ボーデンケーブル

ボウデンケーブル（/ ˈ b oʊ d ən / BOH -dən）^{[1]は、中空の外側のケーブルハウジングに対する内側のケーブルの動きによって}機械的力またはエネルギーを伝達するために使用される柔軟なケーブル の一種です。ハウジングは一般に複合構造で、内側のライニング、らせん状の巻き線や鋼線のシース などの縦方向に圧縮できない層、および保護用の外側カバーで構成されています。

内部ケーブルの直線運動は、引っ張る力、または押し引きの両方の力を伝達するために使用できます。多くの軽飛行機は、スロットル制御に押し引きボウデンケーブルを使用しており、この場合、内部要素はマルチストランドケーブルではなくソリッドワイヤであるのが普通です。通常、インライン中空ボルト(「バレルアジャスター」と呼ばれることが多い) を使用してケーブルの張力を調整するための準備が整えられており、これにより、固定アンカーポイントに対してケーブルハウジングが長くなったり短くなったりします。ハウジングを長くすると (バレルアジャスターを外側に回すと)、ケーブルが締まり、ハウジングを短くすると (バレルアジャスターを内側に回すと)、ケーブルが緩みます。

ボーデンケーブルの起源と発明については、論争や混乱、神話が残っています。ボーデンケーブルの発明は、かつてラレー自転車会社のオーナーだったフランク・ボーデン卿によるものだと一般に言われていますが、1902年頃にブレーキに使用されていた硬いロッドを柔軟な巻き取りケーブルに置き換え始めたと言われていますが、その証拠は存在しません。

ボウデン機構は、35 Bedford Place, London, WC のアイルランド人アーネスト・モニントン・ボウデン(1860 年 - 1904 年 4 月 3 日^{[2] ) によって発明されました[2]}最初の特許は 1896 年に付与され (英国特許 25,325 号および米国特許 609,570 号)、^[3] この発明は 1897 年の Automotor Journal で報告され、その中でボウデンの住所は 9 Fopstone Rd, Earls Court と記載されています。^[4] 2 人のボウデンが近い親戚関係にあることは知られていません。^[5] この機構の主な要素は、柔軟なチューブ (硬く巻かれたワイヤで作られ、両端が固定されている) で、チューブ内をスライドできる細いワイヤロープが含まれており、滑車や柔軟なジョイントを必要とせずに、ワイヤロープの引っ張り、押し込み、または回転の動きを一方の端からもう一方の端に直接伝達します。このケーブルは、特に自転車のブレーキと組み合わせて使用​​​​することを目的としていました。 1896年、自転車プレスで熱狂が巻き起こる中、ボーデン ブレーキが発売されました。これは、ハンドルバーに取り付けられたレバーからケーブルで引き上げられるあぶみと、後輪のリムに作用するゴム製パッドで構成されていました。この頃の自転車は固定輪 (フリーホイールなし) で、前輪を圧迫する「プランジャー」ブレーキによって追加のブレーキが提供されていました。ボーデンは追加の制動力を提供し、重くて (高価な) 空気入りタイヤを損傷する可能性のあるプランジャー方式を嫌うライダーにも魅力的に映る斬新な製品でした。ボーデンにとっての問題は、効果的な配給ネットワークを開発できなかったことと、ブレーキが誤って、または不適切に取り付けられることが多く、プレスで多くの苦情が取り上げられたことです。最も効果的に使用できたのは、ブレーキパッドの接触面が平らなウエストウッド パターンのスチール リムを装備した自転車でした。

ボーデン ケーブルとそれに関連するブレーキの潜在能力は、1899 年から 1901 年にかけてフリーホイール スプロケットが自転車の標準機能となり、ギア チェンジ メカニズムなどの用途が拡大するまで、十分には発揮されませんでした。1903 年にヘンディーが同様のケーブルを使用してツイスト グリップ スロットルを開発したことは、重要なことです。このケーブルは、軽量で柔軟性に富んでいるため、クラッチやスピードメーターの駆動ケーブルなど、自動車の用途にも広く使われるようになりました。

報告によると、^{[誰が？ ]}「1900 年 1 月 12 日に EM Bowden は、フランク・ボウデンとエドワード・ハーロウが取締役を務めるノッティンガムの Raleigh Cycle Companyにライセンスを付与しました。この調印で、彼らは「EM Bowden's Patent Syndicate Limited」のメンバーになりました。シンジケートには、Lea & Francis Ltd の RH Lea と Graham I. Francis、Riley Cycle Company の William Riley などが含まれていました。Raleigh 社はすぐに Bowden Brake をアクセサリとして提供し、ハンドルバーに取り付けられたSturmey-Archer (同社が大きな関心を寄せていた) のギアチェンジにケーブルをすぐに組み込みました。間違いなく、これが E. Bowden と F. Bowden が今日混同されることがある理由です。

1890 年代から 20 世紀初頭にかけての初期のボウデン ケーブルは、外管が丸いワイヤーで巻かれ、覆われていないのが特徴です。ケーブルの端には通常、「BOWDEN PATENT」と記された真鍮のカラーが取り付けられています (この銘は、元のブレーキの他の部品にも刻印されています)。より新しいバージョンでは、外管が角形のワイヤーで巻かれています。1902年頃から 、ケーブルは通常、防水加工された布製のシースで覆われていましたが、戦後初期にはプラスチック製に置き換えられました。

国立自動車博物館のアーカイブには、ボウデンの従業員の息子が書いた未発表のタイプ原稿が残っており、ケーブルの発明は父親のためであると主張し、1902年より前には自転車に使用されたことはなかったと示唆している。これは「サイクリング」や1896年から1897年までの英国の他の自転車雑誌を参照することで簡単に反証できるが、優先権主張によって自転車の歴史を書き換えようとする試みを思い出させるものである。英国国立公文書館^[6] この物語では、自転車用の柔軟なケーブルブレーキは、熟練した自動車およびオートバイエンジニアであるジョージ・フレデリック・ラーキンによって別途「発明」され、1902年にその設計の特許を取得しました。彼はその後、EMボウデンに採用され、1917年まで工場長として勤務しました。

「ジョージ・ラーキンは、1902年に特許を取得した自転車用フレキシブルケーブルブレーキの発明で知られています。『ボーデン機構』として知られる同様の発明の最初の特許は、1896年にアーネスト・モニントン・ボーデンに付与されました。翌年、この装置を販売するためにEMボーデンの特許シンジケート社が設立されましたが、当初はプロジェクトは失敗に終わりました。なぜなら、同社が提供できたのは、比較的大きな力を伝達できる脆弱な機構だけだったからです。ボーデン機構は自転車ブレーキに関連して開発されたものではなく、ジョージ・ラーキンの発明が特許を取得した1902年まで、自転車業界とケーブルが関連していたという記録はありません。」^[6]

「ラーキンがバセット モーター シンジケートに勤務していた間、彼の職務には自動車とオートバイの組み立てが含まれていたが、主な難関は、当時は鋼棒で構成されていたブレーキ システムの組み立てで、シャーシの輪郭に簡単には適合しなかった。彼はフレキシブル ケーブル ブレーキを設計し、特許代理人の SJ ウィザーズにその設計の特許取得を依頼した。ウィザーズはラーキンのアイデアがボーデン メカニズムに似ていることに気付き、ボーデン シンジケートに彼を紹介した。ボーデン シンジケートは、発明者と彼らの共同名義で特許を取得するという条件で、発明の製造と販売に同意した。数か月以内に、当時 23 歳だったラーキンは、EM ボーデンの特許シンジケートのモーター部門マネージャーとして雇用され、1904 年 5 月 1 日に工場長に任命された。」^[6]

オリジナルの標準的なボウデン ケーブル ハウジングは、丸型または角型の鋼線を密に巻いたらせん構造です。これにより、柔軟なハウジングが実現しますが、ハウジングが曲がると長さが変わります。曲げの内側では密に巻かれたらせんの巻き線はこれ以上近づくことができないため、曲げると曲げの外側で巻き線が離れ、ハウジングの中心線では、曲げが大きくなるにつれて長さも増加します。

インデックスシフトをサポートするために、シマノは曲げても長さが変化しないタイプのハウジングを開発した。このハウジングには複数のワイヤストランドが多重らせん状に走っており、ピッチはケーブルの曲がりがすべてのストランドで共有されるほど短いが、ハウジングの柔軟性は個々のストランドをねじるのではなく曲げることによって得られるほど長い。サポートヘリックスの巻きピッチが長い結果、ワイヤがプラスチックジャケットだけで束ねられている平行ストランドの場合に近づく。長いらせんを持つハウジングは、高いケーブル張力に関連する高い圧縮に耐えることができず、過負荷時にはハウジングストランドの座屈によって破損する傾向がある。このため、ブレーキケーブルのらせんサポートは密巻きであり、より長いらせんを持つハウジングはそれほど重要でない用途に使用される。自転車のギアシフトなどの用途では、縦方向に配置されたサポートワイヤが使用される。^[7]

3番目のタイプのハウジングは、柔軟なライナーの上にスライドする短い中空の剛性アルミニウムまたはカーボンファイバーシリンダーで構成されています。スチールワイヤーハウジングに比べて、軽量、曲線がタイト、負荷時の圧縮が少ないなどの利点があるとされています。^{[8] [9]}

プッシュ用途のインナーワイヤーロープには、実際のインナーワイヤーの巻き方向とは反対方向に巻かれた追加の巻き線があります。巻き方はバネのような巻き方や平らな帯状の巻き方があり、それぞれスプリングラップとスパイラルラップと呼ばれます。^[要出典]

芝刈り機のスロットル、自動車の手動チョーク、自転車の変速システムなどの用途では、大きな押し込み能力が求められるため、単線の内部ワイヤを備えたケーブルが使用されます。 ^[10]これらのケーブルは通常、撚線の内部ワイヤを備えたケーブルよりも柔軟性が低くなります。

インナーケーブルの一方の端には、小さな形の金属片が付いていることがあります。これは、ニップル (BMX リアブレーキ デタングラーの写真で確認できます) と呼ばれ、シフターまたはブレーキ レバー機構に取り付けられます。もう一方の端は、ブレーキまたはシフターの移動が必要な部分にクランプされることが多く (リアディレイラーの写真で確認できます)、またはオートバイのコントロール ケーブルで最も一般的に見られるように、別のニップルが取り付けられます。

自転車では、シフター ケーブルは、ケーブルと同心円状の小さな円筒形のニップルでシフターに固定されるのが一般的です。ただし、自転車のブレーキ ニップルは、ストレート ハンドルのマウンテン バイク (MTB) とドロップ ハンドルのロード バイクで異なります。MTB バイクは、ブレーキ ケーブルをブレーキ レバーに固定するために樽型 (円筒形) のニップルを使用しますが、ロード バイクは洋ナシ型のニップルを使用します。自転車の交換用ブレーキ ケーブルの中には、両端に 1 つずつ、両方のスタイルが付属しているものもあります。不要な端は、取り付け時に切断して廃棄します。

自転車のブレーキとギアシフトの両方の用途では、ハウジングの終端となるキャップまたはフェルールの外寸は、バレル調整器の端にゆるくフィットするように選択されます。このようにして、調整中に回転すると、バレルはフェルール上で滑ります。フェルールがバレルの端に詰まると、調整中にケーブルがねじれ、無駄な調整が行われます。

修理やカスタム ケーブル構築の目的で、ケーブルとは別にニップルも用意されています。ニップルははんだ付けによってケーブルに取り付けられます。ケーブル軸に対してニップルを自由に回転させる必要がある場合は、ケーブル端を真鍮のフェルールまたは「トランペット」で仕上げ、ケーブルにはんだ付けします。バレル ニップルは真鍮のフェルールにスライドしてフィットするため、回転することができ、ケーブルの両端のニップルの位置合わせが確実に行われ、内部ケーブルのねじれが回避されます。はんだ付けのために内部ケーブルに熱を加えると、鋼が弱くなる可能性があります。軟質はんだ付けは銀はんだ付けよりも強度は劣りますが、接合部を形成するために必要な温度が低く、その結果、内部ケーブルが損傷する可能性が低くなります。銀はんだ付けでは、ワイヤが柔らかくなりすぎたり脆くなりすぎたりしないように、ワイヤの焼き入れを維持するために、ワイヤに追加の熱処理が必要になる場合があります^{[引用が必要]}

緊急修理用やメンテナンスのために取り外す必要がある場合には、ネジでケーブルに固定するニップルも使用できます。

ケーブルの端がほつれないように、小さなフェルール（別名「クリンプ」）（リアディレイラーの写真参照）を圧着して取り付けることもあります。^[11]

ほつれを防ぐ他の方法としては、ワイヤの端を軟ろうまたは銀ろう付けすることや、理想的にはワイヤをフラッシュカットすることなどがあります。

自動車や芝刈り機のスロットルやチョークの用途のように、内部のワイヤーが固体である場合は、押したり引いたりするものに噛み合うように、片側または両側の端が曲がっているだけである場合があります。

ドーナツと呼ばれる小さなゴム製のトーラスをインナーケーブルのむき出しの部分に通すことで、ケーブルが自転車のフレームに当たってガタガタと音を立てたり摩耗したりするのを防ぐことができます。^[12]

自転車のディレイラーのインデックスシフトは正確である必要があります。一般的な 7 速シフターは、シフトごとにケーブルの長さを 2.9 mm (Shimano 2:1) または 4.5 mm (SRAM 1:1) 変え、長さの誤差はシフト回数とともに蓄積されます。このため、ハウジングは固体チューブのように動作する必要があるため、ハウジングとそのエンドピースは圧縮されない必要があります。現在、ギアシフトに最も一般的に使用されている圧縮されないハウジングには、縦方向に間隔を空けたスチールワイヤーがあります。このようなハウジングの平らにカットされた端は、エンドキャップまたはフェルールでしっかりと終端され、エンドキャップはフレームの固定具に収まるか、バレルアジャスターの端に緩いフィッティングとして収まるサイズになっています。

自転車ブレーキのハウジングは、それほど圧縮されない必要はありませんが、より強い必要があります。現在この目的で販売されている製品では、密に巻かれた螺旋状の支持ワイヤが使用されています。ブレーキ ハウジングの一方の端は、バレル アジャスター内に緩くフィットするエンド キャップまたはフェルールにしっかりと接続され、もう一方の端は、エンド キャップ、またはスムーズな方向転換を実現する部品を含むさまざまなフィッティングのいずれかに接続されます。いずれの場合も、ケーブルがブレーキ アームに取り付けられる点には、ニップルが取り付けられています。提供されているケーブル構造の多様性を考えると、最適なハウジングについて混乱が生じやすくなります。一般に、ある目的のために販売されているハウジングを他の目的に使用するべきではなく、いずれの場合も製造元のアドバイスに従う必要があります。特に、縦方向に補強されたハウジングは、螺旋状に巻かれたハウジングよりも弱いため、自転車のブレーキには使用しないでください。

自転車のハウジングは主に 2 つの直径で作られています。ギアシフトには 4 mm の直径が、ブレーキには 5 mm の直径が使用されることがほとんどです。シフト ハウジングとブレーキ ハウジングは、両方のサイズで製造されています。ただし、ケーブルを変更する場合は注意が必要です。たとえば、既存のシフターの 4 mm バレル アジャスター エンドは、おそらくそのハウジング サイズ専用に作られているからです。

ケーブル アセンブリ用の個々の部品は入手できますが、ブレーキ用とシフト用の既製のケーブルも入手できます。これらは通常、ハウジング内の内部ワイヤで構成され、目的に応じて 1 つまたは複数のエンド キャップが取り付けられています。ただし、使用されているフィッティングの範囲が広いため、これらのユニバーサル ケーブルのキャップは、多くの状況に適合しますが、その名前が誤って示唆するように、すべての目的に適合するとは限りません。ハウジングを短くするには、ケーブルの入口を閉じることなく直角に切断するように設計された特別な手工具を使用する必要があります。同じツールを使用して、内部のスチール ケーブルを切断します。取り付け中にケーブルのワイヤがほどけるのを防ぐため、メーカーは端部を溶接または圧着します。

ケーブルのハウジングは通常黒色のみですが、色付きのハウジングもいくつかあります。

ボウデンケーブルは、特に水や汚染物質がハウジング内に入ると、スムーズに機能しなくなることがあります。最近のライニング付きおよびステンレス鋼製のケーブルは、これらの問題が起こりにくくなっています。ライニングなしのハウジングには、薄い機械油を塗ってください。寒冷な気候では、ボウデンケーブルのメカニズムは、水の凍結により故障しやすくなります。ケーブルは長期間の使用により摩耗し、よじれたりほつれたりして損傷することもあります。自転車では、ハウジングがバレルアジャスターに入るポイントでよく故障が発生します。ハウジングの端が緩んでいると、ハウジングがほつれて調整が不確実になります。疲労によるほつれは、ケーブルがプーリーを通過する場合（自転車ではプーリーの直径が推奨直径を下回ることが多い）^や、ケーブルがブレーキレバーやキャリパーに取り付けられる場所で繰り返し曲げられる場合に最も起こりやすくなります。急な曲がり角を通過するケーブルは、内側のケーブルスリーブに溝ができ、外側のハウジングと接触して擦れてほつれる傾向があります。ほつれたケーブルは、緊急ブレーキ時など、強い力が加わると突然切れることがあります。

ケーブルとハウジングの仕様では、製品の寸法と用途以外の詳細はほとんど示されていません。圧縮や曲げに対する特定の耐性が引用されることはないため、製品の性能と耐久性に関する修辞的な証拠やコメントは多くありますが、消費者が使用できる科学的な情報はほとんどありません。^{[要出典]ハウジングに対する特に厳しい品質テストは、}折りたたみ自転車のヒンジまたはその近くで、鋭く曲がる部分が繰り返し行われる場所で行われます。折りたたんだ自転車のケーブルの曲率半径は1.5インチ（4 cm）ほどになることがあります。そのため、折りたたむ前にケーブル圧力が最も低いギアにシフトして、ハウジングやディレイラーへの悪影響を最小限に抑えることをお勧めします。^[要出典]このギアは通常、ギアシフターの インデックス番号が最も高いギアです。

「ケーブルの伸び」と呼ばれる現象の存在については、議論があります。新しく取り付けたケーブルは伸びたように見えるため、再調整が必要になります。内部のワイヤーは実際にはほとんど伸びない (伸びる場合も) というのが一般的な見解ですが、ハウジングとライニングがわずかに圧縮され、すべての部品が「落ち着く」ことがあります。自転車で使用されるような軽量アセンブリは、この現象の影響を受けやすいです。^{[引用が必要]}

• ウーリッツァー電子ピアノのサスティンペダルリンク
• 自転車のブレーキとギアシフトケーブル
• 写真用 シャッターリリースケーブル
• 自動車用 クラッチ、スロットル/クルーズコントロール、緊急ブレーキ、各種ラッチリリースケーブル
• スロットルまたはパワー制御、プロペラピッチまたは回転数、燃料混合、キャブレター加熱、カウルフラップなどの航空機エンジン制御
• オートバイのスロットル、クラッチ、（今ではまれに）ブレーキケーブル
• 小型航空機の操縦翼面^[14]
• ドラムキットのリモートハイハット
• 義手の端末装置フックを操作する
• 芝刈り機のスロットルとデッドマンスイッチ
• 電気スイッチギアのインターロック
• 1930 年代のフランスの Char B1 bis 戦車の遠隔設置された機関銃、およびMadsen 機関銃で使用される DISA 三脚のトリガー起動。
• プラスチック フィラメントを押し出すタイプの3D プリンターの多くは、「ボウデン エクストルーダー」を使用して、摩擦を最小限に抑えるために通常は PTFE (「テフロン」) で作られたチューブを通してフィラメントを「ホット エンド」に送り込み、そこでフィラメントは溶融されてノズルから排出されます。これには、エクストルーダーのメカニズムとステッピング モーターの質量を可動ホット エンドからプリンターのフレームに固定されたマウントに移すという利点があり、印刷速度と精度が向上します。
• ドレメル型ロータリーマルチツール用フレキシブルドライブシャフト、ベンチグラインダー用ダイグラインダーアタッチメントなど
• ボウデンケーブルは、水洗トイレのフラッパーと水洗装置を接続するために使用されることがあります。^[15]