JP2022113350A - ホースおよびホースの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内圧が高く、かつ、ホースが可動する使用条件下であっても、補強層を形成している金属コードによって内面層が損傷する不具合を抑制できるホースおよびホースの使用方法を提供する。【解決手段】ホース１の内面層２とスパイラル構造の最内周の補強層３ａとの間に、繊維層７および層間ゴム層６ａを介在させて、繊維層７を形成する繊維コード８に撚り加工をして強度を向上させるとともに、ＲＦＬ液を表面に付着させる表面処理を施して内面層２および層間ゴム６ａとより強く接着させることで、ホース１の内圧が高く、かつ、ホース１の長手方向端部の少なくとも一方が、移動する可動部分１２に取り付けられて使用されても、最内周の補強層３ａを形成する金属コード４に対して、内面層２を繊維層７および層間ゴム層６ａによって保護して、この金属コード４の動きに起因して内面層２が損傷する不具合を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホースおよびホースの使用方法に関し、さらに詳しくは、内圧が高く、かつ、ホースが可動する使用条件下であっても、補強層を形成している金属コードによって内面層が損傷する不具合を抑制できるホースおよびホースの使用方法に関するものである。

油圧ホースなどには、高い内圧に耐えるために内面層と外面層との間に、例えば金属コードが螺旋状に巻回されて形成されたスパイラル構造の補強層が介在している。このような高圧ホースは長手方向端部が装置や機器の移動する可動部分に固定されて使用されることがある。このような使用条件下では、可動部分の移動に伴ってホースは繰り返し屈曲される。ホースが可動して繰り返し屈曲する際には、補強層を形成している金属コードが内面層を損傷させることがある。

最内周の補強層と内面層との間にゴム層および繊維層が介在する構造のホースも存在している（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ゴム層および繊維層が介在していても、ホースの内圧が相当に高く、かつ、ホースが可動する場合は、金属コードがゴム層および繊維層を損耗させて内面層の損傷に至ることがある。それ故、このようなホースの使用条件下で内面層が損傷する不具合を抑制するには改善の余地がある。

特開２０００－３０４１６５号公報

本発明の目的は、内圧が高く、かつ、ホースが可動する使用条件下であっても、補強層を形成している金属コードによって内面層が損傷する不具合を抑制できるホースおよびホースの使用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で層間ゴム層を介在させて積層されている複数の補強層と、前記内面層の外周面に積層されている繊維層と、この繊維層と最内周の前記補強層との間に介在する層間ゴム層とを備えて、それぞれの前記補強層が金属コードを螺旋状に巻付けて形成されているスパイラル構造であるホースにおいて、前記繊維層が、撚り加工され、かつ、ＲＦＬ液を表面に付着させる表面処理が施された繊維コードによって形成されていることを特徴とする。

本発明のホースの使用方法は、上記のホースの長手方向端部の少なくとも一方が、移動する可動部分に取り付けられて使用されることを特徴とする。

本発明によれば、ホースの内面層と最内周の補強層との間に、繊維層および層間ゴム層が介在している。さらに、繊維層を構成する繊維コードは撚り加工されて強度が向上するとともに、ＲＦＬ液が表面に付着されて内面層および層間ゴム層とより強く接着させることができる。その結果、ホースの内圧が高く、かつ、ホースの長手方向端部の少なくとも一方が、移動する可動部分に取り付けられて使用される条件下であっても、最内周の補強層を形成する金属コードに対して、内面層はこの繊維層および層間ゴム層によって保護される。したがって、この金属コードの動きに起因して内面層が損傷する不具合を抑制するには有利になっている。

本発明のホースの実施形態を一部切開して例示する説明図である。 図１のホースを横断面視で例示する説明図である。 図１のホースの使用状態を例示する説明図である。 ホースの耐久試験方法を例示する説明図である。

以下、本発明のホースおよびホースの使用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の実施形態は、いわゆる油圧ホースなどとして使用される。ホース使用圧力は例えば２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の高圧ホースのカテゴリに属するホース１である。ホース外径は例えば２０ｍｍ以上７５ｍｍ以下、ホース内径は例えば１０ｍｍ以上５５ｍｍ以下である。

このホース１は、内周側から順に、内面層２、補強層３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、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補強層３どうしの間には、層間ゴム層６（６ｂ、６ｃ、６ｄ）が介在している。さらに、ホース１は、内面層２の外周面に積層されている繊維層７と、繊維層７と最内周の補強層３ａとの間に介在する層間ゴム層６ａとを備えている。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、ゴムのみの単層構造の場合も、樹脂のみの単層構造の場合もある。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。

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６ｂ～６ｄは、半径方向に隣り合って積層されている補強層３どうしを接合して一体化させるとともに、これら補強層３どうしの緩衝材として機能する。最内周の層間ゴム層６ａは、最内周の補強層３ａと繊維層７とを接合させ、これらどうしの緩衝材として機能する。それぞれの層間ゴム６ａ～６ｄは、ホース１を流れる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。層間ゴム層６のゴム種としては、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、及び、そのブレンドゴム等を例示できる。

この実施形態では４層の補強層３を備えたホース１になっている。補強層３は、金属コード４をホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）で螺旋状に巻き付けたスパイラル構造になっている。具体的には、最内周の補強層３ａでは編組角度Ａ１に設定され、順次外周側に位置する補強層３ｂ、３ｃ、３ｄでは編組角度Ａ２、Ａ３、Ａ４に設定されている。半径方向に隣り合って配置されている補強層３どうしの金属コード４の巻き付け方向は反対になっている。

それぞれの編組角度Ａ１～Ａ４は５２°以上５７°以下に設定されている。この実施形態では、それぞれの編組角度Ａ１～Ａ４は実質的に同じになっているが、外周側の補強層３になる程、編組角度Ａを大きくすることも、小さくすることもできる。

補強層３の積層数は例えば２以上８以下であり、所望の複数の積層数が採用される。それぞれの補強層３は同じ仕様の金属コード４によって形成されていて、この実施形態ではすべての補強層３は実質的に同じ仕様になっている。

金属コード４は複数の金属素線を撚り合わせて構成されている。金属コード４としては、一般的なゴムホースの補強層を形成する部材として使用されている種々の鋼線が用いられる。金属コード４の線径は例えば０．２０ｍｍ以上１．００ｍｍ以下である。

繊維層７は繊維コード８を編組して形成されたブレード構造になっている。繊維コード８の編組角度Ａ５は例えば、５４°以上５５°以下程度に設定されている。繊維コード８は繊維素線を撚り合わせて構成されている。繊維コード８の撚り数は例えば３～２０回／１０ｃｍである。繊維コード８の繊度は例えば２３５ｄｔｅｘ以上５５００ｄｔｅｘ以下である。

繊維層７の編組密度は例えば、６５％以上９５％以下、より好ましくは７５以上～８５％以下にする。この編組密度は、繊維層７における繊維コード８の面積割合を百分率で示すものであり、繊維コード８がすき間なく編組されている場合は１００％になる。編組密度が高過ぎると、繊維層７を内面層２や層間ゴム層６ａと強固に接合するには不利になる。編組密度が低すぎると、金属コード４から内面層２を保護する性能が不足する。そのため、繊維層７の編組密度は上述した範囲にするとよい。

繊維コード８の材質としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、アラミド、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）、６６ナイロン、レーヨン、ビニロン、綿などを例示できる。これらの繊維を単独で、または、複数種類を混合して繊維コード８とすることができる。

繊維コード８は、上記のように撚り加工されるとともに、ＲＦＬ液（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス液）を表面に付着させる表面処理が施されている。ＲＦＬ液はＮＢＲ系でもＳＢＲ系であってもよい。ホース１を製造する際の加硫工程では、この表面処理を施した繊維コード８（繊維層７）は、隣接する層間ゴム層６ａおよび内面層２とより強固に接合されて一体化する。

この表面処理による繊維コード８に対するＲＦＬ液の付着量は、繊維コード８の質量の２％以上にするとよい。ＲＦＬ液の付着量は、この表面処理の前後で繊維コード８の質量を測定し、両者の差異を算出することで把握できる。ＲＦＬ液の付着量が繊維コード８の質量の２％未満では、繊維コード８（繊維層７）と、隣接する層間ゴム層６ａおよび内面層２との接着力が不足する可能性がある。一方、ＲＦＬ液の付着量が過大であると、繊維コード８が硬くなり過ぎて耐久性が低下する可能性があるので、ＲＦＬ液の付着量は例えば繊維コード８の質量の５％以下にする。

ＲＦＬ液の付着量の調整は例えば、ＲＦＬ液の濃度を調整する（変化させる）ことで行い、或いは、ＲＦＬ液に浸漬させた後の繊維コード８をロールで絞る際の絞り具合やエアを吹き付けてＲＦＬ液を吹き飛ばす程度を調整することで行う。

繊維層７と内面層２との接着力、最内周の層間ゴム層６ａと繊維層７との接着力はそれぞれ、２．５ｋＮ／ｍ以上であることが好ましく、３．５ｋＮ／ｍ以上であることがより好ましい。この接着力は、ＪＩＳＫ６３３０に規定された方法に準拠して得られる値である。

図３に例示するように、このホース１は、長手方向端部の少なくとも一方が、装置や機器の移動する可動部分１２に取り付けられて使用される。この実施形態では、ホース１の長手方向一方端部に加締められたホース金具９ａは、取付具１０を介して装置や機器の移動しない固定部分１１に接続されている。ホース１の長手方向他方端部に加締められたホース金具９ｂは、取付具１０を介して装置や機器の移動する可動部分１２に接続されている。したがって、このホース１は長手方向端部の一方のみが可動部分１２に取り付けられて使用される。ホース１の長手方向端部の両方が可動部分１２に取り付けられて使用されることもある。可動部分１２としては、パワーショベル等の建設機械のアームやブームを例示できる。

可動部分１２は例えば一定方向に移動する場合も、任意の方向に移動する場合もある。可動部分１２の移動に伴ってホース１は繰り返し屈曲される。この屈曲の際には、ホース１の長手方向両端部（ホース金具９ａ、９ｂの近傍）や長手方向中央部に、特に大きな負荷が作用する。

このホース１では、内面層２と最内周の補強層３ａとの間に、繊維層７および層間ゴム層６ａが介在している。さらに、繊維層７を構成する繊維コード８は撚り加工されて収束性向上に伴い、強度および耐摩耗性が向上している。また、繊維コード８にはＲＦＬ液を表面に付着させる表面処理が施されているので、繊維コード８（繊維層７）を内面層２および層間ゴム層６ａとより強く接着させるには有利になっている

その結果、ホース１の内圧が高く、かつ、ホース１の長手方向端部の少なくとも一方が、移動する可動部分１２に取り付けられて使用される条件下であっても、最内周の補強層３ａを形成する金属コード４に対して、内面層２は、介在する繊維層７および層間ゴム層６ａによって保護される。したがって、ホース１が動く（屈曲する）ことに伴って補強層３ａを形成している金属コード４が動いても、内面層２と強固に一体化している繊維層７および層間ゴム層６ａが協働して、この金属コード４の動きに対抗し、また、この動きを吸収する。それ故、内面層２、繊維層７、層間ゴム層６ａが互いに層間剥離して、最内周の補強層３ａを形成している金属コード４の動きが拘束され難くなって、繊維層７、層間ゴム層６ａが徐々に損耗して、内面層２まで損傷する不具合を抑制するには有利になっている。

内面層２と繊維層７と層間ゴム層６ａとを十分に一体化させるには、上述したように、繊維コード８に対するＲＦＬ液の付着量を繊維コード８の質量の２％以上にする。そして、繊維層７と内面層２との接着力、層間ゴム層６ａと繊維層７との接着力はそれぞれ、上述したように２．５ｋＮ／ｍ以上であることが好ましく、３．５ｋＮ／ｍ以上であることがさらに好ましい。繊維層７と内面層２との接着力と、層間ゴム層６ａと繊維層７との接着力との差異が過大であると、接着力が弱い方で層間剥離が生じ易くなり、金属コード４から内面層２を保護するには不利になる。そのため、接着力の絶対値が低い場合（例えば１．５ｋＮ／ｍ以上２．５ｋＮ／ｍ以下の場合）は、繊維層７と内面層２との接着力と、層間ゴム層６ａと繊維層７との接着力との差異は、０．２ｋＮ／ｍ以内、より好ましくは０．１ｋＮ／ｍ以内にするとよい。

表１に示すように、繊維コードの仕様のみを６種類（実施例１～４、比較例、従来例）に異ならせて、図１～図２に例示する構造と類似構造のホースの試験サンプルを製造して、屈曲耐久試験を行った。それぞれの金属コードは金属素線を撚り合わせて構成された線径０．３８ｍｍの鋼線（ブラスめっきされたスチールワイヤ）である。補強層の積層数は６であり、それぞれの補強層での金属コードの編組角度Ａは概ね同じであり、５４°～５５°程度である。それぞれの層間ゴム層の層厚は０．３ｍｍ程度である。内面層はアクリロニトリル・ブタジエンゴム及びスチレンブタジエンゴム、外面層はクロロプレンゴム及びスチレン・ブタジエンゴム、層間ゴム層はアクリロニトリル・ブタジエンゴムにより形成されている。それぞれの試験サンプルでの繊維コードの編組角度Ａは概ね同じであり、５４°～５５°程度であり、編組密度も概ね同じであり８０％程度である。

図４に例示するように、長さ１８００ｍｍ、外径３８ｍｍのそれぞれの試験サンプル（ホース１）の長手方向一端部に加締めたホース金具９ａを取付具１０を介して固定部材１１に接続し、長手方向他端部に加締めたホース金具９ｂを油圧シリンダ１３のシリンダロッド１３ａの先端に取り付けた。これにより試験サンプルを概ね９０°に屈曲させた状態にした。それぞれの試験サンプルに対して、約１００℃の作動油を内部に充填して、順次３３．５ＭＰａ、４３．９ＭＰａの内圧を周波数０．５８Ｈｚの台形波によって繰り返し負荷するとともに、シリンダロッド１３ａを進退させることでホース１を繰り返し屈曲させた。シリンダロッド１３ａのストロークは４３０ｍｍ、進退サイクルは０．５Ｈｚである。屈曲耐久試験は、試験サンプルが損傷するまで続けて、損傷した時点での試験サンプルの屈曲回数（シリンダロッド１３ａの進退回数）を耐久回数として表１に示した。また、表１には、繊維層と内面層との接着力、繊維層と最内周の層間ゴム層との接着力をそれぞれ、対内面層接着力、対層間ゴム層接着力として記載した。この接着力は上述した試験方法によって測定した値である。

表１の結果から、実施例１～４は従来例に比して耐久性が向上していることが分かる。特に、実施例１、２は耐久性が大幅に向上している。

１ ホース
２ 内面層
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ） 補強層
４ 金属コード
５ 外面層
６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ） 層間ゴム層
７ 繊維層
８ 繊維コード
９ａ、９ｂ ホース金具
１０ 取付具
１１ 固定部分
１２ 可動部分
１３ 流体シリンダ（加振機構）
１３ａ シリンダロッド
ＣＬ ホース軸心

Claims (6)

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で層間ゴム層を介在させて積層されている複数の補強層と、前記内面層の外周面に積層されている繊維層と、この繊維層と最内周の前記補強層との間に介在する層間ゴム層とを備えて、それぞれの前記補強層が金属コードを螺旋状に巻付けて形成されているスパイラル構造であるホースにおいて、
   前記繊維層が、撚り加工され、かつ、ＲＦＬ液を表面に付着させる表面処理が施された繊維コードによって形成されていることを特徴とするホース。
2. 前記表面処理による前記繊維コードに対する前記ＲＦＬ液の付着量が、前記繊維コードの質量の２％以上である請求項１に記載のホース。
3. 前記繊維層と前記内面層との接着力、前記繊維層の外周面に積層された前記層間ゴム層と前記繊維層との接着力がそれぞれ、２．５ｋＮ／ｍ以上である請求項１または２に記載のホース。
4. 前記繊維層と前記内面層との接着力、前記繊維層の外周面に積層された前記層間ゴム層と前記繊維層との接着力がそれぞれ、３．５ｋＮ／ｍ以上である請求項３に記載のホース。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のホースの使用方法であって、
   前記ホースの長手方向端部の少なくとも一方が、移動する可動部分に取り付けられて使用されるホースの使用方法。
6. 前記可動部分の移動によって前記ホースが繰り返し屈曲される請求項５に記載のホースの使用方法。

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