(57)【要約】【課題】構造がシンプルであり、長期間連続使用する場合であっても、電気的接触抵抗が変化せず、安定した電流電圧を供給しながら動作することができる回転電気コネクタを提供する。【解決手段】上記の課題を解決するために本発明の構成は、内周面が筒状であるハウジング部材と、前記ハウジング部材の一部に固定される第1端子部材と、前記ハウジング部材に対して相対的に回転自在な第2端子部材と、前記ハウジング部材及び前記第2端子部材間に配置される複数の回転子と、前記第１端子部材と前記第２端子部材にそれぞれが反発しあう極性で設けられた磁石とを備える。【選択図】図２
2015090848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面が筒状であるハウジング部材と、前記ハウジング部材の一部に固定された第1端子部材と、前記ハウジング部材に対して相対的に回転自在な第2端子部材と、前記ハウジング部材及び前記第2端子部材間に配置される複数の回転子と、前記第１端子部材と前記第２端子部材にそれぞれが反発しあう極性で設けられた磁石とを備え、前記ハウジングと前記回転子を介して、前記第1端子部材と前記第2端子部材を電気的に接続することを特徴とする回転電気コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に表面処理装置用の給電ロールや熱圧着ロールなどの回転体に電流を遮断させることなく接続を行う回転電気コネクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フープ状の金属材料あるいは樹脂フィルム部材などに電気めっきなどの表面処理を行う場合、被めっき材を連続的に走行させながらめっき槽内に蓄えられためっき液中に浸漬させ、通電ロール部材との接触によってカソード極となる被めっき材と、めっき槽内に設けられたアノード極との間で電解表面処理を行うリールｔｏリールめっき設備が用いられる。
また、短冊状に形成された金属材料などへ表面処理を行う場合も、進行方向へ複数準備された搬送用ローラーによって短冊状の金属材料を搬送しつつ、めっき槽内に蓄えられためっき液中に浸漬させ、通電ロール部材との接触によってカソード極となる被めっき材と、めっき槽内に設けられたアノード極との間で電解表面処理を行うローラー搬送式短冊めっき設備が用いられる。
このようなめっき設備において、被めっき材に対し電流を供給する通電ロール部材は、瞬時でも電流が遮断されることなく製品の搬送に同期しながら連続回転し、被めっき材との接触によってめっきに必要な電流を供給し続ける機能が求められる。そのため、めっき電源から供給された一次側の配線材と、二次側である通電ロール部材との間を回転電気コネクタで接続する方法が広く用いられており、先行文献においても回転電気コネクタに関する提案がなされている。
特許文献1に記載の内容によると、一般的なスリップリングと呼ばれる回転電気コネクタでは回転側電極と固定側電極との間で電力の供給や信号の伝達を行うことによって回転部と固定部との間で電力の供給や信号の伝達を行うことができるものの、回転側電極に固定側電極を押し付け、互いの電極をスリップさせながら使用されるものであるので、回転側電極と固定側電極との接触部では摩擦が生じ、摩擦熱の発生や回転側電極及び固定側電極の摩耗により回転電気コネクタの回転寿命が十分ではなく、しかも、回転トルクが大きい等の不具合が生じているとしている。
そして、上記不具合を改善しようとすると、回転側電極と固定側電極との接触部の面積や接圧を小さくしなければならず、接触部の電気抵抗が大きくなると共に、接触部の断続による電気的ノイズが発生しやすくなるという不具合が生じ、また、比較的大きな電流を流すため、固定側電極の接触部に炭素接触子を取り付けた場合には、上述の不具合に加えて、炭素接触子の摩耗によって発生する炭素の粉をクリーニングするための定期的な保守点検をする必要があるとしている。
さらに、水銀を使用した回転電気コネクタの場合は、回転側電極と固定側電極との間に液体である水銀が介在しているため接触面積が大きく、接触部の電気抵抗が小さいという利点と、接触部の断続による電気的ノイズの発生がないという利点があるものの、回転側電極と固定側電極との間に介在する水銀をシール部材によってシールしているため、シール部材のシール面の摩擦力によって回転トルクが大きくなるという不具合が生じており、また、衝撃やシール面の小さな傷等によってシール部材から水銀が漏れた場合には、他の電極とショートする等の不具合が生じていると共に、水銀は、有害物質であるのでその取扱には十分に注意しなければならないとしている。
先行技術は、これらの問題点を解決するために、回転電気コネクタの回転寿命が長く、回転トルクが小さく、接触部の断続による電気的ノイズの発生がなく、かつ、接触部の電気抵抗が小さい回転電気コネクタを提供することであり、解決手段として、回転部に装着され、回転部と共に回転する回転側電極と、上記回転部を支持する固定部に設けられ、回転側電極と電気的接続をする固定側電極を備え、上記回転側電極と固定側電極間で電力の供給や信号の伝達を行う回転電気コネクタにおいて、上記回転側電極１０１と固定側電極１０２との間にコロとして働く球形、円柱形あるいは円錐形の導電性金属材料よりなる複数の回転接触子１０３を配設して成り、上記複数の回転接触子１０３を回転側電極１０１と固定側電極１０２に接触させることによって、回転側電極１０１と固定側電極１０２間の電気的接続を行うことを特徴とする回転電気コネクタであるとしている。
これによって、回転電気コネクタを構成する回転側電極１０１と固定側電極１０２との間にコロとして働く複数の回転接触子１０３が配設されているものであるので、回転側電極１０１と固定側電極１０２との間の摩擦を減少させることができ、摩擦による摩擦熱の発生や回転側電極１０１及び固定側電極１０２の摩耗が防止され、回転電気コネクタの寿命を長くすることができると共に、回転電気コネクタの回転トルクが小さくなるとしている。
さらに、複数の回転接触子１０３が回転側電極１０１と固定側電極１０２との間に介在することで、回転側電極１０１と固定側電極１０２とが複数の接点で接触することとなり、接触部の電気抵抗が小さくなると共に、回転側電極１０１と固定側電極１０２とが複数の接点で接触するため、この回転電気コネクタの使用中に回転側電極１０１と固定側電極１０２との間の接触が断たれることはほとんどないと考えられるので、回転側電極１０１と固定側電極１０２との間の接点の断続による電気的ノイズの発生が防止されるものであるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２２３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、特に半導体部品において高信頼性を求められる機器については、その性能の向上とともに内部に搭載される電子部品の品質要求も高まっており、耐久性、電気特性、半導体素子実装性などを大きく左右するめっき処理については特に高い品質を求められている。中でもめっき処理プロセスにおいて、めっき皮膜の析出状態に大きく影響する電流制御の高精度化は特に重要であり、通電ロール部材に求められる電気接続の安定性、信頼性の向上が必須であるといえる。
以上のことを踏まえ、図５に示す先行技術文献の回転電気コネクタには次のような課題がある。
先行技術では、回転電気コネクタを構成する回転側電極１０１と固定側電極１０２との間にコロとして働く複数の回転接触子１０３が配設されているものであるので、回転側電極１０１と固定側電極１０２との間の摩擦を減少させることができ、摩擦による摩擦熱の発生や回転側電極１０１及び固定側電極１０２の摩耗が防止され、回転電気コネクタの寿命を長くすることができると共に、回転電気コネクタの回転トルクが小さくなるものであるが、回転側電極１０１と固定側電極１０２及びコロとして働く接触子１０３は、一般的な機械部品である軸受け（深溝玉軸受け、ころ軸受け）と同じ構成であるから、回転側電極１０１と固定側電極１０２に加わるラジアル方向やスラスト方向の荷重によって、それぞれの部品にわずかな磨耗が生じることは避けられず、接触子１０３と回転側電極１０１および固定側電極１０２の組み合わせに隙間が生じることによって接触圧力が経過時間と共に減少していくことが考えられるなど、なおも回転電気コネクタの寿命が十分でないと考えられる。
この構造を機構部品である軸受けとして使用する場合は、荷重の変化によってその回転に生ずる摩擦が変化したり、回転軸の芯振れを生じるだけであるが、先行技術のように回転電気コネクタとして利用する場合においては、固定側電極１０２から接触子１０３を介して回転側電極１０１へと電気回路を形成するので、それぞれの接触圧力がわずかに減少した場合でも、電気的接触抵抗が増大することが考えられる。これは回転電気コネクタを長期間使用するほど不具合を引き起こす危険性が高い。この電気的接触抵抗の増大によって、電流電圧が変化することは容易に推測できるものであり、重要な条件管理項目である電流電圧の変化は、めっき皮膜の形成に多大な影響を与えるものであると考えられる。
また、固定側電極１０２を複数分割し、回転側電極１０１側へ弾性的に押さえつける方法も提案されているが、その場合、分割された複数の固定側電極や、新たに設けられる弾性部材、および弾性部材を取り付けて分割された固定側電極を従動させるための固定部材など、相当数の部品点数増加が考えられるため、回転電気コネクタの製造にかかるコストが増大することは避けられないと考えられる。
本発明はこれら先行技術における課題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、構造がシンプルであり、長期間連続使用する場合であっても、電気的接触抵抗が変化せず、安定した電流電圧を供給しながら動作することができる回転電気コネクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本発明の構成は、内周面が円形であるハウジング部材と、前記ハウジング部材の片端に固定される第1端子部材と、前記ハウジング部材に対して相対的に回転自在な第2端子部材と、前記ハウジング部材及び前記第2端子部材間に配置される複数の回転子と、前記第１端子部材と前記第２端子部材にそれぞれが反発しあう極性で磁石を備え、前記ハウジングと前記回転子を介して、前記第1端子部材と前記第2端子部材を電気的に接続することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように、本発明の回転電気コネクタによれば、第１端子部材に印加された電流が、固定されているハウジング部材へと通電し、回転子を介して第２端子部材へと流れる構造である。加えて、ハウジング部材と第２端子部材が、回転子を常に一定の加重で挟み込みながら回転させるために、第１端子部材と第２端子部材には、それぞれが反発しあう極性で磁石が取り付けられている。これによって回転子や端子部材に磨耗が生じた場合においても、寸法変化分は磁石の反発力で吸収できるので、従来技術で懸念される接触子１０３と回転側電極１０１および固定側電極１０２の組み合わせに隙間が生じることによって、接触圧力が経過時間と共に減少していくことがない。
本発明の回転電気コネクタを長期間使用しても、磁石の反発作用によってハウジング部材と第１端子部材が回転子を常に一定の加重で挟み込みながら回転させるために、接触圧力の減少による電気的接触抵抗の増大による不具合を引き起こす危険性を著しく低減できる。この電気的接触抵抗の安定化によって、電気めっきにおける重要な条件管理項目である電流電圧の変化を抑制し、めっき皮膜の形成をより安定的なものにすることができる。また、従来技術のように、固定側電極１０２を複数分割し、回転側電極１０１側へ弾性的に押さえつける方法に比べて、部品点数が少なくできることから、回転電気コネクタの製造にかかるコストを抑制することができる効果も有する。
以上のように、本発明を用いれば、構造がシンプルであり、長期間連続使用する場合であっても、電気的接触抵抗が変化せず、安定した電流電圧を供給しながら動作することができる回転電気コネクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の回転電気コネクタを示す斜視図
【図２】図１のａ−ａ´断面図
【図３】本発明の回転電気コネクタにおけるその他の構造例（１）を示す断面図
【図４】本発明の回転電気コネクタにおけるその他の構造例（２）を示す断面図
【図５】先行技術を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の回転電気コネクタについて、図１、図２を参照しながら説明する。
主な構成部品である第１端子部材１、第２端子部材１０、及びハウジング部材６ならびに回転子１５は導電性の材料で形成されている。第１端子部材１とハウジング部材６は固定関係にあり、第１端子部材１の上部には、１次側である整流器（図示せず）からの配線などを接続できるようになっている。また第２端子部材１０の下部には、２次側である通電ロール（図示せず）などを接続できるようになっている。各部の詳細について以下に説明する。
第１端子部材１は銅や銅合金、真鍮、アルミ等の電気抵抗の低い材料で形成されることが望ましく、本実施の形態では銅合金を用いている。第１端子部材１の上部には、入力側おねじ２を設けおり、１次側である整流器からの配線端子をナットなどを用いて固定できるようになっている。また第１端子部材１の下部は円形の第１端子部材フランジ部３が形成され、外周には後述するハウジング部材６と固定するためのフランジ部おねじ５が形成されている。また第１端子部材フランジ部３の底面には第１磁石４が設けられており、後述する第２端子部材１０を反発させるのに必要な磁力を発生させるようになっている。本実施の形態ではネオジウム磁石を使用しているが、その限りでなく、フェライト磁石やサマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石など、使用する条件に応じて選定すればよい。今回は反発力を得るために、比較的磁力の強いネオジウム磁石を採用している。
ハウジング部材６は第１端子部材１と同様に、銅や銅合金、真鍮、アルミ等の電気抵抗の低い材料で形成されることが望ましく、本実施の形態では銅合金を用いている。ハウジング部材６は筒状の形状をしており、筒状の上部全体と底部の中央付近が開口されている。ハウジング部材６上部の内面にはめねじ７が加工されており、先述した第１端子部材フランジ部３の外周に加工されたフランジ部おねじ５と勘合するようになっている。またハウジング部材６の底部には、開口部８が設けられ、開口部８を環状に囲うようにして、後述する回転子１５が自転公転するためのハウジング部材溝部９が形成されている。この溝形状は、回転子１５の形状に合わせることが望ましく、球体の回転子１５がはまり込む場合には、溝形状は球体の形状にあわせたＲ形状が好ましい。
第２端子部材１０はハウジング部材６と同様に、銅や銅合金、真鍮、アルミ等の電気抵抗の低い材料で形成されることが望ましく、本実施の形態では銅合金を用いている。第２端子部材１０は、上部がフランジ形状で、下部には２次側である給電ロール等を接続できるように出力側おねじ１１が形成されている。また第２端子部材フランジ部１２の上面には先述した第１端子部材１の第１磁石４と同じ極性で向き合うように、第２磁石１３が設けられており、第２端子部材１０を反発させる磁力が得られるようになっている。本実施の形態ではネオジウム磁石を使用しているが、その限りでなく、フェライト磁石やサマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石など、使用する環境に応じて選定すればよい。今回は反発力を得るために、第１端子部材１に設けられた第１磁石４と同様に、比較的磁力の強いネオジウム磁石を採用している。
また第２端子部材フランジ部１２の下面には、出力側おねじ１１の軸線を環状に囲うようにして、回転子１５が自転公転するための第２端子部材溝部１４が形成されている。この溝形状は、回転子１５の形状に合わせることが望ましく、球体の回転子１５がはまり込む場合には、溝形状は球体の形状にあわせたＲ形状が好ましい。
回転子１５は第２端子部材１０と同様に、銅や銅合金、真鍮、アルミ等の電気抵抗の低い材料で形成されることが望ましく、本実施の形態では銅合金を用いている。１次側である整流器などから配線を介して第１端子部材１に印加された電流は、第１端子部材１が固定されているハウジング部材６に流れた後、回転子１５を介して第２端子部材１０へ通電する。回転子１５は、第２端子部材フランジ部１２の下面に形成された第２端子部材溝部１４と、ハウジング部材６の底部内面に設けられたハウジング部材溝部９の間に配備されており、ハウジング部材６に固定されている第１端子部材１の下面に設けられた第１磁石４と、第２端子部材フランジ部１２の上面に設けられた第２磁石１３によって生じる同極同士の反発力によって、回転子１５を常に一定の圧力で挟持することができる構造であるため、ハウジング部材６と第２端子部材１０が回転動作をした場合においても、回転子１５が溝部から脱落することなく導通状態を保ったまま連続的に回転動作をすることができる構造になっている。さらに、長期間の回転動作において、回転子１５およびハウジング部材６の底部に設けられた環状のハウジング部材溝部９、ならびに第２端子部材フランジ部１２の下面に設けられた環状の第２端子部材溝部１４に磨耗が生じても、第１端子部材１の下面に設けられた第１磁石４と、第２端子部材１０の上面に設けられた第２磁石１３によって生じる同極同士の反発力によって、回転子１５を常に一定の圧力で挟持し続けることができる構造であるため、接触圧力の減少による電気的接触抵抗の増大による不具合を引き起こす危険性を著しく低減できる。
また回転子１５は環状にほぼ等間隔で配置されるように、回転子保持部材１６によってその位置を規制されている。回転子保持部材１６は金属でも樹脂でも構わないが、本実施の形態においてはＰＴＦＥ（４フッ化エチレン樹脂）を採用している。これによって、回転子１５が環状配列の特定方向に偏ることなく、連続的に第２端子部材１０を回転させることができる。ＰＴＦＥは摩擦係数が低く、回転子１５の回転運動に回転抵抗を与える影響が少ない。また耐熱温度が高く、形状安定性に優れることから、回転電気コネクタ内の温度が上昇しても、熱変形による回転動作不良などの問題を生じることなく動作することができる。
また、第１端子部材１、第２端子部材１０及びハウジング部材６ならびに回転子１５は、ロスなく電流を供給するために、比較的電気抵抗の低い材質で形成されることが望ましく、さらにそれぞれの部材表面に金や銀などの金属めっき皮膜を形成してもよく、接点の劣化を防ぐとともに、接触抵抗が下がることによる更なる電流の安定供給が可能となる。
次に、本発明の回転電気コネクタにおけるその他の構造例（１）を図３に示す。テーパー付端子部材１８を分割式ハウジング部材１７の両側に配置し、回転子１５を組み合わせる構造になっている。これによれば、分割式ハウジング部材１７を固定側とし、上下のテーパー付端子部材１８を両側とも回転端子として使用することができる効果を有する他、分割式ハウジング部材１７の内側コーナー部を回転子１５の回転軌道に利用できるので、回転子１５を環状に規制するための溝加工が不要になり、回転電気コネクタの製造コストが下げられる効果も有する。
次に、本発明の回転電気コネクタにおけるその他の構造例（２）を図４に示す。図３の回転電気コネクタに対し、円筒形のころ状回転子１９を用いている。これによってテーパー付端子部材１８と分割式ハウジング部材１７との接触面積を増やすことができ、接触抵抗を低減させることができる効果を有するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、さまざまな形状をとることができる。
このように、本発明の回転電気コネクタを用いれば、第１端子部材１に印加された電流が、固定されているハウジング部材６へと通電し、回転子１５を介して第２端子部材１０へと流れる構造であり、加えて、ハウジング部材６に固定された第１部材１と、第２端子部材１０には、それぞれが反発しあう極性で、磁石が取り付けられているので、回転子１５を常に一定の加重で挟み込みながら回転させることができ、例えば回転子１５や各端子部材に磨耗が生じた場合においても、寸法変化分は磁石の反発力で吸収できるので、従来技術で懸念される接触子１０３と回転側電極１０１および固定側電極１０２の組み合わせに隙間が生じることによる接触圧力の減少がない。本発明の回転電気コネクタを長期間使用しても、磁石の反発作用によって、ハウジング部材６と第２端子部材１０が回転子１５を常に一定の加重で挟み込みながら回転するため、接触圧力の減少による電気的接触抵抗の増大による不具合を引き起こす危険性を著しく低減できる。すなわち、電気的接触抵抗の安定化によって、電気めっきにおける重要な条件管理項目である電流電圧の変化を抑制し、めっき皮膜の形成をより安定的なものにすることができる。
また、従来技術のように、固定側電極１０２を複数分割し、回転側電極１０１側へ弾性的に押さえつける方法に比べ、部品点数が少なくできることから、回転電気コネクタの製造にかかるコストを抑制することができる効果も有する。同時に磁力を利用して端子部材と回転子を挟持する構造であるから、部品同士の摩擦抵抗が少なくでき、回転トルクが小さくできる効果も有する。
以上のように、本発明を用いれば、構造がシンプルであり、長期間連続使用する場合であっても、電気的接触抵抗が変化せず、安定した電流電圧を供給しながら動作することができる回転電気コネクタを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
構造がシンプルであり、長期間連続使用する場合であっても、電気的接触抵抗が変化せず、安定した電流電圧を供給しながら動作することができる回転電気コネクタが必要な場合に利用できる。
【符号の説明】
【００１０】
１    第１端子部材
２    入力側おねじ
３    第１端子部材フランジ部
４    第１磁石
５    フランジ部おねじ
６    ハウジング部材
７    めねじ
８    開口部
９    ハウジング部材溝部
１０    第２端子部材
１１    出力側おねじ
１２    第２端子部材フランジ部
１３    第２磁石
１４    第２端子部材溝部
１５    回転子
１６    回転子保持部材
１７    分割式ハウジング部材
１８    テーパー付端子部材
１９    ころ状回転子
１０１    回転側電極
１０２    固定側電極
１０３    回転接触子
【図１】
2015090848.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015090848.tif 000005
【図４】
2015090848.tif 000006
【図５】
2015090848.tif 000007