JP2020176670A - ホースおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内圧の作用時に捻じれ難いホースおよびその製造方法を提供する。【解決手段】同軸状に積層されている内面層２および外面層５と、内面層２と外面層５との間に積層されているスパイラル構造の内周側補強層３ａおよび外周側補強層３ｂの２層の繊維補強層とを備えたホース成形体１Ａを成形し、内周側補強層３ａを構成する内周側繊維コード４ａおよび外周側補強層３ｂを構成する外周側繊維コード４ｂに対しては熱処理を施すことにより、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度を、内周側繊維コード４ａよりも外周側繊維コード４ｂの方が小さくなるようにして、この熱処理をした内周側繊維コード４ａおよび外周側繊維コード４ｂを用いてホース成形体１Ａを成形し、このホース成形体１Ａを加硫することによりホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下のホース１を製造する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホースおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、内圧の作用時に捻じれ難いホースおよびその製造方法に関するものである。

油圧ホースや車両用エアコンディショナー用ホースは、内圧に耐えるために内面層と外面層との間に、例えばスパイラル構造や編組構造の繊維補強層が介在している。２層の繊維補強層が介在している場合、ホースに内圧が作用すると外周側の繊維補強層に比して内周側の繊維補強層は負担内圧が大きいのが一般的である。内圧が大きくなるに連れて両者の負担内圧の差は大きくなる。それぞれの繊維補強材が同等の仕様である場合などは、この外周側と内周側の繊維補強層の負担内圧の大きさの違いに起因して、ホースに内圧が作用した時にホースが捩じれる現象が生じる。ホースの両端部がホース金具を介して所定位置に固定されていると、ホースの捻じれ現象はホースの振れになって現れる。ホースの振れが大きい場合、ホースが周辺部材と干渉して損傷する。

ホースの捻じれを抑えるために、それぞれの補強層を構成する繊維コードの撚り数を特定範囲にすることが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１ではホース使用内圧が非常に高圧（１０ＭＰａ〜７０ＭＰａ）のホースを対象にしているが、内周側から奇数番の補強層の繊維コードの撚り数が２０回以上／１０ｃｍに設定される。しかしながら、繊維コードの撚り数が大きくなると、コード径が小さくなって内圧の作用時にコード間のゴムにピンホールが発生し易くなる。コード径が小さくなることを補うために繊維コードの打込み本数を増やすと重量が増大する。ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下のホースでは、繊維コードの撚り数を大きくしてホース重量を増大させることは得策ではない。そのため、内圧の作用時にホースの捻じれを抑制するためには別の工夫をすることが望ましい。

特許第２８６８７８４号公報

本発明の目的は、内圧の作用時に捻じれ難いホースおよびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のホースは、同軸状に積層されている内面層および外面層と、前記内面層と前記外面層との間に積層されているスパイラル構造の内周側補強層および外周側補強層の２層の繊維補強層とを備えて、ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に設定されているホースにおいて、前記内周側補強層を構成する内周側繊維コード、前記外周側補強層を構成する外周側繊維コードの２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度が、前記内周側繊維コードよりも前記外周側繊維コードの方が小さいことを特徴する。

上記目的を達成するため本発明のホースの製造方法は、ホース成形体を成形し、この成形したホース成形体を加硫することにより上記ホースを製造する製造方法において、前記内周側繊維コード、前記外周側繊維コードの２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度を、熱処理を施すことによって、前記内周側繊維コードよりも前記外周側繊維コードの方が小さくなるようにして、この熱処理をした前記内周側繊維コードおよび前記外周側繊維コードを用いて前記ホース成形体することを特徴とする。

本発明によれば、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度が、内周側繊維コードよりも外周側繊維コードの方が小さくなっている。そのため、ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に設定されているホースでは、ホースに内圧が作用した時の内周側繊維コードと外周側繊維コードとの負担内圧の差が小さくなる。これに伴い、ホースに内圧が作用した時のホースの捻じれを抑制でき、内周側繊維コード、外周側繊維コードの撚り数を特別に大きくする必要はない。それ故、内圧の作用時に繊維コード間にピンホールが発生するリスクが高くなることもなく、繊維コードの打込み数を増やしてホース重量が増加することも回避できる。

本発明のホースを一部切開して模式的に例示する側面図である。 図１のホースを横断面視で模式的に例示する説明図である。 図１の繊維コードのＤＩＰ工程を例示する説明図である。 図１のホースの製造工程を例示する説明図である。 一般的なホースの内周側補強層、外周側補強層の負担内圧を例示するグラフ図である。 図１のホースの内周側補強層、外周側補強層の負担内圧を例示するグラフ図である。

以下、本発明のホースおよびその製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示する本発明のホース１はホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に設定されている。ホース外径は例えば４ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。このホース１は例えば、車両用エアコンディショナーの冷媒を流通させるいわゆるエアコンホースや種々の油圧ホースとして使用される。

このホース１は、内周側から順に、内面層２、繊維補強層３（内周側補強層３ａ、外周側補強層３ｂ）、外面層５が同軸状に積層されている。さらに、ホース１の半径方向に隣り合って積層されている内周側補強層３ａ、外周側補強層３ｂの間には、層間ゴム層６が介在した構造になっている。層間ゴム層６は存在しない場合もある。図面の一点鎖線ＣＬは、ホース軸心を示している。

内面層２、外面層５は樹脂またはゴムにより形成される。内面層２、外面層５は樹脂とゴムの複層構造の場合も、ゴムのみで構成される場合も、樹脂のみで構成される場合もある。例えば、内面層２は、樹脂層の外周面にゴム層が積層された複層構造になることもある。内面層２、外面層５には、ホース１に対する要求性能に応じて適切な材料が選択され、適切な層厚が設定される。使用する材質は特に限定されないが、内面層２には例えば、ブチルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、塩素化ポリエチレン等、ナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６−６６、ＥＶＯＨ等が用いられる。外面層５には例えばＥＰＤＭ、シリコーンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、エチレンアクリルゴム等が用いられる。

繊維補強層３は、内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂとの２層構造である。内周側補強層３ａは内周側繊維コード４ａにより構成され、外周側補強層３ｂは外周側繊維コード４ｂにより構成されている。

層間ゴム層６の層厚はホース外径等によって異なるが、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。層間ゴム層６は半径方向に隣り合って積層されている繊維補強層３ａ、３ｂを一体化させるとともに、互いの緩衝材として機能し、さらにガスや水分等の透過を防止するバリアとして機能する場合もある。

繊維補強層３（内周側補強層３ａ、外周側補強層３ｂ）は、ホース１に要求される耐圧性能、曲げ性能等に基づいて、適切な材料や構造等が選択される。繊維コード４(内周側繊維コード４ａ、外周側繊維コード４ｂ)としては例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、６６ナイロン繊維、レーヨン繊維、ビニロン繊維、綿繊維を使用する。これら繊維を単独で、または、複数種類を混合して繊維コード４とすることができる。

内周側繊維コード４ａと外周側繊維コード４ｂとは同じ仕様にすることも、異なる仕様にすることもできる。この実施形態の内周側繊維コード４ａと外周側繊維コード４ｂとは、同じ繊維コードを使用して熱処理だけを異ならせている。即ち、内周側繊維コード４ａと外周側繊維コード４ｂとは、熱処理だけが異なりその他は同じ仕様になっている。

繊維補強層３は、繊維コード４をホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度Ａ（Ａ１、Ａ２）でスパイラルに巻き付けたスパイラル構造になっている。具体的には、内周側繊維コード４ａは編組角度Ａ１に設定されてスパイラルに巻き付けられ、外周側繊維コード４ｂは編組角度Ａ２に設定されて内周側繊維コード４ａとは巻き付け方向を反対にして巻き付けられている。

それぞれの編組角度Ａ１、Ａ２は５１°以上５７°以下に設定されている。編組角度１Ａよりも編組角度Ａ２を大きくすることも、小さくすることも、互いを実質的に同じ角度にすることもできる。

繊維コード４の撚り数は、１０回以下／ｃｍである。繊維コード４の繊度が１１００ｄｔｅｘ以上であり、繊度の上限は例えば５５００ｄｔｅｘである。

繊維補強層３の編組密度は５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％にする。内周側補強層３ａの編組密度は、内周側補強層３ａにおける内周側繊維コード４ａの面積割合を百分率で示すものであり、巻き付けられた内周側繊維コード４ａどうしのすき間がゼロの場合は１００％になる。外周側補強層３ｂの編組密度は、外周側補強層３ｂにおける外周側繊維コード４ｂの面積割合を百分率で示すものであり、巻き付けられた外周側繊維コード４ｂどうしのすき間がゼロの場合は１００％になる。編組密度は、内周側補強層３ａが外周側補強層３ｂに対して同等または１０％程度高くするとよい。

本発明は、ホース１に内圧が作用した時の内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂの負担内圧の差が、ホース１の捻じれに大きく影響することに着目して創作されている。そして、ホース使用内圧が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下のホース１において内圧が作用した時の捻じれを抑制するために、内周側繊維コード４ａ、外周側繊維コード４ｂの２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度（以下、内周側繊維コード４ａ、外周側繊維コード４ｂそれぞれの伸度を伸度Ｅ１、伸度Ｅ２という）を特別に設定している。

具体的には、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度Ｅ２が伸度Ｅ１よりも小さくなっている。より好ましくは、２０Ｎ以上６０Ｎ以下での同じ引張力による引張時の伸度Ｅ２を伸度Ｅ１の７５％以上８５％以下にする。即ち、この伸度Ｅ２を伸度Ｅ１に対して２０％程度低くするとよい。４４Ｎ引張時の伸度Ｅ１および伸度Ｅ２は０．５％以上４．０％以下にする。

ホース１の材料に未加硫ゴムが使用される場合は、成形したホース成形体１Ａを加硫することで製造される。外面層５などが樹脂の場合などは樹脂を押出すことでホース１が製造される。この実施形態では、繊維コード４を予め熱処理することにより、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度Ｅ２が伸度Ｅ１よりも小さくなるようにしてホース成形体１Ａの成形に使用する。尚、本明細書では、ホース成形体１Ａの加硫前と加硫後で、同じホース構成部材には同じ符号を付している。

様々な熱処理を用いることができるが、図３に例示するように、繊維コード４のＤＩＰ工程での熱処理を用いるとよい。このＤＩＰ工程では、繊維コード４をＤＩＰ水槽に貯留されたＤＩＰ液に浸漬させる。ＤＩＰ液は、ゴムとの接着性を向上させるＲＦＬ（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス系）処理液である。その後、所定のテンションを負荷しながら熱処理機１１を通過させてＤＩＰ液を加熱乾燥させる。この熱処理機１１による処理によって繊維コード４の伸度Ｅ１、Ｅ２を所望範囲に調整する。

尚、熱処理機１１では事前テストを行って、伸度Ｅ１、Ｅ２を所望範囲にできる加熱温度、加熱時間、負荷テンションの諸条件を把握しておく。そして、この把握した諸条件下で繊維コード４の熱処理を行う。このようにして、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度Ｅ１、Ｅ２を所望範囲（伸度Ｅ１＞伸度Ｅ２）に調整した繊維コード４を準備する。

この調整した繊維コード４を用いて、図４に例示するようにホース１を製造する。まず、前方移動するマンドレル７の外周側に順次、ホース構成部材を積層してホース成形体１Ａを成形する。具体的には、マンドレル７の外周面に内面層２の材料を積層して内面層２を成形する。次いで、成形した内面層２の外周面に内周側補強層３ａを積層する。内周側補強層３ａは、補強層成形機８から内周側繊維コード４ａを繰り出しつつ、マンドレル７を中心にして補強層成形機８を回転させて巻き付けて成形する。

次いで、内周側補強層３ａの外周面に層間ゴム層６の材料を積層して、層間ゴム層６を成形する。次いで、層間ゴム層６の外周面に外周側補強層３ｂを積層する。外周側補強層３ｂは、補強層成形機８から外周側繊維補コード４ｂを繰り出しつつ，マンドレル７を中心にして補強層成形機８を回転させて巻き付けて成形する。この時、補強層成形機８を、内周側補強層３ａを成形する場合とは反対方向に回転させる。次いで、外周側補強層３ｂの外周面に外面層５の材料を積層して外面層５を成形してホース成形体１Ａの成形が完了する。尚、繊維コード４を巻き付ける際のテンションは従来方法と同じでよい。

次いで、ホース成形体１Ａの外周面に被覆部材９を積層した状態にする。被覆部材９には従来方法と同様、ポリメチルペンテン樹脂等を用いる。被覆部材９により被覆されたホース成形体１Ａを、加硫缶または加硫槽の中で所定時間、所定の加硫温度で加熱してホース成形体１Ａを加硫する。この加硫工程により、ホース成形体１Ａを構成している未加硫ゴムが加硫ゴムになってホース１の構成部材が一体化する。その後、被覆部材９およびマンドレル７を除去することで、図１に例示するホース１が完成する。

上述したように、２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度Ｅ２が、伸度Ｅ１よりも小さくなっている。そのため、ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に設定されているホース１では、内圧が作用した時に内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂとの負担内圧の差が、伸度Ｅ１、Ｅ２を調整していない一般的なホース（伸度Ｅ１＝伸度Ｅ２）に比して小さくなる。内圧が大きくなるに連れて、内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂの負担内圧の差は大きくなる。図５に例示するように一般的なホースでは、外周側補強層３ｂは内周側補強層３ａよりも負担内圧が小さくて、内圧５ＭＰａ時において両者の負担内圧の差は２０％以上である。図６に例示するように本発明では、一般的なホースに比して外周側補強層３ｂの負担内圧が高くなって、内圧５ＭＰａ時において両者の負担内圧の差をより小さくできる。

２０Ｎ以上６０Ｎ以下での同じ引張力による引張時の伸度Ｅ２を伸度Ｅ１の７５％以上８５％以下にすると、内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂの内圧負担の差が一段と小さくなり、両者の差を概ね５％以下にすることが可能になる。また、ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下のホース１では、４４Ｎ引張時の伸度Ｅ１および伸度Ｅ２を、０．５％以上４．０％以下にするのが実使用上適切である。

このように内周側補強層３ａと外周側補強層３ｂの負担内圧の差が小さくなることに伴い、ホース１に内圧が作用した時のホース１の捻じれを抑制できる。繊維コード４の撚り数を特別に大きくする必要はなく、撚り数は１０回以下／ｃｍで十分である。撚り数をゼロ（コード撚りを無し）にすることもできる。そのため、コード撚りに起因して繊維コード４のコード径が小さくなることを防ぐことができる。それ故、ホース１に内圧が作用した時に繊維コード４間のゴムにピンホールが発生するリスクが高くなることがない。これに伴って、繊維コード４間のすき間を小さくするために繊維コード４の打込み本数を増やしてホース１の重量が増加する不具合も回避できる。

ホース１に内圧が繰り返し作用しても、繊維コード４どうしの隙間に亀裂が発生して内面層２、層間ゴム層６などが損傷する不具合を防止するには有利になる。その結果、ホース１の耐久性が向上させることができる。

自動車等の様々な車両用エアコンディショナー用ホースは、ホース両端が固定されて狭い空間に設置される。ホースの一端側に接続されたコンプレッサは断続的に稼働する。そのため、内圧の作用時のホースの捻じれを抑制することができると、内圧に起因するホースの振れがなくなり、これに伴い、周辺部品と干渉するリスクが低減する。また、ホースは車両に搭載されるので、ホースの軽量化は重要な項目である。したがって、本発明のホース１を車両用エアコンディショナー用ホースとして用いることで非常に大きなメリットを得ることができる。

この実施形態のように、内周側繊維コード４ａと外周側繊維コード４ｂとは、熱処理だけが異なりその他は同じ仕様にすると、繊維コード４の部材としては共通の部材を用いることができる。そのため、繊維コード４についてのコストダウンのメリットや管理の簡略化のメリットがある。

表１に示すように、ホース成形体を成形する際に使用したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のマルチフィラメントの繊維コード（内周側繊維コード、外周側繊維コード）の４４Ｎ引張時のそれぞれの伸度Ｅ１、Ｅ２のみを異ならせ、その他は共通にして図１に例示した構造のホースの試験サンプルを８種類作製した。内周側繊維コード、外周側繊維コードは、共通の繊維コードを使用して熱処理によって上述の伸度Ｅ１、Ｅ２を異ならせた。繊維コードの繊度は４４００ｄｔｅｘ、撚り数は５回／ｃｍである。内周側補強層での編組角度は５３〜５６°、編組密度は９０％以上、外周側補強層での編組角度は５３〜５６°、編組密度は９０％以上である。

内面層、層間ゴム層および外面層は、車両用エアコンディショナー用ホースとして用いられる材質にした。また、それぞれの層厚は、車両用エアコンディショナー用ホースとして適切な寸法にした。

それぞれの試験サンプルについて、ＪＩＳ Ｋ ６３３０−２の７．２．４項の規定に準拠して捻じれを測定した。表１では、伸度Ｅ１が１．００％の内周側繊維コードを用いたホースでは、伸度Ｅ２が１．００％の外周側繊維コードと組み合わせて製造したホースの捻じれの大きさを基準の１００として、捻じれの大きさを指数表示した。指数の数値が小さい程、ホースの捻じれが小さいことを意味する。伸度Ｅ１が１．２０％の内周側繊維コードを用いたホースでは、伸度Ｅ２が１．２０％の外周側繊維コードと組み合わせて製造したホースの捻じれの大きさを基準の１００として、捻じれの大きさを指数表示した。指数の数値が小さい程、ホースの捻じれが小さいことを意味する。

表１の結果から、４４Ｎ引張時の外周側繊維コードの伸度Ｅ２を内周側繊維コードの伸度Ｅ１よりも小さくすると、ホースの捻じれが小さくなることが分かる。

また、上記試験サンプルにおいて内周側繊維コード、外周側繊維コードの４４Ｎ引張時の伸度の組合せのみを表２に示すように異ならせたシミュレーションモデルを作成した。それぞれのシミュレーションモデルについて、５ＭＰａの内圧を作用させた時の内周側補強層、外周側補強層の負担内圧の差を算出した。表２に記載されているのは、伸度Ｅ２の外周側繊維コードで構成された外周側補強層の負担内圧を基準にして、伸度Ｅ１の内周側繊維コードで構成された内周側補強層の負担内圧と伸度Ｅ２の外周側繊維コードで構成された外周側補強層の負担内圧の差の割合を算出した値（％）である。

表２の結果では、例えば、内周側繊維コードの伸度Ｅ１を１．００、外周側繊維コードの伸度Ｅ２を１．００にしたホースでは、内周側補強層の負担内圧は外周側補強層の負担内圧よりも２１％大きくなっている。内周側繊維コードの伸度Ｅ１を１．００、外周側繊維コードの伸度Ｅ２を０．８２にしたホースでは、両者の負担内圧は同じなっている。内周側繊維コードの伸度Ｅ１を１．００、外周側繊維コードの伸度Ｅ２を０．８０にした場合は、内周側補強層の負担内圧は外周側補強層の負担内圧よりも３％小さくなっている。即ち、４４Ｎ引張時の外周側繊維コードの伸度Ｅ２を内周側繊維コードの伸度Ｅ１よりも小さくすると、内周側補強層と外周側補強層との負担内圧の差が小さくなることが分かる。

１ ホース
１Ａ ホース成形体
２ 内面層
３ 繊維補強層
３ａ 内周側補強層
３ｂ 外周側補強層
４ 繊維コード
４ａ 内周側繊維コード
４ｂ 外周側繊維コード
５ 外面層
６ 層間ゴム層
７ マンドレル
８ 補強層成形機
９ 被覆部材
１０ ＤＩＰ槽
１１ 熱処理機
ＣＬ ホース軸

Claims (7)

1. 同軸状に積層されている内面層および外面層と、前記内面層と前記外面層との間に積層されているスパイラル構造の内周側補強層および外周側補強層の２層の繊維補強層とを備えて、ホース使用圧力が０．１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下に設定されているホースにおいて、
   前記内周側補強層を構成する内周側繊維コード、前記外周側補強層を構成する外周側繊維コードの２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度が、前記内周側繊維コードよりも前記外周側繊維コードの方が小さいことを特徴するホース。
2. 前記内周側繊維コード、前記外周側繊維コードの２０Ｎ以上６０Ｎ以下での同じ引張力による引張時の伸度が、前記外周側繊維コードは前記内周側繊維コードの７５％以上８５％以下である請求項１に記載のホース。
3. 前記内周側繊維コードおよび前記外周側繊維コードの４４Ｎ引張時の伸度が０．５％以上４．０％以下である請求項１または２に記載のホース。
4. 前記内周側繊維コードと前記外周側繊維コードとが同じ材質であり、それぞれの撚り数が０回以上１０回以下／ｃｍ、繊度が１１００ｄｔｅｘ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のホース。
5. 前記内周側繊維コードおよび前記外周側繊維コードの編組角度が５１°以上５７°以下である請求項１〜４のいずれかに記載のホース。
6. ホース成形体を成形し、この成形したホース成形体を加硫することにより請求項１〜５のいずれかに記載のホースを製造するホースの製造方法において、
   前記内周側繊維コード、前記外周側繊維コードの２０Ｎ以上６０Ｎ以下引張時の伸度を、熱処理を施すことによって、前記内周側繊維コードよりも前記外周側繊維コードの方が小さくなるようにして、この熱処理をした前記内周側繊維コードおよび前記外周側繊維コードを用いて前記ホース成形体するホースの製造方法。
7. 前記熱処理がＤＩＰ工程での熱処理である請求項６に記載のホースの製造方法。

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