JP3694585B2 - ポテンショメータとそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポテンショメータに係り、特に、往復移動する移動体の移動量及び方向を検出するのに最適なポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５〜１０にしたがって、従来例のポテンショメータについて説明する。
図５には、電動パワーステアリング装置を示す。
ギヤケース１には、回転自在に支持した出力軸２を組み込んでいる。そして、この出力軸２の先端のピニオン３を、両端に図示しない車輪を連係させたラックシャフト４にかみ合せている。なお、このラックシャフト４には、図示しない位置で、アシスト力を付与するための電動モータを連係させている。
【０００３】
さらに、ギヤケース１には、上記出力軸２と同軸上に、図示しないステアリングホイールに連係する入力軸５を組み込んでいる。そして、この入力軸５の中空部分６にトーションバー７を設け、このトーションバー７の一端を上記出力軸２に、また、他端を入力軸５にそれぞれ固定している。
【０００４】
このようにした電動パワーステアリング装置では、図示しないステアリングホイールを回すと、その入力トルクに応じてトーションバー７が捩れ、入出力軸２、５が相対回転する。
そして、その相対回転量及び方向を、後述する筒体８及びポテンショメータ１４によって検出し、図示しないコントローラーが、その検出量に基づいて上記電動モータを制御している。したがって、電動モータは入力トルクに応じたモータ駆動力を発生し、その駆動力を、アシスト力としてラックシャフト４に伝達することになる。
【０００５】
次に、両軸２、５の相対回転量及び方向を検出するための構成を説明する。
入力軸５及び出力軸２の外周面には、軸方向にスライド自在とした可動筒体８を設けている。
この可動筒体８には、図６に示すように、入力軸５側に螺旋スリット９を形成し、出力軸２側に軸方向スリット１０を形成している。そして、図５に示すように、螺旋スリット９に挿入したピン１１を入力軸５に固定し、かつ、軸方向スリット１０に挿入したピン１２を出力軸２に固定している。
さらに、可動筒体８の中央付近には、図６に示すように、環状溝１３を形成している。この環状溝１３には、後述するポテンショメータ１４の連係ピン１５を挿入している。
【０００６】
いま、図示しないステアリングホイールを回して、入力軸５が、トーションバー７を捻じりながら出力軸２に対して回転すると、その回転力が、ピン１１及び螺旋スリット９を介して可動筒体８に伝えられる。したがって、可動筒体８には、回転方向への分力と軸方向ヘの分力とが作用することになる。ただし、ピン１２及び軸方向スリット１０によって可動筒体８の回転が規制されるので、この可動筒体８は、上記軸方向への分力によって、軸方向スリット１０に沿って軸方向にスライドすることになる。
このようにして、トーションバー７の捩れによって生じた両軸２、５の相対回転を、可動筒体８の軸方向へのスライドに変換している。
【０００７】
一方、ポテンショメータ１４は、図７に示すように、挿入筒部１６ｂを設けた樹脂製ケース１６を有する。
この樹脂製ケース１６内の開口１６ａ側には、図８に示すように、回転プレート１７を組み込み、この回転プレート１７を、挿入筒部１６ｂの軸心Ｏを中心に回転自在にしている。そして、具体的には図示しないが、回転プレート１７が回転すると、ケース１６内に収納された抵抗素子上をワイパが摺動し、コントローラーに信号を出力するようにしている。
【０００８】
上記回転プレート１７には、ストッパ片１８を設けている。そして、このストッパ片１８を、ケース１６の開口１６ａの内周面に設けたストッパ１９、２０間に位置させている。したがって、回転プレート１７は、これらストッパ１９、２０間でのみ、その回転が許容されることになる。
また、上記回転プレート１７にはバネ受け片２１を設け、このバネ受け片２１に、樹脂製ケース１６内に組み込んだコイルスプリング２２を連係させている。したがって、このコイルスプリング２２の弾性力が矢印ｋ方向に作用し、回転プレート１７に他の力が作用しないとき、ストッパ片１８をストッパ１９側に当接させた状態に保つ。
【０００９】
さらに、上記回転プレート１７には、図９に示すように、円柱状の連係ピン１５を設けている。そして、この連係ピン１５を、図７に示すように、樹脂製ケース１６の開口１６ａから突出させている。
この連係ピン１５は、上記可動筒体８の環状溝１３に挿入して、可動筒体８のスライド移動を、回転プレート１７の回転に変換するためのものである。
【００１０】
上記ポテンショメータ１４は、次のようにして、ギヤケース１に取り付けられている。
図１０に示すように、ギヤケース１の外周面に設けた取り付け面３２に、ギヤケース１の内周まで貫通させた挿入孔３３を形成している。この挿入孔３３は、上記樹脂製ケース１６の挿入筒部１６ｂとほぼ同じ径を有するものである。そして、ギヤケース１の内周側では、この挿入孔３３の開口付近に、上記可動筒体８の環状溝１３がちょうど位置するようにしている。
また、この取り付け面３２には、挿入孔３３を挟んで一対のボルト孔３４を形成している。
【００１１】
ポテンショメータ１４をギヤケース１に取り付けるときは、樹脂製ケース１６の挿入筒部１６ｂを、取り付け面３２の挿入孔３３に挿入する。このとき、挿入筒部１６ｂの開口１６ａから突出させた連係ピン１５を、可動筒体８の環状溝１３に挿入してやる。
なお、図７、８に示すように、樹脂製ケース１６の周囲には、取り付けプレート部３５を設けている。そして、挿入筒部１６ｂを挿入孔３３に挿入したとき、この取り付けプレート部３５が、ちょうど取り付け面３２上に載るようにしている。
さらに、この取り付けプレート部３５には、挿入筒部１６ｂを挟んで一対の長孔３６を形成している。これら長孔３６は、挿入筒部１６ｂの軸心Ｏを中心とする円弧状に形成され、取り付けプレート部３５を取り付け面３２上に載せたとき、上記ボルト孔３４の位置と一致するようにしている。
【００１２】
そして、図示しないボルトを、長孔３６に挿入してボルト孔３４に組み付け、樹脂製ケース１６を、ギヤケース１の取り付け面３２に固定するのであるが、最初は仮止め状態にしておき、樹脂製ケース１６の回転位置を調整できるようにしている。
つまり、仮止め状態では、長孔３６の端部がボルトに当接するまでの範囲で、挿入筒部１６ｂを挿入孔３３に沿わせて、樹脂製ケース１６を回転させることができる。
そこで、可動筒体８が中立位置にある状態で、樹脂製ケース１６を回転させて、連係ピン１５を、環状溝１３の一方の側面１３ａに当接させる。
【００１３】
さらに樹脂製ケース１６を回転させると、可動筒体８には、環状溝１３の側面１３ａを介してコイルスプリング２２の弾性力が作用する。
ただし、この可動筒体８は、バネ係数の非常に大きなトーションバー７に連係することから、コイルスプリング２２の弾性力程度では動かない。したがって、樹脂製ケース１６をそのまま回転させれば、相対的に回転プレート１７が固定された状態となり、コイルスプリング２２が縮められていく。
このようにして樹脂製ケース１６を回転させて、回転プレート１７のストッパ片１８を、ストッパ１９、２０のほぼ中間に位置させている。
【００１４】
樹脂製ケース１６の回転位置を決めたら、ボルトをしっかりと締め付けて、樹脂製ケース１６を固定する。この状態で、回転プレート１７にはコイルスプリング２２のイニシャル荷重が作用しているので、連係ピン１５を、環状溝１３の一方の側面１３ａに当接させた状態に維持する。
【００１５】
図１１には、可動筒体８がスライドするときの連係ピン１５の動きを示す。
可動筒体８が中立位置にあるとき、連係ピン１５の外周面のうち、ａ点を含む紙面に垂直な部分が、環状溝１３の一方の側面１３ａに接触している。
この中立位置から可動筒体８が矢印Ｘ方向にスライドすると、環状溝１３の側面１３ａが連係ピン１５を押し進め、回転プレート１７をコイルスプリング２２の弾性力に抗して、矢印Ｋと反対方向に回転させる。このとき、連係ピン１５が側面１３ａに接触する部分は、可動筒体８のスライドとともに移動していく。
そして、可動筒体８が最大限ストロークしたとき、連係ピン１５の外周面のｂ点を含む紙面に垂直な部分が、側面１３ａに接触することになる。
【００１６】
逆に、上記中立位置から筒体８が矢印Ｘと反対方向にスライドすると、環状溝１３の側面１３ａが連係ピン１５から離れようとするが、コイルスプリング２２の弾性力によって、連係ピン１５を環状溝１３の側面１３ａに追従させながら、回転プレート１７は矢印ｋ方向に回転する。このとき、連係ピン１５が側面１３ａに接触する部分は、可動筒体８のスライドとともに移動していく。
そして、可動筒体８が最大限スライドしたとき、連係ピン１５の外周面のｃ点を含む紙面に垂直な部分が、側面１３ａに接触することになる。
【００１７】
なお、可動筒体８のスライド方向によっては、回転プレート１７が、コイルスプリング２２の弾性力の方向と、その弾性力に抗する方向とに回転する。
ただし、コイルスプリング２２は、連係ピン１５を環状溝１３の一方の側面１３ａに当接させるためのものである。そして、その弾性力は、トーションバー７を捩る入力トルクに比べれば非常に小さく、入力トルクを検出する点からいえば、ほとんど無視できる程度のものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、連係ピン１５を可動筒体８の環状溝１３に挿入しているので、当然ながら、連係ピン１５の径を、環状溝１３の幅Ｈよりも小さくしなければならない。
ところで、上記のように、連係ピン１５を環状溝１３の一方の側面１３ａに沿わせて移動させる場合、その側面１３ａを摺動する円弧面の曲率を大きくすれば、その摩耗を避けられることが知られている。
ところが、連係ピン１５を用いて、その円弧面の曲率を大きくしようとすると、連係ピン１５自体を太くするとともに、それに合わせて、環状溝１３の幅Ｈも広くしなければならない。そのため、ポテンショメータ１４が大型化したり、可動筒体８の軸方向長さが長くなったりして、現実的にはどうしても限界があった。そして、結局は、連係ピン１５を太くすることができず、何度も摺動する間に連係ピン１５が摩耗してしまい、中立がずれるという問題があった。
【００１９】
特に、前述した電動パワーステアリング装置では、連係ピン１５が摩耗して、中立がずれてしまうと、操舵フィーリングに大きく影響するため、なんとかしてその摩耗を避ける必要がある。
この発明の目的は、当接面に摺動させる円弧面を大きくして、その摩耗を少なくすることのできるポテンショメータを提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、中立位置を中心に往復移動する可動体に連係させて、この可動体の移動量及び方向を検出するポテンショメータを前提とする。
そして、第１の発明は、可動体の側面に隣り合って位置させた回転プレートと、回転プレートの一回転方向に弾性力を作用させたスプリングと、回転プレートに突設し、回転プレートに水平な断面に円弧を有する円弧面を形成した板状の起立壁とを備え、可動体に当接面を設けるとともに、この当接面に、上記スプリングの弾性力によって上記起立壁の円弧面を当接させ、可動体が移動したとき、起立壁の円弧面を当接面に沿って移動させながら回転プレートが回転して、可動体のスライド移動を回転プレートの回転に変換し、その回転量及び方向に応じて信号を出力する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、ステアリングホイールに連係した入力軸と、この入力軸とトーションバーを介して連結した出力軸と、この出力軸に形成したピニオンと、このピニオンを噛み合わせてラックを形成したラックシャフトと、入力軸と出力軸の相対回転量に応じて移動する可動体と、この可動体の移動量及び方向を検出するポテンショメータを備えたパワーステアリング装置において、上記ポテンショメータを、可動体の側面に隣り合って位置させた回転プレートと、回転プレートの一回転方向に弾性力を作用させたスプリングと、回転プレートに突設し、回転プレートに水平な断面に円弧を有する円弧面を形成した板状の起立壁とを備え、可動体に当接面を設けるとともに、この当接面に、上記スプリングの弾性力によって上記起立壁の円弧面を当接させ、可動体が移動したとき、起立壁の円弧面を当接面に沿って移動させながら回転プレートが回転して、可動体のスライド移動を回転プレートの回転に変換し、その回転量及び方向に応じて信号を出力する構成にした点に特徴を有する。
第３の発明は、第１及び第２の発明において、板状の起立壁を、回転プレートの一部を曲げて形成した点に特徴を有する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１〜３に、本発明の一実施例を示す。
この実施例では、ポテンショメータ１４の回転プレート１７に、連係ピン１５でなく、これから説明する起立壁２４を設けている。以下では、上記従来例との相違点を中心に説明するとともに、従来例と同じ構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
図１、２に示すように、回転プレート１７には、その径方向に突出させた突出片２５を設けている。そして、この突出片２５を曲げて起立壁２４を形成するとともに、この起立壁２４にプレス加工を施して、回転プレート１７に水平な断面が円弧を有する円弧面２６を形成している。
このようにしたポテンショメータ１４をギヤケース１に取り付けると、上記従来例で述べたのと同様に、起立壁２４が環状溝１３に挿入される。そして、この起立壁２４の円弧面２６を、コイルスプリング２２の弾性力によって環状溝１３の一側面１３ａに当接させている。
【００２３】
図３には、可動筒体８がスライドするときの起立壁２４の動きを示す。
可動筒体８が中立位置にあるとき、起立壁２４の円弧面２６のうち、ａ点を含む紙面に垂直な部分が、環状溝１３の側面１３ａに接触しているとする。
【００２４】
この中立位置から可動筒体８が矢印Ｘ方向にスライドすると、環状溝１３の側面１３ａが起立壁２４を押し進めて、回転プレート１７をコイルスプリング２２の弾性力に抗して、矢印ｋと反対方向に回転させる。このとき、起立壁２４の円弧面２６が側面１３ａに沿って移動するので、円弧面２６のａ点を含む部分が側面１３ａから離れるとともに、側面１３ａに接触する部分が、円弧面２６の端部に移動していく。
そして、可動筒体８が最大限ストロークしたとき、起立壁２４の円弧面２６のうち、ｂ点を含む紙面に垂直な部分が、側面１３ａに接触することになる。
【００２５】
逆に、中立位置から可動筒体８が矢印Ｘと反対方向にスライドすると、環状溝１３の側面１３ａが起立壁２４から離れようとするが、コイルスプリング２２の弾性力によって、起立壁２４を環状溝１３の側面１３ａに追従させながら、回転プレート１７は矢印ｋ方向に回転する。このとき、起立壁２４の円弧面２６が側面１３ａに沿って移動するので、円弧面２６のａ点を含む部分が側面１３ａから離れるとともに、側面１３ａに接触する部分が、円弧面２６の端部に移動していく。
そして、可動筒体８が最大限ストロークしたとき、起立壁２４の円弧面２６のうち、ｃ点を含む紙面に垂直な部分が、側面１３ａに接触することになる。
【００２６】
以上述べた実施例のポテンショメータによれば、連係ピン１５でなく、起立壁２４に円弧面２６を形成するようにしたので、環状溝１３の幅Ｈを広くすることなく、その円弧面２６の曲率を大きくすることができる。例えば、図９からも明らかであるが、連係ピン１５によって、起立壁２４の円弧面２６と同じだけの曲率を得ようとすると、連係ピン１５を非常に太いものとしなければならない。
【００２７】
そして、円弧面２６の曲率を大きくできれば、環状溝１３の側面１３ａを摺動する接触面圧を小さくできるので、その摩耗を避けることができる。したがって、長期間の使用にも耐え、中立のずれを小さくすることができる。
特に、このポテンショメータ１４を、電動パワーステアリング装置に用いれば、長期間使用したとしても、中立位置のずれを小さくして、中立状態をしっかりと確保できるので、快適な操舵フィーリングを維持することができる。
【００２８】
また、連係ピン１５を用いる場合、この連係ピン１５は、どうしても回転プレート１７と別部材とせざるを得ない。そして、連係ピン１５を回転プレート１７に固定するには、回転プレート１７に孔を形成し、そこに連係ピン１５を圧入するとともに、連係ピン１５の背面側をかしめるなどして、しっかりと抜けを防止しなければならない。
それに対して、起立壁２４を用いれば、この実施例のように、回転プレート１７の一部を起立させることで一体的に形成することが可能である。したがって、別部品を固定する手間がかからず、コストダウンを図ることもできる。
【００２９】
なお、可動筒体８をスライドさせる機構としては、螺旋スリット９、軸方向スリット１０、及びピン１１、１２を用いたものに限られない。
例えば、図４に示す電動パワーステアリング装置では、可動筒体８を、入出力軸２、５にそれぞれスプライン結合させている。
つまり、具体的には図示しないが、入力軸５の外周面に螺旋溝２７を形成し、出力軸２の外周面に軸方向溝２８を形成している。また、可動筒体８の内周面にも、入力軸５側及び出力軸２側に、上記溝２７、２８に対応する螺旋溝２９及び軸方向突起３０をそれぞれ形成している。そして、この可動筒体８の内周面の軸方向溝２９及び軸方向突起３０を、それぞれ両軸２、５の溝２７、２８にかみ合せている。
【００３０】
このようにした電動パワーステアリング装置でも、入力軸５が、トーションバー７を捩りながら出力軸２に対して回転すると、その回転が、螺旋溝２７、２９のかみ合いを介して可動筒体８に伝えられる。したがって、可動筒体８には、回転方向への分力と軸方向ヘの分力とが作用することになる。ただし、軸方向溝２８及び軸方向突起３０のかみ合いによって可動筒体８の回転が規制されるので、この可動筒体８は、上記軸方向への分力によって、軸方向溝２８及び軸方向突起３０に沿って軸方向にスライドすることになる。
【００３１】
上記実施例では、可動筒体８が、この発明でいう可動体を構成する。ただし、可動体としては、中立位置を中心に往復移動をするものであれば、どのような形状であってもよい。
また、上記実施例では、可動筒体８に形成した環状溝１３の一方の側面１３ａが、この発明でいう当接面を構成する。ただし、この当接面としては、例えば、図４に示すように、可動筒体８に縮径部３１を形成して、それによって形成される段部３１ａを用いてもかまわない。
【００３２】
【発明の効果】
第１及び第２の発明によれば、回転プレートに設けた起立壁に円弧面を形成するようにしたので、大型化することもなく、その円弧面の曲率を大きくすることができる。そして、円弧面の曲率を大きくできれば、接触面圧を小さくできるので、その摩耗を少なくすることができる。したがって、長期間の使用にも耐えて、中立のずれを小さくすることができる。
第３の発明によれば、第１及び第２の発明において、回転プレートの一部を曲げて起立壁を一体的に形成したので、別部品を固定するような手間がかからず、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例のポテンショメータ１４を示す平面図である。
【図２】ポテンショメータ１４のうち起立壁２４部分を示す拡大図である。
【図３】可動筒体８がスライドするときの起立壁２４の動きを示す図である。なお、符号Ｏは、回転プレート１７の回転中心を示している。
【図４】電動パワーステアリング装置の他の例を示す断面図である。
【図５】従来例のポテンショメータ１４を用いた電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図６】可動筒体８を示す斜視図である。
【図７】従来例のポテンショメータ１４を示す斜視図である。
【図８】従来例のポテンショメータ１４を示す平面図である。
【図９】従来例のポテンショメータ１４の連係ピン１５部分を示す拡大図である。
【図１０】ギヤケース１の取り付け面３２を設けた外周面側から見た図である。
【図１１】可動筒体８がスライドするときの連係ピン１５の動きを示す図である。なお、符号Ｏは、回転プレート１７の回転中心を示している。
【符号の説明】
８ 可動筒体
１３ 環状溝
１３ａ 側面
１４ ポテンショメータ
１７ 回転プレート
２２ コイルスプリング
２４ 起立壁
２５ 突出片
２６ 円弧面

Claims (3)

1. 中立位置を中心に往復移動する可動体に連係させて、この可動体の移動量及び方向を検出するポテンショメータにおいて、可動体の側面に隣り合って位置させた回転プレートと、回転プレートの一回転方向に弾性力を作用させたスプリングと、回転プレートに突設し、回転プレートに水平な断面に円弧を有する円弧面を形成した板状の起立壁とを備え、可動体に当接面を設けるとともに、この当接面に、上記スプリングの弾性力によって上記起立壁の円弧面を当接させ、可動体が移動したとき、起立壁の円弧面を当接面に沿って移動させながら回転プレートが回転して、可動体のスライド移動を回転プレートの回転に変換し、その回転量及び方向に応じて信号を出力する構成にしたことを特徴とするポテンショメータ。
2. ステアリングホイールに連係した入力軸と、この入力軸とトーションバーを介して連結した出力軸と、この出力軸に形成したピニオンと、このピニオンを噛み合わせてラックを形成したラックシャフトと、入力軸と出力軸の相対回転量に応じて往復移動する可動体と、この可動体の移動量及び方向を検出するポテンショメータを備えたパワーステアリング装置において、上記ポテンショメータは、可動体の側面に隣り合って位置させた回転プレートと、回転プレートの一回転方向に弾性力を作用させたスプリングと、回転プレートに突設し、回転プレートに水平な断面に円弧を有する円弧面を形成した板状の起立壁とを備え、可動体に当接面を設けるとともに、この当接面に、上記スプリングの弾性力によって上記起立壁の円弧面を当接させ、可動体が移動したとき、起立壁の円弧面を当接面に沿って移動させながら回転プレートが回転して、可動体のスライド移動を回転プレートの回転に変換し、その回転量及び方向に応じて信号を出力する構成にしたパワーステアリング装置。
3. 板状の起立壁は、回転プレートの一部を曲げて形成したことを特徴とする請求項１記載のポテンショメータ及びそれを用いた請求項２記載のパワーステアリング装置。

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