JP4683962B2 - ホース - Google Patents

Description

本発明は、樹脂層と、当該樹脂層の外側に隣接する繊維補強層とを備えるホースに関する。

従来、ホースとしては、種々の樹脂材料からなる樹脂層に、種々の補強糸を編み込んで形成される繊維補強層を積層し、耐圧性能を高めたものが知られている。このようなホースは、通常、繊維補強層の外側にも樹脂層が設けられており、繊維補強層に対して内側に隣接する層（以下、「内層」と称する）と外側に隣接する層（以下、「外層」と称する）とを接着させることによって、繊維補強層を構成する補強糸を固定することができる。

前記ホースの具体例としては、内層及び外層にポリ塩化ビニル、繊維補強層を構成する補強糸にポリエステル繊維またはポリビニルアルコール繊維を使用するものが知られている。ポリ塩化ビニルと、ポリエステル繊維やポリビニルアルコール繊維とは直接接着し難いため、上述のようにポリ塩化ビニル同士の熱融着によって内層と外層とを接着させ、補強糸を固定してホースの耐圧強度を高めている。また、内層と外層とをより強固に接着させる場合には、接着剤が使用される。

一方、近年、ポリ塩化ビニルの廃棄に関しては、ダイオキシンの発生原因になる可能性があることが懸念されており、ポリ塩化ビニルの使用を極力抑え、ポリ塩化ビニルに代わる環境負荷物質を含まないものが求められている。

このような環境保護の動きに合わせて、ホースの樹脂層を構成する樹脂材料についてもポリ塩化ビニルに代えて、配管用材料として既に認知されているエチレン系樹脂の使用が増えつつある。特にエチレン系樹脂は耐塩素性が高いため、給水給湯用ホース等に有用とされている。
なお、本発明における従来技術となる上記の技術は、一般的な技術であるため、特許文献等の従来技術文献は示さない。

しかし、エチレン系樹脂同士の熱融着による接着力は、ポリ塩化ビニル同士の場合に比べてかなり低く、また、エチレン系樹脂も補強糸であるポリエステル繊維やポリビニルアルコール繊維とは直接接着し難い。このため、内層及び外層にエチレン系樹脂を使用したホースでは、補強糸が十分に固定されていないためずれ易く、ホース内の圧力が高まると、その圧力によって繊維補強層の編目を押し広げて、ホース自体が破裂する虞がある。
なお、エチレン系樹脂の接着力を高める手段として、接着剤を使用する方法が想定されるが、接着剤を構成する物質がホース内に溶出することが懸念されるため、接着剤を使用しないホースが求められている。

また、ポリエステル繊維は温水によって加水分解し、ポリビニルアルコール繊維は水との親和性がよい水酸基を有するため、これらの繊維を補強糸として用いたホースを特に給湯用途に使用する場合には、時間が経つにつれて強度が低下していくという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、少なくとも内層にエチレン系樹脂を用いた場合でも一定の強度を保持できるホースを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するための本発明に係るホースの第１特徴構成は、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層と、当該樹脂層の外側に隣接する繊維補強層と、前記繊維補強層の外側に隣接して、エチレン分子構造単位を主成分とする別の樹脂層とを備えるホースであって、前記繊維補強層を分子量が４００万〜６００万であり、且つ強度が１０ｃＮ／ｄｅｘ以上のポリエチレンを主成分として、繊度が４００〜２５００ｄｔｅｘ、フィラメント数が１０本〜２０００本である補強糸で構成し、前記別の樹脂層を押し出し成形する際の熱によって前記樹脂層、前記繊維補強層、及び前記別の樹脂層を接着してある点にある。

つまり、この構成によれば、内層である樹脂層と補強糸とを熱融着によって直接接着させることができる。このため、補強糸を固定することができ、ホース内の圧力によって補強糸がずれることを防止することができる。
また、分子量が２００万〜１０００万という高分子量のポリエチレンを主成分とする糸を使用することにより、ホースの補強糸としての強度を確保することができる。さらにポリエチレンは温水によって加水分解しないため、給湯用等、温水用途に使用しても経時変化せず、一定強度を保つことができる。
したがって、内層にエチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層を用いた場合でも、繊維補強層を構成する補強糸として前記補強糸を適用することにより、ホースとして一定の強度を保持することができる。
尚、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層とは、樹脂層を構成する分子構造単位のうちエチレン分子構造単位の比率が最も高いことをいい、同じ比率の他の分子構造単位が存在することや、比率の値自体は問題とならない。例えば、エチレン分子構造単位の比率が３０％の樹脂層であっても、他の分子構造単位の比率が３０％以下であれば、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層であるということができる。
また、この構成によれば、全体の繊度が４００〜２５００ｄｔｅｘである糸を補強糸として使用することにより、ホースの補強糸として十分な強度を確保することができる。
また、この構成によれば、外層である樹脂層と補強糸とを熱融着によって接着させることができると共に、内層と外層とも接着させることができるため、補強糸をより強く固定することができる。
また、この構成によれば、内層と補強糸との接着力に加え、外層と補強糸、及び内層と外層との接着力によって、従来の内層及び外層にポリ塩化ビニルを用いたホースよりも高い強度を有するホースを提供することができる。

本発明に係るホースの第２特徴構成は、前記樹脂層は、ポリエチレンを主成分として有する点にある。

つまり、この構成によれば、樹脂層と補強糸とはより接着しやすくなり、ホースの強度を高めることができる。

本発明に係るホースの第３特徴構成は、前記樹脂層は、架橋ポリエチレンを主成分として有する点にある。

つまり、この構成によれば、特に架橋ポリエチレン同士は接着力が低いため、繊維補強層を構成する補強糸として前記補強糸を適用することにより、ホースの強度を高めることができる。

本発明に係るホースは、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層と、当該樹脂層の外側に隣接する繊維補強層とを備えるホースであって、前記繊維補強層を構成する補強糸は、分子量が２００万〜１０００万のポリエチレンを主成分とするものである。これにより、内層にエチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層を用いた場合でも、繊維補強層を構成する補強糸として前記補強糸を適用することにより、ホースとして一定の強度を保持することができる。

また、本発明に係るホースは、特に限定されるものではないが、前記繊維補強層の外側にも隣接してエチレン分子構造単位を主成分とする別の樹脂層を設けてあることが好ましい。これにより、内層と補強糸との接着力に加え、外層と補強糸、及び内層と外層との接着力によって補強糸をより固定することができるため、強度を高めることができる。また、外層によって、ホースの耐候性や機械的強度を高めることもできる。

本発明者らは、接着剤を使用しなくてもエチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層と接着可能であるものとして、ポリエチレンを主成分とする繊維を見出した。そして、さらなる検討を重ね、通常のポリエチレンではホースの補強糸に適用しても十分な強度が得られないのに対し、２００万〜１０００万という高分子量のポリエチレンを適用することにより、ホースとして十分な強度を確保できることを導き出した。

ポリエチレンの分子量は、より好ましくは、４００万〜６００万であり、低すぎると繊維自体の強度が低下するためホースとしての十分な強度が得られず、また高すぎると、繊維化し難い等、取扱いが困難となる。

また、ホースの補強糸としての繊度は特に限定されないが、４００〜２５００ｄｔｅｘであることが好ましい。これにより、ホースの補強糸として十分な強度を確保することができると共に、繊維補強層を編み込む際にも取扱いが容易となる。そして、このような補強糸は、フィラメント数を１０〜２０００本とすることが好ましい。これにより、フィラメント１本の太さを適度にすることができるため、繊維化が容易となる。

以下、本発明に係る前記補強糸を用いたホースの一実施形態について、図面を参照して説明する。ここでは内層、繊維補強層、外層からなるホースを例示するが、これに限られるものではない。その他のホースとしては、外層を設けないもの、内層の内側及び外層の外側の少なくともいずれかにさらに樹脂層またはゴム層を設けたもの、内層の内側及び外層の外側の少なくともいずれかに設けた樹脂層またはゴム層にさらに繊維補強層を設けたもの等、従来公知のホースの形態を適用することができる。

本実施形態に係るホース１は、図１に示すように外層２及び内層３と、前記補強糸を編み込んで形成される繊維補強層４とを有して構成される。ホース１の大きさは、内径１０ｍｍ、外径１６．２ｍｍ、外層２の厚み１．３ｍｍ、内層３の厚み１．３ｍｍ、繊維補強層４の厚み０．５ｍｍであるが、特に限定されるものではなく、任意に設定することができる。

外層２及び内層３は、エチレンの分子構造単位を主成分とする樹脂からなるものであって、特に制限はないが、具体的にはポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体等のエチレン共重合体、従来公知のシラン架橋や電子線架橋による架橋ポリエチレン樹脂等、従来公知の樹脂を適用することができる。中でも、ポリエチレンを樹脂層に用いることは、樹脂層と補強糸とをより接着しやすくでき、ホースの強度を高めることができるため好ましい。また、ポリエチレンは耐塩素性が高いため、水道用、給湯用等、水と接する用途に適用することができる。さらに、ポリエチレンは高い撥水性を有するため、溶接等に用いられるシールドガス用のホースとしても好ましく適用することができる。
また、架橋ポリエチレンも上述のポリエチレンの用途と同様の用途に適用でき、さらに架橋ポリエチレンは一般的なポリエチレンの特性に加え、耐熱性が高いため、特に給湯用等の温水用ホース等に好ましく適用することができる。このようなシラン架橋ポリエチレンは、例えば、ポリエチレンに、遊離ラジカル発生剤の存在下で、有機不飽和シランをグラフト反応させてシラングラフト化した後、このシラングラフトマーをシラノール縮合触媒と溶融混合して成形し、次いで水分と接触させて架橋させる、少なくとも二回の押出工程を経るシラン架橋法により製造することができる。
なお、外層２及び内層３は同じ種類の樹脂である必要はなく、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂において異なる種類であってもよい。さらに、外層２については、エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂と異なる樹脂を用いることもできる。

繊維補強層４は、上述の通り前記補強糸を編み込んで形成されるものであり、編組方法には特に制限はなく、従来公知の方法によって繊維補強層４を形成することができる。そして、補強糸の打ち込み本数は例えば１２本〜９６本のように任意に設定することができる。打ち込み本数は、多くすることによりホースの強度をより高くすることができるため好ましい態様であるが、用途に応じて必要とする強度やコスト等を勘案し、選択することが好ましい。

繊維補強層４を形成する補強糸には、前記補強糸以外の糸を混合することができる。特に安価な糸を混合することによりホースとしてのコストを低くすることができる。混合方法としては、引き揃え、交撚等従来公知の方法が適用できる。混合する糸は、特に限定されないが、ポリエステル繊維、ポリビニルアルコール繊維等、安価で一定強度を有するものが好ましい。
また、繊維補強層４を２層とすることもできる。例えば、内層３の外側にポリエステル繊維等の一定強度を有する糸を設け、さらにその上に高分子量のポリエチレンを主成分とする前記補強糸を設けて、内層３と前記補強糸とを接着させることによりその間の糸を固定することができる。

このような本発明に係るホースは、例えば、内層３を押出し成形することによってチューブ状に形成し、その外側に補強糸を編み込んで繊維補強層４を形成し、さらに外側に押出し成形により外層２を形成する等、従来公知の方法によって製造することができる。外層２や内層３にシラン架橋ポリエチレンを適用する場合には、約１９０℃で押出し成形することによって作製することができる。そして、外層２を押出し成形する際の熱によって、補強糸と外層２及び内層３、外層２と内層３とを接着させることができる。外層２を設けない場合には、製造したホース１を別途熱処理することにより、内層３と補強糸とを接着させることができる。
また、高分子量のポリエチレンを主成分とする前記補強糸は、例えばゲル紡糸や固相二段延伸法によって得ることができる。

本発明に係るホースの補強糸として適用する分子量４００万のポリエチレン繊維と、分子量１００万のポリエチレン繊維、従来の補強糸として用いられるポリエステル繊維及びポリビニルアルコール繊維の引張強度をＪＩＳ Ｌ １０１３の８．５に準じて測定した。
その結果、表１に示した通り、分子量４００万のポリエチレン繊維は、十分な強度を有することが分かった。特にポリエチレンの場合には、ポリエステルやポリビニルアルコールに比べて耐熱性が低いため、ホースを作製する際にかける熱によって強度が低下することを考慮すると、ポリエチレン繊維の強度は１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましく、２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上がより好ましい。

（出願時と同一）

実施例１で使用した分子量４００万のポリエチレン繊維を用い、補強糸としての繊度を変えて、それぞれの補強糸を用いた場合のホースの計算による破裂圧力を調べた。なお、ホースの外層２及び内層３は架橋ポリエチレン樹脂、補強糸の打ち込み本数は２４本、内層３の厚みを１．３ｍｍと想定し、ホースの内径を１０ｍｍ及び１９ｍｍとした場合について調べた。
その結果、繊度が大きくなるにつれてホースの計算破裂圧力が高くなることが分かった。また、ホースは、一般に安全のため使用圧力の４倍の圧力に耐え得るものが選択されるが、ホースを冷却水等の循環配管に適用する場合には、循環ポンプの圧力は例えば、０．０５〜０．１ＭＰａ程度であるため、繊度が１００ｄｔｅｘの補強糸を用いた場合であっても十分適用可能である。一方、水道用の一次配管に適用する場合には、使用圧力は１．７５ＭＰａであるため、内径１０ｍｍのホースの場合には補強糸の繊度は４００ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。

（出願時と同一）

図１に示すホース１において外層２及び内層３にシラン架橋ポリエチレンを用い、繊維補強層４を構成する補強糸として１３２０ｄｔｅｘの分子量４００万のポリエチレン繊維を用いた場合と、１１００ｄｔｅｘのポリエステル繊維を用いた場合とについて、外層２の剥離強度をＪＩＳ Ｋ ６３３０に準じて測定した。その結果、ポリエステル繊維を用いた場合は１．２ｋＮ／ｍであったのに対し、ポリエチレン繊維を用いた場合は３．０ｋＮ／ｍであり、ポリエチレン繊維を用いた場合では良好な接着力を確保できることが分かった。

本発明に係るホースは、水用、温水用、燃料用等の液体用ホースや、溶接等に用いられるガス用ホース等、従来公知のホースに適用することができる。

本発明に係るホースの断面図

１ ホース
２ 外層
３ 内層
４ 繊維補強層

Claims (3)

1. エチレン分子構造単位を主成分とする樹脂層と、当該樹脂層の外側に隣接する繊維補強層と、前記繊維補強層の外側に隣接して、エチレン分子構造単位を主成分とする別の樹脂層とを備えるホースであって、
   前記繊維補強層を分子量が４００万〜６００万であり、且つ強度が１０ｃＮ／ｄｅｘ以上のポリエチレンを主成分として、繊度が４００〜２５００ｄｔｅｘ、フィラメント数が１０本〜２０００本である補強糸で構成し、
   前記別の樹脂層を押し出し成形する際の熱によって前記樹脂層、前記繊維補強層、及び前記別の樹脂層を接着してあるホース。
2. 前記樹脂層は、ポリエチレンを主成分として有する請求項１に記載のホース。
3. 前記樹脂層は、架橋ポリエチレンを主成分として有する請求項１に記載のホース。

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