JPH05312209A - コントロールケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インナーケーブルとアウターケーシングとの
間の摩擦抵抗がきわめて小さく、その結果、荷重効率が
よく、さらに耐久性にもすぐれた極細径のコントロール
ケーブルを提供すること。 【構成】 コントロールケーブル１のアウターケーシン
グ３が、密着コイル状に巻かれた0.05mmの外径を有する
ステンレス鋼線２から構成され、かつその外径が0.26mm
であり、ステンレス鋼線からなるインナーケーブル４の
外周面には固体潤滑剤とバインダーとからなる乾性潤滑
被膜５が形成されており、その外径が0.103mm にされて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコントロールケーブルに
関する。さらに詳しくは、たとえば医療用および工業用
内視鏡などにおいて用いられる微小機械や装置などの力
伝達操作用の極細径のコントロールケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】コントロールケーブルは、運動エネルギ
ー（力・変位）を離れた場所に機械的に伝達する可撓性
をもった機械要素であり、種類としては、引きの力のみ
を伝えるプルケーブル、押し引きに使えるプッシュプル
ケーブル、ギヤとかみ合うギヤードケーブル、回転を伝
えるローターケーブルに大別される。ここでは、プルケ
ーブルについて説明する。

【０００３】インナーケーブルは張力を受けて運動エネ
ルギーを伝達し、アウターケーシングは圧縮力を受け、
インナーケーブルのガイドと保護の機能をもつ。ケーブ
ルエンドは、インナーケーブルと操作機構とを連結し、
ケーシングキャップはアウターケーシングを取付部に固
定する。

【０００４】インナーケーブルは、通常、伸線加工され
た硬鋼線やステンレス鋼線を複数本撚り合わせて作られ
る。用途によって最適の素線数や構造が選ばれる。その
特性値としては、破断力と伸び特性および耐疲労性が重
要である。

【０００５】そしてアウターケーシングは通常丸鋼線を
圧延してえられる平鋼線をスパイラルに密着巻にし、さ
らに外周面にプラスチックコーティングが施される。そ
の特性値として重要なのは圧壊荷重と縮み特性である。

【０００６】コントロールケーブルの存在価値は、力と
変位を効率よく他端に伝えることにあるので、荷重効率
とストロークロスが重要である。荷重効率ηｗとは、図
４に示すように入力Ｆが何％出力Ｗに伝達されるかとい
うことである。すなわち

【０００７】

【数１】

【０００８】なる式で表わされる。一方、荷重効率は次
式で示すように、曲げ角の総和Σθに依存する。したが
って摩擦係数をμとすれば、荷重効率は ηｗ＝ｅｘｐ（−μΣθ）×１００（％） なる式で表わされる。

【０００９】ストロークロスは、図４に示すように入力
側の変位δ₂ と出力側の変位δ₁ の差であって、アウタ
ーケーシングの縮みや変形及び、インナーケーブルの伸
びにより生ずるものである。

【００１０】従来の極細径コントロールケーブル（以
下、単にコントロールケーブルという）としては、特開
平4-40933 号公報に開示されているように、金属製アウ
ターケーシングと、金属製インナーケーブルとから構成
されたものが知られている。

【００１１】すなわち、図５に示されるようにこのコン
トロールケーブル51のアウターケーシング52は、密着し
てコイル状に巻かれた金属製の平角線53から形成されて
おり、その外周が合成樹脂製のコーティング層54によっ
て被覆されたものである。なお、外径は通常0.4mm 以下
にされている。そして、アウターケーシング52内には金
属製のけん引用のインナーケーブル55が挿通されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のコントロー
ルケーブル51においては、アウターケーシング52とイン
ナーケーブル55との摺動が金属同士の摺動となるため、
摩擦抵抗が大きく、荷重効率がきわめて低いものとな
る。これは、操作性を低下させる主要因となり、マイク
ロマシンなどのきわめて小さい機械を操作するうえで致
命的な欠点となる。さらに、かかるコントロールケーブ
ル51を長期間使用していると、一層荷重効率が低下し、
操作できなくなることがある。

【００１３】そこで、潤滑手段として、通常サイズのコ
ントロールケーブル（アウターケーシング外径が５〜10
mm、インナーケーブル外径が1.5 〜3.5mm ）に対すると
同様にグリースなどの潤滑剤を塗布したばあい、極細径
が災して、潤滑剤がかえって粘性抵抗体として作用し、
逆に操作性が低下したり、アウターケーシング52内にイ
ンナーケーブル55を挿入できなくなるということも起こ
る。

【００１４】本発明はかかる問題を解消するためになさ
れたものであり、インナーケーブルの外周面に乾性被膜
潤滑剤をコーティングすることにより摩擦抵抗を大幅に
低減し、それにより操作性および耐久性を向上せしめた
コントロールケーブルを提供することを目的としてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のコントロールケ
ーブルは、可撓性を有する筒状のアウターケーシング内
に可撓性を有するインナーケーブルが摺動自在に挿通さ
れたコントロールケーブルであって、前記アウターケー
シングが、密着コイル状に巻かれた0.02〜0.07mmの範囲
の外径を有する金属線から構成され、かつその外径が0.
1 〜0.35mmの範囲であり、前記インナーケーブルがその
外周面に固体潤滑剤とバインダーとからなる乾性潤滑被
膜を有しており、かつその外径が0.01〜0.15mmの範囲で
形成されていることを特徴としている。

【００１６】なお、前記固体潤滑剤が二硫化モリブデン
および（または）ＰＴＦＥ（以下、ポリテトラフルオロ
エチレンという）から構成され、前記バインダーがフェ
ノール樹脂および（または）エポキシ樹脂から構成され
ているのが好ましい。

【００１７】

【作用】本発明のコントロールケーブルでは、そのイン
ナーケーブルに耐久性にすぐれた乾性潤滑被膜が形成さ
れているため、アウターケーシングとの間の摩擦抵抗が
大幅に低減される。その結果、たとえコントロールケー
ブルが屈曲された状態であっても摺動抵抗はさほど大き
くならない。さらに、長期間の使用に対しても潤滑被膜
の劣化が少なく、荷重効率がほとんど低下しない。

【００１８】

【実施例】つぎに添付図面を参照しながら本発明のコン
トロールケーブルを説明する。

【００１９】図１は本発明のコントロールケーブルの一
実施例を示す一部切欠正面図、図２はコントロールケー
ブルの荷重効率試験の要領を示す説明図、図３はコント
ロールケーブルの最大使用荷重を示すグラフである。

【００２０】一般に指先にのる程度に小さい機械をマイ
クロマシンと呼んでいるが、その長さに拘わらず外径が
１mmより小さいコントロールケーブルはさしずめマイク
ロコントロールケーブルと呼べるであろう。本発明のコ
ントロールケーブルは、このマイクロコントロールケー
ブルの一種である。

【００２１】図１において、１はコントロールケーブル
であり、極細径のステンレス鋼（SUS 304 ）線２が密着
してスパイラル状に巻かれたアウターケーシング３と、
単線としてのステンレス鋼線（SUS 304 ）線からなるイ
ンナーケーブル４とから構成されている。アウターケー
シング３およびインナーケーブル４は共に、とくにステ
ンレス鋼線に限定されることはないが、強度、耐食性、
可撓性の面からステンレス鋼製が好ましい。

【００２２】インナーケーブル４の外周には乾性潤滑被
膜５が形成されている。

【００２３】乾性潤滑被膜５が形成されたあとの外径
は、少なくとも0.01〜0.15mmの範囲にされる。なお、そ
のときのアウターケーシング３の外径は少なくとも0.1
〜0.35mmの範囲内であり、アウターケーシング３を形成
する素線径は0.02〜0.07mmの範囲である。

【００２４】前記乾性潤滑被膜５の形成方法としては、
まずインナーケーブル４の外周面にコーティング前処理
を施す。たとえば、脱脂、脱錆、サンドブラスト、メッ
キ、溶射、化成処理、塩浴窒化や浸硫窒化などの窒化処
理、陽極酸化などであって、これらの処理は単独または
組合せで用いられる。

【００２５】ついで、固体潤滑剤とバインダーとを溶媒
に溶解させたり、分散剤に分散させることにより潤滑剤
原液をうる。インナーケーブル４に、浸漬（ディッピン
グ）、タンブリングまたはスプレーなどによって前記潤
滑剤原液を付着させる。

【００２６】つぎにインナーケーブル４に対し、室温下
での１次乾燥を施し、ついで200 ℃の雰囲気下で２次乾
燥を施すことにより潤滑被膜を定着せしめる。

【００２７】固体潤滑剤としては、酸化鉛、二硫化モリ
ブデンまたは二硫化タングステンなどの金属アルコゲナ
イド、そしてポリテトラフルオロエチレンなどのふっ素
樹脂などの高分子材料、さらに窒化ほう素、黒鉛などが
好ましく用いられる。なお、これらの材料は単独あるい
は組合せで用いられ、またその平均粒子径を0.3 〜５μ
ｍの範囲にするのが好ましい。前記固体潤滑剤のうち、
滑り性や耐荷重性の点から、二硫化モリブデン、ポリテ
トラフルオロエチレンがとくに好ましい。

【００２８】一方、バインダーとしては、有機系バイン
ダーとして各種の天然樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリフェニレンサルファイド、アルキッド樹脂、
ポリイミド、ポリアミドイミドなどの合成樹脂、または
無機系バインダーとして、ケイ酸塩、リン酸塩、ほう砂
などが好ましく用いられる。これらのバインダーも単独
または組合せで用いられる。そして、インナーケーブル
との接着性、耐熱性および初期なじみが良好な点からエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂がとくに好ましい。

【００２９】通常、前記固体潤滑剤を15〜30重量％とバ
インダーを70〜85重量％とを混合して用いる。なお、あ
らかじめバインダーをトルエン、アセトン、メチルエチ
ルケトン、メチルイソブチルケトン、ブタノール、キシ
レン、セロソルブアセテートなどの溶媒に溶解させてお
き、その溶液に固体潤滑剤を分散させるのである。この
とき、前記固体潤滑剤とバインダーとの混合物を20〜40
重量％の範囲で、60〜80重量％の溶媒および分散媒に溶
解または分散させる。

【００３０】叙上のごとくして製造された下記実施例
と、インナーケーブルに乾性潤滑被膜を形成していない
比較例とを参照しながら本発明のコントロールケーブル
をより詳細に説明する。

【００３１】実施例 インナーケーブルとして、SUS 304 からなる外径0.1mm
のステンレス鋼線を用いた。乾性潤滑剤の原液として、
バインダーとしてのフェノール樹脂（32重量％）を、メ
チルイソブチルケトン（20重量％）、セロソルブアセテ
ート（20重量％）およびブタノール（20重量％）からな
る溶媒に溶解し、この溶液を分散媒として固体潤滑剤と
してのポリテトラフルオロエチレン（８重量％）を分散
させたものを準備した。ついで、前記ステンレス鋼線の
前処理としてメチルエチルケトンにより脱脂を施し、デ
ィッピングによって前記乾性潤滑剤原液を付着させた。
つぎに20℃の雰囲気下で約２分間１次乾燥し、さらに23
0 ℃の雰囲気下で約５分間２次乾燥することによりイン
ナーケーブル外周面に潤滑被膜を形成した。その外径は
0.103mm であった。

【００３２】アウターケーシングとしては、SUS 304 か
らなる外径0.05mmのステンレス鋼線を外径が0.26mmであ
る密着コイル状に巻いたものを用意した。その内径は0.
16mmであった。

【００３３】比較例 潤滑被膜を形成していない点以外は前記実施例のインナ
ーケーブルと同一（ただし外径は0.1mm ）のインナーケ
ーブルと、実施例とまったく同一のアウターケーシング
とから構成されたコントロールケーブルを用意した。

【００３４】前記実施例と比較例とに対して下記の荷重
効率試験を実施した。

【００３５】すなわち、被試験体である前記実施例と比
較例の両コントロールケーブルを図２に示すごとく配索
した。まずアウターケーシング11を半径100mm で180 °
曲げ、ついでインナーケーブル12の一端にプッシュプル
ゲージ13を接続する。インナーケーブル12の他端側はプ
ーリ14に掛け回されたうえで200 ｇｆのウエイトＷに接
続する。

【００３６】そして、プッシュプルゲージ13に備えられ
た往復動するモータ（図示されていない）によってイン
ナーケーブル12を10mmのストロークで1000回往復動させ
た。そのときの操作力Ｆｇｆをプッシュプルゲージ13に
よって測定したのである。

【００３７】以上の荷重効率試験の結果を次表に示す。

【００３８】なお、荷重効率ηｗは下記の式によりえら
れたものである。

【００３９】

【数２】

【００４０】

【表１】

【００４１】この結果から、潤滑被膜が形成されたイン
ナーケーブルを用いた実施例は、潤滑被膜を用いていな
い比較例に比べて、初期の荷重効率がはるかに高いばか
りでなく、1000回のストローク（プル操作）後において
も荷重効率は低下していない。

【００４２】一方、比較例は1000回のストローク後には
荷重効率が大きく低下していることがわかる。

【００４３】以上説明した、いわゆるマイクロコントロ
ールケーブルは、一般サイズのコントロールケーブルと
比較してその断面積以外にとくに強度を低下させる要因
は見当たらない。すなわち、図４に示されるごとく、コ
ントロールケーブルの最大使用荷重をそのアクターケー
シングの外径について整理したが、ほぼ外径の２乗に比
例していることがわかる。このことから、強度特性など
は従来の計算方法が適用できると考えられる。

【００４４】また、本発明のコントロールケーブルは医
療用以外に、産業用マイクロマシンの操作と制御などに
利用されることが期待されるほか、適当なマイクロアク
チュエータを操作対象物に近接配置しえないばあいなど
にきわめて有効な遠隔操作手段となりうる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のコントロールケーブルは、マイ
クロコントロールケーブルの致命的欠点ともいえる大き
い摩擦抵抗に起因した荷重効率および耐久性の低下が防
止され、一般サイズのコントロールケーブルと同様に本
来の機能を充分に発揮しうるものであり、医療および産
業を問わず種々の分野において利用されうる汎用性の高
いコントロールケーブルである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコントロールケーブルの一実施例を示
す一部切欠正面図である。

【図２】コントロールケーブルの荷重効率試験の要領を
示す説明図である。

【図３】コントロールケーブルの最大使用荷重を示すグ
ラフである。

【図４】コントロールケーブルの機能を説明するための
概念図である。

【図５】従来のコントロールケーブルの一例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ コントロールケーブル ２ ステンレス鋼線 ３ アウターケーシング ４ インナーケーブル ５ 乾性潤滑被膜

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】固体潤滑剤としては、酸化鉛、二硫化モリ
ブデンまたは二硫化タングステンなどの金属カルコゲナ
イド、そしてポリテトラフルオロエチレンなどのふっ素
樹脂などの高分子材料、さらに窒化ほう素、黒鉛などが
好ましく用いられる。なお、これらの材料は単独あるい
は組合せで用いられ、またその平均粒子径を0.3 〜５μ
ｍの範囲にするのが好ましい。前記固体潤滑剤のうち、
滑り性や耐荷重性の点から、二硫化モリブデン、ポリテ
トラフルオロエチレンがとくに好ましい。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】図１において、１はコントロールケーブル
であり、極細径のステンレス鋼（SUS 304 ）線２が密着
してスパイラル状に巻かれたアウターケーシング３と、
単線としてのステンレス鋼（SUS 304 ）線からなるイン
ナーケーブル４とから構成されている。なお、アウター
ケーシング３としては円形断面の鋼線だけでなく、従来
技術の欄で述べたような平鋼線をスパイラル状に巻いた
ものも当然に採用されうる。アウターケーシング３およ
びインナーケーブル４は共に、とくにステンレス鋼線に
限定されることはないが、強度、耐食性、可撓性の面か
らステンレス鋼製が好ましい。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】乾性潤滑被膜５が形成されたあとの外径
は、少なくとも0.01〜0.15mmの範囲にされる。なお、そ
のときのアウターケーシング３の外径は少なくとも0.1
〜0.35mmの範囲内であり、アウターケーシング３を形成
する素線径は0.02〜0.07mmの範囲である。なお、平鋼線
からアウターケーシングを構成するばあいは、前記円形
断面の鋼線（直径0.02〜0.07mm）を圧延して得られる厚
さが0.01〜0.06mmの平鋼線を使用するのが好ましい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性を有する筒状のアウターケーシン
   グ内に可撓性を有するインナケーブルが摺動自在に挿通
   されたコントロールケーブルであって、前記アウターケ
   ーシングが、密着コイル状に巻かれた0.02〜0.07mmの範
   囲の外径を有する金属線から構成され、かつその外径が
   0.1 〜0.35mmの範囲であり、前記インナーケーブルの外
   周面に固体潤滑剤とバインダーとからなる乾性潤滑被膜
   が形成されており、その外径が0.01〜0.15mmの範囲であ
   ることを特徴とするコントロールケーブル。
2. 【請求項２】 前記固体潤滑剤が二硫化モリブデンおよ
   び（または）ポリテトラフルオロエチレンからなり前記
   バインダーがフェノール樹脂および（または）エポキシ
   樹脂からなる請求項１記載のコントロールケーブル。