JP4084518B2 - 樹脂ホースの製造方法および樹脂ホース - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂で構成されて屈曲部を有する樹脂ホースの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
狭隘なエンジンルーム内で取り回す必要がある自動車のラジエータホースとして、従来は屈曲自在なゴムホースが一般的に用いられていた。これに対し、ゴムに比べて軽量な樹脂材を用いたホースが種々提案されている。例えば、特開平7−71663号公報には、蛇腹状の凹凸を形成したフレキシブルな樹脂ホースを所定の形状に屈曲させて使用するラジエータホースが開示されている。
【0003】
しかしながら、上記特開平7−71663号公報に記載された従来のラジエータホースは、樹脂ホースを弾性的に屈曲させて配管するので、冷却水の内圧が加わると屈曲した樹脂ホースが元の直線形状に伸びようとするため、その形状が安定しないという問題がある。
【0004】
そこで、蛇腹状の凹凸を形成した樹脂ホースを実際に使用する形状に塑性変形させ、内圧が加わったときの形状を安定させることが考えられる。蛇腹状の凹凸を形成した樹脂ホースを所望の形状に塑性変形させるには、加熱した樹脂ホースの内部にコイルスプリングを挿入して、あるいは樹脂ホースの内部に圧力を加えて潰れを防止しながら外力を加えて屈曲させ、冷却固化した後にコイルスプリングを抜き取り、あるいは内圧を除去すれば良い。また他の方法として、蛇腹状の凹凸を形成した樹脂ホースを金型内に挿入し、金型を加熱して所望の形状に成形するものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各種の方法で屈曲させた樹脂ホースは、その製造工程が複雑でコストが嵩むだけでなく、ラジエータホースのような高温・高圧の環境で使用すると、その蛇腹の襞がクリープ現象で伸びて屈曲形状が次第に変化してしまうという問題がある。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、高温・高圧の環境で使用しても屈曲形状を長期に亘って保持可能な樹脂ホースを低コストで提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、熱可塑性樹脂で構成されて直線状に延びる円筒部と屈曲した蛇腹部とを有する樹脂ホースの製造方法において、円筒状のホースを押し出し成形する第1工程と、押し出し成形したホースの長手方向の少なくとも一部に襞の形状が円周方向に異なる蛇腹部を形成する第2工程と、蛇腹部を形成したホースを可塑状態に加熱する第3工程と、可塑状態に加熱したホースの内部に圧力を加えて蛇腹部の襞を伸長させることにより該ホースを屈曲させる第4工程と、屈曲したホースを冷却する第5工程と、を備えたことを特徴とする樹脂ホースの製造方法が提案される。
【0008】
上記構成によれば、押し出し成形したホースの長手方向の少なくとも一部に襞の形状が円周方向に異なる蛇腹部を形成し、ホースを加熱した状態で内部に圧力を加えて蛇腹部の襞を伸長させることにより該ホースを屈曲させるので、蛇腹部の位置、襞の形状、襞の本数等を変化させるだけで、ホースの任意の部分を任意の方向に任意の角度だけ屈曲させることができる。またホースを加熱および加圧するだけで蛇腹部を屈曲させることができるので、特別の設備が不要になって製造コストが削減される。しかも完成したホースの蛇腹部の襞は殆ど伸びきって蛇腹構造が失われるため、高温・高圧に晒されても蛇腹部の屈曲角度が変化せず、ホースの形状を長期に亘って一定に保つことができる。
【0009】
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、第2工程で成形されたホースの蛇腹部は山部および谷部が連続する蛇腹壁と、この蛇腹壁に対して直径方向反対側に位置する非蛇腹壁とを備えており、第2工程において、第1工程で成形された円筒状のホースの一部を半径方向内側に変位させて蛇腹壁の谷部を成形するとともに、前記円筒状のホースの一部を半径方向外側に変位させて非蛇腹壁を成形することを特徴とする樹脂ホースの製造方法が提案される。
【0010】
上記構成によれば、第2工程において円筒状のホースの一部を半径方向内側に変位させて蛇腹壁の谷部を成形し、また前記円筒状のホースの一部を半径方向外側に変位させて非蛇腹壁を成形するので、成形時に薄くなり易い蛇腹壁の肉厚の減少を最小限に抑えるとともに、成形時に厚くなり易い非蛇腹壁の肉厚を積極的に減少させ、全体としてホースの蛇腹部の肉厚を均一化することができる。これによりホースの重量を増加させることなく、また流路断面積を減少させることなく耐久性を向上させることができる。
【0011】
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1又は2に記載の製造方法により製造された樹脂ホースであって、前記第2工程で成形された前記蛇腹部が、山部および谷部が連続する蛇腹壁と、この蛇腹壁に対して直径方向反対側に位置する非蛇腹壁とを備え、蛇腹壁の谷部の外径は円筒部の外径よりも小さく、かつ非蛇腹壁の外径は円筒部の外径よりも大きいことを特徴とする樹脂ホースが提案される。
【0012】
上記構成によれば、蛇腹壁の谷部の外径を円筒部の外径よりも小さくし、かつ非蛇腹壁の外径を円筒部の外径よりも大きくしたので、成形時に薄くなり易い蛇腹壁の肉厚の減少を最小限に抑えるとともに、成形時に厚くなり易い非蛇腹壁の肉厚を積極的に減少させ、全体としてホースの蛇腹部の肉厚を均一化することができる。これによりホースの重量を増加させることなく、また流路断面積を減少させることなく耐久性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0014】
図1〜図7は本発明の第1実施例を示すもので、図1は完成した樹脂ホースの外観を示す図、図2は屈曲前の樹脂ホースの側面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図2の4−4線断面図、図5は図2の5−5線断面図、図6は樹脂ホースの製造工程の第1分図、図7は樹脂ホースの製造工程の第2分図である。
【0015】
図1に示すように、自動車のラジエータホースとして使用される熱可塑性樹脂のホースHは、何れも円筒状に形成された第1〜第4円筒部11〜14と、第1、第2円筒部11,12間に設けられた第1蛇腹部15と、第2、第3円筒部12,13間に設けられた第2蛇腹部16と、第3、第4円筒部13,14間に設けられた第3蛇腹部17とを備える。第1〜第3円筒部11〜13は第1、第2蛇腹部15,16において同一平面上で屈曲しており、第4円筒部14は第3蛇腹部17において前記平面から外れるように屈曲している。
【0016】
図2〜図5は、第1〜第3蛇腹部15〜17を屈曲させる前段階のホースHの形状を示している。各々蛇腹状に形成された第1〜第3蛇腹部15〜17は、それぞれ3本、5本および2本の襞15a…,16a…,17a…を備えており、各々の襞15a,16a,17aは大径の山部18と小径の谷部19とを備えている。小径の谷部19の横断面は第1〜第4円筒部11〜14の横断面と同一であって該第1〜第4円筒部11〜14と中心Oを共有しており、大径の山部18の横断面の中心O′は前記谷部19の横断面の中心Oに対してεだけ偏心している。
【0017】
ホースHを軸方向に見たとき、ホースHの軸線と平行な母線a,b,c上で第1〜第3蛇腹部15〜17の襞15a…,16a…,17a…が消滅しており、この部分がホースHの非蛇腹壁31とされる。また前記母線a,b,cに対してホースHの直径方向反対側で襞15a…,16a…,17a…の波型の凹凸が最大になっており、この部分がホースHの蛇腹壁32とされる。2つの母線a,bは同一直線上に在るが、他の1つの母線cは前記2つの母線a,bに対して円周角で45°変位した位置に在る。
【0018】
本実施例では、ホースHの最小肉厚は1.0mmであり、ホースHの谷部19の内径(第1〜第4円筒部11〜14の内径)は30mmであり、ホースHの山部18および谷部19の内径差は3.5mmであり、隣接する襞15a…,16a…,17a…間のピッチは6.3mmである。
【0019】
次に、図6および図7に基づいて前記ホースHの製造工程を説明する。
【0020】
先ず、図6(a)に示すように、TPO(オレフィン系熱可塑性エラストマー)やPA(ポリアミド)のような熱可塑性プラスチックを材料として、素材となる円筒状のホースHを押し出し成形する。
【0021】
続いて、図6(b)に示すように、一対の金型群21,22を備えたコルゲータ23によってホースHに第1〜第3蛇腹部15〜17の襞15a…,16a…,17a…を成形する。それぞれの金型群21,22は多数のブロック状の金型21a…,22a…を無端状の連結してなり、両金型群21,22の金型21a…,22a…は対向面に前記襞15a…,16a…,17a…を成形するための成形面を備えている。押し出し成形された高温状態のホースHは回転する金型群21,22の金型21a…,22a…間に挟まれ、かつ金型21a…,22a…の成形面に密着するように負圧で吸引されて襞15a…,16a…,17a…が成形され、図7(c)に示す形状の連続的なホースHとなる。
【0022】
続いて、図7(d)に示すように、連続的なホースHを第1〜第4円筒部11〜14および第1〜第3蛇腹部15〜17を有する所定長さに切断する。そして図7(e)に示すように、切断したホースHの両端部に雌カプラ24,24を接着や溶着により固定し、その一方の雌カプラ24に盲栓としての雄カプラ25を結合する。かかる雌カプラ24,24および雄カプラ25は公知のもので、相互に押し付けるだけで液密状態に結合され、かつ雌カプラ24,24に設けた図示せぬボタンを押すことにより結合が解除される。
【0023】
続いて、図7(f)に示すように、他方の雌カプラ24(雄カプラ25が結合されていない側の雌カプラ24)から、ホースHの内部にクーラントを50%混入した水を3分の2程度注入した後に、図7(g)に示すように、前記他方の雌カプラ24に盲栓としての雄カプラ25を結合することにより、ホースHの内部に水を封入する。
【0024】
続いて、図7(f)に示すように、水を封入したホースHを恒温槽26に入れて120℃で2時間加熱すると、内部の水が蒸気になってホースHの内圧が例えば2×105 Paに高められるため、高温により可塑状態になったホースHの襞15a…,16a…,17a…が前記内圧で引き伸ばされる。このとき、襞15a…,16a…,17a…の波型の凹凸はホースHの円周方向に不均一であるため、襞15a…,16a…,17a…が存在しない母線a,b,cの位置ではホースHは軸線方向に殆ど伸長せず、逆に母線a,b,cの反対側の波型の凹凸が高い位置でホースHは軸線方向に最も大きく伸長する。その結果、ホースHの第1〜第3蛇腹部15〜17は母線a,b,cを内側にして所定角度屈曲し、所望の屈曲形状を有するホースHが成形される。このホースHを恒温槽26から出して可塑温度以下の常温まで冷却すると、ホースHの形状は前記所定の屈曲形状に安定する。
【0025】
尚、ホースHを恒温槽26に入れる前に、加熱炉で予備加熱して内部の水の温度を予め上昇させておけば、恒温槽26における処理時間を短縮することができる。
【0026】
而して、雌カプラ24,24から雄カプラ25,25を取り外してホースHが完成する。このホースHの両端を自動車のラジエータおよびエンジンに接続するとき、ラジエータ側およびエンジン側に予め取り付けておいた雄カプラ25,25にホースHの両端の雌カプラ24,24を結合することにより、ホースHの取付作業を簡単に済ませることができる。
ホースHの第1〜第3蛇腹部15〜17における屈曲角度は、その襞15a…,16a…,17a…の本数によって自動的に決定される。例えば、本実施例のホースHは襞15a…,16a…,17a…の1本につき約12°屈曲するため、3本の襞15a…を有する第1蛇腹部15の屈曲角度は約36°になり、5本の襞16a…を有する第2蛇腹部16の屈曲角度は約60°になり、2本の襞17a…を有する第2蛇腹部17の屈曲角度は約24°になる。
【0027】
完成したホースHの第1〜第3蛇腹部15〜17は襞15a…,16a…,17a…が殆ど伸びきって蛇腹構造が失われるため、このホースHをラジエータホースとして使用した際に冷却水の高温・高圧に晒されても、襞15a…,16a…,17a…が伸びることがなく、従って第1〜第3蛇腹部15〜17の屈曲角度は長期に亘って変化することがない。実施例では、温度が120℃、内圧が1.25×105 Paの状態が200時間継続してもホースHの外形の変化は殆ど見られず、また常温で長期に亘って保管してもホースHの外形の変化は殆ど見られない。
【0028】
以上のように、ホースHに予め形成する蛇腹状の襞15a…,16a…,17a…の位置、形状、本数等を変化させるだけで、ホースHの任意の部分を任意の方向に任意の角度だけ屈曲させることができる。しかもホースHを恒温槽26内で加熱するだけで、襞15a…,16a…,17a…が自動的に伸長してホースHが屈曲するので、特別の設備が不要になって製造コストが削減される。
【0029】
次に、図8に基づいて本発明の第2実施例を説明する。
【0030】
図8にはコルゲータ23によって第1〜第3蛇腹部15〜17を成形したホースHの縦断面が示される。長手方向に一定の円形断面を有する円筒部11〜14の外径は一定値R0であり、その肉厚も一定値t0である。一方、第1〜第3蛇腹部15〜17は、山部18および谷部19が連続する蛇腹壁32と、平坦な非蛇腹壁31とを備えており、それら蛇腹壁32と非蛇腹壁31とでは、ホースHの軸線を中心とする外径が異なっている。具体的には、蛇腹壁32の谷部19の外径R1は円筒部11〜14の外径R0よりも小さく設定され(R1<R0)、また非蛇腹壁31の外径R2は円筒部11〜14の外径R0よりも大きく設定される(R2>R0)。
【0031】
図2に示す第1実施例のものは、蛇腹壁32の谷部19の外径R1および非蛇腹壁31の外径R2が、何れも円筒部11〜14の外径R0に等しくなっている。この場合、第1〜第3蛇腹部15〜17の成形時に蛇腹壁32は引き伸ばされて肉厚が減少するのに対し、非蛇腹壁31は引き伸ばされずに肉厚が減少しないため、蛇腹壁32は肉厚が薄く、非蛇腹壁31は肉厚が厚くなってしまう。このように第1〜第3蛇腹部15〜17の肉厚が円周方向に不均一になると、最も肉厚の薄い蛇腹壁32の強度が低下し、ホースH全体の耐久性が低下してしまう。これを防止するためにホースH全体の肉厚を増加させると、非蛇腹壁31の肉厚が過大になって重量が増加するという問題や、ホースHの外径が同じ場合には流路断面積が減少するという問題が発生する。
【0032】
しかしながら本第2実施例では、蛇腹壁32の谷部19の外径R1を円筒部11〜14の外径R0よりも小さく設定したので、成形時に蛇腹壁32が引き伸ばされる量を減少させ、その肉厚t1の減少を最小限に抑えることができ、また非蛇腹壁31の外径R2を円筒部11〜14の外径R0よりも大きく設定したので、成形時に非蛇腹壁31を積極的に引き伸ばし、その肉厚t2を減少させることができる。その結果、成形後の蛇腹壁32の肉厚t1および非蛇腹壁31の肉厚t2間の差を減少させることができ、ホースH全体の肉厚を増加させて重量の増加や流路断面積の減少を招くことなく、ホースH全体の耐久性を高めることができる。
【0033】
ポリアミド12およびTPO(熱可塑性オレフィン)を2層で円筒状に押出成形した厚さt0=2.5mmのホースHを、図2の第1実施例の形状に成形した場合には、蛇腹壁32の最小肉厚t1は1.0mm、非蛇腹壁31の最小肉厚t2は2.5mmであって偏差が1.5mmに達する。一方、図8の本第2実施例で形状に成形した場合には、蛇腹壁32の最小肉厚t1は1.5mmに増加し、非蛇腹壁31の最小肉厚t2は2.0mmに減少し、偏差も0.5mmに減少する。
【0034】
第1実施例のホースHおよび第2実施例のホースHに50%クーラント液を封入し、温度が130℃、内圧が0.2MPaの状態で耐久試験を行った結果、第1実施例のホースHは200時間で破壊し、第2実施例のホースHは260時間で破壊した。
【0035】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0036】
例えば、蛇腹状の襞15a…,16a…,17a…の形状や本数は実施例のものに限定されず、適宜変更することができる。要するに、ホースHの襞15a…,16a…,17a…の凹凸の高さや形状を該ホースHの円周方向に変化させたり、ホースHの円周方向の一部だけに襞15a…,16a…,17a…を形成したりすれば、ホースHの円周方向各部の軸方向の伸び量に差を発生させて該ホースHを屈曲させることができる。
【0037】
また実施例では内部に水を充填したホースHを恒温槽26に入れ、水から発生した高温・高圧の蒸気により加熱および加圧を同時に行っているが、例えば加熱をヒータ等で行い、加圧を圧縮空気の供給等で行うこともできる。従って、請求項1に記載された発明の第3工程および第4工程は、同時に行っても順次行っても良い。
【0038】
また本発明のホースHは自動車のラジエータホース以外の任意の用途に適用することができる。
【0039】
また実施例ではホースHの両端に雌カプラ24,24を取り付けているが、この雌カプラ24,24は必ずしも必要ではない。
【0040】
またホースHの材料はTPO(熱可塑性オレフィン)やTPAE(熱可塑性ポリアミド)に限定されず、他の任意の熱可塑性プラスチックを単体で、あるいは複数層にして使用することができる。
【0041】
また第2実施例では蛇腹壁32の山部18の外径について規定していないが、その値は非蛇腹壁31の外径R2と同程度とするのが適切である。また蛇腹壁32の谷部19の外径R1と円筒部11〜14の外径R0との偏差(R0−R1)は、非蛇腹壁31の外径R2と円筒部11〜14の外径R0との偏差(R2−R0)と同程度とするのが適切である。
【0042】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、押し出し成形したホースの長手方向の少なくとも一部に襞の形状が円周方向に異なる蛇腹部を形成し、ホースを加熱した状態で内部に圧力を加えて蛇腹部の襞を伸長させることにより該ホースを屈曲させるので、蛇腹部の位置、襞の形状、襞の本数等を変化させるだけで、ホースの任意の部分を任意の方向に任意の角度だけ屈曲させることができる。またホースを加熱および加圧するだけで蛇腹部を屈曲させることができるので、特別の設備が不要になって製造コストが削減される。しかも完成したホースの蛇腹部の襞は殆ど伸びきって蛇腹構造が失われるため、高温・高圧に晒されても蛇腹部の屈曲角度が変化せず、ホースの形状を長期に亘って一定に保つことができる。
【0043】
また請求項2に記載された発明によれば、第2工程において円筒状のホースの一部を半径方向内側に変位させて蛇腹壁の谷部を成形し、また前記円筒状のホースの一部を半径方向外側に変位させて非蛇腹壁を成形するので、成形時に薄くなり易い蛇腹壁の肉厚の減少を最小限に抑えるとともに、成形時に厚くなり易い非蛇腹壁の肉厚を積極的に減少させ、全体としてホースの蛇腹部の肉厚を均一化することができる。これによりホースの重量を増加させることなく、また流路断面積を減少させることなく耐久性を向上させることができる。
【0044】
また請求項3に記載された発明によれば、蛇腹壁の谷部の外径を円筒部の外径よりも小さくし、かつ非蛇腹壁の外径を円筒部の外径よりも大きくしたので、成形時に薄くなり易い蛇腹壁の肉厚の減少を最小限に抑えるとともに、成形時に厚くなり易い非蛇腹壁の肉厚を積極的に減少させ、全体としてホースの蛇腹部の肉厚を均一化することができる。これによりホースの重量を増加させることなく、また流路断面積を減少させることなく耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 完成した樹脂ホースの外観を示す図
【図2】 屈曲前の樹脂ホースの側面図
【図3】 図2の3−3線断面図
【図4】 図2の4−4線断面図
【図5】 図2の5−5線断面図
【図6】 樹脂ホースの製造工程の第1分図
【図7】 樹脂ホースの製造工程の第2分図
【図8】 本発明の第2実施例に係る屈曲前の樹脂ホースの縦断面図
【符号の説明】
H ホース
R0 円筒部の外径
R1 蛇腹壁の谷部の外径
R2 非蛇腹壁の外径
11〜14 円筒部
15〜17 蛇腹部
15a,16a,17a 襞
18 山部
19 谷部
26 恒温槽
31 非蛇腹壁
32 蛇腹壁
Claims (3)
- 熱可塑性樹脂で構成されて直線状に延びる円筒部(11,12,13,14)と屈曲した蛇腹部(15,16,17)とを有する樹脂ホースの製造方法において、
円筒状のホース(H)を押し出し成形する第1工程と、
押し出し成形したホース(H)の長手方向の少なくとも一部に襞(15a,16a,17a)の形状が円周方向に異なる蛇腹部(15,16,17)を形成する第2工程と、
蛇腹部(15,16,17)を形成したホースを可塑状態に加熱する第3工程と、
可塑状態に加熱したホース(H)の内部に圧力を加えて蛇腹部(15,16,17)の襞(15a,16a,17a)を伸長させることにより該ホース(H)を屈曲させる第4工程と、
屈曲したホース(H)を冷却する第5工程と
を備えたことを特徴とする、樹脂ホースの製造方法。 - 第2工程で成形されたホース(H)の蛇腹部(15,16,17)は山部(18)および谷部(19)が連続する蛇腹壁(32)と、この蛇腹壁(32)に対して直径方向反対側に位置する非蛇腹壁(31)とを備えており、第2工程において、第1工程で成形された円筒状のホース(H)の一部を半径方向内側に変位させて蛇腹壁(32)の谷部(19)を成形するとともに、前記円筒状のホース(H)の一部を半径方向外側に変位させて非蛇腹壁(31)を成形することを特徴とする、請求項1に記載の樹脂ホースの製造方法。
- 請求項1又は2に記載の製造方法により製造された樹脂ホースであって、
前記第2工程で成形された前記蛇腹部(15,16,17)が、山部(18)および谷部(19)が連続する蛇腹壁(32)と、この蛇腹壁(32)に対して直径方向反対側に位置する非蛇腹壁(31)とを備え、
蛇腹壁(32)の谷部(19)の外径(R1)は円筒部(11,12,13,14)の外径(R0)よりも小さく、かつ非蛇腹壁(31)の外径(R2)は円筒部(11,12,13,14)の外径(R0)よりも大きいことを特徴とする樹脂ホース。
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