JP4590995B2 - パワーステアリングホース - Google Patents

Description

この発明はパワーステアリングホースに関し、さらに詳しくは、高圧化された内部流体の漏洩や継手金具からの脱落を防止すると共に、低温時におけるホース内面のクラックの発生を抑制して耐久性を向上するようにしたパワーステアリングホースに関する。

一般に、自動車用のパワーステアリングホースは、内面ゴム層と外面ゴム層との間に複数の補強層を配置して、継手金具をホース端末に加締めることにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。これらのパワーステアリングホースは、タイヤの舵取り装置の配管として使用され、通例、低温時には−４０〜−１０℃から高温時には８０〜１２０℃に達する温度の中で、その内部に最大１０〜１２ＭＰａ程度、更に−４０℃の低温時には１４〜２１ＭＰａ程度の流体（オイル）が循環している。

したがって、広範な温度変化の繰り返しと内部流体圧力の変動とにより、加締められた継手金具内でホース壁に徐々に切れが発生して拡大したり、ホースが徐々に継手金具から抜けかけて行き、ホースと継手金具との嵌合部から内部流体が漏洩したり、ホース自体が継手金具から脱落したり、さらには、低温時にはホース内壁面にクラックが発生し、これが原因でホースが破損してしまうという問題があった。特に、近年は車両の軽量化に伴ない、ホースに流れる流体圧が次第に高く設定される傾向になってきているため、上述する問題に対する対策が急がれる状況になってきた。
特開２００３−３３６７７２号公報

この発明の目的は、かかる問題点を解消するもので、高圧化された内部流体のホースと継手金具との嵌合部からの漏洩やホースの継手金具からの脱落を防止すると共に、低温時におけるホース内面のクラックの発生を抑制して耐久性を向上するようにしたパワーステアリングホースを提供することにある。

上記目的を達成するためのこの発明のパワーステアリングホースは三つの発明からなり、第一の発明は、内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、前記外面ゴム層を１２０℃における１００％モジュラスが３．８〜６．５ＭＰａのゴム材料で構成したことを要旨とするものである。

また、第二の発明は、内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、前記内面ゴム層を−２０℃における１００％モジュラスが５．５〜１１．０ＭＰａのゴム材料で構成したことを要旨とする。

さらに、第三の発明は、内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、前記外面ゴム層を１２０℃における１００％モジュラスが３．８〜６．５ＭＰａのゴム材料で構成し、前記内面ゴム層を−２０℃における１００％モジュラスが５．５〜１１．０ＭＰａのゴム材料で構成したことを要旨とする。

第一の発明のパワーステアリングホースは、外面ゴム層を構成するゴム材料の１２０℃における１００％モジュラスを３．８〜６．５ＭＰａと高くしたので、外面ゴム層のゴム材料の弾性率を高めることによりホース外壁に加締めた継手金具の保持力を増加させることから、高圧化された内部流体のホースと継手金具との嵌合部からの漏洩やホースの継手金具からの脱落を防止することができる。

また、第二の発明のパワーステアリングホースは、内面ゴム層を構成するゴム材料の−２０℃における１００％モジュラスを５．５〜１１．０ＭＰａと低くしたので、内部流体圧の変動によるホースの繰り返し屈曲に対抗させて、低温時における内面ゴム層のゴム材料の弾性率を低下させることによりホース内面にクラックが発生するのを抑制し、耐久性を向上させることができる。

さらに、第三の発明のパワーステアリングホースは、第一の発明と第二の発明の構成を組合せたので、広範な温度域での使用を通じて、高圧内部流体がホースと継手金具との嵌合部から漏洩したり、ホースが継手金具から脱落したり、さらには、低温時においてホース内面にクラックが発生してホースの耐久性を低下させるという問題を総合的に解消することができる。

以下、この発明の構成につき添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１はこの発明の実施形態によるパワーステアリングホース（以下、単にホースという）の一例を示す一部を切り欠いて示す斜視図で、図２はこの発明のパワーステアリングホースに継手金具を装着した状態の一例を示す一部を切り欠いて示す側面図である。

この発明のホース１は、内面ゴム層２と外面ゴム層３との間に少なくなくとも１層（図では１層）の補強層５を配置している。第一の発明のホース１は、外面ゴム層３を構成するゴム材料の１２０℃における１００％モジュラスを３．８〜６．５ＭＰａ、好ましくは３．８〜６．０ＭＰａに設定する。

このように、外面ゴム層３のゴム材料の弾性率を従来の弾性率（３．５ＭＰａ程度）より高めることにより、広範な温度域でのゴムの劣化を抑制し、外面ゴム層３のゴム材料の弾性率を高めることによりホース１の外壁に加締めた継手金具４（図２参照）の保持力を増加させることから、高圧化された内部流体のホース１と継手金具４との嵌合部からの漏洩やホース１の継手金具４からの脱落を防止することができる。

外面ゴム層３を構成するゴム材料の１２０℃における１００％モジュラスが３．８ＭＰａ未満では継手金具４内にゴム切れが発生し易くなってホース１が継手金具４から脱落し易くなり、６．５ＭＰａ超では内部流体圧の変動に伴なう屈曲の繰り返しによりホース１の外周面に亀裂が生じるようになる。

第一の発明における外面ゴム層３を構成するゴム材料は、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、水素化アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンアクリル系ゴム（ＡＥＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、 ブタジエンゴム（ＢＲ）、臭素化ブチルゴム（Ｂｒ−ＩＲ）、塩素化ブチルゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）から選ばれたゴムを基材としたゴム組成物が好ましく使用される。外面ゴム層３のゴム材料の弾性率を高めるには、基材となるポリマーを高分子化したり、配合するカーボンや加硫促進剤の種類を選定したり、カーボンの量を増やしたり、可塑剤の量を減らすことによりなされる。

また、補強層５を構成する材料は、特に限定されるものではないが、ポリエステル、ナイロン、アラミド、レーヨン、ビニロン、等の有機繊維が好ましく使用される。そして、これらの繊維を単独又は組合せて、内面ゴム層２の外周面に編み込むか、螺旋状に巻回して配置する。

第二の発明のホース１は、内面ゴム層２を構成するゴム材料の−２０℃における１００％モジュラスを５．５〜１１．０ＭＰａ、好ましくは６．０〜１１．０ＭＰａ設定する。このように、内面ゴム層２のゴム材料の弾性率を従来の弾性率（１１．５ＭＰａ程度）より低下させて、低温時においてホース内面にクラックが発生するのを抑制し、耐久性を向上させることができる。

第二の発明における内面ゴム層２を構成するゴム材料は、塩素化ポリエチレンゴム（ＣＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリルブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、エチレンアクリル系ゴム（ＡＥＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選ばれたゴムを基材としたゴム組成物が好ましく使用される。内面ゴム層２のゴム材料の弾性率を低下させるには、基材となるポリマーとして低温特性の良好なポリマーを単独又は混合して使用したり、 基材としてＮＢＲを使用する場合にはニトリルの量を下げたり、配合するカーボンの量を減らしたり、低温可塑剤の量を増やすようにするとよい。

第三の発明のホース１は、外面ゴム層３を構成するゴム材料の１２０℃における１００％モジュラスを３．８〜６．５ＭＰａ、好ましくは３．８〜６．０ＭＰａに設定すると共に、内面ゴム層２を構成するゴム材料の−２０℃における１００％モジュラスを５．５〜１１．０ＭＰａ、好ましくは６．０〜１１．０ＭＰａに設定する。これにより、広範な温度域での使用を通じて、高圧内部流体がホース１と継手金具４との嵌合部から漏洩したり、ホース１が継手金具４から脱落したり、さらには、低温時においてホース１の内面にクラックが発生してホース１の耐久性を低下させるという問題を総合的に解消することができる。

上述するように、この発明のホース１は、外面ゴム層３及び／又は内面ゴム層２の弾性率をそれぞれ特定することにより、近年の流体圧の高圧化に伴ない発生する内部流体の漏洩や取付け継手金具の脱落や内壁におけるクラック発生等の諸問題を解消するもので、特に広範な温度域の中で使用されるタイヤの舵取り装置の油圧配管として好適である。

ホースの構造を図１として、内面ゴム層の常温における１００％モジュラスを６．０ＭＰａと一定にして、外面ゴム層の１２０℃における１００％モジュラスを表１のように異ならせた５種類のホース（ホース１〜５）をそれぞれ作製し、図２に示すようにその端部を継手金具に加締めて装着した。なお、各ホースにおける補強層は２層の編み込み構造とした。

各ホースに、それぞれに圧力流体（ＰＳＦオイル）を封入し、−２０℃の雰囲気中で３０分間放置し、その後１２０℃の雰囲気中で６０分間放置することを１サイクルとして、この状況を継続して４０サイクル繰り返して行なう熱サイクル試験を実施し、この過程を通じてホースと継手金具との嵌合部から油漏れが生じたか否か、及びホースが継手金具から脱落したか否かを観察した。なお、この試験では、ＰＳＦオイルの封入圧力を表１のように３段階に変更させてそれぞれ６回行った。その結果を、油漏れや脱落があった場合を「×」、油漏れや脱落がなかった場合を「○」として、表１に併記した。

その結果、ホース１は封入圧力が９．８ＭＰａの場合には油漏れや脱落が認められなかったのに対して、封入圧力が１０．３ＭＰａの場合には２２サイクルで油漏れが認められた。また、封入圧力が１１．３ＭＰａの場合には１２サイクルで油漏れが認められ、２１サイクルで継手金具の脱落が認められた。

ホース２は封入圧力が９．８ＭＰａ及び１０．３ＭＰａの場合には油漏れや脱落が認められなかったのに対して、封入圧力が１１．３ＭＰａの場合には１９サイクルで油漏れが認められた。

一方、ホース３、４及び５は、封入圧力が９．８ＭＰａ、１０．３ＭＰａ及び１１．３ＭＰａの全ての場合において、４０サイクルの繰り返し試験を通じて油漏れや脱落が認められなかった。

なお、油漏れの生じた段階で継手金具を切断してホース端部を取り出した結果、封入されたＰＳＦオイルがホース端部と継手金具との間を経て外面ゴム層の表面近傍まで達し、外面ゴム層と継手金具内面との間から外部に漏出していることを確認した。

上記の結果より、外面ゴム層の１２０℃における１００％モジュラスを３．８ＭＰａ以上とするホース３、４及び５は、近年の流体圧の高圧化に伴ない発生する内部流体の漏洩や継手金具からの脱落を解消していることがわかる。

ホースの構造を図１として、外面ゴム層の常温における１００％モジュラスを４．７ＭＰａと一定にして、内面ゴム層の−２０℃における１００％モジュラスを表２のように異ならせた５種類のホース（ホース６〜１０）をそれぞれ作製し、図２に示すようにその端部を継手金具に加締めて装着した。なお、各ホースにおける補強層は２層の編み込み構造とした。

各ホースをＪＩＳ Ｋ ６３３０に準拠して、各ホースを半径８０ｍｍのＵ字状に屈曲させて取付け、−４０℃の雰囲気中で２０．６ＭＰａの衝撃波（サージ波）を圧力サイクル０．５８Ｈｚとして繰り返し加え、ホースが破壊して内部の油が流出するまでに加えた衝撃波の加圧回数を測定した。この試験を各ホースについてそれぞれ６回実施し、６回の平均加圧回数を集計した。その集計結果を以下の５段階に分けて５点法により評価し、その結果を表２に併記した。

［破壊するまでの加圧回数による評価点］
５：２００００回以上
４：１５０００回以上、２００００回未満
３：１００００回以上、１５０００回未満
２： ５０００回以上、１００００回未満
１： ５０００回未満

表２の結果より、内面ゴム層の−２０℃における１００％モジュラスが１１．０ＭＰａ以下のホース６、７及び８は耐久性が向上していることがわかる。なお、破壊したホースの継手金具を切断してホース端部を取り出した結果、図３の代用写真に示すように、内面ゴム層にクラックが生じていることを確認した。

この発明のパワーステアリングホースの一例を示す一部を切り欠いて示す斜視図である。 この発明のパワーステアリングホースに継手金具を装着した状態の一例を示す一部を切り欠いて示す側面図である。 実施例２において破壊したホースの内面ゴム層の破損状況を示す断面図（代用写真）である。

符号の説明

１ パワーステアリングホース
２ 内面ゴム層
３ 外面ゴム層
４ 継手金具
５ 補強層
６ ソケット
７ ニップル

Claims (3)

1. 内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、
   前記外面ゴム層を１２０℃における１００％モジュラスが３．８〜６．５ＭＰａのゴム材料で構成したパワーステアリングホース。
2. 内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、
   前記内面ゴム層を−２０℃における１００％モジュラスが５．５〜１１．０ＭＰａのゴム材料で構成したパワーステアリングホース。
3. 内面ゴム層と外面ゴム層との間に少なくとも１層の補強層を配置したパワーステアリングホースにおいて、
   前記外面ゴム層を１２０℃における１００％モジュラスが３．８〜６．５ＭＰａのゴム材料で構成し、前記内面ゴム層を−２０℃における１００％モジュラスが５．５〜１１．０ＭＰａのゴム材料で構成したパワーステアリングホース。

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