JP4386499B2

JP4386499B2 - ホース

Info

Publication number: JP4386499B2
Application number: JP20596699A
Authority: JP
Inventors: 進畑中
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP2001032965A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２層以上の補強層を有するホースに関し、さらに詳しくは、破壊効率を高めることにより、補強材料を必要以上に使用することなく耐久性を向上するようにしたホースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧条件下に使用されるホースとして、内面層と外面層との間に中間層を介して２層以上の補強層を埋設したものがある。
【０００３】
従来、２層以上の補強層を有するホースは、ホースに内圧が加わった際、補強材料に生じる張力が補強層毎に異なっており、内圧により補強材料に発生する張力が、その材料の破断強度に対して最も大きい補強層から故障が発生し易いという問題があった。そのため、ホースの破壊効率が低く、その耐久性を向上するためには補強材料を必要以上に使用することが余儀なくされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、破壊効率を向上し、補強材料を必要以上に使用することなく耐久性を向上することを可能にしたホースを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のホースは、少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲において、張力負荷率Ｒ_iの最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minが下記数式（１）を満足する２層以上の補強層を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００≦２０・・・（１）
但し、Ｒ_max≧Ｒ_i≧Ｒ_min、Ｒ_i＝ｔ_i／Ｔ_i×１００である。
【０００７】
ｔ_i：加圧時に生じる補強層第ｉ層の補強材料１本当たりの張力（Ｎ）
Ｔ_i：補強層第ｉ層の補強材料の引張強さ（Ｎ）
このように２層以上の補強層における張力負荷率Ｒ_iの差を小さくすることにより、ホースに内圧が加わった際に特定の補強層だけに故障が発生することを防止するので、破壊効率を向上することができ、それにより補強材料を必要以上に使用することなく耐久性を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成について添付の図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施形態からなるホースを例示するものである。図において、本実施形態のホースは、最内側の内面層１と最外側の外面層４との間に４層構造の補強層２を埋設し、各層間に中間層３を介在させた積層構造になっている。
【００１０】
内面層１、中間層３、外面層４の材料は特に限定されるものではなく、例えば内面層１及び中間層３にニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等を使用し、外面層４にクロロプレンゴム（ＣＲ）等を使用することができる。また、ゴム材料のほかに合成樹脂等を使用しても良い。
【００１１】
４層構造の補強層２はそれぞれ複数本のスチールワイヤをホース軸方向に対して傾斜させながらスパイラル状に巻き上げた構造を有している。但し、補強層２の材質は特に限定されるものではなく、補強材料として芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）等の有機繊維を使用しても良い。また、補強層２の構造は特に限定されるものではなく、補強材料をブレード状に編み上げた構造であっても良い。
【００１２】
上述した２層以上の補強層を有するホースにおいて、補強層の張力負荷率Ｒ_iは、ホースが加圧された際に生じる第ｉ層の補強材料１本当たりの張力ｔ_iを、第ｉ層の補強材料の引張強さ（破断強度）Ｔ_iに対する百分率（％）で表した値（Ｒ_i＝ｔ_i／Ｔ_i×１００）である。これら２層以上の補強層において張力負荷率Ｒ_iのバラツキが大きいと、ホースが加圧された際に張力負荷率Ｒ_iが最も大きな補強層から故障が発生し易くなる。
【００１３】
そこで、本発明では少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲において、ホースに内圧が加わった際に、張力負荷率Ｒ_iの最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minが下記数式（１）を満足するように２層以上の補強層に張力を効率良く配分する。
【００１４】
（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００≦２０・・・（１）
このように張力負荷率Ｒ_iの最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minとの差を小さく設定することにより、ホースに内圧が加わった際に特定の補強層だけに故障が発生することを防止するので、破壊効率を向上し、補強材料を必要以上に使用することなく耐久性を向上することが可能になる。この張力負荷率Ｒ_iの最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minとの差が最大値Ｒ_maxの２０％を超えると、最大値Ｒ_maxを有する補強層に故障が発生し易くなる。なお、補強層の張力を効率良く配分するには、その補強材料の材質、外径、使用本数、編組角度等の条件を補強層毎に適切に設定すれば良い。
【００１５】
図２は本発明の実施形態からなるホースにおいて、ホース内圧（ＭＰａ）と、張力負荷率Ｒ_i（実線にて図示）及び（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００（破線にて図示）との関係を示すものである。図２において、最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲は３５〜５０ＭＰａである。この図２に示すように、補強層の張力負荷率Ｒ_iは内圧Ｐの上昇に伴って徐々に上昇し、また複数層の補強層では張力負荷率Ｒ_iの変化割合は種々異なっているので、（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値は内圧Ｐに応じて変動する。本発明では、少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲における（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値を小さくし、上記数式（１）を満足することにより、過酷な使用環境におけるホースの耐久性を確実に向上するようにしている。
【００１６】
本発明において、ホースが加圧された際に生じる補強層第ｉ層の補強材料１本当たりの張力ｔ_iを求める方法は、特に限定されるものではない。例えば、張力ｔ_iはホース構造に基づいて力学計算や有限要素法等により算出することができる。また、補強層に歪みゲージを直接取り付けて補強材料の伸び率を測定したり、或いは加圧前後のホースの寸法変化に基づいて補強材料の伸び率を幾何学的に算出し、これら測定又は算出した伸び率を補強材料の荷重−歪み曲線のデータと比較することにより張力ｔ_iを求めることも可能である。
【００１７】
【実施例】
下記ホース仕様を有すると共に、（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値を種々異ならせた複数のホースを製作した。
【００１８】
ホース仕様：
内径：１９ｍｍ
補強構造：４層スパイラル構造
補強材料：０．４ｍｍ高張力鋼
最高使用圧力：４１．７ＭＰａ
安全率：４．４倍
これら試験ホースについて、下記評価方法によりインパルス性能を評価し、その結果を図３に示した。
【００１９】
インパルス性能：
試験ホースに内圧４１．７ＭＰａの条件から１２０％台形波インパルスを繰り返し加え、破壊に至る回数を測定した。なお、２００万回まで衝撃圧力を加えても破壊しないものは試験を打ち切った。
【００２０】
図３に示すように、（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値が２０以下となる範囲では、インパルス試験の目標１００万回を超えており、インパルス性能が優れていた。
【００２１】
次に、下記ホース仕様を有すると共に、表１に示す物性からなる補強材Ａ，Ｂを使用し、表２のように補強層の設定を種々異ならせた比較例１〜２及び実施例１〜３のホースを製作した。
【００２２】
ホース仕様：
内径：１２．７ｍｍ
外径：２３．５ｍｍ
補強構造：４層スパイラル構造
補強材料：０．４ｍｍ高張力鋼
最高使用圧力：３５ＭＰａ
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
この表２に示すように、補強材の材質、使用本数、編組角度に基づいて、（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値を任意に設定することが可能であった。なお、表２における（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００の値は有限要素法による計算値である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲において、２層以上の補強層における張力負荷率Ｒ_iを差を小さくすることにより、ホースに内圧が加わった際に特定の補強層だけに故障が発生することを防止するので、破壊効率を向上することができ、それにより補強材料を必要以上に使用することなく耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態からなるホースを一部切り欠いて示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態からなるホースにおいて、ホース内圧と張力負荷率Ｒ_i及び（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００との関係を示すグラフである。
【図３】インパルス性能と（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１内面層
２補強層
３中間層
４外面層

Claims

少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲において、張力負荷率Ｒ_iの最大値Ｒ_maxと最小値Ｒ_minが下記数式（１）を満足する２層以上の補強層を設けたホース。
（Ｒ_max−Ｒ_min）／Ｒ_max×１００≦２０・・・（１）
但し、Ｒ_max≧Ｒ_i≧Ｒ_min、Ｒ_i＝ｔ_i／Ｔ_i×１００である。
ｔ_i：加圧時に生じる補強層第ｉ層の補強材料１本当たりの張力（Ｎ）
Ｔ_i：補強層第ｉ層の補強材料の引張強さ（Ｎ）
内面層と外面層との間に４層の補強層を設け、各補強層間に中間層を介在させると共に、前記補強層の補強材料をスチールワイヤとし、該スチールワイヤをホース軸方向に対して傾斜させながらスパイラル状に巻き上げた構造を有するホースにおいて、少なくともホースの最高使用圧力の１００〜１５０％の圧力範囲において、前記補強層の張力負荷率Ｒ _i の最大値Ｒ _max と最小値Ｒ _min が前記数式（１）を満足する請求項１に記載のホース。