JP2005282704A - 金属蛇腹管複合ホース - Google Patents

Abstract

【課題】金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を充填している弾性充填材が谷間空間からはみ出して耐久寿命が低下することのない金属蛇腹管複合ホースを提供する。
【解決手段】金属蛇腹管２０を内層に有し且つ金属蛇腹管２０の山部３８と山部３８との間の外周側の谷間空間４２にゴム充填材２２Ａを充填して成る金属蛇腹管複合ホース１０において、金属蛇腹管２０の外側に、ゴム充填材２２Ａを谷間空間４２に閉じ込めて径方向外方へのはみ出しを防止する筒状の硬質の樹脂層２４を蓋層として設けておく。
【選択図】 図２

Description

この発明は自動車の燃料輸送用，冷媒輸送用，燃料電池で使用される水素ガス等の電池燃料の輸送用その他に好適に使用可能な金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として有する金属蛇腹管複合ホースに関する。

自動車の燃料（ガソリン等エンジン用の燃料）輸送用ホース等として、従来、振動吸収性，組付性等の良好な一般的なゴムホース、例えば耐ガソリン透過性の優れるＮＢＲ・ＰＶＣ（アクリロニトリルブタジエンゴムとポリ塩化ビニルとのブレンド）等が用いられて来たが、近年自動車用燃料等の透過規制は地球環境保全の観点から厳しく、今後もその規制の一層の強化が予想される。
従ってかかる燃料輸送用ホースにおいてはより一層の耐透過性が求められる。

また燃料電池で使用される水素ガス等の輸送用ホースや炭酸ガス冷媒の輸送用ホースにあっては、それら水素ガスや炭酸ガス等の輸送流体に対して極めて高い耐透過性が要求される。
こうした要求に対し、ゴムや樹脂等の有機材料のみで構成されたホースでは求められる要求性能を満足することは困難である。

このようなことから、金属蛇腹管を複合化し、これを輸送流体の透過バリア層として有する金属蛇腹管複合ホースが検討されている。
例えば下記特許文献１にこの種の金属蛇腹管複合ホースが開示されている。

ところで金属蛇腹管は蛇腹形状によって、即ち形状的な効果によって可撓性を有するものであり、材料自体は金属であるためゴム等と異なって弾性を有しない。

従ってこのような金属蛇腹管を複合化したホースの場合、流体の輸送に際して内圧が繰返し付加されて、金属蛇腹管が繰返し膨張・収縮変形すると、金属蛇腹管に働く応力によって金属蛇腹管が早期に疲労破断してしまい易い問題を内包する。

具体的には金属蛇腹管が径方向に膨張する際、山部に最大の引張り応力がかかる。
そしてこれの繰返しによって山部が周方向に沿って割れを起し易い。
一方谷部は金属蛇腹管の径方向の膨張・収縮の繰返しに伴って屈曲変形し、そしてその繰返しによって同じく谷部においても周方向に沿って割れを起し易い。

従来提案されているこの種金属蛇腹管複合ホースにあっては、金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間をゴム等の弾性材が埋めており、この谷間空間を埋めた弾性材は結果として金属蛇腹管における山部，谷部の上記した変形を抑制する働きがある。

但し従来の金属蛇腹管複合ホースの場合、上記谷間空間を埋めた弾性材は、蛇腹部の山部，谷部の過度の変形を抑制することを意図して設けたものではない。
そこで本出願人は金属蛇腹管、詳しくは山部，谷部の過度の変形を抑制する意図をもって山部と山部との間の外周側の谷間空間に弾性充填材を設けて成る金属蛇腹管複合ホースを試作し、その評価を行った。
図６はその一例を比較例として示したものである。

同図において２００は金属蛇腹管複合ホース２０２における透過バリア層としての内層の金属蛇腹管で、２０４は内ゴム層、２０６は補強線材を巻いて成る補強層、２０８は外ゴム層である。ここで補強層２０６は補強糸等の補強線材の巻付密度が８０％以下とされている。

内ゴム層２０４の一部は弾性充填材２０４Ａとしての働きを有しており、図６（Ｂ）に示しているようにこの弾性充填材２０４Ａが、金属蛇腹管２００における蛇腹部の山部２１０と山部２１０との間の外周側の谷間空間２１４を埋めている。
尚２１２は蛇腹部における谷部を表している。

このように谷間空間２１４を埋めた弾性充填材２０４Ａは、山部２１０及び谷部２１２の過大な変形を抑制する働きがあり、そしてこれにより、山部２１０に加わる大きな引張り応力、谷部２１２の屈曲変形に基づく金属蛇腹管２００の早期の疲労破断を抑制することができる。

しかしながら山部２１０と山部２１０との間の谷間空間２１４内に弾性充填材２０４Ａが充填されているにも拘わらず、図６の金属蛇腹管複合ホースにあっては、金属蛇腹管２００の耐久性が十分でなく、耐久寿命の点でなお満足のできるものではなかった。

そこで本発明者等がその原因を調べたところ、図６（Ｂ）に示すように谷間空間２１４を埋めていた弾性充填材２０４Ａが、金属蛇腹管２００に加わる内圧等によって谷間空間２１４から径方向外方にはみ出してしまい、その結果、山部２１０及び谷部２１２の変形に対する抑制力が減じて山部２１０及び谷部２１２が大きく変形するようになり、このことが金属蛇腹管２００の疲労破断に繋がっていると判明した。

特開２００１−１８２８７２号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を充填している弾性充填材の谷間空間からのはみ出しに起因して耐久寿命が低下するといったことがなく、良好な耐久寿命を有する金属蛇腹管複合ホースを提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として有し、且つ該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間に弾性充填材を充填して成る金属蛇腹管複合ホースにおいて、前記金属蛇腹管の外側に、前記弾性充填材を前記谷間空間に閉じ込めて径方向外方へのはみ出しを防止する筒状の蓋層を設けたことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記蓋層が硬質の樹脂層であることを特徴とする。

発明の作用・効果

以上のように本発明は、金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間に充填された弾性充填材を、その谷間空間に閉じ込めて径方向外方へのはみ出しを防止する筒状の蓋層を金属蛇腹管の外側に設けたものである。

本発明によれば、金属蛇腹管が径方向に膨張・収縮する際、谷間空間を埋めた弾性充填材がその谷間空間に閉じ込められた状態にあって、径方向外方へのはみ出しを生じず、そのためかかる弾性充填材が本来の働きを十分に発揮し得て、金属蛇腹管変形時における山部，谷部の過大な変形を抑制し、金属蛇腹管の早期の疲労破断を防止する。
従って本発明によれば、従来短寿命であった金属蛇腹管複合ホースを高寿命化することができる。

ここで上記蓋層は硬質の樹脂層となしておくことができる（請求項２）。
但し本発明においてはかかる蓋層を、補強線材を密度９５％の高密度で巻いて成る補強層にて構成するといったことも可能である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２において、１０は金属蛇腹管複合ホース（以下単にホースとする）で、１２はホース本体、１４はホース本体１２の端部に装着された継手金具である。
継手金具１４は、パイプ状のインサート金具１６と、スリーブ状のソケット金具１８とを有しており、そのソケット金具１８が縮径方向にかしめ付けられることによって、それらがホース本体１２の端部に固定されている。

ホース１０は金属蛇腹管２０を最内層に有し、この金属蛇腹管２０の径方向外側に弾性充填材層としてのゴム充填材層２２，蓋層としての硬質の樹脂層２４，第１補強層２６，中間ゴム層２８，第２補強層３０，最外層としての外面ゴム層３２が積層されている。

金属蛇腹管２０は、蛇腹部３４と端部の直管状を成すストレート形状部３６とを有しており、そのストレート形状部３６の内側に上記インサート金具１６が嵌入されている。

最内層の金属蛇腹管２０は、輸送流体に対する透過バリア層としてのもので、蛇腹部３４によって可撓性を備えている。
ゴム充填材層（非発泡材のソリッドゴムの層）２２は、図３に示しているように蛇腹部３４における山部３８と３８との間の外周側の谷間空間４２を埋めるための層であって、実質的にその全体がゴム充填材２２Ａを成しており、蛇腹部３４における山部３８と樹脂層２４との間の肉厚は極めて薄い肉厚とされている。
ここではその肉厚は０．３ｍｍ以下とされている。ゴム充填材層２２は、場合によってこの山部３８と樹脂層２４との間の厚みが零であることが望ましい。

このゴム充填材層２２、より詳しくは山部３８と３８との間の谷間空間４２を埋めているゴム充填材２２Ａは、金属蛇腹管２０への内圧付加による径方向の膨張・収縮変形を抑制する働きをなす。

一方、第１及び第２補強層２６及び３０は耐圧確保のための層であって、ホース１０全体の径方向及び長手方向の変形を抑制する。
また中間ゴム層２８は、第１補強層２６と第２補強層３０との層間のずれを防止する働きをなし、更に最外層の外面ゴム層３２は第２補強層３０を保護する働きをなす。

一方蓋層としての硬質の樹脂層２４は、蛇腹部３４における山部３８と３８との間の外周側の谷間空間４２に充填されたゴム充填材２２Ａを、その谷間空間４２に閉じ込め、金属蛇腹管２０の変形時にそのゴム充填材２２Ａが谷間空間４２から径方向外方にはみ出すのを防止する働きをなす。

尚この実施形態では樹脂層２４の外面に直接第１補強層２６が形成されている。
樹脂層２４と第１補強層２６の間にゴム層を介してもよいが、樹脂層２４外面に第１補強層２６を直接編組することにより、樹脂層２４と第１補強層２６が直接接して第１補強層２６の径変化を抑制する働きを樹脂層２４に有効に作用させることができる。

上記金属蛇腹管２０は、求められる柔軟性，可撓性からその肉厚については０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。
一方で金属管加工の加工性から０．１ｍｍ以上が望ましい。
この金属蛇腹管２０は単層である場合の外、これを多層で構成することも可能である。

またその材質については鉄鋼，アルミニウム又はアルミニウム合金，銅又は銅合金，ニッケル又はニッケル合金，チタニウム又はチタニウム合金等を用いることができ、それらの中から輸送流体に対する耐性や振動・圧力による耐久性，金属管加工性等から適宜選択されるが、特にステンレス鋼を好適に用いることができる。

次に第１補強層２６，第２補強層３０は流体輸送の際に作用する内圧が低い場合等においては省略することも可能であるが、一般的には耐圧性を確保するためにこれら補強層を設けておくことが望ましい。

この実施形態では第１補強層２６，第２補強層３０は補強線材の巻付けの密度が８０％以下とされており、このことによって補強層自体の良好な柔軟性が確保されている。
尚これら第１補強層２６，第２補強層３０の補強線材の材質は有機繊維から成る補強糸その他様々な材質のものを用いることができ、必要に応じて金属ワイヤを用いることもできる。

上記中間ゴム層２８の厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることができるが、第１補強層２６と第２補強層３０との摩耗防止及び一体化の観点から０．１〜０．５ｍｍの厚みとすることが望ましい。またこの中間ゴム層自体も多層構造となしておくことができる。
一方ゴム充填材層２２は上記のようにその厚み（山部３８よりも外側の厚み）を０．３ｍｍ以下とすることが望ましい。
これら中間ゴム層２８及びゴム充填材層２２の材質は隣接層との接着性，柔軟性，使用条件（外部からの液や衝撃）等に対する耐性，加工性等から適宜選択される。

例えばその材質として天然ゴム系，スチレン・ブタジエンゴム系，ブタジエンゴム系，イソプレンゴム系，クロロプレンゴム系，ブチルゴム系，ニトリルゴム系，エチレン・プロピレンゴム系，ハイパロンゴム系，アクリルゴム系，ウレタンゴム系，シリコンゴム系，フッ素ゴム系，ポリスルフィドゴム系，エピクロルヒドリンゴム系，プロピレンオキシドゴム系，アルフィンゴム系等から適宜選択して用いることができる。
また場合によって熱可塑性エラストマー等ゴム以外の弾性材をゴム充填材層２２，中間ゴム層２８に代えて用いることもできる。

次に外面ゴム層３２は使用条件によってこれを省略することも可能であるが、金属蛇腹管２０，第１補強層２６，第２補強層３０等の補強層の保護（外部からの液や衝撃等に対する保護）の観点からこれを設けておくことが望ましい。またその肉厚としては０．２〜２ｍｍ程度が望ましい。
更にその材質については隣接層との接着性，柔軟性，使用条件（外部からの液や衝撃）等に対する耐性，加工性等から適宜選択される。

例えばこの外面ゴム層３２の材質としては、天然ゴム系，スチレン・ブタジエンゴム系，ブタジエンゴム系，イソプレンゴム系，クロロプレンゴム系，ブチルゴム系，ニトリルゴム系，エチレン・プロピレンゴム系，ハイパロンゴム系，アクリルゴム系，ウレタンゴム系，シリコンゴム系，フッ素ゴム系，ポリスルフィドゴム系，エピクロルヒドリンゴム系，プロピレンオキシドゴム系，アルフィンゴム系等から適宜選択して用いることができる。
また場合によって熱可塑性エラストマー等ゴム以外の材質のものを用いることも可能である。

上記蓋層としての硬質の樹脂層２４は、求められる機能上ホース内圧によって発生する応力で変形しない剛性を有すること、またそのための必要な肉厚を有することが望ましい。その意味において肉厚は０．１５ｍｍ以上としておくことが望ましい。
一方その肉厚があまり厚くなるとホース全体の剛性が大きくなって柔軟性が損なわれることから、厚みの上限は０．３０ｍｍとしておくことが望ましい。

またその材質としては、ＰＡ６／ＥＰＤＭのアロイ材，ＰＥ，ＰＰ，ＰＡ６，ＰＡ１１，ＰＡ１２，ＰＥＴ，ＰＢＴ，ＰＢＮ，ＰＶＤＦ，ＥＴＦＥ，ＰＴＦＥ，ＰＰＳ，ＡＢＳ，ＥＶＡ等の樹脂を用いることができる。
何れにせよこの蓋層としての硬質の樹脂層２４は耐変形抵抗性が必要であることから、引張り弾性率が１００ＭＰａ以上としておくことが望ましい。

［実施例］
表１に示す構成の金属蛇腹管複合ホース１０の比較例品，実施例品を図４に示すＵ字状に曲げて以下に示す条件で繰返し加圧試験を行い、耐久性を評価した。
その結果が表１に併せて示してある。

＜繰返し加圧試験＞
曲げＲ（半径）：７０ｍｍ
温 度：１３０℃
圧 力：０⇔２２．５ＭＰａ
周波数：３０ｃｐｍ

表１に示しているように、蓋層としての硬質の樹脂層２４を設けていない比較例品にあっては１００００回未満で疲労寿命に達したが、実施例品の場合には１２００００回まで繰返し加圧試験を行った時点でなお異常を生じていなかった。
ここで加圧試験後の比較例品を調べたところ、谷間空間４２を埋めているゴム充填材２２Ａが谷間空間４２からはみ出しており、蛇腹の山部３８に周方向に沿って割れが生じていた。

以上の結果から明らかなように、硬質の樹脂層２４を設けることによって、金属蛇腹管２０ひいてはホース１０の耐久寿命が飛躍的に高まることが分かる。

図５は本発明の他の実施形態を示している。
この実施形態は、補強線材の巻付密度を９５％以上の高密度となした補強層４４をもって、硬質の樹脂層２４に代る蓋層となした例である。
この補強層４４は、その巻付けの密度を１００％近くまで高めておくことができる。
而してこのような補強層４４を蓋層として設けた場合においても、谷間空間４２を充填しているゴム充填材２２Ａの径方向外方へのはみ出しを良好に防止することが可能であり、従ってこの場合においても、金属蛇腹管２０ひいてはホース１０の耐久寿命を効果的に高めることが可能である。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。

本発明の一実施形態の金属蛇腹管複合ホースを示した図である。 図１の金属蛇腹管複合ホースの要部断面図である。 本発明の作用説明図である。 繰返し加圧試験の際の金属蛇腹管複合ホースの曲げ形状を示す図である。 本発明の他の実施形態の要部断面図である。 金属蛇腹管複合ホースの比較例図である。

符号の説明

１０ 金属蛇腹管複合ホース
２０ 金属蛇腹管
２２ ゴム充填材層
２２Ａ ゴム充填材
２４ 樹脂層
３８ 山部
４２ 谷間空間
４４ 補強層

Claims (2)

1. 金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として有し、且つ該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間に弾性充填材を充填して成る金属蛇腹管複合ホースにおいて、
   前記金属蛇腹管の外側に、前記弾性充填材を前記谷間空間に閉じ込めて径方向外方へのはみ出しを防止する筒状の蓋層を設けたことを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
2. 請求項１において、前記蓋層が硬質の樹脂層であることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。

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