JP2023168744A - 高圧ゴムホース - Google Patents
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Abstract
【課題】内層側補強層が径方向内方に陥没することを抑制しつつ、耐引張力を大きくすることができる高圧ゴムホースを提供する。【解決手段】高圧ゴムホース1は、内側ゴム層10と外側ゴム層20との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線41a~44aをスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線41a~44aの巻付方向を交互にした偶数層の補強層40を備える。前記補強層40は、前記内側ゴム層10側の2層以上の内層側補強層45と、前記外側ゴム層20側の2層以上の外層側補強層46と、を備え、前記内層側補強層45の前記補強線41a,42aの引張破断荷重が、前記外層側補強層46の前記補強線43a,44aの引張破断荷重より大きく、前記外層側補強層46の前記補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が、前記内層側補強層45の前記補強線41a,42aの巻付角度α(1),α(2)より小さい。【選択図】図1
Description
本発明は、高圧ゴムホースに関する。
特開2017-83000号公報には、内側ゴム層、外側ゴム層、複数の補強層と、複数の補強層のそれぞれの間に介装された中間ゴム層とを備える高圧ゴムホースが記載されている。上記の高圧ゴムホースは、補強線が螺旋状に延びる補強層をホース本体内に4層以上有する。補強層により、高圧ホースに内圧が印加されたときに耐内圧性能が向上するようになっている。
近時、高圧ゴムホースには、高い耐内圧性能を有することに加えて、より大きな引張荷重に耐えることが求められる場合がある。より大きな引張荷重に耐えるためには、複数の補強層のうち、高圧ゴムホースの径方向について外側に位置する補強層に、引張荷重を負担させることが考えられる。これにより、高圧ゴムホースの径方向について内側の補強層には高圧ゴムホース内に流通される流体の圧力を分担させ、外側の補強層には引張荷重を分担させることができるので、高い耐内圧性能と、大きな引張荷重に耐えることが期待された。
より大きな引張荷重に耐えるためには、補強線の巻付角度を小さくすることが考えられる。高圧ゴムホースに対して引張荷重が作用した場合、補強線の巻付角度は小さくなる方向に変化し、その結果、高圧ゴムホースは伸びることになる。このとき、巻付角度が大きいものほど変化しやすく、巻付角度が小さいものほど変化しにくくなっている。つまり、高圧ゴムホースに引張荷重が作用した場合、巻付角度が小さいものが引張荷重を負担し、逆に巻付角度が大きいものは変化しやすいため引張荷重が作用した場合に変化して引張荷重を負担しにくくなると考えられる。そこで、高圧ゴムホースの径方向について外側の補強層の補強線の巻付角度を小さくする構成が仮想的な構成として考えられる。
しかし、高圧ゴムホースに引張荷重が加えられると、高圧ゴムホースの径方向について外側の補強層が径方向に収縮することになる。これにより、高圧ゴムホースの径方向について内側の補強層が、外側の補強層から、径方向について内向きの力を加えられることになる。その結果、内側の補強層が径方向内方に陥没することが懸念される。内側の補強層が径方向内方に陥没すると、最も内側に位置する内側ゴム層も径方向内方に陥没するおそれがある。内側ゴム層が径方向内方に陥没すると、高圧ゴムホース内に流体を所望の流量および圧力で流通させることができなくなることが懸念される。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、内層側補強層が径方向内方に陥没することを抑制しつつ、耐引張力を大きくすることができる高圧ゴムホースを提供しようとするものである。
本発明の一態様は、
内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の2層以上の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層以上の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断荷重が、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断荷重より大きく、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度が、前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度より小さい、高圧ゴムホースにある。
内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の2層以上の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層以上の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断荷重が、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断荷重より大きく、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度が、前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度より小さい、高圧ゴムホースにある。
また、本発明の他の態様は、
内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の4層の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とは同一であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、高圧ゴムホースにある。
内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の4層の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とは同一であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、高圧ゴムホースにある。
本発明の一態様によれば、外層側補強層の補強線の巻付角度が内層側補強層の補強線の巻付角度より小さいことにより、高圧ゴムホースに加えられた引張荷重を外層側補強層によって受けることができる。
また、内層側補強層の補強線の引張破断荷重が、外層側補強層の補強線の引張破断荷重よりも大きいことにより、高圧ゴムホースに引張荷重が加えられたときに、外層側補強層が径方向内方に収縮しようとする力を、内層側補強層によって受けることができる。これにより、内層側補強層が径方向内方に陥没することが抑制される。
また、本発明の他の態様によれば、内層側補強層が4層であることにより、外層側補強層が径方向内方に収縮するときの力を、4層の内層側補強層によって分散して受けることができる。これにより、内層側補強層が径方向内方に陥没することを抑制できる。
内層側補強層の補強線の巻付角度の最小値と、外層側補強層の補強線の巻付角度の最大値との差が15°以上であることにより、高圧ゴムホースに加えられた引張荷重を、外層側補強層によって確実に受けることができる。
内層側補強層の補強線の巻付角度を50~60°とすることにより、内層側補強層の補強線の巻付角度を、いわゆる静止角度に近い角度にすることができる。これにより、高圧ゴムホースに内圧が加えられたときに、内層側補強層の補強線の巻付角度が大きく変化することを抑制できる。
外層側補強層の補強線の巻付角度を20~40°とすることにより、高圧ゴムホースに加えられた引張荷重を、外層側補強層で確実に受けることができる。これにより、高圧ゴムホースの耐引張力を大きくすることができる。
以上のように、内層側補強層が径方向内方に陥没することを抑制しつつ、高圧ゴムホースの耐引張力を大きくすることができる。
(実施形態1)
1.高圧ゴムホース1の適用対象
高圧ゴムホース1は、建設機械、土木機械、産業機械、車両・船舶等にて高圧の流体を流通させるために使用されるホース、または、建設工事もしくは土木工事において用いられる器具に取付けられて高圧の流体を流通させるために使用されるホースである。高圧ゴムホース1は、ゴムを主成分として、高い耐内圧性能を発揮するために複数の補強層40を備える。
1.高圧ゴムホース1の適用対象
高圧ゴムホース1は、建設機械、土木機械、産業機械、車両・船舶等にて高圧の流体を流通させるために使用されるホース、または、建設工事もしくは土木工事において用いられる器具に取付けられて高圧の流体を流通させるために使用されるホースである。高圧ゴムホース1は、ゴムを主成分として、高い耐内圧性能を発揮するために複数の補強層40を備える。
例えば、河川工事現場等の建設工事または土木工事において用いられる高圧ゴムホース1には、高い耐内圧性能を有することに加えて、より大きな引張荷重に耐えることが求められる場合がある。建設工事または土木工事においては、土砂崩壊防止のために用いられる鋼矢板に高圧ゴムホース1を取付け、この高圧ゴムホース1から高圧水を噴射することにより、土砂との抵抗を低減させつつ鋼矢板を土砂に圧入する作業が行われる場合がある。鋼矢板の圧入作業が終了すると、高圧ゴムホース1は、鋼矢板との接合部が破壊された後、土砂中から引抜かれて回収される。高圧ゴムホース1が土砂中から引抜かれるとき、高圧ゴムホース1には大きな引張荷重が加えられる。
従って、高圧ゴムホース1は、高い耐内圧性能を有すると共に、大きな引張荷重に耐えうることが求められる。そして、本形態における高圧ゴムホース1は、これらの機能を発揮することができるホースである。
2.高圧ゴムホース1の構成
高圧ゴムホース1の構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、高圧ゴムホース1は、最内面に、内側ゴム層10を備える。内側ゴム層10は、ゴム材料により筒状に形成されている。内側ゴム層10は、押出装置によって筒状に形成してもよいし、ゴムシートを巻くことによって筒状に形成してもよい。例えば、内側ゴム層10は、ゴムシートをスパイラル状に巻き付けることによって筒状に形成されるようにしてもよいし、長手方向に延びるゴムシートの長尺な側縁同士を突き合わせるようにして筒状に形成されるようにしてもよい。
高圧ゴムホース1の構成について、図1を参照して説明する。図1に示すように、高圧ゴムホース1は、最内面に、内側ゴム層10を備える。内側ゴム層10は、ゴム材料により筒状に形成されている。内側ゴム層10は、押出装置によって筒状に形成してもよいし、ゴムシートを巻くことによって筒状に形成してもよい。例えば、内側ゴム層10は、ゴムシートをスパイラル状に巻き付けることによって筒状に形成されるようにしてもよいし、長手方向に延びるゴムシートの長尺な側縁同士を突き合わせるようにして筒状に形成されるようにしてもよい。
内側ゴム層10に適用されるゴム材料は、例えば、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM)、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合ゴム(EPDM)、ブチルゴム(IIR)、塩素化ブチルゴム(Cl-IIR)、臭素化ブチルゴム(Br-IIR)、ヒドリンゴム(CHR、CHC)、アクリルゴム(ACM)、クロロプレンゴム(CR)等である。
高圧ゴムホース1は、最外面に、外側ゴム層20を備える。外側ゴム層20は、ゴム材料により筒状に形成されている。外側ゴム層20は、押出装置により筒状に形成される。ただし、外側ゴム層20は、ゴムシートを巻き付けることによって筒状に形成されるようにしてもよい。例えば、外側ゴム層20は、ゴムシートをスパイラル状に巻き付けることによって筒状に形成されるようにしてもよいし、長手方向に延びるゴムシートの長尺な側縁同士を突き合わせるようにして筒状に形成されるようにしてもよい。外側ゴム層20に適用されるゴム材料は、内側ゴム層10にて記載したゴム材料を適用できる。なお、内側ゴム層10と外側ゴム層20は、同種の材料を適用してもよいし、異種材料を適用してもよい。
高圧ゴムホース1は、さらに、内側ゴム層10の外周面に、繊維層30を備える。繊維層30は、内側ゴム層10の径方向外方への変形を規制する機能を有する。繊維層30は、例えば、樹脂により格子状に編み込まれた繊維シートによって筒状に形成されている。繊維層30は、帯状の繊維シートを内側ゴム層10の外周面に巻き付けることにより筒状に形成されてもよいし、また、樹脂の繊維を内側ゴム層10の外周面に格子状に編み込むことにより形成されてもよい。繊維層30に適用される樹脂材料は、例えば、ビニロン(ポリビニルアルコール)、ポリアミド(ナイロン)、アラミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)等である。なお、本形態においては、高圧ゴムホース1は、繊維層30を有するが、繊維層30を有しない構成としてもよい。
高圧ゴムホース1は、さらに、偶数層の補強層40を備える。本形態においては、高圧ゴムホース1は、4層の補強層41,42,43,44を有する。ただし、高圧ゴムホース1は、2層の補強層40のみを有するようにしてもよいし、6層以上の偶数層の補強層40を有するようにしてもよい。
偶数層の補強層40は、内側ゴム層10と外側ゴム層20との間に設けられている。偶数層の補強層41,42,43,44のそれぞれは、複数本の補強線41a,42a,43a,44aをスパイラル状に巻き付けられている。以下において、各補強層40の階層番号は、最内層の補強層41を階層1とし、内側ゴム層10側から外側ゴム層20側に順に昇順とする。つまり、補強層42は階層2であり、補強層43は階層3であり、補強層44は階層4である。なお、以下において、適宜、一般化した補強層40の階層nを用いる。
さらに、偶数層の補強層41,42,43,44において、補強線41a,42a,43a,44aの巻付方向は、内側ゴム層10側から外側ゴム層20側に向かって交互にされている。図1においては、階層1,3の補強層41,43の補強線41a,43aは、左ネジ方向であり、階層2,4の補強層42,44の補強線42a,44aは、右ネジ方向である。高圧ゴムホース1は、偶数層の補強層40を有するため、左ネジ方向の補強層41,43と右ネジ方向の補強層42,44とが同数となる。なお、階層1,3の補強層41,43の補強線41a,43aを右ネジ方向とし、階層2,4の補強層42,44の補強線42a,44aを左ネジ方向としてもよい。補強線41a,42a,43a,44aには、高い耐引張性能を有する材料であって、例えば、金属が適用される。金属としては、例えば、銅線、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線等が適用される。
高圧ゴムホース1の径方向について相対的に内側に位置する階層1の補強層41および階層2の補強層42は内層側補強層45とされる。また、高圧ゴムホース1の径方向について相対的に外側に位置する階層3の補強層43および階層4の補強層44は外層側補強層46とされる。換言すると、複数の補強層41~44のうち、内側ゴム層10側の補強層41,42が内層側補強層45とされ、外側ゴム層20側の補強層43,44が外層側補強層46とされる。なお、高圧ゴムホース1が6層以上の補強層を有する場合には、例えば、補強層は、4層以上の内層側補強層45と、2層の外層側補強層46と、を有する構成としてもよい。
高圧ゴムホース1は、さらに、中間ゴム層50を備える。中間ゴム層50は、偶数層の補強層40のそれぞれの間に配置されると共に、繊維層30と最内層の補強層41との間に配置される。従って、隣接する2つの補強層40の間には、必ず中間ゴム層50が介在している。
本形態において、中間ゴム層51が、繊維層30と階層1の補強層41との間に配置されている。中間ゴム層52が、階層1,2の補強層41,42の間に配置されている。中間ゴム層53が、階層2,3の補強層42,43の間に配置されている。中間ゴム層54が、階層3,4の補強層43,44の間に配置されている。
中間ゴム層50は、ゴム材料により筒状に形成されている。中間ゴム層50は、ゴムシートを巻き付けることによって筒状に形成される。例えば、中間ゴム層50は、ゴムシートをスパイラル状に巻き付けることによって筒状に形成されるようにしてもよいし、長手方向に延びるゴムシートの長尺な側縁同士を突き合わせるようにして筒状に形成されるようにしてもよい。また、中間ゴム層50は、押出装置によって筒状に形成することもできる。中間ゴム層50に適用されるゴム材料は、内側ゴム層10にて記載したゴム材料を適用できる。なお、中間ゴム層50は、内側ゴム層10と同種の材料を適用してもよいし、異種材料を適用してもよい。
3.補強線41a~44aの詳細構成
補強線41a~44aは、上述したように、スパイラル状に巻き付けられている。補強線41a~44aの詳細構成について図1および図2を参照して説明する。まず、補強線41a~44aの巻付角度αと、補強線41a~44aの引張破断荷重について説明する。
補強線41a~44aは、上述したように、スパイラル状に巻き付けられている。補強線41a~44aの詳細構成について図1および図2を参照して説明する。まず、補強線41a~44aの巻付角度αと、補強線41a~44aの引張破断荷重について説明する。
図2に示すように、補強線41a~44aの巻付角度αは、高圧ゴムホース1の中心線に平行な線と補強線41a~44aとのなす角のうち鋭角のものである。図1に示すように、高圧ゴムホースに負荷が加えられていない状態における、階層1の補強線41aの巻付角度αをα(1)、階層2の補強線42aの巻付角度αをα(2)、階層3の補強線43aの巻付角度αをα(3)、階層4の補強線44aの巻付角度αをα(4)とする。ここで、階層nの補強線の巻付角度αはα(n)とする。
本形態においては、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さい。また、本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41aおよび補強線42aの引張破断荷重は、外層側補強層46を構成する補強線43aおよび補強線44aの引張破断荷重より大きい。
高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられると、高圧ゴムホース1の補強線41a~44aの巻付角度αは小さくなるように変化する。この結果、高圧ゴムホース1は軸方向に延びるとともに、径方向に縮径する。このとき、巻付角度αが大きいものほど変形しやすく、巻付角度αが小さいほど変形しにくくなる。つまり、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが小さい補強層40が引張荷重を受けやすくなる。本形態によれば、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さいので、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが相対的に小さな補強線43aおよび44aを有する外層側補強層46が、引張荷重を受ける。
高圧ゴムホース1に加えられた引張荷重が外層側補強層46によって受けられる結果、外層側補強層46は高圧ゴムホース1の径方向内方に縮径する。本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41aおよび補強線42aの引張破断荷重は、外層側補強層46を構成する補強線43aおよび補強線44aの引張破断荷重より大きいので、外層側補強層46が縮径する力は、内層側補強層45によって受けられる。これにより、内層側補強層45が径方向内方に陥没することを抑制しつつ、高圧ゴムホース1の耐引張力を大きくすることができる。
このように、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)が、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さい構成と、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断荷重が、外層側補強層46の補強線43a,44aの引張破断荷重より大きい構成とは、内層側補強層45が径方向内方に陥没することを抑制しつつ、高圧ゴムホース1の耐引張力を大きくすることができるという効果を得るために必須の構成である。
次に、外層側補強層46の巻付角度αについて説明する。外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、20~40°が好ましく、30~38°がより好ましく、34~36°が特に好ましい。
外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が40°よりも小さいことにより、外層側補強層46に引張荷重が加えられたときに、外層側補強層46が変形しにくくなるため、外層側補強層46によって引張荷重を受けやすくなるので好ましい。外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が20°よりも小さいと、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下することにより、高圧ゴムホース1の取回し性能が悪化する。そこで、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が20°よりも大きいことにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下することを抑制でき、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上するので好ましい。
外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が38°よりも小さいことにより、外層側補強層46に引張荷重が加えられたときに、外層側補強層46によって引張荷重を一層受けやすくなるのでより好ましい。外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が30°よりも大きいことにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下することを一層抑制でき、高圧ゴムホース1の取回し性能が一層向上するのでより好ましい。
外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が34~36°であることにより、外層側補強層46に引張荷重が加えられたときに、外層側補強層46によって引張荷重をさらに受けやすくなるとともに、高圧ゴムホース1の取回し性能がさらに向上するので特に好ましい。
続いて、内層側補強層45を構成する補強線41a,42aの巻付角度α(1),α(2)と、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)について説明する。本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)の最小値と、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)の最大値との差は15°以上である。これにより、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、外層側補強層46により、確実に引張荷重を受けることができる。
一方、補強線41a~44aによって補強された高圧ゴムホース1においては、54.7°という巻付角度αは静止角度とされる。静止角度とは、高圧ゴムホース1に内圧が生じる時に補強層40が高圧ゴムホース1の軸方向と径方向に均等に圧力を分担する角度である。そして、高圧ゴムホース1に内圧が生じると、巻付角度αが静止角度54.7°よりも大きい場合にも小さい場合にも、高圧ゴムホース1全体としてはそれぞれの補強層40を構成する補強線41a~44aの巻付角度αが静止角度に近づく方向に変形するように作用する。
本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)は50~60°である。これにより、高圧ゴムホース1に流体が流通されたときに、内層側補強層45の変形量を小さくすることができる。
なお、本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)は静止角度よりも小さく、補強線42aの巻付角度α(2)は静止角度よりも大きい。これにより、高圧ゴムホース1に流体が流通されたときに、階層1の補強層41は拡径し、階層2の補強層42は縮径する。これにより、拡径する階層1の補強層41を、縮径する階層2の補強層42によって、高圧ゴムホース1の径方向外側から支えることができる。
このように、本形態においては、外層側補強層46によって高圧ゴムホース1に加えられた引張荷重を受けるようになっており、内層側補強層45によって高圧ゴムホース1に流通される流体の圧力を受けるようになっている。つまり、本形態の高圧ゴムホース1においては、外層側補強層46が引張荷重に係る機能を分担し、内層側補強層45が耐内圧性能に係る機能を分担することにより、外層側補強層46と内層側補強層45の機能が分離されている。
なお、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられると、スパイラル状に巻き付けられた補強線41a~44aは高圧ゴムホース1の径方向内方に縮径する。このとき、巻付角度αが大きいほど、縮径の程度が大きくなる。外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が大きくなると、外層側補強層46が径方向内方に縮径しやすくなるため、外層側補強層46からの力を受けて内層側補強層45が径方向内方に陥没しやすくなる。しかしながら、本形態においては、内層側補強層45を構成する補強線41a,42aの引張破断荷重は、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの引張破断荷重よりも大きいので、内層側補強層45が内方に陥没すること抑制されるようになっている。
上記のように、本形態の高圧ゴムホース1においては、高圧ゴムホース1に加えられる引張荷重を、屈曲性を有する範囲で外層側補強層46が受け、高圧ゴムホース1に流通される流体の圧力を内層側補強層45が受けることにより、外層側補強層46と内層側補強層45との間で機能分離されている。さらに、高圧ゴムホース1に加えられた引張荷重を外層側補強層46が受ける際に、外層側補強層46が高圧ゴムホース1の径方向内方に縮径しようとした場合でも、内層側補強層45を構成する補強線41a,42aの引張破断荷重が大きくされることにより、内層側補強層45が外層側補強層46を支持可能になっており、内層側補強層45が陥没することが抑制されるようになっている。
このように本形態の高圧ゴムホース1は、内層側補強層45と外層側補強層46とが互いに機能分離するとともに、内層側補強層45が外層側補強層46を支持することにより、高い屈曲性を有し、高い引張荷重に耐え、高い耐内圧性能を有する。
上記した巻付角度α(n)に係る数値は、巻付角度α(n)の設計値を意味し、製造によるバラツキを含む意味である。例えば、製造によるバラツキは、±1°以内である。
続いて、内層側補強層45の補強線41a,42aと、外層側補強層46の補強線43a,44aとの関係について説明する。本形態によれば、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断強度と、外層側補強層46の補強線43a,44aの引張破断強度とが同一であって、内層側補強層45の補強線41a,42aの直径が外層側補強層46の補強線43a,44aの直径よりも大きい。このように、内層側補強層45の補強線41a,42aの直径を、外層側補強層46の補強線43a,44aよりも大きくするという簡易な手法により、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断荷重を、外層側補強層46の補強線43a,44aの引張破断荷重より大きくすることができる。これにより、高圧ゴムホース1の製造コストが上昇することを抑制できる。
次に、補強線41a~44aの巻付ピッチPについて図2を参照して説明する。図2に示すように、補強線41a~44aの巻付ピッチPとは、スパイラル状の補強線41a~44aの軸方向の間隔である。階層1の補強線41aの巻付ピッチPをP(1)、階層2の補強線42aの巻付ピッチPをP(2)、階層3の補強線43aの巻付ピッチPをP(3)、階層4の補強線44aの巻付ピッチPをP(4)とする。ここで、階層nの補強線の巻付ピッチPはP(n)とする。
本形態においては、外層側補強層46を構成する補強線43aのピッチP(3)および補強線44aのピッチP(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aのピッチP(1)および補強線42aのピッチP(2)よりも大きい。
ここで、各階層nの巻付ピッチP(n)と、巻付角度α(n)の関係について説明する。仮に、各階層nの巻付角度α(n)が同一である場合には、各階層nの巻付ピッチP(n)は、各階層nの補強層40の巻付径に依存して、高圧ゴムホース1の径方向について内側から外側に順に大きくなる。一方、巻付径が同一である場合には、巻付ピッチP(n)は、巻付角度α(n)が小さい方が大きくなる。本形態においては、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さくなっており、さらに、各階層nの補強層40の巻付径は、高圧ゴムホース1の径方向について内側から外側に順に大きくなっている。これにより、外層側補強層46を構成する補強線43aのピッチP(3)および補強線44aのピッチP(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aのピッチP(1)および補強線42aのピッチP(2)よりも大きくなっている。
次に、補強線41a~44aの巻付密度ρ(1)~ρ(4)について、説明する。本明細書においては、階層(n)の巻付密度ρ(n)は、階層(n)の中間ゴム層51~54の面積に対する、階層(n)の補強線41a~44aの面積の百分率と定義される。中間ゴム層51~54に巻き付けられた補強線41a~44a同士の隙間がゼロの場合は、巻付密度ρは100%になる。
巻付密度ρが大きくなると、補強層40の剛性が向上するが、補強層40の屈曲性は低下する。逆に巻付密度ρが小さくなると、補強層40の剛性は低下するが、補強層40の屈曲性は向上する。
本形態においては、内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付密度ρ(1),ρ(2)は、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの巻付密度ρ(3),ρ(4)よりも大きい。これにより、高圧ゴムホース1に高圧の流体が流通された場合でも、剛性が向上した内層側補強層45により流体の圧力を受けることができる。また、外層側補強層46の屈曲性が向上するので、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上する。
内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付密度ρ(1),ρ(2)は、90%以上100%以下が好ましく、94%以上99.6%以下がより好ましく、98%以上98.4%以下が特に好ましい。
巻付密度ρ(1),ρ(2)が90%以上であることにより、内層側補強層45の剛性が向上するので、高圧ゴムホース1の耐内圧性能が向上する。また、巻付密度ρ(1),ρ(2)が100%以下であることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が向上するので、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上する。
内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付密度ρ(1),ρ(2)が94%以上であることにより、内層側補強層45の剛性がより一層向上するので、高圧ゴムホース1の耐内圧性能が向上する。また、内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付密度ρ(1),ρ(2)が99.6%以下であることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が一層向上するので、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上する。
内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付密度ρ(1),ρ(2)が98%以上98.4%以下であることにより、高圧ゴムホース1の耐内圧性能がより一層向上するとともに、高圧ゴムホース1の取回し性能がより一層向上するので、特に好ましい。
また、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付密度ρ(3),ρ(4)は、60%以上90%以下が好ましく、70%以上85%以下がより好ましく、78%以上82%以下が特に好ましい。
巻付密度ρ(3),ρ(4)が60%以上であることにより、外層側補強層46の剛性が向上するので、高圧ゴムホース1の引張破断荷重を大きくすることができる。また、巻付密度ρ(3),ρ(4)が90%以下であることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が向上するので、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上する。
外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付密度ρ(3),ρ(4)が70%以上であることにより、外層側補強層46の剛性が向上するので、高圧ゴムホース1の耐引張力をより一層大きくすることができる。また、巻付密度ρ(3),ρ(4)が85%以下であることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が向上するので、高圧ゴムホース1の取回し性能が向上する。
外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付密度が78%以上82%以下であることにより、高圧ゴムホース1の耐引張力がより一層大きくなるとともに、高圧ゴムホース1の取回し性能がより一層向上するので、特に好ましい。
4.試験例
続いて、本形態の高圧ゴムホース1について行われた試験結果について図3~図5を参照して説明する。表1に、評価試験が実施された高圧ゴムホース1を構成する部材の寸法をまとめた。なお、引張試験は、引張速度25mm/minで行われた。
続いて、本形態の高圧ゴムホース1について行われた試験結果について図3~図5を参照して説明する。表1に、評価試験が実施された高圧ゴムホース1を構成する部材の寸法をまとめた。なお、引張試験は、引張速度25mm/minで行われた。
表1において、1S~4Sは階層1~4の補強層41~44を表す。本形態に係る高圧ゴムホース1は、建設・土木工事現場で繰返し使用されるため、復帰変形可能な領域での使用が望まれる。そこで、図3においては、伸び率が8%以内の範囲内での最大引張荷重を指標とし試験例1~6を比較した。本明細書においては、試験例1が実施例であり、試験例2~6が比較例である。
<試験例1>
試験例1の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10の内径寸法は31.8mmであり、内側ゴム層10の肉厚は1.3mmであった。内側ゴム層10と階層1の補強層41との間の中間ゴム層50の肉厚は0.35mmであった。
試験例1の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10の内径寸法は31.8mmであり、内側ゴム層10の肉厚は1.3mmであった。内側ゴム層10と階層1の補強層41との間の中間ゴム層50の肉厚は0.35mmであった。
階層1の補強層41においては、巻付密度ρ(1)は98.4%であり、補強線41aの直径は0.8mmであり、補強線41aのピッチP(1)は83.9mmであり、補強線41aの巻付角度α(1)は54.1°であった。階層1の補強層41と、階層2の補強層42との間の中間ゴム層52の肉厚は0.35mmであった。階層2の補強層42においては、巻付密度ρ(2)は98.1%であり、補強線42aの直径は0.8mmであり、補強線42aのピッチP(2)は84.9mmであり、補強線42aの巻付角度α(2)は55.2°であった。階層2の補強層42と、階層3の補強層43との間の中間ゴム層52の肉厚は0.35mmであった。
階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.2%であり、補強線43aの直径は0.6mmであり、補強線43aのピッチP(3)は177.5mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は35.7°であった。階層3の補強層43と、階層4の補強層44との間の中間ゴム層53の肉厚は0.35mmであった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は79.8%であり、補強線44aの直径は0.6mmであり、補強線44aのピッチP(4)は191.2mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は34.8°であった。
外側ゴム層20の肉厚は1.4mmであった。高圧ゴムホース1の外形寸法は45.1mmであった。
<試験例2>
試験例2に係る高圧ゴムホース1の階層1の補強層41においては、巻付密度ρ(1)は99.6%であり、補強線41aの直径は0.6mmであり、補強線41aのピッチP(1)は84.5mmであり、補強線41aの巻付角度α(1)は54.1°であった。階層2の補強層42においては、巻付密度ρ(2)は98.2%であり、補強線42aの直径は0.6mmであり、補強線42aのピッチP(2)は84.5mmであった。
試験例2に係る高圧ゴムホース1の階層1の補強層41においては、巻付密度ρ(1)は99.6%であり、補強線41aの直径は0.6mmであり、補強線41aのピッチP(1)は84.5mmであり、補強線41aの巻付角度α(1)は54.1°であった。階層2の補強層42においては、巻付密度ρ(2)は98.2%であり、補強線42aの直径は0.6mmであり、補強線42aのピッチP(2)は84.5mmであった。
階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.7%であり、補強線43aのピッチP(3)は106.7mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は49.8°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は79.7%であり、補強線44aのピッチP(4)は107.2mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は50.7°であった。
高圧ゴムホース1の外形寸法は44.5mmであった。上記以外の構成については試験例1と同一なので説明を省略する。
<試験例3>
試験例3に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は80.3%であり、補強線43aのピッチP(3)は151.6mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は39.8°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.2%であり、補強線44aのピッチP(4)は152.3mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は40.7°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
試験例3に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は80.3%であり、補強線43aのピッチP(3)は151.6mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は39.8°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.2%であり、補強線44aのピッチP(4)は152.3mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は40.7°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
<試験例4>
試験例4に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.9%であり、補強線43aのピッチP(3)は182.0mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は34.8°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.2%であり、補強線44aのピッチP(4)は182.0mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は35.7°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
試験例4に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.9%であり、補強線43aのピッチP(3)は182.0mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は34.8°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.2%であり、補強線44aのピッチP(4)は182.0mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は35.7°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
<試験例5>
試験例5に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.7%であり、補強線43aのピッチP(3)は212.7mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は30.7°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)=は80.4%であり、補強線44aのピッチP(4)は228.8mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は29.8°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
試験例5に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.7%であり、補強線43aのピッチP(3)は212.7mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は30.7°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)=は80.4%であり、補強線44aのピッチP(4)は228.8mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は29.8°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
<試験例6>
試験例6に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.9%であり、補強線43aのピッチP(3)は262.4mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は25.7°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.0%であり、補強線44aのピッチP(4)は283.5mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は24.8°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
試験例6に係る高圧ゴムホース1の階層3の補強層43においては、巻付密度ρ(3)は79.9%であり、補強線43aのピッチP(3)は262.4mmであり、補強線43aの巻付角度α(3)は25.7°であった。階層4の補強層44においては、巻付密度ρ(4)は80.0%であり、補強線44aのピッチP(4)は283.5mmであり、補強線44aの巻付角度α(4)は24.8°であった。上記以外の構成については試験例2と同一なので説明を省略する。
図3には、試験例1~6につき、伸び率が8%以内において、最大引張荷重が記録されるまでのグラフを示した。各グラフに付した番号は、それぞれ、試験例1~6に対応する。以下に結果について説明する。
<試験例1>
試験例1の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約6%のときに破断した。
試験例1の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約6%のときに破断した。
図4には、試験例1の高圧ゴムホース1が破断した状態の断面図を模式的に示す。内側ゴム層10および繊維層30は同一のハッチングで示されている。内側ゴム層10および繊維層30の外側には、内層側補強層45および中間ゴム層51,52が配置されている。内層側補強層45と中間ゴム層51,52とは同一のハッチングで示されている。内層側補強層45と中間ゴム層51,52の外側には、外層側補強層46および中間ゴム層53,54が配置されている。外層側補強層46と中間ゴム層53,54とは同一のハッチングで示されている。外層側補強層46と中間ゴム層53,54の外側には外側ゴム層20が配置されている。
試験例1の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52、外層側補強層46および中間ゴム層53,54、ならびに外側ゴム層20は、断面形状が概ね円形状を保っていた。つまり、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されていた。
試験例1においては、内層側補強層45の補強線41a,42aの巻付角度α(1),α(2)の最小値は54.1°であり、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)の最大値は35.7°であり、両者の差は18.4°であった。これにより、内層側補強層45の耐内圧性能という機能と、外層側補強層46の耐引張性能という機能とが明確に分離される。
試験例1の高圧ゴムホース1については、高圧ゴムホース1の両端を互いに接近させるように人力で屈曲させることが可能であった。試験例1においては、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)は35.7°であり、補強線44aの巻付角度α(4)は34.8°と、比較的に大きい。これにより高圧ゴムホース1は屈曲性を有する。一方、巻付角度α(3),α(4)が大きくなることにより、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられると外層側補強層46は径方向内方に縮径しやすい。しかし、試験例1においては、内層側補強層45を構成する補強線41a,42aの直径が、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの直径よりも大きな構成を有するので、外層側補強層46が径方向内方に縮径しても内層側補強層45により支持することができる。これにより、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されたと考えられる。
<試験例2>
試験例2の高圧ゴムホース1は、伸び率が8%よりも大きな時点で破断した。しかし、試験例2の高圧ゴムホース1については、伸び率が8%以内における引張荷重は、試験例1の高圧ゴムホース1の引張荷重よりも非常に小さかった。
試験例2の高圧ゴムホース1は、伸び率が8%よりも大きな時点で破断した。しかし、試験例2の高圧ゴムホース1については、伸び率が8%以内における引張荷重は、試験例1の高圧ゴムホース1の引張荷重よりも非常に小さかった。
図5には、試験例2の高圧ゴムホース1が破断した状態の断面図を模式的に示す。試験例2の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52は、高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没している。これは、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられたときに、外層側補強層46によって引張荷重が受けられ、これにより外層側補強層46が径方向内方に縮径し、この外層側補強層46が縮径した力に内層側補強層45が耐えることができなかったためと考えられる。内層側補強層45が径方向内方に陥没したことにより、内側ゴム層10も径方向内方に陥没した。これにより、高圧ゴムホース1に所望の圧力および流量の流体を流通させることができなくなった。
試験例2の高圧ゴムホース1については、高圧ゴムホース1の両端を互いに接近させるように人力で屈曲させることが可能であった。これは、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が、49.8°および50.7°と比較的に大きいためと考えられる。しかしながら、巻付角度α(3),α(4)が比較的に大きな角度であったことにより、外層側補強層46の縮径量が大きくなったために、内層側補強層45が外層側補強層46の径方向内方への縮径量に耐えられず、径方向内方に陥没したと考えられる。
<試験例3>
試験例3の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3.6%までは直線的に引張荷重が増加したが、伸び率が約3.6%に達したときに、引張荷重が低下した。図3には、伸び率が約3.6%の時点までの引張荷重を示した。伸び率が約3.6%の時点までの引張荷重は、試験例1の引張破断荷重の約40%だった。試験例3の高圧ゴムホース1については、伸び率が約3.6%に達したときに、内層側補強層45が径方向内方に陥没していた(図5参照)。内層側補強層45が径方向内方に陥没したことにより、外層側補強層46が縮径する力を受けることができなくなったために、引張荷重が低下したと考えられる。
試験例3の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3.6%までは直線的に引張荷重が増加したが、伸び率が約3.6%に達したときに、引張荷重が低下した。図3には、伸び率が約3.6%の時点までの引張荷重を示した。伸び率が約3.6%の時点までの引張荷重は、試験例1の引張破断荷重の約40%だった。試験例3の高圧ゴムホース1については、伸び率が約3.6%に達したときに、内層側補強層45が径方向内方に陥没していた(図5参照)。内層側補強層45が径方向内方に陥没したことにより、外層側補強層46が縮径する力を受けることができなくなったために、引張荷重が低下したと考えられる。
試験例3の高圧ゴムホース1については、高圧ゴムホース1の両端を互いに接近させるように人力で屈曲させることが可能であった。これは、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が、39.8°および40.7°と比較的に大きな角度となっているためと考えられる。しかしながら、巻付角度α(3),α(4)が比較的に大きな角度であったことにより、外層側補強層46の縮径量が大きくなったために、内層側補強層45が外層側補強層46の径方向内方への縮径量に耐えられず、径方向内方に陥没したと考えられる。
<試験例4>
試験例4の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3.5%までは直線的に引張荷重が増加したが、伸び率が約3.5%に達したときに、引張荷重が低下した。図3には、伸び率が約3.5%の時点までの引張荷重を示した。伸び率が約3.5%の時点までの引張荷重は、試験例1の引張破断荷重の約60%だった。試験例4の高圧ゴムホース1についても、伸び率が約3.5%に達したときに、内層側補強層45が径方向内方に陥没していた(図5参照)。内層側補強層45が径方向内方に陥没したことにより、外層側補強層46が縮径する力を受けることができなくなったために、引張荷重が低下したと考えられる。
試験例4の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3.5%までは直線的に引張荷重が増加したが、伸び率が約3.5%に達したときに、引張荷重が低下した。図3には、伸び率が約3.5%の時点までの引張荷重を示した。伸び率が約3.5%の時点までの引張荷重は、試験例1の引張破断荷重の約60%だった。試験例4の高圧ゴムホース1についても、伸び率が約3.5%に達したときに、内層側補強層45が径方向内方に陥没していた(図5参照)。内層側補強層45が径方向内方に陥没したことにより、外層側補強層46が縮径する力を受けることができなくなったために、引張荷重が低下したと考えられる。
試験例4の高圧ゴムホース1については、高圧ゴムホース1の両端を互いに接近させるように人力で屈曲させることが可能であった。これは、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)が、34.8°および35.7°と比較的に大きな角度であったことにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下したためと考えられる。しかしながら、巻付角度α(3),α(4)が比較的に大きな角度となっていることにより、外層側補強層46の縮径量が大きくなったために、内層側補強層45が外層側補強層46の径方向内方への縮径量に耐えられず、径方向内方に陥没したと考えられる。
<試験例5>
試験例5の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約6%のときに破断した。試験例5の引張破断荷重は、試験例1の引張破断荷重の約1.1倍であった。試験例5の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52、外層側補強層46および中間ゴム層53,54、ならびに外側ゴム層20は、断面形状が概ね円形状を保っていた(図4参照)。つまり、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されていた。
試験例5の高圧ゴムホース1は、伸び率が約3%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約6%のときに破断した。試験例5の引張破断荷重は、試験例1の引張破断荷重の約1.1倍であった。試験例5の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52、外層側補強層46および中間ゴム層53,54、ならびに外側ゴム層20は、断面形状が概ね円形状を保っていた(図4参照)。つまり、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されていた。
試験例5の高圧ゴムホース1については、人力で屈曲させることができなかった。これは、外層側補強層46の補強線の巻付角度が、30.7°および29.8°と比較的に小さな角度となっていることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下したためと考えられる。なお、巻付角度α(3),α(4)が比較的に小さな角度となっていることにより、外層側補強層46の縮径量が小さくなったために、内層側補強層45が径方向内方に陥没することが抑制されたと考えられる。
<試験例6>
試験例6の高圧ゴムホース1は、伸び率が約2.5%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約7%のときに破断した。試験例6の引張破断荷重は、試験例1の引張破断荷重の約1.2倍であった。試験例6の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52、外層側補強層46および中間ゴム層53,54、ならびに外側ゴム層20は、断面形状が概ね円形状を保っていた(図4参照)。つまり、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されていた。
試験例6の高圧ゴムホース1は、伸び率が約2.5%までは引張荷重が直線的に増加した。その後、上に凸の曲線状に引張荷重が増加し、伸び率が約7%のときに破断した。試験例6の引張破断荷重は、試験例1の引張破断荷重の約1.2倍であった。試験例6の高圧ゴムホース1においては、内側ゴム層10、繊維層30、内層側補強層45および中間ゴム層51,52、外層側補強層46および中間ゴム層53,54、ならびに外側ゴム層20は、断面形状が概ね円形状を保っていた(図4参照)。つまり、内層側補強層45は高圧ゴムホース1の径方向内方に陥没することが抑制されていた。
試験例6の高圧ゴムホース1についても、人力で屈曲させることができなかった。これは、外層側補強層46の補強線の巻付角度が、25.7°および24.8°と比較的に小さな角度となっていることにより、高圧ゴムホース1の屈曲性が低下したためと考えられる。なお、巻付角度α(3),α(4)が比較的に小さな角度となっていることにより、外層側補強層46の縮径量が小さくなったために、内層側補強層45が径方向内方に陥没することが抑制されたと考えられる。
5.高圧ゴムホース1の特性
次に、高圧ゴムホース1の特性について説明する。高圧ゴムホース1においては、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さい。高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられると、高圧ゴムホース1の補強線41a~44aの巻付角度αは小さくなるように変化する。この結果、高圧ゴムホース1は軸方向に延びるとともに、径方向に縮径する。このとき、巻付角度αが大きいものほど変形しやすく、巻付角度αが小さいほど変形しにくくなる。つまり、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが小さい補強層40が引張荷重を受けやすくなる。本形態によれば、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さいので、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが相対的に小さな補強線43a,44aを有する外層側補強層46により、引張荷重を受けることができる。
次に、高圧ゴムホース1の特性について説明する。高圧ゴムホース1においては、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さい。高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられると、高圧ゴムホース1の補強線41a~44aの巻付角度αは小さくなるように変化する。この結果、高圧ゴムホース1は軸方向に延びるとともに、径方向に縮径する。このとき、巻付角度αが大きいものほど変形しやすく、巻付角度αが小さいほど変形しにくくなる。つまり、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが小さい補強層40が引張荷重を受けやすくなる。本形態によれば、外層側補強層46を構成する補強線43aの巻付角度α(3)および補強線44aの巻付角度α(4)は、内層側補強層45を構成する補強線41aの巻付角度α(1)および補強線42aの巻付角度α(2)よりも小さいので、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられた場合、巻付角度αが相対的に小さな補強線43a,44aを有する外層側補強層46により、引張荷重を受けることができる。
外層側補強層46が引張荷重を受けることにより、内層側補強層45は高圧ゴムホース1に流通される流体の圧力を受ける。このように機能分離されることによって、内層側補強層45の耐内圧性能と、外層側補強層46の耐引張性能とを、効率よく向上させることができる。
外層側補強層46の耐引張性能を維持しつつ、高圧ゴムホース1の屈曲性を向上させようとすると、高圧ゴムホース1が屈曲可能な範囲内で外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)をできるだけ大きくすることが好ましい。しかしながら、補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)を大きくすると、高圧ゴムホース1に引張荷重が加えられたときに、外層側補強層46の、径方向内方への縮径量が大きくなる。すると、内層側補強層45が径方向内方に陥没することが懸念される。
本形態においては、内層側補強層45の補強線の引張破断荷重は、外層側補強層46の補強線の引張破断荷重より大きい。これにより、外層側補強層46が径方向内方に縮径しても、内層側補強層45によって外層側補強層46を支持することができる。これにより、内層側補強層45が径方向内方に陥没することが抑制されるようになっている。
(実施形態2)
続いて、実施形態2に係る高圧ゴムホース61について、図6を参照して説明する。図6に示すように、本形態の高圧ゴムホース61は、4層の内層側補強層77と、2層の外層側補強層78と、を備える。
続いて、実施形態2に係る高圧ゴムホース61について、図6を参照して説明する。図6に示すように、本形態の高圧ゴムホース61は、4層の内層側補強層77と、2層の外層側補強層78と、を備える。
表2は、本形態の高圧ゴムホース61の構成部材の寸法をまとめたものである。表2において、1S~6Sは階層1~6の補強層70を表す。階層1~4は4層の内層側補強層77であり、階層5~6は2層の外層側補強層78である。
表2に示すように、本形態の高圧ゴムホース61においては、内側ゴム層10の内径寸法は31.8mmであり、内側ゴム層10の肉厚は2.0mmである。内側ゴム層10と階層1の補強層71との間の中間ゴム層81の肉厚は0.35mmである。
階層1の補強層71においては、巻付密度ρ(1)は98.3%であり、補強線71aの直径は0.6mmであり、補強線71aのピッチP(1)は92.0mmであり、補強線71aの巻付角度α(1)は52.6°である。階層1の補強層71と、階層2の補強層72との間の中間ゴム層82の肉厚は0.35mmである。階層2の補強層72においては、巻付密度ρ(2)は96.8%であり、補強線72aの直径は0.6mmであり、補強線72aのピッチP(2)は92.0mmであり、補強線72aの巻付角度α(2)は53.7°である。階層2の補強層72と、階層3の補強層73との間の中間ゴム層83の肉厚は0.35mmである。階層3の補強層73においては、巻付密度ρ(3)は95.3%であり、補強線73aの直径は0.6mmであり、補強線73aのピッチP(3)は92.0mmであり、補強線73aの巻付角度α(3)は54.8°である。階層3の補強層73と、階層4の補強層74との間の中間ゴム層84の肉厚は0.35mmである。階層4の補強層74においては、巻付密度ρ(4)は94.1%であり、補強線74aの直径は0.6mmであり、補強線74aのピッチP(4)は92.0mmであり、補強線74aの巻付角度α(4)は55.8°である。階層4の補強層74と、階層5の補強層75との間の中間ゴム層85の肉厚は0.35mmである。
階層5の補強層75においては、巻付密度ρ(5)は80.2%であり、補強線75aの直径は0.6mmであり、補強線75aのピッチP(5)は202.1mmであり、補強線75aの巻付角度α(5)は34.8°である。階層5の補強層75と、階層6の補強層76との間の中間ゴム層86の肉厚は0.35mmである。階層6の補強層76においては、巻付密度ρ(6)は79.8%であり、補強線76aの直径は0.6mmであり、補強線76aのピッチP(6)は202.4mmであり、補強線76aの巻付角度α(6)は35.7°である。
外側ゴム層20の肉厚は1.7mmである。高圧ゴムホース61の外形寸法は49.7mmである。
上記以外の構成については、実施形態1と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本形態に係る内層側補強層77は、階層1~4の、4層の補強層71~74を備える。内層側補強層77が4層であることにより、外層側補強層78が径方向内方に収縮するときの力を、4層の内層側補強層77によって分散して受けることができる。これにより、内層側補強層77が径方向内方に陥没することを抑制できる。
本形態においては、内層側補強層77の補強線71a~74aの巻付角度α(1)~α(4)は、52.6°~55.8°であり、外層側補強層78の補強線75a,76aの巻付角度α(5),α(6)は、34.8°および35.7°である。このように、内層側補強層77の補強線71a~74aの巻付角度α(1)~α(4)の最小値(52.6°)と、外層側補強層78の補強線75a,76aの巻付角度α(5),α(6)の最大値(35.7°)との差が15°以上であることにより、高圧ゴムホース61に加えられた引張荷重を、外層側補強層78によって確実に受けることができる。
また、内層側補強層77の補強線71a~74aの巻付角度α(1)~α(4)を50~60°とすることにより、内層側補強層77の補強線71a~74aの巻付角度α(1)~α(4)を、いわゆる静止角度に近い角度にすることができる。これにより、高圧ゴムホース61に内圧が加えられたときに、内層側補強層77の補強線71a~74aの巻付角度α(1)~α(4)が大きく変化することを抑制できる。
外層側補強層78の補強線75a,76aの巻付角度α(5),α(6)を20~40°とすることにより、高圧ゴムホース61に加えられた引張荷重を、外層側補強層78で確実に受けることができる。これにより、高圧ゴムホース61の引張破断荷重を大きくすることができる。
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。
実施形態1においては、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断強度と、外層側補強層46の補強線43a,44aの引張破断強度とが同一であったが、これに限られず、内層側補強層45を構成する補強線41a,42aの引張破断強度は、外層側補強層46を構成する補強線43a,44aの引張破断強度より大きい構成としてもよい。これにより、内層側補強層45の補強線41a,42aの直径を大きくすることなく、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断荷重を、外層側補強層46の補強線43a,44aの引張破断荷重より大きくすることができる。これにより、高圧ゴムホース1が大型化することを抑制できる。
また、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断強度を、外層側補強層46の補強線43a,44aよりも大きくすることにより、外層側補強層46が高圧ゴムホース1の径方向内方に縮径した場合に、外層側補強層46を内層側補強層45により支持して、内層側補強層45が径方向内方に陥没することを抑制できる。この結果、外層側補強層46の補強線43a,44aの巻付角度α(3),α(4)を大きくすることが可能となる。これにより、外層側補強層46の屈曲性が向上するので、高圧ゴムホース1の屈曲性能を向上させることができる。
また、内層側補強層45の補強線41a,42aの引張破断強度を、外層側補強層46の補強線43a,44aよりも大きくすることにより、高圧ゴムホース1の内部に流通される流体の圧力を確実に受けることができるので、高圧ゴムホース1の耐内圧性能が向上する。これにより、高圧ゴムホース1において、内層側補強層45によって耐内圧性能を受けるとともに、外層側補強層46によって引張荷重を受けることができるので、より一層、機能分離を図ることが可能となる。
<その他>
本明細書に開示された技術、および技術の組み合わせの一態様を以下に記載する。
[項1]
内側ゴム層(10)と、
外側ゴム層(20)と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線(41a,42a,43a,44a)をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層(40,41,42,43,44)と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層(50,51,52,53,54)と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の2層以上の内層側補強層(45)と、前記外側ゴム層側の2層以上の外層側補強層(46)と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断荷重が、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断荷重より大きく、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度が、前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度より小さい、高圧ゴムホース(1)。
[項2]
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とが同一であって、前記内層側補強層の前記補強線の直径が前記外層側補強層の前記補強線の直径よりも大きい、項1に記載の高圧ゴムホース。
[項3]
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度は、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度より大きい、項1に記載の高圧ゴムホース。
[項4]
前記補強層は4層であって、2層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層とを備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。
[項5]
前記補強層は6層であって、4層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。
[項6]
内側ゴム層(10)と、
外側ゴム層(20)と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線(71a,72a,73a,74a,75a,76a)をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層(70,71,72,73,74,75,76)と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層(80,81,82,83,84,85,86)と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の4層の内層側補強層(77)と、前記外側ゴム層側の2層の外層側補強層(78)と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とは同一であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、高圧ゴムホース(61)。
[項7]
項1から6のいずれか一項に記載の高圧ゴムホースであって、
建設工事または土木工事に適用される、建設・土木工事用の高圧ゴムホース。
本明細書に開示された技術、および技術の組み合わせの一態様を以下に記載する。
[項1]
内側ゴム層(10)と、
外側ゴム層(20)と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線(41a,42a,43a,44a)をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層(40,41,42,43,44)と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層(50,51,52,53,54)と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の2層以上の内層側補強層(45)と、前記外側ゴム層側の2層以上の外層側補強層(46)と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断荷重が、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断荷重より大きく、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度が、前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度より小さい、高圧ゴムホース(1)。
[項2]
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とが同一であって、前記内層側補強層の前記補強線の直径が前記外層側補強層の前記補強線の直径よりも大きい、項1に記載の高圧ゴムホース。
[項3]
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度は、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度より大きい、項1に記載の高圧ゴムホース。
[項4]
前記補強層は4層であって、2層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層とを備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。
[項5]
前記補強層は6層であって、4層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。
[項6]
内側ゴム層(10)と、
外側ゴム層(20)と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線(71a,72a,73a,74a,75a,76a)をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層(70,71,72,73,74,75,76)と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層(80,81,82,83,84,85,86)と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の4層の内層側補強層(77)と、前記外側ゴム層側の2層の外層側補強層(78)と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とは同一であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、高圧ゴムホース(61)。
[項7]
項1から6のいずれか一項に記載の高圧ゴムホースであって、
建設工事または土木工事に適用される、建設・土木工事用の高圧ゴムホース。
1,61:高圧ゴムホース、10:内側ゴム層、20:外側ゴム層、30:繊維層、40、41,42,43,44,70,71,72,73,74,75,76:補強層、41a,42a,43a,44a,71a,72a,73a,74a,75a,76a:補強線、45,77:内層側補強層、46,78:外層側補強層、50、51,52,53,54,80,81,82,83,84,85,86:中間ゴム層
Claims (7)
- 内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の2層以上の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層以上の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断荷重が、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断荷重より大きく、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度が、前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度より小さい、高圧ゴムホース。 - 前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とが同一であって、前記内層側補強層の前記補強線の直径が前記外層側補強層の前記補強線の直径よりも大きい、請求項1に記載の高圧ゴムホース。
- 前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度は、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度より大きい、請求項1に記載の高圧ゴムホース。
- 前記補強層は4層であって、2層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層とを備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。 - 前記補強層は6層であって、4層の前記内層側補強層と、2層の前記外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の高圧ゴムホース。 - 内側ゴム層と、
外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に4層以上の偶数層設けられ、複数本の補強線をスパイラル状に巻き付けられ、前記補強線の巻付方向を交互にした偶数層の補強層と、
少なくとも前記偶数層の補強層のそれぞれの間に配置された中間ゴム層と、
を備え、
前記補強層は、前記内側ゴム層側の4層の内層側補強層と、前記外側ゴム層側の2層の外層側補強層と、を備え、
前記内層側補強層の前記補強線の引張破断強度と、前記外層側補強層の前記補強線の引張破断強度とは同一であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度は50~60°であり、
前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度は20~40°であり、
前記内層側補強層の前記補強線の巻付角度の最小値と、前記外層側補強層の前記補強線の巻付角度の最大値との差は、15°以上である、高圧ゴムホース。 - 請求項1または6に記載の高圧ゴムホースであって、
建設工事または土木工事に適用される、建設・土木工事用の高圧ゴムホース。
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