JP4297264B2

JP4297264B2 - ホース

Info

Publication number: JP4297264B2
Application number: JP2003378305A
Authority: JP
Inventors: 小沢　　修; 庸一河島
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005138466A

Description

本発明は、建設機械などの配管に用いられるホースに関し、更に詳しくは、外面ゴム層の外周側（直上）に樹脂カバー層を設けた構造のホースにおいて、ホースの曲げ性能を阻害することなく樹脂カバー層に発生するシワの問題を改善するようにしたホースに関する。

建設機械などの高圧配管に用いられるホースは、一般に、内面ゴム層と外面ゴム層との間に鋼線などの補強ワイヤからなるワイヤ補強層を配置した構成になっている。

ところで、近年、このようなホースを設置するスペースの省スペース化に伴い、ホースを周囲の金属部材と近接して配置せざるを得ない。しかし、このようにホースを金属部材に接近して取り付けると、高圧流体がホース内を流れた際に動きを生じるホースが金属部材と強く擦れ合って摩耗し、ワイヤ補強層が損傷して破壊に至るという問題があった。

そこで、従来、上記対策として、耐摩耗性に優れた超高分子量ポリエチレン樹脂などからなる樹脂カバー層で外面ゴム層を被覆するようにしたホースが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このように樹脂カバー層を設けると、ホースが剛直になって柔軟性が低下し、ホースの曲げ性能が阻害されるという問題があった。そこで、樹脂カバー層を薄くすると、ホースを曲げた際に樹脂カバー層の曲げ内側にシワが発生し、これにより、外観を損ない、さらに外面ゴム層と樹脂カバー層とが剥離して破損するという問題が生じる。
特開平８−２９６７７１号公報（特許請求の範囲等）

本発明の目的は、外面ゴム層を樹脂カバー層で被覆したホースにおいて、ホースの曲げ性能を阻害することなく樹脂カバー層におけるシワの発生を抑制することが可能なホースを提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、内面ゴム層と外面ゴム層との間にワイヤ補強層を配置し、前記外面ゴム層の外周側に樹脂カバー層を設けたホースにおいて、前記外面ゴム層を構成するゴムの１００％モジュラス(MPa) をＭｃ、厚さ(mm)をｔｃ、前記樹脂カバー層を構成する樹脂のヤング率(MPa) をＭｒ、厚さ(mm)をｔｒとすると、下記式で表されるパラメータＰを１８００００以下にしたことを特徴とする。
Ｐ＝（Ｍｒ／Ｍｃ）（ｔｃ／ｔｒ）^1/4（Ｍｃ×ｔｃ＋Ｍｒ×ｔｒ）
／（ｔｃ＋ｔｒ）

上述した本発明によれば、パラメータＰを上記のように特定することにより、ホースを曲げた時の樹脂カバー層におけるシワの発生を抑制することができるので、外観不良や外面ゴム層と樹脂カバー層との剥離による破損の問題を改善することができ、しかも、ホースの曲げ性能を阻害することがない。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明のホースの一例を示し、１は内面ゴム層、２は外面ゴム層、３は層間ゴム層、４はワイヤ補強層、５は樹脂カバー層である。

内面ゴム層１と外面ゴム層２との間に、層間ゴム層３を介して、２層のワイヤ補強層４が設けられている。各ワイヤ補強層４は、金属製の補強ワイヤｆをスパイラル状に巻回して構成されている。両ワイヤ補強層４は、補強ワイヤｆの巻回方向を逆向きにして交差するように配置されている。

外面ゴム層２の外周側に樹脂カバー層５が設けられている。樹脂カバー層５は、耐摩耗性に優れた樹脂から構成されており、その樹脂としては、例えば、平均分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を好ましく挙げることができる。

本発明は、上記のようなホースにおいて、外面ゴム層２を構成するゴムの１００％モジュラス(MPa) をＭｃ、厚さ(mm)をｔｃ、樹脂カバー層５を構成する樹脂のヤング率(MPa) をＭｒ、厚さ(mm)をｔｒとすると、下記式で表されるパラメータＰが１８００００以下になっている。
Ｐ＝（Ｍｒ／Ｍｃ）（ｔｃ／ｔｒ）^1/4（Ｍｃ×ｔｃ＋Ｍｒ×ｔｒ）
／（ｔｃ＋ｔｒ）
本発明者らは、外面ゴム層２を被覆する樹脂カバー層５に発生するシワとホース柔軟性（曲げ性能）について、外面ゴム層２のゴムの１００％モジュラスと厚さ、及び樹脂カバー層５の樹脂のヤング率と厚さとを変えて実験を重ね、解析した結果、以下のことを知見した。

即ち、上述したようなホースは、官能評価（ホースを手で曲げた時の感触評価とその時に発生した樹脂カバー層のシワの目視評価の総合評価）により、ホースのシワの発生度合いと柔軟性を経験的に評価することができる。この官能評価は、直接の物理量、即ちホースに加えた曲げ力と樹脂カバー層に発生したシワの凹凸度合い（各シワの深さの自乗和の平均値）の積と相関関係があり、横軸をこの積、縦軸を官能評価値とする評価関数で表すことができる。この評価関数において、積の値が小さい程、官能評価が良好であり、ホースの曲げ性能を阻害することなく樹脂カバー層におけるシワの発生を抑制することができるのである。

そこで、ホースをその直径（外径）Ｄの４倍の曲げ半径（通常行われる評価に使用される曲げ半径）となるように曲げた時に加えた曲げ力Ｆ(N) において、その時に樹脂カバー層５に発生したシワの凹凸度合いＡ(mm²) との積ＡＦと官能評価とを相関させたところ、ＡＦ≦８の範囲にするのがホースの曲げ性能を阻害することなく樹脂カバー層におけるシワの発生を抑制できることがわかった。

他方、評価関数に用いられる積ＡＦは、上述した外面ゴム層を構成するゴムの１００％モジュラスと厚さ、及び樹脂カバー層を構成する樹脂のヤング率と厚さから得られる上記パラメータＰと相関関係があり、このパラメータＰの値が小さい程、評価関数の値が小さくなる。積ＡＦが８以下の範囲と対応するパラメータＰの範囲は、解析の結果、Ｐ≦１８００００であることがわかった。

従って、上記のように規定したパラメータＰを１８００００以下にしたのである。これにより、ホースの曲げ性能を阻害することなく樹脂カバー層５のシワの発生を抑制することができる。また、上述した関係を見い出したことにより、設計する段階で官能評価結果を予測することができるようになる。即ち、設計段階で、外面ゴム層を構成するゴムの１００％モジュラスと厚さ、及び樹脂カバー層を構成する樹脂のヤング率と厚さから計算で容易にパラメータＰが求められ、パラメータＰと積ＡＦの関係から積ＡＦが、積ＡＦと官能評価の関係から官能評価が、それぞれ求められ、ホースを手で曲げた時の感触とその時に発生する樹脂カバー層のシワを推定することができる。

パラメータＰが１８００００を超えると、また積ＡＦが８を超えると、改善効果を得ることが難しくなる。パラメータＰは、好ましくは、約１０００００以下、更に好ましくは約２００００以下積ＡＦは、好ましくは６以下、更に好ましくは２．５以下にするのが、官能評価を一層高める上でよい。パラメータＰの下限値は、ホースが外面ゴム層２と樹脂カバー層５を含む以上０より大きな値となる。実用上の見地からは、５００程度にすることができる。積ＡＦの下限値は０にするのが好ましく、理想的にはシワがない、即ちＡが０の時ＡＦが０となる。

本発明において、外面ゴム層２のゴムの１００％モジュラスＭｃとしては、１．０〜１５．０MPa にするのがよい。また、外面ゴム層２の厚さｔｃとしては、０．５〜３．０mmにするのが好ましい。

樹脂カバー層５の樹脂のヤング率Ｍｒとしては、５０〜５０００MPa にすることができる。また、樹脂カバー層５の厚さｔｒとしては、０．０５〜０．５０mmにするのがよい。

上述した各値が上記範囲より小さいと、シワの発生を効果的に改善することが難しくなる。逆に上記範囲より大きいと、ホースの曲げ性能を阻害することになる。

外面ゴム層２に用いられるゴムとしては、従来公知のものが使用でき、例えばスチレンブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）などを好ましく挙げることができる。

内面ゴム層１及び層間ゴム層３を構成するゴムとしては、従来と同様のものを使用することができ、内面ゴム層１では１００％モジュラスが５．０〜２０．０MPa のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）など、層間ゴム層３では１００％モジュラスが２．０〜１０．０MPa のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）などを好ましく例示することができる。

ワイヤ補強層４の金属製補強ワイヤｆとしては、補強効果を有するものであれば、いずれの金属から構成したものであってもよく、例えば、従来から使用されている鋼線を好ましく用いることができる。

本発明は、上記実施形態では、補強ワイヤｆをスパイラル状に巻回したワイヤ補強層４を２層有するホースについて説明したが、それに限定されない。補強ワイヤｆをスパイラル状に巻回したワイヤ補強層４の場合には、２層以上の偶数層有するものであればよく、また補強ワイヤをブレード状に編組したワイヤ補強層を使用する場合には少なくとも１層あるホースであればよい。

図１に示す構成のホースにおいて、外面ゴム層のゴムの１００％モジュラスＭｃ(MPa) と厚さｔｃ(mm)、及び樹脂カバー層の樹脂のヤング率Ｍｒ(MPa) と厚さｔｒ(mm)を表１に示すように変え、パラメータＰを表１のようにした試験ホース１〜９を作製した。

これら各試験ホースにおいて、直径Ｄの４倍の曲げ半径となるように曲げた時の曲げ力Ｆ(N) と、その時に樹脂カバー層に発生したシワの凹凸度合いＡ（mm²)、及びその積ＡＦは、表１に示す通りである。なお、試験ホースにおいて発生した各シワの深さは表面粗さ計で測定した。

これら各試験ホースを以下に示す方法により、官能評価を行ったところ、表１に示す結果を得た。また、表１を含めて得られたデータから、図２に積ＡＦと官能評価との関係、図３に積ＡＦとパラメータＰとの関係を表すグラフを示す。

官能評価
各試験ホースをその直径（外径）の４倍の曲げ半径となるように手で曲げた時の感触評価、及びその時に樹脂カバー層に発生したシワの状態を目視により観察した時の目視評価からなり、その結果を１〜５までの５段階で評価した。５は非常に硬くてシワの発生が顕著で外観が非常に悪い、４は硬くてシワが発生し外観不良、３は硬い感触がなくシワの発生が僅かで外観的に問題ない、２は多少の軟らかさを感じシワの発生がなく外観良好、１はシワの発生がなく柔軟であることを示す。なお、いずれとも評価し難い場合には、０．５を±して評価するものとする。評価点が３．５以下を改善ありとする。

表１から、本発明の範囲にある試験ホースは、官能評価が良好であることがわかる。また、図２から、ホースに加えた曲げ力と樹脂カバー層に発生したシワの凹凸度合いの積ＡＦを８以下にするのがよく、図３から、パラメータＰを１８００００以下にするのがよいことがわかる。

本発明のホースの一例を示す要部切欠き正面図である。積ＡＦを横軸（対数）、官能評価値を縦軸とする評価関数のグラフ図である。積ＡＦを横軸（対数）、パラメータＰを縦軸（対数）として両者の相関関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１内面ゴム層２外面ゴム層
３層間ゴム層４ワイヤ補強層
５樹脂カバー層Ｄ直径
ｆ補強ワイヤｔｃ外面ゴム層の厚さ
ｔｒ樹脂カバー層の厚さ

Claims

内面ゴム層と外面ゴム層との間にワイヤ補強層を配置し、前記外面ゴム層の外周側に樹脂カバー層を設けたホースにおいて、
前記外面ゴム層を構成するゴムの１００％モジュラス(MPa) をＭｃ、厚さ(mm)をｔｃ、前記樹脂カバー層を構成する樹脂のヤング率(MPa) をＭｒ、厚さ(mm)をｔｒとすると、下記式で表されるパラメータＰを１８００００以下にしたホース。
Ｐ＝（Ｍｒ／Ｍｃ）（ｔｃ／ｔｒ）^1/4（Ｍｃ×ｔｃ＋Ｍｒ×ｔｒ）
／（ｔｃ＋ｔｒ）
前記ホースを該ホースの直径Ｄの４倍の曲げ半径となるように曲げた時に加えた曲げ力(N) をＦ、その時に前記樹脂カバー層に発生した各シワの深さの自乗和の平均値で表される凹凸度合い（mm²)をＡとすると、曲げ力Ｆと凹凸度合いＡの積ＡＦを８以下にした請求項１に記載のホース。
前記外面ゴム層のゴムの１００％モジュラスＭｃを１．０〜１５．０MPa 、厚さｔｃを０．５〜３．０mmにした請求項１または２に記載のホース。
前記樹脂カバー層の樹脂のヤング率Ｍｒを５０〜５０００MPa 、厚さｔｒを０．０５〜０．５０mmにした請求項３に記載のホース。
前記樹脂カバー層を構成する樹脂が平均分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂からなる請求項１，２，３または４に記載のホース。