JP3808889B2 - 電動ロック装置 - Google Patents

Description

本発明は、可動部材をロック状態にする電動ロック装置に関する。

この種の従来のロック装置は、ステアリングホイールの回動を阻止・許容するステアリングロック装置、およびオートマチックトランスミッションのセレクトレバーの移動を阻止・許容するシフトロック装置等に適用されている。たとえば、従来のステアリングロック装置は、キーノブ操作に連動して解錠方向及び施錠方向に回転するカム部材と、このカム部材の摺動面に当接するカム当接面を有し、カム部材の摺動面に追従してステアリングシャフトの回転を阻止するロック位置と可動部材としてのステアリングシャフトの回転移動を許容するロック解除位置との間で移動するロック部材とから主に構成されている（例えば特許文献１参照）。

このような手動操作の装置では、カム部材を回転させるために必要な回転トルクが一部範囲で大きくても、若しくはバラツキがあっても操作者が力を加えるだけで容易に対応可能である。そのため、カム部材の摺動面のカムプロフィールは、操作開始から操作終了までの回転角度を重視し、解錠力を重視しては設計されていない。

しかし、電動のステアリングロック装置の場合には、駆動源となるモータへの負荷が大きくならないようにカム部材の摺動面のカムプロフィールを決定する必要がある。ここで、カム部材の摺動面のカムプロフィールを、カム部材の回転角度当たりのロック部材の移動ストローク量を一定とするよう設計することが考えられる。
実用新案登録第２５３００４５号公報

しかし、上述したようにカム部材の摺動面のカムプロフィールを設定すると、ロック部材をロック位置からロック解除位置に移動させるに必要なモータの回転トルクがカム部材の回転位置によって相違する。つまり、カム板の回転中心から摺動ポイントまでの半径長さが大きくなればなるほど大きな回転トルクが必要となる。従って、必要な最大回転トルクを基準としてモータを決定するため、大きな回転トルクのモータを搭載する必要があった。

そこで、本発明は、ロック部材の移動を小さな回転トルクの駆動源によって行うことができる電動ロック装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１の発明は、駆動源の駆動により解錠方向及び施錠方向に回転するカム部材と、このカム部材の摺動面に当接するカム当接面を有し、前記カム部材の摺動面に追従して可動部材の移動を阻止するロック位置と前記可動部材の移動を許容するロック解除位置との間で移動するロック部材とを備えた電動ロック装置であって、前記カム部材の前記摺動面のカムプロフィールは、前記カム部材の一定の回転角度範囲に亘って、前記ロック部材のロック位置からロック解除位置への移動に必要な前記カム部材の回転トルクがほぼ一定値に、且つ当該一定値が駆動源の回転トルクの最大許容値以下になるように設定されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の電動ロック装置であって、前記カム部材の回転角度当たりの前記ロック部材の移動ストローク量と、前記カム部材の回転中心から摺動ポイントまでの半径長さと、前記カム部材の回転角度当たりの前記ロック部材の前記カム当接面の摺動長さとを変数とする回転トルクの関係式に基づき、回転トルクを一定値とした上記関係式を満足する移動ストローク量と半径長さと摺動長さの各値に基づいてカムプロフィールが設定されたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の電動ロック装置であって、移動ストローク量を任意の所定値に設定し、回転トルクの関係式を満足する半径長さと摺動長さの各候補値の内で前記摺動面のカムプロフィールを滑らかな連続面となる最適値を選択することによりカムプロフィールが設定されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電動ロック装置であって、前記カム部材の回転トルクをほぼ一定値に設定したカムプロフィールの領域は、前記ロック部材のロック位置からロック解除位置までの移動領域の内の高負荷領域に限定され、低負荷領域での前記カム部材のカムプロフィールは、該カム部材の回転角あたりの該ロック部材の移動ストローク量が、高負荷領域における移動ストローク量よりも大きくなるように設定されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、カム部材の回転トルクの一定値を駆動源の回転トルクの最大許容値やこれより若干小さい値に設定することにより、効率良くロック部材を移動させることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果が得られる。

請求項３の発明によれば、簡単な手順によって摺動面のカムプロフィールを決定できる。

請求項４の発明によれば、ロック部材の移動を小さな回転トルクの駆動源によって行うことができ、しかも、ロック部材の移動ストローク量を大きく取ることができる。

以下、本発明の電動ロック装置を電動ステアリング装置に適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の一実施形態の概略を示し、図１は電動ステアリングロック装置１の平面図、図２はロックシャフト８がロック解除位置に位置する場合の図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ１−Ｂ１線断面図、図４はロック解除位置におけるロックシャフト８とカム板５の配置状態を示す概略拡大図、図５はロックシャフト８がロック位置に位置する場合の図１のＡ−Ａ線断面図、図６は図５のＢ２−Ｂ２線断面図、図７はロック位置におけるロックシャフト８とカム板５の配置状態を示す概略拡大図である。

電動ロック装置としての電動ステアリングロック装置１は、図１、図２及び図５に示すように、フレーム２とこのフレーム２の上方を被うカバー３とを有し、カバー３で被われたフレーム２上には駆動源であるモータユニット４が固定されている。モータユニット４は減速機構を内蔵し、ユニットケースより突出する回転軸（不図示）にカム部材であるカム板５が固定されている。

カム板５は回転軸の回転によって解錠方向Ｒ１及びその逆の施錠方向Ｒ２に回転される。カム板５はその外周面が摺動面６として形成されている。摺動面６は、回転中心Ｏからの距離が回転角度の変化と共に徐々に可変するように設定されており、下記するロックシャフト８をロック位置（図７参照）とする摺動ポイントまでの距離が最小距離に、ロックシャフト８をロック解除位置（図４参照）とする摺動ポイントまでの距離が最大距離になるよう設定されている。その摺動面６の詳細なカムプロフィールについては、下記に詳述する。

又、フレーム２には上下方向に貫通するスライド用孔７が形成されており、このスライド用孔７にロック部材であるロックシャフト８が移動自在に配置されている。ロックシャフト８の上端にはハンガー部９が固定されている。このハンガー部９の下面はカム当接面１０として形成され、カム当接面１０がカム板５の摺動面６に当接されている。ハンガー部９の上面にはバネ１３のバネ力Ｆが作用され、このバネ力Ｆによってロックシャフト８がロック位置側に付勢されていると共にカム当接面１０がカム板５に押圧されている。

ロックシャフト８の下端には係合ピン部１１が設けられている。ロックシャフト８はカム板５の摺動面６に追従して移動し、図５〜図７に示すロック位置と図２〜図４に示すロック解除位置との間を移動する。ロック位置では、係合ピン部１１が可動部材としてのステアリングシャフト１２の突起１２ａ間に入り込み（図６の状態）、ステアリングシャフト１２の回転移動を阻止する。ロック解除位置では、係合ピン部１１がステアリングシャフト１２の突起１２ａの回転軌跡外の位置に位置し（図３の状態）、ステアリングシャフト１２の回転移動を許容する。

また、電動ステアリングロック装置１は、図１、図２及び図５に示すように、ステアリングロック防止手段２０を備えている。このステアリングロック防止手段２０は、カバー３で被われたフレーム２上に固定された電磁ソレノイド２１を有し、この電磁ソレノイド２１の伸縮ロッド２１ａにロックプレート２２の一端側が固定されている。このロックプレート２２の先端はロックシャフト８の近傍位置まで延びている。そして、ロックシャフト８がロック解除位置に位置する場合にあって、電磁ソレノイド２１がオフ時には、バネ２４により、ロックプレート２２がロックシャフト８の係止溝２３に入り込み、ロックシャフト８の移動を阻止する。電磁ソレノイド２１がオンすると、ロックプレート２２がロックシャフト８の係止溝２３より退出し、ロックシャフト８の移動を許容する。

次に、カム板５のカムプロフィールの詳細について説明する。先ず、カム板５によるロックシャフト８の解錠動作を考えるに際し、図８のモデル図が有効である。図８において、物体Ａはロックシャフト８に相当し、傾斜部材Ｂはカム板５に相当する。物体Ａは、カム板５の摺動面６に相当する傾斜部材Ｂの傾斜面３０上に載置され、上下方向にのみ移動可能とする。物体Ａには、上下方向の荷重Ｗと傾斜部材Ｂからの水平方向の荷重Ｐが作用するものとする。荷重Ｗは、この荷重Ｗ下でロックシャフト８のロック位置からロック解除位置に移動させることができれば確実な移動が保障される値である。荷重Ｐは、回転するカム板５がその摺動面６を介してロックシャフト８を押圧する押圧力（バネ力Ｆを含む）である。このようなモデル図において、傾斜部材Ｂが回転中心Ｏを中心に回転すると、物体Ａが傾斜面３０を上方にスライド移動する。この挙動をカム板５の回転によるロックシャフト８の変位と同じと考えることができる。

ここで、傾斜部材Ｂが所定の回転角度（例えば１０度）だけ回転した際に、物体Ａが傾斜部材Ｂの傾斜面３０上を摺動する摺動長さをＬ、物体Ａの上方への移動ストローク量をＳ、傾斜部材Ｂの回転中心Ｏから物体Ａの摺動ポイントまでの長さをＲとする。

図９に示すように、傾斜面３０をスライド移動する物体Ａについて、傾斜面３０に平行な方向の外力は、加重Ｗに基づく分力Ｗ・Ｓｉｎα、加重Ｐに基づく分力Ｐ・Ｃｏｓα、加重Ｗ，Ｐの抗力による動摩擦抵抗μ・Ｗ・Ｃｏｓα，μ・Ｐ・Ｓｉｎα（μは動摩擦係数）である。物体Ａに作用する傾斜面３０と平行な方向における力の釣り合い式は、Ｐ・Ｃｏｓα＝Ｗ・Ｓｉｎα＋μ（ＷＣｏｓα＋ＰＳｉｎα）となる。この式をＰの式に整理すると、
Ｐ＝Ｗ・（Ｔａｎα＋μ）／（１−μ・Ｔａｎα）…（１）となる。

ここで、カム板５の回転トルクＴは、Ｔ＝Ｒ・Ｐであることから、上記（１）式をＴの式とすると、
Ｔ＝Ｗ・Ｒ・（Ｔａｎα＋μ）／（１−μ・Ｔａｎα）…（２）となる。

この（２）式において、Ｗは一定値、μは一定値であり、回転トルクＴを一定値とするようにカム板５の回転中心Ｏからの半径長さＲと傾斜角度αの値を設定すれば、回転トルク一定で物体Ａ、つまり、ロックシャフト８を移動できる。傾斜角度αは、図８のモデル図より分かるように、Ｃｏｓα＝Ｌ／Ｓであるから摺動長さＬと移動ストロークＳに置換できる。

以上より、回転トルクＴを一定値とし、上記（２）を満足する半径長さＲと摺動長さＬと移動ストローク量Ｓの各値に基づいてカム板５のカムプロフィールを設定すれば、回転トルク一定で物体Ａ、つまり、ロックシャフト８を移動させることができる。

次に、カム板５のカムプロフィールを作成する具体的手順の一例を説明する。本実施形態では、カム板５の回転角度θを１０度間隔毎に進めて各回転角度の最適な摺動ポイントを選択し、この摺動ポイントを最終的に繋ぎ合わせることによってカムプロフィールを作成する。ここで、上記したように半径長さＲと摺動長さＬと移動ストロークＳの３つが変数である。この３変数の内の移動ストローク量Ｓを任意の適当な所定値Ｓ１として摺動ポイントの特定作業を行う。

図１０（ａ）はカム板５の任意の回転角度θの位置を示す。ロックシャフト８が摺動する摺動面６上の摺動ポイントがａ１であり、この摺動ポイントａ１までの回転中心Ｏからの半径長さがＲ１とする。

図１０（ｂ）は回転角度（θ＋１０）の位置を示す。回転角度（θ）の位置から回転角度（θ＋１０）の位置までの移動ストローク量Ｓを所定値Ｓ１とし、上記（２）式を満たす摺動長さＬと半径長さＲの各候補値の内から最適値Ｌ１，Ｒ１、つまり、カムプロフィールとして滑らかに連続する摺動ポイントａ２となるものを選択する。この最適値Ｌ１，Ｒ１をプロットする。

図１０（ｃ）は回転角度（θ＋２０）の位置を示す。回転角度（θ＋１０）の位置から回転角度（θ＋２０）の位置までの移動ストロークＳを所定値Ｓ１とし、上記（２）式を満たす摺動長さＬと半径長さＲの各候補値の内から最適値Ｌ２，Ｒ２、つまり、プロフィールとして滑らかに連続する摺動ポイントａ３となるものを選択する。この最適値Ｌ２，Ｒ２をプロットする。以上のことを繰り返すことによりカムプロフィールを作成する。

また、ロックシャフト８がロック位置に位置する場合、カム板５は図１１（ａ）に示す回転角度０度から回転を開始し、図１１（ｂ）に示す回転角度６９度のポイントよりロックシャフト８のロック解除移動を開始する。図１１（ｂ）に示す回転角度６９度のポイントから図１１（ｃ）に示す回転角度１７９度までが高負荷領域であり、それ以外は低負荷領域（ほぼ無負荷）である。図（ｄ）に示す回転角度２４４度のポイントでロックシャフト８のロック解除移動を終了し、図１１（ｅ）に示す回転角度３４３度の位置でカム板５の回転が終了する。

図１３に示すように、高負荷領域では、回転角度が６９度からほぼ８０度に亘る範囲では、ロックシャフト８を移動するに必要なカム板５の回転トルクが徐々に上昇するカムプロフィールに、回転角度がほぼ８０度から１７９度に亘る範囲では、ロックシャフト８を移動するに必要なカム板５の回転トルクがほぼ一定値となるカムプロフィールに設定されている。この一定値の大きさは、例えばモータユニット４の回転トルクの最大許容値やこれより若干小さい値に設定されている。低負荷領域においては、カム部材５のカムプロフィールがロックシャフト８の変位ストローク量を重視したものに設定されている。

上記構成において、車両駐車中にあっては、ロックシャフト８が図５〜図７に示すロック位置に位置し、ステアリングシャフト１２の回転がロックされている。これにより、車両の盗難が防止される。

次に、運転者がエンジンをスタートさせるべくステアリングロックスイッチ（不図示）を押下すると、モータユニット４が駆動してカム板５が解錠方向Ｒ１に回転される。これにより、ロックシャフト８が図２〜図４に示すロック解除位置に移動し、ステアリングシャフト１２の回転が許容される。

ロックシャフト８がロック解除位置に移動すると、ステアリングロック防止手段２０の電磁ソレノイド２１に連結されているロックプレート２２がバネ２４の付勢力によりロックシャフト８の係止溝２３に係止される。エンジンをスタートして車両走行している間は、ロックシャフト８はロック解除位置を保持し、ステアリングシャフト１２の自由な回転が許容される。

エンジンを停止すると、ステアリングロック防止手段２０の電磁ソレノイド２１がオンして、ロックプレート２２がロックシャフト８の係止溝２３から離脱され、モータユニット４が駆動してカム板５が施錠方向Ｒ２に回転される。これにより、ロックシャフト８が図５〜図７に示すロック位置に移動し、ステアリングシャフト１２の回転が阻止される。

上記動作過程中における、カム板５によるロックシャフト８のロック位置からロック解除位置への移動を詳細に説明する。図１３に示すように、カム板５の回転角度が０度から６９度までの間は、カム板５の摺動面６が真円弧状であることからカム板５に必要な回転トルクはほぼ０である。

カム板５の回転角度が６９度を超えると、カム板５によるロックシャフト８の移動が開始される。カム板５の回転角度が６９度からほぼ８０度までの間は、カム板５がロックシャフト８を移動させるに必要な回転トルク値がほぼ一定の割合で上昇する。カム板５の回転角度がほぼ８０度を超えると、カム板５がロックシャフト８を移動させるに必要な回転トルク値が一定値となる。回転トルク値の一定値はカム板５の回転角度が１７９度、つまり、高負荷領域を抜けるまで続く。なお、実際の装置では、カム板５の回転角度が１７９度を超えると、ロックシャフト８の低負荷領域（ほぼ無負荷）となり、ロックシャフト８の移動ストロール量も大きく、スムーズに移動することになる。

以上、この電動ステアリングロック装置１では、ロックシャフト８をロック位置からロック解除位置に変位するのに、カム板５に一定値以下の回転トルクしか必要なく、その一定値以下の回転トルクを基準にモータユニット４を決定すれば良い。従って、ロックシャフト８の変位を小さな回転トルクのモータユニット４によって行うことが可能である。

この実施形態では、カム部材５の摺動面６のカムプロフィールは、カム部材５の一定の回転角度範囲（８０度から１７９度）に亘って、ロックシャフト８を移動するに必要なカム部材５の回転トルクがほぼ一定値になるように設定されたので、当該一定値をモータユニット４の回転トルクの最大許容値やこれより若干小さい値に設定することにより、効率良くロックシャフト８を移動させることができる。

この実施形態では、カム板５の回転角度当たりのロックシャフト８の移動ストローク量Ｓをほぼ一定量とし、カム板５の回転中心Ｏから摺動ポイントまでの長さＲとカム板５の回転角度当たりのロックシャフト８のカム当接面１０の摺動長さＬとを所定の関係式を満足する候補値の内から、摺動面６のカムプロフィールを滑らかな連続面とする最適値を選択することによりカムプロフィールが設定されたので、簡単な手順によって摺動面６のカムプロフィールを決定できる。

この実施形態では、カム板５の回転トルクをほぼ一定値に設定したカムプロフィールの領域は、ロックシャフト８のロック位置からロック解除位置までの移動範囲の内の高負荷範囲に限定し、低負荷範囲では摺動面６のカムプロフィールはロックシャフト８の移動ストローク量を重視したものに設定されたので、ロックシャフト８の移動を小さな回転トルクのモータユニット４によって行うことができ、しかも、ロックシャフト８の移動ストローク量を大きく取ることができる。

また、この実施形態では、カム板５の上記した構成とステアリングロック防止手段２０とによって、車両走行中等においてステアリングシャフト１２がロックしてしまう危険を２重に防止している。特に、カム板５は、ステアリングロック防止手段２０が何らかの原因で正常に作動しない場合等に、ロックシャフト８がステアリングシャフト１２をロックするような事態を防止する。ステアリングロック防止手段２０は、例えばモータユニット４が誤作動して不意にカム板５が回転しようとした場合や、走行中の激しい振動等で不意にカム板５からロックシャフト８が脱落してしまった場合などに、バネ１３により付勢されているロックシャフト８がステアリングシャフト１２をロックするような事態を防止する。

尚、この実施形態では、ステアリングロック防止手段２０を設けているが、ステアリングロック防止手段２０を設けなくても車両走行中におけるステアリングシャフト１２のロックを防止できる。ステアリングロック防止手段２０を設けないことにより、電動ステアリングロック装置１のコンパクト化、軽量化、低コスト化等を図ることができる。

また、本実施形態では、可動部材をステアリングシャフトとする電動ステアリング装置に本願発明の電動ロック装置を適用した場合について説明したが、可動部材をセレクトレバーとするオートマチックトランスミッションのシフトロック装置に本願発明の電動ロック装置を適用した場合にも同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態を示し、電動ステアリングロック装置の平面図である。 本発明の一実施形態を示し、ロックシャフトがロック解除位置に位置する場合の図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、図２のＢ１−Ｂ１線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、ロック解除位置におけるロックシャフトとカム板の配置状態を示す概略拡大図である。 本発明の一実施形態を示し、ロックシャフトがロック位置に位置する場合の図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、図５のＢ２−Ｂ２線断面図である。 本発明の一実施形態を示し、ロック位置におけるロックシャフトとカム板の配置状態を示す概略拡大図である。 本発明の一実施形態を示し、カム板によるロックシャフトの移動を考えるためのモデル図である。 本発明の一実施形態を示し、荷重の分力を記載したモデル図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれカム板のカムプロフィールの作成手順を説明する図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）〜（ｅ）はカム板の各回転位置の状態を示す図である。 本発明の一実施形態を示し、カム板の回転角によるロックシャフトの移動ストローク量を示す特性線図である。 本発明の一実施形態を示し、カム板の回転トルクの計算値（動摩擦係数が異なる条件）と実測値の特性線図である。

符号の説明

１ 電動ステアリングロック装置
４ モータユニット（駆動源）
５ カム板（カム部材）
６ 摺動面
８ ロックシャフト（ロック部材）
１０ カム当接面
Ｏ カム板の回転中心
Ｒ１ 解錠方向
Ｒ２ 施錠方向
Ｌ カム板の回転角度当たりのロックシャフトのカム当接面の摺動長さ
Ｓ カム板の回転角度当たりのロックシャフトの移動ストローク量
Ｒ カム板の回転中心Ｏからロックシャフトの摺動ポイントまでの長さ

Claims (4)

1. 駆動源の駆動により解錠方向及び施錠方向に回転するカム部材と、このカム部材の摺動面に当接するカム当接面を有し、前記カム部材の摺動面に追従して可動部材の移動を阻止するロック位置と前記可動部材の移動を許容するロック解除位置との間で移動するロック部材とを備えた電動ロック装置であって、
   前記カム部材の前記摺動面のカムプロフィールは、前記カム部材の一定の回転角度範囲に亘って、前記ロック部材のロック位置からロック解除位置への移動に必要な前記カム部材の回転トルクがほぼ一定値に、且つ当該一定値が駆動源の回転トルクの最大許容値以下になるように設定されたことを特徴とする電動ロック装置。
2. 請求項１記載の電動ロック装置であって、
   前記カム部材の回転角度当たりの前記ロック部材の移動ストローク量と、前記カム部材の回転中心から摺動ポイントまでの半径長さと、前記カム部材の回転角度当たりの前記ロック部材の前記カム当接面の摺動長さとを変数とする回転トルクの関係式に基づき、回転トルクを一定値とした上記関係式を満足する移動ストローク量と半径長さと摺動長さの各値に基づいてカムプロフィールが設定されたことを特徴とする電動ロック装置。
3. 請求項２記載の電動ロック装置であって、
   移動ストローク量を任意の所定値に設定し、回転トルクの関係式を満足する半径長さと摺動長さの各候補値の内で前記摺動面のカムプロフィールを滑らかな連続面となる最適値を選択することによりカムプロフィールが設定されたことを特徴とする電動ロック装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の電動ロック装置であって、
   前記カム部材の回転トルクをほぼ一定値に設定したカムプロフィールの領域は、前記ロック部材のロック位置からロック解除位置までの移動領域の内の高負荷領域に限定され、
   低負荷領域での前記カム部材のカムプロフィールは、該カム部材の回転角あたりの該ロック部材の移動ストローク量が、高負荷領域における移動ストローク量よりも大きくなるように設定されたことを特徴とする電動ロック装置。

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