JP2002033607A - 非接触型信号伝送装置におけるアンテナエレメント基板の固定構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリジョイントのアンテナである内外二
重のリング間のインピーダンスの変動を防止する。 【解決手段】 非接触型信号伝送装置において、回転軸
（７）を取り巻く内外二重のリング（１７ａ，１７ｂ，
１８ａ，１８ｂ）からなるアンテナエレメントを保持し
た一対のアンテナエレメント基板（１７ｃ，１８ｃ）
が、回転軸に固定される回転体（８）と静止体（９）と
に夫々支持部材（１９）を介して取り付けられる。各ア
ンテナエレメント基板は支持部材に対し所定の角度間隔
で複数箇所にわたり内外二重のリング間で固定される。
支持部材の一端面に凸部（３０）が形成され、各アンテ
ナエレメント基板の内外二重のリング間には凹部（３
２）が形成され、凹凸部（３２，３０）の嵌合により各
アンテナエレメント基板（１７ｃ，１８ｃ）が支持部材
（１９）上に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触型信号伝送
装置におけるアンテナエレメント基板の固定構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】静止体と回転体との間で非接触により電
波で信号伝送を行う場合は、一対のアンテナエレメント
が必要となる。この一対のアンテナエレメントは相対的
に回転するのでリング状に形成される。また、通過損失
を少なくし効率的に信号を伝送するためそれぞれ二重リ
ングとされ、内側リングがＲＦ信号側とされ、外側リン
グがグランド側とされる。

【０００３】この一対のアンテナエレメントにおいて、
二重リングの給電点を一点にすると、対向リングの相対
角度により通過損失特性に大きな変動が伴うため、給電
点を複数にする必要がある。また、対向するアンテナエ
レメントとの距離を一定に保ち、且つ中心を一致させる
必要もある。

【０００４】従来、このようなアンテナエレメントは、
ガラスエポキシ基板を用いることにより製造される。こ
のガラスエポキシ基板を用いることで、その表面に適正
に二重リングを形成することができ裏面には複数の給電
点を設定することができ、また、各アンテナエレメント
において二重リング間の間隔を厳密に設定することがで
き、インピーダンスを一定に保つことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ガラスエポ
キシ基板を回転体や静止体に固定した場合に問題を生じ
る。

【０００６】すなわち、図８に示すように、ガラスエポ
キシ基板１を回転体２や静止体（図示せず）の所定箇所
に固定するため、二重リング３，４の間に金属製の止め
ネジ５を通す場合、二重リング３，４間でのインピーダ
ンスが特定位置で変動する。また、プラスチック製の止
めネジを使用する場合でも、ネジ径分の穴をあける必要
があり、止めネジの材料、穴径によってはインピーダン
スの乱れが生じる場合がある。さらに、止めネジ５の頭
部５ａが基板１の位置よりも、飛び出すとアンテナエレ
メントの基板同士の対向距離を接近させることができな
い。図９に示すように、止めネジとして皿ネジ６を用い
ると基板同士の対向距離を接近させることができるが、
基板１に皿状の穴をあけなければならないので、インピ
ーダンスの乱れ等の問題を生じる。

【０００７】また、二重リング３，４を配置した基板１
の内側と外側に固定部を設ける方法も考えられるが、例
えば、電源伝送用にフェライトコアユニット等を同居さ
せる場合には干渉を避ける必要があるので採用し得な
い。

【０００８】本発明は、上記諸問題点を解決する手段を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に係る発明は、回転軸（７）を取り巻く内
外二重のリング（１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ）か
らなるアンテナエレメントを保持した一対のアンテナエ
レメント基板（１７ｃ，１８ｃ）が、上記回転軸（７）
に固定される回転体（８）とこの回転体（８）に対し静
止する静止体（９）とに夫々支持部材（１９）を介して
取り付けられ、各アンテナエレメント基板（１７ｃ，１
８ｃ）は上記支持部材（１９）に対し所定の角度間隔で
複数箇所にわたり上記内外二重のリング（１７ａ，１７
ｂ，１８ａ，１８ｂ）間で固定された非接触型信号伝送
装置におけるアンテナエレメント基板（１７ｃ，１８
ｃ）の固定構造において、上記支持部材（１９）の一端
面に凸部（３０）が形成され、上記各アンテナエレメン
ト基板（１７ｃ，１８ｃ）の上記内外二重のリング（１
７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ）間には凹部（３２）が
形成され、上記凹凸部（３２，３０）の嵌合により上記
各アンテナエレメント基板（１７ｃ，１８ｃ）が支持部
材（１９）上に固定されたアンテナエレメント基板（１
７ｃ，１８ｃ）の固定構造を採用する。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
記載のアンテナエレメント基板（１７ｃ，１８ｃ）の固
定構造において、上記凸部（３０）が上記アンテナエレ
メント基板（１７ｃ，１８ｃ）の厚さよりも短く形成さ
れた構成を採用する。

【００１１】また、請求項３に係る発明は、請求項１又
は請求項２に記載のアンテナエレメント基板（１７ｃ，
１８ｃ）の固定構造において、上記リング（１７ａ，１
７ｂ，１８ａ，１８ｂ）が複数個の円弧に分割された構
成を採用する。

【００１２】また、請求項４に係る発明は、請求項１乃
至請求項３に記載のアンテナエレメント基板（１７ｃ，
１８ｃ）の固定構造において、フェライトコアユニット
（１３，１４）からなる非接触型電源伝送装置が併設さ
れた構成を採用する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。

【００１４】図１に示すように、非接触型信号伝送装置
であるロータリージョイントは、回転軸７と、回転軸７
に固定される回転体８と、この回転体８に対し静止した
静止体９とを有する。

【００１５】回転軸７は、例えば押し出し型ラミネート
加工機の冷却ロールの中空シャフトである。ラミネート
加工機において良好なラミネート加工を行うためには、
冷却ロールの表面を適正温度に維持することが重要であ
る。この冷却ロールにおいては、その表面層に例えば白
金からなる測温抵抗体を埋め込み、ロータリージョイン
トを用いて温度センサからの測定情報を回転側から静止
側に伝送し、この測定情報に基づいて冷却水の流量を制
御することにより、冷却ロールの表面温度を所望の一定
温度に維持している。冷却水は、図示しない冷却水供給
用ロータリージョイントを介して冷却ロール内に供給さ
れ、図１に示す測定情報伝送用のロータリージョイント
の回転軸７内を通り冷却ロール外に至る。

【００１６】回転体８と静止体９は夫々回転軸７を取り
巻く円盤状に形成され、回転体８は回転軸７上に固定さ
れ、静止体９は回転体８から所定距離だけ離れた位置で
回転軸７上にベアリング１０を介し支持されている。回
転体８と静止体９の回りは円筒状のハウジング１１で覆
われ、回転体８の外周はハウジング１１の内周面にロー
ラ１２を介し接触し、静止体９の外周はハウジング１１
に固定されている。ハウジング１１はステンレス鋼、ア
ルミニウム等の非磁性材で作られている。

【００１７】図１及び図２に示すように、このロータリ
ージョイントは、非接触型電源伝送装置を構成する一対
のフェライトコアユニット１３，１４を備え、一方のフ
ェライトコアユニット１３が回転体８の側面に固定さ
れ、他方のフェライトコアユニット１４が静止体９の側
面に固定されている。各フェライトコアユニット１３，
１４はポット型に形成されたフェライトコア１３ａ，１
４ａとフェライトコア１３ａ，１４ａ内に挿入されたコ
イル１３ｂ，１４ｂとを有し、フェライトコア１３ａ，
１４ａ同士が回転側と静止側とで対向せしめられる。回
転体８と静止体９には、それぞれ電源用コネクタ１５，
１６が取付けられている。静止側フェライトコアユニッ
ト１４のコイル１４ｂに高周波パルスを与えると、磁束
が静止側フェライトコア１４ａから回転側フェライトコ
ア１３ａに回り込み、磁束の経路が破線で示すように確
保される。この磁束の電磁誘導作用により回転側フェラ
イトコアユニット１３のコイル１３ｂに電流が発生す
る。

【００１８】また、このロータリージョイントは、非接
触で上記測定情報を回転側から静止側へと伝送するた
め、非接触型信号伝送装置である一対のアンテナユニッ
ト１７，１８を備え、一方のアンテナユニット１７が回
転体８の側面に固定され、他方のアンテナユニット１８
が静止体９の側面に固定されている。各アンテナユニッ
ト１７，１８は概ね円盤状を呈し、回転体８と静止体９
に夫々支持部材１９を介して取り付けられている。双方
のアンテナユニット１７，１８は、接触しないように例
えば０．５ｍｍ〜１ｍｍの間隙をあけて対向配置されて
いる。

【００１９】回転体８側には、静止体９側から給電され
ると共に上記冷却ロールの温度の測定情報を静止体９側
へ送るための電気回路ユニット２０が設けられている。
図７に示すように、電気回路ユニット２０は、電源変換
器２１、抵抗温度変換器２２、Ａ（電流）／Ｆ（周波
数）変換器２３及びＦ（周波数）信号送信器２４から構
成される。冷却ロールに取り付けた測温抵抗体２５は、
図示しないケーブル及びコネクタを介してこの電気回路
ユニット２０内の抵抗温度変換器２２と電気的に接続さ
れる。更に、抵抗温度変換器２２はＡ／Ｆ変換器２３
に、Ａ／Ｆ変換器２３はＦ信号送信器２４に電気的に接
続され、このＦ信号送信器２４は回転側のアンテナユニ
ット１７と電気的に接続されている。Ｆ信号送信器２４
から出力される測定情報信号は、３００ＭＨｚ〜７００
ＭＨｚのキャリア周波数によって周波数変調された信号
であり、回転側のアンテナユニット１７から静止側のア
ンテナユニット１８に向かって送信される。また、回転
側のフェライトコアユニット１３のコイル１３ｂが電源
変換器２１と電気的に接続されている。このコイル１３
ｂには相互誘導の作用により誘導起電力が発生し、電源
変換器２１にこの誘導起電力が供給される。これによ
り、電気回路ユニット２０を構成する抵抗温度変換器２
２、Ａ／Ｆ変換器２３、及びＦ信号送信器２４に対して
安定した電源が供給されることになる。

【００２０】静止体９側には、図１に示すように、回転
体８側へ給電すると共に上記冷却ロールの温度の測定情
報を受け取るための他の電気回路ユニット２６が設けら
れている。図７に示すように、この電気回路ユニット２
６は、受信器２７、Ｆ／Ａ変換器２８、電源変換器２９
から構成される。回転側のアンテナユニット１７が回転
体８の回転に伴って回転しながら送信する信号が、この
静止側のアンテナユニット１８に入力されると、この信
号は受信器２７に受信され、復調後Ｆ／Ａ変換器２８に
よりアナログ電圧値を持った信号に変換されて測定情報
として用いられる。また、静止側のフェライトコアユニ
ット１４のコイル１４ｂが電源変換器２９と電気的に接
続され、電源変換器２９によりコイル１４ｂに電流が流
されると、フェライトコア１４ａにおいて磁場が発生
し、相互誘導の作用により回転側のフェライトコアユニ
ット１３に誘導起電力が発生する。

【００２１】また、上記各アンテナユニット１７，１８
は、図４に示すように、回転軸７を取り巻く内外二重の
リング１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂからなるアンテ
ナエレメントを保持したアンテナエレメント基板１７
ｃ，１８ｃを有する。アンテナエレメントは、アンテナ
エレメント基板１７ｃ，１８ｃである円盤形のプリント
基板上に配線パターンとして形成されている。

【００２２】一対のアンテナエレメント基板１７ｃ，１
８ｃは、図３に示すように、回転体８と静止体９に夫々
支持部材１９を介して取り付けられ、各アンテナエレメ
ント基板１７ｃ，１８ｃは支持部材１９に対し所定の角
度例えば１２０度間隔で三箇所にわたり内外二重のリン
グ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ間で固定されてい
る。

【００２３】支持部材１９は、図６に示すように、一端
面に凸部３０を有し他端面にネジ孔３１を有する丸棒又
は角棒であり、各アンテナエレメント基板１７ｃ，１８
ｃの回転体８又は静止体９に対する固定個所と同数個設
けられる。凸部３０は例えば円柱状の突起として支持部
材１９の中心軸上に形成される。支持部材１９はガラス
エポキシ系材料、アクリル材料等のプラスチック材で作
られ、望ましくは凸部３０と一体成形される。また、望
ましくは凸部３０はアンテナエレメント基板１７ｃ，１
８ｃの厚さよりも短く形成され、アンテナエレメント基
板１７ｃ，１８ｃの表面からの突出が防止される。これ
によりアンテナエレメント基板１７ｃ，１８ｃ同士を近
接させ伝送効率を高めることが可能である。

【００２４】一方、各アンテナエレメント基板１７ｃ，
１８ｃには上記凸部３０に対応して内外二重のリング１
７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ間に凹部３２が形成され
る。凹部３２は例えば１２０度間隔で三箇所にわたり内
外二重のリング１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ間に形
成される。凹部３２は例えばアンテナエレメント基板１
７ｃ，１８ｃを貫通する穿孔孔であり、凸部３０よりや
や小径に形成される。上記凹凸部３２，３０の嵌合によ
り各アンテナエレメント基板１７ｃ，１８ｃが支持部材
１９上に固定される。更にアンテナエレメント基板１７
ｃ，１８ｃの裏面と支持部材１９との境界部に接着剤が
塗布され、アンテナエレメント基板１７ｃ，１８ｃが支
持部材１９により強固に固定される。内外二重のリング
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ間にはプラスチックよ
りなる小径の凸部３０がリング１７ａ，１７ｂ，１８
ａ，１８ｂの縁から離れるように介在するので、リング
１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ間のインピーダンスは
初期の設計値に保持され、変動が防止される。また、支
持部材１９の他端は回転体８又は静止体９上に置かれ、
止めネジ３３がネジ孔３１に螺入されることにより回転
体８又は静止体９に固定される。このようなアンテナエ
レメント基板１７ｃ，１８ｃの支持部材１９を介した回
転体８又は静止体９への固定により、アンテナエレメン
ト基板１７ｃ，１８ｃはセンタリングと水平出しが行わ
れる。すなわち、一対のアンテナエレメント基板１７
ｃ，１８ｃ上のアンテナエレメントであるリング１７
ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂの中心軸が回転軸７の中心
軸に合致せしめられ、アンテナエレメント基板１７ｃ，
１８ｃの平面が回転軸７に垂直な面上に置かれる。ま
た、同時に回転側のリング１７ａ，１７ｂと静止側のリ
ング１８ａ，１８ｂとの間もその全周において適正距離
に保たれる。

【００２５】なお、図４に示すように、回転側のリング
１７ａ，１７ｂと静止側のリング１８ａ，１８ｂには凹
部３２に干渉しないように給電点３４が設けられる。ま
た、図５に示すように、アンテナエレメントのリング１
７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂは複数の円弧に分割し、
円弧間を図示しないチップコンデンサで結合するように
してもよい。その場合は、アンテナエレメント基板１７
ｃ，１８ｃに設ける凹部３２はアンテナエレメントのリ
ング１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ上に設ける給電点
３４に干渉しないように形成される。

【００２６】次に、図７のブロック図を用いて、上記構
成のロータリージョイントによる電源及び信号の伝送動
作について説明する。

【００２７】図示しない回転側コネクタ部を介して抵抗
温度変換器２２に接続された測温抵抗体２５の抵抗値変
化は、抵抗温度変換器２２において電流に変換され、こ
の電流は、Ａ／Ｆ変換器２３において、その値に応じて
所定の周波数パルス信号に変換される。

【００２８】なお、この実施の形態では、測温抵抗体２
５として、１０００Ωのものを用いており、抵抗温度変
換器２２によって電流に変換された際の出力信号は、０
℃〜１００℃の温度に対して４〜２０ｍＡとなってい
る。また、キャリア周波数には３４０ＭＨｚを用いてい
る。そして、この周波数パルス信号は、Ｆ信号送信器２
４において周波数変調され、回転側のアンテナユニット
１７から送信される。この実施の形態においては、伝送
レートを２Ｍｂｐｓに設定している。一方、このように
送信された信号は、静止側のアンテナユニット１８を介
して受信器２７に受信され、Ｆ／Ａ変換器２８において
電流に変換される。従って、静止側において冷却ロール
の表面温度を検知することができる。このように、信号
伝送は非接触の一対のアンテナユニットを介して行われ
るため、測温抵抗体２５の抵抗値変化に影響を与えるこ
とがなく、正確な温度検知を行うことができる。また、
この実施の形態では、冷却ロールが１０００ｒｐｍで回
転した場合、ロータリージョイントの回転部も１０００
ｒｐｍで回転することになるが、この場合でも伝送部が
非接触であるため、磨耗による劣化等がなく、長期に亘
って良好な温度検知が可能になる。

【００２９】また、電源は、静止側の電源変換器２９に
おいて、ＡＣ１００ＶがＤＣ２８Ｖに変換され、静止側
のフェライトコアユニット１４におけるコイル１４ｂに
３０ｋＨｚの周波数で供給される。これにより、静止側
のフェライトコアユニット１４のコイル１４ｂにパルス
状の電流が流れ、電流の変化に応じて変化する磁束がこ
のコイル１４ｂを貫く。そして、この磁束の変化が回転
側のフェライトコアユニット１３のコイル１３ｂに誘導
起電力を生じさせ、電源変換器２１に供給される。電源
変換器２１においては、ＤＣ２４ＶとＤＣ±１５Ｖの電
圧に変換され、電気回路ユニット２０における各回路に
供給される。この実施の形態では、ロータリージョイン
トの回転部が最大１０００ｒｐｍで回転することになる
が、電源の供給も非接触で行われるため、スリップリン
グのような火花の発生がなく、溶剤の雰囲気下でも爆発
を生じさせることがない。また、非接触であるため、磨
耗による劣化等がなく、長期に亘って良好な電源供給を
可能にしている。

【００３０】このように、本実施形態においては、長期
に亘って安定して電源の供給を行いつつ、測温抵抗体２
５の測定情報、即ち抵抗値変化が、非接触により静止側
に伝送されることになるので、長期に亘って正確な温度
検知が行われることになる。

【００３１】また、このロータリージョイントにおける
アンテナエレメント基板１７ｃ，１８ｃが、支持部材１
９の一端面に形成された凸部３０と、アンテナエレメン
ト基板１７ｃ，１８ｃ上の内外二重のリング１７ａ，１
７ｂ，１８ａ，１８ｂ間に形成された凹部３２との嵌合
により支持部材１９上に固定され、支持部材１９が回転
体８や静止体９に固定される。従って、アンテナエレメ
ントのインピーダンスは特定位置での変動が防止され一
定に保たれ、非接触伝送の際の損失が低減し、安定した
効率の良い信号の伝送が可能となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ロータリージョイント
におけるアンテナエレメント基板をそのインピーダンス
が変動しないように静止側と回転側に取り付けることが
できるので、非接触伝送の際の損失を低減し、安定した
効率の良い信号伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非接触型信号伝送装置であるロー
タリージョイントの概略を示す半断面図である。

【図２】図１に示すロータリージョイントのアンテナエ
レメント基板の固定構造を示す垂直断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】の平面図である。

【図５】アンテナエレメント基板の変形例の平面図であ
る。

【図６】アンテナエレメント基板の支持部材の部分切欠
立面図である。

【図７】図１に示すロータリージョイントにおける各種
回路を示すブロック図である。

【図８】従来のアンテナエレメント基板の固定構造を示
す垂直断面図である。

【図９】従来の他のアンテナエレメント基板の固定構造
を示す垂直断面図である。

【符号の説明】

７…回転軸 ８…回転体 ９…静止体 １３，１４…フェライトコアユニット １７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…内外二重のリング １７ｃ，１８ｃ…アンテナエレメント基板 １９…支持部材 ３０…凸部 ３２…凹部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を取り巻く内外二重のリングから
   なるアンテナエレメントを保持した一対のアンテナエレ
   メント基板が、上記回転軸に固定される回転体とこの回
   転体に対し静止する静止体とに夫々支持部材を介して取
   り付けられ、各アンテナエレメント基板は上記支持部材
   に対し所定の角度間隔で複数箇所にわたり上記内外二重
   のリング間で固定された非接触型信号伝送装置における
   アンテナエレメント基板の固定構造において、上記支持
   部材の一端面に凸部が形成され、上記各アンテナエレメ
   ント基板の上記内外二重のリング間には凹部が形成さ
   れ、上記凹凸部の嵌合により上記各アンテナエレメント
   基板が支持部材上に固定されたことを特徴とするアンテ
   ナエレメント基板の固定構造。
2. 【請求項２】 上記凸部は上記アンテナエレメント基板
   の厚さよりも短く形成されたことを特徴とする請求項１
   に記載のアンテナエレメント基板の固定構造。
3. 【請求項３】 上記リングが複数個の円弧に分割された
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテ
   ナエレメント基板の固定構造。
4. 【請求項４】 フェライトコアユニットからなる非接触
   型電源伝送装置が併設されたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項３に記載のアンテナエレメント基板の固定構
   造。