JP2006014510A

JP2006014510A - 回転コネクタ

Info

Publication number: JP2006014510A
Application number: JP2004188693A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yajima; 功一矢嶋; Kazuhiko Ito; 和彦伊藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】必要とされるフラットケーブルの長さを大幅に短くしてコストの低減化が図れる回転コネクタを提供すること。
【解決手段】外筒部５ａを有するステータ１に対して内筒部７ｂを有するロータ２を回転自在に連結し、これら外筒部５ａと内筒部７ｂ間に画成される環状空間９内にフラットケーブル３を反転した状態で収納すると共に、環状空間９内にホルダ４を回動自在に配置した回転コネクタにおいて、ホルダ４の環状平板部４ａに内筒部７ｂが挿通されるセンタ孔４ｄを穿設すると共に、このセンタ孔４ｄを包囲する非環状領域Ｓ内に多数のガイドピン４ｂ１と平面視楔形状の規制壁４ｂ２とを所定間隔を存して並設し、内筒部７ｂから開口１５を通って外筒部５ａ側へ繰り出されたフラットケーブル３が、非環状領域Ｓの外縁側の非円形軌跡Ｓ２に沿って並設された各ガイドピン４ｂ１と規制壁４ｂ２の外壁部４ｂ２−２とに非円形状に巻回されるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車のステアリング装置に組み込まれてエアーバッグシステム等の電気的接続手段として使用される回転コネクタに係り、特に、ロータとステータ間に画成される環状空間内にフラットケーブルが反転部を介して逆向きに巻回された回転コネクタに関するものである。

回転コネクタは、回転自在に連結された一対のハウジングの一方をロータ、他方をステータとして用い、これらロータとステータとの間にフラットケーブルを収納・巻回したものであり、自動車のステアリング装置のように回転数が有限であるハンドルに装着されたエアバッグシステム等の電気的接続手段として使用されている。前記フラットケーブルは複数の導体を担持した帯状体であり、このフラットケーブルを渦巻状に巻回した渦巻タイプと途中で反転して逆向きに巻回した反転タイプとが知られているが、後者の反転タイプの方が必要とされるフラットケーブルの長さを短くすることができる。

従来より、このような反転タイプの回転コネクタにおいて、ロータとステータ間に画成される環状空間内にフラットケーブルを途中で巻き方向を反転した状態で収納し、この環状空間内に複数のローラを軸支したホルダを回動自在に配置すると共に、フラットケーブルの反転部を１つのローラにループさせたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このように構成された回転コネクタでは、ロータがステータに対して正逆いずれかの方向へ回転すると、フラットケーブルがステータの外筒部から繰り出されてロータの内筒部に巻き締められたり、その反対にフラットケーブルが内筒部から繰り出されて外筒部に巻き戻される。その際、フラットケーブルの反転部はロータよりも少ない回転量だけ同方向へ移動し、この反転部に追従してホルダも同方向へ移動し、これらの移動量の約２倍の長さのフラットケーブルが外筒部または内筒部から繰り出される。また、ホルダに軸支された複数のローラによってフラットケーブルの径方向への動きが規制されるため、フラットケーブルを反転部の方向にスムーズに繰り出すことができる。
特開２００１−１２６８３６号公報（第２−３頁、図４）

この種の回転コネクタにおいては、トータルコスト中に占めるフラットケーブルの割合は非常に高く、必要とされるフラットケーブルの長さが短くなる程、コストを低減化することができるが、前述した従来の反転タイプの回転コネクタでは、渦巻タイプに比べてフラットケーブルの長さをせいぜい半分程度までしか短くできないため、このことがコストのさらなる低減化を妨げる大きな要因となっていた。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、必要とされるフラットケーブルの長さを大幅に短くしてコストの低減化が図れる回転コネクタを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の回転コネクタは、外筒部を有するステータと、このステータに回転自在に連結され、前記外筒部との間に環状空間を画成する内筒部が設けられたロータと、前記環状空間内に途中で巻き方向を反転した状態で収納され、その両端が前記内筒部および前記外筒部を介して外部に導出されたフラットケーブルと、前記環状空間内に回動自在に配置され、前記フラットケーブルの反転部が通過する開口を有するホルダとを備え、前記ホルダに前記内筒部が挿通されるセンタ孔を有する環状平板部を設け、この環状平板部上に前記センタ孔を包囲するように複数の柱状体を並設すると共に、これら柱状体を前記ロータの回転中心からの距離が前記開口の近傍で最大となる非環状領域内に分散させ、前記フラットケーブルが前記内筒部から前記開口を通って前記非環状領域の外縁部に位置する前記柱状体に非円形状に巻回されるように構成した。

このように構成された回転コネクタにおいて、例えばフラットケーブルが内筒部の外壁に巻き締められた状態にある時にロータを正逆いずれか一方向へ回転すると、まず内筒部から繰り出されたフラットケーブルがホルダの開口を通って外筒部の内壁に巻回された後、さらにロータを同方向へ回転することにより、外筒部の内壁側に巻回されたフラットケーブルがホルダに設けられた複数の柱状体に非円形状に非円形状に巻回されて巻き戻し状態となる。これとは逆に、フラットケーブルがホルダの内壁部と外壁部に巻き戻された状態からロータをいずれか他方向へ回転すると、まずフラットケーブルがホルダの柱状体から繰り出されて外筒部の内壁に巻回された後、さらにロータを同方向へ回転することにより、外筒部の内壁側に巻回されたフラットケーブルが内筒部の外壁に巻回されて巻き締め状態となる。すなわち、フラットケーブルは巻き締め状態から巻き戻し状態に至る途中で外筒部の内壁に一旦巻回されるが、巻き戻し状態でフラットケーブルは環状空間内に配置されたホルダの各柱状体に非円形状に巻回され、この非円形状巻回部の周方向に沿う全長は外筒部の内壁面の周方向に沿う全長に比べて十分に短いため、必要とされるフラットケーブルの長さを大幅に短くすることができる。しかも、ホルダの非環状領域内に並設した複数の柱状体によってフラットケーブルをガイドするようにしたので、ホルダの軽量化と低コスト化を実現できると共に、ロータのスムーズな回転を実現できる。

上記の構成において、柱状体は全て同一形状である必要はなく、特に、開口から非環状領域の外縁部に沿って連続する部分を楔形状の柱状体にし、他の柱状体を円柱形状にすると、フラットケーブルの反転部が開口を通過する際の座屈変形を防止できると共に、ロータの回転時にフラットケーブルをスムーズに巻き締めまたは巻き戻しできて好ましい。

また、上記の構成において、柱状体の一部または全部にローラを回転自在に軸支すると、ロータの回転時にフラットケーブルをスムーズに巻き締めまたは巻き戻しできて好ましい。

本発明の回転コネクタは、ロータの内筒部とステータの外筒部との間の環状空間内に回動自在に配置されたホルダにセンタ孔を有する環状平板部を設け、この環状平板部上にセンタ孔を包囲するように複数の柱状体を並設すると共に、これら柱状体をロータの回転中心からの距離が開口の近傍で最大となる非環状領域内に分散させ、フラットケーブルが内筒部から開口を通って非環状領域の外縁部に位置する柱状体に非円形状に巻回されるようにしたので、ステータの外筒部に比べて周方向に沿う全長の短い各柱状体の周囲にフラットケーブルが巻回されて巻き戻し状態となり、その分、必要とされるフラットケーブルの長さを大幅に短くすることができる。また、ホルダの非環状領域内に並設した複数の柱状体によってフラットケーブルをガイドするようにしたので、ホルダの軽量化と低コスト化を実現できると共に、ロータのスムーズな回転を実現できる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る回転コネクタの分解斜視図、図２は該回転コネクタの断面図、図３は該回転コネクタに備えられるホルダの平面図、図４は該回転コネクタの動作説明図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態例に係る回転コネクタは、ステータ１と、ステータ１に対して回転自在に連結されたロータ２と、これらステータ１とロータ２間を電気的に接続するフラットケーブル３と、ステータ１とロータ２間に回動自在に配置されたホルダ４とで概略構成されている。

ステータ１はステアリングコラムに固定される固定部材であり、このステータ１は合成樹脂製のケース５とカバー６とからなる。ケース５は外筒部５ａとその外壁から突出する蓋部５ｂとを有し、カバー６は底板部６ａとその外縁部から突出する下側収納部６ｂとを有している。底板部６ａの中央にはセンタ孔６ｃが形成されており、これらケース５の下端とカバー６の外縁部をスナップ結合で一体化することにより、外筒部５ａの下部開口端が底板部６ａで塞がれると共に、下側収納部６ｂの上部開口端が蓋部５ｂで塞がれるようになっている。

ロータ２はハンドル側に連結される可動部材であり、このロータ２は合成樹脂製の上部ロータ７と下部ロータ８とからなる。上部ロータ７は環状の天板部７ａとその中央から垂下する内筒部７ｂとを有し、天板部７ａの上面には上側収納部７ｃが立設されている。内筒部７ｂはステアリングシャフトに挿通できる程度の内径寸法を有し、この内筒部７ｂの内周面に下部ロータ８が一体化されている。下部ロータ８は鍔部８ａを有する筒状体であり、この下部ロータ８をカバー６のセンタ孔６ｃから挿入して内筒部７ｂにスナップ結合することにより、ロータ２がステータ１に対して回転自在に連結されるようになっている。そして、かかる連結状態において、ステータ１側の外筒部５ａおよび底板部６ａとロータ２側の天板部７ａおよび内筒部７ｂとにより、平面視リング状の環状空間９が画成されている。

フラットケーブル３は互いに平行な複数の導体を一対の絶縁フィルムでラミネートした帯状体からなり、このフラットケーブル３は環状空間９内にＵ字状の反転部３ａを介して逆向きに収納されている。フラットケーブル３の両端にはリードブロック１０，１１がそれぞれ接続されている。一方のリードブロック１０はカバー６の下側収納部６ｂ内に固定され、このリードブロック１０には先端に外部コネクタ１２ａを有するリード線１２が接続されている。また、他方のリードブロック１１は上部ロータ７の上側収納部７ｃ内に固定され、このリードブロック１１には先端に外部コネクタ１３ａを有するリード線１３が接続されている。

ホルダ４は、カバー６の底板部６ａ上に載置された環状平板部４ａと、この環状平板部４ａ上に立設された複数の柱状体４ｂおよび支軸４ｃとを有し、これらは合成樹脂で一体成形されている。環状平板部４ａは外筒部５ａの内径とほぼ同じ外径寸法を有し、この環状平板部４ａの中央部には円形のセンタ孔４ｄが穿設されている。このセンタ孔４ｄは内筒部７ｂの下部外周面に挿入されており、ホルダ４は内筒部７ｂに摺接しながら環状空間９内を回動できるようになっている。また、環状平板部４ａの下面には突部４ｅが形成されており、この突部４ｅによって環状平板部４ａと底板部６ａとの間の摺動抵抗が減じられている。

図３に示すように、各柱状体４ｂは円柱形状の多数のガイドピン４ｂ１と平面視楔形状に連続する規制壁４ｂ２とからなり、前述した支軸４ｃと各ガイドピン４ｂ１および規制壁４ｂ２は環状平板部４ａ上のセンタ孔４ｄを包囲する非環状領域Ｓ内に所定間隔を存して並設されている。ここで、非環状領域Ｓの内縁部はセンタ孔４ｄと同心円の円形軌跡Ｓ１となっているが、非環状領域Ｓの外縁部はセンタ孔４ｄと同心円でない卵形の非円形軌跡Ｓ２となっており、各ガイドピン４ｂ１の殆どは円形軌跡Ｓ１の外側に沿って並設され、残りのガイドピン４ｂ１は非円形軌跡Ｓ２の内側に沿って並設されている。また、規制壁４ｂ２は、円形軌跡Ｓ１から環状平板部４ａの外縁部へ向かって延びる連結部４ｂ２−１と、その外側端部から非円形軌跡Ｓ２に沿って延びる外壁部４ｂ２−２とを有しており、支軸４ｃは規制壁４ｂ２の連結部４ｂ２−１と所定間隔を存して対向している。この支軸４ｃにはローラ１４が回転自在に支持されており、前述したフラットケーブル３の反転部３ａはローラ１４とそれに対向する連結部４ｂ２−１との間に確保された開口１５内に位置するようになっている。そして、内筒部７ｂから開口１５を通って外筒部５ａに向かうフラットケーブル３は非円形軌跡Ｓ２の内側に沿って並設された各ガイドピン４ｂ１と規制壁４ｂ２の外壁部４ｂ２−２とに非円形状に巻回されるようになっている。したがって、センタ孔４ｄの中心Ｏ（すなわちロータ２の回転中心）から非円形軌跡Ｓ２まで距離は、ローラ１４が支持された開口１５の近傍部分が最も大きく、開口１５から離れるのにつれて徐々に小さくなり、ローラ１４と１８０度対向する約半周部分が最小となっている。

次に、このように構成された回転コネクタの動作を主として図４に基づいて説明する。なお、図４中において、外筒部５ａや内筒部７ｂを含むステータ１とロータ２は省略してある。

図４（ａ）はフラットケーブル３の殆どが内筒部７ｂの外壁に巻回された巻き締め状態を示し、この巻き締め状態からロータ２を反時計回り方向（矢印Ａ方向）へ回転すると、フラットケーブル３の反転部３ａがロータ２よりも少ない回転量だけ反時計回り方向へ移動するため、この反転部３ａに追従してローラ１４とホルダ４も反時計回り方向へ移動し、図４（ｂ）に示すように、これらの移動量の約２倍のフラットケーブル３が内筒部７ｂ側から繰り出されて外筒部５ａの内壁に巻回される。この場合、複数のガイドピン４ｂ１がセンタ孔４ｄの大部分を包囲するように円形軌跡Ｓ１に沿って環状に並設されているため、内筒部７ｂ側から繰り出されたフラットケーブル３が外側に膨出して座屈変形することはなく、フラットケーブル３はローラ１４と規制壁４ｂ２との間の開口１５を通って外筒部５ａ側へ確実に繰り出される。そして、さらにロータ２を反時計回り方向へ回転すると、図４（ｃ）に示すように、フラットケーブル３が外筒部５ａ側から繰り出されて非円形軌跡Ｓ２の内側に沿って並設された各ガイドピン４ｂ１と規制壁４ｂ２の外壁部４ｂ２−２とに巻回され、最終的にフラットケーブル３の殆どがホルダ４の各柱状体４ｂに非円形状に巻回された巻き戻し状態となる。

上記とは逆に、図４（ｃ）に示す巻き戻し状態からロータ２を時計回り方向（矢印Ｂ方向）へ回転すると、フラットケーブル３はホルダ４の各柱状体４ｂ側から繰り出されて外筒部５ａの内壁に巻回された後、ロータ２を時計回り方向へさらに回転することにより、図４（ａ）に示すように、フラットケーブル３の殆どが内筒部７ｂの外壁に巻回された巻き締め状態となる。

このように、本実施形態例に係る回転コネクタでは、フラットケーブル３が図４（ａ）に示す巻き締め状態または図４（ｃ）図に示す巻き戻し状態となる途中で、図４（ｂ）に示すように、フラットケーブル３はホルダ４の外側に位置する外筒部５ａに一旦巻回され、この外筒部５ａの内壁面の円周長に比べて各柱状体４ｂが配設されたホルダ４の非円形軌跡Ｓ２の周方向の長さが十分に短いため、必要とされるフラットケーブル３の長さを大幅に短くすることができる。

かかるフラットケーブル３の短縮効果について図５を参照して説明すると、図５（ａ）はフラットケーブルを外筒部に巻回して巻き戻し状態とする従来タイプの回転コネクタ、図５（ｂ）はフラットケーブルをホルダの各柱状体に非円形状に巻回して巻き戻し状態とする本実施形態例に係る回転コネクタであり、これら両回転コネクタにおいて、フラットケーブルの経路の内径（巻き締め状態の径寸法）をｒ、フラットケーブルの経路の外径（巻き戻し状態の径寸法）をＲ、ロータの有限回転数をＮとすると、必要とされるフラットケーブル３の長さＬは、（Ｌ／ｒπ）＋（Ｌ／Ｒπ）＝Ｎより、
Ｌ＝ｒＲ×Ｎπ／（ｒ＋Ｒ）……（１）
として与えられる。ここで、内径ｒはロータの内筒部の外径に相当し、この内筒部がステアリングシャフトに挿通される構造上、内径ｒについては図５（ａ）に示す回転コネクタと図５（ｂ）に示す回転コネクタは同じである。また、外径Ｒについては、図５（ａ）に示す回転コネクタの場合、外径Ｒに相当するのは外筒部の内径であるが、図５（ｂ）に示す回転コネクタの場合、外径Ｒに相当するのは非円形軌跡Ｓ２の外径であって外筒部の内径に比べて小さくなっている。なお、図５（ｂ）中に外径Ｒは１点鎖線で示す仮想円に付してあるが、これは非円形軌跡Ｓ２が円形でないためであり、この仮想円に内接する非円形軌跡Ｓ２の実質的な外径は仮想円の外径Ｒよりもさらに小さくなっている。したがって、上記（１）式から明らかなように、図５（ａ）に示す従来例に比べて図５（ｂ）に示す本実施形態例の方が外径Ｒが格段に小さくなり、ロータ２の有限回転数Ｎを一定に確保した上でフラットケーブル３の長さＬを短くすることができる。例えば内筒部の外径を５０ｍｍ、外筒部の内径を１００ｍｍ、非円形軌跡Ｓ２を仮想円としたときの実質的な外径を７０ｍｍ、ロータの有限回転数を６回とすると、従来タイプの回転コネクタの場合、上記（１）式にｒ＝５０ｍｍ，Ｒ＝１００ｍｍ，Ｎ＝６を代入するとＬ＝６２８ｍｍとなる。これに対し、本実施形態例の回転コネクタの場合、上記（１）式にｒ＝５０ｍｍ，Ｒ＝７０ｍｍ，Ｎ＝６を代入するとＬ＝５４９．５ｍｍとなり、必要とされるフラットケーブル３の長さＬを７８．５ｍｍも短縮できる。

図６はホルダ４の変形例を示す斜視図であり、同図に示すように、このホルダ４においては、支軸４ｃにローラ１４を回転自在に支持するだけでなく、ガイドピン４ｂ１にも小径のローラ１６を回転自在に支持してある。このようにすると、ガイドピン４ｂ１とフラットケーブル３間の摩擦抵抗が低減されるため、ロータ２の回転時にフラットケーブル３をよりスムーズに巻き締めまたは巻き戻しすることができる。なお、ローラ１６は全てのガイドピン４ｂ１に軸支する必要はなく、フラットケーブル３との摺動が少ない部分に配置されるガイドピン４ｂ１についてはローラ１６を省略しても良い。また、ローラ１６を使用する代わりに、ホルダ４を滑性に優れた合成樹脂材で成形したり、各柱状体４ｂを構成するガイドピン４ｂ１や規制壁４ｂ２の表面に滑性材料を付着しても良い。

また、上記実施形態例では、各柱状体４ｂが円柱形状の多数のガイドピン４ｂ１と平面視楔形状の規制壁４ｂ２とからなる場合について説明したが、規制壁４ｂ２に相当する部分に複数のガイドピン４ｂ１を並設すれば、全ての柱状体４ｂを同一形状のガイドピン４ｂ１によって構成することができる。

さらに、上記実施形態例では、１枚のフラットケーブルを用いた回転コネクタについて説明したが、２枚のフラットケーブルを重ねて用いた２重巻きタイプの回転コネクタに本発明を適用できることはいうまでもない。

本発明の実施形態例に係る回転コネクタの分解斜視図である。該回転コネクタの断面図である。該回転コネクタに備えられるホルダの平面図である。該回転コネクタの動作説明図である。フラットケーブルの短縮効果の比較例を示す説明図である。ホルダの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ステータ
２ロータ
３フラットケーブル
３ａ反転部
４ホルダ
４ａ環状平板部
４ｂ柱状体
４ｂ１ガイドピン
４ｂ２規制壁
４ｂ２−１連結部
４ｂ２−２外壁部
４ｃ支軸
４ｄセンタ孔
５ケース
５ａ外筒部
６カバー
６ａ底板部
７上部ロータ
７ａ天板部
７ｂ内筒部
８下部ロータ
９環状空間
１４ローラ
１５開口
１６ローラ
Ｓ非環状領域
Ｓ１円形軌跡
Ｓ２非円形軌跡

Claims

外筒部を有するステータと、このステータに回転自在に連結され、前記外筒部との間に環状空間を画成する内筒部が設けられたロータと、前記環状空間内に途中で巻き方向を反転した状態で収納され、その両端が前記内筒部および前記外筒部を介して外部に導出されたフラットケーブルと、前記環状空間内に回動自在に配置され、前記フラットケーブルの反転部が通過する開口を有するホルダとを備え、
前記ホルダに前記内筒部が挿通されるセンタ孔を有する環状平板部を設け、この環状平板部上に前記センタ孔を包囲するように複数の柱状体を並設すると共に、これら柱状体を前記ロータの回転中心からの距離が前記開口の近傍で最大となる非環状領域内に分散させ、前記フラットケーブルが前記内筒部から前記開口を通って前記非環状領域の外縁部に位置する前記柱状体に非円形状に巻回されるように構成したことを特徴とする回転コネクタ。
請求項１の記載において、前記柱状体の一部を前記開口から前記非環状領域の外縁部に沿って連続する楔形状にすると共に、他の柱状体を円柱形状にしたことを特徴とする回転コネクタ。
請求項１または２の記載において、前記各柱状体の一部または全部にローラを回転自在に軸支したことを特徴とする回転コネクタ。