JP4010237B2 - 蛇腹金属管付ホース - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は自動車用燃料輸送用ホースや冷媒その他流体の輸送用ホースとして好適な蛇腹金属管付ホースに関し、特に軸方向端部の構造に特徴を有するものに関する。
【0002】
【発明の背景】
自動車用燃料輸送用ホース等として、従来、振動吸収性,組付性等の良好な一般的なゴムホース、例えば耐ガソリン透過性の優れるNBR・PVC(アクリロニトリルブダジエンゴムとポリ塩化ビニルとのブレンド)等が用いられて来たが、近年自動車用燃料等の透過規制は地球環境保全の観点から厳しく、今後もその規制の一層の強化が予想され、他面では燃料電池で使用される水素ガスや炭酸ガス冷媒等の透過性の高い流体に対応する必要もあり、ゴムや樹脂といった有機材料のみで構成されたホースでは要求性能を満足することが困難になると予想される。
【0003】
そこで今後の低透過ホースの形態として、極めて高度の流体不透過性が期待できる、内層に蛇腹金属管を有するホースの使用が検討されている。
【0004】
この種の蛇腹金属管付きのものとして、下記特許文献1,特許文献2,特許文献3に開示のものが従来公知である。
この蛇腹金属管付きのホースの場合、燃料電池で使用される水素ガスを用いた場合でも内層の蛇腹金属管によってガス透過を0とすること、即ちガス透過を完全防止することが可能である。
【0005】
図5はこの種の蛇腹金属管付ホースとして本発明者等が案出したものを比較例として示したものである。
同図において200はホース本体で、最内層に蛇腹金属管202を有し、その径方向外側に内側弾性層204,補強層206及び外側弾性層208から成る外層が積層された断面構造をなしている。
【0006】
210はホース本体200の軸方向端部に外嵌されたソケット金具であって、径方向内方にかしめられている。
そしてこのソケット金具210のかしめによって、ホース本体200の軸方向端部が、その内部に挿入された剛性のインサートパイプ212とソケット金具210とにより径方向内外から挟み付けられる状態で、それらインサートパイプ212とソケット金具210とに固定されている。
【0007】
蛇腹金属管202には、軸方向端部側に軸方向にストレートに延びるストレート形状部(直管部)214が一体に形成されており、このストレート形状部214がインサートパイプ212に外嵌されて、かかるインサートパイプ212に固定されている。
【0008】
このストレート形状部214は、内側弾性層204,補強層206及び外側弾性層208から成る外層から露出して軸方向に延出する延出部216を有しており、この延出部216が、ソケット金具210の内向きの鍔状部218及びこれに対応する位置においてインサートパイプ212に形成された係入溝220により径方向に挟み付けられることで、ストレート形状部214、即ち蛇腹金属管202とインサートパイプ212の外面とが気密にシールされるとともにストレート形状部214が軸方向に抜け防止されている。
尚ストレート形状部214は、蛇腹金属管202における蛇腹部(完全蛇腹部)222の最大外径、即ち蛇腹部222における山部の径と同径とされている。
【0009】
ところでこの蛇腹金属管付ホースの場合、内圧が作用したとき図6(B)に示しているように蛇腹金属管202が軸方向に伸長変形する。
その際、図7(A)中2点鎖線で示すように蛇腹ピッチが軸方向に広がって蛇腹部222が延び、これに伴って山部222aが縮径変形し、また谷部222bが拡径変形する。
即ち山部222aと谷部222bとが蛇腹部222の中心径(山部222aの径と谷部222bの径との間の中央値)に向うようにそれぞれ縮径変形,拡径変形する。
【0010】
一方ストレート形状部214は、内圧の作用時に径方向に変形することはなく、その結果(B)に模式的に表しているように、ストレート形状部214と隣接する蛇腹部222との間で径方向に段差を生じ、蛇腹部222に対して、特にストレート形状部214に近い部位に対し局部的に大きな歪み,応力が発生する。
そのため内圧を繰返し作用させる加圧繰返し試験を行ったとき、蛇腹部222が上記の局部的な大きな歪み,応力の発生箇所(特に山部222a又は谷部222b)で疲労破断する問題のあることが判明した。
【0011】
以上燃料電池で使用される水素ガスの輸送用ホースを例にとって説明したが、同様の問題は、例えばガソリン等燃料を輸送するホースにおいて、ガソリンの大気中への飛散防止のため或いは機器の高出力化による高温化,高圧力化(即ち低透過の必要性が顕著になる)によって蛇腹金属管付ホースを用いる場合、水素同様に分子量が小さく、ガス透過性の高いCO2を冷媒(流体)として用いる流体輸送用ホースに蛇腹金属管付ホースを用いる場合、その他ガス透過規制の厳しい分野において蛇腹金属管付ホースを用いる場合において共通して生じ得る問題である。
【0012】
【特許文献1】
特開2001−182872号公報
【特許文献2】
特開2001−341230号公報
【特許文献3】
実開昭51−150511号公報
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の蛇腹金属管付ホースはこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項1のものは、蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成るホース本体の軸方向端部の内部に剛性のインサートパイプを挿入するとともに、該軸方向端部にソケット金具を外嵌して径方向内方にかしめて成る蛇腹金属管付ホースであって、前記蛇腹金属管における完全蛇腹部の軸方向端を拘束する拘束部の該完全蛇腹部側端の径を、隣接する該完全蛇腹部の山部の径と谷部の径との中間の径となしてあり、該拘束部は、前記蛇腹金属管の軸方向端部側に一体に形成した軸方向のストレート形状部となしてあるとともに、該ストレート形状部は、前記外層から露出して軸方向に延びる延出部を有していて、該延出部が、前記ソケット金具の径方向内向きの鍔状部と前記インサートパイプの外面の係入溝とで径方向に挟み込まれることで、該ストレート形状部と該インサートパイプとがシール状態で固定してあることを特徴とする。
【0014】
請求項2のものは、請求項1において、前記拘束部の前記完全蛇腹部側端の径を、隣接する該完全蛇腹部における山部の径から谷部の径を差し引いた径の1/2の径の±5%の範囲内としたことを特徴とする。
【0015】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、内圧の作用によって蛇腹金属管が伸長変形したときに、蛇腹部(完全蛇腹部)の端を拘束する、軸方向のストレート形状部からなる拘束部と隣接する蛇腹部との間で径方向の段差を生じて蛇腹部に部分的に大きな歪み,応力が発生する問題に着眼し、内圧の作用時においても拘束部と隣接する蛇腹部との間で径方向の段差を生ぜしめず或いはその段差を少なくするようになしたものである。
具体的には、拘束部の蛇腹部側端を、隣接する蛇腹部の山部の径と谷部の径との中間の径を有するように構成したものである。
【0016】
このようになしておけば、内圧の作用によって拘束部に隣接した蛇腹部が軸方向に伸長変形したとき、拘束部が山部,谷部の縮径変形,拡径変形に対して強い抵抗力を発生させることがなく、従ってその強い抵抗力によって蛇腹部に、特に拘束部に近い部位に局部的に大きな歪み,応力を発生させて、そこで蛇腹金属管が疲労破断するといった問題を解決することができる。
【0017】
本発明では、上記拘束部の蛇腹部側端の径を、隣接する蛇腹部における中心径、詳しくはその山部の径から谷部の径を差し引いた径の1/2の径の±5%の範囲内としておくことが望ましい(請求項2)。
【0018】
【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及び図2において、10は水素輸送用ホースや自動車用燃料輸送用ホース或いはエアコン用の冷媒輸送用ホース等として好適な蛇腹金属管付ホース(以下単にホースとする)で、12はホース本体、14はホース本体12に固定された金属製のインサートパイプ、16はホース本体12の軸方向端部に外嵌されたソケット金具である。
【0019】
ソケット金具16は径方向内方にかしめられており、これによりホース本体12の軸方向端部がインサートパイプ14とソケット金具16とにより、内外両側から径方向に挟み付けられる状態に、それらインサートパイプ14及びソケット金具16に固定されている。
【0020】
ホース本体12は、最内層としての蛇腹金属管22を有しており、その径方向外側に内側弾性層18,補強層20,外側弾性層21が積層され、それらが加硫接着等により一体に固着されている。
尚本例において、内側弾性層18,補強層20,外側弾性層21は蛇腹金属管22に対する外層を構成している。
【0021】
この例において、補強層20は補強線材を互いに逆向きに所定の編角でブレード編みして構成してある。
この補強層20は繊維補強層であっても良いし或いはまたワイヤ補強層であっても良い。
また内側弾性層18及び外側弾性層21はゴム等の弾性を有する材料で構成することができる。
【0022】
一方最内層の蛇腹金属管22は、軸方向の略全体が蛇腹部(完全蛇腹部)24とされており、その蛇腹部24によって可撓性が付与されている。
即ちこの例のホース10は、最内層が金属管にて構成されているにも拘わらず、その金属管に蛇腹部24が設けられることによって全体的に可撓性が付与されている。
【0023】
尚、この蛇腹金属管22の材質として鋼材(ステンレス鋼を含む),銅又は銅合金,アルミ又はアルミ合金,ニッケル又はニッケル合金,チタン又はチタン合金等を用いることができるが、ステンレス鋼がより好適である。
【0024】
またその板厚は20〜500μmとすることができるが、ピンホール等の欠陥防止、また蛇腹部30の加工性等を考慮すると50μm以上が望ましく、また柔軟性,耐久性の点から300μm以下とするのが望ましい。
【0025】
蛇腹金属管16には、軸方向端部側に軸方向にストレートに延びるストレート形状部(直管部)(拘束部)26が一体に形成されており、このストレート形状部26がインサートパイプ14に外嵌されて、かかるインサートパイプ14に固定されている。
【0026】
このストレート形状部26は、内側弾性層18,補強層20及び外側弾性層21から成る外層から露出して軸方向に延出する延出部28を有しており、その延出部28が、ソケット金具16の内向きの鍔状部30及びこれに対応する軸方向位置においてインサートパイプ14に形成された係入溝32により径方向に挟み付けられることで、ストレート形状部26即ち蛇腹金属管16とインサートパイプ26の外面とがシールされるとともに、ストレート形状部26がインサートパイプ14から軸方向に抜け防止されている。
【0027】
本例においては、蛇腹部24の軸方向端の拘束部として働くストレート形状部26の外径(蛇腹部24側端の外径を含む)Dc(図3参照)が、蛇腹部24における山部24aの径Daと谷部24bの径Dbとの間の径(中間の径)とされている。
特にこの例では、外径Dcが蛇腹部24の中心径、即ち山部24aの径Daから谷部24bの径Dbを差し引いた値の丁度1/2の径の±5%の範囲内の径とされている。
【0028】
尚、この例では山部24aの径Daがφ8.5mm、谷部24bの径Dbがφ5.5mm、板厚tが0.15mmとされている。
また蛇腹ピッチPがP=1.2mmとされている。
【0029】
以上のような本例の蛇腹金属管付ホース10の場合、内圧の作用によって蛇腹部24が、蛇腹ピッチの軸方向の広がり,山部24aの縮径変形,谷部24bの拡径変形を伴って軸方向に伸長したとき、図4の模式図にも示しているようにストレート形状部26、特にその図中右端の蛇腹部24側端が、山部24aの縮径変形,谷部24bの拡径変形に対して抵抗作用を特に及ぼさない。
従って山部24a,谷部24bを含む蛇腹部24はストレート形状部26による引張抵抗を特に受けることなく、自由に縮径変形及び拡径変形することができる。即ち蛇腹部24が自在に軸方向に伸長することができる。
【0030】
ストレート形状部26の外径、厳密には蛇腹部24側端の外径が蛇腹部24の中心径ないしこれに近い外径とされており、蛇腹部24が伸長変形したとき、図7(B)に示すような径方向の段差を特に生ぜしめず或いは段差が生じたとしても僅かであるからである。
【0031】
従って本例によれば、内圧の繰返し作用によって蛇腹部24が軸方向に伸長・収縮を繰り返した場合であっても、ストレート形状部26に近い部位において、とりわけストレート形状部26に近接した蛇腹部24の山部24a,谷部24bにおいて局部的に大きな歪み,応力が発生するのが抑制され、そこから疲労破断を生じるといった問題を解決することができる。
【0032】
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、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である蛇腹金属管付ホースを示す図である。
【図2】 同実施例の要部縦断面図である。
【図3】 同実施例におけるインサートパイプと隣接する蛇腹部の要部を拡大して示す図である。
【図4】 同実施例の作用を説明する説明図である。
【図5】 本発明者等の案出した蛇腹金属管付ホースを比較例として示す比較例図である。
【図6】 蛇腹金属管の伸縮の様子を示す説明図である。
【図7】 図5の比較品において生じた不具合の説明図である。
【符号の説明】
10 蛇腹金属管付ホース
12 ホース本体
16 ソケット金具
18 内側弾性層
20 補強層
21 外側弾性層
22 蛇腹金属管
24 蛇腹部(完全蛇腹部)
24a 山部
24b 谷部
26 ストレート形状部
Claims (2)
- 蛇腹金属管を内層に有し、径方向外側に補強層を含む外層を積層して成るホース本体の軸方向端部の内部に剛性のインサートパイプを挿入するとともに、該軸方向端部にソケット金具を外嵌して径方向内方にかしめて成る蛇腹金属管付ホースであって、
前記蛇腹金属管における完全蛇腹部の軸方向端を拘束する拘束部の該完全蛇腹部側端の径を、隣接する該完全蛇腹部の山部の径と谷部の径との中間の径となしてあり、
該拘束部は、前記蛇腹金属管の軸方向端部側に一体に形成した軸方向のストレート形状部となしてあるとともに、該ストレート形状部は、前記外層から露出して軸方向に延びる延出部を有していて、該延出部が、前記ソケット金具の径方向内向きの鍔状部と前記インサートパイプの外面の係入溝とで径方向に挟み込まれることで、該ストレート形状部と該インサートパイプとがシール状態で固定してあることを特徴とする蛇腹金属管付ホース。 - 請求項1において、前記拘束部の前記完全蛇腹部側端の径を、隣接する該完全蛇腹部における山部の径から谷部の径を差し引いた径の1/2の径の±5%の範囲内としたことを特徴とする蛇腹金属管付ホース。
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