JP2010215051A - 回転接触式の給電構造 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電極やリード部や固定軸の摺動摩擦を解消して、電極等の摩耗や可動構造体の移動操作性の低下等を防止する。
【解決手段】帯状の外部固定電極２に接する円環状の外側回転電極３と、外側回転電極の中心に配置された断面円形の内部固定電極５と、外側回転電極と内部固定電極とに接して自転しながら公転する複数の断面円形の内側回転電極４と、内部固定電極に接続されたリード回路１１とを備える給電構造を採用する。外側回転電極３と内部固定電極５とに内側回転電極４を係合させる環状の溝部６，７を設けた。内部固定電極５の半径をＲ１，内側回転電極４の半径をＲ２，内側回転電極の数をｎとした時、（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎ（π／ｎ）＜Ｒ２の関係を満たすようにする。外側回転電極３と内側回転電極４と内部固定電極５との各接触面３ａ，４ａ，５ａの摩擦係数を同等とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車のスライド構造体への常時給電のために、電源側の帯状電極に受電側の回転電極を回転式に接触させる回転接触式の給電構造に関するものである。

図８は、従来の回転接触式の給電構造の一形態を示すものである（特許文献１参照）。

この給電構造は、長尺な基体５１に設けられた帯状の導電板５２と、絶縁製のハウジング５３内に収容され、導電板５２に接触する円形の回転接触子５４と、回転接触子５４を回転自在に支える固定軸５５と、ハウジング内で回転接触子５４に接触したリード端子５６とを備えたものである。

リード端子５６には電線５７が圧着接続されている。導電板５２は、自動車の車両ボディ側でスライドドア用のガイドレール（５１）に沿って配置されて、バッテリ（図示せず）に接続される。ハウジング５３と回転接触子５４とリード端子５６とで成るスライドユニット５８はスライドドア（図示せず）に配設される。スライドドアの開閉に伴って、回転接触子５４が導電板５２上を回転しつつ接触する。導電板５２から回転接触子５４を介してリード端子５６から電線５７でスライドドア側の補機に常時給電が行われる。

ハウジング５３やリード端子５６を用いずに、ガイドレールに摺動自在に接触するスライドドア側の金属製のローラを利用して、スライドドアへの給電を行うものとしては、特許文献２に記載されたものが挙げられる（図示せず）。

特開２００１−２４４０３４号公報（図５） 特開平２−１８９２５２号公報（図２）

しかしながら、上記従来の回転接触式の給電構造にあっては、回転接触子（回転電極）５４とリード端子（リード部）５６とが摺動摩耗を生じやすく、また、回転接触子５４と固定軸５５とが摺動摩耗を生じやすく、それらの場合に、摩耗金属粉が電気的接続部において短絡を生じたり、接点寿命が短くなったり、摩擦抵抗の増大によってスライドドア（可動構造体）の開閉操作性が低下したりし兼ねないという懸念があった。

これらの懸念は、自動車のスライドドアに限らず、スライドシートや、自動車以外の車両や車両以外の装置等のスライドドアやスライドシート等においても同様に生じ得るものである。これらスライドドア等を可動構造体と総称し、車両ボディ等を固定構造体と総称する。

本発明は、上記した点に鑑み、回転電極やリード部や固定軸の摺動摩擦を解消して、電極等の摩耗や可動構造体の移動操作性の低下等を防止することのできる回転接触式の給電構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る回転接触式の給電構造は、帯状の外部固定電極に接する円環状の外側回転電極と、該外側回転電極の中心に配置された断面円形の内部固定電極と、該外側回転電極と該内部固定電極とに接して自転しながら公転する複数の断面円形の内側回転電極と、該内部固定電極に接続されたリード回路とを備えることを特徴とする。

上記構成により、内部固定電極が非回転で外部固定電極と平行に移動しつつ、外側回転電極が外部固定電極に沿って転がり接触するに伴って（それと同時に）、各内側回転電極が自転して内部固定電極に沿って転がり接触しつつ、内部固定電極を中心に外側回転電極に沿って公転する。リード回路は不動の内部固定電極に接続固定される。給電は、電源側の外部固定電極から外側回転電極、内側回転電極、内部固定電極の順でリード回路に通電される。外部固定電極は固定構造体に配設され、内部固定電極は可動構造体に連結され、リード回路が可動構造体側に接続される。

請求項２に係る回転接触式の給電構造は、請求項１記載の回転接触式の給電構造において、前記外側回転電極と前記内部固定電極とに前記内側回転電極を係合させる環状の溝部が設けられたことを特徴とする。

上記構成により、外側回転電極の内周の溝部に各内側回転電極の外側周部が回転自在に係合し、内部固定電極の外周の溝部に各内側回転電極の外側周部とは１８０°反対側の内側周部が回転自在に係合することで、外側回転電極と各内側回転電極と内部固定電極とが外れることなく一つのユニットとして組み立てられる。

請求項３に係る回転接触式の給電構造は、請求項１又は２記載の回転接触式の給電構造において、前記内部固定電極の半径をＲ１、前記内側回転電極の半径をＲ２、該内側回転電極の数をｎとした時、（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎ（π／ｎ）＜Ｒ２の関係を満たすことを特徴とする。

上記構成により、（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎ（π／ｎ）で与えられる値、すなわち隣接する二つの内側回転電極の各中心を結ぶ線（仮想線）の１／２の長さが、内側回転電極の半径Ｒ２よりも小さく設定されることで、隣接する二つの内側回転電極同士の干渉（ぶつかり）が防止され、干渉に伴う摩耗が阻止される。

請求項４に係る回転接触式の給電構造は、請求項１〜３の何れかに記載の回転接触式の給電構造において、前記外側回転電極と前記内側回転電極と前記内部固定電極との各接触面の摩擦係数を同等としたことを特徴とする。

上記構成により、各内側回転電極が外側回転電極の接触面と内部固定電極の接触面とに同じ摩擦係数（摩擦抵抗）で回転接触することで、各内側回転電極の初期設定位置が変化することなく維持され、内側回転電極同士のぶつかりが防止される。

請求項５に係る回転接触式の給電構造は、請求項１〜４の何れかに記載の回転接触式の給電構造において、前記外側回転電極と前記内側回転電極と前記内部固定電極と前記リード回路とで成る回転接触ユニットと、前記外部固定電極とが複数並列に配置されたことを特徴とする。

上記構成により、一方の外部固定電極が一方の回転接触ユニットに接続され、他方の外部固定電極が他方の回転接触ユニットに接続されるというように、各外部固定電極が各回転接触ユニットに接続されることで、多回路の接続給電に対応可能となる。

請求項１記載の発明によれば、内側回転電極が内部固定電極と外側回転電極とに滑り接触ではなく転がり接触で電気的に接続されるから、内側回転電極や内部固定電極や外側回転電極の摩耗が起こりにくく、摩耗や摩耗粉の発生に伴う電気的接続性の低下や、内部固定電極を連結するスライドシート等の可動構造体の移動操作性の低下が防止され、可動構造体への常時給電の信頼性が高まる。

請求項２記載の発明によれば、各内側回転電極を各溝部に係合させることで、各内側回転電極と外側電極と内部電極とを位置ずれなくコンパクトに組み立てることができ、それにより、給電構造が簡素化・コンパクト化すると共に、給電構造の搬送や取り扱いが容易化する。

請求項３記載の発明によれば、隣接する内側回転電極間の隙間が確保されることで、隣接する内側回転電極同士のぶつかりが防止され、ぶつかりに伴う内側回転電極同士の摩耗が阻止されると共に、外側回転電極と内部固定電極とに対する内側回転電極の転がり接触が滑りなく確実に行われて、外側回転電極と内部固定電極との摩耗も確実に防止され、常時給電の信頼性が向上する。

請求項４記載の発明によれば、各内側回転電極の初期位置が経時的に確保されることで、隣接する内側回転電極同士のぶつかりが防止され、ぶつかりに伴う内側回転電極同士の摩耗が阻止されると共に、外側回転電極と内部固定電極とに対する内側回転電極の転がり接触が滑りなく確実に行われて、外側回転電極と内部固定電極との摩耗も確実に防止され、常時給電の信頼性が向上する。

請求項５記載の発明によれば、各外部固定電極を各回転接触ユニットに接続することで、多回路の接続給電に対応することができ、例えばスライドシートやスライドドアといった可動構造体内の電装品等の増加に対応可能となる。

本発明に係る回転接触式の給電構造の一実施形態を示す一部断面とした斜視図である。 同じく給電構造を示す正面図である。 同じく給電構造を示す側面図である。 給電構造の各部材の位置決め手段を示す一部断面とした正面図である。 給電構造の総組立状態を示す全体斜視図である。 給電構造の作用を説明的に示す概略側面図である。 給電構造の各部材の最適寸法形状を検討するための概略側面図である。 従来の回転接触式の給電構造の一形態を示す縦断面図である。

図１〜図３は、本発明に係る回転接触式の給電構造の一実施形態を示すものである。

図１の如く、この給電構造は、ガイドレール１に設けた導電金属製の帯板状の外部固定電極２と、外部固定電極２に沿って回転式に接触する導電金属製の大径な円形環状の外側回転電極３と、外側回転電極３の中心に配置された導電金属製の円柱軸形状の内部固定電極５と、外側回転電極３の内周面（接触面）３ａと内部固定電極５の外周面（接触面）５ａとに沿って自転しながら公転する導電金属製の複数の小径な円形ローラ状の内側回転電極４とを備えたものである。

内側回転電極４は同一径に形成され、本例では外側回転電極３と内部固定電極５との周方向に六つ等間隔で配置されている。各内側回転電極４は例えば各中心軸（図示せず）で環状のホルダ（図示せず）に組み付けてユニット化してもよいが、本例では構造をコンパクト化するべく、中心軸やホルダ等を用いずに、外側回転電極３内に各内側回転電極４を回転自在に収容している。

すなわち、図３〜図４にも示す如く、外側回転電極３の内周に幅広な環状の溝部６を設け、溝部内に各内側回転電極４の外周部（符号４ａで代用）を回転自在に係合させ、溝部６の内周面３ａに各内側回転電極４の外周面（接触面）４ａを回転自在に接触させている。溝部６の左右両側は環状で鍔状の突条６ａとなっており、両突条６ａで各内側回転電極４の軸方向への位置ずれ（横ずれ）が阻止されている。外側回転電極３の外周面３ｂと内周面３ａとは同心に形成され、外周面３ｂと内周面３ａとの間の板厚は全周に渡って均一である。

また、内部固定電極５の外周に同様の幅広な環状の溝部７を設け、溝部内に各内側回転電極４の外周部４ａを回転自在に係合させ、溝部７の外周面５ａに各内側回転電極４の外周面４ａを回転自在に接触させている。溝部７の左右両側は環状で鍔状の突条７ａとなっており、両突条７ａで各内側回転電極４の軸方向への位置ずれ（横ずれ）が阻止されている。

内部固定電極５の溝部７に各内側回転電極４が係合することで、内部固定電極５に対して各内側回転電極４が軸方向に位置決めされ、各内側回転電極４に外側回転電極３の溝部６が係合することで、各内側回転電極４に対して外側回転電極３が軸方向に位置決めされ、それによって三つの部材３〜５，が相互に外れなく位置決め保持し合っている。図３，図４で符号２は外部固定電極である。

図４において、例えば内部固定電極５の一側の突条７ａを含む円板部７ｂを電極本体５’にボルト締め等で組み付け式としたり、あるいは外側回転電極３の一側の突条６ａを含むリング部６ｂを電極本体３’にボルト締め等で組み付け式とすることで、径方向内外の両溝部６，７に各内側回転電極４を容易に組み付けることができる。

図１の如く、一つの内部固定電極５と複数の内側回転電極４と一つの外側回転電極３と後述の電線（リード回路ないしリード部）１１とで回転接触ユニット８が構成されている。

内部固定電極５を合成樹脂製の軸部（５）と、軸部の外周面に固着させた金属製等の導電層（５ａ）とで構成したり、内側回転電極４を合成樹脂製のローラ部（４）と、ローラ部の外周面に固着させた金属製等の導電層（４ａ）とで構成したり、外側回転電極３を合成樹脂製のリンク部（３）と、リング部の内周面と外周面とに連絡して固着させた金属製等の導電層（３ａ，３ｂ）とで構成することも可能である。

図１，図２の例では二つの回転接触ユニット８を軸方向に並列に配設し、ガイドレール１に二本の外部固定電極２を配設して、多回路接続に対応させている。回転接触ユニット８の数は回路数に応じて三ないしそれ以上とすることも可能である。外部固定電極２は絶縁層（図示せず）を介して金属製のガイドレール１に配設され、ガイドレールにおける短絡等が阻止されている。絶縁樹脂製のガイドレール１を用いた場合は外部固定電極２の絶縁層は不要である。

二つの回転接触ユニット８における各内部固定電極５は左右に分離して同心に配置され、共通の絶縁性の略筒状の軸ホルダ９（図２）で不動に保持固定され、軸ホルダ９の一部が各内部固定電極５ごとに孔状に切欠されて、各孔部１０において給電用の各電線１１の先端の導体部１１ａが各内部固定電極５の導電性の外周面５ａにハンダ付け等で接続固定されている。一つの内部固定電極５に対して複数本の電線１１を接続することも可能である。

軸ホルダ９には上向きの複数本の支柱１２が各外側回転電極３の中間と左右外側とにおいて一体に設けられ、図１，図３の如く支柱１２は、外側回転電極３の上側で水平な板部材１３の孔部１４を貫通して、支柱１２の上部（頭部）１２ａが上側のブラケット１５の左右方向の水平な溝状の嵌合部１６に側方から挿入されて嵌合固定されている。支柱１２とブラケット１５との固定手段は嵌合部１６等以外にねじ止め等を適宜設定可能である。

図２の如く、水平な板部材１３は支柱１２に固定され、各支柱１２を連結固定する作用をし、また、各電線１１をブラケット１５に沿って上向きに挿通案内する各孔部１４（図１）を有し、また、ガイドレール１の底壁１８から立設された左右両側の壁部１９の上段部１９ａに板部材１３の左右端部１３ａが摺接自在に支持されて、各外側回転電極３と各外部固定電極２との接触を均一な接圧で行わせるスタビライザの作用をする。

ブラケット１５は、板部材１３に沿う水平な鍔部２０と、鍔部２０から上向きに突出した板部２１とで成り、板部２１が例えば自動車のスライドシート（図示しない可動構造体）に固定される。図５にも示す如く、ガイドレール１はスライドシートを前後にスライドさせるストローク長さで長形に形成されて、車両ボディ（固定構造体）のフロアに水平に配置される。

ガイドレール１はスライドシートのスライド用のガイドレールとして兼用することが好ましい。スライドシートのスライド移動に伴って各回転接触ユニット８が矢印Ａの如くガイドレール１の前端から後端までの範囲で移動する。ガイドレール１の前後端には外側回転電極３を当接停止させるストッパ壁部２２（図１）が設けられている。

図１において、電線１１はスライドシート側の補機等（図示せず）に接続され、外部固定電極２が車両のバッテリ（図示せず）に接続されて、外部固定電極２〜外側回転電極３〜内側回転電極４〜内部固定電極５〜電線１１の順でスライドシート側に常時給電が行われる。

スライドシート側のセンサ等で発信される信号電流は、上記とは逆の順序で車両の制御部（図示せず）に送られる。図１の構造を上下逆に配置して、車両フロア側に回転接触ユニット８を配設し、スライドシート側に外部固定電極２を配設することも可能である。この場合は電線１１が電源側に接続される。

図３の如く、ブラケット１５と支柱１２が一体に水平移動しつつ、外側回転電極３が水平な外部固定電極２に沿って回転し、各内側回転電極４が外側回転電極３と内部固定電極５とに沿って自転しつつ公転する。

図６に概要説明図を示す如く、外部固定電極２に沿って外側回転電極３が矢印Ｂの如く時計回りに回転すると同時に、各内側回転電極４が外側回転電極３と内部固定電極５との間で矢印Ｃの如く時計回りに自転しつつ、外側回転電極３の内周面と内部固定電極５の外周面とに沿って矢印Ｄの如く公転し、外側回転電極３と各内側回転電極４と内部固定電極５とが一体に回転接触ユニット８として矢印Ａの如く右方向に水平移動する。外側回転電極３が矢印Ｂとは反対に反時計回りに回転した場合は、各内側回転電極４は反時計回りに自転及び公転し、回転接触ユニット８は左方向に水平移動する。

図７は、回転接触ユニット８を各内側回転電極４同士のぶつかり合いなく転がり接触のみでスムーズに移動させるための検討説明図を示すものである。

図７で、符号Ｒ１は内部固定電極５の半径、Ｒ２は内側回転電極４の半径、Ｒ３は外側回転電極３の半径、θは、隣接する二つの内側回転電極４の各中心Ｓ２と、内部固定電極５の中心Ｓ１とを結ぶ二本の線ｄのなす開き角の１／２の角度、２は外部固定電極をそれぞれ示している。

（１）外側回転電極３と内側回転電極４が回転する条件としては、
Ｒ１＋２×Ｒ２＝Ｒ３であることが必要である。

（２）各内側回転電極４同士が相互に干渉しないための条件としては、
（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎθ＜Ｒ２ ……（ａ）
であることが必要である。すなわち、内部固定電極５の半径Ｒ１と内側回転電極４の半径Ｒ２との和にｓｉｎθを掛けた積は、隣接する二つの内側回転電極４の中心Ｓ２間の距離の半分であり、その値が内側回転電極４の半径Ｒ２よりも小さければ、隣接する二つの内側回転電極４同士がぶつからないことになる。

ここで、内側回転電極４の数をｎとすると、θ＝π／ｎ ……（ｂ）
（ｂ）を（ａ）に代入すると、（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎ（π／ｎ）＜Ｒ２ ……（ｃ）
であることが必要である（πの単位はラジアンで角度は１８０°である）。

具体的には、例えばｎ＝６、θ＝３０°、Ｒ１＝１、Ｒ２＝１．１である場合、
上記（ｃ）式は、（１＋１．１）×ｓｉｎ３０°＝１．０５であり＜１．１を満たす。

また、ｎ＝４、θ＝４５°、Ｒ１＝１、Ｒ２＝２．５である場合、
上記（ｃ）式は、（１＋２．５）×ｓｉｎ４５°＝２．４７であり＜２．５を満たす。

また、ｎ＝３、θ＝６０°、Ｒ１＝１、Ｒ２＝７である場合、
上記（ｃ）式は、（１＋７）×ｓｉｎ６０°＝６．９３であり＜７を満たす。

このように、上記（ｃ）式を満たすように、内側回転電極４の数ｎ、内側回転電極４の半径Ｒ２、内部固定電極５の半径Ｒ１を設定することで、各内側回転電極４同士をぶつける（干渉させる）ことなく、内部固定電極５と外側回転電極３とに沿って滑り接触なく転がり接触のみでスムーズに回転移動させることができる。

各内側回転電極４同士がぶつからないので、各軸部やホルダ（図示せず）を用いた各内側回転電極４の支持が不要となり、給電構造が簡素化、コンパクト化される。また、内側回転電極４同士の摩耗が防止される。また、内部固定電極４が外側回転電極３と内部固定電極５とに対して滑りなく転がり接触のみで回転することで、内側回転電極４と外側回転電極３と内部固定電極５との摩耗が防止され、常時給電の信頼性が向上する。

各内側回転電極４同士の間隔を保持させるためには、上記以外に、内部固定電極５と内側回転電極４と外側回転電極３との表面摩擦すなわち摩擦係数を同等に設定することで、各内側回転電極４の初期組み付け時の間隔を維持させることができる。

なお、上記実施形態においては、内部固定電極５の外周面５ａと内側回転電極４の外周面４ａと外側外転電極３の内周面３ａとを凹凸のない滑らかな曲面で形成したが、内部固定電極５の外周面５ａと内側回転電極４の外周面４ａと外側外転電極３の内周面３ａとに凹凸を形成し、凹凸のなす抵抗によって駆動力を確実に伝えるようにすることも可能である。凹凸としてはショットピーニングで各面を荒らしたり、歯車状の歯部を設けたりすることが可能である。但しこの場合はコスト高になる懸念がある。

また、上記実施形態においては、スライドシートに適用した例で説明したが、スライドシート以外に例えば自動車のスライドドアに適用する場合は、図５のガイドレール１を例えば車両ボディの昇降口のステップの下側に配設し、ガイドレール１に配置された回転接触ユニット８のリード用の電線１１（図１）をスライドドアまで水平に配索する（スライドドアが開き時に車両ボディから外側に離間する分の余長を持たせる必要がある）。

ガイドレール１としては、スライドドアをスライド移動させるためのガイドレールを適用可能である。ガイドレール１とその内側の回転接触ユニット８とを車両ボディではなくスライドドアに水平に配設することも可能である。

本発明は、回転接触式の給電構造以外に、回転接触式の給電装置や、給電用の電気接続構造や電気接続装置等としても有効なものである。

本発明に係る給電装置は、自動車や自動車以外の車両や車両以外の装置等におけるスライドシートやスライドドアといった可動構造体への常時給電のために利用することができる。

２ 外部固定電極
３ 外側回転電極
３ａ 内周面（接触面）
４ 内側回転電極
４ａ 外周面（接触面）
５ 内部固定電極
５ａ 外周面（接触面）
６，７ 溝部
８ 回転接触ユニット
１１ 電線（リード回路）

Claims (5)

1. 帯状の外部固定電極に接する円環状の外側回転電極と、該外側回転電極の中心に配置された断面円形の内部固定電極と、該外側回転電極と該内部固定電極とに接して自転しながら公転する複数の断面円形の内側回転電極と、該内部固定電極に接続されたリード回路とを備えることを特徴とする回転接触式の給電構造。
2. 前記外側回転電極と前記内部固定電極とに前記内側回転電極を係合させる環状の溝部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の回転接触式の給電構造。
3. 前記内部固定電極の半径をＲ１、前記内側回転電極の半径をＲ２、該内側回転電極の数をｎとした時、（Ｒ１＋Ｒ２）×ｓｉｎ（π／ｎ）＜Ｒ２の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の回転接触式の給電構造。
4. 前記外側回転電極と前記内側回転電極と前記内部固定電極との各接触面の摩擦係数を同等としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の回転接触式の給電構造。
5. 前記外側回転電極と前記内側回転電極と前記内部固定電極と前記リード回路とで成る回転接触ユニットと、前記外部固定電極とが複数並列に配置されたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の回転接触式の給電構造。

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