JP2014206260A

JP2014206260A - 高圧ホース

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Publication number: JP2014206260A
Application number: JP2013085564A
Authority: JP
Inventors: 清池原; Kiyoshi Ikehara; 利憲石原; Toshinori Ishihara
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破壊圧力を向上させること。
【解決手段】上記課題は、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であって、前記金属ワイヤが、対向する幅広面を有する扁平な断面形状を有し、前記金属ワイヤ補強層は、前記金属ワイヤの一方の幅広面が内層チューブ外表面に接するように設けられたことを特徴とする高圧ホースによって解決される。
【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、耐圧性能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、補強層を構成する帯状金属ワイヤにおいては、断面円形の単線金属ワイヤの周面同士が帯状金属ワイヤの交差部位において略点接触の状態で互いに押付けられることで、その部位に応力が集中する。この状態で引っ張られることにより、金属ワイヤが破断しやすくなる（＝引張強力が低下する）というものである。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、耐圧性（破壊圧力）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圧性（破壊圧力）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、前記金属ワイヤは、対向する幅広面を有する扁平な断面形状を有し、前記金属ワイヤ補強層は、前記金属ワイヤの一方の幅広面が内層チューブ外表面に接するように設けられたことを特徴とする。

この構成によれば、編組されて重なり合う金属ワイヤ相互の接触領域が増大して交差部位における応力集中が緩和され、編組された金属ワイヤの引張強度が従来よりも向上することとなる。

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、前記金属ワイヤの内層チューブ外表面からの高さに対する前記金属ワイヤの幅の比が、２〜１０の範囲であることを特徴とする。

この構成によれば、扁平な断面形状を有する金属ワイヤの製造の困難性が生じることなく、金属ワイヤ相互の接触領域の増大による応力集中の緩和、及び編組された金属ワイヤの引張強度の向上という作用効果を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の高圧ホースにおいて、前記金属ワイヤの編組は、該金属ワイヤが１本単位で、又は並列に並べられた２〜３本の単位で相互に編組されていることを特徴とする。

この構成によれば、本発明に係る金属ワイヤが幅広く構成されているという特徴を活かし、所定幅の金属ワイヤの編組単位を従来よりも少ない１〜３本という金属ワイヤ本数で構成することができるので、その編組単位内での金属ワイヤ同士の乗り上げや入れ替わり（一部分だけ完全にその金属ワイヤ同士が入れ替わること）を抑制することができる。したがって、金属ワイヤ同士の乗り上げ等に起因する金属ワイヤの変形、破断等の不具合を抑制することができる。特に、金属ワイヤを１本単位で編組する場合には、上記金属ワイヤの乗り上げ等による不具合を完全に防止することができる。

本発明によれば、取り回しが容易であるというブレード構造の特性を活かしつつ、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圧性（破壊圧力）を向上させることができる。したがって、高圧状態で用いる管路のコンパクト化を図ることができる。

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７２の部分断面図である。本実施の形態の変形例に係る、ブレード構造の補強層を構成する金属ワイヤの編組単位の断面図である。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、金属ワイヤからなる１層の金属ワイヤ補強層１４が設けられている。金属ワイヤ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、合成ゴム等による中間層を設けることも任意である。

金属ワイヤ補強層１４は、内層チューブ１２の外周面上に、金属ワイヤを編組してなり、その金属ワイヤ補強層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を設けるか否かも本発明においては任意である。

この金属ワイヤ補強層１４は、図２（Ａ）に示すように、内層チューブ１２上に、その内層チューブ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）に伸長する一の扁平な金属ワイヤ２０と、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）に伸長する他の扁平な金属ワイヤ２０とを、相互に編み動作することにより編組されたものである。尚、一の金属ワイヤ２０と他の金属ワイヤ２０は同一の断面形状を有する。

本実施の形態においては、金属ワイヤ補強層１４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、他の編組方法としては、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。

金属ワイヤ補強層１４を構成する金属ワイヤ２０は、本実施の形態においては１本の扁平な金属ワイヤ２０である。この金属ワイヤ２０は、図２（Ｂ）に示すように、対向する幅広面２０ａ、２０ａを有する、扁平な断面形状を有する。この断面形状は、扁平な楕円を短軸側からさらに潰したような、或いは幅広な長方形の四隅を丸めたような扁平な断面形状である。したがって、幅広面２０ａは、略平坦面から緩やかな曲面の範囲の面的な形状を有する。

また、金属ワイヤ補強層１４は、金属ワイヤ２０の一方の幅広面２０ａが内層チューブ１２外表面に接するように、その幅広面２０ａを高圧ホースの径方向内方に、すなわち、内層チューブ１２に向けて設けられている。金属ワイヤ２０の高さ（ｈ）に対する金属ワイヤ２０の幅（ｗ）の比は、本実施の形態においては４である。この比は、断面扁平形状の金属ワイヤ２０の製造の困難性を生じないという観点から２〜１０の範囲であり、後述する作用効果の観点から、好ましくは２．５〜１０の範囲である。中でも、２．５〜８の範囲であることが特に好ましい。

使用される金属ワイヤ２０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。また、金属ワイヤ２０の引張強度は、補強層を構成する際に要求される強度の観点から、１０００ＭＰａ以上であることを要する。また、圧延により製造される断面扁平形状の金属ワイヤの加工性の観点から、３０００ＭＰａ以下であることが好ましい。

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、従来の高圧ホース７０に係る補強層７２の要部断面図である。この高圧ホース７０は、補強層７２を構成する金属ワイヤのみが、本発明に係る高圧ホース１０とは異なる。具体的には、高圧ホース７０は、断面円形の４本の金属ワイヤ７４が並列に並べられて帯状の帯状金属ワイヤ７６を構成し、この帯状金属ワイヤ７６単位で相互に網代状に編組され、補強層７２を構成している。そして、金属ワイヤ７４は断面円形であるため、高圧ホース７０に係る金属ワイヤ７４の高さ（ｈ）に対する幅（ｗ）の比は１である。尚、金属ワイヤ７４の高さ（ｈ）と本発明に係る金属ワイヤ２０の高さ（ｈ）は同じ高さである。

この従来の高圧ホース７０によれば、帯状金属ワイヤ７６が相互に交差する部位において、それぞれの帯状金属ワイヤ７６を構成する断面円形の金属ワイヤ７４の（その周面に由来する）頂部Ｐ_１〜Ｐ_４同士が略点接触の状態で互いに押付けられ、その部位に応力が集中し、金属ワイヤ７４の変形が生じやすくなる。この状態でそれぞれの金属ワイヤ７４が引っ張られることにより、金属ワイヤが破断しやすくなる（＝引張強度が低下する）。

一方、本発明に係る高圧ホース１０によれば、図２（Ｂ）に示すように、扁平な金属ワイヤ２０が相互に交差する部位において、両者は幅広面２０ａ同士がその幅広面２０ａの略平坦な領域Ｒ_１で重なり合うこととなるので、両者の接触領域が増大し、交差部位における応力集中が緩和され、金属ワイヤ２０の変形も抑制される。したがって、編組された金属ワイヤ２０の引張強度が従来よりも向上し、高圧ホース１０の耐圧性（破壊圧力）が向上する。

さらに、本実施の形態においては、従来は４本の断面円形の金属ワイヤ７４で構成された金属ワイヤの編組単位と等しい幅を有する編組単位を、扁平な１本の金属ワイヤ２０によって構成することができる。したがって、その編組単位内での金属ワイヤ同士の乗り上げや入れ替わり（一部分だけ完全にその金属ワイヤ同士が入れ替わること）に起因する金属ワイヤの変形、破断等の不具合を未然に完全に防止することができる。

尚、上記実施の形態では、金属ワイヤ２０が１本の単位で相互に編組されるものとして例示したが、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、本実施の形態の変形例に係る、ブレード構造の補強層を構成する金属ワイヤの編組単位の断面図である。

同図（Ａ）は、変形例に係る金属ワイヤ２０の編組単位の断面図であり、同図（Ｂ）は、従来の円形断面を有する金属ワイヤ７４の編組単位の断面図である。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。

同図（Ａ）に示すように、本変形例では、上記実施の形態と同一の断面形状を有する金属ワイヤ２０を、２本並列に並べた単位で相互に編組する。その一方で、断面円形の金属ワイヤ７４を用い、これを並列に並べて同幅の帯状金属ワイヤ８０とする場合、同図（Ｂ）に示すように、８本の金属ワイヤ７４を要することとなる。したがって、本変形例によれば、同図（Ｂ）に示す従来の金属ワイヤ７４の編組単位と比較して、同幅の編組単位を少ない本数で構成することができる。これにより、上記実施の形態同様に編組された金属ワイヤ２０の引張強度が従来よりも向上し、高圧ホース１０の耐圧性（破壊圧力）が向上するという作用効果を有するのみならず、その編組単位内での金属ワイヤ同士の乗り上げ等を抑制でき、その乗り上げ等に起因する金属ワイヤの破断等の不具合を抑制することができる。

本発明に係る扁平な断面形状を有する金属ワイヤ２０の編組単位は特に限定されないが、上記金属ワイヤ２０同士の乗り上げ抑制の観点から、好ましくは１〜３本の範囲であり、特に好ましくは１本である。

尚、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、１本の金属ワイヤ単位と２本の並列に並べた金属ワイヤ単位とを相互に編組しても良く、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．高圧ホースの作成
内層チューブの外表面上に、炭素鋼線よりなる金属ワイヤを相互にブレード状に編組した金属ワイヤ補強層を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、金属ワイヤの断面形状、金属ワイヤの内層チューブ外表面からの高さ（ｈ）、金属ワイヤの幅（ｗ）、金属ワイヤの引張強度、金属ワイヤの編組単位（取り本数）、破壊圧力指数を記す。

尚、対比する実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、及び実施例３〜５と比較例３との間で、各編組単位における金属ワイヤ合計の幅長を全て同一とした。

２．破壊圧力の測定
［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。

［結果］
表１に示す通り、断面円形の金属ワイヤに変えて扁平な断面形状の金属ワイヤを用いることにより、高圧ホースの破壊圧力が向上した。この効果は、本実施例における範囲ではあるが、金属ワイヤの編組単位が１〜３本である場合、そして、（ｗ）／（ｈ）の値が２．６６〜８．００の場合に確認された。

１０高圧ホース
１２内層チューブ
１４金属ワイヤ補強層
２０金属ワイヤ
２０ａ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、
前記金属ワイヤは、対向する幅広面を有する扁平な断面形状を有し、
前記金属ワイヤ補強層は、前記金属ワイヤの一方の幅広面が内層チューブ外表面に接するように設けられたことを特徴とする高圧ホース。
前記金属ワイヤの内層チューブ外表面からの高さに対する前記金属ワイヤの幅の比が、２〜１０の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の高圧ホース。
前記金属ワイヤの編組は、該金属ワイヤが１本単位で、又は並列に並べられた２〜３本単位で相互に編組されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧ホース。