JP6258760B2 - 高圧ホース - Google Patents

Description

本発明は、高圧ホース（以下、単に「ホース」とも称する）に関し、詳しくは、補強層に、偏平断面形状を有するワイヤを適用した高圧ゴムホースの改良に関する。

油圧や液圧、空気圧等を伝えるために用いられる高圧ホースは、一般に、内管チューブの表面に、金属製ワイヤを巻き付けて形成された補強層を備える。従来より、かかる補強層に使用されるワイヤとしては、円形断面を有する丸線ワイヤが使用されている。また、丸線ワイヤを偏平化したホースワイヤをスパイラル状に埋設してワイヤ補強層を形成することで、耐圧性および柔軟性を向上する技術も提案されている（例えば、特許文献１等）。

特開平６−２０１０７７号公報（特許請求の範囲等）

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、ワイヤ補強層を構成するホースワイヤ断面の円弧部の形状については何ら考慮されていないため、得られるホースにおいて、十分な耐久性が得られるものではなかった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解消して、高圧ホースに適用した際における耐久性を向上して、セパレーション等の不具合を生ずることなく、軽量化を図った高圧ホースを提供することにある。

本発明者は、高圧ホースの補強層に用いるワイヤについて鋭意検討した結果、抗張力および偏平断面形状を所定に規定したワイヤを、ブレード構造に編み上げ埋設して補強層を形成するものとすることで、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ワイヤがブレード構造に編み込まれて形成されてなる補強層を備える高圧ホースであって、
前記ワイヤが、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の第一円弧部と、該直線部から該第一円弧部に推移する部位に形成された第二円弧部と、を有するトラック形状の偏平断面を有し、
前記ワイヤの、厚みをＴ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、第一円弧部の曲率半径をＲａ（ｍｍ）、第二円弧部の曲率半径をＲｂ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）および（２）、
０．２９≦Ｔ≦０．３３ （１）
０．６３５４×Ｔ≦Ｒａ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
で表される関係を満足し、幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが１．５〜１．９の範囲であり、かつ、該ワイヤの抗張力が２１００〜３０００ＭＰａの範囲内であることを特徴とするものである。

また、本発明の高圧ホースは、さらに、下記式（３）、
Ｔ≦Ｒｂ≦２．５×Ｔ （３）
で表される関係を満足することが好ましい。さらに、本発明の高圧ホースにおいては、前記ワイヤが、１本で、または、２本の束状態で並列に引き揃えられて、ブレード構造に編み込まれていることが好ましい。さらにまた、本発明の高圧ゴムホースにおいては、前記ワイヤが、ワイヤ幅方向と前記補強層の面内方向とが一致するよう、ブレード構造に編み込まれていることが好ましい。

本発明によれば、上記構成としたことにより、セパレーション等の耐久性の不具合を生ずることなく、軽量化を図った高圧ホースを実現することが可能となった。よって、本発明の高圧ホースによれば、従来と比較して軽量性を維持しつつ、繰り返し加圧時における耐久性を改善することが可能である。

本発明の高圧ホースの構造を示す一部切欠斜視図である。 本発明に係るワイヤの一例を示す幅方向断面図である。 比較例のワイヤを示す幅方向断面図である。 従来の丸線ワイヤを示す幅方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の高圧ホースの構造を示す一部切欠斜視図である。また、図２は、本発明に係るスチールワイヤの幅方向断面図である。

図示するように、本発明の高圧ホース１００は、ワイヤ１がブレード構造に編み込まれて形成されてなる補強層１０１を備えている。本発明の高圧ホースにおいては、かかるブレード構造の補強層１０１を構成するワイヤ１として、図２に示すような幅方向断面において、以下に詳述する条件を満足する偏平形状を備えるとともに、所定のワイヤ抗張力を有するものを用いる点に特徴がある。かかる所定条件を満足する偏平断面ワイヤをブレード構造に編み上げて補強層を形成したことで、ホースの諸性能を損なうことなく軽量化を達成することが可能となった。また、特に、ブレード構造の補強層の場合、ワイヤ同士が重なり合って交差することになるが、丸線ワイヤの場合、この交差部においてワイヤ同士が点接触するのに対し、偏平断面ワイヤの場合、ワイヤ同士が面接触することになる。よって、偏平断面ワイヤを用いてブレード構造の補強層を形成することで、ワイヤ同士の交差部におけるフレッティングを抑制できるメリットもある。なお、図中の符号１０２は内管ゴム層、１０３は外面層をそれぞれ示す。

図２に示すように、本発明に係るワイヤ１は、一対の平行な直線部１１と、その外側に凸となって対向する一対の第一円弧部１２ａと、直線部１１から第一円弧部１２ａに推移する部位に形成された第二円弧部１２ｂと、を有するトラック形状の偏平断面を有している。また、本発明に係るワイヤ１は、厚みをＴ（ｍｍ）、第一円弧部１２ａの曲率半径をＲａ（ｍｍ）、第二円弧部１２ｂの曲率半径をＲｂ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）および（２）、
０．２９≦Ｔ≦０．３３ （１）
０．６３５４×Ｔ≦Ｒａ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
で表される関係を満足することが必要である。

ワイヤの厚みＴが０．２９ｍｍ未満では、補強層の切断強度が不足して、ホースの破壊圧力が低下してしまう。一方、厚みＴが０．３３ｍｍを超えると、補強層の厚みが増加して軽量化の点で不利となってしまう。また、第一円弧部１２ａの曲率半径Ｒａ（ｍｍ）が０．６３５４×Ｔ（ｍｍ）未満では、曲率半径が小さすぎるためにワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。一方、曲率半径Ｒａ（ｍｍ）が０．７７×Ｔ＋０．０１９（ｍｍ）を超えると、ワイヤの直線部と円弧部との境界領域においてワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。

また、本発明に係るワイヤは、抗張力が２１００〜３０００ＭＰａ、好適には２４００〜２７００ＭＰａの範囲内であることが必要である。ワイヤの抗張力が、２１００ＭＰａ未満では補強層の強度が不足して破壊圧力が低下する。一方、３０００ＭＰａを超えるとワイヤの延性が不足して繰り返し加圧寿命が低下するため、いずれにしても本発明の所期の効果を得ることができない。

本発明のホースにおいては、抗張力が上記範囲を満足するとともに、厚みＴおよび第一円弧部の曲率半径Ｒａが上記式（１）、（２）で示される関係を満足するワイヤを用いるものとしたことで、上記した本発明の所期の効果が得られることを見出したものである。本発明においては、上記以外の具体的なワイヤ材質や、ホースの積層構造およびホースを構成する他の層の材質等については特に制限されるものではないが、ワイヤとしては、金属ワイヤ、好適にはスチールワイヤを用いる。

また、本発明のホースにおいては、ワイヤ１が、さらに、下記式（３）、
Ｔ≦Ｒｂ≦２．５×Ｔ （３）
で表される関係を満足することが好ましい。第二円弧部１２ｂの曲率半径Ｒｂ（ｍｍ）が厚みＴ（ｍｍ）未満では、曲率半径が小さすぎるために加圧時の負荷が局部的にかかって、破壊圧力が低下する傾向となる。一方、曲率半径Ｒｂ（ｍｍ）が２．５×Ｔ（ｍｍ）を超えると、第一円弧部１２ａと第二円弧部１２ｂとの境界領域においてワイヤとゴムとの接着界面に発生する剪断応力が局所的に大きくなって、セパレーションが生じ易くなる。また、直線部１１と第二円弧部１２ｂとの境界領域において加圧時の負荷が局部的にかかって、破壊圧力が低下する傾向となる。なお、本発明において用いるワイヤ１としては、幅Ｗ（ｍｍ）と厚みＴ（ｍｍ）との比Ｗ／Ｔが１．５〜４．０の範囲となるような偏平形状を有するものが好適である。Ｗ／Ｔが１．５未満では、直線部１１の長さが短いためにワイヤ同士の交差部におけるフレッティングを抑制する効果が小さくなり、繰り返し加圧寿命が低下する。一方、Ｗ／Ｔが４．０を超えると、ワイヤ延性が不足して繰り返し加圧寿命が低下する。

本発明に用いるかかる偏平断面ワイヤは、通常の円形断面の金属ワイヤを製造するための従来の設備および工程をそのまま利用して、その伸線加工の後半部において、円形断面のワイヤをローラ間で圧延するか、または、偏平孔のダイスを通す等によって偏平化することで、経済的かつ簡便に製造することができる。

本発明において、上記ワイヤを用いてブレード構造の補強層を形成する際には、ワイヤを１本で編み上げてもよく、また、２本以上、例えば、２〜３本の束状態で、並列に引き揃えて編み上げてもよい。好適には、上記ワイヤは、１本で、または、２本の束状態で並列に引き揃えて用いる。ワイヤの束が２本を超えると、ブレード構造にワイヤを編み上げる工程で、平面的に引き揃える加工作業が行いにくくなるためである。

また、本発明においては、上記ワイヤを、その幅方向と補強層の面内方向とが一致するよう、編み込むことが好ましい。これにより、補強層自体の厚みを薄くすることができ、ホースの軽量化の点でより優れるものとなる。

図１に示す本発明の一例の高圧ホース１００は、内管ゴム層１０２と、その外面に形成された補強層１０１と、その外側に形成された外面層１０３とを備えている。図示する例では、補強層１０１は１層であるが、補強層１０１は複数層にて設けてもよく、例えば、１〜２層にて設けることができる。補強層１０１の層数は、使用時の流体の圧力、すなわち、ホースにかかる内圧等に応じて、適宜決定することができる。補強層１０１を複数層にて設ける場合には、補強層１０１同士の層間に、層間ゴムを配設する。

内管ゴム層１０２の材質は、ホース内を輸送される物質の物理的および化学的性状等に基づき、適宜選択することができる。具体的には例えば、エチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ヒドリンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、イソブチレン−イソプレン共重合体ゴム（ブチルゴム，ＩＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ウレタン系ゴム、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム等が挙げられる。これらのゴム成分は、１種を単独で用いても、２種以上の任意のブレンド物として用いてもよい。

上記ゴム成分の中でも、気密性の観点からはブチルゴム（ＩＩＲ）が好ましく、耐油性の観点からはアクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ヒドリンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴムが好ましく、耐熱性の観点からはエチレン−プロピレン共重合ゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）が好ましく、低温可撓性の観点からはシリコーン系ゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）が好ましい。

また、内管ゴム層１０２用のゴム組成物には、材料強度や耐久性、押出し成形性等を考慮して、ゴム工業界で一般に用いられている公知のゴム配合薬品やゴム用充填材を、本発明の目的を損なわない範囲で使用することができる。このような配合薬品および充填材としては、例えば、カーボンブラックやシリカ、炭酸カルシウム等の無機充填材；プロセスオイル、可塑剤、軟化剤；硫黄等の加硫剤；酸化亜鉛、ステアリン酸等の加硫助剤；ジベンゾチアジルジスルフィド等の加硫促進剤；Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジル−スルフェンアミド、Ｎ−オキシジエチレン−ベンゾチアジル−スルフェンアミド等の老化防止剤；酸化防止剤、オゾン劣化防止剤等の添加剤が挙げられる。これらの配合薬品および充填材は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

内管ゴム層１０２の厚みは、内管ゴム層１０２を構成する材料の種類によっても異なるが、０．５〜５．０ｍｍの範囲、好ましくは０．８〜３．０ｍｍの範囲である。また、ホースの内径は目的に応じて選択されるが、一般的には、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、外面層１０３は、従来の高圧ホースと同様に、熱可塑性樹脂等からなるものとすることができ、内管ゴム層１０２と同様の各種ゴムにより構成してもよい。外面層１０３を設けることで、補強層１０１を構成するワイヤを保護して、補強層１０１の外傷を防止することができるとともに、外観上も好ましいものとなる。なお、外面層１０３の一般的な肉厚は、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲である。

さらに、層間ゴムは、補強層１０１を複数層で設ける場合に補強層１０１間を接着する目的で配置され、内管ゴム層１０２と同様の各種ゴムにより形成することができる。

本発明のホースは、常法に従い製造することができるものであり、特に、各種高圧流体の輸送に用いられる高圧ホースとして有用である。

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
図１に示すホース構造に従い、厚み１．５ｍｍの内管ゴム層１０２（材質：耐油性合成ゴム）の外表面に、下記表中にそれぞれ示すスチールワイヤを編み上げ状に巻き付けることでブレード構造の補強層１０１を１層形成し、さらに、その外側に、厚み１．４ｍｍの外面層１０３（材質：耐摩耗性耐候性合成ゴム）を形成して、各実施例および比較例の高圧ホースを作製した。

下記表中、トラック形状とは、一対の平行な直線部１１と、その外側に凸となって対向する一対の第一円弧部と、直線部１１から第一円弧部に推移する部位に形成された第二円弧部とを有する偏平断面形状（図２のワイヤ１参照）、および、一対の平行な直線部２１と、その外側に凸となって対向する一対の円弧部２２と、からなる偏平断面形状（図３のワイヤ２参照）をいう。なお、かかるトラック形状のワイヤについては、その幅方向が補強層の面内方向と一致するよう、並列に引き揃えて用いた。

各供試ホースにつき、下記に示す性能試験を実施した。その結果を、比較例１の円形断面ワイヤ３（図４参照）を用いたホースの性能を１００とした場合の相対評価である指数にて、下記の表中に併せて示す。

＜重量＞
得られたホースの編み上げ補強層の単位長さあたりの重さを測定し、比較例１の重さを１００として指数表示した。この指数値が小さいほど、軽量であることを示す。

＜繰り返し加圧テスト＞
得られたホースの繰り返し加圧テスト（０ＭＰａ〜２４５ＭＰａにおける約２０ｃｐｍの圧力繰り返しテスト）での破壊までの寿命を調査し、比較例１の寿命を１００として指数化し、さらに重量指数で除した数値を指数化して表示した。この指数値が大きいほど、単位重量対比での加圧時の耐久性に優れていることを示す。

＜破壊圧力＞
得られたホースの破壊圧力を測定し、比較例１の破壊圧力を１００として指数化し、さらに重量指数で除した数値を指数化して表示した。この指数値が大きいほど、単位重量対比での破壊圧力が高いことを示す。

上記表中に示すように、比較例２〜５の供試ホースでは、補強層を構成するワイヤが第二円弧部を有しない断面形状であるために、ワイヤ断面の直線部と第一円弧部との境界領域において編み上げワイヤ間の接触面に発生する接触ひずみが局所的に大きくなって、繰り返し加圧寿命および破壊圧力が低下している。

これに対し、本発明に係る実施例１〜４および参考例１の供試ホースでは、偏平ワイヤの厚みＴおよび第一円弧部の曲率半径Ｒａをそれぞれ適正化したことで、単位重量対比の繰り返し加圧寿命および破壊圧力のいずれについても、円形断面の丸線ワイヤを用いた比較例１対比で、向上していることが確かめられた。

１，２，３ ワイヤ
１１ 直線部
１２ａ 第一円弧部
１２ｂ 第二円弧部
２１ 直線部
２２ 円弧部
１００ 高圧ホース
１０１ 補強層
１０２ 内管ゴム層
１０３ 外面層
Ｔ ワイヤの厚み
Ｗ ワイヤの幅

Claims (4)

1. ワイヤがブレード構造に編み込まれて形成されてなる補強層を備える高圧ホースであって、
   前記ワイヤが、一対の平行な直線部と、その外側に凸となって対向する一対の第一円弧部と、該直線部から該第一円弧部に推移する部位に形成された第二円弧部と、を有するトラック形状の偏平断面を有し、
   前記ワイヤの、厚みをＴ（ｍｍ）、幅をＷ（ｍｍ）、第一円弧部の曲率半径をＲａ（ｍｍ）、第二円弧部の曲率半径をＲｂ（ｍｍ）としたとき、下記式（１）および（２）、
   ０．２９≦Ｔ≦０．３３ （１）
   ０．６３５４×Ｔ≦Ｒａ≦０．７７×Ｔ＋０．０１９ （２）
   で表される関係を満足し、幅Ｗと厚みＴとの比Ｗ／Ｔが１．５〜１．９の範囲であり、かつ、該ワイヤの抗張力が２１００〜３０００ＭＰａの範囲内であることを特徴とする高圧ホース。
2. さらに、下記式（３）、
   Ｔ≦Ｒｂ≦２．５×Ｔ （３）
   で表される関係を満足する請求項１記載の高圧ホース。
3. 前記ワイヤが、１本で、または、２本の束状態で並列に引き揃えられて、ブレード構造に編み込まれている請求項１または２記載の高圧ホース。
4. 前記ワイヤが、ワイヤ幅方向と前記補強層の面内方向とが一致するよう、ブレード構造に編み込まれている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の高圧ホース。

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