JP5343674B2 - シートベルト装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の乗員を拘束するシートベルト装置に関する。

一般に、車両には、衝突時の衝撃から乗員を保護するため、シートベルト装置が設けられている。このシートベルト装置は、車両の乗員を座席に拘束するシートベルトと、シートベルトを巻き取るスプールと、所定の条件下で作動してシートベルトの引き出しを規制するロック機構とを備える。

ロック機構は、例えばシートベルトが引き出される加速度が閾値以上の場合、又は車両の減速度が閾値以上の場合に作動する。ロック機構は、作動すると、シートベルトを巻き取るスプールの引き出し方向への回転を規制して、シートベルトの引き出しを規制する。

車両の前面衝突時（即ち、急減速時）には、乗員を車両前方に移動させる慣性力が生じ、乗員を拘束しているシートベルトが引っ張られるが、ロック機構が作動すると、シートベルトの引き出しが規制される。これにより、車両の前面衝突時（即ち、急減速時）に乗員を確実に拘束することができる。

従来から、ロック機構の作動時に乗員の身体に過度な負荷が加わることを防止するため、ロック機構の作動状態でシートベルトに加わる荷重（張力）が基準値に達するとシートベルトの引き出しを許容するフォースリミッタ機構を備えるシートベルト装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

フォースリミッタ機構は、トーションバー（シャフト）を備える。トーションバーは、スプールの内側に同軸的に配置されており、例えばスプールの軸方向一端部にてスプールに一体に連結されている。この場合、スプールの軸方向他端側には、上述のロック機構が設けられている。ロック機構は、作動すると、トーションバーの軸方向他端部の回転を規制して、トーションバーに連結されたスプールの引き出し方向への回転を規制する。

車両の前面衝突時（即ち、急減速時）には、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、乗員を拘束しているシートベルトが引っ張られる。この引っ張り力に応じた引き出し方向への回転力は、スプールを介してトーションバーとの連結部分、即ちトーションバーの軸方向他端部に入力される。このとき、ロック機構が作動してトーションバーの軸方向一端部の回転を規制していると、基本的にトーションバーが回転することはない。

しかしながら、トーションバーの軸方向他端部に入力される引き出し方向の回転力が基準値に達すると、トーションバーの軸方向他端部とロック機構により回転が規制された軸方向一端部との間で塑性的に捩り変形する。この捩り変形によって、トーションバーに連結されたスプールが引き出し方向に回転し、シートベルトの引き出しが許容される。従って、ロック機構の作動時に、シートベルトに加わる荷重（張力）が基準値を超えることを抑制することができ、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。

特開２００８−２３８９９７号公報

しかしながら、上記従来のシートベルト装置では、シートベルトに加わる荷重（張力）の基準値がトーションバーの機械的強度にて定まり、車両の状況に応じて変化しない。従って、車両の状況に応じて乗員を適切に拘束することができない場合も考えられる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の状況に応じて乗員を適切に拘束することができるシートベルト装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
車体に連結されるフレームと、
車両の乗員を拘束するシートベルトと、
前記フレームに対して回転自在とされ、前記シートベルトを巻き取るスプールと、
前記フレームに対して回転自在とされ、前記スプールの内側に前記スプールと相対回転可能に配置されるシャフトと、
前記スプールの内周に一体に設けられる複数のアウタープレートと、
前記シャフトの外周に一体に設けられ、前記複数のアウタープレートと交互に配置される複数のインナープレートと、
前記スプールの内周と前記シャフトの外周との間に形成され、粘性流体が封入された作動室と、
所定条件下で作動して前記シャフトの所定方向への回転を規制するロック機構とを備える、シートベルト装置が提供される。

本発明によれば、車両の状況に応じて乗員を適切に拘束することができるシートベルト装置が得られる。

本発明の第１実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す一部断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す一部断面図である。 プリテンショナ機構５０の構成及び動作を説明するための図であって、プリテンショナ機構５０の作動前の状態を示す図である。 プリテンショナ機構５０の構成及び動作を説明するための図であって、プリテンショナ機構５０の作動中の状態を示す図である。 プリテンショナ機構５０の構成及び動作を説明するための図であって、プリテンショナ機構５０の作動後の状態を示す図である。 車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の別の例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す要部図である。 車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の別の例を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。尚、本実施形態では、運転席に着座した乗員（運転者）を拘束するシートベルト装置について説明するが、本発明はいずれの座席に着座した乗員を拘束するシートベルト装置に適用されてもよい。

図１は、本発明の第１実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。シートベルト装置は、乗員を車両の座席に拘束するシートベルト１０を備える。シートベルト１０は、樹脂製であって、長尺帯状に形成されている。シートベルト１０は、乗員の身体に掛け回され、シートベルト１０に設けられたタングプレート（図示せず）が座席に設けられたバックル（図示せず）に着脱可能に嵌合されることで、乗員を車両の座席に拘束する。

シートベルト装置は、図１に示すように、フレーム２０、スプール３０、及びシャフト３２を含み構成されている。これら、フレーム２０、スプール３０、及びシャフト３２は、クロムモリブデン鋼や鉄鋼等の金属材料を機械加工して製造されている。

フレーム２０は、ボルト等により車体に連結される部材である。フレーム２０には、互いに対向する一対の脚板２２ａ、２２ｂが一体に形成されている。この一対の脚板２２ａ、２２ｂの間には、スプール３０が配置されている。

スプール３０は、軸方向が一対の脚板２２ａ、２２ｂを結ぶ方向と平行になるよう配置されており、フレーム２０に対して自らの軸周りに回転可能とされている。スプール３０は、渦巻きバネ（図示せず）により一方の回転方向Ｒ１（以下、「巻き取り方向Ｒ１」という）に付勢されている。

スプール３０の外周には、図２に示すように、シートベルト１０の長手方向基端部が係止されている。スプール３０が巻き取り方向Ｒ１に回転すると、スプール３０の外周にシートベルト１０が巻き取られる。一方、スプール３０が巻き取り方向Ｒ１と反対方向Ｒ２（以下、「引き出し方向Ｒ２」という）に回転すると、シートベルト１０がスプール３０から引き出される。シートベルト１０は、スプール３０から引き出された状態で、乗員の身体に掛け回される。

シャフト３２は、スプール３０の内側に同軸的に回転可能に配置されている。シャフト３２は、各脚板２２ａ、２２ｂに設けた挿通孔２４ａ、２４ｂに挿通されている。一対の挿通孔２４ａ、２４ｂの内周面により、シャフト３２の軸線Ｘ方向両端部が回転可能に支持されている。このようにして、シャフト３２は、フレーム２０に対して自らの軸周りに回転可能とされている。

スプール３０の軸方向両端面には、環状のカバー３４がそれぞれ一体に固定されている。各カバー３４は、金属板をプレス等により打ち抜き加工したものが用いられる。各カバー３４は、スプール３０と同軸的に配置されている。各カバー３４の外径は、スプール３０の外径よりも大きく設定されている。各カバー３４は、スプール３０の回転に伴うシートベルト１０の移動をガイドする。各カバー３４の内径は、シャフト３２の外径よりも僅かに大きく設定されている。各カバー３４の内周面は、シャフト３２の外周面に摺動可能に当接している。

このようにして、スプール３０とシャフト３２とは、一対のカバー３４を介して、軸線Ｘ方向の周りに相対回転可能に構成されている。そして、スプール３０とシャフト３２と一対のカバー３４とにより取り囲まれる環状の空間に作動室Ｃが形成されている。作動室Ｃには、粘性流体としてのシリコンオイルＬが封入されている。尚、各カバー３４の内周面とシャフト３２の外周面との間には、Ｏリング等のシール部材が介装されていてもよい。

作動室Ｃには、図１に示すように、複数のアウタープレート３６、及び複数のインナープレート３８が配置される。各アウタープレート３６、及び各インナープレート３８は、金属製の薄板をプレス等により打ち抜き加工したものが用いられる。

各アウタープレート３６は、環状に形成され、スプール３０の内周に一体に設けられている。スプール３０の内周には、各アウタープレート３６の外周がスプライン嵌合されている。各アウタープレート３６の内周には、周方向に所定間隔で複数のスリット（図示せず）が形成されている。各アウタープレート３６の内径は、シャフト３２の外径よりも大きく設定されている。

各インナープレート３８は、環状に形成され、シャフト３２の外周に一体に設けられている。シャフト３２の外周には、各インナープレート３８の内周がスプライン嵌合されている。各インナープレート３８の外周には、周方向に所定間隔で複数のスリット（図示せず）が形成されている。各インナープレート３８の外径は、スプール３０の内径よりも小さく設定されている。

アウタープレート３６とインナープレート３８とは、軸線Ｘ方向に交互に配置されている。隣り合うアウタープレート３６の間における、インナープレート３８の外周側には、スペーサリング（図示せず）がそれぞれ配置されている。各スペーサリングの内径は、インナープレート３８の外径よりも大きく設定されている。このスプレーサリングにより、隣り合うアウタープレート３６の軸線Ｘ方向の間隔が所定値に維持されている。

シートベルト装置は、図１に示すように、ロック機構４０を含み構成されている。ロック機構４０は、所定の条件下で作動してシャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転を規制する。ロック機構４０は、例えばシートベルト１０が引き出される加速度が基準値以上の場合、又は車両の減速度が基準値以上の場合に作動する。

ロック機構４０は、一方の脚板２２ａの外側に、即ち、一方の脚板２２ａを基準として他方の脚板２２ｂと反対側に配置されている。ロック機構４０は、シャフト３２に一体に連結されたラチェットホイール４２を有する。ラチェットホイール４２は、円板状に形成され、シャフト３２と同軸的に設けられている。ロック機構４０は、作動すると、ラチェットホイール４２の引き出し方向Ｒ２への回転を規制することで、ラチェットホイール４２に連結されたシャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転を規制する。尚、ロック機構４０の構成及び動作は、周知であるので、詳細な説明は省略する。

次に、上記構成とされたシートベルト装置の動作について説明する。先ず、シートベルト１０が巻き取られる場合について説明し、続いて、シートベルト１０が引き出される場合について説明する。

シートベルト１０が巻き取られる場合、スプール３０が巻き取り方向Ｒ１に回転する。スプール３０とシャフト３２との間に回転速度差がある場合、スプール３０に一体化された各アウタープレート３６とシャフト３２に一体化された各インナープレート３８との間に回転速度差が生じる。この回転速度差に応じてシリコンオイルＬに剪断応力が発生し、スプール３０の回転トルクがシャフト３２に伝達され、シャフト３２が巻き取り方向Ｒ１に回転する。その結果、スプール３０とシャフト３２との間に回転速度差がなくなると、スプール３０のトルクがシャフト３２に伝達されなくなる。

シートベルト１０が引き出される場合、スプール３０が引き出し方向Ｒ２に回転する。スプール３０とシャフト３２との間に回転速度差ΔＶがある場合、その回転速度差ΔＶに応じてシリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生する。

この剪断応力Ｆは、以下の数式１に示すように、スプール３０とシャフト３２との間の回転速度差ΔＶの他、アウタープレート３６とインナープレート３８との隙間ΔＸ（図１参照）、アウタープレート３６とインナープレート３８との軸線Ｘ方向に環状に重なり合う面積Ｓ（図１参照）、及びシリコンオイルＬの粘度μにて定まる。回転速度差ΔＶ以外の各パラメータΔＸ、Ｓ、μは、車種等に応じて予め最適化されている。

ロック機構４０の非作動時に、シリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生すると、スプール３０の回転トルクがシャフト３２に伝達され、シャフト３２が引き出し方向Ｒ２に回転する。その結果、スプール３０とシャフト３２との間の回転速度差ΔＶがなくなると、スプール３０のトルクがシャフト３２に伝達されなくなる。

一方、ロック機構４０の作動時に、シリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生すると、シャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転が規制されているので、シャフト３２が引き出し方向Ｒ２に回転する代わりに、スプール３０が巻き取り方向Ｒ１に回転しようとする。これにより、シートベルト１０に張力Ｔが発生し、乗員の車両前方への移動を抑制することができる。

図３は、車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の一例を示す図である。ここでは、乗員としてダミー人形を用いた。図３において、車両の衝突速度が大きい場合の関係を実線で示し、車両の衝突速度が小さい場合の関係を二点鎖線で示す。尚、図３において、シートベルト１０の引き出し量は、ロック機構４０の作動開始時からの引き出し量である。

車両の前面衝突時（即ち、車両の急減速時）には、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、乗員を拘束しているシートベルト１０が引っ張られる。この引っ張り力によりシートベルト１０が引き出されると、シートベルト１０の引き出し速度に応じた回転速度にて、スプール３０が引き出し方向Ｒ２に回転する。

このとき、ロック機構４０によりシャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転が規制されていると、シャフト３２とスプール３０との間に、シートベルト１０の引き出し速度に応じた回転速度差ΔＶが生じる。この回転速度差ΔＶに応じて、シリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生し、シートベルト１０に張力Ｔが発生する。従って、シートベルト１０の引き出し速度が大きくなるほど、シートベルト１０の張力Ｔが大きくなる。その結果、車両の前面衝突時の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きくなるほど、乗員を強く拘束することができる。従って、車両の状況に応じて、乗員を適切に拘束することができる。

また、シートベルト１０に張力Ｔが加わると、乗員の車両前方への移動が抑制されるので、シートベルト１０の引き出し速度が減速する。そうすると、スプール３０の引き出し方向Ｒ２の回転が減速し、スプール３０とシャフト３２との間の回転速度差ΔＶが小さくなる。これにより、シリコンオイルＬの剪断応力Ｆが低下し、図３に示すように、シートベルト１０に加わる張力Ｔが低下する。従って、ロック機構４０の作動時に、シートベルト１０に過剰な張力Ｔが加わることを抑制することができ、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。

仮に、従来例の如く、スプール３０とシャフト３２とが連結されており、ロック機構４０の作動時にシャフト３２が塑性変形する場合、使用後にシャフト３２を含むシートベルト装置を交換する必要がある。

一方で、本実施形態では、スプール３０とシャフト３２とが相対的に回転可能とされており、ロック機構４０の作動時にシャフト３２が塑性変形しないので、使用後のシャフト３２の交換が不要となる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、シートベルト１０の引き出し速度が大きくなるほどシートベルト１０の張力Ｔが大きくなるので、車両の前面衝突時の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きくなるほど乗員を強く拘束することができる。従って、車両の状況に応じて、乗員を適切に拘束することができる。

尚、本実施形態では、シャフト３２はフレーム２０に対して自らの軸周りに回転可能とされており、ロック機構４０は所定の条件下で作動してシャフト３２の所定方向（引き出し方向Ｒ２）への回転を規制するとしたが、本発明はこれに限定されない。

例えば、シャフト３２は、フレーム２０に対して常時固定されていてもよい。この場合も、シャフト３２とスプール３０との間に、シートベルト１０の引き出し速度に応じた回転速度差ΔＶが生じるので、シートベルト１０の引き出し速度が大きくなるほどシートベルト１０の張力Ｔが大きくなる。この場合、ロック機構４０が不要となる。

これに対し、本実施形態では、ロック機構４０が所定の条件下で作動してシャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転を規制するので、ロック機構４０の非作動時に、シートベルト１０を容易に引き出すことができる。従って、乗員に煩雑感を与えることを抑制することができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す一部断面図である。図４は、プリテンショナ機構５０の作動時の状態を示す一部断面図である。図４に示すシートベルト装置は、プリテンショナ機構５０を更に備える。その他の構成は、図１に示すシートベルト装置の構成と同一であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

プリテンショナ機構５０は、車両の緊急時にシートベルト１０を巻き取る機構である。プリテンショナ機構５０は、スプール３０を基準としてロック機構４０と反対側に配置されている。例えば、プリテンショナ機構５０は、他方の脚板２２ｂの外側に、即ち、他方の脚板２２ｂを基準として一方の脚板２２ａと反対側に配置されている。

プリテンショナ機構５０は、第１及び第２のピニオン５２、５４、ラック５６、並びにインフレータ５８を有する。

第１のピニオン５２は、カバー３４を介してスプール３０に連結され、外周には周方向に所定間隔で複数の第１の外歯５２ａが形成されている。第１のピニオン５２は、スプール３０と同軸的に配置されている。

第２のピニオン５４は、シャフト３２に一体に連結され、外周には周方向に所定間隔で複数の第２の外歯５４ａが形成されている。第２のピニオン５４は、シャフト３２と同軸的に配置されている。

このようにして、第１及び第２のピニオン５２、５４は、同軸的に配置され、相対回転可能とされている。本実施形態において、第１及び第２のピニオン５２、５４の外径は、略同一に設定されている。また、隣り合う第１の外歯５２ａの間隔と、隣り合う第２の外歯５４ａの間隔とは略同一に設定されている。

ラック５６は、複数の第１及び第２の外歯５２ａ、５４ａに噛合可能な複数の内歯５６ａを有する。複数の内歯５６ａは、ラック５６の先端部に形成されている。ラック５６の基端部は、シリンダ６０に摺動可能に挿入されている。ラック５６の基端面と、シリンダ６０の内壁面とにより取り囲まれる空間にガス室６２が形成されている。

インフレータ５８は、点火装置及びガス発生剤を有する。インフレータ５８は、車載ネットワークを介して、電子制御ユニット（図示せず）と接続されている。電子制御ユニットは、車両の緊急時（例えば、車両に加えられる加速度の時間積分値が閾値を超えた時）に点火信号をインフレータ５８に送信する。インフレータ５８は、電子制御ユニットから点火信号を受信すると、点火装置によりガス発生剤を燃焼させてガスを発生させる。発生したガスは、ガス室６２に供給される。

次に、プリテンショナ機構５０の動作について、図５〜図７を参照して説明する。図５〜図７において、（Ａ）はラック５６と第１のピニオン５２との関係を示す図であり、（Ｂ）はラック５６と第２のピニオン５４との関係を示す図である。

図５に示すように、プリテンショナ機構５０の作動前には、ラック５６と第１及び第２のピニオン５２、５４とは噛合しておらず、第１及び第２のピニオン５２、５４は回転可能な状態をとり、スプール３０及びシャフト３２は回転可能な状態をとる。

図６に示すように、プリテンショナ機構５０の作動時には、インフレータ５８がガスをガス室６２に供給し、ガス室６２の内圧が上昇し、ラック５６がシリンダ６０から突出する方向に移動する。

このラック５６の移動に連動して、ラック５６と第１及び第２のピニオン５２、５４とが噛合し、第１及び第２のピニオン５２、５４が巻き取り方向Ｒ１に略同一の回転速度で回転する。これにより、スプール３０とシャフト３２とが巻き取り方向Ｒ１に同一の回転速度で回転し、シートベルト１０が巻き取られるので、車両の緊急時にシートベルト１０の緩みを除去することができる。

尚、本実施形態では、プリテンショナ機構５０は、第１及び第２のピニオン５２、５４を有するとしたが、本発明はこれに限定されない。プリテンショナ機構５０は、第１及び第２のピニオン５２、５４のいずれか一方のみを有するとしてもよい。

例えば、第１変形例として、プリテンショナ機構５０が第２のピニオン５４のみを有する場合、ラック５６の移動に連動して、ラック５６と第２のピニオン５４とが噛合し、第２のピニオン５４が巻き取り方向Ｒ１に回転する。これにより、スプール３０とシャフト３２との間に回転速度差ΔＶが発生し、この回転速度差ΔＶに応じてシリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生し、シャフト３２の回転トルクがスプール３０に伝達され、スプール３０が巻き取り方向Ｒ１に回転する。従って、シートベルト１０が巻き取られるので、車両の緊急時にシートベルト１０の緩みを除去することができる。しかしながら、シャフト３２の回転トルクがスプール３０に伝達される際に、伝達損失が発生すると、スプール３０の回転不足につながる。従って、シートベルト１０の緩みを十分に除去することができない可能性がある。

また、第２変形例として、プリテンショナ機構５０が第１のピニオン５２のみを有する場合、ラック５６の移動に連動して、ラック５６と第１のピニオン５２とが噛合し、第１のピニオン５２が巻き取り方向Ｒ１に回転する。これにより、第１のピニオン５２に連結されたスプール３０が巻き取り方向Ｒ１に回転し、シートベルト１０が巻き取られるので、車両の緊急時にシートベルト１０の緩みを除去することができる。

図７に示すように、プリテンショナ機構５０の作動後には、ラック５６が停止し、停止位置でシリンダ６０に対して固定される。この状態では、ラック５６と第１のピニオン５２との噛合が解除され、第１のピニオン５２は回転可能な状態となり、スプール３０は回転可能な状態となる。また、この状態では、ラック５６と第２のピニオン５４との噛合が維持され、第２のピニオン５４は回転不能な状態となり、シャフト３２は回転不能な状態となる。

このようにして、プリテンショナ機構５０の作動後の状態では、スプール３０は回転可能な状態となり、シャフト３２は回転不能な状態となる。そうすると、プリテンショナ機構５０の作動後の状態では、ロック機構４０の作動時と同様に、シャフト３２の引き出し方向Ｒ２への回転が規制されているので、シャフト３２とスプール３０との間に、シートベルト１０の引き出し速度に応じた回転速度差ΔＶが生じる。

この回転速度差ΔＶに応じて、シリコンオイルＬに剪断応力Ｆが発生し、シートベルト１０に張力Ｔが生じる。従って、シートベルト１０の引き出し速度が大きくなるほど、シートベルト１０の張力Ｔが大きくなる。その結果、車両の前面衝突時の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きくなるほど、乗員を強く拘束することができる。従って、車両の状況に応じて、乗員を適切に拘束することができる。

シートベルト１０に張力Ｔが加わると、乗員の車両前方への移動が抑制されるので、シートベルト１０の引き出し速度が減速する。そうすると、スプール３０の引き出し方向Ｒ２の回転が減速し、スプール３０とシャフト３２との間の回転速度差ΔＶが小さくなる。これにより、シリコンオイルＬの剪断応力Ｆが低下し、シートベルト１０に加わる張力Ｔが低下する。従って、プリテンショナ機構５０の作動後に、シートベルト１０に過剰な張力Ｔが加わることを抑制することができ、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。

図８は、車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の別の例を示す図である。ここでは、乗員としてダミー人形を用いた。図８において、第２実施形態における関係を実線で示し、第２実施形態の第１変形例における関係を二点鎖線で示し、第１実施形態における関係を点線で示す。尚、図８において、シートベルト１０の引き出し量は、ロック機構４０の作動開始時からの引き出し量である。

第１実施形態では、プリテンショナ機構５０がなく、ロック機構４０の作動開始時にシートベルト１０の緩みが予め除去されていないので、点線で示すように、シートベルト１０の引き出し量に対して、シートベルト１０の張力Ｔが比較的緩やかに上昇する。

一方で、第２実施形態では、プリテンショナ機構５０の作動後であってロック機構４０の作動開始時にシートベルト１０の緩みが予め除去されているので、実線で示すように、シートベルト１０の引き出し量に対してシートベルト１０の張力Ｔが比較的急激に上昇する。これにより、車両の緊急時に乗員を迅速に拘束することができる。

これに対し、第２実施形態の第１変形例では、第２実施形態と比較して、プリテンショナ機構５０によりシートベルト１０の緩みが十分に除去されていないので、二点鎖線で示すように、シートベルト１０の引き出し量に対してシートベルト１０の張力Ｔが比較的緩やかに上昇している。

以上、説明したように、本実施形態のシートベルト装置によれば、車両の緊急時にプリテンショナ機構５０によりシートベルト１０の緩みを除去することができる。

尚、本実施形態では、プリテンショナ機構５０の作動後にロック機構４０が作動するとしたが、本発明はこれに限定されない。プリテンショナ機構５０の作動後には、スプール３０は回転可能な状態となり、シャフト３２は回転不能な状態となるので、ロック機構４０が作動しなくとも、ロック機構４０が作動した場合と同様の効果が得られる。

図９は、本発明の第３実施形態に係るシートベルト装置の構成を示す要部図である。以下、図９に示すシートベルト装置の構成について説明するが、図１に示すシートベルト装置と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示すシートベルト装置は、シートベルト１０、スプール３０、ロック機構４０、トーションバー７０、及び慣性ウェイト８０を含み構成されている。トーションバー７０及び慣性ウェイト８０は、クロムモリブデン鋼や鉄鋼等の金属材料を機械加工して製造されている。

先ず、トーションバー７０の構成について説明する。

トーションバー７０は、図１及び図２に示すシャフト３２と同様に、スプール３０の内側に同軸的に配置されており、例えばスプール３０の軸方向一端部にてスプール３０に一体に連結されている。この場合、スプール３０の軸方向他端側には、上述のロック機構４０が設けられている。ロック機構４０は、作動すると、トーションバー７０の軸方向他端部の回転を規制して、スプール３０の引き出し方向Ｒ２への回転を規制する。

次に、トーションバー７０の動作について説明する。

車両の前面衝突時（即ち、車両の急減速時）には、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、乗員を拘束しているシートベルト１０が引っ張られる。この引っ張り力に応じた引き出し方向Ｒ２への回転力は、スプール３０を介してトーションバー７０との連結部分、即ちトーションバー７０の軸方向一端部に入力される。このとき、ロック機構４０が作動してトーションバー７０の軸方向他端部の回転を規制していると、基本的にトーションバー７０が回転することはない。

しかしながら、トーションバー７０の軸方向一端部に入力される引き出し方向Ｒ２の回転力が基準値に達すると、トーションバー７０の軸方向一端部とロック機構４０により回転が規制された軸方向他端部との間で塑性的に捩り変形する。この捩り変形によって、トーションバー７０に連結されたスプール３０が引き出し方向Ｒ２に回転し、シートベルト１０の引き出しが許容される。従って、シートベルト１０に過剰な張力Ｔが加わることを抑制することができ、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。

次に、慣性ウェイト８０の構成について説明する。

慣性ウェイト８０は、スプール３０に同軸的に配置されている。慣性ウェイト８０は、例えば、円板状に形成され、スプール３０の軸方向一端側に配置されている。スプール３０と慣性ウェイト８０との間には、ワンウェイクラッチ機構（図示せず）が介装されている。

ワンウェイクラッチ機構は、引き出し方向Ｒ２への慣性ウェイト８０の回転を許容し、巻き取り方向Ｒ１への慣性ウェイト８０の回転を制限する機構である。ワンウェイクラッチ機構は、周知の構成であってよく、例えば、慣性ウェイト８０側に形成されたラチェット歯又はラチェット爪と、スプール３０側に形成されたラチェット爪又はラチェット歯とから構成される。

次に、慣性ウェイト８０の動作について説明する。

車両の前面衝突時（即ち、車両の急減速時）には、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、乗員を拘束しているシートベルト１０が引っ張られる。この引っ張り力に応じた引き出し方向Ｒ２の回転力は、スプール３０及びワンウェイクラッチ機構を介して慣性ウェイト８０に入力される。従って、慣性ウェイト８０が引き出し方向Ｒ２に受動的に回転し始める。

その後、シートベルト１０の張力Ｔが小さくなり、シートベルト１０の引き出し速度が遅くなると、スプール３０の引き出し方向Ｒ２の回転速度が慣性ウェイト８０の引き出し方向Ｒ２の回転速度よりも遅くなる。そうすると、ワンウェイクラッチ機構によるスプール３０と慣性ウェイト８０との係合状態が解除されるので、シートベルト１０の張力Ｔが慣性ウェイト８０に入力されなくなる。

図１０は、車両の前面衝突時のシートベルトの引き出し量と張力との関係の別の例を示す図である。ここでは、乗員としてダミー人形を用いた。図１０において、車両の衝突速度が大きい場合の第３実施形態における関係を実線で示し、車両の衝突速度が小さい場合の第３実施形態における関係を二点鎖線で示し、慣性ウェイト８０及びワンウェイクラッチ機構が無い従来例における関係を点線で示す。尚、図１０において、シートベルト１０の引き出し量は、ロック機構４０の作動開始時からの引き出し量である。

従来例では、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）に関わらず、シートベルト１０の張力Ｔが基準値Ｔ０に達すると、トーションバー７０が塑性変形するので、図１０に点線で示すように、シートベルト１０の張力Ｔが基準値Ｔ０を超えない。従って、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。

一方で、第３実施形態では、シートベルト１０の張力Ｔがトーションバー７０の他に慣性ウェイト８０にも入力されるので、シートベルト１０の張力Ｔが基準値Ｔ０に達してもトーションバー７０が塑性変形しない。従って、図１０に実線及び一点鎖線で示すように、トーションバー７０が塑性変形するまで、シートベルト１０の張力ＴはＴ０を超えて増加する。このため、シートベルト１０の引き出し量に対してトーションバー７０の塑性変形量が比較的小さく、トーションバー７０の捩切れ寸法に余裕ができる。

一般に、慣性ウェイト８０に入力される回転トルクは、慣性ウェイト８０の角加速度に比例して大きくなる。車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きい場合、小さい場合に比較して、シートベルト１０の引き出し加速度が大きいので、慣性ウェイト８０の引き出し方向Ｒ２の角加速度が大きい。従って、車両の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きい場合、小さい場合に比較して、慣性ウェイト８０に大きな回転トルクが加わることになるので、図１０に実線及び一点鎖線で示すように、シートベルト１０の張力Ｔが大きくなる。

このように、シートベルト１０の引き出し加速度が大きくなるほどシートベルト１０の張力Ｔが大きくなるので、車両の前面衝突時の衝突速度（即ち、車両の減速度）が大きくなるほど乗員を強く拘束することができる。従って、車両の状況に応じて、乗員を適切に拘束することができる。

その後、シートベルト１０の張力Ｔが小さくなり、シートベルト１０の引き出し速度が遅くなると、スプール３０の引き出し方向Ｒ２の回転速度が慣性ウェイト８０の引き出し方向Ｒ２の回転速度よりも遅くなる。そうすると、ワンウェイクラッチ機構によるスプール３０と慣性ウェイト８０との係合状態が解除されるので、シートベルト１０の張力Ｔが慣性ウェイト８０に入力されなくなる。このとき、シートベルト１０の張力Ｔは、図１０に実線及び一点鎖線で示すように、基準値Ｔ０となる。

以上、本発明の実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ シートベルト
３０ スプール
３２ シャフト
３６ アウタープレート
３８ インナープレート
４０ ロック機構

Claims (2)

1. 車体に連結されるフレームと、
   車両の乗員を拘束するシートベルトと、
   前記フレームに対して回転自在とされ、前記シートベルトを巻き取るスプールと、
   前記フレームに対して回転自在とされ、前記スプールの内側に前記スプールと相対回転可能に配置されるシャフトと、
   前記スプールの内周に一体に設けられる複数のアウタープレートと、
   前記シャフトの外周に一体に設けられ、前記複数のアウタープレートと交互に配置される複数のインナープレートと、
   前記スプールの内周と前記シャフトの外周との間に形成され、粘性流体が封入された作動室と、
   所定条件下で作動して前記シャフトの所定方向への回転を規制するロック機構とを備える、シートベルト装置。
2. 前記スプールと同軸的に連結される第１のピニオンと、
   前記シャフトと同軸的に連結される第２のピニオンと、
   前記第１のピニオンと噛合する第１の歯部、および前記第２のピニオンと噛合する第２の歯部が形成されるラックとを有し、
   前記ラックは、前記第１のピニオンおよび前記第２のピニオンと噛合しない第１の位置と、前記第２のピニオンのみと噛合する第２の位置との間で移動可能であり、前記第１の位置から前記第２の位置に移動する間に前記第１のピニオンおよび前記第２のピニオンと噛合し、前記第１のピニオンおよび前記第２のピニオンを回転させる、請求項１記載のシートベルト装置。

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