JPH04347087A - 補強ゴムホース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浚渫用のホース、流体
輸送用のホースおよび高圧エアホースなどに使用され、
内面ゴムと外面ゴムとの間に繊維コードを含む補強層を
設けるとともに、螺旋状またはリング状の剛性材料を埋
設した補強ゴムホースに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内面ゴムと外面ゴムとの間に
、化学繊維コードの補強層を設けるとともに、螺旋状ま
たはリング状の剛性材料を埋設して、潰れなどを防いだ
補強ゴムホースが用いられている。補強層は、主に化学
繊維コードをホースの軸線方向に対して３５°００′〜
５４°４４′の角度をなすように積層して構成されてお
り、耐圧層として機能する。また、螺旋状またはリング
状の剛性材料は、外力によるゴムホースの潰れや曲げな
どに対する耐座屈性能を向上するために埋設されている
ものである。この剛性材料の間にはゴム層が配置されて
いる。このゴム層は、一般に、１０％圧縮時の圧縮力が
５．０ｋｇ／ｃｍ２以下であり、かつ、３０％圧縮時の
圧縮力が１６．０ｋｇ／ｃｍ２以下のゴムで構成されて
いる。

【０００３】このような補強ゴムホースは、可撓性が必
要とされる箇所で使用されることが多く、繰り返し曲げ
変形が加えられたときでも、ホースに必要とされる耐圧
性能が保持されることが重要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の補強ゴムホース
のように繊維コードで補強したゴム弾性体には、引張力
に対する応力が大きい反面、圧縮力に対する応力はあま
り大きくないという特性がある。たとえば、繊維コード
で補強したゴム弾性体における繊維コードの長さ方向に
関する応力と歪みとの関係は図７に示すようになる（「
『Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ　Ｃｏｒｄ−Ｒｕｂｂｅｒ　Ｃ
ｏｍｐｏｓｉｔｅ』：Ｓ．Ｋ．Ｃｌａｒｋ　ａｎｄ　Ｒ
．Ｎ．Ｄｏｎｇｅ　：ＳＡＥ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐ
ａｐｅｒ　Ｓｅｒｉｅｓ　８９２３３９，Ｓｅｐｔｅｍ
ｂｅｒ　２５−２８，１９８９」参照）。すなわち、応
力σＬ　は、引張歪み（εＬ　＞０）に対しては急激に
増大し、圧縮歪み（εＬ　＜０）に対してはあまり絶対
値が増大しない。これより、繊維コードで補強したゴム
弾性体では、引張弾性率が圧縮弾性率に比較して非常に
大きいことが理解される。

【０００５】一般に、ゴムホースが曲がった場合、曲率
半径外方側の部分は引張変形を受け、曲率半径内方側は
圧縮変形を受ける。もしも、引張弾性率と圧縮弾性率と
が等しければ、図８に示すようにゴムホース１の引張側
の歪み量ΔＥと圧縮側の歪み量ΔＣとは等しくなる。と
ころが、上記のように繊維コードで補強したゴム弾性体
では、引張弾性率が圧縮弾性率よりも大きいために、従
来からの補強ゴムホースでは、図９に示すように引張側
の歪み量ΔＥよりも圧縮側の歪み量ΔＣの方が大きくな
る。本件発明者らによる試験では、従来の補強ゴムホー
スを曲げ変形させた場合に、たとえば曲率（１／曲げ半
径）が５．０×１０−４（１／ｍｍ）のときの、引張側
の歪み量ΔＥは６．５％であり、圧縮側の歪み量ΔＣは
１７．５％であった。なお、図８、図９において、曲線
ａ１，ａ２は歪み量が零の位置を示す。

【０００６】一方、補強ゴムホースを繰り返し変形させ
た後の耐圧性能の保持率は、ほぼ繊維コードの耐久性に
依存していると言える。ところが、この繊維コードは極
めて細い糸（フィラメント）を撚り合わせた構造である
ので、引張歪みに対してはコードに撚りが固く締結され
る方向に力が作用することになるために耐久性が良好で
ある反面、圧縮歪みに対してはコードに撚りが解かれる
方向に力が作用することになるため耐久性が悪くなる。 図１０は、繊維コードに６％の引張歪みを与えて耐久性
を試験した結果、および３％，６％，１０％，１５％の
各圧縮歪みを与えて耐久性を試験した結果を示す図であ
る。この図１０には、歪みを与えた回数に対する張力保
持率の変化が初期の張力保持率を１００％とした相対単
位で示されており、曲線Ｌ（＋６）は６％の引張歪みを
与えた場合に対応し、曲線Ｌ（−３），Ｌ（−６），Ｌ
（−１０），Ｌ（−１５）はそれぞれ３％，６％，１０
％，１５％の圧縮歪みを与えた場合に対応している。曲
線Ｌ（＋６）と残余の曲線との比較から、繊維コードの
張力保持率は引張歪みを与えても減少しないが、圧縮歪
みを与えた場合には、圧縮歪みが大きいほど小さくなり
、耐久性が劣化することが理解される。なお、図１０は
、「『Ｌａｒｇｅ　Ｂｏｒｅ　Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｈｏ
ｓｅ　ＬｉｆｅｔｉｍｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ』：Ａ．
Ｐ．Ｄ．Ｃｏｘ，Ｄｕｎｌｏｐ　Ｌｔｄ　Ｏｆｆｓｈｏ
ｒｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　
１９８６」から引用したものである。

【０００７】このような圧縮歪みに対する耐久性の悪い
繊維コードを用いた補強ゴムホースでは、曲げ変形の際
の圧縮側の歪みが大きいと、繰り返し変形後の耐圧性能
の保持率が悪くなる。しかし、上記のように従来の補強
ゴムホースでは、引張弾性率が圧縮弾性率よりも大きい
ために、繰り返し変形後の耐圧性能の保持率が悪いとい
う問題が生じていた。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、繰り返し変形後の耐圧性能の保持率を向上
した補強ゴムホースを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】図２は本発明
の補強ゴムホースの全体の構成を一部切り欠いて示す斜
視図であり、図１はその一部の構成を拡大して示す縦断
面図である。この補強ゴムホースは、内面ゴム２１と外
面ゴム２２との間に、繊維コードを含む補強層２３が設
けられているとともに、螺旋状またはリング状の剛性材
料２４が埋設されているものである。剛性材料２４の間
には、ゴム層２５が配置されている。２６は他のゴムホ
ースなどとの接続のための口金である。補強層２３の繊
維コードには、化学繊維コードが適用されてもよく、ま
た天然繊維コードが適用されてもよい。

【００１０】ゴム層２５は、ホース軸方向３０に沿う圧
縮に対して、１０％圧縮時の圧縮力が６．０ｋｇ／ｃｍ
２以上および／または３０％圧縮時の圧縮力が２０．０
ｋｇ／ｃｍ２以上となるように補強物質を混入したゴム
弾性体で構成されている。ここで、圧縮力とは、「ＪＩ
Ｓ　　Ｋ　　６３０１−１９７５　　加硫ゴム物理試験
方法（圧縮試験）」に準じて測定される圧縮力をいう。

【００１１】上記の構成によれば、ゴム層２５には補強
物質が混入されており、この結果ゴム層２５は、ホース
軸方向３０に沿う圧縮に対して、１０％圧縮時の圧縮力
が６．０ｋｇ／ｃｍ２以上および／または３０％圧縮時
の圧縮力が２０．０ｋｇ／ｃｍ２以上となっている（好
ましくは１０％圧縮時の圧縮力が７．０ｋｇ／ｃｍ２以
上であり、かつ３０％圧縮時の圧縮力が２５．０ｋｇ／
ｃｍ２以上）。すなわち、従来では、上記のように、１
０〜３０％圧縮時の圧縮力が５．０〜１６．０ｋｇ／ｃ
ｍ２以下であるような、圧縮時の応力が比較的小さなゴ
ム単体をゴム層に適用していたのに対して、本発明のゴ
ム層２５は、補強物質の混入によって、ホース軸方向３
０に関する圧縮時の応力が大きくなっている。これによ
り、補強ゴムホース全体のホース軸方向３０に関する圧
縮弾性率が向上される。この結果、ホースを屈曲させた
ときの曲率半径内方側における圧縮歪み量が減少するか
ら、繊維コードを含む補強層２３の圧縮歪み量を少なく
して、補強ゴムホースの耐久性を向上することができる
。すなわち、補強ゴムホースを繰り返し曲げ変形させた
後でも、耐圧性能が良好に保持される。

【００１２】なお、ゴム層２５のホース軸方向３０に沿
う圧縮に対する特性が、１０％圧縮時の圧縮力が６．０
ｋｇ／ｃｍ２未満で、かつ３０％圧縮時の圧縮力が２０
．０ｋｇ／ｃｍ２未満であるときには、曲げ変形時の圧
縮歪みが、繊維コードの耐久性を劣化させるほど大きく
なるおそれがある。また、上記補強物質を混入したゴム
層２５は、ホース軸方向３０の引張弾性率がゴム単体の
引張弾性率の１．５倍以下であることが好ましい。

【００１３】たとえば、ゴム層２５に適用するゴム弾性
体として、図３に示すようなゴムマトリックス４１中に
補強物質として機能する繊維コード４２を一定の方向に
配列させたゴム弾性体４０を考える。このようなゴム弾
性体４０では、繊維コード４２に直交する方向に引張力
Ｔを与えた場合、ゴム弾性体４０の引張弾性率Ｅｔ　と
ゴムマトリックス４１の引張弾性率Ｅｍ　とのには、次
の関係があることが知られている（Ａｋａｓａｋａ−Ｈ
ｉｒａｎｏの式；「Ｔ．Ａｋａｓａｋａ　ａｎｄ　Ｈｉ
ｒａｎｏ：Ｆｕｋｕｇｏ　Ｚａｉｒｙｏ，１（２），１
９７２，ＰＰ７０−７６」）。

【００１４】Ｅｔ　＝４／３Ｅｍ　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・・　　（１） このように、繊維コード４２を引張圧縮方向に対して直
交するように配列させて混入したゴム弾性体４０では、
ゴム単体と比較して、圧縮弾性率が増大するとともに引
張弾性率Ｅｔ　も大きくなるが、上記第（１）　式程度
の引張弾性率の増大は圧縮弾性率の増大に比較して充分
小さく、ホースの曲げ変形時の圧縮歪みを低減する観点
からは問題とならないと考えられる。

【００１５】そこで、ゴム層２５のホース軸方向３０の
引張弾性率がゴム単体の引張弾性率の１．５倍程度以下
であるようにしておけば、ゴムホースに曲げ変形を加え
たときに、曲率半径外方側の引張歪みを比較的大きくす
るとともに、曲率半径内方側の圧縮歪みを小さくするこ
とができる。これにより、圧縮歪みを有効に低減して補
強層２３の繊維コードの疲労を抑制できる。

【００１６】同様の理由で、上記補強物質を混入したゴ
ム層２５は、ホース軸方向３０に関して、引張弾性率が
圧縮弾性率よりも小さいものであることが好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、上述の図１および図２を参照して、実
施例により本発明をさらに詳細に説明する。 補強物質としてレーヨンコードを用い、このレーヨンコ
ードをホース軸方向３０に略直交するように配列させて
混入したゴム弾性体を、ゴム層２５に適用した。このレ
ーヨンコードを混入したゴム弾性体は、コードの長手方
向に直交する方向への圧縮に対して、１０％圧縮時の圧
縮力が１０．５ｋｇ／ｃｍ２であり、３０％圧縮時の圧
縮力が３０．５ｋｇ／ｃｍ２であった。なお、補強層２
３の繊維コードにはレーヨンコードを適用した。

【００１８】図４は上記の補強物質としてレーヨンコー
ドを混入したゴム弾性体にレーヨンコードに直交する方
向の圧縮力または引張力を加えた場合における、歪み量
εＬ　と応力σＬ　との関係を示す図である。この図４
において、曲線Ｌ２５はゴム層２５に適用された上記の
ゴム弾性体に対応し、曲線Ｌ２３は補強層２３に対応し
ている。さらに曲線ＬＧはゴム単体に対応している。曲
線ＬＧと曲線Ｌ２５との比較から、レーヨンコードを引
張圧縮方向に対して直交するように配列させて混入した
ゴム弾性体では、ゴム単体に比較して、引張弾性率がさ
ほど大きくならず、圧縮弾性率だけが顕著に増大してい
ることが理解される。また同時に、引張弾性率が圧縮弾
性率よりも小さくなっていることも理解される。このよ
うな効果は、短繊維（たとえば平均長５ｍｍ）を引張圧
縮方向に直交するように配列した場合にも得られること
が、本件発明者らにより確認されている。

【００１９】本件発明者らは、上記の補強ゴムホースを
曲げて、曲率半径内方側（すなわち圧縮側）と、曲率半
径外方側（すなわち引張側）との各歪み量を測定してい
る。図５は測定結果を示す図であり、本実施例における
圧縮側の歪み量のホースの曲率に対する変化が曲線Ｌ（
Ｃ）で示されており、引張側の歪み量のホースの曲率に
対する変化が曲線Ｌ（Ｅ）で示されている。また、この
図５には、圧縮率１０〜５０％での圧縮力が４．７〜３
９．７ｋｇ／ｃｍ２以下のゴム単体を剛性材料の間のゴ
ム層に適用した従来の補強ゴムホースにおける圧縮側お
よび引張側の歪み量がそれぞれ曲線Ｌ（ＣＰ），Ｌ（Ｅ
Ｐ）で示されている。

【００２０】この図５から、本実施例の補強ゴムホース
では、引張側の歪み量が従来の補強ゴムホースよりも増
大している一方で、圧縮側の歪み量が従来よりも格段に
少なくなっていることが理解される。このように、圧縮
側の歪み量が少なくなった結果、レーヨンコードで構成
された補強層２３の圧縮歪みが低減されることになる。 これにより、補強層２３の耐久寿命を長くして、補強ゴ
ムホースを繰り返し曲げ変形させた後にもホースの耐圧
性能を良好に保持することができるようになる。上述の
ように、繊維コードの引張歪みに対する耐久性は良好で
あるから、曲げ変形時の引張歪み量が多少増大すること
は、補強層２３の耐久性に何ら影響を及ぼすものではな
い。

【００２１】図６には、本実施例の補強ゴムホースと従
来の補強ゴムホースとについて、同一条件で曲げ変形に
対する耐久試験を行った後に、水圧破壊試験を行った結
果が示されている。曲げ変形に対する耐久試験は、内径
３０５ｍｍφ、長さ４ｍのホースを、曲率（１／曲げ半
径）５．０×１０−４（１／ｍｍ）まで繰り返し１００
万回曲げるようにして行った。曲げる速さは、１時間当
たり２００回とした。

【００２２】図６に示すように、従来の補強ゴムホース
では、耐久試験前の破壊時の圧力を１．０とすると耐久
試験後の破壊時の圧力が０．７に減少したのに対して、
本実施例のホースでは、耐久試験前の破壊時の圧力を１
．０とすると耐久試験後の破壊時の圧力は０．９であっ
た。この結果から、本実施例の補強ゴムホースでは、繰
り返し曲げ変形を加えた場合でも、耐圧性能が良好に保
持されることが理解される。

【００２３】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではない。たとえば、上記の実施例では、ゴム層２
５に混入される補強物質として、レーヨンコードが適用
されているが、レーヨンコード以外の化学繊維コードや
天然繊維コードが適用されてもよく、また繊維コード以
外にもたとえばスチール、フレークなども補強物質とし
て適用可能である。また、上記の実施例では、繊維コー
ドを補強物質として用いているため、ホース軸３０方向
に関する圧縮時の応力のみが向上されているが、他の方
向に関する圧縮時の応力も同時に向上されてもよい。さ
らに、本発明の補強ゴムホースは、浚渫用のホース、流
体輸送用のホース、高圧エアホースなどに限らず、繰り
返し変形を受けて使用される任意の用途のホースに適用
可能なものである。その他、本発明の要旨を変更しない
範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の補強ゴムホースに
よれば、剛性材料の間に配置されるゴム層はホース軸方
向に関する圧縮に対して大きな応力を有するから、曲げ
変形時の圧縮歪みを抑制することができる。これにより
、繊維コードを含む補強層の圧縮歪みを小さくできるか
ら、繊維コードの疲労を抑制することができ、ひいては
補強ゴムホースの繰り返し変形後の耐圧性能の保持率を
格段に向上することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の補強ゴムホースの基本構成を示す部分
縦断面図である。

【図２】全体の構成を一部切り欠いて示す斜視図である
。

【図３】繊維コードを一定方向に配列させて混入したゴ
ム弾性体の構成を簡略化して示す概念図である。

【図４】繊維コードを混入したゴム弾性体に繊維コード
に直交する方向の圧縮力または引張力を加えた場合にお
ける、歪み量εＬ　と応力σＬ　との関係を示す図であ
る。

【図５】本発明の実施例の補強ゴムホースを曲げ変形さ
せた際の圧縮側歪み量および引張側歪み量の測定結果を
示すグラフである。

【図６】耐久試験後の水圧破壊試験結果を示す図である
。

【図７】繊維コードで補強したゴム弾性体の歪み量に対
する応力の変化を示す図である。

【図８】引張弾性率と圧縮弾性率とが等しい補強ゴムホ
ースを曲げ変形させた際の圧縮側歪み量および引張側歪
み量を簡略化して示す図である。

【図９】従来の補強ゴムホースを曲げ変形させた際の圧
縮側歪み量および引張側歪み量を簡略化して示す図であ
る。

【図１０】繊維コードを含むゴム弾性体に対する引張歪
みまたは圧縮歪みに対する耐久試験結果を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

２１　　内面ゴム ２２　　外面ゴム ２３　　繊維コードを含む補強層 ２４　　剛性材料 ２５　　補強物質を混入したゴム層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面ゴムと外面ゴムとの間に、繊維コード
   を含む補強層が設けられているとともに、螺旋状または
   リング状の剛性材料が埋設されている補強ゴムホースに
   おいて、 上記剛性材料の間に、ホース軸方向の圧縮に対して、１
   ０％圧縮時の圧縮力が６．０ｋｇ／ｃｍ２以上および／
   または３０％圧縮時の圧縮力が２０．０ｋｇ／ｃｍ２以
   上となるように補強物質を混入したゴム層を配置したこ
   とを特徴とする補強ゴムホース。
2. 【請求項２】上記補強物質を混入したゴム層は、ホース
   軸方向の引張弾性率がゴム単体の引張弾性率の１．５倍
   以下であることを特徴とする請求項１記載の補強ゴムホ
   ース。
3. 【請求項３】上記補強物質を混入したゴム層は、ホース
   軸方向に関して、引張弾性率が圧縮弾性率よりも小さい
   ものであることを特徴とする請求項１または２記載の補
   強ゴムホース。