JP2018037240A - 回転コネクタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より異物に対する信頼性が高い回転コネクタ装置を提供する。
【解決手段】ステアリングロールコネクタ１は、ステータ２及びロテータ３を備え、ステータ２には被挟持基板５０が、ロテータ３には被挟持基板５０を挟持する第１挟持基板４０及び第２挟持基板６０が、それぞれ固定されている。被挟持基板５０は、第１挟持基板４０の面に設けられる環状接点５２，５３，５４と、第２挟持基板６０側の面に設けられる環状接点５５，５６，５７とを有する。第１挟持基板４０はブラシ接点４３を、第２挟持基板６０はブラシ接点６３を、それぞれ有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転コネクタ装置に関する。

従来、ステータとロテータとの間の相対回転を許容するとともにこれら両者間の電気的な接続を確保するための回転コネクタ装置が周知である。
特許文献１の回転コネクタ装置は、フレキシブルフラットケーブルを、ステータとロテータとの間の相対回転を許容するための余剰分を確保した状態でロテータの回転軸に巻回させている。

特開２０１０−１２９１８７号公報

ステータとロテータとの間には、これら両者の相対回転を許容するための隙間が必要である。この隙間から、フレキシブルフラットケーブルが配設される部分に砂塵等の異物が進入することがある。フレキシブルフラットケーブルは、ロテータの回転に追従するため、隙間から異物が進入すると、当該異物とフレキシブルフラットケーブルとが擦れてしまうおそれがある。

本発明の目的は、より異物に対する信頼性が高い回転コネクタ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、回転コネクタ装置は、ステータ及び前記ステータに対して相対回転可能に取り付けられるロテータのうちいずれか一方に固定される第１挟持基板及び第２挟持基板、並びに他方に固定され、且つ前記第１挟持基板と前記第２挟持基板との間に挟まれる被挟持基板と、前記第１挟持基板及び前記被挟持基板のうちいずれか一方に設けられる第１環状接点、及び他方設けられて前記第１環状接点に接触する第１対物接点と、前記第２挟持基板及び前記被挟持基板のうちいずれか一方に設けられる第２環状接点、及び他方設けられて前記第２環状接点に接触する第２対物接点とを備えることを要旨とする。

この構成によれば、ステータに対してロテータが相対回転する際、その相対回転に連動して第１挟持基板及び第２挟持基板又は被挟持基板が回転する。ここで、第１挟持基板と被挟持基板との間は、第１環状接点と第１対物接点とにより、第２挟持基板と被挟持基板との間は、第２環状接点と第２対物接点とにより、それぞれ接続が維持される。すなわち、従来のように、フレキシブルフラットケーブルを採用しなくても、ステータとロテータとの間の電気的な接続が維持される。

また、この構成によれば、被挟持基板の第１挟持基板側及び第２挟持基板側の両面を使用して、ステータとロテータとの間の電気的な接続を維持する。これにより、片面を使用するものと比較して、ステータとロテータとの間で多くの種類の電気信号を授受することができる。

上記構成において、前記被挟持基板は、その中央部に貫通孔を有する環状基板であって、前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板は、それぞれ他方との間の電気的及び機械的な接続関係を維持する複数の接続部を有し、前記複数の接続部は、前記貫通孔の内径よりも小さい外径となるように環状に配設され、前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板のいずれか一方に、これら前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板が固定される前記ステータ側又は前記ロテータ側の接続対象と接続するための接続機器を備えることが好ましい。

この構成によれば、第１挟持基板と第２挟持基板との間の電気的な接続が維持される。また、第１挟持基板に接続機器が設けられたと仮定すると、被挟持基板と第２挟持基板との間で授受される電気信号は、接続部を介することにより、第２挟持基板と第１挟持基板との間で授受され、さらには、接続機器を介することにより、第１挟持基板と接続対象との間で授受される。当然、被挟持基板と第１挟持基板との間で授受される電気信号は、接続機器を介することにより、第１挟持基板と接続対象との間で授受される。したがって、この構成によれば、接続機器の数が抑制されるので、回転コネクタ自体の組み立て工数や、回転コネクタを接続対象へ接続するための接続工数が抑制される。

なお、複数の接続部は、貫通孔の内径よりも小さい外径となるように環状に配設されているため、ステータに対してロテータが相対回転しても、当該相対回転に影響を与えないことは言うまでもない。

上記構成において、前記被挟持基板は、前記第１環状接点及び前記第２環状接点を有し、前記第１挟持基板は、前記第１対物接点として前記被挟持基板との間で弾性圧縮状態とされる第１ばね接点を有し、前記第２挟持基板は、前記第２対物接点として前記被挟持基板との間で弾性圧縮状態とされる第２ばね接点を有することが好ましい。

この構成によれば、第１ばね接点及び第２ばね接点が弾性圧縮状態であるので、ステータとロテータとの相対回転に伴って、被挟持基板と第１挟持基板及び第２挟持基板とが相対回転した場合でも、第１ばね接点と第１環状接点との間、及び第２ばね接点と第２環状接点との間が、それぞれ好適な接続状態に維持される。

また、環状接点は、基板と一体製造可能であるのに対し、ばね接点は、実装させる必要があることは周知である。また、第１挟持基板及び第２挟持基板には、接続部や接続機器の実装が必要である。したがって、第１挟持基板や第２挟持基板に環状接点を設けた場合、被挟持基板、第１挟持基板、及び第２挟持基板の全てが実装部品を有することになり、組み立て工数が増加する。

その点、この構成の場合、被挟持基板に実装部品が設けられないので、当該被挟持基板を、実装部品を取り付けるための実装ラインに流す必要がない。したがって、本構成の回転コネクタ装置は、組み立て工数が抑制されるという効果を有する。

本発明の回転コネクタ装置は、より異物に対する信頼性が高いという効果を有する。

ステアリングロールコネクタの斜視図。 ステアリングロールコネクタの分解斜視図。 ステアリングロールコネクタの断面図。

以下、回転コネクタ装置をステアリングロールコネクタに具体化した一実施形態について図面にしたがって説明する。
＜構成＞
図１に示すように、ステアリングロールコネクタ１は、車体側に位置するステータ２と、ステアリングホイール側に位置し、ステータ２に対して相対回転可能とされたロテータ３とを備える。

図２，３に示すように、ステータ２は、円板状の第１ステータ２１と円筒状の第２ステータ２２とが組み合わされることにより、ステアリングホイール側が開放し車体側が閉塞された有底円筒状とされている（図１参照）。第１ステータ２１の中央部には、ステアリングシャフト４が挿通される挿通孔２３が設けられている。ステータ２は、図示しない車体に固定される。

なお、ステータ２、すなわち第１ステータ２１及び第２ステータ２２には、径方向外側に向かって張り出す矩形部２４が設けられている。矩形部２４は、図示しない車体の制御ユニットと接続するためのターミナル端子５が配設される部分である。

ロテータ３は、第１ステータ２１に設けられる挿通孔２３の内径よりも小さい外径を有する円筒部３１と、円筒部３１のステアリングホイール側の端部に連続し且つ拡径するように拡がる円環状のフランジ部３２とを有する。フランジ部３２の外径は、ステータ２（第２ステータ２２）の外径と等しく設定されており、ロテータ３は、ステータ２の開放部分を閉塞するように、当該ステータ２に遊嵌されている。すなわち、ロテータ３は、ステータ２に対して相対回転可能とされている。また、円筒部３１は、その筒内にステアリングシャフト４が挿入された状態でこれと嵌合している。すなわち、ロテータ３は、ステアリングシャフト４と一体回転可能とされている。なお、ステータ２とロテータ３との間を、相対回転可能に接続する技術は周知であるため、その詳細な構成についての説明は割愛する。

ロテータ３のフランジ部３２には、ステアリングホイール側に向かって矩形部３３が突設されている。矩形部３３は、図示しないステアリングホイールの制御ユニットと接続するためのターミナル端子６が配設される部分である。なお、ステアリングホイールの制御ユニットが接続対象に相当し、ターミナル端子６が接続機器に相当する。

ステアリングロールコネクタ１は、ステータ２及びロテータ３に加えて、第１挟持基板４０、被挟持基板５０、及び第２挟持基板６０を備える。これら各基板は、ステアリングホイール側から第１挟持基板４０、被挟持基板５０、第２挟持基板６０の順で積層された状態で、第１ステータ２１、第２ステータ２２、円筒部３１、及びフランジ部３２により囲われてなる収容部分Ｓに配設されている。

第１挟持基板４０は、ステータ２の内径よりも小さい外径と、ステアリングシャフト４と一体回転するロテータ３の円筒部３１が圧入される貫通孔４１とを有する円環状とされている。したがって、第１挟持基板４０は、ステアリングシャフト４と一体回転可能とされている。この第１挟持基板４０のステアリングホイール側（ロテータ３側）の面には、ターミナル端子６が突設されている。ターミナル端子６は、矩形部３３に収容されるように一部分に固められた状態で配設されている。

また、第１挟持基板４０のステータ２側の面には、貫通孔４１を囲うように３つのフィメールヘッダ端子４２が突設されている。フィメールヘッダ端子４２は、等角度間隔で環状に配設されている。また、第１挟持基板４０のステータ２側の面には、３つのブラシ接点４３が配設されている。３つのブラシ接点４３は、それぞれの先端部４３ｃ（次段落で詳述する）と第１挟持基板４０の軸心との間の距離がＬ１，Ｌ２，Ｌ３となるように配設されている。第１挟持基板４０の内部には、３つのフィメールヘッダ端子４２とターミナル端子６のうちの３つとの間をそれぞれ繋ぐ図示しない経路が設けられている。また、第１挟持基板４０の内部には、３つのブラシ接点４３（正確には、後述する基端部４３ａ）とターミナル端子６のうちの３つとの間をそれぞれ繋ぐ図示しない経路が設けられている。

なお、ブラシ接点４３は、第１挟持基板４０に取り付けられる基端部４３ａと、当該基端部４３ａからステータ２に対するロテータ３の相対回転方向に向かうに連れて徐々に被挟持基板５０側に近づくように延びる中間部４３ｂと、中間部４３ｂに連続して第１挟持基板４０側に向かって滑らかに折り返される先端部４３ｃとを有する。基端部４３ａは、幅広に形成され、第１挟持基板４０との間の接触面積が確保されている。基端部４３ａと第１挟持基板４０との間は、はんだづけ等により接合される。ブラシ接点４３は、先端部４３ｃにおいて第１挟持基板４０側に向かう荷重が負荷されることにより中間部４３ｂの第１挟持基板４０側への弾性変形を許容する。すなわち、ブラシ接点４３は、第１ばね接点及び第１対物接点に相当する。

被挟持基板５０は、環状に配置される３つのフィメールヘッダ端子４２により構成され、図２において一点鎖線で示す構成円Ｃの外径よりも大きい内径の貫通孔５１を有する円環状の基板とされている。

被挟持基板５０においてロテータ３側（第１挟持基板４０側）の面には、３つの環状接点５２，５３，５４が同心円状に配設されている。環状接点５２の外径は構成円Ｃの外径よりも大きく設定されている。環状接点５３の外径は、環状接点５２の外径よりも大きく設定されている。環状接点５４の外径は、環状接点５３の外径よりも大きく設定されている。なお、環状接点５２，５３，５４は、第１環状接点に相当する。

また、被挟持基板５０においてステータ２側（第２挟持基板６０側）の面には、３つの環状接点５５，５６，５７が同心円状に配設されている。環状接点５５の外径は環状接点５２の外径と等しく設定されている。環状接点５６の外径は、環状接点５４と等しく設定されている。環状接点５７の外径は、環状接点５５と等しく設定されている。なお、環状接点５５，５６，５７は、第２環状接点に相当する。

なお、被挟持基板５０には、径方向外側に向かって張り出す矩形状の集約部５８が設けられている。集約部５８は、矩形部２４に収容されるように、その大きさが設定されている。この集約部５８には、各環状接点のそれぞれから延びる接点が集約されている。集約部５８は、フレキシブルフラットケーブルＦＦＣを介してそれぞれに対応するターミナル端子５と接続されている。

第２挟持基板６０は、ステータ２の内径よりも小さい外径と、ステアリングシャフト４と一体回転可能とされるロテータ３の円筒部３１が圧入される貫通孔６１とを有する。したがって、第２挟持基板６０は、ステアリングシャフト４と一体回転可能とされている。

第２挟持基板６０のステアリングホイール側（ロテータ３側）の面には、貫通孔６１を囲うように３つの線材ピン端子６２が突設されている。線材ピン端子６２は、フィメールヘッダ端子４２に対して電気的且つ機械的に接続可能とされ、等角度間隔で環状に配設されている。また、第２挟持基板６０のロテータ３側の面には、３つのブラシ接点６３が配設されている。３つのブラシ接点６３は、それぞれの先端部６３ｃ（次段落で詳述する）と第２挟持基板６０の軸心との間の距離がＬ１，Ｌ２，Ｌ３となるように配設されている。第２挟持基板６０の内部には、３つの線材ピン端子６２と３つのブラシ接点６３との間をそれぞれ繋ぐ経路が設けられている。なお、フィメールヘッダ端子４２及び線材ピン端子６２が接続部に相当する。

なお、ブラシ接点６３は、第２挟持基板６０に取り付けられる基端部６３ａと、当該基端部６３ａからステータ２に対するロテータ３の相対回転方向に向かうに連れて徐々に被挟持基板５０側に近づくように延びる中間部６３ｂと、中間部６３ｂに連続して第２挟持基板６０側に向かって滑らかに折り返される先端部６３ｃとを有する。基端部６３ａは、幅広に形成され、第２挟持基板６０との間の接触面積が確保されている。基端部６３ａと第２挟持基板６０との間は、はんだづけ等により接合される。ブラシ接点６３は、先端部６３ｃにおいて第２挟持基板６０側に向かう荷重が負荷されることにより中間部６３ｂの第２挟持基板６０側への弾性変形を許容する。すなわち、ブラシ接点６３は、第２ばね接点及び第２対物接点に相当する。

なお、フィメールヘッダ端子４２と線材ピン端子６２とが電気的且つ機械的に接続された状態にあるとき、ブラシ接点４３の先端部４３ｃとブラシ接点６３の先端部６３ｃとの間の距離は、被挟持基板５０の板厚よりも短いものとする。

次に、ステアリングロールコネクタ１の作用について説明する。
図３に示すように、被挟持基板５０は、フィメールヘッダ端子４２と線材ピン端子６２とを介して接続される第１挟持基板４０と第２挟持基板６０との間に位置する。フィメールヘッダ端子４２と線材ピン端子６２とが電気的且つ機械的に接続された状態にあるとき、ブラシ接点４３の先端部４３ｃとブラシ接点６３の先端部６３ｃとの間の距離は、被挟持基板５０の板厚よりも短いので、被挟持基板５０は、それぞれ弾性変形するブラシ接点４３とブラシ接点６３との間に挟持される。

ブラシ接点４３は、被挟持基板５０に向かって弾性復帰しようとする。したがって、ステータ２に対するロテータ３の相対回転に伴う第１挟持基板４０に対する被挟持基板５０の相対回転の有無にかかわらず、ブラシ接点４３と被挟持基板５０に配設される環状接点５２，５３，５４との間の接触が維持される。

すなわち、第１挟持基板４０と被挟持基板５０との間には従来技術のようなフレキシブルフラットケーブルは不要である。したがって、ステータ２とロテータ３との間の隙間から、収容部分Ｓに進入した埃や塵等の異物によりフレキシブルフラットケーブルが擦れてしまい、第１挟持基板４０と被挟持基板５０との間の導通が不通となることもない。この効果は、第２挟持基板６０と被挟持基板５０との間においても同様に生じる。

また、第１挟持基板４０と被挟持基板５０との間、及び第２挟持基板６０と被挟持基板５０との間に巻回状態のフレキシブルフラットケーブルを配設する必要がないので、これら両者間における相対回転に制限もない。

ここで、第１挟持基板４０と第２挟持基板６０との間は、フィメールヘッダ端子４２と線材ピン端子６２とを介して機械的且つ電気的に接続されている。したがって、第１挟持基板４０と第２挟持基板６０との間で電気信号の授受が可能である。

すなわち、車体の制御ユニットとステアリングホイールの制御ユニットとの間には、次に示す２つの電気信号授受経路が存在する。
（経路１）車体の制御ユニット−被挟持基板５０（第１挟持基板４０側の面）−第１挟持基板４０−ステアリングホイールの制御ユニット
（経路２）車体の制御ユニット−被挟持基板５０（第２挟持基板６０側の面）−第２挟持基板６０−第１挟持基板４０−ステアリングホイールの制御ユニット
このように、ステアリングロールコネクタ１によれば、被挟持基板５０の両面を使用して、ステータ２とロテータ３との間の電気的な接続を維持することができることから、片面を使用するものと比較して、ステータ２とロテータ３との間で多くの種類の電気信号を授受することができる。

なお、第１挟持基板４０と第２挟持基板６０との間を、フィメールヘッダ端子４２と線材ピン端子６２とを介して機械的且つ電気的に接続する構成とした。これにより、これら両者間を機械的に接続する構成と電気的に接続する構成とを別体とした場合と比較して、ステアリングロールコネクタ１自体の組み立て工数や、ステアリングロールコネクタ１を接続対象へ接続するための接続工数が抑制される。

また、環状配置されるフィメールヘッダ端子４２及び線材ピン端子６２の構成円Ｃは、被挟持基板５０の貫通孔５１の内径よりも小さい外径とされている。このため、ステータ２に対するロテータ３の相対回転に伴って、第１挟持基板４０に対して被挟持基板５０が、並びに第２挟持基板６０に対して被挟持基板５０が、それぞれ相対回転しても、その相対回転に、フィメールヘッダ端子４２及び線材ピン端子６２が影響を与えないことは言うまでもない。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、ブラシ接点４３，６３は、弾性変形可能なばね接点とされたが、これらのいずれか一方若しくは両方は、ばね接点でなくてもよい。第１挟持基板４０と被挟持基板５０との間、並びに第２挟持基板６０と被挟持基板５０との間は、それぞれ固定距離であることから、ばね接点でなくてもそれぞれの間の電気的な接触状態が維持される。

・上記実施形態において、フィメールヘッダ端子４２及び線材ピン端子６２は、接続部としての一例であって、電気的及び機械的な接続関係を維持できるものであれば、種々の構成が適用可能である。

・また、上記別例において、電気的な接続関係を維持する構成と、機械的な接続関係を維持する構成とが別々であってもよい。
・上記実施形態において、被挟持基板５０に環状接点５２，５３，５４，５５，５６，５７を、第１挟持基板４０及び第２挟持基板６０にブラシ接点４３，６３をそれぞれ設けたが、これらは、逆の関係であってもよい。すなわち、環状接点を第１挟持基板４０及び第２挟持基板６０に、ブラシ接点を被挟持基板５０に、それぞれ設けてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

ただし、上記実施形態の構成を採用することにより、被挟持基板５０は、環状接点とともに一体製造可能である。ブラシ接点が設けられる基板には、はんだ付けなど、ブラシ接点を実装させる工程が必要である。上記実施形態において、第１挟持基板４０にはフィメールヘッダ端子４２を、第２挟持基板６０には線材ピン端子６２を、それぞれ実装させる工程が必要である。ここで、被挟持基板５０にブラシ接点を設けた場合、３つの基板４０，５０，６０の全てで実装させる工程が必要となる。すなわち、上記実施形態の構成によれば、被挟持基板５０に実装部品が設けられないので、当該被挟持基板５０を、実装部品を取り付けるための実装ラインに流す必要がない。したがって、上記実施形態のステアリングロールコネクタ１は、組み立て工数が抑制されるという効果を有する。

・上記実施形態において、被挟持基板５０がロテータ３に、第１挟持基板４０及び第２挟持基板６０がステータ２に、それぞれ固定される構成であってもよい。
・上記実施形態において、ターミナル端子５と集約部５８との間は、フレキシブルフラットケーブルＦＦＣ以外の構成で接続してもよい。なお、フレキシブルフラットケーブルＦＦＣを採用することにより、被挟持基板５０の組み立てが容易になり、ひいてはステアリングロールコネクタ１としての組み立てが容易になる。

・上記実施形態において、第１挟持基板４０と被挟持基板５０との間の接点数、及び被挟持基板５０と第２挟持基板６０との間の接点数は、それぞれ３つとされたが、接点数は、３つの限定されず、適宜変更してもよい。

・上記実施形態において、回転コネクタ装置として、ステアリングロールコネクタ１を例示して説明したが、ステアリングロールコネクタに限らず、ステータとロテータとを有する構成であれば適用できる。

１…ステアリングロールコネクタ、２…ステータ、３…ロテータ、４…ステアリングシャフト、５…ターミナル端子、６…ターミナル端子（接続機器）、２１…第１ステータ、２２…第２ステータ、２３…挿通孔、２４…矩形部、３１…円筒部、３２…フランジ部、３３…矩形部、４０…第１挟持基板、４１…貫通孔、４２…フィメールヘッダ端子（接続部）、４３…ブラシ接点（第１対物接点、第１ばね接点）、５０…被挟持基板、５１…貫通孔、５２，５３，５４…環状接点（第１環状接点）、５５，５６，５７…環状接点（第２環状接点）、５８…集約部、６０…第２挟持基板、６１…貫通孔、６２…線材ピン端子（接続部）、６３…ブラシ接点（第２対物接点、第２ばね接点）。

Claims (3)

1. ステータ及び前記ステータに対して相対回転可能に取り付けられるロテータのうちいずれか一方に固定される第１挟持基板及び第２挟持基板、並びに他方に固定され、且つ前記第１挟持基板と前記第２挟持基板との間に挟まれる被挟持基板と、
   前記第１挟持基板及び前記被挟持基板のうちいずれか一方に設けられる第１環状接点、及び他方設けられて前記第１環状接点に接触する第１対物接点と
   前記第２挟持基板及び前記被挟持基板のうちいずれか一方に設けられる第２環状接点、及び他方設けられて前記第２環状接点に接触する第２対物接点とを備える回転コネクタ装置。
2. 請求項１に記載の回転コネクタ装置において、
   前記被挟持基板は、その中央部に貫通孔を有する環状基板であって、
   前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板は、それぞれ他方との間の電気的及び機械的な接続関係を維持する複数の接続部を有し、
   前記複数の接続部は、前記貫通孔の内径よりも小さい外径となるように環状に配設され、
   前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板のいずれか一方に、これら前記第１挟持基板及び前記第２挟持基板が固定されるステータ側又はロテータ側の接続対象と接続するための接続機器を備える回転コネクタ装置。
3. 請求項２に記載の回転コネクタ装置において、
   前記被挟持基板は、前記第１環状接点及び前記第２環状接点を有し、
   前記第１挟持基板は、前記第１対物接点として前記被挟持基板との間で弾性圧縮状態とされる第１ばね接点を有し、
   前記第２挟持基板は、前記第２対物接点として前記被挟持基板との間で弾性圧縮状態とされる第２ばね接点を有する回転コネクタ装置。

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