JPS582948Y2 - 屈曲性のある強力な織物補強のゴムホ−ス - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は屈曲性のある強力な織物補強のゴムホースに係
る。

よく知られているように、このようなゴムホースは、現
在の時点において、１００ｒＩｒｒｎ以上の内径を有し
、さらに７００気圧（絶対圧力）までの内圧に対しても
適応できなげればならないという高度の要求に応えなげ
ればならない。

さらに特別な目的に対しては、ゴムホースはさらに３０
０気圧（絶対圧力）の外圧および３００）ンの軸方向に
作用する力に耐えなげればならず、また２０００ｍ−Ｉ
ｃｌｂ（９００ｍ−Ｔ）までのトルクによる負荷をかけ
ても適応性があることを必要とする。

従来のゴムホースはそのような負荷に耐えるには適当で
はないので、環状に織った複数個の重ねた層からなるゴ
ムホースを形成することが提案さ力、ている。

しかしながら、そのようなゴムホースの寿命期間あるい
は耐久性は不十分である。

その理由は編ま力、た織物が、普通、サージングの形で
現われる内圧の作用で互いにこすりあうからである。

別に知られている提案においては、織物の方向が交互に
逆になっているような層を用いることが示唆さ力、てい
る。

しかしながら、そのようなゴムホースでは直径の異なる
層の協同作用を確立させるのが非常に困難である。

さらに、このホースは荷重がかかると比較的大きなねじ
れを示す。

今まで理想的とされてきたねじれ角（ホースの長手軸線
に対して直角の平面と巻き体の接線とがなす角）、３５
度１６分を変えることによってそノヨウナゴムホースの
層の協同作用を改善することが提案されている。

この目的のために、従来は、同一角度の層を対にして用
いるかあるいは関連層間の角度をほんの少しだけ変える
かしていもしかしながら、このような手段で層間の良好
な協同作用を得ることはできなかった。

さらに、加わる力にはかなりの変化があり、測定データ
では５０俤から３００％までの変動を示している。

本考案の主目的は、このような欠点を取除き、屈曲性の
ある強力な索補強ゴムホースを提供することであり、こ
のゴムホースの層は使用状態において望ましい協同作用
を示す。

前述した欠点の原因を追究するために各種の調査を行な
った。

従来からの３５度１６分というねじれ角で巻いた１対の
層を包含するゴムホースを圧力にさらしたところ、該ゴ
ムホースは相当なねじれ変形を示したが長さ変化は微小
であった。

ねじれ変形は２５気圧から５０気圧までといった比較的
に圧力の低い条件においてずでに現わ力１、その後の圧
力増加による変形は無視できた。

ねじれ方向は常に上層が締めいけられる方向であった。

ゴムホースのこのようなふるまいは多分ゴムホースの製
造技術に関連して説明付けることができよう。

ホース製造工程中に、ゴムホース構造に常にいくらかの
ゆるみが残留するため、層間の協同作用がある程度綿め
つげた後にはじめて得られると考えられる。

締めつげは、ねじれ変形によって内層の直径が増加し、
一方針層の直径が減少することから起るのである。

締めつげ量は７６１１ｗｎかも１０１ｍｍの範囲にある
直径を有する完全な構造のゴムホース構造合で約ＯＪｍ
ｍから０−８ｍである。

従って、２重の層を有するゴムホースでは、層間の協同
作用がねじれ変形によって得られるが、このゴムホース
内の荷重は一様ではなく、実験によると荷重量の差は約
５０係であり無視することはできない。

複数個の層を有する高圧力のゴムホースの場合は各種層
間の締めつけがねじれ変形によって常に得られるという
ものではないので困難塵はさらに増大する。

例えば、４層ゴムホースの場合には、各層は互に反対方
向に一定のねじれ角で交互に巻かれるかあるいは同一の
角度で対をなして巻か力。

る。

この場合、内圧が加わると、最下層が外側へのねじれ変
形を示し、その上にある第２層が内側へ変形することに
なろう。

従って、これら２つの層間のすき間は減少するであろう
が、最下層はゴムホースの取付具または継手によって下
から３番目の同じ巻き方向の層につながっているのでこ
の第３層を外側に広げ、その直径を増加させることにな
る。

第２層の直径が減少しているので、協同作用のために必
要な締めつげは第２層と第３層との間では得ることがで
きない。

要約すれば、層にかかる荷重およびこの荷重の下での変
形量における不一致は３つの事由による。

第１に、荷重が加わった時の層の締めつげはたとえ既知
の最善の製造方法を採用しても完全になくすことはでき
ない。

第２に、ねじれ変形が層に均一な荷重が加わるのを妨げ
る。

さらに、このねじれ変形が剪断力を生じさせてホースの
有効寿命をかなり短縮するのである。

第３に、丈夫なゴムホースの補強素層はきわめて伸びの
少ない材料で製造されることがあるということである。

即ち、実質的に全熱伸びのない材料が用いられることを
意味する。

材料が全く伸びないということは、ゴムホースの層間の
荷重差を均一にならすことができないということなので
ある。

従って、ゴムホースの層間に締めつけを生じさせ均一な
層荷重をもたらすための唯一の方法はホースをその長さ
方向に変形できるようにすることである。

しかしながら、このような目的のためには、これらの層
を種々の角度で巻かなげればならない。

こうすることによって、長さ方向の変形が生じた場合に
、ねじれ角の大きい方の層がねじれ角の小さい層よりも
直径の変化が犬ぎくなる。

さらに考えると、ゴムホースの最下層あるいは下方に位
置する層が従来値３５度１０分よりも大きな角度で巻か
れている場合には、このゴムホースは内圧によって変形
して長さ方向に縮み、層が前述の角度値よりも小さな角
度で巻かれている場合には、ゴムホースは長さ方向に伸
びるように変形するであろう。

現在確認しているところでは、長さ変化による締めつげ
、層間荷重の望ましい均一な分布を得るには、縮むタイ
プのゴムホースでは外側の層になるにつれてそのねじれ
角を小さくし、伸びるタイプのゴムホースで” 外側１
ｃ 向って層のねじ力、角を大きくしなげればならない
ということである。

このようにして、ねじれ角の大きい方の層間の角度差が
ねじれ角の小さい方の層間の角度差よりも小さくなるよ
うにする、これが本考案の本質である。

３重層に対するこのような要求は次の関係式を意味する
。

即ち、（Ｄ’、 −Ｄ、 ）−（Ｄ’、−Ｄ、）ｊ 。

ノＴ圭。、；）Ｄ・ −Ｄ、 ） ・川・（１）
Ｊ ｊ ｊ＋Ｉ Ｊ＋１ ここでＤｊ−１・Ｄｊ ・Ｄｊ＋、 ｋＺ最初０直径・
Ｄ’、 、Ｄ’、、Ｄ’ｊ＋１は変形後の直径、ｊ
−１゜Ｊｌ ｊ ｊ 、 ｊ ＋１は半径方向外側へ向かって付けた層の
続き番号である。

関係式（１）がもつと多い層でも満足するためには、４
つ以上の補強素層を有するゴムホースの場合、最初の２
＠の直径変化の差が次の２層の直径変化の差に等しくな
げればならない。

関係式（１）に基づいて計算すると、３重層のねじれ角
の間に次のような関係が成立つ。

Ｄ、 ｔａｎ ｄ、 ＋Ｄ、 ｔａｎ ｄ、＋−
＋ ２１−１ 、＋＋ｔ ｊ−ｈ＝２Ｄ
、ｔａｎα、 ・・・・・・・・・（２
）ｊ ここでｄは素層のねじれ角を表わす。

関係式（２）は関係窓ｌ）から以下のように導き出され
る。

まず、関係窓りにおいて各層の変形後の直径Ｄ′は次の
式（ｌａ）で表わされる。

Ｄ’＝Ｄ（１＋（１−”’） ｔ ａｎα）＝Ｄ（１＋
（１−λ）ｔａｎα） ・−・−・（ｌａ）この
関係式（１ａ）の求め方は以下のようである。

各層の変形後の直径は長さの変化とねじれの関数とし表
わされる。

第３図を参照して、補強層の内部に矩形部分をとりその
部分の変形を考察する。

実線は最初の形状であり、点線は変形後の形状である。

第３図より、ｄＸ＝２・ｄｌ−８ｉｎ（α＋θ） ｄｙ＝２・ｄｌ−ＣｏＳ（α＋θ） が得も力、る。

θは非常に小さな値なので、ｓｉｎθ鴇θ、ｃｏｓθζ
１とみなすことができる。

従って、上記の式は、 ｄ ｘ、 ＝２ Ｑｃ＃ （ｓ ｉｎα”ｃｏｓθ＋ｃ
ｏｓα・ｓｉｎ＆）鞠２ ・ｃ＃ （ｓ ｉｎα−ｆ−
１１・ｃ ｏ ｓα）ｄｙ１＝２ｅｄｌ・（ｃｏｓｄ＠
ｃｏｓθ−５ｉｎα−ｓｉｎθ）鴇２・ｄｌ・（ｃｏｓ
α−θｓｉｎα） となる。

第３図において、Ｘ方向の相対変形をε とし、ｙ方
向の相対変形なε とすると、ｏｘ
ｏｙ従って、次の関係が得
も力、る。

ε ＝−ε °ＣＯｔα −−−−−−
（ａ）ｏｘ ｏｙ 仮に補強層はねじり変形を受けないとすると、の関係が
成り立ち、ここでＬ′は変形後の長さであり、Ｄ′は変
形後の直径である。

従ってこの関係を（ａ）式に挿入すると、 従って（ｂ）式を変形してＤ′を求めると、上記（ＩＡ
）式が得もハ、る。

従ってｊ−層、ｊ’砦、ｊ＋□層の変形後の直径は、（
１ａ）式より、 Ｄ’、 ＝Ｄ、 （１＋（１−λ）ｔａｎα、
）Ｊ−１ｊ−ＩＪＩ Ｄ ’ｊ＝ｐ 、 （１＋（１−λ）ｔａｎα、）Ｊ
Ｊ Ｄ′・ −Ｄ・ （１＋（１−Ｊ ） ｔａｎ ｄｊ＋
、）ｊ＋ｔ Ｊ＋１ となり、こ力２ら各Ｄ’、 、Ｄ’、、Ｄ’
を関ＪＩ Ｊ ｊ＋を 係式（１）に代入すると関係式（２）が求めも力、る。

もつと多い層のねじれ角も同様な方法で計算される。

関係式（２）は一群の重なり合った層のねじれ肉量に完
全な相互依存があることを示している。

しかしながら、もし層間に均一な締めつけおよび荷重分
布を望むならば、さらに別の要求を満たさねばならない
ことがわかっている。

第１に、両極端の角度、即ち、最内層、最外層のねじ力
、角とを、何個の層における変形の差を最も少なくする
ように選択しなければならない。

これら変形そのものは測定によって確認される。

第２に、９０度に近い大きなねじ力、角の層を有するゴ
ムホースは屈曲性が少なく、即ち曲げる場合に比較的大
きな力を要することもまた考慮しなげ力、ばならない。

第３に、ねじれ月差が太きければ大きいほど、層の締め
つけに必要な長さ変化が少ないということである。

このような考えは、少なくとも３重層になったゴムホー
スの場合、最外層と最内層とのねじれ角の差が６度から
８０度の範囲内にあり、しかも中間層のねじれ角を関係
式（２）を満足するように選択しむければならないこと
を示唆している。

従って。直径変化の差が０・１７ｆｔＩｎから０・８ｗ
ｎの締めつけに対して応答できることになろう。

従って、最も範囲の広い云い方をすると、本考案の屈曲
性のある強力す織物補強のゴムホースは、ゴムホースの
中に組み込まれた複数個の耐荷重スチールコード素層を
包含し、各素層は既知の方法でゴムホースの長手軸線の
まわりにらせん状に配置された多数の弾力的で屈曲性の
ある索で形成されており、最内層および最外層が互いに
異なったねじれ角をなして巻かれており、これらのねじ
れ角の差が６度から８０度の量的にあり、３つの隣合っ
た層のねじれ角が前述の関係式（２）を満足する。

添付図面を参照しながら本考案をさらに詳細に説明スる
。

添付図面においては、ホースカバーの構成部分はそれぞ
れの構造物の性質を説明するために順々にはぎとって示
しである。

類似した部分には図面を通じて同一の番号を付けである
。

図を参照して、第１図は４重の素層１０，１２゜１４．
１６を有するゴムホースを示し、各素層は多数の細い高
張力索すなわちスチールコード索で構成され、これらの
高張力索はゴムホースの長手軸線（１−１）のまわりに
らせん状に並べて配置されている。

内側の２つの素層１０，１２、外側の２つの素層１４，
１６においては、それぞれ、らせんの方向が逆になって
いる。

これらの素層１０．１２，１４，１６は例えばゴム製の
被覆層１８．２０および２２によってそれぞれ既知方法
で互いに他と絶縁されている。

非金属製織物でつくられた圧力分配層２６が最も内側の
素層１０の下側にあり、さらにゴム管２８を敗り巻いて
いる。

一方、素層１６は同様に非金属製織物によって取り巻か
れ、さらにこの織物は外部ゴムカバー３２の下側にある
。

本考案によると、関係式（至）は Ｄ ｔａｎα。

＋Ｄ３ｔａｎα−２Ｄ ｔａｎ２α２Ｄ ｔａｎα
十Ｄ ｔａｎ α ＝２．［）ｔａｎα３でなければ
ならない。

ここで、６°゛≦α−α く６００ ４− および α〉α 〉α 〉α １ ２ ３ ４ である。

もしこのゴムホースに等しい半径方向耐荷重能力、軸方
向耐荷重能力を与える等しい破壊抵抗、引張強度を持た
せることを望むならば、ねじれ角はさらに次の関係式を
満足しなげ力、ばならない。

即ち、 ここでα 、α 、・・・・・・、α はねじれ角、ｎ
は補強層の数、ｔは織物補強層における一対の隣接した
巻回索の中心間距離（単位ｃｒｎ）、Ｔは個々の層に加
わる軸方向外力の合計（単位キロポンド）、Ｐは素層内
に表われる力（単位キロポンド）、またＤは素層の平均
直径（単位ｔｙｚｒ ）を示す。

本例の場合は、ｎ＝４、または 織物層の方向はねじれ変形を考慮して選択しなげ力、ば
ならない。

例えば、ここで説明している４重層のゴムホースの場合
、中間層１２．１４は同一方向になっており、一方、最
内外層１０．１６は両方ともその反対方向に向いている
。

もし製造工程の途中で、このようなゴムホースの各寸法
が計算値からはずれると、第１層１０が変形したとき、
ホースの取付具または継手（図示せず）を介して第３層
１４を締めつげるようになる。

従って、第２層１２あるいは第４層１６と第３層１４と
の間に、あたかも第３層が第１層１０と同一方向を向い
ているかのように、わずかながら互に離れる方向の変位
が生じることになる。

このような新しいゴムホース構造ハＡ Ｂ Ｂ−Ａ
型構造と呼ぶことができ、ここでＡはある選ばれた方向
を示し、Ｂはその反対方向を示す。

上に述べたようなねじれ変形に対して良好な応答をする
といった長所に加えて、ある対になった層と別の対にな
った層とが互に逆の巻き方向となっており、各対になっ
た層の平均直径が互に全く同一であるという別の長所を
有している。

図示実施例で言えば、第１、第４の層１０，１６の平均
直径が第２、第３の層１２，１４の平均直径と同じであ
るということである。

両方の平均直径が等しいということは、結果的には、環
状に織ったりあるいは編んだりした層と同じ状況になり
、しかも、索が相互にこすり合って望ましくない弱化作
用なもたらすということもない。

第２図は前出のものとは２点において異った実施例を例
示的に説明する。

相異点の第１は、４重層ではなくて３重強化索層を有し
ていること、第２にこれらの素層のうちの１つである層
３４が円形断面の索の代わりに長方形断面３４ａを持っ
たらせん状索を巻回したものからなっているということ
である。

従って、前記の実施例における素層１０と置き換った素
層３４は、平均直径がＤ 、ねじれ角α□がせいぜい５
度１ｙ・う小さな角であって、他の素層１２，１４の慣
性モーメントの少なくとも５倍の大きな慣性モーメント
を有する。

もし関係式（３）がこのようなゴムホースの各種パラメ
ータによって満足されるならば、このゴムホースは前記
実施例におけると同様に内外圧ニ耐エル他に、例えば、
ゴムホースを３０００？？Ｚ以上の深さのところで使用
しなげればならないような深い穴あけ作業で必要とされ
る過大な長さによる大きな軸方向過剰荷重に対しても充
分に耐えることができる。

同様に、この特殊ならすん構造を持つ最内層３４を用い
れば、大きな軸方向過剰荷重による圧壊作用にも耐える
ことができるということがわかった。

一般的な言い方をすれば、本考案によって作られたゴム
ホースは６度〜８０度の範囲内に入るねじれ角の差を有
することになる。

長さ方向に縮むタイプのゴムホースを作るか、あるいは
長さ方向に伸びるタイ１ブのゴムホースを作るかによっ
てねじれ角の平均値は従来値３５度１６分より１０分だ
け大きくなるかあるいは小さくなる。

大きな高強度のゴムホースを用いる場合のねじれはさら
に減らすことができる。

ねじれは比較的圧力が低い場合に発生することがわかっ
ている。

従って、製造工程においてゴムホースを硬化スる前に内
圧をかげることが提案されている。

そうすレバ、層が硬化される前に長さ変動のために締め
つけら力５、ゴムホースは硬化時にこの状態に固定さ力
１、使用中におけるねじれを事実上無視できる程度まで
滅することができる。

縮むタイプ、伸びるタイプいずれのタイプのゴムホース
でも層内で同様な圧縮が生じ得ることがわかった。

一般的には、縮むタイプのゴムホースの挙動や曲げ特性
の方が有利なので、このようなタイプのゴムホースを使
用する方がよいだろう。

しかしながら、もしこのゴムホースの応力が大きな軸方
向荷重およびトルクを与えるのであるならば、伸びるタ
イプのゴムホースの方が好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本考案によるホース構造物を説明する
透視図を示す。 第３図は、本考案の３つの連続し隣合った層のねじれ角
の関係式を導くための層内部の変形を示す図である。 第１図の符号１０，１２，１４，１６、第２図の符号１
２，１４、第３図の符号１０．１２はいずれも「素層」
を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 屈曲性のある強力な織物補強のゴムホースにおいて、ゴ
   ムホースの中に組み込まれた相互にゴム製の層によって
   離隔されている複数個の耐荷重スチールコード素層を包
   含し、各素層はゴムホースの長手軸線のまわりにらせん
   状に配置された多数の弾力的で屈曲性のある索で形成さ
   れており、最外側の素層と最内側の素層とは両者のねじ
   れ角の差が６度から８０度の範囲内にあるように巻かれ
   ており、３つの連続し隣合った層はねじれ角が次の関係
   式、 Ｄｊ−〇四″ｊ−□＋Ｄｊ＋１に“ｊ＋ｘ＝２Ｄ、ｔａ
   ｎ α。 Ｊ□Ｊ を満足し、ここで、Ｄ、 、Ｄ、、Ｄ、 はそれ
   Ｊ−ＩＪＪ＋１ ぞれ３つの隣合った素層の直径であり、α、 。 α、、α、 はそれぞれの素層のねじれ角す呈り、Ｊ
   ｊ＋！間 ｊは任意の 素層の続き番号であることを特徴とする
   屈曲性のある強力な織物補強のゴムホース。