JP4019269B2 - 可撓性波形ホース組立体および連結方法 - Google Patents

Description

本発明は、可撓性波形ホース組立体と、そのような可撓性波形ホース組立体を製造するために可撓性波形ホースを連結する方法に関する。

いわゆる可撓性波形ホースは、流体導管として、特に流体伝導装置の可撓性連結部に使用される。可撓性波形ホースは、その内部に流路を定める波型パイプを有する。この波型パイプの多くは金属からなり、通常はプラスチック、弾性材料、および他の部材からなる外装に囲まれている。外装の多くは多層構造を有し、たとえば、波形パイプに直に接合されるホース芯部材が含まれる。ホース芯部材は、可撓性波形ホースの耐圧性を保証するために、しばしば耐張力性の材料が巻かれたいわゆる耐圧補強材を支えている。大抵の場合、耐圧補強材には、外部保護カバーを構成するホースカバーも固着されている。このような可撓性波形ホースの製造工程において、外装の各層は、予め両端に接続ニップルが設けられた波形パイプ上に、順次押し出される。しかし、その結果、導管の長さは、製造時の“固定長”に予め限定されている。

したがって、接続ニップルを有さない可撓性波形ホースを連結することには問題がある。一方、現場に所望の連結ラインを形成できること、すなわち、可撓性波形ホースの製造業者から出荷される特定の製品に制限されずに、ユーザーによって、長いまたはエンドレスの半完成可撓性波形ホース材料から、事前に設定された製造法には依らずに連結ラインを形成できることが強く要望されている。

可撓性波形ホースの延長導管または流体伝導装置との連結は、機械的に頑丈であって永久不透性を有する必要があり、簡単な方法で製造できなければならない。それぞれの設備または装置の動作中に予想されるような圧力負荷や機械的応力によって、漏れまたは連結に対するその他の損傷が発生してはならない。

以上に基づいて、本発明は、既成製品ではない可撓性波形ホースを使用して、可撓性波形ホース組立体を製造する方法を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体、および対応する連結方法によって達成される。

この可撓性波形ホース組立体は、可撓性波形ホースと、可撓性波形ホースの端部に配置され、そこに固定されて接合される少なくとも１つのホルダとを有している。ホルダは、たとえばパイプまたは連結される装置の流路などの延長導管に接合される肩要素を構成するものである。可撓性波形ホースにホルダを接合するために、可撓性波形ホース内部の波型パイプの終端部分が露出され、ホルダのパイプ形状の第１要素内に押し込まれる。ホルダは、ホルダの内壁が波形パイプの少なくとも１つのリブに当接してシールを形成するように変形される。この場合、予応力（プレストレス）によって内壁がリブに当接し、それによってリブが内壁に対して密着するものである。この圧着部は、特にＣＯ₂のような高圧下の流体に対して信頼性の高いシールを構成するものである。そのような流体は、特に自動車の分野において、冷却装置中の冷媒としてますます使用されるようになってきている。さらに、波形パイプのホルダの第１要素中への密着によって、可撓性波形ホースが機械的に装着される。

ホルダは、さらに可撓性波形ホースの外装に、たとえばその外装が内部に延在するカップ形状部によって接合される。

この種の接合部は、可撓性波形ホースの端部において、外装の一部が取り除かれ、波形パイプの端部がホルダに固定された後に形成することができる。

ホルダの第１要素において波形パイプの防流体性の圧着部を形成するために、パイプ形状の第１要素において半径方向の変形を実施することができる。この変形は、波形パイプの１つまたはいくつかのリブ上を覆う環状領域で実施する必要がある。この変形は、たとえば、半径方向内向きに移動するいくつかのチークプレートを有するプレス装置を、波形パイプを圧締め（クランプ）するためにパイプ形状の要素(断面)を狭めるように動作させることによって実施することができる。いくつかのリブに対して波形パイプを装着および圧締めすることによって、顕著な機械的接合と良好な装着が得られる。

別の方法として磁気圧縮を使用することもでき、この場合には、ホルダを同心に囲む磁気コイルにパルス電流が通電される。このパルス電流が十分に大きい場合には、所望の部分における圧縮を達成することができる。いずれの方法（機械的圧縮、磁気圧縮）でも、ホルダの第１要素は塑性変形される。

さらに、収縮嵌め工程によってホルダと波形パイプとの間の圧着部を形成することもできる。この場合、記憶特性を備えたホルダ（形状記憶金属）を使用することができる。さらに、たとえばホルダの第１要素の寸法が波形パイプに対して小さい場合において、熱による収縮嵌めを使用することもできる。たとえば液体窒素によって波形パイプを冷却し、反対にホルダをたとえば２００℃または３００℃に加熱すれば、波形パイプをホルダ内に挿入することができる。温度が等しくなった後、ホルダが収縮し、波形パイプが再膨張することによって、ホルダの第１要素の壁と波形パイプとの間に半径方向の圧力が発生する。

さらに、波形パイプを軸方向に圧縮することによって、波形パイプの端部をホルダの第１要素内に密着させることができる。このために、外装が取り除かれた波形パイプの端部がホルダに挿入され、その場所で、リブがつぶされて外側に向かって半径方向に僅かに逃げるように、軸方向に圧縮される。それによって、ホルダの壁との圧着部が形成される。

密着性の高い圧着（solid pressed connection）を達成するために、所望の場合、上述した工程のいくつかを組み合わせて実施してもよい。

上述した方法や別の方法で達成される、ホルダと波形パイプとの間の金属シールは、特に高圧において耐拡散性を有しており、弾性シールによるシールよりも優れていることが知られている。さらに、溶接によってそのシールを補強し、さらに改善することができる。このために、まずホルダが波形パイプと共に押圧され、その後、圧着部の加熱が実施される。加熱は、たとえば磁気誘導加熱工程によって達成できる。溶接部は、波形パイプのリブと内壁との間の接触面における圧力と、短時間の有効な高温（関係する金属の融点よりも低い温度）との相互作用によって形成される。

さらに、ホルダの第１要素に対して波形パイプをシールするために、たとえばＯリング等の弾性シール要素を使用することができる。たとえば、そのようなＯリングを、波形パイプの２つのリブの間に設けられた間隙に挿入することができる。必要な場合、複数のそのようなＯリング、または他のシール要素を備えることもできる。

ホルダの第１要素の延長流路への接合は、たとえば、ろう接または溶接によって実施することができ、適切な伝導部材が第１要素内に挿入され、そこにろう接されるものである。加えて、この伝導手段を波形パイプに溶接またはろう接することができる。波形パイプの前端とのろう接が好ましい。

ホルダの第２要素は、可撓性波形ホースの外装と噛み合いによって接合させることができる。この目的のために、第２要素を、たとえば狭い環状領域または広い環状領域において押圧することによって、半径方向内向きに圧縮できる。押圧が狭い環状領域で実施される場合には、波形パイプの変形を低減または防止するために、その環状領域は、波形パイプの２つのリブの間に配置されることが好ましい。

必要な場合、ホルダの第２要素は、その内面に起伏を有していてもよい。このために、その壁にリブまたはねじ部を設けることができる。これによって、押圧の間にホルダと外装との間の接合において顕著な密着性が達成される。

本発明の実施形態の有利な詳細は、以下の図面の説明、または従属請求項から明らかになるであろう。本発明の例示的な実施形態は、以下に説明する図面に示されている。

図１には、可撓性波形ホース組立体１が部分的に示されている。可撓性波形ホース組立体１には、可撓性の流体導管を構成する可撓性波形ホース２が含まれる。可撓性波形ホース２は、ホルダ３を介してパイプ要素４または他の伝導手段に連結されている。パイプ要素４の代りに、延長導管を構成するか、または冷却装置の一部をなす装置のような連結される装置の要素である別の連結部材を使用してもよい。図１に示すこの種の可撓性波形ホース組立体は、自動車の冷却装置において、その個々の装置または構成要素の間の柔軟かつ耐振性を有する流体接続として好適に使用されるものである。特に、この可撓性波形ホース組立体１は、最大で数百バール（bar）の高内圧下にある流体を収容するチャンバーの連結に適している。

可撓性波形ホース２には、波形パイプ６が含まれる。この波形パイプは、円形の断面を有し、その直径は軸７に沿って波形に増減する。波形パイプ６は薄肉金属パイプである。波形に直径が変化するため、波形パイプ６は環状のリブ８を有しており、それぞれのリブは互いに離れて配置され、各リブの間には間隙９が設けられている。

図４には、可撓性波形ホース２が個別に図示されている。図示されているように、波形パイプ６は外装１１を有し、この外装には、ホース芯部材１２と、ホース芯部材１２上に波形パイプ６と同心に配置された耐圧補強材１４と、外部カバー１５とが含まれる。ホース芯部材１２は、たとえば弾性体であり、その材料が波形パイプ６に嵌め込まれることによって波形パイプに接合され、リブ８上に装着されてリブ８間の間隙９を充填するものである。ホース芯部材の円筒形の外側表面は耐圧補強材１４によって囲まれ、この耐圧補強材は、たとえば交差する糸またはワイヤー、または同様の引張剛性構造を備えた布ホースとすることができる。外部カバー１５も同様に弾性材料であるかまたはプラスチック材料であり、可撓性波形ホース２を外部から保護するために使用される。

図２に個別に図示されているホルダ３は、可撓性波形ホース２を連結するために使用される。このホルダ３は、パイプ形状の第１要素１６とカップ形状の第２要素１７とを有している。第１要素１６は、その内壁によって通路１９を形成する。この通路は、少なくとも円筒部２１を有してほぼ円筒形であり、その直径は波形パイプ６の外径よりも僅かに大きい。

第１要素１６は、第２要素１７の底の開口部内に伸び、たとえば溶接またはろう接によって、カップ形状の第２要素の底に接合される。両方の要素１６、１７がお互いに一体に接合されていてもよい。通路１９から開始してカップで終端し、引き続いて開口部２２が第２要素１７を通じて延在することによって、ホルダ３は両端が開口するものである。開口部を形成する第２要素の壁２３は、たとえば滑らかな円筒形に形成されている。

図３に示すように、まず、ホルダ３は、要素１６を要素１７内に挿入して接合することによって、各要素１６、１７から形成することができる。さらに、パイプ要素４は、要素１７の開口端に装着して接合することができる。この接合はろう接によるものであってもよい。必要に応じて、他の接合方法を用いることもできる。

図１に示す可撓性波形ホース組立体１は、次の方法によって製造される。まず、所望の長さの１本の可撓性波形ホース２を、適切な原材料から切り出す。図４に部分的に示す可撓性波形ホース２の外装１１を、波型パイプ６の端部２４から取り除く。それによって、波形パイプ６の端部２４が露出する。端部１４のリブ８の少なくともいくつかを、たとえば回転ワイヤーブラシによって磨き、リブ８がその外周部に金属清浄面を有するようにする。加えて、たとえばＯリング２５、２６などのシール要素のための受座を形成するために、少なくとも１つの間隙９からホース芯部材１２の弾性材料の残りを取り除く。この状態は、図６に図示されている。Ｏリング２５、２６は、波形パイプ６の自由端の近くの、それぞれ２つのリブ８の間の２つの間隙中に配置される。Ｏリングの線径については、Ｏリング２５、２６が、リブ８と同じ外径を有するか、またはリブ８を超えて半径方向外側に僅かに突き出るようなサイズとする。波形パイプの露出された端部２４と未処理の外装１１との間の遷移部分は、カップ形状の要素１７の底形状に一致する形状を有する環状肩部２７によって形成される（図１）。この例では、環状肩部２７は外装１１のほぼ平坦な環状の前面によって形成されている。

図６に示すように、ホルダ３に引き続く組立てのために、可撓性波形ホース２の準備された端部を、波形パイプ６の前端がパイプ要素４に当接し、かつ環状肩部２７が要素７の底に当接するまで、図３に示すホルダ内に押し込む。この状態は図７に示されている。必要な場合、ろう材からなるリングを波形パイプ６とパイプ要素４の前端との間に挿入することもできる。波形パイプ６のリブ８は、僅かの遊びを有してホルダの第１要素１６に装着される。可撓性波形ホース２の外装１１は、同様に僅かの遊びを有してホルダ３の要素１７に装着される。好ましくは、Ｏリング２５、２６は、すでに要素１６の壁１８に接触しているものである。

次に、ろう接工程を実施して、ろう接継手３４において波形パイプ６の端部をパイプ要素４または要素１６にろう接する。事前にろう材のリングを挿入した場合には、ここでは単にホルダ３の対応する領域を加熱するだけである。要素１６と要素１７との間のろう接を事前に実施しておらず、必要な場合には、この工程でそれを実施してもよい。しかし、波形パイプ６とホルダ３またはパイプ要素４とをろう接しないことが望ましい場合には、このろう接工程は省略することができる。

流路の金属シール、すなわち最終的にはパイプ要素４に対する波形パイプ６の金属シールを形成するため、ここでホルダ３を図１に示す形状に変形する。この目的のため、２つのホルダ要素（要素１６および要素１７）のそれぞれに、環状領域において内側方向の力をかける。図１において、これは、部分２１に対して押圧される力Ｆで示されている。この力は、たとえば、要素１６の外周部に対して半径方向内側に移動する何枚かのチークプレート（cheek plate）によって押圧される。この場合、力の方向は要素１６の外周部のあらゆる位置においてほぼ半径方向内側を指しており、それによって要素１６は塑性変形される。結果として、この部分２１での通路１９の自由な内径は減少する。

同じ工程もしくはさらなる押圧工程で、外装の部分２８が装着される要素１７に、環状領域の全周に沿った１つまたはいくつかの領域で、内向きの力Ｆ１をかける。その結果、半径方向打内向きに変形された環状の圧縮領域２９、３１が形成され、この領域の軸方向の位置は、リブ８間の間隙９の位置と一致し、摩擦および噛み合いによって外装１１を圧締めするものである。可撓性波形ホースの外装１１は、ホルダ３に軸方向に固定されて保持される。しかし、シールは、部分２１における内壁１８とリブ８の外周領域との間の金属圧着部によって達成されている。

図１に示すように、波形パイプ６内に、ホースまたは可撓性パイプ３２を挿入でき、このホースは、パイプ要素４内に遊びを有することなく差込まれ、流路に対してリブ８を覆うものである。特にこのことが可能なのは、ホルダ３が可撓性波形ホースと、どの位置においてもその内径を低減させることなく接合しているためである。パイプ３２は、流体の流動抵抗を低減すると共に、流体の流動によって発生するノイズを低減するために使用できる。しかし、所望の場合、これを省略することもできる。

ホルダ３の異なる実施形態を図８に示す。この実施形態は、基本的には上述したホルダ３と同一のものであり、その相違点は以下の通りである。

図８に示すホルダ要素１７の壁には起伏が設けられている。図示されているように、この起伏は、軸７に対して同心に配置された個々の環状リブによって形成することができる。元の状態、すなわち要素１７がまだ変形されていない状態では、これらのリブ３３の内径はカバー１５の外径よりも大きい。したがって、外装の部分２８をホルダ３に容易に押し込むことができる。押圧（要素１７の半径方向の圧縮）が進行するにつれて、リブ３３は可撓性波形ホース２のカバー１５に貫入し、噛み合いによってカバーを固定する。この実施形態が特に重要なのは、要素１７を変形するための半径方向内向きの力を、要素１７の比較的広い環状領域における力として適用し、それによって壁２３のほぼ全体が半径方向内向きに変形する場合である。リブ３３の代りに切削ねじを設け、ホルダ３と可撓性波形ホース２とがねじ結合される際に、カバー１５に食い込むものであってもよい。

高圧用途に関連して好ましくは気体媒体を移送するための、管継手を備えていない可撓性波形ホースを連結するために、可撓性波形ホース２の波形パイプ６の露出された端部が装着されるホルダ３が備えられ、波形パイプの端部と共に押圧されて金属シールが形成される。この金属シールは、ホルダの要素１６の内壁１８と波形パイプ６のリブ８との間の面圧力によって達成される。所望の場合、補助手段として、弾性シール２４、２５、およびろう接継手３４を設けることもできる。しかし、好ましい実施形態との関連において、必要なシールは、波形パイプ６の金属の外壁と要素１６の金属の内壁との間の強い圧力によってすでに達成されている。ホルダ３のもう１つの要素１７は、可撓性波形ホース２の外装１１の部分２８を軸方向に固定すると共に、傾き移動に対しても固定しているため、可撓性波形ホース２の旋回によって、波形パイプ６とホルダ３、特に要素１６との間の相対的な移動は生じない。したがって、可撓性波形ホース組立体１が機械的な引張りまたは曲げ応力にさらされる場合でも、シール領域が影響を受けることはない。

図１は、可撓性波形ホース組立体の部分縦断面図である。 図２は、可撓性波形ホースを連結するためのホルダを示す図である。 図３は、図２に示すホルダが延長伝導手段に接合された状態を示す縦断面図である。 図４は、可撓性波形ホースを示す部分縦断面図である。 図５は、図４に示す可撓性波形ホースの端部における外装を除去した状態を示す縦断面図である。 図６は、２つのＯリングを備えた図５に示す可撓性波形ホースを示す縦断面図である。 図７は、押圧される前の可撓性波形ホース組立体を示す縦断面図である。 図８は、押圧状態における可撓性波形ホース組立体の異なる実施形態を示す縦断面図である。

Claims (19)

1. 特に圧力を伝達する装置のための、または特に自動車の冷却装置のための可撓性波形ホース組立体(1)であって、
   軸方向に互いに離れて配置されたねじ状または環状のリブ(8)を有しかつ波形パイプ(6)を少なくとも１つの端部(24)を除いて取り囲む外装(11)中に封入されている前記波形パイプ(6)を有する可撓性波形ホース(2)と、
   前記端部(24)を受け入れるための通路(19)を有するパイプ形状の第１要素(16)と前記外装(11)の部分(28)を受け入れるための開口部(22)を有するパイプ形状の第２要素(17)とを有するホルダ(3)と、
   パイプ形状の前記第１要素(16)に流体密に接合された伝導手段(4)とを備え、
   前記通路(19)は前記第１要素(16)の内壁(18)によって形成され、前記開口部(22)は前記第２要素(17)の壁(23)によって形成され、
   少なくともパイプ形状の前記第１要素(16)は、その内壁(18)が前記波形パイプ(6)の少なくとも１つの前記リブ(8)に当接してシールを形成するように、半径方向に変形されることを特徴とする可撓性波形ホース組立体。
2. 前記波形パイプ(6)は金属パイプであり、前記第１要素(16)は金属からなり、前記波形パイプ(6)と前記第１要素(16)との間に流体密な圧着部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
3. パイプ形状の前記第１要素(16)は、その内壁(18)が前記波形パイプ(6)のいくつかの前記リブ(8)に当接してシールを形成するように半径方向に変形され、前記第１要素(16)と前記波形パイプ(6)との間に流体密な圧着部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
4. 前記第１要素(16)は、塑性変形されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
5. 前記塑性変形は、前記第１要素(16)の環状領域(21)において半径方向内向きに生じることを特徴とする請求項４に記載の可撓性波形ホース組立体。
6. 前記第１要素(16)は、収縮嵌めによって前記波形パイプ(6)に装着されることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
7. 前記第１要素(16)の前記内壁(18)は、前記波形パイプ(6)の前記リブ(8)と共に金属シールを構成することを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
8. 前記第１要素(16)の前記内壁(18)は、前記波形パイプ(6)の前記リブ(8)に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
9. 前記波形パイプ(6)は、前記第１要素(16)の内壁(18)に当接してシールを形成している前記端部(24)の２つのリブ(8)の間に、少なくとも１つのシール要素(24,25)を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
10. 前記伝導手段(4)は、剛性を有し、前記ホルダ(3)のパイプ形状の前記第１要素(16)内に差込まれていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
11. 前記波形パイプ(6)は、前記伝導手段(4)に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
12. 前記伝導手段(4)は、前記第１要素(16)および前記波形パイプ(6)にろう接されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の可撓性波形ホース組立体。
13. 前記第１要素(16)と前記第２要素(17)は、溶接またはろう接されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
14. 前記第２要素(17)は、前記第１要素(16)と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
15. 前記第２要素(17)は、前記外装(11)と噛み合いによって接合していることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
16. 前記第２要素(17)は、前記外装(11)と共に押圧されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
17. 前記第２要素(17)は、その内面に起伏を有することを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
18. 前記波形パイプ(6)の内部に、ホース(32)が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性波形ホース組立体。
19. 可撓性波形ホース(2)を他の伝導手段(4)に連結するための方法であって、
    ａ．前記可撓性波形ホース(2)の、ホルダ(3)の第１要素(16)よりも長さが短い１つの端部(24)の外装(11)を取り除く工程と、
    ｂ．波形パイプ(6)の露出された前記端部(24)を清浄化する工程と、
    ｃ．前記可撓性波形ホース(2)の前記端部(24、28)に前記ホルダ(3)を装着する工程と、
    ｄ．前記ホルダ(3)の前記第１要素(16)に前記伝導手段(4)を挿入する工程と、
    ｅ．前記伝導手段(4)を前記第１要素(16)に接合する工程と、
    ｆ．前記ホルダ(3)を前記波形パイプ(6)および前記外装に固定してシールするために、前記ホルダ(3)を変形する工程と、
    を備えていることを特徴とする方法。

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