JP5284461B2

JP5284461B2 - スリップリング用積層ブラシ

Info

Publication number: JP5284461B2
Application number: JP2011505511A
Authority: JP
Inventors: シュリヒターレ・ヨーハン; マシュ・ライムント
Original assignee: シュライフリングウントアパラーテバウゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: US8167623B2; ATE532238T1; EP2272138A1; DE102008001361A1; EP2272138B1; US20110081789A1; WO2009130277A1; JP2011519127A

Description

本発明は、相対運動する部材間での滑り接触により電気信号を伝達する装置に関するものである。このような伝達システムは、特にリニア構造又はシリンダ状若しくは皿状の構造における回転システムに用いられている。導電性の材料から成る滑り接触面上を、同様に導電性の材料から成る少なくとも１つの滑り接触部材が滑るようになっている。そして、滑り接触面と滑り接触部材との電気的な接触により、電流から伝達されることとなる。

滑り接触装置は、例えばクレーン又は他の搬送システムにおけるリニア構造において、可動のクレーンと不動の制御ユニットの間の伝達に使用される。また、多くの場合スリップリングと呼ばれる円形状の構造における滑り接触装置の用途は、相対回転する部材間の伝達である。そして、典型的な応用例として、コンピュータ断層撮影装置における、Ｘ線管と検出器を支持するロータと、画像データを処理して表示する不動の解析ユニットとの間に配置される。また、従来技術に対して適当な滑り接触装置、特に比較的小さな構造形状においては、例えばワイヤや薄い金属板などの金属製の基礎の上で滑り接触装置が使用される。

特許文献１にはワイヤを積層した滑り接触ブラシが開示されており、いかなる時点でも少なくとも１つのワイヤが滑り接触面に接触するようになっている。

特許文献２には多数の接触ワイヤを備えた滑り接触ブラシが開示されており、これら多数の接触ワイヤは、集電装置への応用に特に適したものとなっている。また、この滑り接触ブラシは、集電装置の上面に特に垂直に載置されるよう比較的短いものとなっている。

特許文献３には２〜５本のワイヤを備えた積層ワイヤ型ブラシが開示されており、これらワイヤは、滑り接触面における溝内に並置されているとともに、該溝に同時に接触している。

米国特許２，２６９，６１４号明細書米国特許４，４８３，５７４号明細書欧州特許出願公開第０６６２７３６号明細書

本発明の目的とするところは、従来の接触ブラシあるいは滑り接触装置について、より高い伝達信頼性を得つつ機械的な振動及び接触の影響を受けにくいよう改良することにある。

上記目的は、独立請求項に記載した発明によって達成される。また、本発明の他の実施形態は各従属請求項に記載されている。

本発明による滑り接触装置は、Ｖ字状溝５を有する滑り接触面と、互いに直径の異なる少なくとも２つのワイヤ状接触子３，４を含んで構成されつつ前記Ｖ字状溝上の通過するブラシとを含んで構成されている。本発明の本質は、両ワイヤ状接触子が互いに並列に接続されているとともに、滑り接触面における同じＶ字状溝内を通過していることにある。そのため、これらワイヤ状接触子は、同時に滑り接触面に接触している。したがって、伝達する電流のために２つの回路が同時に存在することになる。

このような構成により、接触抵抗が低減されるとともに、両ワイヤ状接触子がそれぞれ異なる共鳴振動数を有しているため、機械的な接触あるいは振動に対する抵抗性が高められる。このような異なる共鳴振動数は、異なるバネ定数及び直径差に基づく質量差により得られる。したがって、所定の励起振動数において、瞬間的に接触断絶を引き起こすような振動は、両ワイヤ状接触子のうちいずれかのみに生じることになる。そして、他の共鳴振動数を有するもう一方のワイヤ状接触子については、接触が維持される。

本発明においては、両ワイヤ状接触子は、異なる角度位置８，９において滑り接触面に接触する。これにより、機械的な振動が１つの軸においてのみ生じるため、この機械的な振動に対する抵抗性が更に高められる。したがって、車両においては、衝突（接触）が特に床に対して垂直に生じる。そして、一方のワイヤ状接触子が他の方向あるいは他の軸に設けられていれば、このワイヤ状接触子は電流を伝達し続けることが可能である。

本発明による滑り接触装置の他の実施形態は、上述のものと類似した構成となっているが、両ワイヤ状接触子３，４が、滑り接触面における同じ角度位置８に設けられている。ここで重要なのは、Ｖ字状溝においてこれらワイヤ状接触子が互いに異なる半径１０，１１で通過することである。これにより、接触する面が異なる位置にあるため、原動力を低減することが可能である。なお、ここでも、異なるワイヤ直径により機械的な振動に対する抵抗性を向上させることも可能である。このように、両ワイヤ状接触子を同じ角度位置に設ける構成により、上述の他の実施形態に比してより簡易な構造を得ることができる。

また、本発明の他の実施形態は、Ｖ字状溝を備えた少なくとも２つの滑り接触面が互いに電気的に並列に接続されているとともに、この滑り接触面を、互いに異なる直径を有する両ワイヤ状接触子が通過する。特に、各滑り接触面においてワイヤ状接触子が１つずつ通過させるようにするのが好ましい。

また、本発明による積層ワイヤ型ブラシは、それぞれ異なる直径を有する２つのワイヤ状接触子を備えている。そして、両ワイヤ状接触子の直径比を、１：１．２〜１：５とし、特に１：１．５〜１：２とするのが好ましい。さらに、両ワイヤ状接触子を、それぞれ異なる成分を含む構成としている。

また、本発明の他の実施形態においては、直径が互いに異なる少なくとも２つのワイヤ状接触子３，４を、該ワイヤ状接触子の一端において支持部材（例えばスリーブ）で支持している。なお、これらを溶接したり圧着してもよい。そして、両ワイヤ状接触子は、支持部材により互いに電気的及び機械的に接続されている。なお、これらワイヤ状接触子の他端は可動となっている。

また、本発明の他の実施形態においては、ワイヤ状接触子３が比較的大きな直径を有し、ワイヤ状接触子４が比較的小さな直径を有している。

さらに、本発明の他の実施形態においては、１つのワイヤ状接触子３が比較的大きな有し、３つのワイヤ状接触子４が比較的小さな直径を有している。ここで、比較的大きな直径を有するワイヤ状接触子３が比較的小さな半径を有する面を通過する一方、比較的小さな直径を有するワイヤ状接触子４が比較的大きな半径を有する面を通過するようになっている。

本発明によれば、高い伝達信頼性を得つつ機械的な振動及び接触の影響を受けにくい滑り接触装置及び積層ワイヤ型ブラシを得ることができる。

本発明による滑り接触装置の一般的な概要を示す図である。本発明による滑り接触装置の他の実施形態を示す図である。本発明による滑り接触装置におけるワイヤ状接触子及びＶ字状溝を示す断面図である。本発明による積層ワイヤ型ブラシの構成を示す図である。本発明による積層ワイヤ型ブラシの一実施形態を示す図である。本発明による積層ワイヤ型ブラシを示す側面図である。本発明の他の実施形態を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には、本発明による滑り接触装置が示されている。この図における左側には滑り接触面１がその回転軸に直角に切断した状態で示されており、右側には滑り接触面１の平面図が示されている。ここで、回転軸は、紙面に対して垂直に延在している。

しかして、ブラシ支持部材２はここでは第１及び第２の２つのブラシ３，４を支持しており、各ブラシ３，４は、それぞれブラシ支持部材２の下方で支持されたワイヤ状接触子で構成されている。なお、このブラシ（ワイヤ状接触子）３，４を、ブラシ支持部材２を貫通して案内するようにするか、又は機械的な強度を向上させるためにブラシ支持部材２に結着させてもよい。そして、第１及び第２のブラシ３，４はそれぞれ２つの端部３ａ，３ｂ及び４ａ，４ｂを備えており、各端部３ａ〜４ｂは、滑り接触面１に接触している。すなわち、各ブラシ３，４において、それぞれ滑り接触面１との２つの接点が生じることになる。

本発明においては、上述のような２つのブラシが、電気的に並列に接続されているとともに、特に１つの共通のブラシ支持部材２（ブラシブロック）に取り付けられている。さらに、ブラシ３，４のワイヤ状接触子は、様々なワイヤ直径で形成されている。

また、本発明によれば、基本的に、異なるワイヤ直径により、ワイヤについて異なる質量比及びバネ定数が生じ、各ブラシ３，４（ワイヤ状接触子）は異なる共鳴振動数を得ることとなる。同様の直径を有するブラシを備えた従来技術に基づくスリップリングは、所定の機械的な振動数において接触の断絶を起こすことがある。この振動数は、典型的には各ワイヤ状接触子の共鳴振動数あるいは固有振動数である。

本発明の構成によれば、接触状態を常に得ることが可能である。例えば、第１のブラシ３（ワイヤ状接触子）が機械的な振動によって第１の共鳴振動数に励起された場合でも、第２のブラシ４が他の共鳴振動数に励起されることがない。この場合、すべての電流は、第２のブラシ４を通して装置を流れることになる。なお、逆の場合、すなわち第２のブラシ４が機械的な振動によって共鳴振動数に励起された場合にも上記と同様であり、この場合、第１のブラシ３がすべての電流を受け持つこととなる。

また、第１及び第２のブラシ３，４を滑り接触面１における共通のＶ字状溝５内に配置するのが好ましい。このために、第１及び第２のブラシ３，４は、それぞれ第１及び第２の接触点８，９の互いに異なる接触点で滑り接触面１に接する必要がある。このことは、好ましくは回路基板として形成された例えば平面状の平坦なブラシ支持部材２を用いる場合に、第１及び第２のブラシ３，４がそれぞれ異なる角度でブラシ支持部材２から突出するか、又は該ブラシ支持部材２に固定されることを意味している。

図２には図１と類似の構成が記載されているが、ここでは、第１及び第２のブラシ３，４がそれぞれ同様の第１の接触点８（角度位置）で滑り接触面１に接触している。そして、第１及び第２のブラシ３，４（ワイヤ状接触子）の直径が異なることから、これら第１及び第２のブラシ３，４は、滑り接触面１における異なる半径上を通過することになる。したがって、より大きな直径を有する第１のブラシ３はより大きな半径（第１の接触点を通る線）１０上を通過し、より小さな直径を有する第２のブラシ４はより小さな半径（第２の接触点を通る線）１１上を通過する。

また、異なる角度位置において接触点を有するような上述のような構成においてはブラシの異なる直径の寸法について更なる自由度が得られる一方、図２に示す構成においては、第１及び第２のブラシ３，４が同時にＶ字状溝５内部に接触するよう比較的大きな直径比に設定する必要がある。特に、これら第１及び第２のブラシ３，４がＶ字状溝５内にある場合に、直径が小さい方のブラシよりも大きいが比較的小さい間隔がこれら第１及び第２のブラシ３，４の間に生じるようにするのが望ましい。なお、前記直径比を１：２〜１：５に設定するのが好ましい。

このような、直径の異なる２つのブラシを用いる更なる利点は、Ｖ字状溝５の摩耗が低減される点にある。直径が異なることにより、第１及び第２のブラシ３，４は、Ｖ字状溝５内において異なる深さまで入れられるとともに、該Ｖ字状溝５内でそれぞれ異なる軌道を通ることになる。これにより、Ｖ字状溝５の寿命が延長されることになる。仮に同じ直径のブラシが用いられるとすると、同じ滑り接触面においてはより早く摩耗することになる。

図３には、図２に示した第１及び第２のブラシ３，４がＶ字状溝５と共に軸８に沿った断面で示されている。Ｖ字状溝５においては、比較的小さな直径を有する第２のブラシ４が、Ｖ字の頂点近傍に、比較的大きな直径を有する第１のブラシ３との間に比較的大きな間隔をもって位置している。また、第２のブラシ４のＶ字状溝５との接触点を結ぶ線が符号１１で示されており、この線１１は、比較的大きな直径を有する第１のブラシ３とＶ字状溝５との接触点を結ぶ線１０よりも小さな半径上に延在している。

図４にはブラシの他の実施形態が示されており、ここでは、図１〜図３に示される第１及び第２のブラシ３，４を支持するブラシ支持部材２の代わりに、積層ワイヤ型ブラシが用いられている。この積層ワイヤ型ブラシは、第１及び第２のブラシ３，４が本発明により滑り接触面１と接触するよう支持部材に設けられている。また、例えばここでは、第１及び第２のブラシ３，４を、スリーブ７によって電気的及び機械的な１つのユニットに統合されている。第１及び第２のブラシ３，４のこのような結合はスリーブ７内でのみなされるが、これら第１及び第２のブラシ３，４がスリーブ７とは反対側の端部で可動となるようこれら第１及び第２のブラシ３，４の長さ全体にわたってスリーブ７内でなされるわけではない。

図５には他のブラシが滑り接触面１と共に断面図で示されている。このブラシは、比較的大きな直径を有する第１のブラシ３と比較的小さな直径を有する第２のブラシ４を備えている。このようなブラシも、上述のブラシ支持部材２に取り付けることが可能である。

図６には図５に示す積層ワイヤ型ブラシの簡易な構成が示されており、第１及び第２のブラシ３，４は、１つのスリーブ又は他の固定部材において統合され、電気的及び機械的に互いに結合されている。ただし、これら第１及び第２のブラシ３，４がスリーブ７とは反対側の端部で可動となるようこれら第１及び第２のブラシ３，４の長さ全体にわたってスリーブ７内でなされるわけではない。また、これら第１及び第２のブラシ３，４は、上述のものと同様、滑り接触面１に収容され、複数のブラシが滑り接触面１のＶ字状溝５に同時に接触する。

また、異なる共鳴振動数により、機械的な振動の励起が生じても、少なくとも１つのブラシが滑り接触面１に常に接触することになる。そして、各ブラシがそれぞれ異なる接触面に接触するため、滑り接触装置の寿命の延長を図ることが可能であるという更なる利点が得られる。

図７には本発明の他の実施形態が示されており、第１及び第２のブラシ３，４がそれぞれ第１及び第２のＶ字状溝５，６を通過する。なお、ここでも、これら第１及び第２のＶ字状溝５，６並びに第１及び第２のブラシ３，４は、電気的に並列に接続されている。

１滑り接触面
２ブラシ支持部材
３第１のブラシ（ワイヤ状接触子）
４第２のブラシ（ワイヤ状接触子）
３ａ，３ｂ第１のブラシの端部
４ａ，４ｂ第２のブラシの端部
５第１のＶ字状溝
６第２のＶ字状溝
７スリーブ
８第１の接触点
９第２の接触点
１０第１の接触点を通る線
１１第２の接触点を通る線

Claims

Ｖ字状溝（５）を有する滑り接触面と、少なくとも２つのワイヤ状接触子（３，４）を含んで構成されたブラシとを含んで構成され、前記ワイヤ状接触子（３，４）が前記滑り接触面における前記Ｖ字状溝（５）に同時に接触するよう構成された滑り接触装置において、
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）をそれぞれ異なる直径を有するよう形成するとともに、これらワイヤ状接触子（３，４）を、前記滑り接触面におけるそれぞれ異なる角度位置で該滑り接触面に接触させたことを特徴とする滑り接触装置。
Ｖ字状溝（５）を有する滑り接触面と、少なくとも２つのワイヤ状接触子（３，４）を含んで構成されたブラシとを含んで構成され、前記ワイヤ状接触子（３，４）が前記滑り接触面における前記Ｖ字状溝（５）に同時に接触するよう構成された滑り接触装置において、
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）をそれぞれ異なる直径を有するよう形成するとともに、これらワイヤ状接触子（３，４）のうち、比較的大きな直径を有するもの（３）が比較的大きな半径（１０）を有する面を通過し、比較的小さな直径を有するものが比較的小さな半径（１１）を有する面を通過するよう、これらワイヤ状接触子（３，４）を、前記滑り接触面における同じ角度位置で該滑り接触面に接触させたことを特徴とする滑り接触装置。
Ｖ字状溝（５）を有する少なくとも２つの滑り接触面と、少なくとも２つのワイヤ状接触子（３，４）を含んで構成されたブラシとを含んで構成され、前記ワイヤ状接触子（３，４）がそれぞれ前記各滑り接触面における前記Ｖ字状溝（５）に接触するよう構成された滑り接触装置において、
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）をそれぞれ異なる直径を有するよう形成するとともに、これらワイヤ状接触子（３，４）を、少なくとも２つの前記滑り接触面に互いに電気的に並列に接続したことを特徴とする滑り接触装置。
Ｖ字状溝（５）を有する滑り接触面を含んで構成された滑り接触装置用の少なくとも２つのワイヤ状接触子（３，４）を含んで構成された積層ワイヤ型ブラシにおいて、
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）をそれぞれ異なる直径を有するよう形成したことを特徴とする積層ワイヤ型ブラシ。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）の直径比を、１：１．２〜１：５、特に１：２としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑り接触装置。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）の直径比を、１：１．２〜１：５、特に１：２としたことを特徴とする請求項４記載の積層ワイヤ型ブラシ。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）を、それぞれ異なる成分を含む構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑り接触装置。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）を、それぞれ異なる成分を含む構成としたことを特徴とする請求項４記載の積層ワイヤ型ブラシ。
直径が互いに異なる少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）を、該ワイヤ状接触子（３，４）の一端において支持部材で支持しつつ該支持部材によってこれらワイヤ状接触子（３，４）を電気的及び機械的に互いに結合する一方、他端においてこれらワイヤ状接触子（３，４）が可動であるよう構成したことを特徴とする請求項４記載の積層ワイヤ型ブラシ。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）のうち、１つ（３）を比較的大きな直径とし、他の１つ（４）を比較的小さな直径としたことを特徴とする請求項４記載の積層ワイヤ型ブラシ。
少なくとも２つの前記ワイヤ状接触子（３，４）のうち、１つ（３）を比較的大きな直径とし、他の３つ（４）を比較的小さな直径とするとともに、比較的大きな直径を有するもの（３）が比較的小さな半径を有する面を通過し、比較的小さな直径を有するものが比較的大きな半径を有する面を通過するよう構成したことを特徴とする請求項４記載の積層ワイヤ型ブラシ。