JP2006287052A - 静電容量電気結合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型で応用範囲の広い静電容量電気結合装置を簡単な構造で構成し低価格で提供することを目的とする。
【解決手段】第一の円筒状電極と、前記第一の円筒状電極と同軸で外周に近接して位置する第二の円筒状電極とで静電容量を構成し、第一の円筒状電極又は第二の円筒状電極のいずれか或いは両方が回転可能な状態で取り付けられ、第一の円筒状電極と第二の円筒状電極間で電気信号を伝達するための電気信号引出し線により構成している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、固定部電気回路と回転部電気回路の間で電気信号の伝達をおこなうに必要な電気結合機能を有する静電容量電気結合装置に関するものである。
従来、回転体に同軸で端面に形成された平坦円環状導体による第一の電極と、前記第一の電極に密接して向い合せに取付けられ、構造的に固定された平坦円環状導体による第二の電極とで構成される静電容量を通じて電気信号の伝達をおこなう提案には特開2000−335044などがある。
図5は、従来例の静電容量電気結合装置の説明図であり、500は回転部、550は固定部である。501は回転部静電容量円環状電極I、502は回転部静電容量円環状電極II、551は501と対向して第一の静電容量を構成する固定部静電容量円環状電極I、552は502と対向して第二の静電容量を構成する固定部静電容量円環状電極II、503は第一の静電容量から電気信号を取出すための回転部静電容量電極信号引出し線I、504は第二の静電容量から電気信号を取出すための回転部静電容量電極信号引出し線II、553は第一の静電容量から電気信号を取出すための固定部静電容量電極信号引出し線I、554は第二の静電容量から電気信号を取出すための固定部静電容量電極信号引出し線IIである。
前記回転部静電容量円環状電極と前記固定部静電容量円環状電極により構成される静電容量値は、対向する面積と間隙寸法や間隙に存在する物質の誘電率などにより決定される。この静電容量値と外部回路のインピーダンスにより決定される周波数特性条件下で電気信号の伝達をおこなうことが可能となる。
同図では2個の静電容量により構成される静電容量電気結合装置を示しているが、同心円状に静電容量円環状電極を増設することができ、1個または3個以上の静電容量を形成することも可能である。
しかしながら、上述した静電容量電気結合装置では大きな静電容量が必要な場合には直径を大きくして静電容量円環状電極の面積を大きくするか静電容量円環状電極間の間隙寸法を小さくしなければならないなど製品形状や製造上の問題があった。又複数の静電容量結合による電気信号の伝送が必要な場合には各同心円状に形成された円環状の電極を半径方向に増設してゆく必要があり、形状的条件が各電極によって異なってしまうと共に静電容量電気結合装置の直径が大きくなってしまうという問題があった。
本発明は、小型で応用範囲の広い静電容量電気結合装置を簡単な構造で構成し、低価格で提供することを目的とする。
本発明の静電容量電気結合装置は、第一の円筒状電極と、前記第一の円筒状電極と同軸で近接して外周に位置する第二の円筒状電極とで静電容量を構成し、前記第一の円筒状電極又は前記第二の円筒状電極のいずれか或いは両方が回転可能に取り付けられ、前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極間で電気信号を伝達するための電気結合機能を兼ね備える。
本発明によれば、小型で応用範囲の広い静電容量電気結合装置を簡単な構成で低価格で提供することができる。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態を説明する図である。
同図において100は回転部、150は固定部、101は回転部静電容量円筒状電極I、102は回転部静電容量円筒状電極II、103は回転部静電容量電極信号引出し線I、104は回転部静電容量電極信号引出し線II、105は回転部静電容量間電気遮蔽回転軸、106は回転部静電容量電極絶縁部材、107は回転部電気遮蔽接地電極引出し線、151は固定部静電容量円筒状電極I、152は固定部静電容量円筒状電極II、153は固定部静電容量電極信号引出し線I、154は固定部静電容量電極信号引出し線IIである。
155は固定部電気遮蔽部材、156は固定部静電容量電極絶縁部材、157は固定部電気遮蔽接地電極引出し線、171、172は軸受けである。回転部静電容量円筒状電極Iである101及び回転部静電容量円筒状電極IIである102は、回転部静電容量電極絶縁部材106により絶縁された状態で回転部静電容量間電気遮蔽回転軸105に配置され、回転部静電容量電極信号引出し線Iである103及び回転部静電容量電極信号引出し線IIである104により外部に電気信号が引き出せるように接続されて回転部100が構成される。
固定部静電容量円筒状電極Iである151及び固定部静電容量円筒状電極IIである152は、固定部静電容量電極絶縁部材156により絶縁された状態で固定部電気遮蔽部材155に配置され、固定部静電容量電極信号引出し線IIである153及び固定部静電容量電極信号引出し線IIである154により外部に電気信号が引き出せるように接続されて固定部150が構成される。
回転部100は、軸受け171及び172を介して固定部150に固定されると共に、回転部100からは電気的干渉及び外来電磁雑音の遮蔽のため回転部静電容量間電気遮蔽回転軸105に回転部電気遮蔽接地電極引出し線107が接続され、固定部150からは電気的干渉及び遮蔽のため固定部電気遮蔽部材155に固定部電気遮蔽接地電極引出し線157が接続されている。
回転部静電容量円筒状電極Iである101と固定部静電容量円筒状電極Iである151で形成される静電容量の容量値Cは、以下の式1で求まる。
Figure 2006287052
同図では静電容量を2個含む構成としているが、1個或いは3個以上必要な場合には前記静電容量と同じ構成のものを上下に配置することで容易に同じ特性の静電容量結合状態を形成することが可能である。また必要に応じて異なる寸法の静電容量円筒状電極とすることで各静電容量毎に異なる容量値となる静電容量電気結合装置を構成することも可能である。
上記の説明で明らかなように、直径に寸法的制約がある場合においても、回転部静電容量円筒状電極と固定部静電容量円筒状電極の間隙寸法や長さ寸法の最適化により、自由に静電容量値を決めることができ、各静電容量の配置には関係なく各静電容量を同等の電気的特性とすることも可能である。回転部静電容量円筒状電極と固定部静電容量円筒状電極の非常に狭い間隙に異物が混入すると電気的或いは回転機構としての信頼性低下を招くことになるが、本実施形態の構成では使用時の埃など外部からの異物混入を防ぐための封止構造とした静電容量電気結合装置とすることも容易である。
基本構造が簡単なため製造が容易であり低価格で小径化が可能な静電容量電気結合装置を提供することが可能である。
本実施形態の静電容量電気結合装置により電気的接続をおこなうことで、回転角に制限のない無限に回転可能な回転体との高速な電気信号の伝達を実現することが可能となる。
(第2の実施形態)
図2は第2の実施形態を説明する図である。
同図において、200は回転部、250は固定部、270aは静電容量電気結合構成単位a、270bは静電容量電気結合構成単位b、201は回転部静電容量円筒状電極、202は回転部回転軸、203は回転部静電容量電極信号引出し貫通導体、204は回転部静電容量電極信号引出し接点、205は静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凸部、206は静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凹部、207は回転部静電容量電極信号引出し接点、251は固定部静電容量円筒状電極、252は固定部静電容量電極絶縁部材、253は固定部静電容量電極信号引出し線、254は固定部電気遮蔽部材、255は固定部電気遮蔽接地電極引出し線である。
271、272は軸受けであり、回転部静電容量円筒状電極201は回転部回転軸202に絶縁された状態で配置され回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203に電気的に接続され、回転部静電容量電極信号引出し接点204、207が円筒状回転部の端面に設けられ、1つは前記回転部静電容量円筒状電極201に接続された回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203に接続され、他の回転部静電容量電極信号引出し接点204は対応する回転部静電容量電極信号引出し接点207に回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203を介して接続されることで回転部200を構成している。
固定部静電容量円筒状電極251は、固定部静電容量電極絶縁部材252で絶縁された状態で固定部電気遮蔽部材254に配置され、固定部静電容量電極信号引出し線253により外部に電気信号が引出せるように接続され、固定部電気遮蔽部材254は固定部電気遮蔽接地電極引出し線255により電気的遮蔽のために接地が可能とし固定部250を構成している。
回転部200は、軸受け271、272を介して固定部250に固定され、静電容量電気結合構成単位a270aを構成している。また、静電容量電気結合構成単位b270bも全く同じ構成となっている。静電容量電気結合構成単位a270aと静電容量電気結合構成単位b270bは同軸方向に結合することが可能で、静電容量電気結合構成単位a270aの回転部静電容量電極信号引出し接点207と静電容量電気結合構成単位b270bの回転部静電容量電極信号引出し接点204が接触し、回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203を通して回転部200の端面から電気信号が取出せるようになっている。
前記静電容量電気結合構成単位の端面には、静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凸部205、もう一方の端面には静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凹部206が設けられ、接続される各静電容量電気結合構成単位の各回転部静電容量円筒状電極201が接続された各回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203において短絡せずに端面まで引出せるように、各回転部静電容量電極信号引出し接点204、207の配置に合わせて回転させた状態で結合されるようになっている。
同図では、静電容量電気結合構成単位を2段結合させた実施形態を示しているが、4個の回転部静電容量電極信号引出し接点を有するこの静電容量電気結合構成単位の場合、4段まで結合可能であり電気信号4本の伝達が可能である。また、回転部静電容量電極信号引出し接点204、207と回転部静電容量電極信号引出し貫通導体203を必要な数だけ設けることで、任意の極数まで対応した静電容量電気結合構成単位を構成することが可能である。前記静電容量電気結合構成単位は端面の結合条件を統一することで、静電容量の異なるもの、電気的遮蔽仕様の異なるものなどを任意に結合して構成することも可能である。
標準的な静電容量電気結合構成単位を用意しておくことで、必要に応じて任意の極数で静電容量電気結合装置を構成することが可能であり、搭載する製品を問わず共通の部品とすることが可能となり、開発期間の短縮化や低価格化が容易な静電容量電気結合装置を提供することが可能である。
固定部の電極取出しも、回転部同様の構成とすることで、端面或いは任意の1ヵ所に纏めて配置することも可能である。
(第3の実施形態)
図3は第3の実施形態を説明する図である。
同図において、300は回転部、350は固定部、301は回転部静電容量円筒状電極I、302は回転部静電容量円筒状電極II、303は回転部静電容量電極信号引出し線I、304は回転部静電容量電極信号引出し線II、305は回転部回転軸、351は固定部静電容量円筒状電極I、352は固定部静電容量円筒状電極II、353は固定部静電容量電極信号引出し線I、354は固定部静電容量電極信号引出し線II、355は固定部電気遮蔽接地電極引出し線、356は固定部電気遮蔽部材、357は固定部静電容量電極絶縁部材、371は可回転液体封止構造体、372は液体である。
回転部静電容量円筒状電極Iである301及び回転部静電容量円筒状電極IIである302は、回転部回転軸305配置され、回転部静電容量電極信号引出し線Iである303及び回転部静電容量電極信号引出し線IIである304により外部に電気信号が引出せるように接続されて回転部300が構成される。
固定部静電容量円筒状電極Iである351及び固定部静電容量円筒状電極である352は、固定部静電容量電極絶縁部材357により絶縁された状態で固定部電気遮蔽部材356に配置され、固定部静電容量電極信号引出し線Iである353及び固定部静電容量電極信号引出し線IIである354により、外部に電気信号が引出せるように接続されて固定部350が構成される。
回転部300は、固定部350に組込まれると共に、液体372が充填され、可回転液体封止構造体371により封止されている。固定部350からは電気的干渉及び外来電磁雑音の遮蔽のため固定部電気遮蔽部材356に固定部電気遮蔽接地電極引出し線355が接続されている。
回転部静電容量円筒状電極I301と固定部静電容量円筒状電極I351、或いは回転
部静電容量円筒状電極II302と固定部静電容量円筒状電極II352で形成される静電容量の容量値Cは、上記の式1で求まる。式1中、εsは液体372の比誘電率であり、εsの大きな値の液体を充填することにより同形状でも大きな静電容量となり、電気信号の伝達のための電気回路設計が容易な静電容量電気結合装置を提供することが可能である。
同図では、静電容量を2個含む構成としているが、1個或いは3個以上必要な場合には前記静電容量と同じ構成のものを上下に配置することで容易に同じ特性の静電容量結合状態を形成することが可能である。また、必要に応じて異なる寸法の静電容量円筒状電極を用意することで各静電容量毎に異なる容量値となる静電容量電気結合装置を構成することも可能である。
上記説明で明らかなように、直径や長さの寸法的制約がある場合においても、回転部静電容量円筒状電極と固定部静電容量円筒状電極の間隙に比誘電率の高い液体を充填することにより、大きな静電容量値を得ることができ、各静電容量の配置には関係なく同等の電気的特性とすることも可能である。回転部静電容量円筒状電極と固定部静電容量円筒状電極の非常に狭い間隙に異物が混入すると電気的或いは回転機構としての信頼性低下を招くことになるが、実施形態の構成では使用時の埃など外部からの異物混入を防ぐための封止構造とした静電容量電気結合装置とすることも容易である。
基本構造が簡単なため製造が容易であり低価格で小径化が可能な大きい静電容量をもった静電容量電気結合装置を提供することが可能である。
(第4の実施形態)
図4は、雲台カメラのような回転する装置から映像信号等をデータ転送する実施形態を説明する図面である。
同図において、401は映像信号入力、402はシリアル・データ変換、403は差動信号変換、404はサグ補正、405は静電容量電気結合装置、405aは静電容量電気結合構成単位a、405bは静電容量電気結合構成単位b、406はサグ量検出、407はサグ補正帰還である。
408は差動信号出力であり、ビデオカメラ等から入力されたディジタル映像信号入力401はシリアル・データ変換402によりシリアル・データ化され、差動信号変換403により差動信号に変換されたあとサグ補正404を通して静電容量電気結合装置405に入力される静電容量電気結合装置405からの出力は差動信号出力408と出力されるが、静電容量電気結合装置405でサグが発生している場合には、サグ量検出406でサグ量を検出してサグ補正帰還407を通してサグ補正404の補正量を制御する。本実施形態では、差動信号による伝送を行うため、405aと405bによる2極の静電容量電気結合装置405で構成されている。
上記説明で明らかなように、サグの帰還回路は通常の負帰還回路とは異なり、サグの大きさの情報のみ帰還すればよく、出力の波形を歪なく帰還する必要はないため、サグ補正帰還407は簡単な光を利用した帰還方式などが採用可能であり、応答速度や波形歪特性などもあまり要求されない。サグ補正回路を採用することで静電容量電気結合装置の静電容量を小さくすることができ、小型で低価格な装置を提供することが可能である。
本発明の第1の実施形態に係る静電容量電気結合装置を説明する図である。 本発明の第2の実施形態に係る静電容量電気結合装置を説明する図である。 本発明の第3の実施形態に係る静電容量電気結合装置を説明する図である。 本発明の第4の実施形態に係る静電容量電気結合装置を説明するブロック線図である。 従来例を説明する図である。
符号の説明
100 回転部
150 固定部
101 回転部静電容量円筒状電極I
102 回転部静電容量円筒状電極II
103 回転部静電容量電極信号引出し線I
104 回転部静電容量電極信号引出し線II
105 回転部静電容量間電気遮蔽回転軸
106 回転部静電容量電極絶縁部材
107 回転部電気遮蔽接地電極引出し線
151 固定部静電容量円筒状電極I
152 固定部静電容量円筒状電極II
153 固定部静電容量電極信号引出し線I
154 固定部静電容量電極信号引出し線II
155 固定部電気遮蔽部材
156 固定部静電容量電極絶縁部材
157 固定部電気遮蔽接地電極引出し線
171、172 軸受け
200 回転部
250 固定部
270a 静電容量電気結合構成単位a
270b 静電容量電気結合構成単位b
201 回転部静電容量円筒状電極
202 回転部回転軸
203 回転部静電容量電極信号引出し貫通導体
204 回転部静電容量電極信号引出し接点
205 静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凸部
206 静電容量電気結合構成単位接続位置決め用凹部
207 回転部静電容量電極信号引出し接点
251 固定部静電容量円筒状電極
252 固定部静電容量電極絶縁部材
253 固定部静電容量電極信号引出し線
254 固定部電気遮蔽部材
255 固定部電気遮蔽接地電極引出し線
271、272 軸受け
300 回転部
350 固定部
301 回転部静電容量円筒状電極I
302 回転部静電容量円筒状電極II
303 回転部静電容量電極信号引出し線I
304 回転部静電容量電極信号引出し線II
305 回転部回転軸
351 固定部静電容量円筒状電極I
352 固定部静電容量円筒状電極II
353 固定部静電容量電極信号引出し線I
354 固定部静電容量電極信号引出し線II
355 固定部電気遮蔽接地電極引出し線
356 固定部電気遮蔽部材
357 固定部静電容量電極絶縁部材
371 可回転液体封止構造体
372 液体
401 映像信号入力
402 シリアル・データ変換
403 差動信号変換
404 サグ補正
405 静電容量電気結合装置
405a 静電容量電気結合構成単位a
405b 静電容量電気結合構成単位b
406 サグ量検出
407 サグ補正帰還
408 差動信号出力
500 回転部
550 固定部
501 回転部静電容量円環状電極I
502 回転部静電容量円環状電極II
503 回転部静電容量電極信号引出し線I
504 回転部静電容量電極信号引出し線II
551 固定部静電容量円環状電極I
552 固定部静電容量円環状電極II
553 固定部静電容量電極信号引出し線I
554 固定部静電容量電極信号引出し線II

Claims (5)

  1. 第一の円筒状電極と、前記第一の円筒状電極と同軸で近接して外周に位置する第二の円筒状電極とで静電容量を構成し、前記第一の円筒状電極又は前記第二の円筒状電極のいずれか或いは両方が回転可能に取り付けられ、前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極間で電気信号を伝達するための電気結合機能を兼ね備えることを特徴とする静電容量電気結合装置。
  2. 前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極により構成される静電容量に外部からの雑音を防ぐための電磁遮蔽電極を兼ね備えたことを特徴とする請求項1に記載の静電容量電気結合装置。
  3. 前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極により構成される静電容量を複数個有し、各静電容量間の干渉を防ぐために前記各静電容量間に電気的遮蔽のための電極を兼ね備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の静電容量電気結合装置。
  4. 前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極の間に比誘電率が1以上の液体状の物質を充填し、前記液体状の物質を外部に流出させない封止手段を兼ね備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電容量電気結合装置。
  5. 前記第一の円筒状電極と前記第二の円筒状電極により構成される1組の静電容量構成単位を有し、前記第一の円筒状電極からの電気信号を取り出すために上端及び下端に複数の接点を有すると共に、各上端及び下端の接点間を電気接続する貫通導体が設けられ、前記静電容量構成単位を複数個上下接続するときに、前記各静電容量構成単位の前記第一の円筒状電極に接続された貫通導体が前記各接点を通して最上端或いは最下端の接点まで導通が取れる手段を有することを特徴とする請求項1に記載の静電容量電気結合装置。
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