(57)【要約】【課題】ＥＡ荷重を精度良く調整できるシートベルトリトラクタ及びシートベルト装置を提供すること。【解決手段】スプールと、前記スプールを回転させるモータと、前記モータに接続されるスイッチング素子と、シートベルトを前記スプールに巻き取らせる方向に前記モータが回転するように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御でスイッチングさせる制御回路と、前記スイッチング素子に接続され、前記モータの逆起電力によって生ずる電流を前記モータに還流させる還流路と、前記還流路に流れる前記電流の大きさを制御する電流制御回路とを備える、シートベルトリトラクタ及びシートベルト装置。【選択図】図２
2020075612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプールと、
前記スプールを回転させるモータと、
前記モータに接続されるスイッチング素子と、
シートベルトを前記スプールに巻き取らせる方向に前記モータが回転するように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御でスイッチングさせる制御回路と、
前記スイッチング素子に接続され、前記モータの逆起電力によって生ずる電流を前記モータに還流させる還流路と、
前記還流路に流れる前記電流の大きさを制御する電流制御回路とを備える、シートベルトリトラクタ。
【請求項２】
前記電流制御回路は、前記還流路に流れる前記電流の大きさが所定の上限値を超えないように制限する、請求項１に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項３】
前記電流制御回路は、外部から供給される信号に応じて前記上限値を調整する、請求項２に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項４】
前記電流制御回路は、前記逆起電力が所定の下限値を超えるまで、前記電流が前記還流路に流れないように制限する、請求項１から３のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項５】
前記電流制御回路は、外部からの供給される信号に応じて前記下限値を調整する、請求項４に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項６】
前記信号は、乗員の体格情報に基づき供給される、請求項３又は５に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項７】
前記電流制御回路は、前記逆起電力と前記還流路に流れる前記電流との少なくとも一方を検知し、その検知結果に基づいて、前記還流路に流れる前記電流の大きさを制御する、請求項１から６のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項８】
前記電流制御回路は、前記還流路に直列に挿入される、請求項１から７のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項９】
前記スイッチング素子は、前記モータを駆動するＨブリッジ駆動回路に含まれる第１のローサイドスイッチング素子である、請求項１から８のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１０】
前記還流路に流れる前記電流は、前記Ｈブリッジ駆動回路に含まれる第２のローサイドスイッチング素子又は前記第２のローサイドスイッチング素子におけるダイオードを経由する、請求項９に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１１】
前記電流制御回路は、前記還流路に流れる前記電流の大きさを、前記スイッチング素子をスイッチングさせることにより制御する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１２】
前記電流制御回路は、車両の衝突が検知された場合、前記還流路に流れる前記電流の大きさを制御する、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１３】
前記還流路は、前記スイッチング素子に並列に接続される迂回路を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１４】
前記制御回路は、車両の衝突が検知された場合、前記迂回路を遮断状態から接続状態に切り替える、請求項１３に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記迂回路に直列に挿入されるスイッチを作動させることによって、前記迂回路を遮断状態から接続状態に切り替える、請求項１４に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１６】
前記電流制御回路は、前記迂回路に流れる前記電流の大きさを制御する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタ。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項に記載のシートベルトリトラクタと、前記シートベルトと、前記シートベルトに取り付けられるタングと、前記タングが着脱可能に係合されるバックルとを備える、シートベルト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートベルトリトラクタ及びシートベルト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シートベルトを巻き取るスプールに加えられる外力によってモータに逆起電力が発生したとき、ＦＥＴがオンすることにより、電流をＦＥＴを介してモータに還流させるモータ駆動回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、ＦＥＴがオンした後にモータに還流する電流の大きさは、成り行きに任せて自ずと決まってしまうので、エネルギー吸収荷重（シートベルトに作用する荷重）を精度良く調整することが難しい。以下、エネルギー吸収荷重を"ＥＡ荷重"とも称する。
【０００５】
そこで、本開示は、ＥＡ荷重を精度良く調整できるシートベルトリトラクタ及びシートベルト装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
スプールと、
前記スプールを回転させるモータと、
前記モータに接続されるスイッチング素子と、
シートベルトを前記スプールに巻き取らせる方向に前記モータが回転するように前記スイッチング素子をＰＷＭ制御でスイッチングさせる制御回路と、
前記スイッチング素子に接続され、前記モータの逆起電力によって生ずる電流を前記モータに還流させる還流路と、
前記還流路に流れる前記電流の大きさを制御する電流制御回路とを備える、シートベルトリトラクタ及びシートベルト装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、ＥＡ荷重を精度良く調整できるシートベルトリトラクタ及びシートベルト装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】シートベルト装置及びシートベルトリトラクタの構成の一例を示す図である。
【図２】シートベルトリトラクタに備えられる駆動回路の第１の構成例を示す図である。
【図３】電流制御回路の第１の構成例を示す図である。
【図４】電流制御回路の第２の構成例を示す図である。
【図５】図３，４に示す電流制御回路を使用した場合に、シートベルトが引き出される時のモータの回転速度とそのモータの逆起電力によって迂回路に流れる電流との関係の一例を示す図である。
【図６】電流制御回路の第３の構成例を示す図である。
【図７】電流制御回路の第４の構成例を示す図である。
【図８】図６，７に示す電流制御回路を使用した場合に、シートベルトが引き出される時のモータの回転速度とそのモータの逆起電力によって迂回路に流れる電流との関係の一例を示す図である。
【図９】電流制御回路の第５の構成例を示す図である。
【図１０】電流制御回路の第６の構成例を示す図である。
【図１１】図９，１０に示す電流制御回路を使用した場合に、シートベルトが引き出される時のモータの回転速度とそのモータの逆起電力によって迂回路に流れる電流との関係の一例を示す図である。
【図１２】シートベルトリトラクタに備えられる駆動回路の第２の構成例を示す図である。
【図１３】シートベルトリトラクタに備えられる駆動回路の第３の構成例を示す図である。
【図１４】電流制御回路の第７の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、シートベルト装置１００の一例を模式的に示す構成図である。シートベルト装置１００は、自動車等の車両１３に搭載される。シートベルト装置１００は、例えば、シートベルト２と、ショルダーアンカー３と、タング４と、バックル５と、シートベルトリトラクタ（以下、単に「リトラクタ」とも称する）１０とを備える。リトラクタ１０は、シートベルト巻き取り機構（以下、単に「巻き取り機構」とも称する）６と、制御装置１とを備える。
【００１１】
シートベルト２は、車両１３のシート１１に座る乗員９を拘束する帯状部材の一例であり、巻き取り機構６から引き出し可能に巻き取り機構６に巻き取られる。シートベルト２の一方の端部は、巻き取り機構６に接続され、シートベルト２のもう一方の端部は、車体、プリテンショナ装置又はシート１１などに固定される。シートベルトは、ウェビングとも称される。
【００１２】
ショルダーアンカー３は、巻き取り機構６から引き出されたシートベルト２を乗員９の肩部の方へガイドするガイド部材であり、例えば、車室の側壁又はシート１１に固定される。
【００１３】
タング４は、ショルダーアンカー３によりガイドされたシートベルト２にスライド可能に取り付けられる部材である。
【００１４】
バックル５は、タング４が着脱可能に係合される部材の一例であり、例えば、車体の床又はシート１１に固定される。
【００１５】
リトラクタ１０は、例えば、シート１１の近傍の車体又はシート１１自体に固定される。リトラクタ１０は、シートベルト２の巻き取り又は引き出しを可能にする巻き取り機構６と、巻き取り機構６の動作を制御する制御装置１とを備える。
【００１６】
巻き取り機構６は、シートベルト２を巻き取るためのスプール８と、スプール８を回転させるモータ７と、モータ７とスプール８との間で動力を伝達する動力伝達機構１７とを備える。スプール８には、シートベルト２の一端が固定される。モータ７は、スプール８を回転させる駆動力を発生する。モータ７の回転軸は、動力伝達機構１７を介して、スプール８の回転軸と連結する。
【００１７】
制御装置１は、モータ７を駆動することによって、巻き取り機構６によるシートベルト２の巻き取り動作（又は、巻き取り動作と引き出し動作の両方）を制御する。制御装置１は、モータ７を駆動する駆動回路１４と、駆動回路１４の駆動動作を制御する制御回路１５とを備える。
【００１８】
駆動回路１４は、制御回路１５から供給される少なくとも一つの制御信号（例えば、ＰＷＭ（パルス幅変調）の制御信号）に従って、モータ７を駆動する駆動電流をモータ７に流す。駆動回路１４の具体例として、４つのスイッチング素子によってモータ７を駆動するＨブリッジ駆動回路、ハイサイドとローサイドの２つのスイッチング素子によってモータ７を駆動するハーフブリッジ駆動回路などが挙げられる。あるいは、駆動回路１４は、ハイサイドのスイッチング素子によってモータ７を駆動するハイサイド駆動回路でもよいし、ローサイドのスイッチング素子によってモータ７を駆動するローサイド駆動回路でもよい。駆動回路１４の形態は、これらに限られず、要求される仕様に応じて、決められる。
【００１９】
制御回路１５は、モータ７を駆動する駆動電流の大きさ（又は、駆動電流の大きさと向き）を制御する少なくとも一つの制御信号（例えば、ＰＷＭの制御信号）を、駆動回路１４に対して出力する。制御回路１５の各機能は、メモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ（Central Processing Unit）が動作することにより実現される。制御回路１５の具体例として、ＣＰＵとメモリとを備えるマイクロコンピュータなどが挙げられる。
【００２０】
図２は、駆動回路１４の第１の構成例を示す図である。図２に示される駆動回路１４Ａは、４つのスイッチング素子２１，２２，２３，２４を有し、モータ７に流す駆動電流の方向を切り替え可能なＨブリッジ駆動回路である。モータ７は、第１の端子７ａと第２の端子７ｂとの間に接続されるコイルを内蔵する。
【００２１】
駆動回路１４Ａは、モータ７の第１の端子７ａに接続される第１の接続点１８と、モータ７の第２の端子７ｂに接続される第２の接続点１２とを有し、モータ７に第１の接続点１８及び第２の接続点１２を介して駆動電流を流す。第１の接続点１８は、スイッチング素子２１とスイッチング素子２２とが接続される中間ノードであり、第２の接続点１２は、スイッチング素子２３とスイッチング素子２４とが接続される中間ノードである。
【００２２】
駆動回路１４Ａは、電源ＶＢとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されており、モータ７に対して電源ＶＢ側に接続されるハイサイドのスイッチング素子２１，２３と、モータ７に対してグランド側に接続されるローサイドのスイッチング素子２２，２４とを備える。スイッチング素子２１，２２，２３，２４は、オン／オフ動作する半導体素子であり、電圧制御型のトランジスタでも、電流制御型のバイポーラトランジスタでもよい。電圧制御型のトランジスタには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などがある。図２には、スイッチング素子２１，２２，２３，２４がＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴである形態が例示されている。
【００２３】
スイッチング素子２１は、第１の端子７ａに接続される第１のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２１は、電源ＶＢ側に接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、第１の端子７ａに第１の接続点１８を介して接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するハイサイドアームである。
【００２４】
スイッチング素子２２は、第１の端子７ａに接続される第１のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２２は、グランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）と、第１の端子７ａに第１の接続点１８を介して接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するローサイドアームである。
【００２５】
スイッチング素子２３は、第２の端子７ｂに接続される第２のハイサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２３は、電源ＶＢ側に接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、第２の端子７ｂに第２の接続点１２を介して接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するハイサイドアームである。
【００２６】
スイッチング素子２４は、第２の端子７ｂに接続される第２のローサイドスイッチング素子の一例である。スイッチング素子２４は、グランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）と、第２の端子７ｂに第２の接続点１２を介して接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はソース）とを有するローサイドアームである。
【００２７】
ダイオード３１，３２，３３，３４は、それぞれに対応するスイッチング素子２１，２２，２３，２４のボディダイオードでもよいし、それぞれに対応するスイッチング素子２１，２２，２３，２４に並列に追加接続された整流素子でもよい。
【００２８】
電流測定回路１６は、駆動回路１４Ａに流れる電流を測定し、その測定結果を制御回路１５に対して出力する電流測定部である。電流測定回路１６は、例えば、駆動回路１４Ａのローサイドのスイッチング素子２２，２４とグランドとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路１４Ａに流れる電流の大きさを測定する。スイッチング素子２２，２４とグランドとの間の電流経路には、スイッチング素子２２，２４のグランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）同士を結ぶ電流経路（具体的には、モータ７に還流する後述の電流ＩＥＡが通る経路）の意味が含まれている。
【００２９】
なお、電流測定回路１６は、例えば、駆動回路１４Ａのハイサイドのスイッチング素子２１，２３と電源ＶＢとの間の電流経路に直列に挿入された抵抗によって、駆動回路１４Ａに流れる電流の大きさを測定してもよい。電流測定方式は、これらに限られない。
【００３０】
制御回路１５は、電流測定回路１６による電流測定結果等を用いて、駆動回路１４Ａを構成する４つのスイッチング素子２１，２２，２３，２４を駆動する駆動制御部である。
【００３１】
制御回路１５は、シートベルト２をスプール８に巻き取らせるモード（巻き取りモード）では、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２２を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフ（スイッチング）させ、スイッチング素子２１，２４を常時オフさせ、スイッチング素子２３を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子２２のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２２のオフ時にスイッチング素子２１をオンさせてもよい。
【００３２】
各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ａは、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる方向（正転方向）に、モータ７を回転（正回転）させることができる。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。
【００３３】
一方、制御回路１５は、シートベルト２をスプール８から引き出させるモード（引き出しモード）では、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７が回転（逆回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を逆回転させる引き出しモードでは、スイッチング素子２４を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフ（スイッチング）させ、スイッチング素子２２，２３を常時オフさせ、スイッチング素子２１を常時オンさせる。このとき、スイッチング素子２４のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２４のオフ時にスイッチング素子２３をオンさせてもよい。
【００３４】
各スイッチング素子がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ａは、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる方向（逆転方向）に、モータ７を回転（逆回転）させることができる。モータ７の回転軸が逆回転すると、その逆回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を引き出す方向に回転するので、シートベルト２はスプール８から引き出される。
【００３５】
駆動回路１４Ａは、スイッチング素子２２に並列に接続される電流調整回路４４を備える。モータ７の回転軸とスプール８の回転軸とが動力伝達機構１７によって連結されている状態において、スプール８に加えられる外力によってモータ７が回されると、モータ７に逆起電力が発生する。電流調整回路４４は、この逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に還流させることで、モータ７の回転を抑制しブレーキをかける。
【００３６】
電流調整回路４４がモータ７の回転を抑制することで、例えば、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
【００３７】
例えば、リトラクタ１０外部の車載コンピュータは、車両１３の衝突が検知又は予測された場合、シートベルト２の乗員９に対する拘束力制御を開始するための指令信号を送信する。
【００３８】
制御回路１５は、タング４がバックル５に係合されシートベルト２が乗員９に装着された状態において、リトラクタ１０外部の車載コンピュータからの指令信号を受信する等の条件が成立すると、シートベルト２の乗員９に対する拘束力制御を開始する。
【００３９】
制御回路１５は、当該条件が成立すると、衝突時の衝撃に準備するため、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ａの各スイッチング素子を制御する。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。その結果、シートベルト２による乗員９に対する拘束力は上がる。
【００４０】
その後、乗員９が衝突時の慣性により車両前方に移動すると、乗員９の車両前方への慣性力により、シートベルト２がスプール８から引き出される。シートベルト２がスプール８から引き出される方向にスプール８が回転すると、その回転力は、動力伝達機構１７によって、モータ７の回転軸に伝達される。これにより、モータ７の回転軸は、逆転方向に回されるので、モータ７に逆起電力が発生する。この逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に高くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に低くなる）。
【００４１】
そこで、制御回路１５は、車両１３の衝突が検知されたことを表す指令信号を受信した場合、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる正転方向にモータ７を回転させてから、迂回路４５を遮断状態から接続状態に切り替える。迂回路４５は、スイッチング素子２２の両端に並列に接続され、モータ７の逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に還流させる電流経路である。迂回路４５は、電流ＩＥＡをモータ７に還流させる還流路の一部である。迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡは、第１の端子７ａ、迂回路４５、ダイオード３４、第２の端子７ｂの順路で還流する。制御回路１５は、電流ＩＥＡをモータ７に還流させる場合、スイッチング素子２４をオンにすることによって、ダイオード３４ではなくスイッチング素子２４に電流ＩＥＡを流すようにしてもよい。
【００４２】
このように、制御回路１５は、逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に迂回路４５経由で還流させることで、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制できる。その結果、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。
【００４３】
制御回路１５は、例えば、車両１３の衝突が検知されたことを表す指令信号を受信した場合、迂回路４５に直列に挿入される切り替えスイッチ４０を作動させることによって、迂回路４５を遮断状態から接続状態に切り替える。切り替えスイッチ４０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子である。
【００４４】
迂回路４５に直列に挿入される電流調整回路４４は、例えば、切り替えスイッチ４０と電流制御回路４１とが直列に接続される構成を有する。切り替えスイッチ４０及び電流制御回路４１は、迂回路４５に直列に挿入されている。切り替えスイッチ４０及び電流制御回路４１が迂回路４５に直列に挿入されている位置は、互いに置換されてもよい。
【００４５】
電流制御回路４１は、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。電流ＩＥＡの大きさが変化すると、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制する力が変化するので、ＥＡ荷重（シートベルト２に作用する荷重）も変化する。ＥＡ荷重は、電流ＩＥＡが大きくなるほど大きくなる。したがって、電流制御回路４１が電流ＩＥＡの大きさを制御することによって、ＥＡ荷重を精度良く調整できる。
【００４６】
電流制御回路４１は、例えば、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさが所定の上限値（以下、上限電流ＩＵとも称する）を超えないように制限する構成を有してもよい。このような構成によって、上限電流ＩＵに対応する上限荷重ＦＵ以下にＥＡ荷重を制限できるので、ＥＡ荷重が大きくなりすぎることを防止できる。
【００４７】
また、電流制御回路４１は、外部から供給される調整信号に応じて上限電流ＩＵを調整する構成を有してもよい。上限電流ＩＵの調整によって、上限荷重ＦＵを調整できる。例えば、制御回路１５は、乗員９の体重等の体格情報に基づいて、上限電流ＩＵを調整する調整信号を電流制御回路４１に供給する。これにより、乗員９の体格に適した上限電流ＩＵ及び上限荷重ＦＵを設定できる。例えば、乗員９の体重が重くなるほど、上限電流ＩＵ及び上限荷重ＦＵが高く設定される。
【００４８】
図３は、電流制御回路４１の第１の構成例を示す図である。図３に示す電流制御回路４１Ａは、迂回路４５上の第１のノード４２と第２のノード４３との間に直列に接続される。電流制御回路４１Ａは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさが所定の上限電流ＩＵを超えないように制限する電流制限回路である。電流制御回路４１Ａは、抵抗５１，５２，５３、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ５４，５５及びツェナーダイオード５６，５７を有する。
【００４９】
迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、電源ＶＢから抵抗５１経由でバイポーラトランジスタ５４のベースに流れるベース電流によって、電流ＩＥＡがバイポーラトランジスタ５４のコレクタからエミッタに流れる。抵抗５３は、迂回路４５に直列に挿入されるように、バイポーラトランジスタ５４のエミッタに接続されている。
【００５０】
電流ＩＥＡが上昇して、バイポーラトランジスタ５５のベース‐エミッタ間の電圧が約０．６ボルトよりも大きくなると、バイポーラトランジスタ５５のコレクタ電流が流れる。バイポーラトランジスタ５５のコレクタ電流が流れると、電源ＶＢから抵抗５１経由でバイポーラトランジスタ５４のベースに流れるベース電流が減少する。その結果、電流ＩＥＡは上限電流ＩＵを超えないように制限される。
【００５１】
上限電流ＩＵは、「（Ｒ５３／（Ｒ５２＋Ｒ５３））×ＶＢＥ５５」によって設定される。Ｒ５２，Ｒ５３は、それぞれ、抵抗５２，５３の抵抗値を表す。ＶＢＥ５５は、バイポーラトランジスタ５５のベース‐エミッタ間の電圧を表し、約０．６ボルトを上限とする。
【００５２】
このように、電流制御回路４１Ａは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを抵抗５３を用いて検知し、その検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。電流制御回路４１Ａは、その検知結果をフィードバックすることによって、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさが上限電流ＩＵを超えないように制限する。
【００５３】
なお、ツェナーダイオード５６は、バイポーラトランジスタ５４のベース‐エミッタ間を過電圧から保護する素子である。ツェナーダイオード５７は、バイポーラトランジスタ５５のベース‐エミッタ間を過電圧から保護する素子である。
【００５４】
図４は、電流制御回路４１の第２の構成例を示す図である。図４に示す電流制御回路４１Ｂは、迂回路４５上の第１のノード４２と第２のノード４３との間に直列に接続される。電流制御回路４１Ｂは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさが所定の上限電流ＩＵを超えないように制限する電流制限回路である。電流制御回路４１Ｂは、外部から供給される調整信号ＳＵに応じて上限電流ＩＵを調整する構成も有する。電流制御回路４１Ｂは、抵抗６１〜６５、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ６６、ツェナーダイオード６７及びコンパレータ６８を有する。
【００５５】
迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、電源ＶＢから抵抗６３経由でバイポーラトランジスタ６６のベースに流れるベース電流によって、電流ＩＥＡがバイポーラトランジスタ６６のコレクタからエミッタに流れる。抵抗６５は、迂回路４５に直列に挿入されるように、バイポーラトランジスタ６６のエミッタに接続されている。
【００５６】
電流ＩＥＡが上昇して、コンパレータ６８の反転入力端子の電圧がコンパレータ６８の非反転入力端子の電圧よりも大きくなると、コンパレータ６８はその出力端子から電流を吸い込む。コンパレータ６８の出力端子に電流が吸い込まれると、電源ＶＢから抵抗６３経由でバイポーラトランジスタ６６のベースに流れるベース電流が減少する。その結果、電流ＩＥＡは上限電流ＩＵを超えないように制限される。
【００５７】
上限電流ＩＵを調整する調整信号ＳＵは、抵抗６１を介して、コンパレータ６８の非反転入力端子に入力される。調整信号ＳＵのアナログ電圧値に応じて、コンパレータ６８の非反転入力端子の電圧は変化する。したがって、上限電流ＩＵは、調整信号ＳＵのアナログ電圧値に応じた電流値に調整される。調整信号ＳＵは、制御回路１５から供給されてもよいし、制御回路１５とは異なる回路又は装置から供給されてもよい。
【００５８】
このように、電流制御回路４１Ｂは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを抵抗６５を用いて検知し、その検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。電流制御回路４１Ｂは、その検知結果をフィードバックすることによって、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさが上限電流ＩＵを超えないように制限する。
【００５９】
なお、ツェナーダイオード６７は、バイポーラトランジスタ６６のベース‐エミッタ間を過電圧から保護する素子である。
【００６０】
図５は、図３，４に示す電流制御回路４１Ａ，４１Ｂを使用した場合に、シートベルト２が引き出される時のモータ７の回転速度とモータ７の逆起電力によって迂回路４５に流れる電流との関係の一例を示す図である。迂回路４５が遮断状態（開放状態）のときは、電流ＩＥＡは迂回路４５には流れない。一方、迂回路４５が接続状態（短絡状態）のときは、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７が回転する速度が速くなるほど、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡは大きくなるので、ＥＡ荷重も大きくなる。しかしながら、図３，４示す電流制御回路４１Ａ，４１Ｂによれば、図５に示す電流制限ａ，ｂのように、所定の上限電流ＩＵよりも大きな電流ＩＥＡが流れなくなるので、上限電流ＩＵに対応する上限荷重ＦＵ以下にＥＡ荷重を制限できる。また、図４に示す電流制御回路４１Ｂによれば、調整信号ＳＵに応じて上限電流ＩＵを所望の電流値に調整できる。
【００６１】
ところで、図２に示す電流制御回路４１は、例えば、モータ７の逆起電力が所定の下限値（以下、下限電圧ＶＬとも称する）を超えるまで、電流ＩＥＡが迂回路４５に流れないように制限する構成を有してもよい。このような構成によって、モータ７に還流する電流ＩＥＡの効率がモータ７の回転速度に対して低下するため、モータ７の回転速度とＥＡ荷重との関係（より具体的には、モータ７の回転速度に対するＥＡ荷重の傾き特性）を後述の図８のように調整できる。つまり、モータ７の回転速度に対するＥＡ荷重の傾き特性を緩やかにできる。
【００６２】
また、電流制御回路４１は、外部からの供給される調整信号に応じて下限電圧ＶＬを調整する構成を有してもよい。下限電圧ＶＬの調整によって、モータ７の回転速度とＥＡ荷重との関係を外部から調整できる。例えば、制御回路１５は、乗員９の体重等の体格情報に基づいて、下限電圧ＶＬを調整する調整信号を電流制御回路４１に供給する。これにより、モータ７の回転速度とＥＡ荷重との関係を乗員９の体格に適した特性に設定できる。例えば、乗員９の体重が重くなるほど、下限電圧ＶＬが高く設定される。
【００６３】
図６は、電流制御回路４１の第３の構成例を示す図である。図６に示す電流制御回路４１Ｃは、迂回路４５上の第１のノード４２と第２のノード４３との間に直列に接続される。電流制御回路４１Ｃは、モータ７に発生する逆起電力が所定の下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡが迂回路４５に流れないように制限する電流制限回路である。電流制御回路４１Ｃは、抵抗７１，７２、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ７３及びツェナーダイオード７４を有する。
【００６４】
迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、モータ７の逆起電力が第１のノード４２と第２のノード４３との間に印加される。抵抗７１と抵抗７２との間の接続点は、バイポーラトランジスタ７３のベースに接続されている。
【００６５】
モータ７の逆起電力が上昇して、バイポーラトランジスタ７３のベース‐エミッタ間の電圧が約０．６ボルトよりも大きくなると、バイポーラトランジスタ７３がオンする。これにより、バイポーラトランジスタ７３のコレクタ‐エミッタ間を流れる電流ＩＥＡが略零から急増する。つまり、モータ７に発生する逆起電力が所定の下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡは、迂回路４５に流れないように制限される。
【００６６】
このように、電流制御回路４１Ｃは、モータ７の逆起電力の大きさを抵抗７１，７２を用いて検知し、その検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。
【００６７】
なお、ツェナーダイオード７４は、バイポーラトランジスタ７３のベース‐エミッタ間を過電圧から保護する素子である。
【００６８】
図７は、電流制御回路４１の第４の構成例を示す図である。図７に示す電流制御回路４１Ｄは、迂回路４５上の第１のノード４２と第２のノード４３との間に直列に接続される。電流制御回路４１Ｄは、モータ７に発生する逆起電力が所定の下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡが迂回路４５に流れないように制限する電流制限回路である。電流制御回路４１Ｄは、外部から供給される調整信号ＳＬに応じて下限電圧ＶＬを調整する構成も有する。電流制御回路４１Ｄは、抵抗８１〜８５、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ８６、ツェナーダイオード８７及びコンパレータ８８を有する。
【００６９】
迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、モータ７の逆起電力が第１のノード４２と第２のノード４３との間に印加される。抵抗８４と抵抗８５との間の接続点は、コンパレータ８８の非反転入力端子に接続されている。
【００７０】
モータ７の逆起電力が上昇して、コンパレータ８８の非反転入力端子の電圧がコンパレータ８８の反転入力端子の電圧よりも大きくなると、コンパレータ８８の出力端子に吸い込まれる電流が減少する。コンパレータ８８の出力端子に吸い込まれる電流が減少すると、電源ＶＢから抵抗８３経由でバイポーラトランジスタ８６のベースに流れるベース電流が増加するので、バイポーラトランジスタ８６がオンする。これにより、バイポーラトランジスタ８６のコレクタ‐エミッタ間を流れる電流ＩＥＡが略零から急増する。つまり、モータ７に発生する逆起電力が所定の下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡは、迂回路４５に流れないように制限される。
【００７１】
下限電圧ＶＬを調整する調整信号ＳＬは、抵抗８１を介して、コンパレータ８８の反転入力端子に入力される。調整信号ＳＬのアナログ電圧値に応じて、コンパレータ８８の反転入力端子の電圧は変化する。したがって、下限電圧ＶＬは、調整信号ＳＬのアナログ電圧値に応じた電圧値に調整される。調整信号ＳＬは、制御回路１５から供給されてもよいし、制御回路１５とは異なる回路又は装置から供給されてもよい。
【００７２】
このように、電流制御回路４１Ｄは、モータ７の逆起電力の大きさを抵抗８４，８５を用いて検知し、その検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。
【００７３】
なお、ツェナーダイオード８７は、バイポーラトランジスタ８６のベース‐エミッタ間を過電圧から保護する素子である。
【００７４】
図８は、図６，７に示す電流制御回路４１Ｃ，４１Ｄを使用した場合に、シートベルト２が引き出される時のモータ７の回転速度とモータ７の逆起電力によって迂回路４５に流れる電流との関係の一例を示す図である。図６，７示す電流制御回路４１Ｃ，４１Ｄによれば、図８に示す電流制限ｃ，ｄのように、モータ７の回転速度が上昇しても、逆起電力が下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡはほとんど流れない。よって、モータ７の回転速度とＥＡ荷重との関係（モータ７の回転速度に対するＥＡ荷重の傾き特性）を緩やかな特性に調整できる。また、図７に示す電流制御回路４１Ｄによれば、調整信号ＳＬに応じて下限電圧ＶＬを所望の電圧値に調整できる。
【００７５】
図９は、電流制御回路４１の第５の構成例を示す図である。図９に示す電流制御回路４１Ｅは、図３に示す電流制御回路４１Ａと図６に示す電流制御回路４１Ｃとを合成した回路であり、電流制御回路４１Ａが有する上限電流制限機能と電流制御回路４１Ｃが有する下限電圧制限機能とを有する。したがって、電流制御回路４１Ｅは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを抵抗５３を用いて検知し、モータ７の逆起電力の大きさを抵抗７１，７２を用いて検知し、それらの検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。
【００７６】
図１０は、電流制御回路４１の第６の構成例を示す図である。図１０に示す電流制御回路４１Ｆは、図４に示す電流制御回路４１Ｂと図７に示す電流制御回路４１Ｄとを合成した回路であり、電流制御回路４１Ｂが有する上限電流調整機能と電流制御回路４１Ｄが有する下限電圧調整機能とを有する。したがって、電流制御回路４１Ｆは、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを抵抗６５を用いて検知し、モータ７の逆起電力の大きさを抵抗８４，８５を用いて検知し、それらの検知結果に基づいて、迂回路４５に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する。そして、電流制御回路４１Ｆは、調整信号ＳＵに応じて上限電流ＩＵを調整し、調整信号ＳＬに応じて下限電圧ＶＬを調整する。
【００７７】
図１１は、図９，１０に示す電流制御回路４１Ｅ，４１Ｆを使用した場合に、シートベルト２が引き出される時のモータ７の回転速度とモータ７の逆起電力によって迂回路４５に流れる電流との関係の一例を示す図である。図９，１０示す電流制御回路４１Ｅ，４１Ｆによれば、図１１に示す電流制限ｅ，ｆのように、所定の上限電流ＩＵよりも大きな電流ＩＥＡが流れなくなるので、上限電流ＩＵに対応する上限荷重ＦＵ以下にＥＡ荷重を制限できる。また、図９，１０示す電流制御回路４１Ｅ，４１Ｆによれば、図８に示す電流制限ｃ，ｄのように、モータ７の回転速度が上昇しても、逆起電力が下限電圧ＶＬを超えるまで、電流ＩＥＡはほとんど流れない。よって、モータ７の回転速度とＥＡ荷重との関係（モータ７の回転速度に対するＥＡ荷重の傾き特性）を緩やかな特性に調整できる。さらに、図１０に示す電流制御回路４１Ｆによれば、調整信号ＳＵに応じて上限電流ＩＵを所望の電流値に調整でき、調整信号ＳＬに応じて下限電圧ＶＬを所望の電圧値に調整できる。
【００７８】
図１２は、駆動回路１４の第２の構成例を示す図である。第１の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図１２に示す駆動回路１４Ｂは、ローサイドのスイッチング素子２５を有し、モータ７に一方向のみの駆動電流を供給可能なローサイド駆動回路である。駆動回路１４Ｂは、例えば、シートベルト２の引き出し方向に対応する逆転方向にモータ７を回転させる必要がない場合に使用され、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７を回転させる駆動電流をモータ７に供給できる。
【００７９】
駆動回路１４Ｂは、電源ＶＢとグランド（ＧＮＤ）との間に接続されており、モータ７に対してグランド側に接続されるローサイドのスイッチング素子２５を備える。スイッチング素子２５は、第１の端子７ａに接続される電極（ドレイン又はコレクタ）と、グランド側に接続される電極（ソース又はエミッタ）と、制御回路１５に接続される電極（ゲート又はベース）とを有するローサイドアームである。第２の端子７ｂは、電源ＶＢに接続される。ダイオード３５は、スイッチング素子２５のボディダイオードでもよいし、スイッチング素子２５に並列に追加接続された整流素子でもよい。
【００８０】
制御回路１５は、シートベルト２をスプール８に巻き取らせるモード（巻き取りモード）では、シートベルト２の巻き取り方向に対応する正転方向にモータ７が回転（正回転）するように、駆動回路１４Ｂのスイッチング素子２５を制御する。例えば、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２５を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフ（スイッチング）させる。
【００８１】
スイッチング素子２５がこのように制御されることにより、駆動回路１４Ｂは、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる方向（正転方向）に、モータ７を回転（正回転）させることができる。モータ７の回転軸が正回転すると、その正回転の駆動力は、動力伝達機構１７によって、スプール８に伝達される。これにより、スプール８は、シートベルト２を巻き取る方向に回転するので、シートベルト２はスプール８に巻き取られる。
【００８２】
駆動回路１４Ｂは、スイッチング素子２５に並列に接続される電流調整回路４４を備える。図１２の構成では、逆起電力の発生によって、第１の端子７ａの電位が第２の端子７ｂの電位よりも相対的に高くなる（言い換えれば、第２の端子７ｂの電位が第１の端子７ａの電位よりも相対的に低くなる）。
【００８３】
そこで、制御回路１５は、車両１３の衝突が検知されたことを表す指令信号を受信した場合、シートベルト２の巻き取り方向にスプール８を回転させる正転方向にモータ７を回転させてから、迂回路４５を遮断状態から接続状態に切り替える。迂回路４５は、スイッチング素子２５の両端に並列に接続され、モータ７の逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に還流させる電流経路である。迂回路４５は、電流ＩＥＡをモータ７に還流させる還流路の一部である。迂回路４５が遮断状態から接続状態に切り替わると、逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡは、第１の端子７ａ、迂回路４５、グランドＧＮＤ、電源ＶＢ、第２の端子７ｂの順路で還流する。この際、電流ＩＥＡは、電流制御回路４１によって上限電流ＩＵを超えないように制限される。
【００８４】
このように、制御回路１５は、逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に迂回路４５経由で還流させることで、シートベルト２の引き出し方向にスプール８を回転させる逆転方向にモータ７が回転することを抑制できる。その結果、車両衝突時に乗員９に作用する衝突エネルギーを吸収することが可能となる。また、電流制御回路４１が電流ＩＥＡの大きさを制御することによって、ＥＡ荷重を精度良く調整できる。
【００８５】
図１３は、駆動回路１４の第３の構成例を示す図である。上述の構成例と同様の点については、その説明を省略する。図１３に示す駆動回路１４Ｃは、４つのスイッチング素子２１，２２，２３，２４を有し、モータ７に流す駆動電流の方向を切り替え可能なＨブリッジ駆動回路である。駆動回路１４Ｃは、電流制御回路４１Ｇがスイッチング素子２２と一体化された構成を有する。電流制御回路４１Ｇは、上述の電流制御回路４１の一例である。
【００８６】
電流制御回路４１Ｇは、還流路４６に流れる電流ＩＥＡの大きさを、制御回路１５から供給される制御信号Ａに従ってスイッチング素子２２のスイッチング（オンオフ）を繰り返すことにより制御する。還流路４６は、スイッチング素子２２に接続され、モータ７の逆起電力によって生ずる電流ＩＥＡをモータ７に還流させる電流経路である。電流制御回路４１Ｇが電流ＩＥＡの大きさを制御することによって、ＥＡ荷重を精度良く調整できる。
【００８７】
制御回路１５は、例えば、車両１３の衝突が検知されたことを表す指令信号を受信した場合、還流路４６に流れる電流ＩＥＡの大きさを制御する制御信号Ａ（例えば、ＰＷＭの制御信号）を出力する。
【００８８】
電流制御回路４１Ｇは、上限電流ＩＵと下限電圧ＶＬとの少なくとも一方を用いて電流ＩＥＡの大きさを制御する上述の構成を有してもよい。また、電流制御回路４１Ｇは、外部から供給される調整信号に応じて上限電流ＩＵと下限電圧ＶＬとの少なくとも一方を調整する上述の構成を有してもよい。
【００８９】
図１４は、電流制御回路４１Ｇの構成例を示す図である。電流制御回路４１Ｇは、還流路４６上の第１のノード４２と第２のノード４３との間に直列に接続される。電流制御回路４１Ｇは、還流路４６に流れる電流ＩＥＡの大きさが所定の上限電流ＩＵを超えないように制限する電流制限回路である。電流制御回路４１Ｇは、外部から供給される調整信号ＳＵに応じて上限電流ＩＵを調整する構成も有する。電流制御回路４１Ｇは、抵抗６１〜６５、ローサイドのスイッチング素子２２、ツェナーダイオード６７及びコンパレータ６８を有する。
【００９０】
電流制御回路４１Ｇは、車両１３の衝突が検知された場合に制御回路１５から供給される制御信号Ａに従って、スイッチング素子２２のスイッチング（オンオフ）を繰り返す。スイッチング素子２２のオンオフが電流制御回路４１Ｇにより繰り返されることによって、電流ＩＥＡはその流れが制限されながら還流路４６に流れるので、還流路４６に流れる電流ＩＥＡの大きさの制御が可能となる。
【００９１】
制御信号Ａは、抵抗６３を介して、スイッチング素子２２のゲートに供給される。制御信号Ａによってスイッチング素子２２のオンオフが繰り返されることにより、電流ＩＥＡがスイッチング素子２２のドレインからソースに流れる。抵抗６５は、還流路４６に直列に挿入されるように、スイッチング素子２２のソースに接続されている。電流ＩＥＡが上昇すると、抵抗６５の両端電圧が上昇する。
【００９２】
電流ＩＥＡが上昇して、コンパレータ６８の反転入力端子の電圧がコンパレータ６８の非反転入力端子の電圧よりも大きくなると、コンパレータ６８はその出力端子から電流を吸い込む。コンパレータ６８の出力端子に電流が吸い込まれると、スイッチング素子２２のゲート電圧が低下する。その結果、電流ＩＥＡは上限電流ＩＵを超えないように制限される。
【００９３】
以上、シートベルトリトラクタを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００９４】
例えば、図２において、制御回路１５は、モータ７を正回転させる巻き取りモードでは、スイッチング素子２３を所定のデューティ比のＰＷＭ制御でオン／オフさせ、スイッチング素子２１，２４を常時オフさせ、スイッチング素子２２を常時オンさせてもよい。このとき、スイッチング素子２３のオフ時の還流電流による発熱を抑えるため、制御回路１５は、スイッチング素子２３のオフ時にスイッチング素子２４をオンさせてもよい。この場合、電流調整回路４４が直列に挿入される迂回路４５は、スイッチング素子２３に並列に接続される。
【符号の説明】
【００９５】
１  制御装置
２  シートベルト
６  シートベルト巻き取り機構
７  モータ
８  スプール
１０  シートベルトリトラクタ
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  駆動回路
１５  制御回路
１７  動力伝達機構
２１〜２５  スイッチング素子
４０  切り替えスイッチ
４１，４１Ａ〜４１Ｇ  電流制御回路
４４  電流調整回路
４５  迂回路
４６  還流路
１００  シートベルト装置
【図１】
2020075612.tif 000003
【図２】
2020075612.tif 000004
【図３】
2020075612.tif 000005
【図４】
2020075612.tif 000006
【図５】
2020075612.tif 000007
【図６】
2020075612.tif 000008
【図７】
2020075612.tif 000009
【図８】
2020075612.tif 000010
【図９】
2020075612.tif 000011
【図１０】
2020075612.tif 000012
【図１１】
2020075612.tif 000013
【図１２】
2020075612.tif 000014
【図１３】
2020075612.tif 000015
【図１４】
2020075612.tif 000016