JP6675122B2 - 螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法、フレキシブルホース、及びフレキシブルホースの製造方法 - Google Patents

螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法、フレキシブルホース、及びフレキシブルホースの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、フレキシブルホースの耐摩耗性向上方法、耐摩耗性を向上させたフレキシブルホース、及び耐摩耗性を向上させたフレキシブルホースの製造方法に関する。
近年、海底熱水鉱床に代表される海底資源開発へのニーズ及び関心が急速に高まり、海底における鉱石採取の実証試験等も行われるようになってきた。このような海底資源の採掘及び揚鉱プロセスにおいては、採掘された鉱石を海水と混合して鉱石スラリーとし、これを可撓性を有するフレキシブルホースによって輸送する必要があり、通常は工業用フレキシブルホースが用いられる。
また、その工業用フレキシブルホースの内管の摩耗は、適宜目視で点検し必要に応じて交換しているというのが現状である。
ここで、特許文献１では、身体挿入部の先端側に、帯板状材を螺旋状に巻いた内層を成すライナーチューブと、これに被覆したウレタンチューブとから成る首振部を備えたカテーテルを提案している。
また、特許文献２では、ゴム管の内側に導電材を螺旋状に接合して、ガス用器具の使用中にゴム管が腐食したり亀裂が生じたりした場合に、同時にゴム管内の導電材も切れるようにしたゴム管を提案している。
また、特許文献３では、可撓性の耐摩耗性材料よりなる内面層および外面層とそれらの間に配設した耐圧補強層を有するホースにおいて、内面層と耐圧補強層の間にホース長手方向に渡って一対の検知線をスパイラル状に巻き付けて配設し、検知線はホースの一端で結線し、もう一端ではホースの外部に引き出し導通状態を確認できるようにすることを提案している。
また、特許文献４では、冷却用パイプの内周面を、帯状体を螺旋状に巻回して製造される螺旋管によってコーティングし、海棲生物等が付着したら、螺旋管を帯状体に解体して冷却用パイプから除去する方法を提案している。
また、特許文献５では、縦長帯状で両側部に接合用リブ片を有する管構成部材を、管内で螺旋状に巻回して管状体を組立てる管の内面ライニング工法において、内部加圧によって膨脹させることのできるチューブを管構成部材の外面側に長さ方向に沿って予め固定しておき、チューブ付管構成部材から管状体を管内で、管の内径よりも小径となるように組立て、しかる後に、チューブを内部からの流体加圧で膨脹させ管内面に当接させることを提案している。
特開平４−８４９７２号公報 実願昭５２−４６８５１号（実開昭５３−１４０９１２号）のマイクロフィルム 特開平８−２７０８４４号公報 特開平５−１５７８８８号公報 特開平７−４７６０４号公報
しかしながら、通常用いられる工業用フレキシブルホースの内管には耐摩耗性の軟質ゴムを用いる場合が多く、ある程度の大きさ（粒径20mm以上など）を有するゴツゴツした鉱石が含まれるような鉱石スラリーの輸送にこれを使用すると、内管の軟質ゴムが著しく摩耗損傷を受けて短時間で使用不能に陥る恐れがある。従って、フレキシブルホースを鉱石スラリーなど固形物を含むスラリーの輸送に用いるためには、内管の耐摩耗性を向上させることが重要である。
また、工業用フレキシブルホースの内管の摩耗に関し、海底等での目視検査は極めて困難であり、海上の母船など外部から簡便に常時モニタリングできるような方法が必要とされている。
ここで、特許文献１のカテーテルは、患者の検査や治療等に使用するものであり、鉱石スラリーなど固形物を含むスラリー（固形物と液体の混合物）の輸送に用いられるものではない。また、耐摩耗性の向上を目的としたものでもない。
また、特許文献２のゴム管は、ガス用器具とガスの元栓との接続に用いるガス用のものであり、鉱石スラリーなど固形物を含むスラリーの輸送に用いられるものではない。また、ゴム管の内側に螺旋状に接合する導電材は、例えばスズ箔や導電性ゴムが帯状に形成されたものであり、ゴム管に腐食又は亀裂が生じた場合に同時に切れるものであるから、ゴム管の保護を目的としたライニングではない。
また、特許文献３のホース内面の摩耗検知方法は、検知線によって導通状態を確認するものであり、ホース内面にライニングを設け、そのライニングを利用して摩耗を検知するものではない。
また、特許文献４の既設管内周面の保護方法は、原子力発電所の冷却用パイプ等の直管に適用するものであり、フレキシブルホースに適用するものではない。また、海棲生物等の付着対策用のものであり、スラリーの輸送に対する耐摩耗性の向上を目的としたものでもない。
また、特許文献５の管の内面ライニング工法は、下水管等の鋼管に適用するものであり、フレキシブルホースに適用するものではない。
そこで、本発明では、固形物を含むスラリー輸送用のフレキシブルホースを対象として、フレキシブルホース全体の重量や曲げ剛性の大幅な増加を抑えながら耐摩耗性を向上させる、フレキシブルホースの耐摩耗性向上方法、フレキシブルホース、及びフレキシブルホースの製造方法を提供することを目的とする。
また、耐摩耗性を向上させるためのライナーの摩耗の度合いや破断箇所の有無を外部から簡便にモニタリングする方法を提供することを目的とする。
請求項１記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法においては、固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スの耐摩耗性向上方法であって、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きして螺旋状ライナーを構成し、螺旋状ライナーを軟質材料で構成されたホース内管の内側に配置するとともに、所定の間隔を、固形物の粒径と、螺旋状ライナーの板厚と、フレキシブルホースを曲げて使用する場合のホース内管の曲率とを考慮して定めることを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、ライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きして螺旋状ライナーとすることにより、ホース内管の内側全体をライニングした場合や間隔を設けずに螺旋状にライニングした場合に比べて、フレキシブルホースの曲げ剛性を大幅に小さくすることができる。また、ライナー材を螺旋巻きする際に固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔を設けることにより、固形物がホース内管に直接衝突するのを螺旋状ライナーによって防ぐことができる。また、ホース内管の曲率を考慮して所定の間隔を定めることで、曲げることによりライナー材とライナー材との間隔が変化しスラリーによる摩耗が直線部分よりも相対的に大きくなる曲がりの部分の耐摩耗性を向上させることができる。したがって、フレキシブルホースについて、可撓性を確保しつつ耐摩耗性を向上させることができる。
請求項２記載の本発明は、所定の間隔は、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー材とライナー材に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔であることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
現実的には固形物に凹凸のあるところ、球体に仮定した場合にホース内管に直接衝突しない場合であっても凸部が当ることがあるが、直接衝突しない確率を大幅に増すことができる。直接衝突しにくくなるとはこのことをいう。
請求項３記載の本発明は、曲率を考慮した所定の間隔は、次式（１）に基づいて定めることを特徴とする。
式（１）：
ｘ＝（ｄ−√（ｄ２−（１＋ν・ＩＤ／２）２・ＧＡＰ２））／２＜ｔ
ここで、
ｘ：螺旋状ライナー内表面と球体に仮定した固形物外周端との距離
ｄ：球体に仮定した固形物の粒径
ν：ホース内管の曲率
ＩＤ：ホース内管の内径
ＧＡＰ：所定の間隔
ｔ：螺旋状ライナーの板厚
請求項３に記載の本発明によれば、ホース内管の曲率を考慮した計算式を適用することによって、ライナー材とライナー材との所定の間隔をより適正なものとすることができる。
請求項４記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいては、固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径と、螺旋状ライナーの板厚と、フレキシブルホースを曲げて使用する場合のホース内管の曲率とを考慮して定めた所定の間隔であることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、所定の間隔を設けてライナー材を螺旋状とすることにより、ホース内管の内側全体をライニングした場合や間隔を設けずに螺旋状にライニングした場合に比べて、フレキシブルホースの曲げ剛性を大幅に小さくすることができる。また、ライナー材を螺旋巻きする際に固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔を設けることにより、固形物がホース内管に直接衝突するのを螺旋状ライナーによって防ぐことができる。また、ホース内管の曲率を考慮して所定の間隔を定めることで、曲げることによりライナー材とライナー材との間隔が変化しスラリーによる摩耗が直線部分よりも相対的に大きくなる曲がりの部分の耐摩耗性を向上させることができる。したがって、フレキシブルホースについて、可撓性を確保しつつ耐摩耗性を向上させることができる。
請求項５記載の本発明は、所定の間隔は、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー材とライナー材に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
請求項６記載の本発明は、螺旋状ライナーが、連続体であることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、螺旋状ライナーが連続体であり螺旋周方向にはホース内管の内側が露出する部分がないため、固形物がホース内管に直接衝突して摩耗損傷を与えることを効果的に抑制できる。
請求項７記載の本発明は、螺旋状ライナーを導電材料で構成し螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能としたことを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、螺旋状ライナーが連続体であり導電材料で構成されるため、螺旋状ライナーの摩耗の度合いや破断個所の有無を外部から簡便にモニタリングすることができる。
請求項８記載の本発明は、螺旋状ライナーを２条並行に設け、一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能としたことを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、螺旋状ライナーの摩耗の度合いや破断個所の有無をフレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、例えば海上の母船などから海中に施設したフレキシブルホースの状態をより容易にモニタリングできる。また、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。
請求項９記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいては、固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、螺旋状ライナーが、連続体であり、螺旋状ライナーを導電材料で構成し螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能とし、螺旋状ライナーを、絶縁体を２枚の導電性の導体で両側から挟持する３層構造に構成し、２枚の導体の一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能としたことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、フレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。また、螺旋が１条で済むため螺旋ピッチを小さく設定でき、螺旋ピッチ増大による曲げ剛性の増大を防ぐことができる。
請求項１０記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいては、固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、螺旋状ライナーが、連続体であり、ライナー材の断面が中空部を有する形状に形成されており、ライナー材の表面と中空部とを連通する開孔を有し、中空部に供給される流体が開孔を介してフレキシブルホ―スの内部に噴出するように構成されていることを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、断面形状を中空とした螺旋状ライナーの内部に、スラリー媒質と同じ流体もしくは異なる流体をスラリーよりも高圧にして流すことにより、ホース内管の内表面近傍には、螺旋状ライナーからホース内管の中心軸方向に向かうような局所流れが生じ、これによってスラリー中の固形物がライナー材やホース内管に衝突する速度が緩和され、ライナー材やホース内管の摩耗を抑制することができる。
請求項１１記載の本発明は、ライナー材は、複数のライナー片を不連続に成形したものであることを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、ライナー材を複数のライナー片で構成し、螺旋周方向にライナー片とライナー片との間隔を設けることによって、例えば高弾性のライナー材を曲げ、捻り加工することなく連続的に螺旋巻きして螺旋状ライナーとすることができる。また、フレキシブルホースの可撓性を向上させることができる。
請求項１２記載の本発明は、螺旋周方向のライナー片とライナー片との間隔が、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー片とライナー片に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔に定められていることを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
請求項１３記載の本発明は、複数のライナー片とライナー片との間を、柔軟性を有した材料で埋めたことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、不連続の螺旋状ライナーの内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物衝突により摩耗はするが、ホース内管の内表面部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
請求項１４記載の本発明は、隣り合うライナー材とライナー材との間を、柔軟性を有した材料で埋めたことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、螺旋状ライナーの内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物衝突により摩耗はするが、ホース内管の内表面部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
請求項１５記載の本発明は、ホース内管の外周に他の部材を積層し補強を行ったことを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、ホース内管が補強されることにより、フレキシブルホース全体の強度や耐久性を向上させることができる。
請求項１６記載の本発明は、螺旋状ライナーを構成するライナー材を、スラリーの流れ方向に対して、上流側の板厚よりも下流側の板厚が厚い断面が非対称形状を成す形状に形成したことを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、螺旋状ライナーの非対称断面形状により、ホース内管の内表面近傍には、内表面からホース内管の中心軸方向に向かうような局所流れが生じ、これによってスラリー中の固形物がライナー材やホース内管に衝突する速度が緩和され、ライナー材やホース内管の摩耗を抑制することができる。
請求項１７記載の本発明は、フレキシブルホースの外表面に、スラリーを流す方向を示す表示手段を備えたことを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、表示手段を備えることにより、使用者は、表示手段に基づいて、スラリーの流れ方向に対して、螺旋状ライナーの下流側の板厚が上流側の板厚よりも厚くなる向きにフレキシブルホースを設置することができる。
請求項１８記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法においては、請求項９から請求項１３のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、金属製又は高弾性樹脂製のライナー材を螺旋状ライナーに成形する工程と、板状又は棒状を成したホース内管材を成形した螺旋状ライナーの外表面に螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに成形する工程とを備えたことを特徴とする。
請求項１８記載の本発明によれば、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、螺旋状ライナーを芯棒の代わりに用いるか、あるいは芯棒の周りに螺旋状ライナーを巻き付ける工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
請求項１９記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法においては、請求項９から請求項１３のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、低弾性樹脂製のライナー材を板状又は棒状を成したホース内管材の表面に連続成形する工程と、ライナー材を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管材料上にライナー材を連続成形する工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
請求項２０記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法においては、請求項１４から請求項１６のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、板状又は棒状のホース内管材の表面に複数の高弾性材料のライナー片を不連続に成形する工程と、ライナー片を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする。
請求項２０に記載の本発明によれば、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管材料上にライナー片を等間隔に不連続成形する工程を付加するだけで、不連続の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
請求項２１記載の本発明に対応した螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法においては、請求項６から請求項９、又は請求項１４から請求項１６のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、板状又は棒状のホース内管材の表面に、化学的な方法、又は物理的な方法により板又は棒の両側又は片側に間隙を設けながら、連続又は不連続にライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程と、ライナー材相当部を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする。なお、連続又は不連続にライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程とを同一工程で兼ねて行い、ライナー材相当部を形成しつつ耐摩耗性を高めるように改質してもよい。
請求項２１に記載の本発明によれば、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管の材料表面を連続又は不連続に改質して螺旋状ライナー部分を形成する工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
本発明の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法によれば、ライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きして螺旋状ライナーとすることにより、ホース内管の内側全体をライニングした場合や間隔を設けずに螺旋状にライニングした場合に比べて、フレキシブルホースの曲げ剛性を大幅に小さくすることができる。また、ライナー材を螺旋巻きする際に固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔を設けることにより、固形物がホース内管に直接衝突するのを螺旋状ライナーによって防ぐことができる。また、所定の間隔は、フレキシブルホースを曲げて使用する場合のホース内管の曲率を考慮して定める場合には、ホース内管の曲率を考慮して所定の間隔を定めることで、曲げることによりライナー材とライナー材との間隔が変化しスラリーによる摩耗が直線部分よりも相対的に大きくなる曲がりの部分の耐摩耗性を向上させることができる。したがって、フレキシブルホースについて、可撓性を確保しつつ耐摩耗性を向上させることができる。
また、所定の間隔は、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー材とライナー材に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔である場合には、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
現実的には固形物に凹凸のあるところ、球体に仮定した場合にホース内管に直接衝突しない場合であっても凸部が当ることがあるが、直接衝突しない確率を大幅に増すことができる。直接衝突しにくくなるとはこのことをいう。
また、曲率を考慮した所定の間隔は、式（１）に基づいて定める場合には、ホース内管の曲率を考慮した計算式を適用することによって、ライナー材とライナー材との所定の間隔をより適正なものとすることができる。
また、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいて、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径と、螺旋状ライナーの板厚と、フレキシブルホースを曲げて使用する場合のホース内管の曲率とを考慮して定めた所定の間隔である場合には、所定の間隔を設けてライナー材を螺旋状とすることにより、ホース内管の内側全体をライニングした場合や間隔を設けずに螺旋状にライニングした場合に比べて、フレキシブルホースの曲げ剛性を大幅に小さくすることができる。また、ライナー材を螺旋巻きする際に固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔を設けることにより、固形物がホース内管に直接衝突するのを螺旋状ライナーによって防ぐことができる。また、ホース内管の曲率を考慮して所定の間隔を定めることで、曲げることによりライナー材とライナー材との間隔が変化しスラリーによる摩耗が直線部分よりも相対的に大きくなる曲がりの部分の耐摩耗性を向上させることができる。したがって、フレキシブルホースについて、可撓性を確保しつつ耐摩耗性を向上させることができる。
また、所定の間隔は、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー材とライナー材に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔である場合には、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
また、螺旋状ライナーが、連続体である場合には、螺旋状ライナーが連続体であり螺旋周方向にはホース内管の内側が露出する部分がないため、固形物がホース内管に直接衝突して摩耗損傷を与えることを効果的に抑制できる。
また、螺旋状ライナーを導電材料で構成し螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能とした場合には、螺旋状ライナーが連続体であり導電材料で構成されるため、螺旋状ライナーの摩耗の度合いや破断個所の有無を外部から簡便にモニタリングすることができる。
また、螺旋状ライナーを２条並行に設け、一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能とした場合には、螺旋状ライナーの摩耗の度合いや破断個所の有無をフレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、例えば海上の母船などから海中に施設したフレキシブルホースの状態をより容易にモニタリングできる。また、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。
また、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいて、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、螺旋状ライナーが、連続体であり、螺旋状ライナーを導電材料で構成し螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能とし、螺旋状ライナーを、絶縁体を２枚の導電性の導体で両側から挟持する３層構造に構成し、２枚の導体の一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能とした場合には、フレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。また、螺旋が１条で済むため螺旋ピッチを小さく設定でき、螺旋ピッチ増大による曲げ剛性の増大を防ぐことができる。
また、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースにおいて、軟質材料で構成されたホース内管と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、螺旋状ライナーはホース内管の内側に配置され、所定の間隔は、固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、螺旋状ライナーが、連続体であり、ライナー材の断面が中空部を有する形状に形成されており、ライナー材の表面と中空部とを連通する開孔を有し、中空部に供給される流体が開孔を介してフレキシブルホ―スの内部に噴出するように構成されている場合には、断面形状を中空とした螺旋状ライナーの内部に、スラリー媒質と同じ流体もしくは異なる流体をスラリーよりも高圧にして流すことにより、ホース内管の内表面近傍には、螺旋状ライナーからホース内管の中心軸方向に向かうような局所流れが生じ、これによってスラリー中の固形物がライナー材やホース内管に衝突する速度が緩和され、ライナー材やホース内管の摩耗を抑制することができる。
また、ライナー材は、複数のライナー片を不連続に成形したものである場合には、ライナー材を複数のライナー片で構成し、螺旋周方向にライナー片とライナー片との間隔を設けることによって、例えば高弾性のライナー材を曲げ、捻り加工することなく連続的に螺旋巻きして螺旋状ライナーとすることができる。また、フレキシブルホースの可撓性を向上させることができる。
また、螺旋周方向のライナー片とライナー片との間隔が、固形物を球体に仮定した場合、球体に仮定した固形物が隣り合うライナー片とライナー片に接触したときに、ホース内管に球体に仮定した固形物の外周端が接触しない間隔に定められている場合には、より一層スラリー中の固形物がホース内管に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
また、複数のライナー片とライナー片との間を、柔軟性を有した材料で埋めた場合には、不連続の螺旋状ライナーの内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物衝突により摩耗はするが、ホース内管の内表面部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
また、隣り合うライナー材とライナー材との間を、柔軟性を有した材料で埋めた場合には、螺旋状ライナーの内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物衝突により摩耗はするが、ホース内管の内表面部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
また、ホース内管の外周に他の部材を積層し補強を行った場合には、ホース内管が補強されることにより、フレキシブルホース全体の強度や耐久性を向上させることができる。
また、螺旋状ライナーを構成するライナー材を、スラリーの流れ方向に対して、上流側の板厚よりも下流側の板厚が厚い断面が非対称形状を成す形状に形成した場合には、螺旋状ライナーの非対称断面形状により、ホース内管の内表面近傍には、内表面からホース内管の中心軸方向に向かうような局所流れが生じ、これによってスラリー中の固形物がライナー材やホース内管に衝突する速度が緩和され、ライナー材やホース内管の摩耗を抑制することができる。
また、フレキシブルホースの外表面に、スラリーを流す方向を示す表示手段を備えた場合には、表示手段を備えることにより、使用者は、表示手段に基づいて、スラリーの流れ方向に対して、螺旋状ライナーの下流側の板厚が上流側の板厚よりも厚くなる向きにフレキシブルホースを設置することができる。
また、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法において、金属製又は高弾性樹脂製のライナー材を螺旋状ライナーに成形する工程と、板状又は棒状を成したホース内管材を成形した螺旋状ライナーの外表面に螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに成形する工程とを備えた場合には、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、螺旋状ライナーを芯棒の代わりに用いるか、あるいは芯棒の周りに螺旋状ライナーを巻き付ける工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
また、低弾性樹脂製のライナー材を板状又は棒状を成したホース内管材の表面に連続成形する工程と、ライナー材を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えた場合には、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管材料上にライナー材を連続成形する工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
また、板状又は棒状のホース内管材の表面に複数の高弾性材料のライナー片を不連続に成形する工程と、ライナー片を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えた場合には、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管材料上にライナー片を等間隔に不連続成形する工程を付加するだけで、不連続の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
また、板状又は棒状のホース内管材の表面に、化学的な方法、又は物理的な方法により板又は棒の両側又は片側に間隙を設けながら、連続又は不連続にライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程と、ライナー材相当部を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えた場合には、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管の材料表面を連続又は不連続に改質して螺旋状ライナー部分を形成する工程を付加するだけで、螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
本発明の第１の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースを示す構成図 同螺旋状ライナーの板厚及び所定の間隔と固形物の粒径との関係を示す図 同フレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を示す図 同フレキシブルホースの他の摩耗モニタリング方法を示す図 同フレキシブルホースの更に他の摩耗モニタリング方法を示す図 同フレキシブルホースの製造方法を示す図。 本発明の第２の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースを示す構成図 同フレキシブルホースの製造方法を示す図 本発明の第３の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースのホース内管の内部を示す模式図 本発明の第４の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースのホース内管の内部を示す模式図 実施例１の有限要素解析モデルを示す図 実施例１の曲げ解析結果を示す図 ホース内管にライナーを設けない従来のフレキシブルホースの図 ホース内管に全面ライナーを設けた従来のフレキシブルホースの図 ホース内管に網目ライナーを設けたフレキシブルホースの図 連続螺旋状ライナーに局所面荷重を載荷するモデルの図 不連続螺旋状ライナーに局所面荷重を載荷するモデルの図 沈み込みの解析結果を示す図 他の沈み込みの解析結果を示す図 更に他の沈み込みの解析結果を示す図 更に他の沈み込みの解析結果を示す図 ホース内管にライナーを設けない従来のフレキシブルホースの製造方法を説明する図 実施例５の連続螺旋状ライナーの概観写真 実施例５の連続螺旋状ライナーの近接写真 実施例７の連続螺旋状ライナーの概観写真 実施例７の連続螺旋状ライナーの近接写真 摩耗試験に用いたスラリー循環式摩耗試験装置の概観写真 同装置のホース摩耗試験部の拡大写真 摩耗試験に用いた模擬鉱石の概観写真 比較例８の摩耗試験におけるタンク水面の様子を示す写真 実施例７の摩耗試験におけるタンク水面の様子を示す写真 摩耗試験におけるホース内管切削粉の拡大写真 比較例８の摩耗試験におけるタンク水面上の浮遊摩耗粉を示す写真 実施例７の摩耗試験におけるタンク水面上の浮遊摩耗粉を示す写真
以下に、本発明の第１の実施形態による螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法及びフレキシブルホースについて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースを示す構成図であり、図２は同螺旋状ライナーの板厚及び所定の間隔と固形物の粒径との関係を示す図、図３〜５は同フレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を示す図、図６は同フレキシブルホースの製造方法を示す図である。
図１に示すように、本実施形態によるフレキシブルホースは、鉱石スラリーなど固形物を含むスラリー（固形物と液体の混合物）の輸送に用いられるものであって、ゴムなどの軟質材料で構成されたホース内管１０と、固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材２０を所定の間隔ＧＡＰを設けて螺旋巻きした螺旋状ライナー３０とを備え、螺旋状ライナー３０はホース内管１０の内側に配置される。ライナー材２０の素材には、金属、樹脂又はセラミックスなどの耐摩耗性材料を用いることができるが、本実施形態においては導電性材料である金属を用いる。また、螺旋状ライナー３０は、後述する第１変形例又は第２変形例のように、２条並行に設けたり、複層構造としたりすることもできるが、本実施形態においては１条の単層構造としている。
このようにライナー材２０を所定の間隔ＧＡＰを設けて螺旋巻きして螺旋状ライナー３０とすることにより、ホース内管１０の内側全体をライニングした場合や間隔を設けずに螺旋状にライニングした場合に比べて、フレキシブルホースの曲げ剛性を大幅に小さくすることができる。したがって、フレキシブルホースの可撓性を確保しつつ、ライニングにより耐摩耗性を向上させることができる。
また、螺旋状ライナー３０は、連続体としている。つまり、板状のライナー材２０を切れ目なく螺旋巻きすることによって螺旋状ライナー３０を形成している。
このように螺旋状ライナー３０を連続体とすることによって、螺旋周方向にはホース内管１０の内側が露出する部分がないため、固形物がホース内管１０に直接衝突して摩耗損傷を与えることを効果的に抑制できる。
次に図２を用いて、第１の実施形態によるフレキシブルホースの所定の間隔ＧＡＰの規定方法を説明する。
螺旋巻きの管軸方向の隙間である所定の間隔ＧＡＰは、固形物Ｓの粒径ｄを考慮して定める。ライナー材２０を螺旋巻きする際に固形物Ｓの粒径ｄを考慮して定めた所定の間隔ＧＡＰを設けることにより、固形物Ｓがホース内管１０に直接衝突するのを螺旋状ライナー３０によって防ぐことができる。なお、固形物Ｓは、鉱石スラリーなどに含まれる、ある程度の大きさ（粒径２０ｍｍ以上など）をもつ粒子等である。
図２に示すように、所定の間隔ＧＡＰは、固形物Ｓを球体に仮定した場合、固形物Ｓが隣り合うライナー材２０ａとライナー材２０ｂに接触したときに、ホース内管１０に固形物Ｓの外周端が接触しない間隔とすると、より一層スラリー中の固形物Ｓがホース内管１０に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
なお、現実的には固形物Ｓに凹凸のあるところ、球体に仮定した場合にホース内管１０に直接衝突しない場合であっても凸部が当ることがあるが、直接衝突しない確率を大幅に増すことができる。
また、所定の間隔ＧＡＰを定めるにあたっては、螺旋状ライナー３０の板厚とホース内管の曲率νも考慮することが好ましい。
ホース内管１０が真直（曲率ν＝０）の場合は、螺旋状ライナー３０の板厚をｔ、球体に仮定した固形物Ｓの粒径をｄ、螺旋状ライナー３０の内表面と球体に仮定した固形物Ｓの外周端との距離をｘ、螺旋巻き間隔（所定の間隔）をＧＡＰとすると、図２に示す幾何学的関係から、固形物Ｓがホース内管１０に直接接触しないための条件はｘ＜ｔ、すなわち次式（１）である。
式（１）：
ｘ＝（ｄ−√（ｄ２−ＧＡＰ２））／２＜ｔ
このように螺旋状ライナー３０の板厚ｔを考慮した計算式を適用することによって、ライナー材２０ａとライナー材２０ｂとの所定の間隔ＧＡＰをより適正なものとすることができる。
なお、式（１）から明らかなように、螺旋状ライナー３０の板厚ｔが変わると所定の間隔ＧＡＰの取り得る値も変わることから、所定の間隔ＧＡＰを定めるに当たっては、螺旋状ライナー３０の板厚ｔを考慮する必要がある。
また、ホース内管１０が曲率νを持つ場合は、ホース内管１０の内径をＩＤとすると、曲がりの外側におけるホース内管１０の内壁（内表面）の軸方向歪εは、梁理論によりε＝ν・ＩＤ／２となり、当該部分における所定の間隔ＧＡＰはεだけ伸びて、次式（２）となる。
式（２）：
ＧＡＰ’ ＝（１＋ε）ＧＡＰ＝（１＋ν・ＩＤ／２）ＧＡＰ
従って、この場合に固形物Ｓがホース内管１０に直接接触しないための条件は、式（１）のＧＡＰを式（２）のＧＡＰ’で置き換えて、次式（３）となる。
式（３）：
ｘ＝（ｄ−√（ｄ２−（１＋ν・ＩＤ／２）２・ＧＡＰ２））／２＜ｔ
このように、ホース内管１０の曲率νを考慮して所定の間隔ＧＡＰを定めることで、曲げることによりライナー材２０とライナー材２０との間隔が変化しスラリーによる摩耗が直線部分よりも相対的に大きくなる曲がりの部分の耐摩耗性を向上させることができる。
また、ホース内管１０の曲率νを考慮した計算式を適用することによって、ライナー材２０とライナー材２０との所定の間隔ＧＡＰをより適正なものとすることができる。
ここで、ホース内管１０の内径ＩＤを７７ｍｍ、固形物Ｓの粒径ｄを２０ｍｍ及び４０ｍｍと仮定して、所定の間隔ＧＡＰ及びホース内管１０の使用時最大曲率νに対する螺旋状ライナー３０の板厚ｔの規定値（最小値）を式（３）から求めると、表１のようになる。但し、いずれの場合もｄ＞ＧＡＰ’が前提である。
表１の結果から、固形物Ｓの粒径ｄが小さいほど、また螺旋状ライナー３０の所定の間隔ＧＡＰが大きいほど、更にホース内管１０の使用時最大曲率νが大きいほど、螺旋状ライナー３０の板厚ｔを大きく設定する必要があることが分かる。なお、表１の板厚規定はあくまでも図２に示した幾何学的関係から求めたものであり、耐摩耗性ライナーとして要求される必要最小限の板厚（例えばｔ=1ｍｍ以上など）がこれを上回る場合には、後者の値が優先される。
また、図２では簡単のため固形物Ｓの形状を直径ｄの球体と仮定したが、実際の鉱石などの形状やアスペクト比は千差万別であり、固形物Ｓの大きさもばらつきを持って分布しているので、螺旋状ライナー３０の板厚規定に際してはこのことを考慮する必要がある。表２は、固形物Ｓの粒径が大略、平均値ｄｍ、標準偏差σのガウス分布に従うとみなせる場合に、図２及び式（３）の粒径ｄをどのように設定すればよいかを示したものである。
＜設定１＞
最も単純にｄ＝ｄｍとおく方法であり、固形物Ｓの粒径がｄ以上となる確率はおよそ５０％である。
＜設定２＞
設定１のｄから標準偏差σを減じてｄ＝ｄｍ−σとおく方法であり、固形物Ｓの粒径がｄ以上となる確率はおよそ８４％であり、設定１よりも好ましい。
＜設定３＞
設定１のｄから標準偏差σの２倍を減じてｄ＝ｄｍ−２σとおく方法であり、固形物Ｓの粒径がｄ以上となる確率はおよそ９８％であり、設定２よりも更に好ましい。
＜設定４＞
設定３のｄに対して、固形物Ｓの凹凸やアスペクト比など形状に起因する差分を補正するための係数０．５を乗じる方法であり、設定１から設定４の方法のなかで最も好ましい。
なお、隣り合うライナー材２０とライナー材２０との間を、柔軟性を有した材料で埋めた場合には、螺旋状ライナー３０による内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物Ｓの衝突により摩耗はするが、ホース内管１０の内表面部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
ここで、「柔軟性を有した材料で埋めた」とは、螺旋状ライナー３０をホース内管１０の内側に配置した後にライナー材２０とライナー材２０との間を別材料で埋める場合のほか、螺旋状ライナー３０をホース内管１０の内側に埋め込んで配置する場合等を含む。
また、ホース内管１０の外周に他の部材を積層し補強を行った場合には、ホース内管１０が補強されることにより、フレキシブルホース全体の強度や耐久性を向上させることができる。
次に図３〜図５を用いて、フレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を説明する。本実施形態のように連続体の螺旋状ライナー３０を金属等の導電性材料（導体）で構成した場合には、螺旋状ライナー３０の端部において螺旋状ライナー３０の電気抵抗を測定することにより、螺旋状ライナー３０の摩耗の度合いや破断個所の有無を外部から簡便にモニタリングすることができる。例えば海上の母船などから海中に施設したフレキシブルホースの状態をより容易にモニタリングできる。
図３は第１の実施形態によるフレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を示す図である。
図３に示すように、ホース内管１０（図３では図示無し）の内側に１条の螺旋状ライナー３０を設け、螺旋状ライナー３０の両端における電気抵抗Ｒを測定する。電気抵抗Ｒの値は螺旋状ライナー３０の断面積が減じると増大するので、電気抵抗Ｒが初期状態よりも増大すれば螺旋状ライナー３０が摩耗により減肉したことがわかり、電気抵抗Ｒが無限大となれば螺旋状ライナー３０が途中で破断したことがわかる。
図４は、第１の実施形態によるフレキシブルホースの第１変形例として、螺旋状ライナー３０を２条並行に設けて並行２条導体螺旋状ライナー３１としたフレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を示す図である。並行２条導体螺旋状ライナー３１は、第１の螺旋状ライナー（導体）３０Ａと第２の螺旋状ライナー（導体）３０Ｂを並行に設けて成り、ホース内管１０（図４では図示無し）の内側に配置される。
図４に示すように、並行２条導体螺旋状ライナー３１の一端を短絡しておき、他端における電気抵抗Ｒを測定する。電気抵抗Ｒの値は並行２条導体螺旋状ライナー３１の断面積が減じると増大するので、電気抵抗Ｒが初期状態よりも増大すれば並行２条導体螺旋状ライナー３１が摩耗により減肉したことがわかり、電気抵抗Ｒが無限大となれば並行２条導体螺旋状ライナー３１が途中で破断したことがわかる。
このように、螺旋状ライナー３０を２条並行に設け、一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能とすることで、フレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。
図５は、第１の実施形態によるフレキシブルホースの第２変形例として、螺旋状ライナー３０を、絶縁体が２枚の導電性の導体で両側から挟持される構造の３層構造導体螺旋状ライナー３２としたフレキシブルホースの摩耗モニタリング方法を示す図である。３層構造導体螺旋状ライナー３２は、導体３２Ａ・絶縁体３２Ｂ・導体３２Ｃの３層から成る１条の３層構造であり、ホース内管１０（図５では図示無し）の内側に配置される。
図５に示すように、３層構造導体螺旋状ライナー３２の一端で導体３２Ａ、３２Ｃ同士を短絡しておき、他端における導体３２Ａ、３２Ｃ間の電気抵抗Ｒを測定する。使用開始後、電気抵抗Ｒの値は螺旋内側の導体３２Ｃの断面積が減じると増大するので、電気抵抗Ｒが初期状態よりも増大すれば螺旋内側の導体３２Ｃが摩耗により減肉したことがわかり、電気抵抗Ｒが無限大となれば螺旋内側の導体３２Ｃが途中で破断したことがわかる。螺旋内側の導体３２Ｃが破断した後、更に螺旋外側の導体３２Ａの両端の電気抵抗Ｒ’を測定すれば、図３を用いて説明した第１の実施形態によるフレキシブルホースの摩耗モニタリング方法と同様の原理により、螺旋外側の導体３２Ａの摩耗減肉および破断をモニタリングすることができる。
このように、螺旋状ライナー３０を、絶縁体３２Ｂを２枚の導電性の導体３２Ａ、３２Ｃで両側から挟持する３層構造に構成し、２枚の導体３２Ａ、３２Ｃの一端を短絡して他端側のみでモニタリングを可能とすることで、フレキシブルホースの一方の側だけでモニタリングすることができるため、両側でモニタリングする場合と比べて測定機器の設置が容易となり、特にフレキシブルホースが長い場合などでも別途長い導線を設ける必要がない。また、螺旋が１条で済むため螺旋ピッチを小さく設定でき螺旋ピッチ増大による曲げ剛性の増大を防ぐことができる。また、螺旋内側の導体３２Ｃが破断して３層構造導体螺旋状ライナー３２全体の板厚が半減した時点で、断線によりそのことを確実に把握することができ、更に、図３を用いて説明した第１の実施形態によるフレキシブルホースの摩耗モニタリング方法と同様に螺旋外側の導体３２Ａの両端で電気抵抗Ｒ’を測定すれば、螺旋外側の導体３２Ａの摩耗減肉および破断を引き続きモニタリングすることができる。
なお、第２変形例では螺旋状ライナー３０を導体・絶縁体・導体の３層としたが、導体・絶縁体・導体・絶縁体・導体の５層とするなど、層数を増すことも可能であり、層数を２ｎ＋１層にした場合（ｎ＝１、２、３、・・・）には、螺旋状ライナー３０が１層分だけ破断して板厚が元厚の１／（ｎ＋１）だけ減じるごとに、そのことを確実に把握することができる。
次に、第１の実施形態によるフレキシブルホースの製造方法を説明する。
なお、図２２は、ホース内管にライナーを設けない場合の、従来の製造方法を説明する図である。板状又は棒状に押出し又は引抜き成形したホース内管２１０の材料を円柱又は円筒形の芯棒の周りに螺旋状に巻き付けて、接着・溶着等の方法により側面を接合しながら管状に連続成形した後、芯棒をはずすと図２２の状態となる。
第１の実施形態によるフレキシブルホースは、まず金属製の板材又は棒材のライナー材２０をローラー等で曲げ・捩り加工するなどして、（必要な場合には円柱又は円筒形の芯棒に巻き付けながら）螺旋状ライナー３０に成形し、板状又は棒状に押出し又は引抜き成形したホース内管１０の材料を螺旋状ライナー３０の周りに螺旋状に巻き付けて、接着・溶着等の方法により側面を接合しながら管状に連続成形する。
この製造方法は、ライナー材２０が金属製でなく高弾性樹脂製の場合も、適切な成形方法（温度・硬化条件など）を選ぶことにより同様に行うことができる。なお、ここでの「高弾性」とは、外部から曲げ・捩りなどの力を加えた場合に容易に変形しにくい、又は十分変形する前に折れてしまう性質のことをいう。
このように、金属製又は高弾性樹脂製のライナー材２０を螺旋状ライナー３０に成形する工程と、板状又は棒状を成したホース内管材１０を成形した螺旋状ライナー３０の外表面に螺旋状に巻き付けホース内管材１０を接合してフレキシブルホースに成形する工程とを備えることで、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、螺旋状ライナー３０を芯棒の代わりに用いるか、あるいは芯棒の周りに螺旋状ライナー３０を巻き付ける工程を付加するだけで、螺旋状ライナー３０を用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
また、図６は、第１の実施形態によるフレキシブルホースの第３変形例として、ライナー材２０を低弾性樹脂製の低弾性樹脂ライナー材２１とした場合のフレキシブルホースの製造方法を説明する図である。なお、ここでの「低弾性」とは、外部から曲げ・捩りなどの力を加えた場合に容易に変形する性質のことをいう。
第３変形例のフレキシブルホースは、板状又は棒状に押出し又は引抜き成形したホース内管１０の材料の上に低弾性樹脂ライナー材２１を接着・溶着等の方法により直線状に連続成形した後、そのまま円柱又は円筒形の芯棒の周りに螺旋形に巻き付けて、接着・溶着等の方法により側面を接合しながら管状に連続成形した後、芯棒をはずすと図６の状態となる。
このように、低弾性樹脂製のライナー材２１を板状又は棒状を成したホース内管材の表面に連続成形する工程と、ライナー材２１を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えることで、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管１０の材料の上にライナー材２１を連続成形する工程を付加するだけで、螺旋状ライナー３０を用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
次に、本発明の第２の実施形態による螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法及びフレキシブルホースについて説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースを示す構成図であり、図８は同フレキシブルホースの製造方法を示す図である。なお、上記した第１の実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
螺旋状ライナー３０が連続体である第１の実施形態とは異なり、本実施形態によるフレキシブルホースは、図７に示すように、ライナー材１２０は、複数のライナー片１２１を不連続に成形している。これにより、不連続螺旋状ライナー１３０が構成される。
このように、ライナー材１２０を複数のライナー片１２１で構成し、螺旋周方向にライナー片１２１とライナー片１２１との間隔ＩＮＴを設けることによって、例えば高弾性のライナー材１２０を曲げ、捻り加工することなく連続的に螺旋巻きして不連続螺旋状ライナー１３０とすることができる。また、フレキシブルホースの可撓性を向上させることができる。
螺旋周方向のライナー片１２１とライナー片１２１との間隔ＩＮＴは、図２で示した所定の間隔ＧＡＰと同様に規定することができる。すなわち、固形物Ｓを球体に仮定した場合、固形物Ｓが隣り合うライナー片１２１とライナー片１２１に接触したときに、ホース内管１０に固形物Ｓの外周端が接触しない間隔に定めると、より一層スラリー中の固形物Ｓがホース内管１０に直接衝突しにくくなるので、フレキシブルホースの耐摩耗性をさらに向上させることができる。
また、表１では、螺旋状ライナー３０（１３０）の間隔として螺旋巻き間隔（所定の間隔）ＧＡＰを対象としたが、本実施形態の不連続螺旋状ライナー１３０の場合には、所定の間隔ＧＡＰと同時に螺旋周方向のライナー間隔ＩＮＴによっても不連続螺旋状ライナー１３０の板厚ｔが規定される。規定の仕方は、間隔ＩＮＴの値はホース内管１０の曲率によらないので、式（１）の所定の間隔ＧＡＰを間隔ＩＮＴに置き換えるだけであり、次式（４）のようになる。
式（４）：
Ｘ＝（ｄ−√（ｄ２−ＩＮＴ２））／２＜ｔ
表１と同様に、ホース内管１０の内径ＩＤを７７ｍｍ、固形物Ｓの粒径ｄを２０ｍｍ及び４０ｍｍとして、異なる螺旋周方向のライナー間隔ＩＮＴに対する不連続螺旋状ライナー１３０の板厚ｔの規定値（最小値）を式（４）から求めると、表３のようになる。但し、いずれの場合もｄ＞ＩＮＴが前提である。また、本実施形態の不連続螺旋状ライナー１３０の場合は、式（３）及び式（４）によって求められた板厚ｔのうち、大きい方の値が規定値として優先される。
また、第１の実施形態において説明した表２は、本実施形態にも適用することができる。すなわち、図２では簡単のため固形物Ｓの形状を直径ｄの球体と仮定したが、実際の鉱石などの形状やアスペクト比は千差万別であり、固形物Ｓの大きさもばらつきを持って分布しているので、不連続螺旋状ライナー１３０の板厚規定に際してはこのことを考慮する必要がある。表２は、固形物Ｓの粒径が大略、平均値ｄｍ、標準偏差σのガウス分布に従うとみなせる場合に、図２及び式（４）の粒径ｄを設定するにあたって参照することができる。
なお、複数のライナー片１２１とライナー片１２１との間を、柔軟性を有した材料で埋めた場合には、不連続螺旋状ライナー１３０による内表面の凹凸が減少し、流体抵抗を低減させることができる。また、柔軟性を有した材料は、固形物Ｓの衝突により摩耗はするが、ホース内管１０の内表面（内壁）部まで摩耗するまでには時間がかかるため、耐摩耗性もさらに向上できる。
ここで、「柔軟性を有した材料で埋めた」とは、ライナー片１２１をホース内管１０の内側に配置した後にライナー片１２１とライナー片１２１との間を別材料で埋める場合のほか、ライナー片１２１をホース内管１０の内側に埋め込んで配置する場合等を含む。
次に図８を用いて、第２の実施形態によるフレキシブルホースの製造方法を説明する。
第２の実施形態によるフレキシブルホースは、板状又は棒状に押出し又は引抜き成形したホース内管１０の材料の上に金属製のライナー片１２１を接着・溶着等の方法により等間隔（不連続）に成形した後、そのまま円柱又は円筒形の芯棒の周りに螺旋形に巻き付けて、接着・溶着等の方法により側面を接合しながら管状に連続成形した後、芯棒をはずすと図８の状態となる。
なお、１本の板状又は棒状のホース内管１０の材料上に成形する不連続螺旋状ライナー１３０は、図８（ａ）のように１列でも、図８（ｂ）のように複数列（図８（ｂ）では２列）でもよい。
この製造方法は、ライナー材１２０が金属製でなく、高弾性樹脂やセラミックスなどの高弾性材料製の場合も同様に行うことができる。
このように、板状又は棒状のホース内管材の表面に複数の高弾性材料のライナー片１２１を不連続に成形する工程と、ライナー片１２１を内側にしてホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付けホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、芯棒を外す工程とを備えることで、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管１０の材料上にライナー片１２１を等間隔に不連続成形する工程を付加するだけで、不連続螺旋状ライナー１３０を用いたフレキシブルホースを製造することができるので、生産性を維持することができる。
次に、第１又は第２の実施形態によるフレキシブルホースの他の製造方法を説明する。
第１又は第２の実施形態によるフレキシブルホースは、板状又は棒状に押出し又は引抜き成形したホース内管１０の材料の表面を、化学的な方法（成分添加、加硫、薬剤塗布等）あるいは物理的な方法（加熱、加工等）により板又は棒の両側又は片側に間隙を設けながら連続又は不連続にライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程と、改質したライナー材相当部を内側にしてホース内管材を円柱又は円筒形の芯棒の周りに螺旋形に巻き付けて、接着・溶着等の方法によりホース内管材の側面を接合しながら管状に連続成形する工程と、芯棒を外す工程とによって製造することもできる。
なお、連続又は不連続にライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程とを同一工程で兼ねて行い、ライナー材相当部を形成しつつ耐摩耗性を高めるように改質してもよい。
この製法を用いることにより、従来のフレキシブルホース製造ラインにおいて、ホース内管１０の材料表面を連続又は不連続に改質して螺旋状ライナー３０部分を形成する工程を付加するだけで、螺旋状ライナー３０（１３０）付きのホース内管１０を連続成形する製造ラインを構築することができるので、生産性を維持することができる。
次に、本発明の第３の実施形態による螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法及びフレキシブルホースについて説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースのホース内管の内部を示す模式図である。図９において矢印Ｈは、スラリーの流れ方向（スラリー流向）を示す。なお、上記した第１、第２の実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、上記した第１の実施形態における連続螺旋状ライナー３０を構成するライナー材２０が中空部２２を有する形状に形成されており、ライナー材２０の表面と中空部２２とを連通する開孔２３を有し、中空部２２に供給される流体が開孔２３を介してフレキシブルホ―スの内部に噴出するように構成されている。すなわち、図９に示すように連続螺旋状ライナー３０の断面形状を中空の矩形形状とし、螺旋周方向に適当な間隔をおいて穴を設けている。
このような断面形状を中空とした連続螺旋状ライナー３０の内部に、スラリー媒質と同じ流体もしくは異なる流体をスラリーよりも高圧にして流すことにより、ホース内管１０の内表面近傍には、図９に小矢印で示すように螺旋状ライナー３０からホース内管１０の中心軸１０ａ方向に向かうような局所流れＩが生じ、これによってスラリー中の鉱石等の固形物Ｓがライナー材３０やホース内管１０に衝突する速度が緩和され、ライナー材３０やホース内管１０の摩耗を抑制することができる。
なお、断面形状を中空とした連続螺旋状ライナー３０の内部に流す流体は、液体に限らず気体でもよく、気体の場合はホース内管１０の中心軸１０ａ方向に向かうような局所流れＩは気泡流（バブルジェット）となる。
また、中空とした連続螺旋状ライナー３０の断面形状は、楕円形、半楕円形、円形、半円形等であってもよい。
また、開孔２３は図９において連続螺旋状ライナー３０の内表面に設けているが、横表面に設けてもよく、さらに内表面と横表面の双方に設けてもよい。
第３の実施形態によるフレキシブルホースの製造方法は、上記した第１の実施形態によるフレキシブルホースの製造方法を適用することができる。
次に、本発明の第４の実施形態による螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法及びフレキシブルホースについて説明する。
図１０は、本発明の第４の実施形態による螺旋状ライナー付フレキシブルホースのホース内管の内部を示す模式図である。なお、上記した第１、第２の実施形態と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態は、上記した第１、第２の実施形態における螺旋状ライナー３０（１３０）を構成するライナー材２０（１２０）を、スラリーの流れ方向（スラリー流向）Ｈに対して、上流側の板厚ｔ１よりも下流側の板厚ｔ２が厚い断面が非対称形状を成す形状に形成したものである。すなわち、図１０に示すように、螺旋状ライナー３０（１３０）を構成するライナー材２０（１２０）の断面形状を非対称形状とし、スラリー流向Ｈの上流側の板厚ｔ１と下流側の板厚ｔ２との関係をｔ１＜ｔ２としている。
このような螺旋状ライナー３０（１３０）の非対称断面形状により、ホース内管１０の内表面近傍には、図１０に曲線矢印で示すように内表面からホース内管１０の中心軸１０ａ方向に向かうような局所流れＪが生じ、これによってスラリー中の鉱石等の固形物Ｓがライナー材２０（１２０）やホース内管１０に衝突する速度が緩和され、ライナー材２０（１２０）やホース内管１０の摩耗を抑制することができる。
また、フレキシブルホースの外表面には、スラリーを流す方向を矢印等で示した表示手段（図示無し）を備えている。表示手段を備えることにより、使用者は、表示手段に示された矢印等に基づいて、スラリー流向Ｈに対して螺旋状ライナー３０（１３０）の上流側の板厚ｔ１と下流側の板厚ｔ２との関係がｔ１＜ｔ２となるような向きとしてフレキシブルホースを設置することができる。
（実施例及び比較例 その１）
次に、上記した本発明の第１と第２の実施形態によるフレキシブルホースを用いた実施例と、比較例を解析的手法により検討した結果を示す。
図１１は実施例１の有限要素解析モデルを示す図であり、図１２は実施例１の曲げ解析結果を示す図、図１３はホース内管にライナーを設けない従来のフレキシブルホースの図、図１４はホース内管に全面ライナーを設けた従来のフレキシブルホースの図、図１５はホース内管に網目ライナーを設けたフレキシブルホースの図、図１６は連続螺旋状ライナー３０に局所面荷重を載荷するモデルの図、図１７は不連続螺旋状ライナー１３０に局所面荷重を載荷するモデルの図、図１８〜図２１は沈み込みの解析結果を示す図である。
なお、図１５に示す網目ライナーを設けたフレキシブルホースは、比較のために今回、発明者が創出したものである。
実施例１は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースであって、ライナー材２０はステンレス鋼とし、ホース内管１０の内面に厚さ１ｍｍの連続螺旋状ライナー３０を設けたものである。螺旋の断面寸法は厚さ１ｍｍ×幅１０ｍｍとし、螺旋巻きの管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは５ｍｍとした。
なお、曲げ剛性ＥＩは汎用構造解析コードＭａｒｃ Ｍｅｎｔａｔ（ｖｅｒ．２０１１．１．０）による３次元有限要素解析で求めた。その様子を図１１及び図１２に示す。なお、図１１の有限要素解析モデルは、内側の螺旋状ライナー３０を見せるため、フレキシブルホースの要素を一部切り取っている。また、図１２の曲げ解析結果は、フレキシブルホースの左端を固定し、右端に下向きの集中荷重を載荷したものである。
実施例２は、本発明の第２の実施形態によるフレキシブルホースであって、ライナー材１２０はステンレス鋼とし、ホース内管１０の内面に厚さ１ｍｍの不連続螺旋状ライナー１３０を設けたものである。螺旋の断面寸法は厚さ１ｍｍ×幅１０ｍｍとし、螺旋巻きの管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは５ｍｍ、管周方向のライナー片１２１の長さは約６．６３ｍｍ（管軸周りの角度１０°に相当）、管周方向のライナー片１２１同士の間隔ＩＮＴは約３．３２ｍｍ（管軸周りの角度５°に相当）とした。
なお、曲げ剛性ＥＩは実施例１と同様の３次元有限要素解析により求めた。
実施例３は、ライナー材２０をフッ素樹脂製とした以外は、実施例１と同様である。
また、実施例４は、ライナー材１２０をフッ素樹脂製とした以外は、実施例２と同様である。
比較例１は、図１３に示すように、ホース内管２１０にライナーを設けない積層フレキシブルホースを、比較的軟質のゴムホース単体でモデル化したもので、外径８３ｍｍ、内径７７ｍｍとした。また、実際の工業用ホースでは外側に軸力補強層や圧力補強層を設けることを考慮して管の重量は２．８ｋｇ／ｍとし、ヤング率はＥ＝２１ＭＰａとした。なお、曲げ剛性ＥＩは梁理論により求めた。
比較例２は、図１４に示すように、比較例１のゴムホース内側全面に厚さ１ｍｍのライナー２３０を設けたものである。なお、ライナー２３０はステンレス鋼のライナーとした。また、曲げ剛性ＥＩは梁理論により求めた。
比較例３は、図１５に示すように、比較例１のゴムホース内面に厚さ１ｍｍの網目状ライナー３３０を設けたものである。網目の断面寸法は厚さ１ｍｍ×幅１０ｍｍとし、網目の交差角θを６０°とした。なお、網目状ライナー３３０はステンレス鋼とした。また、曲げ剛性ＥＩは梁理論により求めた。
比較例４は、網目の交差角θを１２０°とした以外は、比較例３と同様である。
また、比較例５は、ライナーをフッ素樹脂製とした以外は、比較例２と同様である。
また、比較例６は、ライナーをフッ素樹脂製とした以外は、比較例３と同様である。
また、比較例７は、ライナーをフッ素樹脂製とした以外は、比較例４と同様である。
実施例１〜４及び比較例１〜７の解析的手法による検討結果を表４に示す。なお、表４において、ライナーの材質欄のＥはヤング率を、ρは密度を表す。また、表４において、重量比及び曲げ剛性比は、比較例１を基準としている（比較例１の重量比と曲げ剛性比をそれぞれ１としている）。
表４より、実施例１及び実施例３は、重量比でみると、実施例１が１．４５、実施例３が１．１２であり、許容範囲内である。なお、重量比は２．２未満を許容範囲としている。
また、曲げ剛性比でみると、実施例１が１．６１、実施例３が１．４２であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。なお、曲げ剛性比は２未満を許容範囲としているが、曲げ剛性比１．６程度以下に抑えることが好ましい。
また、実施例２及び実施例４は、重量比でみると、実施例２が１．３０、実施例４が１．０８であり、許容範囲内である。また、曲げ剛性比でみると、実施例２が１．５１、実施例４が１．３２であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。
また、比較例２及び比較例５は、全面をライナーで覆っているため、他形状のライナーに比べて両者とも最も管の重量比が大きくなっているが、いずれも２．２未満であり、許容範囲内といえる。しかしながら、両者ともライナー付加により曲げ剛性は著しく増大しており、曲げ剛性比は、比較例２が２７０４、比較例５が１４．５であり、フレキシブルホースとしての許容限度を超えている。
また、比較例３、比較例４、比較例６及び比較例７は、重量比でみると、比較例３及び比較例４が１．４７、比較例６及び比較例７が１．１３であり、許容範囲内である。しかしながら、比較例３、比較例４及び比較例６ではライナー付加により曲げ剛性が大きく増大しており、曲げ剛性比は、それぞれ１６９１、１８５及び９．５で、フレキシブルホースとしての許容限度を超えている。一方、比較例７の曲げ剛性比は１．９２であり、辛うじてフレキシブルホースとして許容される範囲内である。
以上の結果より、解析的手法により検討した実施例１〜４及び比較例２〜７のうちで、ライナー無しの比較例１と比較した場合にフレキシブルホースとして十分な可撓性を保っているのは、連続又は不連続な螺旋状ライナー３０（１３０）を用いた実施例１〜４だけであることが分かる。
次に、上記検討により十分な可撓性を有すると判断された実施例１〜４については更に、螺旋状ライナー３０（１３０）に鉱石等の固形物Ｓが衝突した場合の衝撃吸収性能を測る目安として、螺旋状ライナー３０（１３０）が局所的な荷重を受けたときにその近傍で螺旋状ライナー３０（１３０）がどの程度沈み込むかを、汎用構造解析コードＭａｒｃ Ｍｅｎｔａｔを用いた３次元有限要素解析により調べた。連続螺旋状ライナー３０に局所面荷重を載荷するモデルを図１６に、不連続螺旋状ライナー１３０に局所面荷重を載荷するモデルを図１７に、それぞれ示す。図中の矢印及び白色の部分が局所的な面荷重の載荷位置及び載荷方向を示している。なお、両モデルとも、ホース内管１０の外側には通常、圧力補強層が積層されることを考慮して、ホース内管１０の外表面にある節点をすべて拘束した。
実施例１〜４について、解析で求められた螺旋状ライナー３０（１３０）の沈み込み量及び衝撃吸収性能の比較を表５にまとめて示す。
また、実施例１及び実施例２について得られた螺旋状ライナー３０（１３０）の沈み込みの解析結果を図１８及び図１９にそれぞれ示す。
表５並びに図１８及び図１９より、まず実施例１の連続した螺旋状ライナー３０の場合は、局所的に載荷された面荷重を周囲の鋼製のライナー材２０が分担して受け持っており、比較的広い範囲でライナー材２０の沈み込みが生じているが、沈み込み量は小さく、最大でも０．１６ｍｍに留まっていることが分かる。
一方、実施例２の不連続螺旋状ライナー１３０の場合は、局所的に載荷された面荷重を、載荷されたライナー片１２１のみが独立して受け持っており、周囲のライナー片１２１への荷重影響は殆ど無い。面荷重を載荷されたライナー材１２０の沈み込み量は大きく、最大で０．９１ｍｍに達している。従って、鋼製の不連続螺旋状ライナー１３０は、鋼製の連続螺旋状ライナー３０と比較して固形物Ｓの衝突による衝撃を吸収する効果が大きいことが分かる。
また、実施例３及び実施例４について得られた螺旋状ライナー３０（１３０）の沈み込みの解析結果を図２０及び図２１にそれぞれ示す。
表５並びに図２０及び図２１より、上述した実施例１及び実施例２の鋼製ライナーの場合とは異なり、実施例３の連続螺旋状ライナー３０及び実施例４の不連続螺旋状ライナー１３０の両者に共通して、局所的に載荷された面荷重は、載荷されたライナー材２０（１２０）の近傍のみで受け持っており、周囲のライナー材２０（１２０）への荷重影響は殆ど無い。面荷重を載荷されたライナー材２０（１２０）部分の沈み込み量は大きく、実施例３で１．０３ｍｍ、実施例４で１．１３ｍｍに達していることが分かる。これは、フッ素樹脂のヤング率が１ＧＰａと鋼に比べて著しく小さいため、連続螺旋状ライナー３０の場合でも荷重が広範囲に伝達されず、局所的に大きな変形が生ずることによるが、ホース内管１０全体として固形物Ｓの衝突による衝撃を吸収する効果は大きく、特に不連続螺旋状ライナー１３０の方が若干上回っている。
（実施例及び比較例 その２）
次に、上記した本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースを用いた実施例と、比較例を実験的手法により検討した結果を示す。
図２３は実施例５の連続螺旋状ライナーの概観写真、図２４は実施例５の連続螺旋状ライナーの近接写真、図２５は実施例７の連続螺旋状ライナーの概観写真、図２６は実施例７の連続螺旋状ライナーの近接写真である。
実施例５は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースであって、ライナー材２０はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）とし、ホース内管１０の内面に厚さ１ｍｍの連続螺旋状ライナー３０を設けたものである。まずステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）製のテープ（断面寸法：厚さ１ｍｍ×幅１０ｍｍ）を外径７０ｍｍの鋼製パイプに適当な張力をかけた状態で螺旋状に巻き付け、そのまま張力を保ってテープが鋼製パイプに密着した状態でホース内管１０に挿入した後、テープ端の張力を解放して螺旋を周方向に膨らませ、ホース内管１０の内面に密着させて連続螺旋状ライナー３０を形成した。最終的な連続螺旋状ライナー３０の管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは平均０．４ｍｍであった。ホース内管１０の端から管軸方向に撮影したホース内管１０の内部の概観写真を図２３に、工業用内視鏡を用いて撮影した連続螺旋状ライナー３０の近接写真を図２４にそれぞれ示す。曲げ剛性ＥＩは両端スパン８００ｍｍの３点曲げ試験により求めた。
実施例６は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースであって、実施例５と同じ素材と方法を用いて、ホース内管１０の内面に沿って厚さ１ｍｍの連続螺旋状ライナー３０を設けたものである。連続螺旋状ライナー３０の管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは実施例５よりもやや大きくし、平均２．５ｍｍとした。曲げ剛性ＥＩは両端スパン８００ｍｍの３点曲げ試験により求めた。
実施例７は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースであって、ライナー材２０はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）とし、ホース内管１０の内面に厚さ２ｍｍの連続螺旋状ライナー３０を設けたものである。ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４鋼）製のテープ（断面寸法：厚さ２ｍｍ×幅１０ｍｍ）を用いて、実施例５と同様の方法により連続螺旋状ライナー３０を形成した。最終的な連続螺旋状ライナー３０の管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは平均０．６ｍｍであった。ホース内管１０の端から管軸方向に撮影したホース内管１０の内部の概観写真を図２５に、工業用内視鏡を用いて撮影した連続螺旋状ライナー３０の近接写真を図２６にそれぞれ示す。曲げ剛性ＥＩは両端スパン８００ｍｍの３点曲げ試験により求めた。
実施例８は、本発明の第１の実施形態によるフレキシブルホースであって、実施例７と同じ素材と方法を用いて、ホース内管１０の内面に沿って厚さ２ｍｍの連続螺旋状ライナー３０を設けたものである。連続螺旋状ライナー３０の管軸方向の隙間（ギャップ）である所定の間隔ＧＡＰは実施例７よりもやや大きくし、平均２．１ｍｍとした。曲げ剛性ＥＩは両端スパン８００ｍｍの３点曲げ試験により求めた。
比較例８は、市販されている工業用フレキシブルホースであり、外径１００ｍｍ、内径７６ｍｍである。ホース内管２１０は耐摩耗性ゴムであり、その外側には順次、補強繊維層、軟質ＰＶＣ補強層及び螺旋状の硬質ＰＶＣ補強材が設けられている。曲げ剛性ＥＩは両端スパン８００ｍｍの３点曲げ試験により求めた。
実施例５〜８及び比較例１〜７の実験的手法による検討結果を表６に示す。なお、表６において、重量比及び曲げ剛性比は、比較例８を基準としている（比較例８の重量比と曲げ剛性比をそれぞれ１としている）。
表６より、実施例５は、比較例８に対する重量比は１．５７であり、許容範囲内である。なお、重量比は２．２未満を許容範囲としている。
また、曲げ剛性比でみると、実施例５は、比較例８に対する曲げ剛性比は１．１６で、連続螺旋状ライナー３０を付加することによる増加分は２０％未満であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。なお、曲げ剛性比は２未満を許容範囲としているが、曲げ剛性比１．６程度以下に抑えることが好ましい。
実施例６は、比較例８に対する重量比は１．５０であり、実施例５よりも軽く、許容範囲内である。また、比較例８に対する曲げ剛性比は１．２７であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。
実施例７は、比較例８に対する重量比は２．１１であり、実施例５、６と比べると重くなるが、許容範囲内である。また、比較例８に対する曲げ剛性比は１．６５であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。
実施例８は、比較例８に対する重量比は１．９９であり、実施例７よりも軽く、許容範囲内である。また、比較例８に対する曲げ剛性比は１．３５であり、フレキシブルホースとして十分な可撓性を保っている。
以上の結果より、実験的手法により検討した実施例５〜８は、ライナー無しの比較例８と比較した場合にフレキシブルホースとして十分な可撓性を保っていることが分かる。
次に、螺旋状ライナー３０による耐摩耗性向上効果を検証するため、比較例８のホース内管２１０及び実施例７のホース内管１０に対して、スラリー循環式摩耗試験を行った結果について説明する。
図２７は摩耗試験に用いたスラリー循環式摩耗試験装置の概観写真、図２８は同装置のホース摩耗試験部の拡大写真、図２９は摩耗試験に用いた模擬鉱石の概観写真、図３０は比較例８の摩耗試験におけるタンク水面の様子を示す写真、図３１は実施例７の摩耗試験におけるタンク水面の様子を示す写真、図３２は摩耗試験におけるホース内管切削粉の拡大写真、図３３は比較例８の摩耗試験におけるタンク水面上の浮遊摩耗粉を示す写真、図３４は実施例７の摩耗試験におけるタンク水面上の浮遊摩耗粉を示す写真である。
スラリーによる移送管等の摩耗特性を明らかにするためには、実際に採掘した状態の鉱石を常時投入したスラリーを移送管等に流して摩耗試験することが望ましいが、現実には実際の条件で試験を行うことは極めて難しいため、近似的に模擬鉱石を用いたスラリーを一定時間、配管内を循環させて摩耗試験を行い評価することにした。
スラリー循環式摩耗試験装置の概観写真を図２７に示す。本装置は、水を満たしたタンク４１０の上部から模擬鉱石を一定量投入してスラリーとし、これをスラリー循環用ポンプ４１１で配管内を循環させることにより、途中に接続したホース内管１０、２１０の摩耗試験を行うものである。ホース摩耗試験部４２０の拡大写真（図２８）に示す通り、実際の使用状況を考慮してホース摩耗試験部４２０には曲率を持たせており、ホースの曲率半径は図２８に示すホース摩耗試験部４２０の（Ａ）の区間で１．９ｍ、ホース摩耗試験部４２０の（Ｂ）の区間で２．０ｍとした。
なお、図２７及び図２８において、矢印はスラリーの循環方向を示す。また、ホース摩耗試験部４２０の下流側に流量計４１２を設けている。
模擬鉱石には、ある程度粒径の揃った市販の砕石（生産品名：単粒度砕石S-20（5号）（茨城県笠間産）、岩質：硬質砂岩（堆積岩）、絶乾密度：2.65 g/cm3、平均粒径：約19 mm）を用いた。模擬鉱石の概観写真を図２９に示す。試験時の模擬鉱石投入量（１回分）は２５ kgとし、移送水は淡水を使用した。試験中、スラリーの模擬鉱石濃度は約５%（体積濃度）で、移送水の平均流速は約３．７ m/secであった。
なお、スラリー循環式摩耗試験では、模擬鉱石の経時摩耗劣化を考慮して１回の連続試験時間を１時間とした。すなわち、新しい模擬鉱石を２５kg投入して１時間連続試験を行った後は使用した模擬鉱石をすべて回収し、改めて新しい模擬鉱石を２５ kg投入してから次の連続試験を１時間行うこととし、このサイクルを所定の摩耗試験時間に達するまで繰り返した。
比較例８のホース内管２１０及び実施例７のホース内管１０の双方について、上記のスラリー循環式摩耗試験を各合計５時間行った時点におけるタンク内水面の観察写真を、図３０及び図３１にそれぞれ示す。いずれの場合も、タンク４１０内の水面上には、ホース内管１０、２１０の耐摩耗性ゴムがスラリー中の模擬鉱石によって削り取られて生じた摩耗粉（図３２参照）が浮いているが、螺旋状ライナー３０のない比較例８（図３０）に比べて、板厚２mmの螺旋状ライナー３０を設けた実施例７（図３１）では明らかに摩耗粉の量が減少しており、鉱石スラリーに対する耐摩耗性が向上していることがわかる。なお、図３０及び図３１では、水面上の摩耗粉をより鮮明に表示するため、元写真画像に対して同一の画像処理（輝度ヒストグラムの均等化処理）を行っている。
次に、比較例８のホース内管２１０及び実施例７のホース内管１０の双方について、上記のスラリー循環式摩耗試験を各合計５時間行った時点におけるタンク内水面（図３０及び図３１）に乾燥した白布を押し当て、浮遊している摩耗粉を白布に移し取ってから観察した結果を、図３３及び図３４にそれぞれ示す。螺旋状ライナー３０のない比較例８（図３３）に比べて、板厚２ mmの螺旋状ライナー３０を設けた実施例７（図３４）では明らかに摩耗粉の量が減少しており、鉱石スラリーに対する耐摩耗性が向上していることがわかる。
本発明によれば、固形物を含むスラリー輸送用のフレキシブルホースを対象として、ゴム等の軟質材料でできた内管の内側に、より耐摩耗性の大きい材料でできた連続又は不連続の螺旋状ライナーを設けて、フレキシブルホース全体の重量や曲げ剛性の大幅な増加を抑えながら耐摩耗性を向上させる、フレキシブルホースの耐摩耗性向上方法、フレキシブルホース、及びフレキシブルホースの製造方法を提供することができる。
また、連続の螺旋状ライナーに金属等の導電性材料を用いる場合について、螺旋状ライナー端部で電気抵抗を測定することにより、螺旋状ライナーの摩耗の度合いや破断箇所の有無を外部から簡便にモニタリングする方法を提供することができる。
１０ ホース内管
２０ ライナー材
２２ 中空部
２３ 開孔
３０ （連続した）螺旋状ライナー
１２０ ライナー材
１２１ ライナー片
１３０ 不連続螺旋状ライナー
２１０ ホース内管
ＧＡＰ 所定の間隔
ＩＮＴ 間隔（ライナー片同士の螺旋周方向の間隔）
Ｓ 固形物
ｄ 粒径
ｔ１ 上流側の板厚
ｔ２ 下流側の板厚

Claims (21)

  1. 固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スの耐摩耗性向上方法であって、前記固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きして螺旋状ライナーを構成し、前記螺旋状ライナーを軟質材料で構成されたホース内管の内側に配置するとともに、前記所定の間隔を、前記固形物の粒径と、前記螺旋状ライナーの板厚と、前記フレキシブルホースを曲げて使用する場合の前記ホース内管の曲率とを考慮して定めることを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法。
  2. 前記所定の間隔は、前記固形物を球体に仮定した場合、前記球体に仮定した前記固形物が隣り合う前記ライナー材と前記ライナー材に接触したときに、前記ホース内管に前記球体に仮定した前記固形物の外周端が接触しない間隔であることを特徴とする請求項１に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法。
  3. 前記曲率を考慮した前記所定の間隔は、次式（１）に基づいて定めることを特徴とする請求項２に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの耐摩耗性向上方法。
    式（１）：
    ｘ＝（ｄ−√（ｄ２−（１＋ν・ＩＤ／２）２・ＧＡＰ２））／２＜ｔ
    ここで、
    ｘ：螺旋状ライナー内表面と球体に仮定した固形物外周端との距離
    ｄ：球体に仮定した固形物の粒径
    ν：ホース内管の曲率
    ＩＤ：ホース内管の内径
    ＧＡＰ：所定の間隔
    ｔ：螺旋状ライナーの板厚
  4. 固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、前記固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、前記螺旋状ライナーは前記ホース内管の内側に配置され、前記所定の間隔は、前記固形物の粒径と、前記螺旋状ライナーの板厚と、前記フレキシブルホースを曲げて使用する場合の前記ホース内管の曲率とを考慮して定めた所定の間隔であることを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  5. 前記所定の間隔は、前記固形物を球体に仮定した場合、前記球体に仮定した前記固形物が隣り合う前記ライナー材と前記ライナー材に接触したときに、前記ホース内管に前記球体に仮定した前記固形物の外周端が接触しない間隔であることを特徴とする請求項４に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  6. 前記螺旋状ライナーが、連続体であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  7. 前記螺旋状ライナーを導電材料で構成し前記螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、前記螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能としたことを特徴とする請求項６に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  8. 前記螺旋状ライナーを２条並行に設け、一端を短絡して他端側のみで前記モニタリングを可能としたことを特徴とする請求項７に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  9. 固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、前記固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、前記螺旋状ライナーは前記ホース内管の内側に配置され、前記所定の間隔は、前記固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、前記螺旋状ライナーが、連続体であり、前記螺旋状ライナーを導電材料で構成し前記螺旋状ライナーの電気抵抗を計測することにより、前記螺旋状ライナーの摩耗度及び／又は破断の有無をモニタリング可能とし、前記螺旋状ライナーを、絶縁体を２枚の導電性の導体で両側から挟持する３層構造に構成し、２枚の前記導体の一端を短絡して他端側のみで前記モニタリングを可能としたことを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  10. 固形物を含むスラリーの輸送に用いられるフレキシブルホ―スであって、軟質材料で構成されたホース内管と、前記固形物に対する耐摩耗性を有したライナー材を所定の間隔を設けて螺旋巻きした螺旋状ライナーとを備え、前記螺旋状ライナーは前記ホース内管の内側に配置され、前記所定の間隔は、前記固形物の粒径を考慮して定めた所定の間隔であり、前記螺旋状ライナーが、連続体であり、前記ライナー材の断面が中空部を有する形状に形成されており、前記ライナー材の表面と前記中空部とを連通する開孔を有し、前記中空部に供給される流体が前記開孔を介して前記フレキシブルホ―スの内部に噴出するように構成されていることを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  11. 前記ライナー材は、複数のライナー片を不連続に成形したものであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  12. 螺旋周方向の前記ライナー片と前記ライナー片との間隔が、前記固形物を球体に仮定した場合、前記球体に仮定した前記固形物が隣り合う前記ライナー片と前記ライナー片に接触したときに、前記ホース内管に前記球体に仮定した前記固形物の外周端が接触しない間隔に定められていることを特徴とする請求項１１に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  13. 複数の前記ライナー片と前記ライナー片との間を、柔軟性を有した材料で埋めたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  14. 隣り合う前記ライナー材と前記ライナー材との間を、柔軟性を有した材料で埋めたことを特徴とする請求項４から請求項１３のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  15. 前記ホース内管の外周に他の部材を積層し補強を行ったことを特徴とする請求項４から請求項１４のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  16. 前記螺旋状ライナーを構成する前記ライナー材を、前記スラリーの流れ方向に対して、上流側の板厚よりも下流側の板厚が厚い断面が非対称形状を成す形状に形成したことを特徴とする請求項４から請求項１５のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  17. 前記フレキシブルホースの外表面に、前記スラリーを流す方向を示す表示手段を備えたことを特徴とする請求項１６に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホース。
  18. 請求項６から請求項１０のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、金属製又は高弾性樹脂製のライナー材を螺旋状ライナーに成形する工程と、板状又は棒状を成したホース内管材を前記成形した前記螺旋状ライナーの外表面に螺旋状に巻き付け前記ホース内管材を接合してフレキシブルホースに成形する工程とを備えたことを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法。
  19. 請求項６から請求項１０のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、低弾性樹脂製のライナー材を板状又は棒状を成したホース内管材の表面に連続成形する工程と、前記ライナー材を内側にして前記ホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付け前記ホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、前記芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法。
  20. 請求項１１から請求項１３のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、板状又は棒状のホース内管材の表面に複数の高弾性材料のライナー片を不連続に成形する工程と、前記ライナー片を内側にして前記ホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付け前記ホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、前記芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法。
  21. 請求項４から請求項６、又は請求項１１から請求項１３のうちの１項に記載の螺旋状ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法であって、板状又は棒状のホース内管材の表面に、化学的な方法、又は物理的な方法により板又は棒の両側又は片側に間隙を設けながら、連続又は不連続に前記ライナー材に相当するライナー材相当部を形成する工程と、前記ライナー材相当部の耐摩耗性を高めるように改質する工程と、前記ライナー材相当部を内側にして前記ホース内管材を芯棒の周りに螺旋状に巻き付け前記ホース内管材を接合してフレキシブルホースに連続成形する工程と、前記芯棒を外す工程とを備えたことを特徴とする螺旋ライナーを用いたフレキシブルホースの製造方法。
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