JP4832799B2

JP4832799B2 - 運動伝達装置およびその製造方法

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Publication number: JP4832799B2
Application number: JP2005147158A
Authority: JP
Inventors: 建治日比; 哲也山本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: JP2006322559A

Description

本発明は、原動側からの運動を従動側に伝達する運動伝達装置、およびその製造方法に関する。

上記運動伝達装置は、例えば収容部と、収容部の内周に収容された状態で運動伝達を行う運動伝達部材とを備えたもので、自動車や、産業機器、精密機器、医療をはじめ数多くの分野で用いられている。具体的には、自動車、各種産業機械および搬送システムなどにおいて動力伝達部品として使用されるコントロールケーブル（索導装置）として、駆動側の回転動力を従動側に伝達する連結装置として、あるいは内視鏡（ファイバスコープ）の先端操作装置として幅広く使用されている。

例えば、コントロールケーブルとしては、動力又は変位を一端側から他端側に伝達するインナケーブルと、このインナケーブルを内周に挿入し、かつ軸方向に密着してコイル状に巻かれた金属線材からなる金属管を内周に配設したアウタケーシングとを備えたもの（例えば、特許文献１を参照）が知られている。また、摺動性を高める目的で、潤滑成分を配合した樹脂製のライナーを内周に配設したアウタケーシングを備えたもの（例えば、特許文献２を参照）が知られている。
特開平５−３１２２０９号公報特開２００３−４０２１号公報

この種の運動伝達装置には、運動伝達部材と、運動伝達部材を内周に収容する収容部との間で高い摺動特性（なじみ性や耐摩耗性）が要求される。特に、上記コントロールケーブルのように動力伝達用として使用する場合には、その特性上、高い動力伝達特性が求められ、そのため、上記ケーブルを構成するアウタケーシングには、より一層の高い摺動特性（低摩擦係数、高い耐摩耗性）が要求される。また、運動伝達部材との間で良好な摺動状態を保ちつつ動力伝達を行うため、あるいはケーブルの変形自由度を高めて、その適用分野を拡大するため、アウタケーシング自体にも相応の可撓性が要求される。

本発明の課題は、良好な摺動特性を示し、かつ可撓性に富んだ運動伝達装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、原動側の運動を従動側に伝達する運動伝達装置において、可撓性を有する外殻部と、外殻部の内周に、管軸方向に断続的に設けられた複数の電鋳部と、これら複数の電鋳部の内周に挿入された運動伝達部材とを有し、複数の電鋳部の内周面が何れもマスター表面への析出開始側の面で形成され、これら析出開始側の面で運動伝達部材との摺動面を構成したことを特徴とする運動伝達装置を提供する。

このように、本発明に係る運動伝達装置は、電鋳加工により形成される電鋳部と、電鋳部の内周に挿入された運動伝達部材との間で摺動運動を可能としたことを特徴とするものである。一般に、電鋳加工は、成形母体となるマスターの表面に金属を析出させることで行われ、析出側の面、ここで言えば電鋳部の内周面は、マスター表面に倣った形状に形成される。そのため、マスター表面を高精度に仕上げておくことにより、電鋳部の内周面にマスター表面が高精度に転写される。これにより、面精度を高めた電鋳部の内周面が得られ、この内周面と運動伝達部材との間の摺動特性を向上させた運動伝達装置を得ることができる。

また、本発明に係る運動伝達装置は、可撓性を有する外殻部と、この外殻部の内周に管軸方向に断続的に設けられた複数の電鋳部とを備えることを特徴とする。従って、例えば運動伝達部材に曲げ方向の力が作用した場合、電鋳部が途切れている箇所では、可撓性を有する外殻部が運動伝達部材に倣って大きく変形し（曲がり）、結果として、運動伝達装置全体を大きく曲げることが可能となる。この種の外殻部として、例えば、樹脂製あるいはゴム製のパイプ材を用いることができる。

これら電鋳部は、上述のように電鋳加工で析出形成されるものであるから、これを薄肉に成形することは容易であり、また、その内径もマスター軸径を小さくすることで、複雑な加工工程や、これにかかる設備変更を要することなく容易に小径とすることができる。従って、高い面精度を有しかつ可撓性に富んだ運動伝達装置の小サイズ化を、容易かつ低コストに達成することができる。

また、上記課題を解決するため、本発明は、原動側の運動を従動側に伝達する運動伝達装置を製造するに際し、マスター軸の外周面に、絶縁性マスキングを軸方向に断続的に施した上で電鋳加工を行い、これによりマスター軸上に複数の電鋳部を析出形成し、これら析出形成された複数の電鋳部の外周に、可撓性を有する外殻部を固定し、その後に電鋳部からマスター軸を分離し、電鋳部の内周に運動伝達部材を挿入することを特徴とする運動伝達装置の製造方法を提供する。

この方法によれば、予めマスキングする領域を適正に管理しておくことで、マスター軸外周面の非マスキング領域に析出形成される電鋳部を、適正な間隔で配列させることができる。また、これら複数の電鋳部は、一度の電鋳加工でマスター軸上に同時に形成することができるので、かかる電鋳部の形成を効率よく行うことができる。また、この方法によれば、複数の電鋳部が同一の電鋳加工で形成されるため、軸方向に離隔して複数形成される電鋳部ごとの径方向厚みのばらつきを抑え、かかる内径を均一にすることができる。

また、この種の電鋳加工では、運動伝達部材との摺動面となる電鋳部の内周面を、高精度に仕上げた状態で形成することができるので、かかる面の形成と高精度の仕上げ加工とを別々の工程で行う場合と比べて、低コスト化を図ることができる。

外殻部の電鋳部への固定手段としては、例えば接着による方法が考えられるが、この方法だと、接着剤を過不足なく電鋳部との接着箇所に塗布するのが困難である。また、隣接する電鋳部間の領域に接着剤が入り込むことで、不必要な箇所（例えばマスター軸の外周面）にまで接着剤が付着し、マスター軸の引抜き等に悪影響を及ぼす恐れがある。これに対して、本発明では、外殻部の内径より大きい外径を有する電鋳部を形成したマスター軸を、外殻部を加熱した状態で外殻部の内周に挿入した後、外殻部を冷却することで電鋳部の外周に外殻部を固定する方法を採用した。かかる方法によれば、接着剤が不要となるので、上述の不具合を解消して、確実かつ容易に外殻部を電鋳部の外周に固定することができる。

以上のように、本発明によれば、良好な摺動特性を示し、かつ可撓性に富んだ運動伝達装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る運動伝達装置１の含軸断面図を示す。同図において、運動伝達装置１は、収容部２と、収容部２の内周に挿入される運動伝達部材３とで構成される。このうち、収容部２は、外殻部４と、外殻部４の内周に固定される複数の電鋳部５とを備える。この図示例では、複数の電鋳部５が、軸方向に等間隔に離間した状態で間欠配置されている。電鋳部５の内周面は、収容部２の内周に挿入された運動伝達部材３の外周面３ａとの間で摺動可能な摺動面５ａとなる。なお、同図では、収容部２を構成する電鋳部５の軸方向における配設位置を明確にするため、電鋳部５の径方向寸法を運動伝達部材３の径方向寸法に比べて誇張して描いている。

以下、運動伝達装置１の製造工程の一例を、収容部２の製造工程を中心に説明する。

収容部２は、電鋳加工で使用するマスター軸６の外表面を絶縁性材料でマスキングする工程、マスター軸６の外周面６ａに電鋳加工を施す工程、電鋳加工によりマスター軸６の外周に形成された電鋳部５の外周に外殻部４を固定する工程、および電鋳部５からマスター軸６を分離する工程を順に経て製造される。

電鋳部５の成形母体となるマスター軸６は、例えばステンレス鋼で断面輪郭真円状に、かつ軸方向で均一径に形成される。マスター軸６の材料としては、ステンレス鋼以外にも、例えばクロム系合金やニッケル系合金など、マスキング性、導電性、耐薬品性を有するものであれば金属、非金属を問わず任意に選択可能である。

マスター軸６は、むく軸（中実軸）の他、中空軸あるいは中空部に樹脂を充填した中実軸であってもよい。また、マスター軸６の外周面精度（面粗さや円筒度、同軸度など）は、運動伝達部材３との摺動面５ａとなる電鋳部５の内周面の面精度を直接左右するので、なるべく高精度に仕上げておくことが望ましい。

マスター軸６の外表面には、図２に示すように、電鋳部５の形成予定領域を除き、マスキングが施される（図２中散点領域）。この場合、マスキング部７は、マスター軸６の外周面６ａのうち、電鋳部５の形成予定領域を除く領域に形成される。なお、マスキング部７形成用の被覆材としては、絶縁性、および電解質溶液に対する耐食性を有する材料が選択使用される。

電鋳加工は、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスター軸６を浸漬し、電解質溶液に通電して目的の金属をマスター軸６の外周面６ａのうち、マスキング部７を除く領域（外周面６ａの露出領域）に電解析出させることにより行われる。電解液溶液に含まれる析出金属の種類は、摺動面に求められる硬度、あるいは摺動相手材となる運動伝達部材３の外周面３ａに対する摩擦係数（なじみ性）等、必要とされる特性に応じて適宜選択される。また、電解質溶液には、運動伝達部材３に対する摺動性をさらに高める目的で、フッ素系材料や、カーボンなどの摺動材を、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させることも可能である。

以上の工程を経ることにより、図３に示すように、マスター軸６外周のマスキング部７以外の領域に円筒状をなす複数の電鋳部５を軸方向に断続的に形成した電鋳軸８が製作される。この段階で、電鋳軸８は、同図に示すように、マスター軸６の外周面６ａにマスキング部７と電鋳部５とを軸方向に交互に形成した形態をなす。なお、電鋳部５の厚みは、これが薄すぎると内周面（摺動面５ａ）の耐久性低下等につながり、厚すぎるとマスター軸６からの剥離性が低下する可能性があるので、上記要求特性、さらには用途等に応じて最適な厚み、例えば１０μｍ〜２００μｍの範囲に設定される。

上記工程を経て製作された電鋳軸８は、例えば以下に示す方法で外殻部４の内周に固定される。なお、マスター軸６の外周面６ａに形成された絶縁性マスキング部７は、外殻部４の固定作業前に除去されるが、後述のマスター軸６の分離時に悪影響を与えない等、特に除去の必要がない場合には、マスキング部７の除去工程を省くこともできる。

図４は、電鋳部５を有する電鋳軸８を、外殻部４の内周に固定する工程を概念的に示すもので、この実施形態では、外周に電鋳部５を形成した電鋳軸８を、外殻部４を加熱した状態で外殻部４の内周に挿入した後、外殻部４を加熱前の状態にまで冷却することで電鋳部５の外周に外殻部４を固定する。収容部２の外周を形成する外殻部４は可撓性を有する材料で形成され、この実施形態では、樹脂製あるいはゴム製のパイプ材として供給される。このパイプ材は、例えば、上記可撓性材料を素材とする押出しあるいは引き抜き加工等の連続成形によって形成される。加熱前（常温時）において、パイプ状をなす外殻部４の内径Ｄ１は、電鋳軸８の外周に形成された電鋳部５の外径Ｄ２に比べてやや小径となっている。

上述の状態から、外殻部４を加熱することで、外殻部４の内径Ｄ１をＤ３（図４中破線部）へと拡径させる。この際、外殻部４への加熱量は、拡径後の外殻部４の内径Ｄ３が、マスター軸６上に形成された電鋳部５の外径（電鋳軸８の外径）Ｄ２よりも大きくなるように設定される。そして、この状態（外殻部４の内径Ｄ１がＤ３に拡径した状態）を維持したまま、電鋳軸８を外殻部４の内周に挿入する。

そして、電鋳軸８を外殻部４内周の軸方向所定位置に配した状態で、外殻部４への加熱を停止して自然に冷却し、あるいは強制的に冷却することで外殻部４を加熱前の状態に戻す。これにより、外殻部４の内周面は、内径Ｄ３の状態から内径Ｄ１の状態に向けて縮径する。この際、常温時の外殻部４の内径Ｄ１は電鋳部５の外径Ｄ２に比べて小径であることから、この径の差｛Ｄ２−Ｄ１｝が一種の締め代として作用し、これにより電鋳部５が外殻部４の内周に固定される。

上記方法では、外殻部４のみを加熱、冷却することで、電鋳軸８を内周に挿入、固定する場合を説明したが、加熱方法によっては、外殻部４と電鋳軸８とを共に加熱、冷却することで電鋳軸８を挿入、固定するようにしても構わない。何れの場合にしても、拡径後の外殻部４内周に電鋳軸８が挿入可能であることが必要となるため、可撓性の他にこの点も考慮に入れて、外殻部４の材質、内径や厚み、あるいは内径に対する厚みの比を設定するとよい。

上記工程により、マスター軸６、電鋳部５、外殻部４を一体に形成した後、この一体形成品からマスター軸６を分離する。

ところで、上記電鋳加工によりマスター軸６の外周面６ａに形成された電鋳部５には、電鋳部５の内周面がマスター軸６から剥がれる方向に変位するのを妨げる向き（内径方向）の内部応力（残留応力）が生じる場合が多い。この残留応力は、例えば電鋳軸８に衝撃を与える等して電鋳部５の内周面（摺動面５ａ）とマスター軸６の外周面６ａとの間の密着状態を解消することにより解放される。この応力解放に伴い電鋳部５の内周面が拡径し、この内周面とマスター軸６の外周面６ａとの間に径方向の隙間が形成される。

分離工程では、上述の原理を利用して電鋳部５とマスター軸６との分離が行われる。具体的には、電鋳軸８あるいは電鋳部５や外殻部４に衝撃を与え、電鋳部５の内周面を半径方向に拡径させて、マスター軸６の外周面６ａとの間に微小隙間を形成する。そして、この微小隙間を介した状態で、マスター軸６を電鋳部５の内周から引抜く。これにより、完成品としての収容部２が得られる。

上述の如く形成された収容部２の内周に、引抜いたマスター軸６とは別体の運動伝達部材３を挿入することで、図１に示す運動伝達装置１が完成する。この際、収容部２の内周に挿入する運動伝達部材３としては、収容部２内周に設けた摺動面５ａとの間の摺動、あるいは収容部２と共に屈曲、彎曲することを考慮して、可撓性を有し、かつ収容部２内周の摺動面５ａ（電鋳部５の内周面）よりもやや小径のものが好ましく使用される。

このように、可撓性を有する外殻部４を設けると共に、外殻部４の内周に複数の電鋳部５を管軸方向に断続的に設け、電鋳部５の内周面で、運動伝達部材３との間の摺動面５ａを形成した収容部２を使用することで、例えば図５に示すように、運動伝達部材３あるいは摺動体に対して曲げ方向の力が作用した場合、収容部２は、特に電鋳部５間の領域、すなわち外殻部４のみで構成される軸方向領域において大きく曲がる。従って、かかる収容部２を備えた運動伝達装置１であれば、運動伝達時、運動伝達装置１全体として大きく曲げられた状態を保ちつつも、電鋳部５の内周に形成された摺動面５ａと運動伝達部材３の外周面３ａとの間で良好な摺動状態を得ることができる。

また、上記方法で形成された収容部２であれば、例えば電鋳加工に使用するマスター軸６のサイズ（外径）を小さくするだけで、容易に内径を小さくした摺動面５ａ（電鋳部５）を高精度に得ることができる。従って、少なくとも電鋳加工に関しては、既存の設備で対応することができ、これにより収容部２の小サイズ化に伴うコストの高騰を極力抑えることができる。

なお、本発明者らが行った運動伝達装置の可撓性（屈曲性）試験において、φ０.３ｍｍのマスター軸上に、厚み２０μｍ、軸方向幅２ｍｍの電鋳部を形成し、この電鋳部の外周に、シリコンゴムで形成され、内径０.３ｍｍ、外径１.５ｍｍのパイプ材を固定した収容部の内周に、φ０.２５ｍｍの運動伝達部材を挿入した運動伝達装置の最大屈曲量はＲ＝１５ｍｍであった。

以上、本発明に係る収容部２の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限らず他の構成を採ることも可能である。

上記実施形態では、収容部２の内周に１本の運動伝達部材３を収容した運動伝達装置１を説明したが、これに限ることなく、２本以上の運動伝達部材３を収容可能な構成を採ることもできる。例えば、図６は、２本の運動伝達部材３、およびこれら運動伝達部材３を内周に挿入した収容部１２とを備える運動伝達装置１１の軸直交断面を示すものである。この場合、各運動伝達部材３との摺動面９ａを有する電鋳部９を形成するための電鋳加工は、例えば図２に示すように、絶縁性マスキング部７を断続的に形成した、挿入すべき運動伝達部材３に対応する本数（この図示例では２本）のマスター軸６を平行に配した状態で行われる。これにより、複数本を平行配置したマスター軸６の周囲に、図６に示す電鋳部９が形成される。なお、図示は省略するが、電鋳加工時、複数本のマスター軸６は上記のように平行配置する以外に、マスター軸６を互いに撚り合わせた状態で配置することも可能である。また、隣接配置される各マスター軸６同士を径方向に所定間隔だけ離した状態で電鋳加工を行うことで、各運動伝達部材３の周囲に十分な電鋳部厚みを確保することが可能となる。

また、電鋳部５の内周面で形成される運動伝達部材３の挿入孔形状は、電鋳加工に用いられるマスター軸６の外周面形状、特に断面形状に大きく左右される。例えば上記実施形態では断面真円状で、かつ軸方向で均一径に形成したものを使用したが、挿入する運動伝達部材３の断面形状に合わせて、これ以外の断面形状（例えば楕円など）をなすマスター軸を使用することもできる。

また、上記実施形態では、例えば図１に示すように電鋳部５の軸方向幅と、電鋳部５間の軸方向間隔とをほぼ等しく描いているが、もちろんこれに限ることなく、必要とされる収容部２の可撓性（曲がり量）に応じて、電鋳部５の軸方向幅を、電鋳部５間の軸方向間隔と異ならせることも可能である。

また、上記実施形態では、摺動面５ａの耐久性、あるいはマスター軸６に対する剥離性の観点から、電鋳部５の厚みについて規定したが、収容部２全体の屈曲性（可撓性）を確保する観点から、あるいは曲げの繰返しに伴う電鋳部５の疲労損傷を最小限に留める観点から、電鋳部５のプロポーションを規定することもできる。例えば、電鋳部５内径に対する厚みの比は、０.０２〜０.３０の範囲に設定されるのが好ましい。

本発明に係る運動伝達装置１は、収容部２と運動伝達部材３との間で良好な摺動特性、および可撓性に優れたものであることから、様々な分野に広く適用することが可能であり、例えば自動車、各種産業機械および搬送システムなどにおいて動力伝達部品として使用されるコントロールケーブル（索導装置）として、駆動側の回転動力を従動側に伝達する連結装置として、あるいは内視鏡（ファイバスコープ）の先端操作装置として好適に使用することができる。

本発明の一実施形態に係る運動伝達装置の含軸断面図である。絶縁性マスキング部を外表面に形成したマスター軸を示す斜視図である。外周に電鋳部を形成した電鋳軸の斜視図である。電鋳軸を外殻部の内周に挿入、固定する工程を概念的に示す図である。運動伝達装置の使用態様の一例を概念的に示す図である。本発明に係る運動伝達装置の他の構成例を示す軸直交断面図である。

符号の説明

１、１１運動伝達装置
２、１２収容部
３運動伝達部材
３ａ外周面
４外殻部
５、９電鋳部
５ａ、９ａ摺動面
６マスター軸
６ａ外周面
７マスキング部
８マスター軸
８ａ外周面
８電鋳軸
Ｄ１外殻部内径（常温時）
Ｄ２電鋳部外径
Ｄ３外殻部内径（加熱時）

Claims

原動側の運動を従動側に伝達する運動伝達装置において、
可撓性を有する外殻部と、外殻部の内周に、管軸方向に断続的に設けられた複数の電鋳部と、これら複数の電鋳部の内周に挿入された運動伝達部材とを有し、
複数の電鋳部の内周面が何れもマスター表面への析出開始側の面で形成され、これら析出開始側の面で運動伝達部材との摺動面を構成したことを特徴とする運動伝達装置。
外殻部が、樹脂製あるいはゴム製のパイプ材である請求項１記載の運動伝達装置。
原動側の運動を従動側に伝達する運動伝達装置を製造するに際し、
マスター軸の外周面に、絶縁性マスキングを軸方向に断続的に施した上で電鋳加工を行い、これによりマスター軸上に複数の電鋳部を析出形成し、これら析出形成された複数の電鋳部の外周に、可撓性を有する外殻部を固定し、その後に電鋳部からマスター軸を分離し、電鋳部の内周に運動伝達部材を挿入することを特徴とする運動伝達装置の製造方法。
外殻部の内径より大きい外径を有する電鋳部を形成したマスター軸を、外殻部を加熱した状態で外殻部の内周に挿入した後、外殻部を冷却することで電鋳部の外周に外殻部を固定する請求項３記載の運動伝達装置の製造方法。