(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内ゴム層と、外ゴム層と、この内外ゴム層間に介在される補強層とを備えたゴムホースの寿命を予測するゴムホース寿命予測方法であって、ゴムホースの累積稼動負荷時間と、その時点の上記外ゴム層の硬度からこの外ゴム層の等価負荷推定温度を求めると共に、上記外ゴム層の等価負荷推定温度から上記内ゴム層の等価負荷推定温度を求め、次に、寿命時の基準伸び率と、上記内ゴム層の等価負荷推定温度とからこのゴムホースの寿命を求めることを特徴とするゴムホース寿命予測方法。
【請求項２】
内ゴム層と、外ゴム層と、この内外ゴム層間に介在される補強層とを備えたゴムホースの寿命を予測するゴムホース寿命予測方法であって、ゴムホースの累積稼動負荷時間と、その時点の外ゴム層の硬度からこの外ゴム層の等価負荷推定温度を求めて、これらからこのゴムホースの寿命を推定することを特徴とするゴムホース寿命予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゴムホース寿命予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の建設機械は、図２に示すように、下部走行体５０と、上部旋回体５１と、この上部旋回体５１に連設される作業機５２とを備え、上部旋回体５１には、油圧ポンプ５３、切換弁５４等を用いた油圧駆動装置５５が搭載されている。そして、油圧駆動装置５５には、複数のゴムホース５６（以下、油圧ホースと呼ぶ場合がある）が使用される。また、これらの油圧ホース５６としては、例えば、内ゴム層と、外ゴム層と、この内外ゴム層間に介在される補強層とを備えたものが一般に使用される。
【０００３】
これらの油圧ホース５６には寿命があり、この寿命を越えて使用すれば、バーストするまで使用することになる場合がある。バーストするまで使用すれば、油が外部へ流出して、建設機械の機械室等を汚したり、さらには、環境破壊を発生させたりすることがあった。そのためメーカは、製品として保証できる期間（保証期間）を設定し、ユーザはこの保証期間を目安に、古い油圧ホースを新たな油圧ホースに取り替えていた。また、保証期間を設定する場合、メーカとしては保証期間を製品寿命より短く設定して、製品として信頼性を確保するようにしていた。ところが、保証期間を製品寿命より短く設定すれば、十分使用することができるにもかかわらず、メーカが指定した保証期間が経過すれば、取り替えなければならない場合があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、保証期間にとらわれることなく、ユーザが油圧ホースの交換時期を検知することができれば、油圧ホースを有効に使用することができる。そのため、特開平５−３１２６６０号公報に記載の交換時期通報装置のように、油圧ホースの交換時期を検知（検出）することができる装置が提案されている。この装置は、取付け状態におけるゴムホースに対して、ある温度およびある圧力の作動油を加えて耐性を把握して、ゴムホースの劣化データを予め測定しておき、そのデータと、ゴムホースが車両（建設機械等）に装着された状態の油温及び油圧の測定値とを比較して交換時期を通報するものである。しかしながら、このような交換時期通報装置では、油温及び油圧を測定する必要があり、その測定が面倒である。また、実際に車両に搭載されるホースには、複数の種類（サイズ違い等）があり、演算処理のために多くのデータが必要であり、その処理が複雑であった。
【０００５】
さらに、油圧機器の寿命を告知するものとして、特開平８−３３３７７７号公報には、油圧機器の性能限界表示装置が提案されている。この装置は、建設機械における各油圧機器の圧力頻度と累積時間率とを解析し、各油圧機器の性能限界及び性能限界以前のダメージを自己診断して表示するものである。しかしながら、この装置は、装置として複雑であり、しかも油圧機器自体の整備時期を知らせるものであって、油圧ホース自体の寿命を予測するものではない。
【０００６】
このように、従来においては、ゴムホースの寿命を簡単に予測する方法がなく、ユーザはメーカが設定した保証期間に従って各油圧ホースの交換を行うのが一般的である。しかしながら、建設機械では複数の種類の油圧ホースが使用され、しかも、使用環境も相違し、油圧ホース毎に寿命が相違していた。このため、まだ十分に使用可能でありながら、この保証期間に従って交換作業を行えば、１台の建設機械に対して油圧ホースの交換作業を頻繁に行うことになる。これによって、費用負担が増大すると共に、この交換作業により建設機械として稼動時間の減少を招くことになっていた。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、寿命の測定を精度よく行うことができ、ゴムホースをその寿命まで有効に使用することができて、ホース交換作業の頻度の減少を図ることが可能なゴムホース寿命予測方法を提供することにある。
【０００８】【課題を解決するための手段および効果】
そこで請求項１のゴムホース寿命予測方法は、内ゴム層２と、外ゴム層３と、この内外ゴム層２、３間に介在される補強層４とを備えたゴムホース１の寿命を予測するゴムホース寿命予測方法であって、ゴムホースの累積稼動負荷時間と、その時点の上記外ゴム層３の硬度からこの外ゴム層３の等価負荷推定温度を求めると共に、上記外ゴム層３の等価負荷推定温度から上記内ゴム層３の等価負荷推定温度を求め、次に、寿命時の基準伸び率と、上記内ゴム層２の等価負荷推定温度とからこのゴムホース１の寿命を求めることを特徴としている。
【０００９】
請求項１のゴムホース寿命予測方法では、ゴムホース１の疲労破損の起点部位は、内ゴム層２の表面部（つまり、ゴムホース１の内周面部）であり、この内ゴム層２の寿命がこのゴムホース１の寿命となる。このため、寿命が尽きる時（以下、寿命時という）の基準伸び率と、その時点の上記内ゴム層２の等価負荷推定温度からこのゴムホース１の寿命を求めることは、使用環境に応じた内ゴム層２の寿命を求めることができるということであり、そのため使用環境に応じたゴムホース１の寿命を高精度にかつ経済的に求めることができる。つまり、ゴムホース１の劣化因子を計測して、精度の良い寿命予測を行うことができる。また例えば、建設機械には複数の種類の油圧ホースが使用されているが、この予測方法では、ホース毎に寿命を予測することができ、ホース毎の交換時期を把握することができる。このため、建設機械等に使用されている各ゴムホース１を寿命に対応して効率よく交換することができ、１台の建設機械に対するホース交換作業の頻度の減少を図って、ホース交換費用の負担の軽減を達成できる。しかもホース交換作業の頻度の減少した分、建設機械として有効に使用することができる。
【００１１】
また、請求項１のゴムホース寿命予測方法では、上記外ゴム層３の等価負荷推定温度から上記内ゴム層２の等価負荷推定温度を求めるができるので、内ゴム層２の等価負荷推定温度を簡単に求めることができる。すなわち、内ゴム層２の等価負荷推定温度は外ゴム層３の等価負荷推定温度よりも所定温度（油圧ショベル等の建設機械に使用される油圧ホースの場合は、例えば、１０℃）だけ高いと推定され、この外ゴム層３の等価負荷推定温度を求めれば、内ゴム層２の等価負荷推定温度を求めることができる。そして、内ゴム層２の等価負荷推定温度が求まれば、各ゴムホース１の寿命を求めることができ、これによって、ホース毎に寿命に達するまで、安定して使用することができる。
【００１３】
しかも、請求項１のゴムホース寿命予測方法では、ゴムホース１の累積稼動負荷時間と、その時点の上記外ゴム層３の硬度からこの外ゴム層３の等価負荷推定温度を求めるものであり、外ゴム層３の等価負荷推定温度を簡単かつ高精度に求めることができる。そして、この外ゴム層３の等価負荷推定温度からは内ゴム層２の等価負荷推定温度を推定することができ、内ゴム層２の等価負荷推定温度が求まれば、各ゴムホース１の寿命を求めることができる。すなわち、建設機械（実車）から取り外すことなく、ゴムホース１の外ゴム層３の硬度を、必要な時に測定することによって、容易に内ゴム層２の疲労被害特性を把握することができる。言い換えれば、実際の特性値の把握が容易にできる外ゴム層３から、通常は破損起点となる内ゴム層２の疲労被害特性を、的確にかつ簡単に推定できる。このため、油圧ポンプ、油圧モータ、切換弁、操作弁、シリンダー等の油圧機器の接合用に用いることができる種々のゴムホース１の寿命を簡単に予測することができる。
【００１４】
請求項２のゴムホース寿命予測方法は、内ゴム層２と、外ゴム層３と、この内外ゴム層２、３間に介在される補強層４とを備えたゴムホース１の寿命を予測するゴムホース寿命予測方法であって、ゴムホース１の累積稼動負荷時間と、その時点の外ゴム層３の硬度からこの外ゴム層３の等価負荷推定温度を求めて、これらからこのゴムホース１の寿命を推定すること特徴としている。
【００１５】
上記請求項２のゴムホース寿命予測方法では、ゴムホース１の累積稼動負荷時間と、その時点の外ゴム層３の硬度からこの外ゴム層３の等価負荷推定温度を求めることができ、この外ゴム層３の等価負荷推定温度から内ゴム層２の等価負荷推定温度を推定して、ゴムホース１の寿命を推定する（求める）ことができる。これによって、ホース毎の交換時期を把握することができる。このため、効率よくゴムホース１の交換を行うことができ、１台の建設機械に対するホース交換作業の頻度の減少を図って、ホース交換費用の負担の軽減を達成できる。しかもホース交換作業の頻度の減少した分、建設機械として有効に使用することができる。また、実際の特性値の把握が容易にできる外ゴム層３から、通常は破損起点となる内ゴム層２の疲労被害特性を、的確にかつ簡単に推定できる。このため、油圧機器の接合用等の種々のゴムホース１の寿命を簡単に予測することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のゴムホース寿命予測方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１にこの発明のゴムホース寿命予測方法にて寿命が予測されるゴムホース（油圧ホース）１を示す。ゴムホース１は、ブルドーザや油圧ショベル等の建設機械の油圧機器に使用されるものであって、内ゴム層２と、外ゴム層３と、この内外ゴム層２、３の間に介在される補強層４とを備える。
【００１７】
そして、内ゴム層２には例えばＮＢＲ系ゴムが使用され、外ゴム層３には例えばＣＲ系ゴムが使用される。ここで、ＮＢＲとは、アクリロニトリルブタジエンゴムであり、アクリロトリルとブタジエンを共重合させて生成する耐油性ゴムの総称である。このため、ＮＢＲは優れた耐油性を有し、油圧ホース１の内ゴム層２に最適な材料となる。また、ＣＲとは、クロロプレンゴムであり、クロロプレンのゴム状重合体である。ＣＲは耐候性、耐油性のほか接着性、難燃性等の固有の特性があり、油圧ホースの外ゴム層３に最適な材料である。さらに、補強層４は、例えば、スチールワイヤ、ネット等にて構成される。従って、このように構成されたゴムホース１は可撓性を具備し、しかも、内外ゴム層２、３が耐油性に優れ、外ゴム層３が耐油性に加え難燃性等に優れるものとなって、油圧ホースとして最適のものとなっている。
【００１８】
また、このゴムホース１は、例えば、図１に示すような連結金具５に接続される。連結金具５は、ゴムホース１に挿入される芯金具６と、ゴムホース１に外嵌される締金具７とを備える。すなわち、ゴムホース１はその端部が芯金具６と締金具７との間の嵌合隙間８に嵌合された状態で連結される。また、芯金具６の先端テーパ部６ａは締金具７の端部７ａよりもゴムホース１内部（軸心方向内方）側に突出している。
【００１９】
ところで、このゴムホース１は油圧ホースとして優れるが、寿命がある。この寿命は、取付け形状（取付け湾曲半径、揺動時の湾曲半径の変化）、油圧の高さ、繰り返し回数、及び作動油の温度履歴によるゴムの伸び低下で決まる。このため、実際に建設機械（実車）に使用されている油圧ホースの寿命を予測しようとすると、温度毎の、圧力の高さと湾曲半径の大きさに基づく被害量予測（Ｓ−Ｎ曲線データ）が必要となる。しかしながら、実際に建設機械（実車）に搭載されている油圧ホースは、サイズが複数種類あり、被害量予測の際、膨大なデータが必要で、しかも、そのようなデータはほとんど存在しない。
【００２０】
そこで、この種の油圧ホースの寿命を決める２種類の強度、つまり、油圧や揺動を受けた時の補強層４の引張強度、油圧や揺動を受けた時のゴムの伸びの強度のうち、補強層４の引張強度について、次のＡ、Ｂ、Ｃの規格を定め、補強層４については疲労によっては破損しないものとした。この場合、Ａの規格は最小曲げ半径であり、Ｂの規格は最大圧力であり、Ｃの規格は揺動回数である。これにより、油圧ホース１は、ゴムの伸びを知れば寿命推定が可能であり、また、外ゴム層３の劣化を測定することによって、後述するように、内ゴム層２の劣化を非破壊で確認することができ、これによりホースの寿命を知ることができることになる。なお、図１の場合、芯金具６の先端テーパ部６ａは締金具７の端部７ａよりもゴムホース１内部側に突出しているので、ゴムホース１の疲労破損の起点部位は、内ゴム層２の表面部（ゴムホース１の内周面部）うち、芯金具６の先端テーパ部６ａに対応する部位１０となる。
【００２１】
そのため、このゴムホース寿命予測方法では、寿命が尽きる時（以下、寿命時と称する）の基準伸び率と、その時点の上記内ゴム層２の等価負荷推定温度からこのゴムホース１の寿命を求めることとした。ここで、寿命時の基準伸び率とは、疲労破損するときの伸び率であって、ゴムがそれ以下の伸び率しか示さなくなると弾性の欠如から、疲労破壊の生じる可能性が極めて高くなってしまうときの伸び率であり、例えば、７０％に設定される。ここで、伸び率７０％とは、元の長さに対して１．７倍の長さになることである。また、等価負荷推定温度とは、ゴム硬度と稼動時間との関係を示すグラフから読み取った稼動時間中の平均温度である。すなわち、ゴムは、特定の使用条件（使用温度）において、所定時間だけ稼動すると、その温度及び時間に応じて機能が劣化して硬度が上昇するから、硬度と稼動時間とから稼動時間中の平均温度を推定するのである。
【００２２】
次に、ゴムホース寿命予測方法を具体的に説明する。この場合、図３に示すように、ゴムホース１の外ゴム層３の空気老化試験における硬度（ＪＩＳ  Ｋ  ７２１５：プラスチックのデュロメータ硬さ試験方法による硬度）対する試験温度と時間（稼動時間）との関係のグラフを作成すると共に、図５に示すように、ゴムホース１の内ゴム層２の空気老化試験における基準伸び率（７０％）に対する試験温度と時間（稼動時間）との関係のグラフを作成する。
【００２３】
図３において、▲１▼が硬度７０Ｈｓのグラフを示し、▲２▼が硬度８０Ｈｓのグラフを示し、▲３▼が硬度９０Ｈｓのグラフを示している。また、横軸を温度とし、縦軸を稼動時間としている。このため、例えば、硬度８０Ｈｓである場合に、稼動時間が１０００時間であれば、外ゴム層３の温度（等価負荷推定温度）Ｔ０を９８℃と推定することができる。
【００２４】
そして、ゴムホース１の外ゴム層３を図示省略の硬度計で測定すると共に、ゴムホース１の稼動時間を確認する。硬度計で測定した外ゴム層３の硬度を、上記図３に当てはめることによって、この硬度と稼動時間（現在までの稼動時間）とに対応した推定使用温度（等価負荷推定温度Ｔ０）を推定する。その後、この求めた外ゴム層３の等価負荷推定温度Ｔ０から内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１を推定する。この等価負荷推定温度Ｔ１の推定は、図４に示すような内ゴム層２と外ゴム層３のヒートバランス温度に基づいて行う。この図４は、ＮＢＲ系ゴムからなる内ゴム層２と、ＣＲ系ゴムからなる外ゴム層３のヒートバランス温度を示し、最高油温度が１００℃となるようにクーラ容量を設定している。このため、内ゴム層２と外ゴム層３との温度差をｔ０とすれば、Ｔ１＝Ｔ０＋ｔ０となり、内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１は外ゴム層３の等価負荷推定温度Ｔ０よりもｔ０だけ高い温度と推定される。なお、最高油温度以下では、温度差が少し小さくなるが、熱影響を受ける温度は約７０℃程度からと考えられるので、ここは寿命の安全率としている。また、この内外ゴム層２、３の温度関係はサイズや材質等に相違することになるが、どのような組み合わせでも、その組み合わせに応じた関係となって、外ゴム層３の等価負荷推定温度Ｔ０から内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１を推定することができる。
【００２５】
次にこの内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１を上記図５に当てはめて、この等価負荷推定温度Ｔ１から、基準伸び率（例えば、伸び７０％）に対する稼動時間を推定する。この推定した時間がこのホースの寿命となるので、この推定した稼動時間から、現在までの稼動時間を差し引いた時間が余命となる。すなわち、以後、この余命時間の使用が可能であり、この余命時間に達するまで、安心して使用することができることになる。
【００２６】
このように、ゴムホース寿命予測方法によれば、建設機械（実車）から取り外すことなく、ホース１の外ゴム層３の硬度を、必要な時に測定することによって、容易に内ゴム層２の疲労被害特性を把握することができる。すなわち、実際の特性値の把握が容易にできる外ゴム層３から通常破損起点となる内ゴム層２の疲労被害特性を、的確にかつ簡単に推定できる。このため、油圧ポンプ、油圧モータ、切換弁、操作弁、シリンダー等の油圧機器の接合用に用いることができる種々のゴムホース１の寿命を簡単に予測することができる。ところで、油圧ホースは使用される温度環境の影響を受けるため、同じ建設機械の同じ部位でも環境が相違すれば、寿命が異なる。しかしながら、この予測方法では、ホース毎に寿命を予測することができ、ホース毎の交換時期を把握することができる。このため、建設機械等に使用されている各ゴムホース１を寿命に対応して効率よく交換することができ、１台の建設機械に対するホース交換作業の頻度の減少を図って、ホース交換費用の負担の軽減を達成できる。しかもホース交換作業の頻度の減少した分、建設機械として有効に使用することができる。
【００２７】
以上にこの発明のゴムホース寿命予測方法の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、内ゴム層２の表面温度は、このゴムホース１を流れる油温から求めることができ、これにより、内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１を求めることができる。また、寿命を予測するゴムホース１としては、内ゴム層２と、外ゴム層３と、この内外ゴム層２、３間に介在される補強層４とを備えたものであれば、建設機械以外の各種装置に使用されるホースであってもよい。すなわち、内ゴム層２がＮＢＲ系以外のゴムや、外ゴム層３がＣＲ系以外のゴムから構成されたゴムホースであっても、このゴムホース寿命予測方法においては、寿命を簡単に予測することができる。また、外ゴム層３の硬度と稼動時間（現在までの稼動時間）とに対応した推定使用温度（等価負荷推定温度Ｔ０）を推定する場合や内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１から寿命を求める場合においては、上記実施の形態では、図３のグラフや図５のグラフに当てはめることによって行っているが、グラフに当てはめることなく、演算処理で求めてもよい。さらに、内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１から寿命を求める際、上記実施の形態では、伸び７０％に対するものであるが、もちろんこれに限るものではないが、伸び７０％としたのは、これより低下すれば、内ゴム層２に使用できるゴムとしての性能を維持できないと推定できるからである。
【００２８】
【実施例】
建設機械に使用されている油圧ホースについて、このゴムホース寿命予測方法により寿命を求めた。この場合、その稼動時間が６０００時間であり、外ゴム層３の硬度が７６Ｈｓであった。このため、この硬度と稼動時間（現在までの稼動時間）に対応した推定使用温度（等価負荷推定温度Ｔ０）は、図３から７７．２℃となった。
【００２９】
その後、この求めた外ゴム層３の等価負荷推定温度Ｔ０（７７．２℃）から内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１を推定した。この場合、図４からわかるように、内外ゴム層２、３の温度差ｔ０は１０℃である。このため、外ゴム層３の等価負荷推定温度Ｔ０が７７．２℃であるので、内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１をそれよりも１０℃高い８７．２℃と推定した。次に、この内ゴム層２の等価負荷推定温度Ｔ１が８７．２℃であるので、図５に示すように、８７．２℃で基準伸び率７０％に対応する稼動時間として９０００時間が得られた。すなわち、この９０００時間がこのホースの寿命であり、この寿命から、上記確認した稼動時間（６０００時間）を差し引いた時間（９０００−６０００＝３０００）が余命となり、このゴムホース１は、以後３０００時間使用することができるとわかった。
【００３０】
このように、ゴムホース寿命予測方法によれば、外ゴム層３の硬度を測定することによって、簡単に寿命を知ることができ、寿命に達する（この場合以後３０００時間）まで、この予測したゴムホース１を安心して使用することができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のゴムホース寿命予測方法にて予測されるゴムホースの要部断面図である。
【図２】上記ゴムホースを使用した建設機械の簡略図である。
【図３】上記ゴムホースの外ゴム層の硬度に対する温度と時間の関係を示すグラフ図である。
【図４】上記ゴムホースの内ゴム層と外ゴム層のヒートバランス温度を示すグラフ図である。
【図５】上記ゴムホースの内ゴム層の伸びに対する温度と時間の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  ゴムホース
２  内ゴム層
３  外ゴム層
４  補強層
【図１】
0003926156.tif 000002
【図２】
0003926156.tif 000003
【図３】
0003926156.tif 000004
【図４】
0003926156.tif 000005
【図５】
0003926156.tif 000006