JP2012079433A - スリップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシ摺接により発生する熱により、黒鉛による固体潤滑性能が劣化する。
【解決手段】一実施形態によれば、軸体１０１と、各外周壁にスリップリングが形成される２段の第１電極リング１２１と、各外周壁に接触する２つのブラシ１７と、ブラシ１７及び各第１電極リング１２１よりも上側に設けられた絶縁体１３と、絶縁体１３よりも上側に設けられ各内周壁にスリップリングが形成される２段の第２電極リング１１１と、各内周壁に接触する２つのブラシ１６と、ブラシ１６が第２電極リング１１１の内周壁に接触して発生する熱を放熱し、第２電極リング１１１の外周壁よりも軸体１０１の径方向外方に設けられた放熱部材２３と、を備え、この放熱部材２３は、熱をブラシ１６の接触面とは反対側の外周壁から受けて放熱するスリップリング装置１が提供される。
【選択図】図３

Description

一実施形態はスリップリング装置に関する。

例えばレーダ装置等のアンテナ指向装置は上下垂直方向に延びる回転軸を持つ縦型のスリップリング装置を有する。この種のスリップリング装置においては、回転側に電極リングを設け、固定側にブラシを設け、このブラシが電極リングのリング外周面に摺接可能になっている。回転側の電極リングが回転駆動されると、固定側のブラシがリング外周面に摺接し、回転側と固定側との間で電気的結合が行われる。ブラシ材質に黒鉛を含有させることによりブラシの配向性を高めて、ブラシの摺接に伴う摩擦の低減が図られている。

特開２００３−３２４９０５号公報 特許第２８４８８３８号公報 特開平０７−２３５４６号公報

ところで、電極リングであるスリップリングは、上下方向に複数積重状に配置されているため、ブラシとスリップリングの外周面とが摺接して磨耗粉が生じる。この磨耗粉はブラシ摺接箇所よりも下方のスリップリング上面に堆積する。スリップリングが回転すると、その回転駆動により摩耗粉がスリップリングの周囲に飛び散る。摩耗粉が、ブラシを支持するフレームの表面や、スリップリングを覆うカバーの内壁に付着する。電気的結合において高精度での電力調整が困難となり、電気ノイズや絶縁不良を招くという問題を有する。

このため、本発明者は、既に、回転駆動自在に支持されるものであって、内周壁にスリップリングが形成される第１の回転部と外周壁にスリップリングが形成される第２の回転部とが同軸的に積重されて配置された回転体と、この回転体の第１及び第２の回転部間に介在され、相互間を電気的に絶縁する絶縁板と、前記回転体の回転に連動して前記第１の回転部のスリップリングに摺接される第１のブラシと、前記回転体の回転に連動して前記第２の回転部のスリップリングに摺接される第２のブラシとを備えたスリップリング装置を提案した。このスリップリング装置は、第１のブラシ及びリング内周壁とを接触させ、第２のブラシ及びリング外周壁とを接触させる。

しかしながら、各電極リングはそれぞれ直流電源から大電流を給電され、ブラシ摺接により熱が発生し、この熱により、黒鉛による固体潤滑性能が劣化することがある。

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、上下方向に延びる軸の周りに回転可能に支持される軸体と、それぞれこの軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各外周壁にスリップリングが形成される複数の第１電極リングと、それぞれこれらの第１電極リングの各外周壁に接触し、前記複数の第１電極リングの間で同じ電位の給電を行う複数の第１のブラシと、これらの第１のブラシおよび前記複数の第１電極リングよりも前記軸体の軸方向両端のうちの一方の端側に設けられた電気的な絶縁体と、それぞれこの絶縁体よりも前記一方の端側に設けられ、前記軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各内周壁にスリップリングが形成される複数の第２電極リングと、それぞれこれらの第２電極リングの各内周壁に接触し、前記複数の第２電極リングの間で同じであり前記電位と異なる電位の給電を行う複数の第２のブラシと、前記第２のブラシが前記第２電極リングの内周壁に接触して発生する熱を放熱し、この第２電極リングの外周壁よりも前記軸体の径方向外方に設けられた放熱部材と、を備え、この放熱部材は、前記熱を前記第２のブラシの接触面とは反対側の前記外周壁から受けて放熱することを特徴とするスリップリング装置が提供される。

また、別の一実施形態によれば、上下方向に延びる軸の周りに回転可能に支持される軸体と、それぞれこの軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各内周壁にスリップリングが形成される複数の第２電極リングと、それぞれこれらの第２電極リングの各内周壁に接触し、前記複数の第２電極リングの間で同じ電位の給電を行う複数の第２のブラシと、これらの第２のブラシおよび前記複数の第２電極リングよりも前記軸体の軸方向両端のうちの他方の端側に設けられた電気的な絶縁体と、それぞれこの絶縁体よりも前記他方の端側に設けられ、前記軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各外周壁にスリップリングが形成される複数の第１電極リングと、それぞれこれらの第１電極リングの各外周壁に接触し、前記複数の第１電極リングの間で同じであり前記電位と異なる電位の給電を行う複数の第１のブラシと、前記第１のブラシが前記第１電極リングの外周壁に接触して発生する熱を受熱し、この第１電極リングの内周壁に貼設された素子と、を備え、この素子は、前記熱を前記第１のブラシの接触面とは反対側の前記内周壁から受熱することを特徴とするスリップリング装置が提供される。

実施形態に係るスリップリング装置の斜視図である。 実施形態に係るスリップリング装置をカバーを取り払った状態で下方から見た斜視図である。 実施形態に係るスリップリング装置の第１の電極リング、第２の電極リング及び絶縁体を含むアウターリング単体の正面図である。 実施形態に係るスリップリング装置の上面図である。 実施形態に係るスリップリング装置の下面図である。 従来例に係るスリップリング装置の正面図である。 他の実施形態に係るスリップリング装置の上面図である。 他の実施形態に係るスリップリング装置の下面図である。

以下、実施の形態に係るスリップリング装置について、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
図１（ａ）は実施の形態に係るスリップリング装置の斜視図である。図１（ｂ）はカバーを取り払った状態のスリップリング装置を上方から見た斜視図である。図２はカバーを取り払った状態のスリップリング装置を下方から見た斜視図であり、同図には電極リングの段数を適宜多くして多層に配置し、上板を取付けした場合のアウターリングが示されている。図３はアウターリング単体の正面図である。図４Ａは内外リング、ブラシ及びブラシホルダの配置構造を示すスリップリング装置の上面図である。図４Ｂは内外リング等の配置構造を示すスリップリング装置の下面図である。図４Ａ、図４Ｂではカバーを取り払った状態の同じスリップリング装置の構造例が示されており、図４Ａ、図４Ｂの矢印Ａは図３の正面方向に対応する。これらの図中、同じ符号を持つ要素は互いに同じ要素を表す。

スリップリング装置１は縦軸周りに互いに同軸的に積層状に配置された複数の環状の電極リングと、複数のブラシの群とを介して電源電力及び信号を伝達する縦型の回転体装置である。スリップリング装置１は、複数の電極リングのうち上半分の各電極リングを全てグラウンド電位用のスリップリングとし、高さ方向中央部に設けた絶縁インシュレータを介して下半分の各電極リングを全てプラス電位用のスリップリングとして用いている。本実施形態では、スリップリング装置１は、これらの全電極リングのうち、上半分のグラウンド電位用の各電極リングと、下半分のプラス電位用の各電極リングとを個別に冷却する構造を有する。

スリップリング装置１は、図示しない駆動機構から駆動力を伝達され上下軸線方向に沿って回転する軸体（回転軸）１０１と、この軸体１０１の回転とともに回転する中空円筒状のアウターリング１０と、アウターリング１０の内部に配置されたインナーリング１８と、アウターリング１０の外周部を覆うカバー１９とを備えている。

軸体１０１はロータシャフトである。アウターリング１０は、スリップリング装置１に接続された電源からの直流電力を、スリップリング装置１に接続された例えばアンテナ指向装置などに給電するための電源段リングである。電源は、プラス電位用のホット端子と、接地電位用のリターン端子とを有する。インナーリング１８は信号伝送用の信号段リングである。インナーリング１８は軸体１０１の外周面に固定されている。アウターリング１０の内周面がインナーリング１８の外周面に対して接触しないようにして、これらのインナーリング１８及びアウターリング１０は内外互いに嵌挿されている。

スリップリング装置１が伝達可能な電源電力及び信号のうち電源電力の伝達機能について述べると、アウターリング１０は、図３に示すように、それぞれ回転体でありグラウンド電位が印加される２段の接地電極リング１１１（第２電極リング）と、それぞれ回転体でありプラス電位が印加される２段のプラス電極リング１２１（第１電極リング）と、下側接地電極リング１１１及び上側プラス電極リング１２１間を電気的に絶縁する絶縁板１３（絶縁体）とを備えている。２０はフランジ部を表す。

２段の接地電極リング１１１はいずれも円筒状であり接地電極段リング１１を構成する。接地電極リング１１１どうしは空隙を介して分離されている。２段のプラス電極リング１２１も円筒状でありプラス電極段リング１２を構成する。プラス電極リング１２１どうしも空隙を介して分離されている。接地電極段リング１１及びプラス電極段リング１２はともに二層円筒形状を外観上呈する。アウターリング１０は、軸体１０１が軸受１４を介して固定体１５に回転駆動自在に支持され、図示しない駆動機構及び伝達機構を介して回転力を加えられるようにされている。

絶縁板１３は軸周りに中空部を有し外観略ドーナツ形状を呈する。中空部を通って接地電極リング１１１からの摩耗粉や、糸状の金属片、切りくずなどが固定体１５上へ落下可能にされている。絶縁板１３の外径寸法は、接地電極段リング１１の外径寸法及びプラス電極段リング１２の外径寸法のいずれよりも大きい。絶縁板１３は接地電極段リング１１及びプラス電極段リング１２間を絶縁するために高さ方向に十分な板厚を有する。絶縁板１３には例えば合成樹脂の成型物が用いられる。絶縁板１３は各ブラシ１７及び各プラス電極リング１２１よりも軸体１０１上端側に位置し、各ブラシ１６及び各接地電極リング１１１よりも軸体１０１下端側に位置する。

２段の接地電極リング１１１は金属筒体から成り、内側の内周壁面と外側の外周壁面とを有する。内周壁には例えば上下平行２列の銀めっきが施されている。２列の銀めっきはそれぞれ上下方向に沿って幅を有し、各銀めっきの間には間隙が設けられている。帯状の銀めっきは互いにリング内周壁面上を周回形成されている。アウターリング１０の上半分を上面視すると、図４Ａに示すように、接地電極リング１１１内部にはそれぞれ銀黒鉛等で形成された２個の第１のブラシ１６が設けられている。これらのブラシ１６は各接地電極リング１１１の内周面に当接した状態でそれぞれブラシホルダ２１に保持されている。各ブラシ１６は静止物である。

ブラシ１６の材質は黒鉛（カーボン）に銀を混合させた成分を有する。この成分を焼結等して固めることによりブラシ１６はチップ状に形成されている。この黒鉛によりブラシ１６は配向性を与えられている。配向性とは、リング外周面上で周方向と直交する上下方向にブラシが滑る性質あるいは滑りやすさを指す。

２本のブラシホルダ２１は絶縁材料からなる。各ブラシホルダ２１はそれぞれ上下方向に並置されており、２段の接地電極リング１１１に対応している。これらのブラシホルダ２１にはブラシ１６と導通するための端子や接点と、電源と導通するための端子や接点とが設けられている。この電源への配線材は接地電極リング１１１の内周面と、インナーリング１８の外周面との間の隙間空間を通るようにして配線されている。この隙間空間には板状のブラシ取付板２２が立設している。このブラシ取付板２２に２本のブラシホルダ２１が取付けられている。ブラシ取付板２２の下端部は、固定体１５あるいはこの固定体１５から上方へ延在した支持材などに固定される。ブラシホルダ２１に固定された状態で複数のブラシ１６はブラシの群を成す。各ブラシ１６の上下方向の位置はリング内周面上の銀めっきのめっき幅の高さに合わせて決められる。これらのブラシ１６と、２段の接地電極リング１１１の内周壁とはスリップリングを構成し、各スリップリングにグラウンド（ＧＮＤ）電位が与えられる。

ブラシホルダ２１について詳述すると、ブラシホルダ２１は棒体又は細長い薄板であり、棒又は板の途中部２箇所が互いに同じ方向に向かって屈曲した形状を有する。ブラシホルダ２１全体のうち、ブラシ取付板２２の平面部に接触する部分からそれぞれ上面視「ハ」の字状に拡がるアーム部の先端にそれぞれブラシ１６が取付けられている。例えばスプリングや、板ばねなどの弾性体によって、これらのアーム部には、アウターリング１０の回転軸芯に向かう外方からの力が加えられ、各ブラシ１６はスプリング等を介してリング内周面に押さえ付けられるようになっている。軸体１０１とブラシ１６とが電気的に結合されるようになっている。

本実施形態では、アウターリング１０は、各接地電極リング１１１の外周壁面近傍に開放された空きスペースに、一対のヒートシンク２３（放熱部材）を各フィン部が向き合うようにして配置している。従来例に係るスリップリング装置はブラシを外周外方に配置して空きスペースを持たない点で、空きスペースを外気に接触させているスリップリング装置１と異なる。ヒートシンク２３の材料としては、コルゲートフィン等に用いられる材料と実質同じである。この材料は放熱性に優れた特性を有する。上側の接地電極リング１１１と、下側の接地電極リング１１１とにそれぞれ２つのヒートシンク２３が設けられており、一対のヒートシンク２３はリング断面円周上で対向する２箇所に水平に設けられている。これらのヒートシンク２３はヒートシンク取付板２４（図２）の軸芯側の板面に取付けられている。図３の例では、フィン部は、それぞれ水平な複数枚のフィンの列が垂直に配置されるようにして２つのヒートシンク２３は取付けられている。ヒートシンク取付板２４は、カバー１９内周面及びアウターリング１０に接触しない板であり、ヒートシンク２３の軸芯とは逆側の板面にはコネクタや、コンセント、端子類が設けられている。このヒートシンク取付板２４は常に静止している。各ブラシ１６が接地電極リング１１１の内側に配されている場合、この接地電極リング１１１の外側は外気に触れている。ブラシ１６とリング外周面とが接触して熱が発生する箇所の近傍にヒートシンク２３等を取付けることによって外側から放熱し接地電極リング１１１の温度の上昇を抑制するようにしている。放熱フィンによって冷却性が向上するようになっている。

また、下側の２段のプラス電極リング１２１は金属円筒であり、各外周壁には銀めっきが施されている。図４Ｂに示すように、各プラス電極リング１２１の内周壁面には熱輸送用の素子２５が貼設されている。素子２５は高熱伝導材料、又はベルチェ素子等の導熱性物質である。同図の例では、１段のプラス電極リング１２１には２個の素子２５が設けられている。これらの素子２５は１段のプラス電極リング１２１のリング高さ方向で同じ位置に、間隔を空けてリング内周面に接触した状態で貼付けられている。各素子２５には線材２６（熱輸送材）の一端が接続されている。線材２６の他端は外気との間で熱交換を行う。線材２６は例えばリード線状、繊維状あるいは線条体状である。線材２６の材料は高熱伝導材料又はベルチェ素子等の導熱性物質を用いてもよい。線材２６はプラス電極リング１２１の内周面上を這わせて設けられている。一端が素子２５に接続された線材２６の他端は固定体１５あるいはこの固定体１５から上方へ延在した支持材などに接続されている。

プラス電極リング１２１のリング外周面はブラシ１７（第２のブラシ）が摺動接触し、このリング外周面及びブラシ１７間に熱が発生する。ブラシ接触面とは反対側のリング内周面が伝熱面として機能する。このリング内周面により１段のプラス電極リング１２１につき２個の素子２５がリング外周面からの熱を受熱する。線材２６は、その途中部がプラス電極段リング１２の内部を経由しこのプラス電極段リング１２の下方の開口より線材２６の他端が外気に触れるように引き回されている。外気との熱交換が可能となりアウターリング１０の内部発熱による温度上昇が抑制される。素子２５はリングの内側（ブラシ接触面の反対側）を直接冷却する。このアウターリング１０は内部から効率的に放熱、冷却することが可能となり、熱上昇を抑えることができるようになっている。

接地電極リング１１１では、リング内外のうちのいずれか一方がブラシ接触用の空間であり、リング内外のうちの他方がこの一方で発生した熱の冷却用の空間である。接地電極リング１１１はリング内外で２つの空間を利用するという２重構造を有する。プラス電極リング１２１もリング内外で２重構造を有する。

また、図２、図４Ａ、図４Ｂに示すように、スリップリング装置１は、それぞれアウターリング１０の外周部側方に上下平行に立設した例えば４本のピラー２７と、高さ方向下側で２本のピラー２７間に架け渡された２枚の板状のブラシ取付板２８（１枚のみが表示されている）と、高さ方向上側で２本のピラー２７の間に架け渡された２枚の板状のヒートシンク取付板２４（１枚のみが表示されている）と、それぞれブラシ取付板２８の軸芯側の板面に固定された複数本のブラシホルダ２９と、これらのブラシホルダ２９の各一端及び各他端に設けられた２個のブラシ１７とを備えている。ブラシの群を成すこれらのブラシ１７と、２段のプラス電極リング１２１の外周面とはスリップリングを構成し、各スリップリングにプラス電位が与えられている。

各ピラー２７は静止物であり回転体に対して常に静止している。これらのピラー２７の上部は、フランジ部２０の環状フランジ面２０ａに固定されている。フランジ部２０は静止物であり回転体に対して常に静止している。ブラシ取付板２８は常に静止しており、軸芯と逆側の板面にはコネクタや、コンセント、端子類が設けられている。複数本のブラシホルダ２９は絶縁材料から成り、これらのブラシホルダ２９は縦方向に並置されている。これらのブラシホルダ２９にはブラシ１７と導通する端子、接点と、電源側と導通する端子、接点とが設けられている。ブラシ１７は黒鉛に銀を混合させた成分を有する材質から成り、この成分が焼結されて固められチップ状に形成されている。環状フランジ面２０ａの対向面側のフランジ面２０ｂ側には上部支持体３０及び固定体３１が設けられている。上部支持体３０及び固定体３１はいずれも回転体であり、これらはアウターリング１０の回転とともに回転する。上部支持体３０と、フランジ部２０との間にはベアリング等が設けられている。各ピラー２７から延びたブラシホルダ２９の両端に設けられた各ブラシ１７は、回転駆動されるアウターリング１０の外周導電部位に接触摺動し、このアウターリング１０と電気的に結合するようになっている。

このような構成のスリップリング装置１と、直流電源との間に、ホット用のプラス配線、及びリターン用のグラウンド配線が接続されると、スリップリング装置１は慣らし回転を行われる。スリップリング装置１は実運用時の電流値よりも小さい電流を加えられ、各ブラシ１６の表面と接地電極リング１１１の内周面とを擦り合わせられる。各ブラシ１７の表面と、プラス電極リング１２１の外周面とが擦り合わせられる。電源から印加された電流が金属抵抗により発熱し、熱によってブラシ、リング周面間の接触部位が電気的に融解する。接触部位の凹凸が除去されて表面粗さが目視では視認できない程度に小さくされる。

その後、スリップリング装置１は実運用を開始し、直流電源から電流を加えられる。ブラシ１６及びブラシ１７の各表面は黒鉛により覆われており、ブラシ、リング内周面間と、ブラシ、リング外周面間とはいずれも銀どうしが直接接触せずに、各ブラシ群は接触摺動する。接地電極リング１１１と、プラス電極リング１２１とはそれぞれ電気的に結合し、電力を伝達する。ブラシ１６及び接地電極リング１１１内周面間の接触部分に固体潤滑層が形成される。ブラシ１７及びプラス電極リング１２１外周面間の接触部分に固体潤滑層が形成される。リング内外で潤滑された状態でアウターリング１０は回転する。

回転の回数が累積すると、外周面側、内周面側のそれぞれにおいて磨耗粉が発生する。また、髪の毛のような形状のブラシ１６、１７の切りくずが出ることがある。２段の接地電極リング１１１は、ブラシ１６との摺接により摩耗粉を発生させる。切りくずや磨耗粉は、各接地電極リング１１１の内周壁から絶縁板１３の内径孔を通り、各プラス電極リング１２１の内周壁を通り下方の固定体１５上に落下する。

２段のプラス電極リング１２１は、ブラシ１７との摺接により摩耗粉を発生させる。この磨耗粉は、各プラス電極リング１２１の外周壁の下方の固定体１５上に落下する。アウターリング１０の内側と、外側との２つの経路を通って、磨耗粉は分散して落下する。これにより、積層配置されるスリップリング構造における磨耗粉による全路短絡の発生を防止できる。全路短絡とはデッドショートを指す。本実施形態に係るスリップリング装置１では、この全路短絡等の発生による絶縁不良の防止の促進を図ることができ、高品質な電気的結合を、長期間に亘り確保することが可能となる。

また、アウターリング１０は筒体の内外が２重である構造を有する。上側の接地電極リング１１１について、ブラシ１６が接地電極リング１１１内周面上を摺動するブラシ接触面の反対側である接地電極リング１１１外周面の外方にヒートシンク２３が位置する。このため、ブラシ接触面の反対側から効率的に放熱、冷却することが可能になる。

一般にブラシ１６、１７のようなブラシチップはこれらとリングとの接触部位で水分による潤滑を要するため、回転体装置内には湿度を要する。ブラシチップの損耗率は湿度が低下すると加速する。損耗率とは摩擦による損耗率であり、使用前のブラシチップの重量と、使用後の同じブラシチップの重量とを比較して得たブラシチップ重量の減少率を指す。冷風等を電極リングの外周面、内周面またはブラシチップに直接あてた場合、リング表面の水膜が失われて金属摩耗粉が乾燥し、ブラシの異常摩耗につながる可能性がある。ブラシが異常摩耗した場合、摩耗粉が増加しスリップリングの寿命を短縮することを招く。

これに対して、本実施形態に係るスリップリング装置１では、接地電極リング１１１のリング表面を乾燥させずに、接地電極リング１１１自体の温度の上昇を抑制することができる。特にリング外周面とブラシ１６との接触部分における温度上昇を抑制することができる。

また、図４Ａに示すようにブラシ１６がリング内側に配されている場合、リング外側は外気に触れていることから接地電極リング１１１にヒートシンク２３等を付けることによりリング外側から放熱することができ、接地電極リング１１１の温度上昇を抑制することができるようになる。このようにして放熱フィンによる冷却性を向上させることができる。

図４Ｂに示すように、ブラシ１７がリング外側に配されている場合、プラス電極リング１２１は２重構造を利用してこのプラス電極リング１２１の内部に高熱伝導材料、またはベルチェ素子等の導熱性物質から成る素子２５を接触させる。素子２５から見て径方向で外方のリング外周面を外気に触れさせることにより内部発熱による温度上昇を抑制でき、プラス電極リング１２１を内部から冷却させることができる。接触部位に近く、他の部品の妨げとならないことから、プラス電極リング１２１、ブラシ１７どうしの接触面の内側が効果的である。このようにして高熱伝導材料によって冷却性を向上させることができる。線材２６の代わりにヒートパイプや強制空冷装置を用いること、あるいは線材２６とヒートパイプや強制空冷装置とを併用することによっても放熱性の向上を期待出来る。

スリップリング装置１の運用時、接地電極リング１１１やプラス電極リング１２１は、各リング全体に亘って均等に温度が上昇するとは限らない。スリップリング装置１のうち、ブラシ１６やブラシ１７との接触部分における温度が残りの部分における温度に比べて高い。上側ではフィンにより放熱し、下側ではプラス電極リング１２１の内側に熱を逃がす素子２５を貼設して線材２６により熱を輸送する。このため、高温になりやすい部位からの熱を逃がすことができ、効率的な冷却ができる。

図５は従来例に係る縦型スリップリング装置の正面図である。スリップリング装置２００を構成するアウターリングは、電極リング２１０、２２０が同軸状に積層されて成る直流大電力用の電極段リング２５０を有する。異電位の電極リング２１０、２２０間の絶縁性能を高めるため、リング間に絶縁板２３０を介在させている。スリップリング装置２００は、固定側に設けたブラシ２４０を同時に摺接させて電気的結合を行っている。スリップリング装置２０は各電極リングの下部に他の電極リングを有することから、スリップリング装置２００の下段において全路短絡を起こしやすい。電極段リング２５０では摺動摩耗に加え、電流による影響により金属の摩耗粉が発生し、この摩耗粉が異電位の電極リング２１０、２２０間における全路短絡の要因となる。リング間に絶縁板２３０を挿入した場合、摩耗粉が蓄積して、ブラシ２４０が外周面上に形成された金属塊に乗り上げて電気的なパスが形成されスパークが発生することがある。

高温により外周面の銀めっきが融解し、スリップリング装置２００が冷えると、融解した金属により、金属塊が生成され、リング表面が荒れる。金属塊はブラシ２４０とリング外周面との間のギャップの値を変える。摺接走行中のブラシ２４０から外周面にかかる押圧力が一瞬減ると、ブラシ２４０は外周面上より浮き上がる。外周面付近の電界が変化し、いずれかの箇所では電荷の集中が生じ、再度、スパークやアークが起こる。

これに対して、スリップリング装置１では、ブラシ１７が接触する面の逆側の面から冷却することによりリング表面の接触時の雰囲気を保持したまま、放熱させることができる。雰囲気とは温度及び湿度を指す。スリップリング装置１の冷却構造により、リング表面が冷却され、リング表面が銀めっきの融点を超えることがなくなる。また、温度の過剰な上昇が防止されるため、リング表面が過度に乾燥することが避けられる。スリップリング装置１内の温度の上昇を抑えることができ、温度変動に対して十分な値の湿度をスリップリング装置１は保つ続けることができる。湿度に対して適切な温度に調整することによって、空気中の湿気から得られる水の膜を用いて黒鉛による潤滑性能を引き出すことができる。コントロールすることが難しい湿度の代わりに、温度を使って放熱や冷却をコントロールでき、取扱いの利便性が上がる。

（変形例）
（１）アウターリング１０の上側の第１のブラシ１６と、下側の第２のブラシ１７とはそれぞれ１つのアウターリング１０について複数個設けてもよい。図６に他の実施形態に係るスリップリング装置の上面図を示す。図７に同装置の下面図を示す。

これにより、アウターリング１０Ａが回転駆動されると、図６のように１つの接地電極リング１１１の内周面に対して４個のブラシ１６が接触摺動する。図７のように、１つのプラス電極リング１２１の外周面に対して４個のブラシ１７が接触摺動する。アウターリング１０Ａと電源との間で電気的結合が実行される。

（２）上記実施の形態では、プラス電極段リング１２の上に接地電極段リング１１を積重したアウターリング１０を用いた例で説明したが、アウターリングは接地電極段リング１１の上にプラス電極段リング１２を積重してもよい。接地電極段リング１１、プラス電極段リング１２に、それぞれ例えば１段あるいは３段以上のスリップリングを設けるように構成してもよい。あるいは接地電極段リング１１の外周壁にブラシ１６を対向させ、プラス電極段リング１２の内周壁にブラシ１７を対向させて構成してもよい。これらの電極リングないしは電極段リングの積層配置を変えた場合の効果は上記実施形態の効果と同様の効果が得られる。

（３）上記実施の形態では、アウターリング１０は、上段側の接地電極リング１１１をグラウンド電位に用いて下段側のプラス電極リング１２１をプラス電位に用いていたが、上段側電極リングの電位や極性と、下段側電極リングの電位や極性との組合せは、マイナス電位及びグラウンド電位や、グラウンド電位及びマイナス電位としてもよく、あるいはマイナス電位及びプラス電位、プラス電位及びマイナス電位、マイナス電位及びマイナス電位としてもよい。これらの電位や極性を変えた場合の効果は上記実施形態の効果と同様の効果が得られる。

（４）放熱部材としてのヒートシンク２３の形状、構造、個数、位置などは種々変更可能である。放熱部材としてヒートシンク２３の代わりにヒートパイプや、送風機などの強制空冷装置を用いてもよい。例えば送風機からの冷風によりヒートシンク２３や接地電極リング１１１を直接冷却させてもよく、このようにすれば、冷却効率を更に改善することができる。また、ヒートシンク２３、ヒートパイプ、及び強制空冷装置を併用してもよい。熱輸送用の素子２５が貼られる位置や個数や大きさ等は種々変更可能である。放熱部材や熱輸送用の素子２５は水冷装置を併用してもよい。ピラー２７などの支柱の形状や構造、アウターリング、インナーリングのリング厚等は種々変更可能であり、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得る。これらの変更を行って実施したに過ぎない発明に対して本実施形態に係るスリップリング装置の優位性は何ら損なわれるものではない。

（５）本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…スリップリング装置、１０，１０Ａ…アウターリング、１１…接地電極段リング、１２…プラス電極段リング、１３…絶縁板（絶縁体）、１４…軸受、１５…固定体、１６…ブラシ（第１のブラシ）、１７…ブラシ（第２のブラシ）、１８…インナーリング、１９…カバー、２０…フランジ部、２０ａ…環状フランジ面、２０ｂ…フランジ面、２１…ブラシホルダ、２２…ブラシ取付板、２３…ヒートシンク（放熱部材）、２４…ヒートシンク取付板、２５…素子（熱輸送材）、２６…線材、２７…ピラー、２８…ブラシ取付板、２９…ブラシホルダ、３０…上部支持体、３１…固定体、１０１…軸体、１１１…接地電極リング（第２電極リング）、１２１…プラス電極リング（第１電極リング）。

Claims (5)

1. 上下方向に延びる軸の周りに回転可能に支持される軸体と、
   それぞれこの軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各外周壁にスリップリングが形成される複数の第１電極リングと、
   それぞれこれらの第１電極リングの各外周壁に接触し、前記複数の第１電極リングの間で同じ電位の給電を行う複数の第１のブラシと、
   これらの第１のブラシおよび前記複数の第１電極リングよりも前記軸体の軸方向両端のうちの一方の端側に設けられた電気的な絶縁体と、
   それぞれこの絶縁体よりも前記一方の端側に設けられ、前記軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各内周壁にスリップリングが形成される複数の第２電極リングと、
   それぞれこれらの第２電極リングの各内周壁に接触し、前記複数の第２電極リングの間で同じであり前記電位と異なる電位の給電を行う複数の第２のブラシと、
   前記第２のブラシが前記第２電極リングの内周壁に接触して発生する熱を放熱し、この第２電極リングの外周壁よりも前記軸体の径方向外方に設けられた放熱部材と、を備え、
   この放熱部材は、前記熱を前記第２のブラシの接触面とは反対側の前記外周壁から受けて放熱することを特徴とするスリップリング装置。
2. 上下方向に延びる軸の周りに回転可能に支持される軸体と、
   それぞれこの軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各内周壁にスリップリングが形成される複数の第２電極リングと、
   それぞれこれらの第２電極リングの各内周壁に接触し、前記複数の第２電極リングの間で同じ電位の給電を行う複数の第２のブラシと、
   これらの第２のブラシおよび前記複数の第２電極リングよりも前記軸体の軸方向両端のうちの他方の端側に設けられた電気的な絶縁体と、
   それぞれこの絶縁体よりも前記他方の端側に設けられ、前記軸体に空隙を介して回転可能に積層配置され、各外周壁にスリップリングが形成される複数の第１電極リングと、
   それぞれこれらの第１電極リングの各外周壁に接触し、前記複数の第１電極リングの間で同じであり前記電位と異なる電位の給電を行う複数の第１のブラシと、
   前記第１のブラシが前記第１電極リングの外周壁に接触して発生する熱を受熱し、この第１電極リングの内周壁に貼設された素子と、を備え、
   この素子は、前記熱を前記第１のブラシの接触面とは反対側の前記内周壁から受熱することを特徴とするスリップリング装置。
3. 前記複数の第１の電極リングおよび前記複数の第２電極リングを覆うカバーと、このカバーの内壁および前記第２電極リングの外周壁の間に設けられ前記熱を冷却する冷却装置とを更に備えたことを特徴とする請求項１記載のスリップリング装置。
4. 前記素子の素子材料は高熱伝導材料又は導熱性物質であることを特徴とする請求項２記載のスリップリング装置。
5. 前記素子には、前記複数の第１電極リングの内側で前記熱を輸送しこの熱を外気との間で熱交換する熱輸送材が接続されたことを特徴とする請求項２記載のスリップリング装置。

Images