JP4203249B2 - 押し引きコントロールケーブル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アウタチューブに摺動自在に挿通されたインナケーブルの一端に加えられる押し引き両方向の力をインナケーブルの他端に伝達する押し引きコントロールケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
操作機器に入力された押し引き操作を遠隔の従動機器に伝達する機械部品として押し引きコントロールケーブルが用いられる。例えば、自動車のトランスミッションを遠隔操作するために押し引きコントロールケーブルが使用されている。押し引きコントロールケーブルは操作力を効率よく伝達することが要求されることから荷重効率を高める研究が従来からなされている。ここでいう荷重効率とは、アウタチューブを固定した状態でインナケーブルの一端に加えられた荷重とインナケーブルの他端に伝達される荷重の比をいい、インナケーブルの表面とアウタチューブの内表面との間の接触抵抗が低いほど高い荷重効率が得られる。荷重効率が低いと心地よい操作性が得られず、耐久性も良くない。
【０００３】
たとえば、実公昭６０−３５７８７号公報には、芯線の周りに、互いに間隔を置いた複数の主側線と各主側線間に介在する該主側線より小径の副側線とを螺旋巻きしてなるコントロールケーブルのインナケーブルが開示されている。この技術では、主側線と副側線を交互に配することで外周面に潤滑油を十分に充填することができる大きな空間を形成することができ、かつ、アウタチューブに対する接触面圧も低く、しかも、信頼性の高いインナケーブルの提供が可能になった。また、特開２０００−１２４０４７号公報には、芯線の周りに螺旋巻きされた主側線同士が離隔し、表面を覆うコーティング層に螺旋状の溝が形成されてなるコントロールケーブルが開示されている。このコントロールケーブルの場合、螺旋状の溝を十分に深く広くすることで、潤滑剤の保持能力が一層に高められることから高い荷重効率を長期間に亘って維持することができる。このほか、多数の素線が撚り合わされた構造の側線を芯線の周りに螺旋巻きしてなるコントロールケーブルもよく知られている（例えば、特公平７−２６６４６号等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は押し引きコントロールケーブルの荷重効率のアップを図ることに重点がおかれていたため、インナケーブルとアウターチューブとの摺動抵抗を減らすことに注意が向けられていた。
しかしながら、近年、コントロールケーブルの小径化の要求から、コントロールケーブルを小径化しながら座屈強度が低下しないコントロールケーブル（すなわち、高い座屈強度を有するコントロールケーブル）への要求が強まっている。高座屈荷重化のための一般的な手法としては芯線径を大径化することが行われるが、芯線径を大径化するとこれに伴なってインナケーブル径も大径化されてしまう点で問題がある。芯線径を大径化しつつインナケーブル径の大径化を避けるためには主側線を細径化する必要が生じるが、これでは空間率が低下して摩擦抵抗が増加し荷重効率が低下することとなる。
したがって、現状ではインナケーブル（コントロールケーブル）を大径化することなく荷重効率のアップと高座屈荷重化を同時に達成する技術は開発されていない。
【０００５】
すなわち、本発明の目的とするところは、荷重効率の低下を招くことなく高座屈荷重化を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
本発明者等は、押し引きコントロールケーブルの高荷重効率化及び高座屈荷重化を達成するための研究開発を進める過程で上述の問題点を解決する技術を見出した。すなわち、従来は高荷重効率化のためには空間率をアップすることが優先され、このために主側線と副側線の径の差を大きくすることが第１とされた（主側線と副側線の径の差を大きくすることで両者により形成される溝が深くなり空間率がアップする。）。一方、既に述べたように高座屈荷重化のためには芯線径の大径化が第１とされた。このため、従来は高座屈荷重を達成するために芯線径の大径化及び主側線の小径化が試みられ、また、高荷重効率を達成するために主側線と副側線の径の差の拡大化が試みられ、その結果、高荷重効率の達成と高座屈荷重の達成という相反する目的を達成することができなかった。
そこで、本発明者等は、従来の手法とは全く逆の発想でインナケーブルに作用する圧縮力を積極的に側線（主側線と副側線）で受けることを検討した。圧縮力を側線で受けるためには主側線と副側線の径の差は小さいほうが良く、また、芯線と主側線の径の比はできるだけ大きいほうが良いこととなる。そして、従来では想定し得なかった種々の条件で実験を繰り返し本願第１の発明をなした。
すなわち、本願第１の発明は、アウタチューブに摺動自在に挿通されたインナケーブルが、芯線と、この芯線の周りに互いに間隔を置いて螺旋巻きされた複数の主側線と、各主側線の間に介在する副側線とを有して成る押し引きコントロールケーブルにおいて、（主側線の外径）／（芯線の外径）の値が０．４２〜０．５５であり、かつ、（副側線の外径）／（主側線の外径）の値が０．５５〜０．８５であることを特徴とする。
【０００７】
上記コントロールケーブルでは、芯線と側線によって効率的に圧縮荷重を受けることができるよう芯線、主側線および副側線の外径を規定している。すなわち、芯線に対する主側線の外径を従来より大きく、かつ、主側線に対する副側線の外径を従来より大きくすること（すなわち、主側線と副側線の外径の差を小さくすること）によって、芯線の径を徒に大きくすること無く（すなわち、インナケーブルの大径化を避けて）コントロールケーブルの高座屈荷重化を達成する。一方、主側線に対する副側線の外径を従来より大きくすることで主側線間に形成される溝は浅くなるが、芯線に対する主側線及び副側線の外径が従来より大きくなるため主側線間の間隔（主側線間に形成される溝の幅）が広がり空間率の低下が防止される。これにより荷重効率の低下が防止される。
ここでいう主側線とは、インナケーブルの外径を決定する側線をいう。各主側線の間にそれよりも小径の副側線が介在し、主側線が螺旋巻きされた状態で相互に接触しあわず、間隔を置いて離隔的に螺旋巻きされている。
また、本発明は、その外径がφ５ｍｍ未満のインナーケーブルを有するコントロールケーブルについて効果的である。外径がφ５ｍｍ未満のインナーケーブルでは、特に高座屈荷重化の要求が強いためである。
【０００８】
第２の発明は、上記の押し引きコントロールケーブルにおいて、主側線の数が５本であることを特徴とする。とくに、主側線と副側線を芯線の周りに５角形の頂点になるように交互に配することが好ましい。
【０００９】
第３の発明は、上記の押し引きコントロールケーブルにおいて、芯線は圧縮残留応力が付与された鋼線であることを特徴とする。たとえばショットピーニングにより表面に圧縮残留応力が付与された鋼線は疲れ強さが高められるので、曲げの厳しい配索経路でも疲労折損することなく高座屈・高効率を図り得る。なお、圧縮残留応力は５００ＭＰａ以上とするのが好ましい。
【００１０】
第４の発明は、アウタチューブに摺動自在に挿通されたインナケーブルが、芯線と、この芯線の周りに互いに間隔を置いて螺旋巻きされた複数の主側線と、各主側線の間に介在する副側線とを有して成る押し引きコントロールケーブルにおいて、（副側線の外径）／（主側線の外径）の値が０．５５〜０．８５であることを特徴とする。このコントロールケーブルでは、主側線と副側線の外径比が最適化されており、高座屈荷重化と高荷重効率化が図られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を具体化した一実施の形態に係わる押し引きコントロールケーブルの一部破断斜視図であり、図２は図１のII−II線断面である。両図に示すように、押し引きコントロールケーブル１は、アウタチューブ２にインナケーブル３が摺動自在に挿通されて成る。たとえば三層構造を有するアウタチューブ２の場合、最内層は樹脂製のライナ２ａ、中間層は多数の鋼線からなるストランド２ｂ、最外層はアウタコート２ｃである。ライナ２ａは、ポリフェニレンサルファイド、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリ三フッ化エチレン、ポリ四フッ化エチレン、オレフィン、ポリアミド等の滑性に優れた樹脂でチューブ状に形成されている。ストランド２ｂは、多数の鋼素線を相互に隙間なくライナ２ａの周りに螺旋状に撚り合わせたものであり、その外周を樹脂製のアウタコート２ｃが被覆している。
【００１２】
インナケーブル３は、芯線４と、芯線４の回りに螺旋状に巻かれた複数本〔図２では合計５本（五角撚り）〕の主側線５と、隣接する主側線５間に介在し同じく芯線４の回りに巻かれた複数本〔図２では合計５本（五角撚り）〕の副側線６とで構成されている。芯線４は１本の鋼素線であり、表面にはショットピーニング処理により所定の圧縮残留応力が付与されている。なお、主側線５は７本（七角撚り）であっても良い。
芯線４、主側線５および副側線６は、（主側線５の外径Ｄ1）／（芯線４の外径ｄ）の値が０．４２〜０．５５であり、かつ、（副側線６の外径Ｄ2）／（主側線５の外径Ｄ1）の値が０．５５〜０．８５となるように各線径が規定されている。ここで、各記号Ｄ1，Ｄ2，ｄの説明を図３に示した。本実施形態に係るコントロールケーブルでは、（主側線５の外径Ｄ1）／（芯線４の外径ｄ）の値を０．４２〜０．５５で、かつ、（副側線６の外径Ｄ2）／（主側線５の外径Ｄ1）の値を０．５５〜０．８５とすることで、インナケーブル３の高座屈荷重化と高荷重効率化が図られている。また、芯線４にショットピーニング処理を施すことで、インナーケーブル３の耐久性も高められている。
【００１３】
【実験例１】
芯線４，主側線５及び副側線６の外径を種々の値としたコントロールケーブルについて、座屈強度と荷重効率と摺動抵抗を測定した実験について説明する。実験に使用したコントロールケーブルは、アウタチューブの内径をφ３．２ｍｍとし、インナケーブルの外径がφ２．８〜３．１ｍｍの範囲内となるように芯線と主側線と副側線の外径を決めた。具体的には、芯線の外径をφ１．２〜１．９ｍｍの範囲内から決め、芯線の外径を決めた後にインナケーブルの外径が上記の範囲内となるように主側線５と副側線６の外径を決めた。本実験で使用したインナケーブルの一覧を図４に示す。図４に示すように、芯線の外径が大きくなると主側線の径は小さくなり、主側線の径が小さくなるに従って主側線および副側線の本数が多くなっている。なお、芯線４の材質は、ＳＷＯ−Ａ（ばね用炭素鋼オイルテンパー線）とした。
図４に示す各インナーケーブルについて、座屈強度と荷重効率と摺動抵抗を測定した。座屈強度は、インナケーブルに圧縮荷重を加え、その荷重が最初に大きく落ちこむまでの最大荷重を測定した。測定した最大荷重を座屈荷重とした。
荷重効率は、コントロールケーブル（アウタチューブ）を曲げ半径１５０ｍｍ、曲げ角度１８０°で固定した状態でインナケーブルの出力端部に質量５ｋｇの重りを取付け、入力端部でインナケーブルを引っ張る力（被操作力）を測定した。測定した被操作力から荷重効率（被操作力／入力）を算出した。
摺動抵抗はインナケーブルの一端をフリーにし、他端をプッシュプルゲージに接続して押し引き操作し、そのときの抵抗を測定した。
【００１４】
（主側線の外径Ｄ1）／（芯線の外径ｄ）をパラメータとしてインナケーブルの座屈強度を評価したグラフを図５に示す。同図によれば、Ｄ1／ｄが小さい（すなわち、芯線の外径ｄが大きい）ほど座屈強度が大きくなった。特に、Ｄ1／ｄがおよそ０．５５以下で充分な座屈強度（１５００Ｎ以上）が得られた。なお、インナケーブルの座屈強度が１５００Ｎ以上であれば、例えば、そのインナケーブルを自動車トランスミッションに用いた場合に、自動車トランスミッションの最も厳しい操作条件（例えば、レバー比３で最大荷重５０ｋｇｆ）に耐え得る充分な座屈強度を有する。
【００１５】
（主側線の外径Ｄ1）／（芯線の外径ｄ）をパラメータとしてインナケーブルの荷重効率を評価したグラフを図６に示す。同図によれば、Ｄ1／ｄがおよそ０．４２〜０．６０となるときに充分な荷重効率（８０％以上）が得られた。なお、インナケーブルの荷重効率が８０％以上であれば、例えば、そのインナケーブルを自動車トランスミッションに用いた場合に、自動車トランスミッションのレバー操作を快適（心地よく）に行うことができる。
【００１６】
（副側線の外径Ｄ2）／（主側線の外径Ｄ1）をパラメータとしてインナケーブルの座屈強度を評価したグラフを図７に示す。同図によれば、Ｄ2／Ｄ1がおよそ０．５５（５５％）以上で充分な座屈荷重（１５００Ｎ以上）が得られた。
【００１７】
（副側線の外径Ｄ2）／（主側線の外径Ｄ1）をパラメータとしてインナケーブルの荷重効率を評価したグラフを図８に示す。同図によれば、Ｄ2／Ｄ1がおよそ０．３（３０％）〜０．８５（８５％）で十分高い荷重効率（８０％）が得られた。
【００１８】
主側線の数をパラメータとしてインナケーブルの摺動抵抗を評価したグラフを図９に示す。同図によれば、主側線の数が奇数（すなわち、５本または７本）となるものの摺動抵抗が低くなった。
【００１９】
【実験例２】
芯線にショットピーニング処理を施したコントロールケーブルについて耐久性を評価した。耐久性を評価する実験は図１１に示す方法で行った。すなわち、図１１に示すように実験中コントロールケーブル（アウターチューブ）はプーリーに巻き掛けられ固定される。インナーケーブルの一端には滑車を介して所定重量（本実験では５ｋｇ）の重りがぶら下げられ、インナーケーブルの他端には所定のストローク長の往復運動（完全片振り）が与えられる。そして、プーリの半径を種々に変えて耐久試験を行い、インナーケーブルの一端に与えられる往復運動が２００万回以上となっても折損しないプーリの最大曲げ半径（許容曲げｒ）を求めた。実験に使用したコントロールケーブル（インナケーブル）は、(1)芯線径φ１．６ｍｍ，主側線０．６８ｍｍ，副側線０．３６ｍｍと、(2)芯線径φ１．５ｍｍ，主側線０．７５ｍｍ，副側線０．５５ｍｍと、(3)芯線径φ１．４ｍｍ，主側線０．８０ｍｍ，副側線０．３９ｍｍと、(4)芯線径φ１．２ｍｍ，主側線０．８８ｍｍ，副側線０．２４ｍｍの４種類とした。
実験結果を図１０に示す。同図によれば、いずれの種類についても、芯線に圧縮残留応力が付与することで耐久性が改善され許容曲げｒが大きくなった。特に、圧縮残留応力としておよそ５００ＭＰａ以上付加されている場合には、耐久性の向上に顕著な効果があった。
【００２０】
【実験例３】
芯線の材質を変えたときのコントロールケーブルの耐久性について評価した。耐久性の評価は実験例２と同様に図１１に示す方法で行い、芯線にはショットピーニング処理は施さなかった。実験に使用したコントロールケーブル（インナケーブル）は、芯線径φ１．６ｍｍ，主側線０．６８ｍｍ，副側線０．３６ｍｍとし、芯線の材質を(1)ＳＷＯ−Ａ（ばね用炭素鋼オイルテンパー線）、(2)ＳＷＯＳＣ−Ｂ（ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線）、(3)ＳＷＯＳＣ−Ｖ（弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線）の３種類について実験を行った。主側線と副側線の材質はＳＷＲＨ６２Ａとした。
実験結果を図１２に示す。同図によれば、芯線の材質を炭素鋼オイルテンパー線からシリコンクロム鋼オイルテンパー線に変更することによって許容曲げｒが小さくなり、芯線にショットピーニングを施した場合と同様にコントロールケーブルの耐久性を向上させることができた。特に、芯線を弁ばね用シリコンクロム鋼オイルテンパー線としたものは許容曲げ半径が最も小さくなり、耐久性の向上に顕著な効果があった。
【００２１】
なお、本実施の形態に係わる押し引きコントロールケーブルは、インナケーブルの構成に特徴を有して上述した作用効果を発揮するものであり、アウタチューブの構成については、すでに知られている種々の技術の採用をなんら制限するものではない。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態に係わる押し引きコントロールケーブルを説明する一部破断斜視図である。
【図２】 図１のII−II線断面である。
【図３】 各部寸法Ｄ1，Ｄ2,ｄ,Ｄ0を説明する図である。
【図４】 実験を行った各コントロールケーブルについて、その緒言と、測定された座屈強度と荷重効率と摺動抵抗をそれぞれ示す図である。
【図５】 Ｄ1／ｄをパラメータとして座屈強度を評価したグラフである。
【図６】 Ｄ1／ｄをパラメータとして荷重効率を評価したグラフである。
【図７】 Ｄ2／Ｄ1をパラメータとして座屈強度を評価したグラフである。
【図８】 Ｄ2／Ｄ1をパラメータとして荷重効率を評価したグラフである。
【図９】 主側線（副側線）の数をパラメータとして摺動抵抗を評価したグラフである。
【図１０】 芯線に圧縮残留応力を付加したときの耐久性に関する実験結果を示す表である。
【図１１】 耐久性を評価する実験の方法を説明するための図である。
【図１２】 芯線の材質を変えて耐久性を評価した実験の結果を示す表である。
【符号の説明】
１：コントロールケーブル
２：アウタチューブ
３：インナケーブル
４：芯線
５：主側線
６：副側線

Claims (2)

1. アウタチューブに摺動自在に挿通されたインナケーブルが、芯線と、この芯線の周りに互いに間隔を置いて螺旋巻きされた複数の主側線と、各主側線の間に介在する副側線とを有して成る押し引きコントロールケーブルにおいて、インナケーブルの外径が２．８〜３．１ｍｍであり、芯線の外径が１．２〜１．６ｍｍであり、（主側線の外径）／（芯線の外径）の値が０．４２〜０．５５であり、（副側線の外径）／（主側線の外径）の値が０．５５〜０．８５であり、かつ、芯線が圧縮残留応力を付与されたばね用炭素鋼オイルテンパー線であることを特徴とする押し引きコントロールケーブル。
2. 主側線の数が５本である請求項１記載の押し引きコントロールケーブル。

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