JP5216247B2

JP5216247B2 - シートベルトリトラクタおよびこれを備えたシートベルト装置

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Publication number: JP5216247B2
Application number: JP2007150369A
Authority: JP
Inventors: 木村隆章; 野村康哲
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: JP2008302756A; WO2008149698A1

Description

本発明は、自動車等の車両に装備され、乗員を拘束するためのシートベルトの巻取りおよび引出しをモータにより行うシートベルトリトラクタおよびこれを備えたシートベルト装置の技術分野に関し、特に、モータの回転を所定の減速比で減速してスプールに伝達するようになっている、モータ駆動によるシートベルトリトラクタおよびこれを備えたシートベルト装置の技術分野に関するものである。

従来から自動車等の車両に装備されているシートベルト装置は、衝突時等の車両に大きな減速度が作用した場合のような緊急時に、シートベルトで乗員を拘束することにより乗員のシートからの飛び出しを阻止している。このようなシートベルト装置においては、シートベルトを引出し可能に巻き取るシートベルトリトラクタが設けられている。

このようなシートベルトリトラクタにおいて、従来、シートベルトの巻取りおよび引出しをモータにより行うシートベルトリトラクタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示のシートベルトリトラクタは、シートベルトを巻き取るスプールが筒状に形成されるとともに、このスプールの筒状内にモータをスプールと同心状に配置されることで、シートベルトリトラクタの幅（つまり、スプール軸方向の長さ）が抑えられて、全体として小型コンパクトに形成されている。

また、特許文献１に開示のシートベルトリトラクタは、モータの回転を減速機構により所定の減速比で減速してスプールに伝達するようになっている。その場合、減速機構は、モータのロータとスプールとの間に配設された遊星歯車減速機構で構成されている。
特開２００６−２６４３９７号公報。

ところで、前述の特許文献１に開示のシートベルトリトラクタのように、スプール内にモータを配置した場合、モータの大きさが制限される。これは、モータの大きさを大きくすると、スプールも大きくせざるを得なくなり、必然的にシートベルトリトラクタも大型になってしまう。このため、スプール内にモータを配置してせっかくシートベルトリトラクタを小型コンパクトに形成しようとしても、モータを大きくすることでシートベルトリトラクタを効果的に小型コンパクトにすることは難しい。したがって、モータの大きさはあまり大きくすることはできない。そして、このようにモータの大きさが制限されると、モータの大きな回転駆動力が得られないので、減速機構の減速比を可能な限り大きくする必要がある。

しかしながら、特許文献１に記載のシートベルトリトラクタの減速機構では、１つの遊星歯車減速機構で構成されているため、減速比を効果的に大きくすることが難しい。このため、特許文献１に記載の遊星歯車減速機構では、例えば前述の緊急時にシートベルトの緩みを取るような大きなトルクが得られるような大きな減速比を設定するには、ギヤの外径を大きくしなければならない。しかし、ギヤの外径を単純に大きくしたのでは、シートベルトリトラクタが大型になってしまい、モータをスプール内に配置した効果を得ることが難しくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、全体を小型コンパクトに形成しつつ、しかも電動モータの回転をスプールへ伝達する際に、より大きな減速比を得ることのできる、モータ駆動によるシートベルトリトラクタを提供することである。
本発明の他の目的は、車両衝突時等の緊急時にシートベルトによって乗員を拘束する際にシートベルトの緩みを取って乗員を効果的に拘束することのできるシートベルト装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、請求項１に係る発明のシートベルトリトラクタは、シートベルトを引出し可能に巻き取る筒状のスプールと、このスプールの筒内にモータシャフトが前記スプールと同心状にして配設されて前記スプールをベルト巻取り方向およびベルト引出し方向に回転するための回転駆動力を発生するモータと、前記スプールと前記モータとの間に配設されて前記モータの回転を減速して伝達する遊星歯車動力伝達機構とを少なくとも備えているシートベルトリトラクタにおいて、前記遊星歯車動力伝達機構が、前記モータの回転を減速して出力する第１遊星歯車機構と、前記第１遊星歯車機構の出力を減速して前記スプールに出力する第２遊星歯車機構とからなることを特徴としている。

また、請求項２に係る発明のシートベルトリトラクタは、前記第１遊星歯車機構が前記第２遊星歯車機構より前記スプールから軸方向に離れた位置に配置されるとともに、前記第２遊星歯車機構は前記スプールと前記第１遊星歯車機構との間に配置されていることを特徴としている。

更に、請求項３に係る発明のシートベルトリトラクタは、前記シートベルトの引出し時に、前記スプールと前記モータとの直結を一時的に遮断するスプール・モータ遮断機構を備えていることを特徴としている。

更に、請求項４に係る発明のシートベルトリトラクタは、前記第１遊星歯車機構の構成部材が、第１サンギヤと、第１インターナルギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１インターナルギヤのいずれにも噛合する第１プラネタリギヤと、前記第１プラネタリギヤを回転可能に支持する第１キャリヤとからなり、前記第２遊星歯車機構の構成部材が、第２サンギヤと、少なくともベルト引出し方向に所定量回転可能に設けられた第２インターナルギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２インターナルギヤのいずれにも噛合する第２プラネタリギヤと、前記第２プラネタリギヤを回転可能に支持する第２キャリヤとからなり、前記スプール・モータ遮断機構は、ベルト引出し時に前記第２インターナルギヤが一時的にベルト引出し方向に所定量回転するのを許容しかつベルト引出し方向に所定量を超えて回転するのを阻止するインターナルギヤ回転許容手段からなることを特徴としている。

更に、請求項５に係る発明のシートベルトリトラクタは、前記第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つが前記電動モータのモータシャフトに設けられ、また、前記第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つと前記第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つとが一体に設けられ、更に、第１遊星歯車機構の構成部材である構成部材のいずれか更に他の１つと第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つとが一体に設けられ、更に、前記第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか更に他の１つと前記スプールとが一体に設けられていることを特徴としている。

更に、請求項６に係る発明のシートベルトリトラクタは、前記第１遊星歯車機構の構成部材が、第１サンギヤと、第１インターナルギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１インターナルギヤのいずれにも噛合する第１プラネタリギヤと、前記第１プラネタリギヤを回転可能に支持する第１キャリヤとからなり、前記第２遊星歯車機構の構成部材が、第２サンギヤと、第２インターナルギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２インターナルギヤのいずれにも噛合する第２プラネタリギヤと、前記第２プラネタリギヤを回転可能に支持する第２キャリヤとからなり、前記電動モータのモータシャフトに設けられる前記第１遊星歯車機構の構成部材が前記第１サンギヤであり、また、互いに一体に設けられる前記第１および第２遊星歯車機構の各構成部材が、それぞれ前記第１キャリヤおよび前記第２サンギヤであり、更に、前記スプールと一体に設けられる前記第２遊星歯車機構の構成部材が前記第２キャリヤであることを特徴としている。

更に、請求項７に係る発明のシートベルトリトラクタは、緊急時に前記スプールがベルト引出し方向に回転するとき、ねじり変形により前記乗員の慣性エネルギを吸収するトーションバーが、前記モータシャフトの内孔を貫通して配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１記載のシートベルトリトラクタ。

更に、請求項８に係る発明のシートベルト装置は、乗員を拘束するシートベルトと、このシートベルトを引出し可能に巻き取るシートベルトリトラクタと、前記シートベルトに摺動可能に支持されたタングと、このタングが係脱可能に係合されるバックルとを少なくとも備えているシートベルト装置において、前記シートベルトリトラクタが、請求項１ないし５のいずれか１記載のシートベルトリトラクタであることを特徴としている。

このように構成された請求項１ないし７の発明に係るシートベルトリトラクタによれば、電動モータのモータシャフトの回転を第１遊星歯車機構で１段目の減速を行い、更に第２遊星歯車機構で２段目の減速を行うようにしているので、大きな減速比を得ることができる。したがって、電動モータを大型化しなくても、例えば緊急時にシートベルトの緩みを迅速に取るような大きなトルクを得ることができる。
また、ギヤの外径を大きくしなくても済むので、シートベルトリトラクタの径方向の大型化を阻止でき、電動モータをスプール内に配置することで得られる、シートベルトリトラクタの小型コンパクト化の効果を十分に活かすことができる。

特に、第１遊星歯車機構を第２遊星歯車機構よりスプールから軸方向に離れた位置に配置するとともに、第２遊星歯車機構をスプールと第１遊星歯車機構との間に配置しているので、軸方向にコンパクトな構造で電動モータの回転を２段減速してスプールに伝達することができる。

また、第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つを電動モータのモータシャフトに設け、また、第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つと第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つとを一体に設け、更に、第１遊星歯車機構の構成部材である構成部材のいずれか更に他の１つと第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つとを一体に設け、更に、第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか更に他の１つとスプールとを一体に設けているので、シートベルトリトラクタを軸方向に効果的にコンパクトにすることができる。

特に、電動モータのモータシャフトに設けられる第１遊星歯車機構の構成部材を第１サンギヤとし、また、互いに一体に設けられる第１および第２遊星歯車機構の各構成部材を、それぞれ第１キャリヤおよび第２サンギヤとし、更に、スプールと一体に設けられる第２遊星歯車機構の構成部材を第２キャリヤとすることで、シートベルトリトラクタ３を軸方向に更に効果的にコンパクトにすることができる。

また、電動モータの回転を第１遊星歯車機構の第１サンギヤに入力しかつ第１遊星歯車機構の第１キャリヤから出力するとともに、この第１キャリヤの出力回転を第２遊星歯車機構の第２サンギヤに入力しかつ第２遊星歯車機構の第２キャリヤから出力してスプールに伝達しているので、大きな減速比を効率よく得ることができる。

更に、シートベルトの引出し開始時に遊星歯車動力伝達機構の動力伝達を不能にし、かつシートベルトが所定量引き出されたとき、遊星歯車動力伝達機構の動力伝達を可能にしているので、シートベルトの引出し時に一時的なベルト引出しの重み（ベルト引出し抵抗）を低減することができる。その場合、スプール・モータ遮断機構を、２つの第１および第２遊星歯車機構のうち、スプールに近い側に配置された第２遊星歯車機構に設けているので、シートベルトの引出し時でのベルト引出し抵抗をより効果的に低減することができる。これにより、ベルト引出しの際の違和感を抑制することができる。

特に、シートベルトの引出し開始時に、スプールに近い方の第２遊星歯車機構の動力伝達を不能にし、かつシートベルトが所定量引き出されたとき、第２遊星歯車機構の動力伝達を可能にしているので、シートベルトの引出し時でのベルト引出しの重みをより効果的に低減することができる。

また、スプール・モータ遮断機構を、ベルト引出し時に第２インターナルギヤが一時的にベルト引出し方向に所定量回転するのを許容しかつベルト引出し方向に所定量を超えて回転するのを阻止するインターナルギヤ回転許容手段から構成しているので、インターナルギヤ回転許容手段に第２遊星歯車機構を利用することができる。これにより、シートベルトリトラクタの構成を簡単にすることができる。

更に、トーションバーを筒状のモータシャフトに貫通させて設けているので、コンパクトな構造で緊急時に乗員の慣性エネルギを吸収することができ、トーションバーによるエネルギ吸収（ＥＡ）機能を十分に発揮させることができる。

一方、請求項８の発明に係るシートベルト装置によれば、本発明のシートベルトリトラクタを用いることで、車両衝突時等の緊急時にシートベルトの緩みを迅速に取って乗員をより効果的に拘束することができるようになる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明にかかるシートベルトリトラクタを備えたシートベルト装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。

図１に示すように、この例のシートベルト装置１は、車体のＢピラー２等に固定されかつ電動モータにより駆動されるシートベルトリトラクタ３、このシートベルトリトラクタ３から引き出されるとともに先端のベルトアンカー４が車体の床あるいは車両シート５に固定されるシートベルト６、例えばセンターピラー等の車体に設けられてシートベルトリトラクタ３から引き出されたシートベルト６を乗員Ｃのショルダーの方へガイドするガイドアンカー７、このガイドアンカー７からガイドされてきたシートベルト６に摺動自在に支持されたタング８、車体の床あるいは車両シートに固定されかつタング８が挿入係合されるバックル９、シートベルトリトラクタ３のモータを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１０、およびこのシートベルト装置１が搭載されている車両の衝突予知および衝突発生に関する情報、この車両の運転状態に関する情報、車両シート５に着座している乗員Ｃの着座位置および体格に関する情報、周辺の交通状況に関する情報、天候や時間帯に関する情報、シートベルト６の巻取り量および引出し量の情報、バックルスイッチからのタング８とバックル９との係合情報などのシートベルトリトラクタ３のモータ制御に必要な各種情報を検出してＥＣＵ１０に常時または所定時間毎に入力する入力手段１１から構成されている。ベルトアンカー４、シートベルト６、ガイドアンカー７、タング８、およびバックル９は、いずれも従来公知のものを用いることができる。

図２は本発明にかかるシートベルトリトラクタの実施の形態の一例を模式的に示す縦断面図、図３は電動モータにおけるロータの分解斜視図、図４は図２におけるIV−IV線に沿う断面図である。なお、図２において、中心線より上側がロータを断面図で示し、中心線より下側がロータを正面図で示す。
図２に示すように、この例のシートベルトリトラクタ３は左右の一対の側壁１２,１３を有するベースフレーム１４を有しているとともに、一対の側壁１２,１３には、それぞれ、互いに同心状に配置された円形状の開口１５,１６が設けられている。

両側壁１２,１３の間にシートベルト６を引出し可能に巻き取るスプール１７が配設されており、このスプール１７の両端には巻き取るシートベルト６をガイドするフランジ１８,１９がそれぞれ形成されている。このスプール１７は、その側壁１２側端部に中央が開口した環状の底部２０が形成されかつ側壁１２側端が開放された有底の円筒状に形成されている。

有底円筒状のスプール１７内に、スプール１７をベルト巻取り方向およびベルト引出し方向に回転するための回転駆動力を発生する電動モータ２１が、開放された側壁１３側端から挿入されて収容されている。この電動モータ２１は「インナーロータ型のブラシレスモータと称される電動モータであり、円筒状のモータハウジング２２、このモータハウジング２２内に収容されて固定された巻線からなる環状のステータ２３、およびこれらのモータハウジング２２およびステータ２３を軸方向に貫通する磁石からなるロータ（回転子）２４からなっている。

モータハウジング２２はその大部分がスプール１７内に収容されている。そして、モータハウジング２２の側壁１３側のフランジ状端部２２ａが筒状の取付部材２５により側壁１３に取り付けられている。こうして、モータハウジング２２が側壁１３に固定されている。また、取付部材２５の外周には、スプール１７の側壁１３側の端部が回転可能に支持されている。
ステータ２３はモータハウジング２２内に位置してこのモータハウジング２２に固定されている。

ロータ２４は全体形状が円筒状に形成されている。図２に示すように、このロータ２４は、外側の円筒状の回転駆動部材２４ａとこの回転駆動部材２４ａの内周を貫通して設けられた円筒状の回転軸部材２４ｂとから構成されている。そして、ステータ２３からの電磁力で回転駆動力が回転駆動部材２４ａに加えられることで、回転駆動部材２４ａと回転軸部材２４ｂとがベルト巻取り方向およびベルト引出し方向のいずれにも一体に回転するようになっている。つまり、ロータ２４がステータ２３からの電磁力で回転する。

図２に示すように、回転軸部材２４ｂの側壁１３側の端部が、ベアリング２６を介してフレーム１４の側壁１３の開口１６の内周面に回転可能に支持されている。また、回転軸部材２４ｂの回転駆動部材２４ａの位置より側壁１２側の一部分が、ベアリング２７を介してモータハウジング２２に回転可能に支持されている。したがって、ロータ２４の回転軸部材２４ｂはモータ２１のモータシャフト（モータ回転軸）として構成されている。こうして、電動モータ２１はスプール１７内に、ロータ２４つまりモータシャフトがスプール１７と同心状に収容されて配設されている。

フレーム１４の側壁１３には、例えばホール素子等からなる回転センサ２８が設けられているとともに、ロータ２４の回転駆動部材２４ａの外周には、図示しないが、回転センサ２８によって検出される所定数の突起または凹部が円周方向に等間隔を置いて設けられている。これらの回転センサ２８と突起または凹部とにより、入力手段１１の１つとしてシートベルト６の巻取り量および引出し量の情報をＥＣＵ１０に入力する入力手段が構成されている。そして、回転センサ２８と突起または凹部との協働により、ロータ２４の回転位置が検出される。このロータ２４の回転位置検出情報により、スプール１７によるシートベルト６の巻取り量および引出し量が得られる。すなわち、この例ではロータ２４の回転位置を検出する位置検出手段である回転センサ２８と突起または凹部とが、シートベルト６の巻取り量および引出し量を検出するシートベルト巻取り・引出し量検出手段として兼用されている。

そして、回転センサ２８と突起または凹部とで検出されたロータ２４の回転位置検出情報、つまりシートベルト６の巻取り量情報および引出し量情報に基づいて、ＥＣＵ１０は電動モータ２１のオン・オフの制御、電動モータ２１の回転数の制御、電動モータ２１の回転方向の制御、および電動モータ２１の負荷の制御等を行うようになっている。その場合、ＥＣＵ１０は、電動モータ２１のステータ２３の巻線に供給される電力供給量（具体的には、巻線に供給される電流あるいは電圧の値）および電力供給方向（具体的には、巻線への通電方向）を制御することにより、前述の電動モータ２１の各制御を行う。

このように、電動モータ２１にブラシレスモータを用いることで、ロータ２４の回転位置、回転速度および回転方向等を検出する特別なセンサ類が不要となり、構成が簡略化されて、電動モータ２１の小型化、電動モータ２１の出力向上、および放熱性の向上がともに効果的に図られるようになる。

図２に示すように、ロータ２４の回転軸部材２４ｂとスプール１７との間に、電動モータ２１とスプール１７との間の動力伝達を行う、遊星歯車動力伝達機構２９が設けられている。この遊星歯車動力伝達機構２９は、軸方向に並設された２段の第１および第２遊星歯車機構３０,３１から構成されている。その場合、第１遊星歯車機構３０は第２遊星歯車機構３１よりスプール１７から軸方向に遠く離れた位置に配置されているとともに、第２遊星歯車機構３１はスプール１７と第１遊星歯車機構３０との間に配置されている。

図２および図４に示すように、第１および第２遊星歯車機構３０,３１は共通の円環状の環状部材３２を備えているとともに、軸方向断面がＴ字状の筒状のＴ字状部材３３を備えている。環状部材３２は、フレーム１４の側壁１２の開口１５内に嵌合固定されている。

第１遊星歯車機構３０は、回転軸部材２４ｂの外周面に形成された第１サンギヤ３４、環状部材３２のスプールと反対側の端部の内周面に固定されかつ内歯３５ａを有する環状の第１インターナルギヤ３５、第１サンギヤ３４と第１インターナルギヤ３５とに噛合してこれらのギヤ３４,３５の回りに公転可能にかつ自転可能に設けられた所定数（図示例では３個）の第１プラネタリギヤ３６、およびこれらの第１プラネタリギヤ３６を回転可能に軸支する第１キャリヤ３７から構成されている。
Ｔ字状部材３３は第１プラネタリギヤ３６を回転可能に軸支しつつ第１キャリヤ３７にボルト等の固着具により一体回転可能に固定されている。

第２遊星歯車機構３１は、Ｔ字状部材３３の外周面に形成された第２サンギヤ３８、環状部材３２のスプール側の端部の内周面に所定量相対回動可能に設けられかつ内歯３９ａを有する環状の第２インターナルギヤ３９、第２サンギヤ３８と第２インターナルギヤ３９とに噛合してこれらのギヤ３８,３９の回りに公転可能にかつ自転可能に設けられた所定数（図示例では３個）の第２プラネタリギヤ４０、およびスプール１７に一体回転可能に固定されかつこれらの第２プラネタリギヤ４０を回転可能に軸支する第２キャリヤ４１から構成されている。

第２サンギヤ３８が、第１キャリヤ３７に一体に固定されたＴ字状部材３３に形成されることから、第１キャリヤ３７は、第１および第２遊星歯車機構３０,３１の共通の構成部材とされている。

また、第２インターナルギヤ３９が環状部材３２に設けられることから、第１および第２インターナルギヤ３５,３９は互いに一体に設けられる。
図５および図６（ａ）に示すように、第２インターナルギヤ３９は、径方向に突出する所定数（図示例では、３個）の円弧状の突出部３９ｂが周方向に等間隔に設けられている。これらの突出部３９ｂは環状部材３２の開口３２ａにガイドされている。図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、各突出部３９ｂの周方向中央部にはそれぞれ凹嵌部３９ｃが設けられており、各凹嵌部３９ｃにはそれぞれボール（例えば、鋼球）４９が回動自在に収容されている。これらのボール４９は、それぞれ環状部材３２にその開口３２ａに沿って設けられた円弧状の溝３２ｂに回動自在に嵌合されている。これにより、第２インターナルギヤ３９は環状部材３２に対して比較的小さな力でスムーズに回転される。

一方、環状部材３２の開口３２ａ縁部には、径方向に突出し突出部３９ｂと同数（図示例では、３個）の円弧状の突出部５０が周方向に等間隔に設けられている。これらの突出部５０は第２インターナルギヤ３９の隣接する突出部３９ｂ間の外周面をガイドしている。突出部３９ｂとこれに隣接する突出部５０とその間には、スプリング５１,５２が円弧状に湾曲されて縮設されている。一方のスプリング５１は第２インターナルギヤ３９を比較的小さな力で図５において時計回り（ベルト巻取り方向）に常時付勢しているとともに、他方のスプリング５２は第２インターナルギヤ３９を比較的小さな力で図５において反時計回り（ベルト引出し方向）に常時付勢している。

そして、シートベルト６が装着されない通常時は、第２インターナルギヤ３９の突出部３９ｂは両スプリング５１,５２のばね力で、隣接する突出部５０間の周方向中央位置に設定されている。この状態でスプール１７がベルト引出し方向に回転すると、図６（ａ）に示すように第２インターナルギヤ３９もベルト引出し方向αに回転する。このように第２インターナルギヤ３９が回転することで、第２遊星歯車機構３１の動力伝達が不能とされてスプール１７と電動モータ２１との直結が遮断され、スプール１７の回転は電動モータ２１に伝達されない。第２インターナルギヤ３９が所定角（図示例では、３０°）回転すると、突出部３９ｂの周方向端３９ｂ₁がベルト引出し方向に隣接する突出部５０の周方向端５０ａに当接し、第２インターナルギヤ３９はそれ以上ベルト引出し方向αに回転しなく、停止するようになっている。このように第２インターナルギヤ３９の回転が停止することで、第２遊星歯車機構３１の動力伝達が可能となり、スプール１７と電動モータ２１とが直結される。

また、スプール１７が逆にベルト巻取り方向に回転すると、第２インターナルギヤ３９もベルト巻取り方向に回転するが、第２インターナルギヤ３９が所定角（例えば、引出し方向と同様の３０°）回転すると、突出部３９ｂの周方向端３９ｂ₂がベルト引出し方向に隣接する突出部５０の周方向端５０ｂに当接し、第２インターナルギヤ３９はそれ以上ベルト巻取り方向に回転しなく、停止するようになっている。これにより、第２遊星歯車機構３１の動力伝達が可能となり、スプール１７と電動モータ２１とが直結される。
更に、第２プラネタリギヤ４０は、いずれもスプール１７にも相対回転可能に軸支されている。

そして、電動モータ２１のロータ２４の回転が第１遊星歯車機構３０の第１サンギヤ３４，および第１プラネタリギヤ３６を介して第１キャリヤ３７に第１の所定の減速比で１段減速されて伝達され、更に第１キャリヤ３７の回転が第２遊星歯車機構３１の第２サンギヤ３８，第２プラネタリギヤ４０、および第２キャリヤ４１を介してスプール１７に第２の所定の減速比で２段減速されて伝達され、スプール１７は電動モータ２１の回転で減速回転するようになっている。すなわち、電動モータ２１の回転のスプール１７への伝達経路は、コの字形状の伝達経路となっている。このようにして、遊星歯車動力伝達機構２９は、第１遊星歯車機構３０ではサンギヤ入力のキャリヤ出力で動力伝達が行われ、同様に第２遊星歯車機構３１でもサンギヤ入力のキャリヤ出力で動力伝達が行われるという２段減速の減速機構としての遊星歯車動力伝達機構となっている。

図２および図３に示すように、トーションバー４２が筒状のロータ２４を貫通して設けられている。このトーションバー４２は、車両衝突時等の通常時に比べて大きな減速度が車両に加えられた緊急時に、乗員の慣性エネルギをエネルギ吸収機構（以下、ＥＡ機構ともいう：荷重制限機構としても構成される）により吸収して、シートベルトに加えられる荷重を制限するようになっている。

トーションバー４２は、外直径が回転軸部材２４ｂの内孔２４ｂ₁の内径（直径）より小直径に形成されてロータ２４を貫通しかつねじり変形のよりエネルギを吸収するトーション部４２ａと、トーション回転軸部材２４ｂから軸方向に突出するトーション部４２ａの両端部に設けられかつトーション部４２ａにねじりトルク（ねじり力）を与える第１および第２トルク伝達部４２ｂ,４２ｃとから構成されている。第１トルク伝達部４２ｂは内孔２４ｂ₁の内径よりわずかに小さい外径の６角形状に形成されているとともに、この６角形状のそれぞれの辺はいずれも内側に凹んだ湾曲面とされている。また、第２トルク伝達部４２ｃは内孔２４ｂ₁の内径より大きい外径の６角形状に形成されているとともに、この６角形状のそれぞれの辺はいずれも内側に凹んだ湾曲面とされている。

遊星歯車動力伝達機構２９側である第１トルク伝達部４２ｂは、第１遊星歯車機構３０の第１キャリヤ３７に形成された６角形状の貫通孔３７ａに嵌合されて第１キャリヤ３７に対して相対回転不能に連結されている。なお、第１キャリヤ３７は、環状部材３２に取り付けられたカバー４３の支持突起４３ａにその中心が回転可能に支持されている。

フレーム１４の側壁１３には、第３の側壁４４が軸方向に所定間隔を置いて取り付けられている。この第３の側壁４４には、前述の緊急時に発生する大きな車両減速度を感知して作動する減速度感知手段４５およびこの減速度感知手段４５によって作動して少なくともスプール１７のベルト引出し方向の回転を阻止（ロック）するロック機構４６が設けられている。ロック機構４６はロッキングベース４７を備えている。ロッキングベース４７には６角形状の凹部４７ａが形成されており、第２トルク伝達部４２ｃがこの凹部４７ａに嵌合されてロッキングベース４７に対して相対回転不能に連結されている。

このロッキングベース４７にはパウル４８が回動可能に設けられている。このパウル４８は、減速度感知手段４５が作動しない通常時には回動しなく、ロッキングベース４７（つまりスプール１７）のベルト巻取り方向およびベルト引出し方向のいずれの方向の回転も自由にする。また、パウル４８は減速度感知手段４５の作動時に回動して、その係止爪４８ａが第３の側壁４４の内歯４４ａに係合することでロッキングベース４７のベルト引出し方向の回転を阻止（ロック）する。これらの減速度感知手段４５およびロック機構４６は、例えば特開２００２−１２０６９４号公報および特開２００１−１２２０７７号公報等に開示されているように従来周知のものであり、これらの公報を参照すれば、それらの構成および作動は容易に理解することができるとともに、本発明に直接関係しないので、その具体的な説明は省略する。

このように構成されたこの例のシートベルトリトラクタ３の作動について説明する。
シートベルト６が装着されない状態では、シートベルト６がシートベルトリトラクタ３に完全に巻き取られている。また、ロック機構４６が作動していないのでロッキングベース４７が回転自由となっている。更に、電動モータ２１が回転駆動されていない。更に、この状態では前述のように電動モータ２１が通電されず、停止しており、突出部３９ｂは隣接する突出部５０の間の中央位置に設定されている。したがって、ベルト非装着の通常状態では、乗員Ｃはシートベルト６をシートベルトリトラクタ３のスプール１７から自由に引き出すことが可能となっている。

乗員Ｃがシートベルト６を装着するために引き出すと、スプール１７がベルト引出し方向に回転開始する。このスプール１７のベルト引出し方向の回転で、第２インターナルギヤ３９もベルト引出し方向に回転する。この第２インターナルギヤ３９のベルト引出し方向の回転で、第２遊星歯車機構３１の動力伝達が不能とされてスプール１７と電動モータ２１との直結が遮断されるので、スプール１７の回転が電動モータ２１に伝達されず、ベルト引出し抵抗が小さい。したがって、乗員はベルト引出しの重みを感じることなくシートベルトを容易に引き出すようになる。

突出部３９ｂの周方向端３９ｂ₁が突出部５０の周方向端５０ａに当接し、第２インターナルギヤ３９の回転が停止すると、第２遊星歯車機構３１の動力伝達が可能となり、スプール１７と電動モータ２１とが直結される。一方、回転センサ２８がスプール１７のベルト引出し方向の回転開始を検出してその検出信号をＥＣＵ１０に送給する。すると、ＥＣＵ１０は電動モータ２１をベルト引出し方向に回転駆動する。

これにより、電動モータ２１のロータ２４の回転が遊星歯車動力伝達機構２９により２段減速されてスプール１７に伝達され、スプール１７がベルト引出し方向に回転してシートベルト６が引き出される。その場合、回転センサ２８からの回転量検出信号に基づいて、ＥＣＵ１０が電動モータ２１の回転を制御する。こうして、シートベルトリトラクタ３は乗員Ｃによるシートベルト６の引出しを電動モータ２１の回転駆動力でアシストするので、乗員Ｃは比較的小さな力でシートベルト６を引き出すようになる。
このように、第２インターナルギヤ３９に設けられた突出部３９ｂ、環状部材３２に設けられた突出部５０、スプリング５１,５２により、本発明のスプール・モータ遮断機構およびインターナルギヤ回転許容手段が構成される。

シートベルト６がベルト装着に必要な所定量を引き出されると、つまりスプール１７がベルト引出し方向に所定量回転すると、回転センサ２８からの検出信号でＥＣＵ１０は電動モータ２１の駆動を停止する。すると、スプリング５１,５２のばね力で第２インターナルギヤ３９はベルト巻取り方向に回転し、突出部３９ｂは隣接する突出部５０の間の中央位置に戻り、初期状態となる。

乗員がタング８をバックル９に挿入して係合すると、入力手段１１の１つであるバックルスイッチ（不図示）がオンし、タング８とバックル９との係合検出信号がＥＣＵ１０に供給される。これにより、ＥＣＵ１０は電動モータ２１をベルト巻取り方向に回転駆動する。すると、第２遊星歯車機構３１が動力伝達不能とされていることから第２インターナルギヤ３９がベルト巻取り方向に回転する。突出部３９ｂの周方向端３９ｂ₂が突出部５０の周方向端５０ｂに当接し、第２インターナルギヤ３９の回転が停止すると、前述と同様に電動モータ２１の回転が遊星歯車動力伝達機構２９により２段減速されてスプール１７に伝達される。これにより、スプール１７がベルト巻取り方向に回転して、余分に引き出されたシートベルト６がスプール１７に巻き取られ、シートベルト６の弛みが解消される。

このベルト巻取りでシートベルト６の弛みがなくなると、更なるベルト巻取りでシートベルト６にベルト張力が発生するとともに、電動モータ２１への供給電流あるいは供給電圧が上昇する。このときのベルト張力、電動モータ２１への供給電流および供給電圧の少なくとも１つが入力手段１１である適宜の検出手段で検出されてＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、入力されるベルト張力、供給電流および供給電圧の少なくとも１つが予め設定された所定値になると、電動モータ２１の回転駆動を停止する。そして、この状態が保持されて車両が走行開始される。なお、ＥＣＵ１０は、このように電動モータ２１の回転駆動を停止した後、電動モータ２１を逆方向つまりベルト引出し方向に若干量回転させて遊星歯車動力伝達機構２９を介してスプール１７をベルト引出し方向に回転させることで、シートベルト６を所定量引き出してベルトテンションを０またはほぼ０に設定し、乗員Ｃをコンフォート状態にすることもできる。

そして、車両走行中は、ＥＣＵ１０は前述のように入力手段１１から入力されるモータ制御に必要な各種情報に基づいて前述の電動モータ２１の各制御を行うことによって、ベルト張力がこれらの各種情報に基づいた適正な値となるように制御される。
車両が停止して、乗員Ｃが降車のためタング８をバックル９から離脱させて係合解除すると、バックルスイッチが非作動となってタング８とバックル９との非係合情報をＥＣＵ１０に入力する。すると、ＥＣＵ１０は電動モータ２１をベルト巻取り方向に回転駆動する。この電動モータ２１のベルト巻取り方向の回転で、スプール１７がシートベルト６を初期の巻取り状態となるまで、つまり装着のため引き出されてた全量を巻き取る。これにより、シートベルト６がシートベルトリトラクタ３に格納される。このようにシートベルト６が全量巻き取られると、ＥＣＵ１０は回転センサ２８からのベルト全量巻取り情報に基づいて電動モータ２１の回転を停止する。

ベルト装着状態での車両走行中に、例えば車両衝突等によって車両にきわめて大きな減速度が加えられた緊急時には、減速度感知手段４５が作動して、前述のようにロッキングベース４７のベルト引出し方向の回転が阻止される。これにより、トーションバー４２の第２トルク伝達部４２ｃの同方向の回転も阻止される

これに対して、乗員Ｃの慣性移動でシートベルト６が引き出されようとしてスプール１７がベルト引出し方向に回転しようとするため、第２キャリヤ４１、第２プラネタリギヤ４０、第２サンギヤ３８、および第１キャリヤ３７を介してトーションバー４２の第１トルク伝達部４２ｂが同方向に回転するように付勢される。

すると、トーションバー４２のトーション部４２ａがねじり変形を生じ、このトーション部４２ａのねじり変形により乗員Ｃの慣性エネルギが吸収されて、シートベルト６に作用する荷重が大きくなるに制限される。こうして、車両にきわめて大きな減速が発生したとき、乗員Ｃはシートベルト６から大きな力を受けることなく、シートベルト装置１のシートベルト６によって拘束されるようになる。
この例のシートベルトリトラクタ３の他の作動は、従来公知の電動モータ駆動によるシートベルトの巻取りおよび引出しを行うシートベルトリトラクタの作動と同じである。

この例のシートベルトリトラクタ３によれば、電動モータ２１のロータ２４の回転を第１遊星歯車機構３０で１段目の減速を行い、更に第２遊星歯車機構３１で２段目の減速を行うようにしているので、大きな減速比を得ることができる。したがって、電動モータ２１を大型化しなくても、例えば緊急時にシートベルト６の緩みを迅速に取るような大きなトルクを得ることができる。
また、ギヤの外径を大きくしなくても済むので、シートベルトリトラクタ３の径方向の大型化を阻止でき、電動モータ２１をスプール１７内に配置することで得られる、シートベルトリトラクタの小型コンパクト化の効果を十分に活かすことができる。

特に、第１遊星歯車機構３０を第２遊星歯車機構３１よりスプール１７から軸方向に遠く離れた位置に配置するとともに、第２遊星歯車機構３１をスプール１７と第１遊星歯車機構３０との間に配置しているので、軸方向にコンパクトな構造で電動モータ２１の回転を２段減速してスプール１７に伝達することができる。

しかも、第１遊星歯車機構３０の構成部材である第１サンギヤ３４をロータ２４の回転軸部材２４ｂに直接設け、また、第１遊星歯車機構３０の構成部材である第１インターナルギヤ３５と第２遊星歯車機構３１の構成部材である第２インターナルギヤ３９とを一体に設け、更に、第１遊星歯車機構３０の構成部材である第１キャリヤ３７と第２遊星歯車機構３１の構成部材である第２サンギヤ３８とを一体に設け、更に、第２遊星歯車機構３１の構成部材である第２キャリヤ４１とスプール１７とを一体に設けているので、シートベルトリトラクタ３を軸方向に更に効果的にコンパクトにすることができる。

また、電動モータ２１の回転を第１遊星歯車機構３０の第１サンギヤ３４に入力しかつ第１遊星歯車機構３０の第１キャリヤ３７から出力するとともに、この第１キャリヤ３７の出力回転を第２遊星歯車機構３１の第２サンギヤ３８に入力しかつ第２遊星歯車機構３１の第２キャリヤ３７から出力してスプール１７に伝達しているので、大きな減速比を効率よく得ることができる。

更に、シートベルト６の引出し開始時に、第２遊星歯車機構３１の動力伝達を不能にし、かつシートベルト６が所定量引き出されたとき、第２遊星歯車機構３１の動力伝達を可能にしているので、シートベルト６の引出し時に、スプール１７が電動モータ２１に直結することによる一時的なベルト引出しの重み（ベルト引出し抵抗）を低減することができる。その場合、スプール・モータ遮断機構を、２つの第１および第２遊星歯車機構３０,３１のうち、スプール１７に近い側に配置された第２遊星歯車機構３１に設けているので、シートベルト６の引出し時でのベルト引出し抵抗をより効果的に低減することができる。これにより、ベルト引出しの際の違和感を抑制することができる。

特に、スプール・モータ遮断機構を、ベルト引出し時に第２インターナルギヤ３９が一時的にベルト引出し方向に所定量回転するのを許容しかつベルト引出し方向に所定量を超えて回転するのを阻止するインターナルギヤ回転許容手段から構成しているので、インターナルギヤ回転許容手段に第２遊星歯車機構３１を利用することができる。これにより、シートベルトリトラクタ３の構成を簡単にすることができる。
また、インターナルギヤ回転許容手段を単純な構成の突出部３９ｂ,５０から構成しているので、シートベルトリトラクタ３の構成をより一層簡単にすることができる。

更に、トーションバー４２を筒状のロータ２４に貫通させて設けているので、コンパクトな構造で緊急時に乗員Ｃの慣性エネルギを吸収することができ、トーションバー４２によるＥＡ機能を十分に発揮させることができる。

一方、このシートベルトリトラクタ３を用いたシートベルト装置１によれば、車両衝突時等の緊急時にシートベルト６の緩みを取って乗員Ｃをより効果的に拘束することができるようになる。

また、シートベルト６の引出し時に電動モータ２１のコギングトルクによる重みを感じることがなく、乗員はシートベルト６の装着動作を快適に行うことができるようになる。

なお、前述の例のシートベルトリトラクタ３は、第１遊星歯車機構３０ではサンギヤ入力でかつキャリヤ出力とし、第２遊星歯車機構３１では同じくサンギヤ入力でかつキャリヤ出力としているが、本発明はこれに限定されることはなく、第１遊星歯車機構３０でのサンギヤ以外の他の構成部材入力でキャリヤ以外の他の構成部材出力とし、また第２遊星歯車機構３１でのサンギヤ以外の他の構成部材入力でキャリヤ以外の他の構成部材出力とすることもできる。その場合、第１および第２遊星歯車機構３０,３１とにおいて、入力される構成部材および出力する構成部材が、互いに異なるようにすることもできる。これらの第１および第２遊星歯車機構３０,３１の入出力構造は、シートベルトリトラクタ３の使用条件、シートベルトリトラクタ３が搭載される車両の種類等に応じて、適宜選択し設定すればよい。

また、前述の例では、第２インターナルギヤ３９を環状部材３２にスプール・モータ遮断機構を介して設けているが、スプール・モータ遮断機構を用いずに、第２インターナルギヤ３９を環状部材３２に直接固定することもできる。その場合には、第１および第２インターナルギヤ３５,３９は必ずしも環状部材３２とは別部材で形成されなくてもよく、第１および第２インターナルギヤ３５,３９の各内歯３５ａ,３９ａを環状部材３２自体に直接形成することで、これらの環状部材３２、第１および第２インターナルギヤ３５,３９を単一部材で構成することもできる。この場合には、スプール・モータ遮断機構による前述の作用効果は得ることはできない。

本発明のシートベルトリトラクタは、自動車等の車両に装備され、乗員を拘束するためのシートベルトをモータによる巻取りおよび引出しを行うシートベルトリトラクタに好適に利用することができる。

本発明にかかるシートベルトリトラクタを備えたシートベルト装置の実施の形態の一例を模式的に示す図である。本発明にかかるシートベルトリトラクタの実施の形態の一例を模式的に示す縦断面図である。図２における遊星歯車動力伝達機構の分解斜視図である。図２におけるIV−IV線に沿う断面図である。図２におけるV−V線に沿う断面図である。（ａ）は第２インターナルギヤの外周面を部分的に示す図、（ｂ）は（ａ）におけるVIB−VIB線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）におけるVIC方向から見た部分斜視図である。

符号の説明

１…シートベルト装置、３…シートベルトリトラクタ、５…車両シート、６…シートベルト、８…タング、９…バックル、１０…電子制御装置（ＥＣＵ）、１１…入力手段、１２,１３…側壁、１４…ベースフレーム、１７…スプール、２１…電動モータ、２２…モータハウジング、２３…ステータ、２４…ロータ（回転子）、２９…遊星歯車動力伝達機構、３０…第１遊星歯車機構、３１…第２遊星歯車機構、３３…Ｔ字状部材、３４…第１サンギヤ、３５…第１インターナルギヤ、３６…第１プラネタリギヤ、３７…第１キャリヤ、３８…第２サンギヤ、３９…第２インターナルギヤ、３９ｂ…突出部、４０…第２プラネタリギヤ、４１…第２キャリヤ、４２…トーションバー、５０…突出部、５１,５２…スプリング

Claims

シートベルトを引出し可能に巻き取る筒状のスプールと、このスプールの筒内にモータシャフトが前記スプールと同心状にして配設されて前記スプールをベルト巻取り方向およびベルト引出し方向に回転するための回転駆動力を発生するモータと、前記スプールと前記モータとの間に配設されて前記モータの回転を減速して伝達する遊星歯車動力伝達機構とを少なくとも備えているシートベルトリトラクタにおいて、
前記遊星歯車動力伝達機構は、前記モータの回転を減速して出力する第１遊星歯車機構と、前記第１遊星歯車機構の出力を減速して前記スプールに出力する第２遊星歯車機構とからなることを特徴とするシートベルトリトラクタ。
前記第１遊星歯車機構は前記第２遊星歯車機構より前記スプールから軸方向に離れた位置に配置されるとともに、前記第２遊星歯車機構は前記スプールと前記第１遊星歯車機構との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のシートベルトリトラクタ。
前記シートベルトの引出し時に、前記スプールと前記モータとの直結を一時的に遮断するスプール・モータ遮断機構を備えていることを特徴とする請求項１または２記載のシートベルトリトラクタ。
前記第１遊星歯車機構の構成部材は、第１サンギヤと、第１インターナルギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１インターナルギヤのいずれにも噛合する第１プラネタリギヤと、前記第１プラネタリギヤを回転可能に支持する第１キャリヤとからなり、
前記第２遊星歯車機構の構成部材は、第２サンギヤと、少なくともベルト引出し方向に所定量回転可能に設けられた第２インターナルギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２インターナルギヤのいずれにも噛合する第２プラネタリギヤと、前記第２プラネタリギヤを回転可能に支持する第２キャリヤとからなり、
前記スプール・モータ遮断機構は、ベルト引出し時に前記第２インターナルギヤが一時的にベルト引出し方向に所定量回転するのを許容しかつベルト引出し方向に所定量を超えて回転するのを阻止するインターナルギヤ回転許容手段からなることを特徴とする請求項３記載のシートベルトリトラクタ。
前記第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つが前記電動モータのモータシャフトに設けられ、また、前記第１遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つと前記第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか１つとが一体に設けられ、更に、第１遊星歯車機構の構成部材である構成部材のいずれか更に他の１つと第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか他の１つとが一体に設けられ、更に、前記第２遊星歯車機構の構成部材のいずれか更に他の１つと前記スプールとが一体に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載のシートベルトリトラクタ。
前記第１遊星歯車機構の構成部材は、第１サンギヤと、第１インターナルギヤと、前記第１サンギヤおよび前記第１インターナルギヤのいずれにも噛合する第１プラネタリギヤと、前記第１プラネタリギヤを回転可能に支持する第１キャリヤとからなり、
前記第２遊星歯車機構の構成部材は、第２サンギヤと、第２インターナルギヤと、前記第２サンギヤおよび前記第２インターナルギヤのいずれにも噛合する第２プラネタリギヤと、前記第２プラネタリギヤを回転可能に支持する第２キャリヤとからなり、
前記電動モータのモータシャフトに設けられる前記第１遊星歯車機構の構成部材が前記第１サンギヤであり、また、互いに一体に設けられる前記第１および第２遊星歯車機構の各構成部材が、それぞれ前記第１キャリヤおよび前記第２サンギヤであり、更に、前記スプールと一体に設けられる前記第２遊星歯車機構の構成部材が前記第２キャリヤであることを特徴とする請求項５記載のシートベルトリトラクタ。
緊急時に前記スプールがベルト引出し方向に回転するとき、ねじり変形により前記乗員の慣性エネルギを吸収するトーションバーが、前記モータシャフトの内孔を貫通して配設されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１記載のシートベルトリトラクタ。
乗員を拘束するシートベルトと、このシートベルトを引出し可能に巻き取るシートベルトリトラクタと、前記シートベルトに摺動可能に支持されたタングと、このタングが係脱可能に係合されるバックルとを少なくとも備えているシートベルト装置において、
前記シートベルトリトラクタは、請求項１ないし７のいずれか１記載のシートベルトリトラクタであることを特徴とするシートベルト装置。