JP6128718B1

JP6128718B1 - スリップリング

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Publication number: JP6128718B1
Application number: JP2016077589A
Authority: JP
Inventors: 今村　昌雄; 昌雄今村; 林　里史; 里史林; 岩田　弘; 弘岩田
Original assignee: TSUBAME RADIO CO.,LTD
Current assignee: TSUBAME RADIO CO.,LTD
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017188363A

Abstract

【課題】高周波信号の伝達が可能なスリップリングを提供する。【解決手段】このスリップリング８０は、略円錐形状に凹んだピン受７０ａにピン接点７２の半球状の先端部を所定の圧力で押圧付勢して接触させ、さらにこれら受接点７０、ピン接点７２をロータ４０の回転軸に一直線に位置させる。これにより、ロータ回転時でも受接点７０とピン接点７２との接触状態が極めて安定しており、低損失な信号伝達が可能となる。これにより、スリップリング８０を用いた高周波信号の伝達が可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号の伝達を可能としたスリップリング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電気的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、本願発明者らは小型化を可能としたスリップリング及びこのスリップリングの製造方法に関する下記［特許文献１］に記載の発明を行った。

特許第５６２５１３１号公報

ただし、近年、監視カメラ等の高精細化が進んでおり、ＨＤ-ＳＤＩ規格、３Ｇ−ＳＤＩ規格を用いたフルハイビジョンクラスの高画質の監視カメラも商品化されている。そして、このＨＤ-ＳＤＩ規格、３Ｇ−ＳＤＩ規格では信号伝達に高周波信号が用いられる。特に３Ｇ−ＳＤＩ規格では３ＧＨｚ前後の高周波信号の伝達が要求される。しかしながら、環状電極上を摺動子が接触しながら滑る従来のスリップリングの伝送方式では損失が大きく、これらの高周波信号を伝達することが難しい。このため、特に３Ｇ−ＳＤＩ規格を採用した監視カメラではスリップリングによる信号伝達ができず、３６０°回転し続ける監視カメラの実現は困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波信号の伝達が可能なスリップリングを提供することを目的とする。

本発明は、
（１）ロータ４０と、前記ロータ４０を回転可能に収容するケース部２０と、ロータ４０側の面に前記ロータ４０の回転軸と同心円の環状電極３２を有するベース基板３０と、前記ロータ４０に設置され前記環状電極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、
前記ロータ４０に設けられ前記ロータ４０の回転軸として機能する軸筒４２と、
前記軸筒４２の一端側に位置する受接点７０と、
前記軸筒４２の他端側から挿入され先端部を前記受接点７０側に付勢するピン接点７２と、
中心導体９２ａが前記ピン接点７２と導通した第１の同軸ケーブル９０ａと、
前記ピン接点７２を保持する円筒状で絶縁性のピン保持体７４ａと、
前記ピン保持体７４ａが嵌入するとともに前記軸筒４２内に挿入され、さらに前記第１の同軸ケーブル９０ａの外導体９４ａと導通する円筒状のパイプシャフト７６と、
中心導体９２ｂが受接点７０と導通した第２の同軸ケーブル９０ｂと、
前記受接点７０を保持するとともに前記パイプシャフト７６内に挿入され、略円筒状で絶縁性の受接点保持体７４ｂと、
前記受接点保持体７４ｂを保持するとともに前記パイプシャフト７６と導通し、さらに前記第２の同軸ケーブル９０ｂの外導体９４ｂと導通する保持キャップ７９と、を有し、前記受接点７０と前記ピン接点７２との接触導通により高周波信号を伝達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）ピン接点７２がコンタクトプローブであることを特徴とする上記（１）記載のスリップリング８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るスリップリングは高周波信号の伝達が可能なため、高周波信号を用いた機器にスリップリングを使用することが可能となる。

本発明に係るスリップリングを示す図である。高周波伝送部分を除いた状態の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ベース基板及びロータを説明する図である。本発明に係るスリップリングの高周波伝送部分を説明する図である。本発明に係るスリップリングのピン接点を示す図である。本発明に係るスリップリングの動作を説明する図である。本発明に係るスリップリングの高周波測定結果のグラフである。

本発明に係るスリップリング８０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をベース基板３０側から見た図である。また、図１（ｂ）はスリップリング８０をロータ４０側から見た図である。また、図１（ｃ）はスリップリング８０の側面図である。また、図２（ａ）はスリップリング８０の高周波伝送部分を除いた部分をロータ４０側から見た図である。また、図２（ｂ）は高周波伝送部分を除いた部分の模式的な断面図である。また、図３（ａ）はベース基板３０のロータ４０側の面を示す図である。また、図３（ｂ）はベース基板３０を除いた状態のスリップリング８０のロータ４０側を示す図である。尚、ここでは本発明を８極のスリップリングに適用した例を説明するが、摺動子５０を用いた従来の信号伝達部の極数に関しては特に限定は無く、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、本例では従来の信号伝達部と機器側との電気的接続をコネクタ１２、４６及び配線ケーブル５２ａ、５２ｂを介して行う例を示している。この構成ではスリップリング８０の本体部分を共通化し、配線ケーブル５２ａ、５２ｂの長さを機器側の要求に応じて選択して設置することが可能となる。

先ず、本発明に係るスリップリング８０の従来部分の構成を説明する。本発明に係るスリップリング８０は、ロータ４０と、このロータ４０を回転可能に収容するケース部２０と、このロータ４０の回転軸と同心円状の環状電極３２を有するベース基板３０と、ロータ４０に設置されベース基板３０の環状電極３２と接触導通する摺動子５０と、を有している。

スリップリング８０を構成するケース部２０は、図２（ｂ）に示すように、例えば合成樹脂製でモールド成型等により製造され、内側にロータ収容部２１を有している。そして、ロータ収容部２１の一面側にはベース基板３０が設置され、他面側はロータ４０の径よりも小径のロータ受となっている。

また、ロータ４０は、ロータ基板４０ａと、このロータ基板４０ａを保持するロータホルダ部４０ｂとで構成される。ロータホルダ部４０ｂは例えば合成樹脂製でモールド成型等により製造され、中心部には軸孔４４を有する軸筒４２が双方に突出して形成されている。そして、この軸筒４２はロータ４０の回転軸として機能するとともにベース基板３０を貫通し、少なくとも軸孔４４がベース基板３０から露出する。尚、ロータホルダ部４０ｂにはロータ基板４０ａに設置されたコネクタ４６を裏面側に露出させるコネクタ開口部４７が形成されている。また、ロータ基板４０ａは、図３（ｂ）に示すように、中央部に軸筒４２が貫入するとともに、ベース基板３０側に摺動子５０が環状電極３２と一対一対応するように固定されている。そして、摺動子５０は引出し電極６０にハンダ付けされるとともに、スルーホール３８’’を介して裏面側に引き出されコネクタ４６の各端子にそれぞれ接続する。

また、摺動子５０は弾性を有する金属薄板で形成されており、ロータ基板４０ａに環状電極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、摺動部５０ａはこの屈曲部の弾性力によりベース基板３０側に付勢される。

また、ベース基板３０は、図３（ａ）に示すように、中央部にロータ４０の軸筒４２が回転可能に嵌入するロータ孔３６を有し、ロータ４０側の面にロータ孔３６（軸孔４４）と略同心円状で径の異なる複数の環状電極３２がスリップリング８０の極数（本例では８つ）形成されている。また、ベース基板３０の表側の面には、図１（ａ）に示すように、環状電極３２と一対一対応する引出し電極３４が形成されている。そして、環状電極３２の間には環状電極３２と引出し電極３４とを接続するスルーホール３８が穿孔され、このスルーホール３８を介して環状電極３２と引出し電極３４とは導通する。また、引出し電極３４はスルーホール３８’を介して再度ロータ面側に引き出されコネクタ１２の各端子にそれぞれ接続する。

そして、ロータ４０をケース部２０のロータ収容部２１内に回転自在な状態で収容し、ベース基板３０で閉塞する。このとき、ロータ４０の軸筒４２をベース基板３０のロータ孔３６に回転自在な状態で嵌入する。これにより、ロータ４０はケース部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３２側に押圧され、環状電極３２と摺動子５０とは接触導通する。

次に、本発明の大きな特徴である高周波伝送部分に関する構成を説明する。ここで、図４は軸筒４２の内部を主に示す模式断面図である。尚、図４では第１の同軸ケーブル９０ａ、第２の同軸ケーブル９０ｂを非接続の状態で示す。

先ず、本発明に係るスリップリング８０の高周波伝送部分は、軸筒４２の一端側に位置する受接点７０と、軸筒４２の他端側から挿入されるピン接点７２と、を有している。尚、本例ではベース基板３０側に受接点７０を位置させ、ロータ４０側にピン接点７２を位置させる例を示しているが、これは逆でも構わない。そして、ピン接点７２は第１の同軸ケーブル９０ａの中心導体９２ａと導通し、受接点７０は第２の同軸ケーブル９０ｂの中心導体９２ｂと導通する。尚、ピン接点７２と中心導体９２ａとの接続は、導電性で管状のレセプタプル７７を用い、このレセプタプル７７の一端から中心導体９２ａを挿入するとともに中間部を潰して固定し、他端に後述のピン接点７２のシリンダ部７２ｂを嵌入することで行うことが好ましい。

また、ピン接点７２は、図５に示すように、半球状の先端部を備えたプランジャ部７２ａと、このプランジャ部７２ａの一端が挿入したシリンダ部７２ｂと、このシリンダ部７２ｂ内に位置しプランジャ部７２ａを外方向に付勢する図示しないスプリングと、を備えている。尚、ピン接点７２としてはこれらの構成を備えた周知のコンタクトプローブを用いることが好適である。

また、受接点７０は一端が略円錐形状に凹んだピン受７０ａを有している。そして、ピン受７０ａとピン接点７２の先端部が接触し、さらにシリンダ部７２ｂ内のスプリングがピン接点７２の先端部をピン受７０ａ側に所定の圧力で押圧付勢する。これにより、受接点７０とピン接点７２とが導通し、第１の同軸ケーブル９０ａの中心導体９２ａと第２の同軸ケーブル９０ｂの中心導体９２ｂとがピン接点７２と受接点７０とを介して導通する。

また、ピン接点７２は円筒状で絶縁性を有するピン保持体７４ａ内に挿入されて保持される。また、ピン保持体７４ａは円筒状のパイプシャフト７６内に嵌入され、このパイプシャフト７６が軸筒４２内に挿入される。尚、パイプシャフト７６の外径は軸筒４２の内径と略同等に形成され、ピン保持体７４ａの外径はパイプシャフト７６の内径と略同等に形成され、さらに、ピン保持体７４ａの内径はピン接点７２のシリンダ部７２ｂの外径と略同等に形成される。これにより、ピン接点７２は軸筒４２の軸心に位置し、ロータ４０の回転に伴って軸線上で回転する。また、パイプシャフト７６の外端側には第１の同軸ケーブル９０ａが挿入され、内部にてピン接点７２と中心導体９２ａとが前述のレセプタプル７７等により固定される。また、パイプシャフト７６は導電性を有する黄銅等の金属で形成され、第１の同軸ケーブル９０ａの外導体９４ａはパイプシャフト７６にハンダ付けされて導通する。

尚、パイプシャフト７６の外端側には刷り割り溝７６ａを設け、この刷り割り溝７６ａに後述の接続ピン９５を差し入れることで機器側に設置された回転手段５の回転力を伝達し、ロータ４０及びこれに付随する構成を軸筒４２の軸心を中心に回転させることが好ましい。またこの際、第１の同軸ケーブル９０ａは刷り割り溝７６ａから適宜引き出すことが好ましい。

また、受接点７０は略円筒状で絶縁性を有する受接点保持体７４ｂ内に挿入されて保持される。尚、受接点保持体７４ｂの外径はパイプシャフト７６の内径よりも若干小さく形成され、受接点保持体７４ｂの内径は受接点７０の外径と略同等に形成される。そして、受接点７０は受接点保持体７４ｂとともにパイプシャフト７６内に挿入される。これにより、受接点７０はパイプシャフト７６の軸線、即ち軸筒４２の軸心に保持され、受接点７０とピン接点７２とは軸心上に一直線に並んだ状態で接触する。また、ロータ４０の回転時には、受接点７０のピン受７０ａ内でピン接点７２の先端部が摺動するとともに、受接点保持体７４ｂの周面をパイプシャフト７６の内面が摺動する。

また、受接点保持体７４ｂの外端は保持キャップ７９によって保持される。この保持キャップ７９はパイプシャフト７６の外径よりも若干大きな内径を有する軸受部７９ａを備えており、この軸受部７９ａに受接点保持体７４ｂをパイプシャフト７６ごと収容することで受接点保持体７４ｂをパイプシャフト７６とともに保持する。このとき、軸受部７９ａの底面と受接点保持体７４ｂの間には、外径が受接点保持体７４ｂよりも大きい合成樹脂製のスペーサ７４ｃもしくは鍔部を有していても良い。この構成によれば、パイプシャフト７６の端面が保持キャップ７９や後述の同軸ケーブル接続金具７８と接触せず、この部位に生じる摩擦と摩耗とを低減することが可能となる。尚、ピン保持体７４ａ、受接点保持体７４ｂ、及びスペーサ７４ｃは低誘電率で高周波特性に優れ、且つ摩擦係数の小さいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂を用いることが好ましい。

また、パイプシャフト７６には全周に亘って溝７６ａが形成され、この溝７６ａには保持キャップ７９が支持する例えばＵ字の抜け止めピン７９ｂが挿入される。これにより、パイプシャフト７６は保持キャップ７９内の所定の位置に回転可能に保持されるとともに、ピン接点７２の先端部は所定の圧力で受接点７０に付勢され両者の導通状態が良好に維持される。また、保持キャップ７９は導電性を有する黄銅等の金属で形成され、その外端には同軸ケーブル接続金具７８を介して第２の同軸ケーブル９０ｂが固定する。このとき、第２の同軸ケーブル９０ｂの外導体９４ｂは同軸ケーブル接続金具７８を介して保持キャップ７９と導通する。また、保持キャップ７９は軸受部７９ａの内周や抜け止めピン７９ｂを介してパイプシャフト７６と接触導通し、これにより、第２の同軸ケーブル９０ｂの外導体９４ｂと第１の同軸ケーブル９０ａの外導体９４ａとが導通する。尚、受接点保持体７４ｂ、スペーサ７４ｃは保持キャップ７９に固定しても良いし回転可能としても良い。また、パイプシャフト７６は軸筒４２に固定しても良いし固定しなくとも良い。

次に、本発明に係るスリップリング８０の動作を図６を用いて説明する。尚、図６に示すスリップリング８０の接続構成は本発明に好適な一例であるから、特にこの構成に限定されるわけではなく、周知の接続構成を用いることができる。例えば、回転筒９７と回転手段５との接続構成は歯車機構の他にベルトやチェーン等の周知の伝達機構を用いても良い。また、パイプシャフト７６、回転筒９７、回転手段５、その他の機械要素の結合はカップリング等を用いて行っても良い。

先ず、スリップリング８０を設置する機器は、本体側の固定部１と監視カメラ等の回転部３とを有している。そして、スリップリング８０は固定部１側に固定される。また、固定部１の外部ケースはベアリング軸受８等を設えた軸孔を有しており、この軸孔には一端に回転テーブル３ａを備え、基側の周面にギア７ｂを備えた回転筒９７が回転可能に挿入する。そして、回転テーブル３ａに回転部３が固定する。また、回転筒９７の軸心とスリップリング８０のロータ４０（軸筒４２）の軸心とは一致するとともに、回転筒９７の他端側にはスリップリング８０のパイプシャフト７６が固定する。尚、パイプシャフト７６と回転筒９７との固定には、接続ピン９５を刷り割り溝７６ａに嵌入することで行うことが好ましい。

また、第２の同軸ケーブル９０ｂを固定部１側の図示しない高周波信号端子と接続する。また、ベース基板３０のコネクタ１２に所定の長さの配線ケーブル５２ｂを接続し、この配線ケーブル５２ｂの他端を固定部１側の図示しない配線コネクタと接続する。また、ロータ４０側の第１の同軸ケーブル９０ａは回転筒９７の内部を通して回転部３内に引き込まれ、回転部３側の図示しない高周波信号端子と接続する。これにより、回転部３側の高周波信号端子と固定部１側の高周波信号端子とはスリップリング８０を介して電気的に接続する。またさらに、ロータ４０のコネクタ４６には所定の長さの配線ケーブル５２ａが接続するとともに、この配線ケーブル５２ａは回転筒９７の内部を通して回転部３内に引き込まれ、回転部３側の図示しない配線コネクタと接続する。これにより、回転部３側の配線コネクタの電気配線と固定部１側の配線コネクタの電気配線とがスリップリング８０を介して電気的に接続する。

また、固定部１はモータ等の回転手段５と、この回転手段５と接続したギア７ａと、を有している。そして、ギア７ａと回転筒９７のギア７ｂとは噛合する。そして、回転手段５が回転動作すると、この回転手段５の回転力はギア７ａ、ギア７ｂによって回転筒９７に伝達する。これにより回転筒９７が回転し、機器の回転部３が回転する。また、回転筒９７の回転はパイプシャフト７６に伝達してスリップリング８０のロータ４０を軸筒４２を回転軸に回転させる。このとき、ロータ４０に設置された摺動子５０は環状電極３２との接触導通を維持しながら摺動する。これにより、配線ケーブル５２ａ、５２ｂ間の電気的接続は回転部３が回転動作しても常に良好に維持される。

また、パイプシャフト７６及びロータ４０の回転に伴ってピン保持体７４ａ、ピン接点７２、第１の同軸ケーブル９０ａも軸筒４２を軸に回転する。これに対し、受接点７０側は固定状態に維持される。これにより、ピン接点７２はピン受７０ａと接触したまま回転する。このとき、ピン接点７２と受接点７０とはロータ４０の回転軸の軸線上にあり、且つピン接点７２の先端部はスプリングによってピン受７０ａ側に所定の圧力で付勢されているため、ピン接点７２と受接点７０との接触導通は回転時においても常に安定しており、その接続は低損失で良好に維持される。

ここで、図７（ａ）にロータ回転時における第１の同軸ケーブル９０ａ、第２の同軸ケーブル９０ｂ間の挿入損失のグラフを示す。また、図７（ｂ）に反射損失のグラフを示す。尚、測定はキーサイトテクノロジー社のネットワークアナライザＥ５０６３Ａを用いて行った。

図７（ａ）から、本発明に係るスリップリング８０の回転時の挿入損失は測定範囲内（１００ｋＨｚ〜５ＧＨｚ）で１ｄＢ以下と極めて小さな値を示すことが判る。また、図７（ｂ）から、本発明に係るスリップリング８０の回転時の反射損失は１．５ＧＨｚで約２２ｄＢを示し、また３ＧＨｚで約１２ｄＢを示し、ＨＤ-ＳＤＩ規格（１．５ＧＨｚ以下で１５ｄＢ以上）、３Ｇ−ＳＤＩ規格（１．５ＧＨｚ〜３ＧＨｚで１０ｄＢ以上）をいずれも満たすことが判る。これにより、本発明に係るスリップリング８０の高周波伝送部はロータ４０の回転時においてもＨＤ-ＳＤＩ規格、３Ｇ−ＳＤＩ規格を十分に満たし、高周波信号の伝達が可能なことが判る。

以上のように、本発明に係るスリップリング８０は、略円錐形状に凹んだピン受７０ａにピン接点７２の半球状の先端部を所定の圧力で押圧付勢して接触させ、さらにこれら受接点７０、ピン接点７２をロータ４０の回転軸に一直線に位置させる。これにより、ロータ回転時でも受接点７０とピン接点７２との接触状態が極めて安定しており、低損失な信号伝達が可能となる。これにより、スリップリング８０を用いた高周波信号の伝達が可能となる。そして、例えば監視カメラの雲台に本発明に係るスリップリング８０を適用することで、監視カメラ（回転部３）を３６０°連続的に回転しながら、３Ｇ−ＳＤＩ規格の高精細な監視映像を固定部１側に伝送し、記録及び表示等を行うことができる。

尚、本例で示したスリップリング８０は一例であり、スリップリング８０、高周波伝送部、パイプシャフト７６、回転筒９７等を構成する各部の形状、寸法、機構、材質、配線パターンを含む配線経路、回転手段５との接続構成等は、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。

２０ケース部
３０ベース基板
３２環状電極
４０ロータ
４２軸筒
５０摺動子
５２ａ配線ケーブル
７０受接点
７２ピン接点
７４ａピン保持体
７４ｂ受接点保持体
７９保持キャップ
７６パイプシャフト
８０スリップリング
９０ａ第１の同軸ケーブル
９０ｂ第２の同軸ケーブル
９２ａ、９２ｂ中心導体
９４ａ、９４ｂ外導体

Claims

ロータと、前記ロータを回転可能に収容するケース部と、ロータ側の面に前記ロータの回転軸と同心円の環状電極を有するベース基板と、前記ロータに設置され前記環状電極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、
前記ロータに設けられ前記ロータの回転軸として機能する軸筒と、
前記軸筒の一端側に位置する受接点と、
前記軸筒の他端側から挿入され先端部を前記受接点側に付勢するピン接点と、
中心導体が前記ピン接点と導通した第１の同軸ケーブルと、
前記ピン接点を保持する円筒状で絶縁性のピン保持体と、
前記ピン保持体が嵌入するとともに前記軸筒内に挿入され、さらに前記第１の同軸ケーブルの外導体と導通する円筒状のパイプシャフトと、
中心導体が前記受接点と導通した第２の同軸ケーブルと、
前記受接点を保持するとともに前記パイプシャフト内に挿入され、略円筒状で絶縁性の受接点保持体と、
前記受接点保持体を保持するとともに前記パイプシャフトと導通し、さらに前記第２の同軸ケーブルの外導体と導通する保持キャップと、を有し、
前記受接点と前記ピン接点との接触導通により高周波信号を伝達することを特徴とするスリップリング。
ピン接点がコンタクトプローブであることを特徴とする請求項１記載のスリップリング。