JP2013002568A - 高圧ホース - Google Patents

Abstract

【課題】ホースの柔軟性を損なうことなく耐久性能を向上させた高圧ホースを提供する。
【解決手段】内管チューブ１１の表面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層１２を設けた高圧ホース１であって、内管チューブ１１に最も近い内側に配置された第１の金属製ワイヤ補強層１２ａの外側に、該第１の金属製ワイヤ補強層１２ａに接して第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂが配置されており、第１の金属製ワイヤ補強層１２ａを構成する第１のワイヤ１２ａ−ｗのビッカース硬さが、第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂを構成する第２のワイヤ１２ｂ−ｗのビッカース硬さよりも大きくしてある高圧ホースである。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧、液圧、空気圧等が作用する配管に採用される高圧ホースに関する。

高圧ホースは、昇圧された種々の液体や気体を圧送するのに便利であるので、種々の産業分野で用いられている。例えば、高圧ホースは油圧ポンプの作動油を作動部分に圧送するための配管として好適に用いることができる。
この種の高圧ホースとしては、内管チュ−ブの表面に金属製ワイヤをスパイラル（螺旋）状に或いは格子状に巻き付けてなる金属製ワイヤ補強層を、ワイヤの巻き付けの方向を交互に変更させながら積層して構成した積層補強層を有するものが知られている。このように金属製ワイヤ補強層を複数積層して積層補強層とすることで、より耐久性を向上させた高圧ホースを得ることができる。

ところが、上記のように積層補強層を設けた高圧ホースでは、内管チューブに接する、半径方向で最も内側に位置する金属製ワイヤ補強層（1層目の最内ワイヤ補強層）に対し、最内ワイヤ補強層の半径方向外側に位置する金属製ワイヤ補強層（２層目以降のワイヤ補強層）よりも大きな圧力が作用している。そのため、積層補強層を設けた高圧ホースでは最内ワイヤ補強層が疲労して破壊し易いことが知られている。
ここで、一般にワイヤ補強層を構成する金属製ワイヤには横断面形状が円形である線材が採用されるので、最内ワイヤ補強層を構成するワイヤと、その外側（内側から２層目）のワイヤ補強層を構成するワイヤとは、交差（クロス）する部分において半径方向内外（上下）に互いに点接触する。そのため、高圧ホースには、クロス部分に応力が集中して、この部分を起点として特に最内ワイヤ補強層のワイヤが破壊（破断）し易いという不都合があった。

そこで、上記の不都合に対処するための技術が従来から検討され、例えば特許文献１によるものが提案されている。特許文献１は、内管チューブ上に設ける最内ワイヤ補強層のワイヤの断面積を、他のワイヤ補強層のワイヤの断面積よりも大きく設定してある高圧ホースについて開示する。特許文献１で開示の技術によると、最内ワイヤ補強層のワイヤが他のワイヤより大きな断面積となり剛性が向上するので、大きな圧力を受ける最内ワイヤ補強層の疲労の進行を遅らせてホースの耐久性向上を図ることができる。

特開２００５−３０８１１４号公報

しかしながら、高圧ホースの耐久性能を高めるために、特許文献１で開示するようにワイヤ補強層を構成するワイヤの横断面積を大きく、すなわちワイヤを単に太くすると、ホース全体としての剛性が過度に高くなり柔軟性を損なう場合がある。その結果、耐久性には優れるが取り扱いが困難なホースになることが懸念される。
よって、本発明の目的は、ホースの柔軟性を損なうことなく耐久性能を向上させた高圧ホースを提供することである。

上記目的は、内管チューブの表面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースであって、
前記内管チューブに最も近い内側に配置された第１の金属製ワイヤ補強層の外側に、該第１の金属製ワイヤ補強層に接して第２の金属製ワイヤ補強層が配置されており、
前記第１の金属製ワイヤ補強層を構成する第１のワイヤのビッカース硬さが、前記第２の金属製ワイヤ補強層を構成する第２のワイヤのビッカース硬さよりも大きくしてある、ことを特徴とする高圧ホースにより達成できる。

そして、前記第１のワイヤのビッカース硬さをＨＶ１、前記第２のワイヤのビッカース硬さをＨＶ２としたときに、ＨＶ１−ＨＶ２＞２０とすることが好ましい。

本願発明による高圧ホースは、内管チューブ側から大きな応力を受ける最内ワイヤ補強層の第１のワイヤを、その外側に位置する第２のワイヤで補強するようにしている。特に、第１のワイヤと第２のワイヤの硬度に着目して、第１のワイヤのビッカース硬さを第２のワイヤのビッカース硬さより大きく設定しておくことで、第１のワイヤを外側の第２のワイヤに食い込ませるようにでき、これにより第１のワイヤが受ける応力を分散させて疲労破壊を抑制する。よって、従来のようにワイヤを太くして剛性を高めずに、第１のワイヤの破断を予防できるので、取り扱い性にも優れた高圧ホースを提供できる。

本願発明に係る高圧ホースの一形態例を示した横断面図である。

以下、本発明にかかる一実施形態を、図を参照して詳細に説明する。
本発明は、内管チューブの外周面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースにおいて、内管チューブに最も近い、積層補強層の半径方向最内側に配置された第１のワイヤ補強層を構成するワイヤ（第１のワイヤ）が疲労し易いという点を克服するため、次のような構造の積層補強層に変更して前述した技術的な課題を解消するように改良したものである。なお、本発明に係る高圧ホースにあっては、金属製ワイヤ補強層の積層数には特に限定はなく、例えば２〜１０層の金属製ワイヤ補強層を積層しても良い。更に、本発明に係る高圧ホースにあっては、金属製ワイヤ補強層を構成するワイヤの巻き付け方に特に限定はなく、ワイヤは、スパイラル（螺旋）状に巻き付けても良いし、ブレード（格子）状に巻き付けても良い。

図１は、本願発明に係る一形態例の高圧ホース１の横断面（ホースの中心軸線に直交する方向の断面）を示す断面図であり、高圧ホース１は例えばＮＢＲをベースとした配合物（コンパウンド）からなる筒状の内管チューブ１１の表面上に、内側から２層の金属製ワイヤ補強層１２ａ、１２ｂを順次積層した積層補強層１２を有している。なお、前述したように、本発明に係る高圧ホースでは、必要に応じて、外側に位置する第２ワイヤ補強層１２ｂの半径方向外側に更に第３、第４の金属製ワイヤ補強層を追加しても良い。ここで、好ましくは、図１に示す積層補強層１２の外側（半径方向外側）を例えばナイロン（ポリアミド系繊維）製の外皮１３で更に被覆して高圧ホース１とする。

本発明に係る高圧ホース１では、内管チューブ１１の外周面側（積層補強層１２の最内側）に配置された第１の金属製ワイヤ補強層（最内ワイヤ補強層）１２ａの半径方向外側に、この第１の金属製ワイヤ補強層１２ａと接して第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂが配置されている。
ここで、第１の金属製ワイヤ補強層１２ａを構成する第１のワイヤ１２ａ−ｗのビッカース硬さ（ＨＶ）は、第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂを構成する第２のワイヤ１２ｂ−ｗのビッカース硬さ（ＨＶ）よりも大きくしてある。これにより、高圧ホース１の横断面視にて、第１のワイヤ１２ａ−ｗと、第２のワイヤ１２ｂ−ｗとが面接触する。即ち、例えば圧力４０ＭＰａ以上で液体や気体を圧送する際に、第１のワイヤ１２ａ−ｗが半径方向外側に位置する第２のワイヤ１２ｂ−ｗに食い込むような状態を形成して、第１のワイヤ１２ａ−ｗの破断を防止する。より具体的には、相対的に硬めとした第１のワイヤ１２ａ−ｗを、相対的に軟らかめである第２のワイヤ１２ｂ−ｗに当接させることで、第２のワイヤ１２ｂ−ｗ側の変形を促して第１のワイヤ１２ａ−ｗを広く面状で受ける状態とし（即ち、第１のワイヤ１２ａ−ｗと第２のワイヤ１２ｂ−ｗとを面接触させ）、第１のワイヤ１２ａ−ｗが内管チューブ１１から受ける応力を第２のワイヤ１２ｂ−ｗ側へ効果的に分散させて第１のワイヤ１２ａ−ｗの疲労破断の発生を抑制する。
なお、本発明に係る高圧ホース１は、用いるワイヤを太くしてワイヤの剛性を高めて疲労破断を防止するのではなく、第１のワイヤ１２ａ−ｗを外側の第２のワイヤ１２ｂ−ｗに敢えて食い込ませるような構成を採用するので、剛性が高くなり過ぎて取り扱い性を悪化させるような不都合を招来することなしにホースの耐久性を向上できる。即ち、このような構成を採用すると、高圧ホースの横断面視にて、第１のワイヤと第２のワイヤとが接触する部分を単なる点ではなく面状として、第１層（最内ワイヤ補強層）が受ける応力を外側（背後）の第２層にも効率的に分散して、第１のワイヤ１２ａ−ｗの破断を抑制できる。

ここで、本発明は、本願発明者が第１のワイヤと第２のワイヤとのクロス部分を精査したところ、第１の金属製ワイヤ補強層を構成する第１のワイヤのビッカース硬さを、第２の金属製ワイヤ補強層を構成する第２のワイヤのビッカース硬さよりも大きくすると、第１のワイヤのクロス部分の圧痕が小さくなり、第１のワイヤの破壊強度が向上することが確認されたことに基づいてなされたものである。
そして、第１のワイヤ１２ａ−ｗのビッカース硬さをＨＶ１、第２のワイヤ１２ｂ−ｗのビッカース硬さをＨＶ２としたときに、ＨＶ１−ＨＶ２＞２０とするのが好ましく、ＨＶ１−ＨＶ２≧４０とするのが更に好ましい。
このような範囲とするのが好ましいのは、ビッカース硬さの差（ＨＶ１−ＨＶ２）を大きくすれば、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの変形を更に促して第１のワイヤ１２ａ−ｗを広く面状で受ける状態とし得るからである。即ち、第１のワイヤ１２ａ−ｗが内管チューブ１１から受ける応力を第２のワイヤ１２ｂ−ｗ側へ更に効果的に分散させて、第１のワイヤ１２ａ−ｗの疲労破断の発生を更に抑制することができるからである。

また、第１のワイヤ１２ａ−ｗとしては、好ましくは引張強度が２８００ＭＰａ以上、更に好ましくは３０００ＭＰａ以上で、炭素含有量が０．８０質量％以上である高炭素鋼線を用いるのが望ましい。このようにすれば、製品となる高圧ホースの柔軟性を保持しつつ、耐圧強度を高めることができるからである。
具体的には、第１のワイヤ１２ａ−ｗの引張強度を２８００ＭＰａ以上、好ましくは３０００ＭＰａ以上とすることで、高圧ホースの耐圧強度を高めることができる。なお、一般にこれら高引張強度のワイヤは、延性が低下して側面から加わる応力に対してもろくなる傾向があるため、高引張強度のワイヤを用いた高圧ホースではワイヤの引張強度相応の製品耐圧性能が得られ難いが、本発明に係る高圧ホースでは、応力分散効果により、期待された耐圧性能を十分発揮することができる。
また、第１のワイヤ１２ａ−ｗの炭素含有量を０．８０質量％以上とすることで、ワイヤの延性を向上させ、期待された耐圧性能を十分に発揮することができる。
さらには、本発明に係る高圧ホース１では、第１のワイヤ１２ａ−ｗの引張強度が、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの引張強度以上に設定してあるのが望ましい。

なお、上述した通り、本発明に係る高圧ホースでは、第１のワイヤ１２ａ−ｗが第２のワイヤ１２ｂ−ｗに食い込むような状態を形成することが重要である。即ち、本発明に係る高圧ホースでは、第１のワイヤおよび第２のワイヤの表面側のビッカース硬さが特に重要である。従って、本発明に係る高圧ホースでは、第１のワイヤが第２のワイヤに食い込むような状態を形成できる限り、ワイヤの芯部のビッカース硬さが表面側と大きく異なっている特殊処理ワイヤを用いても良い。

［実施例］
下記表１に示す条件で本願発明に係る実施例１〜３の高圧ホースを作製した。また、比較のため条件を変更して比較例１〜３の高圧ホースを作製した。そして、各ホースの性能を評価した。
具体的には、内管チューブとして、ＮＢＲをベースとした配合物（コンパウンド）からなるチューブ（内径：２５ｍｍ、外径：２８ｍｍ）を準備して、この内管チューブの外表面に表１に示す諸元の２層の金属製ワイヤ補強層からなる積層補強層を設けて高圧ホースとし、ホース性能を評価した。
なお、各金属製ワイヤ補強層を構成するワイヤの材質は高炭素鋼線とし、この炭素鋼線の炭素含有量は下記表１の通りである。

下記表１で、打込み数とは第１の金属製ワイヤ補強層として内管チューブの外表面に配置した第１のワイヤの本数、或いは、第２の金属製ワイヤ補強層として第１の金属製ワイヤ補強層上に配置した第２のワイヤの本数である。
また、ホースの破壊圧（ＭＰａ）は、ＪＩＳ K６３３０−２に準拠して測定し、ワイヤのビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４に準拠し、試験力０．０４９０３Ｎで測定した。
更に、第１の金属製ワイヤ補強層と第２の金属製ワイヤ補強層のワイヤ総横断面積（Ｓ１×Ｔ1＋Ｓ2×Ｔ2）は、ホースの曲げ硬さに対応する。そして、ホース破壊圧をワイヤ総断面積で除した、破壊圧／（Ｓ１×Ｔ1＋Ｓ2×Ｔ2）は、作製したホースの耐圧性能対比の柔軟性を示す指針となるものであり、大きいほど耐圧性に比して柔軟性に優れる。
なお、この値が４．１以上を合格とした。

以上で説明したように、本発明によるとワイヤを太くして剛性を高めることなく、第１のワイヤの破断を予防できるので、取り扱い性にも優れた高圧ホースを提供できる。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば油圧配管に適用できることは勿論のこと、種々の液体、気体の圧送に適用できる高圧ホースを提供できる。

１ 高圧ホース
１１ 内管チューブ
１２ 積層補強層
１２ａ 第１の金属製ワイヤ補強層
１２ｂ 第２の金属製ワイヤ補強層
１２ａ−ｗ 第１のワイヤ
１２ｂ−ｗ 第２のワイヤ
１３ 外皮

Claims (2)

1. 内管チューブの表面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースであって、
   前記内管チューブに最も近い内側に配置された第１の金属製ワイヤ補強層の外側に、該第１の金属製ワイヤ補強層に接して第２の金属製ワイヤ補強層が配置されており、
   前記第１の金属製ワイヤ補強層を構成する第１のワイヤのビッカース硬さが、前記第２の金属製ワイヤ補強層を構成する第２のワイヤのビッカース硬さよりも大きくしてある、ことを特徴とする高圧ホース。
2. 前記第１のワイヤのビッカース硬さをＨＶ１、前記第２のワイヤのビッカース硬さをＨＶ２としたときに、ＨＶ１−ＨＶ２＞２０である、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧ホース。
   

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