JP2014206259A

JP2014206259A - 高圧ホース

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Publication number: JP2014206259A
Application number: JP2013085560A
Authority: JP
Inventors: 清池原; Kiyoshi Ikehara
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2014-10-30

Abstract

【課題】金属製ワイヤが相互に編組されてなる補強層を有する高圧ホースの耐久性を向上させること
【解決手段】流体を流通させる内層チューブ１２の外周面上に金属ワイヤを編組してなる補強層を１層以上有する高圧ホース１０である。金属ワイヤの編組は、単線金属ワイヤ２２を４本並列に並べて帯状とした帯状金属ワイヤ２０単位を相互に編み動作することによりなされており、帯状金属ワイヤ２０のうち、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの内層チューブ１２からの高さがその内側の単線金属ワイヤ２２ｂの内層チューブ１２からの高さよりも小さいことを特徴とする。これにより、帯状金属ワイヤ２０が相互に交差する部位における最外側の単線金属ワイヤ２２ａの表面歪みが低減し、且つ応力集中が緩和され、その疲労・破断が抑制されて高圧ホース１０の耐久性が向上する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属製ワイヤで補強した高圧ホースに関し、特に、金属製ワイヤを編組してなる補強層を有する高圧ホースに関する。

高圧ホースは、例えば、水や鉱物油等の液体又は圧縮空気を伝達媒体として用いる駆動系に用いられる、高圧状態で使用される配管等に使用される。この高圧ホースのうち、油圧器に用いられるものは、超高圧状態での使用に耐えうるようにするため、金属製ワイヤで構成された補強構造を有する高圧ホースが用いられる。この補強構造には、一般に、スパイラル構造とブレード構造と呼ばれるものがある。

特許文献１には、このスパイラル構造の補強層を有する高圧ホースが開示されている。図５に示すように、この高圧ホース５０は、内層のチューブ５２（ここではゴムチューブ）に金属製のワイヤを隙間なくらせん状に巻き付けてなるスパイラル構造の補強層５４を、合計で４層有する。

また、ブレード構造とは、図６に示すように、単線金属ワイヤを複数本（ここでは、３本）並列に並べて帯状にした帯状金属ワイヤを編組（ここでは、網代状に）しつつ内層のチューブ６２に巻きつけてなる補強構造である。図６の高圧ホース６０は、このブレード構造による２層の補強層６４を備えている。

これらのうち、大きな圧力の負荷が繰り返される油圧器の配管等、高い耐久性能が要求される用途においては、ブレード構造よりもスパイラル構造の補強層を有する高圧ホースが好ましく用いられる傾向にある。しかし、スパイラル構造の補強層を有する高圧ホースは、その構造上剛性が高くなり、取り回しがしにくいという不具合があるため、スパイラル構造のものより構造的に取り回しが容易となるブレード構造の高圧ホースにも油圧器の配管等としてのニーズがある。

特開２００５−３０８１１４

しかし、ブレード構造の補強層を有する高圧ホースは、耐久性の観点においてスパイラル構造のものよりも構造的な弱点がある。それは、ブレード構造の補強層を有する高圧ホースは、編組された金属ワイヤの交差する部位で金属ワイヤが破断しやすいというものである。具体的には、超高圧状態での使用が繰り返されると、上記帯状金属ワイヤのうち最外側に位置する単線金属ワイヤに応力が集中し、この最外側の単線金属ワイヤに繰り返し折り曲げ入力が加わることで疲労し、破断するものである。したがって、ブレード構造の補強層を有する高圧ホースにおいて、超高圧状態での繰り返し使用に対する耐久性の向上が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属製ワイヤが相互に編組されてなる補強層を有する高圧ホースの耐久性を向上させることにある。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、内層チューブの外周面上に、金属ワイヤを編組した金属ワイヤ補強層が１又は複数層設けられた高圧ホースにおいて、前記金属ワイヤの編組は、単線金属ワイヤを３本以上並列に並べてなる帯状金属ワイヤを、該帯状金属ワイヤ単位で相互に編み動作することによりなされており、前記帯状金属ワイヤ単位のうち、最外側の単線金属ワイヤの前記内層チューブ外表面からの高さが、その内側にある単線金属ワイヤの前記内層チューブ外表面からの高さより小さいことを特徴とする。

上述したように、帯状金属ワイヤ単位が互いに編組されてなる金属ワイヤの補強層においては、一般に一の帯状金属ワイヤと交差する他の帯状金属ワイヤにおける単線金属ワイヤに対して内層チューブ外表面からの高さ方向に曲げ入力がかかり、この曲げ入力は最外側の金属ワイヤに対するものが最も大きくなる。しかし、この構成によれば、最外側の単線金属ワイヤの前記内層チューブ外表面からの高さが、その内側にある単線金属ワイヤの高さよりも小さいので、最外側の単線金属ワイヤに内層チューブ外表面からの高さ方向に所定量の曲げが生じた際にその最外側の単線金属ワイヤの表面歪みが小さくなる。

更に、上記最外側の単線金属ワイヤとその内側にある単線金属ワイヤの高さの差により、一の帯状金属ワイヤは、最初に他の帯状金属ワイヤのうちの最外側の単線金属ワイヤに対して、次にその内側にある内層チューブ外表面からの高さが大きい単線金属ワイヤに対して、順に湾曲しつつ接触する。これにより、従来のように、単線金属ワイヤの高さが全て同じ場合に、あるいは最外側の単線金属ワイヤの高さがその内側の単線金属ワイヤの高さより大きい場合に最外側の単線金属ワイヤに集中していた応力を、その内側にある単線金属ワイヤにも効果的に分散させることができる。

したがって、最外側の単線金属ワイヤの高さを小さくすることにより、最外側の金属ワイヤの表面歪みを従来よりも小さくすることができ、且つ最外側の金属ワイヤに対する応力集中が緩和されるため、その最外側の金属ワイヤの疲労・破断が低減され、その結果高圧ホースの耐久性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ホースにおいて、前記単線金属ワイヤが、全て断面形状が円形の円形金属ワイヤであり、前記内側にある単線金属ワイヤの径が全て同一であり、前記最外側の単線金属ワイヤの径が、その内側にある単線金属ワイヤの径よりも小さいことを特徴とする。

この構成によれば、最外側の単線金属ワイヤの表面歪みを低減し、且つその最外側の単線金属ワイヤに対する応力集中を緩和するという請求項１に記載の作用効果を、複数並べた断面円形の単線金属ワイヤのうちの最外側の単線金属ワイヤの直径のみを小さくするという簡単な変更で達成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の高圧ホースにおいて、前記内側にある単線金属ワイヤが、前記内層チューブ外表面からの高さ方向に対向する幅広面を有する、断面形状が扁平の扁平金属ワイヤであることを特徴とする。

この構成によれば、最外側の単線金属ワイヤの表面歪みを低減し、且つ応力集中を緩和するという請求項１に記載の作用効果を得つつ、補強層の厚さが同等でも、補強ワイヤの断面積を大きくすることができ、ワイヤにかかる応力を低減できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の前記内側にある単線金属ワイヤの高さに対する前記最外側の単線金属ワイヤの高さの比が、０．９５以下であることを特徴とする。

この構成によれば、帯状金属ワイヤにおける単線金属ワイヤの高さの比によって、最外側の単線金属ワイヤに生じる応力と、その内側にある単線金属ワイヤへと分散される応力の量をコントロールでき、効果的に高圧ホースの耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、金属製ワイヤが編組されてなる補強層を有する高圧ホースの耐久性が向上するので、例えば、油圧器の配管に用いた際に、取り回しが比較的容易であるというブレード構造の特性を活かしつつ、その配管としての製品寿命も長期化させることができる。

本発明の実施の形態に係る高圧ホース１０の概略斜視図である。（Ａ）図１の一部Ａの拡大平面図である。（Ｂ）図２（Ａ）のII_Ｂ−II_Ｂ線断面図である。従来の高圧ホース７０の補強層７６の部分断面図である。本実施の形態の変形例に係る補強層４０の要部断面図である。従来の、スパイラル構造の補強層を有する高圧ホース５０を説明するための概略斜視図である。従来の、ブレード構造の補強層を有する高圧ホース６０を説明するための概略斜視図である。

次に、本発明の実施の形態について図に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る高圧ホース１０の概略斜視図であり、図２（Ａ）は、図１の一部Ａの拡大平面図、図２（Ｂ）は、同図（Ａ）のII_Ｂ−II_Ｂ線断面図である。図３は、従来の高圧ホース７０の補強層７２の部分断面図である。

なお、矢印Ｉは、高圧ホースの径方向内方を示し、矢印Ｏは、高圧ホースの径方向外方を示している。

図１に示すように、本実施の形態における高圧ホース１０は、高圧流体を内部に流通させる内層チューブ１２の外周面上に、１層の金属ワイヤからなる補強層１４を有する。補強層の積層数には特に限定は無く、例えば、１〜１０層の補強層を積層したものでも良い。また、補強層と補強層の間には、ゴム管等の中間層を設けることも任意である。

補強層１４は、内層チューブ１２の外周上である外表面上に、金属ワイヤを編組してなり、その補強層１４の外表面上である最外層には、ゴム製外被層１６を設けている。尚、この外被層１６を設けるか否かも任意である。

この補強層１４は、図２（Ａ）に示すように、内層チューブ１２に右巻きに巻きつきながら内層チューブ１２の長手方向（すなわち、矢印１００方向）に伸長するように４本の単線の単線金属ワイヤ２２を隣り合わせて並列に並べて帯状の帯状金属ワイヤ２０単位とし、この一の帯状金属ワイヤ２０単位を、内層チューブ１２に左巻きに巻きつきながら内層チューブ１２の長手方向（すなわち、矢印１００方向）に伸長するように内層チューブ１２上に並べた他の帯状金属ワイヤ２０単位と相互に編み動作することにより編組されたものである。

ここでは、図示のように、網代状に編組しているが、編組されたものであれば良く、例えば、格子状（ござ目編みを含む）、六つ目編み状（亀甲編み状を含む）等が挙げられる。

使用される単線金属ワイヤ２２の材質はどのようなものであっても良いが、本実施の形態では炭素鋼線を用いている。

補強層１４を構成する帯状金属ワイヤ２０単位は、図２（Ｂ）に示すように、全て断面形状が円形の円形金属ワイヤである、径の異なる４本の単線金属ワイヤ２２から構成されている。具体的には、帯状金属ワイヤ２０単位を構成する４本の並列する単線金属ワイヤ２２のうち、直径ｌ_１の単線金属ワイヤ２２ａが外側に、すなわち、最外側に配置され、直径ｌ_１より大きい直径ｌ_２を有する単線金属ワイヤ２２ｂが内側に配置されている。したがって、本実施の形態においては、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの内層チューブ１２外表面からの高さが直径ｌ_１となり、この高さはその内側にある単線金属ワイヤ２２ｂの内層チューブ１２外表面からの高さ（＝直径ｌ_２）よりも小さくなる。そして、一の方向に伸長する複数の帯状金属ワイヤ２０（一の帯状金属ワイヤ）に対して、交差する方向に伸長する他の帯状金属ワイヤ２０が、一の帯状金属ワイヤ２０を連続して２本通過する毎に上下の位置を変えるように交差することで網代状に編組され、補強層１４をなしている。

本発明に係る帯状金属ワイヤ２０を構成する単線金属ワイヤ２２の本数は、円形の断面形状のものを用いる場合には、３本以上である。３本以上であることにより外側の単線金属ワイヤ２２ａと内側の単線金属ワイヤ２２ｂとの直径の差（すなわち、内層チューブ１２表面からの高さの差）によって、後述する最外側の単線金属ワイヤの表面歪みの低減及び応力集中の緩和という効果を発揮しうるからである。また、帯状金属ワイヤ２０の単線金属ワイヤ本数は１２本以下であることが好ましい。１２本を超える場合、編組する場合に帯状金属ワイヤ２０内での単線金属ワイヤ２２同士に乗り上げや入れ替わり（一部分だけ完全に金属ワイヤ同士が入れ替わること）が生じやすくなるからである。さらに好ましくは、帯状金属ワイヤ２０の金属ワイヤ本数は、４本〜１２本の範囲である。

最外側の単線金属ワイヤ２２ａの直径ｌ_１が内側の単線金属ワイヤ２２ｂの直径ｌ_２よりも小さいことから、内側の単線金属ワイヤ２２ｂの高さ（＝直径ｌ_２）に対する外側の単線金属ワイヤ２２ａの高さ（＝直径ｌ_１）の比は、１未満であれば良い。好ましくは、単線金属ワイヤ２２ｂの高さ（＝直径ｌ_２）に対する単線金属ワイヤ２２ａの高さ（＝直径ｌ_１）の比は、０．９５以下であり、さらに好ましくは、０．９以下である。

次に、上記構成を有する高圧ホース１０に対して鉱物油等の液体を高圧で流通させた状態について、従来の高圧ホース７０との対比により説明する。図３は、帯状金属ワイヤ７２単位を構成する単線金属ワイヤ７４の直径を全て同じにした以外は本実施の形態に係る高圧ホース１０と変更点のない従来の高圧ホース７０の、補強層７６の断面を示している。図示のように、同図における左右方向に伸長する一の帯状金属ワイヤ７２が、交差する他の帯状金属ワイヤ７２の最外側の単線金属ワイヤ７４との接触部位Ｐ_３において大きく湾曲していることからも理解されるように、他の帯状金属ワイヤ７２における最外側の単線金属ワイヤ７４には内層チューブ１２外表面からの高さ方向に大きな応力が発生している。したがって、その最外側の金属ワイヤ７２は内層チューブ１２外表面からの高さ方向に大きく歪むこととなり、高圧ホース７０に高圧流体を繰り返し流通させることでこの最外側の金属ワイヤ７２が疲労し、破断することとなる。

一方、本発明に係る高圧ホース１０によると、図２（Ｂ）に示すように、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの内層チューブ１２外表面からの高さ（＝直径ｌ_１）がその内側に隣接する単線金属ワイヤ２２ｂの高さ（＝直径ｌ_２）よりも小さいことから、同図における左右方向に伸長する一の帯状金属ワイヤ２０は、交差する他の帯状金属ワイヤ２０における最外側の金属ワイヤ２２ａとの接触部位Ｐ_１、及びその内側に隣接する単線金属ワイヤ２２ｂとの接触部位Ｐ_２を起点として緩やかに湾曲することとなる。したがって、従来の高圧ホース７０の場合と比較して、内層チューブ１２外表面からの高さ方向に作用する曲げ入力が最外側の単線金属ワイヤ２２ａとの接触部位Ｐ_１だけでなくその内側の単線金属ワイヤ２２ｂとの接触部位Ｐ_２へと分散され、最外側の単線金属ワイヤ２２ａへの応力の集中が緩和されることとなる。

更に、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの直径がその内側の単線金属ワイヤ２２ｂよりも小さいことから、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの内層チューブ１２外表面からの高さがその内側の単線金属ワイヤ２２ｂの高さよりも小さくなり、その高さ方向への曲げ入力により生じる最外側の単線金属ワイヤ２２ａの表面歪みが従来よりも小さくなる。

したがって、最外側の単線金属ワイヤ２２ａへの応力集中が緩和され、同時にその表面歪みが低減するので、内層チューブ１２外表面からの高さ方向への繰り返し曲げ入力に対する最外側の単線金属ワイヤ２２ａの疲労・破断が抑制されることとなる。

よって、本実施の形態に係る高圧ホース１０は、その最小曲げ半径を小さくすることができ、取り回しが容易であるというブレード構造の特性を有しつつ、高圧流体を繰り返し流通させた際の耐久性が大きく向上している。

尚、上述の通り、本実施の形態に係る高圧ホース１０においては、最外側の単線金属ワイヤ２２ａの直径のみをその内側の単線金属ワイヤ２２ｂの直径より小さくするという簡単な変更のみで上記作用効果を得ることができるという利点を有する。

しかしながら、帯状金属ワイヤ２０を構成する単線金属ワイヤ２２のうち、最外側の単線金属ワイヤ２２のみの径を小さくするという構成はあくまで例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

以下に、上記実施の形態の変形例を図４に基づいて説明する。図４は、当該変形例に係る補強層４０の要部断面図である。尚、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図示のように、帯状金属ワイヤ４２単位は、３本の単線金属ワイヤから構成されている。具体的には、最外側に直径ｌ_１を有する断面円形の２本の単線金属ワイヤ２２ａと、その内側に直径ｌ_１よりも大きな高さｈ１（＝内層チューブ１２外表面からの高さ）を有する断面形状が扁平の１本の扁平金属ワイヤ４４とを有する。扁平金属ワイヤ４４は、図示のように、内層チューブ１２外表面からの高さ方向に対向する幅広面４４ａ、４４ａを有する。この帯状金属ワイヤ４２が網代状に編組され、補強層４０を構成している。

この補強層４０によれば、他の帯状金属ワイヤ４２は、その交差する一の帯状金属ワイヤ４２に対して、まず最外側の単線金属ワイヤ２２ａと部位Ｐ_４で接触し、次にその内側に在るｌ_１より大きな高さｈ１を有する扁平金属ワイヤ４４と部位Ｐ_５で接触する。よって、上記実施の形態と同様に、同図の左右方向に伸長する一の帯状金属ワイヤ４２と交差する他の帯状金属ワイヤ４２における最外側の単線金属ワイヤ２２ａの表面歪みを低減し、且つ応力集中を緩和させることができ、高圧ホースの耐久性を向上させることができる。

更に、扁平金属ワイヤ４４を用いることにより、補強層の厚さを同等にしつつ、すなわち、補強層の厚さを変更することなく帯状金属ワイヤ全体の断面積を大きくとることができるので、帯状金属ワイヤに生じる応力を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上記変形例に係る内側の扁平金属ワイヤ４４は略楕円形状の断面形状を有するものとしているが、楕円形状に限らず、その幅広面同士が略平行となるような扁平形状を有するものであっても良い。さらに、内側に在る扁平な断面形状の単線金属ワイヤ４４を複数並列に並べたものであっても良い。また、スパイラル構造を有する補強層とブレード構造を有する補強層を併用させることも、本発明の実施には差し支えない。

以下、本発明を実施例により説明する。

［１．内側の単線金属ワイヤの断面形状を円形とした場合］
１−１．高圧ホースの作成
内層チューブの外表面上に、炭素鋼線よりなる帯状金属ワイヤを相互にブレード状に編組した補強層を１層設けた。この補強層の外側をさらにナイロン製の外被で被覆して高圧ホースとした。

表１に、このように構成した高圧ホースのホース口径、帯状金属ワイヤにおける金属ワイヤの編組単位（取り本数）、最外側の単線金属ワイヤの直径ｌ_１、最外側以外の単線金属ワイヤの直径（内側の単線金属ワイヤの直径）ｌ_２を記す。

１−２．破壊圧力の測定
［１−１．高圧ホースの作成］に従って作成した高圧ホースに対し、ＪＩＳＫ６３３０−２に準拠した耐圧性試験を行い、高圧ホースの破壊圧力を測定した。表１には、実施例に係る高圧ホースの破壊圧力を、対応する比較例の値を１００とした際の比により示す。

１−３．インパルス耐久寿命の測定
［１−１．高圧ホースの作成］に従って作成した高圧ホースに対し、ＪＩＳＫ６３３０−８に準拠した衝撃圧力試験を行い、高圧ホースが破裂するまで実施された圧力試験の回数を記録した。表１には、実施例に係る高圧ホースの圧力試験回数を、対応する比較例の圧力試験回数を１００とした際の比により示す。

［２．内側の単線金属ワイヤの断面形状を扁平形状とした場合］
２−１．高圧ホースの作成
［１−１．高圧ホースの作成］同様、内層チューブの外表面上に、炭素鋼線よりなる帯状金属ワイヤを相互にブレード状に編組した補強層を１層設けた。この補強層の外側をさらにナイロン製の外被で被覆して高圧ホースとした。

本発明に係る実施例４及び５においては、内側の単線金属ワイヤに断面扁平形状のものを用い、比較例４及び５においては全て円形断面形状の単線金属ワイヤを用いた（表２の、「帯状金属ワイヤを構成する単線金属ワイヤの配列及びその単線金属ワイヤの断面形状」を参照乞う）。

表２に、このように構成した高圧ホースのホース口径、帯状金属ワイヤを構成する単線金属ワイヤの配列及びその単線金属ワイヤの断面形状、扁平金属ワイヤの断面幅ｗ、扁平金属ワイヤの高さｈ、最外側の単線金属ワイヤの直径ｌ_１を記す。

尚、断面幅ｗは断面扁平形状の金属ワイヤの最大幅を示し、高さｈは断面扁平形状の金属ワイヤの幅広面を内層チューブに向けて配置した際の内層チューブ外表面からの高さを示す。

２−２．破壊圧力の測定
［１−２．破壊圧力の測定］同様、［２−１．高圧ホースの作成］に従って作成した高圧ホースに対し、ＪＩＳＫ６３３０−２に準拠した耐圧性試験を行い、高圧ホースの破壊圧力を測定した。表１には、実施例に係る高圧ホースの破壊圧力を、対応する比較例の値を１００とした際の比により示す。

３．インパルス耐久寿命の測定
［１−３．インパルス耐久寿命の測定］同様、［２−１．高圧ホースの作成］に従って作成した高圧ホースに対し、ＪＩＳＫ６３３０−８に準拠した衝撃圧力試験を行い、高圧ホースが破裂するまで実施された圧力試験の回数を記録した。表１には、実施例に係る高圧ホースの圧力試験回数を、対応する比較例の圧力試験回数を１００とした際の比により示す。

［結果］
表１に示す通り、本発明に係る実施例１〜３と、各実施例にそれぞれ対応する比較例１〜３を比較すると、破壊圧力はおおむね変わらないが、実施例においては耐久寿命が１．５倍〜３．０倍となり、比較例よりも大きく耐久寿命の値が増大していることが確認できた。

また、表２に示す通り、内側の単線金属ワイヤの形状を断面扁平形状とした場合であっても外側単線金属ワイヤの高さを内側金属ワイヤの高さより低くすることにより、その耐久寿命を向上できることが確認された。

１０高圧ホース
１２内層チューブ
１４、４０金属ワイヤ補強層
２０、４２帯状金属ワイヤ
２２単線金属ワイヤ（円形金属ワイヤ）
４４単線金属ワイヤ（扁平金属ワイヤ）
４４ａ幅広面

Claims

内層チューブの外周面上に、金属ワイヤを編組した金属ワイヤ補強層が１又は複数層設けられた高圧ホースにおいて、
前記金属ワイヤの編組は、単線金属ワイヤを３本以上並列に並べてなる帯状金属ワイヤを、該帯状金属ワイヤ単位で相互に編み動作することによりなされており、
前記帯状金属ワイヤ単位のうち、最外側の単線金属ワイヤの前記内層チューブ外表面からの高さが、その内側にある単線金属ワイヤの前記内層チューブ外表面からの高さより小さいことを特徴とする高圧ホース。
前記単線金属ワイヤが、全て断面形状が円形の円形金属ワイヤであり、
前記内側にある単線金属ワイヤの径が全て同一であり、
前記最外側の単線金属ワイヤの径が、その内側にある単線金属ワイヤの径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の高圧ホース。
前記内側にある単線金属ワイヤが、前記内層チューブ外表面からの高さ方向に対向する幅広面を有する、断面形状が扁平の扁平金属ワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の高圧ホース。
前記内側にある単線金属ワイヤの高さに対する前記最外側の単線金属ワイヤの高さの比が、０．９５以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高圧ホース。