JP2004263866A

JP2004263866A - 蛇腹金属管付ホース

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Publication number: JP2004263866A
Application number: JP2004034972A
Authority: JP
Inventors: Yuji Takagi; 雄次高木; Minoru Hiramatsu; 稔平松
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】内層に蛇腹金属管を有する蛇腹金属管付ホースにおいて、内圧の繰返し作用によって蛇腹金属管が軸方向の端部で疲労破断するのを抑制することを目的とする。
【解決手段】蛇腹金属管１８を内層に有し、径方向外側に補強層２２を含む外層を積層して成るホース本体１２の端部にソケット金具１６を外嵌して径方向内方にかしめて成る蛇腹金属管付ホース１０において、蛇腹部２６と補強層２２との間の内側層２０を初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の可撓性を有する高硬度材で構成し、補強層２２の補強効果を蛇腹部２６に十分に及ぼして内圧による蛇腹部２６の伸びを抑制するようにする。
【選択図】図１

Description

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する。

自動車用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。

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。

この種の蛇腹金属管付きのものとして、下記特許文献１，特許文献２，特許文献３に開示のものが従来公知である。
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。

図３はこの種の蛇腹金属管付ホースとして本発明者等が案出したものを比較例として示したものである。
同図において２００はホース本体で、最内層に蛇腹金属管２０２を有し、その径方向外側に内側層２０４，補強層２０６及び外側層２０８から成る外層が積層された断面構造をなしている。

ここでは内側層２０４，外側層２０８が何れもゴム等から成る弾性層で構成されている。
また内側層２０４は、蛇腹金属管２０２における後述の蛇腹部２２２の隙間を埋める状態で形成されている。

２１０はホース本体２００の軸方向の端部に外嵌されたソケット金具であって、径方向内方にかしめられている。
そしてこのソケット金具２１０のかしめによって、ホース本体２００の軸方向の端部が、その内部に挿入された剛性のインサートパイプ２１２とソケット金具２１０とにより径方向内外から挟み付けられる状態で、それらインサートパイプ２１２とソケット金具２１０とに固定されている。

蛇腹金属管２０２には、軸方向の端部側に軸方向にストレートに延びるストレート形状部（直管部）（拘束部）２１４が一体に形成されており、このストレート形状部２１４がインサートパイプ２１２に外嵌されて、かかるインサートパイプ２１２に固定されている。

このストレート形状部２１４は、内側層２０４，補強層２０６及び外側層２０８から成る外層から露出して軸方向に延出する延出部２１６を有しており、この延出部２１６が、ソケット金具２１０の内向きの鍔状部２１８及びこれに対応する位置においてインサートパイプ２１２に形成された係入溝２２０により径方向に挟み付けられることで、ストレート形状部２１４、即ち蛇腹金属管２０２とインサートパイプ２１２の外面とが気密にシールされるとともにストレート形状部２１４が軸方向に抜け防止されている。
尚ストレート形状部２１４は、蛇腹金属管２０２における蛇腹部（完全蛇腹部）２２２の最大外径、即ち蛇腹部２２２における後述の山部２２２ａの径と同径とされている。

特開２００１−１８２８７２号公報特開２００１−３４１２３０号公報実開昭５１−１５０５１１号公報

ところでこの蛇腹金属管付ホースの場合、内圧が作用したとき図４（Ｂ）に示しているように蛇腹金属管２０２が軸方向に伸長変形する。
その際、図５（Ａ）中２点鎖線で示すように蛇腹ピッチが軸方向に広がって蛇腹部２２２が伸び、これに伴って山部２２２ａが縮径変形し、また谷部２２２ｂが拡径変形する。
即ち山部２２２ａと谷部２２２ｂとが蛇腹部２２２の中心径（山部２２２ａの径と谷部２２２ｂの径との間の中央値）に向うようにそれぞれ縮径変形，拡径変形する。

一方ストレート形状部２１４は、内圧の作用時に径方向に変形することはなく、その結果（Ｂ）に模式的に表しているように、ストレート形状部２１４と隣接する蛇腹部２２２との間で径方向に段差を生じ、蛇腹部２２２に対して、特にストレート形状部２１４に近い部位に対し局部的に大きな歪み，応力が発生する。
そのため内圧を繰返し作用させる加圧繰返し試験を行ったとき、蛇腹部２２２が上記の局部的な大きな歪み，応力の発生箇所（特に山部２２２ａ又は谷部２２２ｂ）で疲労破断する問題のあることが判明した。

以上は蛇腹金属管２０２の軸方向の端部側にストレート形状部２１４を設けた場合の例であるが、蛇腹部２２２の軸方向端をインサートパイプ２１２に直接溶接接合した場合、或いはストレート形状部２１４に代えて不完全蛇腹部、即ち本来の蛇腹部（完全蛇腹部）２２２よりも当初から蛇腹のピッチが大きく、また山部の径と谷部の径との差が小さい不完全蛇腹部を設けた場合にも、それらが蛇腹部の軸方向端の拘束部として働く結果、上記と同様の問題を生じ得る。

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のため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ＣＯ２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。

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ホース本体の軸方向の端部にソケット金具を外嵌して径方向内方にかしめて成る蛇腹金属管付ホースであって、少なくとも前記蛇腹金属管における完全蛇腹部の、拘束部による拘束側の軸方向の端部と前記補強層との間の層が初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の可撓性を有する高硬度材で構成してあることを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記拘束部が前記蛇腹金属管の前記軸方向の端部側に一体に形成した軸方向のストレート形状部であることを特徴とする。

以上のように本発明は、少なくとも蛇腹金属管における完全蛇腹部の、拘束部による拘束側の軸方向の端部と補強層との間の層を初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の可撓性を有する高硬度材で構成したものである。
ここで使用する材料がゴム材の場合には、Mo100（100％伸びの際のモジュラス）が初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の高硬度材となすことができ、ここで使用する材料が樹脂材の場合には、初期引張り弾性率３００ＭＰａ以上が好ましく、より好ましくは初期引張り弾性率１０００ＭＰａ以上かつ６０００ＭＰａ以下の高硬度材が好ましい。

上記のように図３に示す蛇腹金属管付ホースにおいて、補強層２０６の存在にも拘わらず内圧の作用によって蛇腹金属管２０２の蛇腹部２２２が伸長変形し、これにより蛇腹部２２２、特にストレート形状部（拘束部）２１４に近い部位で局部的に大きな歪み，応力が発生して疲労破断を生ずるのは、内圧の作用時に蛇腹部２２２と補強層２０６との間の層、即ち内側層２０４が軸方向に伸びを生じて、蛇腹金属管２０２における蛇腹部２２２の軸方向の大きな相対移動を許容してしまうこと、つまり補強層２０６による補強効果が蛇腹部２２２に対して十分に及んでいないことによるものである。

本発明はこの点に着眼し、蛇腹金属管と補強層との間の層、詳しくは少なくとも完全蛇腹部の、ストレート形状部２１４等の拘束部による拘束側の軸方向の端部と補強層との間の層を、可撓性を有する高硬度材で構成したもので、本発明によれば、蛇腹金属管付ホースに対し内圧が作用したとき、完全蛇腹部と補強層との間、詳しくは完全蛇腹部における拘束部による拘束側の軸方向の端部と補強層との間の層が軸方向に伸びるのが抑制される。

この結果補強層による補強効果が、それら蛇腹部と補強層との間の層を介して蛇腹部に効果的に作用し、これにより蛇腹部の軸方向の伸び、詳しくは完全蛇腹部の拘束部による拘束側の端部の伸び変形が効果的に抑制され、従って同部分に局部的に大きな歪み，応力が発生することによって蛇腹金属管が疲労破断するのが良好に防止される。
尚本発明においては、蛇腹金属管と補強層との間をホース全長に亘って上記の高硬度材で構成しておくことも可能である。

本発明は図３の比較例に示しているように、蛇腹金属管２０２の軸方向の端部側に一体に形成した軸方向のストレート形状部２１４が拘束部を成している場合に適用して好適なものである（請求項２）。
但し蛇腹部の軸方向端をインサートパイプに直接溶接接合した場合などにおいてそのインサートパイプが拘束部を成している場合、或いは蛇腹金属管の軸方向の端部側に一体に形成した不完全蛇腹部が拘束部を成している場合においても適用可能なものである。

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に固定された金属製のインサートパイプ、１６はホース本体１２の軸方向の端部に外嵌されたソケット金具である。

ソケット金具１６は径方向内方にかしめられており、これによりホース本体１２の軸方向の端部がインサートパイプ１４とソケット金具１６とにより、内外両側から径方向に挟み付けられる状態に、それらインサートパイプ１４及びソケット金具１６に固定されている。

ホース本体１２は、最内層としての蛇腹金属管１８を有しており、その径方向外側に内側層２０，補強層２２，外側層２４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層２０，補強層２２，外側層２４は蛇腹金属管１８に対する外層を構成している。

この例において、補強層２２は補強線材を互いに逆向きに所定の編角でブレード編みして構成してある。
この補強層２２は繊維補強層であっても良いし或いはまたワイヤ補強層であっても良い。
また外側層２４はゴム等の弾性を有する材料で構成することができる。

一方最内層の蛇腹金属管１８は、軸方向の略全体が蛇腹部（完全蛇腹部）２６とされており、その蛇腹部２６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２６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。

尚、この蛇腹金属管１８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。

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２６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。

蛇腹金属管１８には、軸方向の端部側に軸方向にストレートに延びる直管状のストレート形状部（拘束部）２８が一体に形成されており、このストレート形状部２８がインサートパイプ１４に外嵌されて、かかるインサートパイプ１４に固定されている。

このストレート形状部２８は、内側層２０，補強層２２及び外側層２４から成る外層から露出して軸方向に延出する延出部３０を有しており、その延出部３０が、ソケット金具１６の内向きの鍔状部３２及びこれに対応する軸方向位置においてインサートパイプ１４に形成された係入溝３４により径方向に挟み付けられることで、ストレート形状部２８即ち蛇腹金属管１８とインサートパイプ１４の外面とがシールされるとともに、ストレート形状部２８がインサートパイプ１４から軸方向に抜け防止されている。

本例においては、拘束部としてのストレート形状部２８側の蛇腹部２６の端部と補強層２２との間の部分を含む内側層２０全体が初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の可撓性を有する高硬度の樹脂材で構成されている。

この内側層２０の高硬度材としては、例えば以下のものを用いることができる。
具体的には、ポリアミド，ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ），ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ），アクリロニトリル・ブダジエン・スチレン（ＡＢＳ），エチレンビニルアルコール（ＥＶＡ），ポリアミドとカルボキシル基含有変性ポリオレフィンとをブレンドして成る変性ポリアミド，等を用いることができる。

ポリアミドとしては、例えばポリアミド６，ポリアミド１１，ポリアミド１２，ポリアミド４-６，ポリアミド６-６，ポリアミド６-１０，ポリアミド６-１２若しくはポリアミドMXD-６６又はこれらの２種以上のコポリマー等が挙げられる。

カルボキシル基含有変性ポリオレフィンとしては、例えばエチレン，プロピレン，ブタジエン等のオレフィンやジエンモノマーを単独重合又は共重合したポリオレフィンに無水マレイン酸等の酸無水物をグラフト重合することにより官能基を約０．１〜１０モル％導入した変性ポリオレフィンが好ましく用いられる。

ポリアミドと変性ポリオレフィンとのブレンド比は９０／１０〜５０／５０（重量比（ｗｔ％））、特に６５／３５〜５５／４５（重量比（ｗｔ％））が好ましい。
変性ポリオレフィンの割合が大きくなるとホース１０の柔軟性は良くなるが耐ガス透過性が劣り、また小さくなると耐ガス透過性は良くなるがゴム層等との接着性及び柔軟性が劣る傾向にある。

より具体的には、変性ポリアミドとしては例えばポリアミド６と無水マレイン酸変性ポリオレフィンとをアロイ化したデュポン社製のザイテルST801，ザイテルST811，ザイテルST811HS等のザイテルSTシリーズ（何れも商品名）等が挙げられる。

また内側層２０の厚さは成形作業性と耐ガス透過性の点から0.05ｍｍ以上が好ましく、また可撓性の点から0.5ｍｍ以下が好ましい。

以上は樹脂材の場合の例であるが、本発明においてはかかる内側層２０として高硬度のゴム材を用いることもできる。
但しこの場合にはMo100 ４ＭＰａ以上のものを用いる。また、コストや加工性の観点から８ＭＰａ以下のものを用いる。

このような高硬度のゴム材としては以下のものを例示することができる。
例えばかかるゴム材としては、シリコーンゴム，クロロプレンゴム，クロロスルフォン化ポリエチレン，ブチルゴム，ハロゲン化ブチルゴム，アクリルゴム，EPM，EPDM，ニトリルゴム等を例示することができる。

ここでシリコーンゴム（VMQ，FVMQ）は、高度の耐熱性，耐寒性，耐オゾン性を持ち、更に電気特性，非粘着性に優れている。
クロロプレンゴム（CR）は、機械的強度，耐候性に優れ、耐薬品性，耐熱性，耐寒性，耐油性にも一応の抵抗性を持つバランスのとれた材料である。
クロロスルフォン化ポリエチレン（CSM）は、クロロプレンゴムと同じく構造中に塩素原子を含有し、主鎖に２重結合がなく、クロロプレンゴムより耐候性，耐オゾン性，耐熱性，耐薬品性が優れる。

イソブチルとイソプレンの共重合体であるブチルゴム（IIR）は耐熱性，耐寒性，耐候性に優れ、リン酸エステル系の油，水，薬品にも良好な耐性を持っている。
ハロゲン化ブチルゴム（X-IIR）は、ブチルゴムの特性である気体不透過性，耐オゾン性，耐老化性，電気的性質，耐化学薬品性等を保持しながら、ブチルゴムに比較して耐熱性，金属との接着性を良くしたものである。

アクリルゴム（ACM）は、シリコーンゴム，フッ素ゴムに次ぐ耐熱性と、フッ素ゴム，ニトリルゴム，ヒドリンゴムに次ぐ耐油性を持ち、特に高温化での耐油性は、ニトリルゴムやヒドリンゴムより優れる。
このようにアクリルゴムは耐熱性，耐油性が特に優れるとともに、更に比較的廉価でコストパフォーマンスにも優れる。

EPM及びEPDMは、同じく非ジエン系非極性ゴムであるブチルゴム（IIR）に類似し、耐オゾン性，耐熱老化性はブチルゴムよりも若干優れ、耐候性，耐寒性，耐極性，溶剤性，耐無機薬品性にも優れる。

ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体から成るニトリルゴム（NBR）は、アクリロニトリルの含量によってゴムの特性が決り、ニトリルの量を増やすと鉱油系の油，炭化水素系の燃料に対する抵抗が良くなるが、逆に低温柔軟性が悪くなる。
ゴムの構造中に不飽和結合を含むため、耐候性は良くないが、圧縮永久歪み，引張り強さ，耐磨耗性が比較的良い。

本例によれば、ホース１０に対し内圧が作用したとき、蛇腹部２６と補強層２２との間の内側層２０全体の軸方向の伸びが抑制される。
この結果補強層２２による補強効果が内側層２０を介して蛇腹部２６に効果的に及ぼされる。
従って蛇腹部２６のストレート形状部２８に近い部位に局部的に大きな歪み，応力の発生するのが抑制されて、これにより蛇腹金属管１８の疲労寿命が向上する。

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。
例えば本発明は蛇腹部２６の軸方向端をインサートパイプ１４に直接溶接接合し、そのインサートパイプ１４が蛇腹部２６の拘束部として働く場合においても、また上記ストレート形状部２８に代えて不完全蛇腹部を蛇腹金属管１８の軸方向の端部側に一体に形成した場合において、その不完全蛇腹部が拘束部として働く場合においても適用可能である。
その他本発明は、その趣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。

本発明の蛇腹金属管付ホースは、例えば、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に用いることにより、優れた効果を達成できるものである。

本発明の一実施例である蛇腹金属管付ホースを示す図である。同実施例の要部を示す図である。本発明者等の案出した蛇腹金属管付ホースを比較例として示す比較例図である。蛇腹金属管の伸縮の様子を示す説明図である。図３の比較品において生じた不具合の説明図である。

符号の説明

１０蛇腹金属管付ホース
１２ホース本体
１６ソケット金具
１８蛇腹金属管
２０内側層
２２補強層
２４外側層
２６蛇腹部(完全蛇腹部)
２８ストレート形状部（拘束部）

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ホース本体の軸方向の端部にソケット金具を外嵌して径方向内方にかしめて成る蛇腹金属管付ホースであって、
少なくとも前記蛇腹金属管における完全蛇腹部の、拘束部による拘束側の軸方向の端部と前記補強層との間の層が初期引張り弾性率４ＭＰａ以上の可撓性を有する高硬度材で構成してあることを特徴とする蛇腹金属管付ホース。
請求項１において、前記拘束部が前記蛇腹金属管の前記軸方向の端部側に一体に形成した軸方向のストレート形状部であることを特徴とする蛇腹金属管付ホース。