CN101022980A - 电动锁定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动锁定装置，设有：可动部件；通过驱动源的驱动向开锁方向及上锁方向旋转的凸轮盘(5)；以及具有与凸轮盘(5)的滑动面(6)抵接的凸轮抵接面(10)的锁定部件(8)。锁定部件(8)追随滑动面(6)在阻止上述可动部件移动的锁定位置和允许上述可动部件移动的锁定解除位置之间移位。将滑动面(6)的凸轮轮廓设定为，将锁定部件(8)从锁定位置向锁定解除位置的移动所需的凸轮盘(5)的转矩构成为大致定值。

Description

电动锁定装置
技术领域
本发明涉及使可动部件处于锁定状态的电动锁定装置。
背景技术
这种现有的锁定装置适用于阻止、允许转向盘的转动的转向锁定装置以及阻止、允许自动变速装置的变速杆的移动的移位锁定装置等。例如，现有的转向锁定装置具有：与钥匙头部操作联动向开锁及上锁方向旋转的凸轮部件；以及与该凸轮部件的滑动面抵接的凸轮抵接面。而且，主要由锁定部件构成，该锁定部件追随凸轮部件的滑动面在阻止转向轴的旋转的锁定位置和允许作为可动部件的转向轴的旋转移动的锁定解除位置之间移动(例如参照专利文献：日本实用新案登录第2530045号公报)。
在这种手动操作的装置中，即使为旋转凸轮部件所需的转矩在局部范围增大或存在波动，只要操作员施加力就能容易旋转。因此，凸轮部件的滑动面的凸轮轮廓是重视从操作开始到操作结束的旋转角度而设计的，并未重视开锁力而设计。
但是，在电动转向锁定装置的场合，需要决定凸轮部件的滑动面的凸轮轮廓以使向作为驱动源的马达的负载不会变大。在这里，考虑设计凸轮部件的滑动面的凸轮轮廓以使在凸轮部件的每一旋转角度中锁定部件的移动行程量固定。
然而，若如上所述设定凸轮部件的滑动面的凸轮轮廓，则使锁定部件从锁定位置向锁定解除位置移动所需的马达的转矩由于凸轮部件的旋转位置而不同。总之，从凸轮盘的旋转中心到滑动点的半径长度越大越需要大的转矩。因此，以必需的最大转矩为基准决定马达，所以需要搭载较大转矩的马达。
发明内容
本发明为解决上述现有技术的问题而提出，其目的在于提供一种可以利用较小转矩的驱动源进行锁定部件的移动的电动锁定装置。
为了达到上述目的，本发明的一方面以如下电动锁定装置为要点，该电动锁定装置具备：可动部件；凸轮部件，其通过驱动源的驱动向开锁方向及上锁方向旋转；以及锁定部件，其具有与上述凸轮部件的滑动面抵接的凸轮抵接面，并且在阻止上述可动部件移动的锁定位置和允许上述可动部件移动的锁定解除位置之间追随上述滑动面移动，将上述滑动面的凸轮轮廓设定为，使上述锁定部件从上述锁定位置向上述锁定解除位置的移动所需的上述凸轮部件的转矩为定值以下。
根据本发明的上述一方面，移动锁定部件只需要定值以下的转矩，只要以该定值以下的转矩为基准决定驱动源即可。从而，可以利用较小转矩的驱动源进行锁定部件的移动。
另外，上述凸轮轮廓也可以设定为，在上述凸轮部件的一定旋转角度范围内使上述转矩为大致定值。
根据上述结构，通过将凸轮部件的转矩的定值设定为驱动源的转矩的最大允许值或比它稍小的值，可以有效移动锁定部件。
另外，上述凸轮轮廓也可以基于以在上述凸轮部件的每一旋转角度中的上述锁定部件的移动行程量、从上述凸轮部件的旋转中心到作为上述凸轮部件和上述锁定部件的抵接点的滑动点的半径长度、在上述凸轮部件的每一旋转角度中的上述凸轮抵接面的滑动长度为变量的转矩关系式，基于满足将上述转矩设为定值的上述关系式的上述变量的各值进行设定。
根据上述结构，通过将凸轮部件的转矩的定值设定为驱动源的转矩的最大允许值或比它稍微小的值，可以有效移动锁定部件。
另外，上述凸轮轮廓也可以通过在满足将上述移动行程量设为定值的上述关系式的上述半径长度和上述滑动长度的各候选值中，选择构成光滑的连续面的最佳值进行设定。
根据上述结构，可以通过简单次序决定滑动面的凸轮轮廓。
另外，上述凸轮轮廓也可以在上述锁定部件从上述锁定位置到上述锁定解除位置的移动区域内具有高负载区域和低负载区域，在上述高负载区域将上述转矩设定为大致定值，在上述低负载区域将上述锁定部件的移动行程量设定为比上述高负载区域要大。
根据上述结构，可以利用较小转矩的驱动源进行锁定部件的移动，而且，可以较大地取得锁定部件的移动行程量。
附图说明
图1是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的俯视图。
图2是锁定轴位于锁定解除位置上时的图1的II-II线剖视图。
图3是图2的III-III线剖视图。
图4是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的表示在锁定解除位置上的锁定轴和凸轮盘配置状态的概略放大图。
图5是锁定轴位于锁定位置上时的图1的II-II线剖视图。
图6是图5的VI-VI线剖视图。
图7是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的表示在锁定位置上的锁定轴和凸轮盘配置状态的概略放大图。
图8是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的用于考虑利用凸轮盘移动锁定轴的模型图。
图9是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的记载了载荷的分力的模型图。
图10(a)～(c)是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的分别说明凸轮盘的凸轮轮廓的生成次序的图。
图11(a)～(e)是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的表示凸轮盘的各旋转位置状态的图。
图12是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的表示利用凸轮盘旋转角度的锁定轴的移动行程量的特性线图。
图13是应用了本发明实施方式的电动锁定装置的电动转向锁定装置的凸轮盘的转矩计算值(动摩擦系数不同的条件)和实测值的特性线图。
具体实施方式
以下，基于附图说明将本发明的电动锁定装置应用在电动转向锁定装置上的实施方式。在以下附图的记载中，相同或类似的部分标注相同或类似的标记。但是，附图是模式的，应该注意厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度比率等与现实的结构不同。
图1～图7表示本发明的实施方式，图1是电动转向锁定装置1的俯视图，图2是锁定轴8位于锁定解除位置上时的图1的II-II线剖视图，图3是图2的III-III线剖视图，图4是表示在锁定解除位置上的锁定轴8和凸轮盘5配置状态的概略放大图，图5是锁定轴8位于锁定位置上时的图1的II-II线剖视图，图6是图5的VI-VI线剖视图，图7是表示在锁定位置上的锁定轴8和凸轮盘5配置状态的概略放大图。
如图1、图2以及图5所示，作为电动锁定装置的电动转向锁定装置1具有机架2和覆盖该机架2上方的罩部件3，在用罩部件3覆盖的机架2上固定有作为驱动源的马达单元4。马达单元4内装有减速机构，在比单元壳体突出的旋转轴(未图示)上固定有作为凸轮部件的凸轮盘5。
凸轮盘5通过旋转轴的旋转向开锁方向R1及其相反的上锁方向R2旋转。凸轮盘5其外周面作为滑动面6形成。滑动面6设定为，自旋转中心O的距离可与旋转角度的变化一起逐渐改变。而且，将滑动面6设定为，使到锁定下述锁紧轴8的位置(参照图7)的滑动点的距离为最小距离，且使到对锁定轴8进行锁定接触的位置(参照图4)的滑动点的距离为最大距离。该滑动面6的详细凸轮轮廓在下面详细叙述。
在机架2上形成有贯通于上下方向的滑动用孔7，在该滑动用孔7上移动自如地配置有作为锁定部件的锁定轴8。在锁定轴8的上端固定有吊架部9。该吊架部9的下表面作为凸轮抵接面10形成，凸轮抵接面10抵接在凸轮盘5的滑动面6上。在吊架部9的上表面上作用弹簧13的弹力F，通过该弹力F使得锁定轴8向锁定位置侧加力，并且凸轮抵接面10按压在凸轮盘5上。
在锁定轴8的下端设有配合销部11。锁定轴8追随凸轮盘5的滑动面6移动，在图5～图7所示的锁定位置和图2～图4所示的锁定解除位置之间移动。在锁定位置上，配合销部11进入作为可动部件的转向轴12的突起12a之间(图6的状态)，阻止转向轴12的旋转移动。在锁定解除位置上，配合销部11位于转向轴12的突起12a的旋转轨迹外的位置上(图3的状态)，允许转向轴12的旋转移动。
另外，如图1、图2以及图5所示，电动转向锁定装置1具备转向锁定防止装置20。该转向锁定防止装置20具有固定在被罩部件3覆盖的机架2上的电磁线圈21，在该电磁线圈21的伸缩杆21a上固定有锁板22的一端侧。该锁板22的前端延伸到锁定轴8的附近位置。而且，在锁定轴8位于锁定解除位置上的场合，在电磁线圈12断开时，利用弹簧24，锁板22进入锁定轴8的卡槽23内，阻止锁定轴8的移动。若电磁线圈21接通，则锁板22从锁定轴8的卡槽23退出，允许锁定轴8的移动。
接着，详细说明凸轮盘5的凸轮轮廓。首先，当考虑利用凸轮盘5的锁定轴8的开锁动作时，图8的模型图有效。在图8中，物体A相当于锁定轴8，倾斜部件B相当于凸轮盘5。物体A载置在相当于凸轮盘5的滑动面6的倾斜部件B的倾斜面30上，仅在上下方向可以移动。在物体A上作用上下方向的载荷W(包括弹力F)和来自倾斜部件B的水平方向的载荷P。该载荷W是若在该载荷W作用下能从锁定轴8的锁定位置移动到锁定解除位置切实的移动便能被保障的值。载荷P是旋转的凸轮盘5通过其滑动面6按压锁定轴8的按压力。在这种模型图中，若倾斜部件B以旋转中心O为中心旋转，则物体A沿倾斜面30上向上方滑动移动。可以认为该举动与利用凸轮盘5的旋转得到锁定轴8的位移相同。
在这里，当倾斜部件B仅旋转规定的旋转角度(例如10度)时，将物体A在倾斜部件B的倾斜面30上滑动的滑动长度设为L，将物体A向上方的移动行程量设为S，将从倾斜部件B的旋转中心O到物体A的滑动点的长度设为R。
如图9所示，对于在倾斜面30上滑动移动的物体A，与倾斜面30平行的方向的外力是基于载荷W的分力为W·Sinα、基于载荷P的分力为P·Cosα、根据载荷W、P的阻力的动摩擦力为μ·W·Cosα、μ·P·Sinα(μ是动摩擦系数)。作用于物体A的与倾斜面30平行的方向上的力的平衡式为P·Cosα＝W.Sinα+μ(WCosα+PSinα)。若将该公式整理为P的公式，则为
P＝W·(Tanα+μ)/(1-μ·Tanα)...(1)。
在这里，凸轮盘5的转矩T为T＝R·P，所以若将上述公式(1)设为T的公式，则为
T＝W·R·(Tanα+μ)/(1-μ·Tanα)...(2)。
在该公式(2)中，W是定值，μ是定值，如果设定自凸轮盘5的旋转中心的半径长度R和倾角α的值以使转矩为定值，则可以用固定转矩移动物体A，即锁定轴8。如从图8的模型图可知，Sinα＝S/L，因此倾角α能够置换为滑动长度L和移动行程S。
根据以上内容，如果基于满足上述公式(2)的半径长度R、滑动长度L和移动行程量S的各值设定凸轮盘5的凸轮轮廓以便将转矩T设为定值，则可以用固定转矩使物体A，即锁定轴8移动。
接着，说明一例生成凸轮盘5的凸轮轮廓的具体次序。在本实施方式中，通过将凸轮盘5的旋转角度θ以每10度间隔推进并选择各旋转角度的最佳滑动点，再最终将该滑动点连接起来从而生成凸轮轮廓。在这里，如上所述，半径长度R、滑动长度L和移动行程S三个是变量。将该三个变量中的移动行程量S设为任意适当的规定值S1进行滑动点的特定作业。
图10(a)表示凸轮盘5的任意旋转角度θ的位置。锁定轴8在滑动面6上滑动的滑动点为a1，将从旋转中心O到该滑动点a1的半径长度设为R1。
图10(b)表示凸轮盘5的旋转角度(θ+10)的位置。将从图10(a)所示的旋转角度(θ)的位置到旋转角度(θ+10)的位置的移动行程量S设为规定值S1，从满足上述公式(2)的滑动长度L和半径长度R的各候选值中选择最佳值L1、R1，即作为凸轮轮廓，选择构成光滑连接的滑动点a2的值。图示该最佳值L1、R1。
图10(c)表示凸轮盘5的旋转角度(θ+20)的位置。将从图10(b)所示的旋转角度(θ+10)的位置到旋转角度(θ+20)的位置的移动行程量S设为规定值S2，从满足上述公式(2)的滑动长度L和半径长度R的各候选值中选择最佳值L2、R2，即作为凸轮轮廓，选择构成光滑连接的滑动点a3的值。图示该最佳值L2、R2。通过反复进行以上操作生成凸轮轮廓。
另外，在锁定轴8位于锁定位置的场合，凸轮盘5从图11(a)所示的旋转角度0度开始旋转，从图11(b)所示的旋转角度69度的点开始锁定轴8的锁定解除移动。从图11(b)所示的旋转角度69度的点到图11(c)所示的旋转角度179度是高负载区域，除此之外是低负载区域(几乎无负载)。在图11(d)所示的旋转角度244度的点，结束锁定轴8的锁定解除移动，在图11(e)所示的旋转角度343度的位置结束凸轮盘5的旋转。
图12表示利用凸轮盘5的旋转角的锁定轴8的移动行程量。横轴表示凸轮盘5的旋转角度，纵轴表示锁定轴8的移位行程量。
图13是在锁定轴的载荷W(＝100N)时的凸轮盘5的转矩和旋转角度的特性线图。横轴表示凸轮盘5的旋转角度，纵轴表示凸轮盘5的转矩。如图13所示，在高负载区域中，在旋转角度从69度到约80度的范围内，设定为移动锁定轴8所需的凸轮盘5的转矩逐渐上升的凸轮轮廓，在旋转角度从约80度到179度的范围内，设定为移动锁定轴8所需的凸轮盘5的转矩为大致定值的凸轮轮廓。该定值的大小例如设定为马达单元4的转矩的最大允许值或比它稍小的值。如图12、13所示，在低负载区域中，设定为凸轮盘5的凸轮轮廓是重视了锁定轴8的移位行程量的凸轮轮廓。
在上述结构中，在车辆停车中，锁定轴8位于图5～图7所示的锁定位置上，转向轴12的旋转被锁定。利用这种装置，例如可以防止车辆的被盗。
接着，在驾驶员为了使发动机开始运转而按下转向锁定开关(未图示)时，则驱动马达单元4而使凸轮盘5向开锁方向R1旋转。由此，锁定轴8移动到图2～图4所示的锁定解除位置，允许转向轴12的旋转。
当锁定轴8移动到锁定解除位置时，则连接在转向锁定防止装置20的电磁线圈21上的锁板22通过弹簧24的作用力而卡定在锁定轴8的卡槽23内。在开始运转发动机而使车辆行驶的期间，锁定轴8保持锁定解除位置，允许转向轴12的自由旋转。
当停止发动机时，则转向锁定防止装置20的电磁线圈21接通，锁板22从锁定轴8的卡槽23脱离，且驱动马达单元4而使凸轮盘5向上锁方向R2旋转。由此，锁定轴8移动到图5～图7所示的锁定位置，阻止转向轴12的旋转。
详细说明在上述动作过程中的利用凸轮盘5锁定轴8从锁定位置向锁定解除位置的移动。如图13所示，凸轮盘5的旋转角度从0度到69度的期间，由于凸轮盘5的滑动面6为圆弧状，所以凸轮盘5所需的转矩约为0。
若凸轮盘5的旋转角度超过69度，则开始利用凸轮盘5移动锁定轴8。在凸轮盘5的旋转角度从69度到大致80度的期间，凸轮盘5使锁定轴8移动所需的转矩值以约为一定的比例上升。若凸轮盘5的旋转角度超过约80度，则凸轮盘5使锁定轴8移动所需的转矩值为定值。转矩值的定值继续到凸轮盘5的旋转角度179度，即到脱离高负载区域。再有，在实际装置中，若凸轮盘5的旋转角度超过179度，则成为锁定轴8的低负载区域(几乎无负载)，如图12也表示，锁定轴8的移动行程量也大，能够顺利移动。
以上，在该电动转向锁定装置1中，锁定轴8从锁定位置移位到锁定解除位置，但仅需要作用在凸轮盘5上定值以下的转矩，以该定值以下的转矩为基准决定马达单元4即可。从而，可以利用较小转矩的马达单元4进行锁定轴8的移位。
在本实施方式中，由于将凸轮盘5的滑动面6的凸轮轮廓设定为，在凸轮盘5的一定旋转角度范围(从80度到179度)内，使移动锁定轴8所需的凸轮盘5的转矩为大致定值，所以通过将该定值设定为马达单元4的转矩的最大允许值或比它稍小的值，可以有效使锁定轴8移动。
在本实施方式中，将在凸轮盘5的每一旋转角度中的锁定轴8的移动行程量S设为大致定量，并从自凸轮盘5的旋转中心O到滑动点的长度R和在凸轮盘5的每一旋转角度中的锁定轴8在凸轮抵接面10的滑动长度L满足规定关系式的候选值中选择将滑动面6的凸轮轮廓作成光滑的连续面的最佳值，从而设定凸轮轮廓，所以可以通过简单的次序决定滑动面6的凸轮轮廓。
在本实施方式中，将凸轮盘5的转矩设定为大致定值的凸轮轮廓的区域限定在锁定轴8从锁定位置到锁定解除位置的移动范围内的高负载区域，在低负载范围内，将滑动面6的凸轮轮廓设定为重视锁定轴8的移动行程量的凸轮轮廓，所以可以利用较小转矩的马达单元4进行锁定轴8的移动，而且，可以较大地取得锁定轴8的移动行程量。
另外，在本实施方式中，利用凸轮盘5的上述结构和转向锁定防止装置20，从而在车辆行驶中等，双重防止转向轴12被锁定的危险。尤其在转向锁定防止装置20由于某种原因不能正常工作的场合等，凸轮盘5防止如锁定轴8锁定转向轴12的情况。例如在马达单元4错误动作而意外地要使凸轮盘5旋转的场合，或由于行驶中的激烈振动而导致锁定轴8意外地从凸轮盘5脱落的场合等，转向锁定防止装置20防止如利用弹簧13加力的锁定轴8锁定转向轴12的情况。
另外，在本实施方式中，设有转向锁定防止装置20，但不设置转向锁定防止装置20也可以防止在车辆行驶中的转向轴12的锁定。由于不设置转向锁定防止装置20，可以实现电动转向锁定装置1的紧凑化、轻型化、低成本化等。
另外，在本实施方式中，说明了在将可动部件作为转向轴的电动转向装置上应用了本发明的电动锁定装置的情况，但在将可动部件作为变速杆的自动变速装置的移位锁定装置等中应用了本发明的电动锁定装置的场合也能得到同样的效果。
如上所述，通过实施方式记载了本发明，但本发明并不局限于此，各部分的结构可置换为具有同样功能的任意结构的部件。
产业上的可利用性
提供一种可以利用较小转矩的驱动源进行锁定部件的移动的电动锁定装置。

Claims (5)

1.一种电动锁定装置，其特征在于，
具备：可动部件；
凸轮部件，其通过驱动源的驱动向开锁方向及上锁方向旋转；以及
锁定部件，其具有与上述凸轮部件的滑动面抵接的凸轮抵接面，并且在阻止上述可动部件移动的锁定位置和允许上述可动部件移动的锁定解除位置之间追随上述滑动面移动，
将上述滑动面的凸轮轮廓设定为，使上述锁定部件从上述锁定位置向上述锁定解除位置的移动所需的上述凸轮部件的转矩为定值以下。
2.根据权利要求1所述的电动锁定装置，其特征在于，
将上述凸轮轮廓设定为，在上述凸轮部件的一定旋转角度范围内使上述转矩为大致定值。
3.根据权利要求2所述的电动锁定装置，其特征在于，
上述凸轮轮廓基于以在上述凸轮部件的每一旋转角度中的上述锁定部件的移动行程量、从上述凸轮部件的旋转中心到作为上述凸轮部件和上述锁定部件的抵接点的滑动点的半径长度、以及在上述凸轮部件的每一旋转角度中的上述凸轮抵接面的滑动长度为变量的转矩关系式，基于满足将上述转矩设为定值的上述关系式的上述变量的各值进行设定。
4.根据权利要求3所述的电动锁定装置，其特征在于，
上述凸轮轮廓通过在满足将上述移动行程量设为定值的上述关系式的上述半径长度和上述滑动长度的各候选值中，选择构成光滑的连续面的最佳值进行设定。
5.根据权利要求1所述的电动锁定装置，其特征在于，
上述凸轮轮廓在上述锁定部件从上述锁定位置到上述锁定解除位置的移动区域内具有高负载区域和低负载区域，
在上述高负载区域将上述转矩设定为大致定值，
在上述低负载区域将上述锁定部件的移动行程量设定为比上述高负载区域要大。
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