JP2004060818A

JP2004060818A - 蛇腹金属管付ホース

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Publication number: JP2004060818A
Application number: JP2002221895A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Furuta; 古田　則彦
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: US7104285B2; JP4168691B2; DE10334775A1; US20040020546A1

Abstract

【課題】蛇腹金属管を内層に有するホースにおいて、内圧の作用により蛇腹金属管が繰返し伸長変形し、これにより蛇腹金属管が疲労破壊する問題を解決する。
【解決手段】蛇腹金属管２２を内層に有し、径方向外側に弾性層２４，２８と補強層２６とを有する外層を積層して成る蛇腹金属管付ホース１０において、補強層２６の編角を４０°以下の小角度とする。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車用燃料輸送用ホースや冷媒その他流体の輸送用ホースとして好適な蛇腹金属管付ホースに関し、特に補強層に特徴を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の燃料輸送用ホース等として、従来、振動吸収性，組付性等の良好な一般的なゴムホース、例えば耐ガソリン透過性の優れるＮＢＲ・ＰＶＣ（アクリロニトリルブダジエンゴムとポリ塩化ビニルとのブレンド）等が用いられて来たが、近年自動車用燃料等の透過規制は地球環境保全の観点から厳しく、今後もその規制の一層の強化が予想され、他面では燃料電池で使用される水素ガスや炭酸ガス冷媒等の透過性の高い流体に対応する必要もあり、ゴムや樹脂といった有機材料のみで構成されたホースでは要求性能を満足することが困難になると予想される。
【０００３】
そこで今後の低透過ホースの形態として、極めて高度の流体不透過性が期待できる、内層に蛇腹金属管を有するホースの使用が検討されている。
【０００４】
この種の蛇腹金属管付きのものとして、従来下記文献１，文献２，文献３に開示のものが公知である。
［文献１］　特開２００１−１８２８７２号
［文献２］　特開２００１−３４１２３０号
［文献３］　実開昭５１−１５０５１１号
【０００５】
この蛇腹金属管付きのホースの場合、燃料電池で使用される水素ガスを用いた場合でも内層の蛇腹金属管によってガス透過を０とすること、即ちガス透過を完全防止することが可能である。
但しこの蛇腹金属管付ホースの場合、補強層による補強構造が問題となる。
【０００６】
従来の通常のホースの場合、図６に示しているようにホース本体２００が内側弾性層２０２，補強層２０４及び外側弾性層２０６の積層構造をなしており、この場合補強層２０４における補強線材の巻角ないし編角（軸心方向に対する巻角ないし編角）が静止角（ここでは静止角α＝５４°４４´とする）より大角度であると、図７（イ）に示しているように内圧がかかったときに補強層２０４が、その内圧を受けて補強線材の巻角ないし編角（以下単に編角とする）を静止角とする方向に全体が長手方向に伸長し（糸が伸びないと仮定。以下同じ）、また径方向に縮み変形する。
【０００７】
一方逆に、同図（ハ）に示しているように補強層２０４における補強線材の編角が静止角よりも小角度であると、内圧がかかったときに編角を静止角度とする方向に補強層２０４を含むホース全体が長手方向に縮小し、また径方向に膨張変形する。
また（ロ）に示しているように編角がもともと静止角度であると、内圧がかかっても補強層の補強線材はそのまま静止角を保ち、ホース全体は長手方向にも径方向にも特に変化しない。
【０００８】
尚図６において、２０６は軸方向端部においてホース本体２００内に挿入されたパイプ状をなす剛性の接続具、２０８はホース本体２００の外面に外嵌されたソケット金具で、ホース本体２００はソケット金具２０８の径方向内方へのかしめ付けによって、接続具２０６とソケット金具２０８とにより径方向に締め付けられる状態にそれらに固定される。
図中２１０はソケット金具２０８の軸端に設けられた内向きの鍔状部で、ここではその鍔状部２１０が、接続具２０６の外面に形成された係入溝に係入させられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の通常のホースの場合、内圧を受けたとき補強層の編角に応じてホース全体が径方向及び長手方向に膨張ないし縮み変形しようとする。
しかしながら図８に示す蛇腹金属管２１２を内層に有する蛇腹金属管付ホースの場合には、補強層の編角の如何に拘わらず、内圧が作用したときその蛇腹金属管２１２が一律に長手方向に伸び変形しようとする。
【００１０】
従ってこのような蛇腹金属管付ホースの場合、内圧が繰り返しかかると、蛇腹金属管２１２を含むホース全体が長手方向に伸長を繰り返し、そしてその変形の繰返しによって蛇腹金属管２１２が疲労破壊してしまうといった問題が内在している。
【００１１】
以上燃料電池で使用される水素ガスの輸送用ホースを例にとって説明したが、同様の問題は、例えばガソリン等の燃料を輸送するホースにおいて、ガソリンの大気中への飛散防止或いは機器の高出力化による高温化，高圧力化（即ち低透過の必要性が顕著になる）によって蛇腹金属管付ホースを用いる場合、水素同様に分子量が小さく、ガス透過性の高いＣＯ_２を冷媒（流体）として用いる流体輸送用ホースに蛇腹金属管付ホースを用いる場合、その他ガス透過規制の厳しい分野において蛇腹金属管付ホースを用いる場合において共通して生じ得る問題である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛇腹金属管付ホースはこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、前記補強層における補強線材の軸心方向に対してなす角度である編角ないし巻角を４０°以下の小角度となしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２のものは、蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、
前記補強層として少なくとも第１補強層と第２補強層とを設け、何れか一方の補強線材の軸心方向に対してなす角度である編角ないし巻角を静止角よりも小角度に、他方を該静止角よりも大角度となしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３のものは、蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、
前記補強層として、実質的に軸心方向と平行な縦補強線材と実質的に軸心と直角方向の横補強線材とを有する帆布の層を少なくとも１層設けたことを特徴とする。
【００１５】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、蛇腹金属管付ホースにおいて、補強層の補強線材の巻角ないし編角（以下単に編角）を４０°以下の小角度となしたもので、この蛇腹金属管付ホースの場合、内圧の作用により蛇腹金属管、つまりホース全体が長手方向に伸びようとするのを、４０°以下の小角度の編角の補強層の抵抗作用によって、その伸び変形を効果的に抑制することができる。
これにより内圧の作用によってホースが長手方向に大きく伸長変形を繰り返し、蛇腹金属管がその繰返し変形に基づいて疲労破壊する問題を解決することができる。
【００１６】
尚、補強線材の編角を４０°以下の小角度となした上記補強層は、長手方向の伸長変形に対しては大きな抵抗力を発生させるが、径方向の膨張変形に対しては特に抵抗力を発揮しない。
従って径方向の膨らみに対して蛇腹金属管では耐えられないような場合、その補強のための補強層を別途設けておくことが望ましい。
【００１７】
請求項２は、そのために編角の小さい補強層に加えて、編角が静止角よりも大きな補強層を設けたもので、この請求項２によれば、長手方向の伸長変形を第１補強層と第２補強層との何れか、即ち編角の小さな補強層で抑制することができるのに加えて、径方向の膨張変形に対しても他方の補強層によって効果的にこれを抑制することができる。
この請求項２において、編角の小さい方の補強層を内側に、編角の大きい補強層を外側に設けておくことができる。
【００１８】
次に請求項３のものは、実質的に軸心方向と平行な縦補強線材と、これと直角方向の横補強線材とを有する帆布の層を少なくとも１層補強層として設けたもので、この請求項３においても、蛇腹金属管の伸長とともにホース全体が長手方向に大きく伸長変形するのを抑制できるとともに、帆布の横補強線材によってホースの径方向の膨張変形も抑制することができる。
【００１９】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２において、１０は水素輸送用ホースや自動車用燃料輸送用ホース或いはエアコン用の冷媒輸送用ホース等として好適な蛇腹金属管付ホース（以下単にホースとする）で、１２はホース本体、１４はホース本体１２に固定されたパイプ状をなす金属製の接続具で、１６はホース本体１２の外面に外嵌されたソケット金具である。
【００２０】
接続具１４は、このソケット金具１６の径方向内方へのかしめ付けによってホース本体１２の端部にソケット金具１６とともに固定されている。
【００２１】
図２に示しているように、ソケット金具１６は軸端に径方向内向きの鍔状部１８を有している。
一方接続具１４は、対応する軸方向位置において径方向外面に係入溝２０を有しており、ソケット金具１６のかしめ付けによってその鍔状部１８の内端部が係入溝２０に係入させられている。
【００２２】
図２に示しているように、ホース本体１２は最内層として蛇腹金属管２２を有しており、その外側に内側弾性層２４，補強層２６，外側弾性層２８が積層され、それらが加硫接着等により一体に固着されている。
尚本例において内側弾性層２４，補強層２６，外側弾性層２８は蛇腹金属管２２の外層を構成している。
【００２３】
ここで補強層２６はワイヤ補強層であっても良いし、或いはまた繊維補強層であっても良い。
また内側弾性層２４及び外側弾性層２８はゴム等の弾性を有する材料で構成することができる。
【００２４】
一方最内層の蛇腹金属管２２は、軸方向の略全体が蛇腹部３０とされており、その蛇腹部３０によって可撓性が付与されている。
即ちこの例のホース１０は、最内層が金属管にて構成されているにも拘わらず、その金属管に蛇腹部３０が設けられることによって全体的に可撓性が付与されている。
【００２５】
尚この蛇腹金属管２２の材質として鋼材（ステンレス鋼を含む），銅又は銅合金，アルミ又はアルミ合金，ニッケル又はニッケル合金，チタン又はチタン合金等を用いることができるが、ステンレス鋼がより好適である。
【００２６】
またその板厚は２０〜５００μｍとすることができるが、ピンホール等の欠陥防止、また蛇腹部３０の加工性等を考慮すると５０μｍ以上が望ましく、また柔軟性，耐久性の点から３００μｍ以下とするのが望ましい。
【００２７】
蛇腹金属管２２は、軸端側が軸方向のストレート形状部（直管部）３２とされている。
このストレート形状部３２は、その先端側が内側弾性層２４，補強層２６及び外側弾性層２８からなる外層から露出して軸方向に延び出す延出部３４とされている。
そしてこの延出部３４の部分が、ソケット金具１６のかしめ付けによって、鍔状部１８の内端部と接続具１４における係入溝２０とで径方向に挟圧され、同部分において蛇腹金属管２２が強固に固定され且つ同時にその蛇腹金属管２２と接続具１４の外面との間が気密にシールされている。
【００２８】
但しこの蛇腹金属管２２における端部の、接続具１４に対する固定構造はあくまで一例であって、接続具１４の形態その他に応じて様々な固定構造及びシール構造で、蛇腹金属管２２の端部を様々な形状をなす接続具１４に固定し、またシールするようになすことができる。
【００２９】
図２（Ｂ）に示しているように、上記補強層２６はワイヤ，有機繊維等の補強線材２６ａ，２６ｂを互いに逆向きの角度で（軸心方向に対する角度で逆向き）且つ編角θ_１で編組したものである。
例えばステンレス製，肉厚０．１５ｍｍ，蛇腹ピッチ１ｍｍの蛇腹金属管付きのホースにおいて、軸方向の伸縮等に起因する金属疲労を抑えるためには軸方向の延びを５％以下にすることが望ましく、この場合４０度以下の編角に抑えることによって有効にホースの軸方向の伸縮を抑制し、金属疲労軽減の効果を得ることができる。
但し、編角をより小さくすることは軸方向の伸縮を抑制することに対して更に有効になるものの、補強層がバラけ易くなる傾向になり、例えば編み角を０にするとただの縦糸だけになり、糸が周方向に均一にならず、製造工程内やホース完成後に曲げたりすると糸がずれたり、座屈するように変形したりする。
従って編角は１５度以上、４０度以下であることがより望ましい。
ここではその編角θ_１が４０°以下の３６°の小角度とされている。
即ち静止角度で補強線材が編組された補強層に対し、各補強線材２６ａ，２６ｂが軸心方向に寝た角度で補強層２６が構成されている。
【００３０】
以上のような本例の蛇腹金属管付ホース１０の場合、内圧の作用で蛇腹金属管２２とともにホース全体が長手方向に伸びようとするのを、編角３６°の補強層２６の抵抗作用によって効果的に抑制することができる。
これによりホースが繰り返し長手方向に大きく伸長変形を繰り返し、蛇腹金属管２２がその繰返し変形に基づいて疲労破壊する問題を解決することができる。
【００３１】
尚、上例では補強線材２６ａ，２６ｂを編組して１層の補強層２６を構成しているが、図３に示しているように補強線材２６ａ，２６ｂをそれぞれ互いに逆向きをなすようにしてスパイラル巻きし、以って１層の補強層２６を構成するようになすこともできる。
但しこの例においても補強線材２６ａ，２６ｂの成す角度（巻角度）θ_１が４５°以下（例えば３６°）の小角度となすようにする。
【００３２】
図４は本発明の更に他の実施例を示したもので、この例では編角θ_１が静止角よりも小角度である第１補強層２６−１に加えて編角θ_２が静止角度よりも大角度（ここではθ_２＝５６°）の第２補強層２６−２を設けた例である。
【００３３】
本例によれば、長手方向の伸長を編角の小さな第１補強層２６−１で抑制することができるのに加えて、径方向の膨張変形に対しても、編角の大きな第２補強層２６−２によって効果的にこれを抑制することができる。
【００３４】
尚この例では編角θ_１が静止角度よりも小さい第１補強層２６−１が内層側に、編角θ_２が静止角度よりも大きい第２補強層２６−２が外層側に設けてあるが、場合によって第１補強層２６−１と第２補強層２６−２との位置関係を逆とすることも可能である。
【００３５】
図５は本発明の更に他の実施例を示している。
この例において、補強層２６は軸心方向と平行に配向された縦の補強線材２６ａと、これと直角方向に配向された横の補強線材２６ｂとを織って成る帆布にて構成してある。
【００３６】
本例においても、蛇腹金属管２２の伸長に伴ってホース１０全体が長手方向に大きく伸長変形するのを、縦の補強線材２６ａにて抑制できるとともに、帆布の横の補強線材２６ｂによってホース１０の径方向の膨張変形も抑制することができる。
【００３７】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明は上例以外の各種流体の輸送用として適用することも可能であるなど、その主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である蛇腹金属管付ホースの斜視図（一部断面図）である。
【図２】同実施例の断面構成を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部を示す図である。
【図４】本発明の更に他の実施例の要部を示す図である。
【図５】本発明の更に他の実施例の要部を示す図である。
【図６】蛇腹金属管を有しない従来のホースの断面構成の例を示す図である。
【図７】図６に示すホースの補強層の内圧作用時の変化を示す説明図である。
【図８】蛇腹金属管の動きの説明図である。
【符号の説明】
１０　蛇腹金属管付ホース
２２　蛇腹金属管
２４　内側弾性層
２６　補強層
２６−１　第１補強層
２６−２　第２補強層
２６ａ，２６ｂ，２６−１ａ，２６−１ｂ，２６−２ａ，２６−２ｂ　補強線材
２８　外側補強層

Claims

蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、
前記補強層における補強線材の軸心方向に対してなす角度である編角ないし巻角を４０°以下の小角度となしたことを特徴とする蛇腹金属管付ホース。
蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、
前記補強層として少なくとも第１補強層と第２補強層とを設け、何れか一方の補強線材の軸心方向に対してなす角度である編角ないし巻角を静止角よりも小角度に、他方を該静止角よりも大角度となしたことを特徴とする蛇腹金属管付ホース。
蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成る蛇腹金属管付ホースにおいて、
前記補強層として、実質的に軸心方向と平行な縦補強線材と実質的に軸心と直角方向の横補強線材とを有する帆布の層を少なくとも１層設けたことを特徴とする蛇腹金属管付ホース。