JP2013114817A - スリップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 組立ての効率化と製品寿命の長期化を図る。
【解決手段】 第１基板の導電環に対して相対回転自在に設けられた第２基板に固定的に支持され、第１基板の導電環に摺接する各摺動接点は、導電性のボール部材と、該ボール部材を導電環に向けて付勢する導電性の弾性部材とにより構成され、ボール部材と弾性部材は、ボール部材の一部が外部に突出するようにボール部材を受け止める複数の孔を備えた摺動接点保持部材により保持され、ボール部材は、孔から外部に突出する一部が第１基板の導電環に摺接しつつ導電環上を転動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可動ジョイント部における固定側と回転側との間での電力の供給と電気信号の伝達を行うスリップリング装置に関する。

スリップリング装置には、固定部材と回転部材との間で同時に複数の電気的な接続を行うために、固定部材と回転部材のいずれか一方に複数の導電環を設けた端子保持基板と、固定部材と回転部材の他方に導電環と接触するように複数の摺動接点を設けた端子保持基板とにより構成されるものがある。この種のスリップリング装置の摺動接点としては、例えば、添付の図８に示すような、導電環を有する固定側の端子保持基板８０に対して弾力的に接触するように回転側の端子保持基板９０に取付けられた金属の薄い板ばねで構成された摺動接点９１が知られている。

特開２００３−１１６２４９ 実開昭６３−１３１０８６ 実開平６−８３５５３

上記した従来のスリップリング装置は、複数の摺動接点が金属の薄い板ばねで構成されているため、装置を組立てる際には、薄い板ばねを変形させることがないように注意しながら組立てなければならいという作業効率の悪さがある。また、設計時には、一回転方向へ延出させた板ばねの先端片面を接点として導電環に接触させる構造のため、回転方向の優位性を考慮しなければならない。更に、作動時には、導電環と摺動接点との間の摺動摩擦による接触部相互の摩耗が大きく、とくに高速作動時には接点の飛び跳ねにより電気接続の遮断が生じる等、種々の問題があった。

また、導電環側の端子保持基板の端子や摺動接点を備えた端子保持基板の端子に外部機器を接続するには、外部機器のリード線を基板上の個々の端子に直接はんだ付けしており、作業効率が悪かった。

そこで本発明は叙上のような従来品の諸問題に鑑み創出されたもので、構造、組立てが簡単で安定した作動を得ることができ、製品寿命の長期化を図ることができるスリップリング装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明にあっては、相対的に可動な二つの外部機器の一方に電気的に接続される第１基板と、前記二つの外部機器の他方に電気的に接続される第２基板とからなり、前記第１基板は、第１の面
に同心円状に配置された複数の導電環と、第２の面に配置された前記複数の導電環をそれぞれ対応する複数の第１端子に接続する配線パターンとを有し、前記第２基板は、前記第１基板に対して相対的に回転自在に設けられ、前記第１基板の前記第１の面と対向する面に、前記複数の導電環とそれぞれ摺動接触可能に配置された複数の摺動接点と、該複数の摺動接点をそれぞれ対応する第２端子
に接続する配線とを有するスリップリング装置において、前記第２基板の前記複数の摺動接点は、導電性の複数のボール部材と、該複数のボール部材をそれぞれの対応する前記導電環に向けて付勢する複数の導電性の弾性部材とにより構成され、前記ボール部材と弾性部材は、前記ボール部材の一部が外部に突出するように前記ボール部材を受け止める複数の孔を備えた摺動接点保持部材により保持され、前記ボール部材は、前記孔から外部に突出する一部が前記第１基板の前記導電環と接していることを特徴とする。

前記スリップリング装置は、軸方向一端に開口を備えた壁面を有し、軸方向他端が開放されたアウタケースと、該アウタケース内に同アウタケースに対して回転自在に収容され、軸方向一端の壁面を前記アウタケースの前記開口から露出させたインナケースとを含み、前記第１基板は前記アウタケースの開放端を閉塞するように前記アウタケースに取付けられ、前記第２基板及び前記摺動接点保持部材は前記インナケース内に同インナケースと一体に回転可能に収容されている

前記第１基板は、該第１基板上に、外部機器をコネクタ接続可能なコネクタを備えており、前記第１端子 (16a) は前記第１基板上のコネクタ内に設けられている。

前記第２基板は、該第２基板上に、前記複数の摺動接点をそれぞれ対応する複数の第２端子に接続する配線パターンと、外部機器をコネクタ接続可能なコネクタとを備えており、前記第２端子は前記第２基板上のコネクタ内に設けられている。

前記インナケースは、前記アウタケースの前記開口から露出する壁面に窓を備え、前記第２基板上のコネクタは前記インナケースの前記窓から外部機器をコネクタ接続可能な位置に配設されている。

本発明に係るスリップリング装置は、導電環との摺動接点部材を金属の板ばねから導電性のあるボール部材と弾性部材との組み合わせに代えたことで、組立ての効率化を図ることができ、回転方向の優位性がなくなり、高速回転にも安定した接触が得られる。しかもボール部材が導電環上を転動することにより接触部の摩耗が最小限に抑えられるため、長い製品寿命を得ることができる。また、基板上にコネクタを設けたことにより、外部機器の基板への接続にはんだ付けが不要になり、ワンタッチでのコネクタ接続ができる。

本発明に係るスリップリング装置全体の分解斜視図である。 （ａ）は図１のスリップリング装置の上面側の斜視図、（ｂ）は同底面側の斜視図である。 図２（ａ）の III−III線に沿った縦断面図である。 （ａ）は第１基板の平面図、（ｂ）は同底面図である。 （ａ）は第２基板の平面図、（ｂ）は同底面図である。 （ａ）は摺動接点保持部材の平面図、（ｂ）は同底面図である。 摺動接点と第１基板又は第２基板との接触状態を示す概略断面図である。 従来のスリップリング装置の摺動接点と第１基板又は第２基板との接触状態を示す概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図面中、１はスリップリング装置、３はアウタケース、４はインナケース、５はカバープレート、１０は第１基板、２０は第２基板、２２は摺動接点、２８は摺動接点保持部材である。

図１〜６において、インナケース４を収納するアウタケース３は、図１中軸方向上端３ａの壁面３１に開口３１ａを備え、軸方向下端３ｂは開放されている。この開放端３ｂは第１基板１０により閉塞される。第１基板１０の下面１０ｂはカバ‐プレート５により覆われている。

インナケース４は図中軸方向上端４ａに窓４１ａを備えた壁面４１を有し、軸方向下端４ｂは開放されている。窓４１ａを備えた壁面４１はアウタケース３の開口３１ａから露出している。壁面４１には、軸心に沿って延びるスリーブ４２が設けられており、スリーブ４２を貫通する孔４２ａには不図示の軸が挿通され、インナケース４はこの軸と一体にアウタケース３に対して相対的に回転する。インナケース４内には第２基板２０と摺動接点保持部材２８が収納されている。摺動接点保持部材２８は上面２８ａが第２基板２０と対面し、その下面２８ｂはインナケース４の下の開放端４ｂ側にあって、第１基板１０の上面１０ａと対面している。第２基板２０と摺動接点保持部材２８は、図５及び図６に示されるように、それぞれの外周縁の一部に切欠２３ｃ、２８ｃを有している。これらの切欠は、インナケース４の周壁内面の突部（不図示）と係合し、第２基板２０と摺動接点保持部材２８のインナケース４との一体回転を確保している。

図４に明示されるように、第１基板１０は、上面１０ａに同心円状に配置された複数の導電環１２とその外縁部１５に複数の端子１６ａを有し、下面１０ｂには上面１０ａの前記導電環１２の各一を前記端子１６ａの各一に１対１の関係で電気的に接続する配線パターン１４を有する。第１基板１０がアウタケース３の開放端３ｂを閉塞したとき、アウタケース３の外側に位置する上面１０ａにコネクタ１６が取付けられており、端子１６ａはこのコネクタ１６の中に収められている。コネクタ１６は、このスリップリング装置１を相対的に可動な二つの外部機器の一方と電気的に接続するのに使用される。尚、コネクタ１６は、スリップリング装置１の設置位置によっては第１基板１０の下面１０ｂに取付けられてもよい。

第１基板１０は、インナケース４のスリーブ４２が貫通する中央孔１３ａと、、第１基板１０がアウタケース３の開放端３ｂに取付けられる際に、第１基板１０へのカバ‐プレート５の取付けを兼ねてネジ７が挿通される取付け孔１３ｂと、スリップリング１自体を外部機器に固定する際に固定具が挿通される固定孔１３ｃとを有する。

図５に示される第２基板２０には、下面２０ｂ側に第１基板１０の導電環１２の各一と摺動接触可能に複数の摺動接点２２が配置される。下面２０ｂ上には、これらの摺動接点２２と電気的に接続可能に配線パターン２４ｂが設けられている。また、第２基板２０の上面２０ａには複数の端子２６ａと、これらの端子２６ａを複数の摺動接点２２の各一に配線パターン２４ｂを介して１対１の関係で電気的に接続する配線パターン２４ａとが設けられている。第２基板２０の上面２０ａにはコネクタ２６が取付けられており、端子２６ａはこのコネクタ２６の中に収められている。

このコネクタ２６は、図２（ａ）から分かるように、アウタケース３の開口３１ａから露出するインナケース４の上端壁面４１に設けられた窓４１ａに臨む位置にあり、コネクタ２６には、このスリップリング装置１を相対的に可動な二つの外部機器の他方がワンタッチでコネクタ接続される。

第２基板２０は、インナケース４のスリーブ４２が貫通する中央孔２３ａと、インナケース４に摺動接点保持部材２８を取付ける際にネジ６が挿通される挿通孔２３ｂを有する。

第２基板２０の下面２０ｂ側に配置された複数の摺動接点２２は、図１に示される如く、導電性の高いボール部材２２ａと、各ボール部材２２ａを導電環１２に向けて付勢する導電性の高い弾性部材２２ｂとの複数の組により構成される。ボール部材２２ａには黄銅製のボールに銀メッキを施したもの、弾性部材２２ｂには青銅製のコイルスプリングに銀メッキを施したものがそれぞれ好適である。しかし、ボール部材２２ａを鋼鉄製とし、弾性部材２２ｂにピアノ線のコイルスプリングを用いてもよい。通常はボール部材２２ａにはニッケルメッキ、コイルスプリングにはオイルテンパ線などが使用されるが、本発明においては、通常と異なり、両部材ともに銀メッキ等を施すなどにより優れた導電性を得るための処理を施すことが好ましい。

ボール部材２２ａは第１基板１０の導電環１２と接触しつつ導電環１２上を転動可能に、また弾性部材２２ｂは軸方向一端において第２基板２０の下面２０ｂの配線パターン２４ｂと、他端においてボール部材２２ａと接した状態で、摺動接点保持部材２８により保持される。

図６及び７から分るように、摺動接点保持部材２８には、ボール部材２２ａと弾性部材２２ｂとの組を保持する摺動接点保持孔２９が導電環１２の数に対応する個数だけ摺動接点保持部材２８を上下に貫通して形成されている。摺動接点保持孔２９は、ボール部材２２ａと弾性部材２２ｂが投入される第２基板２０側の開口２９ａを含む孔径がボール部材２２ａの球径より若干大きく形成されている。一方、第1基板１０側の開口２９ｂは、孔径がボール部材２２ａの球径よりも若干小さく形成されている。これによりボール部材２２ａは、第1基板１０側の開口２９ｂから落下すること無く摺動接点保持孔２９内に受け止められ、その一部のみが開口２９ｂから外部に突出し、この外部に突出したボール部材２２ａの一部が第１基板 (10) の導電環 (12) との接触しつつ導電環 (12) 上を転動する。

摺動接点保持部材２８は、また、インナケース４のスリーブ４２が貫通する中央孔５０と、摺動接点保持部材２８をインナケース４に取付ける際に使用される取付け孔６０とを有する。

摺動接点部材を金属の板ばねからボール部材と弾性部材との組に代えたことにより組立ての機械化も可能となり、回転方向の優位性がなくなり高速回転時にも安定した配線接続が得られるため、産業用ロボット、人型ロボット等の関節部動作の自由度の向上及び高速化に貢献できる。

１…スリップリング装置 ３…アウタケース
４…インナケース １０…第１基板
１２…導電環 １４…配線パターン
１６…コネクタ １６ａ…第１端子
２０…第２基板 ２２…摺動接点
２２ａ…ボール部材 ２２ｂ…弾性部材
２４…配線パターン ２６…コネクタ
２６ａ…第２端子 ２８…摺動接点保持部材

Claims (5)

1. 相対的に可動な二つの外部機器の一方に電気的に接続される第１基板と、前記二つの外部機器の他方に電気的に接続される第２基板とからなり、前記第１基板
   は、第１の面に同心円状に配置された複数の導電環と、第２の面に配置された前記複数の導電環をそれぞれ対応する複数の第１端子に接続する配線パターンとを有し、前記第２基板は、前記第１基板に対して相対的に回転自在に設けられ、前記第１基板の前記第１の面と対向する面に、前記複数の導電環とそれぞれ摺動接触可能に配置された複数の摺動接点と、該複数の摺動接点をそれぞれ対応する第２端子に接続する配線とを有するスリップリング装置において、
   前記第２基板の前記複数の摺動接点は、導電性の複数のボール部材と、該複数のボール部材をそれぞれの対応する前記導電環に向けて付勢する複数の導電性の弾性部材とにより構成され、前記ボール部材と弾性部材は、前記ボール部材の一部が外部に突出するように前記ボール部材を受け止める複数の孔を備えた摺動接点保持部材により保持され、前記ボール部材は、前記孔から外部に突出する一部が前記第１基板の前記導電環と接していることを特徴とするスリップリング装置。
2. 前記スリップリング装置は、軸方向一端に開口を備えた壁面を有し、軸方向他端が開放されたアウタケースと、該アウタケース内に同アウタケースに対して回転自在に収容され、軸方向一端の壁面を前記アウタケースの前記開口から露出させたインナケースとを含み、
   前記第１基板は前記アウタケースの開放端を閉塞するように前記アウタケースに取付けられ、前記第２基板及び前記摺動接点保持部材は前記インナケース内に同インナケースと一体に回転可能に収容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。
3. 前記第１基板は、該第１基板上に、外部機器をコネクタ接続可能なコネクタを備えており、前記第１端子は前記第１基板上のコネクタ内に設けら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。
4. 前記第２基板は、該第２基板上に、前記複数の摺動接点をそれぞれ対応する複数の第２端子に接続する配線パターンと、外部機器をコネクタ接続可能なコネクタとを備えており、前記第２端子は前記第２基板上のコネクタ内に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスリップリング。
5. 前記インナケースは、前記アウタケースの前記開口から露出する壁面に窓を備え、前記第２基板上のコネクタは前記インナケースの前記窓から外部機器をコネクタ接続可能に配置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。
   

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