JP2022115307A

JP2022115307A - ホース用金属ワイヤの仕様決定方法およびホース

Info

Publication number: JP2022115307A
Application number: JP2021011842A
Authority: JP
Inventors: 亮太郎末藤; Ryotaro Suefuji
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-08-09
Also published as: CN114811207A; CN114811207B

Abstract

【課題】ホースの耐圧耐久性を効果的に向上させる適切な仕様の金属ワイヤを簡便に選定できる方法及び適切な仕様の金属ワイヤからなる補強層を備えたホースを提供する。【解決手段】ホース１の内面層２と外面層５との間に介在するスパイラル構造の補強層３を形成する金属ワイヤ４の最大引張応力Ｔｘに対する０．２％耐力Ｔａの比率Ｔａ／Ｔｘと、ホース１に対して所定内圧の条件下で繰り返し内圧を与える耐圧耐久試験の結果とに基づいて、耐圧耐久試験の結果が予め設定されている目標値を満足する比率Ｔａ／Ｔｘの適切範囲Ｒを把握し、その把握した適切範囲Ｒである０．８５以上０．９９以下の比率Ｔａ／Ｔｘを有する仕様の金属ワイヤ４を、ホース１の補強層３を形成する部材として選定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホース用金属ワイヤの仕様決定方法およびホースに関し、さらに詳しくは、ホースの耐圧耐久性をより効果的に向上させる適切な仕様の金属ワイヤを簡便に選定できるホース用金属ワイヤの仕様決定方法および適切な仕様の金属ワイヤにより形成されている補強層を備えたホース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、例えば金属ワイヤ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。ホースの耐圧耐久性を評価するには、ホースに対して所定の内圧を繰り返し負荷する耐圧耐久試験（インパルス試験）が行われている（例えば、特許文献１の段落００２２～００２６を参照）。

一方、補強層を形成する金属ワイヤに対しては疲労試験を実施して、金属ワイヤ単体の引張耐久性の程度を把握している。そして、例えば、ホースの使用条件下で金属ワイヤに作用する引張力を想定して、十分な引張耐久性を有する金属ワイヤが選定される。そして、選定された金属ワイヤにより形成された補強層を備えたホースに対して、インパルス試験を実施してホースが目標とする耐圧耐久性を有しているか否かが確認される。金属ワイヤ単体の疲労試験には相応の時間と手間を要するため、ホースの耐圧耐久性を効果的に向上させることができる適切な仕様の金属ワイヤを簡便に選定するには改善の余地がある。

特開２００４－０６０７４７号公報

本発明の目的は、ホースの耐圧耐久性をより効果的に向上させる適切な仕様の金属ワイヤを簡便に選定できるホース用金属ワイヤの仕様決定方法および適切な仕様の金属ワイヤにより形成されている補強層を備え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用金属ワイヤの仕様決定方法は、ホースの内面層と外面層との間に介在するスパイラル構造の補強層を形成する金属ワイヤの仕様を決定するホース用金属ワイヤの仕様決定方法であって、前記金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率と、前記ホースに対して所定内圧の条件下で繰り返し内圧を与える耐圧耐久試験の結果とに基づいて、前記耐圧耐久試験の結果が予め設定されている目標値を満足する前記比率の適切範囲を把握し、その把握した前記適切範囲の前記比率を有する仕様の金属ワイヤを前記ホースの前記補強層を形成する部材として選定することを特徴とする。

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介在して、金属ワイヤで形成されているスパイラル構造の補強層とを備えたホースにおいて、前記金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率が０．８５以上０．９９以下であることを特徴とする。

本発明のホース用金属ワイヤの仕様決定方法によれば、金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率を利用する。この比率は、ホースの耐圧耐久性の程度に密接に関係するので、ホースの耐圧耐久性をより効果的に向上させる適切な仕様の金属ワイヤを、この比率に基づいて選定することが可能になる。しかもこの比率は、金属ワイヤ単体の引張試験を行うことで取得できるので、金属ワイヤ単体の疲労試験が不要になり、適切な仕様の金属ワイヤを簡便に選定することが可能になる。

本発明のホースによれば、前記比率が０．８５以上０．９９以下の仕様の金属ワイヤによって補強層が形成されているので、ホースの耐圧耐久性をより効果的に向上させ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の金属ワイヤの引張応力と引張ひずみとの関係を例示するグラフ図である。金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率と、ホースの耐圧耐久性試験の結果との関係を模式的に例示するグラフ図である。図４に例示する関係を実測値で示すグラフ図である。

以下、本発明のホース用金属ワイヤの仕様決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に例示する本発明のホース１の実施形態は、いわゆる油圧ホースや車両用エアコンディショナーの冷媒を流通させるエアコン用ホースとして使用される。ホース使用圧力は例えば１５ＭＰａ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が介在している。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。

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。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、金属ワイヤ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どうしの金属ワイヤ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は同じ仕様の金属ワイヤ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。

金属ワイヤ４は複数の金属素線を撚り合わせて構成されている。金属ワイヤ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。金属ワイヤ４の線径は例えば０．２０ｍｍ以上１．００ｍｍ以下である。

金属ワイヤ４の最大引張応力Ｔｘに対する０．２％耐力Ｔａの比率Ｔａ／Ｔｘは、０．８５以上０．９９以下である。比率Ｔａ／Ｔｘは、０．９０以上０．９４以下であることがより好ましい。

最大引張応力Ｔｘはいわゆる金属ワイヤ４の引張強さであり、最大引張応力Ｔｘおよび０．２％耐力Ｔａは、ＪＩＳＺ２２４１：２０１１に規定されている金属材料引張試験方法に準拠した引張試験によって得られる値である。最大引張応力Ｔｘは、図３に例示する金属ワイヤ４の応力－ひずみ曲線Ｄによって把握される。この曲線Ｄの弾性変形域（図３の一点鎖線Ｌ１）を横軸方向に０．２％のひずみ分だけオフセットさせた一点鎖線Ｌ２と曲線Ｄとの交点での引張応力が０．２耐力Ｔａとして把握される。

この金属ワイヤ４の仕様は、本発明のホース用金属ワイヤの仕様決定方法によって決定されている。この仕様決定方法の手順の一例を説明する。

まず、候補となる種々の仕様の金属ワイヤ４に対して応力―ひずみ曲線Ｄを得るために上述した引張試験を行う。この引張試験によって、それぞれの金属ワイヤ４の最大引張応力Ｔｘおよび０．２％耐力Ｔａを把握して、比率Ｔａ／Ｔｘを算出する。

また、それぞれの金属ワイヤ４により形成されたスパイラル構造の補強層３を備えたホース１を製造し、それぞれのホース１に対して所定内圧を繰り返し負荷する耐圧耐久試験を行い、その結果を把握する。この耐圧耐久試験は、直線状に延在させたホース１の内部に液体を充填して、所定の周波数で繰り返し内圧を負荷してホース１が破損するまで行い、破損するまでに内圧を与えた回数を測定結果として把握する。例えば、１００℃程度の作動油をホース１に充填して、４２ＭＰａ×１５０％の内圧を周波数１．３３Ｈｚの台形波によって負荷する。

耐圧耐久試験でのホース１に充填する液体の種類や温度、ホース１に負荷する内圧の大きさ、周波数およびその波形の種類（台形波、三角波、ｓｉｎ波など）は、上述した条件に限定されず、ホース１の使用条件に応じて若干変更することができる。ホース１に対する要求性能として、この耐圧耐久試験の結果（耐久回数）に対しては予め目標値Ｇが設定されている。

次いで、算出した比率Ｔａ／Ｔｘと、耐圧耐久試験の結果（耐久回数）とに基づいて、目標値Ｇを満足する比率Ｔａ／Ｔｘの適切範囲Ｒを把握する。この比率Ｔａ／Ｔｘは、ホース１の耐圧耐久性の程度に密接に関係していて、図４に例示するように、ホース１の耐圧耐久性（耐久回数）を向上させるには、比率Ｔａ／Ｔｘを特定の範囲にするとよい。即ち、本願発明者は、図４に例示するように、ホース１の耐圧耐久性をピーク状態にさせる比率Ｔａ／Ｔｘの適切範囲Ｒが存在することを見出し、本発明を創作している。

図４では、耐久回数が目標値Ｇ以上になる比率Ｔａ／Ｔｘの範囲が適切範囲Ｒとなる。その把握した適切範囲Ｒの比率Ｔａ／Ｔｘを有する仕様の金属ワイヤ４をホース１の補強層３を形成する部材として選定する。尚、比率Ｔａ／Ｔｘを異ならせるには、金属ワイヤ４の線径、材質、熱処理、撚り数、構造（金属素線の数など）等のうちの１項目または複数項目を組み合わせて異ならせる（変化させる）。

したがって、この比率Ｔａ／Ｔｘを利用することで、ホース１の耐圧耐久性をより効果的に向上させる適切な仕様の金属ワイヤ４を選定することが可能になる。そして、この比率Ｔａ／Ｔｘは、金属ワイヤ４単体の引張試験を行うことで取得できる。従来のように金属ワイヤ４単体の疲労試験を行う必要がないので、簡便に適切な仕様の金属ワイヤ４を選定することができる。

図１、２に例示するような高圧ホースの一般的な構造の場合、比率Ｔａ／Ｔｘが０．８５以上０．９９以下であると、ホース１の耐圧耐久性を向上させるには有利になる。したがって、比率Ｔａ／Ｔｘが０．８５以上０．９９以下の金属ワイヤ４によって補強層３が形成されている本発明のホース１では耐圧耐久性をより効果的に向上させるには有利になっている。

ホース１の耐圧耐久性を効率的に向上させるには、比率Ｔａ／Ｔｘを０．９４以下にすることがより好ましい。同様に、比率Ｔａ／Ｔｘを０．９０以上にすることがより好ましい。比率Ｔａ／Ｔｘの適切範囲Ｒは、ホース１が既述した通常採用される高圧ホースの構造であれば、大幅に変化することは無い。

表１に示すように、金属ワイヤの仕様のみを４種類（実施例１～３、比較例）に異ならせて、図１～図２に例示する構造のホースの試験サンプルを製造した。それぞれの金属ワイヤ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４であり、それぞれの補強層での金属ワイヤの編組角度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に対して、約１００℃の作動油を内部に充填して、４２ＭＰａ×１５０％の内圧を周波数１．３３Ｈｚの台形波によって負荷する上述の耐圧耐久試験を行った。その結果は表１、図５に示すとおりである。図５は表１の結果をプロットしたグラフ図である。耐久回数の目標値Ｇは１００万回であり、実施例１では耐久回数が２００万回を超えても試験サンプルに破損が生じないため試験を途中で中止した。

表１、図５の結果から、比率Ｔａ／Ｔｘが０．９３以上０．９９以下である実施例１～３は、耐久回数の目標値を満足する耐圧耐久性を有していることが分かる。また、比率Ｔａ／Ｔｘが０．９３近傍の場合に、耐久回数がピークになると推測される。

１ホース
２内面層
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）補強層
４金属ワイヤ
５外面層
６層間ゴム層
ＣＬホース軸

Claims

ホースの内面層と外面層との間に介在するスパイラル構造の補強層を形成する金属ワイヤの仕様を決定するホース用金属ワイヤの仕様決定方法であって、
前記金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率と、前記ホースに対して所定内圧の条件下で繰り返し内圧を与える耐圧耐久試験の結果とに基づいて、前記耐圧耐久試験の結果が予め設定されている目標値を満足する前記比率の適切範囲を把握し、その把握した前記適切範囲の前記比率を有する仕様の金属ワイヤを前記ホースの前記補強層を形成する部材として選定することを特徴とするホース用金属ワイヤの仕様決定方法。
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介在して、金属ワイヤで形成されているスパイラル構造の補強層とを備えたホースにおいて、
前記金属ワイヤの最大引張応力に対する０．２％耐力の比率が０．８５以上０．９９以下であることを特徴とするホース。
前記比率が０．９４以下である請求項２に記載のホース。
前記金属ワイヤの線径が０．２０ｍｍ以上１．００ｍｍ以下であり、前記補強層の積層数が２以上８以下である請求項２または３に記載のホース。