JP5798805B2 - 高圧ホース - Google Patents

Description

本発明は、油圧、液圧、空気圧等が作用する配管に採用される高圧ホースに関する。

高圧ホースは、昇圧された種々の液体や気体を圧送するのに便利であるので、種々の産業分野で用いられている。例えば、高圧ホースは油圧ポンプの作動油を作動部分に圧送するための配管として好適に用いることができる。
この種の高圧ホースとしては、内管チュ−ブの表面に金属製ワイヤをスパイラル（螺旋）状に、或いは格子状にして巻き付けてなる金属製ワイヤ補強層を、ワイヤの巻き付けの方向を交互に変更させながら積層して構成した積層補強層を有するものが知られている。このように金属製ワイヤ補強層を複数積層して積層補強層とすることで、より耐久性を向上させた高圧ホースを得ることができる。

ところが、上記のように積層補強層を設けた高圧ホースでは、内管チューブに接する、半径方向で最も内側に位置する金属製ワイヤ補強層（1層目の最内ワイヤ補強層）に対し、最内ワイヤ補強層の半径方向外側に位置する金属製ワイヤ補強層（２層目以降のワイヤ補強層）よりも大きな圧力が作用している。そのため、積層補強層を設けた高圧ホースでは最内ワイヤ補強層が疲労して破壊し易いことが知られている。
ここで、一般にワイヤ補強層を構成する金属製ワイヤには横断面形状が円形である線材が採用されるので、最内ワイヤ補強層を構成するワイヤと、その外側（内側から２層目）のワイヤ補強層を構成するワイヤとは、交差（クロス）する部分において半径方向内外（上下）に互いに点接触する。そのため、高圧ホースには、クロス部分に応力が集中して、この部分を起点として特に最内ワイヤ補強層のワイヤが破壊（破断）し易いという不都合があった。

そこで、上記の不都合に対処するための技術が従来から検討され、例えば特許文献１によるものが提案されている。特許文献１は、内管チューブ上に設ける最内ワイヤ補強層のワイヤの断面積を、他のワイヤ補強層のワイヤの断面積よりも大きく設定してある高圧ホースについて開示する。特許文献１で開示の技術によると、最内ワイヤ補強層のワイヤが他のワイヤより大きな断面積となり剛性が向上するので、大きな圧力を受ける最内ワイヤ補強層の疲労の進行を遅らせてホースの耐久性向上を図ることができる。

特開２００５−３０８１１４号公報

しかしながら、高圧ホースの耐久性能を高めるために、特許文献１で開示するようにワイヤ補強層を構成するワイヤの横断面積を大きく、すなわちワイヤを単に太くすると、ホース全体としての剛性が過度に高くなり柔軟性を損なう場合がある。その結果、耐久性には優れるが取り扱いが困難なホースになることが懸念される。
よって、本発明の目的は、ホースの柔軟性を損なうことなく耐久性能を向上させた高圧ホースを提供することである。

上記目的は、内管チューブの表面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースであって、
前記内管チューブに最も近い内側に配置された第１の金属製ワイヤ補強層の外側に、該第１の金属製ワイヤ補強層に接して第２の金属製ワイヤ補強層が配置されており、
前記第２の金属製ワイヤ補強層を構成する第２のワイヤには、前記第１の金属製ワイヤ補強層を構成する第１のワイヤから押圧力を受ける圧力受け面が形成してあり、
前記第１のワイヤの横断面形状は円形形状である、ことを特徴とする高圧ホースにより達成できる。

そして、前記第２のワイヤは少なくとも前記圧力受け面を有し且つ当該横断面形状が非円形形状とすることが好ましい。
ここで、前記非円形形状は、本発明の目的を達成し得る真円以外の形状であり、非円形形状には、例えば三日月形状、猫目形状、楕円形状、扁平形状、半円形状等が含まれる。そして、前記非円形形状は、楕円形状、扁平形状および半円形状から選択されるいずれかであることが好ましい。

また、前記第１のワイヤの引張強度は前記第２のワイヤの引張強度よりも大きく設定しておくのが望ましい。

そして、前記第２のワイヤの前記圧力受け面へ当接する前記第１のワイヤの当接面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径が、前記圧力受け面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径よりも小さく設定しておくのが望ましい。

本願発明による高圧ホースは、内管チューブ側から大きな応力を受ける最内ワイヤ補強層の第１のワイヤを、その外側に位置する第２のワイヤで補強するようにしている。特に、第２のワイヤには圧力受け面が形成してあり、この圧力受け面に第１のワイヤを食い込ませるように受けることができ、これにより第１のワイヤが受ける応力を分散させて疲労破壊を抑制できる。よって、従来のようにワイヤを太くして剛性を高めずに、第１のワイヤの破断を予防できるので、取り扱い性にも優れた高圧ホースを提供できる。

本願発明に係る高圧ホースの一形態例を示した横断面図である。

以下、本発明にかかる一実施形態を、図を参照して詳細に説明する。
本発明は、内管チューブの外周面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースにおいて、内管チューブに最も近い、積層補強層の半径方向最内側に配置された第１のワイヤ補強層を構成するワイヤ（第１のワイヤ）が疲労し易いという点を克服するため、次のような構造の積層補強層に変更して前述した技術的な課題を解消するように改良したものである。なお、本発明に係る高圧ホースにあっては、金属製ワイヤ補強層の積層数には特に限定はなく、例えば２〜１０層の金属製ワイヤ補強層を積層しても良い。更に、本発明に係る高圧ホースにあっては、金属製ワイヤ補強層を構成するワイヤの巻き付け方に特に限定はなく、ワイヤは、スパイラル（螺旋）状に巻き付けても良いし、ブレード（格子）状に巻き付けても良い。

図１は、本願発明に係る一形態例の高圧ホース１の横断面（ホースの中心軸線に直交する方向の断面）を示す断面図であり、高圧ホース１は例えばＮＢＲをベースとした配合物（コンパウンド）からなる筒状の内管チューブ１１の表面上に、内側から４層の金属製ワイヤ補強層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを順次積層した積層補強層１２を有している。ここで、好ましくは、図１に示す積層補強層１２の外側（半径方向外側）を例えばナイロン（ポリアミド系繊維）製の外皮１３で更に被覆して高圧ホース１とする。

本発明に係る高圧ホース１では、内管チューブ１１の外周面側（積層補強層１２の最内側）に配置された第１の金属製ワイヤ補強層（最内ワイヤ補強層）１２ａの半径方向外側に、この第１の金属製ワイヤ補強層１２ａと接して第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂが配置されている。この第２の金属製ワイヤ補強層１２ｂを構成する第２のワイヤ１２ｂ−ｗには、第１の金属製ワイヤ補強層１２ａを構成する第１のワイヤ１２ａ−ｗから押圧力を受ける圧力受け面１２ｂ−ｆｃが形成してある。これにより、圧送時に、高圧ホース１の横断面視にて、第１のワイヤ１２ａ−ｗと、第２のワイヤ１２ｂ−ｗとが、横断面形状が円形であるワイヤ同士を接触させた場合よりも広い面で面接触する。即ち、例えば圧力４０ＭＰａ以上で液体や気体を圧送する際に、第１のワイヤ１２ａ−ｗが、半径方向外側に位置する第２のワイヤ１２ｂ−ｗの圧力受け面１２ｂ−ｆｃに食い込むようにして広く面接触する。従って、高圧ホース１では、第１のワイヤ１２ａ−ｗが内管チューブ１１から受ける応力を分散させて疲労破断の発生を抑制することができる。
なお、本発明に係る高圧ホース１は、用いるワイヤを太くしてワイヤの剛性を高めて疲労破断を防止するものでなく、第１のワイヤ１２ａ−ｗを外側の第２のワイヤ１２ｂ−ｗに敢えて食い込ませるような構成を採用するので、剛性が高くなり過ぎて取り扱い性を悪化させるような不都合を招来することなしにホースの耐久性を向上できる。

ここで、高圧ホース１では、第１のワイヤ１２ａ−ｗの横断面形状は円形形状とし、また、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの横断面形状は少なくとも圧力受け面１２ｂ−ｆｃを備えた非円形形状とするのが好ましい。非円形形状には、例えば三日月形状、猫目形状、楕円形状、扁平形状、半円形状等が含まれるが、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの横断面形状としては、楕円形状、扁平形状および半円形状から選択されるいずれかの形状が好ましい。横断面形状が楕円形状、扁平形状または半円形状のワイヤは、ワイヤ加工により簡単に得られるからである。

上記のような構成を採用すると、第２層（第２の金属製ワイヤ補強層）を構成する第２のワイヤ１２ｂ−ｗを例えば扁平形状や楕円形状とすることで第１のワイヤ１２ａ−ｗと第２のワイヤ１２ｂ−ｗとが接触する部分を単にクロスする点から面（圧力受け面１２ｂ−ｆｃ）として、第１層（最内ワイヤ補強層）が受ける応力を外側（背後）の第２層にも効率的に分散して、第１のワイヤ１２ａ−ｗの破断を抑制できる。
また、第２のワイヤ１２ｂ−ｗを扁平形状、楕円形状等の非円形形状とすることで、横断面積を増加させてもホース半径方向での厚み増加を抑制できるので、ホース設計の自由度を得ることができる。
そして、従来にあって、第１層（最内ワイヤ補強層）と、その外側に配置される第２層を構成するワイヤは、共に円形形状が一般的であるところ、本願発明では第１のワイヤを円形形状とし、その外側の第２層を構成する第２のワイヤを非円形形状としている。ここで、第１のワイヤを円形形状としたのは、高圧ホースの耐久性能を高める観点からは、最も張力を負担する第１層のワイヤとして、強度・耐疲労性に優れる円形形状のワイヤを用いることが好ましいからである。即ち、高圧ホースの耐久性を高めるためには、均一な加工によって得られるので強度・耐疲労性に優れる円形形状のワイヤを第１層に用いる必要があるからである。

そして、高圧ホース１では、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの圧力受け面１２ｂ−ｆｃへ当接する第１のワイヤ１２ａ−ｗの当接面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径を、圧力受け面１２ｂ−ｆｃのワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径よりも小さくするのが好ましい。これは、本願発明者が、第１のワイヤと第２のワイヤとのクロス部分を精査したところ、第１のワイヤの当接面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径を圧力受け面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径よりも小さくすると、第１のワイヤのクロス部分の圧痕が小さくなり、第１のワイヤの破壊強度が向上していることが確認されたことに基づく。

この条件を満たす場合の具体的な例としては、第１のワイヤ１２ａ−ｗの横断面形状を円形形状、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの横断面形状を楕円形状、扁平形状等の非円形形状とするとするのが好適である。この場合、第２のワイヤ１２ｂ−ｗにおける、第１のワイヤ１２ａ−ｗとの対向面が前述した圧力受け面１２ｂ−ｆｃとなる。
なお、本願明細書で扁平形状と称しているのは、円形形状を上下から押し潰して上下に対向する平行面を備えた形状である。そして、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの横断面形状がこの扁平形状とされた場合、圧力受け面１２ｂ−ｆｃは一方側の平面になり、この場合に平面を規定する曲率半径は無限大（∞）と解釈する。また、横断面形状が円形形状の場合には円の半径が曲率半径となる。

上記第１のワイヤ１２ａ−ｗの当接面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径の最大値をＲ１とし、そして第２のワイヤ１２ｂ−ｗの圧力受け面１２ｂ−ｆｃのワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径の最大値をＲ２としたとき、Ｒ１はＲ２よりも小さくすることが好ましい。そして、Ｒ２−Ｒ１≧０．０２ｍｍとするのが特に好ましい。このような範囲とするのが好ましいのは、第１層（最内ワイヤ補強層）が受ける応力を外側の第２層により特に効率的に分散して、第１のワイヤ１２ａ−ｗの破断を十分に抑制できるからである。
また、第２のワイヤ補強層の厚さを薄くし、製品の重量を大きくせず、且つ柔軟性を保つことができるので、第２のワイヤ補強層を構成する第２のワイヤ１２ｂ−ｗの横断面形状を楕円形状又は扁平形状などの非円形形状とすることは好ましい。
また更に、製品のゲージを薄くし、且つ柔軟性を保つためには、第２のワイヤ補強層より外側に配置される、３層目以降の外層のワイヤの断面積が、１層目のワイヤの断面積より小さいものを採用することが好ましい。

なお、断面形状が楕円のワイヤは、楕円形状のダイスを用いて伸線するなどで得られ、扁平形状のワイヤは、円形のワイヤをロールで圧延するなどの製法により得ることができる。
さらに、本発明に係る高圧ホース１では、第１のワイヤ１２ａ−ｗの引張強度が、第２のワイヤ１２ｂ−ｗの引張強度以上に設定してあるのが望ましい。本願発明では上記ワイヤとして高炭素鋼線を採用するのが好ましく、第１のワイヤ１２ａ−ｗとして好ましくは２８００ＭＰａ以上の引張強度、更に好ましくは３０００ＭＰａ以上の引張強度の高炭素鋼線を用いるのが望ましい。

［実施例］
下記表１に示す条件で本願発明に係る実施例１〜７の高圧ホースを作製した。また、比較のため、条件を変更して、圧力受け面を有さない比較例１、２の高圧ホースを作製した。そして、各ホースの性能を評価した。
具体的には、内管チューブとして、ＮＢＲをベースとした配合物（コンパウンド）からなるチューブ（内径：２５ｍｍ、外径：２８ｍｍ）を準備して、この内管チューブの外表面に表１に示す諸元の４層の金属製ワイヤ補強層からなる積層補強層を設けて高圧ホースとし、ホース性能を評価した。
なお、各金属製ワイヤ補強層を構成するワイヤの材質は高炭素鋼線とし、それぞれの金属製ワイヤ補強層を構成するワイヤの横断面形状は、実施例１〜７については２層目を構成する第２のワイヤだけ非円形形状（扁平、楕円）とし、他は円形形状とした。
因みに、第２のワイヤとして横断面楕円形状のワイヤを用いた実施例３の曲率半径は、圧力受け面における曲率半径の最大値である。

下記表１で、打込み数とは第１の金属製ワイヤ補強層として内管チューブの外表面に配置した第１のワイヤの本数、或いは、第２の金属製ワイヤ補強層として第１の金属製ワイヤ補強層上に配置した第２のワイヤの本数である。
また、ホースの破壊圧（ＭＰａ）は、ＪＩＳ K６３３０−２に準拠して測定した。
更に、第１の金属製ワイヤ補強層と第２の金属製ワイヤ補強層のワイヤ総横断面積（Ｓ１×Ｔ1＋Ｓ2×Ｔ2）は、ホースの曲げ硬さに対応する。そして、ホース破壊圧をワイヤ総断面積で除した、破壊圧／（Ｓ１×Ｔ1＋Ｓ2×Ｔ2）は、作製したホースの耐圧性能対比の柔軟性を示す指針となるものであり、大きいほど耐圧性に比して柔軟性に優れる。
なお、この値が３．９以上を合格とした。

以上で説明したように、本発明によるとワイヤを太くして剛性を高めることなく、第１のワイヤの破断を予防できるので、取り扱い性にも優れた高圧ホースを提供できる。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば油圧配管に適用できることは勿論のこと、種々の液体、気体の圧送に適用できる高圧ホースを提供できる。

１ 高圧ホース
１１ 内管チューブ
１２ 積層補強層
１２ａ 第１の金属製ワイヤ補強層
１２ｂ 第２の金属製ワイヤ補強層
１２ｃ 第３の金属製ワイヤ補強層
１２ｄ 第４の金属製ワイヤ補強層
１２ａ−ｗ 第１のワイヤ
１２ｂ−ｗ 第２のワイヤ
１２ｂ−ｆｃ 圧力受け面
１３ 外皮

Claims (5)

1. 内管チューブの表面に金属製ワイヤ補強層を複数積層してなる積層補強層を設けた高圧ホースであって、
   前記内管チューブに最も近い内側に配置された第１の金属製ワイヤ補強層の外側に、該第１の金属製ワイヤ補強層に接して第２の金属製ワイヤ補強層が配置されており、
   前記第２の金属製ワイヤ補強層を構成する第２のワイヤには、前記第１の金属製ワイヤ補強層を構成する第１のワイヤから押圧力を受ける圧力受け面が形成してあり、
   前記第１のワイヤの横断面形状は円形形状である、ことを特徴とする高圧ホース。
2. 前記第２のワイヤは少なくとも前記圧力受け面を有し且つ当該横断面形状が非円形形状である、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧ホース。
3. 前記非円形形状は、楕円形状、扁平形状および半円形状から選択されるいずれかである、ことを特徴とする請求項２に記載の高圧ホース。
4. 前記第１のワイヤの引張強度は前記第２のワイヤの引張強度よりも大きい、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高圧ホース。
5. 前記第２のワイヤの前記圧力受け面へ当接する前記第１のワイヤの当接面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径が、前記圧力受け面のワイヤ横断面での曲率を規定する曲率半径よりも小さい、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高圧ホース。

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