JP4617250B2

JP4617250B2 - ロータリージョイント

Info

Publication number: JP4617250B2
Application number: JP2005362007A
Authority: JP
Inventors: 勝北久保
Original assignee: 株式会社グローブ・テック
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: JP2007165184A

Description

本発明は、ロータリージョイント、特に、固定体と回転体の電気接続を行うことのできるロータリージョイントの改良に関する。

従来から回転している装置へ電源を供給したり、信号の受け渡しを行う電気接続装置がある。たとえば、特許文献１には、内外に互いに嵌挿された固定軸と回転軸の間に配置されたスリップリング機構を備えるものがある。このスリップリング機構は、固定軸の外周部に設けたスリップリングと回転軸の内周部に設けたブラシとから構成されている。このスリップリング機構により、固定軸の内部に挿入された制御ケーブルと回転軸の外部に配置された制御ケーブルとが回転自在に接続できるようになっている。また、他の電気接続装置の例としては、例えば特許文献２に示すように水銀接点を用いたものがある。この電気接続装置は、外筒の内部に回転自在な回転軸を備えている。この回転軸の外周には環状溝が形成され、その底面側に導電リングが収納されている。また。導電リングと対向する位置には外筒に係合する導電体が配置されている。環状溝の内部は、水銀が充填され、この水銀を介して導電リングと導電体の電気的接続を行うように構成されている。
特開平５−１７５７１６号公報特開平１０−２２２１００号公報

しかし、上述したスリップリングタイプは、リングに対してブラシが押圧され、リングが摺動するように構成されているので、リングの摺動に伴いブラシに磨耗が生じる。そして摩耗の結果排出される摩耗粉体は導電性なので、大量に排出されると金属間の絶縁性の劣化原因になる。そのために、定期的に摩耗粉体を除去するメンテナンスが必要であるという問題がある。また、電気接続装置を介して大電流を流す場合、耐電流構造とする必要があるため大きなブラシが必要となる。その結果、電気接続装置自体が非常に大きな構造体になってしまうという問題がある。さらに、ブラシは弾性体などにより回転するリングに押圧され、摺動接触するように構成する必要があるが、回転時に両者の安定した一定の接触力を維持することは困難であった。そのため、チャタリングが発生し易かった。チャタリングは、微小信号の伝達を行う場合、ノイズ発生の原因になる。そのため、スリップリングを用いるタイプでは、微少信号の良好な信号伝達が困難であった。また、ブラシは摩耗するため寿命が早く、摩耗粉体の除去作業とは別に定期的な交換作業が必要であるという問題があった。

一方、水銀を用いた電気接続装置の場合、チャタリングの発生や、摩耗による絶縁性の劣化、寿命が短いなどの問題はなく、スリップリングと比較すると性能的に優位にある。しかし、水銀を使用しているため、RoHS（欧州危険物質使用制限指令）などの耐環境規則で、近い将来、水銀の使用が認められなくなるので、今後水銀を用いた電気接続装置に代わる構造の電気接続装置の開発が要望されている。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、水銀を用いた電気接続装置の性能に準じた性能を持つ新たな構造のロータリージョイントを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のロータリージョイントは、外部入出力装置に接続可能な第１接続子を有する第１筐体と、前記第１筐体に対して回転自在に組み合わされている共に、外部回転装置の回転体と共に回転可能な筐体であって、前記回転体に接続可能な第２接続子を有する第２筐体と、前記第１筐体と第２筐体との間に介在して前記第１接続子と前記第２接続子との電気的接続を行う接続体であって、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、前記コイル体の両端を接続してリング体を形成して成るコイル電気接続体と、を含むことを特徴とする。

この態様によれば、コイル電気接続体は、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、このコイル体の両端を接続してリング体を形成している。そのため、コイル電気接続体は、多数の接触点で第１接続子および第２接続子と接触できる。その結果、コイル電気接続体と、第１接続子および第２接続子との接触抵抗が低減され、接触状態が安定し、チャタリングが低減されノイズ発生が抑制できる。

また、上記態様において、前記コイル電気接続体に接触する前記第１接続子および第２接続子は、同心円状に複数配置されてもよい。この態様によれば、コイル電気接続体を同心上に配置するので、接触効率のより接触体を効率的に配置できる。その結果、固定側と回転側との間で、電源ラインや信号ラインの数に応じた複数の電気的接続を容易にできる。

また、上記態様において、前記第１筐体と前記第２筐体は、一方が他方を内包する略円盤状の内輪筐体と略リング状の外輪筐体を形成し、前記内輪筐体と外輪筐体との間に、前記コイル電気接続体が配置さされてもよい。この態様によれば、内輪筐体と外輪筐体の相対回転により固定側と回転側との間で、電源ラインや信号ラインの電気的接続を容易にできる。

また、上記態様において、前記内輪筐体と前記外輪筐体は、前記コイル電気接続体を少なくとも１個以上挟持してもよい。この態様によれば、1つの内輪筐体と外輪筐体で複数の電源ラインや信号ラインの電気的接続ができる。

また、上記態様において、前記内輪筐体と前記外輪筐体は、それぞれ複数個積層可能であってもい。この態様によれば、積層する内輪筐体と外輪筐体の数を適宜選択することにより所望の数の電源ラインや信号ラインの電気的接続を容易に行うことができる。この積層組立は、例えば、ロータリージョイントの製造段階でもできるし、ロータリージョイントを使用する現場で行うこともできるので、ロータリージョイントとしての汎用性が向上する。いずれの場合も設計時には各１種類の内輪筐体と外輪筐体を設計するのみでよく、設計コストの低減に寄与できる。また、ロータリージョイントの使用形態に応じて多極のロータリージョイントを組み立てることができるので汎用性が向上する。

また、上記態様において、前記第１筐体と前記第２筐体は、一方が円柱筐体を形成し、他方が当該円柱筐体を内包する外筒筐体を形成し、前記円柱筐体と外筒筐体との間に、複数の前記コイル電気接続体が配置されてもよい。この態様によれば、部品点数を削減しつつ、固定側と回転側との間で、複数の電源ラインや信号ラインの電気的接続を容易にできる。

また、上記態様において、前記第１接続子および第２接続子は、前記コイル電気接続体を構成する導電性細径ワイヤの硬度より高硬度でってもよい。この態様によれば、コイル電気接続体を摩耗部品として、第１筐体および第２筐体に固定される第１接続子および第２接続子１８の摩耗を抑制できる。コイル電気接続体は、第１接続子と第２接続子との間、すなわち、第１筐体と第２筐体の間に配置されているので、交換作業を容易に行うことができる。

本発明のロータリージョイントによれば、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、このコイル体の両端を接続してリング体を形成してコイル電気接続体を形成している。そのため、コイル電気接続体は、多数の接触点で第１接続子および第２接続子と接触できる。その結果、コイル電気接続体と、第１接続子および第２接続子との接触抵抗が低減し、接触状態が安定して、チャタリングが低減されノイズ発生が抑制できる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に基づいて説明する。

本実施形態のロータリージョイントは、外部入出力装置と外部回転装置との電気的接続を実現するジョイントである。なお、本実施形態のロータリージョイントは、電気接続を行うジョイントであるため、エレクトリカルロータリージョイントと呼ぶ場合もある。外部入出力装置としては、たとえば、電源装置や信号の授受を行う制御装置などであり、外部回転装置としては、たとえばセンサを備えた回転軸や駆動装置を含む回転体などである。本実施形態のロータリージョイントは、外部入出力装置に接続可能な第１接続子を有する第１筐体と、この第１筐体に対して回転自在に組み合わされている共に、外部回転装置の回転体と共に回転可能な筐体であって、回転体に接続可能な第２接続子を有する第２筐体と、を含む。この第１筐体と第２筐体との間には、第１接続子と第２接続子との電気的接続を行う接続体が介在されている。この接続体は、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、このコイル体の両端を接続してリング体を形成して成るコイル電気接続体である。コイル電気接続体は、多数の接触点で第１接続子および第２接続子と接触するので、接触抵抗が低減され、安定した電気接触が可能となる。

図１（ａ）は、本実施形態のロータリージョイント１０の構造を説明する断面図であり、図１（ｂ）は、説明のために一部破断したロータリージョイント１０の端面図である。ロータリージョイント１０は、第１筐体としての外輪筐体１２と第２筐体としての内輪筐体１４を含む。外輪筐体１２は、略リング状の筐体であり、内輪筐体１４は、外輪筐体１２に内包される略円盤状の筐体である。図１の場合、外輪筐体１２は凹形状のリングであり、凹形状の部分に内輪筐体１４を内包している。外輪筐体１２は、内輪筐体１４の円盤面と対向する面に同心円状に配置された複数のリング状の第１接続子１６を備える。図１（ａ）、図１（ｂ）ではたとえば３個の第１接続子１６が図示されている。また、内輪筐体１４は、第１接続子１６と対向する位置には、やはり同心円状に配置されたリング状の第２接続子１８を備えている。第１接続子１６は、外部入出力装置に接続できるように、第１外部コネクタ２０とケーブル２２で接続されている。一方、第２接続子１８は、外部回転装置に接続できるように、第２外部コネクタ２４とケーブル２６で接続されている。なお、外輪筐体１２および内輪筐体１４は、第１接続子１６、第２接続子１８および、第１外部コネクタ２０、第２外部コネクタ２４の相互の絶縁ができるように、全体または一部が絶縁材料で構成されている。内輪筐体１４は、ベアリング２８により回転自在に外輪筐体１２に支持されている。なお、ベアリング２８は、ネジ３０などの固定部材により固定されたリング状のカバー３２により外輪筐体１２から脱落しないように支持されている。

本実施形態のロータリージョイント１０において、外輪筐体１２の第１接続子１６と内輪筐体１４の第２接続子１８との間には、コイルをリング状に成形したコイル電気接続体（以下、コイル接点という）３４が配置されている。コイル接点３４を形成するためには、まず、図２（ａ）、図２（ｂ）に拡大図示するように、たとえば、φ０．０５ｍｍ〜φ０．５ｍｍ程度の導電性細径ワイヤ３４ａを巻回してコイル体３４ｂを形成する。その後、このコイル体３４ｂの両端を接続してリング体であるコイル接点３４を形成する。導電性細径ワイヤ３４ａの材質は任意であるが、高導電性能を備えると共に高い強度と優れたバネ性を備えた素材であることが望ましく、たとえば、ベリリウム銅合金を用いることができる。コイル接点３４のコイル巻回径Ｌによるバネ性により、第１接続子１６と第２接続子１８とで挟持した場合、第１接続子１６および第２接続子１８にコイル接点３４を安定的に接触させることができる。

一方、第１接続子１６と第２接続子１８も高導電性能を有する素材、たとえば銅で構成される。ただし、高硬度を有するコイル接点３４と摺動接触すると、摩耗がコイル接点３４より早く進行し外輪筐体１２や内輪筐体１４の内部に埋め込まれた第１接続子１６や第２接続子１８を交換する必要が生じて、メンテナンス性が低下する。そこで、本実施形態においては、第１接続子１６および第２接続子１８を構成する銅材に硬度化のための表面処理を施している。表面処理は、たとえば、銅材に対して無電解ニッケルメッキを施し、さらに熱処理を施す。この場合、硬度は、たとえばＨｖ８００以上にすることができる。コイル接点３４を形成するベリリウム銅合金の硬度は、たとえばＨｖ２００程度なので第１接続子１６、第２接続子１８とコイル接点３４とが摺動接触した場合、コイル接点３４側が先に摩耗する。つまり、コイル接点３４を摩耗部品とすることができる。なお、従来スリップリングに用いられるカーボンなどで構成されるブラシに対し、本実施形態のコイル接点３４は高硬度とすることができるので、導電性細径ワイヤ３４ａの摩耗量が軽減される。その結果、交換等のメンテナンス回数が低減できる。さらに、コイル接点３４は導電性細径ワイヤ３４ａを複数回巻回して形成しているので、第１接続子１６および第２接続子１８とコイル接点３４の接触箇所をコイルの巻回数に対応し増大させることができる。その結果、接触抵抗を小さくすることができると共に、チャタリングの発生も抑制できる。

図３は、第１接続子１６、第２接続子１８、コイル接点３４の配置状態を示している。第１接続子１６は、外輪筐体１２に形成された第１接続子１６の厚みとほぼ同じ深さの凹条溝１２ａに収納され、第１接続子１６の表面が外輪筐体１２の表面とほぼ一致するようになっている。一方、第２接続子１８は、内輪筐体１４に形成された第２接続子１８の厚みｎより深い凹条溝１４ａに収納されている。凹条溝１４ａにおいて、第２接続子１８を収納した後の残りの凹み部分に、コイル接点３４がその一部を突出させた姿勢で収納されている（図３および図１（ｂ）参照）。そして、図１（ａ）に示すように、第１接続子１６と第２接続子１８とが対面するように外輪筐体１２と内輪筐体１４とを組合せることにより、第１接続子１６と第２接続子１８との間にコイル接点３４を所定量潰し変形させながら挟持することができる。このときのコイル接点３４の潰し量により、第１接続子１６とコイル接点３４の接触性や安定性が決定される。同様に、コイル接点３４の潰し量により、第２接続子１８とコイル接点３４の接触性や安定性が決定される。さらに、コイル接点３４の潰し量により、外輪筐体１２と内輪筐体１４の摺動回転性能が決定される。なお、コイル接点３４の潰れ量は、コイル接点３４を構成する導電性細径ワイヤ３４ａの線径や巻回ピッチ、コイル巻回径によっても変化する。したがって、必要とされるロータリージョイント１０の回転性能や導通性能に応じて、第１接続子１６と第２接続子１８の対向間隙間やコイル接点３４の形状、凹条溝１４ａの幅などを適宜調整することが望ましい。

このように構成されるロータリージョイント１０を外部入出装置および外部回転装置に接続する場合、外輪筐体１２を固定ベースまたは、外部入力装置にボルトなどで固定する。そして、外輪筐体１２に配置された第１外部コネクタ２０を利用して、外部入出力装置の電源ラインや信号ラインなどをロータリージョイント１０に接続する。

一方、外部回転装置の回転体、たとえば回転軸は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、内輪筐体１４の回転中心に形成された中空のたとえば金属製の接続軸３６に挿入することができる。挿入された回転軸は、接続軸３６の直径方向に挿入されるセットスクリューなどの固定手段によりしっかりと固定される。外部回転装置の回転軸を接続軸３６に挿入し、固定することによりロータリージョイント１０と回転軸との軸合わせが容易にできる。また、第１外部コネクタ２０と第２外部コネクタ２４とは、コイル接点３４を介してロータリージョイント１０の内部で電気的に接続されている。その結果、第２外部コネクタ２４と外部回転装置側の電源ラインや信号ラインを接続することにより、ロータリージョイント１０を介して外部入出力装置に対し外部回転装置の回転軸を回転自在に接続でき、かつ電気的な制御が可能になる。なお、外部回転装置の回転軸は、接続軸３６を用いることなく接続されてもよい。

本実施形態のロータリージョイント１０によれば、外輪筐体１２の第１接続子１６と内輪筐体１４の第２接続子１８を接触抵抗の低いコイル接点３４を介して接続しているので、チャタリングが発生し難く、ノイズ発生が抑制された安定した信号の送受信を行うことができる。また、従来のスリップリングを用いた電気接続装置の場合、流れる電流の量が多い場合、耐電性を確保するために大型のブラシが必要になり、電気接続装置自体の大型化を招いていた。しかし、本実施形態のロータリージョイント１０によれば、コイル接点３４により第１接続子１６と第２接続子１８との間に接触点を多数確保できるので、接触抵抗が低く耐電性に優れているので、コイル接点３４の大型化の必要はない。つまり、ロータリージョイント１０の大型化を抑制できる。

また、コイル接点３４は、導電性細径ワイヤ３４ａの線径や巻回ピッチを適宜選択することができるので、第１接続子１６と第２接続子１８との間を流れる電流の大きさに応じて、容量の異なるコイル接点３４を利用できる。たとえば、上述の実施形態のように、リングの直径は異なるが、導電性細径ワイヤ３４ａの線径や巻回ピッチが同じコイル接点３４を３個配置することができるが、流れる電流量に応じて各コイル接点３４の特性を異ならせてもよい。たとえば、電流供給用の場合、線径の太いコイル接点３４を使用し、容量を必要としない信号授受用の場合、線径の細い導電性細径ワイヤ３４ａを使用することができる。また、ノイズの発生をあまり配慮する必要のない電源供給用の場合、巻回ピッチの粗いコイル接点３４を使用し、ノイズの発生を抑制する必要のある信号授受用の場合、巻回ピッチの密のコイル接点３４を利用する。この他、信号の種類に応じたコイル接点３４を準備してもよい。たとえば、低周波用のコイル接点３４や高周波用のコイル接点３４を準備してもよい。このように、用途に応じて、使用するコイル接点３４を選択することにより最適な性能を有するロータリージョイント１０を低コストで生産できる。

また、図１（ａ）、図１（ｂ）の場合、コイル接点３４を３個配置した３極タイプの例を示しているが、極数、すなわち第１接続子１６、第２接続子１８、コイル接点３４の配置数は任意であり、必要に応じて増減できる。たとえば、電源供給のみの場合、２極することができる。また、制御信号を多く用いる場合には、制御信号数に応じて極数をとすることができる。なお、この場合、ロータリージョイント１０は、直径方向に大きさが変化するのみで、厚み方向（接続軸３６の延設方向）は変化しない。したがって、外部入出力装置と外部回転装置の配置間隔を変更することなく、用途に応じた多極のロータリージョイント１０の配置を行うことができる。

図４、図５は、他の実施形態のロータリージョイント４０の構造を示している。図４は、本実施形態のロータリージョイント４０の構造を説明する組み立て途中の断面図であり、図５は、組み立て後のロータリージョイント４０の外観図である。図４に示すように、この実施形態のロータリージョイント４０の場合、長尺のたとえば金属製の接続軸４１に開口部４２ａを有する円盤状のジョイントユニット４２を積層して多極のロータリージョイント４０を構成している。各ジョイントユニット４２の基本構造は、図１のロータリージョイント１０と同様に、第１筐体としての外輪筐体４４と第２筐体としての内輪筐体４６を含む。外輪筐体４４は、略リング状の筐体であり、内輪筐体４６は、外輪筐体４４に内包される略円盤状の筐体である。図４の場合、外輪筐体１２は側面の略中央部にフランジ部４４ａを有するリングであり、リング内周側に内輪筐体４６を内包している。外輪筐体４４は、内輪筐体４６の円盤側面と対向する内周面にリング状の第１接続子４８を備える。また、内輪筐体４６は、第１接続子４８と対向する位置にコイル接点３４を介してリング状の第２接続子５０を備えている。第１接続子４８は、外部入出力装置に接続できるように、第１外部コネクタ５２とケーブル５４で接続されている。一方、第２接続子５０は、外部回転装置に接続できるように、図示しない第２外部コネクタとケーブル５６で接続されている。ケーブル５６は、接続軸４１の中空内部を通り第２外部コネクタに向けて配索されている。なお、ケーブル５６は、第２外部コネクタを介することなく、直接外部回転装置に接続されてもよい。

コイル接点３４の構成は、図２に示すものと同じにすることができる。また、第１接続子４８および第２接続子５０の構成および表面処理方法、コイル接点３４の挟持構造も図３に示すものと同じにすることができる。内輪筐体４６の円盤側面に形成された凹条溝に第２接続子５０が収納され、コイル接点３４の一部が凹条溝から突出するように、内輪筐体４６の円盤側面に巻き付けられている。内輪筐体４６が外輪筐体４４の内周面に挿入される時に、コイル接点３４が所定量潰されて、第１接続子４８と第２接続子５０との間の適切な接触状態を完成させる。

外輪筐体４４および内輪筐体４６は、第１接続子４８、第２接続子５０および、第１外部コネクタ５２の相互絶縁ができるように、全体または一部が絶縁材料で構成されている。長尺の接続軸４１は、端面ケース５８ａ、５８ｂに固定されたベアリング６０により回転自在に支持される。ジョイントユニット４２は、接続軸４１によって軸支されている。また、ジョイントユニット４２を構成する外輪筐体４４のフランジ部４４ａは端面ケース５８ａと接続リング６２、または、端面ケース５８ｂと接続リング６２、あるいは２個の接続リング６２で挟まれている。この端面ケース５８ａ、５８ｂおよび接続リング６２は、ネジ６４などの固定手段により外輪筐体４４に固定されている。したがって、ロータリージョイント４０は、外輪筐体４４と端面ケース５８ａ、５８ｂと接続リング６２が一体化され、その内部で、内輪筐体４６が回転自在に支持される構造となる。

ロータリージョイント４０の組み立て手順を以下に示す。まず、ベアリング６０が固定された端面ケース５８ａに中空の接続軸４１の一端を勘合固定させる。続いて、ジョイントユニット４２の開口部４２ａに接続軸４１を挿通すると共に、ネジ６４で端面ケース５８ａにジョイントユニット４２を固定する。このとき、端面ケース５８ａのフランジ部５８ｃと外輪筐体４４のフランジ部４４ａとが当接し、端面ケース５８に対してジョイントユニット４２を正規の位置に係止するので、内輪筐体４６は端面ケース５８ａやベアリング６０と干渉することなく回転できるように位置決めされる。

続いて、接続軸４１に接続リング６２を通し、先に固定したジョイントユニット４２の外輪筐体４４のフランジ部４４ａと当接させ、ネジ６４により接続リング６２を外輪筐体４４に固定する。以降、ジョイントユニット４２と接続リング６２を交互に接続軸４１に通し、接続軸４１を軸とするジョイントユニット４２の積層体を形成する。最後に、ベアリング６０が固定された端面ケース５８ｂを接続軸４１に装着し、端面ケース５８ｂをネジ６４で外輪筐体４４に固定して、図５に示すような筒状のロータリージョイント４０を完成させる。この結果、積層されたジョイントユニット４２の外輪筐体４４は、端面ケース５８ａおよび端面ケース５８ｂに固定され、その内部に回転自在な複数の内輪筐体４６を支持する構造となる。

このように構成されるロータリージョイント４０を外部入出装置および外部回転装置に接続する場合、端面ケース５８ａや接続リング６２を固定ベースまたは、外部入力装置にボルトなどで固定する。そして、外輪筐体４４に配置された第１接続子４８を利用して、外部入出力装置のたとえば、電源ラインや信号ラインをロータリージョイント４０に接続する。一方、外部回転装置の回転体、たとえば回転軸は、内輪筐体４６の回転中心となっている中空の接続軸４１に挿入することができる。挿入された回転軸は、接続軸４１の直径方向に挿入されるセットスクリューなどの固定手段によりしっかりと固定される。外部回転装置の回転軸を接続軸４１に挿入し、固定することによりロータリージョイント４０と回転軸との軸合わせが容易にできる。また、第１外部コネクタ５２は、ケーブル５４、第１接続子４８、コイル接点３４、第２接続子５０を介してケーブル５６に電気的に接続されていいる。その結果、ケーブル５６または図示しない第２外部コネクタと外部回転装置側の電源ラインや信号ラインを接続することにより、ロータリージョイント４０を介して外部入出力装置に対し外部回転装置の回転軸を回転自在に接続でき、かつ電気的な制御が可能になる。

上述したように、ロータリージョイント４０は、ジョイントユニット４２を積層することにより任意に極数を変更可能である。たとえば、図１（ａ）のロータリージョイント１０と同様な３極のジョイントを形成する場合、ジョイントユニット４２を３個、接続リング６２を２個、接続軸４１および端面ケース５８ａ、５８ｂを用いてロータリージョイント４０を形成できる。また、極数を増減するためには、ジョイントユニット４２と接続リング６２を適宜増減させればよいだけである。ロータリージョイント４０は、ネジ６４の着脱により容易に組み立てまたは分解ができるので、たとえばロータリージョイント４０の用途に応じて、極数の変更が可能になり汎用性向上に寄与できる。また、異なる性能のジョイントユニット４２、たとえばコイル接点３４の特性の異なるものを準備しておくことにより、用途に応じて性能の異なるロータリージョイント４０を容易に作成できる。その結果、ロータリージョイント４０の供給者は、用途に応じた専用のロータリージョイントを準備する必要がなく、設計コストの低減や在庫管理の簡略化ができる。また、ユーザは、ジョイントユニット４２を複数準備しておけば、使用時に適宜必要な極数のロータリージョイント４０や必要な性能のロータリージョイント４０を組み立て可能となり利用状況に容易に適用できる。また、ロータリージョイント４０に不具合が生じた場合、不具合を有するジョイントユニット４２を個別に交換できるのでメンテナンス性が向上すると共に、経済性が向上する。

ところで、図４に示すロータリージョイント４０の場合、所定長さの接続軸４１を利用する例を説明した。図６（ａ）、図６（ｂ）、図７は、接続軸４１に関する改良例である。図６（ａ）に示すように、ジョイントユニット４２に含まれる内輪筐体４６の一面側には、内部が中空でたとえば金属製の短い分割接続軸６６が固定されている。この分割接続軸６６の表面には、軸方向に延びるキー６６ａが形成されている。また、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、内輪筐体４６の他面側には、他の内輪筐体４６に形成されたキー６６ａと係合するキー溝６８ａが形成されたたとえば金属製の接続リング６８が固定されている。このように構成されるジョイントユニット４２は、図７に示すようにキー６６ａとキー溝６８ａを順次組み合わせることにより、連結することができる。相互のジョイントユニット４２の連結の固定は、たとえば、キー６６ａとキー溝６８ａの係合部分にセットスクリュー７０を軸と直角方向に螺合させることにより行うことができる。なお、この場合、先端のジョイントユニット４２の分割接続軸６６は、ベアリング６０に勘合する必要があるためキー６６ａを有していない。同様に、最後尾のジョイントユニット４２は、ベアリング６０に勘合する必要があるため接続リング６８の代わりに、ベアリング６０に勘合する接続軸が形成されている。

図４に示すように、長尺の接続軸４１を用いる場合、第２接続子５０から延びるケーブル５６を接続軸４１の側面から接続軸４１の内部に挿入し、さらに長い接続軸４１の内部を出口側に向けて順次通す必要がある。一方、図６に示すように分割接続軸６６を用いる場合、ケーブル５６は短い分割接続軸６６の内部を順次通すのみとなるので、組み立て作業が容易になる。また、図４のロータリージョイント４０の場合、ジョイントユニット４２の数に応じた異なる長さの接続軸４１を準備することが望ましが、分割接続軸６６を用いたタイプの場合、長さの異なる接続軸の準備は不要となり、部品の在庫種類の低減に寄与できる。なお、図６、図７では、分割接続軸６６を内輪筐体４６に一体化した例を示しているが、内輪筐体４６と分割接続軸６６は分離されていてもよく、積層するジョイントユニット４２の数に応じて分割接続軸６６を連結させて、所望の長さの接続軸を作成し、図４の例のように、ジョイントユニット４２を順次作成した接続軸に挿通するようにしてもよい。

なお、図４〜図７に示すロータリージョイント４０においては、１つのジョイントユニット４２に１極が形成されている例を示したが、１つのジョイントユニット４２に形成する極数は複数でもよい。たとえば、電源供給用のユニットとして、太い線径の導電性細径ワイヤ３４ａを用いて２極タイプとしてもよい。また、センサ用のユニットとして、細い線径の導電性細径ワイヤ３４ａを用いて３極タイプとしてもよい。さらに、電極用に太い線径の導電性細径ワイヤ３４ａを用いて２極を形成し、センサ用として、細い線径の導電性細径ワイヤ３４ａを用いて２極を形成した４極タイプとしてもよい。これらの場合、コイル接点３４の配列は接続軸の軸方向となる。なお、信号の授受など１極でよい場合には、１つのジョイントユニット４２でロータリージョイント４０を構成することになる。
なお、図４、図６において、各ジョイントユニット４２は間隔をおいて配置されている例を示している。これば、ジョイントユニット４２が積層されることを強調するために誇張的に表現しているものであり、各ジョイントユニット４２の間隔は、極僅かでもよいし、完全に密着していてもよい。なお、ジョイントユニット４２の間隔調整を行うことにより、ロータリージョイント４０の軸方向の大きさを調整することができる。たとえば、外部回転装置の回転軸の位置が確定してしまっている場合、ジョイントユニット４２の間隔を調整することにより、ロータリージョイント４０と外部回転装置との接続を良好に行うことができる。

ところで、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すロータリージョイント１０の場合、極数を増やすと、接続軸３６の軸方向と直交方向のサイズが増加するのみで、接続軸３６の軸方向のサイズは変化しない。一方、図４に示すロータリージョイント４０の場合、極数を増やすと、接続軸４１の軸方向と直交方向のサイズは変化しないが、接続軸４１の軸方向のサイズが増大する。したがって、ロータリージョイントを配置する場所のスペースに応じて、ロータリージョイント１０を利用するかロータリージョイント４０を利用するかを決定することが可能になり、ロータリージョイントの利用範囲が広がると共に、有効なスペース利用ができる。

図８は、図４に示したロータリージョイント４０と同様に、接続軸の軸方向に第１外部コネクタ５２が配置されるタイプの量産型のロータリージョイント８０の構造を示している。なお、図８は、接続軸４１の中心を境に、断面図と、表面図を合わせて表している。

この量産型のロータリージョイント８０の場合、接続軸４１の軸方向に延びる外筒筐体８２および円柱筐体８４を含んでいる。外筒筐体８２は、接続軸４１の軸方向に複数の第１接続子４８を備える。図８の場合、外筒筐体８２に５極形成されている場合を示している。また、円柱筐体８４は、接続軸４１の軸方向に第１接続子４８の位置に対応する第２接続子５０を備える。そして、各第１接続子４８と第２接続子５０の間には、コイル接点３４が挟持されている。すなわち、図４に示したジョイントユニット４２を接続軸４１の軸方向に長く延ばし、多極化したものと同様の機能を有する。他の実施形態と同様に、接続軸４１は、端面ケース５８ａ、５８ｂに固定されたベアリング６０によって回転自在に支持されている。また、外筒筐体８２は、ネジ６４により固定される固定リング８６により端面ケース５８ａおよび端面ケース５８ｂに固定されている。
このロータリージョイント８０において、コイル接点３４、第１接続子４８および第２接続子５０で構成される使用極数は、予め設定された数とるが、各部品は、比較的大きく、金型成形や組み立てが容易であるという利点を有する。なお、ロータリージョイント８０は、外筒筐体８２および円柱筐体８４で構成される１ユニットタイプのジョイントと見なすことが可能で、基本的構成は、図４に示す積層タイプのジョイントユニット４２と同じである。したがって、外筒筐体８２および円柱筐体８４を複数積層して、さらに多極とすることも可能である。たとえば、必要な極数が２０極、３０極のように多い場合、予め５極などを有する外筒筐体８２および円柱筐体８４で構成されるユニットを積層することにより、超多極のジョイントを容易に組み上げることができる。

なお、図８の場合も外筒筐体８２と円柱筐体８４によって挟持される複数のコイル接点３４の特性は同じでもよいし、電源供給用や信号授受用など異なる特性のコイル接点３４を混在させてもよい。

このように、上述した各実施形態のロータリージョイントによれば、コイル接点は、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、このコイル体の両端を接続してリング体を形成している。そのため、コイル接点は、多数の接触点で第１接続子および第２接続子と接触できる。その結果、接触抵抗が低く接触状態が安定してチャタリングが低減されノイズ発生が抑制できる。また、本実施形態のロータリージョイントのコイル接点は、従来のスリップリングタイプの接続子と摺動接触するブラシに比べ、接触抵抗が小さい。その結果、大型化することなく大電流を流すことができる。金属性のコイル接点および、硬化処理を施した第１接続子、第２接続子を用いることにより、摩耗粉の発生が軽減され、クリーニングや部品交換などのメンテナンスの回数が低減できる。さらに、接触部の構造が、コイル接点を介して第１接続子および第２接続子が摺動自在に導通するというシンプルな構造であるため、高温環境や、真空環境、放射線環境下など特殊環境下での使用も可能である。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、第１筐体と第２筐体との間に介在して第１接続子と第２接続子との電気的接続を行う接続体であって、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、コイル体の両端を接続してリング体を形成して成るコイル電気接続体を用いたロータリジョイントで同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能であり、同様な効果を得ることができる。

本実施形態のロータリージョイントの一例を説明する構成概念図である。本実施形態のロータリージョイントに用いるコイル接点の構成を説明する説明図である。本実施形態のロータリージョイントの第１接続子と第２接続子とコイル接点の配置関係を説明する説明図である。本実施形態のロータリージョイントの他の例を説明する断面図である。図４に示すロータリージョイントの外観図である。図４に示すロータリージョイントと同等のロータリージョイントを構成する分割接続軸タイプのジョイントユニットの構造を説明する説明図である。図６の分割接続軸タイプのジョイントユニットを接続した状態を示す説明図である。本実施形態の量産型のロータリージョイントを説明する構成概念図である。

符号の説明

１０，４０，８０ロータリージョイント、１２，４４外輪筐体、１４，４６内輪筐体、１６，４８第１接続子、１８，５０第２接続子、２０，５２第１外部コネクタ、２４第２外部コネクタ、３４コイル接点、３４ａ導電性細径ワイヤ、３６，４１接続軸、４２ジョイントユニット、５８ａ，５８ｂ端面ケース、６２，６８接続リング、６６分割接続軸、８２外筒筐体、８４円柱筐体、８６固定リング。

Claims

外部入出力装置に接続可能な第１接続子を有する第１筐体と、
前記第１筐体に対して回転自在に組み合わされている共に、外部回転装置の回転体と共に回転可能な筐体であって、前記回転体に接続可能な第２接続子を有する第２筐体と、
前記第１筐体と第２筐体との間に介在して前記第１接続子と前記第２接続子との電気的接続を行う接続体であって、導電性細径ワイヤを巻回してコイル体を形成すると共に、前記コイル体の両端を接続してリング体を形成して成るコイル電気接続体と、
を含むことを特徴とするロータリージョイント。
前記コイル電気接続体に接触する前記第１接続子および第２接続子は、同心円状に複数配置されていることを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
前記第１筐体と前記第２筐体は、一方が他方を内包する略円盤状の内輪筐体と略リング状の外輪筐体を形成し、前記内輪筐体と外輪筐体との間に、前記コイル電気接続体が配置されることを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
前記内輪筐体と前記外輪筐体は、前記コイル電気接続体を少なくとも１個以上挟持していることを特徴とする請求項３記載のロータリージョイント。
前記内輪筐体と前記外輪筐体は、それぞれ複数個積層可能であることを特徴とする請求項４記載のロータリージョイント。
前記第１筐体と前記第２筐体は、一方が円柱筐体を形成し、他方が当該円柱筐体を内包する外筒筐体を形成し、前記円柱筐体と外筒筐体との間に、複数の前記コイル電気接続体が配置されることを特徴とする請求項１記載のロータリージョイント。
前記第１接続子および第２接続子は、前記コイル電気接続体を構成する導電性細径ワイヤの硬度より高硬度であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のロータリージョイント。