JP7196397B2

JP7196397B2 - 高圧ホースの製造方法

Info

Publication number: JP7196397B2
Application number: JP2018019197A
Authority: JP
Inventors: 郁真遊佐
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2022-12-27
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: JP2019138312A

Description

本発明は、高圧ホースの製造方法に関し、さらに詳しくは、高圧の内圧が繰り返し作用しても損傷し難く、耐久性に優れた高圧ホースの製造方法に関するものである。

高圧ホースでは、高い内圧に耐えるために、例えば繊維補強材により形成されたスパイラル構造またはブレード構造の補強層が、内側ゴム層と外側ゴム層との間に介在している。この繊維補強材は、ホースを製造する際の加硫工程で加熱された後、収縮する。繊維補強材のいわゆる乾熱収縮率が大きい場合は、製造されたホースでの繊維補強材の乱れが大きくなる。繊維補強材が乱れて繊維補強材どうしの隙間が大きくなった領域では、過大な内圧が繰り返し作用すると、繊維補強材どうしの隙間に沿ってゴム層が損傷する不具合が発生し易くなる。

このような不具合を防止するホースが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、あえて乾熱収縮率の大きな補強糸を使用しつつ、スパイラル巻きに不均衡な糸隙間を生じさせない工夫をすることが提案され、或いは、ホースの成形時に内側ゴム層の外周に凹凸を形成することで、内側ゴム層の膨張圧に対して、内側ゴム層自体に逃げ場を設けることが提案されている（特許請求の範囲、段落０００８、０００９等）。

乾熱収縮率の大きな補強糸を使用する場合は、使用できる材質の選択肢が少なくなる。内側ゴム層の外周の凹凸を形成する場合は、編組時の補強糸の乱れは発生し難いが凹凸があるため内側ゴム層の層厚が薄くなったり、寸法安定性に欠けるデメリットがある。このような凹凸を形成する作業や治具が必要になるため煩雑さが増大する。それ故、上述した不具合を防止するホースを得るには改善の余地がある。

特開平１１－３２５３３１号公報

本発明の目的は、高圧の内圧が繰り返し作用しても損傷し難く、耐久性に優れた高圧ホースの製造方法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の製造方法は、同軸状に積層されている未加硫の円筒状の内側層と未加硫の円筒状の外側ゴム層との間に繊維補強材からなる円筒状の補強層が同軸状に積層されたホース成形体を加硫することにより、高圧ホースを製造する高圧ホースの製造方法において、同軸状に積層されている未加硫の円筒状の内側層と未加硫の円筒状の外側ゴム層との間に繊維補強材からなる円筒状の補強層が同軸状に積層されたホース成形体を加硫することにより、高圧ホースを製造する高圧ホースの製造方法において、前記繊維補強材を、予め熱処理することにより乾熱収縮率を０．１％以下に低減させておき、この熱処理をした前記繊維補強材を用いて前記ホース成形体を成形することを特徴とする。

本発明によれば、ホース成形体を成形する際に、既に熱処理をして乾熱収縮率を所定範囲に低減させた繊維補強材を用いて補強層を形成する。そのため、ホース成形体を加硫して製造された高圧ホースでは、繊維補強材の収縮が抑制される。これに伴い、繊維補強材の乱れが少なくなるため、高圧の内圧が繰り返し作用してもゴム層が損傷する不具合が生じ難くなる。また、繊維補強材の乾熱収縮率が小さいため、加硫前後のホース（補強層）の寸法安定性が向上する。

本発明により製造される高圧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の高圧ホースを横断面視で模式的に例示する説明図である。図１の高圧ホースの一部を縦断視で拡大して模式的に例示する説明図である。図１の高圧ホースの製造工程を例示する説明図である。本発明により製造される別の高圧ホース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３に例示する本発明により製造される高圧ホース１は、内周側から順に、内側層２（２ａ、２ｂ）、補強層３（３ａ、３ｂ）、外側ゴム層５が同軸状に積層されている。さらに、ホース１の半径方向に隣り合って積層されている補強層３ａ、３ｂの間には、層間ゴム層６が介在した構造になっている。図面の一点鎖線ＣＬは、ホース軸心を示している。この実施形態では、内側層２が、樹脂層２ａと、この樹脂層２ａの外周面に同軸状に積層されたゴム層２ｂとで形成されている。樹脂層２ａとゴム層２ｂとは強固に接合されている。内側層２はゴム層２ｂのみで形成されることもある。

この高圧ホース１は、使用内圧が例えば３．５ＭＰａ以上の高圧、或いは、さらに高圧の５．３ＭＰａ以上に設定されている。使用内圧の上限値は例えば１０．０ＭＰａである。ホース外径は例えば１３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。高圧ホース１を流れる流体は、作動油、冷媒、冷凍機油などを例示できる。

内側層２および外側ゴム層５には、高圧ホース１に対する要求性能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。使用する材質は特に限定されないが、樹脂層２ａには例えばナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６－６６、ＥＶＯＨ等が用いられる。ナイロンには可塑剤等が混合される。ゴム層２ｂには例えばブチルゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、塩素化ポリエチレン等、外側ゴム層５には例えばＥＰＤＭ、シリコーンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、エチレンアクリルゴム等が用いられる。

補強層３は繊維補強材４により形成されていて、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。繊維補強材４としては例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、６６ナイロン繊維、レーヨン繊維、ビニロン繊維、綿繊維を使用する。これら繊維を単独で、または、複数種類を混合して繊維補強材４とすることができる。繊維補強材４の外径（厚さ）は、例えば０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。

この実施形態では補強層３が２層であるが、例えば、１層或いは３層、４層などの複数に設定される。また、この実施形態では補強層３は、繊維補強材４をホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度でスパイラルに巻き付けたスパイラル構造になっている。補強層３は、積層順に繊維補強材４の巻き付け方向が反対にされる。

図３に例示するように、それぞれの補強層３ａ、３ｂでは、繊維補強材４がホース長手方向（ホース軸心ＣＬの延在方向）に実質的に等間隔で配列されるとともに、ホース半径方向に実質的に同じレベルで配列された状態になっていて、乱れが抑制された配列になっている。また、層間ゴム層６の層厚がホース長手方向で実質的に均一になっている。尚、実際の繊維補強材４の横断面は、ホース半径方向に若干潰れた楕円形状になるが、図３では便宜的に円形断面として記載している。

層間ゴム層６の層厚はホース外径等によって異なるが、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。層間ゴム層６は半径方向に隣り合って積層されている補強層３ａ、３ｂ層どうしを接合させるとともに、それぞれの補強層３ａ、３ｂを形成している繊維補強材４どうしの緩衝材になっている。補強層３どうしの間に層間ゴム層６が介在してない場合も本発明の対象になる。

本発明は、補強層３を構成する繊維補強材４の乾熱収縮に着目して創作されたものである。高圧ホース１は、成形したホース成形体１Ａを加硫することで製造されるが、本発明では、繊維補強材４を、予め熱処理することにより乾熱収縮率を所定範囲に低減させておいた繊維補強材４を使用してホース成形体１Ａを成形する。尚、本明細書では、ホース成形体１Ａの加硫前と加硫後で、同じホース構成部材には同じ符号を付している。

乾熱収縮率は、ＪＩＳＬ１０１７：２００２に規定された加熱後乾熱収縮率（Ｂ法）により測定される。熱収縮率の上記の所定範囲は、例えば１．２％以下にする。

上記の熱処理は、例えば、繊維補強材４に実質的にテンションを負荷しない条件下で、所定温度に加熱した状態を所定時間維持した後、常温に冷却する。この熱処理において加熱する上記の所定温度は、例えば、ホース成形体１Ａの加硫温度（加硫最高温度）以上にするとよい。

この熱処理において加熱した状態を維持する上記の所定時間は、上記の所定範囲の乾熱収縮率に低減させるために必要な時間の範囲内で設定すればよい。尚、加熱した繊維補強材４を常温に冷却するには、自然冷却でもよく、冷却機等を使用して強制冷却することもできる。強制冷却する場合は、自然冷却する場合の冷却時間の５０％以下にするとよい。

本発明では、このように予め熱処理をした繊維補強材４を準備しておき、例えば、下記のように高圧ホース１を製造する。

図４に例示するように、前方移動するマンドレル７の外周側に順次、ホース構成部材を積層してホース成形体１Ａを成形する。具体的には、まず、マンドレル７の外周面に樹脂層２ａ、未加硫のゴム層２ｂを積層する。次いで、内側層２（ゴム層２ｂ）の外周面に補強層３ａを積層する。補強層３ａは、補強層成形機８から繊維補強材４を繰り出しつつ，マンドレル７を中心にして補強層成形機８を回転させて成形して積層する。

次いで、補強層３ａの外周面に未加硫の層間ゴム層６を積層する。次いで、層間ゴム層６の外周面に、補強層成形機８から繊維補強材４を繰り出しつつ，マンドレル７を中心にして補強層成形機８を回転させて補強層３ｂを成形して積層する。この時、補強層成形機８は、補強層３ａを成形する場合とは反対方向に回転させる。次いで、補強層３ｂの外周面に未加硫の外側ゴム層５を積層することにより、ホース成形体１Ａを成形する。尚、繊維補強材４を積層する（巻き付ける）際のテンションは、従来方法と同じでよい。

次いで、ホース成形体１Ａの外周面に被覆部材９を積層した状態にする。被覆部材９には従来方法と同様、ポリメチルペンテン樹脂等を用いる。被覆部材９により被覆されたホース成形体１Ａを、加硫缶または加硫槽の中で所定時間、所定の加硫温度で加熱してホース成形体１Ａをスチーム加硫する。この加硫工程により、未加硫のゴム層２ｂ（内側層２）、層間ゴム層６および外側ゴム層５が加硫ゴムとなって、樹脂層２ａおよび補強層３とともに一体化する。その後、被覆部材９およびマンドレル７を除去することで、図１～３に例示する高圧ホース１が完成する。

本発明によれば、上述した熱処理を施して熱収縮率を所定範囲に低減させた繊維補強材４を用いてホース成形体１Ａの補強層３を形成する。即ち、繊維補強材４に対してホース成形体１Ａの加硫前と加硫後との間での熱収縮を予め抑制する熱処理を施している。そのため、ホース成形体１Ａの加硫工程で加熱された繊維補強材４が、完成した高圧ホース１において過度に収縮することがない。そのため、加硫工程を経た高圧ホース１では、繊維補強材４の配列の乱れが生じるような収縮が抑制されて、図３に例示するように繊維補強材４の乱れが少ない状態にすることが可能になる。

この高圧ホース１では、それぞれの補強層３ａ、３ｂにおいて、隣り合って配列されている繊維補強材４どうしの隙間が必要以上に大きくなることもない。それ故、高圧ホース１に高圧の内圧が繰り返し作用しても、繊維補強材４どうしの隙間に亀裂が発生してゴム層２ｂ、６、５が損傷する不具合を防止するには有利になる。これに伴い、高圧ホース１の耐久性が向上する。

加硫後の繊維補強材４の収縮が抑制されているので、加硫前後の寸法安定性が向上する（ホース成形体１Ａと高圧ホース１との間の寸法変化が小さくなる）。繊維補強材４の収縮に伴う、内側層２（ゴム層２ｂ）の層厚減少を抑制できるので、内側層２とホース金具との間のシール性確保、ホース流通流体の漏出防止、内側層２の耐久性向上にもメリットがある。

本発明では、本来的に乾熱収縮率が大きな材質であっても、予め熱処理をして熱収縮率を所定範囲に低減できれば繊維補強材４として使用することが可能になる。そのため、繊維補強材４として使用可能な材質の選択肢が多くなるメリットがある。

また、ホース成形体１Ａを成形する際に、繊維補強材４を凹凸のあるゴム層２ａ、６の外周面に積層する必要はない。それ故、ホース成形体１Ａの成形段階で繊維補強材４の配列乱れが生じるリスクも低い。

繊維補強材４の乾熱収縮率を小さくするに連れて、加硫後の繊維補強材４の収縮を抑制して乱れを抑制するには有利になる。そこで、上述した熱処理を施すことによって、繊維補強材４の乾熱収縮率を１．２％以下、より好ましくは０．９％以下、さらに好ましくは０．１％以下に低減させるとよい。

また、繊維補強材４の編組密度を高くするに連れて、加硫後の繊維補強材４の収縮を抑制して乱れを抑制するには有利になる。そこで、繊維補強材４の編組密度は９０％以上にすることが好ましく、９５％以上がより好ましく、１００％がさらに好ましい。編組密度とは、補強層３における繊維補強材４の面積割合を百分率で示すものであり、編組された（配列された）繊維補強材４どうしのすき間がゼロの場合は１００％になる。

本発明では内側層２の内周側に別の層（樹脂層など）を追加することもできるし、外側ゴム層５の外周側に別の層（樹脂層など）を追加することもできる。或いは、内側層２と外側ゴム層５との間に別の層（樹脂層など）を追加することもできる。

図５に例示する本発明により製造される別の高圧ホース１では、補強層３は繊維補強材４が編み目状に織り込まれたブレード構造になっている。それぞれの補強層３ａ、３ｂを形成する繊維補強材４は、ホース軸心ＣＬに対して所定の編組角度で編組されている。その他の構成は図１に例示した高圧ホース１と同様である。

したがって、この高圧ホース１を製造する場合においても、ホース成形体１Ａを成形する際には、予め熱処理することにより乾熱収縮率を所定範囲に低減させた繊維補強材４が使用されている。また、この高圧ホース１においても、図１に例示した高圧ホース１と同様のアレンジをすることができる。

表１に示すように、ホース成形体を成形する際に使用したＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の繊維補強材の事前の熱処理の有無のみを異ならせて、図１に例示した構造の高圧ホースの試験サンプルを３種類（比較例、実施例１、２）作製し、耐久性および加硫前後の内側層の層厚変化を確認した。内面層を構成する樹脂層はナイロン６からなり加硫前の層厚は０．１２ｍｍ、内側層を構成するゴム層はブチルゴムからなり加硫前の層厚は１．０ｍｍであった。試験結果を表１に示す。

耐久性試験は、それぞれの試験サンプルに対して、１３５℃の条件下で、５．３ＭＰａの内圧を毎分３０回のサイクルで３５万回繰り返し付与した。ホースが破損するまでの内圧付与回数を測定し、この回数が多い程、耐久性が優れていることを示す。

事前の熱処理は、繊維補強材に実質的にテンションを負荷しない条件下で１６０℃で３０分加熱して自然冷却した。ホース成形体を、繊維補強材の事前の熱処理の温度以下の所定の加硫温度で所定時間加硫することにより、それぞれの試験サンプルを作製した。

表１の結果から、実施例１、２は比較例に比して耐久性に優れ、内側層の層厚変化が小さいことが分かる。また、実施例１、２は比較例に比して、繊維補強材の配列の乱れが抑制されていることが確認できた。

１高圧ホース
１Ａホース成形体
２内側層
２ａ樹脂層
２ｂゴム層
３（３ａ、３ｂ）補強層
４繊維補強材
５外側ゴム層
６層間ゴム層
７マンドレル
８補強層成形機
９被覆部材
ＣＬホース軸心

Claims

同軸状に積層されている未加硫の円筒状の内側層と未加硫の円筒状の外側ゴム層との間に繊維補強材からなる円筒状の補強層が同軸状に積層されたホース成形体を加硫することにより、高圧ホースを製造する高圧ホースの製造方法において、
前記繊維補強材を、予め熱処理することにより乾熱収縮率を０．１％以下に低減させておき、この熱処理をした前記繊維補強材を用いて前記ホース成形体を成形することを特徴とする高圧ホースの製造方法。
前記熱処理において前記繊維補強材を、前記ホース成形体の加硫温度以上に加熱する請求項１に記載の高圧ホースの製造方法。
前記繊維補強材が、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、６６ナイロン繊維、レーヨン繊維、ビニロン繊維、綿繊維の少なくとも一種類である請求項１または２に記載の高圧ホースの製造方法。
前記ホース成形体を成形する際に、前記繊維補強材の編組密度を９０％以上にして前記補強層を形成する請求項１～３のいずれかに記載の高圧ホースの製造方法。