JP4983668B2

JP4983668B2 - 耐熱性ホース

Info

Publication number: JP4983668B2
Application number: JP2008069846A
Authority: JP
Inventors: 克司北岡; 伸司長谷川; 孝夫夫馬
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP2009220516A

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。図７は従来の耐熱性ホースを示す断面図である。耐熱性ホース１００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。すなわち、耐熱性ホース１００は、流路１００ａを有する内管ゴム層１０２と、下ゴム層１０４と、補強糸層１０６と、上ゴム層１０８とを備えている。内管ゴム層１０２には、耐オイル浸透性を得るためにフッ素ゴムから形成され、下ゴム層１０４および上ゴム層１０８には、通過する高温・高圧の吸気ガスへの耐性を確保するため、シリコーンゴムから形成されている（特許文献１参照）。

こうした耐熱性ホースは、エンジンルーム内で配策される際に所定の経路に曲げられて使用されている。しかし、図８に示すように、曲げが大きくなった場合、つまり曲率半径が小さくなった場合に通路に面する内管ゴム層に亀裂Ｃｋが生じることがあり、耐久性を損なう場合があった。

特開２０００−１９３１５２

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決することを踏まえ、フッ素化合物系ゴムとシリコーンゴムとを積層し、かつフッ素化合物系ゴムからなる内管ゴム層の内面にシワがなく、耐久性に優れた耐熱性ホースを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態は、未加硫ゴムからなるホース成形体を押出し、該押出した該ホース成形体を所定経路に曲げた後に加硫することで形成される耐熱性ホースであって、
流路を形成する内管ゴム層と、該内管ゴム層に積層された下ゴム層と、該下ゴム層上に巻回された補強糸層と、該補強糸層上に積層された上ゴム層とを備え、
上記内管ゴム層は、フッ素化合物系ゴムから形成され、
上記下ゴム層および上ゴム層は、シリコーンゴムから形成され、
未加硫ゴムが５％伸びたときの引張応力を初期引張応力と定義したときに、上記ホース成形体は、上記内管ゴム層および下ゴム層として、初期引張応力の差が０．５ＭＰａ以下のゴム材料を用いていること、を特徴とする耐熱性ホースである。

［適用例１］
適用例１は、未加硫ゴムからなるホース成形体を所定経路に曲げて加硫することで形成される耐熱性ホースにおいて、
流路を形成する内管ゴム層と、該内管ゴム層に積層された下ゴム層と、該下ゴム層上に巻回された補強糸層と、該補強糸層上に積層された上ゴム層とを備え、
上記内管ゴム層は、フッ素化合物系ゴムから形成され、
上記下ゴム層および上ゴム層は、シリコーンゴムから形成され、
未加硫ゴムが５％伸びたときの引張応力を初期引張応力と定義したときに、上記内管ゴム層および下ゴム層は、初期引張応力の差が０．５ＭＰａ以下のゴム材料を用いていること、を特徴とする。

適用例１の耐熱性ホースを製造する工程において、内管ゴム層、下ゴム層を押し出し、さらに、下ゴム層上に補強糸を編組みして補強糸層を形成し、補強層上にシリコーンゴムを積層することで上ゴム層を形成する。その後、マンドレルを挿入して、所定の経路に曲げてホース成形体を形成し、その後、加硫することで耐熱性ホースが製造される。このような一連の工程において、耐熱性ホースは、内管ゴム層および下ゴム層に、未加硫状態における初期引張応力の差が、０．５ＭＰａ以下の材料を用いることにより、曲げたときに、内管ゴム層に圧縮力が加わっても、内管ゴム層の圧縮される部分にシワや、亀裂を生じることがなく、流体による損傷が小さく、耐久性に優れている。

［適用例２］
適用例２は、耐熱性ホースの所定経路の曲げは、曲げ角度θが７０〜１２０゜で、曲率半径Ｒが５０〜１００ｍｍ以下である構成である。このような所定経路の曲げであっても、内管ゴム層の内面にシワを生じることがない。

（１）耐熱性ホース１０の概略構成
図１は本発明の一実施の形態にかかる耐熱性ホース１０を長手方向に切断した断面図、図２は耐熱性ホース１０の一部を破断した斜視図、図３は図１の点２鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。図１ないし図３において、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、配策経路に応じて曲げられており、４層に積層されることにより耐熱性および耐圧性を有するように形成されている。すなわち、耐熱性ホース１０は、流路１０ａを有する内管ゴム層１２と、下ゴム層１４と、補強糸層１６と、上ゴム層１８とを備えている。耐熱性ホース１０は、１６０℃で１０，０００時間以上の耐熱性、６００ｋＰａまでの耐圧性、耐オイル浸透性、形状保持性および内管ゴム層１２の内面のシワをなくすために、各層の材質が定められている。

（２）耐熱性ホース１０の各部の構成
内管ゴム層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、下ゴム層１４は、主として耐熱性を高めるためにシリコーンゴムから形成されている。
内管ゴム層１２のフッ素化合物系ゴムは、未加硫状態における初期引張応力が０．６〜１．４ＭＰａであり、また、下ゴム層１４のシリコーンゴムは、未加硫状態における初期引張応力が０．５〜１．２ＭＰａである。また、両者の初期引張応力の差は、０．５ＭＰａ以下に調製されている。ここで、初期引張応力（モジュラスMn）とは、未加硫ゴムからなる試験片に、特定の伸び（５％）を与えたときの応力である。この初期引張応力の範囲では、次式のように、荷重と伸びとの関係はほぼ比例している。
Ｍｎ＝Ｆｎ／Ａ
ここで、Ｆｎは特定の伸び時における荷重（Ｎ）、Ａは面積である。

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繊維糸を下ゴム層１４上にブレードすることにより形成されている。さらに、上ゴム層１８は、耐環境性を得るためにシリコーンゴムの単一層から形成されている。この上ゴム層１８の材料の条件は、下ゴム層１４と加硫接着が可能な材料であることが好ましい。

耐熱性ホース１０の各層の厚さも、耐熱性、耐オイル浸透性、内管ゴム層１２の内面のシワ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ｄを３０〜７０ｍｍ、肉厚ｔを４〜８ｍｍとした場合において、内管ゴム層１２が０．２〜０．８ｍｍ、下ゴム層１４が２〜４ｍｍ、補強糸層１６が０．１〜１ｍｍ、上ゴム層１８が２〜４ｍｍの範囲に定めることができる。

（３）耐熱性ホース１０の製造方法
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、マンドレルによる曲げ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４はホース製造装置３０を説明する説明図である。図４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（内管ゴム層１２および下ゴム層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３２個〜６４個を備え、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、上ゴム層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上ゴム層１８を形成する。

次に、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ー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。

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。この場合において、補強糸１６ａを６４打で編組するには、ドラム５２に装着された合計６４カ所のボビンからそれぞれ繰り出すことにより下ゴム層１４上に巻回することにより行なう。次に、第２押出機６０により、上ゴム層１８を形成するためのシリコーンゴムが補強糸層１６上に積層される。すなわち、上ゴム層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。これによりホース成形体２０Ｂが製造される。

続いて、加硫工程を行なう。まず、ホース成形体２０Ｂに所定の形状に曲げられたマンドレル（図示省略）を挿入しつつホース成形体を図１に示すように曲げる。そして、マンドレルに挿入されたホース成形体を加硫釜に入れて加硫する。加硫工程の条件として、１４０〜１７０℃で２０〜６０分に設定する。この加硫工程により、内管ゴム層１２、下ゴム層１４および上ゴム層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。

（４）実施例の作用・効果
上記実施例の構成により、上述した作用・効果のほか、以下の作用・効果を奏する。
（４）−１耐熱性ホース１０は、内管ゴム層１２および下ゴム層１４に、未加硫状態における初期引張応力の差が、０．５ＭＰａ以下の材料を用いることにより、図３に示すように、曲げたときに、内管ゴム層１２に圧縮力が加わっても、内管ゴム層１２の圧縮される部分にシワや、亀裂を生じることがなく、流体による損傷が小さく、耐久性に優れていることが分かった。

このようなシワの低減効果を調べるために、以下の実験を行なった。図５に示すように、初期引張応力Ｍｎ（ｓ）が０．８３である未加硫のシリコーンゴムを用い、フッ素化合物系ゴムの初期引張応力が異なる４種類のフッ素化合物系ゴムを用いて、ホース成形体（試料１〜４）を作成し、マンドレルに挿入しつつ曲げたときのシワを調べた。ここで、フッ素化合物系ゴムの初期引張応力Ｍｎ（１〜４）は、試料１が０．６８、試料２が１．１１、試料３が１．２３、試料４が１．７４である。なお、図６に示すように、ホース成形体の曲率半径Ｒは８０ｍｍ、曲げ角度θを９０゜、ホース内径ｄを５０ｍｍとした。また、内管ゴム層１２の厚さは０．４ｍｍ、下ゴム層１４の厚さは２．１ｍｍとした。ここで、フッ素化合物系ゴムの初期引張応力を変えるには、分子量を変えることで行なうことができる。

その結果、試料１〜３では、内管ゴム層１２の内面にシワを生じなかったが、試料４では、図８に示すように内管ゴム層１０２の内面にシワが生じた。これは以下の理由による。ゴム成形体を曲げた場合には、その外側の部分が伸ばされ、内側の部分が縮む。このため、内側の部分における内管ゴム層１２および下ゴム層１４には、圧縮応力が加わる。この場合には、内管ゴム層１２の初期引張応力と下ゴム層１４との初期引張応力との差が大きいと、下ゴム層１４が曲げに対応して縮むのに対して、内管ゴム層１２が下ゴム層１４に拘束されて縮み難く、シワを生じやすい。そこで、下ゴム層１４の初期引張応力に内管ゴム層１２の初期引張応力を近づけることにより、シワをなくすことができた。

（４）−２ゴム成形体の曲率半径Ｒが小さく、また曲げ角度が小さいほどシワを生じやすいが、本実施例によると、曲率半径Ｒが８０〜１００ｍｍの範囲、曲げ角度θが８０〜１１０゜の範囲であっても、シワが生じないことが分かった。なお、ゴム成形体の形状および積層構造に対応して、曲げ角度θが７０〜１２０゜で、曲率半径Ｒが５０〜１００ｍｍに適用できる。

（５）他の実施例
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り、例えば次のような変形も可能である。

（５）−１上記実施例では、図５に示すように、内管ゴム層１２のフッ素化合物系ゴムの初期引張応力を下ゴム層１４のシリコーンゴムの初期引張応力に近づける例について説明したが、これに限らず、フッ素化合物系ゴムの初期引張応力を調整するものであってもよく、いずれにしても両者の初期引張応力の差が小さくなるようにすればよい。
（５）−２フッ素化合物系ゴムの縮み難さに合わせて、シリコーンゴムの伸び量を小さくしてもよく、すなわち、補強糸層１６の打数６４へと大きくして、その圧縮の際の引張応力を機械的に拘束する手段を加えてもよい。

本発明の一実施の形態にかかる耐熱性ホースを長手方向に切断した断面図である。耐熱性ホースの一部を破断した斜視図である。図１の２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。ホース製造装置を説明する説明図である。耐熱性ホースの作用を説明する説明図である。耐熱性ホースの作用を説明する説明図である。従来の耐熱性ホースを示す断面図である。図７の２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。

符号の説明

１０…耐熱性ホース
１０ａ…流路
１２…内管ゴム層
１４…下ゴム層
１６…補強糸層
１６ａ…補強糸
１８…上ゴム層
２０Ａ…押出体
２０Ｂ…ホース成形体
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

Claims

未加硫ゴムからなるホース成形体を押出し、該押出した該ホース成形体を所定経路に曲げた後に加硫することで形成される耐熱性ホースであって、
流路（１０ａ）を形成する内管ゴム層（１２）と、該内管ゴム層（１２）に積層された下ゴム層（１４）と、該下ゴム層（１４）上に巻回された補強糸層（１６）と、該補強糸層（１６）上に積層された上ゴム層（１８）とを備え、
上記内管ゴム層（１２）は、フッ素化合物系ゴムから形成され、
上記下ゴム層（１４）および上ゴム層（１８）は、シリコーンゴムから形成され、
未加硫ゴムが５％伸びたときの引張応力を初期引張応力と定義したときに、上記ホース成形体は、上記内管ゴム層（１２）および下ゴム層（１４）として、初期引張応力の差が０．５ＭＰａ以下のゴム材料を用いていること、を特徴とする耐熱性ホース。
請求項１に記載の耐熱性ホースにおいて、
上記所定経路の曲げは、曲げ角度θが７０〜１２０゜で、曲率半径Ｒが５０〜１００ｍｍである耐熱性ホース。