JPH09272401A - 超音波モータを用いたシートベルトリトラクタ - Google Patents
超音波モータを用いたシートベルトリトラクタInfo
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Abstract
するシートベルトリトラクタを提供する。 【解決手段】 シートベルトリトラクタ20は、フレー
ム40に支持された巻回リールを、圧電素子列11、ス
テータ12、ロータ13等よりなる超音波モータ10で
直接的に駆動するよう構成されている。コントロールユ
ニット60には、バックル装着センサ、車速センサ、衝
突予知センサ、ブレーキセンサ、シートベルトの張力セ
ンサ等から信号が入力され、乗員のシートベルト装着動
作や車両の状態に応じて超音波モータ10を制御する。
Description
トラクタに係り、特に超音波モータを用いたシートベル
トのリトラクタに関する。
取るリトラクタの場合には、ギアを用いてモータの回転
速度を減速して用いていた。例えば実開昭50−102
017号や英国特許第1393505号には遊星歯車を
介してシートベルトの巻取軸とモータの回転軸とが接続
されるものが開示されている。また特開昭58−101
855号、特開昭58−101857号では、シートベ
ルトの巻取軸とモータの回転軸とがウォームギアを介し
て接続されている。これらのモータを用いるリトラクタ
は、米国特許第4,489,804号に開示されるよう
にシートベルトの繰出位置を検出して乗員にとってベル
トの最適な位置を決定し、車速に応じて張力を調整する
ことができる。また、特開昭58−101855号に開
示されるように、車の乗員の姿勢に応じてベルトを繰り
出し、スラッグ量を調節することができる。また高速
時、緊急時には、特公昭58−139845号公報に開
示されるように張力を増大させたり、特開昭58−10
1855号公報、特開昭58−101857号公報に開
示されるように、振り子を利用してシートベルトをロッ
クするという機能をもたせることができる。
巻取遊星歯車を介してモータの回転軸とシートベルトの
巻取軸とを接続するシートベルトリトラクタは、ウォー
ムギアを介して接続されるものよりも小形に製造するこ
とはできるが、シートベルトを巻き取る力が弱い。その
ためシートベルトを繰り出したり、スラッグ(緩み)を
とったり、不使用時にシートベルトを巻き込む場合には
十分機能を果たすことができるが、緊急時に高速にベル
トを巻き込もうとすると張力が弱く十分に巻き込むこと
ができない。
トの巻回軸を駆動するものは、緊急時の巻取力はある程
度大きいが、急速な巻取りはできにくいという欠点があ
る。
法として火薬の爆発力を用いるものがあるが、装置の大
型化、複雑化が避けられない。
ートベルトの巻取軸とを接続するシートベルトリトラク
タは、上記のようにシートベルトを巻き取る力は強い
が、車の乗員がベルトを装着するときや、装着後に乗員
が姿勢を前に動かすときには自由にベルトが引き出せる
ようにするためにクラッチが必要である。
ーズにシートベルトを装着するときや装着後に乗員が姿
勢を変えるときには、自由にベルトが引き出され、ある
いは巻き取られるようにするためにはやはりクラッチを
備える方が便利である。
接続状態にない場合にはベルトに張力をかけておく必要
があるので、ベルトの巻回軸にぜんまいバネを取り付け
て、常にベルトを巻き込む方向に付勢しておく必要があ
る。そのため、DCモータを用いて多数の機能を果たさ
せようとする場合には、機構が複雑となりサイズも大型
となる。更に遊星歯車やウォームギアを用いるシートベ
ルトリトラクタには騒音が大きいという共通の問題点が
ある。
よる緊急時の検知をする機構が開示されている。この検
知機構によれば、車体に加わった入力Gにより振り子が
倒れ、これにより緊急事態が発生したことを検知するの
で、当該振り子を水平に保つ必要がある。従って、シー
トベルトリトラクタをリクライニング・シートに設置し
た場合には、リクライニング・シートを傾けるとその傾
斜により振り子が倒れてしまうので、例えばシートベル
トのリトラクタがロックしてシートベルトが引き出せな
くなってしまうという不便がある。
構として、例えば実開昭63−145747号に開示さ
れるようにシートベルトのリールの両側鍔部の外周にラ
チェット歯を備え、当該リールを支持するフレームにも
このラチェット歯と係合する歯を備え、平時にはこれら
の歯が係合せず緊急時に係合させてシートベルトをロッ
クするものがある。しかしこのような機構とDCモータ
とを組み合わせようとすると、機構が複雑化し、重量が
増大することは避けられない。そこでDCモータとウォ
ームギアとを組み合わせることにより緊急時のロックを
することも可能であるが、上記のように他の機能を合わ
せ持たせようとすると機構が複雑となり、重量が増大し
てしまう。
て自動車の座席に装着する場合には、当該シートベルト
をロックしなければならないが、通常シートベルトは乗
員が自由に動けるようにするためにロックをすることが
できない。
ために、例えば実開昭63−145747号やUSP
4,811,912に開示されるように、シートベルト
が最終端まで引き出されたときにリトラクタはオートマ
チック・モードに変更され、以後はシートベルトはリト
ラクタに巻き込まれはするがシートベルトが引き出され
ようとしてもロックされるように構成する。
公知のギアの組合せとにより構成されるが、構造が複雑
であり、やはりシートベルトリトラクタのサイズの増
加、重量の増加が避けられない。
使いながらもクラッチを用いずに機構を簡略化し、モー
タの騒音を減らすことのできるシートベルトリトラクタ
を提供することを目的とする。
を図るとともに緊急時のシートベルトのロック機構の簡
素化を図り、またチャイルド・シートの装着時には容易
にロック・モードとなり、しかも装置が大型化、複雑化
しないシートベルトリトラクタを提供することを目的と
する。
ために、シートベルト巻取用モータとして超音波モータ
を採用し、好ましくはシートベルトの巻取軸と超音波モ
ータの回転軸とを共通化してギアとクラッチとを介さず
に当該巻取軸を駆動することとする。このように構成す
ることにより、モータと乗員のシートベルトの装着時や
装着後に乗員が姿勢を前に動かしてもシートベルトがス
ムーズに繰り出されるようになり、緊急時には強力なト
ルクでベルトを巻き締めることができる。
が大きいので、シートベルトによりチャイルド・シート
を座席に装着する際には、超音波モータを静止させるこ
とによりロック状態となってシートベルトの巻取軸が回
動しないことになり、チャイルド・シートが座席に固定
されることになる。
ルトリトラクタの分解斜視図であり、第2図はその断面
図である。
トベルトリトラクタ20のベルト9(第5図)の巻回リ
ール2と一体化されている。そして両者の間にギアやク
ラッチ等の伝達機構が介在されていない。
電素子列11及びこの圧電素子列11にほぼ密着する状
態で設置された環状ステータ12及び中心がシャフト1
に固着されまたはシャフト1と一体に成形された円形ロ
ータ13から成る。
2の中空中心部分には、シャフト1が貫通している。ロ
ータ13は、第2図に示されるように、環状スプリング
32の付勢力によって環状ステータ12に押圧されてい
る。
は、円形ロータ13は環状ステータ12に対し該スプリ
ング32によって強く押し付けられ、シャフト1は該円
形ロータ13を介して環状ステータ12に“ロック”さ
れた状態となる。即ち、圧電素子列11に通電されてい
ないと、リール2は回転不能であり、シートベルトをリ
トラクタ20から巻き出すことはできない。
に超音波信号が加えられると、環状圧電素子列11が当
該超音波信号に応じて波状に歪曲し、ステータ12を介
してロータ13を回動させることができる。
環状スプリング32を介してカバー33の軸受け部34
に嵌挿される。シャフト1の他端4はカバー35の軸受
け部36に嵌挿される。カバー35にはロータの回転角
度を検出する回転角センサ(エンコーダ)62(第3
図)が設置されている。
され、この鍔部5、6の間に図示しないシートベルトが
巻回される。鍔部5、6の外周には巻回リールの回動を
ロックするための雄形のラチェット歯7、8が形成され
ている。
2、43からなり、壁状部材41と43とは平行であり
壁状部材42に垂直に接続されている。壁状部材41と
43との間隔は、ラチェット歯7、8の間隔と同じであ
る。
5、6が入る円形の孔44、45が形成され、更にその
一部にはラチェット歯7、8を受ける雌形のラチェット
歯46、47が形成されている。バネ48、49は、壁
状部材41、43のラチェット歯46、47とシャフト
1のラチェット歯7、8とが係合しないようにシャフト
1の両端3、4をそれぞれ押圧する。
ー33とは、保持部材51を介して壁状部材41の外面
にネジ等の固着手段で固定される。エンコーダを包含す
るカバー35は、同様に保持部材52を介して壁状部材
43の外面にネジ等の固着手段で固定される。
しないシートベルトが貫通するベルトガイド53とモー
タの制御を行うコントロール・ユニット60とが取り付
けられている。
通り、シートベルトの張力を検知する張力センサ63が
備えられている。
波モータを用いたシートベルトリトラクタのコントロー
ル装置60の構成を説明する。
0の制御信号を発生させる中央処理装置(以下「CP
U」)61と各種のセンサ62〜68を備える。CPU
61には、機械的または電気的に超音波モータのシャフ
ト1の回転角度を検知する回転角センサ62が接続され
ている。
を検知する張力センサ63、車速を検知する車速センサ
64、ブレーキ・ペダルが押圧されたことを検知するブ
レーキ・センサ65、衝突そのものまたは前の自動車ま
たは障害物等が急速に接近していることを検知する障害
物センサ66、自動車がスキッドしていることを検知す
るスキッド・センサ67、シートベルトのトングがバッ
クル(何れも図示せず)に装着されていることを検知す
るシートベルトの装着センサ68が接続されている。
を示す。第5図Aは、リール5に巻回されているベルト
9に張力が付与されていないかまたは張力が弱い状態を
示し、センサ・レバー69が押圧されていない。そして
張力センサ63は張力が付与されていないかまたは張力
が弱い旨の信号をCPU61に送出する。ベルト9に一
定レベル以上の張力が付与されると、第5図Bのように
センサ・レバー69が押圧され、張力センサ63はベル
トに一定レベル以上の張力が付与された旨の信号をCP
Uに送出する。
ら壁状部材41の方向にシートベルトリトラクタを側面
から見た図である。第6図Aはベルト9の張力がないか
弱い場合、第6図Bはベルト9の張力が強い場合を表
す。
着部材71により回動自在に取り付けられている。バネ
48はリール2の一端3をベルトの引き出し方向Fとは
反対の方向に付勢している。
設けられ、壁状部材41に設けられた長孔74、75に
挿入されている。リール2は、固着部材71の位置を中
心として、突起72、73が長円孔74、75中を移動
できる幅において矢印θ方向に回動することができる。
方向に引き出されているが、張力が弱いためにベルトの
リールのバネ48が張力に打ち勝ってリール1は固着部
材71の回りに回動せず、リール1のラチェット歯7は
壁状部材41のラチェット歯46に係合していない。第
6図Bのように一定以上の張力がベルト9に掛けられる
と、リール2は固着部材71を中心として矢印θ1 の方
向に回動し、リール1のラチェット歯7は、壁状部材4
1のラチェット歯46と係合し、リール2はロックされ
る。後に説明する第4図Cのyの時点で、このようなリ
ール2のロックが行われることになる。
のセンサ62〜68の検知信号に応じてCPUが超音波
モータを制御する手順を説明する。
の繰出量を、横軸は時間の経過をそれぞれ表す。「0
(ゼロ)」はシートベルトが乗員にフィットしている位
置を表し、乗員のサイズに応じてこの「0」の位置は調
整される。第4図A、B、C中の折れ線グラフは、シー
トベルトの繰出量を時間の経過とともに変化する状態を
表す。a〜xは、特定時間におけるベルトの位置を表
す。
おらず、リールに巻回されている状態を示す。
り出してバックルに装着するまでを表す。
と、張力センサ63がこれを検知してモータ10がシー
トベルトを繰り出す方向に回転し、シートベルトが繰り
出される。そして、乗員が、cの時点でベルトを図示し
ないバックルに固定すると、バックルに備えられている
シートベルトの装着を検知する装着センサ68が検知し
て検知信号をCPU61に送る。CPU61は、装着セ
ンサ68の当該検知信号を受けると、超音波モータ10
を停止させる。これにより、cの時点でベルト9に張力
が消失する。
ートベルトの張力を検知し続け、検知信号をCPU61
に送る。もし装着センサ68によるシートベルトの装着
が検知される前に張力センサ63が張力を検知しなくな
った場合には、CPU61は、乗員がシートベルトを装
着しないと判断し、超音波モータ10にベルトを巻回す
るように信号を送る。
なったことを検知すると、一定時間後のdの時点で超音
波モータ10をゆっくりと巻き戻すように制御してシー
トベルトの緩みを減少させる。そしてベルトの緩みがな
くなって張力センサ63が一定の張力を検知したeの時
点で、CPU61は超音波モータ10を停止させると共
に、CPU61内の図示しないメモリに初期の基準値、
例えば「0」を記憶させる。
の位置を数値化し、当該基準値と比較することによって
ベルトが基準位置からどの程度繰り出されているか、あ
るいは引き込まれているかというベルトの繰出位置を検
知する。
るのでこのままでもよいが、ベルトは多少ゆるめの方が
乗員にとって心地よい。そこで、fの時点で超音波モー
タ10を作動させてベルトをgまで繰り出し、定量のベ
ルトが繰り出されたgの時点で超音波モータ10を止め
る。この繰出位置gも上記のCPU61内の図示しない
メモリに記憶させる。
こもうとすると、シートベルトが引っ張られて張力セン
サ63がこれを検知し、CPU61は超音波モータ10
がシートベルトを繰り出すようにする。ベルトがiの時
点まで繰り出された後、乗員が上体をもとの位置まで戻
した場合、ベルトの張力がなくなるからこれを張力セン
サ63が検知し、CPU61は超音波モータによるベル
トの繰出し停止させる。そして、所定時間が経過したj
の時点で改めて超音波モータ10を作動させ、ベルトが
上記のgの位置まで巻き戻されたkの時点で超音波モー
タ10の作動を停止させる。
転角センサ62が作動して常にベルトの位置の信号をC
PU61に送出していることは言うまでもない。
とを検知したとき、 ブレーキセンサ65が急ブレーキが踏まれたことを
検知したとき、 障害物センサ66が前方に障害物があることを検知
したとき、または スキッド・センサ67が当該自動車がスキッドして
いることを検知したとき等、 危険が迫っていること、または迫る可能性があることが
検知された場合には、CPU61はベルトをmの位置ま
で巻き込み、危険に備える。その後危険やその可能性が
去り、通常の走行が行われるようになると、pの時点で
CPU61は再びベルトを上記gの位置まで繰り出すよ
うに超音波モータを作動させ、qの時点で停止させる。
クルをはずすと、装着センサ68がこれを検知してCP
U61は超音波モータを作動させ、ベルトをsまで巻回
する。sまで巻回されるとベルトは停止し、張力センサ
63が張力の増大を検知した後、CPU61はtの時点
で超音波モータの作動を停止させる。
あって、ベルトが若干緩められているgの状態にあると
き、uの時点で障害物センサ66、スキッド・センサ6
7が危険が迫っていることを検知したとき、上記のl〜
pの動作と同様にCPU61はベルトをvまで巻き込
み、危険に備える。更に障害物センサ66やスキッド・
センサ67が作動してCPU61において衝突が避けら
れないとの判断がされた場合には、wの時点でCPU6
1は、衝突に備えて急速にベルトを巻き込む。この際、
超音波モータ10は、その性格上迅速にかつ大きなトル
クをもってベルトを巻き込むことができる。
員の体重がベルトにかかるためベルトの張力が急激に増
大し、ベルトのリール2がバネ48、49に抗して移動
し、yの時点で鍔部5、6のラチェット歯7、8がフレ
ーム壁部のラチェット歯46、47に噛合してシャフト
1がロックされる。この状態では、ベルトが「0」の位
置よりも十分引き込まれているため、ベルトが乗員を十
分保持することができる。
ト引出、バックル操作、上体の前傾あるいは車両の急ブ
レーキ、障害物検知、衝突予知等に応じて超音波モータ
が作動し、乗員を適切に保護することができる。
ートの固定にも利用することができる。
定する場合には、シートベルト9を繰り出し、シートベ
ルト9をチャイルドシートに引っかけて緩みを取り、座
席のクッション力を利用してバネ48、49に抗してリ
ール2のラチェット歯7、8が壁状部材41、42のラ
チェット歯46、47に常に押し付けるように係合させ
る。このようにすれば、簡単な構成でチャイルド・シー
トを確実に座席に固定することができる。
リトラクタにおいて、従来のように直流モータを用いず
に超音波モータを用いたから、スラッグ量の調節、乗員
の姿勢に応じたシートベルトの繰り出し、緊急時のベル
トの巻込みと衝突直前のベルトの高速巻込み等の多数の
機能を持たせながら、その大きさを小型化することがで
きるようになった。
モータでは得られない高い張力でシートベルトの巻取が
可能となった。
要であった、ベルト巻回用リールとの間のギアが不要と
なったため、重量と騒音が減った。
ータを採用し、シートベルトの巻取軸と超音波モータの
回転軸とを共通化してギアとクラッチとを介さずに当該
巻取軸を駆動することができるようになった。
着後に乗員が姿勢を前に動かしてもシートベルトがスム
ースに繰り出されることができ、緊急時には強力なトル
クでベルトを巻き締めることができる。
モータを回転させてシートベルトを繰り出すようにし、
非装着時にはこれを巻き取るようにすれば、シートベル
トのリールをバネで巻取方向に付勢する必要がなくな
る。従って超音波モータを用いれば、シートベルトのリ
ールを巻取方向に付勢するバネ機構を省略することがで
きる。
すれば、シートベルトがロック状態となるのでチャイル
ド・シートを保持することができる。従って従来のリト
ラクタにおいて必要であったチャイルド・シートを固定
するための格別なギア機構が不要となる。
リトラクタに応用することにより従来のシートベルトリ
トラクタに必要な種々な機能を保持したまま構造を簡略
化し軽量化することができる。
更が可能であることは明らかである。
視図である。
である。
る。
Claims (10)
- 【請求項1】 シートベルトを巻き取るためのリール
と、該リールを支持するフレームと、該リールを回転駆
動するモータとを有するシートベルトリトラクタにおい
て、 該モータとして超音波モータを用いたことを特徴とする
シートベルトリトラクタ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記超音波モータ
は、それぞれ環状の圧電素子列及び該圧電素子列に重ね
合わされた環状ステータと、該環状ステータに対面配置
されたロータとを備えてなり、 該圧電素子列及び環状ステータが前記フレームに固定さ
れ、該ロータが前記リールに固着又は一体化されている
ことを特徴とするシートベルトリトラクタ。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、前記リールの
軸心線方向の両側にそれぞれ鍔部が設けられ、各鍔部の
外周面にそれぞれ雄形のラチェット歯が設けられてお
り、前記フレームは1対の平行な壁状部材を備え、該壁
状部材にそれぞれ該鍔部が入り込んだ孔が設けられてお
り、該孔の内周面の一部には、該雄形のラチェット歯に
噛合可能な雌形のラチェット歯が設けられており、 該リールはバネによって該雄形のラチェット歯が該雌形
のラチェット歯から離反するように付勢されており、前
記リールに巻かれたシートベルトが所定以上の力で引か
れたときに、該リールが該力の方向に変位し該雄形ラチ
ェット歯が雌形ラチェット歯に係合し、リールの回転が
阻止されることを特徴とするシートベルトリトラクタ。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
て、 前記シートベルトがシートベルト装着用のバックルに装
着されたことを検知する装着センサと、 該シートベルトに加えられる張力を検出する張力センサ
と、 これらセンサの検出信号に基づいて前記超音波モータを
制御する制御器とが設けられており、 該制御器は、バックル未装着の状態でシートベルトに所
定値以上の張力が加えられていることが検知されている
ときに前記超音波モータをシートベルト繰出方向に回転
させ、この回転途中においてバックルの装着が検知され
ると該モータを停止させることを特徴とするシートベル
トリトラクタ。 - 【請求項5】 請求項4において、前記制御器は、前記
モータの停止後に所定時間が経過すると、前記モータを
シートベルト巻取方向に、前記張力センサの検出張力が
所定張力に達するまで駆動させ、次いで停止させること
を特徴とするシートベルトリトラクタ。 - 【請求項6】 請求項5において、前記制御器は、前記
張力センサの検出張力が所定張力になってモータが停止
した後、所定時間が経過すると、シートベルトを所定長
さだけ繰り出すようにモータを駆動させ、次いで停止さ
せることを特徴とするシートベルトリトラクタ。 - 【請求項7】 請求項4ないし6のいずれか1項におい
て、前記制御器は、前記装着センサが装着を検知してい
る状態にあるときに前記張力センサが所定値を超える張
力を検出すると、この張力が該所定値以下となるまでモ
ータを繰出方向に回転させ、次いで停止させることを特
徴とするシートベルトリトラクタ。 - 【請求項8】 請求項4ないし7のいずれか1項におい
て、該シートベルトリトラクタは、さらに、車両走行速
度を検出する車速センサ、車両のブレーキが踏まれたこ
とを検知するブレーキセンサ、車両前方の障害物を検知
する障害物センサ、及び車両のスキッドを検知するスキ
ッドセンサのうちの少なくとも1個の危機予知用のセン
サを備え、このセンサの検出信号が前記制御器に入力さ
れており、 該制御器は、該危機予知用のセンサから危機予知信号が
入力するとシートベルトの張力が所定の高張力になるま
で前記モータを巻取方向に駆動させ、次いで停止させ、 その後該危機予知用のセンサから危機予知信号が入力し
なくなると、元の状態にまで復帰するように前記モータ
を繰出方向に駆動させ、その後停止させることを特徴と
するシートベルトリトラクタ。 - 【請求項9】 請求項4ないし8のいずれか1項におい
て、該シートベルトリトラクタは、さらに、車両の衝突
を予知する衝突予知センサを備え、この衝突予知センサ
の検出信号が前記制御器に入力されており、 該センサは、該衝突予知センサから衝突予知信号が入力
するとシートベルトの張力が所要の高張力になるまで前
記モータを巻取方向に駆動させることを特徴とするシー
トベルトリトラクタ。 - 【請求項10】 請求項4ないし9のいずれか1項にお
いて、前記制御器は、前記装着センサから装着解除を示
す信号が入力すると、前記張力センサの検出張力が所定
張力になるまで前記モータを巻取方向に駆動させ、次い
で停止させることを特徴とするシートベルトリトラク
タ。
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