WO2018211818A1 - 高圧ホース - Google Patents

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郁真 遊佐
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横浜ゴム株式会社
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    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00—Industrial
    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure hose, and more particularly to a high-pressure hose that can effectively improve pressure resistance performance while suppressing changes in hose dimensions when an internal pressure is applied.
  • the hose length is generally reduced and the outer diameter is increased. If the amount of reduction in the hose length at this time is large, there is a problem that the hose connected to the coupler is easily detached from the coupler.
  • the hydrogen filling hose uses a high-pressure hydrogen gas cooled to minus 40 to minus 33 ° C. as the fluid, and if the hose has a large diameter, cracks are likely to occur on the inner surface layer of the hose. There is a problem that the crack propagation speed is increased and the hose life is shortened.
  • the braid angle of the reinforcing layer embedded in the hose is set to about a static angle (54.7 °), the braid angle hardly changes even when internal pressure is applied to the hose. it can.
  • the braiding angle of each reinforcing layer is set to a stationary angle, the reinforcing layer embedded on the innermost peripheral side excessively bears the internal pressure.
  • the pressure-resistant performance of the hose is lowered without allowing each reinforcing layer to function sufficiently to bear the internal pressure. For this reason, it has been difficult to achieve both suppression of changes in hose dimensions during internal pressure action and improvement in pressure resistance of the hose.
  • An object of the present invention is to provide a high-pressure hose capable of effectively improving pressure resistance performance while suppressing changes in hose dimensions when an internal pressure is applied.
  • the high-pressure hose of the present invention is the high-pressure hose in which three or more reinforcing layers are coaxially laminated between the coaxially laminated inner surface layer and the outer surface layer.
  • the average braid angle obtained by averaging the braid angles of the layers is not less than 53.5 ° and not more than 55.5 °, and the braid angle is set to be larger as it becomes the outer peripheral reinforcement layer, and the reinforcement at the innermost periphery
  • the breaking elongation of the reinforcing wire constituting the layer is 3.0% to 4.0%, the breaking strength is 500 N or more, and the breaking elongation of the reinforcing wire constituting the reinforcing layer other than the innermost circumference is 2.0%. More than less than 3.0%, breaking strength is 500N or more.
  • the number of reinforcing layers is three or more, and the average braiding angle of these reinforcing layers is 53.5 ° or more and 55.5 ° or less, and the braiding angle increases as the outer peripheral reinforcing layer is formed.
  • the braid angle of each reinforcing layer is set to a value close to the stationary angle. Therefore, it is advantageous for suppressing changes in the hose dimensions when internal pressure acts on the hose.
  • the breaking strength of the reinforcing wire constituting each reinforcing layer is set to 500 N or more, and the breaking elongation of the reinforcing wire constituting the innermost reinforcing layer is made smaller than that of the other reinforcing layers, so that the hose can be used.
  • the acting internal pressure can be efficiently transmitted from the innermost reinforcing layer to the outermost reinforcing layer. Therefore, the innermost reinforcing layer does not overload the internal pressure, and each reinforcing layer uniformly loads the internal pressure, so that the pressure resistance performance can be effectively improved.
  • FIG. 1 is a side view illustrating a part of the high-pressure hose of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view illustrating the high-pressure hose of FIG. 1 in a cross-sectional view.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an example of use of the high-pressure hose shown in FIG.
  • FIG. 4 is a graph illustrating the internal pressure of each reinforcing layer in FIG.
  • FIG. 5 is a graph illustrating the internal pressure of each reinforcing layer when the modulus of the reinforcing wire of each reinforcing layer in FIG.
  • FIG. 6 is a side view illustrating another embodiment of the high-pressure hose of the present invention by partially cutting it.
  • FIG. 7 is a side view illustrating still another embodiment of the high-pressure hose of the present invention with a part cut away.
  • the high-pressure hose 1 of the present invention includes an inner surface layer 2, a reinforcement layer 3 (a first reinforcement layer 3a, a second reinforcement layer 3b, and a third reinforcement layer 3c in order from the inner periphery side.
  • the fourth reinforcing layer 3d) and the outer surface layer 5 are coaxially laminated.
  • a one-dot chain line CL in FIG. 1 indicates the hose axis.
  • the fluid flowing through the high pressure hose 1 is in direct contact with the inner peripheral surface of the inner surface layer 2. Therefore, a material suitable for the flowing fluid is used.
  • the inner layer 2 has a gas permeability coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 8 cc ⁇ cm / cm 2 ⁇ sec. -It is formed with a thermoplastic resin of cmHg or less.
  • This gas permeability coefficient is a value measured according to JIS K7126.
  • the thermoplastic resin include nylon (nylon 6, nylon 66, nylon 11, etc.), polyacetal, ethylene vinyl alcohol copolymer, and the like.
  • the inner diameter of the inner surface layer 2 (that is, the inner diameter of the hose 1) is not particularly limited, but is set to 4 mm or more and 12 mm or less, for example.
  • the layer thickness of the inner surface layer 2 is set to, for example, 0.5 mm to 2.0 mm, more preferably 0.5 mm to 1.5 mm. In order to suppress the dimensional change of the inner surface layer 2, it is preferable to increase the layer thickness. On the other hand, in order to ensure the flexibility of the high-pressure hose 1, it is preferable to reduce the thickness of the inner surface layer 2. In order to ensure the durability of the inner surface layer 2 and the flow rate of the hydrogen gas H, the layer thickness of the inner surface layer 2 is preferably 0.5 mm to 1.5 mm and the inner diameter is 5 mm to 10 mm.
  • the outermost surface of the outer surface layer 5 (the outermost surface of the hose 1) is formed of a thermoplastic resin.
  • the outer surface layer 5 can have a single-layer structure made of a thermoplastic resin or a multilayer structure of rubber and a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin forming the outer surface layer 5 include polyurethane and polyester.
  • the rubber include chloroprene acrylo rubber, butyl rubber, ethylene propylene rubber, and chlorosulfonated polyethylene rubber. .
  • the layer thickness of the outer surface layer 5 is set to, for example, 0.2 mm to 1.5 mm, more preferably 0.5 mm to 1.0 mm.
  • the outer diameter of the outer surface layer 5 (that is, the outer diameter of the high-pressure hose 1) is not particularly limited, but is set to, for example, 12 mm or more and 18 mm or less. As the layer thickness of the outer surface layer 5 increases, it is advantageous to ensure the weather resistance of the high-pressure hose 1, and as the layer thickness decreases, it is advantageous to ensure flexibility. In order to achieve both the weather resistance and flexibility of the high-pressure hose 1, it is preferable to set the layer thickness and the outer diameter of the outer surface layer 5 in the above-described ranges.
  • the reinforcing layer 3 may be three or more layers.
  • the reinforcing layer 3 includes four reinforcing layers 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • Each of the reinforcing layers 3a, 3b, 3c, and 3d has a blade structure formed by braiding a plurality of reinforcing wires at a predetermined braiding angle A1, A2, A3, and A4 with respect to the hose axis CL. .
  • the average braid angle obtained by averaging the braid angles A1 to A4 of the respective reinforcing layers 3a to 3d is set to 53.5 ° or more and 55.5 ° or less. Further, these braiding angles are set larger as the outer peripheral reinforcing layer 3 is reached (A1 ⁇ A2 ⁇ A3 ⁇ A4). As a result, the braid angles A1 to A4 of the respective reinforcing layers 3a to 3d are values in the vicinity of the static angle (54.7 °).
  • the difference in the braiding angle between the reinforcing layers 3 stacked adjacent to each other is made small, for example, set to 1 ° or more and 3 ° or less.
  • the braid angle A1 is 48 ° to 53 °
  • the braid angle A2 is 51 ° to 56 °
  • the braid angle A3 is 54 ° to 59 °
  • the braid angle A4 is 55 ° to 60 °. Good.
  • the braiding angles A1, A2, A3, and A4 are 50.5 ° or more and 57 ° or less, respectively.
  • the breaking elongation of the reinforcing wire 4a constituting the innermost reinforcing layer 3a is set to 3.0% to 4.0%, and the breaking strength is set to 500N or more.
  • the reinforcing wires 4b, 4c, and 4d constituting the reinforcing layers 3b, 3c, and 3d other than the innermost periphery have a breaking elongation of 2.0% to less than 3.0% and a breaking strength of 500N or more. That is, the reinforcing wire 4a has a specification that is slightly easier to extend than the other reinforcing wires 4b to 4d.
  • the breaking strength and breaking elongation are values obtained by conducting a test under the test conditions defined in “8.5 Tensile Strength and Elongation Ratio” in JIS L 1017: 2002.
  • the modulus of the reinforcing wire rods 4b to 4d constituting the other reinforcing layers 3b to 3d is set higher than that of the reinforcing wire rod 4a constituting the innermost reinforcing layer 3a.
  • the breaking elongation and breaking strength are set to the same level, or are set larger as the reinforcing wires constituting the reinforcing layer 3 on the outer peripheral side are obtained.
  • the braid density of the reinforcing wires 4a to 4d in the respective reinforcing layers 3a to 3d of the blade structure is 70% or more.
  • the braid density indicates the area ratio of the reinforcing wires 4a to 4d in the respective reinforcing layers 3a to 3d as a percentage, and is 100% when the gap between the braided reinforcing wires is zero.
  • the reinforcement wires 4a, 4b, 4c constituting the innermost reinforcing layer 3a, the second reinforcing layer 3b from the inner peripheral side, and the third reinforcing layer 3c are high-strength fibers.
  • the reinforcing wire 4d constituting the outermost reinforcing layer 3d is a metal wire.
  • High strength fiber is a fiber having a tensile strength of 2 GPa or more.
  • polyparaphenylene benzbisoxazole fibers PBO fibers
  • aramid fibers carbon fibers and the like
  • the wire diameter of the high strength fiber is, for example, not less than 0.25 mm and not more than 3.5 mm.
  • a monofilament can be used for the high-strength fiber, or a twisted cord obtained by twisting a plurality of filaments can be used.
  • piano wires specifically specified by JIS G 3502
  • hard steel wires specifically specified by JIS G 3506
  • hard steel wires specifically specified by JIS G 3521
  • stainless steel wires JIS G 4308
  • copper and copper alloy wires JIS H 3260
  • aluminum and aluminum alloy wires JIS H 4040
  • magnesium alloy wires JIS H 4203 specification
  • titanium and titanium alloy wires specificallyation specified in JIS H 4670
  • the wire diameter of the metal wire is, for example, not less than 0.25 mm and not more than 0.40 mm.
  • the high-pressure hose 1 when the high-pressure hose 1 is installed in a dispenser 8 installed in the hydrogen station, an injector 6 is crimped at one end of the high-pressure hose 1 and a coupler 7 is crimped at the other end. Installed.
  • the high-pressure hose 1 is connected to a dispenser 8 via a coupler 7.
  • Hydrogen gas H is supplied and filled from the dispenser 8 to the vehicle 9 through the high-pressure hose 1 at a low temperature (for example, minus 40 ° or more and minus 20 ° or less) and high pressure (eg, 45 MPa or more and 87.5 MPa or less).
  • the reinforcing layers 3 are three or more layers, and the braiding angles A1 to A4 of the respective reinforcing layers 3 are set to values close to the stationary angle. Therefore, even if a high internal pressure is applied to the high-pressure hose 1, the braiding angles A1 to A4 do not change so much, which is advantageous in suppressing the dimensional change of the high-pressure hose 1. That is, it is advantageous for suppressing the change in the length and the change in the outer diameter of the high-pressure hose 1 when the internal pressure of the hose is applied.
  • the inner surface layer 2 is brittle at a low temperature due to the influence of the hydrogen gas H. According to the above, since the diameter expansion is suppressed, it is very effective for suppressing damage to the inner surface layer 2.
  • the breaking strength of the reinforcing wire 4a to 4d constituting each of the reinforcing layers 3a to 3d is set to 500 N or more, and the breaking elongation of the reinforcing wire 4a constituting the innermost reinforcing layer 3a is increased to the other reinforcing layers 3b. It is larger than the reinforcing wire rods 4b to 4d.
  • the braiding angles A1 to A4 of the respective reinforcing layers 3a to 3d are set to values close to the stationary angle, the innermost reinforcing layer 3a does not overload the internal pressure, The layers 3a to 3d evenly bear the internal pressure. As a result, the internal pressure acting on the high pressure hose 1 is efficiently transmitted from the innermost reinforcing layer 3a to the outermost reinforcing layer 3d, and the pressure resistance performance can be effectively improved.
  • FIG. 4 shows the internal pressures of the reinforcing layers 3a to 3d when the internal pressure of the hose is applied.
  • the vertical axis represents the burden internal pressure of each of the reinforcing layers 3a to 3d, and is displayed as an index obtained by dividing each burden internal pressure by a predetermined reference value. Therefore, FIG. 4 shows the variation of the internal pressure burden of the respective reinforcing layers 3a to 3d at an arbitrary internal pressure of the hose.
  • the load internal pressure of each of the reinforcing layers 3a to 3d averages the load internal pressure of each of the reinforcing layers 3a to 3d until the internal pressure of the hose reaches zero to the breaking pressure P1 of the high pressure hose 1. It falls within the range of ⁇ 5% of the average pressure.
  • the inner pressure applied to the innermost reinforcing layer 3a is significantly larger than the reinforcing layers 3b and 3c, and the inner pressure applied to the outermost reinforcing layer 3d is maximized.
  • the breaking pressure P2 of the high pressure hose illustrated in FIG. 5 is lower than the breaking pressure P1 of the high pressure hose 1 illustrated in FIG. 4, and the pressure resistance performance cannot be improved.
  • the high-pressure hose 1 of the present invention can have a specification in which the reinforcing layer 3 has three layers.
  • the average braid angle obtained by averaging the braid angles of the respective reinforcing layers 3 is set to 53.5 ° or more and 55.5 ° or less as in the previous embodiment, and as the outer peripheral reinforcing layer 3 is obtained.
  • the braiding angle is set large (A1 ⁇ A2 ⁇ A3).
  • the reinforcing wire 3a constituting the innermost reinforcing layer 3a has a breaking elongation of 3.0% to 4.0% and a breaking strength of 500N or more to form the reinforcing layers 3b, 3c other than the innermost periphery.
  • the reinforced elongation of the reinforcing wires 4b and 4c to be made is 2.0% or more and less than 3.0%, and the breaking strength is 500N or more.
  • various specifications described in the previous embodiment can be applied.
  • the reinforcing layers 3 have a blade structure as illustrated in FIGS. 1 and 6, but also all the reinforcing layers 3 are arranged in the hose axis as illustrated in FIG. 7.
  • a spiral structure in which the reinforcing wire rods 4a to 4b are spirally wound around the CL can also be used.
  • the braid density of the reinforcing wires 4a to 4d can be increased as compared with the case where the blade structure is adopted, which is advantageous in improving the pressure resistance.
  • the braid density in each reinforcing layer 3 is 90% or more.
  • various specifications described in the previous embodiment can be applied.
  • the reinforcing layer 3 having a blade structure and the reinforcing layer 3 having a spiral structure can be mixed.
  • the blade structure is adopted for the reinforcing layer 3
  • the bending rigidity of the high-pressure hose 1 is lowered and the flexibility is improved as compared with the case where the spiral structure is adopted.
  • the first reinforcing layer, the second reinforcing layer, the third reinforcing layer, and the fourth reinforcing layer in Table 1 are respectively the first reinforcing layer (the innermost reinforcing layer) arranged from the inner peripheral side, the second The reinforcing layer arranged at the third position, the reinforcing layer arranged at the third position, and the reinforcing layer arranged at the fourth position (the outermost reinforcing layer).
  • This pressure resistance test is to measure the breaking pressure in accordance with the method described in JIS K6330-2.
  • Table 1 shows the breaking pressure, the maximum change rate of the hose length, and the maximum expansion rate of the hose (maximum change rate of the outer diameter) measured in the pressure test.
  • the maximum change rate of the hose length and the maximum expansion rate of the hose are shown as indexes using the comparative example as 100, and the smaller the value, the smaller the change rate.

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Abstract

内圧が作用した際のホース寸法の変化を抑制しつつ、耐圧性能を効果的に向上させることができる高圧ホースを提供する。同軸状の積層された内面層２と外面層５との間に、３層以上の補強層３を同軸状に積層して、それぞれの補強層３の編組角度を平均した平均編組角度を５３．５°以上５５．５°以下に設定し、外周側の補強層３になるに連れて編組角度を大きく設定し、最内周の補強層３ａを構成する補強線材４ａの破断伸びを３．０％以上４．０％以下、破断強力を５００Ｎ以上にして、最内周以外の補強層３ｂ～３ｄを構成する補強線材４ｂ～４ｄの破断伸びを２．０％以上３．０％未満、破断強力を５００Ｎ以上にした。

Description

高圧ホース
　本発明は、高圧ホースに関し、さらに詳しくは、内圧が作用した際のホース寸法変化を抑制しつつ、耐圧性能を効果的に向上させることができる高圧ホースに関するものである。
　近年、燃料電池自動車等の開発が盛んに行なわれている。これに伴って、水素ステーションに設置されたディスペンサから燃料電池自動車等に水素ガスを充填するホースの開発も進められている。燃料電池自動車等の走行距離を長くするには、高圧で水素ガスを燃料タンクに充填する必要があるため、水素充填用ホースには、７０ＭＰａ以上の高い内圧に耐え得る実用性が必要とされている。（特許文献１参照）。
　ホースに内圧が作用すると一般的に、ホース長さが縮小するとともに外径が大きくなる。この時のホース長さの縮小量が大きいと、カプラーに接続されたホースがカプラーから外れ易くなるという問題がある。特に水素充填用ホースはマイナス４０～マイナス３３℃に冷却された高圧の水素ガスが流体として用いられ、この時のホースの拡径量が大きいとホースの内面層にクラックが発生し易く、更にそのクラックの進展速度が速くなりホース寿命が短くなるという問題がある。
　ホースに埋設された補強層の編組角度を静止角度（５４．７°）程度に設定すると、ホースに内圧が作用した際にも編組角度がほとんど変化しないので、ホース寸法の変化を抑制することができる。しかしながら、複数の補強層が埋設されたホースでは、それぞれの補強層の編組角度を静止角度程度に設定すると、最内周側に埋設された補強層が過大に内圧を負担することになる。これに伴い、それぞれの補強層を十分に機能させて内圧を負担できずにホースの耐圧性能が低下する。そのため、内圧作用時のホース寸法の変化の抑制と、ホースの耐圧性能の向上とを両立させることが困難であった。
日本国特開２０１７－３１０５号公報
　本発明の目的は、内圧が作用した際のホース寸法の変化を抑制しつつ、耐圧性能を効果的に向上させることができる高圧ホースを提供することにある。
　上記目的を達成するため本発明の高圧ホースは、同軸状の積層された内面層と外面層との間に、３層以上の補強層が同軸状に積層された高圧ホースにおいて、それぞれの前記補強層の編組角度を平均した平均編組角度が５３．５°以上５５．５°以下であり、外周側の補強層になるに連れて前記編組角度が大きく設定されていて、最内周の前記補強層を構成する補強線材の破断伸びが３．０％以上４．０％以下、破断強力が５００Ｎ以上であり、最内周以外の前記補強層を構成する補強線材の破断伸びが２．０％以上３．０％未満、破断強力が５００Ｎ以上であることを特徴とする。
　本発明によれば、補強層を３層以上にして、これら補強層の平均編組角度が５３．５°以上５５．５°以下であり、外周側の補強層になるに連れて前記編組角度が大きく設定されて、それぞれの補強層の編組角度が静止角度に近い値になっている。それ故、ホースに内圧が作用した際に、ホース寸法の変化を抑制するには有利になっている。
　さらに、それぞれの補強層を構成する補強線材の破断強力を５００Ｎ以上にするとともに、最内周の補強層を構成する補強線材の破断伸びを、その他の補強層よりも小さくすることで、ホースに作用する内圧を最内周の補強層から最外周の補強層まで効率よく伝えることができる。そのため、最内周の補強層が過大に内圧を負担することがなく、それぞれの補強層が満遍なく内圧を負担するので、耐圧性能を効果的に向上させることができる。
図１は本発明の高圧ホースを一部切開して例示する側面図である。 図２は図１の高圧ホースを横断面視で例示する説明図である 図３は図１の高圧ホースの使用例を示す説明図である。 図４は図１のそれぞれの補強層の負担内圧を例示するグラフ図である。 図５は図１のそれぞれの補強層の補強線材のモジュラスを同程度の仕様にした場合のそれぞれの補強層の負担内圧を例示するグラフ図である。 図６は本発明の高圧ホースの別の実施形態を一部切開して例示する側面図である。 図７は本発明の高圧ホースのさらに別の実施形態を一部切開して例示する側面図である。
　以下、本発明の高圧ホースを図に示した実施形態に基づいて説明する。
　図１～図２に例示するように、本発明の高圧ホース１は、内周側から順に、内面層２、補強層３（第１補強層３ａ、第２補強層３ｂ、第３補強層３ｃ、第４補強層３ｄ）、外面層５が同軸状に積層された構造となっている。図１の一点鎖線ＣＬは、ホース軸心を示している。
　内面層２の内周面には高圧ホース１を流れる流体が直接接触する。そのため、流れる流体に適した材質が用いられる。例えば、流れる流体が水素ガスＨの場合には、内面層２は、９０℃における乾燥水素ガスのガス透過係数が１×１０-8ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ．・ｃｍＨｇ以下の熱可塑性樹脂により形成される。このガス透過係数は、ＪＩＳ　Ｋ７１２６に準拠して測定した値である。この熱可塑性樹脂としては、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１等）、ポリアセタール、エチレンビニルアルコール共重合体等を例示することができる。このように水素ガスバリア性が良好な樹脂を内面層２に用いることにより、優れた耐水素ガス透過性を得ることができる。
　内面層２の内径（即ち、ホース１の内径）は特に限定されないが、例えば、４ｍｍ以上１２ｍｍ以下に設定される。内面層２の内径が大きくなる程、流体の流量を増大させるには有利になり、内径が小さくなる程、耐圧性を確保するには有利になる。
　内面層２の層厚は例えば、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定される。内面層２の寸法変化を抑制するには層厚を厚くすることが好ましい。一方、高圧ホース１の柔軟性を確保するには、内面層２の層厚を薄くすることが好ましい。内面層２の耐久性および水素ガスＨの流量を確保するには、内面層２の層厚を０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、内径を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にするとよい。
　外面層５の最外周面（ホース１の最外周面）は熱可塑性樹脂で形成される。外面層５は熱可塑性樹脂から成る単層構造にすることも、ゴムと熱可塑性樹脂との複層構造にすることもできる。外面層５を形成する熱可塑性樹脂としては、ポリウレタン、ポリエステル等を例示することができ、ゴムとしては、クロロプレンアクリロゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム等を例示することができる。
　外面層５の層厚は例えば、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定される。外面層５の外径（即ち、高圧ホース１の外径）は特に限定されないが、例えば、１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下に設定される。外面層５の層厚が大きくなる程、高圧ホース１の耐候性を確保するには有利になり、層厚を小さくする程、柔軟性を確保するには有利になる。高圧ホース１の耐候性と柔軟性を両立させるには、外面層５の層厚および外径を上述した範囲に設定することが好ましい。
　本発明では、補強層３は３層以上であればよいが、この実施形態では４層の補強層３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有している。それぞれの補強層３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、複数本の補強線材をホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で編組して形成されたブレード構造になっている。
　それぞれの補強層３ａ～３ｄの編組角度Ａ１～Ａ４を平均した平均編組角度は５３．５°以上５５．５°以下に設定されている。かつ、これらの編組角度は、外周側の補強層３になるに連れて大きく設定されている（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４）。これにより、それぞれの補強層３ａ～３ｄの編組角度Ａ１～Ａ４は静止角度（５４．７°）の近傍の値になっている。
　隣り合って積層される補強層３での編組角度の差異は小さくして、例えば１°以上３°以下に設定する。具体的に例示すると、編組角度Ａ１は４８°以上５３°以下、編組角度Ａ２は５１°以上５６°以下、編組角度Ａ３は５４°以上５９°以下、編組角度Ａ４は５５°以上６０°以下にするとよい。編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４はそれぞれ、５０．５°以上５７°以下にするとより好ましい。
　また、最内周の補強層３ａを構成する補強線材４ａの破断伸びは３．０％以上４．０％以下、破断強力は５００Ｎ以上に設定されている。最内周以外の補強層３ｂ、３ｃ、３ｄを構成する補強線材４ｂ、４ｃ、４ｄの破断伸びは２．０％以上３．０％未満、破断強力は５００Ｎ以上に設定されている。即ち、補強線材４ａは、他の補強線材４ｂ～４ｄよりも若干伸び易い仕様になっている。この破断強力および破断伸びは、ＪＩＳ　Ｌ　１０１７：２００２における「８．５　引張強さ及び伸び率」で規定されている試験条件で試験を行って得られる値である。
　このようにして、最内周の補強層３ａを構成する補強線材４ａよりも、他の補強層３ｂ～３ｄを構成する補強線材４ｂ～４ｄのモジュラスを高く設定する。補強線材４ｂ～４ｄについては、破断伸びおよび破断強力は同程度、或いは、外周側の補強層３を構成する補強線材になるに連れて大きく設定する。尚、ブレード構造のそれぞれの補強層３ａ～３ｄでの補強線材４ａ～４ｄの編組密度は７０％以上にする。編組密度とは、それぞれの補強層３ａ～３ｄにおける補強線材４ａ～４ｄの面積割合を百分率で示すものであり、編組された補強線材どうしのすき間がゼロの場合は１００％になる。
　この実施形態では、最内周の補強層３ａ、内周側から２番目の補強層３ｂ、３番目の補強層３ｃを構成するそれぞれの補強線材４ａ、４ｂ、４ｃは高強度繊維になっている。最外周の補強層３ｄを構成する補強線材４ｄは金属線材になっている。
　高強度繊維とは、引張り強度が２ＧＰａ以上の繊維である。具体的には、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）、アラミド繊維、炭素繊維等を高強度繊維として例示できる。高強度繊維の線径は例えば０．２５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である。高強度繊維にはモノフィラメントを用いることも、複数のフィラメントを撚り合わせた撚りコードを用いることもできる。
　金属線材としては、ピアノ線（ＪＩＳ　Ｇ　３５０２で規定された仕様）、硬鋼線材（ＪＩＳ　Ｇ　３５０６で規定された仕様）、硬鋼線（ＪＩＳ　Ｇ　３５２１で規定された仕様）、ステンレス鋼線材（ＪＩＳ　Ｇ　４３０８で規定された仕様）、銅及び銅合金の線（ＪＩＳ　Ｈ　３２６０で規定された仕様）、アルミニウム及びアルミニウム合金の線（ＪＩＳ　Ｈ　４０４０で規定された仕様）、マグネシウム合金の線（ＪＩＳ　Ｈ　４２０３で規定された仕様）、チタン及びチタン合金の線（ＪＩＳ　Ｈ　４６７０で規定された仕様）や、これらに伸線処理を施したものを例示できる。金属線材の線径は例えば０．２５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下である。
　図３に例示するように、この高圧ホース１が水素ステーションに設置されるディスペンサ８に装備される場合には、高圧ホース１の一方端には注入器６、他方端にはカプラー７が加締めて取付けられる。そして、高圧ホース１はカプラー７を介してディスペンサ８に接続される。高圧ホース１を通じてディスペンサ８から車両９へ低温（例えばマイナス４０°以上マイナス２０°以下）で高圧（例えば４５ＭＰａ以上８７．５ＭＰａ以下）の水素ガスＨが供給、充填される。
　本発明の高圧ホース１によれば、補強層３を３層以上にして、それぞれの補強層３の編組角度Ａ１～Ａ４が静止角度に近い値に設定されている。そのため、高圧ホース１に高い内圧が作用してもそれぞれの編組角度Ａ１～Ａ４があまり変化しないので、高圧ホース１の寸法変化を抑制するには有利になっている。即ち、ホース内圧が作用した際の高圧ホース１の長さの変化および外径の変化を抑制するには有利になっている。
　したがって、図３に例示するように高圧ホース１を通じて水素ガスＨを車両９に充填する場合に、大きなホース内圧が作用しても、高圧ホース１の長さ変化が抑制される。そのため、カプラー７がディスペンサ８から外れる不具合を防止できる。また、高圧ホース１の拡径が抑制されるので、内圧に起因して内面層２が損傷する不具合を防止するには有利になっている。これに伴い、高圧ホース１の寿命を延ばすには有利になっている。特に、高圧かつ低温の水素ガスＨが流れる水素充填用の高圧ホース１では、水素ガスＨの影響により内面層２が低温脆化しているので拡径すると内面層２が損傷し易いが、本発明によれば拡径が抑制されるので、内面層２の損傷を抑えるには非常に有効である。
　さらに、それぞれの補強層３ａ～３ｄを構成する補強線材４ａ～４ｄの破断強力を５００Ｎ以上にするとともに、最内周の補強層３ａを構成する補強線材４ａの破断伸びを、その他の補強層３ｂ～３ｄの補強線材４ｂ～４ｄよりも大きくしている。これより、それぞれの補強層３ａ～３ｄの編組角度Ａ１～Ａ４が静止角度に近い値に設定されていながらも、最内周の補強層３ａが過大に内圧を負担することがなく、それぞれの補強層３ａ～３ｄが満遍なく内圧を負担する。その結果、高圧ホース１に作用する内圧が最内周の補強層３ａから最外周の補強層３ｄまで効率よく伝わり、耐圧性能を効果的に向上させることが可能になっている。
　シミュレーションにより算出すると、本発明の高圧ホース１では図４に例示するように、ホース内圧が作用した際のそれぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧は概ね同じになっている。図４および後述する図５に記載のグラフでは、縦軸をそれぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧にして、それぞれの負担内圧を所定の基準値で除した指数で表示している。したがって、図４は任意のホース内圧でのそれぞれの補強層３ａ～３ｄの内圧負担のばらつきを示している。本発明の高圧ホース１によれば、ホース内圧がゼロから高圧ホース１の破壊圧Ｐ１に至るまで、それぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧は、それぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧を平均した平均負担内圧の±５％の範囲内に収まる。
　一方、本発明の高圧ホース１に対して、それぞれの補強層３ａ～３ｄを構成する補強線材４ａ～４ｄの破断伸び（モジュラス）を同程度の仕様にした高圧ホースの場合は、図５に例示するように、ホース内圧が作用した際のそれぞれの補強層３の負担内圧は大きく相違する。即ち、この仕様の高圧ホースでは、ホース内圧がゼロから高圧ホース１の破壊圧Ｐ２に至るまで、それぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧は、それぞれの補強層３ａ～３ｄの負担内圧を平均した平均負担内圧の±５％の範囲内に収まることはなく、例えば、±３０％の範囲内に収まる程度であり、ばらつきが大きくなる。詳述すると、最内周の補強層３ａの負担内圧が補強層３ｂ、３ｃよりも大幅に大きくなり、最外周の補強層３ｄの負担内圧が最大になる。
　図５に例示する高圧ホースの仕様では、作用する内圧を最内周の補強層３ａから最外周の補強層３ｄまで効率よく伝えることができない。そのため、図５に例示する高圧ホースの破壊圧Ｐ２は図４に例示する高圧ホース１の破壊圧Ｐ１よりも低下して、耐圧性能を向上させることができない。
　図６に例示するように本発明の高圧ホース１では、補強層３を３層にした仕様にすることもできる。この場合も先の実施形態と同様にそれぞれの補強層３の編組角度を平均した平均編組角度は５３．５°以上５５．５°以下に設定され、外周側の補強層３になるに連れて編組角度は大きく設定される（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３）。また、最内周の補強層３ａを構成する補強線材４ａの破断伸びを３．０％以上４．０％以下、破断強力を５００Ｎ以上にして、最内周以外の補強層３ｂ、３ｃを構成する補強線材４ｂ、４ｃの破断伸びを２．０％以上３．０％未満、破断強力を５００Ｎ以上にする。図６に記載の実施形態においても先の実施形態で説明した様々な仕様を適用することができる。
　本発明の高圧ホース１では、図１、図６に例示するように、すべての補強層３をブレード構造にするだけでなく、図７に例示するように、すべての補強層３をホース軸心ＣＬを中心にして補強線材４ａ～４ｂを螺旋状に巻回して構成したスパイラル構造にすることもできる。補強層３にスパイラル構造を採用した場合は、ブレード構造を採用した場合に比して、補強線材４ａ～４ｄの編組密度を大きくできるので耐圧性能を向上させるには有利になる。スパイラル構造にした場合、それぞれの補強層３での編組密度は９０％以上にする。図７に記載の実施形態においても先の実施形態で説明した様々な仕様を適用することができる。
　本発明の高圧ホース１では、ブレード構造の補強層３とスパイラル構造の補強層３とを混在させることもできる。補強層３にブレード構造を採用した場合は、スパイラル構造を採用した場合に比して高圧ホース１の曲げ剛性が低くなって柔軟性が良好になる。
　図１、図２に例示する構造の高圧ホースにおいて、表１に示すようにブレード構造の補強層の仕様のみを異ならせた２種類の試験サンプル（実施例および比較例）を作成して耐圧試験を行った。表１中の第１補強層、第２補強層、第３補強層、第４補強層とはそれぞれ、内周側から１番目に配置された補強層（最内周の補強層）、２番目に配置された補強層、３番目に配置された補強層、４番目に配置された補強層（最外周の補強層）を意味している。この耐圧試験は、ＪＩＳ　Ｋ６３３０－２に記載の方法に準拠して破壊圧を測定するものである。
　耐圧試験で測定された破壊圧、ホース長さの最大変化率およびホースの最大膨張率（外径最大変化率）を表１に示す。ホース長さの最大変化率およびホースの最大膨張率は比較例を基準の１００として指数で示していて、数値が小さい程、変化率が小さいことを意味している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、実施例は比較例に対して破壊圧が向上するとともに、ホース長さの最大変化率は同等であり、ホースの最大膨張率は小さくなることが分かる。
１　高圧ホース
２　内面層
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）　補強層
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ　補強線材
５　外面層
６　注入器（ホース金具）
７　カプラー（ホース金具）
８　ディスペンサ
９　車両
ＣＬ　ホース軸心
Ｈ　水素ガス

Claims (9)

  1. 　同軸状の積層された内面層と外面層との間に、３層以上の補強層が同軸状に積層された高圧ホースにおいて、
    　それぞれの前記補強層の編組角度を平均した平均編組角度が５３．５°以上５５．５°以下であり、外周側の補強層になるに連れて前記編組角度が大きく設定されていて、最内周の前記補強層を構成する補強線材の破断伸びが３．０％以上４．０％以下、破断強力が５００Ｎ以上であり、最内周以外の前記補強層を構成する補強線材の破断伸びが２．０％以上３．０％未満、破断強力が５００Ｎ以上であることを特徴とする高圧ホース。
  2. 　それぞれの前記補強層の編組角度が５０．５°以上５７°の範囲内に設定されている請求項１に記載の高圧ホース。
  3. 　前記補強層が編組密度を７０％以上にしたブレード構造または編組密度を９０％以上にしたスパイラル構造である請求項１または２に記載の高圧ホース。
  4. 　すべての前記補強層がブレード構造である請求項３に記載の高圧ホース。
  5. 　最外周の補強層を構成する前記補強線材が金属線材であり、最外周以外の補強層を構成する前記補強線材が高強度繊維である請求項１～４のいずれかに記載の高圧ホース。
  6. 　前記高強度繊維がポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維である請求項５に記載の高圧ホース。
  7. 　前記金属線材の線径が０．２５ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下、前記高強度繊維の線径が０．２５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である請求項５または６に記載の高圧ホース。
  8. 　前記内面層の層厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、内径が４ｍｍ以上１２ｍｍ以下である請求項１～７のいずれかに記載の高圧ホース。
  9. 　前記内面層が、９０℃における乾燥水素ガスのガス透過係数が１×１０-8ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ2・ｓｅｃ．・ｃｍＨｇ以下の熱可塑性樹脂から成り、ホースを流れる流体が水素ガスである請求項１～８のいずれかに記載の高圧ホース。
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