JP2012099376A

JP2012099376A - スリップリング装置

Info

Publication number: JP2012099376A
Application number: JP2010247053A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamamoto; 昌史山本; Kaoru Endo; 薫遠藤
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-24
Also published as: EP2451028A3; US20120115335A1; CN202308720U; US8376757B2; EP2451028A2

Abstract

【課題】本発明は、高速・高周波信号の伝送をも可能にしたスリップリング装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本体ケースの筒部に軸受を介して中空パイプ状のシャフトを回転自在に支持し、複数の集電環と絶縁環とを交互に積層して構成された集電体をシャフトに一体かつ同心状に設け、各集電環に対しそれぞれの先端部がこれに摺動自在に接触する複数のブラシを本体ケースに支持し、かつ、それぞれの先端リード部が各集電環に電気的に接続された複数本のリード線をシャフト内に導入させる。そして、複数本のリード線のうちの２本以上はシールド線で構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、監視カメラやロボット機構等の旋回部を有する機構における信号伝送に好適なスリップリング装置に関する。

従来より、産業ロボットの関節部のような曲げまたは回転動作部に多用されているスリップリングは、固定側と回転側との配線接続を連続回転や反転に対しても常時保ち通電することのできるものであり、配線の複雑な引き回しや曲げ疲労等による断線を避けるようになっている。具体的には、例えば特開２００３−１１６２４９号公報の図１１，図１２に示されているように、回転軸に複数の集電環を固定した回転軸部と、ケースに導電ブラシ及び端子を接続した固定部とを備え、集電環に接続されたリード線を回転軸の中空挿通孔を通して外部に引き出し、固定部の端子に接続された各導電ブラシを各集電環に常時摺動接触させ、回転軸側リード線とケース側の端子間を電気的に接続する構成になっている。

一方、防犯・防災用警報システム等における映像信号入力手段として監視カメラが用いられており、監視カメラを回転自在に支持する支持台にスリップリングを配置してカメラと支持体側との間の信号伝達をスリップリングを介して行うようにしている。例えば特開２００５−２７８０７１号公報には、監視カメラのスリップリング結合構造が示され、ベース板に取り付けたスリップリング内の第１回転軸とカメラ支持台に固着した第２回転軸とを同心的に回転可能に結合させる構造が示されている。

特開２００３−１１６２４９号公報特開２００５−２７８０７１号公報

ところで、最近では、監視カメラ市場においては、より高精細度の画質が要求され、高精細度監視カメラが用いられるようになっている。現在の監視カメラにおいては２０〜４０万画素の映像情報を１００Ｍｂｐｓ程度の伝送速度で対応しているのに対し、この種の高精細度対応のカメラ映像信号では、１００万画素数以上の高精細度画像データや２００万画素数以上のフル高精細度の画像データをＧｂｐｓ単位の伝送速度で高速伝送する必要がある。上述した従来のスリップリング装置では、常時摺動するブラシと集電環とにそれぞれリード線を電気接続するだけの構造であり、リード線部分・スリップリング部分・リード線部分の３つの信号伝送路がインピーダンスの整合性も考慮せずに単に直列に接続されているだけであるため、高精細度対応のカメラ映像信号のような高速・高周波信号では伝送路の繋ぎ目で反射が起こり信号がうまく伝送されない状態が生じることになり、信号の減衰が大きく、信頼性に乏しい問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、高精細度は無論のことフル高精細度に対応した監視カメラ等の信号の高速伝送に利用できるスリップリング装置を得ることを目的とする。

上記目的を実現するために、本発明のスリップリング装置にあっては、本体ケースの筒部の内側に軸受を介して回転自在に支持された中空パイプ状のシャフトと、複数の集電環と絶縁環とを交互に積層して構成され前記シャフトに一体かつ同心状に設けられた集電体と、前記各集電環に対応して設けられそれぞれの基部が前記本体ケースに一体的に支持されると共にそれぞれの先端部が前記各集電環の周面に摺動自在に接触される複数のブラシと、前記シャフト内に導入されそれぞれの先端リード部が前記各集電環に電気的に接続された複数本のリード線と、を備え、かつ、前記複数本のリード線のうちの２本以上はシールド線で構成したことを特徴とする。

上記の場合、複数本のリード線のうち一つをアース線とし、このアース線をシールド線のシールドに接続するのがよく、また、シャフトの内部に、リード線を固定保持するために接着剤を充填，固化するのが望ましい。

また、集電体は、シャフトの先端にこれより突出する形で設ける構成とし、この集電体における複数の集電環のうちシャフトに近接した集電環にシールド線のうちの信号線を接続するのがよい。

一方、前記集電体として、複数の仕切片を放射状配列して構成され長手方向の一端に鍔部を形成した絶縁性ホルダを用い、該ホルダに対し他端側から複数の集電環と複数の絶縁環とを交互に積層して構成し、当該集電体におけるホルダの他端部をシャフトの先端部に嵌合するようにしてもよい。この場合、特に集電体におけるホルダの他端部をシャフトの先端部に円筒状ブッシュを介して嵌合するようにし、ホルダの外径をシャフトの内径より小さく設定するとなお良い。

複数の集電環と絶縁環とを積層して構成された集電体に対して電気的に接続される複数のリード線のうち２本以上をツイストペア線（シールド付き）を使用するためノイズの影響を受けづらくなり、放射ノイズを低減することができる。またシールド付きの構成であるため、このリード線に伝送する信号がノイズを受けづらいものとすることができる。更に使用するツイストペア線のインピーダンスをスリップリング部分と極力等しくすると，インピーダンスの不整合による信号の反射も低減され，劣化の少ない信号とすることができる。この結果、高精細度対応のカメラ映像信号のような高速・高周波信号の伝送が可能となり、高精細度監視カメラ等へのスリップリング装置の採用が可能となる。

本発明の一実施形態によるスリップリング装置を示す平面図である。図１の切断正面図である。図１における集電体の詳細を説明する一部切断正面図である。図１の集電環とブラシとの関係を示す一部側面図である。図１のシャフトと集電体との一部切断斜視図である。図１のホルダの斜視図である。

本発明に係るスリップリング装置の実施形態につき、以下図面に基づいて説明する。

図１及び図２はスリップリング装置の全体構成を示したものであり、本体ケースの筒部１０の内方に一対のボールベアリングからなる軸受１２，１４を介して円筒パイプ状のシャフト１６が相対的に回転自在に支持されている。筒部１０の一端部外周には当該スリップリング装置を取り付けるための取付フランジ１０ａが一体に設けられており、また、筒部１０の円筒内周面には、その中腹部に位置決め用の環状段部１０ｂが内方に突出する形で形成され、一対のボールベアリング１２，１４がそれぞれの外輪の端面を環状段部１０ｂに当接させて装着されている。

シャフト１６の一端部には環状鍔部１６ａが設けられ、一方の軸受１２の内輪の端面に軸方向外側から当接している。シャフト１６の他端部にはその外周面にねじ部１６ｂが形成されており、シャフト１６にその他端よりフランジ１８を嵌挿した後、ナット２０をシャフト１６のねじ部１６ｂに螺合することにより、フランジ１８の一端側の中央部に突設された環状突部１８ａが他方の軸受１２の内輪を軸方向外方から押圧することになり、筒部１０とシャフト１６間の軸受１２，１４に予圧が付与され、本体ケースに対してシャフト１６ががたつくことなく安定して相対回転自在に支持されることになる。

フランジ１８の他端側には凹部１８ｂが設けられ、ナット２０の締着時にこのナット２０が凹部１８ｂ内に収容され、フランジ１８の端面よりナット２０がはみ出すことが阻止されている。フランジ１８には、その径方向に貫通するようにねじ孔１８ｃが形成されており、これにいもねじ２２を螺通してその端面をシャフト１６に圧接することにより、シャフト１６に対しフランジ１８が固定されている。このようにして本体ケースの筒部１０とシャフト１６とが相対的に回転自在に結合されている。

シャフト１６の一端側にはこれより突出する形で集電体２４が一体的に設けられている。この集電体２４は、図３及び図５に示すように、絶縁性のホルダ２６と、複数の円環状集電環２８と、複数の円環状絶縁環３０とから構成されている。ホルダ２６は絶縁性樹脂の成形体よりなり、図６に示すように、円盤状端板２６ａの一面の中心部に軸部２６ｂを垂直に立設すると共に、この軸部２６ｂの外周面に軸方向に長い３枚のリブ板２６ｃを放射状にかつ周方向等間隔になるよう配列して設け、各リブ板２６ｃの径方向先端縁が軸部２６ｂを中心とする所定円の円周上に位置するようにしている。また、円環状集電環２８と円環状絶縁環３０とは上記所定円とほぼ同一の内径を有する円環状に形成されており、円環状絶縁環３０は端板２６ａと同一外径であり、円環状集電環２８は端板２６ａの外径より小さい外径に形成されている。

そして、ホルダ２６に対し、複数の集電環２８と複数の絶縁環３０とはそれぞれ、その内径部に放射状リブ板２６ｃを挿通させて、端板２６ａから順に集電環２８と絶縁環３０とが交互になるように積層され、それぞれ６個ずつ積層した後、ホルダ２６の他端部に円筒状ブッシュ３２を嵌着させることにより、端板２６ａとブッシュ３２との間に集電環２８と絶縁環３０とが積層状態で挟持され、これにより集電体２４が構成される。集電体２４が組み立てられた状態では、端板２６ａ及び各絶縁環３０の間にこれより小径の集電環２８がそれぞれ介在されることになり、後述する複数のブラシがそれぞれ集電環２８の外周面に適度な接触圧を持って摺動接触し、このとき、端板２６ａ及び各絶縁環３０によりブラシが集電環２８の位置より軸方向にはみ出ることなくその位置が保持される。集電体２４はそのブッシュ３２部分をシャフト１６の一端部開口に嵌合することにより、シャフト１６に一体に固定される。

集電体２４の各集電環２８にはそれぞれ第１の伝送経路を形成する複数のリード線からなるリード線群３４が接続されている。具体的には、各集電環２８の内周にはそれぞれ円錐面が形成され、各集電環２８毎にリード線がその芯線端部を円錐面にレーザー溶接や半田付け等で電気的に接続されている。各集電環２８に接続されたリード線は、ホルダ２６における各リブ板２６ｃの間を通り、シャフト１６を通って外部に導出されている。

ここで、集電体２４における基部側（つまりブッシュ３２側）の２つの集電環２８は高周波信号用に設定され、他の４つの集電環２８はそれぞれ、電源用、アース用、及び２つの制御信号用に設定されている。そして、本実施例では、高周波信号用に設定された２つの集電環２８にはシールド機能付きであって芯線を絶縁層で被覆したツイストペアのリード線３４ａが接続され、他の集電環２８には通常の被覆線のリード線３４ｂが接続され、シャフト１６より外部に導出されたリード線群３４はコネクタ３８に接続されている。シールドリード線３４ａにおける２本の信号線３４ａ１はツイスト処理の後にコネクタ３８に接続され、シールドリード線３４ａのシールド線３４ａ２はコネクタ３８に接続される監視カメラ側の受け回路内においてアース用のリード線３４ｂに接続されている。なお、シールドリード線３４ａの端部においては信号線３４ａ１及びシールド線３４ａ２が共に熱収縮チューブ３６にて束ねられている。

ここで、シャフト１６に集電体２４を組み込む際、ホルダ２６のリブ板２６ｃ部分を直接シャフト１６に嵌め込むのではなく、リブ板２６ｃに嵌合したブッシュ３２を介して嵌合する構造であるため、このブッシュ３２の分だけシャフト１６の内径が大きく設定されており、従って、シャフト１６内に挿入されるリード線３４として多少嵩張るシールド機能付きリード線３４ａを何ら問題なく適用することができる。シャフト１６の内部には、絶縁性の接着剤４０が充填され、リード線３４がシャフト１６内に一体に固定される。これにより、スリップリング装置の固定側と可動側との相対的な動きに対してもリード線３４の振動等による断線や接触不良の発生が防止される。

本体ケースの筒部１０の一端側には、シャフト１６の一端より突出するように設けられた集電体２４を覆うカバー部材４２が設けられている。筒部１０とカバー部材４２とで本体ケースが構成される。このカバー部材４２の一部は、集電体２４の軸線を通る平面に直交するよう配置された回路基板４４により構成されている。この回路基板４４には、集電体２４における各集電環２８毎の対のブラシ４６が集電環２８の配列に従って軸線方向に配列して植設されている。より具体的に説明すると、図４に示すように、集電体２４の軸心を通り回路基板４４に対し垂直な面（図４に１点鎖線の位置）において対称な位置に各集電環２８に対応した対のブラシ４６が配置され、各対のブラシ４６の基部が回路基板４４に貫通され回路基板４４上の回路パターンに半田付けにて電気的に接続されて機械的に支持され、ブラシ４６のそれぞれの先端部が集電環２８の周面に弾性を持って接触している。

回路基板４４には、対のブラシ４６間を接続すると共にこれに対応する外部接続用端子をも接続する回路パターンが、各対のブラシ４６毎に形成されている。外部接続用端子には、第２の伝送経路を形成するリード線群４８のリード線が電気的に接続されている。すなわち、外部接続用端子のうち高周波信号用に設定されている集電環２８に摺接するブラシ４６に対応するものには、シールド機能付きであって芯線を絶縁層で被覆したツイストペアのリード線４８ａが接続され、他の集電環２８に摺接するブラシ４６に対応するものには、通常の被覆線のリード線４８ｂが接続され、これらリード線のリード線群４８はコネクタ５０に接続されている。シールドリード線４８ａにおける２本の信号線４８ａ１はツイスト処理の後にコネクタ５０に接続され、シールドリード線４８ａのシールド線４８ａ２はコネクタ５０に接続される処理装置側の受け回路においてアース用のリード線３４ｂに接続されている。なお、シールドリード線４８ａの端部においては信号線４８ａ１及びシールド線４８ａ２が共に熱収縮チューブ５２にて束ねられている。回路基板４４における各ブラシ４６の端部の半田付け部や、外部接続用端子のリード線との半田接続部には、絶縁性接着剤が充填されており、接続信頼性が保たれている。

このように構成されたスリップリング装置にあっては、例えばこれを監視カメラに適用する場合には、本体ケースの筒部１０とシャフト１６の軸心を鉛直方向とした状態で、監視カメラ取り付け用のベース板に本体ケースの筒部１０がその取付フランジ１０ａを利用して固定されると共に、フランジ１８に監視カメラを吊り下げるようにして取り付けられ、監視カメラがスリップリング装置を介してベース板に対し回転自在に支持される。そして、監視カメラに対してリード線群３４のコネクタ３８が接続される一方、監視カメラを制御や映像情報の処理を行う処理装置側に対してリード線群４８のコネクタ５０が接続され、処理装置からの電源や制御信号等がスリップリング装置を通して監視カメラに供給されると共に、監視カメラからの映像情報がスリップリング装置を通して処理装置に伝達される。

監視カメラからの映像信号は、リード線群３４を利用した伝送経路、集電環２８とブラシ４６とを摺接させるスリップリング部の伝送経路、及びリード線群４８を利用した伝送経路を経由して処理装置に伝送されるが、高精細度対応のカメラ映像信号のような高速・高周波信号の場合、各伝送路のインピーダンスをマッチングさせないと、各伝送路の繋ぎ目で反射が起こり信号がうまく伝送されず、減衰が大きくなる。

上記スリップリング装置において、集電環２８とこれに摺接するブラシ４６においては、高周波信号の伝送に際し、多数の集電環２８間の距離やブラシ４６の寸法が小さいほうが減衰が押さえられるため、可能な範囲で小さくなるような工夫がなされている。これに加え、集電体２４を小さくした場合にこれに合わせたシャフトとすると複数のリード線、特にシールド線をシャフト内に挿通することが困難であるが、小さくした集電体２４に対しブッシュ３２を用いることにより所定の内径を確保したシャフト１６への嵌合を可能にし、これによりシールドリード線３４ａを含むリード線群３４をスリップリング装置に適用することを可能にしている。

上述した実施形態の場合、監視カメラとスリップリング部との伝送経路にシールドリード線３４ａを含むリード線群３４を採用すると共に、スリップリング部と外部の処理装置との電送経路にシールドリード線４８ａを含むリード線群４８を採用し、これら伝送経路のインピーダンスにスリップリング部のインピーダンスを整合させている。この結果、監視カメラからの高速・高周波の映像信号は、各伝送経路やその繋ぎ目での減衰が緩和され、高速伝送を可能にすることができるものとなる。

また、上述した実施形態においては、集電体２４において高周波信号用の集電環２８を基部側に設定しているが、これはリード線長を極力短くして信号の伝送信頼性を確保するするためである。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、前記実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１０筒部
１２，１４軸受
１６シャフト
２４集電体
２６ホルダ
２８集電環
３０絶縁環
３４，４８リード線群
３４ａ，４８ａシールド付きリード線
４２カバー部材
４６ブラシ

Claims

本体ケースの筒部の内側に軸受を介して回転自在に支持された中空パイプ状のシャフトと、複数の集電環と絶縁環とを交互に積層して構成され前記シャフトに一体かつ同心状に設けられた集電体と、前記各集電環に対応して設けられそれぞれの基部が前記本体ケースに一体的に支持されると共にそれぞれの先端部が前記各集電環の周面に摺動自在に接触される複数のブラシと、前記シャフト内に導入されそれぞれの先端リード部が前記各集電環に電気的に接続された複数本のリード線と、を備えたスリップリング装置であって、
前記複数本のリード線のうちの２本以上はシールド線で構成されていることを特徴とするスリップリング装置。
前記複数本のリード線のうち一つはアース線であり、該アース線が前記シールド線のシールドに接続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装置。
前記シャフトの内部には、前記リード線を固定保持するために接着剤が充填され、固化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装置。
前記集電体は、前記シャフトの先端にこれより突出する形で設けられており、前記複数の集電環のうち前記シャフトに近接した集電環には前記シールド線のうちの信号線が接続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装置。
前記集電体は、複数の仕切片を放射状に配列して構成され長手方向の一端に鍔部を形成した絶縁性ホルダを有し、該ホルダに対し他端側から前記集電環と前記絶縁環とを交互に積層して構成され、当該集電体における前記ホルダの他端部が前記シャフトの先端部に嵌合されていることを特徴とする請求項４に記載のスリップリング装置。
前記集電体における前記ホルダの他端部は前記シャフトの先端部に円筒状ブッシュを介して嵌合され、前記ホルダの外径が前記シャフトの内径より小さく設定されていることを特徴とする請求項５に記載のスリップリング装置。