JP4933900B2 - ホースの製造方法及びワイヤ巻き付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホースの製造方法及びワイヤ巻き付け装置に関し、具体的には、ワイヤ補強層を有する耐圧性の高いホースの製造技術に関する。

耐圧性を高めたホースとして、ゴム等からなる内管の周囲にワイヤ補強層を有する、いわゆる高圧ホースが知られている。
図７は、高圧ホースの断面を概略的に示している。このような構造の高圧ホース７０を製造するには、例えば、ゴム等の弾性材料を押し出して内管（内管ゴム）７２を形成し、その周囲にワイヤを螺旋状に巻き付けてワイヤ補強層７４を編み上げる。次いで、補強層７４の周囲を外皮ゴム７６で被覆することにより高圧ホース７０が製造される（例えば特許文献１、２参照）。

特開昭５６−８６７３３号公報 特開平１１−２４７０５７号公報

上記のようにして製造された高圧ホースは、所定の長さに切断し、その端部に専用の口金具が取り付けられる。しかし、ワイヤ補強層を編み上げる際、内管ゴム７２の周囲でワイヤの浮きや弛みが発生する場合がある。また、ワイヤの巻き付け力が不足し、ホース裁断時にホースの端部が広がってしまい、口金具への挿入性が悪いといった問題がある。

そこで、本発明は、高圧ホースのワイヤ補強層を編み上げる際、ワイヤの浮きや弛みの発生を防止することができるとともに、ホース裁断時にホース端部の広がりを効果的に防ぐことができるホースの製造方法及びワイヤ巻き付け装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では以下のホースの製造方法等が提供される。

＜１＞ 内管の周囲にワイヤを巻き付けてワイヤ補強層を有するホースを製造する方法であって、前記ワイヤが前記内管の径方向外側に広がらないように該ワイヤにくせを付ける工程を含むことを特徴とするホースの製造方法。
ワイヤが内管の径方向外側に広がらないようにくせを付けることで、巻き付け時におけるワイヤの浮きや弛みが抑制されるとともに、ホース切断時における端部でのワイヤの広がりが極めて小さく抑えられる。

＜２＞ 前記ワイヤにくせを付ける手段として、くせ付け用ローラを用いることを特徴とする＜１＞に記載のホースの製造方法。
くせ付け用ローラを用いれば、ワイヤの移動に伴ってワイヤに容易にくせを付けることができ、高い巻き付け速度でワイヤを巻き付けることができる。

＜３＞ 前記ワイヤ径が０．２０〜０．４０ｍｍの場合には、３〜１５ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用い、前記ワイヤ径が０．４０ｍｍより大きい場合には、４〜１８ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用いることを特徴とする＜２＞に記載のホースの製造方法。
上記のように使用するワイヤ径に応じたローラ径を有するくせ付け用ローラを用いれば、ワイヤに確実にくせを付けることができ、より強い巻き付け力で内管に巻き付けることができる。

＜４＞ 前記くせ付け用ローラを、前記ワイヤと接触する部分の円周角が９０°以上となるように配置することを特徴とする＜２＞又は＜３＞に記載のホースの製造方法。
くせ付け用ローラを上記のように配置してワイヤと接触させることで、ワイヤに十分にくせを付けることができる。

＜５＞ 内管の周囲にワイヤを巻き付ける装置であって、
前記内管が通過する中心孔を有する回転定盤と、
前記内管を支持し、前記回転定盤の中心孔を通過するマンドレルと、
前記ワイヤが巻かれ、前記回転定盤の中心孔の周りに配置されたボビンと、
前記ボビンから送り出されたワイヤを、前記マンドレルに支持された内管の周囲に巻き付ける位置に導くガイド手段と、
前記ワイヤが前記内管の径方向外側に広がらないように該ワイヤにくせを付けるくせ付け手段と、を備え、
前記内管を支持したマンドレルを前記回転定盤の中心孔に通過させるとともに該回転定盤を回転させることにより、前記マンドレルに支持された内管の周囲に前記くせが付けられたワイヤを巻き付けることを特徴とするワイヤの巻き付け装置。
上記のようなくせ付け手段を備えた巻き付け装置であれば、ワイヤを内管の周囲に浮きや弛みを抑えて巻き付けるとともに、切断部でのワイヤの広がりが小さいワイヤ補強層を形成することができる装置となる。

＜６＞ 前記くせ付け手段が、くせ付け用ローラであることを特徴とする＜５＞に記載のワイヤの巻き付け装置。
くせ付け用ローラを備えていれば、ボビンから引き出されたワイヤの移動に伴ってワイヤにくせを付けることができ、高い巻き付け速度でワイヤを巻き付けることができる巻き付け装置となる。

＜７＞ 前記くせ付け用ローラが、前記ワイヤと接触する部分の円周角が９０°以上となるように配置されていることを特徴とする＜６＞に記載のワイヤの巻き付け装置。
くせ付け用ローラが上記のように配置されていれば、ワイヤに十分にくせを付けることができる巻き付け装置となる。

本発明によれば、ワイヤ補強層を有する高圧ホースを製造する際、内管の周囲にワイヤを高い巻き付け力で巻き付けることができる。これによりワイヤの浮きや弛みの発生を抑制することができるとともに、ホース裁断時にはホース端部の広がりを効果的に抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るホースの製造方法及びワイヤ巻き付け装置について説明する。
本発明者は、ゴム等の内管の周囲にワイヤを巻き付けてワイヤ補強層を有するホースを製造する際、前記ワイヤが前記内管の径方向外側に広がらないようにくせを付けることにより、ワイヤが高い巻き付け力で巻きつき、ワイヤの浮きや弛みの発生を防止するとともに、ホース裁断時の広がりも極めて効果的に防ぐことができることを見出した。

図１は、本発明に係るワイヤ巻き付け装置の構成の一例を概略的に示している。このワイヤ巻き付け装置１０は、回転定盤２０、ボビン１６、マンドレル１２、ガイドローラ４２，４４，４６、くせ付け用ローラ４８、巻き付け位置決めガイド５０等を備えている。

回転定盤２０の中心部には、内管ゴム１４を通過させるための中心孔２２が形成されている。回転定盤２０の中心孔２２の周りには、ワイヤＷが巻かれたボビン１６が複数配置されている。なお、ワイヤＷの材質は、要求される補強層の強度等に応じて適宜選べばよい。

ボビン１６の数は特に限定されず、要求されるワイヤ補強層１８の強度等に応じて適宜設定すればよい。
また、ボビン１６の配置も特に限定されるものではないが、例えば図２に示すように、回転定盤２０の中心孔２２を中心とした２つの同心円上にそれぞれ所定の間隔でボビン１６を配置することができる。このようにボビン１６を配置すれば、各ボビン１６から略等間隔でワイヤＷが供給され、内管ゴム１４の周囲に多数のワイヤＷを同時に巻き付けることができる。

回転定盤２０のボビン１６が配置された反対側の面の中央部にはギヤ２４が設けられており、ギヤ２４は駆動モータ２６の駆動ギヤ２８と噛み合わされている。駆動モータ２６の駆動力が、駆動ギヤ２８及びギヤ２４を介して回転定盤２０に伝達されることで回転定盤２０が回転することになる。

マンドレル１２は、内管ゴム１４の周囲にワイヤＷを巻き付ける際、内管ゴム１４に挿入された状態で支持し、回転定盤２０の中心孔２２を通過することができる。

回転定盤２０と同軸上には、ローラ支持盤３０が設けられている。ローラ支持盤３０の中心部には、回転定盤２０と同様にマンドレル１２に支持された内管ゴム１４を通過させるための中心孔３２が形成されている。ローラ支持盤３０は回転定盤２０と支柱３４を介して連結されており、回転定盤２０と同期して回転することができる。

ローラ支持盤３０上には個々のボビン１６に対応したローラ支持体４０が固定されている。各ローラ支持体４０には、ガイドローラ４２，４４，４６及びくせ付け用ローラ４８が取り付けられている。
ガイドローラ４２，４４，４６は各ボビン１６から送り出されたワイヤＷと接触し、ワイヤＷの移動に伴ってそれぞれ軸回転する。このようなガイドローラ４２，４４，４６によりワイヤＷが内管ゴム１４の周囲に円滑に導かれる。

第１のガイドローラ４２と第２のガイドローラ４４との間には、ワイヤＷが内管ゴム１４の径方向外側に広がらないようにワイヤＷにくせを付けるためのくせ付け用ローラ４８が設けられている。くせ付け用ローラ４８もワイヤＷの移動に伴って軸回転することができる。

内管ゴム１４にワイヤＷを巻き付ける位置には、巻き付け位置決めガイド５０が設けられている。巻き付け位置決めガイド５０の中心部にも内管ゴム１４を通過させるための中心孔５２が形成されている。巻き付け位置決めガイド５０は、ワイヤＷが通過するスリットを有する脚部材５４を介してローラ支持盤３０に連結されており、回転定盤２０及びローラ支持盤３０と同期して回転することができる。

次に、このような構成のワイヤ巻き付け装置１０を用いて高圧ホースを製造する方法について説明する。
図１に示されるように、各ボビン１６から引き出したワイヤＷを、第１のガイドローラ４２、くせ付け用ローラ４８、第２のガイドローラ４４、及び第３のガイドローラ４６に順次巻きまわし、巻き付け位置決めガイド５０の中心孔５２を経て内管ゴム１４の周囲に巻き付ける位置まで導く。

一方、マンドレル１２を矢印Ａの方向に所定の速度で移動させるとともに、押出機（図示ぜず）からマンドレル１２上に内管ゴム１４を所定の寸法で押し出す。内管ゴム１４はマンドレル１２が挿入された状態で支持され、回転定盤２０、ローラ支持盤３０、及び巻き付け位置決めガイド５０の各中心孔２２，３２，５２を順次通過することになる。

そして、各ボビン１６から引き出され、巻き付け位置決めガイド５０の内側に導かれたワイヤＷを内管ゴム１４の周囲に接触させた状態とし、回転定盤２０を所定の方向に回転させる。これにより、ワイヤＷが内管ゴム１４の周囲に螺旋状に同時に巻き付けられるとともに各ボビン１６からワイヤＷが連続的に引き出される。このとき、第１のガイドローラ４２を通過したワイヤＷは、ガイドローラ４２と接触する面とは反対側の面がくせ付け用ローラ４８と接触して湾曲し、さらに第２及び第３のガイドローラ４４，４６を経て位置決めガイド５０へと移動する。このようにワイヤＷを内管１４の周囲に巻き付ける前にワイヤＷがくせ付け用ローラ４８を介して巻かれることで、内管ゴム１４の周囲に巻かれたときに内管ゴム１４の内側の方向に向けて湾曲し、径方向外側に広がらないようなくせが付くことになる。

上記のように各ボビン１６から引き出されたワイヤＷは、くせ付け用ローラ４８等を経た後、内管１４の周囲に一定間隔をおいて平行して巻き付けられ、螺旋状のワイヤ層（補強層）１８が形成される。そして、ワイヤＷの巻き付けの際、各ワイヤＷには内管ゴム１４の内管１４の径方向外側に広がらないように内管ゴム１４の周囲に自ら巻き付くようなくせが付いているため、強い巻き付け力で内管ゴム１４に巻き付けることができる。

くせ付け用ローラ４８の大きさ（ローラ径）は特に限定されないが、本発明者の実験によれば、ワイヤ径が０．２０〜０．４０ｍｍの場合には、３〜１５ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラ４８を用い、ワイヤ径が０．４０ｍｍより大きい場合、４〜１８ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラ４８を用いることが好ましい。なお、使用するワイヤＷの径は特に限定されないが、ワイヤの巻き付け時に破断したり、ワイヤ補強層により耐圧性の、ワイヤが太過ぎると内管の周囲に巻き付け難くなるなどの問題があるため、ワイヤ径の上限は１．０ｍｍ程度である。
このようにワイヤ径に応じてくせ付け用ローラ４８のローラ径を採用すれば、ワイヤＷに確実にくせを付けることができ、より強い巻き付け力で内管ゴム１４に巻き付けることができる。

また、くせ付け用ローラ４８の位置は、ワイヤＷを内管１４の周囲に巻き付ける前にくせを付けることができれば特に限定されないが、確実にくせを付けることができるように配置することが好ましい。図３は、ワイヤＷがくせ付け用ローラ４８に巻かれている部分の巻き付け角度（円周角）θを示している。くせ付け用ローラ４８におけるワイヤＷの巻き付け角度θが９０°以上となるようにくせ付け用ローラ４８を配置すれば、ワイヤＷに十分にくせを付けることができるため好ましい。なお、ワイヤＷは、くせ付け用ローラ４８に一周以上巻き付けてくせ付けを行うこともできるが、巻き付けテンションの上昇を招くおそれもあるため、巻き付け角度θは好ましくは２７０°以下、より好ましくは１８０°以下とする。

また、内管ゴム１４の周囲に巻き付けるワイヤ層の数は特に限定されず、要求される補強層の強度等に応じて適宜決めればよい。例えば、巻き付け装置１０を同軸上に複数配置してワイヤＷを連続的に巻き付けることで、複数のワイヤ層が重なった補強層を効率的に形成することができる。

例えば、図４に示すように内管ゴム１４の周囲に網目状の補強層１８を編み上げる場合には、上記のような構成の巻き付け装置１０を２台用意し、それぞれの回転定盤２０が同軸上で回転するように対向配置する。各装置１０の回転定盤２０を所定の方向にそれぞれ回転させるとともに、マンドレル１２が挿入された状態で内管ゴム１４を各装置１０の中心孔２２，３２，５２を通過させる。マンドレル１２に支持された内管ゴム１４は、一方の装置では矢印Ａの方向に移動し、他方の装置では逆方向に移動し、それぞれ内管ゴム１４の径方向外側に広がらないようにワイヤＷが螺旋状に巻き付きつくことになる。これにより、各装置においてワイヤＷを対称的な螺旋状となるように巻き付け、内管ゴム１４の周囲に高い巻き付け力で巻かれた網目状のワイヤ補強層１８を編み上げることができる。

内管ゴム１４の周囲にワイヤ補強層１８を編み上げた後は、保護層として外皮ゴムで被覆する。

上記のように内管ゴム１４の周囲に巻き付けたワイヤが内管ゴム１４の径方向外側に広がらないようなくせを付ければ、ワイヤＷが内管ゴム１４の表面から浮いたり、弛んだりすることを防止することができる。さらに、製造されたホースを所定の長さに裁断する時にホース端部の広がりを効果的に防ぐことができる。例えば、スカイブ方式により、すなわちホースの外皮ゴムを除去して口金具を締結する場合、外皮を除去してワイヤ補強層１８を露出させても、ワイヤＷ（補強層）が外側にはほとんど広がらず、内管ゴム１４にほぼ密着した状態に保たれるため、口金具に容易に挿入して締結することができる。

図１に示したワイヤ巻き付け装置では、ワイヤＷのくせ付け手段としてローラ４８を採用したが、ワイヤＷが内管ゴム１４の径方向外側に広がらないようにくせを付けることができれば他の手段を採用することもできる。
例えば図５（Ａ）に示すように、第１及び第２のガイドローラ４２，４４の間に湾曲したエッジを有する部材６２を固定しておき、ワイヤＷを、ガイドローラ４２，４４と接触する面とは反対側の面でエッジ部材６２と接触するように通過させてくせを付けてもよい。また、図５（Ｂ）に示すように、第１のガイドローラ４２と第２のガイドローラ４４との間に円柱状又は円筒状のピン６４を固定し、ワイヤＷをピン６４の周囲に沿わせて通過させることでくせを付けてもよい。

ただし、上記のようなくせ付け用のエッジ部材６２やピン６４は、ローラ４８のようにワイヤＷの移動に伴って回転しないため、くせ付け用ローラ４８を用いる場合に比べて編上げテンションが高くなり、ワイヤＷを巻き付ける速度が低下し、生産性が低くなる傾向がある。従って、くせ付け用ローラ４８を用いることがより好ましい。

以下、実施例について説明する。
図１に示したような構成のワイヤ巻き付け装置において、ガイドローラ及びくせ付け用ローラの大きさ及び配置を変更し、図６（Ａ）〜（Ｅ）に示したような５タイプのローラ構成を採用した。４２ａ〜４２ｅは第１ガイドローラを、４４ａ〜４４ｅは第２ガイドローラを、４６ａ〜４６ｄは第３ガイドローラをそれぞれ示している。また、４８ａ〜４８ｅはくせ付け用ローラを示している。

各タイプのローラ構成を備えた装置をそれぞれ２台対向配置し、各装置において内管ゴムの周囲にワイヤ（材質：炭素鋼、ワイヤ径：０．６０ｍｍ）を螺旋状に連続して巻き付けた。これにより、図４に示したような編み目状のワイヤ補強層を形成した後、ワイヤの巻き付け力等を測定した。各ローラ径、巻き付け力等は表１に示した通りである。なお、表１中、内管ゴムに巻きつけたワイヤのカール径、ピッチ、及び曲率半径については、図８に示す通りである。
いずれも強い巻き付け力でワイヤを巻き付けることができ、特にくせ付け用ローラが小径（１３ｍｍ）の場合に巻き付け力が高かった。

さらに、図６（Ａ）及び図６（Ｄ）に示したローラ構成を有する巻き付け
装置によりそれぞれ３本の内管ゴムの周囲にワイヤ補強層を編上げてホースを製造した。なお、ワイヤ径等の製造条件は以下の通りである。
ワイヤ径：０．６０ｍｍ
ホース内径：２５ｍｍ
ホース編上げ外径：３６．６ｍｍ
上記のようにして製造した各ホースを切断し、切断した箇所（端部）におけるワイヤの広がりを測定した。表２にその測定値を示す。

いずれのホースでもワイヤの広がりは２．４ｍｍ以下であり、小さかった。特に、ローラ構成（Ａ）によりホースを製造した場合、ホース端部におけるワイヤの広がりが極めて小さく、ローラ構成（Ｄ）の場合に比べ約４０％のワイヤ広がり防止効果が確認された。

以上、本発明に係るホースの製造方法及びワイヤの巻き付け装置について説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。
例えばガイドローラ及びくせ付け用ローラの数は特に限定されず、１つのボビン１６に対してガイドローラとくせ付け用ローラをそれぞれ１つとすることもできる。
また、内管はゴム製に限定されず、例えば、ナイロン、ポリエステル、テフロン（登録商標）等の樹脂製の管状体を用いることもできる。

本発明に係るワイヤ巻き付け装置の一例を示す概略構成図である。 ボビンとガイドローラの配置の一例を示す概略平面図である。 くせ付け用ローラにおけるワイヤ巻き付け角度（円周角）を示す説明図である。 ワイヤを編み上げて形成される補強層の一例を示す概略図である。 くせ付け手段の他の例を示す概略図である。（Ａ）エッジ部材によるくせ付け手段 （Ｂ）ピンによるくせ付け手段 実施例におけるローラの配置を示す概略図である。 ワイヤ補強層を有する高圧ホースの断面を示す概略図である。 内管ゴムに巻きつけたワイヤのカール径、ピッチ、及び曲率半径を説明する図である。

符号の説明

１０・・・ワイヤ巻き付け装置
１２・・・マンドレル
１４・・・内管
１６・・・ボビン
１８・・・ワイヤ補強層
２０・・・回転定盤
４２，４４，４６・・・ガイドローラ
４８・・・くせ付け用ローラ
５０・・・巻き付け位置決めガイド
Ｗ・・・ワイヤ

Claims (4)

1. 内管の周囲にワイヤを巻き付けてワイヤ補強層を有するホースを製造する方法であって、前記ワイヤの移動に伴って軸回転するくせ付け用ローラを用い、前記ワイヤが前記くせ付け用ローラに巻かれている部分の円周角が９０°以上２７０°以下となるように前記ワイヤを前記くせ付け用ローラに巻き付けて前記ワイヤが前記内管の径方向外側に広がらないように該ワイヤにくせを付ける工程と、前記くせが付けられたワイヤを前記内管の周囲に巻き付ける工程と、を含むことを特徴とするホースの製造方法。
2. 前記ワイヤ径が０．２０〜０．４０ｍｍの場合には、３〜１５ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用い、前記ワイヤ径が０．４０ｍｍより大きい場合には、４〜１８ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用いることを特徴とする請求項１に記載のホースの製造方法。
3. 内管の周囲にワイヤを巻き付ける装置であって、
   前記内管が通過する中心孔を有する回転定盤と、
   前記内管を支持し、前記回転定盤の中心孔を通過するマンドレルと、
   前記ワイヤが巻かれ、前記回転定盤の中心孔の周りに配置されたボビンと、
   前記ボビンから送り出されたワイヤを、前記マンドレルに支持された内管の周囲に巻き付ける位置に導くガイド手段と、
   前記ワイヤの移動に伴って軸回転するくせ付け用ローラを用い、前記ワイヤが前記くせ付け用ローラに巻かれている部分の円周角が９０°以上２７０°以下となるように前記ワイヤを前記くせ付け用ローラに巻き付けて前記ワイヤが前記内管の径方向外側に広がらないように該ワイヤにくせを付けるくせ付け手段と、を備え、
   前記内管を支持したマンドレルを前記回転定盤の中心孔に通過させるとともに該回転定盤を回転させることにより、前記マンドレルに支持された内管の周囲に前記くせが付けられたワイヤを巻き付けることを特徴とするワイヤの巻き付け装置。
4. 前記ワイヤ径が０．２０〜０．４０ｍｍの場合には、３〜１５ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用い、前記ワイヤ径が０．４０ｍｍより大きい場合には、４〜１８ｍｍのローラ径を有するくせ付け用ローラを用いることを特徴とする請求項３に記載のワイヤの巻き付け装置。

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