(57)【要約】【課題】金属蛇腹管における山部と谷部との中間の側辺への応力集中によって金属蛇腹管が同部分で疲労破断する問題を解決し、優れた疲労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】輸送流体の透過バリア層としての金属蛇腹管２０と、金属蛇腹管２０の山部３６と３６との間の外周側の谷間空間４０を埋める弾性充填材２２と、外周側の補強層２４，２８とを有する金属蛇腹管複合ホース１０において、弾性充填材２２として−３０〜１５０℃の温度範囲内における貯蔵弾性率が５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内のものを用いる。【選択図】        図２
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【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と、（ハ）該弾性充填材より外周側の補強線材を編組して成る補強層と、を有する金属蛇腹管複合ホースであって、
前記弾性充填材として−３０〜１５０℃の温度範囲内における貯蔵弾性率が５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内のものを用い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、前記弾性充填材として前記貯蔵弾性率が１×１０９ＭＰａ以上のものを用いることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【請求項３】
請求項１において、前記弾性充填材としてＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＳＢＲ，シリコーンゴムの何れかを用いることを特徴とする金属蛇腹管複合ホース。
【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。
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。
【０００４】
ところでこの種金属蛇腹管複合ホースにあっては、可撓性確保のために金属蛇腹管を非常に薄肉（例えば肉厚０．３ｍｍ以下）とする必要があるが、一方で金属蛇腹管を薄肉とすると金属蛇腹管複合ホース、具体的には金属蛇腹管に対して内圧が掛かったときに十分な耐圧性を確保することが難しくなる。
【０００５】
そこで金属蛇腹管の外周側に補強線材をブレード状，スパイラル状等に編組して成る補強層を設けることが有効である。
このような補強層を設けることによって、金属蛇腹管複合ホースに掛かる内圧をその補強層で受け、耐圧性を付与することができる。
このように補強層を金属蛇腹管の外周側に設けた金属蛇腹管複合ホースについては下記特許文献１に開示されている。
【０００６】
ところで金属蛇腹管複合ホースにこのような補強層を設けた場合、内圧の作用による金属蛇腹管の径方向の変形、更には長手方向の変形に対しては抑制効果が得られるものの、金属蛇腹管の山部と谷部との中間の側辺に対しては補強層による補強効果が及ばずに同部分に応力が集中し、内圧の繰返し作用によってこの部分で金属蛇腹管が破断し易いといった問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５２８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は以上のような事情を背景とし、金属蛇腹管における山部と谷部との中間の側辺に応力が集中することによって金属蛇腹管が同部分で疲労破断する問題を解決し、優れた疲労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】
【０００９】
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と、（ハ）該弾性充填材より外周側の補強線材を編組して成る補強層と、を有する金属蛇腹管複合ホースであって、前記弾性充填材として−３０〜１５０℃の温度範囲内における貯蔵弾性率が５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内のものを用いることを特徴とする。
【００１０】
請求項２のものは、請求項１において、前記弾性充填材として前記貯蔵弾性率が１×１０９ＭＰａ以上のものを用いることを特徴とする。
【００１１】
請求項３のものは、請求項１において、前記弾性充填材としてＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＳＢＲ，シリコーンゴムの何れかを用いることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１２】
以上のように本発明は、金属蛇腹管複合ホースにおいて、金属蛇腹管の山部と山部との間の外周側の谷間空間を弾性充填材で埋めるとともに、その弾性充填材として−３０〜１５０℃の温度範囲内における貯蔵弾性率が５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内のものを用いるものである。
【００１３】
ここで貯蔵弾性率は、荷重サイクルの間に貯えられ且つ回復されるエネルギーの尺度であって、要は弾性充填材に加えていた変形力（荷重）を取り除いたときに弾性充填材が元に戻ろうとする力の強さを表している。
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た弾性充填材は、内圧の作用によって、詳しくはその側辺に対して内圧が掛かることによって側辺が谷間空間側に膨出変形しようとするのを谷間空間側で押し返し、側辺が谷間空間側に膨出変形してその側辺に応力が集中するのを防ぐ働きをなす。
【００１４】
本発明者等は、この側辺への応力集中に起因する金属蛇腹管の疲労破断について研究を行う中で、谷間空間を埋める弾性充填材の性質に着目し、その弾性充填材の貯蔵弾性率を変えることによって、側辺での破断に起因する金属蛇腹管の疲労強度、即ち耐久性が異なる知見を得た。
【００１５】
詳しくは、谷間空間を埋める弾性充填材として貯蔵弾性率の高いものを用いたときに、側辺の破断に起因する耐久性を効果的に高め得る知見を得た。
但し弾性充填材の貯蔵弾性率を高くして行くと、内圧の繰返し作用に対する耐久性は向上するが、一方でホースとしての必要な可撓性が低下してしまう。
【００１６】
流体の輸送を行う金属蛇腹管複合ホースにあっては、耐久性と併せて良好な可撓性，屈曲性も必要であり、そこでこれら両特性の何れをも満たし得る弾性充填材の貯蔵弾性率を求めたところ、−３０〜１５０℃の温度範囲内において貯蔵弾性率が５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内にあるものが好適であること、即ちこのような貯蔵弾性率を有する弾性充填材を用いることで、耐久性と可撓性との両特性を満足できることが判明した。
本発明はこのような知見の下になされたものである。
【００１７】
かかる本発明によれば、山部と谷部との中間の側辺への応力集中及びこれに起因する同部の破断を効果的に防止し得て、金属蛇腹管複合ホースの耐久性を良好となし得るとともに、実用上必要な金属蛇腹管複合ホースの可撓性を確保することが可能となる。
【００１８】
ここで弾性充填材の貯蔵弾性率は１×１０９ＭＰａ以上となしておくことが望ましい（請求項２）。
【００１９】
また上記請求項１の貯蔵弾性率を満たす弾性充填材としてＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＳＢＲ，シリコーンゴムの何れかを好適に用いることができる（請求項３）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（好適にはゴム充填材）２２が、更に外周側に補強層２４，中間ゴム層２６，補強層２８，最外層としての外面ゴム層（カバーゴム層）３０が順に積層されている。
【００２３】
金属蛇腹管２０は、図１（ロ）に示しているように蛇腹部３２と端部の直管状をなすストレート形状部３４とを有しており、そのストレート形状部３４の内側に上記インサート金具１６が嵌入されている。
【００２４】
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３２によって可撓性を備えている。
一方補強層２４，２８は耐圧確保のための層で、ここでは補強糸等の補強線材をブレード状若しくはスパイラル状に編組して構成してある。
ここで補強層２４，２８はホース１０の内部を流通する輸送流体から内圧が掛かったとき、ホース１０が径方向に膨張するのを抑制し、またホース１０が長手方向に変形するのを抑制する働きをなす。
【００２５】
これら補強層２４と２８との間の中間ゴム層２６は、補強層２４と２８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す。
また最外層の外面ゴム層３０は補強層２８を保護する働きをなす。
【００２６】
弾性充填材（非発泡材）２２は、図２に示しているように蛇腹部３２における隣接した山部３６と３６との間の外周側の谷間空間４０を埋めて、蛇腹部３２への内圧の作用時に山部３６と谷部３８との中間の側辺４２が谷間空間４０側に膨出変形するのを抑制する働きをなす。
尚図２（Ｂ）において、ＯＤは金属蛇腹管２０の外径を、ＩＤは内径を、Ｐｉはピッチを、ｔは肉厚をそれぞれ表している。
【００２７】
本実施形態において、この弾性充填材２２は山部３６の頂に到るまで谷間空間４０を完全充填する状態で、またその山部３６の頂と補強層２４との間の厚みＳが０．３ｍｍ以下となるように設けられている。
【００２８】
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ｔについては０．５ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ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。
【００２９】
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，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。
尚、補強層２４，２８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。
【００３０】
また弾性充填材２２はゴム充填材以外の材料、例えば熱可塑性エラストマーその他の弾性材を用いることも可能である。
【００３１】
弾性充填材２２は、上記のように内圧の作用時に金属蛇腹管２０における山部３６と谷部３８との中間の側辺４２が谷間空間４０側に膨出変形するのを抑制する働きをなす。
即ち図３（Ａ）に示しているように谷間空間４０に弾性充填材２２が充填されておらず、谷間空間４０が空洞のままであると、（Ｂ）に示すように金属蛇腹管２０に内圧が作用したときに側辺４２が容易に空洞部側、即ち谷間空間４０側に膨出変形してしまい、金属蛇腹管２０の耐久性が大きく損なわれる。
これに対して谷間空間４０を弾性充填材２２で埋めておくことにより、内圧の作用時に金属蛇腹管２０の変形を抑制して耐久性を効果的に高めることができる。
【００３２】
弾性充填材２２は上記のような効果を果すものであるが、この弾性充填材２２が貯蔵弾性率の小さいものであると、即ち変形後において元に戻ろうとする力、つまり復元方向の弾力の弱いものであると、内圧の作用により変形した金属蛇腹管２０の側辺４２を押し戻そうとする力が弱くなり、その結果として弾性充填材２２の効果を十分に発揮できない。
内圧の繰返し作用に対する耐久性向上の点では、かかる弾性充填材２２はできるだけ貯蔵弾性率の大きいものが望ましい。
【００３３】
一方で弾性充填材２２の貯蔵弾性率が大きくなればなる程ホース１０の可撓性は低下する。
ホース１０は配管の自由度を高める上で、また自動車等に用いられた場合において振動絶縁のためにできるだけ柔軟性，可撓性を有することが望ましい。
【００３４】
このような観点から、本実施形態では弾性充填材２２の貯蔵弾性率を５×１０８〜５×１０９ＭＰａの範囲内（但し−３０〜１５０℃の温度範囲内）としている。
弾性充填材２２の貯蔵弾性率をこの範囲内とすることによって、ホース１０に良好な耐久性と可撓性とをともに付与することができる。
【実施例】
【００３５】
１．ホース１０の製造
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，肉厚（ｔ）０．２３ｍｍ，ピッチ（Ｐｉ）２．０ｍｍ，蛇腹部３２全長を４００ｍｍとし、その両端部に蛇腹部３２の外径と同等の外径を有する円筒形状のストレート形状部３４を各３０ｍｍの長さで設けた。
【００３６】
その外側にＩＩＲの未加硫ゴムを弾性充填材２２として成形し、更にその外側にアラミド糸をブレード状に編組して成る補強層２４，２８を、それらの間の中間ゴム層２６を介して形成した。
その後更に外周側に外面ゴム層３０を積層成形して未加硫のホース１０を得た。そしてこれを１５０℃×４５分の条件で加熱し、ゴムを加硫処理した。
その後両端部にインサート金具１６及びソケット金具１８から成る継手金具１４を装着してホース１０を得た。
尚、弾性充填材２２を充填するに際して、金属蛇腹管２０の山部３６の頂と補強層２４との間の厚みＳを約０．２ｍｍに設定した。
【００３７】
２．柔軟性評価（可撓性評価）
図７（Ａ）に示しているようにホース１０の片端を固定し、他端に力を加えてホース１０をＲ（半径）６０ｍｍまで曲げたときの強度を測定し、その強度が３（Ｎ・ｍ）以下である場合を柔軟性良好とした（表１中○印）。
尚ホース１０は低温の方がゴム硬度が高くなり、柔軟性が悪化するため−３０℃から１６℃までのそれぞれの温度雰囲気で測定を行った。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
３．耐久性評価
図７（Ｂ）に示しているように、ホース１０をストレート状態に維持して片端を密栓し、他方の片端を油圧機に接続してホース１０内部にシリコーンオイルを繰り返し供給し、耐久性を評価した。
ここでシリコーンオイルの供給は繰返し圧力：２０ＭＰａ，加圧速度：５０ｃｐｍの条件で行った。
この繰返し加圧試験を雰囲気温度を種々変えて行った。
【００４０】
これら柔軟性評価及び繰返し加圧による耐久性の評価結果が表１に示してある。
また図４に各種温度におけるＩＩＲの貯蔵弾性率を示してある。
【００４１】
繰返し加圧の耐久性評価試験では、貯蔵弾性率：５×１０８ＭＰａ以上で耐久回数が１万回以上であり、目標値である１万回以上を達成でき、特に貯蔵弾性率：１×１０９ＭＰａ以上では１０万回を超える耐久性が得られている。
一方柔軟性については５×１０９ＭＰａ以下であるとき柔軟性の目標値を満足する。
即ち弾性充填材２２の貯蔵弾性率を５×１０８〜５×１０９ＭＰａとすることで、繰返し加圧に対する耐久性と柔軟性との両特性をともに満足することができる。
【００４２】
４．各種材料の貯蔵弾性率
次に弾性充填材２２としての材料の適格性を見るため、図５，図６に示す各種弾性材について−３０〜１５０℃の温度範囲内における貯蔵弾性率を求め同図に表した。
【００４３】
図５，図６において、−３０〜１５０℃の温度範囲全域で貯蔵弾性率の目標値である５×１０８〜５×１０９ＭＰａを満たしているものはＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＳＢＲ，シリコーンゴムであり、従って弾性充填材２２の材料としてこれらＥＰＭ，ＥＰＤＭ，ＳＢＲ，シリコーンゴムが適していることが分る。
【００４４】
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】
【００４５】
【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す図である。
【図３】図２の弾性充填材の働きを説明するための説明図である。
【図４】ＩＩＲの温度変化による貯蔵弾性率の変化を表す図である。
【図５】各種弾性材の温度変化による貯蔵弾性率の変化を表す図である。
【図６】各種弾性材の温度変化による貯蔵弾性率の変化を表す図である。
【図７】ホースの柔軟性測定及び繰返し加圧に対する耐久性測定の方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  金属蛇腹管複合ホース
２０  金属蛇腹管
２２  弾性充填材
２４，２８  補強層
３６  山部
４０  谷間空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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