JP2004111696A

JP2004111696A - 光スリップリング

Info

Publication number: JP2004111696A
Application number: JP2002273012A
Authority: JP
Inventors: Morimasa Fujise; 藤瀬　守正
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】双方向の信号授受での光信号の伝送不良を回避できるとともに、生産性にも優れる光スリップリングを得ることにある。
【解決手段】固定部材２と、この固定部材と軸線を共有してこの共有軸線Ａ回りに回転自在に設けられた回転部材３とにわたる双方向の光信号授受を行う光スリップリング１０を前提とする。共有軸線Ａ上に位置して前記両部材３、４の内の一方の部材２に第１光受信器６を取付けると共に、この光受信器６に至る光信号のデジタルデータを送信する第２光送信器１３を、前記両部材の内の他方の部材３に共有軸線Ａから偏心して取付けて、第１の光送受信系統を形成する。共有軸線Ａ上に位置して他方の部材３に第２光受信器１３を取付けると共に、この光受信器１３に至る光信号のデジタルデータを送信する第１光送信器７を、一方の部材２に共有軸線Ａから偏心して取付けて、第２の光送受信系統を形成する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定部材とこれに回転自在に組合わされた回転部材とにわたる双方向の信号授受をするのに用いられる光スリップリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定部材とこれに回転自在に組合わされた回転部材との間での信号授受には、固定部材に寄せて回転部材に取付けた複数のスリップリング（摺動電極ともいう）と、各スリップリングに個別に対応して固定部材側に取付けられ、対応するスリップリングに個別に摺接する集電子（ブラシともいう）とを用いるのが一般的である。
【０００３】
しかし、このスリップリング構成では、スリップリングとブラシとを適正かつ円滑に摺動接触させるために、固定部材と回転部材との軸線を精密に一致させる必要があり、その調整が面倒であるとともに、固定部材に寄せて設けられる各スリップリングと回転部材とにわたって配線される電線が多数本必要である。この他にも信号授受の信頼性が低いという問題がある。つまり、前記摺動接触によるスリップリングとブラシとの摩耗の進行、スリップリング及びブラシの酸化等による汚れ、更には、振動などでスリップリングからブラシが浮くように離れて前記摺動接触が不安定になること等を原因として、適正な信号授受が阻害され易い。このため、前記スリップリング構成で、例えばヘリコプタの回転翼の振動の加速度や歪み等の計測情報（信号）を伝送する場合には、計測情報の伝送不良を生じ易く、その改善が求められている。
【０００４】
ところで、例えばヘリコプタでは、そのローティテングユニットに計測機器以外に電子カメラ等を搭載したり、或いは搭載した計測器の較正が前記ユニットを支持する固定部材を含む固定側から遠隔操作できるようにすることも検討されている。これらの場合には、回転部材と固定部材とにわたる双方向の信号授受が必要である。
【０００５】
既述のスリップリング構成の問題を解消できて、しかも、双方向の信号授受を行わせるには、２回線の光接続が可能な光スリップリングがあればよい。こうした光スリップリングとして以下のものがある。
【０００６】
レンズ部と、固定された第１の部材と、レンズ部の光軸を回転中心として回転自在に第１の部材に取付けられた第２の部材とを備える。第１の部材は、レンズ部の光軸上に固定された第１の端子と、第２の端子と、第１の部材内に設けられ第２の端子から伸びる第１のケーブルとを有し、第２の部材は、レンズ部の光軸上に固定された第３の端子と、第４の端子と、第２の部材内に設けられ第４の端子から伸びる第２のケーブルとを有している。第１、第３の端子は、レンズ部が有する二つの焦点に設けられ、第１、第２のケーブルの端子部は、レンズ部の光軸上で対向して非接触に設けられている。この光スリップリングでは、第１、第３の端子のいずれか一方から入力される第１の光信号が、レンズ部を介して他方に出力される回線と、第２、第４の端子のいずれか一方から入力される第２の光信号が、第１、第２のケーブルを介して他方に出力される回線とを設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３０５３８１号公報（第３−７頁、図１、図３〜図７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術では、レンズ部の光軸上に配置された光送受信器としての第１、第３の端子から、偏心して配置された光送受信器としての第２、第４の端子の光接続を行うのに、これら第２、第４の端子に個別に接続された第１、第２のケーブルの端子部を、レンズ部の光軸上で対向させて非接触に設けている。
【０００９】
この構成では、回転自在な第１の部材内に配線される第１のケーブルの第２の端子に接続された一端部、及び端子部に接続された他端部には、第１の部材の回転に伴う遠心力が繰返し作用する。このため、第１のケーブルの両端部に疲労による損傷を発生して、それによる光信号の伝送不良を生じる恐れが考えられる。
【００１０】
また、第１、第２のケーブルは、第１、第３の端子間の光伝送路に入り込んで配設されるので、第１、第３の端子間の光伝送に対するノイズ要因となり易く、特に、第１のケーブルが遠心力で動揺する場合にはなお更である。しかも、第１のケーブルの動揺を確実に防止するために強固なステーを設ける場合には、ステーが大きくならざるを得ないので、第１、第３の端子間の光伝送が更に妨げられるようになる。
【００１１】
その上、遠心力に拘らず、非接触に設けられた第１、第２のケーブルの端子部同士がレンズ部の光軸上で対向した状態を維持するのに、レンズにその光軸を貫通する孔部を開けて、この孔部の内部にケーブルの端子部を配置することが必要であるため、生産性が良くない。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、双方向の信号授受での光信号の伝送不良を回避できるとともに、生産性にも優れる光スリップリングを得ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、固定部材と、この固定部材に対し同心的かつ軸線回りに回転自在に設けられた回転部材と、前記両部材の内の一方の部材にこの一方の部材の軸線上に位置して取付けられた第１光受信器と、前記両部材の内の他方の部材にこの他方の部材の軸線上に位置して取付けられた第２光受信器と、前記一方の部材にこの一方の部材の軸線から偏心して取付けられ前記第２光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第１光送信器と、前記他方の部材にこの他方の部材の軸線から偏心して取付けられ前記第１光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第２光送信器と、を具備している。
【００１４】
又、本発明を実施するにあたり、前記第２光送信器から前記第１光受信器に至る光信号の光軸と、前記第１光送信器から前記第２光受信器に至る光信号の光軸とが交差しないように、前記第１、第２の光送信器を配設するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００１６】
図１中符号１で示す例えばヘリコプタのローティテングユニットにおいて構成される光スリップリング１０は、回転部材２と、この回転部材２と組合わされた固定部材３とを備えている。符号３ｂは固定部材３を回り止めするために用いられる固定部材３の固定フランジを示している。
【００１７】
両部材２、３は互いに同軸的に嵌合する円筒部２ａ、３ａを有し、例えば回転部材２の円筒部２ａは固定部材３の円筒部３ａの内側に挿入されている。両円筒部２ａ、３ａ間にはこれらを接続して複数の玉軸受４が挟設されている。
【００１８】
両部材２、３の軸線Ａは好ましい例として共有されている。したがって、この共有軸線Ａの回りに自在に回転できるように回転部材２が玉軸受４を介して固定部材３に回転自在に取付けられている。
【００１９】
回転部材２側には、ヘリコプタの回転翼の振動の加速度や歪み等を検出する被遠隔制御対象物例えば計測器５が搭載されている。この計測器５には遠隔制御により例えば較正をすることが可能なものが採用されている。なお、被遠隔制御対象物としてはデジタルカメラなどの撮像機器であってもよい。
【００２０】
両部材２、３の内の一方例えば回転部材２には、第１光受信器６及び第１光送信器７とが夫々取付けられている。
【００２１】
詳しくは、第１光受信器６は、回転部材２と固定部材３との共有軸線Ａ上に位置し、かつ、円筒部２ａ内に臨んで回転部材２に固定されている。第１光送信器７は、共有軸線Ａから偏心し、かつ、円筒部２ａ内に臨んで回転部材２に固定されている。計測器５に第１光受信器６が受信した光信号が入力され、かつ、第１光送信器７に計測器５から出力される出力信号が入力されるように、計測器５と第１送受信器６、７とは接続されている。
【００２２】
固定部材３側には、計測器５を遠隔制御したり、計測器５が検出した計測情報をデジタル処理してヘリコプタの各種動作等を制御するための制御手段１１、及び計測器５の計測情報を記録、例えばデジタル信号で記録するデジタルレコーダ等の記録手段１２が搭載されている。
【００２３】
両部材２、３の内の他方例えば固定部材３には、第２光受信器１３及び第２光送信器１４とが夫々取付けられている。
【００２４】
詳しくは、第２光受信器１３は、共有軸線Ａ上に位置し、かつ、円筒部３ａ内に臨んで固定部材３に固定されている。第２光送信器１４は、共有軸線Ａから偏心し、かつ、円筒部３ａ内に臨んで固定部材３に固定されている。制御手段１１及び記録手段１２に第２光受信器１３が受信した光信号が入力され、かつ、第２光送信器１４に制御手段１１により制御される光信号が入力されるように、両手段１１、１２と第２送受信器１３、１４とは接続されている。
【００２５】
既述のように共有軸線Ａ上に互いに向かい合って配置された第１、第２の光受信器６、１３には、好ましくは紫外線から赤外線までの広い波長帯域に対する波長感度を有する光センサ、例えばシリコンフォトダイオードが採用されている。これに代えて、第１、第２の光受信器６、１３にフォトトランジスタ、フォトＩＣ、又は光導電セルなどを用いることもできる。これらの光受信器６、１３の受光角は広角である。既述のように共有軸線Ａから所定距離ずらして（つまり、偏心させて）配置された第１、第２の光送信器７、１４には、光信号例えば可視光線又は近赤外線をデジタルデータとして送信する発光ダイオードやレーザダイオードなどが採用されている。
【００２６】
固定部材３に取付けられた第２光送信器１４と回転部材２に取付けられた第１光受信器６とは、第１の送受信系統をなしている。第２光送信器１４は、その光軸１４ａを前記共有軸線Ａに対して斜めとする適当な取付け角で固定部材３に取付けられていて、光軸１４ａを第１光受信器６に指向させている。回転部材２に取付けられた第１光送信器７と固定部材３に取付けられた第２光受信器１３とは、第２の送受信系統をなしている。第１光送信器７は、その光軸７ａを前記共有軸線Ａに対して斜めとする適当な取付け角で回転部材２に取付けられていて、光軸７ａを第２光受信器１３に指向させている。この場合、光軸７ａ、１４ａ同士が互いに交差しないように、第１、第２の光送信器７、１４は、円筒部２ａ、３ａの周方向に所定角度例えば１８０°離れて互いに配設されている。
【００２７】
以上の構成を備えた光スリップリング１０では、回転部材２と固定部材３とにわたる光信号のデジタルデータの双方向授受ができる。
【００２８】
すなわち、第１の送受信系統をなす第２光送信器１４と第１光受信器６との内、回転部材２に取付けられた第１光受信器６は共有軸線Ａ上に配置されていて回転部材２が回転しても位置が動くことがないとともに、第２光送信器１４はその光軸１４ａを第１光受信器６に指向させて固定部材３に取付けられているので、第１光受信器６と第２光送信器１４との相互位置関係は、回転部材２の回転に拘らず一定に保持される。このため、制御手段１２によって発光を制御される第２光送信器１４から出力される光信号のデジタルデータは、回転部材２の回転中においても第１光受信器６で受信されるので、この第１光受信器６を経由して計測器５に与えられる。それにより、この計測器５に対する遠隔制御例えば較正等を行うことができる。
【００２９】
又、第２の送受信系統をなす第１光送信器７と第２光受信器１３との内、第２光受信器１３は固定部材３に取付けられ、回転部材２に取付けられた第１光送信器７は光軸７ａを第２光受信器１３に指向させた取付け姿勢で共有軸線Ａから偏心して取付けられている。これにより、第１光送信器７と第２光受信器１３との相互位置関係は、回転部材２の回転に拘らず一定に保持されるとともに、第１光送信器７から出力されて第２光受信器１３に受信される光信号のデジタルデータの強さなどを所定の状態に保持できる。したがって、第１光送信器７から光信号のデジタルデータとして出力される計測器５の検出情報は、回転部材２の回転中においても第２光受信器１４で受信されるので、この第２光受信器１４を経由して制御手段１１及び記録手段１２に与えられる。こうして回転側に配置された計測器５の検出情報を回転部材２に対する固定側において得ることができる。
【００３０】
以上のように回転体データ計測装置として用いられる前記構成の光スリップリング１０は、従来のようにスリップリングとブラシとを用いて信号授受を行うものではなく、第１、第２の光送受信系統での光接続により信号授受をなすので、回転部材２と固定部材３との互いの軸線を精密に一致させる必要がなく、このためローティテングユニット１の調整を容易にできる。これとともに、前記２系統の光接続により、回転部材２側内に配線される電線を不要にできる。それだけではなく、両信号授受系統には、使用に伴って摩耗したり汚れたりして、信号授受性能を低下させる部品がないとともに、振動が信号授受性能に実質的に影響を及ぼすことも少ない。したがって、双方向の信号授受での光信号の伝送不良を回避でき、回転部材２と固定部材３との間での信号授受の信頼性が高い。
【００３１】
更に、第１、第２の光送受信系統は、いずれも固定部材３と回転部材２との間にわたるケーブルを有していないので、回転部材２の回転に伴う遠心力を原因として光伝送障害を生じる恐れがなく、この点においても双方向の信号授受での光信号の伝送不良を回避でき、回転部材２と固定部材３との間での信号授受の信頼性が高い。
【００３２】
更に、第１、第２の光送受信系統の光軸７ａ、１４ａとが交差しないように両光送信器７、１４を配設したので、光信号同士の干渉がなく、光信号が乱れることがない。この点においても回転部材２と固定部材３との間での信号授受の信頼性が高い。
【００３３】
しかも、既述のように回転部材２と固定部材３との間にわたるケーブルを有していないので、これらのケーブルの端部を共通軸線上に保持するための構成が不要である。このため、前記光スリップリング１０は生産性にも優れる。
【００３４】
又、既述のように前記光スリップリング１０は、光接続によるデータ通信をするので、ノイズが重畳しづらいとともに、ＥＭＩ（電磁波障害）にも強い点で優れている。
【００３５】
本発明は、前記一実施形態には制約されない。例えば、第１、第２の光送信器からこれらに個別に対応する第１、第２の光受信器に至る光信号の第１、第２の送信経路は、その光軸が直線であることには限定されず、例えば固定部材などに反射鏡を配置して、これを経由させることによって反射鏡を中心に屈折する送信経路とすることもできる。又、光信号のデジタルデータは、使用波長を複数用いる伝送方式などを採用することによって多重通信とすることが可能であり、このようにすることで、より多くの情報を双方向で送受信できる。更に、第１、第２の光送受信系統で使用する光信号の波長は混信を防ぐために異ならせるとよい。又、本発明は、ヘリコプタの回転翼等についてのデータだけではなく、この他にも例えばタービンエンジンでの回転部品の振動の加速度、歪み等のデータを計測する場合等に適用できるとともに、更に、光信号ラインの回転部での光接続や光ジョイント又は光信号ラインでの関節部での光接続等にも適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、固定部材とこの固定部材に対して回転自在な回転部材との内の一方の部材にこの一方の部材の軸線上に位置して第１光受信器を取付けるとともに、この第１光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第２光送信器を、前記両部材の内の他方の部材にこの他方の部材の軸線から偏心して取付けて、かつ、他方の部材にこの他方の部材の軸線上に位置して第２光受信器を取付けるとともに、この第２光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第１光送信器を、一方の部材にこの一方の部材の軸線から偏心して取付けているので、対応する光送受信器によって形成される光接続の第１、第２の光送受信系統を備えている。このため、固定部材と回転部材とにわたる双方向の信号授受ができる。
【００３７】
そして、第１、第２の光送受信系統は、スリップリングとブラシとを用いて信号授受を行うものではなく、いずれも光接続により信号授受をなすので、固定部材と回転部材との軸線を精密に一致させる必要がなく調整が容易になるとともに、回転部材側内にに配線される電線を不要にできるだけではなく、両信号授受系統には、使用に伴って摩耗したり汚れたりして、信号授受性能を低下させる部品がないとともに、振動が信号授受性能に実質的に影響を及ぼすことも少ない。
【００３８】
その上、第１、第２の光送受信系統は、いずれも固定部材と回転部材との間ににわたるケーブルを有していないので、回転部材の回転に伴う遠心力を原因として光伝送障害を生じる恐れがない。
【００３９】
したがって、本発明に係る光スリップリングによれば、双方向の信号授受での光信号の伝送不良を回避できる、という効果がある。
【００４０】
又、既述のように固定部材と回転部材との間にわたるケーブルを有していないので、これらのケーブルの端部を共通軸線上に保持するための構成が不要であり、このため、本発明の光スリップリングは生産性にも優れる、という効果もある。
【００４１】
更に、第１、第２の光送受信系統の光軸が交差しないように第１、第２の光送信器を配設した発明によれば、２系統の光信号同士が干渉して光信号が乱れることがない、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光スリップリングの構成を示す概略断面図。
【符号の説明】
２…回転部材
３…固定部材
２ａ、３ａ…円筒部
４…玉軸受
Ａ…回転部材と固定部材との共有軸線
５…計測器（被遠隔制御対象物）
６…第１光受信器
７…第１光送信器
７ａ…第１光送信器から出る光信号の光軸
１０…光スリップリング
１１…制御手段
１３…第２光受信器
１４…第２光送信器
１４ａ…第２光送信器から出る光信号の光軸

Claims

固定部材と、
この固定部材に対し同心的かつ軸線回りに回転自在に設けられた回転部材と、
前記両部材の内の一方の部材にこの一方の部材の軸線上に位置して取付けられた第１光受信器と、
前記両部材の内の他方の部材にこの他方の部材の軸線上に位置して取付けられた第２光受信器と、
前記一方の部材にこの一方の部材の軸線から偏心して取付けられ前記第２光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第１光送信器と、
前記他方の部材にこの他方の部材の軸線から偏心して取付けられ前記第１光受信器に至る光信号のデジタルデータを送信する第２光送信器と、
を具備する光スリップリング。
請求項１に記載の光スリップリングにおいて、前記第２光送信器から前記第１光受信器に至る光信号の光軸と、前記第１光送信器から前記第２光受信器に至る光信号の光軸とが交差しないように、前記第１、第２の光送信器が配設されている。