JP3922137B2 - スパイラル編みホースの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は補強糸をそれぞれ互いに逆方向にスパイラル状に巻き付けて構成した第１補強層と第２補強層とを有するスパイラル編みホースの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば自動車のエアコンの冷媒を輸送するエアコン用ホースの場合、内面樹脂層の外側に内側ゴム層を積層し、更にその外側に第１補強層，中間ゴム層，第２補強層，外側ゴム層を順に積層した構造を成している。
ここで第１補強層は補強糸を複数本引き揃えて内側ゴム層の外周面に且つ一方向にスパイラル状に巻き付けて構成してあり、また第２補強層は、同じく補強糸を複数本引き揃えて第１補強層とは逆方向に中間ゴム層の外周面にスパイラル状に巻き付けて構成してある。
【０００３】
通常、これら第１補強層及び第２補強層における補強糸の太さ，強度，本数，編角（スパイラル状に巻き付けた補強糸のホース軸方向に対して成す角度（巻付角））は同じである。
このようなエアコン用ホース等を含む車輌用配管ホースの積層構造は、例えば下記文献１，文献２にも開示されている。
［文献１］ 特開平７−６８６５９号
［文献２］ 特開平８−１２７０８１号
【０００４】
図３において、（Ａ）は文献１に開示のもので図中２００は内面樹脂層、２０２は内側ゴム層、２０４は第１補強層、２０６は中間ゴム層、２０８は第２補強層、２１０は外側ゴム層である。
また（Ｂ）は文献２に開示のもので、ここでは中間ゴム層２０６が省略されている点を除き（Ａ）に示すものと同じ積層構造を成している。
【０００５】
ここで内面樹脂層２００は、耐ガス透過性を高めるために設けられているものであるが、内側ゴム層２０２の耐ガス透過性を高めることで内面樹脂層２００を省略することも可能である。
【０００６】
このエアコン用ホース或いはその他各種のスパイラル編みホースにおいて、一般に補強層の設計破裂圧Pは次式（２）で表される。
【数２】

ここでN：補強糸の本数，R：補強糸強度，D：補強層外径（編組外径），θ：編角である。
【０００７】
例えば表１における参考例１のホース（内径12.0mmφ）の場合、式（２）に従って計算した第１補強層の設計破裂圧は23.9(MPa。以下同じ)となり、また第２補強層の設計破裂圧は20.4となる。
【０００８】
ホース全体の設計破裂圧は、一般に第１補強層の設計破裂圧23.9と第２補強層の設計破裂圧20.4とを足した合計の値に0.65を掛けた値として求まる。
ここで0.65掛けするのは、加圧時のホースの長さ，径変化により補強層外径及び編角が変化し、無加圧時の寸法での設計破裂圧が低下すること、またホース加硫時の熱の影響その他によって補強糸の強度が低下することから、安全率を見込んで0.65掛けするのである。
而して表１の参考例１のホースの場合、0.65掛けした後の設計破裂圧は28.7となる。
【０００９】
このホースについて、実際に内圧をかけて破裂圧を測定したところ実測値は28.4であった。
この場合実測破裂圧と設計破裂圧との比率（実測破裂圧/設計破裂圧）は99％となり、設計破裂圧は実測破裂圧によく合っている。
【００１０】
つまり少なくともこのホースについては、従来の設計手法によりスパイラル巻きの第１補強層と第２補強層とを構成することで、ほぼ狙い通りの耐圧性能が得られる。
尚この参考例１のホースは第１補強層，第２補強層ともに補強糸の太さは4000デニールで同じであり、また補強糸の本数，編角もそれぞれ24，56.0で何れも同じである。
【００１１】
一方、表１の内径9.0mmφの比較例１のホースについて同様の計算式（２）に基づいてホース全体の設計破裂圧を求めると、その値は24.5となる。
ところが実際にこのホースについて内圧をかけて破裂試験をしたところ、測定された破裂圧は20.8であった。
この場合実測破裂圧と設計破裂圧との比率（実測破裂圧/設計破裂圧）は85％となり、設計した耐圧性能に対し実際の耐圧性能は不十分なものであった。
【００１２】
他方表１の参考例２のホースについて見ると、内径は比較例１のホースと同じ9.0mmφであるが、設計破裂圧18.8に対し、実測破裂圧は19.1とほぼ同じ（実測破裂圧/設計破裂圧＝102％）となっている。
但し表１の参考例２のホースの場合、実測破裂圧が約19であって、耐圧性能が何れも20(MPa)以上の参考例１及び比較例１のホースに対し目標とする耐圧性能が低いものである。
【００１３】
以上に見られるように、ホース径によっては設計破裂圧と実際の破裂試験の実測破裂圧とが合う場合と合わない場合とがあり、また同じホース径であっても一定以上の高圧用のホースとそうでないホースとで設計破裂圧と実際の破裂試験の実測破裂圧とが合う場合と合わない場合とがあることが判明した。
【００１４】
一般に自動車用ホースは、ホース径が小さくなると振動がホースを介して伝わり難くなり、またホースの取り回しがし易くなったり、エンジンルーム内でホースの占めるスペースが少なくなるなど各種の利点が得られる。
【００１５】
そこで本発明者等は、エアコン用ホースとして従来提供されていない内径9.0mmφのスパイラル細径ホースの製作を試みたところ、従来の耐圧設計の下では狙い通りの耐圧性能を有するホースが得られないことが判明した。
このように種々の事情によって目標とする耐圧性能と実際の耐圧性能とが大きく食い違うとなると、求める耐圧性能のホースを得るために試行錯誤を繰返すことを余儀なくされ、その際に多大の手間と時間とを要してしまう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスパイラル編みホースの製造方法は以上の事情に基づいて案出されたものである。
而して請求項１のものは、補強糸を一方向にスパイラル状に巻き付けて成る径方向内方側の第１補強層と、該一方向とは逆方向に補強糸をスパイラル状に巻き付けて成る径方向外方側の第２補強層とを有する、内径が10mm以下で耐圧20MPa以上の細径且つ高圧のスパイラル編みホースの製造方法であって、
下記式（１）を満たすように前記第１補強層の N _１ ， R _１ ， D _１ ，θ _１ 及び前記第２補強層の N _２ ， R _２ ， D _２ ，θ _２ を定めることを特徴とする。
【数１】

但しN _１ ， N _２ ：補強糸の本数，R _１ ， R _２ ：補強糸強度（ニュートン），D _１ ， D _２ ：補強層外径（ mm ），θ _１ , θ _２ ：編角
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記第２補強層における前記補強糸の編角を前記第１補強層よりも大きくするか、又は該第２補強層における該補強糸の強度を該第１補強層よりも強くすることにより前記式（１）を満たすことを特徴とする。
【００１８】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記ホースが自動車のエアコン用ホースであることを特徴とする。
【００１９】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は上記式（１）を満たすように、第１補強層及び第２補強層をそれぞれ構成するようになしたものである。
尚式（１）においてホース断面積はπ/４×（外径^２−内径^２）で与えられる。
【００２０】
本発明者等は、第１補強層の設計破裂圧P_１と第２補強層の設計破裂圧P_２とに基づいて求めたホース全体の設計破裂圧と、実際に測定された実測破裂圧との間で食違いが生じる原因を追求すべくホース破裂時の状態を観察したところ、圧力の付加によってホースが捩れ、その捩れに基づいてホース破裂が生じていることが判明した。
【００２１】
その破裂の原因となる捩れが生じるのは、内側の第１補強層と外側の第２補強層とで補強糸の巻付径が異なることによるものと考えられる。
【００２２】
即ち外側の第２補強層の場合、補強糸の編角を内側の第１補強層と同一とした場合、巻付径が大きいことからホース軸方向の巻付ピッチが粗くなって、補強糸密度が相対的に小さくなり、その結果として第１補強層と第２補強層とで補強性能に差（アンバランス）が生じて、そのアンバランスに起因してホースに捩れが生じるものと考えられる。
【００２３】
而して第１補強層と第２補強層との補強性能の差（アンバランス）が原因でホースに捩れが生じ、その捩れによってホース破裂が生じるとすれば、そのホース破裂に対するホースの捩れの影響の度合いを小さくすれば良いことになる。
そこで本発明者等は次にホース断面積に着目した。ホース断面積が大きくなればホース破裂に対するホース捩れの影響を小さくできると考えられる。
【００２４】
そこで（P_１−P_２/ホース断面積）と（実測破裂圧/設計破裂圧）との関係を調べたところ、前者の値（絶対値）が小さければ、具体的にはその値が2.4×10^−２以下であれば、設計破裂圧と実測破裂圧とがよく合う事実のあることが判明した。
本発明はこのような知見の下になされたものである。
【００２５】
上記式（１）に従って第１補強層の N _１ ， R _１ ， D _１ ，θ _１ 及び前記第２補強層の N _２ ， R _２ ， D _２ ，θ _２ を定めるならば、ホース径が大径であると小径であるとを問わず、更にはまた一定以上の高圧用のホースであろうと否とを問わず、求める耐圧性能のホースが容易に得られる。
但し内径10mm超の大径のホース或いは耐圧20MPa未満のホースの場合、設計破裂圧と実測破裂圧とが比較的よく一致することから、本発明は内径10mm以下の細径ホースで且つ耐圧20MPa以上の高圧ホースの製造に適用して意義を有するものである。
【００２６】
また本発明は、自動車のエアコン用ホースの製造に適用して特に好適である（請求項３）。
尚本発明において、上記式（１）を満足するN _１ ， R _１ ， D _１ ，θ _１ 及び N _２ ， R _２ ， D _２ ，θ _２ を定めるに当って(a)第２補強層における補強糸の本数を第１補強層よりも多くすることが考えられるが、請求項２に従って、(b)第２補強層における補強糸の強度を第１補強層よりも強くすること、又は(c)第２補強層における補強糸の編角を第１補強層よりも大きくすることが望ましい。
【００２７】
(a)の場合にはホース製造のコストアップ，段取り工数アップを招くことから、(b)又は(c)を採用することが有利である。
【００２８】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１において、１０は自動車のエアコン用ホース等として好適な本例のスパイラル編みホース（以下単にホースとする）で、内面樹脂層１２，内側ゴム層１４，第１補強層１６，中間ゴム層１８，第２補強層２０及び外側ゴム層２２を積層した構造を成している。
ここで第１補強層１６は、複数本の補強糸を引き揃えて内側ゴム層１４の外周面に一方向にスパイラル状に巻き付けて構成してあり、また第２補強層２０は、同じく補強糸を複数本引き揃えて第１補強層１６とは逆方向に中間ゴム層１８の外周面にスパイラル状に巻き付けて構成してある。
【００２９】
尚、図１においてθ_１は第１補強層１６の編角を、またθ_２は第２補強層２０の編角をそれぞれ表している。
【００３０】
表１はホース内径D _３ ，ホース外径D_４及び内面樹脂層１２，内側ゴム層１４，第１補強層１６，中間ゴム層１８，第２補強層２０，外側ゴム層２２を様々に変えてホース１０を構成したときの第１補強層１６，第２補強層２０のそれぞれの設計破裂圧，ホース１０全体の設計破裂圧と、ホース１０の実際の破裂試験の際の実測破裂圧とを比較して示している。
尚補強糸の強度は、糸を引張り試験機にセットし、切断時の強さを測定したものであり、別に表２に示してある。
【００３１】
また図２は、第１補強層１６の設計破裂圧P_１と、第２補強層１６の設計破裂圧P_２との差の絶対値をホース断面積で除した値を横軸に、また実測破裂圧/設計破裂圧を縦軸にとってそれらの関係を表している。
尚実際のホース１０の破裂試験は、ホースをかしめて密栓し、片端より毎分100MPaの加圧速さで液圧を加え、破裂強さを測定することにより行った。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
以上の結果から、（P_１−P_２）/（ホース断面積）の絶対値が2.4×10^−２以下であるものについて良好な結果が得られ、また2.4×10^−２より大きいものについては設計破裂圧と実測破裂圧とが大きくかけ離れており、従って（P_１−P_２）/（ホース断面積）の絶対値を2.4×10^−２以下となるように第１補強層１６の N _１ ， R _１ ， D _１ ，θ _１ ，第２補強層２０の N _２ ， R _２ ， D _２ ，θ _２ を定めることで、設計破裂圧と実測破裂圧との食違いを小とすること、即ち実際の耐圧性能を向上させ得ることが分る。
【００３５】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の適用対象であるスパイラル編みホースの一例を示す図である。
【図２】 本発明の実施例において得られた（｜第１補強層と第２補強層の設計破裂圧の差｜/断面積）と（実測破裂圧/設計破裂圧）との関係を表す図である。
【図３】 エアコン用ホース等従来のスパイラル編みホースの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ スパイラル編みホース
１６ 第１補強層
２０ 第２補強層

Claims (3)

1. 補強糸を一方向にスパイラル状に巻き付けて成る径方向内方側の第１補強層と、該一方向とは逆方向に補強糸をスパイラル状に巻き付けて成る径方向外方側の第２補強層とを有する、内径が10mm以下で耐圧20MPa以上の細径且つ高圧のスパイラル編みホースの製造方法であって、
   下記式（１）を満たすように前記第１補強層の N _１ ， R _１ ， D _１ ，θ _１ 及び前記第２補強層の N _２ ， R _２ ， D _２ ，θ _２ を定めることを特徴とするスパイラル編みホースの製造方法。
   

   

   但し N _１ ， N _２ ：補強糸の本数
   R _１ ， R _２ ：補強糸強度
   D _１ ， D _２ ：補強層外径
   θ _１ , θ _２ ：編角
2. 請求項１において、前記第２補強層における前記補強糸の編角を前記第１補強層よりも大きくするか、又は該第２補強層における該補強糸の強度を該第１補強層よりも強くすることにより前記式（１）を満たすことを特徴とするスパイラル編みホースの製造方法。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記ホースが自動車のエアコン用ホースであることを特徴とするスパイラル編みホースの製造方法。

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