JP2001319752A - 大径スリップリング基体の製造のための巻付リング技術における改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一体リング技術に対する巻付リング技術の経
済的利点を維持しながら、既知の巻付リング技術の不利
な点を克服するようなスリップリングアセンブリの製造
のための改良された方法を提供する 【解決手段】 スリップリングアセンブリ用の巻付リン
グ製造工程において、該アセンブリはスリップリングの
端部間の間隙を拡張させるために加熱される。次いで、
導電性材料が使用されて、上記の拡張された間隙を充填
し、該導電性材料の圧縮を保証し、且つ、該材料におけ
る亀裂を防止するようにする。充填された上記間隙は貴
金属を用いて電気メッキされ、上記スリップリングの全
周の周りに一様な硬度、耐摩耗性、導電性及び環境抵抗
の材料の層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広くは、電気スリ
ップリングアセンブリを製造する方法に関する。更に詳
細には、本発明方法は、周囲に複数の導電性リングを有
するスリップリングアセンブリ基体の構造、特には、巻
付リング技術（wrapped ring technology）として従来
知られている製造のための方法の改良に関する。

【背景技術】電気スリップリングは、互いに回転可能な
構造部材間において電気信号を伝達するためのものとし
て従来良く知られている。

【０００２】巻付リング技術と通常呼ばれている、大径
電気スリップリング基体を製造するための有効な方法
が、ボーマン他の米国特許第5,054,189号に開示されて
おり、該文献の内容は参照することにより本明細書に組
み込まれるものとする。該文献で述べられているよう
に、スリップリングアセンブリは、外周を取り巻く複数
の導電性リングを有する環状基体部材と、他の構造部材
上に配置された一連の導電性ブラシとを含み、これら環
状基体部材及び構造部材の一方が他方に対して回転可能
となっている。斯様な構成において、上記導電性リング
は上記導電性ブラシにより接触され、これら２つの構造
部材間の複数の電気的接続を形成する。

【０００３】上記先行技術特許に開示されているよう
に、スリップリング基体の製造の方法は、導電性材料の
リングを受入するための、環状基体の外周面に一連の環
状溝を形成することを含むことができる。線状の導電材
料が、各々が上記環状基体の外面の周に略対応する条片
を形成するような長さに切断されて、複数の導電性リン
グを形成する。各リングの第１端は、対応する溝の各点
でアンカー留めされ、各リングは対応する溝内に（例え
ば、上記外面の周のまわりで上記リングの長さに沿って
漸進的に転がり圧を発生させることにより）圧入係合さ
れる。各リングの他端は上記スリップリング基体に固定
される。該巻付リング技術の１つの適用例においては、
上記導電性細条は、銀のような導電性材料により予備メ
ッキされる。

【０００４】上記巻付リング技術の既知の一体リング技
術に対する利点は、該巻付リング技術においては、より
高価な一体リングの代わりに安価な細条状の材料を使用
することができる点にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た巻付リング技術により製造されたスリップリングアセ
ンブリは有用ではあるが、斯かるアセンブリは下記のよ
うな欠点を被る。

【０００６】従来技術においては、製造誤差の累積が導
電性スリップリングの端部間の避けられない隙間となっ
てしまう。

【０００７】リング端部間の小さな間隙は、通常は、リ
ング端部が上記転がし作業の間に接触せず、該リングが
溝内に適当に座るのを防止することを保証するために確
かに望ましい。しかしながら、上記既知の製造工程の結
果としての間隙は、ブラシの耐久性、導電性リングとブ
ラシと間の電気的接続の品質、及びこれらの間の信号の
伝達に対して技術的影響を有するような物理的不連続さ
である。

【０００８】上記間隙の存在から生じる問題は、ブラ
シ、リング又は他の材料からには拘わらず摩耗屑の該間
隙内への堆積である。リング端部間の間隙内に充分な摩
耗屑が一旦堆積すると、斯様な屑は、ブラシとスリップ
リングとの間の電気抵抗の増加の原因となる。接触抵抗
の増加は、例えば上記屑がリングの接触面上に移動され
た場合に発生し得る。上昇した接触抵抗は、スリップリ
ングとブラシとの間で伝達される信号に電気ノイズを誘
起させるか、又はこれらの間の信号伝達を減衰させる。

【０００９】ヒラオ他の米国特許第5,224,138号の図１
１に記載された巻付スリップリングの一実施例において
は、スリップリングを形成する金属テープ264の開始及
び終了部分が半田272により結合される。斯様な方法は
上述した技術的問題を克服するように見えるが、実際に
は、斯かる方法は半田のなすりつけという付加的な技術
的問題を生じる。

【００１０】上記従来技術に示される方法において使用
される半田は、隣接するリングの表面を汚し、（半田は
貴金属ではないので）好ましくない特性を伴って酸化す
る。なすりつけられた酸化物の堆積は、電気ノイズの増
加の原因となり、当該リングの低電圧、低電流信号で機
能する能力を著しく劣化させる。ＣＴスキャナのＸ線管
への電力を供給するようなスリップリング上での酸化物
の堆積は許容することができるかもしれないが、斯様な
堆積は低レベル信号電圧で動作するスリップリングにと
っては許容することができない。

【００１１】このように、リング端部間での半田の使用
は、信号伝達における或るノイズの問題を他の同様の問
題で置換するような許容することのできない解決策であ
る。

【００１２】更に、半田は銀よりも速い割合で摩耗す
る。従って、長い動作の後に、半田内にわだちが生じ
る。

【００１３】これらの又は他の技術的な問題の可能性
は、一体リング技術に対する巻付リング技術の主たる欠
点の１つである。しかしながら、前述したように、巻付
リング技術は一体リング技術よりも経済的な利点を有し
ている。この経済的な利点は、装置の径が増加するにつ
れて、一層顕著となる。

【００１４】かくして、従来技術においては、一体リン
グ技術に対する巻付リング技術の経済的利点は維持する
が、既知の巻付リング技術の既知の欠点を克服するよう
なスリップリングアセンブリの製造の改善された方法に
対する需要がある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】従って、本発明の１つの
目的は上記従来技術の欠点を克服することにある。

【００１６】更に詳細には、本発明の１つの目的は、一
体リング技術に対する巻付リング技術の経済的利点を維
持しながら、既知の巻付リング技術の不利な点を克服す
るようなスリップリングアセンブリの製造のための改良
された方法を提供することにある。

【００１７】また、本発明の特別な目的は、スリップリ
ングアセンブリの製造のための改良された巻付リング技
術を提供することにある。

【００１８】また、本発明のより特定的な目的は、スリ
ップリングの端部間の間隙の存在から生じる従来技術の
問題を克服するようなスリップリング基体の製造のため
の改良された方法を提供することにある。

【００１９】また、本発明のもっと特別な目的は、スリ
ップリングの端部間の間隙を無垢の導電性材料により充
填することによる、スリップリング基体の製造のための
改良された方法を提供することにある。

【００２０】また、本発明の更に特定的な目的は、当該
アセンブリがリングの端部間の間隙に追加された充填材
料に作用する張力を低減するように選定された温度まで
加熱されるような、スリップリング基体の製造のための
改善された方法を提供することにある。

【００２１】また、本発明の更に特定的な目的は、当該
アセンブリがリングの端部間の間隙に追加された充填材
料に圧縮力を付与するように選定された温度まで加熱さ
れるような、スリップリング基体の製造のための改善さ
れた方法を提供することにある。

【００２２】また、本発明の他の目的は、リングの端部
間の間隙に充填材料が追加されると共に、該リングと間
隙との表面が貴金属によりメッキされるような、スリッ
プリング基体の製造のための改善された方法を提供する
ことにある。

【００２３】また、本発明の更に他の目的は、リング材
料と基体材料との間の熱膨張特性の不整合が減じられる
ような、スリップリング基体の製造のための改善された
方法を提供することにある。

【００２４】また、本発明の更なる目的は、特別な導体
によりメッキされたスリップリングを有するスリップリ
ング基体の製造のための改善された方法であって、同一
の特別な導体又は別の導体の何れかで充填された高分子
樹脂を含む充填材料が、リングの端部間の間隙に追加さ
れるような方法を提供することにある。

【００２５】また、本発明の更に他の目的は、貴金属に
よりメッキされたスリップリングを有するスリップリン
グ基体の製造のための改善された方法であって、同一の
貴金属で充填された高分子樹脂を含む充填材料がリング
の端部間の間隙に追加されるような方法を提供すること
にある。

【００２６】また、本発明の更なる目的は、リングの端
部間の間隙に充填材料が追加されると共に、該充填され
た間隙がスリップリングと同一の材料によりオーバーメ
ッキ（over plated）されるような、メッキされたスリ
ップリングを持つスリップリング基体を製造のための改
善された方法を適用することにある。

【００２７】本開示は、間隙へのエポキシ樹脂と例えば
銀粉の形態の貴金属とを含む特定の充填材料の追加を特
別に参照するが、ここで述べられる方法は、当該発明思
想に合致し且つここで述べる目的に適した現在知られて
いる又は今後開発される如何なる材料を用いて実施する
こともできると理解されたい。

【００２８】かくして、本発明によれば、スリップリン
グを製造する方法であって、絶縁基体上に導電性細条を
巻き付けるステップ、当該アセンブリを所定の温度まで
加熱し、これにより上記導電性細条の端部間の間隙を拡
張させるステップ、及び上記間隙が拡大されている間に
該間隙を剛性導電性充填材料により充填するステップの
ような種々のステップの組み合わせを含む方法が提供さ
れる。上記ステップの組み合わせは、上記間隙充填剤を
必要な程度に硬化させるステップを含むことができる。

【００２９】本発明の特定の特徴によれば、上記加熱ス
テップにおいて、当該アセンブリは、前記スリップリン
グが後の使用において曝されるであろう最大温度に基づ
いて決定された温度まで加熱される。

【００３０】また、本発明の一つの特徴によれば、上記
加熱ステップにおいて、当該アセンブリは、前記スリッ
プリングが後の使用において曝されるであろう最大温度
に等しいか又はそれ以上の温度まで加熱される。

【００３１】また、本発明の他の特徴によれば、上記加
熱ステップにおいて、当該アセンブリは、一方では前記
リングの材料と前記基体の材料との熱膨張特性の間の不
整合の量と、他方では前記スリップリングが後の使用に
おいて曝されるであろう最大温度との間の関係に基づい
て決定された温度まで加熱される。

【００３２】また、本発明の更に他の特徴によれば、前
記充填された間隙上に貴金属によるメッキを施して、前
記リングの全周のまわりに一様な硬度、耐摩耗性、導電
性及び環境抵抗の材料の層を形成するようなステップも
実施される。

【００３３】本発明の、これら及び他の目的、特徴並び
に利点は、当業者にとり以下の記載及び図面から容易に
明らかとなるであろうが、斯かる記載及び図面において
は本発明の好ましい実施例が、本発明を実施するのに適
した最良の形態の１つ（及び代替え実施例）について限
定のためにではなく単に解説のために図示され且つ説明
される。本発明自体は、添付の請求項に述べられてい
る。本明細書及び図面の検討及びその実施から理解され
るであろうように、本発明は他の異なる実施例も可能で
あり、その細部は、全て請求項に記載された本発明の範
囲から逸脱することなく種々の自明な点において修正が
可能である。従って、ここで提供される図面及び説明
は、本発明の限定としてではなく解説的な性質のもので
あると見なされたい。

【００３４】尚、本明細書に組み込まれ且つ本明細書の
一部を形成する添付図面は、本発明の好ましい実施例の
幾つかの特徴を図示すると共に、下記記載と共に本発明
の原理を説明するものである。

【００３５】

【発明を実施するための最良の形態】本改良をより良く
理解するために、先ず以下においては、既知の巻付リン
グ技術によるスリップリングアセンブリ用の環状基体部
材の既知の製造方法の説明を行う。

【００３６】図面を参照すると、図１には電気スリップ
リングアセンブリ用の既知の環状基体部材１０の断面が
示され、該アセンブリは信号電圧及び作動電力の両方を
伝達するために周囲に配置された複数の導電リングを有
している。基体部材１０の外周面１４の一部には比較的
幅広の一連の周方向の溝１２が設けられている。表面１
４の他の部分には、比較的狭い一連の周方向の溝１６を
加工形成することができる。従来既知のように、溝１２
及び１６の断面形状は、該基体部材に取り付けられるべ
き導電性細条及びこれら細条と関連して使用されるべき
ファイバブラシの形状に略合致するように選定すること
ができる。

【００３７】図１においては、符号１２aにより示され
る単一の溝のみが、部分的に配置された導電性細条を有
しているように図示されている。

【００３８】従来知られているように、溝内に配置され
る導電性細条の端部はピン又はボルトによりアンカ留め
することができ、該ピン又はボルトには、上記環状基体
部材の内周面１５から、各溝に対して１つを設けること
ができる一連の開口を介してアクセスすることができ
る。

【００３９】導電材料の個々の長さ部分は、溝１２内に
圧入されるべき導電性細条を形成する。斯様な細条の１
つが、符号２０で示されている。各導電性細条は黄銅又
は銅のような導電性材料のロールから形成することがで
きる。

【００４０】図１に見られるように、細条２０は、その
外側表面に形成された溝２１を有することができ、該溝
２１は当該電気スリップリングアセンブリ（図示略）の
回転部分上に取り付けられる一連のブラシのうちの１つ
を受け入れるようになっている。溝２１は、材料に該材
料を通常の圧延機を通過させることによりプレス成形す
ることができる。次いで、該材料は長さに切断され、当
該リングの端部には埋込ボルトをろう付けすることがで
きる。従来既知のように、細条２０により形成されたリ
ングは導電性材料の層によりメッキすることができる。
銀は、従来使用されているメッキ材料の１つである。

【００４１】上記既知の方法によれば、細条２０のよう
な各導電性細条又はリングは、その一端において、環状
基体部材の溝１２内に設けられた複数の開口（図示略）
の１つに先ず固定される。次いで、導電性細条２０は、
取り付け治具３０により発生される転がり圧により溝１
２ａ内に圧入される。該取り付け治具３０は、溝２１と
類似の形状の外周面３３を持つ圧力ローラ部材３２を含
んでいる。

【００４２】上記取り付け治具は、更に、水平支持部材
４０及び４２に接続された垂直支持部材３６及び３８を
有する枠体３４を含んでいる。上記垂直支持部材は、符
号４５で示す二又状端部にローラ部材３２を回転可能に
担持する調整アーム４４を受け入れるように形成された
垂直方向に延長された開口を有している。アーム４４は
垂直部材３８と螺合してローラ部材３２の適切な横方向
位置決めを提供することができると共に、垂直部材３６
及び３８に形成された上記開口の長さ形状は上記圧力ロ
ーラ部材の適切な垂直方向位置決めを提供する。支持ロ
ーラ４６を第２調整アーム４８の二又状端部に回転可能
に取り付けることができ、該アームも垂直部材３６及び
３８の開口を介して延在している。アーム４８は、前記
外周面に対する適切な横方向支持を提供するためにネジ
的に調整することができると共に、ローラ部材３２が正
しい水平位置に担持されることを保証する。

【００４３】１対の円柱状支持ローラが、環状基体部材
の内周面１５に対して適切な位置決め用横方向圧力を提
供するようになっている。斯様なローラの１つが水平支
持部材４０の前方に符号５０aで示されている。斯様な
ローラの第２のものは、支持部材４０の背後に設けるこ
とができる。このようにして、上記各ローラは支持部材
４０の外側のＴ字状端部４１に回転可能に取り付けられ
ている。支持部材４０は、環状基体部材１０の周の廻り
における取り付け治具３０全体の運動を容易にするため
に、横方向に取り付けられた１対の垂直支持ローラも有
している。斯様な垂直支持ローラの１つが符号５２aで
示され、支持部材４０の前方に配置されている。斯かる
ローラの第２のものは、支持部材４０の背後に設けるこ
とができる。

【００４４】導電性リング２０の各々を対応する溝１２
ａ内に形成する場合、一端が環状基体部材１０に取り付
けられる。その時点で、取り付け治具３０は、図１に示
すように、環状基体部材１０と係合するように配置され
る。ローラ部材３２は細条２０に対して、当該細条を溝
１２ａ内に強固に圧入すべく、充分な横方向圧力を発生
するように調整される。次いで、当該取り付け治具全体
は環状基体部材の周の廻りで回転される。ローラ部材３
２の運動により大きな周方向の力が発生され、これによ
り当該導電性細条は、細条２０の全体が当該溝１２ａ内
に納まる際に該細条２０の２つの端部間に実質的な当接
状態を提供するように僅かに伸ばされる。この時点で、
従来既知のように、当該細条の第２端部は当該溝内に設
けられた開口を介して該環状基体部材に固定される。

【００４５】図２を参照すると、本発明の現在好ましい
実施例が、細条２０の両端部間に間隙が存在する場合に
生じ得る上述した困難さを示している。本発明改良の使
用から生じる利点をよりよく示すために、図２は図１の
２−２線に沿って描かれている。

【００４６】図２に示すように、溝１２は、環状基体１
０の周面上において障壁５３の間に形成されている。銀
５４によりメッキされた導電性細条２０は、障壁５３の
間に形成された溝１２内に巻き付けられる。前述したよ
うに、上記細条は転がし圧入されると共に、図２に符号
５５で示すネジ溝付き固定具により固定される。図１を
参照して説明した従来技術方法の変形例においては、細
条２０の端部間に形成される間隙５６を側路するため
に、基体１０に形成されるアクセスポケット５８内にシ
ャント５７が設けられる。上記細条２０を基体１０に固
定する他のネジ溝付き固定具５５は図示されていない。
このようにして、ネジ溝付き固定具５５は、細条２０を
基体１０に対して及びシャント５７に対して固定する。
リード線５９は、上記シャント／リング接続部で終端さ
れる。

【００４７】前述したように、製造誤差の累積が細条２
０の端部間に間隙５６を存在させることになり、結果と
して数々の問題が生じる。

【００４８】一つの斯様な結果は、上記不連続部上を通
過するブラシ材料の摩耗の加速である。このような摩耗
は、図２に示すように、上記リング端部の鋭利な縁を角
取りすることにより消滅される。

【００４９】本発明は、全リング表面上及び上記間隙上
での貴金属メッキを可能にすることにより、上記従来技
術よりも大幅な改善を示す。該貴金属メッキは、上記間
隙の存在に関連する欠点、及び間隙を半田で充填する従
来の方法に関連する欠点の両方に対処する。

【００５０】半田が使用される場合は、リング及び間隙
での非類似な導電性材料の使用により、起電力差が生じ
かねないことに注意すべきである。このような起電力差
は、リング構造、並びに該リング構造の低レベル信号電
圧及び電流の伝達に関する有効性の両方に悪影響を与へ
得る。

【００５１】更に、上記間隙充填材料とリング（又はリ
ングメッキ材料）との熱膨張特性の差のために、当該間
隙内、及び上記間隙充填材料と上記リングとの間の境界
において応力が発生する。斯様な応力は、当該スリップ
リングアセンブリが動作環境内で使用される際に、もっ
と詳細には周囲温度が上昇した場合に、特に発生する。
このような応力は、リング表面に沿って亀裂、摩耗及び
更なる屑の堆積を生じさせる結果となる。

【００５２】上述した問題を克服する出願人の新規な方
法は、上記間隙を該間隙の充填に先立ち所定の温度まで
加熱するステップを含んでいる。かくして、当該リング
の動作環境が上記温度以下であれば、上記間隙は圧縮状
態にあり、これにより、上記間隙の充填材料の亀裂、及
び該間隙充填材料とスリップリングの端部との間の分離
を防止する。

【００５３】このように、上記のような温度操作は、上
記間隙において又は該間隙の近傍で発生する熱応力から
生じる従来技術の重大な問題を克服する。

【００５４】しかしながら、上記間隙の充填材料を硬化
させるための該間隙の加熱は、必ずしも当該スリップリ
ングアセンブリの最大動作温度までである必要はないこ
とに注意すべきである。注意深い温度操作により、熱膨
張特性が上記リング及び該リングのメッキ材料のものと
近いような適切な基材の使用の結果、当該スリップリン
グアセンブリの加熱の間に小さい熱応力しか発生しなく
なる。

【００５５】このように、最大動作温度までの加熱は、
当該アセンブリの全動作温度にわたり、上記間隙及び該
間隙の充填材料が圧縮状態であり、従って応力亀裂が防
止されるのを保証することになるが、硬化温度より高い
温度で発生する熱応力の量は、上記の適切な基材の使用
により低減することができる。

【００５６】従って、上記リングのものと近い熱膨張特
性を持つ適切な基材が使用される場合は、上記間隙材料
は当該アセンブリの予測される（又は最大の）動作温度
よりも低い温度で硬化することができる。即ち、上記基
材の熱膨張特性と、上記リング及びそのメッキ材料の同
特性との間の差を考慮すると、周囲温度が上記硬化温度
を超える場合、上記間隙充填材料内で、又は該間隙充填
材料と上記リングとの間で発生する応力のレベルは、上
記差が小さい材料に関しての方が、上記差が大きい材料
に関してよりも小さくなる。このように、上記リング又
はメッキ材料のものと非常に匹敵するような温度特性を
持つ基材を使用することにより、高い温度において発生
する熱応力を低減することが可能になる。従って、本発
明によれば、上記間隙充填材料の亀裂は、硬化が当該ア
センブリの予測される又は最大動作温度よりも低い温度
で生じる場合でさえも、防止又は低減することができ
る。

【００５７】従って、本発明は、スリップリングの端部
間の間隙の発生から生じる従来技術の問題を、該間隙を
充填することにより克服する。しかしながら、従来技術
とは違って、本発明は上記間隙を充填するために半田は
使用しない。その代わりに、巻き付けリングの２つの主
要な欠点は、下記の規準を満たす間隙充填材料を使用す
ることにより取り除かれる。

【００５８】第１に、斯様な充填材料はリング端部によ
く接着しなければならない。さもなければ、１つの大き
な間隙が２つの小さな間隙になり得る。

【００５９】更に、該充填材料は、取り囲むリング材料
よりも著しく異なる割合で摩耗してはならない。さもな
ければ、上記間隙が動作の間に物理的な不連続に発展し
てしまうであろう。

【００６０】更にまた、該充填材料は、取り囲むリング
上に非導電性の屑をなすりつけてはならない。さもなけ
れば、該材料は接触抵抗の好ましくない変動の原因とな
り得る。

【００６１】更に、前述したように、必要な条件ではな
いが、該間隙基材は、周囲のリングのものに匹敵するよ
うな熱膨張特性を有すると有効である。

【００６２】これらの規準に従えば、現状で好ましい充
填剤は、当該間隙に内に配置され、且つ、当該装置の最
大使用又は保管温度より高い温度において硬化される充
分に高い充填度（８０重量％）の銀粉を有する導電性エ
ポキシである。銀粉の存在は約７０％より上、好ましく
は約７０％ないし約９０％の範囲内であるが、該充填度
の好ましい値は、約８０重量％の銀である。

【００６３】充填された間隙５６は、次いで、加工又は
ヤスリ仕上げされ、該間隙を含むリングの区画は、符号
６０において、該リングの残部と同様のメッキを用いて
オーバーメッキされる。上記導電性エポキシの機能は、
上記間隙を充填し、電気メッキの適切な“始動”表面と
して作用し、且つ、後続の電気メッキされた層を支持す
ることである。

【００６４】市販の導電性接着剤は、通常、充分に導電
的な充填剤を含むが、銅、黄銅又は銀のような加工され
た金属のようにメッキを一様には受け付けないので、こ
こで意図する用途には許容されない。確かに、このよう
な接着剤に使用される導電性充填剤は、典型的には、重
量による上述してレベルの充填度で無垢の銀粉を含むよ
うな現状で好まれる製剤形態に反して、銀メッキされた
銅又は他の銀メッキされた粒体若しくは破片である。上
記充填度は、銀の充填されたエポキシで市場で得られる
ものよりも大幅に高く、一様に且つ隣接するリング材料
と同様の割合でメッキすることが分かった。

【００６５】本発明の第２の重要な特徴は、上記間隙に
圧縮負荷を発生させるための、リングとエポキシ基体と
の間の熱膨張の不整合さの利用である。該間隙への張力
がなければ、上記充填材料はひび割れ又は剥奪しない。
従来技術により形成される巻き付けリングは、温度が上
昇するにつれて、上記間隙が僅かに開く傾向があるよう
に構成されている。

【００６６】従って、本発明及び上述した考察に基づ
き、上記エポキシは上記間隙に充填されると共、当該ユ
ニットが作動されるであろう最大温度に等しいか又はそ
れより高い温度で硬化される。このように、上記間隙
（及び間隙充填材料）は常に圧縮状態となるであろう。
例えば、華氏−４０度ないし華氏＋１５０度の温度範囲
で動作するＣＴスキャナ用の場合は、上記間隙を華氏１
４５度ないし華氏１６５度の範囲内の温度に加熱すれば
成功であった。加熱は、当該装置の通常の温度範囲より
著しく高い温度にされるべきではない。というのは、前
記環状基体は上記範囲用に設計されており、動作範囲よ
り著しく高い温度に対しては、該基体は膨張し、リング
が切れる可能性があるからである。最大温度の約±４０
度内の温度までの加熱が、本発明思想を実施するのに有
効であることが期待される。

【００６７】なすりつけによる劣った性能を示した半田
により充填された間隙を用いた以前の実験の失敗、及び
半田及び導電性プラスチックを用いた充填材料の、温度
サイクルの間における亀裂又はうまく電気メッキされな
いことによる失敗は、本発明技術を用いることにより取
り除くことができる。

【００６８】本発明の他の重要な特徴は、充填された間
隙のオーバーメッキである。この結果、リングの周囲に
わたり低電気ノイズでの一様な摩耗率が得られる。

【００６９】以下では、本発明を実施するための現在好
ましい特定のエポキシ組成及び基礎となる理論式を更に
説明する。

【００７０】使用された導電性エポキシは、内部で開発
された８０重量％の銀粉及び２０重量％のエポキシから
なる製剤形態であった。この材料に対する一時的内部実
験記号はNB561-F006Aである。該式は： ８０重量割合（pbw）の銀粉 １４pbwのエポキシ樹脂 ６pbwの硬化剤 である。

【００７１】使用された銀粉は、５〜８ミクロンの平均
粒径を持つAldrich32,709-3なる９９＋％の銀粉であっ
た。平均粒径の好ましい範囲は約５〜８ミクロンである
が、該粒径は０.２５ミクロンないし２５ミクロンの範
囲内又はそれ以上とすることができる。即ち、０.２５
ないし２５ミクロンの範囲内の平均粒径を持つ銀粉又は
破片は、本発明によれば、良好に働くことが期待され
る。使用されたエポキシ樹脂は、チバガイギーのAraldi
te502、約２３０のエポキシ換算重量（ＥＥＷ）を持
つ、フタル酸ジブチル可塑化されたビスフェノールＡの
ジグリサイダルエーテル（DGEBA）エポキシ（dibutyl p
hthalate plasticized diglycidal ether ofbisphenol
A epoxy）であった。また、上記硬化剤は、Henkel Vers
amid 125、約３４５のアミン換算重量（AHEW）を持つポ
リアミドであった。

【００７２】（希釈されていないDGEBAのような）他の
エポキシ、及び（他のポリアミド、ポリアミン及びメル
カプタンのような）他の硬化剤系も良好に働くことが期
待される。更に、他のポリマに基づく導電性ポリマも良
好に働くことが期待される。確かに、２０％のポリウレ
タン内の８０％の銀であるようなNB561-F006Bを用いて
実験がなされた。これらの実験においては、差動的熱膨
張を曲げ及び吸収するように上記間隙充填材料の能力の
改善を試みたが、該材料は（硬化温度を変化させずに）
上記問題を解決するほど充分には可撓的ではなかった。
従って、該材料の使用は中断され、NB561-F006Aを用い
た実験が継続され、これにより一層の実験的履歴が発展
された。

【００７３】しかしながら、ポリウレタン及び他のポリ
マ素材も上述したエポキシ素材と同様に働くことが期待
される。

【００７４】上記充填材料及び間隙が使用温度範囲より
上で硬化されるような本発明の上述した特徴に関して
は、出願人は下記のコメントを行う。即ち、発明に関し
ては理論的基礎を提供する必要はないと認識される。し
かしながら、本発明の理解には下記のコメントが助けと
なると信じられる。

【００７５】本構成は、エポキシ基体と銅細条リングと
を使用している。温度が変化するにつれて、上記２つの
材料は異なる割合で膨張（又は収縮）する。上記基体の
上記リングに対する相対的不整合さ（即ち、間隙の寸法
の変化）に関する予測式は、 Δ＝πＤ(ＣＴＥ_base−ＣＴＥ_ring)(Ｔ_use−
Ｔ_assembly) となり、ここで、Δは上記間隙の寸法の変化、Ｄは上記
銅製リングの平均直径、ＣＴＥは上記リング又はエポキ
シ基体の熱膨張係数（ＣＴＥ）、Ｔは組み立て（上記リ
ング及び基体が一緒に固定される際の）又は使用時の温
度である。本構成においては、上記リングは約１８ｘ１
０^−６／℃なるＣＴＥを持つ銅であり、上記エポキシ基
体のＣＴＥは４７ｘ１０^−６／℃である。上記直径は約
３８インチであり、予測される暴露温度範囲は−４０℃
ないし＋６６℃（華氏１５０度）である。結果として、
自由な状態では、上記間隙は華氏１５０度において０.
１５２インチまで寸法が増加し得る。上記組み立て温度
より低い如何なる温度においても、Δは負であり、上記
間隙は圧縮する傾向にある。

【００７６】上記リングが連続している（即ち、上記間
隙が充填されている）場合、Δは上記リング及び間隙充
填剤が伸張された量を表す。（上記充填材料のＣＴＥの
僅かな正の影響は無視する。）上記リング及び間隙充填
剤に関しては、（張力に垂直な）断面積は等しいので、
これら充填剤及びリングの変形は、 Δ＝Δ_filling＋Δ_ring (Δ_filling/Ｌ_filling)Ｅ_filling＝(Δ_ring/Ｌ_ring)Ｅ
_ring Δ_filling＝Δ/(１＋(Ｌ_ring/Ｌ_filling)(Ｅ_filling/Ｅ
_ring)) である。

【００７７】充填剤-リング接着面上への応力は、 σ_bond＝Ｅ_filling(Δ_filling/Ｌ_filling) である。

【００７８】（大きなリング及び剛性充填剤に対して有
効な）近似を行うと、 σ_bond≒Ｅ_ring(ＣＴＥ_base−ＣＴＥ_ring)(Ｔ_use−Ｔ
_assembly) となり、ここで、Ｌは上記リング又は充填された間隙の
長さであり、Ｅは上記リング及び充填された間隙の張力
係数（tensile modulus）である。上記リングに対して
３８π及び上記間隙に対して０.１２０インチなる長さ
を用い、且つ、上記リングに対して17,000,000psi及び
上記充填剤に対して1,000,000psiなる係数を用いると、
２２℃で組み立てられ、次いで６６℃に曝される場合、
上記接着に掛かる応力は20,000psiを越えるであろう。
これは、この又は類似の充填材料の接着強度を遥かに超
えている。設計限界として2000psiなる妥当な接着強度
が使用されたとすると、本構成は０.０１４インチまで
のΔを許容することができる。これは、上記硬化温度が
実際には上限使用温度より４℃低くすることができるこ
とを意味する。

【００７９】本処理は、上記基体の温度を上記間隙を充
填する前に上昇させることにより動作すると信じられ
る。これは、当該“アセンブリ”の温度を実効的に上昇
させると共にΔを大きく減少させ、これにより接着応力
を大きく減少させる（実際に、接着への最大引張応力を
減少させると信じられる）。該応力は主に上記ＣＴＥ及
び温度に依存する。一層良好なＣＴＥ整合を有するよう
な異なる材料が使用されたとしたら、より大きな温度許
容誤差が許されるであろう。

【００８０】しかしながら、上記に加えて、有利な結果
が、特別な埋込ボルト固定方法により達成することがで
きることに注意すべきである。

【００８１】上記理論で使用される膨張又は収縮の無
い、又はこれらに拘束されないという仮定は、現在実施
されているような、当該スリップリングアセンブリの特
別な構成に対しては適用することができないかもしれな
い。そのような構成では、全てのリングが複数の埋込ボ
ルトにより上記基体に固定される。斯様なアセンブリに
おいては、少なくとも４個の埋込ボルトが上記リングを
基体に固定する。この拘束力は上記間隙が理論が予測す
るよりも小さくさせる。上記埋込ボルトは、上記基体又
は前記シャントに対して遊隙孔を介してナットにより固
定され、特定のレベルにトルクが掛けられる。かくし
て、上記ナットの頭部により発生される摩擦は、上記リ
ングが基体に対して滑る前に克服されねばならない。如
何なる動きも防止するために、上記埋込ボルト及びナッ
トからの全摩擦力は、 Ｆ＝Ｅ_ring(Δ_ring/Ｌ_ring)Ａ_ring でなければならない。

【００８２】本構成においては、上記リングの断面積
（Ａ）は、電力用リングに関しては0.1064平方インチで
あり、信号用リングに関しては0.0136平方インチであ
る。所要の対応する摩擦力は、約2,300ポンド及び300ポ
ンドである。現構成においては、上記トルクとナットと
の組み合わせは、４００ないし８００ポンドまでの摩擦
を提供することが推測される。これは、小さな信号用リ
ングにとっては充分であるが、上記電力用リングを滑り
から防止するには不充分である。

【００８３】電力用リングが滑るのを防止するために、
上記埋込ボルトと該埋込ボルト用の上記基体又はシャン
トの孔との間の間隙はエポキシにより充填される。従っ
て、“滑らす”ためには、上記リングへの熱的力が上記
充填剤の接着力及び上記埋込ボルト-ナット留めによる
摩擦力を克服しなければならないのみならず、上記埋込
ボルトがエポキシを押し潰さねばならない。現構成にお
けるエポキシ製詰込コンパウンドを押し潰すのに要する
力は、2,000ないし4,000ポンド程度であろう。この相補
的固定方法は、大きな断面積のリングに対して必要とさ
れ、信号用リングに対しては“冗長”として使用され
る。下記の表は、リング端部対リング端部固定メカニズ
ムの各々により寄与される相対力を示している。上記埋
込ボルト周りの詰め込みが支配的なメカニズムである。

【００８４】

【表１】 工程の変動及び上記電力用リングの特別な構成により、
処理炉内の僅かな温度変動が、時には、上記充填剤が硬
化した後に上記リングを滑らさせることがあった。この
僅かな滑りは、上記リングへの接着を破壊するのに充分
な上記充填された間隙への応力を生じさせた（結果とし
て亀裂が生じた）。埋込ボルトへの詰め込みが、この問
題を解消する。上記埋込ボルトに詰め込むことにより解
消される他の問題は、上記リングが滑り、上記間隙が充
填前に開いたとすると、室温に戻る際に、上記リングが
上記基体上で（大き過ぎる間隙により）緩くなるという
点である。

【００８５】本発明の好ましい実施例の上記記載は、解
説及び説明の目的のために提示された。開示された形態
の多くの修正例及び変形例が上記教示に照らして可能で
あるので、言い尽くす又は本発明を上記の開示された正
確な形態に限定しようとするものではない。

【００８６】如何なる上記のような修正例及び変形例も
本発明の範囲内に入る。ここで述べた実施例は、本発明
の原理及びその実際的な応用を最も良く説明し、これに
より他の当業者が本発明を種々の実施例において及び意
図される特別な使用に適した種々の変形例で利用するこ
とができるようにするために選択され記載された。ま
た、本発明の範囲は、法的に及び公正に認められる全広
さにより解釈された場合の添付請求項により規定される
ことを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、既知の環状スリップリング基体及び従
来技術による該環状スリップリング基体を製造するため
の装置の断面図である。

【図２】図２は、図１の２−２線に沿う断面図で、本発
明思想の一実施例に基づいて製造された環状スリップリ
ング基体を図示している。

【符号の説明】

１０…環状基体部材 ２０…細条 ５３…障壁 ５４…銀 ５５…固定具 ５６…間隙 ５７…シャント ５８…アクセスポケット ５９…リード線 ６０…オーバーメッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500573093 21240 Ｂｕｒｂａｎｋ Ｂｏｕｌｅｖａ ｒｄ，Ｗｏｏｄｌａｎｄ Ｈｉｌｌｓ，Ｃ ａｌｉｆｏｒｎｉａ 91367，Ｕｎｉｔｅ ｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 ステファン アール． コール アメリカ合衆国 24060 バージニア州ブ ラックスバーグ、 ゴルフビュー ドライ ブ 1101 (72)発明者 アンソニー エル． ボウマン アメリカ合衆国 24136 バージニア州ペ ンブローク、 ピー．オー．ボックス 483 (72)発明者 ミカエル ジェイ． デイ アメリカ合衆国 24060 バージニア州ブ ラックスバーグ、 ハーディング アベニ ュー 705

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性材料の細条が絶縁基体上に巻き付
   けられるような、スリップリングアセンブリ用の環状基
   体を製造する巻付リング方法において、 導電性材料の細条の少なくとも端部を該細条から形成さ
   れるスリップリングの最大動作温度に対応する温度レベ
   ルまで加熱し、これにより導電性材料の細条の端部間の
   間隙が熱的に拡張されるようにするステップと、 前記間隙が熱的に拡張された場合に、該間隙を剛性導電
   性材料で充填するステップと、を含むことを特徴とする
   巻付リング方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記充
   填された間隙上に導電性材料によるメッキを施して、前
   記細条により形成されるスリップリングの全周のまわり
   に導電性材料の一様な層を形成するステップを更に有し
   ていることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の方法において、前記の
   上にメッキを施すステップが、前記スリップリングの表
   面をメッキするために使用されたものと同一の導電性材
   料を用いて前記充填された間隙上にメッキを施すステッ
   プを有していることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の方法において、前記の
   上にメッキを施すステップが、貴金属を用いて前記充填
   された間隙上にメッキを施すステップを有していること
   を特徴とする方法。
5. 【請求項５】 導電性材料の細条が絶縁基体上に巻き付
   けられるような、スリップリングアセンブリ用の環状基
   体を製造する巻付リング方法において、 導電性材料の細条の少なくとも端部を、該導電性材料の
   細条の端部間の間隙に追加される充填材料上に作用する
   張力を低減するように選択された温度レベルまで加熱す
   るステップであって、該加熱ステップにより前記間隙が
   熱的に拡張されるような加熱ステップと、 前記間隙を剛性導電性充填材料で充填するステップと、
   を含むことを特徴とする巻付リング方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法において、前記加
   熱ステップが前記細条の少なくとも前記端部を、前記充
   填材料上に圧縮力を与えるように選択された温度まで加
   熱するステップを有していることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の方法において、前記加
   熱ステップが、前記細条の少なくとも前記端部を、前記
   スリップリングが後の使用において曝されるであろう最
   大温度に基づいて決定された温度まで加熱するステップ
   を有していることを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、前記加
   熱ステップが、前記細条の少なくとも前記端部を、一方
   では前記導電性材料の細条と、前記環状基体と、前記充
   填材料との熱膨張特性の間の不整合の量と、他方では前
   記スリップリングが後の使用において曝されるであろう
   最大温度との間の関係に基づいて決定された温度まで加
   熱するステップを有していることを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の方法において、前記間
   隙を充填するステップが、前記間隙上に一様なメッキを
   行い、且つ、隣接するリング材料に対しても一様なメッ
   キを行うような充填材料により前記間隙を充填するステ
   ップを有していることを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載の方法において、前記
    間隙を充填するステップが、前記間隙を無垢の銀充填剤
    を７０重量％ないし９０重量％の範囲で含むような充填
    材料により充填するステップを有していることを特徴と
    する方法。