JP2014143155A

JP2014143155A - スパイラル集電子

Info

Publication number: JP2014143155A
Application number: JP2013024936A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sawada; 博史沢田
Original assignee: HISAWA GIKEN CO Ltd
Current assignee: HISAWA GIKEN CO Ltd
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-07

Abstract

【課題】ロータリーコネクタの集電子の弾性変形量を適正範囲に治めるために、製造、寸法管理が容易で適正たわみ量範囲の広い集電子を提供する。
【解決手段】ローラ集電子を従来の円筒形状ではなく、テープ状の薄板または細線ワイヤーのような線条素材を螺旋状に成形したスパイラル集電子３とする。テープ状の薄板、または細線ワイヤーを螺旋形状に成形することにより作製されるため、切削加工のように材料の無駄がなく、また簡易治具で製作可能なため、金型などの初期投資が不要となる。また、バネの反発力（接触圧）が小さいため接触圧を所定の範囲に収めるために必要なたわみ量の適正範囲が広くなり、これにより外周部材２、軸体１、スパイル集電子３の寸法公差を広く設定することができる。さらに、螺旋形状の一巻きごとに独立した位置とたわみ量を持つことが可能なため、微視的な接触面積（真実接触面積）が広くなり、接触抵抗が減少する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内周面が円形である外周部材と、外周部材に対して相対的に回転自在であり、外周部材の中空部に前記内周面と同軸に配設される軸体と、外周部材及び軸体間に、半径方向の弾性変形を伴い回転自在に配設されるローラ集電子とを備え、このローラ集電子を介して、外周部材及び軸体を電気的に接続するコネクタに関する。

相対的に回転する部材同士を電気的に接続し、これらの間で電流を送給するための構造として、ローラ集電子型のロータリーコネクタが考案されている。

ローラ集電子型ロータリーコネクタでは、外周部材と軸体が相対的に回転運動すると、ローラ集電子は外周部材と軸体間の円環状空間で自転しながら公転運動する、いわゆる遊星運動を行う。ローラ集電子の材質はバネ性を備えた通電能力の高い材料、たとえばベリリウム銅、リン青銅が考えられる。またローラ集電子は薄肉の円筒形状をしており、その製造方法としては切削加工、引き抜き加工、絞り加工などが考えられる。

特開２０１１−２２２４６３号公報

しかしながら切削加工では材料の大部分が切削くずとなり無駄が多く、また引き抜き加工、絞り加工では金型など初期投資が必要となる。また従来型ローラ集電子の半径方向の弾性変形量（以下たわみ量という）の適正範囲は、本件発明者の知る限りでは４０μ〜１００μ程度であり、たわみ量をこの範囲で管理するためには外周部材の内径寸法、軸体の外径寸法、ローラ集電子の外径寸法の許容範囲をそれぞれ数μ〜数十μの極めて小さな範囲に設定する必要があり、加工、検査などのコストを押し上げる要因となっている。このため製造、寸法管理の容易な、つまり適正たわみ量範囲の広い製品構造の開発が課題となっていた。

本発明は上記課題を解決するものであり、ローラ集電子を従来の円筒形状ではなく、テープ状の薄板（細平板）または細線ワイヤーのような線条素材を螺旋状に成形したスパイラル集電子とする。

本発明によればローラ集電子はテープ状の薄板、または細線ワイヤーを螺旋形状に成形することにより作製されるため、切削加工のように材料の無駄がなく、また簡易治具で製作可能なため、金型などの初期投資が不要となる。

また、同じ板厚、同じたわみ量で螺旋形状と円筒形状でバネの反発力（接触圧）を比較した場合、螺旋形状の方が小さい。このため接触圧を所定の範囲に収めるために必要なたわみ量の適正範囲は螺旋形状の方が広くなり、これにより外周部材、軸体、スパイル集電子の寸法公差を従来より広く設定することができる。

さらに、スパイラル集電子は螺旋形状の一巻きごとに独立した位置とたわみ量を持つことが可能なため、従来の集電子と比べ、見た目の接触面積が同じでも、微視的な接触面積（真実接触面積）が広くなり、接触抵抗が減少する。

スパイラル集電子正面図スパイラル集電子側面図スパイラル集電子を配設したロータリーコネクタを示す側面断面図スパイラル集電子を配設したロータリーコネクタを示す平面断面図

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

テープ状の薄板からなるスパイラル集電子で構成されるロータリーコネクタの実施形態を説明する。図３及び図４に示すように、本発明によるロータリーコネクタは、内周面が円形である外周部材２と、外周部材に対して相対的に回転自在であり、外周部材の中空部に前記内周面と同軸に配設される軸体１と、外周部材と軸体とで形成される円環状空隙部に、図１に示すテープ状の薄板を螺旋形状に成形したスパイラル集電子３を１個以上配設する構造である。

スパイラル集電子３の構成部材である薄板の材料は導電性に優れ、バネ性を持つもの、例えばベリリウム銅が考えられる。また薄板の表面には接触抵抗を下げるため金、銀などのメッキを施すことが好ましい。

スパイラル集電子３の薄板両端部は、図２に示すように、中心側に曲げられているのが好ましい。これは回転時にめくれ上がった薄板両端部が、外周部材２の内径面または軸体１の外径面と干渉しスムーズな回転を阻害するのを防ぐためである。薄板両端部の中心内側への曲げ具合はたわみ量に合わせて設定する。

テープ状薄板の幅、厚さは、集電子の半径方向の弾性変形量（たわみ量）と、たわみ量に対するバネの反発力（接触圧）の関係から決定される。接触圧が大きすぎると回転時の転がり摩擦が増大し、摩耗粉が発生することとなり、また小さすぎると接触抵抗が増加し、通電が不安定になる。

スパイラル集電子３は、図１及び図２に示すような薄い細平板状の素材を用いてもよいし、図には示していないが、細線ワイヤといったワイヤ状の素材を用いてもよい。要するに、細平板あるいはワイヤに代表されるような線条の素材を用いて螺旋形状に成型すればよい。

ただし製造コストの面ではワイヤ条素材の方が、薄板状素材よりも材料の入手性また加工工数の点で有利であり、多少接触抵抗が大きくても問題にならない信号線用など、微弱電流用途に適している。

一方、薄板状素材はワイヤ条素材に比べて真実接触面積が大きく接触抵抗を小さくできるため大電流用途に適している。

１軸体
２外周部材
３スパイラル集電子

Claims

内周面が円形である外周部材と、前記外周部材に対して相対的に回転自在であり、前記外周部材の中空部に前記内周面と同軸に配設される軸体と、前記外周部材及び前記軸体間で半径方向に弾性変形しながら遊星運動するよう回転自在に配設されるローラ集電子とを備え、前記ローラ集電子を介して、前記外周部材及び前記軸体を電気的に接続するコネクタにおいて、螺旋形状に形成された前記ローラ集電子により構成されたことを特徴とするロータリーコネクタ。
前記ローラ集電子が、テープ状の薄板を螺旋形状に形成することにより構成されたことを特徴とする請求項１記載のロータリーコネクタ。
前記ローラ集電子がワイヤを螺旋形状に形成することにより構成されたことを特徴とする請求項１記載のロータリーコネクタ。