JP5826512B2 - 有歯ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、耐久性の良好な有歯ケーブルに関する。

従来から、歯車などの駆動力を伝達するための機構として、金属素線からなるコアケーブルの外周面に、螺旋状に巻き付けられた歯条により、その軸線方向の駆動力を伝達する有歯ケーブルが知られている。この有歯ケーブルは、歯条により有歯ケーブルの軸線方向に沿って、凹部と凸部が交互に繰り返し形成され、当該凹部に歯車の歯が噛み合うことにより、有歯ケーブルをその軸線方向に駆動し、歯車などの駆動源の駆動力を伝達する。このような有歯ケーブルとして、例えば、特許文献１には、図４に示すように、被覆体１０１が螺旋コイル巻き線体１０２及びケーブル・コア１０３の両者上に延びると共に、それぞれ前記螺旋コイル巻き線体１０２の巻回部の冠頂部１０２ａにおいては比較的厚肉であり、かつ前記巻回部の間のコア面部１０３ａにおいては比較的薄肉であることを特徴とする有歯ケーブル１００が開示されている。

また、特許文献２には、図５に示すように、複数の金属素線からなるコアケーブル１１３とそのコアケーブル１１３の外周面に金属素線が等間隔に螺旋巻きされた歯条１１２とを備え、その有歯ケーブル１１０外周に押出成形によって設けられた、凹凸を有するチューブ状の樹脂コート１１１を有し、前記樹脂コート１１１の凹部とコアケーブル１１３との間には空間を有し、前記樹脂コート１１１の凸部と歯条１１２とが当接している有歯ケーブル１１０が開示されている。

特開昭５６−１０５１０９号公報 国際公開第２００５／１１６４６３号公報

上記特許文献１における、螺旋コイル巻き線体１０２及びケーブル・コア１０３の両者上に被覆体１０１が延び、前記螺旋コイル巻き線体１０２の巻回部の冠頂部１０２ａにおいては厚肉とし、前記巻回部の間のコア面部１０３ａにおいては薄肉とした有歯ケーブル１００は、騒音を防止し、磨耗に対する耐久性も有する。しかし、特許文献１の有歯ケーブル１００では、有歯ケーブル１００上の凹凸が大きくなってしまうために、有歯ケーブル１００と噛み合う歯車（図示せず）の歯と有歯ケーブル１００の凸部である巻回部の冠頂部１０２ａとが引っかかりを生じ、前記有歯ケーブル１００を駆動するモーター（図示せず）や歯車に不必要に負荷をかけることとなる。

また、コアの外周面に螺旋状の歯条が設けられた有歯ケーブルは、ピニオンやラックなどの歯車と噛み合った際に、音を発生しやすい。その音を防止するために、特許文献２に示す如く、チューブ状の樹脂コート１１１で被覆され、コアケーブル１１３との間に空間を有する有歯ケーブル１１０が提案されている。しかし、樹脂コート１１１とコアケーブル１１３との間に空間Ｓを有するために、樹脂コート１１１に破れが生じない条件で、歯車と噛み合せる必要がある。

本発明は、モーターなどに不必要な負荷をかけることが無く、破れがなく耐久性の良好な有歯ケーブルを提供することを目的とする。

本発明の有歯ケーブルは、コアケーブルと、前記コアケーブルの外周に螺旋状に巻き付けられた歯条とを備えた有歯ケーブルであって、前記コアケーブル及び前記歯条との外側を樹脂により連続して被覆する被覆層を有し、前記有歯ケーブルは、前記歯条を前記樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凸部と前記歯条間を前記樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凹部とを有し、前記被覆層は前記コアケーブルと前記歯条とに密着し、前記螺旋状凹部における前記被覆層の膜厚が前記螺旋状凸部における前記被覆層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。

本発明によれば、有歯ケーブルが被覆層を有するために騒音を防止することができ、しかも有歯ケーブルの螺旋状凹部の底部と螺旋状凸部の頂部との差が小さいので、前記有歯ケーブルと噛み合う歯車が前記螺旋状凸部に引っかかることがないので、モーター等に対して不必要に負荷をかけることがない。

また、螺旋状凹部の底部の厚さが所定以上厚いことにより、有歯ケーブルと噛み合う歯車の噛み込みによる切断を生じ難い。

また、螺旋状凹部の底部の厚さが所定の範囲内であることにより、有歯ケーブルと噛み合う歯車の噛み込みによる被覆層の切断の抑制と共に、歯車の噛み込み時の応力による、被覆層にクラックが生じることを抑制できる。

また、被覆層に用いる樹脂を所定の曲げ弾性率以下とすることにより、歯車との噛み合いによる音の発生をより低減することができる。

また、被覆層に用いる樹脂を熱可塑性エラストマーとすることにより、被覆層と歯車との噛み合いによる音の発生をさらに低減することができ、かつ有歯ケーブルに歯車が噛み込んだときの有歯ケーブルへの押しつけ力を低減することができ、有歯ケーブルの摺動性をさらに向上させることができる。

本発明の有歯ケーブルを説明するための部分断面図である。 本発明の有歯ケーブルと歯車が噛み合った状態を示す図である。 実施例及び比較例において、モーターの負荷、騒音及び有歯ケーブルの耐久性を測定する装置の概略図である。 従来の有歯ケーブルを説明するための部分断面図である。 従来の有歯ケーブルを説明するための部分断面図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の有歯ケーブルを詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の有歯ケーブル１は、コアケーブル２と、コアケーブル２の外周面に螺旋状に巻き付けられた歯条３と、コアケーブル２及び歯条３の外側（外周面）を樹脂により連続して被覆する被覆層４とから構成されている。

コアケーブル１は、耐伸縮性、耐捻性を有するものであれば、従来から有歯ケーブルに用いられているものと同等のものを用いることができ、特にその構成は限定されるものではないが、例えば、１本の金属線からなる芯線を中心に、数本の金属線からなる補強層を螺旋巻きし、さらにその周囲に数本の金属線からなる別の補強層を螺旋巻きすることにより形成することができる。

歯条３は、金属素線をコアケーブル２の外周に等間隔を開けて螺旋巻きすることにより形成されている。コアケーブル２及び歯条３の外径寸法は、特に限定されるものではないが、例えばコアケーブル２の外径寸法は、１〜４ｍｍの範囲、歯条３の外径寸法は、０．５〜２ｍｍの範囲のものを用いることができ、歯条３の頂部外径Ｄ４（ある位置の歯条３の頂部と、その頂部と有歯ケーブル１の軸について軸対称の位置にあると仮想される歯条３の頂部の距離）は、３〜７ｍｍとすることができる。

つぎに、本発明に用いられる被覆層４について説明する。図１に示されるように、被覆層４は、コアケーブル２及び歯条３の外側に有歯ケーブル１の周方向及び軸方向に連続して樹脂を被覆することにより形成されている。有歯ケーブル１の被覆層４は、歯条３を樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凸部４１と、歯条３の間のコアケーブル２の外周部を樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凹部４２とを有している。螺旋状凸部４１は、有歯ケーブル１が歯車Ｇ（図２参照）と噛み合うときに、歯条３の外周部と歯車Ｇとが当接したときの音を防止し、螺旋状凹部４２は、歯車Ｇの歯Ｔ（図２参照）が有歯ケーブル１に噛み込む部分を保護する。被覆層４は、図１に示すように、被覆層４の外周面から、コアケーブル２の外周部及び歯条３の外周部にかけて、間に隙間を開けることなく、コアケーブル２と歯条３に密着して設けられている。

図２に示すように、有歯ケーブル１の螺旋状凹部４２に噛み合う歯車Ｇの歯Ｔにより、被覆層４は押圧される。有歯ケーブル１は、歯車Ｇの駆動力を伝達する部材として、歯Ｔから同じ場所を繰り返し押圧されるが、被覆層４がコアケーブル２と歯条３に密着して設けられているので、被覆層４に破れが生じることがないため、耐久性のよい有歯ケーブル１とすることができる。また、被覆層４がコアケーブル２と歯条３に密着して設けられているため、歯車Ｇと噛み合った際の騒音を防止することができ、コアケーブル２の外周面と被覆層４との間に隙間が設けられているものと比較して、さらに高い防音効果を奏することができる。

また、図１に示されるように、被覆層４は、螺旋状凹部４２における膜厚Ｄ２が、螺旋状凸部４１における膜厚Ｄ１よりも厚くなるように形成されている。このように、螺旋状凹部４２における被覆層４の膜厚Ｄ２が、螺旋状凸部４１における被覆層４の膜厚Ｄ１よりも厚いことにより、螺旋状凹部４２の底部４２ａと螺旋状凸部４１の頂部４１ａの高さの差が小さくなるので、有歯ケーブル１と噛み合う歯車Ｇが螺旋状凸部４１に引っかかることがないので、歯車Ｇを駆動するモーター等の駆動源に対して不必要に負荷をかけることがない。すなわち、螺旋状凹部４２における膜厚Ｄ２を、螺旋状凸部４１における膜厚Ｄ１よりも厚くすることにより、図２に示すように、歯車Ｇの歯Ｔが有歯ケーブル１に噛み合う前後にかけて、図２に二点鎖線で示す歯車Ｇの歯Ｔの先端の軌道Ｏの障害となりうる被覆層４の高さが低くなり、かつ歯車Ｇの歯Ｔと被覆層４の接触長さも小さくなるため、歯車Ｇの歯Ｔと被覆層４との接触時間が短くなり、モーター等の駆動源に不必要な負荷がかからない。

また、螺旋状凸部４１における膜厚Ｄ１が厚いと、歯車Ｇの歯Ｔの先端の軌道Ｏ上に、螺旋状凸部４１の頂部４１ａが軌道Ｏ上に入ってくるため、歯車Ｇの歯Ｔの先端部により、被覆層４が削られてしまうおそれがあるが、本発明では、螺旋状凸部４１における膜厚Ｄ１が薄くなっているため、軌道Ｏ上に螺旋状凸部４１の頂部４１ａがかぶりにくくなる。したがって、歯車Ｇの歯Ｔが、螺旋状凹部４２に噛み合う前後において、被覆層４の螺旋状凸部４１の頂部４１ａと引っかかることによるモーター等に対する負荷の低減だけでなく、被覆層４の削れ等による破損をも防止することができる。有歯ケーブル１は、歯車Ｇと噛み合う箇所以外では、アウターケーシング（図示せず）に挿通されることがあり、被覆層４が削れ、アウターケーシング内に被覆層４が削れた後の破片が残ってしまうと、摺動性が低下してしまう。したがって、被覆層４の削れ等による有歯ケーブル１の破損を防止できる結果、アウターケーシング内を摺動する有歯ケーブル１の摺動性の低下を防止することができる。

歯車Ｇが螺旋状凹部４２の底部４２ａに噛み込んだときに、被覆層４の切断（ひび割れや破損等）を生じ難くし、かつ有歯ケーブル１と噛み合う歯車Ｇとの引っかかりを防止するために、螺旋状凹部４２の底部４２ａにおける膜厚Ｄ２は、螺旋状凸部４１の頂部４１ａにおける膜厚Ｄ１に対して１．８倍以上であることが好ましい。膜厚Ｄ２が、膜厚Ｄ１の１．８倍より大きいことにより、歯車Ｇが螺旋状凹部４２の底部４２ａに噛み込んだときの被覆層４の切断を容易に抑制することができる。膜厚Ｄ２と膜厚Ｄ１との関係は、歯車Ｇの噛み込みによる切断の抑制と共に、歯車Ｇの噛み込み時の応力による被覆層４にクラックが生じることを抑制するために、膜厚Ｄ２を、膜厚Ｄ１の１．８〜７．４倍とすることがさらに好ましい。膜厚Ｄ２が、膜厚Ｄ１の７．４倍より小さいことにより、歯車Ｇの歯Ｔの先端が大きく被覆層４に噛み込むことによる被覆層４のクラックを容易に抑制することができるからである。

なお、上記数値範囲は、コアケーブル２の外周面から螺旋状凹部４２の底部４２ａまでの高さが、コアケーブル２の外周面から螺旋状凸部４１の頂部４１ａまでの高さよりも低いうえで、膜厚Ｄ２が膜厚Ｄ１の１．８〜７．４倍の範囲であることはいうまでもない。また、膜厚Ｄ１及びＤ２は、有歯ケーブル１の使用による磨耗や変形により変化する場合があるが、本発明における、膜厚Ｄ２が膜厚Ｄ１の１．８〜７．４倍というのは、有歯ケーブル１の使用前（初期状態）の数値をいうものである。なお、膜厚Ｄ１及び膜厚Ｄ２は、コアケーブル２の外径や、歯条３の外径によって適宜変更が可能であるが、例えば、コアケーブル２の外径寸法が、２．７ｍｍ、有歯ケーブル１の外径寸法が、４．７ｍｍの場合、膜厚Ｄ１を０．１５〜０．４ｍｍ、膜厚Ｄ２を０．７５〜１．１ｍｍとすることができる。この場合、歯条３とコアケーブル２の間に形成された谷の深さＤ３に対し、膜厚Ｄ１は、谷の深さの０．１５〜０．４倍、膜厚Ｄ２は、０．７５〜１．１倍となる。

被覆層４の材料としては、ＡＳＴＭ Ｄ７９０による曲げ弾性率が、３００ＭＰａ以下の樹脂を採用することが好ましく、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の、柔軟性又は弾性を有する摩擦係数の小さい合成樹脂が好適に採用される。その中でも特に、有歯ケーブル１と歯車Ｇとの噛み合い時の音や、有歯ケーブル１のアウターケーシング内での摺動性の観点から、被覆層４の材料として熱可塑性エラストマーを用いることがさらに好ましい。この場合、ＡＳＴＭ Ｄ７９０による曲げ弾性率が３０ＭＰａ以下、例えば１５〜３０ＭＰａの熱可塑性エラストマーを用いることができ、歯車Ｇと螺旋状凹部４２との噛み合い時の音の発生をより低減することができる。曲げ弾性率が１５ＭＰａより小さいと、螺旋状凸部４１での音の発生を効果的に防止することができず、曲げ弾性率が３０ＭＰａより大きいと、歯車Ｇが有歯ケーブル１に噛み合うときに、歯車Ｇの歯Ｔが螺旋状凹部４２に噛み込むときに、螺旋状凹部４２に深く食い込みにくくなり、被覆層４の内側の歯条３に駆動力を与え難くなる。

膜厚Ｄ２を、膜厚Ｄ１よりも厚くし、かつ熱可塑性エラストマーを被覆層４の材料として採用することにより、歯車Ｇの歯Ｔによる有歯ケーブル１との接触音を防止したうえで、螺旋状凹部４２の破れや破損をさらに防止することができ、歯車Ｇの歯Ｔが螺旋状凹部４２の弾性変形により螺旋状凹部４２に対して食い込んで有歯ケーブル１に駆動力を付与することができるので、被覆層４と歯車Ｇの接触時間をさらに短くすることができ、モーター等に不必要な負荷をより一層軽減することができる。また、歯車Ｇが螺旋状凹部４２に噛み込まれたときに、有歯ケーブル１に対する押圧力を被覆層４において吸収できるため、有歯ケーブル１がアウターケーシングに対して押圧されにくくなり、有歯ケーブル１の摺動性を高めることができる。なお、被覆層４として、樹脂成分の固形分からなる被覆層４が通常用いられるが、発泡させた樹脂を用いることもできる。

本発明の有歯ケーブル１の製造方法は、公知の方法を用いることができ、螺旋状凹部４２における被覆層４の膜厚Ｄ２が螺旋状凸部４１における前記被覆層４の膜厚Ｄ１よりも厚ければ、特に限定されるものではない。前記製造方法としては、例えば、公知の製造方法により得られた樹脂による被覆がなされていない有歯ケーブルを、押出成形により、外側に熱可塑性エラストマーなどの樹脂を被覆し、螺旋状凹部４２における被覆層４の膜厚Ｄ２が螺旋状凸部４１における前記被覆層４の膜厚Ｄ１よりも厚くなるように、樹脂温度や引取速度を調節することにより、本発明の有歯ケーブル１を得ることができる。

つぎに、実施例及び比較例を参照し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

実施例及び比較例で使用したコアケーブル２、歯条３、被覆層４について、以下、まとめて説明する。

外径が２．７ｍｍの金属鋼線からなるコアケーブル２の外周に、外径１．２ｍｍの金属鋼線を２．５４ｍｍの間隔が開くように螺旋状に巻き付け、外径１．０ｍｍ（歯条３の頂部外径Ｄ４：４．７ｍｍ）の歯条３を形成した。コアケーブル２及び歯条３の外周に、ＡＳＴＭ Ｄ７９０による曲げ弾性率が２７ＭＰａのポリエステルエラストマー（東レ・デュポン（株）製。商品名：ハイトレル（登録商標））を、押出成形により螺旋状凸部４１の厚さ及び螺旋状凹部４２の厚さを表１に示す倍率で被覆し被覆層４とし、実施例１〜６及び比較例１の樹脂で被覆された有歯ケーブル１を作製した。

つぎに、有歯ケーブルにより加わるモーターの負荷、騒音及び有歯ケーブルの耐久性についての試験方法を説明する。

実施例１〜６及び比較例１の有歯ケーブルを図３に示すように配索した。有歯ケーブル１の一端をルーフリッド５と固定した。有歯ケーブル１の他端側をモーターＭのピニオン（図示せず）と噛み合わせた。ルーフリッド５とモーターＭとの間において、有歯ケーブル１は、アウターケーシング６により支持した。アウターケーシング６の内径は６．４ｍｍであった。この有歯ケーブル１を、モーターＭを用いて図３中左右に移動させた。これによりルーフリッド５は矢印Ｙに沿って移動し、そのときの音を、モーターＭの直下３００ｍｍの位置に設置した騒音計７により測定し、データレコーダ８に記憶した。また、モーターＭに加わる負荷を調べるため、そのときのモーターＭの作動電流を測定した。

耐久試験は、図３に示すルーフリッド５に固定された有歯ケーブル１を、モーターＭの端子電圧１３．５Ｖで、フルストローク（ルーフリッド５が全開状態から全閉状態まで）分作動させ、このフルストローク操作を１万回行ない、そのときの有歯ケーブル１の被覆層４の状態を、３段階で評価した。評価基準は、モーターの負荷については、作動電流が初期から低下するものを○とし、２５％未満増加するものを△とし、２５％以上増加するものを×とした。作動音については、初期に比べ音量が変化のないものを○とし、５０％未満増加したものを△とし、５０％以上増加したものを×とした。耐久結果について、被覆層４の螺旋状凹部の切断（表中「切断」）及び螺旋状凸部のクラック（表中「クラック」）については、異常がなかったものを○とし、微小の存在が認められるが実用上問題ないものを△とし、実用に問題が生じ得るものが発生した場合には×とした。

これらの試験結果を表１に示す。

つぎに表１を考察する。比較例１については、螺旋状凸部の膜厚と螺旋状凹部の膜厚とが同じであったため、モーターの負荷が良好であり、螺旋状凸部の膜厚が螺旋状凹部の膜厚よりも大きい場合に比べてモーターの負荷が良好であったが、作動音が不良であり、耐久試験において螺旋状凹部の切断が認められた。これに対して、実施例１〜６については、螺旋状凸部の膜厚が螺旋状凹部の膜厚よりも小さかったため作動音とモーターの負荷とが共に良好であった。実施例２〜６については、螺旋状凸部の膜厚に対する螺旋状凹部の膜厚の比が１．８以上であるために、螺旋状凹部の切断も認められず、好適であった。さらに、実施例２〜５については、螺旋状凸部の膜厚に対する螺旋状凹部の膜厚の比が１．８〜７．４の範囲内であるために、作動音やモーターの負荷のみならず、切断やクラックについても良好で、優れた結果であった。

１ 有歯ケーブル
２ コアケーブル
３ 歯条
４ 被覆層
４１ 螺旋状凸部
４１ａ 頂部
４２ 螺旋状凹部
４２ａ 底部
５ ルーフリッド
６ アウターケーシング
７ 騒音計
８ データレコーダ
Ｄ１、Ｄ２ 膜厚
Ｇ 歯車
Ｍ モーター
Ｏ 歯車の歯の軌道
Ｔ 歯

Claims (5)

1. コアケーブルと、
   前記コアケーブルの外周に螺旋状に巻き付けられた歯条と、
   前記コアケーブル及び前記歯条との外側を樹脂により連続して被覆する被覆層と、を備えた有歯ケーブルであって、
   前記有歯ケーブルは、前記歯条を前記樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凸部と、前記歯条間を前記樹脂が被覆することにより形成された螺旋状凹部とを有し、
   前記被覆層は前記コアケーブルと前記歯条とに密着し、
   前記螺旋状凹部における前記被覆層の膜厚が前記螺旋状凸部における前記被覆層の膜厚よりも厚く、
   前記螺旋状凸部の頂部は、前記有歯ケーブルと噛み合わされる噛合体の歯底面との間に空間を有するように形成される、有歯ケーブル。
2. 前記螺旋状凹部の底部における厚さが前記螺旋状凸部の頂部における厚さに対して１．８倍以上である請求項１記載の有歯ケーブル。
3. 前記螺旋状凹部の底部における厚さが前記螺旋状凸部の頂部における厚さに対して１．８〜７．４倍である請求項１または請求項２に記載の有歯ケーブル。
4. 前記樹脂の曲げ弾性率が３００ＭＰａ以下である請求項１〜請求項３のいずれかに記載の有歯ケーブル。
5. 前記樹脂は熱可塑性エラストマーである請求項１〜請求項３のいずれかに記載の有歯ケーブル。

Images