JP5168582B2 - 強化ホース - Google Patents

Description

本発明は、強化ホースに関するもので、疲労抵抗及び破裂強度を向上させた強化ホースに関する。

一般に、高圧用強化液圧ホースは、例えば、土木機械等の液圧によって作動する様々な機械で使用され、液圧回路上あるいは機械の内部で使用される液圧回路の可動部品間を自由度をもって接続する。このようなホースは、しばしば、インナチューブ内部に発生する半径方向及び軸方向の圧力に耐えうるように同軸配置された、例えば、ワイヤあるいは繊維等の、連続する円筒形状の補強材料の層をなす中空のポリマーインナチューブを含む。従来、高い破裂強度と長期にわたる疲労抵抗とを兼ね備えるホース構造に係る発明が数多くなされている。従来技術においては、ホース構造の破裂強度は、ホースの柔軟性に及ぼされる負の影響のために通常は実施が推奨されないが、付加的な補強材料及び／又は層を付加することにより向上させるか、あるいは、補強材料の各々の層の引張り強度を増加させることにより向上させるが、一般に、ホースの疲労抵抗を犠牲にして後者を選択することが多い。

発明の概要

本発明の一実施形態に係る強化ホースは、第１引張り強度の補強材料を有する第１補強層を含む。第２補強層は、第１補強層の表面を被い、第２引張り強度の補強材料を含む。第２引張り強度は、第１引張り強度よりも十分に大きい。本発明の他の実施形態では、強化ホースは、第１レベルの疲労抵抗を有する補強材料を含む第１補強層と、第１補強層の表面を被い、第２レベルの疲労抵抗を有する補強材料を含む第２補強層とを含む。第１レベルの疲労抵抗は、第２レベルの疲労抵抗よりも十分に大きい。後述する図面及び詳細な説明によれば、本発明の他の実施形態は当業者により明白である。

本発明の実施形態の一例を添付の図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るホース10を示す。ホース10は、ポリマー（例えば、弾性ゴムあるいはプラスチック）インナチューブ12、インナチューブ12の表面を被う第１補強層14、任意の中間層16、第１補強層14及び中間層16の表面を被う第２補強層18、及び任意のアウタカバー20を含む多層構造をなす。アウタカバー20は、弾性ゴムあるいはプラスチックを押し出し成形して形成した層を含んでもよいし、あるいは、層自体を補強層としてもよい。第１補強層14及び第２補強層18は、それぞれが、例えば、図１に示されるような螺旋状の補強材料の交互層、あるいは、図２に示されるような網状の補強材料であってもよい。くわえて、第１補強層14及び第２補強層18は、単層あるいは複数層の補強材料を含むことができる。第１補強層14及び第２補強層18に含まれる補強材料の各端部22,24は、金属ワイヤ、天然あるいは人工的な繊維及び織物、及び概してホースの構成要素として見られる補強材料によって構成することができる。補強層14,18を説明する「第１」及び「第２」の文言の使用は、ホース10内部の補強層14,18の位置あるいは配置の記載を限定あるいは概括するものではない。

ホース構造の強度を決定するために、ホース製造業者は、いくつかある試験の中で、実際にホースを使って衝撃試験及び破裂試験を実施する。衝撃試験では、試験対象のホースに繰返し液圧を付加し、ホース構造における疲労破壊の抵抗値を測定する。他方、破裂試験は、ホースの破壊強度を決定するために実施される破壊的液圧試験であり、ホースが破壊するまで内部圧力を一様に増加させることにより行われる。本発明の開発段階において、衝撃試験中にホースが耐え得る最大荷重は、例えば、インナチューブ12に最も接近した第１補強層14等の補強層によって主に伝達されることが発見された。また、破裂試験中にホース10が耐え得る最大荷重は、例えば、第２補強層18等の最も外側の補強層によって主に伝達されることも発見された。

ホース構造の強度を向上させるために、本発明の発明者は、第２補強層18の中の補強材料よりも柔軟性を有し且つ疲労破壊し難い補強材料を、第１補強層14の中の補強材料として使用することを提案した。例えば、図１及び図２に示された態様においては、第１補強層14は、第１引張り強度を有する補強材料22の少なくとも一端部を含み、第２補強層18は、第２引張り強度を有する補強材料24の少なくとも一端部を含む。この構造の実施以前は、提案された補強材料の個々の端部について、最大荷重の伝達能力及び疲労抵抗を決定するための試験が実施されていた。以下にその試験結果を示す。

疲労試験結果によれば、同一直径（例えば、0.71mm）のスチールワイヤの２つの個々の端部間において、引張り強度がより高い材料は、より高い最大荷重を支持することが可能であるが、引張り強度がより低い材料は、著しく大きい耐疲労抵抗を示すことがわかる。特に、疲労抵抗のさらなる劇的な向上は、材料の公称引張り強度（例えば、2300 N/mm ² の公称引張り強度）のさらなる減少により得ることができる。材料の最大荷重の能力減少を阻止するため、材料の直径を増加させることができる。例えば、公称引張り強度が2900 N/mm ² で直径が0.71mmの高張力スチールワイヤと比較した場合、公称引張り強度が2300 N/mm ² で直径が0.80mmの高張力スチールワイヤは、著しく大きい疲労抵抗値を示すと共に、破壊以前により高い荷重に耐えることができる。

本発明の性能を説明するために、第１引張り強度及び第１直径の補強材料22を有する多くの第１補強層14を含む本発明の一実施形態に係るホース10を図３に示す。インナチューブ12に隣接して第１補強層14が設けられ、第１補強層14は多くの第２補強層18によって表面が被われる。第２補強層18は、第２引張り強度及び第２直径を有する補強材料24からなる。図３に示される本実施形態に係るホース構造の一例と通常のホース構造との比較を次のとおり示す。

上述したホース構造について衝撃及び破裂試験を実施した時の試験結果を次のとおり比較して示す。

試験結果によれば、本発明の一実施形態に係るホース構造は、通常のホースに対して疲労抵抗が著しく増大していることを示しているのがわかる。その試験結果は、外側の４つの補強層に含まれる補強材料よりも引張り強度が十分に低い補強材料を有するインナ補強層及び補強層♯2に直接起因する。

以上からわかるように、本発明は、螺旋状の補強の６層あるいは一様な螺旋状の補強が全くないことを含むホース構造に限定されない。むしろ、本発明は、網状の補強層（例えば、図２参照）、螺旋状の補強層と網状の補強層との組合せ、及び他の補強層の配置を有するホース構造を含む。

当然のことながら、疲労抵抗レベルが著しく異なる場合を除き、同等の引張り強度を有する補強材料をホースに適用することもできる。例えば、第１補強層14及び第２補強層18が同等の引張り強度を有する補強材料を含むと同時に、第１補強層材料は、第２補強層材料が示す疲労抵抗レベルよりも著しく大きい疲労抵抗レベルを有していてもよい。

上記実施形態を参照して本発明を詳細に説明したが、それら態様は発明を実施するための最良の形態の説明目的に過ぎない。当業者は、特許請求の範囲に規定する発明の精神及び範疇から逸脱することなく、本発明を実施するにあたり、上述した発明の態様に様々な別の選択がなされ得ることを理解できると思われる。特許請求の範囲では、発明の範囲を定義し、特許請求の範囲内の方法及び装置、並びにその同等物を含むものとする。本明細書は、明細書中に説明した要素の全ての新規かつ非自明な組み合せを含むものとし、これら要素の如何なる新規かつ非自明な組み合せの権利を本出願及び後の出願中に主張する。さらに、上述した実施形態は説明目的であり、ひとつの特徴または要素が本出願または後の出願で請求されるであろう全ての可能な組み合せに対して必須ではない。

本発明の一実施形態に係るホースの斜視図であって、ホースを部分的に切り取って示した図である。 本発明の他の実施形態に係るホースの斜視図であって、ホースを部分的に切り取って示した図である。 本発明の他の実施形態に係るホースの斜視図であって、ホースを部分的に切り取って示した図である。

Claims (22)

1. 第１引張り強度及び第１直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む第１補強層(14)と、
   前記第１補強層(14)の表面を被い、第２引張り強度及び第２直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む第２補強層(18)と、からなり、
   前記第２引張り強度は、前記第１引張り強度よりも十分に大きく、前記第１直径は、前記第２直径よりも十分に大きいことを特徴とする強化ホース(10)。
2. さらに、インナチューブ(12)とアウタカバー(20)とを含み、
   前記第１補強層(14)は、前記第２補強層(18)よりも前記インナチューブ(12)に接近して配置されることを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
3. 前記第１引張り強度は、2300 N/mm ² であることを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
4. 前記第２引張り強度は、2600-2900 N/mm ² であることを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
5. 前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との少なくとも一方は螺旋巻きであることを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
6. 前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との少なくとも一方は網状であることを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
7. 前記ホース(10)は、前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との間に位置する中間層(16)と、前記第２補強層(18)の表面を被うアウタカバー(20)と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
8. 前記第１補強層(14)及び第２補強層(18)は、それぞれが単一の補強材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
9. 前記第１補強層(14)及び第２補強層(18)は、単一層あるいは複数層を含むことを特徴とする請求項１に記載の強化ホース(10)。
10. 第１引張り強度及び第１直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む多くの第１補強層(14)と、
    前記第１補強層(14)の表面を被い、第２引張り強度及び第２直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む多くの第２補強層(18)と、からなり、
    前記第２引張り強度は、前記第１引張り強度よりも十分に大きく、前記第１直径は、前記第２直径よりも十分に大きいことを特徴とする強化ホース(10)。
11. 前記第１引張り強度は、2300 N/mm ² であることを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
12. 前記第２引張り強度は、2600-2900 N/mm ² であることを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
13. 前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との少なくとも一方は螺旋巻きであることを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
14. 前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との少なくとも一方は網状であることを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
15. 中間層(16)は、前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との間に位置することを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
16. 前記第１補強層(14)及び前記第２補強層(18)の数は、少なくとも２であることを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
17. 前記第１補強層(14)及び前記第２補強層(18)は、補強材料の単一層あるいは複数層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の強化ホース(10)。
18. 疲労抵抗の第１レベルを有する補強材料を含む第１補強層(14)と、
    前記第１補強層(14)の表面を被い、疲労抵抗の第２レベルを有する補強材料を含む第２補強層(18)と、からなり、
    前記疲労抵抗の第１レベルは、前記疲労抵抗の第２レベルよりも十分に大きく、
    前記第１及び第２補強層の両方の補強材料は、同種のスチールによって形成されるスチールワイヤであり、
    前記第１補強層の補強材料は、前記第２補強層の補強材料に対してより大きい直径を有することを特徴とする強化ホース(10)。
19. 前記第１補強層(14)と前記第２補強層(18)との少なくとも一方は螺旋巻きあるいは網状であることを特徴とする請求項１８に記載の強化ホース(10)。
20. 前記第１補強層(14)及び前記第２補強層(18)は、それぞれが単一の補強材料を含むことを特徴とする請求項１８に記載の強化ホース(10)。
21. 前記第１補強層(14)及び前記第２補強層(18)は、補強材料の単一層あるいは複数層を含むことを特徴とする請求項１８に記載の強化ホース(10)。
22. インナチューブ(12)を用意するステップと、
    前記インナチューブ(12)の周囲に、第１引張り強度及び第１直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む第１補強層(14)を配設するステップと、
    前記第１補強層(14)の周囲に、前記第１引張り強度よりも十分に大きい第２引張り強度及び前記第１直径よりも十分に大きい第２直径を有するスチールワイヤ補強材料を含む第２補強層(18)を配設するステップと、
    からなることを特徴とする強化ホース(10)の製造方法。

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