JP6389165B2 - 電熱式ホース - Google Patents

Description

本発明は、複合材料供給システムと共に用いるような加熱式ホースに関し、より詳しくは、可撓性を有した電熱式ホースに関するものである。

従来の電熱式ホースは、可撓性を有した内管の周囲に導電体を巻き付けた後、これを外装材で覆うことによって製造される。一般に内管は、繊維またはアラミドの編組体で補強したナイロン製のコア材を、ポリウレタン製スリーブで覆うことによって構成される。そして、この内管に導電線が巻き付けられる。一般に導電線は、中実の帯状体または編組導体とすることが可能な平坦な銅線からなる。平坦な銅線により、加熱式ホースの径を縮小することが可能となると共に、内管と導電線とが接する面積を増大させることができる。外装材はブチル製スリーブで構成するのが一般的である。

複合材料供給システムで用いる加熱式ホースは、作業者を疲労させたり、電熱式ホースの性能を低下させるような、過酷な取り扱いを受ける。例えば、電熱式ホースが硬すぎると、このシステムと共に用いる供給ガンを繰り返し前後に動かすのが骨の折れる作業となり、一定期間が経過すると、導電線の疲労寿命による故障が生じる。従って、電熱式ホースの柔軟性を増して作業者の疲労を軽減すると共に、ホースの寿命を延ばして故障を低減することが引き続き求められている。

本発明は、複合材料供給システムまたはホットメルト接着剤供給システムなどと共に用いられるような電熱式ホースを対象とする。加熱式流体管は、内管と、外装材と、加熱体とを備える。加熱体は、内管と外装材との間に介装される。加熱体は、第１金属材料により形成される内側芯材と、第２金属材料により形成される外側被覆体とを有する。一態様において、加熱体は、内管に巻き付けられ、丸い断面を有する。別の態様において、外側被覆体は、非反応性であって水に対する耐食性を有し、外装材は、不透湿性を有する。

ポンプユニットと、成分材料容器と、電熱式ホースを介してポンプユニットに接続された供給ガンとを有した２成分供給システムの斜視図である。 被覆加熱体を巻き付け、外装材で覆ったコアホースを備える、図１の電熱式ホースの部分切欠斜視図である。 コアホースの様々な層と、被覆加熱体と、外装材とを示す、図２の電熱式ホースの概略断面図である。

図１は、ポンプユニット１２と、成分材料容器１４Ａ及び１４Ｂと、供給ガン１６とを有した２成分供給システム１０の斜視図である。ポンプユニット１２は、液圧ユニット１８と、表示ユニット２０と、流体マニホールド２２と、第１リニアポンプ２４Ａと、第２リニアポンプ２４Ｂと、作動液リザーバ２６と、配電ボックス２８とを備える。既に知られているように、液圧ユニット１８内には、電動モータと、２方向切換弁と、液圧リニアモータと、ギヤポンプと、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂのそれぞれのためのモータ制御モジュール（ＭＣＭ）とが設けられている。供給ガン１６は、混合供給用ヘッド３２を備え、電熱式ホース３４Ａにより第１リニアポンプ２４Ａに接続されると共に、電熱式ホース３４Ｂにより第２リニアポンプ２４Ｂに接続されている。ホース３６Ａは、供給ポンプ３８Ａを第１リニアポンプ２４Ａに接続し、ホース３６Ｂは、供給ポンプ３８Ｂを第２リニアポンプ２４Ｂに接続している。供給ポンプ３８Ａにはホース４０Ａを介し、また供給ポンプ３８Ｂにはホース４０Ｂを介して、それぞれ圧縮エアが供給され、供給ガン１６にはホース４０Ｃを介して圧縮エアが供給される。２成分供給システムについて説明を行っているが、本発明の電熱式ホースは、ホットメルト接着剤供給システムなどのような、別の形式の供給システムにも適用することが可能である。

成分材料容器１４Ａ及び１４Ｂは、混合により硬化した組成物を形成する第１及び第２粘性材料のための円筒容器からなる。例えば、成分材料容器１４Ａには、ポリエステル樹脂またはビニルエステルといった樹脂材料からなる第１成分材料が貯蔵され、成分材料容器１４Ｂには、樹脂材料を硬化させる、イソシアン酸塩またはメチルエチルケトンペルオキシド（ＭＥＫＰ）といった硬化剤からなる第２成分材料が貯蔵される。配電ボックス２８には電力が供給され、配電ボックス２８が、液圧ユニット１８内のＭＣＭや、表示ユニット２０並びに電熱式ホース３４Ａ及び３４Ｂといった、２成分供給システム１０の様々な構成部品に電力を供給する。別個に設けられた供給源（図示せず）からの圧縮エアが、ホース４０Ａを介して供給ポンプ３８Ａに、またホース４０Ｂを介して供給ポンプ３８Ｂに、それぞれ供給されることにより、供給ポンプ３８Ａから第１リニアポンプ２４Ａに第１成分材料が供給され、供給ポンプ３８Ｂから第２リニアポンプ２４Ｂに第２成分材料が供給される。第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂは、液圧ユニット１８内のギヤポンプにより液圧を用いて運転される。ギヤポンプは、液圧ユニット１８内の電動モータにより運転され、作動液リザーバ２６から作動液を引き出し、液圧リニアモータを作動させる２方向切換弁に、加圧された作動液を供給する。

使用者が供給ガン１６を操作すると、第１リニアポンプ２４Ａ及び第２リニアポンプ２４Ｂにより加圧されて流体マニホールド２２に供給された２種の成分材料が、混合供給用ヘッド３２へと押し込まれる。混合供給用ヘッド３２は、第１成分材料と第２成分材料とを混合し、例えば混合された成分材料が型内に噴霧されたときに完了するような硬化過程を開始させる。第１成分材料及び第２成分材料は、一定した出力条件で供給ガン１６から供給されるのが一般的である。例えば、使用者は、表示ユニット２０を介して入力を行うことにより、定圧または定流量で成分材料を供給するようにＭＣＭを調整することができる。

樹脂材料及び硬化剤の適切な調整が正確に行われるようにするため、電熱式ホース３４Ａ及び３４Ｂが加熱される。具体的には、配電ボックス２８または別個に設けられた変圧ボックスなどから電力が供給され、電熱式ホース３４Ａ及び３４Ｂに対して抵抗加熱を行う導電線が、電熱式ホース３４Ａ及び３４Ｂに設けられる。前述のとおり、従来の電熱式ホースは、矩形断面を有した銅線が設けられる。一構成例として、矩形断面の導電線は、曲げにくい中実の帯状体で構成される。別の例として、矩形断面の導電線は、腐食しやすい編組銅線で構成される。この編組銅線は、再生材料から加工されたブチル製スリーブで覆った場合に、特に腐食しやすいことが判明した。これは、第１に、ブチル製スリーブが加熱される際に気体となって放出されるような硫黄などの不純物を、再生材料が含んでいるからである。第２に、ブチル製スリーブは、腐食性のある硫黄の雰囲気中に銅線を閉じ込めるような蒸気層を形成するからである。そして最後に、編組銅線の表面積が増大することにより、硫黄と銅との反応が増大して腐食が激化するからである。本発明の電熱式ホースは、図２及び図３に基づき以下に述べるように、曲げやすく、且つ耐食性を有した導電線を備えている。

図２は、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂを巻き付け、外装材４６で覆ったコアホース４２を備える、図１の電熱式ホース３４Ａの部分切欠斜視図である。コアホース４２は、流体を送給するのに適した可撓性のホースからなる。外装材４６はコアホース４２を覆っている。被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂは、コアホース４２と外装材４６との間に介装されている。被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂは、電流が供給されたときにコアホース４２を加熱する導電体で構成されている。本実施形態では、２本の被覆加熱体が二重螺旋の形式でコアホース４２に巻き付けられている。別の実施形態として、１本以上の被覆加熱体が、コアホース４２と外装材４６との間に、螺旋状または直線状のいずれかの形式で設けられるようにしてもよい。外装材４６は、図２では部分的に切り欠かれているが、電熱式ホース３４Ａが用いられる環境からの保護を行うものである。

被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂは、円形断面を有した被覆付き電線からなる。このような丸い断面形状により、矩形断面を有した導電線に比べ、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂの方がコアホース４２と共に移動しやすくなる。即ち、円形断面によって、矩形断面のものよりも曲げ抵抗が少なくなる。従って、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂのこのような形状により、電熱式ホース３４Ａの柔軟性が増す。また、丸い断面形状により、電熱式ホース３４Ａの寿命も延びる。即ち、円形断面の電線は、その中心軸線周りに断面形状が完全に対称であることから、矩形断面の電線を上回る優れた疲労特性を有している。電熱式ホース３４Ａの一構成例として、コアホース４２は、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂが半永久的な疲労寿命を有するような角度までしか被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂを曲げることができない程度の十分な堅さを有している。このため、電熱式ホース３４Ａは故障が発生しにくい。

被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂは、２つの層で形成される抵抗発熱体からなる。より具体的には、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂが、内側導電層（図３に示す）と、非反応性の外側層（図２及び図３に示す）とからなる。一実施形態において、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂは、高い導電性を有する内側層と、耐食性を有しながら導電性も有する外側層との２つの金属層からなる。具体的には、外側層は水と反応しない。更に、外側層は、電熱式ホース３４の作動中に、外装材４６内に形成されて留まる可能性のある気体による内側層の腐食を防止する防壁となる。

図３は、コアホース４２の様々な層と、被覆加熱体４４Ａ及び４４Ｂと、外装材４６とを示す、図２の電熱式ホース３４Ａの概略断面図である。コアホース４２は、管４８と、補強層５０と、被覆５２とを備える。被覆加熱体４４Ａは、内側層５４Ａと外側層５６Ａとを備え、被覆加熱体４４Ｂは、内側層５４Ｂと外側層５６Ｂとを備える。図３は、正確に縮尺したものではなく、様々な要素について、例示を目的として大きさが誇張されている。図３に基づき、被覆加熱体４４Ａの構成について説明するが、被覆加熱体４４Ｂも同様の構成を有している。

コアホース４２は、昇温され加圧された液体を送給することが可能な任意の適切なホースまたは管材で構成される。このため、管４８は、ナイロン、ゴム、またはポリマといった不浸透性材料からなるのが一般的である。但し、管４８は高圧を受けるので、補強層５０が管４８を覆っている。補強層５０は、それ自体は可撓性を有するものであるが、管４８内に圧力が加わったときに、管４８に圧縮力を加えるように構成されている。補強層５０は、管４８の膨張時の径よりも小さい最大径（非膨張状態の径）を有して、管４８が膨張可能な大きさを制限している。様々な実施形態として、補強層５０は、既に知られているように、繊維またはアラミドの編組ストランドにより構成される。被覆５２は、補強層５０を覆う可撓性スリーブであり、補強層５０及び管４８を外部環境から隔離するものである。被覆５２は、ポリウレタンからなるのが一般的である。様々な実施形態において、コアホース４２は、購入可能な組立部品である。

被覆加熱体４４Ａは、隙間のない被覆体が周囲に形成された中実の芯材を有して示されている。内側層５４Ａは、導電材料からなる中実の単一素線からなり、外側層５６Ａは、非反応性材料からなる単一のスリーブで構成される。前述したように、円形断面の単一素線とすることにより、電熱式ホース３４Ａの柔軟性が増大する。また、単一素線は、編組電線に比べ、導電体の全表面積が減少することにより、被覆加熱体４４Ａの腐食の可能性が減少する。

外側層５６Ａは、外装材４６内の環境から内側層５４Ａを隔離することにより、内側層５４Ａの腐食の可能性を更に低減する。外装材４６は、水分が被覆加熱体４４Ａに接するのを防止する防湿壁となる。従って、様々な実施形態において、外装材４６は不透湿性を有している。これにより、外装材４６内が腐食性の環境となる可能性が直接的に低減される。但し、前述したように、外装材４６は、電熱式ホース３４Ａ内に腐食性の気体をもたらす可能性がある。一実施形態において、外装材４６は、再生材料ではない材料から形成されたポリエチレン製の被覆体からなり、再生材料のブチル製スリーブと比較して、外装材４６内に存在する腐食性物質の量が減少する。外側層５６Ａは、外装材４６との直接的な接触を防止すると共に、腐食性組成物を有する可能性のある外装材４６内の気体との接触を防止する。

更に、外側層５６Ａは、導電材料からなり、被覆加熱体４４Ａの抵抗発熱を補助する。外側層５６Ａは、導電体をコアホース４２から離間させる絶縁材として機能しないので、非導電性の絶縁被覆体に比べ、コアホース４２を加熱する際の被覆加熱体４４Ａの効率が向上する。例えば、従来の一部の電熱式ホースは、加熱しようとするホースから加熱用導電体を絶縁して離間させるポリマ製スリーブで被覆した導電線を用いている。

本発明の電熱式ホースは、複合材料供給システム、または複合材料配合システムと共に用いる場合に特に有用である。このようなシステムでは、低い電圧を使用し、４５アンペアといった電流を被覆加熱体４４Ａに供給して、抵抗発熱を生じさせる。このような実施形態において、内側層５４Ａは、スズの薄膜層を周囲に設けて外側層５６Ａを形成した１４番銅線からなる。別の実施形態として、外側層５６Ａは、銀またはニッケルで形成してもよい。また、ここに示した電熱式ホースは、ホットメルト接着剤供給システムなど、別の形式の供給システムと共に用いてもよい。ホットメルト接着剤供給システムは、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）のような熱可塑性ポリマ接着剤で構成することが可能な液状のホットメルトを、複合材料供給システムの樹脂材料及び硬化剤よりも高温に加熱する必要がある。このため、所望の抵抗発熱量を得るべく、被覆加熱体４４Ａには高電圧が印加される。このような実施形態では、銅、スズ、鉄、またはニッケルクロム合金で内側層５４Ａを形成すると共に、スズ、銀、またはニッケルで外側層５６Ａを形成してもよい。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるためのさまざまな変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる全ての形態を含むものである。

本出願は、「電熱式ホース」の名称にて、２０１２年４月２０日に、発明者マーク・Ｊ・ブルードボルド（Mark J. Brudevold）、ジョシュア・Ｄ・ローデン（Joshua D. Roden）、トロイ・Ｄ・ジョーンズ（Troy D. Jones）、及びローマン・Ｓ・コピロフ（Roman S. Kopylov）により出願された米国特許仮出願第６１／６３５９１７号に基づき、合衆国法典第３５巻第１１９条により優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によりここに編入される。

Claims (13)

1. 内管と、
   再生材料ではない材料から生成されたポリエチレンにより形成され、不透湿性を有する外装材と、
   円形の断面を有し、前記内管と前記外装との間に介装されて前記内管に巻き付けられた加熱体とを備え、
   前記加熱体は、
   第１金属材料により形成されて導電性を有する中実の単一素線からなる内側芯材と、
   第２金属材料により形成されて導電性及び耐食性を有し、前記内側芯材を覆って腐食性物質から前記内側芯材を保護する外側被覆体とを備える
   ことを特徴とする加熱式流体供給管。
2. 前記外側被覆体は、水に対する耐食性を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱式流体供給管。
3. 前記内管は、
   ナイロン製ホースと、
   前記ナイロン製ホースを覆う編組被覆と、
   前記編組被覆を覆うポリウレタン製被覆と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の加熱式流体供給管。
4. 前記内側芯材は、銅線からなり、
   前記外側被覆体はスズからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱式流体供給管。
5. 前記内側芯材は、銅線からなり、
   前記外側被覆体は、銀からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱式流体供給管。
6. 前記内側芯材は、スズ、鉄、及びニッケルクローム合金の群から選択され、
   前記外側被覆体は、スズ、銀、及びニッケルの群から選択される
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱式流体供給管。
7. 第１ポンプと、
   前記第１ポンプを作動させる駆動機構と、
   前記第１ポンプの流入口に供給される材料を加熱する加熱機構と、
   前記第１ポンプの流出口から吐出される材料を供給するガンと、
   前記第１ポンプの前記流出口を前記ガンに接続する第１加熱式ホースとを備え、
   前記第１加熱式ホースは、
   コアホースと、
   金属被覆されて円形断面を有し、前記コアホースに巻き付けられた加熱体と、
   再生材料ではない材料から生成されたポリエチレンにより形成されて不透湿性を有し、前記加熱体及び前記コアホースを覆う外装材とを備え、
   前記加熱体は、
   第１金属材料により形成されて導電性を有する中実の単一素線からなる導電芯線と、
   第２金属材料により形成されて導電性及び耐食性を有し、前記導電芯線を覆って前記導電芯線の腐食を防止する外側被覆体とを有する
   ことを特徴とする加熱式流体供給システム。
8. 前記コアホースは、
   可撓管と、
   前記可撓管を同心状に覆う編組補強層と、
   前記編組補強層を同心状に覆う被覆と
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の加熱式流体供給システム。
9. 前記導電芯線は、銅からなり、
   前記外側被覆体は、スズ、銀、及びニッケルからなる群から選択される
   ことを特徴とする請求項７に記載の加熱式流体供給システム。
10. 前記導電芯線は、スズ、鉄、及びニッケルクロム合金からなる群から選択され、
    前記外側被覆体は、スズ、銀、及びニッケルからなる群から選択される
    ことを特徴とする請求項７に記載の加熱式流体供給システム。
11. 前記駆動機構により作動する第２ポンプと、
    前記第２ポンプの流出口を前記ガンに接続する第２加熱式ホースとを更に備え、
    前記加熱機構は、前記第２ポンプの流入口に供給される材料を加熱し、
    前記ガンは、前記第１ポンプの流出口から吐出される材料と、前記第２ポンプの流出口から吐出される材料とを混合し、
    前記第２加熱式ホースは、
    コアホースと、
    金属被覆されて円形断面を有し、前記第２加熱式ホースの前記コアホースに巻き付けられた加熱体と、
    再生材料ではない材料から生成されたポリエチレンにより形成されて不透湿性を有し、前記第２加熱式ホースの前記加熱体及び前記コアホースを覆う外装材とを備え、
    前記第２加熱式ホースの前記加熱体は、
    導電性を有する導電芯線と、
    金属材料により形成されて導電性及び耐食性を有し、前記第２加熱式ホースの前記導電芯線を覆って前記第２加熱式ホースの前記導電芯線の腐食を防止する外側被覆体とを有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の加熱式流体供給システム。
12. 可撓性を有したコアホースと、
    円形断面を有して前記コアホースに巻き付けられた加熱体と、
    再生材料ではない材料から生成されたポリエチレンにより形成されて不透湿性を有し、前記加熱体及びコアホースを覆う外装材とを備え、
    前記加熱体は、
    第１金属材料により形成されて導電性を有する中実の単一素線からなる内側芯材と、
    第２金属材料により形成されて導電性及び耐食性を有し、前記内側芯材を覆って前記内側芯材の腐食を防止する導電性被覆とを有する
    ことを特徴とする電熱式ホース。
13. 前記導電性被覆は、水に対して耐食性を有していることを特徴とする請求項１２に記載の電熱式ホース。

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