧送ポンプＡのスラリー圧送シリンダー１１の製造方法の一例について説明する。
【００３８】
１）まず、次のように本体形成工程を行い、スラリー圧送シリンダー１１を構成するシリンダー本体を形成する。
【００３９】
本実施形態では、一例として遠心力鋳造法により、高速回転する円筒形金型の中に、まず、前述の組成を有する炭素鋼の溶湯を注入し、遠心力の作用で金型内面に伸展・圧接させながら凝固させて外層１３を形成しつつ、その内面側に、前述の組成を有する高クロム鋳鉄の溶湯を注入し、外層１３の内面に同様に伸展・圧接させながら凝固させて内層１２を形成することで、内層１２と外層１３とが金属学的（治金的）に接合されたものとする。
【００４０】
２）次に、上記１）にて形成したシリンダー本体に、調整工程を行う。
【００４１】
この調整工程では、シリンダー本体を加熱し９００℃に達してから、９００℃〜９２５℃の温度領域にて、内層１２の硬度調整の観点から、好ましくは１時間以上、より好ましくは５〜１０時間、保持した後、空冷処理を施すことで、シリンダー本体を、高い耐摩耗性を有する内層１２とその内層１２を補完する外層１３とによる効果がより確実に得ることができるものとする。このように、１回の加熱・空冷処理にて所望の特性を有するシリンダー本体を得ることができ、有利である。
尚、この際の上記９００℃〜９２５℃の温度領域にて保持する時間により、内層１２の硬度が、好ましくは５００ＨＢ以上、より好ましくは５３０〜６９０ＨＢとなるようにする。
【００４２】
３）そして、調整工程後、次のような機械処理工程を行う。
【００４３】
この機械処理工程では、少なくとも、内層１２がまだ軟らかい状態の間に、その内周面にホーニング仕上げなどの仕上加工を施してから硬化させ、その厚みが例えば３ｍｍとなるように形成する。尚、内層１２の内周面の表面あらさは、好ましくは２０Ｓ以下、より好ましくは６〜１５Ｓとなるように加工するとよい。
このため、スラリー圧送シリンダー１１内でピストン１７を円滑に往復摺動させ、そのピストン１７のスラリー圧送シリンダー１１内面を摺動する摺動部（ラバー製ピストンパッキン等）の摩耗を減少させることができ、有利である。
また、本実施形態では、外層１３にも機械仕上げを施し、その厚みが８ｍｍとなるようにし、前述のようにフランジ１５を外周側に取り付けるなどして、スラリー圧送シリンダー１１を形成してある。
【００４４】
〔別実施形態〕
以下に他の実施形態を説明する。
〈１〉　先の実施形態では、スラリー圧送シリンダー１１を２本備えるスラリー圧送ポンプについて例示したが、スラリー圧送ポンプは、スラリー圧送シリンダー１１を１本備えるものでもよいし、３本備えるものでもよい。
また、スラリー圧送シリンダー１１に設けられる、スラリーを吸引可能な吸引部及びスラリーを吐出可能な吐出部は、先の実施形態で例示したものに限らず、吸引部と吐出部が別々に設けられるものでもよく、任意に、それら吸引部及び吐出部を切替自在に設け、スラリー圧送シリンダー１１でスラリーの吸引及び吐出を行えるようにしてあれば、如何なるものでもよい。
【００４５】
〈２〉　第１層（内層）１２と第２層（外層）１３とが金属学的に接合されたスラリー圧送シリンダー１１は、先の実施形態で例示した遠心力鋳造法に限らず、例えば、ＨＩＰ法（熱間等方圧加圧法）によって、所定形状のカプセル内に炭素鋼や高クロム鋳鉄の金属材料を入れて、高圧ガスによる等方圧を加えながら加熱溶融成形してもよいし、また、その他各種金属学的（治金的）接合法により形成してもよい。
また、スラリー圧送シリンダー１１は、このように第１層１２と第２層１３とが金属学的に接合されたものに限らず、焼ばめ等により機械的に接合されたものでもよい。
【００４６】
〈３〉　そして、スラリー圧送シリンダー１１は、先の実施形態で例示した２層管構造のものに限らず、内周面側に、高クロム鋳鉄からなる第１層１２を備え、その第１層の外側に、炭素鋼からなる第２層１２を備えるものであればよく、３層以上の構造のものでもよい。
尚、「高クロム鋳鉄」とは、本明細書では、硬質のマルテンサイト基地に、クロム炭化物（クロム・鉄カーバイド）が分散析出した白銑組織を有するものを意味し、その組成は、Ｃ：２．０〜３．５重量％、Ｃｒ：１２〜３０重量％で、所望により、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ等の１種ないし２種以上の元素が任意の割合で添加されたものである。
また、「炭素鋼」とは、本明細書では、ＪＩＳ規格による炭素鋼鋳鋼品のＳＣ３６０，ＳＣ４１０，ＳＣ４５０，ＳＣ４８０等を意味し、その組成は、Ｃ：０．４０以下、Ｐ：０．４０以下、Ｓ：０．０４以下のものである。（組成が不適当であれば修正致しますので、ご教示下さい）
【００４７】
〈４〉　尚、本発明に係るスラリー圧送ポンプでは、スラリーとしては、例えば、コンクリート、高粘土物質、泥土、モルタル、軽量モルタル、軽量コンクリート、重量コンクリート、し渣等の各種スラリーを圧送することができるが、勿論、水を圧送するのに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラリー圧送ポンプの一実施形態を示す斜視図
【図２】図１に例示するスラリー圧送ポンプの作動状況を説明する断面図
【図３】スラリー圧送シリンダーの一実施形態を示す断面図
【符号の説明】
Ａ　　　　　　　　　　　スラリー圧送ポンプ
１１（１１ａ，１１ｂ）　スラリー圧送シリンダー
１２　　　　　　　　　　第１層
１３　　　　　　　　　　第２層
１４　　　　　　　　　　吸引部
１４　　　　　　　　　　吐出部
１７　　　　　　　　　　ピストン
１８　　　　　　　　　　駆動装置
２０　　　　　　　　　　吸入吐出切替部
【図１】
2004092528.tif 000003
【図２】
2004092528.tif 000004
【図３】
2004092528.tif 000005