JP5279960B2 - スリップリング及びスリップリングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転機構における配線接続手段として使用するスリップリング及びそのスリップリングの製造方法に関するものである。

産業用ロボット、搬送装置、遊技機、監視カメラの雲台など、回転機構を有する機械機器が数多く使用されている。これら回転機構を有する機械機器では、固定部側と回転部側との間で電力供給や信号伝達を行う場合が多い。そして、特に回転部が連続回転動作等を行う場合には、固定部側と回転部側との配線接続をスリップリングを用いて行うことが一般的である。このスリップリングを用いた配線接続では両側からの電気配線を摺動子の接触導通を用いて接続する。このため回転部分におけるケーブルの取り回しが不要となり、極めて自由度の高い回転動作が可能となる。

そして、これらスリップリングに対しても他の電子部品と同様、更なる小型化が要求されている。この要求に対し下記［特許文献１］には、従来よりも低背化を可能としたスリップリングに関する発明が開示されている。この［特許文献１］に記載の発明は、円板状のロータに摺動子を設置し、この摺動子と基板部に形成された環状電極パターンとを接触導通させることで固定部側と回転部側との配線を接続する。尚、基板部の内面側の環状電極パターンは、基板部を貫通するスルーホールを介して外面側の引出し電極パターンに接続され、この引出し電極パターンを介して固定部側の電気配線と接続する。

特開２００３−１１６２４９号公報

しかしながら、［特許文献１］に記載の発明では、環状電極パターン間にスルーホールが形成され、このスルーホールの周りにランドパターンが形成される。そして、スルーホールはこのランドパターンを介して表面電極パターン（環状電極パターン及び引出し電極パターン）と導通する。ただし、このランドパターンはある程度の面積を有しているため、特に環状電極パターンの高密度化を阻害する要因となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、環状電極パターンを高密度化した小型で且つ多極なスリップリングを提供することを目的とする。また、そのスリップリングの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）回転機構の回転軸が嵌入する軸孔４４を備えたロータ４０と、
前記ロータ４０を回転可能に収容するとともに前記軸孔４４が露出するロータ孔２２を備えたケース２０と、
前記ロータ２０側の面に前記軸孔４４と略同心円状で径の異なる複数の環状電極パターン３２を有し、他方の面に前記環状電極パターン３２と一対一対応する引出し電極パターン３４を有する基板部３０と、
前記基板部３０に穿孔され前記環状電極パターン３２と前記引出し電極パターン３４とを内壁に形成された導電層を介して導通させるスルーホール３８と、
前記ロータ４０に設置され前記環状電極パターン３２と接触導通する摺動子５０と、を備えたスリップリングにおいて、
前記スルーホール３８は前記環状電極パターン３２間に複数形成され、
前記環状電極パターン３２は、前記複数のスルーホール３８を挟み且つ前記複数のスルーホール３８のそれぞれにかかるように形成されるとともに、前記環状電極パターン３２間の距離をＬとしたときに、前記スルーホール３８の直径φを前記摺動子５０の摺動領域にかからない Ｌ≦φ≦１．２Ｌ の範囲とし、
前記複数のスルーホール３８の導電層は内周側と外周側の環状電極パターン３２の間で分断されて、環状電極パターン３２の両側に位置する分断された前記複数のスルーホール３８の導電層３９ａ、３９ｂを介して、環状電極パターン３２を対応する引出し電極パターン３４にそれぞれ導通することを特徴とするスリップリング８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）両面に導電金属箔を有する基板にスルーホール３８を複数穿孔する工程と、
前記複数のスルーホール３８の内壁に導電層３９を形成する工程と、
環状電極パターン３２のレジストを前記基板の一面側の導電金属箔に前記複数のスルーホール３８を挟み且つ前記複数のスルーホール３８のそれぞれにかかるように形成し、引出し電極パターン３４のレジストを前記基板の他面側の導電金属箔に前記複数のスルーホール３８を挟み且つ前記複数のスルーホール３８のそれぞれにかかるように形成する工程と、
前記レジストから露出した導電金属箔を除去する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記複数のスルーホール３８の導電層３９を内周側と外周側の環状電極パターン３２の間で分断する工程と、
前記基板を所定の形状に切断してスリップリング８０の基板部３０を作製する工程と、を有し、
前記環状電極パターン３２間の距離をＬとしたときに、前記複数のスルーホール３８の直径φを前記環状電極パターン３２と接触導通する摺動子５０の摺動領域にかからない Ｌ≦φ≦１．２Ｌ の範囲で形成することを特徴とする上記（１）記載のスリップリングの製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るスリップリングは、ランドパターンを用いずにスルーホールと表面電極パターンとを接続する。これにより、環状電極パターンの高密度化が可能となり、スリップリングを小型化、多極化することができる。また、スルーホールの導電層を分断することで１つのスルーホールが両側の表面電極パターンの導通に寄与する。これにより、環状電極パターンの更なる高密度化が可能となり、スリップリングを更に小型化、多極化することができる。

本発明に係るスリップリングを示す図である。 本発明に係るスリップリングの基板部を示す図である。 本発明に係るスリップリングのスルーホール部の拡大図である。 本発明に係るスリップリングの製造方法の工程フローチャートである。 本発明に係るスリップリングの製造方法を説明する図である。

本発明に係るスリップリング及びスリップリングの製造方法の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は本発明に係るスリップリング８０を基板部３０側から見た図である。また、図１（ｂ）は本発明に係るスリップリング８０をケース２０側から見た図である。また、図１（ｃ）はスリップリング８０の模式断面図である。また、図１（ｄ）は基板部３０を外した状態のスリップリング８０の内部を示す図である。尚、ここでは８極のスリップリングを例に説明を行うが、特に極数に限定は無く、本発明は如何なる極数のスリップリングに対しても適用が可能である。また、図１及び後述の図２においては、スルーホール３８内壁の導電層３９の図示は省略する。

本発明に係るスリップリング８０は、回転機構の回転軸が嵌入する軸孔４４を備えた合成樹脂製のロータ４０と、ロータ４０を回転可能に収容するケース２０と、ロータ４０を収容した状態でケース２０に設置される基板部３０と、ロータ４０に設置され基板部３０の環状電極パターン３２と接触導通する摺動子５０と、摺動子５０に接続したリード線５２と、を有している。

ケース２０及びロータ４０は例えばモールド成型により製造され、ケース２０は一方が開口した円筒状のロータ収容部２１と、このロータ収容部２１の底面中央部に穿孔されたロータ孔２２と、を有している。また、ロータ４０は中心部が軸部４２ａ、４２ｂとして双方に突出した略円板形状を呈しており、軸部４２ａ、４２ｂの中心には軸孔４４が貫通して形成されている。また、ケース側の軸部４２ａには配線導出孔４６がロータ４０を通して形成されている。さらに、ロータ４０の基板部側の面には摺動子５０を固定するための突起５６が複数形成されている。尚、ロータ４０のケース２０側の面には例えば円環状の凸条を形成してケース２０内面との接触面積を低減し、ロータ４０とケース２０間の回転抵抗を軽減することが好ましい。

ロータ４０に設置される摺動子５０は弾性を有する金属薄板で形成されており、ロータ４０の基板部３０側に後述の環状電極パターン３２と同数設置される。また、摺動子５０は摺動部５０ａと固定部５０ｂとで主に構成され、摺動部５０ａと固定部５０ｂとは所定の角度で屈曲している。そして、この屈曲部の弾性力は摺動部５０ａを基板部３０側に所定の力で付勢する。摺動子５０のロータ４０への固定は、固定部５０ｂに形成された複数の固定孔にロータ４０の突起５６を嵌入した上で、突起５６をかしめて行うことが好ましい。この構成によれば、摺動子５０の位置決めと固定とを容易に行うことができる。

また、摺動子５０の固定部５０ｂにはリード線５２の一端が半田付けされており、このリード線５２は配線導出孔４６を通ってケース２０の外部へ導出される。そして、リード線５２の他端はコネクタ１０に接続される。

次に、本発明に係るスリップリング８０の基板部３０を図２を用いて説明する。ここで、図２（ａ）は基板部３０のロータ４０側の面（ロータ面）を示す図であり、図２（ｂ）は外面側を示す図である。

基板部３０は、図２に示すように、中央部にロータ孔３６を有し、ロータ面に軸孔４４（ロータ孔３６）と略同心円状で径の異なる複数の環状電極パターン３２がスリップリング８０の極数形成されている。また、基板部３０の他方の面（外面側）には環状電極パターン３２と一対一対応する引出し電極パターン３４が環状電極パターン３２と同数形成されている。そして、環状電極パターン３２の間には基板部３０を貫通するスルーホール３８が穿孔されている。

ここで、基板部３０のスルーホール部分の拡大図を図３に示す。尚、図３（ａ）は環状電極パターン３２のスルーホール部分の拡大図であり、図３（ｂ）は引出し電極パターン３４のスルーホール部分の拡大図である。また、図３（ａ）においては３本の環状電極パターン３２ａ、３２ｂ、３２ｃを図面の上方向から順に図示し、図３（ｂ）においてはこれと対応する３本の引出し電極パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃを図面の上方向から順に図示した。

図３に示すように、環状電極パターン３２は、スルーホール３８が隣り合う２本の環状電極パターン３２ａ、３２ｂ（３２ｂ、３２ｃ）の間に位置し、且つ、両側の環状電極パターン３２ａ、３２ｂ（３２ｂ、３２ｃ）がスルーホール３８にかかるように形成される。そして、このスルーホール３８の内壁には導電層が形成され、この導電層を介して環状電極パターン３２と引出し電極パターン３４とは導通する。特に本発明に係るスリップリング８０の導電層は、両側の環状電極パターン３２ａ、３２ｂ、及び、環状電極パターン３２ｂ、３２ｃの間で導電層３９ａ、導電層３９ｂに分断されている。そして、環状電極パターン３２ｂは、環状電極パターン３２ａ、３２ｂ間の導電層３９ｂと、環状電極パターン３２ｂ、３２ｃ間の導電層３９ａとを介して引出し電極パターン３４ｂと導通する。この導電層３９の分断にはプレスによる打ち抜き、ドリル、レーザ照射による切削等の周知の手法を用いることができる。尚、図３においては、環状電極パターン３２間にプレス等で切断孔１８を形成して導電層３９を分断する例を示している。

このように、本発明に係るスリップリング８０はスルーホール３８を環状電極パターン３２にかかるように形成することでランドパターンを不要とし、環状電極パターン３２を高密度化している。また、本発明に係るスリップリング８０は、スルーホール３８の導電層を分断することで１つのスルーホール３８を両側の表面電極パターンの導通に寄与させ、環状電極パターン３２のさらなる高密度化を図っている。これにより、スリップリング８０を小型化、多極化することができる。

尚、スルーホール３８の直径φが大き過ぎる場合、スルーホール３８上を摺動子５０が通過する可能性が有る。摺動子５０の摺動領域にスルーホール３８等の凹凸が存在することはスリップリング８０の動作安定性、信頼性及び摺動子５０の寿命の面から好ましいものではない。よって、スルーホール３８の直径φは、環状電極パターン３２間の距離をＬとしたときに、摺動子５０の摺動領域にかからない Ｌ≦φ≦（１．２×Ｌ）の範囲とする。例えば、環状電極パターン３２ａ、３２ｂ間の距離ＬをＬ＝０．５ｍｍとした場合には、スルーホール３８の直径φは０．５ｍｍ〜０．６ｍｍとする。

また、本例では環状電極パターン３２間にスルーホール３８を各４個ずつ形成する例を示しているが、この個数に特に限定は無く、如何なる個数としても良い。尚、環状電極パターン３２間に形成するスルーホール３８の個数を多くした場合、導通に寄与する導電層の面積が増大し、損失の低減と許容電流の向上を図ることができる。ただし、スルーホール３８の個数が多すぎると、基板強度の低下や基板部３０の作製工程が複雑化するため、その個数は３個から６個が好ましく、特に４個が好ましい。

尚、各引出し電極パターン３４は、図１に示すように、基板部３０上に半田付されたコネクタ１２と電気的に接続する。また、図２に示すように、最内周の環状電極パターン３２の内周はロータ孔３６に繋がっており、このロータ孔３６の内壁にはスルーホール３８と同様に導電層が形成されている。よって、最内周の環状電極パターン３２はロータ孔３６の導電層とスルーホール３８の導電層とを介して対応する引出し電極パターン３４に導通する。また、最外周の環状電極パターン３２はロータ面にも引出し電極パターン３４ａを有しており、最外周の環状電極パターン３２は基板両面の引出し電極パターン３４、３４ａを介してコネクタ１２と接続する。

次に、本発明に係るスリップリング８０の特に基板部３０の製造方法を環状電極パターン３２側の面を例に図４の工程フローチャートと図５を用いて説明する。尚、ここでは基板部３０として個別に切断される前の状態を単なる基板と記述する。

先ず、図５（ａ）に示すように、両面に銅等の導電金属箔を有する基板の所定の位置にスルーホール３８を穿孔する（ステップＳ１００：穿孔工程）。スルーホール３８の穿孔はドリル等の周知の穿孔手段を用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、スルーホール３８の内壁に銅等の導電金属で導電層３９を形成する（ステップＳ１０２：導電層形成工程）。導電層３９の形成は、例えばメッキ等の周知の製膜方法を用いることができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、ロータ面側の導電金属箔上に環状電極パターンを形成するためのレジストパターンを周知の手法により形成する。また、外面側の導電金属箔上に引出し電極パターンを形成するためのレジストパターンを周知の手法により形成する（ステップＳ１０４：レジスト工程）。尚、このときの両レジストパターンはスルーホール３８を挟み且つ稜線がスルーホール３８にかかるよう、スルーホール３８部分を覆うように形成することが好ましい。この構成によれば、両レジストパターンがスルーホール３８に対するマスキングを兼ねることとなる。

次に、例えば化学エッチング等の周知の手法を用い、レジストパターンから露出した導電金属箔を除去する（ステップＳ１０６：エッチング工程）。

次に、周知の手法によりレジストパターンを除去する（ステップＳ１０８：レジスト除去工程）。これにより、図５（ｄ）に示すように、基板のロータ面側に環状電極パターン３２が形成される。また、外面側に引出し電極パターン３４が形成される。尚、両レジストパターンはスルーホール３８にかかるよう設計されているため、隣り合う表面電極パターン（環状電極パターン３２、引出し電極パターン３４）はそれぞれ導通状態にある。

上記のようにして形成された環状電極パターン３２、引出し電極パターン３４上には、周知の手法により耐摩耗導電メッキ層が形成される。耐摩耗導電メッキ層の材質としては、金、銀、パラジウム、ニッケル等の他、導電性を有し且つ耐摩耗性に優れた周知の金属を用いることができる。

次に、図５（ｅ）に示すように、導電層３９を両側の環状電極パターン３２の間で分断する（ステップＳ１１０：導電層分断工程）。導電層３９の分断は、前述のようにプレスによる打ち抜き、ドリル、レーザ照射による切削等の周知の手法を用いることができる。これにより、隣り合う表面電極パターンは絶縁状態となる。また、それぞれの環状電極パターン３２は分断された導電層３９ａ、３９ｂを介して対応する外面側の引出し電極パターン３４と導通する。尚、図５（ｅ）では、環状電極パターン３２間にプレス等で切断孔１８を形成して導電層３９及び表面電極パターンの導通部分を一括して分断する例を示している。

次に、基板をプレス等により基板部３０の形状に打ち抜く（ステップＳ１１２：打ち抜き工程）。これにより、スリップリング８０の基板部３０が完成する。このようにして作製された基板部３０にはコネクタ１２等の付属部品が周知の手法により半田付される。

また、これと並行して例えばモールド法等の周知の手法により合成樹脂製のケース２０及びロータ４０が成型される。また、所定の金属薄板をプレス等で打ち抜き、摺動子５０が形成される。摺動子５０の固定部５０ｂにはリード線５２の一端が半田付けされ、リード線５２の他端は配線導出孔４６を通して軸部４２ａから逆側に引き出される。また、摺動子５０は突起５６のかしめ等によりロータ４０に固定される。また、外部に引き出されたリード線５２の端部にはコネクタ１０が半田付される。

摺動子５０の設置されたロータ４０はケース２０のロータ収容部２１に収容される。このとき、ロータ側の軸部４２ａはケース２０のロータ孔２２に回転自在に嵌入する。そして、この状態でケース２０に基板部３０が設置される。このとき、基板部側の軸部４２ｂは基板部３０のロータ孔３６に回転自在に嵌入される。これにより、ロータ４０はケース２０内で回転自在に軸支される。またこのとき、摺動子５０の摺動部５０ａは所定の弾性力で対応する環状電極パターン３２に押圧され、環状電極パターン３２と摺動子５０とは接触導通する。これにより、スリップリング８０が完成する。

上記のようにして完成したスリップリング８０の軸孔４４には、例えばモータ等の回転機構の回転軸が基板部３０側から嵌入する。そして、軸孔４４を貫通した回転軸はロータ孔２２側で機器の回転部と固定される。また、固定部側の電気配線はコネクタ１２に接続される。また、回転部側の電気配線はコネクタ１０に接続される。これにより、固定部側の電気配線は、コネクタ１２、引出し電極パターン３４、スルーホール３８、環状電極パターン３２、摺動子５０、リード線５２、コネクタ１０を介して回転部側の電気配線と導通する。

ここで、回転機構が回転動作すると回転軸に固定された機器の回転部が回転する。また、この回転動作は軸孔４４を介してロータ４０に伝達しロータ４０がケース２０内で回転する。このとき、ロータ４０に設置された摺動子５０は環状電極パターン３２上を接触導通を維持しながら摺動する。よって、固定部側の電気配線と回転部側の電気配線との導通は回転機構が回転動作しても常に良好に維持される。

以上のように、本発明に係るスリップリング８０は、環状電極パターン３２をスルーホール３８にかかるように形成することでランドパターンを不要としている。これにより、環状電極パターン３２の高密度化が可能となり、スリップリング８０を小型化、多極化することができる。また、本発明に係るスリップリング８０は、スルーホール３８の導電層を分断することで１つのスルーホール３８が両側の表面電極パターンの導通に寄与する。これにより、環状電極パターン３２のさらなる高密度化が可能となり、スリップリング８０をさらに小型化、多極化することができる。さらに、環状電極パターン３２間に複数のスルーホール３８を形成することで導通に寄与する導電層の面積を増やすことができる。これにより、損失の低減と許容電流の向上とを図ることができる。

尚、本例で示したスリップリング８０及びスリップリングの製造方法は一例であり、スリップリング８０を構成する各部の形状、寸法、機構、材質、及び製造方法の工程内容は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。また、スリップリングの製造方法では、必要に応じて必要な工程を適宜挿入可能である。

２０ ケース
２２ ロータ孔
３０ 基板部
３２ 環状電極パターン
３４ 引出し電極パターン
３８ スルーホール
３９ａ、３９ｂ 導電層
４０ ロータ
４４ 軸孔
５０ 摺動子
８０ スリップリング

Claims (2)

1. 回転機構の回転軸が嵌入する軸孔を備えたロータと、
   前記ロータを回転可能に収容するとともに前記軸孔が露出するロータ孔を備えたケースと、
   前記ロータ側の面に前記軸孔と略同心円状で径の異なる複数の環状電極パターンを有し、他方の面に前記環状電極パターンと一対一対応する引出し電極パターンを有する基板部と、
   前記基板部に穿孔され前記環状電極パターンと前記引出し電極パターンとを内壁に形成された導電層を介して導通させるスルーホールと、
   前記ロータに設置され前記環状電極パターンと接触導通する摺動子と、を備えたスリップリングにおいて、
   前記スルーホールは前記環状電極パターン間に複数形成され、
   前記環状電極パターンは、前記複数のスルーホールを挟み且つ前記複数のスルーホールのそれぞれにかかるように形成されるとともに、前記環状電極パターン間の距離をＬとしたときに、前記スルーホールの直径φを前記摺動子の摺動領域にかからない Ｌ≦φ≦１．２Ｌ の範囲とし、
   前記複数のスルーホールの導電層は内周側と外周側の環状電極パターンの間で分断されて、環状電極パターンの両側に位置する分断された前記複数のスルーホールの導電層を介して、環状電極パターンを対応する引出し電極パターンにそれぞれ導通することを特徴とするスリップリング。
2. 両面に導電金属箔を有する基板にスルーホールを複数穿孔する工程と、
   前記複数のスルーホールの内壁に導電層を形成する工程と、
   環状電極パターンのレジストを前記基板の一面側の導電金属箔に前記複数のスルーホールを挟み且つ前記複数のスルーホールのそれぞれにかかるように形成し、引出し電極パターンのレジストを前記基板の他面側の導電金属箔に前記複数のスルーホールを挟み且つ前記複数のスルーホールのそれぞれにかかるように形成する工程と、
   前記レジストから露出した導電金属箔を除去する工程と、
   レジストを除去する工程と、
   前記複数のスルーホールの導電層を内周側と外周側の環状電極パターンの間で分断する工程と、
   前記基板を所定の形状に切断してスリップリングの基板部を作製する工程と、を有し、
   前記環状電極パターン間の距離をＬとしたときに、前記複数のスルーホールの直径φを前記環状電極パターンと接触導通する摺動子の摺動領域にかからない Ｌ≦φ≦１．２Ｌ の範囲で形成することを特徴とする請求項１記載のスリップリングの製造方法。

Images