(57)【要約】【課題】形態的な要因が制御されることによって優れた振動耐久性を具有する流体輸送用の金属蛇腹管及びこれを複合化した複合ホースを提供する。【解決手段】長手方向の一端に対して下記の変位Ｙを加えたとき、変位に起因して谷部１８に発生する応力をσｍとしたとき、σｍを下記式（１）で規定するとともに、式（１）に規定するσｍが下記式（２）を満たす形態で蛇腹部１４を構成する。【数１】2005273775.tif 000011【数２】2005273775.tif 000012  但し、ＯＤ：外径（ｍｍ），ＩＤ：内径（ｍｍ），Ｅ：金属材料のヤング率（Ｎ／ｍｍ２），ｔ：板厚（ｍｍ），Ｄｍ：平均径（ｍｍ），Ｙ：軸直角方向の変位（ｍｍ）（軸心を中心とした両振りの合計），Ｐｉ：ピッチ（ｍｍ）Ｌ：全長（ｍｍ），Ｗ：山高さ（ｍｍ）、且つＩＤ／ＯＤ＜０．６で１．０≦Ｐｉ≦２．０とする。【選択図】        図１
2005273775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一端に対して下記の変位Ｙを加えたとき、該変位に起因して谷部に発生する応力をσｍとしたとき、該σｍを下記式（１）で規定するとともに、該式（１）に規定するσｍが下記式（２）を満たす形態で蛇腹部を構成してあることを特徴とする流体輸送用の金属蛇腹管。
【数１】
2005273775.tif 000009
【数２】
2005273775.tif 000010
但し、
ＯＤ：外径（ｍｍ）                      ＩＤ：内径（ｍｍ）
Ｅ  ：金属材料のヤング率（Ｎ／ｍｍ２）  ｔ  ：板厚（ｍｍ）
Ｄｍ：平均径（ｍｍ）                    Ｙ  ：軸直角方向の変位（ｍｍ）（軸心を中心とした両振りの合計）
Ｐｉ：ピッチ（ｍｍ）                    Ｌ  ：全長（ｍｍ）
Ｗ  ：山高さ（ｍｍ）
且つ
ＩＤ／ＯＤ＜０．６
１．０≦Ｐｉ≦２．０
とする。
【請求項２】
請求項１において、前記金属蛇腹管を湾曲状態に曲げた状態を初期状態とし、前記応力σｍが該初期状態からの前記変位によって前記蛇腹部の谷部に発生する応力であることを特徴とする流体輸送用の金属蛇腹管。
【請求項３】
請求項１，２の何れかの金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として複合化したことを特徴とする流体輸送用の複合ホース。
【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流体輸送用の金属蛇腹管及びこれを有する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）輸送用の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。
【０００３】
また燃料電池で使用される水素ガス等の輸送用のホースや炭酸ガス冷媒の輸送用のホースにあっては、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、金属蛇腹管及びこれを複合化した流体輸送用の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が、また特許文献２にこれを複合化した流体輸送用の複合ホースが開示されている。
【０００５】
ところで流体輸送用の金属蛇腹管或いはそれを有する複合ホースを自動車の流体輸送用配管として用いた場合、走行中の路面からの振動或いはエンジン等動力からの振動が加わることから、流体輸送用配管はその振動に耐えるだけの耐久性が要求される。
例えば金属蛇腹管としてはガス配管として用いられているステンレス製のものがあるが、ガス配管では曲げ等は加わるものの振動が加わることは殆どない。即ちガス配管は固定配管としてのものであり、振動吸収性や振動に対する耐久性は殆ど求められていない。
【０００６】
従ってこのようなガス配管で用いられている従来既存の金属蛇腹管を自動車の流体輸送用配管として用いた場合、繰り返される振動に対して耐え切れずに早期に疲労破壊に到ってしまう。
つまり一口に金属蛇腹管と言ってもその形態は様々であり、その形態に応じて耐久性が高くなったり低くなったりする。
そのような中にあって、優れた振動耐久性を具有できる金属蛇腹管の形態が求められている。
【０００７】
【特許文献１】実開平５−６４５６６号公報
【特許文献２】特開２００１−１８２８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情を背景とし、形態的な要因が制御されることによって優れた振動耐久性を有する流体輸送用の金属蛇腹管及びこれを複合化した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のものは金属蛇腹管に関するもので、長手方向の一端に対して下記の変位Ｙを加えたとき、該変位に起因して谷部に発生する応力をσｍとしたとき、該σｍを下記式（１）で規定するとともに、該式（１）に規定するσｍが下記式（２）を満たす形態で蛇腹部を構成してあることを特徴とする。
【数１】
2005273775.tif 000003
【数２】
2005273775.tif 000004
但し、ＯＤ：外径（ｍｍ），ＩＤ：内径（ｍｍ），Ｅ：金属材料のヤング率（Ｎ／ｍｍ２），ｔ：板厚（ｍｍ），Ｄｍ：平均径（ｍｍ），Ｙ：軸直角方向の変位（ｍｍ）（軸心を中心とした両振りの合計），Ｐｉ：ピッチ（ｍｍ），Ｌ：全長（ｍｍ），Ｗ：山高さ（ｍｍ），且つＩＤ／ＯＤ＜０．６，１．０≦Ｐｉ≦２．０とする。
【００１０】
請求項２のものは、請求項１において、前記金属蛇腹管を湾曲状態に曲げた状態を初期状態とし、前記応力σｍが該初期状態からの前記変位によって前記蛇腹部の谷部に発生する応力であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３は複合ホースに関するもので、請求項１，２の何れかの金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として複合化したことを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００１２】
本発明者は、金属蛇腹管の形態を決定する様々な要素、具体的には外径（ＯＤ），内径（ＩＤ），金属材料のヤング率（Ｅ），板厚（ｔ），平均径（Ｄｍ），ピッチ（Ｐｉ），全長（Ｌ），山高さ（Ｗ）を研究する中で、谷部の応力σｍを上記式（１）に従って求め、その応力σｍが式（２）を満たすようにすることで、金属蛇腹管として十分な耐久性を有することができる知見を得た。
本発明はこのような知見の下になされたものである。
【００１３】
かかる本発明に従って金属蛇腹管を構成することで、流体輸送用として用いられる金属蛇腹管に十分なる振動耐久性を付与することが可能となる。
また本発明では金属蛇腹管の各要素に基づいて耐久性を事前に求めることができるから、実際に製造した金属蛇腹管が果たして求める振動耐久性を有するか否かを振動耐久試験で求めたり、またその結果を受けて形態等を変更したり、更に形態変更後に振動耐久試験を再び行って振動耐久性を確認したりといったことを繰り返さなくても、事前に且つ短期間で必要な振動耐久性を有する金属蛇腹管を設計し製造できる効果が得られる。
【００１４】
ここで上記応力σｍは、金属蛇腹管を湾曲状態に曲げた状態を初期状態とし、その初期状態からの変位によって蛇腹部の谷部に発生する応力となすことができる（請求項２）。
【００１５】
金属蛇腹管を複合化した流体輸送用の複合ホースの場合、耐久強度の弱点部となるのは材料自体が可撓性を有していない金属蛇腹管となる。
従ってこのような金属蛇腹管を複合化した流体輸送用の複合ホースにあっても、その耐久寿命を決定するのは金属蛇腹管であり、従って本発明はこのような金属蛇腹管を輸送流体の透過バリア層として複合化した複合ホースに適用することもでき、これによって複合ホースに対し良好な振動耐久性を付与することができる（請求項３）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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は本実施形態の金属蛇腹管で、両端部に直管状で非蛇腹形状のストレート形状部１２を有している。
そしてそれらの間の部分（全長Ｌ）が蛇腹部１４とされている。
【００１７】
図１（Ｂ）において、１６は蛇腹部１４における山部を、１８は谷部を表している。
またＯＤは蛇腹部１４における外径を、ＩＤは内径を、Ｐｉは山部１６と１６との間のピッチを、Ｗは山部１６の高さ即ち山高さを、ｔは板厚をそれぞれ表している。
尚ストレート形状部１２はここでは山部１６と同じ外径を有している。
【００１８】
本実施形態において、この金属蛇腹管１０は各種の金属材料で構成することができる。
例えば鋼（例えば鉄鋼，合金鋼），アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金，ニッケル，ニッケル合金，チタン，チタン合金その他の金属材料を用いることができるが、特にステンレス鋼が好適である。
【００１９】
図２において１９は金属蛇腹管１０を複合化して成る複合ホースで、最内層として金属蛇腹管１０を有しており、その外側に第１ゴム層２０を、更にその外側に補強糸を編組して成る補強層２２を、更にその外側に最外層として第２ゴム層２４を有しており、それらが径方向に積層されている。
ここで第１ゴム層２０は、金属蛇腹管１０における山部１６と谷部１８との間に形成される谷間空間を全体的に埋めている。
【００２０】
２６は複合ホース１９の端部に装着された継手金具で、パイプ状をなすインサート金具２８と、スリーブ金具３０とを有している。
この継手金具２６は、インサート金具２８を複合ホース１９内部に挿入した状態でスリーブ金具３０が縮径方向にかしめ付けられることによって複合ホース１９の端部に固定状態とされている。
ここでインサート金具２８は、金属蛇腹管１０におけるストレート形状部１２に対して全長に亘りその内部に嵌入状態とされている。
【００２１】
尚この図２に示す複合ホース１９の構造はあくまで一例であって、第１ゴム層２０，第２ゴム層２４に代えて熱可塑性エラストマーや樹脂その他の材質を適宜用いることが可能であるし、また上例以外の積層構造にて複合ホース１９を構成することも可能である。
【００２２】
［実施例］
次に本発明の実施例を以下に説明する。
＜金属蛇腹管＞
表１に示す７種類の金属蛇腹管１０を準備した。これらは何れも絞り加工或いは液圧加工によって成形したものを用いた。
【００２３】
【表１】
2005273775.tif 000005
【００２４】
この表１におけるNo.１〜７について、式（１）にて規定されるσｍを求め、実際の応力の測定値との比較を行った。
その結果が表２に比較して示してある。
【００２５】
ここで実際の応力測定試験は、微小Ｘ線応力測定装置を用い次のようにして行った。
図３はその測定に用いた曲げ−振動複合試験機で、同図において４０は取付台で、互いに直角をなす水平部４２と垂直部４４とを有している。
垂直部４４の上端部には回転盤４６が回転軸４８回りに回転可能に設けてある。
【００２６】
この応力測定試験では、ストレート形状部１２を除いた蛇腹部１４の全長Ｌ＝３００ｍｍ（但しNo.６はＬ＝２００ｍｍ）の金属蛇腹管１０を、一端のストレート形状部１２において取付台４０の水平部４２に９０°の交叉角度で回転不能に固定する一方、他端のストレート形状部１２を回転盤４６の外周部に９０°の交叉角度で固定した（但し他端のストレート形状部１２は回転盤４６に対して相対回転可能）。
自動車のエンジンルームに取り付けられる配管等はストレート状態で取り付けられるケースは少なく、実際にはこのように曲げられた取付状態で使用される。
【００２７】
ここで図中一端のストレート形状部１２と他端のストレート形状部１２との位置関係は次のようなものである。即ち一端のストレート形状部１２から回転盤４６の前面までの水平距離Ｓ＝１８０ｍｍ、他端のストレート形状部１２を回転盤４６の丁度中心位置に持ち来したときの高さ（他端のストレート形状部１２の下面までの高さ）Ｈ＝１８０ｍｍである。
【００２８】
さて、上記のようにして他端のストレート形状部１２を回転盤４６の中心部から偏心した位置の外周部に固定し（尚このとき金属蛇腹管１０は所定の曲率で曲った状態（初期状態）となる。このときの曲げ半径Ｒは約１２０ｍｍであった）、この状態で蛇腹部１４の谷部（破壊部位）１８に発生する応力を微小Ｘ線応力測定装置を用いてスポット径：φ０．３ｍｍにて測定し、その応力を初期応力とした。
【００２９】
その後金属蛇腹管１０を軸直角方向の変位（軸心を中心とした両振りの合計）Ｙ＝３０ｍｍがかかる位置まで回転盤４６を動かして、その位置で固定し、再び初期応力の測定部位と同じ部位について同様の応力測定を行った。そのときの応力をトータル応力とした。
【００３０】
ここで初期応力とは、金属蛇腹管１０を図３に示す状態に組み付け、回転盤４６において金属蛇腹管１０の取付位置が最上部に来たときに発生する応力、即ち「曲げ組付けにより発生する応力」を意味し、トータル応力とは、回転盤４６において金属蛇腹管１０の取付位置が最下部に来たときに発生する応力、即ち「曲げ組付けにより発生する応力」と「振動により発生する応力」との和を意味する。
疲労破壊に与える応力は繰返し発生する応力であることから、そのトータル応力から初期応力を差し引いた値を金属蛇腹管１０に発生する応力とした。
【００３１】
【表２】
2005273775.tif 000006
【００３２】
表２の結果に表れているように、実際の測定の際と同じ条件（Ｙ＝３０ｍｍ）を与えたときの式（１）に基づいて計算した応力値（σｍ）と、実際に測定した応力値とは非常に近い値となっており、このことから式（１）の計算式が妥当であることが分る。
【００３３】
図４及び図５には、金属蛇腹管１０における各要素を変化させたときの式（１）に基づく応力の計算値の変化を、応力の測定値の変化と併せて示している。
これらの図からも、応力の計算値と測定値とが同じように変化することが見てとれる。
【００３４】
＜金属蛇腹管の振動耐久性評価＞
次に、表１に示す各金属蛇腹管１０の振動耐久試験を行い、振動耐久性評価を行った。
具体的には、図３に示す同じ曲げ−振動複合試験機を用い、そこに金属蛇腹管１０をセットして回転盤４６を回転させ、金属蛇腹管１０の他端に対し±１５ｍｍ（両振りで３０ｍｍ）の振幅で上下左右に変位を加えた。尚回転数は毎分４５０回転とした。
そしてこの振動耐久試験により割れが発生したときの繰返し回数をもって耐久回数とした。
【００３５】
その結果が、式（２）に基づいて計算（（１００００／σｍ）３．８）した値、即ち耐久回数の計算値と併せて表３に示してある。
尚耐久回数の実際の測定は合計３回行って、それぞれについて表３に示してある。
尚自動車の寿命年数を１５年として、この間に金属蛇腹管１０の交換等メンテナンスが不要であることから、振動耐久性評価の目標を繰返し回数２．７０×１０６回とした。
【００３６】
【表３】
2005273775.tif 000007
【００３７】
図６は表３に示す耐久回数の計算値と測定値との関係を図示している。
表３の結果から、式（１）に基づいて計算した応力の計算値を基礎として式（２）の計算により求めた耐久回数と、実際の振動耐久試験にて測定して得られた耐久回数とは非常に近い値となっている。
また図６の結果から、それら計算による耐久回数と実際の測定による耐久回数とは良好な相関関係を有していることが理解できる。
加えて本実施例のものは何れも比較例のものに比べて優れた振動耐久性を有していることが分る。
【００３８】
＜複合ホースの製造＞
表１のNo.１〜７に示す金属蛇腹管１０で、蛇腹部１４の全長Ｌ＝３００ｍｍ（但しNo.６はＬ＝２００ｍｍ）、その両端のストレート形状部１２の長さが各３０ｍｍのものを準備した。
【００３９】
そして金属蛇腹管１０を最内層とし、その上にゴム（ＥＰＤＭ）を押出成形して金属蛇腹管１０の谷間空間をそのゴムで充填し、第１ゴム層２０を成形した。
そしてその上に補強糸（アラミド糸）をブレード編組し、補強層２２を形成した。
更にその補強層２２をゴム（ＥＰＤＭ）で被覆して最外層の第２ゴム層２４を成形し、その後１６０℃×３０分の条件で加硫を行い、複合ホース１９を製造した。
その後継手金具２６を複合ホース１９の各端部に装着し、自由長が３００ｍｍ（No.６は２００ｍｍ）の複合ホース１９を得た。
【００４０】
＜複合ホースの振動耐久性評価＞
上記金属蛇腹管１０の振動耐久性評価と同様の方法で複合ホース１９の振動耐久性評価を行った。
但し複合ホース１９の振動耐久性評価に際しては、内部にエアをエア圧：１００ＭＰａで封入した状態で評価を行い、エア圧の低下の有無及び試験後の分解により金属蛇腹管１０の亀裂を確認して最終的な振動耐久性の値（耐久回数）とした。
その結果が表４及び図６に示してある。
【００４１】
【表４】
2005273775.tif 000008
【００４２】
表４の結果から、金属蛇腹管１０に対してゴムを被覆して成る複合ホース１９にあっても、耐久回数の計算値と実際の測定値とは非常に近いものとなっている。
また図６から明らかなように、それらの間には良好な相関関係が成立している。
【００４３】
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、例えば本発明は初期状態が曲げ状態であってもまたストレート状態であっても式（１），式（２）の適用が可能であるなど、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】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態である金属蛇腹管を示す図である。
【図２】図１の金属蛇腹管を有する複合ホースを示す図である。
【図３】金属蛇腹管（又は複合ホース）の応力測定試験に用いた曲げ−振動複合試験機を示す図である。
【図４】金属蛇腹管における各要素を変化させたときの応力の計算値の変化を、実際の測定値の変化とともに示す図である。
【図５】図４とは異なる各要素を変化させたときの応力の計算値の変化を、実際の測定値の変化とともに示す図である。
【図６】金属蛇腹管及び複合ホースの振動耐久試験を行った結果得られた耐久回数（測定値）を、計算により求められた耐久回数との関係において示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  金属蛇腹管
１４  蛇腹部
１８  谷部
１９  複合ホース
Ｌ   全長
ＯＤ  外径
ＩＤ  内径
Ｐｉ  ピッチ
Ｗ   山高さ
ｔ   板厚
Ｒ   曲げ半径
【図１】
2005273775.tif 000013
【図２】
2005273775.tif 000014
【図３】
2005273775.tif 000015
【図４】
2005273775.tif 000016
【図５】
2005273775.tif 000017
【図６】
2005273775.tif 000018