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B6Components

駐車装置用アクチュエータについて
Actuator for Parking System
キーワード

アクチュエータ・ソレノイド・電動化

カーハイドロリクス事業部／技術部

八十田 徳志 Tokushi Yasoda

39Components

駐車装置用アクチュエータについて

要 旨

1. 駐車装置用アクチュエータ概略

近年、電動化や自動運転化など自動車を取り巻く環境には大きな変化が見られる。

この章ではNACHIの駐車装置用アクチュエータ

カーハイドロリクス事業部においても上記環境変化（図1）の概略を紹介する。に適した商品の開発をすすめている。

このアクチュエータは、入力電圧により出力軸の自動運転化をすすめるには操作系の電動化が必要

突出力を発生させるソレノイド式の直動アクチュエータとなり、人の操作力に代わる電動アクチュエータが必である。自動運転化をすすめるには、従来人の力で要となる。

操作していた装置の電動化が必要になり、電動アク本稿では駐車装置の自動化、電動化に関わる技術チュエータが用いられる。電動アクチュエータには回転型として市場投入したソレノイドアクチュエータについて、と直動型が有り、部位に応じて使い分けられる。

その用途と特徴、基本性能を紹介する。

NACH Iは回転 型よりも小 型、高応 答のメリットから、直動型の開発をすすめており、採用部位の拡大を図っている。
本稿の直動型アクチュエータは、現在は高い応答Abstract性と信頼性が求められる駐車装置の電動化に用いられており、今後も直動アクチュエータを用いる様々な用途への適用を検討している。

In recent years, the environment surrounding
automobiles such as EVs and vehicles with automatic
drive has greatly changed. Automotive Hydraulics
Business Division also has been working on thedevelopment of a product that is applicable to theabove-mentioned environmental change.
To achieve automatic drive in a vehicle, it isnecessary to use an electrified operating system
and an electric actuator which replaces humanoperation.
This article introduces the usage, characteristics
and basic functions of the solenoid actuator thatis an automated parking device and is put into themarket as a part of electrically-powered technology.

出力部

コネクタ
（電圧入力部）

図1

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B640

アクチュエータ外観

2. 用途自動車の駐車装置は、一般的に後輪ブレーキ部のNACHIのアクチュエータはこのパーキングロッドのパーキングブレーキと変速機のギアロック機構で構成誤動作を防ぐための安全装置として使われている。

されている。NACHIのアクチュエータはギアロック機構

例えば 駐車 状 態から走行状 態に切り替える際、（パーキングロック機構）の電動化のために用いられてアクチュエータを動 作させギアのロック状 態を切りおり、100℃を超える高温での成立性や耐油性が求め替える必要があるため、アクチュエータの動作遅れはられる変速機のケース内に搭載されている。

発進遅れに繋がり、快適性を損なう。このため、アクギアロック機構の1例を図2に示す。メインアクチュ

チュエータには高い応答性が求められる。また、安全エータからの切り替え信号を受けたパーキングロッドが装置のため、アクチュエータには、高い信頼性が求めパーキングポウルを動作させ、パーキングギアに噛みられる。
使用されるアクチュエータは、顧客の使われ方に込ませることで、ギアの回転をロック（Pレンジ）⇔ロック

よって2種類あり、ON/OFFタイプと無通電保持タイプ

解除（Dレンジなど）を制御している。

がある。本稿ではON/OFFタイプについて説明する。

パーキングロッド
パーキングポウル

メインアクチュエータ

パーキングギア

ロック用アクチュエータ使用されるアクチュエータ

図2

種類

ON/OFFタイプ

無通電保持タイプ

位置切り替え機能〇×

無通電保持×〇アクチュエータ搭載部

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NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B6

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駐車装置用アクチュエータについて

3. アクチュエータの基本機能
1）「コイル抵抗」、「吸引力」

2）基本動作

ソレノイド製品に共通する基本特性として、「コイル次にアクチュエータの基本動作を説明する。
（図4）

抵抗」
、「吸引力」がある。

引込→突出時はアクチュエータに通電指示することで、「コイル抵抗」は、車載バッテリー電圧（約12V）により前述の吸引力が発生し、固定子Aに引き付けられたどれだけの電流が流れるかを決定する。

可動子がプッシャ、出力シャフトを介し動作 相手に「吸引力」は、電流により発生する磁束がソレノイドの荷重を加え突出させる。

可動子を引き付ける際の駆動力を示す。図3にアク突出→引込時は、アクチュエータの通電指示を切る

チュエータの磁束の流れと「吸引力」を示す。電流をことで吸引力がなくなり、動作対象のリターン力によって加えることでソレノイドに磁束が発生し可動子が固定子出力シャフトを押し、突出側から引込側へ切り替えに吸引され、出力シャフトが突出される。

られる。

出力シャフト

磁束の流れ

電圧を印加

固定子A

可動子
コイルコイルに通電することで磁束が発生し可動子が固定子に吸引される

図3

磁束の流れと吸引力

リターン力
動作対象
ストローク

動作対象

可動子からの推力により出力シャフトが突出

出力シャフト
プッシャ
固定子A
可動子

引込状態

図4

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B6

突出状態

アクチュエータの動作423）出力特性
アクチュエータの出力を表わす代表 特 性として、突出力×ストローク特性を説明する。アクチュエータは、電圧を加えるとシャフトに突出力が働き、突出方向に突出力ストロークする。一定電流下でのストロークと突出力の特性を図5に示す。
動作対象にあわせた必要最低限の出力に設計することで、製品の無駄を無くし小型化することができる。
電力から効率的に突出力を生み出すため、磁気が引込側流れる部品のすきまや形状設計が重要になる。

ストローク

図5

NACHIのアクチュエータは、磁 場解 析と最 適化

突出側突出力×ストローク特性例

技術を組みあわせることで、1,000パターンを超える寸法組みあわせから最適な形状を選択している。
応答時間

4）応答性
アクチュエータに電圧を与えてから出力シャフトが電圧突出状態になるまでにはタイムラグがあり、これを応答性という（図6）。応 答性を高めるには動作を阻害する抵抗要素をできる限り抑え、電気的、磁気的、機械的なストローク効率を高める必要がある。

5）アクチュエータの構造
アクチュエータの 効 率と応 答 性を高めるため、
NACHIでは独自の特許構造を採用している。
（図7）
可動子の内径に固定シャフトを設け、上下の固定子と時間可動子の軸精度を極限まで高める構造であり、これ

図6

応答特性により、磁気効率が上昇する。また、可動子は表面積の狭い内径部を摺動させることで、オイルの粘性抵抗を受けにくく、低温環境での応答性向上に寄与する。
出力シャフトプッシャ
固定子A
固定シャフト可動子
可動子の内径摺動構造

固定子B

図743

アクチュエータの構造

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B6

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駐車装置用アクチュエータについて

4. 高応答化のための構造
NACHIのアクチュエータは変 速 機内のオイルに

2）動的解析による適切な油路設計

油没、または飛沫がかかる環境でアクチュエータ内部に油路容積を過剰に大きくすると、アクチュエータのオイルが満たされた場合にも応答性が損なわれないサイズが大きくなる。NACHIのアクチュエータでは応答よう、もう一つの特許構造を採用している。アクチュ性目標を達成するために、電気、電磁力、オイルのエータが動くと外に飛び出すシャフトの容積分、内部に抵抗力を複合した1D解析を行ない、呼吸油路の最適容積変化が生じるため、油中環境ではこの容積分の寸法を設計した。

オイルが出入りする。この際、粘度が高いオイルでは上記設計により、高 粘度 環 境（−40℃）における抵抗力が大きくなり、可動子の動きを妨げ応答性を応 答 時間が競 合品と比 較し53％減と高応 答 性を悪化させる。この章では、高粘度のオイル環境でも実現した。
（図9）

優れた応答性を実現する設計について説明する。
5001）呼吸油路構造（特許構造）
高粘度オイルによる抵抗力を低減するには、容積400

変化油量に対し、流す油路容積を大きくすることが応答時間（ms）有効である。その油路を形成するために、NACHIのアクチュエータは図8の油路構造としている。コイル
アッシーの外周部と固定子Bの間をオイルが迂回する油路構造（ラビリンス構造）とし、油路容積を確保している。この構造は、油路容積の確保以外にも呼吸穴

応答時間53％減

300200100から侵入した異物に対しても有効である。異物は図8のように迂回するよう侵入するため、コイルアッシーの0外周部を登ることができず、重 力で 落 下しコイル

NACHI製図9

アッシーと固定子Bの間に沈殿する。これにより、摺動部他社製競合品との応答性比較への異物侵入を阻止する。
シャフト引込→突出時
出力シャフトが飛び出す分、内部の容積が変化する

シャフト突出→引込時

オイルの流れ呼吸穴→可動部

オイルの流れ可動部→呼吸穴

固定子B
呼吸穴
コイルアッシー
油路容積

油路容積＞容積変化量のため異物はコイルアッシー外周を登れず、重力で落ちる。

図8

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B6

油路構造

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5. 耐異物性の向上

6. 品質と生産性
この章では、アクチュエータの品質、および生産性

アクチュエータはオイルに油没、または飛沫が掛かる向上のための実施内容を紹介する。

環境に設置されると、オイル内の鉄粉や砂粒などの異物により、異物がアクチュエータの摺動部に噛み込む

1）異物対策リスクがある。前章では、呼吸口の異物侵入に対し迂回油路を設けたことを紹介したが、呼吸口以外にも構成部品は組み立て前に洗浄を行ない、生産ラインは出力シャフトの摺動部からの侵入が考えられる。対策

クリーンルームで組み立て、検査を実施している。また、としては、摺動部品の硬度を異物の硬度以上にし、検査工程で使用するオイルも一定期間で残留異物の摺動摩耗を防ぐことが有効である。また、砂粒など、検査し、製品への異物混入防止を徹底している。

より硬い異物に対しては、オイル内に滞在すると想定

2）自動組み立て、検査ラインされる最 大 粒 径以上に摺動部位のすきまを大きく設定し、異物の噛み込み自体を避けている。
（図10）

NACHIのロボット技術を活用し、組み立て、検査迂回油路構造を含め、この2種類の対策を盛り込む工程を自動化することで、生産性の向上とヒューマンことで、異物が混在するオイル内でも著しい推力エラーを未然に防止している。

低下なく、機能を十分満足することに成功している。

工程内検査では、検査結果をデータベース化し、統計処理を行なうことで製 造品質をリアルタイムで傾向監視し、不良品の発生防止に役立てている。

異物侵入箇所1

出力シャフト
固定筒

トレーサビリティの観点から、アクチュエータの外観に・摺動部品の硬度アップ
・より硬い異物に対しては粒径以上の摺動すきまに設定

2次元コードを刻印し、工程内検査データと紐付けることで品質の保証体制を構築している。
（図11）

2次元コードを刻印

固定シャフト
可動子

図10

摺動部位

図1145

2次元コードによるトレーサビリティ例

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駐車装置用アクチュエータについて

7. まとめ本稿ではギアロック機構に搭載される駐車装置用アクチュエータを紹介した。車両の電気機器が増えるなか、この技術を活かし、さらに機能を高め、より幅広い用途に適用していきたいと考える。引き続きお客様の信 頼に応えられる商品開発をすすめていきたいと考える。

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