JPH10297429A - 超音波モータ及びシートベルトリトラクタ - Google Patents

超音波モータ及びシートベルトリトラクタ

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JPH10297429A
JPH10297429A JP9110961A JP11096197A JPH10297429A JP H10297429 A JPH10297429 A JP H10297429A JP 9110961 A JP9110961 A JP 9110961A JP 11096197 A JP11096197 A JP 11096197A JP H10297429 A JPH10297429 A JP H10297429A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic motor
voltage
seat belt
webbing
belt retractor
Prior art date
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Pending
Application number
JP9110961A
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English (en)
Inventor
Kenji Kitazawa
賢次 北沢
Eiji Yanagi
英治 柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Takata Corp
Original Assignee
Takata Corp
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Publication date
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Publication of JPH10297429A publication Critical patent/JPH10297429A/ja
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  • Automotive Seat Belt Assembly (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータの出力トルクを調節したり、低
トルク長時間連続運転させたりすることを可能にする。 【解決手段】 S1 がHの場合、a,b,c,dのHパ
ルスによってFET41,42,45,46がONとな
り、1次側巻線61,71に電流が流れ、2次側巻線6
3、73から高電圧レベルの正弦波、余弦波電圧が超音
波モータの電極A,Bに印加される。S2 がHの場合、
a,b,c,dのHパルスによってFET43,44,
47,48がONとなり、1次側巻線62,72に電流
が流れ、2次側巻線63、73から低電圧レベルの正弦
波、余弦波電圧が超音波モータの電極A,Bに印加され
る。このように、セレクト信号端子S1 ,S2 の信号レ
ベルをセレクトすることにより、超音波モータに印加す
る電圧を高低切り替えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は進行波型の超音波モ
ータと、それを用いたシートベルトリトラクタ(車両乗
員の保護装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
(超音波モータの従来技術)従来の超音波モータについ
て図3を参照して説明する。ベース1に対しステータ5
が固定されている。このステータ5は、円板状の弾性体
4と、環状に配列された圧電素子2よりなる圧電素子列
3とからなる。該圧電素子列3は弾性体4に接着されて
いる。この圧電素子列3と弾性体4とによってステータ
5が構成されている。このステータ5は、弾性体4に重
なる押え板6と、ビス7とによってベース1に固定され
ている。
【0003】このステータ5に対し、スライダ8とロー
タ本体9とからなるロータ10が重ね合わされている。
ロータ10は皿状のスプリング11によってステータ5
に押し付けられている。ロータ10に出力軸(シャフ
ト)12が連結されている。
【0004】圧電素子2は、圧電セラミックスに電極を
設けてなるものであり、この電極に超音波領域の電圧を
印加すると弾性体4の表面に進行波(屈曲振動)が生
じ、該弾性体4に加圧接触しているロータ10が摩擦力
によって進行波と逆方向に回転する。
【0005】圧電素子列に電圧を印加しないときには、
ロータ10がステータ5に密着するため、出力軸12の
回転が阻止される。
【0006】図4は、従来の超音波モータ駆動用電源装
置の回路図である。シフトパルス発振回路20からのパ
ルス信号が4相スイッチング回路(シフトレジスタ)2
1に入力される。このスイッチング回路21の出力端子
a’,b’にトランス22の第1の1次側巻線23の両
端が接続され、出力端子c’,d’に第2の1次側巻線
24の両端が接続されている。巻線23、24の中点は
バッテリ+Vccに接続されている。
【0007】トランス22の第1の2次側巻線25の一
端が超音波モータの電極Aに接続され、第2の2次側巻
線26の一端が超音波モータの電極Bに接続されてい
る。巻線25、26の他端は接地されている。
【0008】スイッチング回路21の端子a’,b’,
c’,d’は図5(1)に示すようにパルスを出力し、
巻線23、24にそれぞれ交流電流を通電する。この巻
線23、24に流れる交流電流は90°位相がずれてお
り、従って2次側巻線25、26には図5(2)に示す
ように90°位相がずれた正弦波と余弦波電圧が生じ
る。なお、超音波モータのセンサ出力端子Sは、超音波
モータの共振ポイントを自動追従する周波数自動追従用
のフィードバック回路に入力される。
【0009】(シートベルトリトラクタの従来技術)シ
ートベルトリトラクタは、周知の通り自動車等の移動体
の座席乗員を拘束するための装置であり、リールと、該
リールに巻回されるウェビングと、このリールを巻取方
向に付勢するリターンスプリングと、車両衝突時等にリ
ールをロックしてウェビングの引出を阻止する緊急時ロ
ック機構などを備えている。
【0010】このシートベルトリトラクタに、車両緊急
時にリールを少数回だけ強力に回転させてウェビングを
所定長さ(例えば10〜20cm)だけ巻き取り、衝突
寸前に乗員身体にウェビングを密着させておくプリテン
ショナ機構を設けたものがある。
【0011】従来のプリテンショナ機構としては、火薬
を動力源としたものが用いられている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】シートベルトリトラク
タのリール駆動用動力源として超音波モータを用いるこ
とが検討されつつある。種々の試作を行った結果、超音
波モータをシートベルトリトラクタに組み込む場合、ウ
ェビングを繰り返し巻取、引出しても超音波モータが温
度上昇によって破損しないよう超音波モータの長時間
(例えば10min以上)連続運転を可能にすること;
プリテンションをウェビングにかけることができるよう
に高いトルクを出力しうることが必要であることが認め
られた。
【0013】従来の超音波モータではこのような背反的
な技術的課題を達成することができない。本発明はこの
課題を解決するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータ
は、圧電素子を有するステータと、該ステータに対面接
触させたロータと、該圧電素子に対して交流電圧を印加
する電源装置とを有する超音波モータにおいて、該電源
装置は圧電素子に対する印加電圧を変更可能であること
を特徴とするものである。
【0015】本発明のシートベルトリトラクタは、この
超音波モータをリールの駆動装置として採用したもので
ある。この場合、ウェビングにプリテンションをかける
ときに定常のウェビング巻取、巻出時よりも高い電圧を
圧電素子に印加するのが好ましい。
【0016】本発明者らは、進行波形の超音波モータに
対する印加電圧を種々変えて実験を行ったところ、次の
事項が認められた。即ち、超音波モータの圧電素子に対
する印加電圧が低いと、出力トルクは低くなるが、10
min以上の長時間にわたって焼き付きを起すことなく
連続運転が可能である。一方、この印加電圧が高いと、
出力トルクは高いが1min以内程度の短時間あれば駆
動させうる。
【0017】本発明の超音波モータは、このような知見
に基づいてなされたものであり、圧電素子に対する印加
電圧を制御して出力トルクや連続運転時間を調節しうる
ようにしたものである。
【0018】本発明のシートベルトリトラクタは、この
超音波モータの特性を生かし、ウェビングを繰り返して
巻出、巻取しうるようにすると共に、強力にプリテンシ
ョンをかけることも可能としたものである。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は実施の形態に係る超音波モ
ータの回路図であり、第4図と同様にシフトパルス発振
回路からのパルスが4相スイッチング回路に入力され
る。
【0020】スイッチング回路の出力端子aは、バッフ
ァIC31、電界効果型トランジスタ(FET)41を
介してトランス60の1次側巻線61の一端に接続され
ると共に、バッファIC33、FET43、ダイオード
(この実施の形態ではショットキーバリアダイオード)
51を介してトランス60の1次側巻線62の一端に接
続されている。
【0021】出力端子bは、バッファIC32、FET
42を介してトランス60の1次側巻線61の他端に接
続されると共に、バッファIC34、FET44、ダイ
オード52を介してトランス60の2次側巻線62の他
端に接続されている。
【0022】出力端子cは、バッファIC35、FET
45を介してトランス70の1次側巻線71の一端に接
続されると共に、バッファIC37、FET47、ダイ
オード53を介してトランス70の2次側巻線72の一
端に接続されている。
【0023】出力端子dは、バッファIC36、FET
46を介してトランス70の1次側巻線71の一端に接
続されると共に、バッファIC38、FET48、ダイ
オード54を介してトランス70の2次側巻線72の一
端に接続されている。
【0024】なお、1次側巻線61、71は6ターン、
1次側巻線62、72は10ターンであり、各巻線6
1、62、71、72の中点はバッテリ+Vccに接続
されている。2次側巻線63、73は80ターンであ
る。
【0025】トランス60の2次側巻線63の一端は超
音波モータの電極Aに接続され、トランス70の2次側
巻線73の一端は超音波モータの電極Bに接続されてい
る。
【0026】前記バッファIC31、32、35、36
はセレクト信号端子S1 に接続され、バッファIC3
3、34、37、38はセレクト信号端子S2 に接続さ
れている。
【0027】この端子a,b,c,dに対しては図2に
示すタイミングにてパルス電圧が印加されると共に、セ
レクト信号端子S1 ,S2 の信号レベルH,L(1,
0)が切り替えられる。図2の左半分においてはS1
H,S2 がLとなっており、バッファIC31,32,
35,36がONとなっている。この場合、a,b,
c,dのHパルスによってFET41,42,45,4
6がONとなり、1次側巻線61,71に電流が流れ、
2次側巻線63、73から高電圧レベルの正弦波、余弦
波電圧が超音波モータの電極A,Bに印加される。
【0028】図2の右半分においてはS1 がL,S2
Hとなっており、バッファIC33,34,37,38
がONとなっている。この場合、a,b,c,dのHパ
ルスによってFET43,44,47,48がONとな
り、1次側巻線62,72に電流が流れ、2次側巻線6
3、73から低電圧レベルの正弦波、余弦波電圧が超音
波モータの電極A,Bに印加される。
【0029】このように、セレクト信号端子S1 ,S2
の信号レベルをセレクトすることにより、超音波モータ
に印加する電圧を高低切り替えることができる。
【0030】そして、これにより、超音波モータのトル
ク調節、連続運転時間の延長等を図ることができる。
【0031】図6は、この超音波モータ26を組み込ん
だシートベルトリトラクタ80の斜視図である。
【0032】フレーム81は平行な1対の側壁部82、
84と、これら側壁部82、84を連絡する背板部86
とを有している。このフレーム80内にウェビング88
を巻き取るためのリール(図示略)が設けられ、側壁部
84の外側に該リールの緊急時のロック機構92が設け
られている。また、側壁部82の外側に、リールを回転
させるために超音波モータ26が設けられている。
【0033】前記の通り、超音波モータ26は、円形に
配列された圧電素子列、この圧電素子列にほぼ密着する
状態で設置された環状ステータ及び円形ロータから成
る。
【0034】ロータは、皿形の環状スプリングの付勢力
によって環状ステータに押圧されている。
【0035】超音波モータ26の圧電素子列に電極A、
Bを介して電圧印加されていないときには、ロータは環
状ステータに対しスプリングによって強く押し付けら
れ、ロータシャフトは円形ロータを介して環状ステータ
に回転が阻止された状態となる。即ち、圧電素子列に通
電されていないと、リールは回転不能であり、シートベ
ルト88をリトラクタ80から引き出すことはできな
い。この環状ステータによるリールの回転阻止トルクは
きわめて大きく、通常は30kg−cmのトルクが加え
られてもリールは回転しない。
【0036】環状圧電素子列に電圧が印加されると、環
状圧電素子列が波状に歪曲し、ステータを介してロータ
を回動させる。
【0037】このシートベルトリトラクタにおいて、ウ
ェビング88が所定速度以下(通常のシートベルト引出
速度。例えば60cm/sec以下)で引き出される
と、超音波モータ26が低速度で回転する。それに伴っ
てリール20が回転するため、車両乗員は、シートベル
トリトラクタからウェビング88を引き出すときに全く
又は殆ど抵抗力を受けることがなく、きわめて軽快にウ
ェビング88を引き出すことができる。
【0038】乗員がウェビング88の引き出しを停止す
ると、超音波モータ26が停止する。超音波モータ26
が停止すると、リールが超音波モータ26によって回転
阻止された状態となる。そして、ウェビング88は引き
出されたままの状態となる。
【0039】なお、ウェビング88の引き出しに伴って
タイマ(図示略)がスタートし、所定時間内にバックル
スイッチがONにならない場合には、乗員はシートベル
トをしないものと判定され、超音波モータ26が反転し
てウェビング88が巻き取られる。所定時間内にバック
ルスイッチがONになった場合には、タイマをリセット
する。そして、その後、バックルスイッチがOFFにな
ったならば超音波モータ26によってウェビング88を
巻き取る。
【0040】このウェビング88を装着した状態におい
て、ウェビング88の引き出し速度が所定速度よりも大
きいときには、超音波モータ26への通電を停止してロ
ック機構22をロック作動させる。
【0041】車両が衝突したり、急ブレーキがかけられ
たりしたときには、車両の加速度センサからの信号によ
り制御装置は超音波モータ26へ高電圧を印加し、ウェ
ビング88を所定長さだけ強く巻き取ってプリテンショ
ンをかける。
【0042】
【発明の効果】以上の通り、本発明によると、超音波モ
ータの出力トルクを調節したり、低トルク長時間連続運
転させたりすることができる。
【0043】また、本発明によると、この超音波モータ
を利用してシートベルトリトラクタのリールを駆動する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る超音波モータの駆動用回路図
である。
【図2】実施の形態に係る超音波モータの作動を示すタ
イミングチャートである。
【図3】超音波モータの一部破断斜視図である。
【図4】従来の超音波モータの駆動用回路図である。
【図5】従来の超音波モータの作動を示すタイミングチ
ャートである。
【図6】実施の形態に係るシートベルトリトラクタの斜
視図である。
【符号の説明】
26 超音波モータ 31〜38 バッファIC 41〜48 FET 51〜54 ダイオード 60,70 トランス 61,62,71,72 1次側巻線 63,73 2次側巻線 80 シートベルトリトラクタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子を有するステータと、該ステー
    タに対面接触させたロータと、該圧電素子に対して交流
    電圧を印加する電源装置とを有する超音波モータにおい
    て、該電源装置は圧電素子に対する印加電圧を変更可能
    であることを特徴とする超音波モータ及びシートベルト
    リトラクタ。
  2. 【請求項2】 ウェビングを巻き取るリール及び該リー
    ルの駆動装置を有したシートベルトリトラクタにおい
    て、該駆動装置として請求項1の超音波モータを備えた
    ことを特徴とするシートベルトリトラクタ。
  3. 【請求項3】 請求項2において、ウェビングにプリテ
    ンションをかけるときに定常のウェビング巻取、巻出時
    よりも高い電圧を圧電素子に印加することを特徴とする
    シートベルトリトラクタ。
JP9110961A 1997-04-28 1997-04-28 超音波モータ及びシートベルトリトラクタ Pending JPH10297429A (ja)

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Cited By (5)

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