JP3301673B2 - 伸縮螺旋状蛇腹ホース - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伸長状態および収縮状
態の安定したホース長さ、およびホース形態を共有する
伸縮螺旋状蛇腹ホースに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の蛇腹ホースの代表的形態は
（ａ）〜（ｃ）の３つのタイプにわけられる。 （ａ）：蛇腹ホースの斜辺を厚肉・薄肉にし、薄肉部の
斜辺を反転するようにしたもの（特公昭４５ー１４７４
５）。 （ｂ）：蛇腹ホースの斜辺を長短に形成し、かつ山部お
よび谷部に溝を設け軸線方向に対し長辺側が緩斜面、短
辺側が急斜面になり急斜面側を反転するようにしたもの
（実公昭４３ー２４６７５）。 （ｃ）：蛇腹ホースの谷部および山肩部に溝を設け、溝
を屈曲点として山肩部に溝を有する斜辺を反転するよう
にしたもの（実公昭５７ー３５７５５）。そして、この
種のホースは、未使用時はコンパクトに収縮でき、使用
時は長さが自由に調整できる。さらに曲げた状態でも形
態を保持できるので、主として空調用等に好適に使用さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種のホースは、伸長状態で長尺にすると、形態を保
持できない、つまり伸長状態で自重により垂れ下がると
いう問題が生じた。特に高温の気体を送気する場合、も
しくは高温環境下でホースを使用する場合に著しく形態
保持性が低下し、ホース自重による垂れ下がりがより大
きいものとなってしまう。前述の（ａ）〜（ｃ）タイプ
別にこの問題についてみると、 （ａ）タイプは、薄肉部の斜辺の圧縮応力が低いため、
伸長状態の保持力が弱く、垂れ下がりが大きい。 （ｂ）タイプは、短辺側が反転すると、収縮過程におい
て谷径変位が小さいため辺の圧縮応力が低い。したがっ
て保持力が低く、伸長状態の垂れ下がりが大きい。 （ｃ）タイプの中でも、軸線方向のピッチに対して波高
が大きいものは、（ｂ）タイプ同様、斜辺が急斜面にな
るため、収縮過程において、谷径変位が小さくなり斜辺
の圧縮応力が低い。したがって保持力が低く、伸長状態
の垂れ下がりが大きい。本発明は、上述した問題を鑑み
てなされたもので、ホースを伸長状態で長尺にしても、
形態を保持できる。つまり伸長状態でのホース自重によ
る垂れ下がりが少なく、特に高温の気体を送気する場
合、もしくは高温環境下でホースを伸長状態で使用する
場合でも従来のものより安定して形態を保持し、ホース
自重による垂れ下がりが少なく、収縮状態でも形態を保
持できる伸縮螺旋状蛇腹ホースを提供する事を目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ホース壁材
の合成樹脂テープを巻回してその重なり部分を山肩部に
設けて、該山肩部のホース外面に段落ち部を形成すると
ともに、谷部のホース内面に溝を設け、炭素鋼線コイル
を山部に添着した伸縮蛇腹ホースにおいて、前記段落ち
部のホース内面に溝を設け、この斜辺と、もう一方の斜
辺の比を４：６から６：４とし、ホースの伸長状態にお
いて、ピッチ／波高を２．８〜４．０、波高×２／ホー
ス外径を０．０８〜０．１２に形成し、かつコイル自由
径を伸長状態のホース外径の１．０〜２．０倍にした伸
縮螺旋状蛇腹ホースを提供することによって達成され
る。

【０００５】本発明において、ホース壁材の合成樹脂テ
ープを巻回してその重なり部分（厚肉部分）を山肩部に
設けて、該山肩部のホース外面に段落ち部を形成した場
合、伸長時により安定したホース長さおよび形態を保持
する構造にすることができる。ホース壁を螺旋状に形成
することにより、連続成形が可能となり長尺物が成形で
きる。ホース壁の支軸としてコイルを山部に添着させた
場合、より安定したホース形状で、両溝を屈曲点として
山肩部に溝を有する斜辺を他方の斜辺と同方向に反転さ
せ、伸長状態から収縮状態にすることができ、さらに耐
押し潰し性能が向上する。特に、耐押し潰し性能を要求
される場合は、コイル材質に炭素鋼線を用いるのが好ま
しい。また、成形後、ホースからコイルのみ取り出した
時のコイル径（以下、コイル自由径と称す）をホース外
径の１．０〜２．０倍にすると、伸長状態の垂れ下がり
を、より減少させることができる。

【０００６】

【作用】伸長状態の伸縮蛇腹ホースを曲げる場合、曲部
外周側のホース壁は伸長方向に応力がかかり、曲部内周
側のホース壁は収縮方向に応力がかかる。伸長状態の場
合、曲部外周側のホース壁は、よりピッチが大きく、波
高が低くなろうとし、曲部内周側のホース壁は伸長状態
から収縮状態になろうとする。上記のように構成された
伸縮蛇腹ホースにおいては、軸線方向のピッチに対する
波高、および外径と波高、さらにホースの谷部を形成す
るホース壁の縦断面における斜辺の比を最適にしたた
め、伸縮蛇腹ホースを曲げた場合、伸長状態の曲部外周
側は伸長方向に応力がかかるが、これ以上はピッチが大
きくなりにくい。そして、曲部内周側は谷径変位が大き
いため、形態保持力が高く収縮状態になりにくい。よっ
て伸長状態で小さな力では曲がりにくく、長尺にしても
垂れ下がりが少なくなる。

【０００７】図面を参照してホースを曲げた場合の各構
成と作用の関係を詳しく説明する。図５は伸長状態から
９０゜曲げた時の状態図で、伸長状態のピッチ１５と比
較して曲げた時の曲部外周側のピッチ１６は大きくなっ
ている。一方、曲部内周側は伸長状態から収縮状態にな
りピッチ１７が小さくなっている。

【０００８】曲部外周側の断面形状に注目するとピッチ
に対して波高が大きい場合、図６（イ）は谷部１８が変
位１９し（ロ）になり（イ）のピッチ２０が（ロ）のピ
ッチ２０１となり、２１の分ピッチが変化する。一方、
ピッチに対して波高が小さい場合（ハ）は、谷部１８が
変位１９し（ニ）になり（ハ）のピッチ２２が（ニ）の
ピッチ２２１となり、２３の分ピッチが変化する。この
ように谷部１８が同様に変位してもピッチが大きく異な
り（イ）と比較して（ハ）の方が垂れ下がりが少ない。

【０００９】曲部内周側の断面形状に注目すると、図７
のように伸長状態の断面形状は溝を屈曲点として、１ピ
ッチ内に点２４−２５−２６の３点リンク機構を構成
し、ホース軸線方向に圧縮力（この場合は曲げる力）Ｐ
を加えると、このリンク機構は点２６を中心に半径（斜
辺２７）とするクランク運動によって点２５が点２５→
点２５１→点２５２の軌跡を示し、それに伴って点２５
１では谷径２８は谷径２９にまで収縮し、ホース壁を構
成する樹脂内部（特に斜辺２７）に張力歪を生じさせ、
その反発力として図８の圧縮応力図で見られるような最
大圧縮応力を発生させる。また、点２５１を越え点２５
２に至る過程では、前過程とは逆に樹脂内部の張力歪は
解消する方向に作用するので負の圧縮応力が作用してホ
ースは必然的に収縮状態に長さおよび形態が保持される
ような応力関係となる。

【００１０】したがって垂れ下がりを減少しようとする
場合、自重による曲がろうとする力より図８の圧縮応力
の最大値が大きければ形状が保持できる。最大値を大き
くするためには谷径２８と谷径２９の差、即ち谷径変位
３０が大きい程良く、そのためにはホースの谷部を形成
するホース壁の縦断面における斜辺２７と斜辺３１をで
きる限り等配分に近づけ、ピッチに対して波高を低くす
ることが好ましい。

【００１１】図３のようにホース壁材の合成樹脂テープ
を巻回してその重なり部分（厚肉部分）を山肩部に設け
て、該山肩部のホース外面に段落ち部を形成した場合、
収縮過程で溝と段落ちした部分にのみ応力集中を受けや
すく、その部分のみが屈曲点となり得る。よって、溝と
段落ちした部分以外に応力が分散しないので、ホース伸
長時において安定した長さおよび形態を保持することが
できる。さらに、上述した理由により溝を浅く構成して
も屈曲点は定まりやすいので、屈曲疲労に強いものとな
る。ホース壁を螺旋状に形成した場合、連続成形が可能
となり、長尺物が成形できる。

【００１２】図４のようにコイルをホース山部に添着さ
せた場合、ホースの芯材となり断面形状を保持する役割
をする。したがって図７のようなクランク運動をする場
合、点２４（点２４は点２４１→点２４２の軌跡を示
す）・点２６が径変化を起こさないため、収縮過程に、
より安定した圧縮応力を発生させ伸長状態における保持
力を高め、垂れ下がりを少なくすることができる。

【００１３】また、コイルを炭素鋼線にした場合、剛性
により耐押し潰し性能を向上することができる。

【００１４】そして、コイルは、螺旋状になっているた
め、伸縮過程にねじれが生じる。伸長過程では１ピッチ
のコイル長が長くなり、収縮過程では短くなる。したが
って、コイル自由径をホース外径の１．０〜２．０倍に
した場合、１ピッチのコイル長が長くなる方向に作用す
るため、伸長方向へ応力がかかる。よって、伸長時の垂
れ下がりを減少することができる。

【００１５】つぎに、この発明について詳細に説明す
る。図１は、本発明のホースの伸長状態を示す一部切欠
正面例図、図２は、その収縮状態の部分断面例図であ
り、１はホース本体、２は補強コイル、３は蛇腹の山
部、４は蛇腹の谷部、５はホース壁、６は谷部の溝、７
は山肩部のも溝を示す。また、図１における１０は螺旋
ピッチ（Ｐ）、１１は波高［山部と谷部間の距離：
（Ｈ）］、１２はホースの外径（Ｄ）、１３はホース壁
の山肩部に溝を有しない側の斜辺部、１４はホース壁の
山肩部に溝を有する側の斜辺部を表す。図１のホース
は、圧縮方向の力を加えると溝６、７の部分で折れ曲が
り、図２のように収縮し、その形態で保持される。本発
明の伸縮螺旋状蛇腹ホースは、ホースの谷部を形成する
ホース壁の縦断面において、山肩部に溝を設けた斜辺
と、もう一方の斜辺の比を４：６〜６：４と等配分に近
い構成にしている。これは、図７を参照すると、等配分
に近いほど、圧縮過程における谷径変位が大きくなるた
め、ホース壁を構成する樹脂内部（特に斜辺２７）に大
きな張力歪を生じ、その反発力として図８の圧縮応力図
でみられるような最大圧縮応力を発生させ、自重による
伸張方向にかかる力を最大圧縮応力以下にすることによ
り、垂れ下がりを少なくすることができる。

【００１６】次に、ピッチ／波高を２．８〜４．０に形
成していることについて説明する。ピッチ／波高が下限
以下の値を示す場合、圧縮過程における谷径変位が小さ
くなるため、最大圧縮応力の値も低くなり、容易に収縮
状態になろうとするため、垂れ下がりが増大する。逆に
上限以上の値を示す場合、収縮状態で固定できなくな
る。次に、２×波高／ホース外径を０．０８〜０．１２
に形成していることについて説明する。下限以下の値を
示す場合、ピッチ・波高共に小さくなり、肉厚を一定に
すると、曲げに対する斜辺の剛性が高くなりすぎるた
め、収縮状態でのホース形態を保持できなくなる。逆に
上限以上の値を示す場合、ピッチ・波高ともに大きくな
り、肉厚を一定にすると、曲げに対する斜辺の剛性が低
くなりすぎるため、垂れ下がりが増大する。

【００１７】伸長状態および収縮状態の伸縮蛇腹ホース
の１ピッチのコイル長は、伸長状態の方が長くなる。し
たがって、伸長状態から収縮状態に移る場合、１ピッチ
のコイル長は短くなるため、捻りながら収縮することに
なる。本発明の伸縮螺旋状蛇腹ホースは、炭素鋼の場
合、コイル自由径をホース外径の１．０〜２．０倍に形
成している。コイル材質が上記の範囲内である場合、ホ
ース外径よりコイル自由径が大きいため、コイル長を長
くする方向に力が作用する。したがって、伸長状態で伸
長方向に力が作用し、伸長状態での垂れ下がりは減少す
る。下限以下すなわちホース外径よりコイル自由径が小
さい場合、コイル長を短くする方向に力が作用するた
め、伸長状態で伸長方向とは逆の方向に力が作用する。
よって伸長状態での垂れ下がりが増大する。逆に上限以
上の値を示す場合、コイルの外側への力が増大しすぎる
ため、成形できない。

【００１８】本発明の伸縮螺旋状蛇腹ホースは、テープ
層およびコイルから構成される。上記テープ材料の主成
分としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等が
あげられるが、好ましくはヒンジ効果のある合成樹脂が
用いられ、例えばポリプロピレン等があるが、これらは
単独で若しくはポリエチレン、ポリスチレン等と共重
合、または混合して用いられる。さらには、上記主成分
にエラストマー成分を共重合若しくは混合して用いるこ
とも可能であるが、曲げ弾性率で２，５００〜１５，０
００（ｋｇ／ｃｍ²）が好ましい。コイルとして炭素鋼
線を使用する場合は、重量が増加するので曲げ弾性率を
５，０００〜１５，０００（ｋｇ／ｃｍ²）にすること
が更に望ましい。

【００１９】上記コイルの材料としては、炭素鋼が用い
られる。炭素鋼としては、剛性および成形性を考慮する
と炭素組成率が０．２〜１．０重量％のものが好まし
い。そしてホース壁と接着するために、炭素鋼コイルに
接着剤を塗布するかもしくはホース壁と溶融着可能な合
成樹脂で炭素鋼コイルを被覆することが好ましい。

【００２０】本発明の伸縮螺旋状蛇腹ホースの製造方法
は、テープを巻回してその重なり部分を熱融着してホー
スを成形する方法、ブロー成形法などが適用できる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例および比較例を示す。尚、表
中※印のあるものは構造的に本発明より逸脱しているこ
とを示すものである。 参考例１〜３ 曲げ弾性率７，０００（ｋｇ／ｃｍ²）ポリプロピレン
のテープを押出しながら巻回して、重ね合わせ部分（厚
肉部分）を接着することによりホース壁を形成し呼び径
７５ｍｍの参考例品（図３）および比較例品を得た。な
お、谷部および山肩部の溝は、テープ押出時にダイスに
より形成し、ホースの谷部を形成するホース壁の縦断面
における斜辺の比を１：１にした。得られた伸縮蛇腹ホ
ースについて、垂れ下がり・伸縮保持性（この場合収縮
状態で保持できるかどうか）について測定した。垂れ下
がり試験は、図９に示すように伸長状態で５０ｃｍを試
験長として、ホース先端部の垂れ下がり距離を測定し
た。なお温度条件は、２５℃の場合、室温を２５℃とし
て、ホース内に送風せずに測定。８０℃の場合、室温２
５℃として、ホース内に８０℃の熱風を送風して測定し
た。比較例品として、参考例品と同一素材・同肉厚で、
伸長時のホースの谷部を形成するホース壁の縦断面にお
ける斜辺の比を１：１にして本発明から逸脱したものを
成形し、同様に測定した。得られた結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例１〜２ 上記の伸縮蛇腹ホースの山部内側に、炭素組成率が０．
６重量％の炭素鋼線にホース壁と接着するため、ポリプ
ロピレンで被覆し、コイル自由径をホース外径の１．０
〜２．０倍の本発明にて定めた範囲の実施例品（図
４）、並びに本発明にて定めた範囲から逸脱した比較例
品を成形し、垂れ下がり・成形性を測定した。結果を表
２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】以上実施例並びに比較例から明かなよう
に、本発明により構成された伸縮蛇腹ホースは、伸縮保
持性・成形性を保ちながら、ホース伸長状態の垂れ下が
りを高温時にも減少することができた。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載されるような効果を奏する。ホー
スの伸長状態において、ホース谷部を形成するホース壁
の縦断面における一方の山肩部に溝を設け、この斜辺
と、もう一方の斜辺の比を４：６〜６：４とし、ピッチ
／波高を２．８〜４．０とし、波高×２／ホース外径を
０．０８〜０．１２に形成したことにより、ホース壁を
構成する樹脂内部の圧縮応力の作用を利用し、本発明が
解決しようとする課題である伸長状態での垂れ下がりを
減少することができた。

【００２７】ホース壁材の合成樹脂テープを巻回してそ
の重なり部分（厚肉部分）を山肩部に設けて、該山肩部
のホース外面に段落ち部を形成したことにより、溝が浅
くても、深い状態とほぼ同等の伸長状態の保持力が得る
ことができ、かつ、溝が深い場合の問題点であった屈曲
疲労によるホースの耐久性についても解決することがで
きた。

【００２８】ホース壁を螺旋状に形成したことにより、
連続成形が可能となり長尺物ができるようになった。

【００２９】ホース壁の支軸としてコイルを山部に添着
させたことにより、より安定したホース形状で伸長状態
からの収縮過程で両溝を屈曲点として山肩部に溝を有す
る斜辺を他方の斜辺と同方向に反転させることができ
た。

【００３０】コイル材質に炭素鋼を用いることにより耐
押し潰し性能を向上することができた。また、炭素鋼線
のコイル自由径をホース外径の１．０〜２．０倍にする
ことにより伸長時の垂れ下がりを減少することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホース伸長状態を示す一部切欠正面図
である。

【図２】本発明のホース収縮状態を示す部分断面図であ
る。

【図３】本発明のホースの参考例を示す部分断面図であ
る。

【図４】本発明のホースの他の実施例を示す部分断面図
である。

【図５】曲げた時の状態図

【図６】作用を説明する比較例および本発明の曲部外周
側部分簡略断面図である。

【図７】作用を説明する曲部内周側部分簡略断面図であ
る。

【図８】収縮過程での曲部内周部分の圧縮応力図であ
る。

【図９】垂れ下がり試験方法を説明する図である。

【符号の説明】

１…ホース ２…コイル ３…山部 ４…谷部
５…ホース壁 ６…谷部の溝 ７…山肩部の溝 ８…厚肉部 ９
…段落ち部 １０…ピッチ（ｐ） １１…波高（ｈ） １２…外
径（Ｄ） １３…山肩部に溝のない斜辺 １４…山肩部に溝を設
けた斜辺 １５…伸長状態のピッチ １６…曲部外周側のピッチ １７…曲部内周側のピッチ １８…谷部 １９…変
位量 ２０…ピッチ ２１…ピッチ増加量 ２２…ピッチ ２３…ピッチ
増加量 ２４、２５、２６…屈曲点 ２７…山肩部に溝を設
けた斜辺 ２８、２９…谷径 ３０…谷径変位 ３１…山肩部
に溝のない斜辺

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホース壁材の合成樹脂テープを巻回して
   その重なり部分を山肩部に設けて、該山肩部のホース外
   面に段落ち部を形成するとともに、谷部のホース内面に
   溝を設け、炭素鋼線コイルを山部に添着した伸縮蛇腹ホ
   ースにおいて、前記段落ち部のホース内面に溝を設け、
   この斜辺と、もう一方の斜辺の比を４：６から６：４と
   し、ホースの伸長状態において、ピッチ／波高を２．８
   〜４．０、波高×２／ホース外径を０．０８〜０．１２
   に形成し、かつコイル自由径を伸長状態のホース外径の
   １．０〜２．０倍にした伸縮螺旋状蛇腹ホース。