金属蛇腹管複合ホース
【課題】内圧の繰返し作用に対する耐久性に加えて繰返し屈曲変形に対する耐久性を高めることによって全体として優れた耐久性を有する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と、ゴム充填材層２２と、補強層２４，２５とを有し、実使用時にかかる内圧よりも高い内圧をかけることにより金属蛇腹管２０を塑性変形させ、補強層２４を緊張状態とする予備加圧処理が実使用に先立って施されて使用される金属蛇腹管複合ホース１０を、予備加圧処理の前において金属蛇腹管２０の山部２９の曲率半径を谷部３１の曲率半径に対して小となしておく。
【解決手段】金属蛇腹管２０と、ゴム充填材層２２と、補強層２４，２５とを有し、実使用時にかかる内圧よりも高い内圧をかけることにより金属蛇腹管２０を塑性変形させ、補強層２４を緊張状態とする予備加圧処理が実使用に先立って施されて使用される金属蛇腹管複合ホース１０を、予備加圧処理の前において金属蛇腹管２０の山部２９の曲率半径を谷部３１の曲率半径に対して小となしておく。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
従ってこのような金属蛇腹管複合ホースの場合、実際にこれを使用したときに、金属蛇腹管が繰り返し変形することによって金属蛇腹管が疲労破断し易い問題を内包する。
【０００７】
本発明者等が金属蛇腹管の疲労破断を詳しく調べた結果、内圧の繰返し作用による疲労破断については金属蛇腹管における山部の頂で亀裂発生し、疲労破断し易いのに対し、金属蛇腹管の可撓性に基づく繰返し屈曲変形による疲労破断については谷部の底で亀裂発生、破断し易い事実のあることが判明した。
【０００８】
そこで本発明者等は、内圧の繰返し作用に基づく疲労破断への対策を研究する中で、実使用前（実際に使用する前）に金属蛇腹管複合ホースに対して予備加圧を加えておくことで耐久性を飛躍的に高め得る知見を得、先の特許願（特願２００４−０９５５４２）において提案している。
その内容は以下のようなものである。
【０００９】
図５はその適用対象となる金属蛇腹管複合ホースの一例を示している。
図において２００は金属蛇腹管複合ホース（以下単にホースとする）で、２０２は最内層としての金属蛇腹管である。
２０６は、金属蛇腹管２０２における山部２０４と２０４との間の外周側の谷間空間２０８を埋めるゴム充填材層（弾性充填材層）で、２１０はその外周側の補強層、２１２は最外層としての外面ゴム層（カバーゴム層）である。
【００１０】
ここでゴム充填材層２０６は、金属蛇腹管２０２の谷間空間２０８を埋めて金属蛇腹管２０２の過度の変形を抑制する働きを有する層であり、また補強層２１０は、有機繊維等の補強線材を編組して成る層で、蛇腹金属管２０２に内圧が作用したときにその圧力を受け止めて金属蛇腹管２０２に対し、即ちホース２００に対し耐圧性を付与する層である。
【００１１】
ここで図５（Ａ）はホース製造時の状態を表しており、これに対してこの先願に開示のものでは、かかるホース２００を実際に使用する前において事前に実使用時にかかる圧力よりも高い内圧をかける予備加圧処理を施すものである。
【００１２】
このようにすると、金属蛇腹管２０２への高い内圧（金属蛇腹管２０２を降伏点超えて塑性変形させるような高い圧力）の付加によって、金属蛇腹管２０２の山部２０４が谷部空間２０８を埋めているゴム充填材層２０６を外周側に押し出すようにして膨らみ変形（塑性変形）（図５（Ｂ）参照）し、これによりその外側の補強層２１０、詳しくはその補強線材が緊張状態となって補強線材の緩みや遊びがなくなり、その結果として、実際の使用状態で金属蛇腹管２０２に対して内圧が作用したときに補強層２１０の補強耐圧効果が瞬時に金属蛇腹管２０２に及ぼされるようになって、金属蛇腹管２０２の変形が規制され、このことによって金属蛇腹管２０２の内圧の繰返し作用による疲労破断が抑制され、耐久性が飛躍的に向上せしめられる。
【００１３】
ところでこのようにホース２００に対して実使用前に予備加圧処理を施すと、内圧の繰返し作用に対する耐久性は向上するが、一方で繰返し屈曲に対する耐久性は却って低下してしまう事実のあることがその後の研究の中で判明した。
【００１４】
その原因を追求する中で、このような繰返し屈曲変形に対する耐久性の低下は、予備加圧処理の結果、谷部の形状が当初よりも曲率半径Ｒが小となるように形状変化することによってもたらされるものであることが判明した。
【００１５】
事前の予備加圧処理による内圧の繰返し作用に対する耐久性の向上効果は、上記のように谷部空間２０８を埋めていたゴム充填材層２０６が山部２０４の膨出変形に伴って外周側に押し出され、これにより補強層２１０が当初よりも緊張状態におかれて、当初生じていた補強線材の緩みや弛みが消失し、内圧付加時に直ちに補強層２１０の補強効果が金属蛇腹管２０２に及ぶことにより得られるものであるが、図５（Ｃ）に示しているようにその結果として谷部２１４の曲率半径が小となって、金属蛇腹管２０２が繰返し屈曲変形したときに谷部２１４の底に大きなストレスがかかるようになって、谷部２１４の底で亀裂発生し易くなり、そのことが繰返し屈曲変形に対する耐久性低下がもたらされたものであることが判明した。
【００１６】
金属蛇腹管２０２において、内圧作用により最大の応力が発生するのは山部２０４の頂であり、一方屈曲変形によって最大の応力が発生するのは谷部２１４の底であり、従ってそれら山部２０４の頂，谷部２１４の底の疲労破断を抑制することが、内圧の繰返し作用に対する耐久性向上、繰返し屈曲変形に対する耐久性向上の要点となる。
【００１７】
ここにおいて本発明は、金属蛇腹管複合ホースにおける内圧の繰返し作用に対する耐久性及び繰返し屈曲変形に対する耐久性を共に向上させることを目的としてなされたものである。
尚、金属蛇腹管の耐久性を高めるものについては下記特許文献２，特許文献３に開示のものがある。
【００１８】
ここで特許文献２に開示のものは金属ベローズに内圧を付加し、これを軸方向に延伸させてピッチを拡大せしめ、その際の加工硬化によって耐久性を高めるようにしたもので、必然的に金属蛇腹管の軸長が異なったものとなってしまう。
また特許文献３に開示のものは、金属蛇腹管における蛇腹部の形状を断面Ｕ字状から断面Ｓ字形状となして、その形状効果によって耐久性を高めるようになしたもので、本願発明とは耐久性向上のための手段において相異なっている。
【００１９】
【特許文献１】特開２００１−１８２８７２号公報
【特許文献２】特開昭５７−８６６８８号公報
【特許文献３】特開平１１−１５９６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は以上のような事情を背景とし、内圧の繰返し作用に対する耐久性に加えて、繰返し屈曲変形に対する耐久性を高めることによって全体として優れた耐久性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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
而して請求項１のものは、(イ)輸送流体の透過バリア層としての金属蛇腹管と、(ロ)該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を埋める弾性充填材層と、(ハ)該弾性充填材層より外周側の補強線材を編組して成る補強層とを有し、実際の使用に先立って、該実際の使用時にかかる内圧よりも高い内圧を負荷することにより前記金属蛇腹管を塑性変形させ、前記補強層を緊張状態とする予備加圧処理が施されて使用される金属蛇腹管複合ホースであって、前記予備加圧処理の前において、前記金属蛇腹管が、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して小となる形状となしてあることを特徴とする。
【００２２】
請求項２のものは、請求項１において、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して２／３以下となしてあることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２３】
以上のように本発明は、予備加圧処理の前の金属蛇腹管の形状を、山部の曲率半径が谷部の曲率半径に対して小となる形状となしておくものである。
即ち、従来配管用として用いられている金属蛇腹管は、製造時における形状が山部，谷部何れも同形状のものであり、これに対して本発明では製造時における形状、詳しくは予備加圧処理の前の形状を、山部の曲率半径が谷部の曲率半径に対して小となるようになしたもので、このようにしておけば、後において金属蛇腹管複合ホースに対し予備加圧処理を施して山部を膨出変形させたとき、山部の曲率半径と谷部の曲率半径とが近いものとなり、即ち山部の形状と谷部の形状が同形状に近いものとなり、従って内圧の繰返し作用に対する耐久性と併せて、繰返し屈曲変形に対する耐久性も効果的に高めることができる。
【００２４】
また製造時において金属蛇腹管の山部に対し谷部の曲率半径が大きくなることによって、谷部空間への弾性充填材層の挿入性が向上して谷部空間の隅々まで確実に弾性充填材層を充填できるようになり、製品の品質がより向上ないし安定化する効果も得られる。
尚本発明において山部，谷部の形状は厳密な円弧形状をなす場合の他、実質的に円弧形状と言えるものも含むものである。
【００２５】
本発明では、山部の曲率半径を谷部の曲率半径に対し２／３以下となしておくことが望ましく、特に１／３以下となしておくことができる（請求項２）。
このような形状としておくことで、後に予備加圧処理によって金属蛇腹管の山部を塑性変形させるような大きな圧力を加えたとき、山部の曲率半径と谷部の曲率半径とをより近くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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は本発明の一実施形態の金属蛇腹管複合ホースを表している。但し図１は後の予備加圧処理前の状態で表している。
図１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。
【００２７】
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の外周側に弾性充填材層としてのゴム充填材層２２が、更に外周側に第１補強層２４，中間ゴム層２７，第２補強層２５，最外層としての外面ゴム層（カバーゴム層）２６が順に積層されている。
【００２８】
金属蛇腹管２０は、図１（ロ）に示しているように蛇腹部２８と端部の直管状を成すストレート形状部３０とを有しており、そのストレート形状部３０の内側に上記インサート金具１６が嵌入されている。
この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２８によって可撓性を備えている。
【００２９】
ゴム充填材層（非発泡材のソリッドゴムの層）２２は、図２に示しているように蛇腹部２８における隣接した山部２９と２９との間の外周側の谷間空間３２を埋めて、蛇腹部２８への内圧の作用時に山部２９の膨出変形を抑制する層である。
本実施形態において、このゴム充填材層２２は山部２９の頂に到るまで谷間空間３２を完全充填する状態で、またその山部２９の頂と補強層２４との間の厚みが０．５ｍｍ以下の厚みとなる状態で設けられている。
【００３０】
一方第１及び第２補強層２４及び２５は耐圧確保のための層で、それらの間の中間ゴム層２７は第１補強層２４と第２補強層２５との層間のずれ及び摩耗を防止し且つこれらを一体化する働きをなし、また最外層の外面ゴム層２６は第２補強層２５を保護する働きをなす。
【００３１】
尚本実施形態において、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・圧力に対する耐久性，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。
【００３２】
尚第１及び第２補強層２４，２５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ができる。
またこの実施形態では弾性充填材層がゴム充填材層２２とされているが、場合によってこれを他の材質例えば熱可塑性エラストマー等ゴム以外の弾性材を用いることも可能である。
【００３３】
図２に詳しく示しているように、本実施形態では後の予備加圧処理の前において金属蛇腹管２０、詳しくは蛇腹部２８の形状が次のような形状、即ち谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対して山部２９の曲率半径（Ｒ２０）が小さい形状とされている。
尚図２（Ｂ）において、ＯＤは蛇腹部２８の外径を、ＩＤは内径を、Ｐｉはピッチを、ｔは肉厚を表している。
【００３４】
図３は図１及び図２に示したホースに対し、実際の使用に先立って予備加圧処理を加えた後の状態を表している。
ここで予備加圧処理は、ホース１０を実際に使用した時に輸送流体から加わる内圧よりも高い圧力、詳しくは金属蛇腹管２０における山部２９を降伏点を超えて塑性変形させるような高い圧力を加えて山部２９を膨出変形させ、これにより谷間空間３２を埋めているゴム充填材層２２に対し外側（径方向外側）への押出力を加えて第１補強層２４を予め緊張状態とするもの、即ち当初第１補強層２４に生じていた緩みや遊びをなくして第１補強層２４を緊張状態とする処理で、この予備加圧処理により、ホース１０は第１補強層２４が十分な緊張状態を保持した状態で実際の使用に供されることとなる。
尚このとき、山部２９は図３に示しているように第１補強層２４側に山高さが高くなり、そしてその際に排除された山部２９と第１補強層２４との間のゴム充填材層２２が一部山高さの高くなった隣接する山部２９と２９との間に入り込んで来る。
【００３５】
而してこのような予備加圧処理を施しておくことで、ホース１０の実使用時に金属蛇腹管２０に対して内圧が加わると、内圧が直ちに第１補強層２４に伝わって、加わった圧力が第１補強層２４によって受けられ、その第１補強層２４の補強効果によって実際の使用時における金属蛇腹管２０の変形が規制される。
【００３６】
本実施形態では、上記のような予備加圧処理を加える前の金属蛇腹管２０の形状が、谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対して山部２９の曲率半径（Ｒ２０）が小さいものとされている結果、後の予備加圧処理による山部２９の膨出変形によって図３（Ｂ）に示しているように山部２９の曲率半径（Ｒ２）が谷部３１の曲率半径（Ｒ１）に近いものとなる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、予備加圧処理により山部２９の形状と谷部３１の形状とが同形状に近いものとなり、従ってこのことによって内圧の繰返し作用に対する耐久性と併せて、繰返し屈曲変形に対する耐久性も効果的に高めることができる。
【００３８】
また製造時において金属蛇腹管２０における山部２９の曲率半径（Ｒ２０）に対し谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）が大きいため、谷部空間３２へのゴム充填材層２２の挿入性が向上し、製品の品質がより向上ないし安定化する。
【００３９】
本実施形態では、山部２９の曲率半径（Ｒ２０）を谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対し２／３以下となしておくことが望ましく、特に１／３以下となしておくのが良い。
このような形状としておくことで、後に予備加圧処理に際して金属蛇腹管２０の山部２９を塑性変形させるような大きな圧力を加えたとき、山部２９の曲率半径（Ｒ２）と谷部３１の曲率半径（Ｒ１）とをより近くすることができる。
【実施例】
【００４０】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
１．ホースの製造
[比較例ホース]
ＳＵＳ３０４材を用いて金属蛇腹管２０を製造した。ここで金属蛇腹管２０は以下のような形状、即ち外径（ＯＤ）９．７ｍｍ，内径（ＩＤ）４．５ｍｍ，板厚（ｔ）０．２３ｍｍ，ピッチ（Ｐｉ）２．０ｍｍとした。
尚予備加圧前の初期の山部２９及び谷部３１の曲率半径はそれぞれ同じであって０．５ｍｍとした。
【００４１】
次にその上にゴム材（ＥＰＤＭ使用）を押し出してゴム充填材層２２を成形し、その上に補強糸としてアラミド糸を用いて第１及び第２補強層２４，２５をブレード編組し、補強層２４，２５を形成した。その際第１補強層２４と第２補強層２５との間に中間ゴム層２７を形成した。
ここで補強層２４，２５の耐圧設計は約８０ＭＰａとした。
次に外面ゴム層２６を押出成形して、第２補強層２５を被覆した。
その後１５０℃×３０分の条件で加硫処理し、ホース本体１２を形成した。
【００４２】
しかる後ホース本体１２の両端部に継手金具１４を装着した。このとき耐圧８０ＭＰａを上回る設計にて継手金具１４を装着しホース本体１２にアッセンブリした。
この後において昇圧速度１０ＭＰａ／分で内圧を導いて６０ＭＰａまで加圧し、その後はゆっくりと減圧した。
その予備加圧処理後の蛇腹部２８の形状は、予備加圧処理前には山部Ｒ（曲率半径：以下同じ）：谷部Ｒ＝０．５：０．５（ｍｍ）＝１：１であったものが、６０ＭＰａの予備加圧処理後には山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．７５：０．２５（ｍｍ）＝３：１となり、山部Ｒが大きく谷部Ｒが小さくなった。
【００４３】
[実施例１ホース]
上記比較例と同様にして実施例１ホースを製造した。
但し予備加圧処理前の蛇腹部２８における山部Ｒ，谷部Ｒはそれぞれ０．４ｍｍ，０．６ｍｍとした。
この実施例１ホースにあっては、その後の予備加圧処理によって山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．６：０．４（ｍｍ）＝３：２となり、山部Ｒが谷部Ｒに対して若干大きなものとなった。
【００４４】
[実施例２ホース]
上記と同様にして実施例２ホースを製造した。
但しこの実施例２ホースでは、予備加圧処理前の初期の山部Ｒ，谷部Ｒをそれぞれ０．２５ｍｍ，０．７５ｍｍとした。その結果これら山部Ｒ，谷部Ｒはそれぞれ予備加圧処理後において山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．５：０．５（ｍｍ）＝１：１となり、山部Ｒと谷部Ｒは同等となった。
【００４５】
２．耐久性評価
耐久性評価としては、自動車における組付け後の振動耐久性を考慮して図４に示すような曲げ−振動複合試験機を用いた。
同図において３４は取付台で、互いに直角を成す水平部３６と垂直部３８とを有している。
垂直部３８の上端部には回転盤４０が回転軸４２周りに回転可能に設けてある。
ここでは継手金具１４を除いた自由長ｌ＝３００ｍｍのホース１０を曲げ半径Ｒ：１２０ｍｍとなるように曲げて、その一端の継手金具１４を取付台３４の水平部３６に９０度の交差角度で回転不能に固定する一方、他端の継手金具１４を回転盤４０の外周部の偏心した位置に、回転盤４０に対して交差角度９０度で固定し（但し継手金具１４は回転盤４０に対して相対回転可能）、そして回転盤４０を毎分４５０回転で回転させることによって、ホース１０の端部に上下及び左右方向に振幅：±１５ｍｍ（両振りで３０ｍｍ）の振動を加えた。
【００４６】
この振動試験は、ホース１０に内圧１０ＭＰａを付与した状態で行い、金属蛇腹管２０における割れの発生により耐久性を評価した。具体的には耐久性の判断は内圧の減圧が認められた時点で金属蛇腹管２０に割れが発生したものとして、これを耐久時間とした。
また最終確認としてホース１０を分解し、金属蛇腹管２０の亀裂発生の有無を目視確認した。
結果が表１に示してある。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１の結果に見られるように実施例１，実施例２何れも比較例のものに較べて耐久性が大幅に向上しており、特に実施例２については耐久性が飛躍的に向上しており、４００Ｈｒ後においても金属蛇腹管２０に亀裂発生は認められなかった。
尚、表１における耐久時間について比較例，実施例１，実施例２ともにそれぞれ数値が３つ示してあるが、これは３回の耐久試験の結果のそれぞれを表したものである。
【００４９】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は上記例示した以外の各種形態の金属蛇腹管複合ホースに対して適用可能である等、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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である金属蛇腹管複合ホースの断面図である。
【図２】図１の金属蛇腹管複合ホースの要部を示した図である。
【図３】図１の金属蛇腹管複合ホースの要部を予備加圧処理後の状態で示した図である。
【図４】本発明の実施例における振動耐久試験の試験方法の説明図である。
【図５】本発明の背景説明のための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 金属蛇腹管複合ホース
２０ 金属蛇腹管
２２ ゴム充填材層
２４ 第１補強層
２５ 第２補強層
２８ 蛇腹部
２９ 山部
３１ 谷部
３２ 谷部空間
Ｒ１０，Ｒ１，Ｒ２０，Ｒ２ 曲率半径
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
従ってこのような金属蛇腹管複合ホースの場合、実際にこれを使用したときに、金属蛇腹管が繰り返し変形することによって金属蛇腹管が疲労破断し易い問題を内包する。
【０００７】
本発明者等が金属蛇腹管の疲労破断を詳しく調べた結果、内圧の繰返し作用による疲労破断については金属蛇腹管における山部の頂で亀裂発生し、疲労破断し易いのに対し、金属蛇腹管の可撓性に基づく繰返し屈曲変形による疲労破断については谷部の底で亀裂発生、破断し易い事実のあることが判明した。
【０００８】
そこで本発明者等は、内圧の繰返し作用に基づく疲労破断への対策を研究する中で、実使用前（実際に使用する前）に金属蛇腹管複合ホースに対して予備加圧を加えておくことで耐久性を飛躍的に高め得る知見を得、先の特許願（特願２００４−０９５５４２）において提案している。
その内容は以下のようなものである。
【０００９】
図５はその適用対象となる金属蛇腹管複合ホースの一例を示している。
図において２００は金属蛇腹管複合ホース（以下単にホースとする）で、２０２は最内層としての金属蛇腹管である。
２０６は、金属蛇腹管２０２における山部２０４と２０４との間の外周側の谷間空間２０８を埋めるゴム充填材層（弾性充填材層）で、２１０はその外周側の補強層、２１２は最外層としての外面ゴム層（カバーゴム層）である。
【００１０】
ここでゴム充填材層２０６は、金属蛇腹管２０２の谷間空間２０８を埋めて金属蛇腹管２０２の過度の変形を抑制する働きを有する層であり、また補強層２１０は、有機繊維等の補強線材を編組して成る層で、蛇腹金属管２０２に内圧が作用したときにその圧力を受け止めて金属蛇腹管２０２に対し、即ちホース２００に対し耐圧性を付与する層である。
【００１１】
ここで図５（Ａ）はホース製造時の状態を表しており、これに対してこの先願に開示のものでは、かかるホース２００を実際に使用する前において事前に実使用時にかかる圧力よりも高い内圧をかける予備加圧処理を施すものである。
【００１２】
このようにすると、金属蛇腹管２０２への高い内圧（金属蛇腹管２０２を降伏点超えて塑性変形させるような高い圧力）の付加によって、金属蛇腹管２０２の山部２０４が谷部空間２０８を埋めているゴム充填材層２０６を外周側に押し出すようにして膨らみ変形（塑性変形）（図５（Ｂ）参照）し、これによりその外側の補強層２１０、詳しくはその補強線材が緊張状態となって補強線材の緩みや遊びがなくなり、その結果として、実際の使用状態で金属蛇腹管２０２に対して内圧が作用したときに補強層２１０の補強耐圧効果が瞬時に金属蛇腹管２０２に及ぼされるようになって、金属蛇腹管２０２の変形が規制され、このことによって金属蛇腹管２０２の内圧の繰返し作用による疲労破断が抑制され、耐久性が飛躍的に向上せしめられる。
【００１３】
ところでこのようにホース２００に対して実使用前に予備加圧処理を施すと、内圧の繰返し作用に対する耐久性は向上するが、一方で繰返し屈曲に対する耐久性は却って低下してしまう事実のあることがその後の研究の中で判明した。
【００１４】
その原因を追求する中で、このような繰返し屈曲変形に対する耐久性の低下は、予備加圧処理の結果、谷部の形状が当初よりも曲率半径Ｒが小となるように形状変化することによってもたらされるものであることが判明した。
【００１５】
事前の予備加圧処理による内圧の繰返し作用に対する耐久性の向上効果は、上記のように谷部空間２０８を埋めていたゴム充填材層２０６が山部２０４の膨出変形に伴って外周側に押し出され、これにより補強層２１０が当初よりも緊張状態におかれて、当初生じていた補強線材の緩みや弛みが消失し、内圧付加時に直ちに補強層２１０の補強効果が金属蛇腹管２０２に及ぶことにより得られるものであるが、図５（Ｃ）に示しているようにその結果として谷部２１４の曲率半径が小となって、金属蛇腹管２０２が繰返し屈曲変形したときに谷部２１４の底に大きなストレスがかかるようになって、谷部２１４の底で亀裂発生し易くなり、そのことが繰返し屈曲変形に対する耐久性低下がもたらされたものであることが判明した。
【００１６】
金属蛇腹管２０２において、内圧作用により最大の応力が発生するのは山部２０４の頂であり、一方屈曲変形によって最大の応力が発生するのは谷部２１４の底であり、従ってそれら山部２０４の頂，谷部２１４の底の疲労破断を抑制することが、内圧の繰返し作用に対する耐久性向上、繰返し屈曲変形に対する耐久性向上の要点となる。
【００１７】
ここにおいて本発明は、金属蛇腹管複合ホースにおける内圧の繰返し作用に対する耐久性及び繰返し屈曲変形に対する耐久性を共に向上させることを目的としてなされたものである。
尚、金属蛇腹管の耐久性を高めるものについては下記特許文献２，特許文献３に開示のものがある。
【００１８】
ここで特許文献２に開示のものは金属ベローズに内圧を付加し、これを軸方向に延伸させてピッチを拡大せしめ、その際の加工硬化によって耐久性を高めるようにしたもので、必然的に金属蛇腹管の軸長が異なったものとなってしまう。
また特許文献３に開示のものは、金属蛇腹管における蛇腹部の形状を断面Ｕ字状から断面Ｓ字形状となして、その形状効果によって耐久性を高めるようになしたもので、本願発明とは耐久性向上のための手段において相異なっている。
【００１９】
【特許文献１】特開２００１−１８２８７２号公報
【特許文献２】特開昭５７−８６６８８号公報
【特許文献３】特開平１１−１５９６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は以上のような事情を背景とし、内圧の繰返し作用に対する耐久性に加えて、繰返し屈曲変形に対する耐久性を高めることによって全体として優れた耐久性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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
而して請求項１のものは、(イ)輸送流体の透過バリア層としての金属蛇腹管と、(ロ)該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を埋める弾性充填材層と、(ハ)該弾性充填材層より外周側の補強線材を編組して成る補強層とを有し、実際の使用に先立って、該実際の使用時にかかる内圧よりも高い内圧を負荷することにより前記金属蛇腹管を塑性変形させ、前記補強層を緊張状態とする予備加圧処理が施されて使用される金属蛇腹管複合ホースであって、前記予備加圧処理の前において、前記金属蛇腹管が、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して小となる形状となしてあることを特徴とする。
【００２２】
請求項２のものは、請求項１において、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して２／３以下となしてあることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２３】
以上のように本発明は、予備加圧処理の前の金属蛇腹管の形状を、山部の曲率半径が谷部の曲率半径に対して小となる形状となしておくものである。
即ち、従来配管用として用いられている金属蛇腹管は、製造時における形状が山部，谷部何れも同形状のものであり、これに対して本発明では製造時における形状、詳しくは予備加圧処理の前の形状を、山部の曲率半径が谷部の曲率半径に対して小となるようになしたもので、このようにしておけば、後において金属蛇腹管複合ホースに対し予備加圧処理を施して山部を膨出変形させたとき、山部の曲率半径と谷部の曲率半径とが近いものとなり、即ち山部の形状と谷部の形状が同形状に近いものとなり、従って内圧の繰返し作用に対する耐久性と併せて、繰返し屈曲変形に対する耐久性も効果的に高めることができる。
【００２４】
また製造時において金属蛇腹管の山部に対し谷部の曲率半径が大きくなることによって、谷部空間への弾性充填材層の挿入性が向上して谷部空間の隅々まで確実に弾性充填材層を充填できるようになり、製品の品質がより向上ないし安定化する効果も得られる。
尚本発明において山部，谷部の形状は厳密な円弧形状をなす場合の他、実質的に円弧形状と言えるものも含むものである。
【００２５】
本発明では、山部の曲率半径を谷部の曲率半径に対し２／３以下となしておくことが望ましく、特に１／３以下となしておくことができる（請求項２）。
このような形状としておくことで、後に予備加圧処理によって金属蛇腹管の山部を塑性変形させるような大きな圧力を加えたとき、山部の曲率半径と谷部の曲率半径とをより近くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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は本発明の一実施形態の金属蛇腹管複合ホースを表している。但し図１は後の予備加圧処理前の状態で表している。
図１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。
【００２７】
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の外周側に弾性充填材層としてのゴム充填材層２２が、更に外周側に第１補強層２４，中間ゴム層２７，第２補強層２５，最外層としての外面ゴム層（カバーゴム層）２６が順に積層されている。
【００２８】
金属蛇腹管２０は、図１（ロ）に示しているように蛇腹部２８と端部の直管状を成すストレート形状部３０とを有しており、そのストレート形状部３０の内側に上記インサート金具１６が嵌入されている。
この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２８によって可撓性を備えている。
【００２９】
ゴム充填材層（非発泡材のソリッドゴムの層）２２は、図２に示しているように蛇腹部２８における隣接した山部２９と２９との間の外周側の谷間空間３２を埋めて、蛇腹部２８への内圧の作用時に山部２９の膨出変形を抑制する層である。
本実施形態において、このゴム充填材層２２は山部２９の頂に到るまで谷間空間３２を完全充填する状態で、またその山部２９の頂と補強層２４との間の厚みが０．５ｍｍ以下の厚みとなる状態で設けられている。
【００３０】
一方第１及び第２補強層２４及び２５は耐圧確保のための層で、それらの間の中間ゴム層２７は第１補強層２４と第２補強層２５との層間のずれ及び摩耗を防止し且つこれらを一体化する働きをなし、また最外層の外面ゴム層２６は第２補強層２５を保護する働きをなす。
【００３１】
尚本実施形態において、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・圧力に対する耐久性，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。
【００３２】
尚第１及び第２補強層２４，２５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ができる。
またこの実施形態では弾性充填材層がゴム充填材層２２とされているが、場合によってこれを他の材質例えば熱可塑性エラストマー等ゴム以外の弾性材を用いることも可能である。
【００３３】
図２に詳しく示しているように、本実施形態では後の予備加圧処理の前において金属蛇腹管２０、詳しくは蛇腹部２８の形状が次のような形状、即ち谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対して山部２９の曲率半径（Ｒ２０）が小さい形状とされている。
尚図２（Ｂ）において、ＯＤは蛇腹部２８の外径を、ＩＤは内径を、Ｐｉはピッチを、ｔは肉厚を表している。
【００３４】
図３は図１及び図２に示したホースに対し、実際の使用に先立って予備加圧処理を加えた後の状態を表している。
ここで予備加圧処理は、ホース１０を実際に使用した時に輸送流体から加わる内圧よりも高い圧力、詳しくは金属蛇腹管２０における山部２９を降伏点を超えて塑性変形させるような高い圧力を加えて山部２９を膨出変形させ、これにより谷間空間３２を埋めているゴム充填材層２２に対し外側（径方向外側）への押出力を加えて第１補強層２４を予め緊張状態とするもの、即ち当初第１補強層２４に生じていた緩みや遊びをなくして第１補強層２４を緊張状態とする処理で、この予備加圧処理により、ホース１０は第１補強層２４が十分な緊張状態を保持した状態で実際の使用に供されることとなる。
尚このとき、山部２９は図３に示しているように第１補強層２４側に山高さが高くなり、そしてその際に排除された山部２９と第１補強層２４との間のゴム充填材層２２が一部山高さの高くなった隣接する山部２９と２９との間に入り込んで来る。
【００３５】
而してこのような予備加圧処理を施しておくことで、ホース１０の実使用時に金属蛇腹管２０に対して内圧が加わると、内圧が直ちに第１補強層２４に伝わって、加わった圧力が第１補強層２４によって受けられ、その第１補強層２４の補強効果によって実際の使用時における金属蛇腹管２０の変形が規制される。
【００３６】
本実施形態では、上記のような予備加圧処理を加える前の金属蛇腹管２０の形状が、谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対して山部２９の曲率半径（Ｒ２０）が小さいものとされている結果、後の予備加圧処理による山部２９の膨出変形によって図３（Ｂ）に示しているように山部２９の曲率半径（Ｒ２）が谷部３１の曲率半径（Ｒ１）に近いものとなる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、予備加圧処理により山部２９の形状と谷部３１の形状とが同形状に近いものとなり、従ってこのことによって内圧の繰返し作用に対する耐久性と併せて、繰返し屈曲変形に対する耐久性も効果的に高めることができる。
【００３８】
また製造時において金属蛇腹管２０における山部２９の曲率半径（Ｒ２０）に対し谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）が大きいため、谷部空間３２へのゴム充填材層２２の挿入性が向上し、製品の品質がより向上ないし安定化する。
【００３９】
本実施形態では、山部２９の曲率半径（Ｒ２０）を谷部３１の曲率半径（Ｒ１０）に対し２／３以下となしておくことが望ましく、特に１／３以下となしておくのが良い。
このような形状としておくことで、後に予備加圧処理に際して金属蛇腹管２０の山部２９を塑性変形させるような大きな圧力を加えたとき、山部２９の曲率半径（Ｒ２）と谷部３１の曲率半径（Ｒ１）とをより近くすることができる。
【実施例】
【００４０】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
１．ホースの製造
[比較例ホース]
ＳＵＳ３０４材を用いて金属蛇腹管２０を製造した。ここで金属蛇腹管２０は以下のような形状、即ち外径（ＯＤ）９．７ｍｍ，内径（ＩＤ）４．５ｍｍ，板厚（ｔ）０．２３ｍｍ，ピッチ（Ｐｉ）２．０ｍｍとした。
尚予備加圧前の初期の山部２９及び谷部３１の曲率半径はそれぞれ同じであって０．５ｍｍとした。
【００４１】
次にその上にゴム材（ＥＰＤＭ使用）を押し出してゴム充填材層２２を成形し、その上に補強糸としてアラミド糸を用いて第１及び第２補強層２４，２５をブレード編組し、補強層２４，２５を形成した。その際第１補強層２４と第２補強層２５との間に中間ゴム層２７を形成した。
ここで補強層２４，２５の耐圧設計は約８０ＭＰａとした。
次に外面ゴム層２６を押出成形して、第２補強層２５を被覆した。
その後１５０℃×３０分の条件で加硫処理し、ホース本体１２を形成した。
【００４２】
しかる後ホース本体１２の両端部に継手金具１４を装着した。このとき耐圧８０ＭＰａを上回る設計にて継手金具１４を装着しホース本体１２にアッセンブリした。
この後において昇圧速度１０ＭＰａ／分で内圧を導いて６０ＭＰａまで加圧し、その後はゆっくりと減圧した。
その予備加圧処理後の蛇腹部２８の形状は、予備加圧処理前には山部Ｒ（曲率半径：以下同じ）：谷部Ｒ＝０．５：０．５（ｍｍ）＝１：１であったものが、６０ＭＰａの予備加圧処理後には山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．７５：０．２５（ｍｍ）＝３：１となり、山部Ｒが大きく谷部Ｒが小さくなった。
【００４３】
[実施例１ホース]
上記比較例と同様にして実施例１ホースを製造した。
但し予備加圧処理前の蛇腹部２８における山部Ｒ，谷部Ｒはそれぞれ０．４ｍｍ，０．６ｍｍとした。
この実施例１ホースにあっては、その後の予備加圧処理によって山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．６：０．４（ｍｍ）＝３：２となり、山部Ｒが谷部Ｒに対して若干大きなものとなった。
【００４４】
[実施例２ホース]
上記と同様にして実施例２ホースを製造した。
但しこの実施例２ホースでは、予備加圧処理前の初期の山部Ｒ，谷部Ｒをそれぞれ０．２５ｍｍ，０．７５ｍｍとした。その結果これら山部Ｒ，谷部Ｒはそれぞれ予備加圧処理後において山部Ｒ：谷部Ｒ＝０．５：０．５（ｍｍ）＝１：１となり、山部Ｒと谷部Ｒは同等となった。
【００４５】
２．耐久性評価
耐久性評価としては、自動車における組付け後の振動耐久性を考慮して図４に示すような曲げ−振動複合試験機を用いた。
同図において３４は取付台で、互いに直角を成す水平部３６と垂直部３８とを有している。
垂直部３８の上端部には回転盤４０が回転軸４２周りに回転可能に設けてある。
ここでは継手金具１４を除いた自由長ｌ＝３００ｍｍのホース１０を曲げ半径Ｒ：１２０ｍｍとなるように曲げて、その一端の継手金具１４を取付台３４の水平部３６に９０度の交差角度で回転不能に固定する一方、他端の継手金具１４を回転盤４０の外周部の偏心した位置に、回転盤４０に対して交差角度９０度で固定し（但し継手金具１４は回転盤４０に対して相対回転可能）、そして回転盤４０を毎分４５０回転で回転させることによって、ホース１０の端部に上下及び左右方向に振幅：±１５ｍｍ（両振りで３０ｍｍ）の振動を加えた。
【００４６】
この振動試験は、ホース１０に内圧１０ＭＰａを付与した状態で行い、金属蛇腹管２０における割れの発生により耐久性を評価した。具体的には耐久性の判断は内圧の減圧が認められた時点で金属蛇腹管２０に割れが発生したものとして、これを耐久時間とした。
また最終確認としてホース１０を分解し、金属蛇腹管２０の亀裂発生の有無を目視確認した。
結果が表１に示してある。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１の結果に見られるように実施例１，実施例２何れも比較例のものに較べて耐久性が大幅に向上しており、特に実施例２については耐久性が飛躍的に向上しており、４００Ｈｒ後においても金属蛇腹管２０に亀裂発生は認められなかった。
尚、表１における耐久時間について比較例，実施例１，実施例２ともにそれぞれ数値が３つ示してあるが、これは３回の耐久試験の結果のそれぞれを表したものである。
【００４９】
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明は上記例示した以外の各種形態の金属蛇腹管複合ホースに対して適用可能である等、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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態である金属蛇腹管複合ホースの断面図である。
【図２】図１の金属蛇腹管複合ホースの要部を示した図である。
【図３】図１の金属蛇腹管複合ホースの要部を予備加圧処理後の状態で示した図である。
【図４】本発明の実施例における振動耐久試験の試験方法の説明図である。
【図５】本発明の背景説明のための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 金属蛇腹管複合ホース
２０ 金属蛇腹管
２２ ゴム充填材層
２４ 第１補強層
２５ 第２補強層
２８ 蛇腹部
２９ 山部
３１ 谷部
３２ 谷部空間
Ｒ１０，Ｒ１，Ｒ２０，Ｒ２ 曲率半径
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(イ)輸送流体の透過バリア層としての金属蛇腹管と、(ロ)該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を埋める弾性充填材層と、(ハ)該弾性充填材層より外周側の補強線材を編組して成る補強層とを有し、実際の使用に先立って、該実際の使用時にかかる内圧よりも高い内圧を負荷することにより前記金属蛇腹管を塑性変形させ、前記補強層を緊張状態とする予備加圧処理が施されて使用される金属蛇腹管複合ホースであって
前記予備加圧処理の前において、前記金属蛇腹管が、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して小となる形状となしてあることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【請求項２】
請求項１において、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して２／３以下となしてあることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【請求項１】
(イ)輸送流体の透過バリア層としての金属蛇腹管と、(ロ)該金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を埋める弾性充填材層と、(ハ)該弾性充填材層より外周側の補強線材を編組して成る補強層とを有し、実際の使用に先立って、該実際の使用時にかかる内圧よりも高い内圧を負荷することにより前記金属蛇腹管を塑性変形させ、前記補強層を緊張状態とする予備加圧処理が施されて使用される金属蛇腹管複合ホースであって
前記予備加圧処理の前において、前記金属蛇腹管が、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して小となる形状となしてあることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【請求項２】
請求項１において、前記山部の曲率半径が前記谷部の曲率半径に対して２／３以下となしてあることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−６４１４８（Ｐ２００６−６４１４８Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５０４０４（Ｐ２００４−２５０４０４）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００２１９６０２）東海ゴム工業株式会社 (1,983)
【Ｆターム（参考）】
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