JP2007162818A - ゴムホース - Google Patents

Abstract

【課題】寿命に達したときの焼却処分や耐座屈層の形成を容易にすると共に、耐圧層の段数を少なくかつ各段の強度を小さく設定することができるゴムホースの提供。
【解決手段】内面ゴム層３の外側に、流体圧を受け持つ耐圧層４を形成する。耐圧層４を螺旋状に取り巻く二段の外周コード６をホース厚さ方向に互いに間隔をあけて配置する。二段の外周コード６を周囲のゴム７に埋設及び接着して一体化し、これを座屈に抵抗する耐座屈層５とする。二段の外周コード６のホース中心軸に対する傾斜方向を互いに交差するよう設定する。内圧によるゴムホース１のねじれが防止され、耐座屈層５が内圧の一部を受け持つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば生コンクリートの圧送に使用するよう、内側を流体が流れる内面ゴム層と、流体圧を受け持つ耐圧層と、ホース断面を円形に保つ耐座屈層とを備えたゴムホースに関するものである。

一般に、圧送ポンプに接続されて生コンクリートの圧送に使用されるドッキングホースや先端ホースなどは、内側を流れる流体による内圧に対して補強されると共に、曲げ変形や負圧による座屈に対して補強されたゴムホースを使用することが多い。ここで、ゴムホースの座屈とは、ゴムホースが曲げ変形することや内圧が負圧になることによってゴムホースが楕円状に押し潰されたように変形する挙動である。

図５にゴムホースとしての先端ホースの一例を示す。この先端ホースは、端部に口金１０１が取り付けられたものであり、内側を生コンクリートなどの流体が流れる内面ゴム層１０２と、流体圧を受け持つ耐圧層１０３と、座屈を防止してホース断面を円形に保つ耐座屈層１０４と、耐座屈層１０４を保護するブレーカー１０５と、ホース表面を覆う外面ゴム層１０６とから構成されている。

耐圧層１０３は、主補強コードをホース中心軸に対して傾斜させつつ周方向かつ二段に配列してなり、二段の主補強コードの傾斜方向が互いに交差するよう設定されている。耐座屈層１０４は、中間ゴム１０７に太い硬鋼線１０８を埋設してなり、太い硬鋼線１０８が耐圧層１０３を螺旋状に取り巻いて座屈を防止する。

螺旋状の硬鋼線１０８は、内圧を受けることによってホース中心軸方向に伸びながらホースにねじれを生じさせる。そのため、耐圧層１０３の段数を多くしたり各段の強度を高めたりすることにより、硬鋼線１０８への内圧の作用を阻止するようにしている。

なお、特許文献１には、内面ゴム層、耐圧層、耐座屈層、ブレーカー及び外面ゴム層を備え、油その他の流体の輸送に使用される補強ゴムホースが開示されている。
特開平５−３２２０７３

ところが、太い硬鋼線で補強されたゴムホースは、その硬鋼線を切断しにくくかつ十分に焼却できないため、内面ゴム層が損耗して寿命に達したときの焼却処分が難しく、そのまま廃棄埋め立て処理されている。また、太い硬鋼線は、螺旋状に成型するのに多大な設備と工数を要すると共に、撥ね返りが強くて成型しにくい分、耐座屈層の形成を難しくする。さらに、螺旋状の硬鋼線を含む耐座屈層への内圧の作用を十分に阻止できる程度まで、耐圧層の段数を多くしたり各段の強度を高めたりする必要があり、その分、ゴムホースのコストが高くなる。

本発明は、寿命に達したときの焼却処分や耐座屈層の形成を容易にすると共に、耐圧層の段数を少なくかつ各段の強度を小さく設定することができるゴムホースの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るゴムホースは、内側を流体が流れる内面ゴム層と、内面ゴム層の外側に設けられて流体圧を受け持つ耐圧層と、耐圧層の外側に設けられてホース断面を円形に保つ耐座屈層とを備えたものであり、その耐圧層は、ホース中心軸に対して傾斜する主補強コードを周方向かつ二段に配列して埋設すると共に、二段の主補強コードの傾斜方向を互いに交差するよう設定したものである。さらに、耐座屈層は、耐圧層を螺旋状に取り巻く外周コードを二段に配置して埋設したものであり、二段の外周コードを、ホース厚さ方向に互いに間隔をあけて配置すると共に、周囲のゴムに接着したものである。

この構成によれば、ホース厚さ方向に間隔をあけて配置した二段の外周コードを周囲のゴムに接着して耐座屈層を構成するので、二段の外周コード及び両外周コード間に介在するゴムが一体となって座屈に抵抗する。これにより、外周コード自体の曲げ剛性を小さく設定しつつ、耐座屈層全体としての剛性を高めることができるので、成型しやすくかつ容易に切断及び焼却できる程度の太さの外周コードによって耐座屈層を構成しつつ、座屈を防止してホース断面を円形に保つことができる。

二段の外周コードの間隔を大きくするほど耐座屈層の剛性を高めることができるが、その分、ゴムホースの肉厚も厚くなる。そこで、二段の外周コードのホース厚さ方向における間隔を１ｍｍ〜５ｍｍに設定すれば、肉厚を過大にすることなく、実用上の十分な剛性を得ることができる。この場合、二段の外周コードの間に介在するゴムを硬めに設定することにより、そのゴムを介して二段の外周コード間で確実に力を伝達させることができる。具体的には、ゴム硬さ（Ｈｓ）を７０〜８５に設定して、二段の外周コードを一体化するのがよい。ここで、ゴム硬さは、ＪＩＳ Ｋ ６３０１に規定されたスプリング式Ａ型試験機により定義される硬さである。

二段の外周コードは、ホース中心軸に対して同一方向に傾斜するものであってもよいが、ホース中心軸に対する傾斜方向を互いに交差するよう設定すれば、内圧によるゴムホースのねじれを防止することができるので、耐座屈層への内圧の作用を阻止する必要がなく、さらに、耐座屈層に内圧の一部を受け持たせることができるので、その分、耐圧層の段数及び強度を小さく設定することができる。

外周コードのホース中心軸に対する傾斜角度を大きく設定すれば、座屈を効果的に防止することができ、さらに、内圧によって耐座屈層がホース中心軸方向に伸長しながら縮径しようとするので、耐座屈層により大きな内圧を受け持たせることができる。具体的には、外周コードの傾斜角度を７０°〜８９°に設定するのがよい。

耐圧層の主補強コードのホース中心軸に対する傾斜角度を静止角度（５４°４４′）よりも小さく設定すれば、内圧によって耐圧層がホース中心軸方向に縮長しながら拡径しようとするので、その外側の耐座屈層に、より大きな内圧を受け持たせることができる。また、主補強コードの傾斜角度が小さい分、ホース中心軸方向に作用する力に対する抵抗を高めることができる。ここで、静止角度（５４°４４′）は、内圧の変動によってコード傾斜角度が変化しない角度である。

外周コードを配置するには、耐圧層の外側に複数枚の未加硫ゴムシートを巻き付けながら、それらの間に外周コードを巻き付け介在させて、これを加硫成形することができるが、外周コードを未加硫ゴムで被覆した状態で耐圧層に螺旋状に巻き付ければ、複数枚の未加硫ゴムシートを巻き付ける工程を省略することができる。

さらに、複数条の外周コードを未加硫ゴムで被覆して耐圧層に螺旋状に巻き付けることにより、外周コードをより短時間で配置することができると共に、その条数の選択により、外周コードの傾斜角度を調節することもできる。

外周コードは、単線のスチールコードあるいは撚り線のスチールコードのいずれであってもよい。単線のスチールコードを採用する場合、ゴムとの接着性を高める表面処理を施すのがよい。一方、撚り線のスチールコードを採用する場合、その素線に表面処理を施してもよいが、そのまま使用してもゴムが素線間に侵入することにより所定の接着性を得ることができる。表面処理としては、ゴムとの接着性を高めるブラスメッキを例示できるが、他にも、ブロンズメッキや表面に凹凸を形成する処理などを採用可能である。

また、外周コードを周囲のゴムと接着することにより、ゴムホースを曲げ変形させたときの外周コードの飛び出しや、負圧が作用したときのゴムのみの潰れを防止することができるので、従来のゴムホースに設けられていたブレーカーを省略することができる。

以上のとおり、本発明によると、二段の外周コード及び両外周コード間に介在するゴムが一体となって座屈に抵抗するので、成型しやすくかつ容易に切断及び焼却できる程度の太さの外周コードを使用しつつ、耐座屈層全体としての剛性を高めることができる。これにより、耐座屈層の形成やゴムホースが寿命に達したときの焼却処分を容易にすることができる。また、耐座屈層に内圧の一部を受け持たせることができるので、その分、耐圧層の段数及び強度を小さく設定し、その分、ゴムホースのコストを安くすることができる。

以下、本発明に係るゴムホースを実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係るゴムホースを示す図であり、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は要部断面図である。図２は外周コードの断面図である。

ゴムホース１は、端部に口金２が一体的に取り付けられ、圧送ポンプに接続されて生コンクリートなどの流体の圧送に使用される先端ホースであり、内側を流体が流れる管状の内面ゴム層３と、内面ゴム層３の外側に設けられて流体による内圧を受け持つ耐圧層４と、耐圧層４の外側に設けられてホース断面を円形に保つよう曲げ変形や負圧による座屈を防止する耐座屈層５とから構成されている。

耐圧層４は、主補強コードをホース中心軸に対して傾斜させつつ周方向かつ二段に配列して埋設してなり、二段の主補強コードの傾斜方向が互いに交差するよう設定されている。主補強コードは、例えばナイロンコードとされ、その傾斜角度（β１）が、例えば５０°に設定されて、内圧の変動によってコード傾斜角度が変化しない角度である静止角度（５４°４４′）よりも小さくされている。

耐座屈層５は、耐圧層４を螺旋状に取り巻く外周コード６を二段に配置して周囲のゴム７に埋設及び接着してなり、二段の外周コード６のホース中心軸に対する傾斜方向が互いに交差するよう設定されている。二段の外周コード６は、ホース厚さ方向における間隔（ａ）が１ｍｍ〜５ｍｍに設定され、ホース中心軸に対する傾斜角度（β２）が７０°〜８９°の範囲内で、望ましくは７５°〜８７°に設定される。

外周コード６は、その素線６ａにゴム７との接着性を高めるブラスメッキが施された撚り線のスチールコードとされ、例えば、その構成を１×（３＋６）×０．３８とされて５ｍｍ〜１０ｍｍ程度のピッチ（ｐ）で螺旋状に形成される。なお、外周コード６は、ゴム７との接着性を高めるブラスメッキなどの表面処理が施された単線のスチールコードであってもよい。

ゴム７は、そのゴム硬さ（Ｈｓ）を硬めである７０〜８５に設定されて、二段の外周コード６の間に介在し、二段の外周コード６と一体となって座屈に抵抗する。ゴム７のうち、二段目（外側）の外周コード６よりも外側の部位は、その厚さ（ｔ）を例えば２ｍｍ程度に設定され、ホース表面を被覆する外面ゴム層として機能する。

次に、外周コード６を配置する様子を説明する。図３は外周コードを巻き付ける様子を示す断面図であり、（ａ）は一段目の巻き付け時を示し、（ｂ）は二段目の巻き付け時を示す。まず、一段かつ複数条の外周コード６と未加硫ゴム８とを同時押し出しすることにより、外周コード６を未加硫ゴム８で被覆してなる帯状のトッピングユニット９を構成する。

次いで、図３（ａ）に示すように、ホース中心軸方向一側から他側（図３における右側から左側）に向けて、一段目のトッピングユニット９を耐圧層４の周りに螺旋状に巻き付け、一段目の外周コード６を配置する。ここで、トッピングユニット９における外周コード６の条数及びピッチ（ｐ）を調節することにより、ホース中心軸に対する傾斜角度（β２）を所望の角度に設定することができる。

さらに、図３（ｂ）に示すように、ホース中心軸方向他側から一側（図３における左側から右側）に向けて、二段目のトッピングユニット９を一段目のトッピングユニット９の周りに螺旋状に巻き付け、二段目の外周コード６を配置する。このとき、一段目のトッピングユニット９と同一方向に巻き付けながら進行方向だけを反転させることにより、二段の外周コード６のホース中心軸に対する傾斜方向を互いに交差させる。

なお、三枚の未加硫ゴムシートを巻き付けながら、その間に外周コード６を介在させることもできる。

上記構成によれば、間隔（ａ）を空けて配置した二段の外周コード６と、これに接着するゴム７とが一体となって座屈に抵抗するので、外周コード６を取り扱いやすい程度の細径に設定しつつ、十分に座屈を防止することができる。さらに、二段の外周コード６の螺旋方向を互いに反対にするので、両外周コード６の間のゴム７が拘束され、耐座屈層５の剛性がより高められる。これにより、例えば、φ１ｍｍの二段の単線スチールコードを１０ｍｍピッチで巻き付け、その間隔を２ｍｍに設定したとき、φ３ｍｍの硬鋼線を２０ｍｍピッチで巻き付けていた従来のゴムホースと同程度の座屈抵抗を得ることができる。

外周コード６を例えばタイヤビードワイヤーと同程度のφ１ｍｍ以下の細径にすることにより、その跳ね返りを少なくして成型を容易にすると共に、耐疲労性を高め、さらに、使用済み製品を焼却した際、外周コード６を灰分として粉末処理できる。また、太径の硬鋼線によって座屈に抵抗させる場合、一旦座屈してしまうと完全には復元しないが、外周コード６を細径にするので、特に、外周コード６を撚り線にする場合、外力を取り除くことにより、座屈したゴムホース１を元の状態に復元させることができる。

二段の外周コード６傾斜方向を交差させるので、内圧によるねじれが生じず、耐座屈層５に内圧の一部を受け持たせて、耐圧層４の強度及び段数を小さくすることができる。さらに、内圧による耐圧層４の拡径がその外側の耐座屈層５で規制されるので、耐圧層４の主補強コードの角度を静止角度（５４°４４′）よりも小さくして、ゴムホース１のホース中心軸方向の伸びを小さくすることもできる。

例えば、主補強コードの傾斜角度を５０°に設定することにより、ホース中心軸方向に荷重が作用するときの主補強コードの角度変化による縮径を抑えることができる。これにより、垂直向けて使用することによって下方に荷重がかかる場合や、高圧の内圧を受けかつゴムホースの伸びを避けたい場合に好適に使用することができる。

外周コード６をゴム７に接着するので、ゴムホース１を曲げたときの外周コード６の飛び出しを阻止することができると共に、内圧が負圧になることによるゴムのみの潰れを防止することができ、さらに、内面ゴム層３の損傷による水の浸透も防止することができる。これにより、従来用いられていたブレーカーを不要にすることができるので、ブレーカーによる曲げの阻害をなくし、さらに、ブレーカー分の肉厚を薄くして、ゴムホース１の総厚における内面ゴム層３の比率を高め、内面ゴム層３の損耗による製品寿命を長くすることができる。

また、外周コード６とゴム７とを接着する分、これらの脈動内圧による摩耗を防ぐことができる。ゴムホース１の肉厚を薄くして重量を軽くすることにより、ゴムホース１を取り扱う作業の人力及び燃料のエネルギーを低滅することができる。

二段の外周コード６の間隔（ａ）を１ｍｍ〜５ｍｍ、外周コード６のピッチ（ｐ）を５ｍｍ〜１０ｍｍ、両外周コード６の間に介在するゴム７のゴム硬さ（Ｈｓ）を７０〜８５に設定し、特に、間隔（ａ）を３ｍｍ、ゴム硬さ（Ｈｓ）を７５に設定することにより、口径が８０Ａから１５０Ａの通常の使用に好適なゴムホース１を得ることができる。

次に、本発明に係るゴムホースと従来のゴムホースとを比較する。いずれのゴムホースも、外径がφ１０２．２ｍｍで、内径がφ７６．２ｍｍである。内面ゴム層３は、ゴム硬さ（Ｈｓ）が６０の天然ゴムで、その厚さが４ｍｍである。耐圧層４は、ナイロンスダレを含む厚さ１ｍｍの二枚のプライから構成され、その主補強コード（ナイロンスダレ）のホース中心軸に対する傾斜角度が５０°で、傾斜方向を互いに交差させている。

本発明のゴムホースのうち、発明品Ａは、外周コード６に撚り線を使用したものであり、耐圧層４の外側に、厚さが２ｍｍの未加硫天然ゴムシート、一段目の外周コード６としてのスチール撚り線（１×５×０．３８を未加硫ゴムで被覆）、厚さが３．２ｍｍの未加硫天然ゴムシート、二段目の外周コード６としてのスチール撚り線、及び外面ゴム層としての厚さ（ｔ）が１．８ｍｍの未加硫天然ゴムシートを順に巻き付け、これらを加硫成形したものである。未加硫天然ゴムシートのゴム硬さ（Ｈｓ）はいずれも６０であり、二段の外周コード６の間隔（ａ）は２ｍｍ、外周コード６のピッチ（ｐ）は８ｍｍ、外周コード６の傾斜角度（β２）は８７°である。

本発明のゴムホースのうち、発明品Ｂは、外周コード６にスチール単線を使用したものであり、耐圧層４の外側に、厚さが２ｍｍの未加硫天然ゴムシート、一段目の外周コード６としてのφ１ｍｍのスチール単線（未加硫ゴムで被覆）、厚さが３ｍｍの未加硫天然ゴムシート、二段目の外周コード６としてのスチール単線、及び外面ゴム層としての厚さ（ｔ）が２ｍｍの未加硫天然ゴムシートを順に巻き付け、これらを加硫成形したものである。未加硫天然ゴムシートのゴム硬さ（Ｈｓ）はいずれも６０であり、二段の外周コード６の間隔（ａ）は２ｍｍ、外周コード６のピッチ（ｐ）は１０ｍｍ、外周コード６の傾斜角度（β２）は８７°である。

従来品は、耐圧層４の外側に、中間ゴムとしての厚さが３ｍｍの未加硫天然ゴムシート、φ３ｍｍの硬鋼線、一層のブレーカー、及び外面ゴム層としての厚さ（ｔ）が３ｍｍの未加硫天然ゴムシートを順に巻き付け、これらを加硫成形したものである。未加硫天然ゴムシートのゴム硬さ（Ｈｓ）はいずれも６０であり、硬鋼線のピッチ（ｐ）は２０ｍｍ、硬鋼線の傾斜角度（β２）は８４°である。

発明品Ａ、発明品Ｂ及び従来品を曲げてその挙動を調べたところ、発明品Ａは、曲げ半径が３００ｍｍのとき偏平状態を生じ、曲げ半径が２５０ｍｍのとき塑性変形にまで至らない座屈を生じた。発明品Ｂは、曲げ半径が２５０ｍｍのとき偏平状態を生じ、曲げ半径が２００ｍｍのとき塑性変形にまで至らない座屈を生じ、曲げ半径が１６０ｍｍのとき塑性変形に至る座屈を生じた。従来品は、曲げ半径が２５０ｍｍのとき硬鋼線の塑性変形を生じ、曲げ半径が２００ｍｍのとき塑性変形に至る座屈を生じた。

発明品Ａ、発明品Ｂ及び従来品の耐圧力を調べたところ、発明品Ａ及び発明品Ｂは、付加する内圧が１．５ＭＰａに至るまでねじれを生じず、さらに、ゴム７との接着効果により、摩滅することなく圧力変動に耐えることができた。従来品は、一方向の螺旋状に配置した硬鋼線によってゴムホースのねじれを生じ、実用上の使用圧力は１ＭＰａ以下であった。さらに、硬鋼線がゴム７と非接着であることにより、圧力変動による摩滅を生じた。

なお、発明品Ａ及び発明品Ｂは、従来品のような曲げ反力を小さくする硬鋼線とゴムとの隙間を生じないが、その曲げ反力が、人力でホースを作動させることが少ない用途において問題となる大きさになることはない。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、適宜変更を加えることができる。例えば、耐圧層４の周りに螺旋状に巻き付けるトッピングユニット９は、一段かつ複数条の外周コード６を未加硫ゴム８で被覆したものに限らず、一条の外周コード６を未加硫ゴム８で被覆したものであってもよい。

さらに、トッピングユニット９は、二段の外周コード６を未加硫ゴム８で被覆したものであってもよく、その条数も図４（ａ）に示す四条、図４（ｂ）に示す二条、あるいは一条など適宜選択することができ、これにより、外周コード６の傾斜角度（β２）を所望の角度に設定することができる。この場合、二段の外周コード６の傾斜方向が同一になるが、二段の外周コード６及びその間に介在するゴム７が一体となって耐座屈層５の剛性を高めるので、座屈に対して十分に抵抗することができる。

本発明に係るゴムホースを示す図であり、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は要部断面図 外周コードの断面図 外周コードを巻き付ける様子を示す断面図であり、（ａ）は一段目の巻き付け時を示し、（ｂ）は二段目の巻き付け時を示す 外周コードを巻き付ける様子を示す断面図であり、（ａ）は二段かつ四条のトッピングユニットの巻き付けを示し、（ｂ）は二段かつ二条のトッピングユニットの巻き付けを示す 従来のゴムホースの断面図

符号の説明

１ ゴムホース
３ 内面ゴム層
４ 耐圧層
５ 耐座屈層
６ 外周コード

Claims (10)

1. 内側を流体が流れる内面ゴム層と、該内面ゴム層の外側に設けられて流体圧を受け持つ耐圧層と、該耐圧層の外側に設けられてホース断面を円形に保つ耐座屈層とを備え、
   前記耐圧層は、ホース中心軸に対して傾斜する主補強コードを周方向かつ二段に配列して埋設すると共に、二段の主補強コードの傾斜方向を互いに交差するよう設定してなり、
   前記耐座屈層は、耐圧層を螺旋状に取り巻く外周コードを二段に配置して埋設してなり、該二段の外周コードが、ホース厚さ方向に互いに間隔をあけて配置されると共に、周囲のゴムに接着されたことを特徴とするゴムホース。
2. 前記二段の外周コードのホース厚さ方向における間隔が１ｍｍ〜５ｍｍに設定され、前記二段の外周コードの間に介在するゴムのゴム硬さ（Ｈｓ）が７０〜８５に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のゴムホース。
3. 前記二段の外周コードは、ホース中心軸に対する傾斜方向が互いに交差するよう設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムホース。
4. 前記外周コードは、ホース中心軸に対する傾斜角度を７０°〜８９°に設定されたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のゴムホース。
5. 前記主補強コードは、ホース中心軸に対する傾斜角度を静止角度よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のゴムホース。
6. 前記外周コードは、未加硫ゴムで被覆されて前記耐圧層に螺旋状に巻き付けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のゴムホース。
7. 前記外周コードは、複数条とされたことを特徴とする請求項６に記載のゴムホース。
8. 前記外周コードは、ゴムとの接着性を高める表面処理が施された単線のスチールコードとされたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のゴムホース。
9. 前記外周コードは、撚り線のスチールコードとされたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のゴムホース。
10. 前記外周コードは、ゴムとの接着性を高めるブラスメッキが施されたことを特徴とする請求項８又は９に記載のゴムホース。

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