JPH0234155B2 - - Google Patents

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JPH0234155B2
JPH0234155B2 JP56178484A JP17848481A JPH0234155B2 JP H0234155 B2 JPH0234155 B2 JP H0234155B2 JP 56178484 A JP56178484 A JP 56178484A JP 17848481 A JP17848481 A JP 17848481A JP H0234155 B2 JPH0234155 B2 JP H0234155B2
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JP
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brush
slip ring
fibers
contact
gold
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Aaru Ruisu Norisu
An Sukiruzu Jiin
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Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
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Litton Systems Inc
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Publication of JPH0234155B2 publication Critical patent/JPH0234155B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/24—Laminated contacts; Wire contacts, e.g. metallic brush, carbon fibres

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Description

【発明の詳細な説明】 スリツプリング組立体は従来よく知られてい
る。かかる組立体は一般に適当なブラシ保持具内
に装着された非回転ブラシにより接触される回転
導電性リングから成る。「ブラシ」は炭素と他の
材料との複合物から成るモノリシツクな素子であ
ることが多い。炭素はリングとブラシとの間に潤
滑を与え、銀または銅のごとき他の材料は電気的
な力または信号のための流路を与える。回転リン
グと接触するブラシの表面はリングの曲率と合致
するように構成されるが、リング表面のばらつき
とブラシの平坦でない摩耗性質とがブラシとリン
グとの接触をごく少数の別々の点に制限する。
「ブラシ」はまた矩形または円筒形断面を有し
うる金属部材であつてもよい。スリツプリング業
界では、この種の単繊条部材を「ワイヤブラシ」
と呼んでいる。ワイヤブラシおよびリングに対す
る典型的な接触幾何学は米国特許第3329923号に
示されている。モノリシツクな複合のブラシの場
合にそうであるように、リングとかかるブラシと
の間の接触はごく少数の別々の点に制限されてい
る。
ブラシとリングとの間のこれらの別々の接触点
はブラシ付勢力をこれらの少数の点表面に集中せ
しめる。この力の集中の結果、これらの少数の点
上には局部化された高い圧力が生じるためブラシ
とリング表面との双方が摩耗する。その結果生じ
る摩耗屑は組立体を介する電気流路に電気的抵抗
を与える。
信号レベル電圧を伝達するために計測運転方式
において採用されるスリツプリング組立体は低い
ミリオーム・レベルでの接触抵抗変化をもつて長
期間（数年）にわたつて作動することを期待され
る。この性能を達成するには、卑金属よりも貴金
属および貴金属合金から成る単一素子ワイヤブラ
シ組立体を電気的接触帯域に用いなければならな
いことはすでに知られている。卑金属は不活性環
境内に維持されなければ酸化し、その結果生じる
半導電酸化物層が組立体を介する電気流路に電気
的抵抗を与える。より良好な電気的接触を達成す
るために高い接触力を用いて酸化物層を崩壊させ
ることはできるが、かかる接触力はきわめて高い
摩耗率を招来する。
また、経験によれば、貴金属ワイヤブラシと貴
金属リングとの間の摩擦および摩耗を低下せしめ
るには適当な潤滑剤を使用しなければならない。
これらのスリツプリング組立体を真空環境内で使
用する場合には、リングとの接点の冷間溶接を防
止するために低い蒸気圧潤滑剤が必要とされる。
非貴金属スリツプリング表面上に乗る非貴金属
繊維ブラシ（例えば銅、ニツケル、真鍮等の繊
維）から成るスリツプリング組立体に現在の研究
は向けられている。非貴金属スリツプリング構成
素子に対する酸化物層の有害な効果を防止するた
めに、組立体は不活性ガスから成る環境を必要と
する。かかる環境は作れることは作れるが、精巧
な装備なしには作れない。一例として、湿潤した
不活性ガスはスリツプリング構成素子間により大
きな導電性を生ぜしめることが確定された。これ
は空間が問題である場合や付随コストが高い場合
には非実際的であることが多い。金のスリツプリ
ング表面上を走る純金製の引伸ばされた繊維も提
案されているが、大抵の適用例に対してこの方法
はあまりにも高価すぎる。
本発明は金のスリツプリング表面と接触した多
繊条繊維ブラシから成るスリツプリングおよびブ
ラシ組立体に関する。多繊条ブラシをスリツプリ
ング表面に対して付勢する力はスリツプリング表
面と実際に物理的接触をなす多数のブラシ繊維上
に分布される。この結果、リングには各繊維によ
つてきわめて低い力が加えられる。この低い局部
化した圧力は異例に長い摩耗性を有するブラシを
与え、多繊条ブラシとスリツプリングとの間の多
数の接触点は組立体に対しより低い総合的な電気
的接触抵抗を招来する。ブラシを構成する繊条の
うちリングと接触していない残りものはリングと
接触する繊条に対して制動機構を与える。この機
構は流体力学的および／または空気的上昇ならび
に衝撃に伴う上昇またははね返りの防止により繊
条とリングとの接触を高める。これらの付加的な
繊条はまた摺動接点の近傍まで電気が流れるため
の平行な通路も与える。
リングの表面と多繊条ブラシの繊維とを初期に
金メツキすることが多くの場合有利である。リン
グ上の金は少なくとも200マイクロインチの厚さ
にメツキされるべきであり、そして繊条ブラシ上
の金の硬度より小さい硬度を有するように選択さ
れるべきである。初期の「ランイン」段階時に、
リング上の柔い方の金はリングから転移してリン
グと実際に接触しているブラシの各点においてブ
ラシ上の硬い方の金メツキ上に冷間溶接する。こ
の技法を用いて、金は摩耗するのではなくて繊維
の薄いメツキ上に転移せしめられることがわか
る。この転移が生じると、その結果生じるリング
およびブラシの金対金の界面は導電性が高く、繊
維とリング表面間の接線方向の力はきわめて低く
維持されうる。
本発明は金メツキされた繊維が金メツキされた
リング上に乗つている組立体に限定されず、非貴
金属繊維が金メツキされたリング上に乗ることに
より回転リング表面からリングと接触した非貴金
属繊維の部分へと金の転移が生じるようにした適
用例をも含むものである。非貴金属繊維上の初期
の酸化物層が回転リングにより摩耗した後、金は
それが最も臨界的に必要とされるブラシの電気的
接触帯域へと転移せしめられる。かかる配置は低
いコスト、電気的抵抗率、引張強さ、耐腐食性等
の望ましい性質を有しうる非貴金属繊維の使用を
許す。この方法をテストしたところ、１兆インチ
以上のリング行程にわたつて金メツキされた表面
上にニツケル繊維が成功裡に通され電流密度は
5000Amps／sq・in・を超えた。繊維はまた銅、
銅合金、ニツケル、ニツケル合金、他の金属、お
よびワイヤ状に形成されうる金属合金からも作り
うる。
第１図はスリツプリング表面５と接触した従来
のモノリシツクな複合ブラシ４を全体的に示す。
ブラシ４の面はリングの形状に合致するように輪
郭づけられているが、接触は２、３の別々の点６
のみに存在するだけである。これらの点６はブラ
シをリングに対して付勢する全力を受けており摩
耗領域である。
第１Ａ図は単一の金属ばね素子７から成る従来
のワイヤブラシを示す。複合ブラシ４と同様に、
該ばね素子も少数の別々の点９のみにおいてスリ
ツプリング表面８と接触している。
単一素子ブラシは緊縮抵抗によつて有意な電気
的損失を示す。緊縮抵抗は、ブラシとリングとの
間で電流を運ぶ個所の数をｎとする時、n-1/2に
比例する。単一素子ブラシにおいてはｎは１と20
の間で変化するものと見積られる。
第２図に示すごとく、本発明に係るスリツプリ
ングおよびブラシ組立体は回転スリツプリング１
２と接触した多繊条ブラシ１０から成つてよい。
該多繊条ブラシ１０はカラー１３によつて一体関
係に保持された１ないし３ミルの大きさの複数の
繊条１１から成る。カラー１３はワイヤ絶縁１４
の端部から成つてもよく、あるいは繊維１１を選
択的な形状の束状に保持するように特定的に設計
された別の素子であつてもよい。図示のごとく、
繊維１１はリング１２と接線接触をなしうるよう
にカラー１３から充分な距離だけ延びており、保
持具１５により定位置に保持されている。
リング１２の表面は平坦であつてもよいし、あ
るいは第３図に示すごとく１つ以上の溝１６を形
成されてもよい。各溝１６はリング１２の地金上
の金のメツキ１７から成つてよい。溝１６はスリ
ツプリングの表面を横切つて繊条１１が広がるの
を防止するために繊条１１を一群にまとめ、該溝
の側部はブラシ繊条１１が接触する付加的な表面
領域を呈している。
次に第４図に移ると、溝は卑金属リング２２上
に形成された金メツキ２１から成る矩形トラフ１
９の形態をなしてよいことがわかる。共通のリン
グ構体上に別々の回路を生ぜしめるべく隣り合う
トラフ１９間には絶縁スペーサ１８が設けられて
いる。
第５図に示すごとく、スリツプリングはスリツ
プリング表面２７に形成されたＶ字形溝２６から
成つてよい。第３図〜第５図に示した各実施例に
おいて、溝はそれらが用いられるブラシの繊維に
よつて実質的に満たされるような大きさになされ
ている。第３図〜第５図に示した各実施例におい
て、繊維の自由長がある臨界値以下に維持される
時にはリングの双方向回転が可能である。今日開
発されている大抵の繊維ブラシ系においては、双
方向回転は不可能である。
第２図〜第５図の繊維ブラシは単一素子ブラシ
にまさる多くの利点を提供する。別々の繊維は多
数の電流搬送個所を生ぜしめ、従つて電気抵抗を
徹底的に下げ電流密度を増大せしめる。モノリシ
ツクなブラシにおいては、最大電流密度は平方イ
ンチ当り600アンペアであるが、繊維ブラシでは
平方インチ当り20000アンペアの電流密度を実現
できる。
個々のブラシ繊維はその弾性および可撓性の故
にリング表面の凹凸に適合しうる。リングと実際
に接触する繊維はブラシを構成する他の繊維によ
り付勢される。そしてこれらの性質はブラシがリ
ング表面上の高い個所を高いリング速度で打つ時
に生じるブラシはね返りを大幅に低下せしめる。
ブラシはね返りが大幅に低下せしめられること
および接触部材間のきわめて低い力の故に潤滑の
必要が最小に抑えられることのために繊維ブラシ
接触系はきわめて高いリング速度と共に作動せし
められることが可能となる。現在までのテスト
は、環境中の偶然の潤滑剤、即ち、炭化水素その
他の空気で運ばれるガス状の汚染物が繊維ブラシ
接触組立体が50時間を超える期間にわたつて
30000RPMの速度で作動されるように適切な潤滑
を与えることを示している。
タービンエンジンの回転部分上の温度等のパラ
メータを監視するために計測運転方式において用
いられるスリツプリング組立体は10000ないし
60000RPMの速度で作動することを要求される。
これらの方式においては、接点とリングとの摩擦
により発生する熱を除去するためにスリツプリン
グ全体を通じて循環せしめられるフレオンTF
および油の混合体を冷却するための補助装置が必
要とされる。高速用に設計された従来のスリツプ
リング組立体においては、単一素子ワイヤブラシ
と回転リングとの間の力は典型的には20グラムで
ある。この力は低いミリオーム・レベルでの電気
的ノイズを回転リングで達成しうるように繊維ブ
ラシの繊維をリングに対して保持するに要する力
よりも２桁以上の大きさだけ大きいものである。
従つて、高速用に設計されたかかる繊維ブラシ接
触組立体は飛行中のエンジン上に計測運転方式を
採用することを可能とするが、従来の方式は必要
とされる補助冷却装置の容積の故に地上作動に制
限されている。
複数の繊維は繊維１本当りの最小圧力をもつて
最大の総合的ブラシ接触を可能とする。繊維ブラ
シでは1.4兆インチのリング行程のブラシ寿命が
期待できるが、モノリシツクなブラシは一般に１
千万インチのリング行程を超えることができな
い。繊維ブラシは同様な適用例において従来のブ
ラシを付勢する力よりも２桁の大きさだけ小さな
力でもつてスリツプリング表面に対して付勢され
うるから、両表面間の摩擦を低下せしめるに必要
な潤滑の必要は無くなる。潤滑剤によつて生じる
フイルム抵抗は除去され、１つの繊維ブラシに対
する別々の電流搬送個所の数は50から10000まで
変化しうるから、緊縮抵抗は最小である。
繊維ブラシ系を成功裡に用いるために必要とさ
れる低い力は真空適用例における技術的問題を解
消する。典型的には、単一素子ワイヤブラシを真
空環境中でスリツプリングに対して付勢するに用
いられる力は潤滑剤が使用されない場合にブラシ
をリングに対して冷間溶接するに充分なものであ
る。粘性、蒸気圧力、化学的安定性および広い温
度範囲にわたつての系との化学的両立性といつた
必要条件のすべてを満たす接触潤滑剤を見いだす
ことは手に負えない仕事である。本発明の繊維ブ
ラシを用いて、金メツキされた繊維、ニツケル繊
維および銅銀合金の繊維を２×10-7torrの最低真
空中で1500時間を超えて（これらの時間のうち
500時間は６×10-8torrで）金メツキされたリン
グ上に潤滑剤なしに且つ冷間溶接の形跡なしに成
功裡に通した。
第６図に示すごとく、繊維ブラシ自体は１束の
ベース繊条２４上の金メツキ２３から成つてよ
い。この束はカラー２５によつて一体関係に維持
されベース繊条２４は複数の材料で形成してよい
が好ましくはベリリウム銅、銅、ニツケルまたは
リン青銅等の導電性金属である。実際には２ない
し３ミルの大きさの繊条を用いたが、所望に応じ
て他の大きさを用いてもよい。
第７図に示すごとく、高電流搬送容量ブラシは
繊条の先端がリングと接触するようにリング表面
３３に接触すべく保持具３２により形作られた複
数の繊条３１から成つてよい。かかる配置によれ
ば、繊条がリングに正接する場合よりも多数の繊
条３１がリング３３に接触することになる。実際
には、１つの繊維ブラシ内の繊維の数は50と
10000の間で変化しうる。第７図に示した構成に
おいては、ブラシを構成する繊維のうちのきわめ
て高いパーセンテイジが実際にリングと接触す
る。かかる構成を用いて、ブラシ表面積の平方イ
ンチ当り20000アンペアをリングまたはブラシに
対してなんら有害な効果なしに回転リングに伝え
ることができる。本発明の構成を要約すると以下
の通りになる。
本発明によるスリツプリング−ブラシ組立体
は、静止導体と回転軸との間に電気的エネルギを
伝達するためのものであつて、回転軸上の金メツ
キされたスリツプリング表面と、該金メツキされ
たスリツプリング表面と接触し前記静止導体とに
結合された繊維ブラシと、該繊維ブラシを前記金
メツキされたスリツプリングと接触状態に維持す
るためのブラシ保持具とから成り、該ブラシ保持
具は前記ブラシをスリツプリング表面に対して付
勢するスリツプリングおよびブラシ組立体におい
て、ブラシの繊維は各々直径が１ないし３ミルで
20本と、10000本の間の束の中に該束上に繊維端
から離隔した点において位置するカラーによつて
維持され、前記金メツキされたスリツプリング表
面はブラシ繊維の硬度よりも低い硬度を有するこ
とにより使用時に金は金メツキされたスリツプリ
ング表面からスリツプリングと実際に接触した繊
維の部位へと転移し、これによりスリツプリング
およびブラシ組立体は少なくとも２千万インチの
リング工程に耐え、且つリングとブラシ間に潤滑
なしに平方インチ当り7000アンペアを超える電流
を伝えることができる。
一実施例では、更に、ブラシ繊維は銅、ベリリ
ウム銅、ニツケルおよびリン青銅から成る群から
選択された材料から成る。
別の実施例では、更に、ブラシ繊維はスリツプ
リング表面上の金の硬度よりも大きな硬度を有す
る金でメツキされている。
別の実施例では、更に、ブラシ保持具はブラシ
繊維の端部をスリツプリング表面と接触状態に位
置せしめることにより、ブラシ繊維の約75％がス
リツプリング表面と接触してより大きな量の電気
的エネルギの伝達を許す。
別の実施例では、更に、ブラシ繊維はスリツプ
リング表面と正接接触し繊維端はスリツプリング
表面に上位する。
別の実施例では、更に、前記金メツキされたス
リツプリング表面は各繊維ブラシごとに１つずつ
の複数の溝から成り、これにより繊維ブラシの繊
維は前記溝により収容され該溝の側部と接触して
スリツプリングとのより大きな表面積接触を生じ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図および第１Ａ図は従来のブラシを示す
図、第２図はスリツプリングと正切接触する繊維
ブラシを示す図、第３図は第２図の３−３線に沿
つて見た図、第４図〜第５図は別の形状のスリツ
プリング溝内の繊維ブラシを示す図、第６図はメ
ツキされた繊維から成る繊維ブラシの端面図、第
７図はスリツプリングと繊維端接触した繊維ブラ
シを示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１１……繊維ブラ
シ、１２……スリツプリング、１５……ブラシ保
持具、１７……金メツキされたスリツプリング表
面、１９，２１……溝。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 静止導体と回転軸との間に電気的エネルギを
    伝達するためのものであつて、回転軸上の金メツ
    キされたスリツプリング表面と、該金メツキされ
    たスリツプリング表面と接触し前記静止導体とに
    結合された繊維ブラシと、該繊維ブラシを前記金
    メツキされたスリツプリングと接触状態に維持す
    るためのブラシ保持具とから成り、該ブラシ保持
    具は前記ブラシをスリツプリング表面に対して付
    勢するスリツプリングおよびブラシ組立体におい
    て、ブラシの繊維は各々直径が１ないし３ミルで
    20本と、10000本の間の繊維の束の中に該束上に
    繊維端から離隔した点において位置するカラーに
    よつて維持され、前記金メツキされたスリツプリ
    ング表面はブラシ繊維の硬度よりも低い硬度を有
    することにより使用時に金は金メツキされたスリ
    ツプリング表面からスリツプリングと実際に接触
    した繊維の部位へと転移し、これによりスリツプ
    リングおよびブラシ組立体は少なくとも２千万イ
    ンチのリング工程に耐え、且つリングとブラシ間
    に潤滑なしに平方インチ当り7000アンペアを超え
    る電流を伝えることができることを特徴とするス
    リツプリング−ブラシ組立体。 ２ 特許請求の範囲第１項において、更に、ブラ
    シ繊維は銅、ベリリウム銅、ニツケルおよびリン
    青銅から成る群から選択された材料から成ること
    を特徴とするスリツプリング−ブラシ組立体。 ３ 特許請求の範囲第２項において、更に、ブラ
    シ繊維はスリツプリング表面上の金の硬度よりも
    大きな硬度を有する金でメツキされていることを
    特徴とするスリツプリング−ブラシ組立体。 ４ 特許請求の範囲第１項において、更に、ブラ
    シ保持具はブラシ繊維の端部をスリツプリング表
    面と接触状態に位置せしめることにより、ブラシ
    繊維の約75％がスリツプリング表面と接触してよ
    り大きな量の電気的エネルギの伝達を許すことを
    特徴とするスリツプリング−ブラシ組立体。 ５ 特許請求の範囲第１項において、更に、ブラ
    シ繊維はスリツプリング表面と正接接触し繊維端
    はスリツプリング表面に上位することを特徴とす
    るスリツプリング−ブラシ組立体。 ６ 特許請求の範囲第１項において、更に、前記
    金メツキされたスリツプリング表面は各繊維ブラ
    シごとに１つずつの複数の溝から成り、これによ
    り繊維ブラシの繊維は前記溝により収容され該溝
    の側部と接触してスリツプリングとのより大きな
    表面積接触を生じることを特徴とするスリツプリ
    ング−ブラシ組立体。
JP56178484A 1980-12-15 1981-11-09 Slip ring brush assembly Granted JPS57113570A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/216,133 US4398113A (en) 1980-12-15 1980-12-15 Fiber brush slip ring assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57113570A JPS57113570A (en) 1982-07-15
JPH0234155B2 true JPH0234155B2 (ja) 1990-08-01

Family

ID=22805838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56178484A Granted JPS57113570A (en) 1980-12-15 1981-11-09 Slip ring brush assembly

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4398113A (ja)
EP (1) EP0054380B1 (ja)
JP (1) JPS57113570A (ja)
CA (1) CA1164035A (ja)
DE (1) DE3170344D1 (ja)

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