JP2021067312A - ホースの最小曲げ半径の設定方法およびホース - Google Patents

Abstract

【課題】スパイラル構造のワイヤ補強層を有するホースに対して、適切な最小曲げ半径をより簡便に設定できるホースの最小曲げ半径の設定方法およびこの設定方法によって最小曲げ半径が設定されたホースを提供する。【解決手段】ワイヤ補強層３のうち最外周に配置されているワイヤ補強層３4の外径Ｄと、このワイヤ補強層３4を形成しているワイヤ４のワイヤ補強層３4でのホース１が直線状態での配置密度Ｆとを用いて、下記（２）式により算出されるワイヤ補強層３4のホース１を円弧状に屈曲させた際の屈曲内側でのワイヤ４の巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒに所定の許容値Ａｘを加算した値を最小曲げ半径Ｒｘに設定する。基準曲げ半径Ｒ＝外径Ｄ／｛２（１−配置密度Ｆ）｝・・・（２）【選択図】図４

Description

本発明は、スパイラル構造のワイヤ補強層を有するホースの最小曲げ半径の設定方法およびホースに関し、さらに詳しくは、適切な最小曲げ半径をより簡便に設定できる設定方法およびホースに関するものである。

使用内圧に耐えるためにホースには補強層が埋設される。例えば、使用内圧が比較的高いホースは、スパイラル構造のワイヤ補強層を有している（例えば、特許文献１参照）。ホースは屈曲状態で使用されることが多いため、優れた屈曲耐久性が要求される。スパイラル構造のワイヤ補強層を有するホースでは、屈曲状態のホースの曲げ半径が過小であると、屈曲最内側のワイヤ補強層のワイヤが内側に突出して、ホースの内面層に強く干渉する。これに起因して内面層が損傷することがある。そのため、このような不具合を発生させることなく屈曲耐久性を確保できるホースの最小曲げ半径を設定する必要がある。

一方で、最小曲げ半径を過大に設定すると、ホースを使用できる条件が過度に制約されるので、最小曲げ半径はホースの屈曲耐久性を確保できる範囲内で極力大きくすることが望ましい。このような適切な最小曲げ半径を設定するには、ホースサンプルを用いた試験を行って多数のデータを取得する必要がある。それ故、適切な最小曲げ半径をより簡便に設定するには改善の余地がある。

特開平９−２６０６２号公報

本発明の目的は、スパイラル構造のワイヤ補強層を有するホースに対して、適切な最小曲げ半径をより簡便に設定できるホースの最小曲げ半径の設定方法およびこの設定方法によって最小曲げ半径が設定されたホース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の最小曲げ半径の設定方法は、スパイラル構造のワイヤ補強層を少なくとも１層有するホースの最小曲げ半径の設定方法であって、前記ワイヤ補強層のうち最外周に配置されている前記ワイヤ補強層の外径Ｄと、このワイヤ補強層を形成しているワイヤのこのワイヤ補強層での前記ホースが直線状態での配置密度Ｆとを用いて、このワイヤ補強層の前記ホースを円弧状に屈曲させた際の屈曲内側での前記ワイヤの巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒを算出し、この基準曲げ半径Ｒに所定の許容値を加算した値を前記最小曲げ半径Ｒｘに設定することを特徴とする。前記配置密度Ｆは下記（１）式により算出される。
配置密度Ｆ（％）＝｛（ｄ・ｎ／２）／（Ｐ・ｓｉｎ（α／２））｝×１００・・・（１）
ここで、ｄは前記最外周に配置されている前記ワイヤ補強層での前記ワイヤの外径、ｎはこのワイヤ補強層での前記ワイヤの本数、Ｐはこのワイヤ補強層での前記ワイヤの前記ホースの軸方向への巻付けピッチ、α／２はこのワイヤ補強層での前記ワイヤの前記ホースの軸方向に対する編組角度（°）である。

本発明のホースは、上記の設定方法によって最小曲げ半径が設定されたホースであることを特徴とする。

本発明によれば、前記ワイヤ補強層のうち最外周に配置されている前記ワイヤ補強層の外径Ｄと、このワイヤ補強層を形成しているワイヤの上記（１）式により算出される前記配置密度Ｆとを用いて、このワイヤ補強層の前記ホースを円弧状に屈曲させた際の屈曲内側での前記ワイヤの巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒを根拠にして最小曲げ半径Ｒｘを設定するので、ホースの最小曲げ半径をホースの屈曲耐久性を確保できる範囲内で極力大きくした適切値に簡便に設定することが可能になる。

本発明のホースを一部切り欠いて例示する説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図３のホースを屈曲させた状態を例示する説明図である。

以下、本発明のホースの最小曲げ半径の設定方法およびホースを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示するように、本発明のホース１は、内面層２、ワイヤ補強層３、外面層５が内周側から順に同軸上に積層されて形成されている。図中の一点鎖線ＣＬはホース１の中心軸を示している。

内面層２は最内周側に位置していて流体流路を形成する。内面層２はホース１を流れる流体が直接接触するので、この流体に対する耐久性等を考慮して適切なゴムや樹脂の種類が採用される。流体としては作動油、エアコン冷媒、水などを例示できるが特に限定されない。

ワイヤ補強層３（３₁、３₂、３₃、３₄）は、この実施形態では４層積層されている。ワイヤ補強層３の内で最内周側に配置された補強層３₁は内面層２の外周面に巻き付けられ、最外周側に配置された補強層３₄の外周面には外面層５が積層されている。

それぞれのワイヤ補強層３は、所定本数のワイヤ４を中心軸ＣＬに対して所定の編組角度（α／２）を有して螺旋状に巻き付けたスパイラル構造になっている。隣り合って積層されるワイヤ補強層３では、それぞれのワイヤ４の巻き付け方向が反対方向になっている。ワイヤ４の材質やワイヤ補強層３の積層数、ワイヤ４の仕様、それぞれのワイヤ補強層３でのワイヤ３の所定本数はホース１に要求される耐圧性等を考慮して決定される。ワイヤ補強層３どうしの間に中間ゴム層が積層されることもある。

外面層５はゴムや樹脂等によって形成される。外面層５には耐外傷性や耐候性等を考慮して適切な材質が採用される。ホース１には必要に応じてその他の部材（層）が設けられる。

ホース１の内径は例えば１２．７ｍｍ〜６３．５ｍｍ程度である。ホース１の使用圧力は例えば１０．５ＭＰａ〜４２ＭＰａ程度である。

本発明によってホース１の最小曲げ半径を設定する際には、図３に例示するようにホース１の縦断面の構造を考慮する。図３では、ワイヤ補強層３の内、最外周側に配置されている補強層３₄についてはワイヤ４を記載しているが、他の補強層３₁〜３₃についてはワイヤ４を図示していない。尚、ワイヤ４は中心軸ＣＬに対して所定の編組角度（α／２）を有して巻き付けられているので、図３ではワイヤ４の横断面形状は厳密には楕円形に近くなるが、簡略化して単純な円形で示している。後述する図４でも同様にワイヤ４の横断面形状を簡略化して単純な円形で示している。

この実施形態では、補強層３₄は３本のワイヤ４（４ａ、４ｂ、４ｃ）をそれぞれのホース１の軸方向に所定の巻付けピッチＰで巻き付けることで形成されている。それぞれのワイヤ４ａ、４ｂ、４ｃは同じ仕様になっていて、外径はｄになっている。図３の二点鎖線は、それぞれのワイヤ４の中心位置を結んでホース１の軸方向に延在させた線である。円筒状に形成されている補強層３₄の外径はＤになっている。

図３に例示するように、直線状態のホース１では、ワイヤ補強層３を形成するワイヤ４は、軸方向に若干のすき間を有して巻き付けられている。直線状態のホース１でワイヤ４が軸方向にすき間なく巻き付けられている場合は、ワイヤ４の配置密度Ｆは１００％になる。この配置密度Ｆが１００％であるとホース１の屈曲性（柔軟性）が損なわれるので、一般的には例えば７０％〜８０％程度になっている。

この配置密度Ｆは下記（１）により算出される。
配置密度Ｆ（％）＝｛（ｄ・ｎ／２）／（Ｐ・ｓｉｎ（α／２））｝×１００・・・（１）
ここで、ｄはワイヤ補強層３₄でのワイヤ４の外径、ｎはワイヤ補強層３₄でのワイヤ４の所定本数、Ｐはワイヤ補強層３₄でのワイヤ４の巻付けピッチ、α／２はワイヤ補強層３₄でのワイヤ４の編組角度（°）である。

この配置密度Ｆは、Ｐ・ｓｉｎ（α／２）の打ち込み幅の中に、ワイヤ４がどの程度打ち込まれているかを示す。即ち、配置密度Ｆは、直線状態のホース１において、Ｐ・ｓｉｎ（α／２）の打ち込み幅に対して、打ち込まれているワイヤ４の幅（外径ｄ）の合計値の割合を示している。

ホース１の最小曲げ半径Ｒｘを設定するには、外径Ｄと、配置密度Ｆとを用いる。図３の直線状態のホース１を図４に例示するように円弧状に屈曲させた際のワイヤ補強層３₄の屈曲内側でのワイヤ４の巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒを算出する。そして、算出した基準曲げ半径Ｒに所定の許容値Ａｘを加算した値を最小曲げ半径Ｒｘに設定する（Ｒｘ＝Ｒ＋Ａｘ）。

図４では、Ｚ点を中心にしてホース１を円弧状に屈曲させていて、補強層３₄の屈曲内側ではワイヤ４（４ａ、４ｂ、４ｃ）がすき間なく巻付いている状態になっている（ホース１の軸方向に隣り合うワイヤ４どうしが当接している）。図４の状態からさらにホース１を屈曲させると、補強層３₄の屈曲内側ではワイヤ４が移動できるのは屈曲半径方向だけになる。そのため、補強層３₄の屈曲内側ではワイヤ４が内面層５に向かって移動して、ワイヤ４が内面層５を押圧して干渉する。この干渉具合が大きくなると、内面層５が補強層３₄のワイヤ４に押圧されて損傷する可能性があるので、図４に示す屈曲状態のホース１の中心軸ＣＬのＺ点を中心にした半径Ｒを基準曲げ半径Ｒとする。そして、最小曲げ半径Ｒｘは基準曲げ半径Ｒ以上の大きさに設定する。

基準曲げ半径Ｒは、例えば下記（２）式により算出する。
基準曲げ半径Ｒ＝外径Ｄ／｛２（１−配置密度Ｆ）｝・・・（２）

詳述すると、図４の状態のホース１の中心軸ＣＬでの円の周長LはπＲである。一方、補強層３₄の屈曲内側でのワイヤ４の最内側位置（補強層３₄の屈曲最内側位置）での円の周長Ｌ１はπ｛Ｒ−（Ｄ／２）｝である。ホース１が直線状態で配置密度Ｆである場合は、Ｆ＝Ｌ１／Ｌとなるので、Ｆ＝｛Ｒ−（Ｄ／２）｝／Ｒとなり、これを整理すると上記（２）式になる。

或いは、基準曲げ半径Ｒを下記（３）式により算出することもできる。
基準曲げ半径Ｒ＝（外径Ｄ−外径ｄ）／｛２（１−配置密度Ｆ）｝・・・（３）

詳述すると、図４の状態のホース１の中心軸ＣＬでの円の周長LはπＲである。一方、補強層３₄の屈曲内側でのワイヤ４の中心位置（二点鎖線の位置）での円の周長Ｌ２はπ｛Ｒ−｛（Ｄ−ｄ）／２）｝｝である。ホース１が直線状態で配置密度Ｆである場合は、Ｆ＝Ｌ２／Ｌとなるので、Ｆ＝｛Ｒ−｛（Ｄ−ｄ）／２）｝｝／Ｒとなり、これを整理すると上記（３）式になる。

上記（３）式では、ホース１の軸方向に隣り合うワイヤ４どうしがワイヤ４の中心位置で当接すると仮定しているので、上記（３）式は上記（２）式よりも厳密に基準上げ半径Ｒを算出する。しかしながら、ワイヤ４の外径ｄは通常は外径Ｄに対して十分に小さな値なので、上記（３）と（２）のいずれを用いても、算出される基準曲げ半径Ｒに大差はない。それ故、上記（２）式を用いる場合は、上記（３）式を用いる場合に比して、算出作業がより簡便になる。

基準曲げ半径Ｒは、上述のようにホース１の屈曲耐久性を十分に考慮して算出されているので、許容値Ａｘは極めて小さな調整程度の値でよく、例えば０〜１０ｍｍにする。即ち、許容値Ａｘをゼロにして基準曲げ半径Ｒを最小曲げ半径Ｒｘにすることもできるが、安全率を考慮して許容値Ａｘはゼロ超にするとよい。このようにして、ホース１の最小曲げ半径Ｒｘを設定する。

本発明によれば、ワイヤ補強層３のうち最外周に配置されているワイヤ補強層３₄の外径Ｄと、このワイヤ補強層３₄を形成しているワイヤ４の上記（１）式により算出される配置密度Ｆとを用いて、最小曲げ半径Ｒｘを簡便に設定できる。最小曲げ半径Ｒｘは、ホース１を円弧状に屈曲させた際のワイヤ補強層３₄の屈曲内側でのワイヤ４の巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒを根拠にしているので、ホース１の屈曲耐久性を十分に確保できる。そして、基準曲げ半径Ｒに加算する許容値Ａｘは極めて小さい値なので、最小曲げ半径Ｒｘをホース１の屈曲耐久性を確保できる範囲内で極力大きくした適切値にすることができる。

スパイラル構造の４層のワイヤ補強層を有する代表的な仕様のホースを、この最小曲げ半径Ｒｘで屈曲させた状態にセットして、所定の内圧を繰り返す耐久テストを行って耐久性を確認した。その結果、ホースは実用に耐え得る十分な耐久性を有していることが確認されている。

このように最小曲げ半径Ｒｘが設定されたホース１は、最小曲げ半径Ｒｘが順守された使用条件下で十分な屈曲耐久性を有しているので、ホース１の損傷発生が抑制されて長期に渡って使用することが可能になる。また、最小曲げ半径Ｒｘが過大に設定されていないので、使用条件の制約が少なくなり、ホース１を使用できる場所（環境）がより多様化する。

１ ホース
２ 内面層
３（３₁、３₂、３₃、３₄） ワイヤ補強層
４（４ａ、４ｂ、４ｃ） ワイヤ
５ 外面層

Claims (5)

1. スパイラル構造のワイヤ補強層を少なくとも１層有するホースの最小曲げ半径の設定方法であって、前記ワイヤ補強層のうち最外周に配置されている前記ワイヤ補強層の外径Ｄと、このワイヤ補強層を形成しているワイヤのこのワイヤ補強層での前記ホースが直線状態での配置密度Ｆとを用いて、このワイヤ補強層の前記ホースを円弧状に屈曲させた際の屈曲内側での前記ワイヤの巻付け間隔がゼロになる基準曲げ半径Ｒを算出し、この基準曲げ半径Ｒに所定の許容値を加算した値を前記最小曲げ半径Ｒｘに設定することを特徴とするホースの最小曲げ半径の設定方法。
   前記配置密度Ｆは下記（１）式により算出される。
   配置密度Ｆ（％）＝｛（ｄ・ｎ／２）／（Ｐ・ｓｉｎ（α／２））｝×１００・・・（１）
   ここで、ｄは前記最外周に配置されている前記ワイヤ補強層での前記ワイヤの外径、ｎはこのワイヤ補強層での前記ワイヤの本数、Ｐはこのワイヤ補強層での前記ワイヤの前記ホースの軸方向への巻付けピッチ、α／２はこのワイヤ補強層での前記ワイヤの前記ホースの軸方向に対する編組角度（°）である。
2. 前記基準曲げ半径Ｒを下記（２）式により算出する請求項１に記載のホースの最小曲げ半径の設定方法。
   基準曲げ半径Ｒ＝外径Ｄ／｛２（１−配置密度Ｆ）｝・・・（２）
3. 前記基準曲げ半径Ｒを下記（３）式により算出する請求項１に記載のホースの最小曲げ半径の設定方法。
   基準曲げ半径Ｒ＝（外径Ｄ−外径ｄ）／｛２（１−配置密度Ｆ）｝・・・（３）
4. 前記許容値を０〜１０ｍｍにする請求項１〜３のいずれかに記載のホースの最小曲げ半径の設定方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のホースの最小曲げ半径の設定方法によって前記最小曲げ半径Ｒｘが設定されたホース。

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