非接触式スリップリング

回転する物体に外部から電力や電気信号を、物理的な接触なしに伝える非接触式スリップリング。従来の接触式スリップリングが抱える摩耗やノイズ、メンテナンスの課題を解決できる伝送方式として注目されています。

非接触式スリップリングの特徴や主な用途、製品例、製品を選ぶためのポイントをまとめました。

非接触式スリップリングを
使用するメリット

摩耗しにくいので長寿命

固定部分と回転部分が物理的に接触しない構造を採用している非接触式スリップリング。ブラシやリングの摩耗が発生せず、基本的にメンテナンスフリーでも長寿命を実現できます。

修理が困難な宇宙空間での使用や、長期信頼性が求められる風力発電機、ロボットアームなどの装置においては大きなメリットです。

ノイズが発生しにくい

非接触式スリップリングは、信号品質に悪影響を与える電気的ノイズやチャタリングがほとんど発生しません。ノイズやチャタリングが発生する接触箇所が存在しないためです。Ethernetなどの高速デジタル信号や高精度センサーからの微細な信号を、高い精度で安定して伝送できます。

高速回転や過酷な環境に
対応できる

物理的な制約が少ない非接触式スリップリングには最大5,000rpm、光ファイバータイプでは10,000rpmといった高速回転にも対応できる製品があります。設計の自由度が高いため、幅広い産業機械や装置へ導入可能。高温、多湿、粉塵、水中といった過酷な環境条件下でも安定した性能を発揮できる堅牢性も非接触式スリップリングのメリットです。

ただし、非接触方式は一般的に、大きな電流（数百アンペア級）の電力伝送は困難です。伝送効率が電極間の距離や位置ずれに敏感になりやすいという構造上の課題もあります。初期導入コストが従来型に比べて高くなりがちな点にも注意が必要です。

主な用途例

宇宙産業分野

宇宙空間で使用する装置は修理が困難。装置内部に使われるスリップリングについても長期の信頼性が不可欠です。摩耗がほとんどなく、定期的なメンテナンスが不要な非接触式スリップリングは宇宙産業に貢献しています。

産業ロボット分野

非接触式ならロボットアームやハンドの配線ケーブルの断線や絡まりを回避可能。24時間連続稼働による生産性向上とメンテナンスコスト削減を実現します。

通信分野

非接触式スリップリングはブラシの摩擦や接触不良による電気ノイズが発生しません。高精度な信号伝送や高速データ通信に適しており、通信分野でも使われています。

非接触式スリップリングの
製品例

BN 637424
（SPINNER）

引用元：https://www.comcraft.co.jp/products/spinner/rojo-dcdata.html

回転体を介した非接触式データ伝送と電源供給を1つにまとめたSPINNER社の製品です。

中空シャフト（内径20mm）に対応し、高信頼なリアルタイムEthernetを回転軸越しに通しながら、必要なDC電源をスリップリング経由で供給。

特に「BN 637424C0004」は100BASE-TX（全二重）×1chのリアルタイム通信タイプです。動きのある機構にリアルタイム制御ネットワークを組み込むことが可能になります。

ROTOCAPシリーズ
（Moog GAT GmbH）

引用元：Moog GAT公式サイト https://www.gat-mbh.de/en/products/slip-rings/rotocap/

ドイツのMoog GAT GmbHが開発した「ROTOCAP」シリーズはFANUCバス（FSSB, 150Mbps）用に設計されたモデルです。

100BASE-TX規格に準拠し、100Mbps～2.5Gbpsの高速データ通信（EtherCAT・PROFINET・TCP/IPなど）や映像信号を非接触で伝送できるスリップリングです。非接触データ伝送により、ノイズトラブルを抑えています。

また、ROTOFLUXと一体化させることで電源・信号も伝送可能。データ伝送部と電源伝送部が一体化したハイブリッド構造になります。充填機や風力発電機、回転台などで電力と制御データを同時に安定して供給することが可能です。

非接触式スリップリング
選定時の注意点

選定時にまず着目したいのは「伝送距離と位置ズレの許容範囲」です。必要な伝送距離を確保できるか、また回転軸のブレなど実環境で想定される位置ズレに製品が対応できるかを確認します。

「電源部と信号部の電磁干渉対策」も重要です。電源と信号ラインが近いとノイズで通信エラーの原因になります。シールド強化など、ノイズ耐性を高めた設計の製品を選ぶことが安定稼働の鍵です。

「使用プロトコルとの互換性」も確認すべき項目。EtherCATやCC-Linkなど、自社の産業用ネットワークに適合しているか、仕様をチェックしましょう。

カスタム方式の選び方

カスタム設計には「フルカスタム」と「セミカスタム」という二つの方式があり、どちらを選ぶかは装置側の制約条件、予算、開発スケジュールなどのバランスを鑑みての総合的な判断が必要です。

フルカスタム

要件に合わせてゼロから新規設計を行う方式がフルカスタムです。形状や寸法、材料、電気仕様などにおいて高い自由度を持ち、厳しい要件にも対応できます。

一方で、新規設計開発が必要となるため、コストが高く、納期も長くなりがちなのはデメリットです。

セミカスタム

スリップリングメーカーが提供する既存の標準設計や筐体プラットフォームをベースにして、一部の仕様を調整する方式がセミカスタムです。既存品の構造を維持しつつ、内部のリング数や電流容量の組み合わせ、リード線長さ、コネクタ形状などを変更するのはセミカスタムに該当します。

既存設計を流用するため、開発工数が抑えられ、一般的にフルカスタムより低コストで、納期も短めです。

近年ではセミカスタム設計の効率化が進んでおり、仕様調整や図面確認がしやすい製品が増えています。モジュール化やパラメトリック設計により、顧客がウェブサイト上で仕様選択するだけで必要寸法を自動算出できたり、CADデータや簡易図面が迅速に提供されたりするサービスも登場。カスタム品の導入検討がよりスムーズに行えるようになっています。

接触式か、非接触式か？
判断の分かれ目となる
3つのポイント

大きな電力を
伝送するなら接触式

大きな電力伝送は、今も昔も接触式の独壇場です。カーボンブラシなどを用いたスリップリングは、シンプルかつ確実に大電流を流すことができます。重機や風力発電、大型の製造装置などでは、接触式が唯一の選択肢となる場合がほとんどです。

非接触式で電力を送るには「電磁誘導方式」が用いられますが、伝送できる電力は数W〜数100W程度が限界です。AGVの充電や小型センサーの駆動には十分ですが、大きなモーターを動かすには力不足です。光通信方式や静電容量方式などの非接触式は、電力伝送には使えません。

データ伝送の速度・安定性を
重視するなら非接触式

データ伝送は非接触式の得意分野です。物理的な接触がないため、摩耗によるノイズやチャタリングが原理的に発生しません。非接触式の中でも、ノイズ耐性を重視するなら超高速の「光通信方式」、産業用ネットワークなら高速の「静電容量結合方式」が有効です。

接触式でも金接点などを用いた信号伝送は可能ですが、超高速回転時や寿命末期にはノイズが増加するリスクが常に伴います。

運用コストを
重視するなら接触式

接触式スリップリングは技術として成熟しており、製品価格が安く、選択肢も豊富です。ブラシは消耗品ですが、交換を前提とした設計になっており、予測可能なメンテナンス計画を立てやすいのがメリット。

非接触式の場合、摩耗がないため回転寿命は半永久的です。ただし、内部に電子回路などを搭載するため初期コストが非常に高価になります。故障した場合はユニット全体を交換する必要があり、突発的なコストは高くなる可能性があります。