JP2018031397A - ホース - Google Patents

Abstract

【課題】ホース金具の加締め部分の近傍領域での補強線材の乱れを抑えてホースの耐圧性低下を防止できるホースを提供する。
【解決手段】同軸状に内面層２、補強層３、外面層５が順に積層されたホース１の補強層３を１層または２層として、補強層３の少なくも１層を、隣り合って積層された補強層３、内面層２または外面層５のいずれかと接着層６を介して接合させて、このホース端部１ａにホース金具７を加締めて取り付けた際に、加締め部分１ｂおよびその近傍領域１ｃでの補強線材４の変位を規制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホースに関し、さらに詳しくは、ホース金具の加締め部分の近傍領域での補強線材の乱れを抑えてホースの耐圧性低下を防止できるホースに関するものである。

ゴムホース等では、補強のために補強線材からなる補強層が埋設されている。補強層は一般的に、鋼線や有機繊維からなる補強線材をホース軸心を中心にして螺旋状に巻回したスパイラル構造、或いは、補強線材を編組したブレード構造になっている。高い耐圧性が要求されるホースでは、多数の補強層が埋設される。燃料電池自動車等に水素ガスを充填するホースでは、７０ＭＰａ以上の高い内圧に耐え得る実用性が必要とされるため、例えばすべての補強線材をポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維を編組して形成することが提案されている（特許文献１、２参照）。

ところで、ホースの端部には、ニップルとソケットからなるホース金具が取り付けられる。ホースの端部はニップルとソケットとの間に挟まれた状態にされて、ソケットの外周面を加圧して縮径変形させることにより加締められる。上記のような水素充填用ホースには高い耐圧性が求められるため、ホース金具の耐抜け性、シール性も相応に向上させる必要があり、これに伴い加締め力が増大する。加締め力が大きくなると、加締めた際にニップルの長手方向への伸び変形量が大きくなる。これに伴って、ホース金具を加締めた加締め部分の近傍領域での補強線材の乱れも大きくなる。

詳述すると、ニップルの伸び変形に伴って、ホースの加締め部分に存在していた補強線材が近傍領域に向かって押しやられる。これにより、近傍領域では補強線材の編組角度が大きくなって局部的に補強線材がだぶついた状態になる。このような状態では、補強層が健全に機能しなくなりホースの耐圧性低下の要因になるため、改善の余地がある。

特開２０１０−３１９９３号公報 特開２０１１−１５８０５４号公報

本発明の目的は、ホース金具の加締め部分の近傍領域での補強線材の乱れを抑えてホースの耐圧性低下を防止できる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ホースは、同軸状に積層された内面層と外面層との間に、補強線材からなる補強層が１層または複数層、同軸状に積層されたホースにおいて、前記補強層の少なくも１層が、隣り合って積層された前記補強層、前記内面層または前記外面層のいずれかと接着層を介して接合されている構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、補強層の少なくも１層が、隣り合って積層された前記補強層、前記内面層または前記外面層のいずれかと接着層を介して接合されているので、この補強層を形成する補強線材が接着層によって隣接する層を形成している部材に固定される。そのため、ホース端部にホース金具を加締めた際にニップルが伸び変形しても、その変形に対抗して補強線材が局部的に乱れることを抑えるには有利になる。これに伴い、ホースの耐圧性低下を防止することが可能になる。

本発明のホースを一部切開して模式的に例示する側面図である。 図１のホースの横断面図である。 図１のホースの端部にソケットを外嵌した状態を例示する縦断面図である。 図３のソケットを加締めてホースの端部にホース金具を取り付けた状態を例示する縦断面図である。 本発明のホースの別の実施形態を一部切開して模式的に例示する側面図である。

以下、本発明の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）、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。さらに、それぞれの層間には接着層６（第１接着層６ａ、第２接着層６ｂ、第３接着層６ｃ、第４接着層６ｄ）が介在している。即ち、内面層２と第１補強層３ａとの間に第１接着層６ａ、第１補強層３ａと第２補強層３ｂとの間に第２接着層６ｂ、第２補強層３ｂと第３補強層３ｃとの間に第３接着層６ｃ、第３補強層３ｃと外面層５との間に第４接着層６ｄが介在している。

ホース１の最内周に配置される内面層２には、ホース１を流れる流体が直接接触する。そのため、内面層２には、流れる流体に応じて適切な材料が選択され、適切な層厚が設定される。内面層２には、例えば各種加硫ゴムや樹脂等が用いられる。

水素ガスが流れる水素充填用のホース１では、内面層２は例えば、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。

水素充填用のホースでは、内面層２の内径（即ち、ホース１の内径）は例えば、４．５ｍｍ以上１２ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上９ｍｍ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、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の耐久性及び耐圧性を確保しつつ、水素ガスの流量を増大させるには、内面層２の層厚を例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、内径を５ｍｍ以上９ｍｍ以下にするとよい。

ホース１の最外周に配置される外面層５には、ホース１に要求される性能や使用環境等に基づいて、適切な材料が選択され、適切な層厚が設定される。例えば外面層５には、耐候性、耐摩耗性、柔軟性等に優れた各種加硫ゴムや樹脂等が用いられる。

水素ガスが流れる水素充填用のホース１では、外面層５は例えば、熱可塑性樹脂により形成される。この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る。外面層５の層厚は例えば、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下に設定される。

水素充填用のホース１では、外面層５の外径（即ち、ホース１の外径）は例えば、１２ｍｍ以上１８ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以上１７ｍｍ以下に設定される。外面層５の層厚が大きくなる程、ホース１の耐候性を確保するには有利になり、外径が小さくなる程、柔軟性を確保するには有利になる。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。

補強層３は、ホース１に要求される耐圧性能、曲げ性能等に基づいて、適切な材料や構造等が選択される。補強層３の積層数も、ホース１に要求される性能に基づいて、単数または複数の適切な数（例えば３層、４層など）に設定される。

この実施形態では３層の補強層３を有していて、それぞれの補強層３は、補強線材４が編組され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、３ｂ、３ｃにおける補強線材４は、ホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３で編組されている。

それぞれの編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３は、外周側に位置する補強層３になる程大きくするとよい。例えば、編組角度Ａ１を４５°以上５５°以下とし、編組角度Ａ２、Ａ３は５０°以上６０°以下にして、外周側に配置される補強層３になる程、大きくする。

補強線材４には、金属や各種樹脂繊維を用いることができる。金属製の補強線材４としては、鋼線、ステンレス鋼線、ピアノ線等を例示できる。樹脂繊維の補強線材４としては、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、炭素繊維等を例示できる。補強線材４の材質は、補強層３によって異ならせることもすべての補強層３で同じにすることもできる。補強線材４の線径は例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。

水素充填用のホース１では、例えば、すべての補強層３の補強線材４をＰＢＯ繊維にする。或いは、最外周の補強層３ｃだけは補強線材４に鋼線を使用して、残りの補強層３ａ、３ｂの補強線材４にはＰＢＯ繊維、アラミド繊維または炭素繊維を使用することもできる。補強線材４にＰＢＯ繊維、アラミド繊維または炭素繊維を使用してその線径を０．２５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下にすると、内圧によるホース１の寸法変化を抑えつつホース１の柔軟性および補強線材４の耐久性を確保し易くなる。

接着層６は、隣り合って積層されたどうしを接合する。接着層６は、各種の接着剤で形成されるが、例えば、溶剤揮発型(酢酸ビニル系など)、湿気硬化型（ウレタン系など）、加熱硬化型（アクリル樹脂系など）または硬化剤混合型（エポキシ樹脂系など）のいずれかの接着剤で形成される。接合する層の材質に基づいて接着層６を形成する適切な接着剤が選択される。例えば、内面層２がポリアミドからなり、第１補強層３ａの補強線材４がアラミド繊維またはＰＢＯ繊維からなる場合は、第１接着層６ａを湿気硬化型の接着剤で形成すると、内面層２と第１補強層３ａとをより強固に接合できる。

接着層６の層厚は、隣接する層どうしを接合できれば特に限定されず、０．１ｍｍ以下でもよい。接着層６の層厚が過大になるとホース１の柔軟性等に悪影響が生じるため、例えば０．２ｍｍ以下にする。

図３、４に例示するように、このホース端部１ａにはニップル７ａとソケット７ｂとで構成されるホース金具７が取り付けられる。ホース金具７を取り付ける際には、図３に例示するようにホース端部１ａにニップル７ａの一部を挿入し、このホース端部１ａにはソケット７ｂを外挿した状態にする。次いで、ソケット７ｂを治具によって外周側から押圧して加締め力を付与することにより加締める。尚、図３、４では、簡略化のためホース１の内部構造を省略して図示していない。

図３、４ではホース１の加締め部分１ｂと加締め部分の近傍領域１ｃが示されている。加締め部分１ｂはニップル７ａとソケット７ｂとによって挟まれて強く拘束される部分である。近傍領域１ｃは加締め部分１ｂに隣接した部分であり、ニップル７ａとソケット７ｂとに挟まれながらも拘束が緩い領域と、これに隣接するホース金具７から若干外れた領域である。

ソケット７ｂを加締めることにより図４に例示するように、加締め部分１ｂがニップル７ａとソケット７ｂとの間で強く挟まれた状態になって、ホース金具７がホース端部１ａに固定される。ニップル７ａにも加締め力が作用するため、ホース金具７を加締めた後では、加締める前に比べてニップル７ａが若干、長手方向に伸び変形する。図４では加締める前のニップル７ａの端面を破線で示している。加締め力が大きくなる程、ニップル７ａの伸び変形量が大きくなる。

従来、隣り合って積層された内面層２、それぞれの補強層３、外面層５の層間には接着層６が介在していなかったので、それぞれの補強層３を形成している補強線材４が比較的変位し易い（動き易い）構造であった。そのため、ホース金具７を加締めた際には、ニップル７ａの伸び変形に伴って加締め部分１ｂに存在していた補強線材４が近傍領域１ｃに向かって過度に移動する傾向があった。

この現象により、近傍領域１ｃでは補強線材４の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３が当初の角度よりも大きくなって局部的に補強線材４がだぶついた状態になり、補強層３が健全に機能しなくなっていた。詳述すると、ホース１に内圧が作用した場合、当初はそれぞれの補強層３の内圧負担率の差が大きくならないように編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３が設定されている。しかし、当初の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３が変化して補強線材４がだぶついた状態では、ホース１に内圧が作用した際に、内圧負担率のばらつきが補強層３の間で大きくなるため、ホース１の耐圧性が低下する要因になっていた。

この実施形態では、補強層３が、隣り合って積層された補強層３、内面層２および外面層５と接着層６を介して接合されている。そのため、それぞれの補強層３を形成する補強線材４が、接着層６によって隣接する層を形成している部材に固定された状態になっている。これに伴い、ホース端部１ａにホース金具７を加締めた際にニップル７ａが伸び変形しても、それぞれの補強層３では補強線材４が近傍領域１ｃに向かって大きく変位することがなく、当初の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３はあまり大きくならずに維持される。即ち、接着層６の存在によって、補強線材４がニップル７ａの伸び変形に対抗することで、近傍領域１ｃでの局部的な乱れが生じ難くなっている。

したがって本発明によれば、近傍領域１ｃでは、従来に比して補強線材４のだぶつき具合が小さくなる、或いは、だぶつきが発生することがなく、ホース１の耐圧性が低下する不具合を効果的に抑制することが可能になっている。本発明では、近傍領域１ｃにおける編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３の変化（増大）具合は、ホース金具７を加締める前に対して加締めた後で３°以内、より好ましくは１°以内に抑えることができる。換言すると、この編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３の変化具合を３°以内、より好ましくは１°以内になるように接着層６の仕様を設定する。

また、接着層６（接着剤）によって補強線材４自体がより硬くなって圧縮され難くなる。これにより、ホース１の耐圧性を向上させるには有利になっている。加えて、接着層６を介在させることにより、ホース１の柔軟性（曲げ性能）は若干悪化するが、層間を接着層６によって接合することで、ホース１がキンクし難くなるという効果も得られる。

水素ガスの充填等に使用する等、ホース１の使用最高圧力が７０ＭＰａ以上である場合には、必然的にホース金具７を加締める際の加締め力も大きくなる。これに伴い、ホース１の近傍領域１ｃでは、補強線材４の乱れが大きくなり易いため、このような高圧で使用されるホース１に本発明を適用すると、より効果的である。

本発明では、補強層３の少なくも１層が、隣り合って積層された補強層３、内面層２または外面層５のいずれかと接着層６を介して接合されていればよい。この実施形態のようにすべての層間に接着層６が介在していると、それぞれの補強層３において、近傍領域１ｃでの補強線材４のだぶつきが小さくなり、当初の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３を維持し易くなるため、ホース１の耐圧性低下を防止するには、より効果的である。

最内周側に位置する第１補強層３ａが、ニップル７ａの伸び変形の影響を最も受け易いので、少なくとも、内面層２と第１補強層３ａとが接着層６を介して接合されている構成にすることもできる。例えば、内面層２と第１補強層３ａとの間だけに接着層６を介在させて、その他の層間には接着層６を介在させない構成にすることもできる。

最外周側に位置する第３補強層３ｃが、加締め変形するソケット７ｂによる影響を最も受け易いので、少なくとも外面層５と第３補強層３ｃとが接着層６を介して接合されている構成にすることもできる。例えば、外面層５と第３補強層３ｃとの間だけに接着層６を介在させて、その他の層間には接着層６を介在させない構成にすることもできる。

図５に例示するように、本発明は、補強層３が補強線材４をホース軸心ＣＬを中心にして螺旋状に巻回したスパイラル構造の仕様であっても適用することができる。この実施形態では、内周側から順に、内面層２、４層の補強層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。さらに、それぞれの層間には接着層６（第１接着層６ａ、第２接着層６ｂ、第３接着層６ｃ、第４接着層６ｄ、第５接着層６ｅ）が介在している。

それぞれの補強層３は、螺旋状に巻回した補強線材４の巻回方向を積層順に交互に異ならせている。それぞれの補強層３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄにおける補強線材４は、ホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で巻回されている。

この実施形態でも、先の実施形態と同様の仕様、変形を施すことができ、同様の効果を得ることができる。

図１に例示したホースと同様の構造のホース（実施例）と、この実施例に対してすべての接着層を省略したことだけを異ならせたホース（従来例）の２種類のサンプルを作製した。それぞれのサンプルのホース端部に同条件でホース金具を取り付けて、最内周側に位置する第１補強層の補強線材（鋼線）の加締め部分および近傍領域での編組角度を、ホース金具の加締め前と加締め後で測定した。ホース金具の加締め率（加締め前後のホースの断面積の比率）は３７％であった。その結果を表１に示す。

また、それぞれのサンプルについて、「ＪＩＳ Ｋ６３３０−２：２０１３のゴム及び樹脂のホース試験方法−第２部：耐圧性試験」に規定された方法に準拠して同試験条件で破壊圧を測定し、その結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例は従来例に比して、ホース金具を加締めた際に、近傍領域での補強線材の乱れが小さく、ホースの耐圧性低下を防止できることが分かる。また、実施例は従来例に比して破壊圧が向上することが分かる。

１ ホース
１ａ ホース端部
１ｂ 加締め部分
１ｃ 近傍領域
２ 内面層
３ 補強層
３ａ 第１補強層
３ｂ 第２補強層
３ｃ 第３補強層
３ｄ 第４補強層
４ 補強線材
５ 外面層
６ 接着層
６ａ 第１接着層
６ｂ 第２接着層
６ｃ 第３接着層
６ｄ 第４接着層
６ｅ 第５接着層
７ ホース金具
７ａ ニップル
７ｂ ソケット
ＣＬ ホース軸心

Claims (7)

1. 同軸状に積層された内面層と外面層との間に、補強線材からなる補強層が１層または複数層、同軸状に積層されたホースにおいて、
   前記補強層の少なくも１層が、隣り合って積層された前記補強層、前記内面層または前記外面層のいずれかと接着層を介して接合されている構成にしたことを特徴とするホース。
2. 前記内面層と、前記内面層に隣り合って積層された前記補強層とが前記接着層を介して接合されている請求項１に記載のホース。
3. 前記外面層と、前記外面層に隣り合って積層された前記補強層とが前記接着層を介して接合されている請求項１または２に記載のホース。
4. 前記内面層、すべての前記補強層、前記外面層の隣り合って積層されたどうしのそれぞれの間に前記接着層が介在している請求項１に記載のホース。
5. 前記接着層が、溶剤揮発型、湿気硬化型、加熱硬化型または硬化剤混合型のいずれかの接着剤からなる請求項１〜４のいずれかに記載のホース。
6. 前記内面層がポリアミドからなり、前記補強線材がアラミド繊維またはポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維からなり、前記接着層が湿気硬化型の接着剤からなる請求項１〜５のいずれかに記載のホース。
7. 使用最高圧力が７０ＭＰａ以上である請求項１〜６のいずれかに記載のホース。

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