JP6051342B1 - ロータリコネクタ - Google Patents
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Abstract
Description
また、上述した従来技術の構造では、金属製リング表面に形成されたマイクロギャップをブラシが通過する際、ブラシの摺動が不安定になることがあり、導通が安定しないという技術的課題も有している。また、ブラシの不安定な摺動は、信号エラーの発生要因になると共に、摺動部の摩耗原因にもなっている。
また、本発明では、「液体金属と、多価アルコール或いは高粘度オイルとにより形成される導電部」を介して両電極間が電気的に接続される構成であるため、従来技術のスリップリングのように「金属製リング表面に形成されたマイクロギャップ等の影響によりブラシの摺動が不安定になる」ことがない。したがって、本発明は、上述した従来技術と比べて導通の信頼性が向上すると共に、信号エラーの発生が防止される。
このように、本発明によれば、回転側電極と固定側電極との間に液体金属を介在させた構成でありながら、液体金属の酸化が防止されて両電極間の安定した通電が実現されるロータリコネクタが提供される。
また、本発明では、液体含浸部材は、回転側電極と非接触状態になるように第1フッ素樹脂リングの外周面に外嵌されていると共に、その一端部が回転側電極の外周面に外嵌されている第2フッ素樹脂リングの一端部に摺動自在に当接している。この構成によれば、回転側電極が回転している最中に、液体含浸部材は、回転している回転側電極に当接せず、低摩耗性の第2フッ素樹脂リングに摺動するため、液体含浸部材の摩耗が抑制されるとともに、回転時の負荷を低減する事が出来る。
上記の構成を採用したのは、ガリウム、インジウム及びスズの合金は、水銀等のような環境負荷物質ではなく、使用が制限されることがないためである。
先ず、本発明の第1実施形態のロータリコネクタWの概略構成について図1を用いて説明する。尚、図1は、本発明の第1実施形態のロータリコネタの全体構成を説明するための模式図である。
尚、固定側電極10及び回転側電極20は、それぞれの一端部の端面同士が相対向し且つ一端部の端面同士が隙間を形成するように離間して配置されている。また、フェルト60は、円筒状カラー50の内周面に装着され、固定側電極10及び回転側電極20の外周側から、固定側電極10と回転側電極20との間に形成された隙間を覆っている。
尚、第1実施形態では、液体金属70に、ガリウム、インジウム及びスズの合金を用いている(ガリウム、インジウム及びスズの合金に、例えば、ガリンスタンを用いることができる)。
尚、多価アルコール或いは高粘度オイルには、例えば、グリセリンを用いることができる。
尚、外殻ケース1は、金属や合成樹脂等により形成されている。
尚、基部11の直径寸法は、外殻ケース1を構成する本体部1aの外径寸法と同じ長さ寸法になっている。
尚、固定側電極10は、金属等の導電性材料により形成されている。
尚、端子部21の直径寸法は、外殻ケース1の上蓋部1bに形成された貫通孔1b1の直径寸法よりも小さい長さ寸法になっている。また、大径部22の直径寸法は、固定側電極10の凸部13の直径寸法と同じ長さ寸法になっている。
尚、回転側電極20は、金属等の導電性材料により形成されている。
尚、ボールベアリング80は、金属により形成されている。
また、円筒状カラー50は、その外径寸法が、外殻ケース1の本体部1aの内径寸法よりも僅かに小さい寸法に形成されており、その外周面が、外殻ケース1の本体部1aの内周面に嵌合した状態で固定されるようになっている。
以下、第1実施形態のロータリコネクタWの組立て工程について、図1と、図6〜10とを用いて説明する。ここで、図6〜10は、本発明の第1実施形態のロータリコネクタの組立て工程を説明するための模式図である。尚、図6では、固定側電極10を取り付けた外殻ケース1の本体部1aの内部に、円筒状カラー50に装着されたフェルト60を取り付ける工程を示しており、図7では、固定側電極10を取り付けた外殻ケース1の本体部1aの内部に、円筒状カラー50に装着されたフェルト60が配置された状態を示している。また、図8では、図7に示す中間品に液体金属70を充填した状態を示しており、図9では、図8に示した中間品に、ボールベアリング80に回転自在支持された回転側電極20を取り付ける工程を示している。また、図10では、図8に示した中間品に、ボールベアリング80に回転自在に支持された回転側電極20を装着した状態を示している。
尚、固定側電極10の凸部13にフェルト60を取り付ける前処理として、フェルト60に多価アルコール(或いは高粘度オイル)を含浸する処理が行われている。
尚、第1実施形態では、液体金属70に、ガリウム、インジウム及びスズの合金を用いている。
この工程により、図10に示すように、固定側電極10の凸部13の端面と、回転側電極20の大径部22の端面とが相対向し且つ端面同士が離間した状態で配置される。また、この工程により、固定側電極10の凸部13の端面と、回転側電極20の大径部22の端面と、フェルト60の内周面とにより形成された領域に液体金属70が充填された状態になる。
また、第1実施形態では、回転側電極20に当接しているフェルト60は、外殻ケース1の本体部1aの内周面に固定された円筒状カラー50の内周面に固定された状態で支持されている。そのため、フェルト60及び円筒状カラー50は、回転側電極20が回転しても回転しないように構成されている。
また、フェルト60は、多価アルコール(或いは高粘度オイル)が含浸されており、その一端部(図示する上端部)がフッ素樹脂リング110の一端部(図示する上端部)よりも回転側電極20側(図示する上方側)に延設され、回転側電極20に外嵌されているフッ素樹脂リング120の一端部(図示する下端部)に摺動自在に当接するようになっている。尚、フェルト60は、円筒状カラー50の内周面に装着され、円筒状カラー50により支持されている。
以下、第2実施形態の構成のうち、第1実施形態と異なる構成について説明する。
図12に示すように、フッ素樹脂リング110は、固定側電極10の凸部13に外嵌・固定される構成部品であり、両端が貫通した円筒状の筒状部110aと、筒状部110aの一端側(図示する上方側)の開口縁部から径方向内側(筒状部110の中心に向けて略直角)に延びる鍔状(平面視環状)の折返部110bとを有する構成になっている(有底のカップ形状の底部に開口を設けたような形状になっている)。
また、筒状部110aは、その内径寸法が、固定側電極10の凸部13の直径寸法よりも僅かに大きい寸法に形成されており、その内周面が、固定側電極10の凸部13の外周面に嵌合して固定されるようになっている。
また、図11に示すように、筒状部110aの内周面を固定側電極10の凸部13の外周面に嵌合させ固定した状態にすると、その一端部(図示する上端部)が固定側電極10の凸部13の一端部(図示する上端部)よりも回転側電極20側(図示する上方側)に突出し、且つ折返部110bが、回転側電極20の一端部に設けられた環状凹部22b(後述する)により形成される領域に配置されるようになっている。
図11に示すように、第2実施形態の回転側電極20は、大径部22の一端面の外周縁部に、断面視L字状(平面視環状)に凹んだ環状凹部22bが形成されている。この環状凹部22bにより、フッ素樹脂リング110の折返部110bの配置エリアが確保される。
フッ素樹脂リング120は、回転側電極20の大径部22に外嵌・固定される構成部品であり、断面矩形のリング状に形成されている。このフッ素樹脂リング120は、その内径寸法が、回転側電極20の大径部22の直径寸法よりも僅かに大きい寸法に形成されており、その内周面が、回転側電極20の大径部22の外周面に嵌合し固定されるようになっている。尚、フッ素樹脂リング120は、その一端面(図示する下面)が、回転側電極22の環状凹部22bと面一になるように、回転側電極22に取り付けられている。
フェルト60及び円筒状カラー50は、第1実施形態と同様、いずれも、両端が貫通した円筒状に形成されている。尚、第2実施形態のフェルト60は、第1実施形態のものと比べて、内径寸法が大きく且つ高さ寸法が小さくなっている。また、第2実施形態の円筒状カラー50は、第1実施形態のものと比べて、内径寸法が大きく且つ薄肉になっている。
尚、フッ素樹脂リング110の一端には、回転側電極20(及び固定側電極10)の中心側に屈曲する折返部110bが設けられている。この折返部110bにより、液体金属70のフェルト60側への移動を効果的に防止できるようになっている。
この構成によれば、回転側電極20が回転している最中に、フェルト60は回転側電極20に接触することなく、回転側電極20と共に回転しているフッ素樹脂リング120に摺動する。すなわち、第2実施形態では、フェルト60が、回転している回転側電極20に当接せず、低摩耗性のフッ素樹脂リング120に摺動する構成になっているため、第1実施形態と比べて、フェルト60の摩耗が抑制される。
第3実施形態のロータリコネクタW″は、第1、2実施形態のロータリコネクタW″の構成の一部を変更したものである。そのため、以下では、第1、2実施形態と異なる部分を中心に説明し、第1、2実施形態と同じ構成や相当する構成については、同じ符号を付して説明を簡略化(或いは省略)する。
また、第3実施形態では、液体金属及び多価アルコールの封止性を向上させるために、フッ素樹脂リング(第1フッ素樹脂リング、第2フッ素樹脂リング)及びフェルトの形状及び取付け位置を第2実施形態から変更している。
尚、フッ素樹脂リング(第2フッ素樹脂リング)320は、その外周側面が、フェルト60の内周側面に摺動自在に当接している。
そして、第3実施形態では、固定側電極210の一端部(上端部)と、回転側電極220の一端部(下端部)と、フッ素樹脂リング310の内周側面及び一端部(上端面)と、フッ素樹脂リング320の一端部(下端面)と、フェルト60の内周側面とにより、閉鎖された領域(空隙部)が形成され、この領域に液体金属70が充填され、両電極間が電気的に接続されている。また、フェルト60には、第1実施形態と同様、多価アルコール或いは高粘度オイルが含浸されている。
以下、第3実施形態の構成にうち、第1、2実施形態から変更した「外殻ケース201、固定側電極210及び回転側電極220」と、第2実施形態から変更した「第1フッ素樹脂リング310、第2フッ素樹脂リング320、円筒状カラー50、フェルト60」について説明する。
外殻ケース201は、両端が貫通した略中空円筒状の本体部201aを有し、本体部201aの一端側(上端側)の内周側面に、略リング状のベアリング固定樹脂231が装着された薄肉部201a1が形成されている。このベアリング固定樹脂231の内周側面には、ベアリング80の外輪81bの外周側面が当接している。そして、薄肉部201aの上端側(図示するA部)を、ベアリング80の上端側に折り曲げてかしめることにより、外殻ケース201は、回転側電極220を支持しているベアリング80に圧着・固定されている。
密着用樹脂232は、固定側電極210と、外殻ケース201との密着性を向上させる機能を果たす部品であり、その内周側面が、固定側電極210の基部211の外周側面と当接している。
そして、固定側電極210は、外殻ケース201の鍔部201bの上面に、大径部213の下面を当接させた状態で、外殻ケース201の本体部201aの内周側面に、大径部213が圧入されることにより、外殻ケース201に固定されている。
図示するように、固定側電極210は、略円柱状の基部211と、基部211の一方面(図示する上面)から一方(図示する上方)に向けて鉛直方向に延設された平面視円形で且つ基部211から拡径している大径部213と、基部211の他方面(図示する下面)から他方(図示する下方)に向けて鉛直方向に延びる略円柱状の端子部212(基部211から縮径している端子部212)とを備えている。尚、固定側電極210は、金属等の導電性材料により形成されている。また、端子部212には、図示しない固定側の機構が電気的に接続される。
尚、大径部213は、外径寸法が、外殻ケース201を構成する本体部201aの内周側面に圧入し固定できる長さ寸法になっている。また、第1環状部213aの径方向の長さ寸法が、円筒状カラー50及びフェルト60が載置できる長さ寸法になっている。
図示するように、回転側電極220は、その一方側(図示する上方側)が略円柱状の端子部221になっており、その他方側(図示する下方側)が端子部221よりも直径が大きい略円柱状の大径部222になっている。尚、回転側電極220は、金属等の導電性材料により形成されている。また、端子部221には、図示しない回転側の機構が電気的に接続されるようになっている。
この第1凸部222aと、第2凸部222bとの間の外周側面部に、ベアリング80の内輪81aの内周側面が外嵌・固定され、これにより、回転側電極220がボールベアリング80に回転自在に支持される構成になっている。また、大径部222の他端部(下端部)の中心部には、平面視円形状の凹んだ凹部222cが形成されており、この凹部222cが、固定側電極210の大径部213に形成された凹部213cと相対向して配置されるようになっている(図13参照)。尚、凹部222cと凹部213cは、同じ大きさで且つ同じ形状に形成されている。
フッ素樹脂リング(第1フッ素樹脂リング)310は、固定側電極210の一端部(上端部)に取付けられる構成部品であり、両端が貫通した円筒状の筒状部310aと、筒状部310aの一端側(図示する上方側)の開口縁部から径方向内側(筒状部310aの中心に向けて略直角)に延びる平面視環状の折返310bとを有する構成(断面視でL字形状)になっている。
また、筒状部310aは、その外径寸法が、固定側電極210の大径部213を形成する第1環状部213a(図14参照)の内径寸法よりも僅かに小さい寸法に形成されており、その外周側面が、第1環状部213aの内周側面に嵌合して固定されるようになっている(このとき、筒状部310aの下端は、固定側電極220の第2環状部210b(図14参照)の上面に載置された状態になっている)。
また、フッ素樹脂リング310は、その内径寸法が、回転側電極220の大径部222の外径寸法よりも大きい寸法に形成されていると共に、その一端部(上端部)が回転側電極220の下端部(一端部)よりも所定長さ寸法上方側まで延設されている。この構成により、フッ素樹脂リング310は、その内周側面が、固定側電極210及び回転側電極220一端部同士の間に形成されている隙間を包囲し、且つ回転側電極220の外周側面を非接触な状態で包囲するようになっている。
また、フッ素樹脂リング320は、その外径寸法が、フェルト60の内径寸法よりも僅かに小さい寸法に形成されており、その外周側面が、フェルト60の内周側面に摺動自在に当接している
また、フッ素樹脂リング320の外周側面には、フェルト60の内周側面に形成された凸部(図示する例では2つの凸部)に摺動自在に嵌合する凹部(2つの凹部)が設けられている。この凹部は、フッ素樹脂リング320の外周側面の周方向に沿って径方向内側に向けて断面視でV字形状に凹んでいる。尚、フッ素樹脂リング320の凹部は、フェルト60の内周側面に形成された凸部に対応して設けたものであり、上記凹部及び凸部の数は適宜設計される。
フェルト60及び円筒状カラー50は、第1実施形態と同様、いずれも、両端が貫通した円筒状に形成されている。尚、第3実施形態のフェルト60は、内周側面に凸部が形成されており、フッ素樹脂リング320の外周側面の凹部に、当該凸部が摺動自在に嵌合されるようになっている。この凸部は、フェルト60の内周側面の周方向に沿って径方向内側に向けて断面視でV字形状に突設している。
尚、円筒状カラー50は、第1、2実施形態のものと比べて、内径寸法が小さく且つ厚肉になっている。
また、第3実施形態では、第2実施形態と同様、フェルト60が、回転している回転側電極220に当接せず、低摩耗性のフッ素樹脂リング320に摺動する構成になっているため、第1実施形態と比べて、フェルト60の摩耗が抑制される。
また、第3実施形態では、上記の構成により、第1、2実施形態と比べて、液体金属70及び多価アルコール或いは高粘度オイルの封止性が向上している。
具体的には、上記の第1実施形態では、回転側電極20を回転させたときに、液体金属70に作用する遠心力の大部分をフェルト60の内周側面で受けることになり、フェルト60から液体金属70及び多価アルコール或いは高粘度オイルが漏れ出す虞があった。
第2実施形態では、フェルト60の内周側面に、断面がL字形状の第1フッ素樹脂リング110を配置することで、フェルト60の内周側面に作用する遠心力の影響を軽減させている。
しかし、第2実施形態は、遠心力の働く方向(外径方向に向かった放射線状の直線方向)に第2フッ素樹脂リング120とフェルト60との摺動部(摺動面)が配置された構造になっており、この摺動部から液体金属70及び多価アルコール或いは高粘度オイルが漏れる虞を残している。
そこで、第3実施形態では、第2実施形態と同様、フェルト60の内周側面に断面がL字形状の第1フッ素樹脂リング310を設置することで遠心力の影響を軽減させた上で、第1実施形態のように、フェルト60の内周側面で遠心力を受ける構造にした。すなわち、第3実施形態では、第1フッ素樹脂リング310及び第2フッ素樹脂リング320の外周側面が同面になるように配置し、1フッ素樹脂リング310及び第2フッ素樹脂リング320の両方をフェルト60の内周側面で包囲する構造を採用した。尚、第3実施形態では、フェルト60の内周側面は、第2フッ素樹脂リング320の外周面に摺動自在に当接していると共に、フェルト60と第2フッ素樹脂リング320との摺動部(摺動面)が、遠心力の働く方向と直交する位置に配置されている。
この構成によれば、フェルト60にかかる遠心力の影響を軽減させることができると共に、第2実施形態のように「遠心力の働く方向に第2フッ素樹脂リング120と、フェルト60との摺動部(摺動面)が配置された構造」になっていないため、第1、2実施形態と比べて、液体金属70及び多価アルコール或いは高粘度オイルの封止性の向上を図ることができる。
さらに、第3実施形態では、フェルト60の内周側面と摺動する第2フッ素樹脂リング320の外周側面に、フェルト60の内周側面に設けた凸部(2個の凸部)に摺動自在に嵌合する溝(2つの凹部)を形成することで、第2フッ素樹脂リング320とフェルト60との摺動部の封止性を向上させている。
W′…ロータリコネクタ
W″…ロータリコネクタ
1…外殻ケース
1a…本体部(外殻ケース)
1a1…ネジ孔(外殻ケース)
1b…上蓋部(外殻ケース)
1b1…貫通孔(外殻ケース)
1b2…ネジ孔(外殻ケース)
1b3…環状凸部(外殻ケース)
10…固定側電極
11…基部(固定側電極)
11a…段差部(固定側電極)
11a1…ネジ孔(固定側電極)
12…端子部(固定側電極)
13…凸部(固定側電極)
13a…凹部(固定側電極)
20…回転側電極
21…端子部(回転側電極)
22…大径部(回転側電極)
22a…凹部(回転側電極)
22b…環状凹部(回転側電極)
23…段差部(回転側電極)
50…円筒状カラー
60…フェルト
70…液体金属
80…ボールベアリング
81a…内輪(ボールベアリング)
81b…外輪(ボールベアリング)
82…ボール(ボールベアリング)
90…ベアリング固定用リング
100…ネジ
110…フッ素樹脂リング
110a…筒状部(フッ素樹脂リング)
110b…折返部(フッ素樹脂リング)
120…フッ素樹脂リング
201…外殻ケース
201a…本体部(外殻ケース)
201a1…薄肉部(外殻ケース)
201b…鍔部(外殻ケース)
210…固定側電極
211…基部(固定側電極)
212…端子部(固定側電極)
213…大径部(固定側電極)
213a…第1環状部(固定側電極)
213b…第2環状部(固定側電極)
213c…凹部(固定側電極)
220…回転側電極
221…端子部(回転側電極)
222…大径部(回転側電極)
222a…第1凸部(回転側電極)
222b…第2凸部(回転側電極)
222c…凹部(回転側電極)
231…ベアリング固定樹脂
232…密着用樹脂
310…フッ素樹脂リング
310a…筒状部(フッ素樹脂リング)
310b…折返部(フッ素樹脂リング)
320…フッ素樹脂リング
Claims (4)
- 外殻ケースに回転自在に支持された棒状の回転側電極と、前記外殻ケースに支持された固定側電極とを備えたロータリコネクタであって、
前記回転側電極及び前記固定側電極は、それぞれの一端部同士が相対向し且つ該一端部同士が隙間を形成するように離間して配置されており、
前記回転側電極の一端部と前記固定側電極の一端部との間に、前記回転側電極と前記固定側電極とを電気的に接続させる導電部が設けられており、
前記固定側電極の一端部側の外周面を包囲するように設置され、且つ前記固定側電極及び前記回転側電極の外周側から、前記固定側電極と前記回転側電極との間に形成された隙間を覆う円筒状の液体含浸部材を有し、
前記導電部は、前記回転側電極の一端部と前記固定側電極の一端部と前記液体含浸部材の内周面とにより形成される領域に充填された液体金属と、前記液体含浸部材に含浸された多価アルコール或いは高粘度オイルとにより形成されていることを特徴とするロータリコネクタ。 - 前記固定側電極の一端部側の外周面に外嵌されている第1フッ素樹脂リングと、
前記回転側電極の一端部側の外周面に外嵌されている第2フッ素樹脂リングとを有し、
前記第1フッ素樹脂リングは、その一端部が前記固定側電極の一端部よりも前記回転側電極側に突出しており、
前記液体含浸部材は、前記回転側電極と非接触状態になるように前記第1フッ素樹脂リングの外周面に外嵌されていると共に、その一端部が前記回転側電極の外周面に外嵌されている第2フッ素樹脂リングの一端部に摺動自在に当接していることを特徴とする請求項1に記載のロータリコネクタ。 - 前記液体金属は、ガリウム、インジウム及びスズの合金であることを特徴とする請求項1又は2に記載のロータリコネクタ。
- 外殻ケースに回転自在に支持された棒状の回転側電極と、前記外殻ケースに支持された固定側電極とを備えたロータリコネクタであって、
前記固定側電極の一端部に取り付けられた第1フッ素樹脂リングと、
前記回転側電極の一端部側の外周面に外嵌されている第2フッ素樹脂リングと、
前記第1フッ素樹脂リングの外周面及び前記第2フッ素樹脂リングの外周面を包囲するように該第1フッ素樹脂リングと該第2フッ素樹脂リングとの間に跨設された円筒状の液体含浸部材とを有し、
前記回転側電極及び前記固定側電極は、それぞれの一端部同士が相対向し且つ該一端部同士が隙間を形成するように離間して配置されており、
前記第1フッ素樹脂リングは、前記固定側電極及び前記回転側電極の一端部同士の間に形成されている隙間を包囲し且つ該回転側電極の外周面を非接触な状態で包囲しており、
前記第2フッ素樹脂リングは、その一端部が前記第1フッ素樹脂リングの一端部と相対向していると共に、前記第1フッ素樹脂リングの一端部と隙間を形成するように離間して配置されており、
前記液体含浸部材には多価アルコール或いは高粘度オイルが含浸されており、
前記固定側電極の一端部と、前記回転側電極の一端部と、前記第1フッ素樹脂リングの内周面及び一端部と、前記第2フッ素樹脂リングの一端部と、前記液体含浸部材の内周面とにより形成される領域に液体金属が充填されており、
さらに、前記液体含浸部材は、その内周面が前記回転側電極の外周面に外嵌されている第2フッ素樹脂リングの外周面に摺動自在に当接していることを特徴とするロータリコネクタ。
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