JPH071710B2 - 集電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集電装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の集電装置として特開昭５９−９８
８３号公報に示されるものがある。すなわち、この集電
装置は、両面に複数本の環状リングを互いに同心にプリ
ント配線したドーナツ型の複数のリング円板と、これら
の集電リングにそれぞれ対応するように、両面に複数個
のブラシを配置したドーナツ型の複数のホルダ円板と、
を有する。複数のリング円板は、これの内周縁が固定体
の軸部に固定されている。各リング円板間には絶縁筒が
介装されている。複数のホルダ円板は、これの外周縁が
旋回体に固定されている。各ホルダ円板間には絶縁筒が
介装されている。リング円板の外周縁は、旋回体の絶縁
筒によって形成される環状溝によって挟まれて支持され
ている。ホルダ円板の内周縁は固定体の絶縁筒によって
形成される環状溝によって挟まれて支持されている。リ
ング円板は、絶縁材の円板の表面上に導体の集電リング
を同心状にプリント配線した外層円板と、集電リングと
接触端子とを接続するためのパターンをプリントした絶
縁体の内層円板と、から構成されている。ホルダ円板
は、絶縁材の円板の表面にリング円板の集電リングと接
触するようにそれぞれブラシが配置された外層円板と、
ブラシと接続する環状のパターン及びこれらに連なる接
触子をプリントした絶縁材の内層円板と、から構成され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の集電装置では次のような問題がある。リング円板は
固定体の軸部に絶縁筒と交互に積み重ねられており、ホ
ルダ円板は旋回体に絶縁筒と交互に積み重ねられて取り
付けられているが、これらの使用材質はそれぞれ異なっ
ており、各部材の熱膨張係数に差異があるので、周囲の
温度の変化により、リング円板とホルダ円板との間の間
隔が異なってくる。このため、集電リングとブラシとが
接触しなかったり、接触圧力が強くなり過ぎたりする。

【０００４】リング円板及びホルダ円板の大半は絶縁材
でできているため、現在の製造技術では、これらの加工
精度を良くするには限界がある。したがって、リング円
板の集電リングとホルダ円板のブラシとの相対関係を精
度良く保つのは困難である。また、絶縁材は軟質な材質
であるため、振動や衝撃に対して弱く、狂いが生じやす
い。

【０００５】リング円板の集電リングは、絶縁材の円板
の表面上に貼り付けられたものであるため、集電リング
とブラシとの平面方向への位置関係に狂いが生じやす
い。また、集電リングに切粉などが容易に付着するた
め、短絡や接触不良を起こしやすい。

【０００６】本発明は、これらの課題を解決するための
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、集電ディスク
及びブラシディスクを中間円板を有するものとするとと
もに、中間円板とこれらを保持する保持部材との熱膨張
係数を等しくすることにより、上記課題を解決する。す
なわち、本発明の集電装置は、固定体と旋回体との間で
電気信号を伝達する集電装置において、集電側中間円板
と、これの両面に設けられている集電側絶縁部材と、こ
れに互いに同心に設けられている複数の集電リングと、
を有する集電ディスクと、ブラシ側中間円板と、これの
両面又は片面に設けられているブラシ側絶縁部材と、上
記複数の集電リングにそれぞれ対応するようにブラシ側
絶縁部材に設けられる複数のブラシと、を有するブラシ
ディスクと、を有し、一方のディスクは、これの中間円
板が固定体側保持部材に保持されることによって固定体
に固定されており、他方のディスクは、これの中間円板
が旋回体側保持部材に保持されることによって旋回体に
固定されており、ブラシディスクは、ブラシが集電リン
グと接触するように集電ディスクの両面に配置されてお
り、集電ディスク及びブラシディスクの中間円板とこれ
らを保持している保持部材とは熱膨張係数が等しいこと
を特徴とする。また、リングディスクの集電リングは、
絶縁部材に形成されている凹溝の底面に設けることがで
きる。また、中間円板及び保持部材は、金属材とするこ
とができる。

【０００８】

【作用】集電ディスク及びブラシディスクの中間円板と
これらを保持している保持部材とは熱膨張係数が等しい
ので、周囲の温度が変化しても、集電ディスクとブラシ
ディスクとの間隔は変化しない。したがって、集電リン
グとブラシとの接触圧力は変動しない。中間円板及び保
持部材を金属材とすることにより、高精度に加工でき
る。これにより、各ディスク間の間隔及び集電リングと
ブラシとの平面方向の位置を高精度に確保することがで
きる。また、衝撃や振動などに対しても強くなるため、
各ディスク間のずれを防止することができる。集電リン
グを凹溝の底面に設けると、凹溝がブラシの案内溝とな
り、ブラシが平面方向に移動することがないので、接触
不良を防止することができる。また、凹溝を橋渡しする
ように切粉が付着することは起こりにくいため、短絡を
防止することができる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の集電装置の全体図を示す。集
電装置は、固定体１０及び旋回体１２から構成されてい
る。固定体１０の中心軸の部分には中空の中軸筒１４が
設けられている。旋回体１２はベアリング１６を介して
回転可能に中軸筒１４に支持されている。中軸筒１４の
外径部には、後述の集電ディスク１８とスぺーサ２０
（固定体側保持部材）とが、スぺーサ２０によって各集
電ディスク１８の間隔が均等になるように交互に積み重
ねられてはめ合わされている。最上端及び最下端に配置
されるスぺーサ２０は、中軸筒１４によって軸方向の移
動を拘束されている。これにより、集電ディスク１８
は、平面方向及び軸方向の初期の取付精度を保持したま
まの状態で固定体１０に一体に取り付けられる。旋回体
１２の内部には、後述のブラシディスク２２を固定する
ための円筒状をした案内筒２４が、中軸筒１４と同心に
旋回体１２に一体に設けられている。案内筒２４の内径
部には、隣接するブラシディスク２２同士の間の間隔及
び後述の片面ブラシディスク２６とこれに隣接するブラ
シディスク２２との間の間隔が均等になるように、これ
らの間にブラシディスク取付台２８（旋回体側保持部
材）が積み重ねられてはめ合わされている。片面ブラシ
ディスク２６は、最上段及び最下段に配置されている。
最上端及び最下端に配置されているブラシディスク取付
台２８は、旋回体１２によって軸方向の移動を拘束され
ている。これにより、ブラシディスク２２及び片面ブラ
シディスク２６は、平面方向及び軸方向の初期の取付精
度を保持したままの状態で旋回体１２に一体に取り付け
られる。ブラシディスク２２及び片面ブラシディスク２
６の内径は、旋回に支障のないようにスぺーサ２０の外
径よりも大きく設定されている。片面ブラシディスク２
６は、形状的にはブラシディスク２２の約半分の厚さと
なっており、一方の面にブラシが設けられていない点を
除いて、機能的にはブラシディスク２２と全く同じもの
である。集電ディスク１８、ブラシディスク２２、及び
片面ブラシディスク２６の配置は、最上段及び最下段に
片面ブラシディスク２６が配置され、これらの片面ブラ
シディスク２６に隣接して集電ディスク１８がそれぞれ
配置される。これらの最上段及び最下段の集電ディスク
１８の間に、ブラシディスク２２及び集電ディスク１８
が交互に隣接するように配置される。集電ディスク１
８、ブラシディスク２２、及び片面ブラシディスク２６
は、これらの間にスぺーサ２０及びブラシディスク取付
台２８が積み重ねられることによって、所定間隔があけ
られて、それぞれ固定体１０及び旋回体１２に取り付け
られる。固定体１０及び旋回体１２の外郭には、それぞ
れケーブルを接続するための接続プラグ座３０及び３２
が設けられている。

【００１０】図２に集電ディスク１８の正面図を、図３
に集電ディスク１８の断面図を、それぞれ示す。集電デ
ィスク１８は、アルミニウム製の中間円板３４（集電側
中間円板）の両面に一対の円板３６（集電側絶縁部材）
が一体に取り付けられたものである。集電ディスク１８
の中心部には、スぺーサ２０を挿入するための略方形の
中心孔３８が形成されている。集電ディスク１８の内周
部には、９０度の間隔をあけて４か所に突起４０が形成
されている。突起４０は、集電ディスク１８をスぺーサ
２０に固定させるためのものである。突起４０の先端に
は、中軸筒１４の外周面の形状に沿った形状をした内径
部４２が形成されている。後述するすきまＡ及び集電デ
ィスク１８の平面方向位置をより正確にするために、突
起４０の厚さ及び内径部４２の寸法は精度を良くしてあ
る。円板３６は絶縁材でできたものであり、これの表面
には凹溝４３が形成されている。凹溝４３は複数本が所
定間隔をあけて同心円状に形成されている。凹溝４３の
底面に導体の集電リング４４ａ〜４４ｅが埋め込まれて
いる。中心孔３８の端部には、集電リング４４ａ〜４４
ｅの数に対応した数の接続子４６ａ〜４６ｅが設けられ
ており、各集電リング４４ａ〜４４ｅと各接続子４６ａ
〜４６ｅとは互いに接続されている。なお、中間円板３
４の両面にそれぞれ設けられている円板３６の表面は互
いに同様の構造になっている。集電ディスク１８は上記
のような構造になっているため、一対の円板３６の上下
方向の電波誘導は、中間円板３４によって遮断される。
なお、集電リング４４は円板３６の表面に形成された凹
溝４３の底面に配置されているので、絶縁距離（２つの
集電リング４４同士を短絡させるのに必要な最も短い線
の長さ）は円板３６の表面に集電リング４４を配置した
場合と比較して長くなる。これにより、同じ絶縁距離を
確保した場合、本実施例の場合には集電ディスク１８の
外径を小さくすることができる。また、集電ディスク１
８の外径を同一とした場合には、凹溝４３を設けたもの
は、平たん面に集電リングを設けたものよりも回路数を
多くすることができる。

【００１１】図４にブラシディスク２２の正面図を、図
５にブラシディスク２２の断面図を、それぞれ示す。ブ
ラシディスク２２は、アルミニウム製の中間円板４８
（ブラシ側中間円板）の両面に一対のブラシ円板５０
（ブラシ側絶縁部材）が一体に取り付けられたものであ
る。ブラシディスク２２の中心部には、挿入したスぺー
サ２０とブラシディスク２２の内径端部との間に少しの
すきまが生じるような中心孔５２が形成されている。ブ
ラシディスク２２の外周端部には、９０度の間隔をあけ
て４か所に突起５４が設けられている。突起５４は、集
電ディスク１８をブラシディスク取付台２８に保持させ
るためのものである。突起５４の先端には、案内筒２４
の内周面の形状に沿った形状をした外径部５６が形成さ
れている。ブラシディスク２２を案内筒２４へ組み付け
るとき、後述するすきまＡ及びブラシディスク２２の平
面方向位置をより正確にするために、突起５４の厚さ及
び外径部５６の寸法は精度を良くしてある。隣接する突
起５４の間に接続プラグ座５８が設けられている。接続
プラグ座５８は１８０度の間隔をあけて２つ設けられて
いる。ブラシディスク２２は絶縁材でできた円板であ
り、円板の表面上には集電ディスク１８の集電リング４
４ａ〜４４ｅに対応する位置にパターン６０ａ〜６０ｅ
が設けられている。互いに隣接する２つの集電リング４
４にそれぞれ対応する２つのパターン６０は、対向する
接続プラグ座５８の中心を通る直線を挟んでそれぞれ反
対側の面に設けられる。ブラシ６２ａ〜６２ｊは、集電
リング４４ａ〜４４ｅに接触するように、１つのパター
ン６０ａ〜６０ｅにつき２個づつ所定位置に設けられ
る。ブラシ６２は最良の接触圧が保たれるようにバネ材
に金メッキを施したものが用いられており、パターン６
０上にハンダ付けによって取り付けられている。各パタ
ーン６０ａ〜６０ｅは接続プラグ座５８の各接触子６４
ａ〜６４ｅにそれぞれ接続されている。なお、中間円板
４８の両面にそれぞれ設けられているブラシディスク２
２の表面は互いに同様の構造になっている。ブラシディ
スク２２は上記のような構造になっているため、一対の
ブラシ円板５０の上下方向に対する電波誘導は、中間円
板４８によって遮断される。

【００１２】図６に図１の６−６断面図を示す。スぺー
サ２０の内径部には、９０度の間隔を開けて４か所に突
起６６が設けられている。集電ディスク１８は、これの
突起４０が突起６６と交互にはめ合わされているととも
に、集電ディスク１８の内径部４２が中軸筒１４の外周
面にはめ合わされて、集電ディスク１８の平面方向の位
置が決められている。また、集電ディスク１８の突起４
０の上端面は上方のスぺーサ２０の下端面と、突起４０
の下端面は下方のスぺーサ２０の上端面と、それぞれ接
触している。スぺーサ２０の軸方向の移動は固定体１０
によって拘束されている。これにより、集電ディスク１
８の軸方向の位置が決められている。集電ディスク１８
は、このように各方向の位置が決められて図１に示され
る状態に取り付けられる。

【００１３】図７に図１の７−７断面図を示す。ブラシ
ディスク取付台２８の内径部には、９０度の間隔をあけ
て４か所に突起６８が設けられている。ブラシディスク
２２は、これの突起５４が突起６８と交互にはめ合わさ
れているとともに、ブラシディスク２２の外径部５６が
案内筒２４の内径面にはめ合わされて、ブラシディスク
２２の平面方向の位置が決められている。また、ブラシ
ディスク２２の突起５４の上端面は上方のブラシディス
ク取付台２８の下端面と、突起５４の下端面は下方のブ
ラシディスク取付台２８の上端面と、それぞれ接触して
いる。ブラシディスク取付台２８の軸方向の移動は案内
筒２４によって拘束されている。これにより、ブラシデ
ィスク２２の軸方向の位置が決められている。ブラシデ
ィスク２２は、このように各方向の位置が決められて図
１に示される状態に取り付けられる。

【００１４】集電ディスク１８の突起４０及びブラシデ
ィスク２２の突起５４の厚みの寸法精度と内径部４２及
び外径部５６の寸法精度とを良くし、またスぺーサ２０
及びブラシディスク取付台２８の軸方向の寸法精度と、
中軸筒１４の内径面及び案内筒２４の外径面の寸法精度
と、を良くしておけば、図１及び図８に示されるよう
に、集電ディスク１８及びブラシディスク２２の軸方向
の相対的なすきまＡは、どこの位置においても一定であ
る。このため、集電リング４４とブラシ６２との軸方向
の接触圧を一定に保つことができる。また、集電リング
４４とブラシ６２との径方向の相対位置も一致させるこ
とができる。

【００１５】次に配線について説明する。図１及び図７
に示されるように、集電ディスク１８には、接続プラグ
座３０に接続されているリード線７２が、中軸筒１４の
一部に設けられているリード線引通穴７０を経て、ハン
ダ付けで取り付けられている。ブラシディスク２２に
は、接続プラグ座３２に接続されているリード線７６
が、案内筒２４の一部に設けられているリード線引通穴
７４を経て、ブラシディスク２２の接続プラグ座５８に
接続されている。

【００１６】なお、固定体１０、旋回体１２、中軸筒１
４、案内筒２４、スぺーサ２０、ブラシディスク取付台
２８は、熱膨張係数が異ならないように、中間円板３４
及び中間円板４８と同一のアルミニウム材が使用されて
いる。また、上記実施例では、集電ディスク１８を固定
体１０に、ブラシディスク２２を旋回体１２に取り付け
ているが、これらを逆にしてもよい。

【００１７】次に実施例の動作について説明する。旋回
体１２がベアリング１６を介して固定体１０に対して相
対的に回転すると、ブラシディスク２２は、リード線７
６及び接続プラグ座３２と共に旋回体１２と一体に回転
する。一方、集電ディスク１８は、リード線７２及び接
続プラグ座３０と共に固定体１０と一体に静止した状態
が保たれる。このとき、集電ディスク１８及びブラシデ
ィスク２２と、これらを取り付けているすべての部材の
熱膨張係数が同じであるため、温度が変化したとしても
旋回体１２が回転したときにブラシディスク２２が上下
に振らつくことはない。これにより、すきまＡはどの場
所においても等間隔に保持されているため、ブラシディ
スク２２はスムーズに回転する。これにより、集電リン
グ４４とブラシ６２とは最適な接触圧で接触することに
なる。また、この接触圧は集電ディスク１８及びブラシ
ディスク２２の上下面にそれぞれ逆方向の圧力として加
わるので、それぞれに加わる圧力は相対的にゼロとな
る。これにより、ブラシ６２に加わる抵抗値は変動しな
い。ブラシディスク２２のブラシ６２が、集電ディスク
１８の凹溝４３の底面に設けられている集電リング４４
に接触するようになっているため、ブラシ６２の平面方
向の位置のずれが凹溝４３によって拘束されている。こ
れにより、集電ディスク１８とブラシディスク２２との
平面方向の位置を更に高精度に保つことができる。以上
説明したように、旋回体１２が回転しても、ブラシディ
スク２２は上下左右に振動、動揺することなくスムーズ
に回転し、一方、集電ディスク１８は固定体１０に固定
されたままであるので、振動、動揺することはない。こ
れにより、ブラシ６２が集電リング４４上を移動するこ
とによって、両者は電気的に接触抵抗が変動することな
く常時通電状態となる。したがって、電気信号は、固定
体１０の接続プラグ座３０、リード線７２、接続子４
６、集電リング４４、ブラシ６２、パターン６０、接触
子６４、接続プラグ座５８、リード線７６、旋回体１２
の接続プラグ座３２の順に伝達される。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、集電ディスク及びブラ
シディスクの中間円板とこれらを保持している保持部材
とは熱膨張係数が等しいので、周囲の温度が変化して
も、集電ディスクとブラシディスクとの間隔は変化しな
い。したがって、集電リングとブラシとの接触圧力は常
に一定であり、変動することはないため、安定した通電
状態となる。各中間円板、スぺーサ及びブラシディスク
取付台は、金属材とすることにより、高精度に加工する
ことができる。これにより、各ディスク間の間隔及び集
電リングとブラシとの平面方向の位置を高精度に確保す
ることができる。また、衝撃や振動などに対しても強く
なるため、各ディスク間の位置のずれを防止することが
できる。集電リングを凹溝の底面に設けると、凹溝がブ
ラシの案内溝となり、ブラシが平面方向に移動すること
がないので、集電リングとブラシとの平面方向の位置は
更に高精度に保つことができ、接触不良を防止すること
ができる。また、凹溝を橋渡しするように切粉が付着す
ることは起こりにくいため、短絡を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集電装置の全体図である。

【図２】集電ディスクの正面図である。

【図３】集電ディスクの断面図である。

【図４】ブラシディスクの正面図である。

【図５】ブラシディスクの断面図である。

【図６】図１の６−６断面図である。

【図７】図１の７−７断面図である。

【図８】集電リングとブラシの組み合わせ状態の拡大図
である。

【符号の説明】

１０ 固定体 １２ 旋回体 １８ 集電ディスク ２０ スぺーサ（固定体側保持部材） ２２ ブラシディスク ２８ ブラシディスク取付台（旋回体側保持部材） ３４ 中間円板（集電側中間円板） ３６ 円板（集電側絶縁部材） ４３ 凹溝 ４４ 集電リング ４８ 中間円板（ブラシ側中間円板） ５０ ブラシ円板（ブラシ側絶縁部材） ６２ ブラシ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定体（１０）と旋回体（１２）との間
   で電気信号を伝達する集電装置において、 集電側中間円板（３４）と、これの両面に設けられてい
   る集電側絶縁部材（３６）と、これに互いに同心に設け
   られている複数の集電リング（４４）と、を有する集電
   ディスク（１８）と、 ブラシ側中間円板（４８）と、これの両面又は片面に設
   けられているブラシ側絶縁部材（５０）と、上記複数の
   集電リング（４４）にそれぞれ対応するようにブラシ側
   絶縁部材（５０）に設けられる複数のブラシ（６２）
   と、を有するブラシディスク（２２）と、を有し、 一方のディスク（１８又は２２）は、これの中間円板
   （３４又は４８）が固定体側保持部材（２０又は２８）
   に保持されることによって固定体（１０）に固定されて
   おり、他方のディスク（２２又は１８）は、これの中間
   円板（４８又は３４）が旋回体側保持部材（２８又は２
   ０）に保持されることによって旋回体（１２）に固定さ
   れており、 ブラシディスク（２２）は、ブラシ（６２）が集電リン
   グ（４４）と接触するように集電ディスク（１８）の両
   面に配置されており、 集電ディスク（１８）及びブラシディスク（２２）の中
   間円板（３４、４８）とこれらを保持している保持部材
   （２０、２８）とは熱膨張係数が等しいことを特徴とす
   る集電装置。
2. 【請求項２】 集電ディスク（１８）の集電リング（４
   ４）は、絶縁部材（３６）に形成されている凹溝（４
   ３）の底面に設けられている請求項１記載の集電装置。
3. 【請求項３】 中間円板（３４、４８）及び保持部材
   （２０、２８）は、金属材が使用されている請求項１又
   は２記載の集電装置。