JP4842495B2 - 編組ホース補強材 - Google Patents
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Description
【０００１】
［発明の分野］
本発明は編組ホース補強材に関する。
【０００２】
［発明の背景］
例えば、油圧ホースや空圧ホースなどのホースは、従来、柔軟性のある内管で構成されており、例えば、ゴムまたはプラスチック製の内管に金属ワイヤからなる１層以上の管状編組によって包囲されていた。これらのホースは、高圧の流体またはガスを搬送するのに用いられるので、ホース内の圧力に耐える必要がある。高い衝撃力を得るために、高強度炭素鋼からなるワイヤが補強要素として利用されている。さらに、ホース補強材の重量を節約し、かつ柔軟性を向上させる努力が続けられ、より高い引張強度を有するワイヤが用いられる傾向にある。しかし、ホース内の高い圧力によって、補強要素には高い横応力が付加される。この影響により、その最大限の強度で使用することができなかった。
【０００３】
ワイヤに発生する応力を小さくするために、ワイヤからなる帯材を編組みし、その編組み構造が内管を１００％ではなく、例えば８０％ないし８５％だけ覆うように構成する方法がある。隣接する帯材を離間させることによって、ワイヤが曲げられたり、および/またはホースの流体圧が付加されているとき、ワイヤの運動に自由度を与えることができ、その結果、応力を１つのワイヤから他のワイヤに良好に伝達させることができる。ワイヤに発生する応力を可能な限り小さくする他の方法として、ワイヤからなるいくつかの層の積層体からなるホース補強材を用いる方法がある。しかし、このようなホース補強材は重いという欠点を有している。
【０００４】
［発明の要約］
本発明の目的は、強度と耐久性を向上させることができる編組ホース補強材を提供することにある。本発明の他の目的は、ホ−ス補強材の高い強度を維持しながら、ホース補強材の重量を低減させ、かつホース補強材の柔軟性を向上させることにある。
【０００５】
本発明の第１態様によれば、編組ホ−ス補強材が提供される。このホース補強材は多数の左および右に転回する帯材からなる。左転回帯材は、順次、右転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられ、右転回帯材は、順次、左転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられる。
【０００６】
各帯材はポリマー材料のマトリックスに埋設された多数の細長の金属要素を含む。これらの金属要素は、好ましくは、帯材の面に平行に配置されるとよい。
【０００７】
金属要素は、高炭素鋼ワイヤであるのが好ましいが、ステンレス鋼ワイヤ、鋼束、または鋼コードであってもよい。
【０００８】
従来のホース補強材は、金属ワイヤからなるより線の編組によって構成されている。各より線は、そのより線と交差する横方向のより線の上側と下側を交互に通過するので、そのより線を構成するワイヤは変形する。その結果、ワイヤには応力が発生し、具体的には、上側および下側に位置して互いに隣接する横方向の帯材に挟まれたワイヤの一区域に発生する。ワイヤの一区域に生じる応力はそのワイヤの上側および下側に位置するワイヤによる締付けの程度に依存する。この締付けによって、単なる引張りまたは牽引ではなく、ワイヤの長手方向におけるいくつかの点に集中する横力を含む複雑な形態の応力が生じる。この締付け効果が最も著しく現われるのは、より線の外側に位置するワイヤである。
【０００９】
横方向の力は金属ワイヤの破断荷重に悪影響を与えることがわかっている。すなわち、締付け効果によって横方向接触応力が生じ、高張力ワイヤはその理論的な最大強度未満の条件によっても破断することがある。これは、高張力ワイヤを用いているにもかかわらず、ホースの許容される使用強度が制限されることを意味している。
【００１０】
従って、本発明によれば、金属ワイヤはポリマーマトリックスに埋設される。金属ワイヤをポリマーマトリックスに埋設することによって、締付け効果を低減させることができる。その結果、破断荷重の低下を少なくするかまたは無くすことができる。
【００１１】
帯材は、好ましくは、２ないし１０本の鋼ワイヤ、さらに好ましくは、４ないし８本の鋼ワイヤで構成するとよい。
【００１２】
帯材は、好ましくは、３から２５ｍｍの範囲内の幅、および、好ましくは、０．２から５ｍｍの範囲内の厚みを有しているとよい。
【００１３】
鋼ワイヤは、好ましくは、０．１０から０．９０ｍｍの範囲内の直径、例えば、０．２０ｍｍの直径を有しているとよい。ワイヤは丸ワイヤ、あるいは、平ワイヤ、例えば、矩形断面のワイヤまたは丸みの付けられた縁を有する矩形断面のワイヤであるとよい。
【００１４】
帯材に埋設される鋼ワイヤは、好ましくは、０．７０％から１．２０％の範囲内の炭素含有量と２１５０から４０００Ｎ／ｍｍ２の範囲内の引張強度を有しているとよい。
【００１５】
帯材は共押出成形法によって製造することができる。
【００１６】
ポリマー材料として、ゴムまたは熱可塑性材料のような、どのようなエラストマー材料を用いてもよい。
【００１７】
熱可塑性材料は、あらゆる熱可塑性プラスチックおよび熱可塑性エラストマーを意味する。
【００１８】
本発明に好適に用いられる熱可塑性材料の例として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブティーンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエステル、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、熱可塑性ポリエーテル・エステル、これらのポリマーの共重合体または類似の材料が挙げられる。
【００１９】
金属とポリマー材料との間の良好な接着性を確保するために、金属要素に接着促進剤(adhesion promoter)が使用される。接着促進剤として、シラン化合物のような２官能(bifunctional)カップリング剤を用いることができる。このようなカップリング剤の１つの官能基は金属または金属酸化物と結合し、他の官能基はポリマーと反応する。これらのカップリング剤についての詳細は、ＰＣＴ出願番号ＷＯ９９/２０６８２を参照するとよい。好適な接着促進剤の他の例として、アルミン酸塩、ジルコン酸塩、またはチタン酸塩などがある。
【００２０】
ポリマー材料に対する良好な接着性を確保するために、鋼ワイヤに金属皮膜または金属合金皮膜が施されるとよい。好適な皮膜として、銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金、例えば、真鍮がある。
【００２１】
編組みホース補強材は、１層または多層に配置された複数の鋼ワイヤからなるとよい。ホース補強材が多層構造を有している場合、1つの層から他の層に応力を伝達するために、２つの異なる層間に薄いポリマー層を介在させるとよい。
【００２２】
本発明の第２態様によれば、上記のホース補強材を含むホース、パイプ、またはチューブが提供される。
【００２３】
本発明のさらに他の態様によれば、ホース補強材を製造する方法が提供される。その方法は、多数の帯材を供給する工程と、前記帯材を編組みし、ホース補強材を形成する工程とを含み、前記帯材は各々ポリマー材料のマトリックスに埋設された多数の細長の金属要素からなることを特徴とする。
【００２４】
以下、本発明を添付の図面に基づいて、さらに詳細に説明する。
【００２５】
［発明の好適な実施例の説明］
図１は可撓性ホース１０を示している。ホースは、内管１２、少なくとも１つの管状編組からなる補強構造体１４、および外カバー１６からなる。
【００２６】
内管および外カバーは、それぞれ、ホースの用途に有用であることが知られている適切なゴムまたは熱可塑性エラストマーによって製造されるとよい。補強体１４は、横方向帯材１８’の上側と下側を交互に通過する帯材１８からなる。
【００２７】
図２は帯材１８を示している。帯材の幅は１５ｍｍで、厚みは３ｍｍである。帯材１８は、０．１０から０．９０ｍｍの範囲内の直径を有する９本の鋼ワイヤ２０からなる。鋼ワイヤは、例えば、０．７０％から１．２０％の範囲内の炭素含有量を有する炭素鋼ワイヤ、または、０．７０％―１．２０％の炭素、０．１０％−１．２％のマンガン、０．４０％以下のクロム、コバルト、モリブデン、ニッケル、および/またはバナジウムを含む高炭素微細合金鋼ワイヤである。ワイヤの引張強度は、好ましくは、２８００Ｎ／ｍｍ２よりも高いとよい。
【００２８】
帯材のマトリックス２２はポリウレタン（ＰＵ）からなる。このＰＵ材料は押出成形法によって成形される。
【００２９】
帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも低い引張強度を有する鋼ワイヤに取り換えるとよい。
【００３０】
好ましい一実施例において、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも少なくとも１０％低い引張強度を有している。さらに好ましくは、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも２０％以上低い引張強度を有しているとよい。
【００３１】
例えば、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、応力除去された鋼ワイヤであるとよい。このような応力除去された鋼ワイヤは、好ましくは、４％を超える破断伸びを有しているとよい。
【００３２】
あるいは、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの炭素含有量よりも低い炭素含有量を有する鋼ワイヤであるとよい。帯材の外側に位置する鋼ワイヤの炭素含有量は、例えば、０．８０％未満である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による補強ホースを示す図である。
【図２】 ポリマー材料のマトリックスに埋設された細長の金属要素を含む帯材を例示する図である。
［発明の分野］
本発明は編組ホース補強材に関する。
【０００２】
［発明の背景］
例えば、油圧ホースや空圧ホースなどのホースは、従来、柔軟性のある内管で構成されており、例えば、ゴムまたはプラスチック製の内管に金属ワイヤからなる１層以上の管状編組によって包囲されていた。これらのホースは、高圧の流体またはガスを搬送するのに用いられるので、ホース内の圧力に耐える必要がある。高い衝撃力を得るために、高強度炭素鋼からなるワイヤが補強要素として利用されている。さらに、ホース補強材の重量を節約し、かつ柔軟性を向上させる努力が続けられ、より高い引張強度を有するワイヤが用いられる傾向にある。しかし、ホース内の高い圧力によって、補強要素には高い横応力が付加される。この影響により、その最大限の強度で使用することができなかった。
【０００３】
ワイヤに発生する応力を小さくするために、ワイヤからなる帯材を編組みし、その編組み構造が内管を１００％ではなく、例えば８０％ないし８５％だけ覆うように構成する方法がある。隣接する帯材を離間させることによって、ワイヤが曲げられたり、および/またはホースの流体圧が付加されているとき、ワイヤの運動に自由度を与えることができ、その結果、応力を１つのワイヤから他のワイヤに良好に伝達させることができる。ワイヤに発生する応力を可能な限り小さくする他の方法として、ワイヤからなるいくつかの層の積層体からなるホース補強材を用いる方法がある。しかし、このようなホース補強材は重いという欠点を有している。
【０００４】
［発明の要約］
本発明の目的は、強度と耐久性を向上させることができる編組ホース補強材を提供することにある。本発明の他の目的は、ホ−ス補強材の高い強度を維持しながら、ホース補強材の重量を低減させ、かつホース補強材の柔軟性を向上させることにある。
【０００５】
本発明の第１態様によれば、編組ホ−ス補強材が提供される。このホース補強材は多数の左および右に転回する帯材からなる。左転回帯材は、順次、右転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられ、右転回帯材は、順次、左転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられる。
【０００６】
各帯材はポリマー材料のマトリックスに埋設された多数の細長の金属要素を含む。これらの金属要素は、好ましくは、帯材の面に平行に配置されるとよい。
【０００７】
金属要素は、高炭素鋼ワイヤであるのが好ましいが、ステンレス鋼ワイヤ、鋼束、または鋼コードであってもよい。
【０００８】
従来のホース補強材は、金属ワイヤからなるより線の編組によって構成されている。各より線は、そのより線と交差する横方向のより線の上側と下側を交互に通過するので、そのより線を構成するワイヤは変形する。その結果、ワイヤには応力が発生し、具体的には、上側および下側に位置して互いに隣接する横方向の帯材に挟まれたワイヤの一区域に発生する。ワイヤの一区域に生じる応力はそのワイヤの上側および下側に位置するワイヤによる締付けの程度に依存する。この締付けによって、単なる引張りまたは牽引ではなく、ワイヤの長手方向におけるいくつかの点に集中する横力を含む複雑な形態の応力が生じる。この締付け効果が最も著しく現われるのは、より線の外側に位置するワイヤである。
【０００９】
横方向の力は金属ワイヤの破断荷重に悪影響を与えることがわかっている。すなわち、締付け効果によって横方向接触応力が生じ、高張力ワイヤはその理論的な最大強度未満の条件によっても破断することがある。これは、高張力ワイヤを用いているにもかかわらず、ホースの許容される使用強度が制限されることを意味している。
【００１０】
従って、本発明によれば、金属ワイヤはポリマーマトリックスに埋設される。金属ワイヤをポリマーマトリックスに埋設することによって、締付け効果を低減させることができる。その結果、破断荷重の低下を少なくするかまたは無くすことができる。
【００１１】
帯材は、好ましくは、２ないし１０本の鋼ワイヤ、さらに好ましくは、４ないし８本の鋼ワイヤで構成するとよい。
【００１２】
帯材は、好ましくは、３から２５ｍｍの範囲内の幅、および、好ましくは、０．２から５ｍｍの範囲内の厚みを有しているとよい。
【００１３】
鋼ワイヤは、好ましくは、０．１０から０．９０ｍｍの範囲内の直径、例えば、０．２０ｍｍの直径を有しているとよい。ワイヤは丸ワイヤ、あるいは、平ワイヤ、例えば、矩形断面のワイヤまたは丸みの付けられた縁を有する矩形断面のワイヤであるとよい。
【００１４】
帯材に埋設される鋼ワイヤは、好ましくは、０．７０％から１．２０％の範囲内の炭素含有量と２１５０から４０００Ｎ／ｍｍ２の範囲内の引張強度を有しているとよい。
【００１５】
帯材は共押出成形法によって製造することができる。
【００１６】
ポリマー材料として、ゴムまたは熱可塑性材料のような、どのようなエラストマー材料を用いてもよい。
【００１７】
熱可塑性材料は、あらゆる熱可塑性プラスチックおよび熱可塑性エラストマーを意味する。
【００１８】
本発明に好適に用いられる熱可塑性材料の例として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブティーンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエステル、ポリアミド（ＰＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、熱可塑性ポリエーテル・エステル、これらのポリマーの共重合体または類似の材料が挙げられる。
【００１９】
金属とポリマー材料との間の良好な接着性を確保するために、金属要素に接着促進剤(adhesion promoter)が使用される。接着促進剤として、シラン化合物のような２官能(bifunctional)カップリング剤を用いることができる。このようなカップリング剤の１つの官能基は金属または金属酸化物と結合し、他の官能基はポリマーと反応する。これらのカップリング剤についての詳細は、ＰＣＴ出願番号ＷＯ９９/２０６８２を参照するとよい。好適な接着促進剤の他の例として、アルミン酸塩、ジルコン酸塩、またはチタン酸塩などがある。
【００２０】
ポリマー材料に対する良好な接着性を確保するために、鋼ワイヤに金属皮膜または金属合金皮膜が施されるとよい。好適な皮膜として、銅、亜鉛、または銅と亜鉛の合金、例えば、真鍮がある。
【００２１】
編組みホース補強材は、１層または多層に配置された複数の鋼ワイヤからなるとよい。ホース補強材が多層構造を有している場合、1つの層から他の層に応力を伝達するために、２つの異なる層間に薄いポリマー層を介在させるとよい。
【００２２】
本発明の第２態様によれば、上記のホース補強材を含むホース、パイプ、またはチューブが提供される。
【００２３】
本発明のさらに他の態様によれば、ホース補強材を製造する方法が提供される。その方法は、多数の帯材を供給する工程と、前記帯材を編組みし、ホース補強材を形成する工程とを含み、前記帯材は各々ポリマー材料のマトリックスに埋設された多数の細長の金属要素からなることを特徴とする。
【００２４】
以下、本発明を添付の図面に基づいて、さらに詳細に説明する。
【００２５】
［発明の好適な実施例の説明］
図１は可撓性ホース１０を示している。ホースは、内管１２、少なくとも１つの管状編組からなる補強構造体１４、および外カバー１６からなる。
【００２６】
内管および外カバーは、それぞれ、ホースの用途に有用であることが知られている適切なゴムまたは熱可塑性エラストマーによって製造されるとよい。補強体１４は、横方向帯材１８’の上側と下側を交互に通過する帯材１８からなる。
【００２７】
図２は帯材１８を示している。帯材の幅は１５ｍｍで、厚みは３ｍｍである。帯材１８は、０．１０から０．９０ｍｍの範囲内の直径を有する９本の鋼ワイヤ２０からなる。鋼ワイヤは、例えば、０．７０％から１．２０％の範囲内の炭素含有量を有する炭素鋼ワイヤ、または、０．７０％―１．２０％の炭素、０．１０％−１．２％のマンガン、０．４０％以下のクロム、コバルト、モリブデン、ニッケル、および/またはバナジウムを含む高炭素微細合金鋼ワイヤである。ワイヤの引張強度は、好ましくは、２８００Ｎ／ｍｍ２よりも高いとよい。
【００２８】
帯材のマトリックス２２はポリウレタン（ＰＵ）からなる。このＰＵ材料は押出成形法によって成形される。
【００２９】
帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも低い引張強度を有する鋼ワイヤに取り換えるとよい。
【００３０】
好ましい一実施例において、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも少なくとも１０％低い引張強度を有している。さらに好ましくは、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの引張強度よりも２０％以上低い引張強度を有しているとよい。
【００３１】
例えば、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、応力除去された鋼ワイヤであるとよい。このような応力除去された鋼ワイヤは、好ましくは、４％を超える破断伸びを有しているとよい。
【００３２】
あるいは、帯材の外側に位置する鋼ワイヤは、帯材の中心部に位置する鋼ワイヤの炭素含有量よりも低い炭素含有量を有する鋼ワイヤであるとよい。帯材の外側に位置する鋼ワイヤの炭素含有量は、例えば、０．８０％未満である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による補強ホースを示す図である。
【図２】 ポリマー材料のマトリックスに埋設された細長の金属要素を含む帯材を例示する図である。
Claims (9)
- 左転回帯材および右転回帯材からなる編組ホース補強材であって、前記左転回帯材は、順次、前記右転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられ、かつ前記右転回帯材は、順次、前記左転回帯材の上側および下側を通過するように曲げられるような編組ホース補強材において、
前記帯材の断面の幅は前記帯材の断面の厚みより大きく形成され、
前記帯材は各々ポリマー材料のマトリックスに埋設された複数の細長の金属要素を含み、
前記複数の金属要素は、前記帯材の平面に対して平行にそれぞれ配置され、かつ断面視で互いに前記帯材の幅方向に間隔を空けて配置されている、編組ホース補強材。 - 前記帯材は、３ｍｍから２５ｍｍの範囲内の前記幅および０．２ｍｍから５ｍｍの範囲内の前記厚みを有している請求項１に記載の編組ホース補強材。
- 前記細長の金属要素は、鋼ワイヤ、鋼束、または鋼コードである請求項１に記載のホース補強材。
- 前記鋼ワイヤは丸鋼ワイヤまたは平鋼ワイヤである請求項３に記載のホース補強材。
- 前記細長の金属要素は、２１５０Ｎ／ｍｍ ２ よりも高い引張強度を有する鋼ワイヤである請求項３に記載のホース補強材。
- 前記細長の金属要素の数は２から１０の範囲内にある請求項１に記載のホース補強材。
- 前記ポリマー材料はエラストマー材料または熱可塑性材料である請求項１から６のいずれか１つに記載のホース補強材。
- 前記帯材は、前記複数の金属要素からそれぞれ成る複数の層を有し、
隣接する前記複数の金属要素から成る層の間にポリマー層が介在している、請求項１から７のいずれか１つに記載のホース補強材。 - 請求項１から８のいずれか１つに記載のホース補強材を含むホース、パイプ、またはチューブ。
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