JP5129396B2 - 直線運動電気コネクタ組立体 - Google Patents

Description

本開示は一般に電気コネクタに関する。より具体的には、本開示は直線運動電気コネクタ組立体に関する。

多数の用途では、１つの構成要素を別の構成要素に対して移動させつつ電気接続を維持することが必要となる。例えば、伸縮アンテナでは、そのアンテナの全長にわたるベースと端部との間の電気接続が必要となる。１つの解決方法は、２つの構成要素の間にフィンガースプリング等の摺動接触部を設けることである。しかし、フィンガースプリングは、その部分が移動するときに跳ねることがあり、これにより、接触の断続が生じる。さらに、摺動接触の摩擦は、継手が突き合うことを原因とし得る金属の破砕等の製品の摩耗を生じさせることがある。最終的には、摩耗がフィンガースプリングの故障を引き起こすことがある。他の解決方法は２つの構成要素の間に可撓性ケーブルを設けることである。可撓性ケーブルは、構成要素が互いに対して移動するときに一定の接続を行うことができ、継手に当たる製品の摩耗を生じさせない。しかし、ケーブルの曲がりが導体または絶縁体を疲労させることがあり、この結果、電気接続の短絡または故障が生じる。

一実施形態では、直線運動電気コネクタは、孔を規定する内面を有する外部構成要素と、孔内に配置されたシリンダとを含むことができる。シリンダは外面を有することができる。さらに、環状溝を外部構成要素の内面またはシリンダの外面の一方に形成することができる。さらに、導電性ばねを環状溝内に嵌合させることができる。導電性螺旋ばねは外部構成要素とシリンダとの電気接触を行うことができる。シリンダと外部構成要素とが互いに対して移動するときに、導電性螺旋ばねは溝の長さに沿って回転して電気接触を維持することができる。

他の実施形態では、伸長可能なアンテナは、内面によって規定された孔を有する第１のアンテナ部と、孔内に配置された第２のアンテナ部とを含むことができる。第２のアンテナ部は外面を有することができる。環状溝を第２のアンテナ部の外面または第１のアンテナ部の内面の一方に形成することができる。環状溝は軸長を有することができ、導電性ばねは環状溝内に嵌合される。導電性ばねは第１のアンテナ部と第２のアンテナ部との電気接触を行うことができる。さらに、第２のアンテナ部が第１のアンテナ部に対して移動するときに、導電性螺旋ばねは、環状溝の軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合させることができる。

別の例示的な実施形態では、ロボットシステムは、内面によって規定された孔を有する本体とその孔内の軸とを含むことができる。軸は外面を有することができる。環状溝を軸の外面または本体の内面の一方に形成することができ、環状溝は軸長を有することができる。導電性ばねは、環状溝内に適合されることができ、軸と本体との電気接触を行うことができる。さらに、軸が本体に対して移動するときに、導電性螺旋ばねは、環状溝の軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合させることができる。

さらに他の例示的な実施形態では、油圧システムは、内面によって規定された孔を有するシリンダと、孔内のピストンとを含むことができる。ピストンは外面を有することができる。環状溝をピストンの外面またはシリンダの内面の一方に形成することができ、環状溝は軸長を有する。導電性ばねは、環状溝内に嵌合されることができ、シリンダとピストンとの電気接触を行うことができる。さらに、ピストンがシリンダに対して移動するときに、導電性螺旋ばねは、環状溝の軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合させることができる。

添付図面を参照することによって、本開示をより良く理解することが可能であり、本開示の多数の特徴および利点を当業者に明らかにすることが可能である。

直線運動電気コネクタの例示的な実施形態を示した図である。 回転ばねの例示的な実施形態を示した図である。 直線運動電気コネクタの他の例示的な実施形態を示した図である。 直線運動電気コネクタの他の例示的な実施形態を示した図である。 直線運動電気コネクタの他の例示的な実施形態を示した図である。

異なる図面に用いられている同じ参照番号は同様または同一のアイテムを指す。

図１は、一般に１００で示した直線運動電気コネクタの例示的な実施形態を示している。直線運動電気コネクタ１００は外部構成要素１０２およびシリンダ１０４を含むことができる。外部構成要素１０２は、孔を規定する内面１０６を有することができ、シリンダ１０４は外面１０８を有することができる。シリンダ１０４は外部構成要素１０２の孔内に摺動嵌合するように寸法決めすることができる。一実施形態では、シリンダ１０４が孔内にセンタリングおよび位置合わせされるときに、シリンダ１０４の外面１０８と外部構成要素１０２の内面１０６との接触が最小になるように、シリンダ１０４を寸法決めすることが可能である。行程長にわたって、シリンダ１０４と外部構成要素１０２とを互いに対して移動させることができる。

さらに、環状溝１１０と１１２をシリンダ１０４の外面１０８に形成することができる。一実施形態では、環状溝１１０は、深さ１１８と軸長１２０とを有する長方形断面を有することができる。代替実施形態では、１つ以上の環状溝を設けてもよい。一般に、環状溝が重ならないように、環状溝の数を行程長に対する孔長の比率よりも小さくすることができる。行程長は、通常動作中における直線運動電気コネクタの移動の全範囲であり得る。さらに、環状溝を孔長に沿って配置して、シリンダ１０４を、孔に対するセンタリング位置および位置合わせ位置に保持することができる。

回転ばね１１８と１２０を環状溝１１０と１１２内に配置することができる。一実施形態では、回転ばね１１８と１２０は、以下により詳細に説明する重なった螺旋コイルばねであり得る。代替実施形態では、他の形態の回転ばねを使用してもよい。例えば、Ｋｕｎｋｅｌへの米国特許第３，５０２，７８４号明細書に記載されているような重なっていない螺旋コイルばね、またはＭａｔｈｅｒへの米国特許第３，４６８，５２７号明細書に記載されているような傾斜コイルばねがある。

直線運動電気コネクタの動作中に、シリンダ１０４と外部構成要素１０２とを互いに直線移動させることができる。移動中、シリンダ１０４と外部構成要素１０２との間の電気接続を維持することができる。回転ばね１１８と１２０は環状溝１１０と１１２に沿って回転することができる。回転ばね１１８と１２０が回転するときに、シリンダ１０４と外部構成要素１０２との間の摺動摩擦を著しく低減することができる。

図２は、一般に２００で示した例示的な回転ばねを示している。導電性リボン２０２を、重なった螺旋コイル２０４に巻くことによって、回転ばね２００を形成することができる。導電性リボン２０２は、約０．０６０インチ〜約０．３００インチの幅と、約０．００３インチ〜約０．００６インチの厚さとを有することができる。螺旋コイル２０４の各巻回部は、重なる距離にある螺旋コイル２０４の先の巻回部に重なることができる。例えば、巻回部２０６は先の巻回部２０８に重なる。重なる距離は導電性リボン２０２の幅の約２０％〜約４０％であり得る。重なった螺旋コイル２０４はコイル径２１０を有することができる。コイル径２１０は、導電性リボン２０２の幅の約３倍未満であり、例えば約０．０６０インチ〜約０．２５０インチであり得る。さらに、重なった螺旋コイル２０４を曲げて、導電性リボン２０２の端部を例えば溶接により互いに接着して、環状形状を有する回転ばね２００を形成することができる。代替実施形態では、中実リングを、重なった螺旋コイル内に配置してもよい。回転ばね２００は内径２１２を有することができる。回転ばね２００の内径はコイル径２１０の約８倍以上であることができる。

一実施形態では、導電性リボン２０２は金属または合金を含むことができる。例えば、導電性リボン２０２は、ハステロイ（ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）、Ｎｉ２２０およびＰｈｙｎｏｘ等のニッケル合金、ベリリウム銅および銅−クロム−亜鉛合金等の銅合金、またはステンレス鋼を含んでもよい。さらに、金属リボンは、金、錫、ニッケルまたは銀等のメッキ金属でメッキすることができる。代替実施形態では、導電性リボンは、ポリマー、例えば、導電性ポリマー、またはメッキ金属で被覆されたポリマーからなってもよい。一実施形態では、導電性ポリマーは、導電性フィラーを有するポリマーであり得る。

一実施形態では、回転ばね２００とシリンダの外面との接触が均一になるように、環状溝の位置において、回転ばね２００の内径２１２をシリンダの直径に関連させることができる。さらに、コイル径２１０を環状溝の深さに関連させることができる。具体的には、適度な圧縮力下で、回転ばね２００の外縁が外部構成要素の内面との均一な接触を維持する。さらに、適度な圧縮力下で、重なった螺旋コイルが略円形の断面を維持することができる。適度な圧縮力により、コイル径の約２５％以下、例えばコイル径の２０％以下、さらにはコイル径の１５％以下のばねの交差直径圧縮を得ることができる。一実施形態では、コイル径の少なくとも約１０％で得られるばねの交差直径圧縮が、適切な電気接触を維持するのに望ましい。他の実施形態では、ばねは、螺旋コイル内に配置された中実金属リングを有することができる。中実金属リングは、側部に重い負荷がかかった状態で、ばねの圧縮をさらに実質的に制限することができる。

図３〜図５を参照すると、一般に３００で示した直線運動電気コネクタの他の実施形態が示されている。図３を参照すると、シリンダ３０４は外部構成要素３０２内に配置される。さらに、外部構成要素３０２は環状溝３０６と３０８を含むことができる。回転ばね３１０と３１２を環状溝の各々の中に配置することができる。

シリンダ３０４が、図３に示したように外部構成要素３０２に完全に挿入されるときに、回転ばね３１０と３１２を環状溝３０６と３０８の第１の端部に配置することができる。シリンダ３０４が外部構成要素３０２に対して、図４に示した位置に移動するときに、回転ばね３１０と３１２が、シリンダ３０４の軸線に対して平行方向に、シリンダ３０４の外面に沿っておよび環状溝３０６と３０８内を回転移動する。シリンダ３０４の外面に沿った移動は、ばねの各巻回部の中心点によって規定されたそれぞれのコイル軸を中心に回転する各回転ばね３１０と３１０によって実現することができる。図５に示したように、行程長の残部にわたるシリンダ３０４のさらなる移動により、回転ばね３１０と３１２が、環状溝３０６と３０８の第２の端部まで回転する。行程長は、図３に示した位置と図５に示した位置との差によって示されている。

一般に、回転ばね３１０と３１２は、外部構成要素３０２の孔内でシリンダ３０４を中心に位置合わせして保持するように機能することができる。中心への位置合わせにより、外部構成要素３０２の内面とシリンダ３０４の外面との間の摩擦を実質的に低減することができる。さらに、ばね３１０と３１２の回転により、内面または外面に対するばね３１０と３１２の摺動摩擦を防止することができる。一般に、回転ばね３１０と３１２の回転摩擦は、ばね３１０と３１２の摺動摩擦よりも著しく小さくすることができる。このようにして、回転ばね３１０と３１２は直線運動電気コネクタ３００の摩擦全体を低減するように機能することができる。摩擦の低減により、摩耗が低減され、直線運動電気コネクタ３００の寿命を延ばすことができる。

直線運動電気コネクタは、電気接続を直線運動継手にわたって維持する必要がある種々の用途に使用することができる。例えば、伸長可能なアンテナで直線運動電気接続を用いて、アンテナの延長部の全範囲にわたる連続的な電気接続を行うことができる。他の実施例では、直線運動電気コネクタをロボットシステムに使用することができる。さらに他の実施例では、直線運動電気コネクタを油圧ピストンに一体化して、そのピストンを介した接続を行うことができる。

一実施形態では、直線運動電気コネクタを使用して、アース用の電流経路を設け、例えば、電気衝撃または他の放電からの損傷を制限することができる。他の実施形態では、直線運動電気コネクタを使用して、電力源からの電気経路を設けることができる。例えば、ＤＣ電流またはＡＣ電流を直線運動電気コネクタに通過させて、電力を装置に供給することができる。さらに他の実施形態では、制御信号を制御システムから直線運動電気コネクタを介して装置に供給することができる。

Claims (15)

1. 直線運動電気コネクタであって、
   内面によって規定された孔を有する外部構成要素と、
   前記孔内の、外面を有するシリンダと、
   前記シリンダの前記外面または前記外部構成要素の前記内面の一方に形成された、軸長を有する環状溝と、
   前記環状溝内に嵌合される導電性ばねであって、前記外部構成要素と前記シリンダとの電気接触を行う導電性ばねと、
   を備え、
   前記シリンダが前記外部構成要素に対して移動するときに、前記導電性ばねが、前記環状溝の前記軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合される直線運動電気コネクタ。
2. 前記環状溝が前記シリンダの前記外面に形成される請求項１に記載の直線運動電気コネクタ。
3. 前記環状溝が前記外部構成要素の前記内面に形成される請求項１に記載の直線運動電気コネクタ。
4. 前記環状溝が長方形断面を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
5. 前記導電性ばねが、複数の巻回部を有する螺旋形状である請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
6. 前記導電性ばねが、環状形状を有する閉ループである請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
7. 前記シリンダが、行程長にわたって前記外部構成要素に対して移動する請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
8. 前記孔が孔長を有し、前記環状溝の数が前記行程長に対する前記孔長の比率よりも小さい請求項７に記載の直線運動電気コネクタ。
9. 前記環状溝が前記孔長に沿って分布される請求項８に記載の直線運動電気コネクタ。
10. 前記導電性螺旋ばねがコイル径を有し、前記環状溝が深さを有し、前記深さが前記コイル径の７５％以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
11. 前記導電性螺旋ばねが導電性リボンを含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
12. 前記導電性螺旋ばねがメッキ金属でメッキされる請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動電気コネクタ。
13. 伸長可能なアンテナであって、
    内面によって規定された孔を有する第１のアンテナ部と、
    前記孔内に配置された、外面を有する第２のアンテナ部と、
    前記第２のアンテナ部の前記外面または前記第１のアンテナ部の前記内面の一方に形成された、軸長を有する環状溝と、
    前記環状溝に嵌合される導電性ばねであって、外部構成要素とシリンダとの電気接触を行う導電性ばねと、
    を備え、
    前記第２のアンテナ部が前記第１のアンテナ部に対して移動するときに、前記導電性ばねが前記環状溝の前記軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合される伸長可能なアンテナ。
14. ロボットシステムであって、
    内面によって規定された孔を有する本体と、
    前記孔内の、外面を有する軸と、
    前記軸の前記外面または前記本体の前記内面の一方に形成された、軸長を有する環状溝と、
    前記環状溝内に嵌合される導電性ばねであって、前記軸と前記本体との電気接触を行う導電性ばねと、
    を備え、
    前記軸が前記本体に対して移動するときに、前記導電性ばねが前記環状溝の前記軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合されるロボットシステム。
15. 油圧システムであって、
    内面によって規定された孔を有するシリンダと、
    前記孔内の、外面を有するピストンと、
    前記ピストンの前記外面または前記シリンダの前記内面の一方に形成された、軸長を有する環状溝と、
    前記環状溝内に嵌合される導電性ばねであって、前記シリンダと前記ピストンとの電気接触を行う導電性ばねと、
    を備え、
    前記ピストンが前記シリンダに対して移動するときに、前記導電性ばねが前記環状溝の前記軸長に沿って回転して電気接触を維持するように適合される油圧システム。