JP4706655B2

JP4706655B2 - 耐熱性ホース

Info

Publication number: JP4706655B2
Application number: JP2007088263A
Authority: JP
Inventors: 克司北岡; 孝夫夫馬; 壮二郎鈴木
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248943A

Description

本発明は、自動車のエンジンなどに使用され、高温ガスを流通させるための耐熱性ホースに関する。

従来、この種の耐熱性ホースは車両等において多用されており、例えば、ターボチャージャを搭載したエンジンにおいて、ターボチャージャで加給された吸気ガスをエンジンの吸気管側へ送るためのホースに使用されている。こうしたホースでは、その耐久性確保のため、ホースを多層に構成し、ホースの層と層の間に補強糸層を埋設することが通常なされている。また、通過する高温・高圧の吸気ガスへの耐性を確保するため、ホース材料として、シリコンゴムの採用が進んでいる（特許文献１参照）。

特開平２０００−１９３１５２号公報

近年になり、エンジンの機能向上に伴い、より高い加給圧での吸気が必要とされり、加給実行の頻度も多くなる傾向にある。このため、吸気ガスを送る耐熱性ホースについてもエンジン機能向上に伴うさらなる性能向上が要請されるに至った。上記の特許文献で提案された耐熱性ホースでは、耐熱性の向上をもたらすものの、こうした要請に対処しきれず、耐疲労性の点でのホース性能向上が必要となった。この場合、補強糸層における補強糸の打ち込み数を増大させれば加圧耐久性は増すものの、打ち込み数の増大だけでは、耐疲労性の向上はあまり望めないのが実情である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされ、補強糸層にて補強した耐熱性ホースの耐疲労性を高めることを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明耐熱性ホースでは、以下の構成を採用した。

[適用１]
耐熱性ホースであって、
フッ素化合物系ゴムを用いて形成され、ホース最内層側に位置して前記流体の流路を形成する第１内面ゴム層と、
該第１内面ゴム層の外周上に積層され、シリコンゴムを用いて形成された第２内面ゴム層と、
該第２内面ゴム層上に補強糸を巻回することにより形成された補強糸層と、
該補強糸層上に積層され、シリコンゴムを用いて形成された外面ゴム層とを備え、
前記第２内面ゴム層と前記外面ゴム層の前記シリコンゴムは、１８０℃の環境下での伸びが１２０〜２５０％とされ、
前記補強糸層は、２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度の前記補強糸を６４〜７６打の打ち込み数で巻回して形成されていること
をその要旨とする。

上記構成を備える耐熱性ホースは、高温ガス流体を流す流路を有する第１内面ゴム層の外周側に、第２内面ゴム層、補強糸層および外面ゴム層を順次積層させて備える。そして、補強糸層における補強糸の繊度と打ち込み数を既存のホースより増大させることで耐久性を高める一方、補強糸層を上下に挟持するシリコンゴムの第２内面ゴム層・外面ゴム層では、高温ガス流体に対する耐熱性を発揮しつつ、高温環境下での伸びを既存のホースより高めることで、耐疲労性の向上をもたらす。なお、第１内面ゴム層を形成するフッ素化合物系ゴムとしては、ビニリデンフロライド・ヘキサフロロプロピレン・テトラフロロエチレン共重合物：ＦＫＭ等を上げることができる。また、補強糸層に用いる補強糸を規定する２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度は、この繊度の短繊維に限られるものではなく、１７００ｄｔｅｘの繊度の繊維を２本合わせた合糸での繊度や、１２００ｄｔｅｘの繊度の繊維を３本合わせた合糸での繊度等であってもよい。

以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。図１は本発明の一実施の形態にかかる耐熱性ホース１０をその有する各層を破断して概略的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施例の耐熱性ホース１０は、図示しない自動車のエンジンのターボチャージャと吸気管とを接続するホースであり、４層に積層したホース構造を有する。つまり、耐熱性ホース１０は、流路１２ａを有する第１内面ゴム層１２と、第２内面ゴム層１４と、補強糸層１６と、外面ゴム層１８とを備えている。耐熱性ホース１０は、後述するように、その長さを５０％伸張させる伸張繰り返し試験での１０万回以上の耐疲労性、３００ＫＰａの圧力を繰り返し掛ける耐圧繰り返し試験での１００万回以上の耐疲労性を得るために、第２内面ゴム層１４、外面ゴム層１８と補強糸層１６の材料の性状および補強糸層１６の補強糸打ち込み性状が定められている。

即ち、第１内面ゴム層１２は、主に形状保持性と耐オイル浸透性を得るために、フッ素化合物系ゴム（ＦＫＭ）から形成されている。ここで、形状保持性は、押出体を管状に形成した場合に自重による潰れ難さをいう。また、第２内面ゴム層１４と外面ゴム層１８は、耐熱性と耐疲労性を高めるために共にシリコンゴムから形成されているので、加硫接着している。さらに、補強糸層１６は、耐圧性を高めるために形成され、アラミド系樹脂、芳香族ポリアミドなどの補強糸を第２内面ゴム層１４上にブレードすることにより形成されており、これら補強糸の打ち込みに際しては、２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度の補強糸を６４〜７６打の打ち込み数で巻回して形成されている。

耐熱性ホース１０の各層の厚さも、耐熱性、耐オイル浸透性などを考慮して定められており、たとえば、耐熱性ホース１０の内径φを３０〜７０ｍｍ、肉厚ｔを４〜８ｍｍとした場合において、第２内面ゴム層１４が２〜４ｍｍ、補強糸層１６が０．１〜１ｍｍ、外面ゴム層１８が２〜４ｍｍの範囲に定めることができる。なお、第１内面ゴム層１２については、既述した形状保持性を確保するため、０．２５ｍｍ程度の厚みとした。

次に、耐熱性ホース１０の製造方法について説明する。耐熱性ホース１０は、周知の方法により、つまりゴム押出工程、補強糸の巻回工程および加硫工程を施すことにより製造することができる。図２はホース製造装置３０を説明する説明図である。

図２において、ホース製造装置３０は、第１押出機４０と、ブレード装置５０と、第２押出機６０とを備えている。第１押出機４０は、ゴム材料を共押出しすることにより押出体２０Ａ（第１内面ゴム層１２および第２内面ゴム層１４）を形成するための装置である。ブレード装置５０は、押出体２０Ａ上に補強糸層１６を形成するための装置であり、ドラム５２に装着されたボビンキャリア（図示省略）を備え、該ボビンキャリアから補強糸１６ａを繰り出しつつ押出体２０Ａ上にブレードすることにより補強糸層１６を形成する装置である。また、第２押出機６０は、外面ゴム層１８を形成するための装置であり、外管押出部６１からゴム材料を押し出して外面ゴム層１８を形成する。

次に、図２を用いて、ホース製造装置３０による耐熱性ホース１０の一連の製造工程について説明する。第１押出機４０から、フッ素化合物系ゴムおよびシリコンゴムを同軸上で押し出すことにより、２層の円筒状の押出体２０Ａが形成される。そして、押出体２０Ａが押し出されると、この押出体２０Ａの流路を形成するスペース２０ａに、マンドレルＭｄが挿入される。

この同軸押出の際、シリコンゴムについては、ホース完成後の状態において、１８０℃の環境下での伸びが１２０〜２５０％となる性状のシリコンゴムが第１押出機４０に供給されて押し出される。この伸びが１２０〜２５０％の範囲であれば、加圧流体のホース内への供給に伴うホース径拡張に対処できる共に、ホース径の復元性も確保できる。

続いて、押出体２０Ａは、ブレード装置５０に送られて、ブレード装置５０のドラム５２の回転によりボビンから補強糸１６ａが繰り出され、これにより押出体２０Ａ上に補強糸層１６が形成される。つまり、第１押出機４０により押し出された直後の押出体２０ＡがマンドレルＭｄで支持された状態にて、補強糸１６ａが押出体２０Ａの外周に巻回され、補強糸層１６が形成される。このとき、押出体２０Ａは、マンドレルＭｄで支持されているので潰れることがない。

ブレード装置５０による補強糸１６ａの打ち込みの際には、２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度の補強糸が６４〜７６打の打ち込み数で巻回される。より詳しく説明すると、２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度の１本の補強糸を６４〜７６打の打ち込み数で巻回するほか、１７００ｄｔｅｘの繊度の繊維を２本合わせた合糸を補強糸として６４〜７６打の打ち込み数で巻回したり、１２００ｄｔｅｘの繊度の繊維を３本合わせた合糸を補強糸として６４〜７６打の打ち込み数で巻回する。打ち込み回数については、ブレード装置５０を多列に設けて、３２打の打ち込みを２回行うようにしたりすることもできる。

次に、第２押出機６０により、外面ゴム層１８を形成するためのシリコンゴムが補強糸層１６上に積層される。即ち、外面ゴム層１８を形成するためのゴム材料は、補強糸層１６上に直接供給することにより行なう。

続いて、加硫工程を行なう。加硫工程では、１５０〜１７０℃×２０〜６０分の１次加硫後に、１５０〜１７０℃×４〜１２時間の２次加硫を行うこととした。この加硫工程により、第１内面ゴム層１２、第２内面ゴム層１４および外面ゴム層１８は、通常の加硫接着が行なわれて接合される。これにより、耐熱性ホース１０が一体化して形成される。

上記実施例による耐熱性ホース１０の製造方法において、第１押出機４０により押し出される押出体２０Ａの第１内面ゴム層１２は、フッ素化合物系ゴムから形成されていることから、機械的強度が高められているので自重によってつぶれにくく、形状保持性が高まる。このため、押出直後の押出体２０ＡにマンドレルＭｄを挿入することができ、マンドレルＭｄで押出体２０Ａを支持した状態にて、ブレード装置５０により補強糸１６ａを巻回することができる。

次に、本実施例の耐熱性ホース１０の性能実証について説明する。図３は高温環境下での伸張繰り返しに対する耐久性試験の様子を示す説明図である。図示するように、この伸張繰り返し耐久性試験では、引っ張り試験器での試験に適した短冊状のテストピース（厚さ２ｍｍ）を作成した。そして、このテストピースを引っ張り試験器の上下の保持ジグＨＪに固定してテンションを掛け、下方の保持ジグＨＪを上下に繰り返し往復動させる。これにより、サンプルピースは、両端を除く測定部位全長ＬＳがＳ％伸びた状態と元の全長ＬＳの状態とを繰り返し取る。そして、この伸び率Ｓを５０％、７５％、１００％の３段階に設定し、各伸び率での伸張繰り返し耐久性試験を、実施例と比較例について測定した。

この場合、実施例テストピースは、上記した第２内面ゴム層１４と外面ゴム層１８の形成に用いた上記性状のシリコンゴムを上記の加硫条件で作成した厚さ２ｍｍのシートを短冊状に打ち抜いたものであり、補強糸は有しない。比較例テストピースは、その伸びの程度が既存のホースで一般的な６０％（１８０℃環境下）のシリコンゴムを既存の加硫条件で作成した厚さ２ｍｍのシートを短冊状に打ち抜いたものであり、補強糸は有しない。つまり、実施例テストピースと比較例テストピースとは、耐熱性ホースにおける第２内面ゴム層１４と外面ゴム層１８のシリコンゴムの性状において相違する。耐久性試験は２００℃の高温環境下で行った。図４は高温環境下での伸張繰り返し耐久性試験の試験結果を表すグラフである。

図示するように、比較例テストピースでは、２００℃の高温環境下における５０％の伸張率での伸張繰り返し耐久性試験の結果、１００回弱の繰り返しでテストピースが破断した。７５％では２０回弱、１００％では数回でテストピース破断が起きた。これに対し、実施例テストピースでは、５０％の伸張率での伸張繰り返しにおいて、１００万回弱の伸張繰り返しに対する耐性が見られ、７５％でも１０００回を超える耐性、１００％でも３００回ほどの耐性があった。本実施例では、自動車のエンジンのターボチャージャと吸気管とを接続することを想定していることから、伸張繰り返しに対する耐久性（伸張繰り返しに対する耐疲労性）の評価に際しては、５０％の伸張繰り返しにおいて１００万回程度の耐久性があればよいことから、実施例テストピースは、望まれる耐疲労性を備えていることが実証された。

図５は高温環境下での加圧繰り返しに対する耐久性試験の様子を示す説明図である。この耐久性試験に際しては、図示するようにホース両端に加圧源側栓ＨＣとメクラ栓ＭＣを装着し、締結ベルトＢで締結する。このベルト締結トルクは約６Ｎｍである。加圧源側栓ＨＣは、加圧ポンプＰからのメイン配管ＭＨが接続され、加圧ポンプＰはメインバルブＭＶを経てサンプルホースに加圧流体を圧入する。メイン配管ＭＨからは、流体の排出配管ＥＨが分岐しており、メインバルブＭＶを閉鎖状態にした上で排出バルブＥＶを開弁することで、加圧流体は排出される。この繰り返し耐久性試験（加圧繰り返し耐久性試験）では、上記した加圧源側栓ＨＣ等をセット済みの耐熱性ホース１０（サンプルホース）を２００℃の高温環境下に置いて、３６０ＫＰａの加圧・解放（０ＫＰａ）を繰り返す試験と４００ＫＰａの加圧・解放（０ＫＰａ）を繰り返す試験に供した。この加圧・解放を約１．５秒の間隔で繰り返した。上記した比較例ホースについては、２６０ＫＰａの加圧・解放（０ＫＰａ）を繰り返す試験と３００ＫＰａの加圧・解放（０ＫＰａ）を繰り返す試験に供した。図６は高温環境下での加圧繰り返し耐久性試験の試験結果を表すグラフである。

図６に示すように、比較例ホースでは、２００℃の高温環境下における３００ＫＰａの加圧繰り返しにおいて７万回ほどでホースが破断し、２６０ＫＰａの加圧繰り返しにおいては、１００万回弱の加圧繰り返しに対する耐性（加圧繰り返しに対する耐疲労性）が見られた。一方、実施例の耐熱性ホース１０では、３６０ＫＰａおよび４００ＫＰａでの加圧繰り返しにおいて、１００万回程度の加圧繰り返しに対する耐疲労性が見られた。本実施例では、自動車のエンジンのターボチャージャと吸気管とを接続することを想定していることから、加圧繰り返しに対する耐疲労性評価に際しては、３００ＫＰａの加圧繰り返しにおいて１００万回程度の加圧繰り返しに対する耐疲労性があればよいことから、実施例の耐熱性ホース１０は、望まれる耐疲労性を備えていることが実証された。

そして、実施例の耐熱性ホース１０は、伸張繰り返しに対する耐疲労性の観点から、比較例ホースに比して、その回数において１万倍程度優れた耐疲労性を備えることが実証された。また、加圧繰り返しに対する耐疲労性の観点においても、実施例の耐熱性ホース１０は、１００万回の耐疲労性を確保可能な場合の加圧圧力において１．４〜１．８倍程度優れた耐疲労性を備えることが実証された。

また、加圧繰り返しに対する耐疲労性試験において１００万回の耐疲労性が見られた耐熱性ホース１０と比較例ホースのホース径の拡張程度を測定した。実施例の耐熱性ホース１０では試験前の径５３ｍｍに対し５％程度しか拡張が観察されなかったが、比較例ホースでは％程度の拡張が見られた。このことは、実施例の耐熱性ホース１０は、既述したように比較例ホースに比して優れた耐疲労性を備えることと符合する。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

本発明の一実施の形態にかかる耐熱性ホース１０をその有する各層を破断して概略的に示す斜視図である。ホース製造装置３０を説明する説明図である。高温環境下での伸張繰り返しに対する耐久性試験の様子を示す説明図である。高温環境下での伸張繰り返し耐久性試験の試験結果を表すグラフである。高温環境下での加圧繰り返しに対する耐久性試験の様子を示す説明図である。高温環境下での加圧繰り返し耐久性試験の試験結果を表すグラフである。

符号の説明

１０…耐熱性ホース
１２…第１内面ゴム層
１２ａ…流路
１４…第２内面ゴム層
１６…補強糸層
１６ａ…補強糸
１８…外面ゴム層
２０Ａ…押出体
２０ａ…スペース
３０…ホース製造装置
４０…第１押出機
５０…ブレード装置
５２…ドラム
６０…第２押出機
６１…外管押出部
Ｂ…締結ベルト
ＥＨ…排出配管
ＥＶ…排出バルブ
ＨＣ…加圧源側栓
ＨＪ…保持ジグ
ＭＣ…メクラ栓
ＭＨ…メイン配管
ＭＶ…メインバルブ
Ｍｄ…マンドレル
Ｐ…加圧ポンプ

Claims

耐熱性ホースであって、
フッ素化合物系ゴムを用いて形成され、ホース最内層側に位置して前記流体の流路を形成する第１内面ゴム層と、
該第１内面ゴム層の外周上に積層され、シリコンゴムを用いて形成された第２内面ゴム層と、
該第２内面ゴム層上に補強糸を巻回することにより形成された補強糸層と、
該補強糸層上に積層され、シリコンゴムを用いて形成された外面ゴム層とを備え、
前記第２内面ゴム層と前記外面ゴム層の前記シリコンゴムは、１８０℃の環境下での伸びが１２０〜２５０％とされ、
前記補強糸層は、２５００〜４０００ｄｔｅｘの繊度の前記補強糸を６４〜７６打の打ち込み数で巻回して形成されていることを特徴とする耐熱性ホース。