JPH10166027A - 高圧ホース補強用金属線の製造方法および高圧ホース - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なゴム接着性を有し、高強度で、かつ脆
性破壊しにくい金属線を製造できる方法を提供し、さら
にこのような金属線を用いて柔軟性に富み、軽量な高圧
ホースを提供する。 【解決手段】 Ｃ含有率０．９０〜１．１０％、Ｃｒ含
有率０．１〜０．３％の線材の表面に、Ｃｕ含有率６８
〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２〜２８重量％のブラスめ
っき層を４．５〜７．５ｇ／ｋｇの付着量で形成し、ダ
イヤモンドダイスおよびダブルダイスを用いて湿式伸線
加工することにより高圧ホース補強用金属線を製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧作動機械などに
用いられる高圧ホース補強用金属線の製造方法及びこの
金属線を用いた高圧ホースに関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧機器（例えばパワーショベルなど）
で使用される高圧ホースは、機械の大型化やスピードア
ップなどの要求性能に対応して、年々耐圧力負荷の大き
いものの開発が要求されている。こうした高圧ホース
は、例えば図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、管状の
内面層１の外側に、補強層２及び中間層３を複数層被覆
し、更に外面層４を被覆した構造を有している。内面層
１は内側に流体（油、水など）を通すものであり、その
材質としては流体の漏れを防止し流体をスムーズに流す
ように、その流体の性質に適合するゴム又はプラスチッ
クからなる可撓性材料、例えばＮＢＲ系ゴムが選択され
る。補強層２は金属線を網目に編むか、又は金属線をス
パイラル状に巻回することにより形成される。金属線を
スパイラル状に巻回する場合、隣接する補強層２で巻回
方向を互いに逆方向とすることが好ましい。中間層３は
補強層２の層間を充填し、補強層２相互の接触、摩擦を
防止する作用を有する。補強層２及び中間層３の数は目
的に応じて任意でよいが、一般には偶数層とすることが
好ましい。外面層４は補強層２を外部から保護するため
に設けられ、例えばＣＲ系ゴムが用いられる。図１は補
強層を４層のスパイラル構造とした場合を示している。

【０００３】このような高圧ホースは、使用条件に対応
できるように柔軟で耐久性に優れていることが最も重要
であり、しかもこれらの特性を維持しながら軽量化およ
びコンパクト化することが要求されている。このため、
補強層に用いる金属線は、強度が高く、耐久性に優れて
いることが不可欠である。

【０００４】従来、高圧ホースの補強層を構成する金属
線は、Ｃ量０．７〜０．９％の高炭素鋼ワイヤにブラス
（黄銅）めっきを施し、タングステンカーバイド（Ｗ
Ｃ）からなるアプローチ角８〜１２°のダイスを使用し
て伸線加工することにより製造されている。しかし、こ
のような金属線は、以下に示すような問題点を有し、ホ
ースの軽量化、コンパクト化の要求には対応が困難であ
った。

【０００５】まず、ワイヤにブラスめっきを施すのは、
ゴムとの接着性能を付与するためであるが、めっき組成
によっては伸線加工性およびゴム接着性能が悪くなるこ
とがあった。すなわち、低Ｃｕのブラスめっきを施す
と、ワイヤ表面形状が粗く、疲労または腐食の起点にな
ることがある。しかも、低Ｃｕのブラスめっきではゴム
接着性能が悪くなるという問題があった。

【０００６】また、従来の伸線加工方式では、金属線の
強度を高めようとすると内部と表面とで硬度が大きく変
化するため、脆性破壊しやすくなり、高圧ホース用の金
属線としては使用できないという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、良好
なゴム接着性を有し、高強度で、かつ脆性破壊しにくい
金属線を製造できる方法を提供し、さらにこのような金
属線を用いて柔軟性に富み、軽量な高圧ホースを提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の高圧ホース補強
用金属線の製造方法は、Ｃ含有率０．９０〜１．１０
％、Ｃｒ含有率０．１〜０．３％の線材の表面に、Ｃｕ
含有率６８〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２〜２８重量％
のブラスめっき層を４．５〜７．５ｇ／ｋｇの付着量で
形成し、ダイヤモンドダイスおよびダブルダイスを用い
て湿式伸線加工することを特徴とするものである。

【０００９】本発明の高圧ホースは、内面層と、交互に
複数層重ねられた補強層及び中間層と、外面層とを有す
る高圧ホースにおいて、前記補強層が、Ｃ含有率０．９
０〜１．１０％、Ｃｒ含有率０．１〜０．３％の線材の
表面に、Ｃｕ含有率６８〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２
〜２８重量％のブラスめっき層を４．５〜７．５ｇ／ｋ
ｇの付着量で形成し、ダイヤモンドダイスおよびダブル
ダイスを用いて湿式伸線加工した金属線をスパイラル状
に巻くか又は編組したものからなることを特徴とするも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては、Ｃ含有率０．
９０〜１．１０％、Ｃｒ含有率０．１〜０．３％の線材
を使用する。線材のＣ含有率を０．９０〜１．１０％と
規定したのは、この範囲であればワイヤの引張り強度を
向上させることができるためである。線材のＣ含有率が
０．９０％未満では、所定のワイヤ強度が得られない。
Ｃ含有率が１．１０％を超えると、線材が硬くなりすぎ
て伸線加工時に断線が多発し、伸線加工が困難になる。
線材のＣｒ含有率を０．１〜０．３％と規定したのは、
この範囲であればパテンティングにより組織を微細化す
ることができ、強度を向上させることができるためであ
る。線材のＣｒ含有率が０．１％未満では、パテンティ
ングによる組織の微細化効果が少ない。Ｃｒ含有率が
０．３％を超えると、パテンティングしてもＣｒ炭化物
が拡散せずに組織内に残り、靱性の劣化の原因になる。

【００１１】本発明においては、上記のような線材の表
面に、Ｃｕ含有率６８〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２〜
２８重量％のブラス（黄銅）めっき層を４．５〜７．５
ｇ／ｋｇの付着量で形成する。この場合、ブラスめっき
層は拡散めっきにより形成することが好ましい。拡散め
っきを採用すれば、めっき層の内層部までＣｕ含有率を
高くすることができる。このブラスめっき層は、Ｃｕの
組成が高いので、線材の伸線加工性およびゴム接着性を
向上させることができる。

【００１２】Ｃｕ含有率が６８重量％未満の場合（Ｚｎ
含有量が３２重量％を超える場合）には、外面層に使用
するＣＲ系ゴムと金属線とのゴム接着性が３０％以下に
低下してしまい、良好なゴム接着が得られず、使用でき
ない。一方、Ｃｕ含有率が７２重量％を超える場合（Ｚ
ｎ含有量が２８重量％未満の場合）には、Ｃｕ組織がα
−Ｃｕのみになり、内面層に使用するＮＢＲ系ゴムと金
属線とのゴム接着性が３０％以下に低下してしまい、良
好なゴム接着性が得られず、使用できない。また、ブラ
スめっきの製造コストが高くなり、経済的でなくなる。

【００１３】ブラスめっき層の付着量が４．５ｇ／ｋｇ
未満では、内面層に使用するＮＢＲ系ゴムおよび外面層
に使用するＣＲ系ゴムと金属線とのゴム接着性が３０％
以下に低下してしまい、良好なゴム接着性が得られず、
使用できない。一方、ブラスめっき層の付着量が７．５
ｇ／ｋｇを超えると、ブラスめっきの製造コストが高く
なり、経済的でなくなる。

【００１４】本発明においては、ブラスめっきを施した
線材を、ダイヤモンドダイスおよびダブルダイスを用い
て湿式伸線加工する。この湿式伸線加工後の金属線表面
の引張り残留応力を小さくするには、ダイスのアプロー
チ角を適切に規定することも重要である。アプローチ角
は、図２に示すように、ケース１１の内部にニブ１２を
取り付けた構造を有するダイスで、ニブ１２において金
属線を細くしていく部分（アプローチ）の角度であり、
図中αで示される。ここで、ダイヤモンドダイスはダイ
スのニブが焼結ダイヤモンドからなるものであり、最終
引き抜きダイス（ダブルダイス）の上流に数個設けられ
る。アプローチ角は８〜１０°に設定される。また、ダ
ブルダイスは最終引き抜きダイスとして設けられ、２枚
のダイスを直列に並べたものである。アプローチ角は８
〜１０°に設定される。このダブルダイスの出口側ダイ
スでは引き抜き減面率１．２〜３．９％のスキンパスと
する。このような構成により、引き抜きによるワイヤの
発熱を低減し、引き抜き直後のワイヤ温度をシングルダ
イスの場合に比べ２５〜４０℃程度も低くすることがで
きる。スキンパス用ダイスによる減面率を１．２〜３．
９％としたのは、減面率が１．２％未満で加工量が少な
すぎると残留応力の緩和作用が少なく、減面率が３．９
％を超えて加工量が大きすぎても同様に残留応力の緩和
作用が少なくなるためである。

【００１５】本発明の方法では、上述したようにブラス
めっきを施した線材が高強度でかつ伸線性に優れてお
り、しかも所定の条件で線材を湿式伸線加工しているの
で、得られる金属線が以下のような優れた性能を示す。

【００１６】（１）伸線加工後の金属線の表面残留応力
のばらつきを抑えることができ、耐久性が向上する。
（２）伸線加工後の金属線の硬度を８００±２０Ｈｖ以
内という狭い範囲に抑えることができるので、耐久性が
向上する。（３）伸線加工後の金属線の表面には疲労お
よび腐食の起点となる凹凸が少ないので、耐疲労性およ
び耐腐食性が向上する。

【００１７】さらに、このように優れた物性を有する金
属線をスパイラル状に巻くか又は編組して作製した補強
層を有する高圧ホースは、軽量化でき、かつ柔軟性に富
み耐久性にも優れている。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１、２および比較例１〜４ 本発明の方法および従来の方法を用いて製造された金属
線の物性を測定し、これらの金属線を用いて作製された
高圧ホースの性能を調べた。

【００１９】実施例１、２ 表１に示すように、Ｃ含有率１．０２％、Ｃｒ含有率
０．２％、線径３．９０ｍｍの線材の表面に、拡散めっ
きによりＣｕ含有率６８％（Ｚｎ含有率３２％）、めっ
き厚さ０．９μｍ、めっき付着量６ｇ／ｋｇのブラスめ
っきを施した。この線材を、ダイヤモンドダイスおよび
ダブルダイス（アプローチ角：８°または１０°）をセ
ットした湿式伸線機により伸線加工して、線径０．６ｍ
ｍの金属線を得た。

【００２０】比較例１〜４ 表１に示すＣ含有率、Ｃｒ含有率、線径を有する線材の
表面に、拡散めっきによりＣｕ含有率６８％（Ｚｎ含有
率３２％）、めっき厚さ０．９μｍ、めっき付着量６ｇ
／ｋｇのブラスめっきを施した。この線材を、ダイヤモ
ンドダイスおよびダブルダイス（アプローチ角：１２
°）をセットした湿式伸線機、またはタングステンカー
バイド（ＷＣ）からなるダイス（アプローチ角１２°）
をセットした湿式伸線機により伸線加工して、線径０．
６ｍｍの金属線を得た。

【００２１】ここで、伸線加工方法および伸線加工後の
内部応力の発生状況を模式的に図３（Ａ）〜（Ｄ）に示
す。すなわち、図３（Ａ）のようにアプローチ角が８〜
１０°のダイヤモンドダイスおよびダブルダイスを用い
て伸線加工した場合、図３（Ｂ）のように金属線の表面
と中心部とで内部応力にそれほど大きなばらつきは生じ
ない。これに対して、図３（Ｃ）のようにＷＣダイスを
用いて伸線加工した場合、図３（Ｄ）のように金属線の
表面と中心部とで内部応力に大きなばらつきが生じる。

【００２２】これらの金属線について、引張強さ、表面
残留応力、ビッカース硬度分布および表面粗さを測定し
た。これらの物性の測定方法は以下の通りである。引張
強さ：マイクロメーターにより測定したワイヤ径と切断
荷重より、下記の計算式により求めた。

【００２３】引張強さ＝（切断荷重）／｛４×３．１４
１×（ワイヤ径）² ｝ 表面粗さ：金属線を樹脂に埋め込み、金属線の断面方向
に切断した後、ブラスめっき層のみを溶解し、光学顕微
鏡を使用して鉄地表面の凹凸状態を観察し、凹凸の最大
値を表面粗さとした。なお、実施例２および比較例４に
ついては、図４（Ａ）および（Ｂ）にも表面粗さの測定
結果を示す。

【００２４】硬度分布：ビッカース硬度計にて、金属線
の表面部および内部（中心部までの３点）のビッカース
硬度を重り２００ｇ、荷重時間１５秒の条件で求めた。
実施例２および比較例２については、図５にもビッカー
ス硬度分布の測定結果を示す。

【００２５】表面残留応力指数：一般的に、金属線の引
張り残留応力の測定方法としてはＸ線回折法やスプリッ
ト法などが知られている。しかし、ホースに使用される
金属線は線径が細いため、これらの方法では引張り残留
応力を測定することができない。これに対して、本発明
者らは線径の細い金属線でも引張り残留応力を測定する
ことができる方法を考案した。この方法について図６
（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。図６（Ａ）に
示すように、金属線２１の片面に耐酸塗料２２を塗布
し、耐酸塗料２２を乾燥した後、露出部分を酸でエッチ
ングする。図６（Ｂ）に示すように金属線２１は残留応
力に起因して円弧状に湾曲する。残留応力が大きいほ
ど、金属線２１の湾曲が大きくなる。すなわち、残留応
力の大きさは金属線２１の曲率半径Ｒの逆数と相関する
ので、Ｒを測定し、１／Ｒから残留応力の相対値を求め
ることができる。

【００２６】これらの結果を表２に示す。なお、表面残
留応力は比較例４の値を１００とした指数で表示してい
る。また、これらの金属線をＮＢＲ系ゴムおよびＣＲ系
ゴムに埋め込み、ゴム接着性を調べた。

【００２７】次に、それぞれの金属線をスパイラル状に
巻いて、実施例１、２および比較例１〜３の金属線につ
いてはφ３２ｍｍ×４Ｓ構造（ワイヤ平均密度９２
％）、比較例４の金属線についてはφ３２ｍｍ×６Ｓ構
造（ワイヤ平均密度９２％）の高圧ホースを作製し、最
小破壊圧力、耐久性能（インパルス性能）、単位長さ当
りの質量、曲げ力を測定した。これらの性能の測定方法
は以下の通りである。

【００２８】最小破壊圧力：ＪＩＳ Ｋ６３４９（１９
７５）に規定される破壊試験法により、ホースの最小破
壊圧力を測定した。 耐久性能（インパルス性能）：ＳＡＥ Ｊ３４３Ｄに規
定される衝撃圧力試験法に準じて試験を行い、ホース破
壊に至る回数によりインパルス性能を評価した。なお、
取付は１８０ベンド （−８〜−１２）、９０ベンド
（−１６以上）とした。試験油としてＳＡＥ ＃３０相
当油を用い、油温を１２０℃に設定した。常用圧力は各
サンプルの最小破壊圧力の１／４とした。圧力波形は図
７の斜線部で表わされるＳＡＥ矩形波型とした。

【００２９】単位長さ当りの質量：高圧ホースを１ｍの
長さに切断して質量（ｇ）を測定し、ホース質量（ｇ／
ｍ）とした。 曲げ力：高圧ホースを３ｍの長さに切断して一端を固定
し、他端にバネ式はかりを取り付け、高圧ホースを曲げ
半径Ｒ＝３５０ｍｍで曲げるのに要する力Ｐを曲げ力と
した。曲げ力が小さいほど、高圧ホースは柔軟性に優れ
ている。

【００３０】これらの結果を表２に示す。なお、表面残
留応力は比較例４の値を１００とした指数で表示してい
る。なお、破壊圧力および耐久性能は比較例４の値を１
００とした指数で、質量および曲げ力は絶対値と比較例
４の値を１００とした指数とで表示している。

【００３１】表２から明らかなように、実施例１、２の
金属線は、比較例１〜４の金属線と比較して、引張強さ
が高く、ビッカース硬度のばらつきが小さい。このた
め、実施例１、２の金属線を用いて作製された高圧ホー
スは、比較例１〜４のものと比較して、軽量で柔軟性が
高く、耐久性能にも優れている。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】実施例２〜６および比較例４〜８ 本発明の方法および従来の方法で製造された金属線のゴ
ム接着性をさらに詳細に検討した（実施例２および比較
例４は再掲）。

【００３５】表３に示すＣ含有率、Ｃｒ含有率、線径を
有する線材の表面に拡散めっきにより表３の示すブラス
めっきを施した。この線材を表３に示すダイスをセット
した湿式伸線機により伸線加工して線径０．６ｍｍの金
属線を得た。

【００３６】これらの金属線をＣＲ系ゴムまたはＮＢＲ
系ゴムに埋め込み、ゴム接着性を調べた。なお、加硫条
件は１５０℃×３０分とし、ゴム接着性をＡＳＴＭ（Ｄ
１８７１）にしたがって評価した。これらの結果を表４
に示す。

【００３７】表４に示されるように比較例４〜８の金属
線はゴム接着性が不良であり、これらの金属線を用いて
作製される高圧ホースは性能が劣っている。具体的に
は、比較例５はゴム付着率が低く使用できないものであ
り、しかも鉄地表面の凹凸が多いため高圧ホースの耐疲
労性が悪くなる。比較例６はα−Ｃｕの比率が高くＮＢ
Ｒ系ゴムと接着しなくなるうえ、製造コストが高くなる
ため経済的でない。比較例７はゴム付着率が著しく低い
ため使用できない。比較例８は鉄地表面の凹凸が多いた
め耐高圧ホースの耐疲労性が悪くなるうえ、製造コスト
が高くなるため経済的でない。これに対して実施例２〜
６の金属線はゴム接着性が良好である。したがって、こ
れらの金属線を用いて作製される高圧ホースは優れた性
能を示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】上記のように、金属線のゴム接着性に差が
生じる原因は、ブラスめっき層の表面プロファイルに基
づくものであると考えられる。そこで、実施例２および
比較例４の金属線について、ＥＳＣＡ分析器でブラスめ
っき層をスパッタリングし、ブラスめっき層の深さ方向
のＣｕ／Ｚｎの合金比率を測定した。その結果を図９
（Ａ）および（Ｂ）に示す。

【００４１】これらの図に示されるように、実施例２の
金属線におけるブラスめっき層では内部ほどＣｕ含有率
が高くなっているため、ＣＲ系ゴムとのゴム接着性に優
れていると考えられる。一方、比較例４の金属線におけ
るブラスめっき層では内部でＣｕ含有率がそれほど高く
ないため、ＣＲ系ゴムとのゴム接着性に劣っていると考
えられる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、良
好なゴム接着性を有し、高強度で、かつ脆性破壊しにく
い金属線を製造することができ、さらにこのような金属
線を用いて柔軟性に富み、軽量な高圧ホースを提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】高圧ホースを分解して示す側面図および高圧ホ
ースの端面を示す平面図。

【図２】伸線機に用いられるダイスの断面図。

【図３】伸線加工方法および伸線加工後の内部応力の発
生状況を模式的に示す図。

【図４】実施例２および比較例４で得られた金属線の表
面粗さを示す図。

【図５】実施例２および比較例２で得られた金属線のビ
ッカース硬度分布を示す図。

【図６】金属線の引張り残留応力の測定方法を示す図。

【図７】高圧ホースの耐久性能試験において高圧ホース
中の試験油に加える圧力波形を示す図。

【図８】高圧ホースの曲げ力の測定方法を示す図。

【図９】実施例２および比較例４で得られた金属線のブ
ラスめっき層の表面プロファイル分析結果を示す図。

【符号の説明】

１…内面層 ２…補強層 ３…中間層 ４…外面層 １１…ケース １２…ニブ ２１…金属線 ２２…耐酸塗料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ含有率０．９０〜１．１０％、Ｃｒ含
   有率０．１〜０．３％の線材の表面に、Ｃｕ含有率６８
   〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２〜２８重量％のブラスめ
   っき層を４．５〜７．５ｇ／ｋｇの付着量で形成し、ダ
   イヤモンドダイスおよびダブルダイスを用いて湿式伸線
   加工することを特徴とする高圧ホース補強用金属線の製
   造方法。
2. 【請求項２】 内面層と、交互に複数層重ねられた補強
   層及び中間層と、外面層とを有する高圧ホースにおい
   て、前記補強層が、Ｃ含有率０．９０〜１．１０％、Ｃ
   ｒ含有率０．１〜０．３％の線材の表面に、Ｃｕ含有率
   ６８〜７２重量％、Ｚｎ含有率３２〜２８重量％のブラ
   スめっき層を４．５〜７．５ｇ／ｋｇの付着量で形成
   し、ダイヤモンドダイスおよびダブルダイスを用いて湿
   式伸線加工した金属線をスパイラル状に巻くか又は編組
   したものからなることを特徴とする高圧ホース。