JP2019040736A - スリップリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多くの部品を有する回転軸にベアリングを容易に取り付けることが可能なスリップリング装置を提供する。【解決手段】 一端部側から他端部側に軸心に沿ってスリット１４ｃが設けられた筒状の本体１４ａを有する。導電性を有するリング２２は、本体１４ａの外部に取着される。接触子１６は、リング２２に接触される。ベアリング２１は、本体１４ａの他端部で、本体１４ａの外部に取着される。キャップ２７は、本体１４ａの他端部で、本体１４ａの内部に取着される。キャップ２７は、本体１４ａの内部に取着されるスリーブ２７ａを有し、スリーブ２７の外径は、本体１４ａの内径より大きい。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、例えば固定部と回転軸との間で電気的な接続をすることが可能なスリップリング装置に関する。

例えばロータリージョイントに適用されるスリップリング装置は、回転軸に設けられた導電性を有する複数の接点リング（以下、リングと称す）と、固定部に設けられ、回転軸のリングにそれぞれ接触される導電性を有する複数の接触子とを具備し、固定部と回転軸との間で電気信号や電源を伝達することが可能とされている（例えば特許文献１乃至特許文献６参照）。

特開昭６０−１７７７号公報 実開平１−８３２８８号公報 実開平２−７３０８５号公報 登録実用新案第２５９２６２２号公報 特開２０１５−２０７４６１号公報 特許第４９７８３３５号公報

例えばアミューズメント機器に適用されるスリップリング装置の回転軸は、複数の接触子が接触される複数の導電性を有するリングや、各リングを絶縁するためのスペーサ等を具備し、各リングは、回転軸の内部に配置された配線に接続されている。回転軸は、回転精度を向上させるため、ベアリングを設ける必要がある。しかし、多くの部品を有する回転軸にベアリングを容易に取り付けることが困難であった。

本実施形態は、多くの部品を有する回転軸にベアリングを容易に取り付けることが可能なスリップリング装置を提供する。

実施形態のスリップリング装置は、一端部側から他端部側に軸心に沿ってスリットが設けられた筒状の本体を有する回転軸と、前記本体の外部に取着された導電性を有するリングと、前記リングに接触される接触子と、前記本体の他端部で、前記本体の外部に取着されるベアリングと、前記本体の他端部で、前記本体の内部に取着されるキャップと、を具備し、前記キャップは、前記本体の内部に取着されるスリーブを有し、前記スリーブの外径は、前記本体の内径より大きい。

本実施形態に係るスリップリング装置を有するロータリージョイントを示す斜視図。 図１の分解斜視図。 図２に示す回転軸を取り出して示す分解斜視図。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。 図２に示す回転軸の一部を分解して示す断面図。 図５の組み立て状態を示す断面図。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。 図８（ａ）は、図３に示す接触子を示す上面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の側面図、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の側面図、図８（ｄ）は、図８（ａ）のｄ−ｄ線に沿った断面図。 接触子の接触圧を説明するために示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一符号を付している。

図１、図２は、本実施形態に係るスリップリング装置を有するロータリージョイントＲＪを示している。

図１に示すように、ロータリージョイントＲＪは、固定部としてのケース１０と、第１カバー１１、第２カバー１２、第３カバー１３、及びケース１０に対して回転可能な回転軸１４などを具備している。

図２に示すように、ケース１０は、側面に第１開口部１０ａを有し、底部に第２開口部１０ｂを有し、上部に第３開口部１０ｃを有している。

ケース１０の第１開口部１０ａを覆うように、印刷基板１５が設けられる。印刷基板１５の第１の面には、後述する複数の接触子１６が設けられ、第２の面には、複数の接触子１６と電気的に接続されたコネクタ１７が設けられている。

本実施形態の場合、例えば１４個の接触子１６が印刷基板１５に配置される。具体的には、回転軸１４の直径方向に所定間隔離間して２列、回転軸１４の軸方向に所定間隔離間して例えば７対が配置される。回転軸１４の直径方向に配置された一対の接触子１６が、後述する導電性を有するリング２２に接触され、スリップリング装置を構成する。接触子１６の数は、１４個に限定されるものではなく、変形可能である。

第１カバー１１は、第１開口部１０ａに印刷基板１５設けられた状態において、ケース１０の側面にネジ１８ａ、１８ｂにより、固定される。

第１カバー１１は、開口部１１ａを有し、開口部１１ａは、印刷基板１５に設けられたコネクタ１７を露出する。

回転軸１４は、一端部に第１ベアリング２０が設けられ、他端部に第２ベアリング２１が設けられる。第１ベアリング２０と第２ベアリング２１との間の回転軸１４に、複数のリング２２が取着される。リング２２のそれぞれは、後述するように、回転軸１４の内部に配置された複数の配線２３の１つに電気的に接続される。

回転軸１４は、第１開口部１０ａ及び第２開口部１０ｂからケース１０内に設けられ、一端部が第３開口部１０ｃに挿入されて、ケース１０の外部に突出される。

ケース１０内に回転軸１４が設けられた状態において、回転軸１４の一端部に設けられた第１ベアリング２０は、ケース１０の第３開口部１０ｃ内に保持される。

ケース１０内に回転軸１４が設けられた状態において、第２カバー１２は、ケース１０の第２開口部１０ｂを覆うように設けられ、ネジ１９ａ、１９ｂ、１９ｃによって、ケース１０に固定される。

第２カバー１２は、中央部にリング状の保持部１２ａを有し、この保持部１２ａ内に回転軸１４の他端部に設けられた第２ベアリング２１が保持される。

第３カバー１３は、中央部に開口部１３ａを有している。ケース１０内に回転軸１４が設けられた状態において、第３カバー１３は、第３開口部１０ｃを覆うようにケース１０に取着される。回転軸１４の一端部は、第３カバー１３の開口部１３ａに挿入され、第３カバー１３は、ネジ２４ａ、２４ｂ、２４ｃによりケース１０に固定される。

図３は、回転軸１４を概略的に示している。回転軸１４は、筒状の本体１４ａを有している。本体１４ａは、一端部にフランジ１４ｂを有し、フランジ１４ｂの近傍から他端部に亘って一対のスリット１４ｃを有している。すなわち、スリット１４ｃは、本体１４ａの軸方向に沿って設けられている。このスリット１４ｃにより、本体１４ａの他端部は、第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２に分離され、第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２は、互いに接近する方向、及び離れる方向に撓むことが可能とされている。

尚、スリット１４ｃの数は、２つに限らず１つ又は３つ以上であってもよい。

本体１４ａのフランジ１４ｂから他端部に亘って、前述した第１ベアリング２０、複数のスペーサ２５、複数のリング２２、スペーサ２６、及び第２ベアリング２０が装着される。複数のスペーサ２５及びスペーサ２６は、絶縁材料、例えばプラスチックにより構成され、複数のリング２２は、導電性の金属により構成されている。リング２２の数は、本実施形態の場合、７個であるが、これに限定されるものではなく、変形可能である。

第１ベアリング２０は、例えばラジアルベアリングであり、リング状の内輪２０ａと、リング状の外輪２０ｂと、内輪２０ａと外輪２０ｂとの間に設けられた複数の鋼球２０ｃ（図４に示す）とを具備する。

第１ベアリング２０は、回転軸１４の本体１４ａに装着された状態において、内輪２０ａが回転軸１４の外面及びフランジ１４ｂに当接される。また、外輪２０ｂは、ケース１０の第３開口部１０ｃの内面に、例えば圧接される。

第１ベアリング２０は、ラジアルベアリングに限定されるものではなく、内輪と外輪を有する他の構成のベアリングを適用することも可能である。また、第１ベアリング２０の取り付け方法は、これに限定されるものではなく、変形可能である。

各スペーサ２５は、フランジ２５ａとスリーブ２５ｂを有している。スリーブ２５ｂの直径はリング２２の直径より小さく、回転軸１４の本体１４ａの直径より大きい。

図４に示すように、スペーサ２５は、回転軸１４の本体１４ａに装着された状態において、スリーブ２５ｂがリング２２と回転軸１４の本体１４ａとの間に配置される。フランジ２５ａは、隣接する２つのリング２２の間に位置し、２つのリング２２を絶縁する。

図３、図４に示すように、リング２２は、内側に略Ｌ字型の突起２２ａを有している。リング２２は、突起２２ａが本体１４ａのスリット１４ｃ内に位置するように、本体１４ａに装着される。具体的には、隣接するリング２２の突起２２ａが本体１４ａの２つのスリット１４ｃ内に交互に配置されるように、本体１４ａに装着される。この構成により、本体１４ａに対する各リング２２の回転が阻止され、各リング２２は、本体１４ａと共に回転される。

各リング２２の突起２２ａは、本体１４ａの内部空間に位置し、各リング２２の突起２２ａに複数の配線２３の１つが接続される。

組み立てに際しては、予め各リング２２の突起２２ａに配線２３の１つが接続され、配線２３が本体１４ａの内部空間に挿入された状態でリング２２が本体１４ａに装着される。

図３に示すように、スペーサ２６は、内側に本体１４ａのスリット１４ｃに係合される一対の突起２６ａが設けられている。スペーサ２６は、複数のリング２２及び複数のスペーサ２５が本体１４ａに装着された状態において、本体１４ａに装着される。

第２ベアリング２１は、第１ベアリング２０と同様に、リング状の内輪２１ａと、外輪２１ｂと、内輪２１ａと外輪２１ｂとの間に設けられた複数の鋼球２１ｃ（図４に示す）とを具備している。

第２ベアリング２１は、回転軸１４の本体１４ａの他端部に装着される。第２ベアリング２１の内径は、本体１４ａの外径より若干大きい。しかし、本体１４ａの第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２を互いに接近するように撓ませた状態で、第２ベアリング２１を装着することにより、第２ベアリング２１を本体１４ａの外部に容易に取り付けることができる。

この状態において、本体１４ａの他端部の内部にキャップ２７が圧入される。

図５に示すように、キャップ２７は、例えばプラスチックにより構成され、スリーブ２７ａ及びフランジ２７ｂを有している。スリーブ２７ａの一端部（先端部）の外径Ｄ１は、回転軸１４の本体１４ａの内径Ｄ３より小さい。このため、スリーブ２７ａの一端部を容易に本体１４ａに挿入することができる。

スリーブ２７ａの他端部の外径Ｄ２は、本体１４ａの内径Ｄ３より大きく、本体１４ａの外径と第２ベアリング２１の内径（内輪２１ａの内径）との差Ｄ４×２を加えた大きさより大きく設定されている。すなわち、スリーブ２７ａの他端部の外径Ｄ２は、
Ｄ２＞Ｄ３＋２Ｄ４
に設定されている。

換言すると、スリーブ２７ａの外径Ｄ２と本体１４ａの内形Ｄ３との差は、ベアリングの２１の内径と本体１４ａの外径との差２Ｄ４より大きい。

このため、図６に示すように、キャップ２７のスリーブ２７ａを本体１４ａの他端部に挿入すると、本体１４ａの第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２との間隔が広がり、第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２が第２ベアリング２１の内輪２１ａに圧接される。

上記構成の回転軸１４がケース１０の内部に装着された状態において、回転軸１４は、第１ベアリング２０及び第２ベアリング２１により、ケース１０に対して回転可能に保持される。

さらに、図７に示すように、印刷基板１５に設けられた複数の接触子１６は、２つずつ１つのリング２２に接触される。リング２２のそれぞれには、潤滑剤としての例えば導電性を有するグリース２８が塗布され、グリース２８によりリング２２と接触子１６との接触の安定性が保持されている。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、接触子１６を示している。

接触子１６は、一端部に端子１６ａ及び端子１６ｂを有している。端子１６ａ及び端子１６ｂは、印刷基板１５のスルーホールに挿入される。端子１６ｂは、端子１６ａに対して、９０°折曲されているため、接触子１６を印刷基板１５の表面に対して直角に設置することが可能である。

接触子１６の他端部は、例えば複数のスリットにより、複数の接触部１６ｃに分離され、ブラシが形成されている。

図８（ｂ）に示すように、接触部１６ｃの先端は、例えば２０°程度傾斜されており、組み立て時に、印刷基板１５に配置された複数の接触子１６のそれぞれが各リング２２に容易に接触できるようにされている。

図８（ｄ）に示すように、複数の接触部１６ｃは、幅方向の両側が、リング２２から離れる方向に湾曲されている。このため、リング２２の回転に伴い、接触部１６ｃのそれぞれとリング２２との間にグリース２８が容易に侵入できる。したがって、各接触部１６ｃとリング２２との接触の安定性を保持することが可能である。

図９は、一対の接触子１６とリング２２との関係を示している。リング２２と接触子１６との接触を安定に保持するためには、リング２２に対する接触子１６の接触圧を十分に確保することが重要である。

本実施形態は、リング２２と接触子１６との位置関係を規定することにより、リング２２に対する接触子１６の適正な接触圧を設定可能とする。

一対の接触子１６は、一端部が印刷基板１５に設けられ、接触部１６ｃがリング２２に接触される。

ここで、印刷基板１５に設けられた一対の接触子１６の一端部の相互間距離を、Ｗ１とし、印刷基板１５の表面からリング２２と接触子１６とが接触する接点Ｃまでの距離をＬとし、接点Ｃの相互間距離をＷ２とし、２つの接点Ｃを通る２つの接線の成す角度をθとし、距離Ｗ１、Ｗ２、Ｌを変化させて、例えば５０００万回転未満でノイズが発生しないことを条件として、実験により求めた理想的な接点圧の範囲は、７．５６ｇｆ〜２２．８４ｇｆである。

上記接点圧の範囲７．５６ｇｆ〜２２．８４ｇｆを得るための、距離Ｗ１、Ｗ２、Ｌの関係は、次のようになる。

Ｗ１：２ｍｍ〜７ｍｍ
Ｗ２：９．１９ｍｍ〜９．８９ｍｍ
Ｌ：１０．４４ｍｍ〜１１．６６ｍｍ
θ：１７．０１°〜４６．２°
ここで、接触子１６の幅は、例えば１．６ｍｍ、厚みは、０．１ｍｍである。

これより、理想的なＷ１、Ｗ２、Ｌの比は、次式（１）で示される。

Ｗ１：Ｗ２：Ｌ＝１：１．４１〜４．６０：１．６７〜５．２２ （１）
（実施形態の効果）
上記実施形態によれば、回転軸１４の本体１４ａは、一対のスリット１４ｃを有し、本体１４ａの他端部は、第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２に分割され、第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２は、撓むことが可能とされている。このため、本体１４ａに、第１ベアリング２０、複数のリング２２、複数のスペーサ２５、及びスペーサ２６を装着した状態において、本体１４ａの第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２が接近するように撓ませることにより、第２ベアリング２１を本体１４ａの他端部に容易に装着することができる。

しかも、第２ベアリング２１を本体１４ａの他端部に装着した状態において、キャップ２７のスリーブ２７ａを本体１４ａの他端部に圧入することにより、本体１４ａの第１の部分１４ａ−１と第２の部分１４ａ−２を押し広げることができ、本体１４ａを第２ベアリング２１に締結することができる。このため、複数の部品が装着された回転軸１４に、接着剤などを用いることなく、第２ベアリングを締結することができる。したがって、組み立て作業を容易化できる。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

ＲＪ…ロータリージョイント、１０…ケース（固定部）、１４…回転軸、１４ａ…本体、１４ａ−１…第１の部分、１４ａ−２…第２の部分、１６…接触子、２０…第１ベアリング、２１…第２ベアリング、２２…リング、２７…キャップ。

Claims (2)

1. 一端部側から他端部側に軸心に沿ってスリットが設けられた筒状の本体を有する回転軸と、
   前記本体の外部に取着された導電性を有するリングと、
   前記リングに接触される接触子と、
   前記本体の他端部で、前記本体の外部に取着されるベアリングと、
   前記本体の他端部で、前記本体の内部に取着されるキャップと、
   を具備し、
   前記キャップは、前記本体の内部に取着されるスリーブを有し、前記スリーブの外径は、前記本体の内径より大きいことを特徴とするスリップリング装置。
2. 前記スリーブの外径と前記本体の内形との差は、前記ベアリングの内径と前記本体の外径との差より大きいことを特徴とする請求項１記載のスリップリング装置。

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