CN100533871C - 旋转连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即使使用3片以上的扁平电缆也可以实现顺畅的绕紧及退绕动作的旋转连接器。该旋转连接器，以在中途反转卷绕方向的状态将4片扁平电缆(3)、(4)存放在定子部件(1)和转子部件(2)之间所形成的环状空间(8)内，并且使这些扁平电缆(3)、(4)的反转部(3a)、(4a)个别穿过支架(5)的第1及第2开口(10)、(11)，而该支架(5)以可旋转的状态被配置在环状空间(8)内。在上述旋转连接器中，第1开口(10)沿周向的宽度被设定得要比第2开口(11)狭窄，并使穿过第1开口(10)的一片驱动扁平电缆(3)的厚度要比穿过第2开口(11)的剩余3片从动扁平电缆(4)厚，从而作为驱动扁平电缆(3)采用了比各从动扁平电缆(4)的弯曲强度大的扁平电缆。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转连接器，其组装在汽车的转向装置内并用作气囊***等的电连接机构，尤其是涉及到在定子部件和转子部件之间所形成的环状空间内由三片以上的扁平电缆(flat cable，又称带状电缆)通过反转部被反向卷绕的旋转连接器。
背景技术
旋转连接器为，由具有外筒部的定子部件旋转自如地支持具有内筒部的转子部件，并在这些外筒部和内筒部之间所形成的环状空间内存放、卷绕扁平电缆而形成的，其被用作在如同汽车转向装置等具有有限转速的方向盘中所安装的气囊充气器等的电连接机构。上述扁平电缆为在绝缘膜上载置导体而形成的带状体，已知的旋转连接器的类型是将该扁平电缆以螺旋状卷绕的螺旋型和在中途反转以反方向卷绕的反转型，其中，因为后一种反转型能够显著地缩短扁平电缆的长度而成了主流。一般情况下，此类反转型旋转连接器只使用1片扁平电缆，但是在2片以上的扁平电缆上分装导体来适应多电路化的旋转连接器一直受到提案(例如可参照专利文献1)。
图4为上述专利文献1所公开的以往旋转连接器的俯视图，该旋转连接器具备：定子部件100，具有外筒部100a；转子部件101，具有在该定子部件100的中心位置上旋转自如地受到支持的内筒部101a；环状支架103，可旋转地配置在这些外筒部100a和内筒部101a之间所形成的环状空间102的内部；以及第1及第2扁平电缆104、105，以在中途反转卷绕方向的状态存放在该环状空间102的内部。在支架103上立起设置两个固定筒106的同时，多个滚子107可旋转地受到支持，并且这些固定筒106分别与滚子107群中的一个在周向保持规定距离的状态下相对置。如果将一个固定筒106和与其相对置的滚子107之间为第1开口108、另一个固定筒106和与其相对置的滚子107之间为第2开口109时，第1开口108沿周向的宽度被设定为要比第2开口109沿周向的宽度狭窄。
第1及第2扁平电缆104、105为，在PET(聚酯)等绝缘膜上载置多根导体而形成的带状体，为了方便，涂黑显示第1扁平电缆104，涂白显示第2扁平电缆105。两个扁平电缆104、105的外侧端部与在外筒部100a上设置的固定接头110相连接，并通过该固定接头110被电引出到定子部件100的外部。而且，两个扁平电缆104、105的内侧端部与在内筒部101a上设置的可动接头111相连接，并通过该可动接头111被电引出到转子部件101的外部。此时，两个扁平电缆104、105，以第1扁平电缆104在外侧的状态从固定接头110沿着外筒部100a的内周壁向逆时针方向被卷绕之后在该处分叉，第1扁平电缆104穿过窄幅第1开口108之后被滚子107群的一个滚子反转成U字状(以下简称“反转部104a”)，而第2扁平电缆105穿过宽幅第2开口109之后被滚子107群的另一个滚子反转成U字状(以下简称“反转部105a”)，然后，以第2扁平电缆105在外侧的状态在内筒部101a的外周壁向顺时针方向被卷绕之后，被存放在环状空间102内，并抵达可动接头111。
在具有上述大体构成的旋转连接器中，转子部件101从中立位置向逆时针方向(如图4的箭头A方向)旋转时，第1及第2扁平电缆104、105的反转部104a、105a向箭头A方向仅移动比转子部件101还要少的旋转量，支架103也跟随反转部104a、105a向箭头A方向移动。结果，具有上述移动量约2倍长度的扁平电缆104、105从内筒部101a的外周壁绕出，然后退绕到外筒部100a的内周壁侧。在这种情况下，大盘径的第2扁平电缆105的反转部105a比小盘径的第1扁平电缆104的反转部104a移动得稍微快一些，但是就如上所述，因为第1开口108的宽度被设定为比第2开口109要狭窄，所以两个反转部104a、105a推压各自与开口108、108面对的固定筒106，并且支架103受到两个反转部104a、105a的推压力后在环状空间102的内部向箭头A方向转动。
与上述相反，如果转子部件101从中立位置向顺时针方向(图4的箭头B方向)旋转，两个扁平电缆104、105的反转部104a、105a就向箭头B方向仅移动比转子部件101还要少的旋转量，支架103也跟随反转部104a、105a向箭头B方向移动。结果，具有上述移动量的约2倍长度的扁平电缆104、105从外筒部100a的内周壁侧绕出后，再绕紧到内筒部101a的外周壁。在这种情况下，大盘径的第2扁平电缆105的反转部105a同样比小盘径的第1扁平电缆104的反转部104a移动得稍微快一些，但是因为第1开口108的宽度被设定为比第2开口109狭窄，所以两个反转部104a、105a拉住分别与开口108、108面对的滚子107，而支架103受到两个反转部104a、105a的拉力后在环状空间102的内部向箭头B方向转动。
在上述的以往旋转连接器中，向箭头A方向旋转转子部件101使两个扁平电缆104、105退绕到外筒部100a的内周壁侧时，在穿过第1开口108的第1扁平电缆104上与滚子107接触的部位产生向图5中箭头F所示方向的输送力，并在该传动力F的、以箭头Fx和箭头Fy所示的各分力中，箭头Fx方向的分力起到旋转驱动支架103的推压力作用，箭头Fy方向的分力起到将第1扁平电缆104的反转部104a向外筒部100a一侧推出的松开力的作用。穿过第2开口109的第2扁平电缆105的情形也相同，详细说明从略。然后，进行一般的退绕动作时，因为箭头Fx方向的分力超过箭头Fy方向的分力，所以当第1扁平电缆104的反转部104a穿过第1开口108时将固定筒106推向旋转方向(箭头A方向)，同样地当第2扁平电缆105的反转部105a穿过第1开口109时将固定筒106推向旋转方向，并且支架103受到两反转部104a、105a的推压力顺利地向箭头A方向旋转。
专利文献1：(日本)特开平10-116672号公报
但是，在以往的旋转连接器中，在3个以上的开口中反转3片以上的扁平电缆使转子部件向逆时针方向旋转时，各开口的宽度设定很难做到使各扁平电缆的反转部推压分别与开口面对的固定筒，当向顺时针方向旋转转子部件时，各开口的宽度设定同样很难做到使各扁平电缆的反转部拉住分别与开口面对的滚子。而且，根据各开口宽度的设定值，从各扁平电缆的反转部作用于支架的驱动力有时会互相干涉，从而很难实现顺畅的绕紧/退绕动作。
于是，如果设定各开口的宽度时只让穿过窄幅开口的扁平电缆的反转部来驱动支架，就会给穿过窄幅开口的扁平电缆的反转部造成过大的负担，使在窄幅开口的扁平电缆和滚子之间的摩擦阻力变得非常大。有时会因该摩擦阻力使图5所示的箭头Fx方向的分力变小，造成箭头Fy方向的分力超过箭头Fx方向的分力的情况。如果遇到这种情况，在窄幅开口中，扁平电缆的反转部向箭头A方向的移动就受到阻碍而不能顺利地驱动支架，从而窄幅开口的扁平电缆的反转部无法往旋转方向前进而强行进入与该开口相连的空间内，最终会出现扁平电缆复杂地弯曲而压曲变形、或者被载置在扁平电缆的绝缘膜上的导体受到破损而断裂的问题，尤其在环境温度成高温的情况下上述问题会频繁地发生。
发明内容
本发明是鉴于上述以往技术而提出的，其目的在于提供一种即使使用3片以上的扁平电缆也能实现顺畅的绕紧/退绕动作的旋转连接器。
为达到上述目的，本发明的旋转连接器具有以下构成。
其具备：定子部件，具有外筒部；转子部件，具有内筒部并旋转自如地被支持在上述定子部件上；3片以上的扁平电缆，以在中途反转卷绕方向的状态被存放在上述外筒部和上述内筒部之间所形成的环状空间内，并且其两端被分别固定在上述定子部件与上述转子部件上；以及支架，可旋转地配置在上述环状空间内，并具有使上述扁平电缆的反转部单独穿过的3个以上开口部；将一个上述开口部沿周向的宽度设定为要比剩余的上述开口部沿周向的宽度狭窄，使上述支架受到来自穿过该窄幅开口部的上述扁平电缆的推压力而被驱动，而且，将该驱动扁平电缆的弯曲强度设定为比剩余的上述扁平电缆的弯曲强度还要高。
在如此构成的旋转连接器中，穿过窄幅开口部的1片扁平电缆为向支架施加旋转方向推压力的驱动扁平电缆，而穿过宽幅开口部的剩余的多片扁平电缆为与支架的驱动无关的从动扁平电缆，因为该驱动扁平电缆的弯曲强度设定得比各从动扁平电缆的弯曲强度高，所以防止驱动扁平电缆的压曲变形而可以顺利地驱动支架，即使使用3片以上的扁平电缆也可以实现顺畅的绕紧/退绕动作，并且即使在高温的使用环境中也可以稳定地使用。
在上述构成中，作为一种使驱动扁平电缆的弯曲强度比其他扁平电缆高的手段，可以只在驱动扁平电缆的绝缘膜采用与从动扁平电缆的绝缘膜相比不易压曲变形的材料，但是，包括驱动侧和从动侧在内的所有扁平电缆上使用由同一材料构成的绝缘膜上载置导体而形成的带状体，同时将驱动扁平电缆的厚度设定成比从动扁平电缆的厚度还要大，从而使各扁平电缆之间的摩擦阻力均等，是较为理想。
而且，在上述构成中，如果将剩余的开口部沿周向的宽度被设定成窄幅开口部沿周向的宽度的4.5倍以上，就可以使3片以上扁平电缆的各反转部作用于支架的驱动力互不干涉，从而能够实现绕紧/退绕动作更加顺畅，是较为理想。
本发明的旋转连接器所使用的3片以上的扁平电缆中，通过窄幅开口部的1片扁平电缆成为向支架施加旋转方向推压力的驱动扁平电缆，穿过宽幅开口部的剩余的扁平电缆成为与支架的驱动无关的从动扁平电缆，并且因为该驱动扁平电缆的弯曲强度设定得比从动扁平电缆的弯曲强度还要高，所以能够防止驱动扁平电缆的压曲变形而顺利地驱动支架，而且即使在高温使用环境中也可以稳定地使用。
附图说明
图1为与本发明的实施方式例有关的旋转连接器的横剖视图。
图2为图1所示旋转连接器的纵剖视图。
图3(a)(b)为将图1所示旋转连接器所具备的驱动扁平电缆和从动扁平电缆之间的尺寸关系予以显示的说明图。
图4为与以往的实施例有关的旋转连接器的俯视图。
图5为将图4所示旋转连接器的问题之处予以显示的说明图。图中：
1 定子部件，1a 底板，1b 外筒体(外筒部)，2 转子部件，2a 顶板部，2b 内筒部，3 驱动扁平电缆，3a 反转部，4 从动扁平电缆，4a 反转部，5 支架，5a 环状平板部，5b 导向壁，5c 支轴，8 环状空间，9 滚子，10 第1开口，11 第2开口
具体实施方式
将参照附图对发明的实施方式进行说明。图1为与本发明的实施方式例有关的旋转连接器的横剖视图，图2为该旋转连接器的纵剖视图，图3为将该旋转连接器所具备的驱动扁平电缆和从动扁平电缆之间的尺寸关系予以显示的说明图。
与本实施方式例相关的旋转连接器，大体上由定子部件1、旋转自如地连结在定子部件1上的转子部件2、电连接该定子部件1和转子部件2之间的1片驱动扁平电缆3、3片从动扁平电缆4、以及配置在定子部件1和转子部件2的内部并由合成树脂制造的支架5来构成。
定子部件1为在转向柱(steering column)上安装的固定部件，该定子部件1由合成树脂制造并具有底板1a和相当于外筒部的外筒体1b。底板1a的中央设有中心孔1c，外筒体1b与底板1a的***边成为一体。而且，在外筒体1b的外周面上一体形成向外侧突出的延伸部1d，并且在该延伸部1d的内部配设了固定接头6。
转子部件2为连结在方向盘上的可动部件，而顶板部2a和内筒部2b通过合成树脂整体地形成了该转子部件2。顶板部2a与底板1a形成对置关系并被形成为圆环状，并且内筒部2b从该顶板部2a的中央下垂。内筒部2b具有能够插到转向轴上程度的内径尺寸，在该内筒部2b的内部设有两个可动接头7。然后，将内筒部2b的下端部***到底板1a的中心孔1c，使转子部件2旋转自如地连结在定子部件1上，并且在该连结状态下，通过定子部件1的底板1a、外筒体1b和转子部件2的顶板部2a、内筒部2b形成从俯视看来成为环状的环状空间8。
驱动扁平电缆3为在PET(聚酯)构成的绝缘膜上载置导体而形成的带状体，3片从动扁平电缆4同样也是在PET(聚酯)构成的绝缘膜上载置导体而形成的带状体，并且这些各扁平电缆3、4分别通过U字状反转部3a、4a被反向存放在环状空间8之内。但是，驱动扁平电缆3的厚度t1被设定成比从动扁平电缆4的厚度t2大很多(在本实施方式例中，t1＝0.22mm、t2＝0.11mm)，而且因作为驱动扁平电缆3采用了具有从动扁平电缆4的2倍左右厚度的扁平电缆，所以驱动扁平电缆3的弯曲强度(弹性极限)也被设定成比从动扁平电缆4的弯曲强度大很多。各扁平电缆3、4的外侧端部与固定接头6相连接，并且通过该固定接头6被电引出到定子部件1的外部。而且，各扁平电缆3、4的内侧端部分开与两个可动接头7相连接，并且通过这些可动接头7被电引出到转子部件2的外部。
支架5具有：安放在定子部件1的底板1a上的环状平板部5a；立起设置在该环状平板部5a上的多个导向壁5b；以及支轴5c，并且各个滚子9被可旋转地支持在各支轴5c上。该滚子9群中的一个使第1开口10介于中间与导向壁5b对置，驱动扁平电缆3的反转部3a位于该第1开口10内。而且，滚子9群中的3个使第2开口11介于中间分别与导向壁5b对置，3片从动扁平电缆4的各反转部4a一个个分别位于该第2开口11内。在这里，假设第1开口10的周向宽度为w1、第2开口11的周向宽度为w2，而w1的值被设定成与w2相比小很多(在本实施方式例中，w1＝2mm，w2＝11mm)，这样，因为设定1个第1开口10的开口宽度w1的值比剩余3个第2开口11的开口宽度w2要小，所以向图1箭头A方向旋转转子部件2时，只有驱动扁平电缆3的反转部3a向旋转方向推压导向壁5b。
在本实施方式例中，虽然将第2开口11的宽度w2设定为第1开口10的宽度w1的5.5倍的值，但是将其值设定为4.5倍以上较为理想。如果设定得宽度w2达不到宽度w1的4.5倍，当向逆时针方向旋转转子部件2时，虽然穿过第1开口10的驱动扁平电缆3的反转部3a会推压导向壁5b来驱动支架5，但是因从动扁平电缆4的各反转部4a的一部分面临第2开口11时会接触滚子9，向与驱动扁平电缆3的反转部3a驱动支架5的方向相反的方向起作用，从而造成支架5的旋转不能顺畅地进行。而且，当向顺时针方向旋转转子部件2时，虽然穿过第1开口10的驱动扁平电缆3的反转部3a拉住滚子9来驱动支架5，但是因从动扁平电缆4的各反转部4a的一部分与导向壁5b接触，向与驱动扁平电缆3的反转部3a驱动支架5的方向相反的方向起作用，从而造成支架5的旋转不能顺畅地进行。
具有上述构成的旋转连接器，将定子部件1在转向柱上安装的同时，还将转子部件2以连结在方向盘上的状态下组装于汽车转向装置，并用作安装在方向盘中的气囊充气机、喇叭电路等的电连接机构。使用时，当驾驶者向顺时针方向或逆时针方向旋转操作方向盘时，该转动力会传到转子部件2，使该转子部件2向顺时针方向或逆时针方向旋转。
例如，当转子部件2从方向盘的中立位置向逆时针方向(图1的箭头A方向)旋转时，包括驱动侧和从动侧在内的所有扁平电缆3、4的反转部3a、4a仅以比转子部件2还要少的旋转量向箭头A方向移动，并且支架5也跟随该反转部3a、4a向箭头A方向移动。这时，虽然穿过窄幅第1开口10的驱动扁平电缆3的反转部3a与导向壁5b抵接，但是穿过宽幅第2开口11的3片从动扁平电缆4的各反转部4a不与导向壁5b抵接，因此支架5只受驱动扁平电缆3的反转部3a的推压力而在环状空间8的内部向箭头A方向转动。其结果，具有各反转部3a、4a移动量的约2倍长度的扁平电缆3、4从内筒部2b的外周壁绕出后退绕到外筒体1b的内周壁侧。
与上述相反，当转子部件2从方向盘的中立位置向顺时针方向(图1箭头B方向)旋转时，各扁平电缆3、4的反转部3a、4a仅以比转子部件2还要少的旋转量向箭头B方向移动，支架5也跟随该反转部3a、4a向箭头B方向移动。这时，因为各反转部3a、4a一边被套在滚子9上一边被卷绕在内筒部2b的外周壁上，支架5只受驱动扁平电缆3的反转部3a的缠绕力在环状空间8的内部向箭头B方向移动。其结果，具有各反转部3a、4a移动量的约2倍长度的扁平电缆3、4从外筒体1b的内周壁绕出后绕紧到内筒体2b的外周壁上。
如上所述，与本实施方式相关的旋转连接器所使用的4片扁平电缆当中，穿过设定为窄幅的第1开口10的1片扁平电缆为与导向壁5b相抵接并向支架5施加旋转方向的推压力的驱动扁平电缆3，但是穿过设定为宽幅的第2开口11的剩余3片扁平电缆为不与导向壁5b抵接的从动扁平电缆4，而且作为该驱动扁平电缆3采用了具有从动扁平电缆4的2倍左右厚度的扁平电缆，即弯曲强度(弹性极限)比从动扁平电缆4高的扁平电缆。因此，驱动扁平电缆3与滚子9之间的摩擦阻力非常大，当向箭头A方向旋转转子部件2来向外筒体1b的内周壁侧退绕各扁平电缆3、4时，即使向外筒体1b侧推出第1开口10内的反转部3a的松开力超过反转部3a的前进方向的推压力，也能防止驱动扁平电缆3的压曲变形而可以向旋转方向顺利地旋转驱动支架5。在这种情况下，从动扁平电缆4的反转部4a通过支架5的旋转穿过第2开口11，并稳固地退绕到外筒体1b的内周壁侧。而且，尽管包括驱动侧和从动侧在内使用了4片扁平电缆3、4，也能够实现顺畅的绕紧/退绕动作，即使在高温使用环境下也能稳定地使用。
虽然在上述实施方式例中说明了使用1片驱动扁平电缆和3片从动扁平电缆的旋转连接器，但是从动扁平电缆只要在2片以上即可，没必要局限于3片，本发明可适用于使用1片驱动扁平电缆和2片以上从动扁平电缆的旋转连接器。
Claims (4)
1.一种旋转连接器，其特征在于，具备：
定子部件，具有外筒部；
转子部件，具有内筒部并旋转自如地被支持在上述定子部件上；
3片以上的扁平电缆，以在中途反转卷绕方向的状态被存放在上述外筒部和上述内筒部之间所形成的环状空间内，并且其两端被分别固定在上述定子部件与上述转子部件上；以及
支架，可旋转地配置在上述环状空间内，并具有使上述扁平电缆的反转部单独穿过的3个以上开口部；
将一个上述开口部沿周向的宽度设定为要比剩余的上述开口部沿周向的宽度狭窄，使上述支架受到来自穿过该窄幅开口部的上述扁平电缆的推压力而被驱动，而且，将该驱动扁平电缆的弯曲强度设定为比剩余的上述扁平电缆的弯曲强度还要高。
2.根据权利要求1所述的旋转连接器，其特征在于，上述各扁平电缆全部由在同一材料的绝缘膜上载置导体而形成的带状体来构成，而且上述驱动扁平电缆的厚度被设定为要比剩余的上述扁平电缆的厚度大。
3.根据权利要求1所述的旋转连接器，其特征在于，上述剩余的开口部沿周向的宽度被设定成上述窄幅开口部沿周向的宽度的4.5倍以上。
4.根据权利要求2所述的旋转连接器，其特征在于，上述剩余的开口部沿周向的宽度被设定成上述窄幅开口部沿周向的宽度的4.5倍以上。
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Granted publication date: 20090826 |