JP2706830B2 - 耐熱ウォーターホース - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高温にさらされる自動車用などの耐熱ウォー
ターホースに関するものである。本発明の耐熱ウォータ
ーホースは自動車用などのウォーターホース、すなわち
ラジエーターホース、ヒーターホース、バイパスホース
などとしての使用に適する。

［従来の技術］ 従来の自動車用ウォーターホースとして、第９図に示
すようなウォーターホース100が知られている。

このウォーターホース100は、硫黄加硫エチレン−プ
ロピレン−ジエン三元共重合体（以下、EPDMという。）
などからなる内層110と、この内層110上に一体的に設け
られたポリエステル、ナイロン、レーヨンなどの補強糸
120を編組してなる編組層と、この編組層上に一体的に
被覆された硫黄加硫EPDMなどからなる外層130と、から
なる。

［発明が解決しようとする課題］ 最近、自動車のエンジンの高性能化によって、ウォー
ターホース内に導入される冷却水の温度は高温化する傾
向にある。また、自動車のエンジンルームが小型化し、
かつ前輪駆動式の自動車、自動変速装置を装備した自動
車、パワーステアリング装置を装備した自動車が増加す
るに伴い、エンジンルーム内の配管が複雑化し、自動車
用ウォーターホースはエキゾーストパイプの近傍に装備
される傾向にある。

ウォーターホースが自動車のエンジンルーム内の高温
にさらされる部位に装備されるこのような傾向に対応す
るため、第10図に示すようなシリコンゴムなどからなる
プロテクター200を従来のウォーターホース100に組付け
たアッセンブリーホースが増加している。

このようなプロテクター200を形成するシリコンゴム
などの材料は、高価であり、かつプロテクター200をウ
ォーターホース100に組付ける加工費もかかるため、上
記のようなアッセンブリホースの製造コストは高いもの
である。

また、ウォーターホースをエキゾーストパイプの近傍
に装備する傾向が、将来さらに進行した場合、かかるプ
ロテクター200を組付けたアッセンブリーホースといえ
ども、エキゾーストパイプからの輻射熱に耐えられなく
なる恐れがある。

本発明は上記の問題を解決するために開発されたもの
であり、シリコンゴムなどからなるプロテクターを組付
けなければならないような高温化に対応できる耐熱ウォ
ーターホースを提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の耐熱ホースは、過酸化物加硫されたエチレン
−プロピレン系共重合体で形成されたホース本体と、該
ホース本体内に埋設されたメタ系芳香族ポリアミド繊維
収束体からなる補強糸をブレード編みまたはスパイラル
編みで編組した補強層と、からなることを特徴とする耐
熱ウォーターホースである。この耐熱ウォーターホース
は、自動車のエンジンルーム内における150℃以上の耐
熱性をもつ。

このような高耐熱性および高耐久性をウォーターホー
スに与えるためには、耐熱ウォーターホースのホース本
体を過酸化物加硫されたエチレン−プロピレン系共重合
体（以下、EPMという。）またはEPDM（EPMに二重結合を
もつ不飽和化合物を第三成分として少量導入したも
の。）などのエチレン−プロピレン系共重合体から形成
し、かつその補強層をメタ系芳香族ポリアミド繊維収束
体からなる補強糸をブレード編みまたはスパイラル編み
して形成すれば良いことを、本発明の発明者は鋭意研究
の結果発見し、本発明の耐熱ウォーターホースを完成し
たものである。

EPMおよびEPDMは耐候性、耐オゾン性、電気的特性、
耐熱性などに優れる合成ゴムである。このEPMまたはEPD
Mを過酸化物を用いて加硫すると、その架橋構造中に、
高温において酸素の攻撃を受けやすい硫黄が含まれなく
なるので、耐熱性が一層向上する。この点に注目して、
本発明の発明者は過酸化物加硫されたEPDMまたはEPMに
よってホース本体を形成したものである。

補強糸を形成するメタ系芳香族ポリアミド繊維収束体
とは、下記の分子構造を有し、 かつ優れた耐熱性と引張り強度を有するメタ系芳香族ポ
リアミド製の繊維を複数本収束したものである。この繊
維収束体は短繊維を撚り合わせて、第４図に示すような
毛羽立った状態に撚り合わせたものでも、あるいはフィ
ラメントを30〜1500mmの長さに切断し、短繊維状にして
毛羽立たせたものでもよい。特に後者の繊維収束体は繊
維が長いため強度が高い。かかる構成の補強糸は好まし
くは500〜2000デニールであって、その撚り数を長さ1m
当り30〜300回にしたものが好ましい。

このようなメタ系ポリアミド繊維収束体から形成され
た補強糸は、第６図に示すように、レーヨンなどからな
る従来の補強糸と同じような引張り強度と伸びの関係曲
線を示す。また、この補強糸は上記したように、短繊維
を撚り合わせて、または複数本のフィラメントを収束し
切断した後、撚り合わせて、毛羽立った状態に補強糸を
形成してある。したがって、第４図に示すような毛羽立
った状態の補強糸の投錨効果によって、補強糸を上記し
たEPMまたはEPDMなどのゴムからなるホース本体に物理
的に接着することが容易であり、かつ従来から使用して
いる接着剤をそのまま使用することができる。さらにま
た、メタ系芳香族ポリアミド繊維収束体をメタ系芳香族
ポリアミド繊維の短繊維を複数本収束して形成した場
合、その繊維収束体からなる補強糸に応力がかかって
も、その短繊維の各々が軸方向に滑り合うので、補強糸
内で応力を分散することができる。

メタ系ポリアミド繊維収束体から形成された補強糸
は、上記したような従来の補強糸にはない数々の優れた
特性を有し、かつその耐摩耗性、屈曲疲労性などの特性
は従来からウォーターホースに使用されているレーヨン
やナイロンの特性と同等またはそれ以上である。したが
って、かかる補強糸を用いて、従来からウォーターホー
スの補強層の形成の際に採用されている以下に述べるブ
レード編みやスパイラル編みによって、本発明の耐熱ウ
ォーターホースの補強層を形成することが容易である。

なお、耐熱ウォーターホースの補強層をポリエステル
繊維からなる補強糸を編組して形成することも考えられ
る。しかしながら、ポリエステル繊維は、自動車用冷却
水に含まれているアミン系老化防止剤によって著しく劣
化する。したがって、ポリエステル繊維から形成された
補強糸からなる補強層を有するウォーターホースは高温
下における長期間の使用に耐え得るものではない。

本発明の耐熱ウォーターホースの補強層を上記したよ
うなメタ系芳香族ポリアミド繊維収束体を用いて形成す
る方法として、第７図に示すブレード編み、第８図に示
すスパイラル編みなどが好ましい。なぜならば、この他
の方法として考えられるニッティング編みは、補強糸間
のテンションの管理が不十分な場合、ニッティング編み
によって形成された補強層の品質、すなわち耐久性など
が不安定であり、かつ所要の耐圧性を得るためには補強
糸の投入量が多くコスト高になるので好ましくない。ま
た、さらに他の方法として考えられるシーサー編みによ
っては、両端の径の異なる形状のホースを形成すること
ができず、かつ所要の耐圧性を得るためには補強糸の投
入量が多くコスト高になるので好ましくない。

ブレード編みとは、第７図に示すように、第１補強糸
21と第２補強糸22を、交互にその上下の位置関係を変更
して、螺旋状に編んで補強層とするものである。また、
スパイラル編みとは、第８図に示すように、第１補強糸
21の上部に第２補強糸22を、その上下の位置関係を変更
せずに、螺旋状に編んで補強層とするものである。

［作用および効果］ 本発明の耐熱ウォーターホースは、高温において酸素
の攻撃を受けにくい架橋構造を有する過酸化物加硫され
たEPDMまたはEPMから形成したホース本体と、耐熱性と
引張り強度に優れかつ投錨効果および応力を分散する効
果を有するパラ系芳香族ポリアミド繊維からなる補強糸
を編組して形成し、ホース本体に埋設した補強層を有す
る。したがって、本発明の耐熱ウォーターホースは、15
0℃以上の高温における連続使用、すなわち150℃以上に
高温化する自動車のエンジンルーム内の部位、たとえ
ば、エキゾーストパイプの近傍などへも装備することが
できる。

さらに、優れた耐熱性と引張り強度を有するメタ系芳
香族ポリアミド繊維収束体からなる補強糸を、従来から
採用されているブレード編みまたはスパイラル編みする
ことによって補強層を形成することができるので、従来
の設備や接着剤をそのまま使用することができる。した
がって、上記したような高耐熱性および高耐久性を有す
る耐熱ウォーターホースを安価に製造することができ
る。

また、従来のウォーターホース100のように、シリコ
ンゴムなどからなるプロテクター200を組付けてアッセ
ンブリーホースとし、エキゾーストパイプの近傍に装備
するための耐熱仕様とする必要がなくなる。これによっ
て、耐熱仕様ウォーターホースの製造コストを低減する
ことができる。

さらにまた、プロテクター200を廃止することによっ
て、本発明の耐熱ウォーターホースと他部品との干渉だ
けを考慮すれば良くなるので、エンジンルーム内が複雑
配管化しても、エンジンルーム内の部品配置などの設計
が容易になるという副次的な効果も期待できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

（実施例） 第１図に示すように本発明の実施例の耐熱ウォーター
ホース１は、過酸化物加硫されたEPDMで形成された内層
10と、過酸化物加硫されたEPDMで形成された外層30と、
内層10と外層30の間に埋設された補強層20と、からな
る。

すなわち、本実施例の耐熱ウォーターホースにおいて
は、内層10と外層30がホース本体を構成し、補強層20は
メタ系芳香族ポリアミド繊維収束体からなる第１補強糸
21、第２補強糸22を、第７図に示すようなブレード編み
で編組したものである。

第１補強糸21および第２補強糸22は、メタ系芳香族ポ
リアミド製の短繊維を、1000デニールに収束し、毛羽立
った状態に撚り合わせたものである。なお、この耐熱ウ
ォーターホースの内径は16mm、外形は24mmであった。

上記のような構成の耐熱ウォーターホース１を下記の
ようにして製造した。

まず、EPDMを押出し、内層10を成形する。この内層10
上に上記のように調製したメタ系芳香族ポリアミド繊維
収束体からなる第１補強糸21と第２補強糸22をブレード
編みで編組し、補強層20を一体的に形成する。この補強
層20を形成した押出し成形品を、EPDM系接着剤を収容し
た接着剤槽内に浸漬する。この後、EPDMを押出し成形し
て外層30を補強層20上に一体的に被覆する。そして、心
棒（マンドレル）を内層10が形成する中央孔内に挿入し
形状を整えた後、加硫を行い、上記で説明した構成の耐
熱ウォーターホース１の製造が完了する。

（比較例１） 比較例１の耐熱ウォーターホースは、パラ系芳香族ポ
リアミド繊維収束体からなる第１補強糸および第２補強
糸をブレード編みで編組して補強層を形成した以外は、
上記した本発明の耐熱ウォーターホース１と同様の構成
を有するものである。

すなわち、比較例１の耐熱ウォーターホースの内層と
外層は、上記した本発明の実施例の耐熱ウォーターホー
ス１と同一の過酸化物加硫されたEPDMで形成し、上記し
た実施例において第１および第２補強糸を形成するメタ
系芳香族ポリアミド繊維収束体を、パラ系芳香族ポリア
ミド繊維収束体で置き換えたものである。

このパラ系芳香族ポリアミド繊維収束体は、下記に示
すような分子構造を有するフィラメント状のパラ系芳香
族ポリアミド繊維からなるものである。

したがって、第５図に示すようなフィラメント状のパ
ラ系芳香族ポリアミド繊維を、1500デニールに収束した
パラ系芳香族ポリアミド繊維収束体に撚りを加えた補強
糸が形成されている。なお、この第１補強糸および第２
補強糸は、第５図に示すように毛羽立った状態にはなか
った。

以下、本発明の実施例の耐熱ウォーターホースの製造
方法と同一の方法で、内径が16mm、外形が24mmの比較例
１の耐熱ウォーターホース100を製造した。

（比較例２） 比較例２のウォーターホースは従来のウォーターホー
ス100であり、第９図に示すような構造を有する。この
耐熱ホース100の内層110および外層130は硫黄加硫され
た従来のEPDMから形成され、レーヨンからなる従来の補
強糸120をブレード編みで編組して補強層を形成した。
なお、この補強糸120は、スパン糸を撚り合わせたもの
であった、毛羽立った状態であった。

以下、加硫工程において硫黄加硫する以外は、本発明
の実施例の耐熱ウォーターホースの製造方法と同一の方
法で、内径が16mm、外径が24mmの比較例２のウォーター
ホース100を製造した。

（第１性能評価試験） 上記したように製造した本発明の実施例の耐熱ウォー
ターホース１、比較例１の耐熱ウォーターホースと比較
例２の従来のウォーターホース100、都合３種類のウォ
ーターホースについて、その熱老化後の耐久性を以下の
ように評価した。

各ウォーターホースを温度165℃で72、144、240、お
よび500時間老化させた後、耐圧試験機に取り付け、水
圧を１分間当り70kgf/cm²の割合で昇圧し、各ウォータ
ーホースが破裂する圧力と熱老化時間との関係を調べ
た。

第２図にこの熱老化後の耐久性試験の結果を示す。本
発明の実施例の耐熱ウォーターホース１および比較例１
の耐熱ウォーターホースの場合は、165℃で500時間熱老
化した後においても、それぞれ約24kgf/cm²、28kgf/cm²
という高い破裂圧力を示した。これに対して、比較例２
の従来のウォーターホースの場合は、165℃で240時間熱
老化した際に、昇圧すると同時に破損した。

（第２性能評価試験） さらに、本発明の実施例の耐熱ウォーターホース１お
よび比較例１の耐熱ウォーターホースだけにつき、実際
の自動車における使用条件を模擬した以下のような熱老
化後の耐久性試験を行った。

各ウォーターホースにLLCを封入し、温度165℃で72、
144、240、および500時間熱老化させた後、各ウォータ
ーホースを耐圧試験機に取り付け、第１性能評価試験と
同一の割合で昇圧し、各ウォーターホースが破裂する圧
力と熱老化時間との関係を調べた。

第３図にこの熱老化後の耐久性試験の結果を示す。本
発明の実施例の耐熱ウォーターホース１および比較例１
の耐熱ウォーターホースとも、LLCを封入し、165℃で50
0時間熱老化した後においても、それぞれ約21kgf/cm²、
29kgf/cm²という高い破裂圧力を示し、高い耐熱性およ
び耐久性を示した。

（第３性能評価試験） 本発明の実施例の耐熱ウォーターホース１、比較例１
の耐熱ウォーターホースと比較例２の従来のウォーター
ホース100につき、いわゆる耐水撃性試験を行い、断続
的に繰り返される封入流体（LLC水溶液）の圧力の昇圧
および減圧に対する各ウォーターホースの熱老化後の耐
久性を下記のように評価した。

LLCを50％含む流体を各ウォーターホース内に封入
し、LLCの温度を90℃とした後、このLLCの圧力を0kg/cm
²から6.5kg/cm²に昇圧するプロセスと、この6.5kg/cm²
の圧力を0kg/cm²の圧力に減圧するプロセスからなる操
作を１分間に20回繰り返す耐水撃性試験を行った。な
お、この試験は各ウォーターホースを加熱せずに雰囲気
温度約60℃で行った。さらに、同一の耐水撃性試験をLL
Cを封入し、165℃で、72および240時間、熱老化させた
各ウォーターホースについても行った。

第１表にこの試験結果を示す。本発明の実施例の耐熱
ウォーターホース１はLLCを封入し165℃で、72および24
0時間、熱老化させた後において、上記の昇圧および減
圧操作を10万回以上繰り返しても破裂しなかった。

一方、比較例１の耐熱ウォーターホースは、熱老化さ
せない場合であっても、LLCを封入し、上記の昇圧およ
び減圧操作を１〜２万回繰り返した際に破裂が生じた。

このことは、EPDMなどのゴムからなるホース本体とパ
ラ系芳香族ポリアミド繊維収束体からなる補強糸の接着
性が悪く、補強層内で補強糸同士の摩耗が生じ、かつ補
強糸の屈曲疲労性が悪いことに起因するものと考えられ
る。なぜならば、パラ系芳香族ポリアミド繊維収束体か
らなる補強糸は、第５図に示すその構造から明らかなよ
うに、メタ系ポリアミド繊維収束体から形成された補強
糸が有するような投錨効果はないためである。さらに、
パラ系芳香族ポリアミド繊維収束体から形成された補強
糸の引張り強度と伸びの関係曲線は、第６図に示すよう
に90度近い角度で立ち上がっている。したがって、パラ
系芳香族ポリアミド繊維収束体からなる補強糸は剛直で
あり、かかる補強糸自身に応力吸収特性および振動吸収
特性などがないためである。

なお、比較例２のウォーターホースは、熱老化させな
かった場合、LLCを封入し、上記の昇圧および減圧操作
を６〜9.5万回繰り返した際に破裂が生じた。また、165
℃で72時間熱老化後に上記の耐水撃性試験を実施したと
ころ、上記の昇圧および減圧操作を約4.5〜５万回繰り
返した際に破裂し、さらに165℃で240時間熱老化後にお
いては、ただちに破裂が生じた。

以上の第１、第２および第３性能評価試験の結果か
ら、耐熱性、耐久性および耐水撃性のすべてが高性能で
あったのは、本発明の実施例の耐熱ウォーターホース１
だけであり、かかる耐熱ウォーターホースはエキゾース
トパイプの近傍などの部位、すなわち自動車のエンジン
などからの輻射熱が150℃以上に達する部位にシリコン
ゴムなどからなるプロテクターを組付けずに装備するこ
とが可能であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐熱ウォーターホースの一実施例の断
面図である。第２図は本発明の耐熱ウォーターホースの
実施例、比較例１の耐熱ウォーターホースおよび比較例
２の従来のウォーターホースについての熱老化後の耐久
性評価試験の結果を示すグラフである。第３図は本発明
の耐熱ウォーターホースの一実施例および比較例１の耐
熱ウォーターホースについての実際の使用条件を模擬し
た熱老化後の耐久性評価試験の結果を示すグラフであ
る。第４図は本発明の一実施例の耐熱ウォーターホース
の補強層を形成するメタ系芳香族ポリアミド繊維収束体
からなる補強糸を示す模式図である。第５図は比較例１
の耐熱ウォーターホースの補強層を形成するフィラメン
ト状のパラ系芳香族ポリアミド繊維収束体からなる補強
糸を示す模式図である。第６図は各種補強糸の引張り強
度と伸びの関係を示す線図である。第７図はブレード編
みの編組方法を示す斜視図である。第８図はスパイラル
編みの編組方法を示す斜視図である。第９図は従来のウ
ォーターホースの断面図である。第10図は従来のウォー
ターホースにプロテクターを組み付けて耐熱仕様とした
アッセンブリーホースの斜視図である。 １……耐熱ウォーターホース 10……内層、20……補強層、30……外層 21……第１補強糸、22……第２補強糸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】過酸化物加硫されたエチレン−プロピレン
   系共重合体で形成されたホース本体と、 該ホース本体内に埋設されたメタ系芳香族ポリアミド繊
   維収束体からなる補強糸をブレード編みまたはスパイラ
   ル編みで編組した補強層と、からなることを特徴とする
   耐熱ウォーターホース。