JP3378093B2 - ロータリー・ジョイント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリー・ジョイン
トに関し、さらに詳細には、マイクロ波通信システムや
衛星通信システムなどにおいて、同軸ケーブルや導波管
などを軸回りに回転自在に連結するために用いるロータ
リー・ジョイントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロ波通信システムや衛星通
信システムにおいて、例えば、車両や船舶などの移動体
が衛星通信や衛星放送などを受信する場合には、移動体
が移動しても、移動体に設置された受信用アンテナが常
に放送衛星の方向を向くようにするために、受信用アン
テナの方位角を頻繁に変化させる必要がある。このた
め、受信用アンテナに付属しているコンバーターと別の
場所に設置されたチューナーとを接続している同軸ケー
ブルが、受信用アンテナの方位角を変化させるための駆
動装置などに巻き付く恐れがあった。

【０００３】そこで、コンバーターとチューナーとの二
つの装置を同軸ケーブルの軸回り方向に相対回転自在に
電気的に結合可能とし、上記した恐れを防止するための
装置としてロータリー・ジョイントが使用されている。

【０００４】こうしたロータリー・ジョイントは、機械
的に回転しながら回転側から固定側へ、または固定側か
ら回転側へ電気信号（電波）を効率良く伝送する機能が
要求されており、給電線の形態により導波管型と同軸型
との二つのタイプのものが知られている。

【０００５】また、上記した導波管型と同軸型との二つ
のタイプのロータリー・ジョイントの同軸部の外導体と
しては、接触型と非接触型とがあり、図５は従来のロー
タリー・ジョイントの構造を示す断面図であり、図６は
図５に示したロータリー・ジョイントの等価回路図であ
る。

【０００６】図５において、ロータリー・ジョイント１
００は、例えば、車両や船舶などの移動体の受信用アン
テナに適用することができるものであり、受信用アンテ
ナのコンバーター側に接続されるコネクタ１０２とチュ
ーナー側に接続されるコネクタ１０４とが、相対回転自
在に電気的に接続されている。

【０００７】即ち、コンバーター側のコネクタ１０２は
導電性金属からなる円筒状の第一の外導体（以下、回転
側外導体と称す。）１０６を有し、チューナー側のコネ
クタ１０４は導電性金属からなる円筒状の第二の外導体
（以下、固定側外導体と称す。）１０８を有していて、
これらの回転側外導体１０６と固定側外導体１０８との
間には、軸受として金属製のボール・ベアリング１１０
を介して一定の隙間が形成されており、回転側外導体１
０６と固定側外導体１０８とは機械的に独立した非接触
型に構成されていて、互いに相対回転自在とされてい
る。

【０００８】また、回転側外導体１０６の同軸管部１１
２に支持部材１１４を介して設置された中心導体１１６
と固定側外導体１０８の同軸管部１１８に支持部材１２
０を介して設置された中心導体１２２との間には、ブラ
シ１２４が配置されており、このブラシ１２４は中心導
体１２６側に配置されたバネ１２６のバネ圧により、中
心導体１１６に対して押圧されている。従って、回転側
外導体１０６が回転しても、中心導体１１６と中心導体
１２２との間の電気的および機械的接触が保持されるよ
うに構成されている。

【０００９】このため、上記したように、受信用アンテ
ナのコンバーター側に接続されるコネクタ１０２とチュ
ーナー側に接続されるコネクタ１０４とが、相対回転自
在に電気的に接続されることになる。

【００１０】さらに、回転側外導体１０６の同軸管部１
１２と固定側外導体１０８の同軸管部１１８との間に
は、通過周波数の４分の１波長でロー・インピーダンス
部のチョーク回路１２８が形成され、回転側外導体１０
６の中空孔の内壁にはハイ・インピーダンス部のチョー
ク回路１３０が形成されている。

【００１１】以上の構成において、このロータリー・ジ
ョイント１００においては、コンバーター側のコネクタ
１０２とチューナー側のコネクタ１０４とが電気的に接
続されることになり、図６に示す等価回路図に示すよう
に、ロー・インピーダンス部のチョーク回路１２８とハ
イ・インピーダンス部のチョーク回路１３０とにより電
気的な連続性を高めている。

【００１２】従って、受信用アンテナの回転側であるコ
ンバーターから固定側であるチューナー側へ、あるいは
チューナー側からコンバーター側へ、ロータリー・ジョ
イント１００を介して電気信号を連続的に伝送すること
ができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のロータリー・ジョイントにあっては、チョーク
回路の構造を有するとともに、このチョーク回路の寸法
が周波数に依存しており、低い周波数ではチョーク回路
の寸法が大きくなってしまうため、装置全体が大型化
し、かつ構造が複雑になり、コスト高になるという問題
点があった。

【００１４】また、上記した従来のロータリー・ジョイ
ントにあっては、軸受として金属製のボール・ベアリン
グを用いて回転側外導体と固定側外導体とを相対回転す
るようにしているため、軸受の大幅な質量軽量化および
コスト・ダウンを図ることができないという問題点があ
った。

【００１５】さらに、ボール・ベアリングのボールとレ
ースとの間において、ロータリー・ジョイントの回転に
ともなう接触・非接触動作の繰返しが生ずると、漏れ電
流がボール・ベアリングを通過する際にスイッチング作
用と同等の作用が生じ、ノイズ発生の原因となるという
問題点があった。

【００１６】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、第一の外導体と第二の外導体とを機械的
には独立した非接触型として相対回転自在にするととも
に、第一の外導体と第二の外導体とを目的の周波数で電
気的に接触させることができるようにすることにより、
チョーク回路を設ける必要性を排除して、小型・軽量で
安価なロータリー・ジョイントを提供しようとするもの
である。

【００１７】また、本発明の目的とするところは、電気
的絶縁体を素材とする単純な構造の軸受を使用すること
により、ノイズの発生を防止することができるようにす
るとともに、軽量かつ安価なロータリー・ジョイントを
提供しようとするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために、本発明におけるロータリー・ジョイント
は、同軸状に配設された中心導体と外導体とを備え、上
記外導体は互いに相対回転自在に配設された第一の外導
体と第二の外導体とよりなるロータリー・ジョイントに
おいて、上記第一の外導体と上記第二の外導体とは、上
記中心導体に対して同心円上に配設された円板部を備
え、上記第一の外導体の上記円板部と上記第二の外導体
の上記円板部とは、電気的容量性結合を確保する所定の
クリアランスを保持して平行に配置され、上記第一の外
導体と上記第二の外導体との間に、上記中心導体と上記
第一の外導体と上記第二の外導体との同軸を保持しつ
つ、上記第一の外導体と上記第二の外導体とを相対回転
自在にする電気的絶縁材料からなる高分子材料による固
体潤滑を行う乾燥摩擦軸受（ドライ・ベアリング）を配
設するようにしたものである。このドライ・ベアリング
は、上記したように電気的絶縁材料からなる高分子材料
よりなるものであるが、例えば、テフロン系樹脂やＰＰ
Ｓ系樹脂などから構成されるものを用いればよい。

【００１９】ここで、本発明におけるロータリー・ジョ
イントにおいては、第一の外導体および第二の外導体に
設けられた互いに平行な円板部は、中心導体の同心円上
に所定のクリアランスをもって配置されているため、機
械的には非接触で３６０度自由に回転できる。

【００２０】しかも、これらの円板部は中心導体の同心
円上に配置されているため、回転側外導体または固定側
外導体のいずれを回転させても、その電気的容量が変化
せず、容量性結合により電気的接触が維持される。

【００２１】そして、第一の外導体および第二の外導体
に設けられた互いに平行な円板部の大きさや、円板部間
のクリアランスの間隔を変化することにより、互いに平
行な円板部間の電気的容量を調整することができ、目的
の周波数による電気的接触が可能となる。

【００２２】従って、本発明におけるロータリー・ジョ
イントによれば、従来のロータリー・ジョイントのよう
なチョーク回路を必要とせずに、第一の外導体と第二の
外導体とが相対的に回転しても目的の周波数の電気信号
を連続的に伝送できるものであり、マイクロ波帯域のよ
うな高い周波数においても低損失で低反射の伝送特性を
得ることが可能となり、小型・軽量で安価なロータリー
・ジョイントを得ることができる。

【００２３】

【００２４】ここで、ドライ・ベアリングを固定する際
には、例えば、ドライ・ベアリングを第一の外導体に接
着、圧入あるいはピン打ちなどにより固定し、第二の外
導体との間には摺動可能な最少のクリアランスを保って
配置するようにすればよい。この際に、第二の外導体を
二分割してドライベアリングを挟み込むようにして、第
二の外導体とドライ・ベアリングとの摺動を確保すると
ともに、ドライ・ベアリングを保持するようにすればよ
い。このようにすると、第一の外導体と第二の外導体と
は、ドライ・ベアリングの固体潤滑によって３６０度自
由に回転することができる。

【００２５】そして、ドライ・ベアリングは、金属製の
ボール・ベアリングより軽量であり、構造が単純である
ため、ロータリー・ジョイント全体の重量を軽量化する
ことができるとともに製造コストを低減させることがで
きる。しかも、ドライ・ベアリングは電気的絶縁材料を
使用しているため、第一の外導体と第二の外導体との間
は絶縁されて、ノイズの発生を防止することができる。

【００２６】従って、本発明におけるロータリー・ジョ
イントによれば、従来のロータリー・ジョイントのよう
な金属製のボール・ベアリングを用いることがないの
で、軽量かつ安価な、しかもノイズの発生を防止したロ
ータリー・ジョイントを得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明によるロータ
リー・ジョイントの実施例を詳細に説明するものとす
る。

【００２８】図１は、本発明によるロータリー・ジョイ
ントの原理を説明する断面斜視図であり、中心導体１０
の同心円上には、支持部材（図示せず）を介して導電性
金属からなる第一の外導体（以下、回転側外導体と称
す。）１２と第二の外導体（以下、固定側外導体と称
す。）１４が設置されており、この回転側外導体１２の
一端側に固設された円板状の平板１６と、固定側外導体
１４の一端側に固設された円板状の平板１８とが、所定
のクリアランス２０を有して平行に組み付けられてい
る。平板１６と平板１８とは、両者の間に所定の電気的
容量が発生するように、それぞれ所定の面積を有して構
成されている。

【００２９】従って、平板１６と平板１８とは、中心導
体１０の同心円上に機械的には非接触で３６０度自由に
回転できるように配置されることになり、しかも回転側
外導体１２または固定側外導体１４のいずれを回転させ
ても、その電気的容量が変化することはない。

【００３０】また、平板１６と平板１８との間のクリア
ランス２０ならびに平板１６と平板１８との大きさを変
化させて、平板１６と平板１８との間の電気的容量を調
整することにより、目的の周波数の電気信号を電気的容
量性結合させることができるようになる。

【００３１】以上説明したように、本発明によるロータ
リー・ジョイントの原理では、回転側外導体１２の平板
１６と固定側外導体１４の平板１８とを、中心導体１０
の同心円上に所定のクリアランス２０を保持して対向配
置した電気的容量性結合により、回転側外導体１２と固
定側外導体１４との間の目的の周波数の電気的送受が行
われるものであり、電気的接触を機械的には非接触状態
で行うことができるようになる。

【００３２】従って、ロータリー・ジョイントを構成し
ている回転側外導体１２と固定側外導体１４とが相対的
に回転しても、チョーク回路を必要とすることなしに、
目的の周波数の電気信号を送受することがきるものであ
り、小型・軽量で安価なロータリー・ジョイントを得る
ことができる。

【００３３】図２は、本発明による原理を適用したロー
タリー・ジョイントの第一の実施例を示す要部の断面図
であり、図２において、ロータリー・ジョイント３０
は、例えば、車両や船舶などの移動体の受信用アンテナ
に適用することができるものであり、受信用アンテナの
コンバーター側に接続されるコネクタ３２と、チューナ
ー側に接続されるコネクタ３４とが、相対回転自在に電
気的に接続されている。

【００３４】即ち、コンバーター側のコネクタ３２に
は、導電性金属からなる円板状の回転側外導体３６が固
定され、チューナー側のコネクタ３４には、回転側外導
体３６の外周側を囲むように縁部が立ち上がった導電性
金属からなる円板状の固定側外導体３８が固定されてい
る。

【００３５】回転側外導体３６の外周側と固定側外導体
３８の内周側との対向面の間には、回転側外導体３６と
固定側外導体３８との間の電気的容量性結合を確保する
所定のクリアランス４２が保持されるようにして、ベア
リング４０が組付けられているものであり、回転側外導
体３６と固定側外導体３８とは機械的に独立した非接触
型として構成されていて、互いに相対回転自在とされて
いる。

【００３６】また、回転側外導体３６の中心部に支持部
材４４を介して設置された中心導体４６と固定側外導体
３８の中心部に支持部材４８を介して設置された中心導
体５０との間には、ブラシ５２が配置されており、この
ブラシ５２は中心導体４６側に配置されたバネ５４のバ
ネ圧により、中心導体５０に対して押圧されている。従
って、回転側外導体３６が回転しても、中心導体４６と
５０との間の電気的接触および機械的接触が保持される
ように構成されている。

【００３７】このため、上記したように、受信用アンテ
ナのコンバーター側に接続されるコネクタ３２とチュー
ナー側に接続されるコネクタ３４とが、相対回転自在に
電気的に接続されることになる。

【００３８】なお、回転側外導体３６と固定外導体側３
８とを回転自在に組付けているベアリング４０は、固定
側外導体３８の開口縁部に螺着した押え部材５６によ
り、脱落が防止されている。

【００３９】以上の構成において、回転側外導体３６と
固定側外導体３８との対向面の間には、電気的容量性結
合を確保する所定のクリアランス４２が保持されている
ので、回転側外導体３６と固定側外導体３８とが相対的
に回転しても、回転側外導体３６と固定側外導体３８と
の対向面の間のクリアランス４２ならびに回転側外導体
３６と固定側外導体３８との対向面の大きさにより決定
される、回転側外導体３６と固定側外導体３８との対向
面の間の電気的容量に基づき、所定の周波数の電気信号
を送受することができる。

【００４０】即ち、このロータリー・ジョイント３０で
は、コンバーター側のコネクタ３２とチューナー側のコ
ネクタ３４とが電気的に接続されるに関して、図３の等
価回路図に示すように、回転側外導体３６側の中心導体
４６と固定側外導体３８側の中心導体５０とは、電気的
接触および機械的接触がなされることになる。

【００４１】その一方で、回転側外導体３６と固定側外
導体３８とはクリアランス４２のために、回転側外導体
３６と固定側外導体３８との対向面の間に形成されるコ
ンデンサー５８を介して電気的に接続されたことにな
り、回転側外導体３６と固定側外導体３８とは機械的に
独立した非接触型として、相対的に自在に回転できるよ
うになっている。

【００４２】従って、従来のロータリー・ジョイントの
ようなチョーク回路を必要とせず、小型・軽量で安価な
ロータリー・ジョイントを得ることができる。

【００４３】次に、図４に基づいて、本発明によるロー
タリー・ジョイントの第二の実施例を詳細に説明するも
のとする。

【００４４】図４は、本発明による原理を適用したロー
タリー・ジョイントの第二の実施例を示す要部の断面図
であり、図４において、ロータリー・ジョイント６０
は、例えば、車両や船舶などの移動体の受信用アンテナ
に適用することができるものであり、受信用アンテナの
コンバーター側に接続されるコネクタ６２と、チューナ
ー側に接続されるコネクタ６４とが、相対回転自在に電
気的に接続されている。

【００４５】即ち、コンバーター側のコネクタ６２に
は、外縁部６６ａが下方へ突出形成された導電性金属か
らなる円板状の回転側外導体６６が固定され、チューナ
ー側のコネクタ６４には、下面側に固定側外導体固定板
６５がネジ６７によって固定されるとともに、回転側外
導体６６の外縁部６６ａの内周側にもぐり込むように所
定の肉厚に形成された導電性金属からなる円板状の固定
側外導体６８が固定されている。

【００４６】回転側外導体６６の内周側と固定側外導体
６８の外周側との対向面の間には、回転側外導体６６と
固定側外導体６８との間の電気的容量性結合を確保する
所定のクリアランス７０が保持されるようにして、例え
ば、テフロン系樹脂やＰＰＳ系樹脂などの電気的に絶縁
な高分子材料よりなる固体潤滑を行うドライ・ベアリン
グ７２が組付けられているものであり、回転側外導体６
６と固定側外導体６８とは機械的に独立した非接触型と
して構成されていて、互いに相対回転自在とされてい
る。

【００４７】また、回転側外導体６６の中心部に支持部
材７４を介して設置された中心導体７６と固定側外導体
６８の中心部に支持部材７８を介して設置された中心導
体８０との間には、ブラシ８２が配置されており、この
ブラシ８２は中心導体７６側に配置されたバネ８４のバ
ネ圧により、中心導体８０に対して押圧されている。従
って、回転側外導体６６が回転しても、中心導体７６と
８０との間の電気的接触および機械的接触が保持される
ように構成されている。

【００４８】このため、上記したように、受信用アンテ
ナのコンバーター側に接続されるコネクタ６２とチュー
ナー側に接続されるコネクタ６４とが、相対回転自在に
電気的に接続されることになる。

【００４９】なお、回転側外導体６６と固定外導体側６
８とを回転自在に組付けているドライ・ベアリング７２
は、上記したように、例えば、テフロン系樹脂やＰＰＳ
系樹脂などの電気的に絶縁な高分子材料を素材として固
体潤滑を行うものであり、回転側外導体６６に固定され
ている。ドライ・ベアリング７２を回転側外導体６６に
固定する固定方法としては、接着、圧入あるいはピン打
ちなどの適宜の方法を用いればよい。また、このドライ
・ベアリング７２は、固定側外導体６８および固定側外
導体固定板６５に摺動可能な最少のクリアランスを保っ
て挟持されるようにして配置されている。

【００５０】以上の構成において、回転側外導体６６と
固定側外導体６８との対向面の間には、電気的容量性結
合を確保する所定のクリアランス７０が保持されている
ので、回転側外導体６６と固定側外導体６８とが相対的
に回転しても、回転側外導体６６と固定側外導体６８と
の対向面の間のクリアランス７０ならびに回転側外導体
６６と固定側外導体６８との対向面の大きさにより決定
される、回転側外導体６６と固定側外導体６８との対向
面の間の電気的容量に基づき、所定の周波数の電気信号
を送受することができる。

【００５１】即ち、このロータリー・ジョイント６０で
は、コンバーター側のコネクタ６２とチューナー側のコ
ネクタ６４とが電気的に接続されるに関して、第一の実
施例と同様に、回転側外導体６６側の中心導体７６と固
定側外導体６８側の中心導体８０とは、電気的接触およ
び機械的接触がなされることになる。

【００５２】その一方で、回転側外導体６６と固定側外
導体６８とはクリアランス７０のために、回転側外導体
６６と固定側外導体６８との対向面の間に形成されるコ
ンデンサーを介して電気的に接続されたことになり、回
転側外導体６６と固定側外導体６８とは機械的に独立し
た非接触型として、相対的に自在に回転できるようにな
っている。

【００５３】従って、従来のロータリー・ジョイントの
ようなチョーク回路を必要とせず、小型・軽量で安価な
ロータリー・ジョイントを得ることができる。

【００５４】さらに、回転側外導体６６と固定外導体側
６８とは、電気的に絶縁な高分子材料よりなるドライ・
ベアリング７２により相対回転自在に摺動可能とされて
いるため、回転側外導体６６と固定外導体側６８とが絶
縁されて、ノイズの発生が防止される。また、ドライ・
ベアリング７２は、金属製のボール・ベアリングより軽
量であり構造が単純であるので、ロータリー・ジョイン
ト６０の全体重量を軽量化することができ、しかも安価
に製造できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、従来のロータリー・ジョイントのようなチ
ョーク回路を必要とせずに、第一の外導体と第二の外導
体とが相対的に回転しても目的の周波数の電気信号を連
続的に伝送できるものであり、マイクロ波帯域のような
高い周波数においても低損失で低反射の伝送特性を得る
ことが可能となり、小型・軽量で安価なロータリー・ジ
ョイントを得ることができる。また、本発明は、以上説
明したように構成されているので、従来のロータリー・
ジョイントのように金属性のボール・ベアリングを用い
ることなく、第一の外導体と第二の外導体との相対回転
を達成できるので、ノイズの発生のない、軽量かつ安価
なロータリー・ジョイントを得ることができる。

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロータリー・ジョイントの原理を
説明する断面斜視図である。

【図２】本発明による原理を適用したロータリー・ジョ
イントの第一の実施例を示す要部の断面図である。

【図３】図２に示したロータリー・ジョイントの等価回
路図である。

【図４】本発明による原理を適用したロータリー・ジョ
イントの第二の実施例を示す要部の断面図である。

【図５】従来のロータリー・ジョイントを示す断面図で
ある。

【図６】図５に示すロータリー・ジョイントの等価回路
図である。

【符号の説明】 １０ 中心導体 １２ 回転側外導体 １４ 固定側外導体 １６ 平板 １８ 平板 ２０ クリアランス ３０、６０ ロータリー・ジョイント ３２、６２ コネクタ ３４、６４ コネクタ ３６、６６ 回転側外導体 ３８、６８ 固定側外導体 ４２、７０ クリアランス ４４、７４ 支持部材 ４６、７６ 中心導体 ４８、７８ 支持部材 ５０、８０ 中心導体 ５２、８２ ブラシ ５４、８４ バネ ６５ 固定側外導体固定板 ６７ ネジ ７２ ドライ・ベアリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−140005（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−19204（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−75518（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−81002（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭34−4613（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭49−13083（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 1/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸状に配設された中心導体と外導体と
   を備え、前記外導体は互いに相対回転自在に配設された
   第一の外導体と第二の外導体とよりなるロータリー・ジ
   ョイントにおいて、 前記第一の外導体と前記第二の外導体とは、前記中心導
   体に対して同心円上に配設された円板部を備え、 前記第一の外導体の前記円板部と前記第二の外導体の前
   記円板部とは、電気的容量性結合を確保する所定のクリ
   アランスを保持して平行に配置され、 前記第一の外導体と前記第二の外導体との間に、前記中
   心導体と前記第一の外導体と前記第二の外導体との同軸
   を保持しつつ、前記第一の外導体と前記第二の外導体と
   を相対回転自在にする電気的絶縁材料からなる高分子材
   料による固体潤滑を行う乾燥摩擦軸受を配設したことを
   特徴とするロータリー・ジョイント。
2. 【請求項２】 前記乾燥摩擦軸受は、前記第一の外導体
   と前記第二の外導体とのいずれか一方に対して固定され
   るとともに、前記第一の外導体と前記第二の外導体との
   いずれか他方に対して摺動する請求項１に記載のロータ
   リー・ジョイント。