JPS6261886B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にスリツプリングの分類に含ま
れる相対的に回動可能な２つの部材の間に電流を
伝達する装置の改良に、より詳細には、感知計器
の固定子部材と回転子部材例えばジヤイロ計器の
相対回動可能なジンバル部材の間に実質的に零の
摩擦および結合トルクで持続的に電流を伝達する
ための改良された装置に関する。本発明による電
流伝達装置（電気接触組立体）は、相対回動可能
な２つの部材上の同心的に且つ同一平面内に位置
され半径方向に隔置された導体リングの特定形状
の接触面の間において所定の予荷重値に圧縮され
た弾性繊条導体ループを使用する。導体ループは
振動―衝撃性の環境において導体リングの間の不
整列あるいは導体ループの移動が生じた際に相対
回動中に上記接触面上に自己捕捉されてその上を
転動し、相対回動可能な両部材の間には実質的に
零に等しいトルクが生ずる。

転動型の電気接触組立体は一般的に新規ではな
く、従来のスリツプリング―ブラシ組立体に代る
ものとしてこれまでにも提案されている。この種
の装置は例えば米国特許第2467758号および同第
3259727号に記載されている。本出願人の知る限
りではこれらの米国特許に開示された装置が一般
的に産業界特にジヤイロ計器のような精密感知計
器のメーカーによつて実用化されたことはない。
その理由はおそらくはこれらの米国特許に開示さ
れた接触組立体の形態がそのような用途について
実用化するには不適当であつたことにある。

ジヤイロ技術者にとつては周知のように、ジヤ
イロ装置の相対回動可能なジンバル軸を横切つて
電力および電気信号を伝達するためには、スリツ
プリングとブラシ支持ブロツクにより支持したブ
ラシとが長年用いられていた。この方式は本体に
おいて満足すべきものであつたが、製作および使
用について問題があり、修理およびオーバーホー
ルのため頻繁にブラシあるいはスリツプリングを
交換する必要があつた。即ちスリツプリング―ブ
ラシ組立体は非常に繊細で、取付け時の高度の熟
練と、振動―衝撃環境の下での最小のすべり摩擦
に見合う予負荷ないし予荷重を達成するための手
間のかかる調節作業とを必要とする。また組立体
はジヤイロ計器の修理あるいはオーバーホール中
に通常露呈されているため、取扱い中に損傷を受
ける。特に航空機に搭載したジヤイロ計器は振動
環境において作動し、ブラシとスリツプリングと
の間にすべり摩擦が存在するので、摩擦ポリマー
が生成し、それにより短絡あるいは開路を生じさ
せるため、時間と労力を要する清浄あるいは交換
のための非常に困難な取除き作業が必要になる。
一層重大なことは、ジヤイロ変位信号の微分によ
つて変位ジヤイロから航空機の機体レートを導出
する自動操縦装置においては、スリツプリングー
ブラシ組立体の特有のノイズが増幅され、レート
信号が望ましくないノイズを含むようになること
である。そのため高度の波が必要となり、レー
ト信号の品質を低下させる。更に例えばデジタル
エンコーダにおいても従来のスリツプリングは有
害なデジタルノイズを発生させる。その上にスリ
ツプリング―ブラシ組立体は、ジヤイロ技術者に
とつて周知のように、近代的な電動式ジヤイロ装
置において必要とされる通常はかなり多くの数の
スリツプリングおよびブラシにより生ずる比較的
大きな摩擦によるトルクのため、ジヤイロ装置の
長周期精度を低下させる。

上述のことに留意して、感知計器の比較的多数
の相対回動部材例えばジヤイロ装置の２つのジン
バル軸の間に電流を伝達する接触組立体装置にと
つて所望の特性は、摩擦および結合トルクが実質
的に零であること、衝撃―振動性の環境において
も持続的に電流が伝達されること、使用寿命が長
いこと、製造費および組立て費が廉価なこと、お
よび振動性すべり接触がないことにより摩擦ポリ
マーが生成しないことである。

上述の米国特許に開示された転動型の装置は、
用途によつては適当であり得るとしても、２つの
相対回動部材の間に自己拘束力ないし自己保持力
を生じさせ且つ摩擦および結合トルクを小さくす
る必要のある感知計置においては不適当である。
即ち米国特許第2467758号においては交流電動機
のスリツプリングおよび電気スイツチポテンシヨ
メータあるいは可変抵抗として使用されるローラ
バンド導体が開示されている。どんな場合にも１
つの接触部材は機械的動力源により駆動されるか
ら、米国特許第2467758号の出願人により意図あ
るいは示唆されたすべての用途においては、ロー
ラバンド自体およびその保持機構により生ずる摩
擦あるいは結合トルクは明瞭に設計上の考慮事項
ではなかつたものと思われる。感知型計器例えば
ジヤイロ計器のような用途において、電気的接触
組立体による摩擦は、支持される部材上に望まし
くないトルクおよびそれによる望ましくないドリ
フトあるいはプリセツシヨンを生じさせ、正確な
長周期基準としてのジヤイロ装置の有効性を低下
させる。また同米国特許においてローラバンドは
両方の導体リングの間の軌道経路上に自己捕捉な
いし自己保持されてなく、保持フランジまたはピ
ン―ピン孔型の保持装置を必要とする。このよう
なフランジやピン―ピン孔型の保持装置は、摩擦
トルクが高いことと、ローラーバンドが回転時に
フランジあるいはピン―ピン孔面に接触あるいは
摺接することにより生ずる可変結合トルクとのた
め、多くの用途にとつて不向きである。多くの回
路が包含される場合にはこの可変の大トルクは対
応的に増大するので、上述の保持装置は低トルク
用途には全く不適当である。また同米国特許にお
いてループの自由直径と内側および外側の導体部
材の間の半径方向距離との比は相当大きいため、
半径方向空隙中に圧縮された時にループが相当に
ゆがみ、結合トルクヒステリシスおよび金属素材
の早期の疲労および破壊を生ずる。更にこのゆが
みにより座屈と不均衡なトルクとが生ずる。組立
てたループが相当にゆがんでいると、実質的に零
の結合トルクが望ましく且つ必要とされる用途に
使用するには不適当になる。

米国特許第3259727号には米国特許第2467758号
に比較して電流伝達特性が改善された可撓性の転
動要素を使用する形式の電流伝達装置が開示され
ている。この伝達特性の改善は、相対回転部材上
の導体リングを深いＶ字形とし、それにより転動
接触要素がＶ字形の凹部にウエツジ状に入りこ
み、払拭作用を提供し、良好な電気接触を確保す
ることによつて実現される。米国特許第3259727
号に用いられている小径のバネは、それ自身に閉
合させて円環体を形成する。円環体の直径はＶ字
形の凹部の間の半径方向距離に比べて非常に大き
いため、組立てた円環体は大きくゆがみ、傾斜の
急なＶ字形の壁部にウエツジ状に係合し、高トル
ク結合を生ずる。変形実施例として開示された平
らなバンドも円環体と同様にＶ字形の壁部にウエ
ツジ状に係合する。従つてこの米国特許に記載さ
れた電流伝達装置も、転動要素がＸ字形の凹部に
出入りする時の実質的な払拭摩擦あるいは摺接摩
擦のため、実質的に零の摩擦および結合トルクが
接触装置により被支持回転部材に及ぼされること
を必要とする用途にとつては不適当である。

このように上記２つの米国特許は低摩擦および
結合トルクを示す転動接触組立体を提案したもの
ではなく、更に２つの導体リングの間の半径方向
空隙に導体ループを取付ける方法および装置を開
示したものでもない。

従つて本発明の目的は、１対の同軸的且つ同心
的で相対回転可能な部材の間に電力および（また
は）電気信号を伝達するための電気接触組立体を
改良し、相対回転部材の間に電気接触組立体によ
つて実質的に零の摩擦および結合トルクが与えら
れて、有効で且つ信頼性のある電気エネルギーの
伝達が行なわれるようにするにある。本発明によ
る電気接触組立体は大体において、比較的浅い凹
面状の電導面をもつ内側円形導体と、該内側円形
導体と同一平面にあり且つそれと同心的に配装さ
れ、好ましくは同様の凹面状の電導面を有する外
側円形導体とから成つている。２つの円形導体の
相対直径はその間に半径方向のスペースあるいは
空隙を形成する。大体平たんな外面を有する繊条
状の導体ループは、円形導体の凹面状の電導面の
間の半径方向空隙中に配設されている。導体ルー
プの自由直径と円形導体の表面の間の半径方向距
離との比および導体ループの厚さ、その弾性係数
ならびに降伏強さは、空隙中に取付けた時のルー
プが所定の予荷重を与え、それによつて導体ルー
プと円形導体の凹面状の電導面との連続した余剰
性のある表面接触が保たれるように定められる。
また導体ループは組立てられた時に円形導体の電
導面上を転動して、円形導体が相対的に回転する
時実質的に零の摩擦および結合トルクで自己捕捉
されるようにする。その自己捕捉作用は、導体ル
ープの歪みがその降伏歪みを超過しない限り、予
荷重の大きさと無関係に、各々の導体ループの半
部分に生ずる曲げモーメントの固有の補償作用に
よつて行なわれる。

本発明の別の目的は、衝撃あるいは振動性の環
境において作動するようにされ、捕捉機構により
感知型計器に摩擦および結合トルクを与えること
なく導体ループが自己捕捉されて電気的連続性を
保つように円形導体の凹面状の電導面の深さが定
められている電気接触組立体を提供することにあ
る。

本発明の更に別の目的は、感知型計器に摩擦お
よび結合トルクを与えることなく、導体ループと
導体リングとの間の角度的あるいは軸方向の不整
列が存在している状態の下に電流伝達要素が自己
整列されるような電気接触組立体を提供すること
にある。

本発明の更に別の目的は、２つの凹面状の電導
面の半径が半径方向の空隙の半分以下であること
と、装入された導体ループの長軸と短軸とがほぼ
等しいこととによつて、２つの電導面の通常の軸
方向および半径方向の不整列が自動的に補償され
るような電気接触組立体を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、使用寿命および持続
的な結合トルクにとつて有害な導体ループの変
形、歪みあるいは損傷なしに導体ループを内側お
よび外側の円形導体の凹面の肩部中に組立てるた
めの組立て方法およびそのための装置を提供する
ことにある。

次に図面に示した実施例について一層詳細に説
明する。

本発明は第１Ａ図に概略的に示した検出装置に
おいて特に有用であるが、相対的に回動可能な部
材の間の低トルクの電気的接触が所望されるどん
な他の装置においても同様に有用である。第１Ａ
図に示した検出装置は通常垂直の軸１３の回りに
高速で回転するようにロータケース１２中に適当
な図示しないスピン軸受を介して支承したロータ
ケース１２を有する。ロータケース１２は第１の
通常は水平の軸１５の回りに回転するように通常
は水平のジンバルリング１４中に支承され、ジン
バルリング１４は第１の水平の軸１５と直角の第
２の水平の軸１７の回りに回転するように固定ハ
ウジング１６中に支承されている。周知のよう
に、回転子１１が高速で回転（スピン運動）し、
ロータケース１２およびジンバルリング１４を支
持する軸受および導電手段が零トルク結合を示す
と、回転子１１のスピン軸は空間中で不定的にそ
の位置を保持する。軸１５，１７（ジンバル軸）
には通常は信号発生器１８，１９が設置してあ
り、ハウジング１６（例えば航空機）の水平面か
らの偏向に比例する信号が生成され、航空機の操
縦ないし表示用に用いられる。ロータケース１２
とジンバルリング１４とを無摩擦で支持すること
は不可能なので、回転子１１を重力基準に対して
直立させるために、またその他の目的のために、
ロータケース２とジンバルリング１４とにトルク
を与える必要がある。このトルクはトルカ２０，
２１によつて与えられる。通常はロータケース１
２は精密ボールベアリング２２（第１図参照）に
よつて軸１５，１７の回りに回動するように支持
される。近代的なジヤイロは通常電気式である
（即ち回転子１２は電動機で駆動され、信号発生
器１８，１９およびトルカ２０，２１は通常は電
気式である）ため、ハウジング１６と相対回動可
能なジンバルリング１４との間およびジンバルリ
ング１４と相対回動可能なロータケース１２との
間に電力および電気信号を伝達する手段を講じな
ければならない。従来はこの電気的エネルギーの
伝達は軸受支持構造から延長するトラニオン軸に
取付けた複数の絶縁スリツプリングおよび該軸受
支持構造物に固定したブラシ支持ブロツクに固定
した複数の対応するブラシにより行なつていた。
各々のブラシはスリツプリングの両側と圧力下に
接触（即ち摩擦接触）するように注意深く曲げた
１対の非常に細い弾性線材により通常構成され
る。通常はジヤイロの作動に関連した非常に多く
の回路が存在するため、それに対応して非常に多
くのスリツプリングおよびブラシを設けなければ
ならなくなり、摩擦トルクを倍化する。ジヤイロ
のスピン軸は周知のように軸１５，１７（ジンバ
ル軸）に存在する摩擦トルクによつて実質的に決
定される速度でその基準位置からドリフトする傾
向を示す。精密ボールベアリングはある程度自由
ジヤイロのドリフト速度に寄与するが、最も多く
寄与するのはスリツプリングおよびブラシであ
る。上述の電気エネルギー伝達装置が寄与する結
合トルクを実質的に零にすることができればジヤ
イロの品質が実質的に改善される。このことは本
発明の１つの目的である。また多くのジヤイロが
乗りものの安定用および制御用に用いられている
ため、それらのジヤイロは乗りものの衝撃および
振動環境の影響を受ける。かような環境において
はブラシはスリツプリングの表面上でスリツプす
る傾向を示し、その結果として接触面上に摩擦ポ
リマーが生成し、時間の経過と共にブラシがスリ
ツプリングからもち上げられて開路状態を生じさ
せる。その場合ジヤイロを取出して修理する必要
が生じ、ジヤイロの保安コストを増大させる。

本発明の別の目的は、この摩擦ポリマーの問題
のない電流伝達装置の提供にある。上述したよう
にブラシおよびスリツプリングは非常に繊細で、
最初の取付けに最大の注意を要するため、製造お
よび保安コストを増大させる。また露呈された繊
細なブラシを傷付けないように、組立てた機器の
取扱いに最大の注意を払わなければならない。本
発明の更に別の目的は、比較的組立て易くしかも
完全に保護され遮蔽された電気エネルギー伝達装
置の提供である。

第１Ａ図のジヤイロの部分拡大図である第１図
には、ジンバルリング１４とハウジング１６との
間の支持装置に関連した電気エネルギー伝達装置
が断面図として図示されている。ジヤイロのハウ
ジング１６（固定）は、ジンバルリング１４のト
ラニオン２５を介してジンバルリング１４を精密
ボールベアリング２２中において軸１７の回りに
回転するように支持している。トラニオン２５は
中空であり、本発明の電気接触組立体からの導線
の通路を提供する。トラニオン５の延長部２８は
軸１７に沿つて後述する本発明の内側円形導体の
ための取付け構造を提供する。１対の締付けナツ
ト２９，２９′はハウジング１６および延長部２
８中にそれぞれネジ込まれており、ボールベアリ
ング２２を所定位置に締付けるために用いられ
る。

本発明による電気接触組立体３０はハウジング
１６とジンバルリング１４との間に、実質的に零
の摩擦およびジヤイロジンバルに与えられる結合
トルクの下に電力ないし複数の電気信号を伝達す
る役目をする。電気接触組立体３０は一般に、後
述するアダプタ板２４によりハウジング１６の外
側端面に例えばネジ２７，２７′により固着した
取付けフランジ２６を有する好まくは成形合成絶
縁材料製の外側円筒形ハウジング３１を有する。
導体リング３３を適正に整列させるためのシムを
必要に応じて付加してもよい。ハウジング３１の
内面に沿つて複数の凹形の円形導体リング（外側
導体リング）３３が配設されている。各々の外側
導体リング３３は、第４図に詳示するように、こ
の種の用途に普通に用いられる金合金であつてよ
く、ハウジング３１の凹面３３′上に電着され、
外部回路接続を形成するようにハウジング３１に
成形した対応の電気端子柱３４に電気めつき法に
より電気的に接続されている。やはり成形合成絶
縁材料製の内側円筒部材３６は例えばエポキシセ
メントによつて延長部２８中に取付けられてい
る。対応する複数の凹形の円形導体リング（内側
導体リング）３８は円筒形部材３６の外面３７に
沿つて均等に配分された状態で配装されている。
各々の内側導体リング３８は円筒部材３６の対応
の凹面３８′上に電着された好ましくは金製リン
グであり、ジンバルリング１４により支持された
電気素子との回路接続を提供するように、円筒部
材３６に成形した対応する電気端子あるいは導線
３９に電気的に接続されている。各々の内側導体
リング３８はハウジング３１の対応する外側導体
リング３３と正確に整列するように円筒形部材３
６上に位置されていて、複数の導体リング組３
３，３８を形成している。すべての導体リング組
３３，３８は機械的公差範囲内で、また必要によ
りアダプタ板２４とハウジング１６との間にシム
を挿入することによつて同心的且つ同一面内に保
持されている。導体リング組３３，３８の相対直
径即ちハウジング内面３２の内径および外面３７
の外径は、その間に比較的大きな半径方向のスペ
ースないし空隙４１が形成されるように選定され
ている。電気接触組立体３０を塵埃その他の汚染
物から封止して取扱い中の保護を提供するため、
弾性突片４４により「ハブ・キヤツプ」状にハウ
ジング３１に固定した合成材料製保護カバー４３
を配設してもよい。

本発明によれば半径方向空隙４１中には対応す
る複数の連続した電導性の繊条弾性ループ４２が
配設されている。１つの導体リング組３３，３８
について１個の弾性の導体ループ４２が配設され
ており、それらの弾性の導体ループ４２の大体平
たんな外面が同心状のリング３３，３８の電導性
の凹面と接触してその上を転動し、端子柱３４と
ジンバルリング１４上の電気素子とが導体３９に
よつて電気的に連続して接続される。導体リング
面および導体ループ４２の特性を臨界的な設計パ
ラメータについては後述するが、このような設計
パラメータの選定を支配する第一義的な留意は、
導体ループ４２―導体リング３３，３８の界面に
よつてジンバルリング１４上に付与されるトルク
を最小とし、過大な結合トルクに寄与することな
く衝撃および振動環境において導体ループ４２―
導体リング３３，３８界面の間の保持能力を最大
とし、導体ループ４２―導体リング３３，３８の
界面の電流伝達能力を最大とし、電気接触組立体
の信頼性および寿命を最大とすることである。

第２図の端面図からわかるように、電気接触組
立体３０の導体ループ４２は、ある作動時間の経
過後には、半径方向空隙４１の内部に通常はラン
ダムに配列される。繊細な導体ループ４２および
導体リング３３，３８は、第１図と第２図からわ
かるように、ハウジング３１の内部に位置してい
るため、感知型計器（ジヤイロ）の普通の取扱い
時に偶発的に接触するように外部に露呈されるこ
とはない。

第４図の拡大端面図には２個の導体リング４２
と外側導体リング３３の界面の状態が図示してあ
る。図示の２つの界面は実質的に同一であつてよ
い。導体リング３３の凹面は導体ループ４２の自
己捕捉および保持能力を提供する。凹面の深さは
後述するようにジヤイロの衝撃および振動環境の
苛酷さに従つて選定できる。用途によつてはただ
１個の導体リング３３を環境の苛酷さに従つて凹
面状に形成してよい。凹面３３′を所望の半径お
よび深さに機械切削その他により形成した後、凹
面３３′を適当にマスクし、金合金を所望の厚さ
（例えば0.0000000032mm）に電着する。端子柱３
４はハウジング３１中に成形し、凹面３３′の機
械加工によつて露呈させてあるため、その上にも
金合金が付着し、導体リング３３の外部電気接続
が形成される。別の方法として望みの際には別個
の銅リングを合成材料製のハウジング３１中に成
形して所望の凹面状とした後、ニツケルおよび金
または他の適当な組合わせ材料を次々にその上に
フラツシユ蒸着して凹面の導体リング３３を形成
してもよい。導体ループ４２は図示のように金め
つきすると電気接触組立体の電導特性が改善され
る。

本発明による電気接触組立体３０のループ保持
特性は組立て時にひずみを生ずることなく広範囲
の振動―衝撃環境に容易に適合させることができ
る。一例として電気接触組立体を組込んだジヤイ
ロ計器をおだやかな環境において作動させる際に
は凹面３３′の深さは第４図に小さな円弧の長と
して示した破線のように減少させてよいが、振動
―衝撃環境が苛酷であれば、ループ４２の脱落を
防止するため、凹面３３′の深さ従つて円弧の長
さを増大することが必要となり得る。しかしどち
らの場合にも曲率は比較的浅いことに注意すべき
である。実線は航空機用ジヤイロの用途において
期待され得る典型的なおだやかな衝撃および振動
環境を表わしている。一例として、航空機に搭載
されるジヤイロの場合、凹面３３′の半径は
0.025″（約0.06mm）、その深さは直径0.19″（約4.8
mm）、厚み0.02″（約0.5mm）、予荷重0.02lb（約９
ｇ）のニツケル合金製の導体ループ４２の場合
0.008″（約0.2mm）であり、その場合0.2ｇ^２／Hz
のランダムな振動を受けた時にどのループ４２も
脱落しなかつた。

以上に説明した感知計器例えばジヤイロ計器に
おいては電気接触組立体３０は多くの場合小形で
あるが、用途によつては電気接触組立体３０のサ
イズをかなり大きくし且つ組立体の自己捕捉能力
を確保することが望まれる。従つて導体リング３
３の凹面の幾何学的形状、導体ループ４２の大き
さおよび半径方向空隙はいろいろの用途に適合す
るように第４Ａ図に示すように一般化することが
できる。一般に凹部３３′の曲率半径Ｒ_Gは半径方
向空隙４１の大きさの1/2に等しいかまたはそれ
以下とすべきである。

即ち Ｒ_G≦１／２（Ｒ_O−Ｒ_I） (1) ここにＲ_Oは以下に定義する外側導体リング３３
と導体ループ４２との接触点の半径、Ｒ_Iは以下
に定義する内側導体リング３８と導体ループ４２
との接触点の半径である。

Ｒ_OおよびＲ_Iの大きさは次のように凹部３３′
の半径および導体ループ４２の幅の複素関数であ
る。

Ｒ_O＝Ｒ_IG＋Ｒ_G〔１−cos（tan^-1０．５ｗ／Ｒ_Ｇ）〕(2
) Ｒ_I＝Ｒ_OG−Ｒ_G〔１−cos（tan^-1０．５ｗ／Ｒ_Ｇ）〕(3
) ここにＲ_IGは軸１７から内側導体リング３８のた
めの凹部３８′の底面までの半径、Ｒ_OGは軸１７
から外側導体リング３３の底面までの半径、Ｗは
導体ループ４２の幅である。

更に導体ループ―リング界面によつて生ずる軸
方向復元力即ち自己捕捉力Ｆ_ARは、 （Ｒ_Ｏ−Ｒ_Ｉ／２Ｒ_Ｇ）＞１の場合 Ｆ_AR＝（Ｒ_Ｏ−Ｒ_Ｉ／２Ｒ_Ｇ） (4) 次に導体ループ４２の設計については、上述し
たように、半径方向空隙４１中に組込んだ時の導
体ループ４２の自由直径は導体リング３３，３８
の間の半径方向の空所より大きく、その自由直径
対半径方向空所の比によつて導体ループ４２の予
荷重が定まる。この比の値はジンバルリング１４
とハウジング１６との間の相対回転時に導体ルー
プ４２と導体リング面（複数）との純粋なころが
り接触従つてそれらの間の実質的に無摩擦の接触
が生ずるように選定される。この規準は第９図に
示す通りであり、導体リング３３，３８との純粋
なころがり接触が保持されるように導体ループ４
２の特性を選定する。後述するように導体ループ
４２の表面がリング３３，３８の表面と接触して
点接触を行なうには導体ループ４２の直径は理論
上は半径方向空隙４１の大きさと正確に等しくな
ければならない（第９図の漸近線参照）。このこ
とはもちろん特に衝撃―振動環境においては実際
的でない。従つて後述するように理論的なループ
特性と実際のループ特性との間の妥協が必要とな
る。導体ループ４２の自由直径を最大限定より大
きくした場合、導体リング３３，３８の間に導体
ループ４２を組立てた時に導体ループ４２が著し
く変形し、その結果として導体ループ面が導体リ
ング３３，３８の表面と均等に接触しなくなり、
導体ループ端の中間の導体ループ表面部分は座屈
を受けるかまたはリング表面から浮上がり、第９
図の最上方の図に示したように導体ループ面に沿
う４か所で積極的な導体ループ接触が生ずる。こ
のことは幾何学的には導体ループ４２と導体リン
グ３３，３８との間に真のころがり接触がなく、
界面でのすべりが生じて摩擦トルクが発生するこ
とを意味する。この「じん蔵」形あるいは「ジエ
リービーンズ」形は導体ループ４２に過大なひず
みを与えて材料の疲労および導体ループ４２の破
壊を比較的わずかな数の回転の後に生じさせ、使
用寿命を許容できないほど短くする。更に重大な
ことは、組立て後の導体ループ４２の「じん蔵」
形あるいは「ジエリービーンズ」形の形状は回転
部材の回転時に導体ループ４２に補償されない曲
げモーメントを生じさせ結合トルクを増大させる
点である。これは空隙４１の回りの導体ループ４
２の角度位置に対するトルク感度と呼ぶことがで
きる。

本発明の多くの用途特にジヤイロ計器について
の用途において導体リング３３，３８の間の完全
な連続した同心度は、ボールベアリング２２の特
性、機械切削の公差、計器の環境によつて生ずる
コンプライアンスなどのため実現できない。その
ためかかる不整状態について所望の予荷重が最大
偏心空隙位置において提供されるように導体ルー
プ４２の直径を選定する。そのことは最小偏心空
隙位置において導体ループ４２の予荷重が所望値
より大になることを意味する。導体ループ４２の
自由直径が大きすぎるとその両端部の半径は相等
しくなく、導体ループ４２によつて回転部材に結
合トルクが生ずる。このことは第９図の最上方の
図に「じん蔵」形の導体ループ４２の破線位置に
より示してある。従つて望ましい導体ループ４２
の自由直径は、導体リング３３，３８が正確に同
心状でなくなるような作動中にも導体ループ４２
の両端の半径がほぼ等しくなるような値である。

座屈のない所望の導体ループ―導体リング接触
予荷重を得るには、多くの相関された導体ループ
パラメータを考察しなければならない。一般に空
隙４１の半径方向の大きさ（Ｒ_O−Ｒ_I）と導体ル
ープ４２の軸方向幅Ｗは接触組立体３０の所望の
基本設計サイズにより定められている。一例とし
て半径方向空隙４１の大きさは約0.2″（約5.1
mm、軸方向幅Ｗは約0.02″（約0.51mm）である。
第２にループ素材が選定される。この選定は耐変
形性（これには材料の弾性係数を大きくする必要
がある）または破断せずに変形し得る能力（これ
には材料の降伏ひずみを高くすることが要求され
る）を含むいくつかの要件に基づいて行なわれ
る。好適な材料の一例は弾性係数が30×10⁶で降
伏ひずみが200000psi（約14000Kg／cm²）の95％ニ
ツケル合金である。この合金は米国カリホルニア
州のメツクメタルズ社から販売されている。上述
の各パラメータを一定とすると、定めるべき残り
のパラメータは、空隙４１中に取付けた時にＹ_T
だけ偏位した際に所望の導体ループ―導体リング
予荷重Ｆ_Nを生ずべき導体ループ４２の自由半径
Ｒ_Fおよび半径方向厚さｔである。

なおここで注意すべきこととして、本発明の組
立て方法および装置において、対応する広い範囲
の還境要求を満たすために、広い範囲のパラメー
タの選択が可能である。一例として本発明の組立
て方法がなければ、導体ループ４２の最大自由直
径とルー材料および厚さならびに導体リング３
３，３８のための凹部３３′，３８′の深さは、導
体リング３３，３８の間の半径方向空隙４１に挿
入する時の導体ループ４２の変形量によつて限定
される。本発明によると導体ループ４２および凹
部３３′の大部分の設計パラメータは機械的な組
立の考慮あるいは制約によつて限定されない。

ポンド１ｂで表わした予荷量Ｆ_Nは次の近似式
によつて得られる。

Ｆ_N＝Ｙ_TEW_F（ｔ／Ｒ_Ｆ）^３ (5) ここにＹ_Tは導体ループ４２の偏位、Ｅはリン
ク素材の弾性係数、Ｗ_Fは導体ループ４２の幅、
ｔは導体ループ４２の厚さ、Ｒ_Fは導体ループ４
２の自由半径である。

第９図は一定の予荷重Ｆ_Nの曲線群に対する導
体ループ４２の厚さｔ対自由半径Ｒ_Fの関係を示
す線図である。第９図において導体ループ４２の
弾性係数は一定で0.51mm、（Ｒ_O−Ｒ_I）は約3.8
mm、導体ループ４２の弾性係数は30×10⁶、降伏
ひずみは14000Kg／cm²である。明らかに最大予荷
重は導体ループ４２の大きさおよび導体リング３
３，３８の直径の関数であり、所望の最大予荷重
は約2.9mmに等しい導体ループ４２の自由半径に
ついて生ずる。また所望の最大予荷重での半径よ
り大きな導体ループ４２の自由半径は望ましくな
い接触特性即ち座屈をもたらし、（Ｒ_O−Ｒ_I）よ
りもちろん大きいが上記の半径より小な導体ルー
プ４２の自由半径は所望の接触特性即ち純粋なこ
ろがり接触をもたらすことに注意すべきである。
従つて基本的な設計上の考慮によつてパラメータ
（Ｒ_O−Ｒ_I）およびＷが定まるとどんな望みの予
荷重Ｆ_Nも定まる。例えば第９図の点Ａにおいて
ループ厚さが約0.023mmとして、予荷重を0.02lls.
（約９ｇ）としたい時は導体ループ４２の自由半
径は0.096″（約2.4mm）としなければならない。
予荷重を0.03lls.（約13.5ｇ）とする時は自由半
径はそのままとして厚さを約0.0013″（約0.03
mm）に増大させる。選定された厚さについて所望
の予荷重を与える２つの自由半径（第９図のＡ，
Ｂ）があるが、一方の値Ｂは大きすぎるため空隙
４１への取付け時に望ましくない座屈を生じさせ
る。一般に半径方向空隙４１の変化に対するトル
ク感度を最小とする最適のループ曲げモーメント
補償が保たれるように上記の厚みを選定すること
によつて導体ループ４２の偏位を小さな値に保つ
のが有利である。

次に第４Ａ図の凹部３３′の形状に留意してこ
ろがり導体ループ組立体の自己捕捉および保持能
力を第５〜８図について説明する。図示のように
導体リング３３，３８の各側のＶ溝または垂直案
内壁を使用せずに自己捕捉能力が実現される。そ
の理由は実際の作動に当つてこの種の壁面が実質
的な結合トルクを生じさせるからである。本発明
によれば相対的に回動可能な部材の少なくとも一
方に形成した比較的浅い凹面の溝即ち凹部は、導
体ループ４２のほぼ平たんな外面と共同して、導
体ループ４２を凹部３３′，３８′中に保持するよ
うに導体ループ４２に作用する（予荷重による）
力ベクトルを発生する。これらの力はころがり接
触中に起きるので両方の回転部材の間の結合トル
クに大きく寄与しない。一方の回転部材の凹部が
他方の回転部材の凹部と正確に整列あるいは同一
平面内に位置されない場合には導体リング４２の
かかる自己保持作用は特に有利であり、製造コス
トが低減される。（上述したように十分な精度の
整列状態を得るには単純なシステムを用いること
ができる）。また作動時にジヤイロ計器―航空機
の通常の運動が凹部中心に対し導体ループ４２を
軸方向に変位させる傾向がある場合にも上述の復
元力によつて導体ループ４２が凹部３３′，３
８′中に自己保持される。

第５〜８図には導体リング３３，３８に対する
３つの典型的な導体ループ４２の不整合あるいは
じよう乱の場合が図示されている。第５図には導
体ループ４２の（おそらくは航空機のゆつくりし
た旋回による）側面方向即ち軸方向の変位が図示
されている。この状態の下では、予荷重力Ｆ_Nに
より生じた力ベクトルには、復元力を生じて導体
ループ４２を力平衡位置に戻そうとする側面方向
即ち軸方向の成分が含まれる。第６図には（例え
ば内側導体リング３３と外側導体リング３８とが
同一の垂直平面から逸脱することによる）導体ル
ープ４２の軸方向の不整列状態が図示されてい
る。この場合にも力ベクトルの分析につて分るよ
うに、導体ループ４２を回転させようとするモー
メントは発生せず、導体ループ４２を内側および
外側導体リングの凹部内に保持しようとする軸方
向の合成力成分が発生する。第７図および８図に
は導体リングの凹面に対する導体ループ４２のよ
じれによる不整列（角度θで表わされる）の結果
として、大体長方形の断面形状を有する導体ルー
プ４２の外周面のエツジが導体リングの凹面に接
触し、それによつて復元モーメントＭが発生する
ことが図示されている。第７図は導体ループ４２
が電気接触組立体３０の半径線を中心として角度
的に並進した（角度θだけ回転した即ちねじれを
生じた）場合を示し、第８図は導体ループ４２が
組立体３０の回転軸線に対し垂直な平面から外れ
て角度的に並進した（角度θだけ回転した即ちね
じれを生じた）場合を示している。

ここで注意すべきことは、４角形あるいはＶ字
形の凹部は深くても浅くても導体リング３３，３
８の不整列時に上述の自己捕捉力を生じないとい
う点である。このような軸方向の不整列は飛行中
の重力の存在の下にジヤイロ計器の作動中に生じ
得る。４角形の凹部の場合には導体ループ４２は
単に凹部側壁に突当つて導体ループ４２をひずま
せると共に高摩擦トルクを生じさせるだけである
ため復元力は生じない。同様にたとえ浅くてもＶ
字形の凹部の場合には導体リング３３，３８の軸
方向不整列は実際に発散性の力を生じさせる。こ
の力は導体ループ４２を凹部３３′中に戻すこと
なくそれを凹部３３′の外部に移動させる傾向を
有する。

本発明の別の特徴は凹部３３′と導体ループ４
２の平たんな外面との組合わせによつて余裕のあ
る導体ループ接触点が得られ、それにより連続性
のある電気的接続が形成される点にある。

本発明の教示によれば、転動導体ループ組立体
は、繊細な導体ループ４２が変形や過度のひずみ
あるいは各種の損傷を受けることなく内側導体リ
ング３８と外側導体リング３３との間の環状空隙
４１中に組立てられるように設計されている。導
体ループ４２が損傷を受けないことは次の理由か
ら非常に重要である。即ちピンセツトその他で取
扱つた時に導体ループ４２に多少でも引かき傷が
付くと、それがトルク変化の原因になるばかりで
なく、短い作動時間の後にその点から破断が生じ
易くなる。更に本発明の組立て方法および装置が
ないと導体ループ４２を空隙４１に挿入するため
になんらかの拡開工具を用いて導体ループ４２を
変形させなければならないであろう。そのため拡
開工具自身が導体ループ４２を損傷させることが
ある。更にこのような工具を用いると、空隙４１
中に導体ループを案内して導体リング３３，３８
と整列させる（この作業は非常に面倒で時間のか
かる作業である）のに熟練した作業員を必要とす
る。本発明の組立て方法および装置はこのような
組立て上のすべての問題を解決するもので、熟練
度の高くない作業員によつて後述するようにきわ
めて短時間で達成できる。更に本発明による組立
て方法および装置は、ジヤイロ計器の衝撃および
振動環境の苛酷さに従つて変化する深さをもつ内
側導体リング３８および外側導体リング３３の凹
部３８′，３３′にいろいろの自由直径あるいは予
荷重をもつ導体ループ組立体を取付けることを可
能にする。

本発明の組立て方法および装置を第２，２Ａ，
３および第３Ａ図について説明する。本発明の組
立て装置は基本的にはアダプタ板２４および組立
て工具ないし取付具５０（第３，３Ａ図参照）を
有する。上述したようにアダプタ板２４とネジ２
７，２７′とによつてハウジング３１とハウジン
グ１６とに適合させることができる。異なるジヤ
イロ計器の形態に対して複数のアダプタ板２４を
設計し得る。アダプタ板２４は大体円形であり、
ジヤイロハウジング軸受―トラニオン開口５２に
対し導体組立体を最終的に位置決めし同心状に整
列させる内側環状突起５１を有する。アダプタ板
２４の外面５３はハウジング３１の内側肩部５５
（第１図参照）を受けいれる外側凹所５４を有す
る。内側肩部５５は外側凹所５４の深さまで取付
けフランジ２６の下方から延長している。外側凹
所５４は環状突起５１および軸受―トラニオン開
口５２とハウジング３１の外周面に対して同心状
の第１の実質的に半円形の停止面５６（第２Ａ，
３図参照）を形成しており、それによつて内側導
体リング３８に対するハウジング３１の通常の同
心的な組立て位置が限定される。平たんな外側凹
所５４は停止面５６と反対側においてハウジング
３１の通常位置を越えて延長し、ハウジング３１
の外周面と同心的な第２の半径方向に偏位した実
質的に半円形の停止面あるいは停止部分５７を形
成している。それにより内側導体リング３８に対
して偏心したハウジング３１の位置が限定され
る。外側凹所５４の全体的な形状はハウジング３
１が一方のネジ２７，２７例えばネジ２７を中心
に内側導体リング３８について同心的な通常位置
即ち閉止位置から該内側導体リング３８に対して
偏心した開放位置即ち「装入」位置へと回動する
ことを可能にする。従つて「装入」位置即ち開放
位置では接触組立体の内側導体リング３８と外側
導体リング３３とのそれぞれ一側の間に比較的大
きな半径方向のスペースが形成される。この比較
的大きな半径方向のスペースによつていろいろの
異なる直径の導体ループ４２の組立てが可能にな
る。実際にそのスペースによつて（上述したよう
に座屈なしに）最大予荷重を提供する直径の導体
ループ４２の組立てが可能になる。

別の方法として、第２，２Ａおよび３図に示す
ようにハウジング３１をその１つのネジ２７また
は２７′を中心に回動させる代りに、アダプタ板
２４の外側凹所５４をトラニオン２５および内側
導体リング３８に関して第１０，１０Ａ図に示す
ように偏心させ、ハウジング３１の延長部３１′
は凹所５４中に嵌合させて、ハウジング３１の内
側対称軸線に関して対応的に偏心して位置させ、
該内側対称軸線がハウジング３１の通常位置にお
いて内側導体リング３８の軸線に整列するように
してもよい。その場合取付用のネジ２７，２７′
を挿入する前にアダプタ板２４を回動させるとハ
ウジング３１が偏心的に移動し、第１０Ａ図に示
すように導体ループ４２を取付けるための拡大さ
れた半径方向スペースが形成される。

第２，３および３Ａ図に示した組立て装置の取
付具５０は、ピンセツトなどの導体ループ４２を
傷付け易い導具を用いる必要なしに導体ループ４
２をすみやかに組立てることを可能にする。取付
具５０は適当な合成材料から成形することが望ま
しい。取付具５０はハウジング３１の軸方向面が
使用時の取付具５０の整列停止部として用いられ
るようにハウジング３１の内径より大きく且つそ
の内径を橋絡する直径をもつ円形のフランジ状基
底部分６０を有する。取付具５０は基底部分６０
の一側の延長部分６１およびつまみ６２によつて
容易に操作できる。中空の円筒部分あるいは案内
部分６３は基底部分６０の他側の中心部から延長
するように形成されている。案内部分６３は内側
導体部材３６上に滑り嵌めされる内径および好ま
しくは円筒部材３６の最も内方の内側導体リング
３８を越えて延長するのに十分な長さを有する。
案内部分６３は拡大された空隙４１に対向する側
において第２Ａ図に符号６４で示すように切欠か
れているため、導体ループ４２を後述するように
内側導体リング３８と係合させることができる。
案内部分６３から横方向に変位して、好ましくは
合成材料製のロツド６５が、案内部分６３の切欠
き部分に対向するように、延長部分６１の取付孔
６６中に滑り嵌めされている。ロツド６５は通常
の空隙４１の大きさより実質的に小さな厚み即ち
直径を有し、その一端側には導体リング３８の間
隔に従う間隔をおいて複数の凹み６７が形成さ
れ、他側には適当なつまみ６８が形成されてい
る。使用時に積極的なロツド位置を定めるための
適当な低バネ圧のボール式戻り止め装置６９が設
けられている。しかしロツド６５のみを使用し、
操作者が手でロツド６５を拡大された空隙４１中
に案内するようにしてもよい。

作業時には操作者はできれば清浄な室内でスポ
ンジラバーまたはスポンジプラスチツクスのよう
な柔らかなリントのない表面上に容器からいくつ
かの導体ループ４２を拡げ、次にロツド６５を伸
長した戻り止め位置として（これにより凹み６７
は組立て中に導体リング対と整列される）ロツド
６５の端部に少くとも装入すべき数の導体リング
４２を拾い上げ、手で触るなどして取付具５０を
操作し、各々の凹み６７中に１個の導体ループ４
２が自由に位置されるようにする。次に導体部材
３６の軸線を水平位置として、案内部分６３の先
端部を内側導体部材３６の外側端部上に位置さ
せ、アダプタ板２４上の矢印またはマーカ７０が
基底部分６０上の矢印またはマーカ７１に整列す
るように回動させる。これによりロツド６５は拡
大された半径方向の空隙４１中に適正に整列され
る。次に基底部分６０の内面がハウジング３１の
外面に突当るまで取付具５０を前進させる。これ
により全ての導体ループ４２は対応の内側および
外側の導体リング３３，３８と同一平面内に整列
する。次に操作者はネジ２７の回りにハウジング
３１を回動させて導体リング３３，３８の間に導
体ループ４２を圧縮させ設定予荷重を発生させ
る。次にネジ２７′をハウジング３１の取付けフ
ランジ２６およびアダプタ板２４の孔に挿入して
ネジ２７′を好ましくは軽く締付ける。次に操作
者は取付具５０を組立て位置としたままで、除去
時にロツド６５が導体ループ４２と不時に接触す
ることがないように、ロツド６５を抜取る。最後
に案内部分６３の開放壁部が導体ループ４２と接
触しないように取付具５０を回転させずに注意深
く除去し、ネジ２７，２７′を所望トルク値とな
るまで締付ける。接触組立体３０の内部を異物に
対して保護するため保護キヤツプ４３を所定位置
に嵌合させる。

以上に説明した実施例は例示であり、本発明の
範囲内で他の実施例も可能である。例えば上述の
組立て装置においてアダプタ板２４を所望ならば
割愛し、外側凹所５４と停止面５６，５７を支持
部材即ちハウジング１６に直接形成してもよく、
更には他の案内あるいは停止手段を用いてもよ
い。一例としてアダプタ板２４を外側凹所５４お
よび停止面５６，５７と共に割愛し、簡単なピン
−弧状スロツトの組合わせを用いることができ
る。この場合にはピンはハウジング１６に固着し
て一方の取付けフランジ２６の円弧スロツトを通
つて延長させ、そのスロツトの両端によつて、通
常の同軸位置と「装入」位置である偏心位置との
間のハウジング３１の回動を限定する停止部分が
形成されるようにする。

本発明を好適な実施例について説明したが、本
発明にはその他にもいろいろの変形が可能であ
り、以上に説明した実施例は単なる例示であつて
本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はジヤイロ装置の一方のジンバル軸に組
込んだ本発明の接触組立体を示し、第２図の線１
―１に沿う断面図、第１Ａ図は典型的なジヤイロ
装置の概略的な平面図、第２図は保護カバーを取
外して示した第１図の接触組立体の端面図、第２
Ａ図は導体ループを取付けられる状態とした接触
組立体の端面図、第３図は導体リングの間に導体
ループを取付ける装置を示し、第２Ａ図の線３―
３に沿う断面図、第４図は導体ループ−導体リン
グ界面の拡大図、第４Ａ図は導体ループ―導体リ
ング界面の一般的な幾何学的形状を示す説明図、
第５〜８図は導体ループを自己整列および自己捕
捉形とする力のベクトルおよびモーメントを表わ
す説明図、第９，９Ａ図は本発明の原理の理解に
とつて有用な線図、第１０，１０Ａ図は別の実施
例による導体ループの取付けを示す部分的な側断
面図である。 図中１４はジンバルリング（回動部材）、１６
はハウジング、１７は軸線、３０は接触組立体、
３３，３８は導体リング（リング）、３３′，３
８′は凹面、４１は半径方向の空隙、４２は導体
ループ（ループ）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通の軸線の回りに相対回動可能な第１部材
   と第２部材の間に電気エネルギーを伝達するため
   の電気接触組立体であつて、 (イ) 上記軸線の回りに相対回動するように上記第
   １部材および第２部材にそれぞれ配設された第
   １および第２の同一平面内に位置する円形の導
   電性リングを有し、 (ロ) 該第１のリングと第２のリングとは、それら
   の間に比較的大きい所定の半径方向の幅を有す
   る空隙を画定し、第１のリングと第２のリング
   は互いに対向する比較的浅い弧状の凹面を有し
   ており、 (ハ) 大体長方形の断面形状を有し、上記空隙の半
   径方向の幅より大きい自由直径を有する環体か
   ら成る弾性の繊条状の導電性円形ループを有
   し、 (ニ) 該ループは、上記空隙中において圧縮され、
   それによつて該ループの外周面の互いに離隔し
   た両側エツジが上記第１部材と第２部材の相対
   回動時に生じる上記第１のリングと第２のリン
   グとの間の軸方向および半径方向の不整列およ
   び角度的不整列に応じて変化する接触線に沿つ
   てリングの上記弧状凹面に接触することがで
   き、該自由直径の大きさは、該ループが上記第
   １部材と第２部材の相対回動時に実質的に無摩
   擦で上記接触線に沿つて転動するように定めら
   れており、該圧縮されたループは、上記不整列
   が存在しても、該接触線に沿つて接触する該ル
   ープの両側エツジとリングの該弧状凹面との間
   に該ループを該弧状凹面内に保持する方向の力
   成分を有する予荷重力を創生するようにしたこ
   とを特徴とする電気接触組立体。