JP4811893B2 - モータ式シートベルトリトラクター - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロック機構を備えたリトラクタ、特にはモーターを利用したロック機構を備えたモータ式リトラクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、機械式ロック機構を備えたシートベルトリトラクタが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
機械式ロック機構以外の方式で、電気式にロック機能を行えるリトラクタの出現が望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係るモータ式シートベルトリトラクターは、前記ロック機構は、車両緊急時に前記ウエビングの引き出し方向に回転しようとするモータの回転軸の回転で前記モータが発生する逆起電力に基づいて、前記モータの回転軸の回転を阻止する回転抗力をモータの回転軸に発生させて、前記ウエビングの引出しを阻止する前記モータで構成されていることを特徴とする。このように構成すれば、ロック機構をモータが発生する逆起電力に基づくモータで構成するので、適切なタイミングでのロックが可能となる。
【０００６】
また、本発明の実施に当たり、回転抗力は、少なくとも短絡させたモータの回転軸の回転時に生じる回転抗力から構成されるのが好ましい。このように構成すれば、モータを短絡させた時の回転軸が回転する時の回転抗力をロック機構として活用することができるので、モータの駆動制御が不要となる。
更に、本発明の実施に当たり、本発明のモータ式シートベルトリトラクターは、ロック機構を構成するモータとウェビングを巻き取るスプールとの間の動力伝達を行う遊星歯車機構、および係止片を少なくとも備え、遊星歯車機構は、プラネタリギヤ、モータの動力が伝達されるとともにプラネタリギヤに噛合するギヤ、回転可能に設けられるとともにプラネタリギヤに噛合するインターナルギヤ、およびプラネタリギヤを回転可能に支持するとともにスプールに一体回転可能に連結されるキャリヤーを有し、インターナルギヤは、通常時にモータとスプールとの動力伝達を遮断するとともに、車両緊急時に係止片が作動してウェビング引出し方向の回転が阻止されることでスプールのウェビング引出し方向の回転をモータに伝達させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解されたい。
【０００８】
本発明に係るリトラクターの実施例につき説明する。
図１は、本発明に係るリトラクターの実施例を示す分解斜視図である。
図２は、本実施例のリトラクターのギヤの係合関係を示す図である。なお、図１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１，２を用いて本実施例に係るリトラクターの構成につき説明する。このリトラクター２００は、以下に示すような構成要素から構成される。
【０００９】
（１） リテーナ２０
（２） リテーナ２０に一体的に装着されたＤＣモータ２１
（３） ＤＣモータ２１のモータ軸に一体的に設けられたモータギヤ２２
（４） リテーナ２０に設けられた突片に軸支されていて、モータギヤ２２と係合する第１ギヤ２３（詳しくは第１ギヤ２３は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２３ａと小ギヤ２３ｂ）から構成され、モータギヤ２２は大ギヤ２３ａと係合する）
（５） リテーナ２０に設けられた突片に軸支されていて、第１ギヤ２３（詳しくは小ギヤ２３ｂ）と係合する第２ギヤ２４（詳しくは第２ギヤ２４は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２４ａと小ギヤ２４ｂ）から構成され、小ギヤ２３ｂは大ギヤ２４ａと係合する）
【００１０】
（６） 第２ギヤ２４（詳しくは小ギヤ２４ｂ）と係合する第３ギヤ２５（詳しくは第３ギヤ２５は、一体的な２段ギヤ（大ギヤ２５ａと小ギヤ２５ｂ）から構成され、小ギヤ２４ｂは大ギヤ２５ａと係合する）
（７） 第３ギヤ２５（詳しくは小ギヤ２５ｂ）と係合する３つのプラネタリーギヤ２６
（８） 内側に形成された内歯２７ａに３つのプラネタリーギヤ２６と係合するインターナルギヤ２７
（９） インターナルギヤ２７の外周面に形成された外歯２７ｂ
（１０） 外歯２７ｂに嵌合してインターナルギヤ２７の時計方向の回転を係止する係止片３０
（１１） 係止片３０を一端で支持するバネからなるレバー３１
（１２） レバー３１の他端をカール状に形成したリング部材３２
（１３） リング部材３２が巻き付く凸状の環状部材３３（なお、環状部材３３は第１ギヤ２３と同一回転中心に一体形成されている）
（１４） 環状部材３３の頂面の周縁部に突設されていて、リング部材３２を押圧して摩擦力を与える摩擦片３４
【００１１】
（１５） ３つのプラネタリーギヤ２６を載置するためのキャリヤー３５
（１６） ３つのプラネタリーギヤ２６をキャリヤー３５に回転自在に支持してキャリヤー３５に固着する３つのピン３６
（１７） ３つのピン３６と３つのプラネタリーギヤ２６との間に揺動自在に挿入される減速プレート３７
（１８） キャリヤー３５の回転中心穴に先端部３８ａを貫通させて先端部３８ａの根元部で一体的に嵌合させ、更に先端部３８ａが第３ギヤの回転中心穴に摺動回転自在に挿入されるスプール３８
（１９） スプール３８に一端が固定された身体を拘束するためのウエビングＷ（矢印ＡはウエビングＷの引き出し方向、矢印ＢはウエビングＷの引き込み方向）
（２０） ギヤ群全体を被覆するカバー３９
（２１） カバー３９をリテーナ２０に装着する複数のネジ４０
（２２） ＤＣモータ２１を短絡又は非短絡に接続制御すると共にＤＣモータ２１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制御回路（図示せず）
【００１２】
以下、上述した構成要素を用いて本発明のリテーナの動作につき説明する。
図３は、本実施例の動作を示す図であって、（Ａ）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、（Ｂ）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。
このリトラクター２００は、通常時（急ブレーキ時や衝突時等の緊急時以外）は、図２、図３（Ｂ）に示すように係止片３０は外歯２７ｂから離間していて、インターナルギヤ２７は拘束されないので、遊星歯車の特性上、キャリヤー３５の回転力は、第３ギヤには伝達されなくなる。したがって、キャリヤー３５に一体的に嵌合されたスプール３８の回転力は、第３ギヤに係合するＤＣモータ２１の回転軸には伝達されなくなる。
【００１３】
次に、急ブレーキ時や衝突時等の緊急時には、図示しないＡＳＢ（アンチスキッドブレーキ）機構や図示しない衝突予知装置等からの出力信号によってプリ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エビング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２１の回転軸を図３（Ａ）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２２の時計方向の回転力が第１ギヤ２３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３０がインターナルギヤ２７の外歯２７ｂに係合してインターナルギヤ２７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２５の回転力は、スプール３８が一体的に嵌合されているキャリヤー３５に伝達可能となる。また、第１ギヤ２３の回転力は、第２ギヤ２４に時計方向（矢印方向）の回転力として伝達され、第３ギヤ２５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２５に反時計方向の回転は、第３ギヤ２５と一体の小ギヤ２５ｂを反時計方向に回転させ、３つのプラネタリーギヤ２６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２６は、係止片３０によって回転が拘束されたインターナルギヤ２７の内歯２７ａに係合しながら小ギヤ２５ｂの周囲を遊星のように反時計方向（矢印方向）に回動し、３つのプラネタリーギヤ２６を軸支するキャリヤー３５を反時計方向（矢印方向）に回転させる。よって、キャリヤー３５に嵌合するスプール３８は反時計方向に回転し、ウエビングＷを巻き取る（矢印Ｂ方向）。したがって、ＤＣモータ２１の時計方向の回転力は、ウエビングＷを巻き取る回転力として伝達される。
【００１４】
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エビングＷがリトラクターに２００に引き込まれて乗員の初期拘束が確保される。
次に、乗員の前方方向への慣性力によりウエビングＷが引き出される（図３（Ａ）の矢印Ａ）。この際、図３（A）に示すように、係止片３０が外歯２７ｂを係止した状態にあるので、スプール３８からウエビングＷが引き出される力は、ＤＣモータ２１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２１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。本発明では、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。
【００１５】
以下、この回転抗力の特性について図を用いて説明する。
図４は、乗員が搭乗した車両が壁に衝突した時点（図上０点）から完全に車両がクラッシュするまでの、短絡したＤＣモータの回転抗力Ｆ[Ｎｍ]（単位はニュートンメートル）と時間Ｔ[sec]（単位は秒）との関係を示すグラフであって、体重別（Light、Middle、Heavy）のグラフを示している。
図５は、乗員が搭乗した車両が壁に衝突した時点（図上０点）から完全に車両がクラッシュするまでの、短絡したＤＣモータの回転抗力Ｆ[Ｎｍ]（単位はニュートンメートル）と時間Ｔ[sec]（単位は秒）との関係を示すグラフであって、衝突速度別（Low Speed、Middle Speed、High Speed）のグラフをそれぞれ示している。
【００１６】
図４に示すように、体重が軽い程、曲線の立ち上がりの勾配が低く（図面上の実線のグラフ）、体重が重いほど曲線の立ち上がりの勾配が高く（図面上の二点鎖線のグラフ）、体重が中位だと曲線の立ち上がりの勾配は体重が軽い場合と体重が重い場合の中間の勾配となることが分かる。また、立ち下がりの勾配については、体重差に関わらず、なだらかに立ち下がる。この結果から、回転抗力をEA機構に用いれば、体重が軽い乗員に対しては、比較的なだらかにEA荷重が増加するので、身体にかかる総荷重量が比較的少なくなる。一方、体重が重い乗員に対しては、比較的急峻にEA荷重が増加するので、身体にかかる総荷重量が比較的多くなる。そして、EA荷重の減少勾配については、体重差に関わらずなだらかに立ち下がり、ソフトランディングが可能となる。
【００１７】
また、図５に示すように、車両の壁に衝突する時の衝突速度が速い程、回転抗力Ｆのロードリミット値（EA加重限界値）は高くなり（図面上の二点鎖線のグラフ）、衝突速度が遅い程、回転抗力Ｆのロードリミット値は低くなる（図面上の実線のグラフ）。すなわち、衝突速度の速いか遅いかによって、ロードリミット値が上下するので理想的な乗員拘束能力を発揮することができる。
なお、従来の機械式EA機構、例えばトーションバーでは、体重差や衝突速度差に何ら関係なく、EA加重の立ち上がりの勾配は一定であり、また、ロードリミット値も一定である。
【００１８】
また、このロードリミット値は、以下のように様々な手法で任意に設定することができる。例えば、スプール３８の回転をＤＣモータ２１に伝達するギヤ比を変えることによって回転抗力Ｆのロードリミット値、立ち上がり勾配、立ち下がり勾配を任意に設定することが可能である。また、抵抗を介してＤＣモータ２１を通電あるいは短絡させれば、抵抗値を変えることによって、回転抗力のロードリミット値、立ち上がり勾配、及び立ち下がり勾配を任意に調整することもできる。例えば、抵抗値を高くするほど、ロードリミット値は低く、立ち上がり勾配はなだらかに、及び立ち下がり勾配は急峻になる。この場合、異なる抵抗値の抵抗を回路上で選択可能に接続しておき、シビアリティの大小によって最適な抵抗に自動的に接続できるように構成することもできる。これによってより理想的な拘束性能を期待することが可能となる。
【００１９】
なお、抵抗値を接続する以外に、ヒューズを接続すると、所定の電流値を越えると、EA機構が解除され、EA加重を下げることもできる。
また、通電によってＤＣモータ２１の回転軸にウエビングＷを引き込むようにに弱い回転力（図３（Ａ）の矢印方向）を与えてやれば、回転抗力にプラスのモータアシスト負荷を与えることもできるし、逆にＤＣモータ２１の回転軸にウエビングＷを引き出すように弱い回転力（図３（Ａ）の矢印と反対方向）を与えてやれば、回転抗力にマイナスのモータアシスト負荷を与えることもできる。また、出力の異なるモーターを取り替えることによっても、ロードリミット値、立ち上がり勾配、及び立ち下がり勾配を調整することができる。また、ロードリミット値、立ち上がり勾配、及び立ち下がり勾配を調整する別の手法としては、ＤＣモータ２１を短絡する時間ｔ１および非短絡ｔ２をそれぞれ任意に変えて、パルス状の矩形波を作り、この矩形波でＤＣモータ２１の短絡／非短絡を制御することで、回転抗力のロードリミット値、立ち上がり勾配、及び立ち下がり勾配を任意に設定することができる。例えば、ｔ１をｔ２に比べて長くするほど、ロードリミット値は高く、立ち上がり勾配は急峻に、及び立ち下がり勾配はなだらかになる。また、ｔ２をｔ１に比べて長くするほどロードリミット値は低く、立ち上がり勾配はなだらかに、及び立ち下がり勾配は急峻になる。
【００２０】
なお、EA機構を始動するタイミングは、エアバッグの点火を指示するECUで行うこともできるし、プリテンション用ECUで行うこともできる。
また、ロードリミット値、立ち上がり勾配、及び立ち下がり勾配を調整は、ダミーを用いた実車による実験等のウエビングＷの引き出し特性を見て適当に設定することが好ましい。また、ＤＣモータ２１の代わりに銅管内に磁石を備えた回転軸を設ければ、短絡する必要が無くなるので、廉価かつ簡単な構造でEA機構を設けることもできる。
また、これらEA機構をバックルプリテン等の各種プリテン機構と組み合わせて用いると更に効果的である。
また、ビークルセンサーをリトラクターに組み込んで、EAスイッチとして使うこともできる。
【００２１】
また、上述した図１に示した実施例のようなリトラクターでも、本発明を適用して短絡されたモータの回転抗力をEA機構として利用する手法を加えることも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、ロック機構を逆起電力を発生するモータで構成するので、モータにより電気式にロック機能を行うことができ、適切なタイミングでのロックが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリトラクターの実施例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明に係るリトラクターの実施例におけるギヤの係合関係を示す図である。
【図３】本発明に係るリトラクターの実施例の動作を示す図であって、（Ａ）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、（Ｂ）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。
【図４】乗員が搭乗した車両が壁に衝突した時点（図上０点）から完全に車両がクラッシュするまでの、短絡したＤＣモータの回転抗力Ｆ[Ｎｍ]（単位はニュートンメートル）と時間Ｔ[sec]（単位は秒）との関係を示すグラフであって、体重別（Light、Middle、Heavy）のグラフを示している。
【図５】乗員が搭乗した車両が壁に衝突した時点（図上０点）から完全に車両がクラッシュするまでの、短絡したＤＣモータの回転抗力Ｆ[Ｎｍ]（単位はニュートンメートル）と時間Ｔ[sec]（単位は秒）との関係を示すグラフであって、衝突速度別（Low Speed、Middle Speed、High Speed）のグラフをそれぞれ示している。
【符号の説明】
２０： リテーナ、２１：ＤＣモータ、２２：モータギヤ、２３：第１ギヤ、２４：第２ギヤ、２５：第３ギヤ、２６：プラネタリーギヤ、２７：インターナルギヤ、２７ａ：内歯、２７ｂ：外歯、３０：係止片、３１：レバー、３２：リング部材、３３：環状部材、３４：摩擦部材、３５：キャリヤー、３６：ピン、３７：減速プレート、３８：スプール、２３ａ、２４ａ，２５ａ：大ギヤ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ：小ギヤ、２００：リトラクター

Claims (3)

1. 車両緊急時にウエビングの引出しを阻止するロック機構を備えたモータ式シートベルトリトラクターにおいて、
   前記ロック機構は、車両緊急時に前記ウエビングの引き出し方向に回転しようとするモータの回転軸の回転で前記モータが発生する逆起電力に基づいて、前記モータの回転軸の回転を阻止する回転抗力をモータの回転軸に発生させて、前記ウエビングの引出しを阻止する前記モータで構成されていることを特徴とするモータ式シートベルトリトラクター。
2. 前記回転抗力は、少なくとも短絡させたモータの回転軸の回転時に生じる回転抗力から構成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ式シートベルトリトラクター。
3. 前記ロック機構を構成する前記モータと前記ウェビングを巻き取るスプールとの間の動力伝達を行う遊星歯車機構、および係止片を少なくとも備え、
   前記遊星歯車機構は、プラネタリギヤ、前記モータの動力が伝達されるとともに前記プラネタリギヤに噛合するギヤ、回転可能に設けられるとともに前記プラネタリギヤに噛合するインターナルギヤ、および前記プラネタリギヤを回転可能に支持するとともに前記スプールに一体回転可能に連結されるキャリヤーを有し、前記インターナルギヤは、通常時に前記モータと前記スプールとの動力伝達を遮断するとともに、車両緊急時に前記係止片が作動してウェビング引出し方向の回転が阻止されることで前記スプールのウェビング引出し方向の回転を前記モータに伝達させることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ式シートベルトリトラクター。

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