JP2019147438A - シートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構 - Google Patents

Abstract

【課題】逆起電力による電流を容易にモータに還流させることが可能なシートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構を提供すること。【解決手段】シートベルトを巻き取るためのスプールと、前記スプールを回転させるモータと、前記モータを駆動する駆動回路と、前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルトリトラクタ。シートベルトを巻き取るためのスプールと、前記スプールを回転させるモータと、前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルト巻き取り機構。【選択図】図２

Description

本発明は、シートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構に関する。

従来、シートベルトをモータの動力によって巻き取るシートベルトリトラクタにおいて、モータに発生する逆起電力による電流をモータに還流させるため、モータの一対の給電端子を短絡する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０９３４３１号公報

しかしながら、従来の技術では、モータの一対の給電端子を短絡するための信号を制御部から出力しなければならないため、逆起電力による電流をモータに還流させるための複雑な制御が必要となる。

そこで、本開示は、逆起電力による電流を容易にモータに還流させることが可能なシートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構を提供する。

本開示は、
シートベルトを巻き取るためのスプールと、
前記スプールを回転させるモータと、
前記モータを駆動する駆動回路と、
前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルトリトラクタを提供する。

また、本開示は、
シートベルトを巻き取るためのスプールと、
前記スプールを回転させるモータと、
前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルト巻き取り機構を提供する。

本開示によれば、逆起電力による電流を容易にモータに還流させることが可能となる。

シートベルト装置の構成の一例を示す図である。 駆動回路の第１の構成例を示す図である。 駆動回路の第２の構成例を示す図である。 駆動回路の第３の構成例を示す図である。 シートベルト巻き取り機構の第１の構成例を示す断面図である。 シートベルト巻き取り機構の第２の構成例を示す分解斜視図である。 ギヤの係合関係を示す図である。 モータが時計方向（ＣＷ方向）に回転する場合の状態を示す図である。 モータが反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転する場合の状態を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、シートベルト装置１００の一例を模式的に示す構成図である。シートベルト装置１００は、自動車等の車両１３に搭載されるシステムである。シートベルト装置１００は、例えば、シートベルト２と、ショルダーアンカー３と、タング４と、バックル５と、シートベルトリトラクタ（以下、単に「リトラクタ」とも称する）１０とを備える。リトラクタ１０は、シートベルト巻き取り機構（以下、単に「巻き取り機構」とも称する）６と、制御装置１とを備える。

シートベルト２は、車両１３のシート１１に座る乗員９を拘束する帯状部材の一例であり、巻き取り機構６から引き出し可能に巻き取り機構６に巻き取られる。シートベルト２の一方の端部は、巻き取り機構６に接続され、シートベルト２のもう一方の端部は、車体、プリテンショナ装置又はシート１１などに固定される。シートベルトは、ウェビングとも称される。

ショルダーアンカー３は、巻き取り機構６から引き出されたシートベルト２を乗員９の肩部の方へガイドするガイド部材であり、例えば、車体の床又はシート１１に固定される。

タング４は、ショルダーアンカー３によりガイドされたシートベルト２にスライド可能に取り付けられる部材である。

バックル５は、タング４が着脱可能に係合される部材の一例であり、例えば、車体の床又はシート１１に固定される。

リトラクタ１０は、例えば、シート１１の近傍の車体又はシート１１自体に固定される。リトラクタ１０は、シートベルト２の巻き取り又は引き出しを可能にする巻き取り機構６と、巻き取り機構６の動作を制御する制御装置１とを備える。

巻き取り機構６は、シートベルト２を巻き取るためのスプール８と、スプール８を回転させるモータ７と、モータ７とスプール８との間で動力を伝達する動力伝達機構１７とを備える。スプール８には、シートベルト２の一端が固定される。モータ７は、スプール８を回転させる駆動力を発生する。モータ７の回転軸は、動力伝達機構１７を介して、スプール８の回転軸と連結する。

制御装置１は、モータ７を駆動することによって、巻き取り機構６によるシートベルト２の巻き取り動作（又は、巻き取り動作と引き出し動作の両方）を制御する。制御装置１は、モータ７を駆動する駆動回路１４と、駆動回路１４の駆動動作を制御する制御回路１５とを備える。

駆動回路１４は、制御回路１５から供給される少なくとも一つの制御信号（例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）の制御信号）に従って、モータ７を駆動する駆動電流をモータ７に流す。駆動回路１４の具体例として、４つのスイッチング素子を有するＨブリッジ駆動回路、ハーフブリッジ駆動回路、ハイサイドのスイッチング素子のみを有するハイサイド駆動回路、ローサイドのスイッチング素子のみを有するローサイド駆動回路などが挙げられる。駆動回路１４の形態は、これらに限られず、要求される仕様に応じて、決められる。

制御回路１５は、モータ７を駆動する駆動電流の大きさ（又は、駆動電流の大きさと向き）を制御する少なくとも一つの制御信号（例えば、ＰＷＭの制御信号）を、駆動回路１４に対して出力する。制御回路１５の各機能は、メモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ（Central Processing Unit）が動作することにより実現される。制御回路１５の具体例として、ＣＰＵとメモリとを備えるマイクロコンピュータなどが挙げられる。

図２は、駆動回路１４の第１の構成例を示す図である。図２に示される駆動回路１４Ａは、４つのスイッチング素子２１，２２，２３，２４を有し、モータ７に流す駆動電流の方向を切り替え可能なＨブリッジ駆動回路である。モータ７は、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間に接続されるコイルを内蔵する。

駆動回路１４Ａは、モータ７の第１の端子７ａに接続される第１の接続点１２と、モータ７の第２の端子７ｂに接続される第２の接続点１８とを有し、モータ７に第１の接続点１２及び第２の接続点１８を介して駆動電流を流す。第１の接続点１２は、スイッチング素子２１とスイッチング素子２２とが接続される中間ノードであり、第２の接続点１８は、スイッチング素子２３とスイッチング素子２４とが接続される中間ノードである。

駆動回路１４Ａは、電源ＶＢとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されており、モータ７に対して電源ＶＢ側に接続されるハイサイドのスイッチング素子２１，２３と、モータ７に対してグランド側に接続されるローサイドのスイッチング素子２２，２４とを備える。スイッチング素子２１，２２，２３，２４は、オン／オフ動作する半導体素子であり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の電圧制御型のトランジスタでもよいし、電流制御型のバイポーラトランジスタでもよい。図２には、スイッチング素子２１，２２，２３，２４がＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴである形態が例示されている。

スイッチング素子２１は、第１の端子７ａに接続される第１のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２１は、電源ＶＢ側に接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、第１の端子７ａに第１の接続点１２を介して接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するハイサイドアームである。

スイッチング素子２２は、第１の端子７ａに接続される第１のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２４は、グランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）と、第１の端子７ａに第１の接続点１２を介して接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するローサイドアームである。

スイッチング素子２３は、第２の端子７ｂに接続される第２のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２３は、電源ＶＢ側に接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、第２の端子７ｂに第２の接続点１８を介して接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するハイサイドアームである。

スイッチング素子２４は、第２の端子７ｂに接続される第２のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２４は、グランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）と、第２の端子７ｂに第２の接続点１８を介して接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はソース）とを有するローサイドアームである。

ダイオード３１，３２，３３，３４は、それぞれに対応するスイッチング素子２１，２２，２３，２４のボディダイオードでもよいし、それぞれに対応するスイッチング素子２１，２２，２３，２４に並列に追加接続された整流素子でもよい。

電流測定回路１６は、駆動回路１４Ａに流れる電流を測定し、その測定結果を制御回路１５に対して出力する電流測定部である。電流測定回路１６は、例えば、駆動回路１４Ａのローサイドのスイッチング素子２２，２４とグランドとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路１４Ａに流れる電流の電流量を測定する。

なお、電流測定回路１６は、例えば、駆動回路１４Ａのハイサイドのスイッチング素子２１，２３と電源ＶＢとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路１４Ａに流れる電流の電流量を測定してもよい。電流測定方式は、これらに限られない。

制御回路１５は、電流測定回路１６による電流測定結果等を用いて、駆動回路１４Ａを構成する４つのスイッチング素子２１，２２，２３，２４を駆動する駆動制御部である。

制御回路１５は、シートベルト２をスプール８に巻き取らせるモード（巻き取りモード）では、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２３を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせ、スイッチング素子２１，２４を常時オフさせ、スイッチング素子２２を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子２３のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２３のオフ時にスイッチング素子２４をオンさせてもよい。あるいは、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２２を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせ、スイッチング素子２１，２４を常時オフさせ、スイッチング素子２３を常時オンさせてもよい。このとき、スイッチング素子２２のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２２のオフ時にスイッチング素子２１をオンさせてもよい。

各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ａは、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる方向（正転方向）に、モータ７を回転（正回転）させることができる。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。

一方、制御回路１５は、シートベルト２をスプール８から引き出させるモード（引き出しモード）では、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７が回転（逆回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を逆回転させる引き出しモードでは、スイッチング素子２１を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせ、スイッチング素子２２，２３を常時オフさせ、スイッチング素子２４を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子２１のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２１のオフ時にスイッチング素子２２をオンさせてもよい。あるいは、制御回路１５は、モータ７を逆回転させる引き出しモードでは、スイッチング素子２４を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせ、スイッチング素子２２，２３を常時オフさせ、スイッチング素子２１を常時オンさせてもよい。このとき、スイッチング素子２４のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２４のオフ時にスイッチング素子２３をオンさせてもよい。

各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ａは、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる方向（逆転方向）に、モータ７を回転（逆回転）させることができる。モータ７の回転軸が逆回転すると、その逆回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を引き出す方向に回転するので、シートベルト２はスプール８から引き出される。

ところで、図２に示される構成では、モータ７に並列に常時接続される還流回路４０が設けられている。モータ７の回転軸とスプール８の回転軸とが動力伝達機構１７によって連結されている状態において、スプール８に加えられる外力によってモータ７が回されると、モータ７に逆起電力が発生する。還流回路４０は、この逆起電力による電流をモータ７に還流させることで、モータ７の回転を抑制しブレーキをかけるものである。

還流回路４０がモータ７の回転を抑制することで、例えば、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。また、還流回路４０がモータ７に並列に常時接続されていることにより、逆起電力による電流をモータ７に還流させるための制御が不要となるので、逆起電力による電流を容易にモータ７に還流させることが可能となる。

さらに、逆起電力による電流をモータ７に還流させるための制御が必要な構成では、電源ＶＢが衝突等により失陥すると、当該制御を継続することが難しくなり、その結果、逆起電力による電流をモータ７に還流させることも難しくなる。これに対し、本実施形態では、逆起電力による電流をモータ７に還流させるための制御が不要である。よって、電源ＶＢが衝突等により失陥しても、逆起電力による電流をモータ７に還流させることができ、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。

例えば、リトラクタ１０外部の車載コンピュータは、所定値以上の減速度が車両１３に加わる又は加わる可能性がある緊急時に、シートベルト２の乗員９に対する拘束力制御を開始するための指令信号を送信する。

所定値以上の減速度が車両１３に加わる緊急時の具体例として、自動又は運転者のブレーキ操作で車両１３を所定値以上の減速度で減速させる急ブレーキが作動する時、運転者のブレーキ操作が無くても車両１３を所定値以上の減速度で自動で減速させる自動ブレーキが作動する時などが挙げられる。所定値以上の減速度が車両１３に加わる可能性がある緊急時の具体例として、車両１３が衝突する可能性があると判定される時などが挙げられる。

制御回路１５は、タング４がバックル５に係合されシートベルト２が乗員９に装着された状態において、リトラクタ１０外部の車載コンピュータからの指令信号を受信する等の条件が成立すると、シートベルト２の乗員９に対する拘束力制御を開始する。

制御回路１５は、衝突時の衝撃に準備するため、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。その結果、シートベルト２による乗員９に対する拘束力は上がる。

その後、乗員９が衝突時の慣性により車両前方に移動すると、乗員９の車両前方への慣性力により、シートベルト２がスプール８から引き出される。シートベルト２がスプール８から引き出される方向にスプール８が回転すると、その回転力は、動力伝達機構１７によって、モータ７の回転軸に伝達される。これにより、モータ７の回転軸は、逆転方向に回されるので、モータ７に逆起電力が発生する。この逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に高くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に低くなる）。

図２の構成では、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間の電位差が、ダイオード４２の順方向電圧とツェナーダイオード４１のツェナー電圧との和を超えると、逆起電力による電流は、第１の端子７ａ、還流回路４０、第２の端子７ｂ、モータ７の順路で還流する。このように、還流回路４０は、逆起電力による電流をモータ７に還流させることで、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。

還流回路４０は、ダイオード４２と、ツェナーダイオード４１と、抵抗素子４３とが直列に接続される直列構成を有する。ダイオード４２と、ツェナーダイオード４１と、抵抗素子４３とが、逆起電力による電流が流れる電流経路に直列に挿入されている。ダイオード４２と、ツェナーダイオード４１と、抵抗素子４３とが直列に挿入されている位置は、互いに置換されてもよい。

ダイオード４２は、モータ７に並列に常時接続されており、モータ７に発生する逆起電力による電流をモータ７に還流させる整流素子である。第１の端子７ａ側をアノードとし、第２の端子７ｂ側をカソードとするダイオード４２が、モータ７に並列に常時接続されている。この向きに接続されるダイオード４２により、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７を回転させる駆動電流が還流回路４０に流れることを防止することができる。

ツェナーダイオード４１も、モータ７に並列に常時接続されており、モータ７に発生する逆起電力による電流をモータ７に還流させる整流素子である。ツェナーダイオード４１は、ダイオード４２に直列に接続されている。第１の端子７ａ側をカソードとし、第２の端子７ｂ側をアノードとするツェナーダイオード４１が、モータ７に並列に常時接続されている。この向きに接続されるツェナーダイオード４１により、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７を回転させる駆動電流が還流回路４０に流れることを防止することができる。ツェナーダイオード４１のツェナー電圧は、電源ＶＢとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。

抵抗素子４３は、ツェナーダイオード４１に直列に接続されている。抵抗素子４３により、還流回路４０に逆起電力により流れる還流電流が小さくなるので、モータ７の回転を抑制する力を弱めることができる。つまり、抵抗素子４３の抵抗値を変えることによって、モータ７の回転を抑制する力を調整することができる。なお、抵抗素子４３は、無くてもよい。

また、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に低くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に高くなる）ことが想定される場合がある。この場合、ダイオード４２を、第１の端子７ａ側をアノードとし第２の端子７ｂ側をカソードとするツェナーダイオードに置換することが好ましい。ダイオード４２をツェナーダイオードに置換した構成では、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に低くなる逆起電力が発生すると、その逆起電力による電流は、第２の端子７ｂ、還流回路４０、第１の端子７ａ、モータ７の順路で還流する。この置換したツェナーダイオードのツェナー電圧は、電源ＶＢとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。このように、図２に示される駆動回路１４Ａにおいて、ダイオード４２もツェナーダイオードに変更することによって、両方向の逆起電力の発生に対応できる点で、より好適な構成を実現できる。

図３は、駆動回路１４の第２の構成例を示す図である。第１の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図３に示される駆動回路１４Ｂは、ハイサイドのスイッチング素子２５を有し、モータ７に一方向のみの駆動電流を供給可能なハイサイド駆動回路である。駆動回路１４Ｂは、例えば、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７を回転させる必要がない場合に使用され、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７を回転させる駆動電流をモータ７に供給できる。

駆動回路１４Ｂは、電源ＶＢとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されており、モータ７に対して電源ＶＢ側に接続されるハイサイドのスイッチング素子２５を備える。スイッチング素子２５は、電源ＶＢ側に接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、第２の端子７ｂに接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するハイサイドアームである。第１の端子７ａは、グランドに接続される。ダイオード３５は、スイッチング素子２５のボディダイオードでもよいし、スイッチング素子２５に並列に追加接続された整流素子でもよい。

制御回路１５は、シートベルト２をスプール８に巻き取らせるモード（巻き取りモード）では、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ｂのスイッチング素子２５を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２５を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせる。

スイッチング素子２５がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ｂは、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる方向（正転方向）に、モータ７を回転（正回転）させることができる。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。

図３に示される構成では、モータ７に並列に常時接続される還流回路４５が設けられている。図３の構成では、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に高くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に低くなる）。したがって、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間の電位差が、ツェナーダイオード４４の順方向電圧を超えると、逆起電力による電流は、第１の端子７ａ、還流回路４５、第２の端子７ｂ、モータ７の順路で還流する。このように、還流回路４５は、逆起電力による電流をモータ７に還流させることで、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。

還流回路４５は、ツェナーダイオード４４を有する。ツェナーダイオード４４が、逆起電力による電流が流れる電流経路に直列に挿入されている。ツェナーダイオード４４は、モータ７に並列に常時接続されており、モータ７に発生する逆起電力による電流をモータ７に還流させる整流素子である。第１の端子７ａ側をアノードとし、第２の端子７ｂ側をカソードとするツェナーダイオード４４が、モータ７に並列に常時接続されている。このような向きで接続されたツェナーダイオード４４により、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７を回転させる駆動電流が還流回路４５に流れることを防止することができる。

また、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に低くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に高くなる）ことが想定される場合がある。この場合、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間の電位差が、ツェナーダイオード４４のツェナー電圧を超えると、逆起電力による電流は、第２の端子７ｂ、還流回路４０、第１の端子７ａ、モータ７の順路で還流する。ツェナーダイオード４４のツェナー電圧は、電源ＶＢとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。したがって、図３に示される駆動回路１４Ｂによれば、両方向の逆起電力に対応することも可能である。

図４は、駆動回路１４の第３の構成例を示す図である。第１及び第２の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図４に示される駆動回路１４Ｃでは、モータ７に並列に常時接続される還流回路４９が設けられている。還流回路４９は、図３の還流回路４５に対して、ツェナーダイオード４７と抵抗素子４８とが追加された構成を有する。

ツェナーダイオード４７は、モータ７に並列に常時接続されており、モータ７に発生する逆起電力による電流をモータ７に還流させる整流素子である。ツェナーダイオード４７は、ダイオード４６に直列に接続されている。第１の端子７ａ側をカソードとし、第２の端子７ｂ側をアノードとするツェナーダイオード４７が、モータ７に並列に常時接続されている。ツェナーダイオード４７のツェナー電圧は、電源ＶＢとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。

図４の構成では、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間の電位差が、ダイオード４６の順方向電圧とツェナーダイオード４７のツェナー電圧との和を超えると、逆起電力による電流は、第１の端子７ａ、還流回路４０、第２の端子７ｂ、モータ７の順路で還流する。このように、還流回路４９は、逆起電力による電流をモータ７に還流させることで、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制することができる。その結果、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。

また、図４の構成では、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に高くなる場合、逆起電力による電流の還流時に、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間の電位差は、図３の構成に比べて高い電圧でクランプされる。したがって、還流回路の発熱を抑制でき、エネルギー吸収する期間を短縮できる。

抵抗素子４８は、ツェナーダイオード４７に直列に接続されている。抵抗素子４８により、還流回路４９に逆起電力により流れる還流電流が小さくなるので、モータ７の回転を抑制する力を弱めることができる。つまり、抵抗素子４８の抵抗値を変えることによって、モータ７の回転を抑制する力を調整することができる。なお、抵抗素子４８は、無くてもよい。

また、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に低くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に高くなる）ことが想定される場合がある。この場合、第１の端子７ａ側をアノードとし第２の端子７ｂ側をカソードとするダイオード４６を、第１の端子７ａ側をアノードとし第２の端子７ｂ側をカソードとするツェナーダイオードに置換することが好ましい。ダイオード４２をツェナーダイオードに置換した構成では、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に低くなる逆起電力が発生すると、その逆起電力による電流は、第２の端子７ｂ、還流回路４０、第１の端子７ａ、モータ７の順路で還流する。この置換したツェナーダイオードのツェナー電圧は、電源ＶＢとグランドとの間の電源電圧よりも大きな値に設定される。このように、図４に示される駆動回路１４Ｃにおいて、ダイオード４６もツェナーダイオードに変更することによって、両方向の逆起電力の発生に対応できる点で、より好適な構成を実現できる。

図５は、シートベルト巻き取り機構の第１の構成例を示す断面図である。

この巻き取り機構６Ａは、上述の巻き取り機構６の一例であり、以下の構成要素を有する。
（１）ウェビング（図示せず）を巻き取るスプール１０１
（２）スプール軸として嵌合された所定の荷重で捻れるトーションバー（スプール軸）１０２
（３）スプール１０１とトーションバー１０２を回転自在に支持するリトラクタベース１０３
（４）リトラクタベース１０３にネジ等で一体的に固定されたインターナルギヤ（内歯歯車）１０４
（５）インターナルギヤ１０４の内歯に係合する３つのプラネタリーギヤ（遊星歯車）１０５（図上では１つのみ図示）
（６）プラネタリーギヤ１０５の回転中心軸であって、トーションバー１０２に一体的に嵌合装着されたキャリヤー（出力軸）１０６
（７）プラネタリーギヤ１０５と係合するサンギヤ（太陽歯車）１０７
（８）サンギヤ１０７が同一回転中心で一体的に形成された円筒状のローター１０８
（９）ローター１０８の円筒周縁部の内側面に接着剤等で貼設されていて、ブラシレスモータ７Ａの主要部を構成するリング状のマグネット１０９
（１０）マグネット１０９と近接してブラシレスモータ７Ａの主要部を構成する複数の駆動コイル１１０
（１１）ブラシレスモータ７Ａを被覆するカバー１１１
（１２）カバー１１１の外側に設けられていてトーションバー１０２に嵌合装着される円柱状のブッシュシャフト１１２
（１３）ブッシュシャフト１１２に一端が固定され幾重にも巻かれていて、トーションバー１０２に駆動力を伝達するリターンスプリング１１３
（１４）リターンスプリング１１３の他端が固定され、カバー１１１に一体的に固定されていてリターンスプリング１１３を被覆するスプリングカバー１１４

ブラシレスモータ７Ａは、上述のモータ７の一例であり、ローター１０８と、マグネット１０９と、駆動コイル１１０とを有する。遊星歯車機構１７Ａは、上述の動力伝達機構１７の一例であり、プラネタリーギヤ１０５と、キャリヤー１０６と、サンギヤ１０７とを有する。以下、巻き取り機構６Ａの構成につき更に詳細に説明する。

巻き取り機構６Ａには、機械式ＥＡ（ＥＡは、エネルギー吸収を意味し、以下この用語を統一して用いる）機構と電気式ＥＡ機構とを両用した機構を備えている。機械式ＥＡ機構は、所定のリミット荷重を超えるトルクが負荷された場合にトーションバー１０２の捻れ現象によってエネルギー吸収が行われる。

一方、電気式ＥＡ機構は、ブラシレスモータ７Ａによるアシスト力を与えることによって行われる。これら２つの機構を相互補完するようにして用いられる。

以下、巻き取り機構６Ａの全体の動作につき説明する。

この巻き取り機構６Ａでは、駆動回路１４により駆動コイル１１０に駆動電流が送られると、駆動コイル１１０に磁場が生じてマグネット１０９に反発力が生じ、ブラシレスモータ７Ａのローター１０８に回転力が発生される。このローター１０８の回転力により、サンギヤ１０７は、トーションバー１０２の周りを回転し、サンギヤ１０７に係合する３つのプラネタリーギヤ１０５は、回転力を与えられる。また、３つのプラネタリーギヤ１０５は、リトラクタベース１０３に固定された不動のインターナルギヤ１０４の内歯に係合しているため、インターナルギヤ１０４内を遊星のように回動する（図６，７の符号２２６，２２７を参照）。プラネタリーギヤ１０５の回動によって、プラネタリーギヤ１０５の回転軸であるキャリヤー１０６は、プラネタリーギヤ１０５の回動と共に回動し、キャリヤー１０６と一体のトーションバー１０２を回転させる。トーションバー１０２が回転するとスプール１０１も一体的に回転することになる。

また、トーションバー１０２の端部に一体的に設けられたブッシュシャフト１１２は、トーションバー１０２の回転に伴って回転し、リターンスプリング１１３を付勢方向又は付勢力解放方向に巻きあげる。その他の構成は、従来のリトラクタと同一なので構成の説明は省略する。

次に、巻き取り機構６ＡのＥＡ機構のみの構成および動作について説明する。トーションバー１０２のＥＡ機構とモータアシスト負荷のＥＡ機構との２つのＥＡ機構を相互補完する方法には大きく分けて２つある。第１の方式は、ブラシレスモータ７Ａによってトーションバー１０２の捻れ回転方向とは逆方向に、スプール１０１を回転させてプラスのモータアシスト負荷を与える。第２の方式は、ブラシレスモータ７Ａによってトーションバー１０２の捻れ回転方向と同じ順方向と捻れ回転方向とは逆方向との双方にスプール１０１を回転させてマイナス及びプラスのモータアシスト負荷を与える。ブラシレスモータ７Ａは、制御装置１によって回転制御できる。

例えば、２．５ｋＮ（キロニュートン）のリミット荷重のトーションバー１０２を用いた巻き取り機構の場合、第１の方式での回転制御によって、トーションバー１０２の捻れ回転方向とは逆方向に、モータアシスト負荷を０から３ｋＮまで与えたとする。これにより、トーションバー１０２のＥＡ効果にモータアシスト負荷のＥＡ効果を加えると、全体で２．５ｋＮから５．５ｋＮまでのＥＡ効果が期待できる。

一方、例えば、４ｋＮのリミット荷重のトーションバー１０２を用いた巻き取り機構の場合、第２の方式での回転制御によって、トーションバー１０２の捻れ回転方向とは逆方向の−１．５ｋＮから順方向の＋１．５ｋＮまでのモータアシスト負荷を与えたとする。これにより、全体で同様に２．５ｋＮから５．５ｋＮまでのＥＡ効果が期待できる。この場合、巻き取り機構６Ａに搭載するモータの小型化を図る場合は、第２の方式の方が出力の小さなモータが活用できるので好ましい。また、駆動コイル１１０周辺にホール素子を配置すれば、ローター１０８の回転状態をセンシングすることができる。

図６は、シートベルト巻き取り機構の第２の構成例を示す分解斜視図である。図７は、図６に示される巻き取り機構６Ｂのギヤの係合関係を示す図である。なお、図７では、火薬式プリテンション機構については図面上省略されている。以下、図６，７を用いて巻き取り機構６Ｂの構成につき説明する。この巻き取り機構６Ｂは、上述の巻き取り機構６の一例であり、以下の構成要素を有する。

（１）リテーナ２２０
（２）リテーナ２２０に一体的に装着されたＤＣモータ２２１
（３）ＤＣモータ２２１のモータ軸に一体的に設けられたモータギヤ２２２
（４）リテーナ２２０に設けられた突片に軸支されていて、モータギヤ２２２と係合する第１ギヤ２２３（詳しくは第１ギヤ２２３は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２２３ａと小ギヤ２２３ｂ）から構成され、モータギヤ２２２は大ギヤ２２３ａと係合する）
（５）リテーナ２２０に設けられた突片に軸支されていて、第１ギヤ２２３（詳しくは小ギヤ２２３ｂ）と係合する第２ギヤ２２４（詳しくは第２ギヤ２２４は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２２４ａと小ギヤ２２４ｂ）から構成され、小ギヤ２２３ｂは大ギヤ２２４ａと係合する）
（６）第２ギヤ２２４（詳しくは小ギヤ２２４ｂ）と係合する第３ギヤ２２５（詳しくは第３ギヤ２２５は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２２５ａと小ギヤ２２５ｂ）から構成され、小ギヤ２２４ｂは大ギヤ２２５ａと係合する）
（７）第３ギヤ２２５（詳しくは小ギヤ２２５ｂ）と係合する３つのプラネタリーギヤ２２６
（８）内側に形成された内歯２２７ａに３つのプラネタリーギヤ２２６と係合するインターナルギヤ２２７
（９）インターナルギヤ２２７の外周面に形成された外歯２２７ｂ
（１０）外歯２２７ｂに嵌合してインターナルギヤ２２７の時計方向の回転を係止する係止片２３０
（１１）係止片２３０を一端で支持するバネからなるレバー２３１
（１２）レバー２３１の他端をカール状に形成したリング部材２３２
（１３）リング部材２３２が巻き付く凸状の環状部材２３３（なお、環状部材２３３は第１ギヤ２２３と同一回転中心に一体形成されている）
（１４）環状部材２３３の頂面の周縁部に突設されていて、リング部材２３２を押圧して摩擦力を与える摩擦片２３４
（１５）３つのプラネタリーギヤ２２６を載置するためのキャリヤー２３５
（１６）３つのプラネタリーギヤ２２６をキャリヤー２３５に回転自在に支持してキャリヤー２３５に固着する３つのピン２３６
（１７）３つのピン２３６と３つのプラネタリーギヤ２２６との間に揺動自在に挿入される減速プレート２３７
（１８）キャリヤー２３５の回転中心穴に先端部２３８ａを貫通させて先端部２３８ａの根元部で一体的に嵌合させ、更に先端部２３８ａが第３ギヤ２２５の回転中心穴に摺動回転自在に挿入されるスプール２３８
（１９）スプール２３８に一端が固定された身体を拘束するためのウェビングＷ（矢印ＡはウェビングＷの引き出し方向、矢印ＢはウェビングＷの引き込み方向）
（２０）ギヤ群全体を被覆するカバー２３９
（２１）カバー２３９をリテーナ２２０に装着する複数のネジ２４０

ＤＣモータ２２１は、上述のモータ７の一例である。遊星歯車機構１７Ｂは、上述の動力伝達機構１７の一例であり、巻き取り機構６Ｂの上述の構成要素（３）〜（１７）を有する。以下、巻き取り機構６Ｂの動作につき更に詳細に説明する。

制御装置１は、ＤＣモータ２２１の回転軸を時計方向又は反時計方向に回転させるように動作制御する。図８，９は、本実施例の動作を示す図であって、図８はモータが時計方向（ＣＷ方向）に回転する場合の状態を示す図であり、図９はモータが反時計方向（ＣＣＷ方向）に回転する場合の状態を示す図である。

この巻き取り機構６Ｂは、通常時（急ブレーキ時や衝突時等の緊急時以外）は、図７及び図９に示すように、係止片２３０は外歯２２７ｂから離間していて、インターナルギヤ２２７は拘束されない。よって、遊星歯車の特性上、キャリヤー２３５の回転力は、第３ギヤ２２５には伝達されなくなる。したがって、キャリヤー２３５に一体的に嵌合されたスプール２３８の回転力は、第３ギヤ２２５に係合するＤＣモータ２２１の回転軸には伝達されなくなる。

次に、急ブレーキ時や衝突時等の緊急時には、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）機構や衝突予知装置等の車載コンピュータから指令信号が出力される。出力される指令信号によって、プリテンション機構（火薬式プリテンション機構に先だってウェビングＷを巻き上げてテンションを増加させる機構）を作動させて、ＤＣモータ２２１の回転軸を図８に示すように時計方向（矢印方向）に回転させる。

するとモータギヤ２２２の時計方向の回転力が第１ギヤ２２３に反時計方向（矢印方向）の回転力として伝達されて、係止片２３０がインターナルギヤ２２７の外歯２２７ｂに係合してインターナルギヤ２２７の時計方向（矢印方向）の回転を係止する。これによって、第３ギヤ２２５の回転力は、スプール２３８が一体的に嵌合されているキャリヤー２３５に伝達可能となる。また、第１ギヤ２２３の回転力は、第２ギヤ２２４に時計方向（矢印方向）の回転力として伝達され、第３ギヤ２２５に反時計方向（矢印方向）の回転力が伝達される。

したがって、第３ギヤ２２５に反時計方向の回転は、第３ギヤ２２５と一体の小ギヤ２２５ｂを反時計方向に回転させ、３つのプラネタリーギヤ２２６のそれぞれに時計方向（矢印方向）の回転力を伝達させる。３つのプラネタリーギヤ２２６は、係止片２３０によって回転が拘束されたインターナルギヤ２２７の内歯２２７ａに係合しながら小ギヤ２２５ｂの周囲を遊星のように反時計方向（矢印方向）に回動する。３つのプラネタリーギヤ２２６は、３つのプラネタリーギヤ２２６を軸支するキャリヤー２３５を反時計方向（矢印方向）に回転させる。よって、キャリヤー２３５に嵌合するスプール２３８は反時計方向に回転し、ウェビングＷを巻き取る（矢印Ｂ方向）。したがって、ＤＣモータ２２１の時計方向の回転力は、ウェビングＷを巻き取る回転力として伝達される。

次に、衝突によって車体に衝撃力が伝わり、図示しない加速度センサーや図示しないクラッシュセンサーから衝撃検知信号が出力され、図示しない火薬式のプリテンション機構が作動しウェビングＷが巻き取り機構６Ｂに引き込まれて乗員の初期拘束が確保される。次に、乗員の前方への慣性力によりウェビングＷが引き出される（図８の矢印Ａ）。

この際、図８に示すように、係止片２３０が外歯２２７ｂを係止した状態にあるので、スプール２３８からウェビングＷが引き出される力は、ＤＣモータ２２１の回転軸に反時計方向（矢印と反対方向）に回転力が伝達される。ＤＣモータ２２１は、通電状態あるいは短絡状態にあれば、回転軸の回転によって逆起電力が発生し、回転を妨げるような回転抗力を生ずる。巻き取り機構６Ｂは、この回転抗力をロック機構やＥＡ機構に積極的に活用しようとするものである。

以上、シートベルトリトラクタ及びシートベルト巻き取り機構を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

１ 制御装置
２ シートベルト
６ シートベルト巻き取り機構
７ モータ
８ スプール
１０ シートベルトリトラクタ
１４，１４Ａ，１４Ｂ 駆動回路
１５ 制御回路
１７ 動力伝達機構
４０，４５，４９ 還流回路
１００ シートベルト装置

Claims (10)

1. シートベルトを巻き取るためのスプールと、
   前記スプールを回転させるモータと、
   前記モータを駆動する駆動回路と、
   前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルトリトラクタ。
2. 前記モータは、第１の端子と、前記逆起電力の発生によって前記第１の端子よりも電位が相対的に低くなる第２の端子とを有し、
   前記整流素子は、前記第１の端子側をアノードとし、前記第２の端子側をカソードとするダイオードを含む、請求項１に記載のシートベルトリトラクタ。
3. 前記整流素子は、前記ダイオードに直列に接続されており、前記第１の端子側をカソードとし、前記第２の端子側をアノードとするツェナーダイオードを含む、請求項２に記載のシートベルトリトラクタ。
4. 前記ツェナーダイオードに直列に接続される抵抗素子を更に備える、請求項３に記載のシートベルトリトラクタ。
5. 前記駆動回路は、前記第１の端子に接続される第１のハイサイドスイッチング素子と、前記第１の端子に接続される第１のローサイドスイッチング素子と、前記第２の端子に接続される第２のハイサイドスイッチング素子と、前記第２の端子に接続される第２のローサイドスイッチング素子とを有する、請求項３又は４に記載のシートベルトリトラクタ。
6. 前記第１の端子側をアノードとし、前記第２の端子側をカソードとする前記ダイオードは、ツェナーダイオードである、請求項５に記載のシートベルトリトラクタ。
7. 前記モータは、第１の端子と、前記逆起電力の発生によって前記第１の端子よりも電位が相対的に高くなる第２の端子とを有し、
   前記整流素子は、前記第１の端子側をアノードとし、前記第２の端子側をカソードとするツェナーダイオードを含む、請求項１に記載のシートベルトリトラクタ。
8. 前記逆起電力による電流が前記モータに還流することで、前記モータの回転を抑制する、請求項１から７のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
9. 前記逆起電力による電流が前記モータに還流することで、前記シートベルトの引き出し方向に前記スプールを回転させる逆転方向に前記モータが回転することを抑制する、請求項８に記載のシートベルトリトラクタ。
10. シートベルトを巻き取るためのスプールと、
    前記スプールを回転させるモータと、
    前記モータに並列に常時接続されており、前記モータに発生する逆起電力による電流を前記モータに還流させる少なくとも一つの整流素子とを備える、シートベルト巻き取り機構。

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