JP2011525871A - 流体又はガスを移送するための可撓性ホース - Google Patents

Abstract

流体又はガスを移送するための可撓性ホースは、補強層のいずれかの側面を囲む２つのエラストマー層を含む。

Description

本発明は、流体又はガスを移送するための改良された可撓性ホースに関する。

英国特許明細書第１３９４７２３号は、多層構造を有する改良されたオイル吸引及び排出ホースを開示している。

欧州特許出願公開第０９６９２３６Ａ２号明細書は、ある程度の可撓性を有するねじれ耐性（ｋｉｎｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）の高圧ホースを開示している。

独国特許出願公開第１０２００４０５１０７３Ａ１号明細書は、エラストマー層の間に存在する２００〜１４００ｍｍの長さを有するフィラメントから製造されたメタ−アラミド糸又は上撚り糸の繊維補強層を含むホースを記載している。

米国特許第７０８６４２０号明細書は、ポリフェニレンスルフィド糸から製造された繊維補強層を含むホースを記載している。

米国特許出願公開第２００５／０００８８０７Ａ１号明細書は、多層構造を有する空調ホースを開示している。

多層構造を有するホースを形成することは、従来技術で周知であるが、ホース構造のために使用される従来の装置に構成することができる可撓性ホースの改良の必要性が存在する。

本発明は、圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホースであって、前記ホースが中心長手方向軸に沿って軸方向に、かつ半径方向に前記長手方向軸を中心に円周方向に延在し、前記ホースが順番に、円周の内側コアチューブ表面と、対向する円周の外側コアチューブ表面とを有するコアチューブ（２）であって、第１のエラストマー層を含むコアチューブ（２）と、円周の内側コア補強表面と、対向する円周の外側コア補強表面とを有する外側コアチューブを囲む補強層（３）とを含み、前記補強層（３）が、編み、螺旋巻き又は編組の構造であり、前記補強層（３）が少なくとも１つの糸（５）から形成され、前記糸（５）が１０００〜４０００ｄｔｅｘの直線密度を有し、
前記糸（５）が２〜５の糸ストランド（６）から構成され、前記糸ストランド（６）が１〜５の撚り係数に上撚りされ、前記糸ストランド（６）が１〜５のスパン糸（７）から構成され、前記スパン糸（７）が１〜５の撚り係数に上撚りされ、
前記スパン糸（７）が１００ｄｔｅｘ〜１０００ｄｔｅｘの直線密度を含み、前記スパン糸（７）が、８０〜１５０ｍｍの長さを有するフィラメントを含み、前記スパン糸（７）が１メートル当たり少なくとも２００の巻回の撚りを含み、前記スパン糸（７）が、ポリｍ−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−１，３−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物からなる群から選択されたフィラメントと、前記円周の外側コア補強表面上の前記補強層（３）を囲む第２のエラストマー層（４）とを含む、可撓性ホースに関する。

多層構造を示した本発明のホースの概略図である。 ホースに使用される糸の断面図である。

補強されたホースに必要な様々な層の説明は、最初は、移送されるべき流体又はガスに最も近い内面からである。残りの層の説明は、内面から延在する順序による。

第１の要件は、従来、流体又はガス及び対向する円周の外側チューブ表面に接触する円周の内面を有するコアチューブ（２）に関する。コアチューブ（２）に適切な材料は、エラストマーであり、当該技術で周知である。適切な例は、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、メタフェニルシリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ＣＰＥ及びアクリルゴムを含む。ＥＰＤＭは、エチレンプロピレンジエンモノマーゴムを意味し、ＣＰＥは、塩素化ポリエチレンを意味する。

選択されるエラストマー材料は、ホースの最終用途に左右されることが理解される。例示的に、腐食性物質を、ホースを通して移送すべき場合、エラストマー材料はこのような腐食に耐えるように選択される。

補強層（３）は、外側コアチューブ表面を囲み、および編み、螺旋巻きの又は編組の構造である。この補強層（３）は、１，０００〜４，０００ｄｔｅｘの範囲の直線密度を有する少なくとも１つの糸（５）から形成される。１つ又は複数の糸（５）は、１〜５の撚り係数に上撚りされる２〜５の糸ストランド（６）から構成される。次に、糸ストランド（６）は、１〜５の撚り係数に上撚りされる１〜５のスパン糸（７）から構成される。

重大性は、本発明ではスパン糸（７）に存在する。スパン糸（７）は、１００ｄｔｅｘ〜１０００ｄｔｅｘの範囲の直線密度を有することが必要である。より好ましい範囲は、２００ｄｔｅｘ〜６００ｄｔｅｘである。さらに、スパン糸（７）は、８０〜１５０ｍｍの範囲に長さを有するフィラメントから形成される。一般に、より好ましい範囲は９０〜１２０ｍｍであろう。スパン糸は、１メートル当たり２００超の巻回の撚りを有する。好ましい範囲の例は、１メートル当たり４５０〜７５０の巻回である。

重大性のさらなる要件として、スパン糸は、ポリｍ−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−１，３−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物から形成される。好ましいのは、ポリｍ−フェニレンテレフタルアミド又はポリアリーレンスルフィドである。

スパン糸（７）、糸ストランド（６）又は糸（５）の外側コーティングとして、ワックスを含む仕上げ剤が適用されてもよい。適切な例は、ポリエチレンオキサイドベースの仕上げ剤及び炭化水素ベースのワックスを含む。

スパン糸（７）、糸ストランド（６）又は糸（５）の外側コーティングとして、接着剤コーティングが適用されてもよい。適切な例は、補強層（３）、コアチューブ（２）及びエラストマー層（４）の間の接着を改善するための当業者に公知のエポキシ、イソシアネート又はＲＦＬベースのコーティングである。ＲＦＬは、レソルシノールホルムアルデヒトラテックスを表す。

エラストマー層（４）は、補強層（３）の外面を囲む。エラストマーの種類は、コア（２）と比較して同一又は異なることができる。

様々な構造を使用してもよいことが理解される。例示的に、３つ以上の補強層（３）を利用することができる。さらに、コアチューブ（２）は、移送されるべき流体又はガスに接触するフルオロカーボンベースの材料（１）でその内面にライニングを施すことができる。このような材料の適切な例は、ポリ（テトラフルオロエチレン）及びパーフルオロアルコキシポリマーを含む。

２００℃を超える温度で動作し、体積膨張能力の増大を有することができ、かつ動的荷重用途の下で疲労寿命性能の増大を示す改良された可撓性ホースの必要性がある。補強層の特性（したがって、補強糸の特性）は、これらの３つのホース性能基準に直接的に相関関係する。

ホース補強層内の特定の糸の連続的な使用温度により、温度上昇における補強の有効性が決定される。

補強糸の伸長により、ホースの体積膨張能力が決定される。体積膨張がより大きければ、突然の圧力ピークを吸収する点で、ホースはより有効になる。この結果、ホースがシステムの構成要素であるシステム内で移送される流体又はガスの流れ圧力のピークの減少がもたらされる。

補強糸のモジュラスと、ホースのコアチューブ及びエラストマー層を形成するゴムとの非両立性は、動的荷重用途の下でホース故障を招く。この故障モードは、高モジュラスの補強糸で特に目立つ。

本発明に記載されているような補強糸は、上に言及した３つのホース性能基準をすべて満たす。

表４は、補強ホース製造の当業者に公知の高性能糸の特性を要約している。

以下の実施例では、特に規定しない限りすべての部分及び割合は重量により、及び度は摂氏による。

試験方法
ＡＳＴＭＤ８８５に従って糸の引張特性を決定した。Ｉｎｓｔｒｏｎ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡから購入したＩｎｓｔｒｏｎ５８６０Ｓｅｒｉｅｓ試験計器で測定を実行した。２００デニール〜１６００デニール範囲の糸サンプルについて４Ｃクランプを使用し、一方、１６００デニール〜３０００デニールの糸サンプルについて４Ｄクランプを使用した。ゲージ長は１０インチ（２５．４ｃｍ）であり、クロスヘッド速度は、１２インチ／分（３０．５ｃｍ／分）に設定した。連続フィラメントの糸を１．４の撚り係数に撚った。不連続フィラメントを有する糸を受入れたときに試験した。

デニール（ｄ）がＡＳＴＭ Ｄ１５７７に従って測定され、繊維の直線密度は、９０００メートルの繊維のグラム重量として表される。デニールは、Ｔｅｘｔｅｃｈｎｏ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｈ，ＧｅｒｍａｎｙのＶｉｂｒｏｓｃｏｐｅで測定される。デニール×（１０／９）は、ｄｅｃｉｔｅｘ（ｄｔｅｘ）に等しい。

糸番号システム：（１）英式綿番手は、１ポンドのスレッド当たり８４０ヤードのハンクの数を記載している：Ｎ_e＝ヤード／（８４０^*ポンド）。英式綿番手は、１グラムのスレッドのメートルの長さを記載しているＮ_e（２）メートル法の糸番号で５３１５を割ることによってデニールに変換することができる：Ｎ_m＝（ｙメートル）／（ｘグラム）。これを、（ｘグラム）／（ｙメートル）^*９０００を乗算することによって、デニールに変換することができる。

撚り係数（ＴＭ）は、糸のｄｔｅｘの平方根に対する１メートル当たりの巻回（ＴＰＭ）の比率として記載される。この比率は、次式、ＴＭ＝（ＴＰＭ）^*（ｓｑｒｔ（ｄｔｅｘ））／３０００によって計算することができる。

実施例１
次の実施例は、比較例Ａに記載されているような２０〜６０ｍｍのフィラメント長さ範囲及び比較例Ｂに記載されているような２００〜１４００ｍｍのフィラメント長さ範囲を有する不連続フィラメントから製造された糸の製造工程に対する本発明に適切な糸の製造の差を示している。

Ｓｃｈｌｕｍｂｅｒｇコンバータで、１００ｋｔｅｘのＮＯＭＥＸ（登録商標）４３０ｍ−アラミドトウ、２．０ｄｐｆを、１００ｍｍの平均フィラメント長さを有する２０ｋｔｅｘ、２．０ｄｐｆ ＮＯＭＥＸ（登録商標）トップに変換した。次に、トップを、梳毛紡績技術を使用してＮ_m＝４０／３（６７５ｄ）のスパン糸に変換した（Ｓ方向とＺ方向で＞５００ＴＰＭ）。代わりに、この糸は、米国特許第２，７２１，４４０号明細書に記載された糸と同様の連続工程で製造することができる。この糸の３つの端部を１．７ＴＭに上撚りした。上撚り糸は、１．０重量％（未加工の繊維重量をベースとする）のワックス仕上げ剤でコーティングして、熱固定した。

実施例２
次の実施例は、糸のテナシティに対するフィラメント長さの影響を示している。高いテナシティの糸によって補強されたホースは高い破裂圧力を示すであろう。表１は、比較例Ａに記載されているような５０ｍｍの均一なフィラメント長さのＮＯＭＥＸ（登録商標）ステープルから製造された糸のテナシティをリストしている。連続マルチフィラメント糸（ＮＯＭＥＸ（登録商標）４３０、１２００ｄ、２ｄｐｆ）に対し、上記糸のテナシティは６０％低減される。１００ｍｍの平均フィラメント長さを有する不連続フィラメントから製造された実施例１に記載されているような糸は、連続フィラメント糸に対し２０％のテナシティの損失を有するに過ぎない。参考として、国際公開第２００６／０５８６７６号パンフレットは、比較例Ｂに記載されているように製造された４００〜６００ｍｍの長さの不連続フィラメントから製造されたＴｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（登録商標）ＫＢのｍ−アラミド糸をリストしている。３４７８ｄｔｅｘと２２７０ｄｔｅｘのＴｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（登録商標）のＫＢ糸のテナシティが、それぞれ、３９ｃＮ／ｔｅｘ及び４２ｃＮ／ｔｅｘとしてリストされている。

表１ − NOMEX（登録商標）m-アラミド糸のテナシティ

実施例３
次の実施例は、糸ループのテナシティに対するフィラメント長さの影響を示している。ループテナシティは、同一の糸の２つのスレッドが交差されており、Ｉｎｓｔｒｏｎ試験器の各々のクランプが１つのスレッドサンプルの両端を保持していることを除いて、実施例２と同一の手順で測定される。したがって、スレッドサンプルはループを通して互いに接続する。この試験は、編み、ホース補強構造の糸の性能を示している。高いループテナシティの糸の編み、補強層を有するホースは、高い破裂圧力を示すであろう。表２から理解できるように、比較例Ａに記載されているような５０ｍｍの均一な長さのＮＯＭＥＸ（登録商標）ステープルから製造された糸のループテナシティは低い。１００ｍｍの平均長さを有する不連続フィラメントから製造された糸は、５０ｍｍのステープルから製造された糸と較べ非常に優れた性能を有する。

表２ − NOMEX（登録商標）m-アラミド糸のループテナシティ

実施例４
実施例４〜６は、比較例Ｃに記載される商業的に使用される２プライの１２００ｄ ＮＯＭＥＸ（登録商標）４３０の連続マルチフィラメント糸の性能に対する、ホース製造及びホース試験の実施例１に記載されているように製造された８０〜１５０ｍｍの不連続フィラメント長さを有する３プライのｍ−アラミド糸の性能を示している。ホース試験のため、ホースを同一の破裂圧力で比較することが必要である。実施例４は、ホース製造及びホース試験の実施例５と６で使用されたさもなければ同一のホースの補強構造体の導出を示している。平坦なステッチの編地補強を有するホースの理論的な破裂圧力は、次式により計算することができる。
Ｐ＝２ＲＣｓｉｎ（θ）Ｆ／Ｄ
ここで、Ｐ＝破裂圧力
Ｒ＝糸破断強さ
Ｃ＝１０ｍｍ当たりのステッチ
θ＝編み角度
Ｆ＝効率ファクター
Ｄ＝プライ直径

実施例１の糸は、比較例Ｃの連続マルチフィラメント糸よりも低い破断強さを有する。約２０ｂａｒの破裂圧力を有する１９ｍｍの内径ホースを獲得するために、実施例１の糸は、１０ｍｍのホース長さ当たり４つのステッチで編まれなければならず、一方、比較例Ｃの糸は、１０ｍｍのホース長さ当たり３つのステッチで編まれなければならない。

実施例５
次の実施例は、円形の編み機が装備された商業用のホース製造装置において実施例１に記載されているように製造された糸の優れた加工特性を示している。ＳＡＥ Ｊ２０Ｒ３で規定された仕様に適合する１９ｍｍの内径を有するＥＰＤＭベースの自動車のヒータ−ホースを、商業用のホース製造装置で製造した。Ｈａｒｒｙ Ｌｕｃａｓ編み機（Ｈａｒｒｙ Ｌｕｃａｓ Ｔｅｘｔｉｌｍａｓｃｈｉｎｅｎ，Ｎｅｕｍｕｅｎｓｔｅｒ，Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能）は、実施例１に記載されているような糸の５ポンドの８つの供給糸パッケージを装備していた。ホース供給は、ホースの長手方向軸に沿って１０ｍｍ当たり４つのステッチを形成するように調整した。平坦なステッチパターンを使用した。試験後に編み機の上には何の堆積も確認されず、ホース補強層は全く凹凸又は欠陥を示さなかった。ホースを真直なマンドレルで硬化して、２５ｃｍの長さに切断した。表３は製造されたホースをリストしている。

実施例６
実施例４及び比較例Ｃに記載されているように製造されたホースに、当業界で共通の圧力・振動・温度（ＰＶＴ）性能試験を受けさせ、両方の糸の種類で補強されたホースの長期性能を評価した。次に、以下の手順を実施した、すなわち、１００％エチレングリコールを、長さ２５ｃｍのホースサンプルを通して循環させた。エチレングリコールの循環は、４．０秒間の０．１ｂａｒのトラフ（ｔｒｏｕｇｈ）、３ｂａｒへの１．２秒の上昇、４．０秒間の３ｂａｒのクレスト（ｃｒｅｓｔ）及び０．１ｂａｒのトラフへの１．２秒の低下の台形パターンを有するパルスで行った。ホースを、±１０ｍｍの振幅を有する２００振動／分で振動させた。周囲温度及び流体温度は１３５℃であった。ホース故障が生じるまでパルスを継続した。表３は、この結果を要約している。実施例１に記載されているような不連続フィラメントから製造された糸で補強されたホースは、４３０９５９を超えるサイクルの後になお完全であった。２プライの１２００ｄの２ｄｐｆの連続マルチフィラメント糸で補強されたホースは、３３２９６７サイクルの後に駄目になった。これらの試験は、実施例１に記載されたような糸が優れた長期性能を有することを示している。２０〜６０ｍｍの不連続フィラメントから製造された糸が、編みホース補強に不適切であることが受け入れられた産業知識であるので、比較例Ａに記載されたような糸を有するホースの試験及び製造は省略した（独国特許出願公開第１０２００４０５１０７３Ａ１号明細書参照）。

実施例７
実施例４及び比較例Ｃに記載されたようなホースに、第２のＰＶＴ試験を受けさせた。次に、以下の手順を実施した、すなわち、１００％エチレングリコールを、長さ２５ｃｍのホースサンプルを通して循環させた。エチレングリコールの循環は、１．２秒間の０．０ｂａｒのトラフ、５．２ｂａｒへの０．３秒の上昇、１．２秒間の５．２ｂａｒのクレスト及び０．０ｂａｒのトラフへの０．３秒の低下の台形パターンを有するパルスで行った。ホースを、±１０ｍｍの振幅を有する２００振動／分で振動させた。周囲温度及び流体温度は１３０℃であった。試験は、１０００００サイクルで実行され、極めて厳しい状態下の補強層の性能を示している。ＡＳＴＭ Ｄ３８０による破裂試験を未試験の対照サンプル及びＰＶＴ試験後のサンプルで行った。保持した破裂圧力が表３に報告されている。実施例１の糸で補強されたホースは、２プライの１２００ｄの２．０ｄｐｆの連続マルチフィラメント糸で補強されたホースの性能に匹敵する優れた性能を示している。

表３ − ホース構造と試験

実施例８
本発明の糸対他の高性能糸の特性比較：

表４ − 糸特性

比較例Ａ
５０ｋｔｅｘ、２．０ｄｐｆのＮＯＭＥＸ（登録商標）４３０ｍ−アラミドトウを、Ｌｕｍｍｕｓカッタで５０ｍｍ、２．０ｄｐｆ ＮＯＭＥＸ（登録商標）ステープルの均一な長さに切断した。商業用のスパン糸変換設備で、ステープルをＮ_e＝１４．７／１の開放端スパン糸に変換した。

比較例Ｂ
２００〜１４００ｍｍのフィラメント長さを有する糸は、特開２００６１６１２２５Ａ号公報に記載されているように製造することができる。３３０００ｄｔｅｘトウを１１００ｄｔｅｘに薄くするために、またトウの連続フィラメントを所望の２００〜１４００ｍｍのフィラメント長さに破壊するために、伸縮破壊装置が使用される。糸は、空気インターレースジェットによって圧密化される。本発明者らは、実施例４に記載されたような様々な繊維加工装置で糸の種類の主な加工問題が梳毛紡績によって解決されるのと同一のフィラメント圧密化の品質が、空気インターレースによっては達成されないと信じる。

比較例Ｃ
１．７ＴＭに撚られた１２００ｄの２．０ｄｐｆの連続マルチフィラメント糸の２プライ製品を含む８つの５ポンドのパッケージを使用することを除いて、ＳＡＥ Ｊ２０Ｒ３で規定された仕様に適合する１９ｍｍの内径を有するＥＰＤＭベースの自動車のヒータ−ホースは、実施例３に記載されたような商業用のホース製造装置で製造された。ホース供給は、ホースの長手方向軸に沿って１０ｍｍのホース当たり３ステッチを製造するように調整した。試験後に編み機の上には何の堆積も確認されず、ホース補強層は全く凹凸又は欠陥を示さなかった。表３は製造されたホースをリストしている。

Claims (8)

1. 圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホースであって、前記ホースが中心長手方向軸に沿って軸方向に、かつ半径方向に前記長手方向軸を中心に円周方向に延在し、前記ホースが順番に、
   円周の内側コアチューブ表面と、対向する円周の外側コアチューブ表面とを有するコアチューブ（２）であって、第１のエラストマー層を含むコアチューブ（２）と、
   円周の内側コア補強表面と、対向する円周の外側コア補強表面とを有する外側コアチューブを囲む補強層（３）と
   を含み、
   前記補強層（３）が、編み、螺旋巻き又は編組の構造であり、
   前記補強層（３）が少なくとも１つの糸（５）から形成され、
   前記糸（５）が１０００〜４０００ｄｔｅｘの直線密度を有し、
   前記糸（５）が２〜５の糸ストランド（６）から構成され、
   前記糸ストランド（６）が１〜５の撚り係数に上撚りされ、
   前記糸ストランド（６）が１〜５のスパン糸（７）から構成され、
   前記スパン糸（７）が１〜５の撚り係数に上撚りされ、
   前記スパン糸（７）が１００ｄｔｅｘ〜１０００ｄｔｅｘの直線密度を含み、
   前記スパン糸（７）が、８０〜１５０ｍｍの長さを有するフィラメントを含み、
   前記スパン糸（７）が１メートル当たり少なくとも２００の巻回の撚りを含み、
   前記スパン糸（７）が、ポリｍ−フェニレンテレフタルアミド、ポリメチレン−１，３−ベンゾビスオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリアリーレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール、ポリオキサジアゾール、ポリスルホンアミド、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾール、ポリベンズオキサオール又はそれらの混合物からなる群から選択されたフィラメントを含み、
   前記円周の外側コア補強表面上の前記補強層（３）を囲む第２のエラストマー層（４）と
   を含む、可撓性ホース。
2. 前記補強層（３）が、ポリｍ−フェニレンテレフタルアミド又はポリアリーレンスルフィド又はそれらの混合物を含む、請求項１に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
3. 前記糸（５）、糸ストランド（６）又はスパン糸（７）が仕上げ剤でコーティングされる、請求項１に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
4. 前記エラストマー材料が、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ＣＰＥ又はアクリルのゴムを含む、請求項１に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。
5. ２つ以上の前記補強層（３）を含む、請求項１に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
6. 前記コアチューブ（２）が、フルオロカーボンベースの材料でライニングを施される、請求項１に記載の圧力下で流体又はガスを移送するように適応された可撓性ホース。
7. 前記補強層（３）が編まれる、請求項１に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。
8. 前記第１の補強層が１メートル当たり１６０〜６６０のループを有する、請求項７に記載の圧力下で流体を移送するように適応された可撓性ホース。

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