(57)【要約】【課題】ピストン式圧送ポンプにおいてバックプレッシャーに起因する吐出管側からのホッパ側への湿式材料の逆流現象を防止し、吐出効率を高め、かつ、均質な材料を圧送することを目的とする。【解決手段】湿式材料を圧送するための圧送ポンプにおいて、圧送ポンプとして、シリンダ１４，１４ａ内に湿式材料を吸入，吐出する一対のプランジャポンプＰ，Ｍを摺動板１５に穿設した開口部と接続して並列に配置し、該摺動板１５と摺動可能に対面配置されて吐出管接続孔が湿式材料の吐出管１８に接続されているとともに吸込み管接続孔が吸込み管１７，１７ａに並列接続された固定板３０を備え、前記摺動板１５を一対のプランジャポンプＰ，Ｍと同期して往復運動するようにしたピストン式圧送ポンプを使用し、かつ、該プランジャポンプＰ，Ｍのシリンダ１４，１４ａのピッチＱを、該シリンダ１４，１４ａの内径の概ね２倍、もしくは２倍以上とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モルタル，コンクリート又は泥土或いは緑化基盤材を主体とした湿式材料を圧送するための圧送ポンプにおいて、
圧送ポンプとして、シリンダ内に湿式材料を吸入，吐出する一対のプランジャポンプを摺動板に穿設した開口部と接続して並列に配置し、該摺動板と摺動可能に対面配置されて吐出管接続孔が湿式材料の吐出管に接続されているとともに吸込み管接続孔が吸込み管に並列接続された固定板を備え、前記摺動板を一対のプランジャポンプと同期して往復運動するようにしたピストン式圧送ポンプを使用し、かつ、該プランジャポンプのシリンダのピッチを、該シリンダの内径の概ね２倍、もしくは２倍以上としたことを特徴とする湿式材料の圧送ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、法面，擁壁，トンネル，耐火物炉，地下構造物等の各種構造物の構築，補修，補強或いは法面の緑化工事等の施工に際して、モルタル，コンクリート又は泥土或いは緑化基盤材等を主体とする湿式材料を圧送する圧送ポンプに関し、特に圧送用配管等から圧送ポンプへの逆流を防止して湿式材料の材料分離を低減させると共に吐出効率を高めた湿式材料の圧送ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からモルタル，コンクリート又は泥土或いは緑化基盤材を主体とする湿式材料を法面，擁壁，トンネル，耐火物炉，地下構造物等の各種構造物の構築，補修，補強或いは法面の緑化工事等の各種工事現場の施工場所に搬送する工法として、ポンプ圧送工法が一般に採用されている。
【０００３】
ポンプ圧送工法の中で、圧送ポンプとエアを併用して法面、擁壁等の構築，補修，補強或いは法面の緑化工事等の工事を行う例を図９に基づいて説明する。ピストン式圧送ポンプ１を使用し、このピストン式圧送ポンプ１から吐出管１８を介して管内径６５〜８０ｍｍの鉄管又は高圧ホースからなる圧送配管２，３，４を必要本数だけ連結して、数メートル〜数百メートルの長さに及ぶ所定長さの圧送配管路を構築し、圧送配管４の先端部にエア合流管５を取り付け、その先に内径４２ｍｍのホース９を２０〜６０ｍ接続し、その先に吹付けノズル１０を取り付け、圧送ポンプ１から圧送配管２，３，４を介してエア合流管５に湿式材料が送り込まれ、図外の空気圧縮機からエア合流管５のエア接続口６にエアを添加し、ホース９と吹付けノズル１０内をエア搬送し吹付けが行なわれる。湿式材料が軟らかい場合、エア合流管５の急結剤接続口７または、吹付けノズル１０手前数ｍの所に接続口を設け急結剤を添加することもある。ピストン式圧送ポンプ１はピストンとシリンダを有する２基のプランジャポンプＰ，Ｍからなり、吸込み管１７，１７ａから吸入した湿式材料をピストンの交互駆動によって吐出管１８に連続的に送給可能となっている。
【０００４】
このピストン式圧送ポンプ１のバルブ構造は、平行摺動式のポンプを使用している。図４，図５に示すようにピストン式圧送ポンプ１は、湿式材料を吸入し吐出するシリンダ１４，１４ａとそれに係合するピストン１９，１９ａと、それらのピストンロッド２１，２１ａの他端部に設けたピストン２０，２０ａを係合する油圧シリンダ２７，２７ａからなる２本のプランジャポンプＰ，Ｍを、摺動板（二穴面板）１５に穿設した開口部と接続して並列せしめる一方、固定板（三穴面板）３０の吐出管接続孔を湿式材料の吐出管１８に、吸込み管接続孔を吸込み管１７，１７ａと並列接続して摺動板１５と摺動可能に対面せしめ、かつ、摺動板１５は油圧シリンダ２３によりプランジャポンプＰ，Ｍと同期して固定板３０に摺接して水平方向に往復運動するように構成されている（特許文献１を参照）。固定板３０の中央開口部に接続した吐出管１８に湿式材料の圧送用配管（図示略）を連結する一方、吸込み管１７，１７ａを図外のホッパに連結した構成となっている。
【０００５】
【特許文献１】
実公平６−１７００３号公報
【０００６】
そして図４に示すように、シリンダ１４と湿式材料の吸込み管１７とを連通させて該シリンダ１４内に湿式材料を吸入している間に、他方のシリンダ１４ａを吐出管１８と連通させて該シリンダ１４ａ内に吸入した湿式材料を押し出す。また、図５に示すように、シリンダ１４ａと湿式材料の吸込み管１７ａとを連通させて該シリンダ１４ａ内に湿式材料を吸入している間に、他方のシリンダ１４を吐出管１８と連通させて該シリンダ１４内に吸入した湿式材料を押し出す。上記の操作を繰り返すことによって切換弁等の複雑な構成を要することなく、かつ、切り換え部における流路抵抗を増大させることなくホッパ内に投入された湿式材料を固定板３０に連結された吐出管１８に連続的に圧送することができる。この平行摺動式のピストン式圧送ポンプは切換弁などの複雑な弁構成が不必要であり、構成が簡易で生コンクリート等の湿式材料をスムーズに連続圧送することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記したピストン式圧送ポンプ１の使用時における湿式材料の吐出効率を高めるためには吐出管１８とシリンダ１４，１４ａの切替時間を極力短縮することが肝要であり、その対策として摺動板１５の移動に伴うシリンダ１４，１４ａと吐出管１８間のバルブ切替に要するピッチ、即ち、シリンダ１４，１４ａのピッチをできるだけ短くする手段が採られている。しかしながら、シリンダ１４，１４ａ間のピッチを短縮した場合にはバルブ切替時に吐出管１８と吸込み管１７，１７ａとが連通した状態が発生して、吐出管１８側に吐出した湿式材料がバックプレッシャーによって吸込み管１７，１７ａからホッパ内に逆流して吐出効率が悪化する現象が生じるという問題がある。また、湿式材料として生コンクリートやモルタルを圧送する場合には流動性のよい粒子の細かいセメントペーストが多くホッパ内に逆流して材料分離が発生し、均質な材料を圧送できない問題もある。
【０００８】
上記の湿式材料の逆流現象を図６により説明すると、同図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示したようにシリンダ１４ａと湿式材料の吸込み管１７ａとを連通させてシリンダ１４ａ内に湿式材料を吸入している間に、他方のシリンダ１４を吐出管１８と連通させて該シリンダ１４内に吸入した湿式材料を吐出管１８側に押し出して（Ｄ）の状態となり、次に同図（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）（Ｈ）（Ｉ）（Ｊ）に示したように摺動板１５の平行移動に伴ってシリンダ１４ａと吐出管１８とを連通させて該シリンダ１４ａ内に吸入した湿式材料を押し出している間に、シリンダ１４と吸込み管１７とを連通させて該シリンダ１４内に湿式材料を吸入して（Ｋ）の状態となる。この時にシリンダ１４，１４ａ間のピッチが短いことにより、同図（Ｆ）の拡大図である図７，図８に示したように、シリンダ１４，１４ａを介在して吐出管１８と吸込み管１７，１７ａが連通した状態が発生して、矢印Ｐに示したようにバックプレッシャーによって吐出管１８側の湿式材料が一気に吸込み管１７，１７ａに逆流してホッパ１３内に噴出するという前記した現象が発生することになる。
【０００９】
また、図６の（Ｌ）（Ｍ）（Ｎ）（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示したように、摺動板１５の平行移動に伴ってシリンダ１４と吐出管１８とを連通させて、該シリンダ１４内に吸入した湿式材料を押し出している間にシリンダ１４ａと吸込み管１７ａとを連通させて、該シリンダ１４ａ内に湿式材料を吸入して（Ｄ）の状態に移行する際の（Ｍ）の時点でも同図（Ｆ）と同様に吐出管１８側に吐出した湿式材料がバックプレッシャーによって吸込み管１７，１７ａ側に逆流する現象が発生する。
【００１０】
圧送ポンプの吐出効率とは、１ストローク当りのシリンダ容積に対して実際に吐出される１ストローク当りの材料の容積で算出される。この吐出効率は「シリンダ内への吸込み効率＋圧送用配管内材料の逆流量」によって左右される。
【００１１】
このように従来の圧送ポンプはシリンダ１４，１４ａのピッチを短くすることによる理論性能は良好であるが、現場で使用した際の実性能は現場条件によって劣ることがある。圧送用配管を短い距離で水平に設置し、先端部が開放された状態で低い圧力で圧送を行う場合は逆流現象は生じにくいが、圧送用配管の先端部にエア圧力がかかっている圧送吹付けとか高所圧送、長距離圧送、軟らかくて粘性の低い湿式材料の高圧圧送の場合は前記逆流によって圧送ポンプの吐出効率及び材料分離の度合いが顕著に異なってくる。尚、湿式材料の圧送ポンプの１時間当りの理論吐出量とは「１ストローク容積×１時間当りのストローク」である。
【００１２】
また、圧送用配管内での湿式材料の逆流要因として、圧送用配管の伸縮、圧送材料のエア量（生コンクリートの場合は４．５％程度）、高所圧送時の圧送材料の自重、圧送吹付けの場合は圧送用配管先端部に加わるエア圧力がある。更に圧送ポンプを用いて法面，擁壁，トンネル等の吹付け工法を実施する際に、圧送ポンプのバルブ切替によって圧送用配管先端部で湿式材料が途切れる時間が長くなり、エア搬送中の脈動が多くなって材料分離が生じたり、作業中に常時供給している急結剤を使用している場合には急結剤の粉塵が多く発生して作業環境を悪化させたり、急結剤の使用量が増大してコストアップを招来する。また、材料の脈動も多いことにより作業員による吹付け操作が困難になる等の問題もある。
【００１３】
更に動作時におけるバルブ切替による部品摩耗とか圧送用配管の摩耗も増大し、又圧縮性の高い材料は圧送することができないという難点がある。例えばエアモルタルは材料中のエア量が４０％〜６０％と混入率が高く、バルブ切替時に逆流による吐出効率の低下が顕著であって、実用的な圧送ができない。なお、エアモルタルは事前に発泡させた気泡をモルタルと混合させたものであり、軽量性・流動性・充填性に非常に優れた特性を持つ湿式材料である。
【００１４】
そこで本発明は上記の問題点を解決して、ピストン式圧送ポンプにおいてバックプレッシャーに起因する吐出管側からのホッパ内への湿式材料の逆流現象を防止して材料分離を低減すると共に、吐出効率を高めて均質な材料を効率よく圧送出来る湿式材料の圧送ポンプを提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、モルタル，コンクリート又は泥土或いは緑化基盤材を主体とした湿式材料を圧送するための圧送ポンプにおいて、圧送ポンプとして、シリンダ内に湿式材料を吸入，吐出する一対のプランジャポンプを摺動板に穿設した開口部と接続して並列に配置し、該摺動板と摺動可能に対面配置されて吐出管接続孔が湿式材料の吐出管に接続されているとともに吸込み管接続孔が吸込み管に並列接続された固定板を備え、前記摺動板を一対のプランジャポンプと同期して往復運動するようにしたピストン式圧送ポンプを使用し、かつ、該プランジャポンプのシリンダのピッチを、該シリンダの内径の概ね２倍、もしくは２倍以上とした湿式材料の圧送ポンプを提供する。
【００１６】
かかる湿式材料の圧送ポンプによれば、バルブ切替時に吐出管と吸込み管とが連通した状態が発生せず、或いはごく僅かであるため、ピストン式圧送ポンプを構成するプランジャポンプのバックプレッシャーに起因する吐出管側からの吸込み管側への湿式材料の逆流現象が発生せず、圧送ポンプ自体の吐出効率を高め、材料分離を低減し均質な材料を圧送することができるとともに脈動を低減することができる。また、本発明にかかる圧送ポンプを用いて法面，擁壁，トンネル等の圧送吹き付けを行った際に圧送配管先端部で湿式材料が途切れることを少なくし、急結剤を使用している場合でも急結剤の粉塵及び使用量を少なくしてコストが低減されるとともに作業環境を改善することができる。また、動作時におけるバルブ切替による部品摩耗とか圧送用配管の摩耗も減少するとともに、従来のピストン式圧送ポンプでは実用的な圧送ができないとされていたエアモルタルでも効率よく圧送可能となって圧送ポンプ自体の用途を拡大することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明にかかる湿式材料の圧送ポンプの具体的な実施形態を従来の構成と同一の構成部分に同一の符号を付して説明する。図１における１は圧送ポンプを示す要部平面図、図２は同正面図であり、図中の１４，１４ａは湿式材料としてのモルタル，コンクリート又は泥土或いは緑化基盤材等を吸入，吐出するシリンダ、１９，１９ａは該シリンダ１４，１４ａと係合するピストン、２１，２１ａはピストンロッドであって、このピストンロッド２１，２１ａの他端部に設けたピストン２０，２０ａが油圧シリンダ２７，２７ａに係合されている。上記の部材により一対のプランジャポンプＰ，Ｍが構成される。図２に示す１３は湿式材料を投入するためのホッパ、１８は湿式材料の吐出管である。
【００１８】
１５は二穴面板でなる摺動板、３０は三穴面板でなる固定板であり、プランジャポンプＰ，Ｍを摺動板１５に穿設した開口部と接続して並列に配置する一方、固定板３０の吐出管接続孔を湿式材料の吐出管１８に接続し、固定板３０の吸込み管接続孔を吸込み管１７，１７ａに並列接続して該固定板３０を摺動板１５と摺動可能に対面させてある。そして摺動板１５は図外の油圧シリンダによりプランジャポンプＰ，Ｍと同期して矢印Ｚに示したように水平方向に往復運動可能に構成されている。
【００１９】
本発明にあっては、プランジャポンプＰ，Ｍを構成するシリンダ１４，１４ａのピッチＱが、該シリンダ１４，１４ａの内径Ｒの概ね２倍、もしくは２倍以上であるようにしたことが大きな特徴となっている。なお、ピッチＱは概ね２倍あればよく、２倍丁度及び２倍を超える数値と共に、２倍近傍の数値であれば２倍を多少下回っても使用可能である。これにより、バルブ切替時に吐出管１８と吸込み管１７，１７ａとが連通した状態が発生することがなく、或いは発生したとしてもごく僅かである。
【００２０】
以下に本発明にかかる圧送ポンプの動作態様を図３の概要図に基づいて説明すると、同図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、シリンダ１４ａと湿式材料の吸込み管１７ａとを連通させてシリンダ１４ａ内に湿式材料を吸入している間に、他方のシリンダ１４を吐出管１８と連通させて該シリンダ１４内に吸入した湿式材料を吐出管１８側に押し出して（ｄ）の状態となる。次に同図（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）（ｉ）（ｊ）に示したように摺動板１５の左方への移動に伴ってシリンダ１４ａと吐出管１８とを連通させて該シリンダ１４ａ内に吸入した湿式材料を押し出している間に、シリンダ１４と吸込み管１７とを連通させて該シリンダ１４内に湿式材料を吸入して（ｋ）の状態となる。
【００２１】
上記の動作時に、同図（ｆ）の拡大図である前記図１に示したように、シリンダ１４，１４ａのピッチＱを、該シリンダ１４，１４ａの内径Ｒの概ね２倍、もしくは２倍以上にしたことにより、シリンダ１４，１４ａを介在して吐出管１８と吸込み管１７，１７ａが連通した状態は発生せず、従来例で説明したバックプレッシャーに起因する吐出管１８側の湿式材料の逆流現象は生じない。
【００２２】
更に同図（ｌ）（ｍ）（ｎ）（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように、摺動板１５の右方への移動に伴ってシリンダ１４と吐出管１８とを連通させて、該シリンダ１４内に吸入した湿式材料を押し出している間にシリンダ１４ａと吸込み管１７ａとを連通させて、該シリンダ１４ａ内に湿式材料を吸入して（ｄ）の状態に移行する際の（ｍ）の時点でも同様に吐出管１８側に吐出した湿式材料がバックプレッシャーによって吸込み管１７，１７ａ側に逆流する現象は発生しない。
【００２３】
以下に実際の使用例に基づいて本発明の作用を説明する。法面とか擁壁の構築に本発明を適用したケースでは、圧送ポンプ１の吐出管１８に数百メートルの圧送用配管を接続し、この圧送配管の先端にエア合流管を接続するとともに該エア合流管の先に１０メートルから６０メートルのホースを接続して湿式材料としての生コンクリートをエア搬送し、ノズルから吹付けを行う。エア合流管で必要とするエア圧力は通常０．４〜０．６ＭＰａであり、その圧力が圧送配管の先端部に作用している。比重が２．３５程度の生コンクリート材料の場合には０．４〜０．６ＭＰａの圧力は垂直高さにして１７から２６メートルの高さに相当する。
【００２４】
従来のピストン式圧送ポンプを使用した場合には、摺動板の移動に伴うバルブ切替時に圧送配管内の湿式材料の流れが一旦停止し、その後に吐出管と吸込み管とがシリンダ内で連通した状態の時に０．４〜０．６ＭＰａのエア圧力により大気圧力に開放されているホッパ内に一気に逆流してから圧送が再開される。従って逆流した分だけ圧送配管先端部の材料は後退し、次の材料が圧送配管先端部に到達するまでの時間は「バルブ切替時間＋逆流した材料が圧送されてくるまでの時間」となり、圧送配管先端部での圧送材料が途切れる時間が長くなって脈動の原因となりやすい。湿式材料の逆流した分量は「シリンダへの吸込み効率が低下している量＋ホッパに戻る量」となる。
【００２５】
本発明による圧送ポンプによれば、シリンダ１４，１４ａのピッチＱを該シリンダ１４，１４ａの内径Ｒの概ね２倍、もしくは２倍以上にしたことにより、シリンダ１４，１４ａの吸込み効率が低下している量のみ逆流する。吐出効率の差は圧送材料とか圧送配管長さ等の条件によって異なるので一様ではないが、同条件で従来例の圧送ポンプを使用した場合と発明品の圧送ポンプを使用した場合の圧送吹付け工法における吐出効率の比較試験を行なった。圧送配管は、内径１０５ｍｍ，長さ７メートルのものを水平に設置して該圧送用配管先端部にエア合流管を取り付け、その先に２．５インチのホースを２０ｍ接続し、湿式材料は１ｍ３当りセメント量３６０ｋｇ，粗骨材（１５ｍｍ以下）７２０ｋｇを混練した生コンクリートで、スランプ値１０ｃｍのものを、圧送ポンプの理論吐出量は時間当たり１８ｍ３の圧送速度で行い、エア合流管に毎分１０Ｎｍ３のエアを添加し比較試験を行なった。その結果、従来品の圧送ポンプは、シリンダストローク５５０ｍｍ，径１６０ｍｍ，ピッチ２００ｍｍのもので、エア合流管でのエア圧力は０．４５から０．５ＭＰａで吐出効率は約８３％であった。
【００２６】
これに対して本発明にかかる圧送ポンプを用いて上記と同一条件でシリンダピッチ３２０ｍｍで行った場合、エア合流管でのエア圧力は従来品と略同じエア圧力で吐出効率は約９４％であり、従来例に比較して吐出効率が１１％も向上しているとともに湿式材料の脈動も大幅に減少することが確認された。
【００２７】
なお、湿式材料の圧送吹き付け工法として、図９に示すような圧送配管２，３，４を付設することなく、圧送ポンプ１の吐出管１８にエア合流管５を直接装着する場合がある。この場合はプランジャポンプＰ，Ｍのバックプレッシャーが直接かかることとなるため、吐出管側からの吸込み管側への湿式材料の逆流現象が発生しない本発明にかかる湿式材料の圧送ポンプを使用する効果が特に大きい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、ピストン式圧送ポンプの構成要素であるプランジャポンプのシリンダのピッチを、該シリンダの内径の概ね２倍、もしくは２倍以上としたことにより、バルブ切替時に吐出管と吸込み管とが連通した状態が発生することがなく、或いは発生したとしてもごく僅かであるため、バックプレッシャーに起因する吐出管側からの吸込み管側への湿式材料の逆流現象が発生せず、圧送ポンプ自体の吐出効率を高めるとともに材料分離を低減し、均質な材料を圧送することができる。特に本発明にかかる圧送ポンプを用いて法面，擁壁，トンネル，地下構造物等の構築，補修，補強のために湿式材料の吹き付けを行った際に、圧送用配管先端部で湿式材料が途切れることが少なくなり、エア搬送に起因する材料分離もなく、圧送吹付けで急結剤を使用している場合でも急結剤の粉塵がなくなり、急結剤の使用量を少なくしてコストが低減されるとともに作業環境を改善することができる。また、材料の脈動も少ないことにより作業員による吹付け操作が容易になる。
【００２９】
更にピストン式圧送ポンプの動作時におけるバルブ切替による部品摩耗及び圧送用配管の摩耗も減少し、圧縮性の高い材料でも圧送することができて、圧送ポンプ自体の用途を拡大することができる。従って従来のピストン式圧送ポンプでは実用的な圧送ができないとされていたエアモルタルでも効率よく圧送可能な湿式材料の圧送ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧送ポンプを示す要部平面図。
【図２】図１の正面図。
【図３】本発明にかかる圧送ポンプの動作態様を説明する概要図。
【図４】本発明に使用する圧送ポンプの構造を示す説明図。
【図５】本発明に使用する圧送ポンプの構造を示す説明図。
【図６】従来の圧送ポンプの動作態様を説明する概要図。
【図７】従来の圧送ポンプを示す要部平面図。
【図８】図７の正面図。
【図９】圧送ポンプとエアを併用した湿式材料の圧送吹付け工法を示す概要図。
【符号の説明】
１…（ピストン式）圧送ポンプ
１３…ホッパ
１５…摺動板
１７，１７ａ…吸込み管
１８…吐出管
１９，１９ａ，２０，２０ａ…ピストン
３０…固定板
整理番号  Ｐ３５２６
【図１】
2004176565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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