JP2021085428A - ホース接続構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 抜け力が高く、シール性の信頼性が高い、ホース接続構造を提供する。【解決手段】 可撓性ホース2の内側に、接続部材1の筒部10を挿入して、両者が接続される。可撓性ホース2は、略平滑な内周面を有する樹脂製の内層21と、内層の外側に積層された補強繊維体を含む補強層22とを有する。筒部10には、第1筒部11と、第1筒部11よりもホースの奥側に位置する第2筒部12とが設けられる。第1筒部11の外周には、略三角形の断面形状を呈する複数の環状突起11aが列設されていて、隣接する環状突起11aの間の部分が第1の環状溝11gとされている。第2筒部12の外周には、複数の円筒状の平坦面12pと、隣接する平坦面の間に位置する第2の環状溝12gとが形成されている。第1の環状溝11gに比べ、第2の環状溝12gは、溝が浅い。第1筒部11と第2筒部12の双方に対応する位置で、可撓性ホース2の外周面が締め付けられる。【選択図】 図1

Description

本発明は、可撓性ホースの接続構造に関する。特に、可撓性ホースの内側に接続部材の筒部を挿入して両者を接続するホース接続構造に関する。
可撓性ホースを接続部材に接続する際に、可撓性ホースの内側に接続部材の筒部を挿入して両者を接続する技術が汎用されている、特に、挿入される筒部をいわゆるタケノコ状に形成して、ホースの抜け止めと、シール性の向上、挿入作業性の向上を図った接続構造が知られている。
例えば、上記したタケノコ状の筒部を用いたホース接続構造に関連し、特許文献1には、環状溝の底部にかけるアールの曲率半径を、筒部の根本側に行くにしたがって大きくしたホース接続部材の技術が開示されており、当該ホース接続部材によれば、環状溝における応力集中が緩和され、横方向の力に対するより大きな強度を有するホース接続部材が得られることが開示されている。
特開2018−155296号公報
こうしたタケノコ状の筒部を有する接続部材に可撓性ホースを接続する際には、ホースの抜けを防止するため、もしくは接続部のシール性を向上させるために、可撓性ホースの外周部をスリーブやバンドで締め付けるようにして、ホースの接続を完了する。
しかしながら、可撓性ホースが補強糸などの補強繊維体を含む補強層を有する場合、可撓性ホースの外周をスリーブ等でしっかり締め付けたにも関わらず、接続部のシール性が不十分となってしまうことがあることが判明した。
本発明の目的は、抜け力が高く、シール性の信頼性が高い、可撓性ホースのホース接続構造を提供することにある。
発明者らは、タケノコ状の筒部を有する接続部材に可撓性ホースを接続する際、しっかり締め付けたにも関わらず、なぜ、シール性が不十分になってしまうのかを検討した。そして、鋭意検討の結果、ホースを締め付けた際に、タケノコ状の環状突起の頂部がホース内周面に食い込んで、ホース内周を傷つけることがあり、この傷が補強層の補強糸の部分に達すると、ホース内部の空気や液体が、補強糸を伝わって、ホースの末端に達して漏れてしまい、ホースのシール性が損なわれていることを、発明者らは発見した。
発明者らはさらに検討を行い、ホース内部に挿入される接続部材の筒部を、異なる外周面形状を有する2つの筒部を特定の順序で組み合わせた構成とすると、上記課題が解決できることを知見し、本発明を完成させた。
本発明は、可撓性ホースの内側に、接続部材の筒部を挿入して、可撓性ホースと接続部材を接続したホース接続構造であって、可撓性ホースは、略平滑な内周面を有する樹脂製の内層と、内層の外側に積層された補強繊維体を含む補強層と、を有する積層構造の可撓性ホースであり、前記筒部には、第1筒部と、第1筒部よりもホースの奥側に位置する第2筒部とが設けられており、第1筒部の外周には、略三角形の断面形状を呈する複数の環状突起が列設されていて、隣接する環状突起の間の部分が第1の環状溝とされており、第2筒部の外周には、複数の円筒状の平坦面と、隣接する平坦面の間に位置する第2の環状溝とが形成されていて、第1の環状溝に比べ、第2の環状溝は、溝が浅くなっており、第1筒部と第2筒部の双方に対応する位置で、可撓性ホースの外周面が締め付けられてホースが接続部材の筒部に固定されている、ホース接続構造である(第1発明)。
第1発明において、好ましくは、第1の環状溝に比べ、第2の環状溝が、溝の幅が狭い(第2発明)。さらに、第2発明において、好ましくは、第1筒部の環状突起の頂部と、第2筒部の平坦面が、実質的に同じ径とされている(第3発明)。さらに、第3発明において、好ましくは、第2筒部の平坦面の幅L1と、第2筒部の第2の環状溝の幅L2が、0.7≦L1/L2≦3とされている(第4発明)。
本発明のホース接続構造(第1発明)によれば、抜け力が高く、シール性の信頼性が高いホース接続構造が得られる。
さらに、第2発明や第4発明のようにすれば、シール性の信頼性がより高められる。また、第3発明のようにすれば、抜け力とシール性の信頼度の両者がより高められる。
第1実施形態のホース接続構造に使用される接続部材の構造を示す一部断面図である。 図1のA部の拡大断面図である。 第1実施形態のホース接続構造に使用されうる可撓性ホースの構造を示す一部断面図である。 接続部材と可撓性ホースを接続する工程の一部を模式的に示す図である。 ホース接続構造に使用される他の実施形態の接続部材の構造を示す拡大断面図である。 ホース接続構造に使用されるさらに他の実施形態の接続部材の構造を示す拡大断面図である。
以下図面を参照しながら、耐圧性の産業用ホースを接続部材に接続するホース接続構造を例として、発明の実施形態について説明する。発明は以下に示す個別の実施形態に限定されるものではなく、その形態を変更して実施することもできる。発明の実施形態に係るホース接続構造では、図4に示されるように、可撓性ホース2の内側に、接続部材1の筒部10を挿入して、スリーブ3によりホースの外周を締め付けて、可撓性ホース2と接続部材1が接続される。
図1には、第1実施形態のホース接続構造に使用される接続部材1の構造を一部断面図で示す。図1では中心軸mの上側半分が断面図で、下側半分が外観図で示されている。接続部材1は、中空円筒状に形成された管状の部材であり、可撓性ホースの内側に挿入される筒部10と、他の部材と接続されるべき接続部15を有している。
接続部材1は、金属材料(真鍮や、鋳鉄、ステンレス等)や硬質合成樹脂材料などにより形成されており、材料や形状に応じた公知の製造方法により製作されている。また、接続部材1の接続部15は、他の部材(接続構造の相手部材など)に接続可能な形状とされていればよく、その具体的形態や構成は特に限定されない。本実施形態の接続部材1では、接続部15は、管の末端部を拡径したフランジ状に形成されており、このような接続部は、ビクトリックタイプなどと俗称される公知の接続構造により他の接続部材と接続可能である。
接続部材1の筒部10について、詳細に説明する。筒部10には、第1筒部11と、第2筒部12とが設けられている。これら筒部11,12は、それぞれ円筒状であり、筒部の軸方向に並んで設けられている。そして、第2筒部12は第1筒部11よりもホースの奥側、即ち筒部10の先端側(図1の右側)に位置するよう設けられている。第1筒部11と第2筒部12とは、互いに異なる外周面形状を有している。
第1筒部11の外周には、略三角形の断面形状を呈する複数の環状突起11a,11aが列設されている。すなわち、環状突起11a,11aは、図2の拡大断面図に示される断面において、環状突起の頂部11tが筒の最外周に位置するような三角形状に、環状すなわちリング状に形成されている。環状突起の頂部には、アールや面取りがされていてもよい。環状突起11a,11aは、軸方向に複数個が並んで設けられている。環状突起の数は3個以上15個以下であることが好ましく、5個以上10個以下であることがより好ましい。隣接する環状突起11a,11aの間の部分は、環状の溝11g、11gとなっている。第1筒部11の環状溝を第1の環状溝11gと呼ぶ。第1の環状溝11gの断面形状は、本実施形態のように略三角形であってもよいが、他の形態であってもよい。
第2筒部12の外周には、複数の円筒状の平坦面12p、12pと、隣接する平坦面の間に位置する第2の環状溝12g、12gとが形成されている。それぞれの平坦面12pは、筒部10の軸線mと略平行に、環状に形成されている。平坦面12pの幅は、2mm以上8mm以下であることが好ましく、3mm以上6mm以下であることがより好ましい。環状溝12gの幅は、1mm以上6mm以下であることが好ましく、2mm以上5mm以下であることがより好ましい。
第1の環状溝11gに比べ、第2の環状溝12gは、溝が浅くなっている。すなわち、筒部10の径方向に測って、第1の環状溝11gの深さD1よりも、第2の環状溝12gの深さD2が小さく(即ちD1>D2)なるようにされている。
可撓性ホース2は、内層21と、補強層22を有する積層構造の可撓性ホースである。内層21は、樹脂製の層であり、ホース2の内側に露出する略平滑な内周面を有する。内層を構成する樹脂として、塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂やゴムが例示されるが、特に限定されない。内周面の平滑さは、接続部材1の筒部10の外周面に接触・密着してシール性が確保できる程度であればよい。
補強層22は、補強繊維体を含んでいる。補強繊維体としては、例えば、アラミド繊維やガラス繊維、炭素繊維、金属繊維などの補強繊維により構成された繊維の束、ヤーン、ストランド、撚糸、ひもなどが例示される。補強層22では、これら補強繊維体が、円筒状の層となるようにホース壁に埋入されている。補強繊維体が円筒状の層に設けられる形態は特に限定されないが、例えば、直線状、らせん状、互いに交差するらせん状、ブレード編み状、織布状、筒状織布状、ニット編み状等の形態が例示される。
補強層22は、内層21の外側に積層されている。内層21と補強層22の間にさらに他の層が設けられていてもよい。また、必須ではないが、可撓性ホース2には、補強層22の外側に軟質合成樹脂製の外層23が設けられていてもよい。また、必須ではないが、可撓性ホース2には、金属線や硬質樹脂線からなる螺旋状補強体24が設けられていてもよい。螺旋状補強体24は、ホース壁の外周面に一体化されていてもよいし、ホース壁の内側に埋入されていてもよい。
本実施形態では、合成ゴム製の内層21の外周に、アラミド繊維製の補強繊維体が互いに交差するらせん状の形態に設けられた補強層22が設けられ、補強層22の更に外周に軟質塩化ビニル樹脂製の外層23が設けられ、外層23に硬質塩化ビニル樹脂製の螺旋状補強体24が埋入されている。これら内層21、補強層22、外層23、補強体24は互いに一体化されて可撓性ホース2を構成している。
図4に、上記した接続部材1と可撓性ホース2を接続する工程を模式的に示す。接続部材1の筒部10が、可撓性ホース2の内側に挿入される。第1筒部11と第2筒部12がともに可撓性ホース2でおおわれるように、挿入がなされる。
筒部10が可撓性ホース内部に挿入された状態で、可撓性ホース2の外側から可撓性ホース2を締め付けて、接続部材1と可撓性ホース2の接続が完了する。筒部10における軸方向の位置に関し、第1筒部11と第2筒部12の双方に対応する位置で、可撓性ホースの外周面が締め付けられて、ホース2が接続部材1の筒部10に固定される。かかる締め付けにより、筒部10の第1の環状溝11g,11gや第2の環状溝12g,12gに、ホースの内周面が食い込むように、筒部10の外周面とホース2の内周面が密着し、ホース2と筒部10が接続される。
締め付け手段は特に限定されないが、金属製のスリーブや、締め付けバンド、周方向に複数部材に分割された締め付け部材などが例示される。本実施形態においては、第1筒部11と第2筒部12に対応する部分全体を覆う長さと位置に設けられたアルミニウム合金製のスリーブ3を可撓性ホース2の外周に設けて、かかるスリーブ3が収縮するようにかしめにより塑性変形させて、可撓性ホースを締め付けている。公知の締め付けバンドを締め付けに使用する場合には、第1筒部11と第2筒部12のそれぞれに対応するよう、2つの締め付けバンドを用いて締め付けを行ってもよい。
上記第1実施形態のホース接続構造の作用および効果について説明する。上記ホース接続構造によれば、抜け力が高められ、かつ、シール性の信頼性が高められる。
第1筒部11に、略三角形の断面形状を呈する複数の環状突起11a,11aが列設されていることが、抜け力の向上に貢献する。環状突起11aの頂部11tが、可撓性ホース2の内層21の内周面に食い込むようになるからである。従来技術においては、こうした食い込みがシール性悪化の要因となることを発明者らは突き止めたが、後述するように、上記実施形態のホース接続構造では、第1筒部と第2筒部が組み合わされることによって、第1筒部11で環状突起11aの頂部11tがホース壁の内周に食い込んでホース内周面が傷ついても、シール性が悪化しない。
第2筒部12の外周には、複数の円筒状の平坦面12p,12pと、隣接する平坦面の間に位置する第2の環状溝12g,12gとが形成されていて、第1の環状溝11gに比べ、第2の環状溝12gの方が、溝の深さが浅くなっている(D1>D2となっている)ことが、シール性の向上に貢献する。
ホース2が締め付けられて、ホース壁が第2筒部12の外周に押し付けられると、第2筒部12の平坦面12pとホース内周面が環状に密着し、シールされる。また、第2の環状溝12gにホース壁内周が押し込まれるようになり、平坦面12pと第2の環状溝12gの境界のエッジ部で、ホース内周面と第2筒部がより強く密着することになって、シールがより確実なものとなる。
そして、第1筒部11の第1の環状溝11gに比べ、第2筒部12の第2の環状溝12gの方が、溝の深さが浅くなっているので、第2の環状溝12gの部分でのホース壁の変形は抑制され、第2の環状溝12gの部分で、補強層22に達する損傷がホースの内層21に生じにくくなる。これにより、シール性の信頼性が高められる。
上記ホース接続構造では、第2筒部12が第1筒部11よりもホースの奥側、即ち、筒部10の先端側に位置するように設けられているので、仮に、第1筒部の部分でホース内周面に環状突起11aの頂部11tが食い込んで損傷したとしても、かかる損傷がシール性に悪影響を及ぼさない。第1筒部11よりも第2筒部12のほうがホースの内部に近い位置にあるため、第2筒部12におけるシールが確実になされる限り、第1筒部の状況にかかわらずシールが完全なものとなるからである。
以上のように、上記実施形態のホース接続構造によれば、環状溝12gが比較的浅く、ホース内周面を傷つけにくい平坦部12pを有する第2筒部12の部分でしっかりとシール性の信頼性を高めつつ、略三角形断面の環状突起11aを有する第1筒部11の部分でしっかり抜け止めをするようにできるので、ホース接続の抜け力と、シールの信頼性をともに高めることができる。
シール性の信頼性をより高める観点から、第1筒部11の第1の環状溝11gの溝深さD1に対し、第2筒部12の第2の環状溝12gの溝深さD2が、D2/D1≦0.7であることが好ましく、D2/D1≦0.5であることがより好ましい。
また、シール性の信頼性をより高める観点から、第1の環状溝11gに比べ、第2の環状溝12gが、溝の幅が狭いことが好ましい。すなわち、第1の環状溝11gの筒部軸線方向の幅L3に対し、第2の環状溝12gの筒部軸線方向の幅L2が、L3>L2とされていることが好ましい。第2の環状溝12gの幅L2が狭いほうが、第2の環状溝12gにホース壁の内周面が入りこみにくくなり、第2筒部12の部分でホース内周面が損傷することがより確実に予防され、シール性の信頼性がより向上する。シール性向上の観点から、L2/L3≦0.7であることがより好ましく、L2/L3≦0.5であることが特に好ましい。
また、抜け力とシール性の信頼性をより高める観点から、第1筒部11の環状突起11aの頂部11tと、第2筒部12の平坦面12pが、実質的に同じ径とされている、即ち、両者が実質的に同じ仮想円筒上に配置されていることが好ましい。かかる構成により、第2筒部12でホース壁が十分に締め付けられて、平坦面12pがホース壁と密着して、十分かつ確実なシール性が発揮されるとともに、第1筒部11でホース壁に環状突起11aの頂部11tがしっかり食いこんで、ホース接続の抜け力がより高められる。
また、シール性の信頼性をより高める観点から、第2筒部12の平坦面12pの幅L1と、第2筒部の第2の環状溝12gの幅L2が、0.7≦L1/L2≦3とされていることが好ましい。かかる平坦面12pの幅と環状溝12gの幅の比とされていれば、ホースの内周面が過度に第2の環状溝12gに入り込んで、ホース内周が損傷することが抑制されるからである。
また、抜け力をより高める観点から、第1筒部11のそれぞれの環状突起11a,11aにおいて、環状突起11aはホース奥側(図2の右側)に位置する外周面P1とホース端側(図2の左側)に位置する外周面P2を有しており、ホース奥側に位置する外周面P1の方が、ホース端側に位置する外周面P2よりも、筒部の中心軸mとなす角が小さくされていることが好ましい。このような構成とされていると、第1筒部11がのこぎりの刃のような抜け止め形状となって、ホース接続の抜け力が特に高められる。
また、必須ではないが、第2筒部12の第2の環状溝12g、12gにおいても、それぞれの環状溝12gにおいて、ホース奥側(図2の右側)に位置する面P22の方が、ホース端側(図2の左側)に位置する面P21よりも、筒部の中心軸mとなす角が大きくされていることが好ましい。このような構成とされていると、第2筒部12の第2の環状溝12gのそれぞれが抜け止め形状となって、ホース接続の抜け力が特に高められる。
発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をして実施することができる。以下に発明の他の実施形態について説明するが、以下の説明においては、上記実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様である部分についてはその詳細な説明を省略する。また、これら実施形態は、その一部を互いに組み合わせて、あるいは、その一部を置き換えて実施できる。
図5および図6には、上記実施形態における筒部10の変形例を示す。
図5に示した第2実施形態における筒部30では、第1筒部31の第1の環状溝31gの幅L3が、第2筒部32の第2の環状溝32gの幅L2と、略同じ幅とされている。このような形態であっても、第1筒部31により抜け力を向上させながら、第2筒部32によりシール性の信頼性を向上できる。
図6に示した第3実施形態における筒部40では、第1筒部41の環状突起41aの頂部41tよりも、第2筒部42の円筒状平坦面42pが、筒部の半径方向内側に配置されるようにされている。すなわち、頂部41tが配置される仮想円筒の半径をR1とし、平坦面42pが配置される仮想円筒の半径をR2として、R1>R2とされている。かかる構成によれば、ホース接続構造の抜け力を高め、シール性の信頼性を高めながら、可撓性ホースに接続部材の筒部40を挿入する際の挿入抵抗を小さくすることができ、接続作業をより効率的に行うことができる。
また第3実施形態における筒部40のように、第2筒部42に設けられた第2の環状溝42gは、ホース奥側の面と、ホース端側の面が、筒部中心軸に対し、同じ傾斜角をなすよう、筒部の半径方向に関し対称形状となるように設けられていてもよい。かかる第2の環状溝42gの形態とすれば、環状溝42gと平坦面42pの間のエッジが均等に鈍角化されて、締め付けた際にエッジによりホース内周が破損することがより確実に予防され、シール性の信頼性がより向上する。
可撓性ホースは、略平滑な内周面を有する樹脂製の内層21と、内層の外側に積層された補強繊維体を含む補強層22とを有する積層構造の可撓性ホースである限りにおいて、特に限定されない。ホースを構成する具体的材料も公知のホース材料から選択可能である。また、ホースの具体的用途も特に限定されない。ホースの用途としては、気体や液体を送るホースや、冷媒、スラリやコンクリートを送るホース、粉体や粒体を送るホース、気体や液体の圧力を伝達するホース等の用途が例示される。
接続部材1の接続部15の具体的形状は任意である。接続部材1の接続部15は、溶接等によって他の部材や他の接続部材に接続されてもよい。
また、接続部材は、独立した部材である必要はなく、特定の機器にホースを接続する部分に一体に形成されたものであってもよい。例えばスラリ圧送装置のスラリ送り出し口に、ホースを接続する管体が設けられている場合、この管体の部分を上記実施形態における接続部材とみなして、かかる管体に上記実施形態における筒部10に対応する部分を設けてもよい。
(実施例)
上記第1実施形態に対応する内径75mmの可撓性ホース2を準備した。
上記第1実施形態に対応する接続部材1を準備した。接続部材の材質はステンレス材である。第1筒部および第2筒部の外径は75.8mmであり、第1筒部11では、第1の環状溝の深さが1mm、溝の幅が5mmとなるよう、9つの三角形断面の環状突起を列設した。また、第2筒部12では、第2の環状溝の深さが0.5mm、溝の幅が3mmとなるように、3つの円筒状平坦部を幅4mmで設けた。
可撓性ホース2の内側に、接続部材1の筒部10を挿入し、第1筒部と第2筒部に対応する部分のホース外周面を共に覆うように、厚さ3mmのアルミニウム合金製のスリーブを可撓性ホース2の外周に被せて、ホースを締め付けるようにかしめて、ホース2と接続部材の筒部を接合した。以上のようにして、実施例のホース接続構造を得た。
筒部の形状が異なる点を除いて、他の点は実施例と同様にした比較例のホース接続構造を得た。比較例においては、接続部材の筒部に、上記第1の環状溝と同様に深さが1mm、溝の幅が5mmとなるよう、14個の三角形断面の環状突起を列設した。すなわち、比較例においては、実施例で第2筒部とされていた部分にも、第1筒部と同じ環状突起と環状溝が設けられている。
実施例および、比較例のホース接続構造を、それぞれ、耐圧、漏れ試験に供した。
試験では、長さ1mに切断した可撓性ホース2の両端に接続部材1を接続し、接続部材1の接続部に厚さ15mmの鉄板を溶接して、ホース内部に水圧をかける試験を行った。
試験は、ホースが接続部材から抜けるか、ホースは破壊するまで、水圧を順次高めて行った。
実施例のホース接続構造では、水圧を高めても、水漏れやホースの抜けは生じなかった。実施例のホース接続構造では、最終的に水圧が4.0MPaに達した時点でホースそのものが破壊した。
一方、比較例のホース接続構造では、3.0MPaの水圧で、補強繊維体を伝うようにホース末端からの漏水が発生した。比較例のホース接続構造でさらに水圧を高めていくと、3.2MPaでホース壁にピンホール破壊が生じた。内層が損傷した部分から補強繊維体を含む補強層に水が達し、補強層と外層の間に水が入り込むことがピンホール破壊につながったものと推察される。
比較例のホース接続構造においては、かしめの程度を強くしても接続構造のシール性に改善が見られなかった。比較例のホース接続構造では、抜け力とシール性の信頼性を共に高めることはできなかった。
ホース接続構造は、可撓性ホースの端部に管状の接続部材を接続でき、産業上の利用価値が高い。
1 接続部材
10 筒部
11 第1筒部
11a 環状突起
11g 第1の環状溝
12 第2筒部
12p 円筒状の平坦面
12g 第2の環状溝
2 可撓性ホース
21 内層
22 補強層
23 外層
24 螺旋状補強体
3 スリーブ

Claims (4)

  1. 可撓性ホースの内側に、接続部材の筒部を挿入して、可撓性ホースと接続部材を接続したホース接続構造であって、
    可撓性ホースは、略平滑な内周面を有する樹脂製の内層と、内層の外側に積層された補強繊維体を含む補強層と、を有する積層構造の可撓性ホースであり、
    前記筒部には、第1筒部と、第1筒部よりもホースの奥側に位置する第2筒部とが設けられており、
    第1筒部の外周には、略三角形の断面形状を呈する複数の環状突起が列設されていて、隣接する環状突起の間の部分が第1の環状溝とされており、
    第2筒部の外周には、複数の円筒状の平坦面と、隣接する平坦面の間に位置する第2の環状溝とが形成されていて、
    第1の環状溝に比べ、第2の環状溝は、溝が浅くなっており、
    第1筒部と第2筒部の双方に対応する位置で、可撓性ホースの外周面が締め付けられてホースが接続部材の筒部に固定されている、
    ホース接続構造。
  2. 第1の環状溝に比べ、第2の環状溝が、溝の幅が狭い、
    請求項1に記載のホース接続構造。
  3. 第1筒部の環状突起の頂部と、第2筒部の平坦面が、実質的に同じ径とされている、
    請求項2に記載のホース接続構造。
  4. 第2筒部の平坦面の幅L1と、第2筒部の第2の環状溝の幅L2が、0.7≦L1/L2≦3とされている、
    請求項3に記載のホース接続構造。
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