中空一体型スリップリング

産業機械やロボット、各種製造設備において、回転体へ電力や信号を途切れることなく伝送する役割を担うのがスリップリングです。中でも中空一体型スリップリングは、中心に貫通穴を持つ特殊な構造により、限られたスペースを有効活用できる部品として広く導入されています。

近年、製造業においては設備の老朽化や予期せぬダウンタイムを防ぐため、高度な設備保全や設計工数の削減が強く求められています。

参照元：経済産業省 https://www.meti.go.jp/shingikai/mono_info_service/digital_transformation/20180907_report.html

本記事では、中空一体型の構造と仕組み、他のタイプとの違いについてわかりやすく解説します。

中空一体型スリップリングの構造と仕組み

スリップリングは、固定された部分（ステーター）から回転する部分（ローター）へ、金属製のリングとそれに接触するブラシを介して電気や信号を伝送する回転コネクタです。配線が絡まることなく、360度の連続回転を可能にするのが基本的な特長です。

中心に貫通穴を持つ構造の特徴

中空一体型スリップリングは、その名の通り中心軸部分が空洞になっている構造をしています。一般的なスリップリングが軸の中心まで詰まっているのに対し、中空タイプはこの空洞部分にさまざまな要素を通すことができます。

• 空気圧や油圧などの流体配管
• 他の駆動軸（シャフト）
• 光ファイバーケーブルや追加の配線

また、「一体型」と呼ばれる理由は、リングとブラシ、そして回転を支えるベアリングが1つのハウジング（外殻）内に組み込まれているためです。これにより、現場でのシビアな隙間調整が不要になり、既存の回転軸にそのまま取り付けることが可能になります。

他のタイプとの違い

スリップリングには、中空一体型以外にもいくつかの種類があります。設備の仕様に合わせて適切なタイプを選択することが重要です。

• 中空分離型：ローター（リング）とステーター（ブラシ）が別々の部品になっているタイプです。設計の自由度が高く、薄型化しやすい反面、組み込み時に位置決めの細かな調整が必要となり、導入工数がかかります。
• 軸端一体型：貫通穴がなく、回転軸の末端（先端）に取り付けるタイプです。中空構造を必要としない場合に使用され、小型で軽量な設計を作りやすいのが特徴ですが、シャフトの中間部には設置できません。

これらに対し、中空一体型は設計や組み込みの手間を省きつつ、シャフトの中間部にも設置でき、配管なども同時に通せるというバランスの良さから、多様な産業設備で重宝されています。

中空一体型を採用するメリットと主な用途

中空一体型スリップリングは、その独自の形状により、機械設計における多くの課題をクリアにします。

配管やシャフトを通せる

大きなメリットは、貫通穴に流体配管やシャフト、光ファイバーなどを通せる点です。これにより、動力の伝達経路と信号の伝送経路を一つの軸上にまとめることができ、装置全体の省スペース化が図れます。
また、部品の統合により、配線の引き回しを考慮する設計工数が大幅に削減される点も利点です。

主な用途例

中空一体型は、多岐にわたる産業分野で活用されています。

• 産業機械・自動包装機械： 回転しながらフィルムを圧着する包装機などの配線処理
• ロボットアーム： 多関節ロボットの関節部におけるケーブルの断線防止
• 医療機器： CTスキャナーなど、回転部を伴う画像診断装置
• 回転テーブル： 工作機械のインデックス装置における制御信号の伝送

中空一体型スリップリングの選定ポイント

設備に合ったスリップリングを選ぶためには、以下の基本項目を整理する必要があります。

寸法・電気仕様・設置環境の確認

まず、通したいシャフトや配管の太さに応じて内径サイズを決定します。続いて、必要な回路数、定格電流・電圧、通信規格を確認します。
さらに、粉塵や水滴が発生する環境であれば、防塵防滴性能（IP等級）を満たした製品を選ぶことが不可欠です。

標準品かカスタム設計かの見極め

コストと納期を抑えるには標準品の選定が基本ですが、特殊な高速通信やノイズ対策、特殊環境下での使用が求められる場合は、セミカスタムやフルカスタムが必要になります。早い段階でメーカーへ要件を相談し、自社に適した仕様を見極めることが重要です。

【比較表】従来型と高機能ステムの比較

不適切な選定・独自設計に潜むダウンタイムのリスク

自社で独自にスリップリング機構を設計したり、仕様に合わない製品を選定したりすると、ブラシの早期摩耗やノイズによる通信エラーが発生しやすくなります。結果として、予期せぬ設備のダウンタイムを引き起こすリスクが高まります。

設備稼働率を向上させる「IoT対応・在庫管理連携」

近年では、単に電力や信号を伝送するだけでなく、IoT技術を用いてブラシの摩耗状態や温度を監視し、基幹システムと連携する高機能なシステムが注目されています。スマートファクトリー化が進む中、予知保全は製造業の重要なテーマとなっています。

参照元：経済産業省 https://www.meti.go.jp/report/whitepaper/mono/2020/honbun_pdf/pdf/honbun01_01_02.pdf

摩耗データを在庫管理システム等と連携させることで、故障する前に予備部品を自動手配する仕組みを構築できます。単なる部品の選定にとどまらず、在庫管理との連携を見据えることが、経営効率化とダウンタイム削減の鍵となります。