JP2018064409A - スリップリング用のブラシ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシの振動に対する強度を向上させることができる、スリップリング用のブラシ構造を提供する。
【解決手段】スリップリング用のブラシ構造２０は、スリップリング１０にブラシ接点３０ａにおいて接触するブラシ３０と、ブラシ３０を電気回路に電気的に接続する接続構造３１と、接続構造３１よりもブラシ接点３０ａに近い位置でブラシ３０を保持するブラシホルダ４０，５０，６０とを備える。スリップリング１０は高周波信号伝送用である。
【選択図】図１

Description

この発明は、スリップリング用のブラシ構造に関する。

回転電機等において、外部の電気回路とスリップリングとの電気的接触を実現するためにブラシが用いられる。従来のブラシ構造では、ブラシの接続部分は、プリント基板へのはんだ付けにより実現される。このような構成の例は特許文献１に開示される。

図５に、従来の構成に係るブラシ構造１２０の例を示す。スリップリング１０に対し、ブラシ１３０がブラシ接点１３０ａにおいて接触するよう設けられている。ブラシ１３０は、プリント基板１４０に接続構造１３１として示すようにはんだ付けされる。

特開２０１０−２３２１３９号公報

しかしながら、従来のブラシ構造では、ブラシの振動に対する強度を十分に高くできないという問題があった。

このような問題は、伝送信号の周波数に関わらず発生する可能性があるが、とくに高周波伝送用のスリップリングにおいて顕著となる。

たとえば図５に示すような従来のブラシ構造１２０では、ブラシ１３０を保持するための構造が、プリント基板１４０に対する接続構造１３１（はんだ付け）に限られるので、ブラシの振動に対する強度が低下する。

とくに、スリップリング１０が高周波伝送用のものである場合には、専用ハーネスが用いられることがある。そのような場合にはリング径が大きくなり、結果としてプリント基板１４０とブラシ接点１３０ａとの距離が長くなるので、ブラシの共振点が下がり、振動に対する強度がさらに低下する。

振動に対する強度が低下すると、たとえばブラシの接点状態が不安定となる等の状態が発生し、伝送信号にノイズ乱れが起こるおそれがある。このような問題は、伝送信号の周波数に関わらず発生する可能性があるが、とくに高周波の伝送信号において顕著となる。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、ブラシの振動に対する強度を向上させることができるスリップリング用のブラシ構造を提供することを目的とする。

この発明に係る、スリップリング用のブラシ構造は、
スリップリングにブラシ接点において接触するブラシと、
ブラシを電気回路に電気的に接続する接続構造と、
前記接続構造よりもブラシ接点に近い位置でブラシを保持する保持構造と
を備える。
特定の態様によれば、前記スリップリングは高周波信号伝送用である。
特定の態様によれば、前記保持構造は、所定の閾値以上の厚さを有する樹脂層を備え、前記樹脂層には、ブラシが挿通可能な貫通孔が設けられる。
特定の態様によれば、前記保持構造は、
ブラシが挿入可能な溝を備える溝部材と、
前記溝に挿入された状態のブラシの周方向を、前記溝部材とともに閉鎖する閉鎖部材と
を備える。
特定の態様によれば、少なくとも２本の前記ブラシが対を形成し、前記対の各ブラシは、各前記接続構造から各ブラシ接点に向けて互いに離れてゆくように配置される。

この発明によれば、接続構造よりもブラシ接点に近い位置でブラシを保持する保持構造を備えるので、保持構造とブラシ接点との距離がより短くなり、ブラシの振動に対する強度が向上する。

実施の形態１に係るスリップリング用のブラシ構造を、スリップリングの軸方向から見た部分断面図である。 図１のブラシ構造を矢印ＩＩの向きに見た図である。 図１のブラシ構造を矢印ＩＩＩの向きに見た図である。 実施の形態２に係るスリップリング用のブラシ構造を、スリップリングの軸方向から見た部分断面図である。 従来のスリップリング用のブラシ構造を、スリップリングの軸方向から見た図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１に係るブラシ構造２０の構成の例を説明する。ブラシ構造２０はスリップリング用のブラシ構造である。図１は、スリップリング１０の軸方向から見た部分断面図であり、図２および図３は、いずれも軸と直交する方向すなわちそれぞれ図１の矢印ＩＩおよびＩＩＩの向きに見た図である。

図１のように、ブラシ構造２０はスリップリング１０に対して設けられる。なお、スリップリング１０は、図１では外周のみ破線で示しており、図２および図３では図示を省略している。スリップリング１０は、たとえば高周波信号伝送用のものである。「高周波信号」に該当する周波数領域は当業者に公知であるが、たとえば１００Ｍｂｐｓ以上の信号を意味する。

ブラシ構造２０は１本以上のブラシ３０を備える。ブラシ３０はそれぞれブラシ接点３０ａにおいてスリップリング１０に接触する。また、本実施形態では、ブラシ３０は、図１に示すように、直線状の第１部分３０ｂと、同じく直線状の第２部分３０ｃとを備え、これらの部分が接続されてなる折線形状に形成される。このように、ブラシ３０は、純粋な直線形状ではなく、角度をつけるように形成されている。なお図３は、第２部分３０ｃの長手方向と直交する方向から見た図である。

ブラシ構造２０は、ブラシ３０を保持または固定するための保持構造を備える。本実施形態では、保持構造は、図１に示すように、ブラシホルダ４０（第１のブラシホルダ）、ブラシホルダ５０（第２のブラシホルダ）およびブラシホルダ６０（第３のブラシホルダ）を含む。

ブラシホルダ４０は導体層４１および樹脂層４２を含み、たとえばこれらが互いに接着または固定されて形成される。導体層４１は少なくとも一部に導体を含み、本実施形態では全体が銅板を形成する。導体層４１は、スリップリング１０と電気的に接続されるべき電気回路を構成する。すなわち、ブラシ３０は、導体層４１とスリップリング１０との間の導通を実現する。導体層４１には、ブラシ３０が挿通可能な貫通孔４１ａが設けられる。樹脂層４２は所定の厚さを有し、同様にブラシ３０が挿通可能な貫通孔４２ａが設けられる。

ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は樹脂を用いて形成され、それぞれ樹脂層を含む。本実施形態ではいずれも全体が樹脂から形成される。ブラシホルダ４０の樹脂層４２、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は、たとえば同一の樹脂からなるものであってもよい。

ブラシ構造２０は、ブラシ３０を電気回路（たとえば導体層４１）に接続するための接続構造３１を備える。本実施形態では、接続構造３１ははんだ７０を含み、はんだ付けにより形成される。また、導体層４１にはリード線８０が接続されており、導体層４１はリード線８０を介して図示しない外部の電気回路に接続されている。

図２および図３に示すように、ブラシ３０は、スリップリング１０の軸方向に配列して設けられる。本実施形態では、４本のブラシ３０が互いに並行に、スリップリング１０の軸方向に配列され、ブラシ体３２を構成している。また、図１に示すように、少なくとも２本のブラシ３０がスリップリング１０を挟んで面対称に配置され、対を形成している（本実施形態では、８本のブラシ３０が、４本ずつ組となって２つのブラシ体３２を構成し、この２つのブラシ体３２が対を形成している）。図１の例では、対称面Ｓは、スリップリング１０の軸を含み、対となるブラシ３０の接続構造３１の中点を通る平面であり、この例ではリード線８０の軸を含む平面ともなっている。

ブラシ３０（とくに、対となる各ブラシ３０）の、第１部分３０ｂ（すなわち、接続構造３１近傍の直線部分）は、互いに平行である。また、ブラシ３０（とくに、対となる各ブラシ３０）の、第２部分３０ｃは、第１部分３０ｂから離れるにつれて互いの距離が大きくなる。すなわち、対の各ブラシ３０を全体として見ると、それぞれ対応する接続構造３１から、それぞれ対応するブラシ接点３０ａに向けて、互いに離れてゆくように配置される。言い換えると、対となる２本（または２組）のブラシ３０について、各ブラシ接点３０ａの間の距離は、各接続構造３１の間の距離よりも大きくなっている。

次に、ブラシ３０を保持または固定するための保持構造について説明する。図１に示すように、ブラシホルダ４０は、樹脂層４２の貫通孔４２ａ（厳密にはその内周面）によってブラシ３０を保持し、これによって、第１部分３０ｂの長手方向と直交する方向の振動を抑制する。上述のように、樹脂層４２は所定の厚さを有しており、その厚さに応じて振動抑制効果を得ることができる。ここで、ブラシホルダ４０は、樹脂層４２の厚さに応じて、接続構造３１よりもブラシ接点３０ａに近い位置（言い換えると、より接続構造３１から隔たった位置）で、ブラシ３０を保持するということができる。

また、図３に示すように、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０はブラシ３０を挟持して保持する。ブラシホルダ５０は、ブラシ３０が挿入可能な溝５１を備える溝部材である。ブラシホルダ６０は、溝５１に挿入された状態のブラシ３０の周方向を、ブラシホルダ５０とともに閉鎖する閉鎖部材である。図３の例では、ブラシホルダ５０の溝５１と、ブラシホルダ６０の閉鎖面６１とが、ブラシ３０の周方向を閉鎖している。ここで、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は、図３に示すように組み合わされることにより、ブラシ３０が挿通可能な貫通孔を形成するということができる。ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は、たとえば公知の締結具を用いてブラシホルダ４０に固定することができる。また、ブラシ構造は、たとえばブラシホルダ４０を介してスリップリング筐体に固定されてもよい。その場合、図１においてブラシホルダ４０の上側左右（接続構造３１よりも左右外側）に図示される構造は、ブラシホルダ４０をスリップリング筐体に対して保持し固定するための機構であってもよい。

このようなブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０の組み合わせが、ブラシ３０を保持し、これによって、第２部分３０ｃの長手方向と直交する方向の振動を抑制する。ここで、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は、それぞれの厚さに応じて、接続構造３１よりもブラシ接点３０ａに近い位置（言い換えると、より接続構造３１から隔たった位置）で、ブラシ３０を保持するということができる。

このような樹脂層の厚さに応じ、ブラシ３０の最遠保持点３０ｄ（図１）の位置が決定される。ここで「最遠保持点」とは、ブラシ３０が保持構造によって保持される部分のうち、接続構造３１から最も隔たった点を意味し、図１の例ではブラシホルダ５０の紙面下方向端に相当する。この最遠保持点３０ｄと、ブラシ接点３０ａとの間の距離が小さいほど、ブラシ３０が自由に振動する部分が短くなって相対的に剛性が向上し、したがって振動に対するブラシ３０の強度が向上するということができる。なお、図１の例では、ブラシホルダ６０の前面（紙面下方向の表面、すなわちスリップリング１０に対向する面）に凹部が設けられている。このように凹部を設けることにより、スリップリング１０とブラシホルダ６０との接触を避けつつ、ブラシ３０の長さ（より厳密には、最遠保持点３０ｄと、ブラシ接点３０ａとの間の距離）を短くし、全体として小型化することができる。

以上説明するように、本発明の次実施の形態１に係るブラシ構造２０によれば、ブラシホルダ４０、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０を含む保持構造が、接続構造３１から隔たった点においてブラシ３０を保持するので、ブラシ３０の振動に対する強度が向上する。

振動に対する強度が向上すると、その結果として、たとえばブラシ接点３０ａにおける接触状態が安定し、信号伝送自体の品質が向上する。

このような効果は、伝送信号の周波数に関わらず得られるが、とくに高周波の信号について顕著となる。

また、図５に示すような従来の構成と比較すると、本発明に係る構成では、電気的な接続機能を発揮する接続構造３１とは別に、ブラシ３０を保持する機能を発揮する保持構造を設けているので、ブラシ３０がよりしっかりと保持される。とくに、ブラシ３０を保持する強度がはんだ７０の強度に制限されない。

また、本実施形態では、図１に示すようにブラシ３０が成形され、角度をもってスリップリング１０に接するので、接続構造３１または最遠保持点３０ｄと、ブラシ接点３０ａとの間の距離がさらに短くなる（図１の例では、スリップリング１０の軸よりも紙面上側の位置となる）。さらに、このような形状により、ブラシ構造２０全体を小型化することができる。なお、このようなブラシ３０の形状は必須ではなく、ブラシ３０の全体を直線的に構成してもよい。その場合には、ブラシ３０は互いに平行に（すなわち第１部分３０ｂのように）配置されてもよく、互いに角度をなすように（すなわち第２部分３０ｃのように）配置されてもよい。

なお、保持構造における樹脂層の厚さは、所定の閾値以上であればよい。閾値は全体の構成に応じて当業者が適宜設計可能である。たとえばブラシ３０の直径または断面径に応じて閾値を決定してもよく、たとえば直径を閾値としてもよい。

樹脂層の構成内訳は任意に設計可能である。たとえば樹脂層４２の厚さを閾値以上としてもよく、その場合にはブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０は任意の厚さとすることができる（またはこれらを省略してもよい）。あるいは、ブラシホルダ５０およびブラシホルダ６０の厚さをいずれも閾値以上としてもよく、その場合にはブラシホルダ４０の樹脂層４２は任意の厚さとすることができる（またはこれを省略してもよい）。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、同一の軸方向位置においてスリップリング１０に接触するブラシ３０の数を増加させたものである。以下、実施の形態１との相違を説明する。

図４を用いて、本発明の実施の形態２に係るブラシ構造２０’の構成の例を説明する。図４は、スリップリング１０の軸方向から見た部分断面図である。

図４に示すように、実施の形態１に示すブラシ３０（または、ブラシ３０の対、ブラシ体３２、ブラシ体３２の対、等と表現しても等価である）が、スリップリング１０に対して対向する位置に設けられる。「対向する」とは、たとえば、あるブラシ３０（またはブラシ３０の対）に対して、スリップリング１０の軸に関して１８０°回転した位置に、追加のブラシ３０（またはブラシ３０の対）が配置される位置関係をいうが、各ブラシ３０が互いに干渉せず配置可能な位置関係であればこれに限らない。

言い換えると、スリップリング１０の軸方向から見た場合に、ブラシ３０（またはブラシ３０の対）が、両側からスリップリング１０を挟むように配置されるということもできる。結果として、スリップリング１０とブラシ３０との接点の数が増加している。図１に現れるブラシ接点３０ａは２箇所であるが、図４では４箇所にブラシ接点３０ａが現れている。

このように、実施の形態２に係るブラシ構造２０’によれば、スリップリング１０とブラシ３０との接点の数が増加するので、スリップリング１０とブラシ３０との接触状態がさらに安定し、信号伝送自体の品質がさらに向上する。

なお、このような対向配置は、ブラシ３０に角度をつけて配置することによって可能となる。たとえば図５のような従来の構成では、ブラシを対向させると互いに干渉するので、そのような構成は物理的に実現困難である。

上述の実施の形態１および２において、次のような変形を施すことができる。
実施の形態１および２ではブラシホルダ６０は平面（閉鎖面６１）でブラシ３０を保持するが、ブラシホルダ６０に溝が形成されてもよい。その場合にはブラシホルダ５０は溝５１を備えないものであってもよい。また、実施の形態１および２では、最遠保持点３０ｄにおいてはブラシホルダ５０のみがブラシ３０に接触しており、ブラシホルダ６０はブラシ３０に接触しないが、ブラシホルダ６０を変形して最遠保持点３０ｄでもブラシ３０に接触する形状としてもよい。さらに、ブラシホルダ６０が最遠保持点３０ｄにおいてブラシ３０を保持する場合には、ブラシホルダ５０は最遠保持点３０ｄにおいてブラシ３０に接触する必要はない。

実施の形態１および２では、接続構造３１もまた、はんだ７０等によってブラシ３０を保持する作用をある程度有するが、接続構造３１は保持作用を有しないものであってもよい。

１０ スリップリング、２０ ブラシ構造、３０ ブラシ、３０ａ ブラシ接点、３１ 接続構造、４０ ブラシホルダ（保持構造）、４２ 樹脂層、４２ａ 貫通孔、５０ ブラシホルダ（保持構造、樹脂層、溝部材）、５１ 溝、６０ ブラシホルダ（保持構造、樹脂層、閉鎖部材）。

Claims (5)

1. スリップリングにブラシ接点において接触するブラシと、
   ブラシを電気回路に電気的に接続する接続構造と、
   前記接続構造よりもブラシ接点に近い位置でブラシを保持する保持構造と
   を備える、スリップリング用のブラシ構造。
2. 前記スリップリングは高周波信号伝送用である、請求項１に記載のスリップリング用のブラシ構造。
3. 前記保持構造は、所定の閾値以上の厚さを有する樹脂層を備え、前記樹脂層には、ブラシが挿通可能な貫通孔が設けられる、請求項１または２に記載のスリップリング用のブラシ構造。
4. 前記保持構造は、
   ブラシが挿入可能な溝を備える溝部材と、
   前記溝に挿入された状態のブラシの周方向を、前記溝部材とともに閉鎖する閉鎖部材と
   を備える、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のスリップリング用のブラシ構造。
5. 少なくとも２本の前記ブラシが対を形成し、前記対の各ブラシは、各前記接続構造から各ブラシ接点に向けて互いに離れてゆくように配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスリップリング用のブラシ構造。

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