JP5094471B2 - スリップリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、ロボットやマニピュレータなどの可動関節や回転関節において、機体と可動体との間もしくは相対的に回転する２つの可動体間の機械的な自由度を保ちつつ、電気的な接続を可能にするスリップリング装置に関する。

ロボットアームや複雑な動きを伴うマニピュレータは、固定部である機体とアームとなる可動体との間もしくは相対的に回転する２つの可動体間に関節部（以下単に関節部ともいう）を有して相互の回転を可能にしている。関節部には、可動体に設けられたモータや運動機構に、その動力源となる電力を供給したり、可動体の制御装置との間で制御信号や制御情報の授受をするための動力線や通信ケーブルからなるケーブル組立体が挿通されている。しかし、このケーブル組立体では、可動体の３６０度以上の自由な回転が制限される上に、可動体が動くたびにケーブルにねじれや撓みの力が繰返し加わるために、ケーブルの疲労による損傷や切断を生じやすい。

この解決策として、機体と可動体との間もしくは相対的に回転する２つの可動体間をケーブルで直接に繋ぐのではなく、関節部にスリップリングとブラシとを組合せた導電装置を設け、機体と可動体との間、もしくは相対的に回転する２つの可動体間の自由な回転や複雑な動作を可能にするスリップリング装置が実用化されている。（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来のスリップリング装置は、安定した機能の装置の製造が難しく、また、伝導する信号にノイズが混入し易いなど、安定した電力供給や制御信号の授受を行い難いものであった。この原因の一つには、ブラシとスリップリングとの組立ての難しさがある。これは、スリップリングを覆っているリングハウジングの挿通孔からブラシを挿入しブラシの先端をスリップリングに接触させるようにして組立てるために、ブラシの挿入状態を目視しがたいからである（例えば、特許文献２参照）。

また、従来のスリップリング装置は、スリップリングの回転方向が変わるとその回転方向に応じてブラシがスリップリングの周面に巻き込まれたり離反したりするような力を受けて、スリップリングとブラシとの接触力が変化するため、これによって電気信号にノイズを生じ、これがスリップリング装置を使用した機器の誤動作の原因となるおそれの高いものであった。
特開 第２０００−７７１５０号公報 （段落００４７乃至段落００５１、第１乃至第７図） 実開昭５８−１２５３８５号公報 （第４頁乃至第６頁、第１図、第２図）

この問題を解決するために、本発明では、ブラシとスリップリングとの組立てを容易にし、かつ、従来のスリップリングよりもノイズの少ない電気導通機能を有するスリップリング装置を提供する。

本発明は、
信号線用もしくは動力線用の導電性の複数のスリップリングと、対応する該スリップリングに摺り接触してスリップリング側と電気的な導通を行う複数のブラシを備えた装置において、
全体として円筒形状で、該円筒形状の周壁が所定角度範囲にわたり切り欠かれ互いに軸方向に延びる第１及び第２の縁部とこれら縁部を繋ぐ周縁部とにより開口を形成したハウジングと、
該円筒形状の中心部に同軸に該ハウジング内に回転可能に支持され、外周部に前記スリップリングを軸方向に並んで取付け、内部に対応する前記スリップリングに接続され外部に延びている複数の電線を備えた回転筒体と、
前記ハウジングの前記開口に嵌め込み配置されるブラシホルダとを備え、
前記ブラシホルダは、全体として前記ハウジングの開口に嵌め込み支持される枠体であって、該開口の第１及び第２の縁部にそれぞれ支持され互いに対向して軸方向に延びているブラシ保持部及びブラシ支持部とを有し、
前記ブラシ保持部には前記スリップリングに対応して信号線用もしくは動力線用のブラシ配置用孔が軸方向に並んで形成されており、
前記ブラシ支持部にはこれらブラシ配置用孔に対向して信号線用もしくは動力線用のブラシガイド孔が形成されていて、
前記ブラシそれぞれは、外部電線に接続される一端を対応するブラシ配置用孔内に支持され、他端を対応するブラシガイド孔に支持されて、
これらブラシは、これらブラシの中間部が前記スリップリングとの電気的接触部となるように、該接触部の両側で保持されていることを特徴とするスリップリング装置を提供する。

このようなスリップリング装置によれば、ブラシホルダをスリップリングを支持するハウジングの開口に取付けることにより、組立てが極めて容易でかつノイズの少ない電気導通機能を有するスリップリング装置を提供できる。また、ブラシホルダを取付けた後は、必要に応じて、ブラシとスリップリングとの接触具合を目視、確認することができるので、熟練者でなくても簡単にブラシとスリップリングとの正確な組立てを可能にするものである。また、組立てられた後の装置は、安定した電力供給や制御信号送信の授受の機能を有したスリップリング装置となる。

本発明のスリップリング装置によれば、製造に際しブラシは、予め接触部の両側でブラシホルダに保持させ、この状態で、ブラシの接触部が予め定められたスリップリングとの位置関係に取付けられることを確認することができ、この確認の後、該ブラシホルダをリングハウジングの開口部に取付けるので、簡単な作業でブラシとスリップリングとの電気的接触を確立することができる。特に、ブラシホルダとリングハウジングの開口部との位置決めの精度を正確に設定して加工をしておけば、ブラシとスリップリングとの電気的接触位置関係も予備加工の位置決めの制度に応じて正確に定まることになる。ブラシホルダをリングハウジングに取付けた後も、必要に応じて、ブラシとスリップリングとの接触具合を目視、確認することができるようにブラシホルダの枠体を構成すれば、熟練者でなくても簡単にブラシとスリップリングとの正確な組立てを可能にし、安定した性能のスリップリング装置を提供できるものである。

本発明のスリップリング装置によれば、安定した性能のスリップリング装置を提供することができる。

以下に本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態としてのスリップリング装置の外観を示す斜視図であり、スリップリング装置１は、上述した機体側と可動体側とをつなぐ関節部の機体側の機器に接続される複数本の電線２が取付けられ、スリップリング８を回転可能に支持する部材である筒状のリングハウジング３と、可動体側の機器に接続される複数本の電線４が取付けられる回転筒体５及び後述するブラシホルダ６を備えている。

回転筒体５は、図２に示すように筒状のリングハウジング３に取付けられた軸受７ａ、７ｂで回転可能に支持され内部に複数本の電線４を収納した中空の筒体であり、その外周にスリップリング８を有し、スリップリング８、電線４及び回転筒体５は一体となって回転できるようになっている。

スリップリング８は外周に導体を装着した摺動リング９、１０、と隣合う摺動リング９、１０、１０、９、を電気的に分離する絶縁リング１１ａと、軸方向両端部の絶縁リング１１ｂとから構成され、摺動リング９、１０は、それぞれ、回転筒体５の内部に挿通されている対応する電線４にそれぞれ接続されて可動体の機器への電力や信号を送っている。

図２の構造のスリップリング装置は、２本の電力線と２本の信号線がスリップリング装置によって機体と可動体とが接続されるときの例を示した図であり、複数本の電線４のうち電力線は摺動リング９、９に、信号線は摺動リング１０、１０に半田等で固着され、摺動リング９、１０及び対応するブラシ１８を介して電気的接触が確立され、機体側の電線２と可動体側の電線４とが電気的に対応して導通されるようにしている。

各摺動リング９、１０の外周には対応するブラシ１８のガイド用の溝１２ａ、１２ｂが形成されている。溝１２ａ、１２ｂの大きさは、ブラシ１８が嵌る大きさに形成され、摺動リング９、１０に形成される溝の本数は、これと摺動するブラシ１８との関係で適宜選択される。図４の例では、動力線用のブラシ１８と信号線用のブラシ１８に、六元合金や五元合金等の材料を使用した、同じ太さの線状のブラシが使用され、信号線用では、１つの信号線に１本のブラシ１８と１本の溝が形成された摺動リング１０が使用される。一方、信号線よりも大きな電流容量を必要とする動力線では、一つの動力線に３本のブラシ１８を用い、動力線用の摺動リング９には、これらのブラシ１８が嵌合される３本の溝が形成されている。

図３は、図２のリングハウジング３の構造の外観を模式的に示した斜視図であり、図２と同じ図番は同じ部品を示している。電線４は、回転筒体５及びスリップリング８と一体になって回転し、スリップリング８を経て機体側の電線２から受けた信号や電力を可動体側に伝えることができる。１３は、ブラシホルダ６をリングハウジング３に取付け固定するための開口である。

ブラシホルダ６は、その構成の概要を図４の斜視図及び図５の平面図で示すように、ブラシ保持板１５と、第２のブラシ保持部であるブラシ支持板１６とこれらを一定の関係に保持する枠体（フレーム）１７から構成されている。ブラシ保持板１５には、機体側の機器に接続された動力線及び信号線等の複数本の電線２が保持され、これら電線２の先には対応するブラシ１８の一端が固着され、ブラシの他端は、ブラシ支持板１６でブラシ１８の横方向（回転筒体の軸方向）の移動を規制するように、かつブラシホルダ６をリングハウジング３に組み込んだ状態で各ブラシ１８が対応する摺動リング９，１０の溝に嵌り該摺動リング９，１０を押付ける方向に押圧しつつ滑り接触するように規制されて保持されている。

各ブラシ１８は、例えば、図６で示すような真鍮等の導体の端子１９によってスリップリングとの位置決めをするような形で保持されている。端子１９はそれぞれの電線２の先に、電気的、機械的に強固に固定され、電線２と端子１９との接続部分はブラシ保持板１５への取付用の絶縁ブッシュ２０で覆われた独立した部品であるブラシ保持端子２１としてブラシホルダ６に取付ける前に、組立製造される。

図７は、３本のブラシ１８をスリップリング８との位置決めをするような形で端子１９によって保持したブラシ保持端子１９の例を示す斜視図であり、電線２による電力の供給や通常の信号よりも大容量の信号をスリップリング８に伝えるとき等に使用される。

なお、図６、図７では、信号線用のブラシ保持端子２１と動力線用のブラシ保持端子２１とを独立した別体のブラシ保持端子として示したが、両端子の絶縁ブッシュ２０を一体にしてこれらのブラシ保持端子２１を一つにしても良い。

図８は、このようにして組立てられたスリップリング装置の構造を模式的に示した図１のVIII-VIII線横断側面図である。

スリップリング装置におけるブラシ１８の取付けは、上述のようにして予め加工されたブラシ保持端子２１のブラシ１８を、ブラシ保持板１５のブラシ保持孔２２に挿入し、ブラシ支持板１６のブラシ支持ガイド２３に形成された対応する孔２３ａ内にブラシ１８の先端を支持させるようにする第１工程と、このようにして、必要な数のブラシ１８をブラシ保持板１５とブラシ支持板１６とで保持させたブラシホルダ６を、筒状のリングハウジング３の開口１３に組込む第２工程によって行なわれる。

即ち、予め必要本数のブラシ１８が取付けられたブラシホルダ６を筒状のリングハウジングの開口１３に嵌め込むとき、ブラシホルダ６によって保持されているブラシ１８が、対応するスリップリングの溝１２に嵌るようにブラシの取付け位置がブラシ保持端子１９によって設定されてブラシホルダ６に固定されているので、ブラシ１８とスリップリング８とは、単にブラシホルダ６を筒状のリングハウジングの開口１３に嵌め込むだけの簡単な作業で機械的な位置関係の設定との電気的な導通を実現することができる。

また、ブラシホルダ６が、図４に示すような枠体１７でブラシ保持板１５とブラシ支持板１６とを保持した構造のときは、ブラシ１８の取付け状態が枠体１７と枠体１７との間から確認できるので、ブラシホルダ６を筒状のリングハウジング３に組込む前のブラシ１８の保持状態も、ブラシホルダ６を筒状のリングハウジング３に組込んだ後のブラシ１８とスリップリング８との位置関係や導電状態も、共に枠体１７の間から容易に確認できる。

ブラシホルダ６を筒状のリングハウジング３に組立てた後の、ブラシ１８とスリップリング８との位置関係や導電状態が確認された後、この開口１３は、カバー２４で封じられて、図１のようなスリップリング装置が完成する。

このように、本発明のスリップリング装置によれば、従来のような、ブラシとスリップリングとの取付け状態が目視できない状況を無くすことができ、ブラシとスリップリングとの接触の不安定さも解消して安定した性能のスリップリング装置を提供することができる。

また、ブラシホルダへブラシを組込む作業も、予め加工されたブラシ保持端子をブラシホルダのブラシ保持孔へ嵌め込み、ブラシの先端が、ブラシ支持ガイドの溝又は孔に嵌るように取付け、その後に、ブラシホルダを筒状のリングハウジングに組込むだけの作業で良く、組立が簡単で性能の安定したスリップリング装置を提供することができる。

尚、ブラシ１８は、ブラシ保持端子２１とブラシ支持ガイド２３とによって横方向の移動が規制され、ブラシ１８のスリップリング８に対する押圧力は、ブラシ１８が直線状の形状の時は、ブラシ保持端子２１とブラシ支持ガイド２３の高さ位置とスリップリング８の外周との関係で一義的に決まるので、ブラシ１８とスリップリング８との押圧力の調整をスリップリング装置の組立時に調整する必要もなくなり、安定した性能のスリップリング装置を提供することができる。

また、図４では、ブラシ１８の先端が支持されるブラシ支持板１６のブラシ支持ガイド２３は、横方向及び上方向の動きを規制する溝で示しているが、ブラシ支持ガイド２３は溝の代わりにブラシの先端を緩く嵌めることができる孔でも良いことは言うまでもない。

本発明の一実施形態のスリップリング装置の外観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスリップリング装置のスリップリング部の構造を示す軸方向縦断面図である。 本発明に係るスリップリング装置の筒状のリングハウジングの構造の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るスリップリング装置のブラシホルダの構造の一例を示す斜視図である。 本発明に係るブラシホルダをリングハウジングに取付けた状態を示すスリップリング装置の軸方向縦断の平面図である。 本発明に係るブラシ保持端子の構成の一例を示す斜視図である。 本発明に係るブラシ保持端子の他の構成の例を示す斜視図である。 本発明に係るスリップリング装置の要部構成を示すVIII-VIII線横断側面図である。

符号の説明

１ スリップリング装置
２ 電線
３ リングハウジング
４ 電線
５ 回転筒体
６ ブラシホルダ
７ 軸受
８ スリップリング
９ 摺動リング
１０ 摺動リング
１１ 絶縁リング
１２ 溝
１３ 開口
１５ ブラシ保持板
１６ ブラシ支持板
１７ 枠体
１８ ブラシ
１９ 端子
２０ 絶縁ブッシュ
２１ ブラシ保持端子
２２ ブラシ保持孔
２３ ブラシ支持ガイド
２４ カバー

Claims (3)

1. 信号線用もしくは動力線用の導電性の複数のスリップリングと、対応する該スリップリングに摺り接触してスリップリング側と電気的な導通を行う複数のブラシを備えた装置において、
   全体として円筒形状で、該円筒形状の周壁が所定角度範囲にわたり切り欠かれ互いに軸方向に延びる第１及び第２の縁部とこれら縁部を繋ぐ周縁部とにより開口を形成したハウジングと、
   該円筒形状の中心部に同軸に該ハウジング内に回転可能に支持され、外周部に前記スリップリングを軸方向に並んで取付け、内部に対応する前記スリップリングに接続され外部に延びている複数の電線を備えた回転筒体と、
   前記ハウジングの前記開口に嵌め込み配置されるブラシホルダとを備え、
   前記ブラシホルダは、全体として前記ハウジングの開口に嵌め込み支持される枠体であって、該開口の第１及び第２の縁部にそれぞれ支持され互いに対向して軸方向に延びているブラシ保持部及びブラシ支持部とを有し、
   前記ブラシ保持部には前記スリップリングに対応して信号線用もしくは動力線用のブラシ配置用孔が軸方向に並んで形成されており、
   前記ブラシ支持部にはこれらブラシ配置用孔に対向して信号線用もしくは動力線用のブラシガイド孔が形成されていて、
   前記ブラシそれぞれは、外部電線に接続される一端を対応するブラシ配置用孔内に支持され、他端を対応するブラシガイド孔に支持されて、
   これらブラシは、これらブラシの中間部が前記スリップリングとの電気的接触部となるように、該接触部の両側で保持されていることを特徴とするスリップリング装置。
2. 前記ブラシの前記一端は導体からなる位置決め端子に保持されて前記ブラシ保持部の前記ブラシ配置用孔内に保持されていることを特徴とする請求項１に記載のスリップリング装置。
3. 前記ブラシは中間部が前記スリップリングに押圧しつつ摺り接触して前記電気的接触部となるように前記一端を前記ブラシ保持部の前記ブラシ配置用孔内に保持され、前記他端を前記ブラシ支持部の前記ブラシガイド孔に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスリップリング装置。

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