JP2008176982A

JP2008176982A - スリップリング支持装置

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Publication number: JP2008176982A
Application number: JP2007008018A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hayase; 剛早勢; Takatoshi Fukazawa; 香敏深澤; Toshio Kojima; 季夫小島; Heiji Kato; 平二加藤
Original assignee: SOGO KEISO KK; Railway Technical Research Institute
Current assignee: SOGO KEISO KK; Railway Technical Research Institute
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】スリップリングの安定的な動作を実現できる、又は、小型化することができるスリップリング支持装置を提供する。
【解決手段】スリップリング支持装置１は、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリング２０の支持装置である。同装置１は、回転体１３の端部に固定される筒状の回転外枠４１と、該回転外枠４１の内周部において、スリップリング外筒２５の外周部にベアリングを介して組み付けられている筒状の回転内枠５５を備えている。また、回転外枠４１と回転内枠５５との間には、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持するＯリング７と、前記回転外枠の一部と該回転内枠の一部との間にまたがるように配置された、前記回転内枠を前記回転外枠に対して円周方向に防振保持するゴムブッシュ９と、が介装されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体からの電気的信号をブラシの作用によって非回転部位に取り出すスリップリングの支持装置に関する。特には、スリップリングの安定的な動作を実現できる、あるいは、小型化することができるスリップリング支持装置に関する。

図１０は、特許文献１に示された、従来のスリップリング支持装置の構成を示す断面図である。
スリップリング１２０は、固定的に配置された円筒状のスリップリング外筒１３７と、その外筒内で回転するスリップリング軸１３３と、該スリップリング軸１３３の外周面に摺動接触するブラシ１３９と、を備え、回転体（車軸）１１３から非回転部位に信号を取り出すものである。

図１０の例では、スリップリング１２０の外筒１３７を囲むようにして筒状の回転内枠１２３が配置されており、該回転内枠１２３の片端と上記スリップリング軸１３３の片端とがフランジ１３１を介して連結固定されている。
一方、回転体１１３の端部には、上記回転内枠１２３を取り囲む大きさの回転外枠１１９が取り付けられている。回転外枠１１９の内周と回転内枠１２３の外周との間には、ゴム等からなる矩形断面の環状の防振材１２１が介装されている。

このように構成されたスリップリング支持装置では、回転体（車軸）１１３の回転に連動して、回転外枠１１９、防振材１２１、回転内枠１２３、フランジ１３１、及びスリップリング軸１３３が一体となって回転する。スリップリング外筒１３７及びその内部に取り付けられたブラシ１３９は非回転系であり、回転することはない。
回転体１１３に取り付けられた不図示のセンサーからの電気的信号は、回転体１１３から引き出された配線１１７、スリップリング軸１３３、ブラシ１３９、及びブラシ１３９から引き出された配線１０３を経由して外部に取り出される。このような構成により、車軸にかかる荷重の大きさなどの情報をリアルタイムに計測器に取り出すことができるようになっている。
特許第２６９１４９５号公報

上述した特許文献１記載の構成では、回転内枠１２３と回転外枠１１９との間に防振材１２１が介装されているため、防振性能が向上し、スリップリングの長寿命化や高速運転への対応が可能となっている。しかしながら、スリップリングのより安定的な動作を実現し、装置全体の小型化を図るためには更なる改善の余地が残されている。

具体的には、特許文献１記載の構成の場合、スリップリング１２０が比較的軽量である
のに対して、これを収納保持している環状の防振材１２１は大きな断面を有するので、振動で発生する変位により変形する部分の体積が大きくなってしまう。このため、防振材１２１のバネ定数が大きくなり、軽量のスリップリング１２０には硬く作用することとなる。この場合、振動減衰効果が少なく、振動衝撃力が緩衝されずにスリップリングに伝達されてしまうこととなる。

この問題を解消するためには、防振材１２１を気泡含有のスポンジ又は軟質ゴム製としてバネ定数を小さくすることが有効であると考えられるが、このような材質の場合、今度は防振材１２１が柔軟すぎて回転軸とスリップリング軸との高い芯出し精度を得にくくなるという課題がある。また、このような材質で硬さを柔らかくしすぎると、遠心力によりスリップリング１２０の少しの芯振れが助長されて振れ回りが大きくなり、また、高衝撃の振動に対するスリップリング１２０の支持力も弱くなるので、回転の安定性が不足するような場合もある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スリップリングの安定的な動作を実現することができ、また、小型化するのにも有利なスリップリング支持装置を提供することにある。

上記目的を実現するための本発明のスリップリング支持装置は、回転するスリップリング軸、非回転のスリップリング外筒、及び該外筒内に取り付けられており前記スリップリング軸の外周と摺動接触するブラシを有し、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリングの支持装置であって、
前記回転体の端部に固定される筒状の回転外枠と、
該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒の外周部にベアリングを介して組み付けられている筒状の回転内枠と、
前記回転外枠と該回転内枠との間に介在して、該回転内枠を前記回転外枠に対して、半径方向及び軸方向に防振保持する第１の緩衝保持部材と、
前記回転外枠の一部と該回転内枠の一部との間にまたがるように配置され、前記回転内枠を前記回転外枠に対して、円周方向に防振保持する第２の緩衝保持部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の他のスリップリング支持装置は、前記回転体の端部に固定される筒状の回転外枠と、該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒を取り囲むと共に、前記スリップリング軸に取り付けられたフランジの外周部が固定される筒状の回転内枠と、前記回転外枠と該回転内枠との間に介在して、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持する第１の緩衝保持部材と、前記回転外枠の一部と該回転内枠の一部との間にまたがるように配置され、前記回転内枠を前記回転外枠に対して、円周方向に防振保持する第２の緩衝保持部材と、を備えるものであってもよい。

このように構成にされた本発明のスリップリング支持装置によれば、回転内枠を回転外枠に対して芯出しすると共に軸方向に位置決めするための部材（第１の緩衝保持部材）と、回転外枠から回転内枠へ回転力を伝達するための部材（第２の緩衝保持部材）とが別々に設けられているので、それぞれの特性を最適化することができる。特に、第１の緩衝保持部材をＯリングなどの小断面積の部材（下記参照）とすることにより、同部材を小型化することが可能であり、ひいては装置全体を小型にすることができる。

上記第１の緩衝保持部材がリング状の弾性部材であって、それが前記回転内枠と前記回転外枠の間の軸方向両端部に設けられている場合、回転内枠と回転外枠の芯出し精度がより向上する。

第１の緩衝保持部材（リング状の弾性部材）としては、断面を押しつぶす方向（スリップリング軸の軸方向又は半径方向）の荷重を受けた際の荷重−撓み曲線が放物線状の非線形特性を示すものであることが好ましい。すなわち、撓み始めが柔軟で、ある程度撓んだ時点で硬変する部材を利用することが好ましい。撓み始めが柔軟であるので、比較的軽量なスリップリングにも対応可能であり、一方、ある程度撓むと変形しにくくなるので、車軸（回転体）から
の振動衝撃を良好に吸収して減衰させる効果も良好に発揮するためである。
具体的には、径が小さい（例えば数ミリ程度）、中実Ｏリング、中空Ｏリング、又はＸリング等のリング状の弾性部材を利用することができる。径が小さいリング状の弾性部材は荷重を受けた際の撓み量が小さい。そのため、このような構成によれば、回転外枠と回転内枠との芯出しを高精度に行うことができ、ひいては、回転体とスリップリングとの芯出し精度も向上させることができる。芯出し精度が良好であるので、高速回転時にも振れ回りや芯ブレの問題が生じにくく、その結果、スリップリングの安定した動作が実現される。

第２の緩衝保持部材としては、例えば円柱状又は円筒状の弾性部材を利用することができる。この場合、回転外枠の内周部に例えば半円状の溝が形成されると共に、前記回転内枠の外周部にも、それに対向する例えば半円状の溝が形成されており、前記弾性部材が、溝同士の間に嵌め込まれていることが好ましい。
この場合、更に、前記第２の緩衝保持部材を溝内に収容した際に、該緩衝保持部材の外周と前記溝の底との間に隙間が確保されていることが好ましい。このように緩衝保持部材外周が溝の底に接触しない構成の場合、半径方向の力が緩衝保持部材を介して回転内枠に伝達されにくくなるので、軸芯の平行度や傾きに影響が及んで芯ブレや傾斜振動が生じることが抑えられる。

本発明のスリップリング支持装置は、また、前記スリップリング軸と前記回転内枠とが、前記スリップリング軸の端部に固定されたフランジを介して、相互に固定連結されていてもよい。この場合、回転内枠とスリップリング軸とが高精度に芯出しされ、また、回転内枠の回転力を確実にスリップリング軸に伝達させることができる。

本発明のスリップリング支持装置は、また、スリップリング軸における前記回転体から離れた側の端部にロータリーエンコーダを構成することもでき、これによりスリップリング軸の回転数（回転体の回転数）の検出が可能となる。
なお、本発明によれば、スリップリング軸とスリップリング外筒とが高精度に芯出しされているため、スリップリング軸が長くても高精度なロータリーエンコーダを構成することができる。

また、本発明の更に他のスリップリング支持装置は、回転するスリップリング軸、非回転のスリップリング外筒、前記スリップリング軸に取り付けられたフランジ、及び該外筒内に取り付けられており前記スリップリング軸の外周と摺動接触するブラシを有し、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリングの支持装置であって、前記回転体の端部に固定されると共に、前記スリップリングのフランジから径方向外側に引き出された配線が架け渡され該フランジと一体に回転する筒状の回転外枠と、該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒を取り囲む筒状の回転内枠と、前記回転外枠と該回転内枠との間で、前記スリップリング軸の軸方向に互いに離れて配置され、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持する２つの緩衝保持部材と、を備えることを特徴とする。
このスリップリング支持装置は、一例として、比較的短いスリップリングを支持するのに適した構成であり、上記した本発明の他のスリップリング支持装置とは異なり、「第２の緩衝保持部材」（例えばゴムブッシュ）を具備しないものである。このような構成においても、２つの緩衝保持部材（例えばＯリング）で回転内枠を保持する構成とすることで、上記同様、装置全体の小型化や芯出し精度の向上を図ることが可能である。

この場合、前記緩衝保持部材がＯリング等のリング状の弾性部材であって、その断面両側部が、前記回転内枠の一部に形成された半径方向の立上り面と、前記回転外枠の一部に形成された半径方向の立上り面と、に当接している構成としてもよい。このように、Ｏリングの半径方向外側及び内側をそれぞれ回転外枠内周及び回転内枠外周に当接させるだけでなく、両側部を、回転内枠及び回転外枠のそれぞれに形成された立上り面に当接させる構成とすることで、芯出し精度が向上し、芯ブレ及び振れ回りを抑え、緩衝機能のある高精度な支持装置が得られることとなる。また、このような構成によれば、Ｏリング同士の間隔が狭くても十分な芯出し精度が得られる。このような構成でない場合、Ｏリング同士の間隔を広げて芯出し精度を確保する必要があるが、本発明によれば、そのような必要がないため、装置全体の小型化にも有利である。

上述したように、本発明によれば、スリップリングの安定的な動作を実現できる、あるいは、小型化することができるスリップリング支持装置が提供される。

発明を実施するための形態

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一形態のスリップリング支持装置の構成を示す断面図である。図２は、図１の支持装置の左側面図（同図（Ａ））、及び右側面図（同図（Ｂ））である。

図１に示すように、本実施形態のスリップリング支持装置１は、一例として電車の車軸である回転体１３とスリップリング２０との間に構成されている。このスリップリング支持装置１は、回転体１３の端部に固定された筒状の回転外枠４１と、その内側で該回転外枠４１と同芯に配置された筒状の回転内枠５５と、これら回転外枠４１及び回転内枠５５の間に介装されたＯリング７（第１の緩衝保持部材）及びゴムブッシュ９（第２の緩衝保持部材）とを備えている。スリップリング２０は従来公知のものを利用可能である。

まず、このスリップリング２０について説明する。
図１に示すように、スリップリング２０は、図１０の構成と同様、非回転の円筒状のスリップリング外筒２５と、その内部の中心に回転可能に設けられたスリップリング軸２３とを備えている。
スリップリング外筒２５の回転体１３に近い側（図示右側）の端部には、中心に孔が形成された円板状の支持部材２７Ａが嵌められている。この支持部材２７Ａの中心孔に、スリップリング軸２３の一端側を支持するベアリングＢ１が取り付けられている。スリップリング外筒２５の反対側の端部付近には、スリップリング軸２３の他端側を支持するもう１個のベアリングＢ２が設けられている。

スリップリング軸２３の図示右側の端部は、ベアリングＢ１を通って回転体１３側に延び出している。この延び出した側の端部には、丸い板状のフランジ２１が取り付けられている。
なお、この例では、フランジ２１の外径がスリップリング外筒２５とほぼ同じであるが、これに限定されるものではなく、より外径が大きいフランジ２１′を利用することも可能である（図６参照、詳細後述）。

スリップリング軸２３の外周には、不図示の集電環が軸方向に並んで複数形成されている。スリップリング軸２３の内部には、回転体１３から引き出された配線（不図示）が通されており、各配線と各集電環とがスリップリング軸２３の内部で電気的に接続されている。
スリップリング軸２３の各集電環に対応して複数のブラシ２９が設けられている。ブラシ２９は、その先端側がスリップリング軸２３の外周面（集電環）に摺動接触しており、根元側が、詳細には図示しないが、非回転側の配線１９に電気的に接続されている。この、ブラシ２９とスリップリング軸２３外周の集電環との摺動接触により、回転体１３側からの電気的信号が非回転側の配線１９へと取り出せるようになっている。
なお、スリップリング外筒２５の図示左側の開口部には、丸い板状の蓋２５ａが取り付けられており、これにより外筒２５内が密閉された状態となっている。

次に、このスリップリング２０の外筒２５を支持する機構について説明する。
図１に示すように、スリップリング外筒２５の外側には、全体として円筒状に形成された回転内枠５５が、２個のベアリングＢ３、Ｂ４を介して、同外筒２５に対して回転可能に組み付けられている。この回転内枠５５は、図示右側に配置された円筒状の内枠本体５３と、その枠体５３の図示左側端部にボルト止めされた環状の押さえ部材５４とで構成されている。このように、回転内枠５５が２つの部品から構成されているのは、組立て時の都合を考慮したものであり、本発明の本質に関わるものではない。以下、説明を複雑にしないため、これら２つの部品５３、５４を１つの部品（回転内枠５５）のように扱って説明する。

回転内枠５５の長さ（軸線方向の寸法）はスリップリング外筒２５の全長よりも短い。回転内枠５５の図示右側の端面はスリップリング外筒２５の端面とほぼ揃っている。回転内枠５５の図示左側の端面においては、内側のスリップリング外筒２５が同端面から突き出しており、その突き出した側の外周部から配線１９が下向きに引き出されている。

ベアリングＢ３、Ｂ４は、回転内枠５５とスリップリング外筒２５との間であって軸方向両端部に取り付けられている。各ベアリングＢ３、Ｂ４の軸方向の位置決めをするために、スリップリング外筒２５の外周には、各ベアリングに対応してスナップリング３５が１つずつ嵌められている。このように、軸方向の両端部にベアリングＢ３、Ｂ４が１つずつ取り付けられていることにより、回転内枠５５とスリップリング２０とが高精度に芯出しされる。

スリップリング外筒２５が短い場合には、ベアリングＢ４を省略し、回転体１３に近い方のベアリングＢ３のみでスリップリング外筒２５を支持することも可能である。しかし、スリップリング外筒２５が長くなると、振れ回りの問題が生じ易くなるため、これを防止するためにも左右両側にベアリングＢ３、Ｂ４が配置されていることが好ましい。
なお、スリップリング外筒２５が長くなる理由としては、ブラシの数を増やしたり、ロータリーエンコーダを一体的に組み込んだり（図６参照、詳細後述）することによって、スリップリング軸２３を長くする必要が生じた場合が挙げられる。

続いて、回転内枠５５の外側に配置された回転外枠４１について説明する。
回転外枠４１は、図１に示すように、回転体１３に連結される側の端部に鍔部４２が形成されたほぼ円筒状の部材である。回転外枠４１は、回転内枠５５よりやや長く形成されており、回転内枠５５のほぼ全体と、同内枠５５の端部に設けられたフランジ２１とを囲っている。回転外枠４１の鍔部４２は、一例としてボルト止めにより、回転体１３の端面に固定される。

鍔部４２の外周には、図２（Ｂ）に示すように、半径方向に延びる１つの切欠き部４２ａが形成されている。この切欠き部４２ａには、フランジ２１の外周部から引き出された配線１７が通されている。配線１７は、切欠き部４２ａを通って鍔部４２の反対面側（回転体１３から離れる側）に引き出され（図１参照）、回転外枠４１の外周面に巻きつけられている。
上記のように、フランジ２１から引き出された配線１７が外枠５５の切欠き部４２ａに引っ掛けられていることにより、回転外枠４１を回転させた際に、内側のフランジ２１及びそれに固定されたスリップリング軸２３も一緒に回転するようになっている。本実施形態の構成の場合、後述する第２の実施形態の構成と比較して、部品点数が少なくて済み、スリップリング支持装置の軽量化にも有利である。

なお、このような構成に限定されるものではない。回転内枠５５とスリップリング軸２３とが一緒に回転する構成（より具体的には、回転内枠５５、回転外枠４１、フランジ２１、及びスリップリング軸２３が一緒に回転する構成）である限り、具体的な構成は種々変更可能である。

回転外枠４１の外周に巻き付けられた配線１７の端部は、図１の破線にて模式的に示すように、再び鍔部４２を通って回転外枠４１の内周側へと引き回され、回転体１３の内孔内を経由して、回転体１３等に取り付けられた不図示のセンサーに繋がっている。
このセンサーとは、一例として、車軸（回転体）の状態を把握するための情報を検出するためのセンサーのことであり、具体的には、車軸の軸方向及び垂直方向の荷重値、車軸の所定箇所の温度、あるいは車軸の曲げ・ねじり応力を検出するためのセンサーである。

図１に示すように、回転外枠４１と回転内枠５５との間には、２種類の緩衝保持部材７、９が介装されている。１つは、両部材４１、５５同士の回転方向（円周方向）の位置決めをするためのゴムブッシュ（第２の緩衝保持部材）９である。もう１つは、両部材４１、５５同士の半径方向及び軸方向の位置決めするためのＯリング（第１の緩衝保持部材）７である。
以下、これらの緩衝保持部材７、９について説明する。

ゴムブッシュ９は、図２及び図３に示すように、中心孔を有する円筒状の弾性部材である。このゴムブッシュ９を収容するために、図３に示す通り、回転外枠４１の内周面には半円状の溝４１ｇが形成されており、それに対向する回転内枠５５の外周面には同じく半円状の溝５５ｇが形成されている。これら２つの溝４１ｇ、５５ｇにより形成された円柱型の穴の中にゴムブッシュ９が嵌め込まれている。図２（Ａ）に示すように、この例では、３個のゴムブッシュ９が円周方向に等間隔で配置されている。

このような３個のゴムブッシュ９により、回転内枠５５と回転外枠４１との相対的な回転が阻止されている。別な言い方をすれば、回転外枠４１の回転力が、複数のゴムブッシュ９を介して回転内枠５５に弾力的に伝達されるようになっている。

なお、ゴムブッシュ９（第２の緩衝保持部材）はこの形状に限定されるものではなく、内孔が形成されていない円柱状部材であってもよいし、あるいは、矩形断面の柱状部材や板状の部材であってもよい。回転外枠４１と回転内枠５５との間に介装されるゴムブッシュ９の数に関しても、３個に限定されるものではなく２個又は４個以上であってもよい。

上記の例では、ゴムブッシュ９の外径が半円状の溝４１ｇ、５５ｇの内径とほぼ同じである。この場合、ゴムブッシュ９の外周面が溝４１ｇ、５５ｇの内周面にぴったりと当接することとなる。この例に限らず、ゴムブッシュ９の輪郭形状あるいは溝５５ｇ等の形状を変更し、溝５５ｇの底（半径方向内側部）とゴムブッシュ９の外周との間に隙間を設けるようにしてもよい。これにより、半径方向の力がゴムブッシュ９を介して回転内枠５５に伝達されにくくなるので、軸芯の平行度や傾きに影響が及んで芯ブレや傾斜振動が生じることが抑制される。

続いて、Ｏリング７について説明する。
Ｏリング７は、中心に円孔を有した中空タイプのものであり、回転外枠４１と回転内枠５５との間において軸線方向の両端部に１個ずつ介装されている。区別のため、回転体１３に近い側のＯリングを符号「７Ａ」で示し、遠い側のＯリングを符号「７Ｂ」で示す。

回転体１３に近い側のＯリング７Ａは、図１に示すように、その半径方向外側が回転外枠４１の内周面（フラットな円周面）に当接し、内側が回転内枠５５の外周面（フラットな円周面）に当接している。
このＯリング７Ａの右側には、回転内枠５５の外周の一部として形成された半径方向の立上り面４４ａが当接しており、同リング７Ａの左側には、回転外枠４１の内周の一部として形成された半径方向の立上り面５７ａが当接している。これらの２つの立上り面４４ａ、５７ａに挟まれることによって、Ｏリング７Ａの軸線方向の移動が阻止されている。

他方のＯリング７Ｂは、上記Ｏリング７Ａ同様、その半径方向外側が回転外枠４１の内周面（フラットな円周面）に当接し、内側が回転内枠５５の外周面（フラットな円周面）に当接している。
このＯリング７Ｂの右側には、回転外枠５５の一部として形成された半径方向の端面５７ｂが当接しており、同リング７Ｂの左側には、回転内枠５５の外周の一部として形成された半径方向の立上り面４４ｂが当接している。これらの２つの面９ａ、４４ａに挟まれることによって、Ｏリング７Ｂの軸線方向の移動が阻止されている。

Ｏリング７が立上り面４４ａ、５７ａ（４４ｂ、５７ｂ）の間に介装されているため、回転外枠４１に加わった軸方向の衝撃力は、緩衝されて回転内枠５５に伝達される。また、この例のように、Ｏリング７の両側面が立上り面４４ａ、５７ａ等に接している場合、回転外枠４１と回転内枠５５との芯出しがより高精度に行われるという利点もある。

次に、これらＯリング７の断面形状及び弾性特性について、より詳細に説明する。
Ｏリング７の材質は、一例として、硬さが６０〜９０Ｈｓ（JIS A ゴム硬度）のゴムである。図１のＯリング７は、その径が３〜６ｍｍ程度（数ミリ程度）中空タイプのものであるが、リングの断面形状はこれに限定されるものではなく、中実円形のＯリングや、楕円形のＯリング、あるいはＸ形（Ｘリング）であってもよい。

ここで、Ｏリング及びＸリングの特性について、以下、図４、図５を参照して説明する。図４は、リングの断面形状とそれに応じた荷重分布の変化を示す図であり、図４（Ａ）が中実Ｏリング、図４（Ｂ）が中空Ｏリング、図４（Ｃ）がＸリングを示している。図５は、各リングの荷重−撓み線図を示している。

図４（Ａ）に示すように、中実のＯリング７′を撓みδ_０（一例として０．２ｍｍ）となるまで押し縮めた状態では、同Ｏリング７′の上下が、回転外枠４１の内周面及び回転内枠５５の外周面に局所的に当接し、その当接した領域で、回転内枠５５に山型の応力分布が生じている。
図５に示す撓み０−撓みδ_０の区間（これを「初期撓み」という）では、Ｏリング７′は、その上下の接触部のみが潰されて少量変形する。この区間では、Ｏリング７′は比較的変形しやすく、荷重−撓み線図は緩やかなカーブを画いている。

一方、Ｏリング７′を、更に撓みδ_１（一例として０．３５ｍｍ）、撓みδ_２（一例として０．５ｍｍ）となるまで押し縮めていくと、Ｏリング７′全体が横に押しつぶされ始める。このようにＯリング７′の変形部分が広がっていくのに伴って、Ｏリング７′を縮ませるのに必要な荷重も急増する。
この状態では、図４（Ａ）に示すように、Ｏリング７′の上下と回転外枠４１の内周面及び回転内枠５５の外周面との接触面積が増大すると共に、Ｏリングからの反発力も大きくなる。図５の破線の曲線に示すように、この区間（撓みδ_０−撓みδ_１、撓みδ_１−撓みδ_２）では、Ｏリング７′は急激に硬変し、荷重−撓み線図は放物線状のカーブを画くこととなる。換言すれば、この中実のＯリング７′は、荷重−撓み線図がほぼ放物線を画くバネ定数であるといえる。

図４（Ｂ）及び図５に示すように、中空のＯリング７も、上記中実のＯリング７′と同様の特性を示す。但し、中空の場合、撓みが増えたときに中実のＯリング７′ほどの急激な荷重増加にはならない（図５の一点鎖線の曲線を参照）。

図４（Ｃ）に示すように、Ｘリング８は、放射状に延び出した４つのリップ部分８ａ、８ａ、８ｂ、８ｂを有しており、上側の２つのリップ部分８ａ、８ａが回転外枠４１の内周面に当接し、下側の２つのリップ部分８ｂ、８ｂが回転内枠５５の外周面に当接している。一般に、Ｘリングは、運動用シールとして優れた機能を備えている。
Ｘリングを撓みδ_０（一例として０．２ｍｍ）、撓みδ_１（一例として０．３５ｍｍ）となるまで押し縮めた状態では、各リップ８ａと回転外枠４１の内周面、及び、各リップ８ｂと回転内枠５５の外周面とのそれぞれ接触部において、山型の応力分布が生じている。
更に、撓みδ_２（一例として０．５ｍｍ）となるまで押し縮めると、リング全体が横に押しつぶされ、上側の２つのリップ８ａの上面全域が回転外枠４１の内周面に接触し、下側の２つのリップ８ｂの下面全域が回転内枠５５の外周面に接触する。この状態での応力分布は、図示するように、各リップの先端付近にピークを有する２山状の応力分布となる。

図５の実線の曲線に示すように、このようなＸリング８も、上記Ｏリング７、７′同様、荷重−撓み線図が放物線状を画くバネ定数を示し、この例では、中実のＯリング７′と中空のＯリング７との中間的な特性を示している。

本実施形態のスリップリング支持装置１では、以上説明したように、回転外枠４１と回転内枠５５との間に介装された２個のＯリング７Ａ、７Ｂによって、回転外枠４１と回転内枠５５との間の半径方向及び軸方向の位置決めが行われ、また、３個のゴムブッシュ９（図２参照）によって、回転外枠４１と回転内枠５５との間の円周方向の位置決めが行われている。
各Ｏリング７（防振材）としては、３〜６ｍｍ程度の比較的小径なものを利用できるので、図１０記載の構成と比較して、装置全体を小型化することが可能となる。

また、このような小径のＯリング７は、図１０記載の構成（防振材１２１）と比較して、荷重を受けた際の撓み量が小さい。したがって、回転外枠４１と回転内枠５５との芯出しを高精度に行うことができ、ひいては、回転体１３とスリップリング軸２３との芯出し精度も向上させることができる。
断面積が大きなリング（図１０の防振材１２１）の場合、弾性回復するときの残留歪みの影響を比較的受けやすいので、その材質によっては、元の状態に正確に復元しないおそれがあり、これにより、芯出し精度が低下する可能性がある。これに対して、本実施形態の構成によれば、小断面積のＯリング７を利用するものであるので、残留歪みの影響を受けにくく、その結果、芯出し精度を向上させることができる。

図１０の防振材１２１を気泡含有のスポンジ等とした場合には、回転時のスリップリングの振れ回りが大きくなるおそれがあったが、本実施形態のように比較的小径のＯリング７を複数個使用する構成であれば、スリップリング２０を高精度に芯出しすることができるので、振れ回りを最小限に抑えることができる。従って、スリップリング軸２３の高速回転に対応可能となり、かつ、スリップリング２０の長寿命化及び高信頼性化にも寄与することができる。

なお、回転体１３に対するスリップリング２０（スリップリング軸２３）の芯出しには一例として０．１ｍｍ単位の精度が求められるところ、本実施形態の構成によれば、こうした高精度の芯出しを実現することができる。
上記のＯリングやＸリングとしては、ＪＩＳ標準品などの汎用品を利用することができる。ＪＩＳ標準品は寸法精度がよく、サイズも豊富であり、安価かつ容易に入手可能である。

（第２の実施形態）
次に、回転内枠５５とスリップリング軸２３とを、その軸２３の端部に取り付けられたフランジ２１を介して連結した例について図６を参照して説明する。
図６に示すように、このスリップリング支持装置２では、スリップリング軸２３の回転体１３（図１参照）に近い側の端部に取り付けられたフランジ２１′が、上記実施形態のフランジ２１よりも大きく形成されており、同図（Ｂ）に示すように、その外周付近の３箇所が回転内枠５５の端面にボルト止めされている。したがって、スリップリング軸２３、それに固定されたフランジ２１′及び回転内枠５５が一体的に回転することとなる。
回転内枠５５と回転外枠４１との間には、第１の実施形態と同様、２個のＯリング７及び３個のゴムブッシュ９が介装されている。

本実施形態の構成によれば、スリップリング軸２３の右端のフランジ２１′を介して、回転内枠５５とスリップリング軸２３とが連結固定されているため、回転内枠５５からの回転力がスリップリング軸２３に確実に伝達される。
また、このようにフランジ２１′と回転内枠５５とが連結固定されている場合、回転内枠５５とスリップリング軸２３とが高精度に芯出しされることとなる。そのため、スリップリング外筒２５と回転内枠５５との間のベアリングＢ３、Ｂ４（図１参照）を１個省略して、図６に示すようにベアリングＢ４のみとすることが可能となる。

なお、図６のスリップリング支持装置２では、回転外枠４１の外周に巻き付けられる配線１７の巻き数が３巻きとなっており、図１の構成と異なっているが、これは本質的な相違ではない。

（第３の実施形態）
次に、上記第２の実施形態のように回転内枠５５とスリップリング軸２３とをフランジ２１′を介して連結固定し、かつ、スリップリング軸２３の端部にロータリーエンコーダ７０を構成した例について図７を参照して説明する。
図７のスリップリング支持装置３の基本的な構造は、上述した図６の支持装置２と同じである。異なっている点の１つは、スリップリングの外筒２５′が図６のものよりも長く形成され、回転内枠５５の左端面から長く突き出ている点である。

また、スリップリング外筒２５′内の図示左側のベアリングＢ２のところでは、スリップリング軸２３の外側に筒状のスリーブ２６が固定的に嵌められ、このスリーブ２６を介して、スリップリング軸２３がベアリングＢ２に支持されている。スリーブ２６はスリップリング軸２３に固定されているため、スリップリング軸２３とともに回転する。
スリーブ２６はベアリングＢ２を通って図示左側に延び出している。このスリーブ２６の延び出した側の端部付近にロータリーエンコーダ７０が構成されている。

ロータリーエンコーダ７０を構成するスリット円盤７１は、その内周がスリーブ２６の外周に固定され、スリップリング軸２３に対して垂直に取り付けられている。スリット円盤７１は、薄い板状の部材であり、一例として、放射状の複数のスリット（不図示）が形成されている。

このスリット円盤７１の一部を挟み込むようにして、エンコーダ７０を構成する他の部品であるセンサユニット７３がスリップリング外筒２５′内周に固定されている。センサユニット７３は一例として光学センサーを内蔵しており、スリット円盤７１のスリットを通過した光を検出することによって、スリップリング軸２３（車軸の回転数に同じ）の回転数を検出する。検出された情報は、配線１９を通じて外部に送出される。

本実施形態の構成によれば、スリップリング内にロータリーエンコーダ７０が設けられているため、スリップリング軸２３の回転角（ひいては車軸の回転数）を検出することができる。具体的には、車輪が回転角１°ごとに（一例として３６０パルスのエンコーダの場合）区分されるので、そこに同期して対応する計測データを貼り合わせることにより、同一区域に異常情報が累積され、車軸側の異常を特定することができる。ロータリーエンコーダ７０が設けられていることにより、異常が車軸側に生じているのか、又は、レール側に生じているのかを判別することができる。
スリップリング軸２３にスリット円盤７１を設け、スリップリング外筒２５′に計測器（不図示）を設けるようにすれば、軸及び外筒を少し延ばすだけで済み、重複する機能を割愛できるため、コンパクト化することができる。かつ、振動緩衝機能を有する支持装置までが共用できるので、狭い軸箱周りの取り付けスペースにも問題なく設置することが可能である。

なお、本実施形態の構成であっても、回転外枠４１と回転内枠５５との間にＯリング７（第１の緩衝保持部材）及びゴムブッシュ９（第２の緩衝保持部材）が介装されているため、それによる作用効果を上記実施形態と同様に得ることができる。

（第４の実施形態）
次に、上記実施形態よりもやや小型のスリップリング２０Ａに対応したスリップリング支持装置４について図８を参照して説明する。
図８に示すように、このスリップリング２０Ａは、第１の実施形態のスリップリング２０（図１参照）のものよりも短いスリップリング外筒２５Ａを備えている。このスリップリング外筒２５Ａの図示右側の開口部には、スリップリング軸２３Ａを支持するベアリングＢ５が嵌め込まれている。この例では、スリップリング軸２３ＡはこのベアリングＢ５のみによって片持ち状に支持されている。

スリップリング軸２３Ａの端部に取り付けられたフランジ２１′は第２の実施形態のものと同じであり、該フランジ２１′の外周付近が、内枠本体５３の端面にボルト止めされている。スリップリング外筒２５Ａの反対側（図示左側）の開口部には蓋２５ａが取り付けられている。
なお、図８では、スリップリング軸２３の外周の集電環及びそれに摺動接触するブラシについては図示を省略している。

スリップリング外筒２５Ａの外側には、第１の実施形態において内枠本体５３に取り付けられていた押さえ部材５４は使用されてなく、内枠本体５３のみが、回転内枠として設けられている。
この内側本体５３の外側には、第１の実施形態と同様の回転外枠４１が設けられており、該回転外枠４１と内枠本体５３との間に、２個の中実Ｏリング７Ａ′、７Ｂ′及び３個のゴムブッシュ９が介装されている。

Ｏリング７Ａ′、７Ｂ′及びゴムブッシュ９の役割は第１の実施形態のものと同じであるが、Ｏリング７′の配置位置が第１の実施形態と比較して異なっている。すなわち、この例では、Ｏリング同士の配置間隔が狭くなっており、図示左側のＯリング７Ｂ′がゴムブッシュ９よりも内側に配置されている。
但し、Ｏリング同士の配置間隔が狭くなったとはいえ、このように互いに所定の間隔をあけて左右２個のＯリング７Ａ′、７Ｂ′が介装されている場合、回転外枠４１と回転内枠（内枠本体５３）との芯出しが精度よく行われる。

ゴムブッシュ９及びそれが収容される構造部（半円状の溝）については、第１の実施形態と同様である。但し、この例では、押さえ部材５４が使用されていないため、その代わりに、回転外枠４１と回転内枠（内枠本体５３）との間にスナップリング５９が嵌められており、それにより、ゴムブッシュ９の抜けが防止されている。

以上説明したように、スリップリング２０Ａが比較的短く小型である場合には、触れ回りの問題が生じにくいので、回転内枠（内枠本体５３）とスリップリング外筒２５Ａとの間のベアリングＢ３、Ｂ４（図１等参照）を省略することができる。
この場合であっても、回転外枠４１と内枠本体５３との間にＯリング７Ａ′、７Ｂ′（第１の緩衝保持部材）及びゴムブッシュ９（第２の緩衝保持部材）が介装されているため、それによる作用効果を上記実施形態と同様に得ることができる。

（第５の実施形態）
図８のスリップリング支持装置の構成を更に変形させた例を図９に示す。
このスリップリング支持装置４′は、基本的な構造は図８のものと同じであるが、回転内枠５５（正確には内枠本体５３）と回転外枠４１との間に配置されていたゴムブッシュ９（図８参照）が省略されている点が相違している。

内枠本体５３と回転外枠４１との間に、２個のＯリング７Ａ′、７Ｂ′が介装されている点は、図８の構成と同じである。ただし、ゴムブッシュ９を省略したのに伴って、一方のＯリング７Ｂ′の配置位置をより端部側（図示左側）に変更している。これにより、Ｏリング同士の間隔がやや広くなっている。

Ｏリング７Ａ′の断面両側部（図の左右両側の部分）は、回転外枠４１の内周に形成された半径方向の端面５７ｂ、及び、回転内枠５３の外周に嵌められたスナップリング５９の片面に当接している。一方、Ｏリング７Ｂ′の両側部は、回転外枠４１の内周に形成された半径方向の立上り面５７ａ、及び、内枠本体５３の外周に形成された半径方向の立上り面４４ａに当接している。こうした構造自体は、第１の実施形態（図１参照）のＯリング７Ａ周りの構造と同様である。また、このように、Ｏリングの断面両側部をそれぞれ半径方向の立上り面４４ａ、５７ａに当接させる構成とすることで、回転外枠４１に対する回転内枠（内枠本体５３）の芯出し精度を向上させることができる点についても、第１の実施形態と同じである。

このように構成された本実施形態のスリップリング支持装置４′であっても、Ｏリング７Ａ′、７Ｂ′で回転内枠（内枠本体５３）を支持するようにしたことによる作用効果は、上記第１の実施形態と同様に得ることができる。

第１の実施形態のスリップリング支持装置の構成を示す断面図である。図１の支持装置の左側面図（同図（Ａ））、及び右側面図（同図（Ｂ））である。回転内枠と回転外枠との間に介装されるゴムブッシュを示す図である。リングの断面形状とそれに応じた荷重分布の変化を示す図であり、図４（Ａ）が中実Ｏリング、図４（Ｂ）が中空Ｏリング、図４（Ｃ）がＸリングを示している。図４のリングの荷重−撓み線図を示している。第２の実施形態のスリップリング支持装置の構成を示す図である。第３の実施形態のスリップリング支持装置の構成を示す図である。第４の実施形態のスリップリング支持装置の構成を示す図である。第５の実施形態のスリップリング支持装置の構成を示す図である。従来のスリップリング支持装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１〜４・・・スリップリング支持装置、７・・・Ｏリング、８・・・Ｘリング、９・・・ゴムブッシュ、１３・・・回転体、１７・・・配線、１９・・・配線、２０、２０Ａ・・・スリップリング、２１、２１′・・・フランジ、２３、２３Ａ・・・スリップリング軸、２５、２５′２５Ａ・・・スリップリング外筒、２５ａ・・・蓋、２６・・・スリーブ、２７Ａ・・・支持部材、２９・・・ブラシ、３５・・・スナップリング、４１・・・回転外枠、４１ｇ・・・溝、４２ａ・・・切欠き部、４４ａ・・・立上り面、５３・・・内枠本体、５４・・・押さえ部材、５５・・・回転内枠、５５ｇ・・・溝、５７ａ・・・立上り面、５９・・・スナップリング、７０・・・ロータリーエンコーダ

Claims

回転するスリップリング軸、非回転のスリップリング外筒、及び該外筒内に取り付けられており前記スリップリング軸の外周と摺動接触するブラシを有し、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリングの支持装置であって、
前記回転体の端部に固定される筒状の回転外枠と、
該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒の外周部にベアリングを介して組み付けられている筒状の回転内枠と、
前記回転外枠と該回転内枠との間に介在して、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持する第１の緩衝保持部材と、
前記回転外枠の一部と該回転内枠の一部との間にまたがるように配置され、前記回転内枠を前記回転外枠に対して円周方向に防振保持する第２の緩衝保持部材と、
を備えることを特徴とするスリップリング支持装置。
回転するスリップリング軸、非回転のスリップリング外筒、及び該外筒内に取り付けられており前記スリップリング軸の外周と摺動接触するブラシを有し、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリングの支持装置であって、
前記回転体の端部に固定される筒状の回転外枠と、
該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒を取り囲むと共に、前記スリップリング軸に取り付けられたフランジの外周部が固定される筒状の回転内枠と、
前記回転外枠と該回転内枠との間に介在して、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持する第１の緩衝保持部材と、
前記回転外枠の一部と該回転内枠の一部との間にまたがるように配置され、前記回転内枠を前記回転外枠に対して円周方向に防振保持する第２の緩衝保持部材と、
を備えることを特徴とするスリップリング支持装置。
前記第１の緩衝保持部材がリング状の弾性部材であり、前記回転内枠と前記回転外枠の間の軸方向両端部に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスリップリング支持装置。
前記スリップリング軸の軸方向又は半径方向の荷重を受けた際の、第１の緩衝保持部材の荷重−撓み曲線が放物線状の非線形特性を示すことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスリップリング支持装置。
前記第１の緩衝保持部材が、中実Ｏリング、中空Ｏリング、又はＸリングであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスリップリング支持装置。
前記回転外枠の内周部に溝が形成されると共に、前記回転内枠の外周部にも、該溝に対向する他の溝が形成されており、
前記各第２の緩衝保持部材は、前記溝同士の間に嵌め込まれた複数の弾性部材であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスリップリング支持装置。
前記第２の緩衝保持部材を前記溝内に収容した際に、該緩衝保持部材の外周と前記溝の底との間に隙間が確保されていることを特徴とする、請求項６に記載のスリップリング支持装置。
前記スリップリング軸と前記回転内枠とが、前記スリップリング軸の端部に固定されたフランジを介して、相互に固定連結されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のスリップリング支持装置。
前記スリップリング外筒と前記回転内枠との間のベアリングが、前記スリップリング外筒の軸方向両端部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のスリップリング支持装置。
前記スリップリング軸における前記回転体から離れた側の端部に、ロータリーエンコーダが構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のスリップリング支持装置。
回転するスリップリング軸、非回転のスリップリング外筒、前記スリップリング軸に取り付けられたフランジ、及び該外筒内に取り付けられており前記スリップリング軸の外周と摺動接触するブラシを有し、回転体から非回転部位に信号を取り出すスリップリングの支持装置であって、
前記回転体の端部に固定されると共に、前記スリップリングのフランジから径方向外側に引き出された配線が架け渡され該フランジと一体に回転する筒状の回転外枠と、
該回転外枠の内周部において、前記スリップリング外筒を取り囲む筒状の回転内枠と、
前記回転外枠と該回転内枠との間で、前記スリップリング軸の軸方向に互いに離れて配置され、該回転内枠を前記回転外枠に対して半径方向及び軸方向に防振保持する２つの緩衝保持部材と、
を備えることを特徴とするスリップリング支持装置。
前記緩衝保持部材がリング状の弾性部材であって、その断面両側部が、前記回転内枠の一部に形成された半径方向の立上り面と、前記回転外枠の一部に形成された半径方向の立上り面と、に当接していることを特徴とする、請求項１１に記載のスリップリング支持装置。