JP2005132349A

JP2005132349A - 火工式駆動装置

Info

Publication number: JP2005132349A
Application number: JP2004265019A
Authority: JP
Inventors: Franz Wier; フランツ・ヴィーア
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2005-05-26
Also published as: CN1647977A; DE10342283A1; US20050134034A1

Abstract

【課題】大きな張力を短時間で得ることができ且つ構成要素に作用する応力を小さくする火工式の駆動装置を提供することである。
【解決手段】火工式駆動装置は、シリンダ１１２、シリンダ内に移動自在に配置されたピストン１１４、加圧ガスを発生するための火工推進薬１５２、及びこの推進薬に点火するための点火薬を含む。ピストンは、ピストン１１４を駆動するために加圧ガスが作用できるスラスト表面領域１４２を有する。点火薬１５４とスラスト表面領域１４２との間に流れ連結（Ｆ）が設けられる。この種の火工式駆動装置を持つベルトリトラクター１００、及びこの種の火工式駆動装置１１０を作動するための方法を提案する。本方法では、ピストン１１４は、点火薬の燃焼によって発生したガスによって第１駆動距離に亘って推進され、次いで、推進薬１５２の燃焼中に発生したガスによって第２駆動距離に亘って推進される。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輛乗員拘束システム用の火工式駆動装置に関し、この駆動装置は、シリンダ、このシリンダ内に移動自在に配置されたピストン、加圧ガスを発生するための火工推進薬、及びこの推進薬に点火するための点火薬を含む。ピストンは、このピストンを駆動するために加圧ガスが作用できるスラスト表面領域を有する。本発明は、更に、この種の駆動装置を持つベルトリトラクター及びこの種の火工式駆動装置を作動するための方法に関する。

図１には、関連技術のベルトテンショナーに基づくこの種の火工式駆動装置の一例が示してある。図１のベルトテンショナー装置１０は、ピストン１４が内部で移動自在に案内されるシリンダ１２と、ピストン１４を駆動するために加圧ガスを発生するガス発生器２２とを有する。ガス発生器２２には推進薬５２が入っており、これは発生器ハウジング７０によって取り囲まれている。推進薬５２に点火するため、点火薬が導火爆管（起爆管）６８の形態で設けられている。これは、水分及び損傷から保護するため、カプセル５８によって取り囲まれている。ガス発生器２２は、ピストン１４の凹所４０の内部空間内に収容されている。ピストンの移動方向に対して垂直に配置された凹所の壁がスラスト表面領域４２を構成する。ベルトテンショナー駆動装置１０をトリガーするため、導火爆管６８に点火する。カプセル５８が破裂した後、推進薬５２の燃焼が始まり、加圧ガスが発生する。最小圧力に達したとき、発生器ハウジング７０が破裂し、ガス圧力がピストン１４のスラスト表面領域４２に作用し、ピストンが動きだす。ピストン１４には歯３０が設けられ、これらの歯３０は、ピニオン３４を介してベルトテンショナーのベルトリールを駆動する。図５では、グラフｉで、スラスト表面領域４２に作用する経時的圧力曲線を概略に示す。通常、発生器ハウジング７０の破裂前に最大３ミリセカンド（０．００３秒）経過する。その後にのみ、ピストン１４は移動を開始できる。この時点ｔ２までに発生器ハウジング７０内で高圧が既に発生しているため、図５での急な圧力上昇からわかるようにピストン１４に高圧がいきなり作用し、ピストン１４に、また、ベルトテンショナーに連結された後には、歯３０及びピニオン３４にも高い応力が加わる。

本発明の目的は、大きな張力を短時間で得ることができ且つ構成要素に作用する応力を小さくする火工式の駆動装置を提供することである。

この目的のため、上述の種類の駆動装置において、点火薬とスラスト表面領域との間に流れ連結が設けられる。かくして、点火薬が発生した圧力を使用してピストンを加速でき、そのため、ピストンは点火後短時間で移動を開始する。従って、ピストンの駆動力を非常に早期に得ることができる。

第２の特徴によれば、本発明は、この種の火工式駆動装置を持つベルトテンショナーを提供する。点火後短時間で、点火薬が発生したスラストを利用できる。このスラストは、推進薬が発生するスラストよりもかなり小さい。かくして、ピストンは、最初な小さな力で、しかし非常に早期の時点で加速され、従って、加速状態にある構成要素に加わる応力は非常に小さい。これは、張力装置が加速状態にあるときにだけ、例えばピニオンと係合する歯を使用してベルトリトラクターに連結される場合に特に有利である。この場合、連結を小さな応力で行うことができ、これに対し推進薬の全出力を張力プロセスで利用できる。

別の特徴によれば、本発明は、更に、この種の駆動装置を作動するための方法を提供する。この方法では、ピストンは、点火薬の燃焼によって発生したガスによって第１駆動距離に亘って推進され、次いで、推進薬の燃焼中に発生したガスによって第２駆動距離に亘って推進される。この方法は、構成要素に作用する応力を減少し、推進力を迅速に利用できる。更に、点火薬並びに推進薬の両方のエネルギを最適に活用できる。

有利な実施例は、従属の請求項からも明らかとなるであろう。
本発明を好ましい実施例に基づいて以下に詳細に説明する。この文脈では、添付図面を参照する。

図２に示すベルトリトラクター１００には、安全ベルトに張力を加えるための火工式駆動装置１１０が設けられている。ベルトテンショナー駆動装置１１０は、シリンダ１１２と、このシリンダ内で長さ方向軸線Ａに沿って移動できるピストン１１４とを有する。

シリンダ１１２は、前開放端１１６と、端壁１１８を持つ後端とを有する。この後端には、ガス発生器１２２用のソケット（レセプタクル）１２０が形成されている。シリンダ１１２は、分離壁１２４によって、ピストンチャンバ１２６と歯付きラックチャンバ１２８とに分割されている。分離壁１２４は、シリンダ１１２の端壁１１８から、長さ方向軸線Ａと平行にシリンダ１１２のほぼ中心まで延びている。

ピストン１１４には、歯付きラック区分１３０が設けられており、この歯付きラック区分１３０は、シリンダ１１２の歯付きラックチャンバ１２８内に配置される。歯付きラック区分１３０の前端は、ブリッジ１３２によってピストン１１４に連結されている。そのため、ピストン１１４が移動するとき、歯付きラック区分１３０はピストンとともに移動し、ピニオン１３４と係合して、ベルトリトラクター１００のベルトリールを通常の方法で駆動することができる。

ピストン１１４には、更に、発生器チャンバ１４０が設けられている。このチャンバのキャビティ（空所）は、ピストン１１４の後端からピストン１１４内に長さ方向軸線Ａと平行に延びている。発生器チャンバ１４０の前端では、長さ方向軸線Ａに対して垂直な壁が、スラスト表面領域１４２を形成する。図２に示すベルトテンショナー装置１１０の休止状態では、ピストン１１４は、端壁１１８に当たっており、ガス発生器１２２を取り囲んでいる。即ち、ガス発生器１２２は、発生器チャンバ１４０内に配置されている。更に、ピストン１１４のシェルの後区分には、ピストンチャンバ１２６の内部シェルと接触するシール１４６が設けられている。

ガス発生器１２２は、ベース１５０を有し、このベース１５０を介して、シリンダ１１２のソケット１２０に嵌まる。ガス発生器１２２は、更に、推進薬１５２及び点火薬１５４を含む。ベース１５０には、ガス発生器１２２を例えば制御ユニットに接続するための複数の接続ピン１５６が設けられている。点火薬１５４が入った点火薬スリーブ１５８が、ベース１５０に着座又は嵌まっている。点火薬スリーブ１５８は、ポット状のプラスチックハウジングで形成されている。ポット状のプラスチックハウジングは、端壁１６２によって閉鎖されたケーシング１６０を有している。他方、ケーシング１６０はベース１５０に押し込まれ又は圧入されており、ベース１５０の直径は、点火薬スリーブ１５８の直径よりも大きい。更に、図２及び図３でわかるように、発生器チャンバ１４０の断面は、シリンダ１１２の後端のところが対応して段をなして形成されている。この端では、ベース１５０には、更に、発生器チャンバ１４０をピストンチャンバ１２６からシールするシール用リング（シーリングリング）１６４が設けられている。

点火薬１５４は、ブースター薬１６６と導火爆管１６８とからできており、ベース１５０に配置され、接続ピン１５６に接続される。
点火薬スリーブ１５８と軸線方向で隣接して、推進薬スリーブ１７０が設けられている。この推進薬スリーブ１７０も、プラスチックハウジングを有している。このハウジングは、シェルを有しており、該シェルの後端は、点火薬スリーブ１５８の端壁１６２と接合している。推進薬スリーブ１７０には、例えば推進薬粒子の形態の推進薬１５２が入っている。点火薬スリーブ１５８及び推進薬スリーブ１７０は、一部品で製造すると有利である。材料を節約するため、推進薬スリーブ１７０の壁厚を薄くできる。というのは、機械的応力に対する感度に関して、推進薬１５２が、点火薬１５４よりも低いためである。

点火薬１５４及び推進薬１５２の夫々用の、点火薬スリーブ１５８及び推進薬スリーブ１７０は、機械的損傷から保護する保護スリーブを形成する。別の態様では、これらのスリーブは、例えば金属箔等の他の材料で形成されていてもよい。点火薬スリーブ１５８は、少なくとも端壁１６２の領域がガス透過性であり、そのため点火薬１５４とスラスト表面領域１４２との間が流れ連結される。これを図３に矢印Ｆで示す。

点火薬又は推進薬は、水分から保護するため、例えばプラスチックの箔や金属の箔で包まれていてもよい。更に、点火薬スリーブ１７０の自由前側は、更に、輸送安全装置１７２によって閉鎖されている。この装置もまた、箔の形態である。点火薬１５４に点火すると、流れ連結Ｆを確保するため、点火薬１５４とスラスト表面領域１４２との間に配置された箔層が、僅かな圧力で破壊される。

図５では、本発明による駆動装置の、ブースター薬なし（グラフｉｉ）の場合、及びブースター薬あり（グラフｉｉｉ）の場合の経時的圧力曲線を、冒頭に説明した従来の火工式駆動装置での圧力曲線（グラフｉ）と比較する。

ベルトテンショナー駆動装置１１０をトリガーするため、先ず最初に導火爆管１６８に点火する。図５のグラフｉｉは、導火爆管１６８の燃焼により、ガス発生器１２２の点火後約０．５ｍｓ後の時点ｔ１で、圧力が既に発生している。この圧力により、点火薬１５４とスラスト表面領域１４２との間の流れ連結に基づいて、ピストン１１４にスラストを及ぼすことができる。従って、ピストン１１４は、点火薬の点火後短時間で既に移動を開始する。短時間の後、導火爆管１６８の燃焼によって点火されたブースター薬１６６により、更に大きな圧力を利用でき、これによりスラストが上昇する。

従って、ブースター薬１６６により、ピストン１１４の慣性及び摩擦に確実に打ち勝つことが保証され、ピストン１１４は、どのような場合でも、歯付きラック区分１３０がピニオン１３４と係合し始めるまで、第１駆動経路セグメントＺ１（図４参照）に亘って推進される。

点火薬１５４の燃焼により、最終的にはかなり大量の推進薬１５２に点火される。推進薬１５２は、所定容積の加圧ガスを発生し、ピストン１１４を最大スラストで推進し、この運動がピニオン１３４を介してベルトリトラクター１００のリールに伝達され、ベルトを通常の方法でできるだけ迅速に引っ込める。

ピストン１１４が更に大きく移動すると、ベース１５０が発生器チャンバ１４０の拡大区分の外に出るため、燃焼ガスの圧力に対して有効なピストン１１４の断面が拡大する。拡大区分から出る前には、上述の理由のため、加圧ガスに対する有効断面としてスラスト表面領域１４２しか利用できなかったが、拡大区分から出ると、推進薬１５２が発生した加圧ガスは、ピストン１１４の後端の別のスラスト表面領域１７６にも作用でき、そのため全有効スラスト表面領域は、長さ方向軸線Ａに沿ったピストン１１４の移動方向に対して垂直なピストン１１４の断面と一致する。かくして、ピストン１１４のこれ以上の移動に対し、及び従って、最終的には安全ベルトに張力を加えるために更に大きなスラストを利用できる。

歯付きラック区分１３０が未だピニオン１３４と係合していない場合には、小さなスラストしか必要とされない。というのは、ベルトリトラクター１００のリールを駆動する必要が未だないためである。従って、スラスト表面領域１４２は、ピストンの全断面積の最大３０％を占める程大きいように選択されると、有利である。これには、点火薬１５４が発生した僅かな加圧ガス容積でピストン１１４を十分な距離に亘って推進できるという利点がある。

推進薬１５４の粒子の適当な形状を選択することによって、また、推進薬スリーブ１７０とスラスト表面領域１４２との間の隙間容積１７８を最小にすることによって、点火薬１５４からのガス圧力を最適に活用できるように、デッド容積又はデッドスペース（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）を最小にできる。導火爆管１６８のスラストが十分である場合には、ブースター薬１６６なしでこれを行うこともできる。

本発明による駆動装置の別の利点は、点火薬が発生する最初の小さなスラストにより、構成要素、特に歯付きラック区分１３０及びピニオン１３４の第１の歯に僅かな応力しか加わらないということにある。歯付きラック区分１３０のピニオン１３４への噛み合いを更に改善するため、歯付きラック区分１３０の第１の歯を約５０％短くすることができる。従って、ピストン１１４は、その休止位置において、ピニオン１３４と近付けて配置することもでき、これにより火工式駆動装置１１０の全長が小さくなる。

更に、ピストン１１４が第１駆動経路セグメントＺ１に亘って推進されるため、推進薬１５２用の燃焼チャンバが膨張される。これは、隙間空間１７８が膨張されるため（図５参照）である。他方、上文中に説明したように、スラスト表面領域１４２の断面が、ピストン１１４の全断面の数分の一に過ぎないため、ピストン１１４が第１推進状態にあるときに燃焼チャンバが過度に膨張することがない。推進薬１５２を完全燃焼させる上で最適の膨張が有利であり、これによって、推進薬１５２に含まれるエネルギを最適に活用するのを補助する。

変形例によれば、推進薬は、材料及び重量を節約するため、発生器チャンバ内に直接配置することもでき、そのため、点火薬だけが保護スリーブによって取り囲まれる。
本発明によるテンショナー駆動装置及び方法をベルトリトラクターに基付いて例示した。しかしながら、これらは、高い引込み力を得なければならないバックル及び装着リトラクター又はフード衝突保護システム等の全ての用途に適している。

図１は、関連技術によるベルトテンショナー駆動装置を持つベルトリトラクターの縦断面図（長さ方向断面図）である。図２は、本発明によるベルトリトラクターの第１状態での縦断面図（長さ方向断面図）である。図３は、図２の区分ＩＩＩを示す拡大図である。図４は、図２のベルトリトラクターの第２状態での縦断面図（長さ方向断面図）である。図５は、関連技術による火工式駆動装置及び本発明による火工式駆動装置の圧力曲線の概略の比較を示すグラフである。

符号の説明

１００ベルトリトラクター１１０火工式駆動装置
１１２シリンダ１１４ピストン
１１６前開放端１１８端壁
１２０ソケット１２２ガス発生器
１２４分離壁１２６ピストンチャンバ
１２８歯付きラックチャンバ１３０歯付きラック区分
１３２ブリッジ１３４ピニオン
１４０発生器チャンバ１４２スラスト表面領域
１４６シール１５０ベース
１５２推進薬１５４点火薬
１５６接続ピン１５８点火薬スリーブ
１６０ケーシング１６２端壁
１６４シーリングリング１６６ブースター薬
１６８導火爆管１７０推進薬スリーブ

Claims

車輛乗員拘束システム用の火工式駆動装置であって、
シリンダ（１１２）と、
このシリンダ内に移動自在に配置されたピストン（１１４）と、
加圧ガスを発生するための火工推進薬（１５２）と、
この推進薬に点火するための点火薬（１５４）とを備え、
前記ピストン（１１４）は、このピストンを駆動するために加圧ガスが作用できるスラスト表面領域（１４２）を有し、
前記点火薬（１５４）と前記スラスト表面領域（１４２）との間に、流れ連結（Ｆ）が設けられている、火工式駆動装置。
請求項１に記載の火工式駆動装置において、
前記点火薬（１５４）は、流れ連結（Ｆ）を可能にするため、ガスに対して少なくとも部分的に透過性の保護スリーブ（１５８）に収容されている、火工式駆動装置。
請求項１又は２に記載の火工式駆動装置において、
前記点火薬（１５４）には、ブースター薬（１６６）が設けられている、火工式駆動装置。
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の火工式駆動装置において、
前記ピストン（１１４）は、前記火工推進薬（１５２）が収容された発生器チャンバ（１４０）を含む、火工式駆動装置。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の火工式駆動装置において、
前記火工推進薬（１５２）は、流れ連結（Ｆ）を可能にするために、ガスに対して少なくとも部分的に透過性の保護スリーブ（１７０）に収容されている、火工式駆動装置。
請求項２又は５に記載の火工式駆動装置において、
前記保護スリーブ（１５６、１５８）は金属箔スリーブである、火工式駆動装置。
請求項２乃至５のうちのいずれか一項に記載の火工式駆動装置において、
前記少なくとも一つの保護スリーブ（１５６、１５８）はプラスチックハウジングである、火工式駆動装置。
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の火工式駆動装置において、
前記ピストン及び前記発生器チャンバ（１４０）は、各々、前記ピストン（１１４）の移動方向に対して交差する方向に所定の断面積を有し、
前記発生器チャンバの断面積は、前記ピストンの断面積の最大２０％である、火工式駆動装置。
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の火工式駆動装置において、
前記点火薬（１６４）と前記スラスト表面領域（１４２）との間に、水分保護箔が設けられており、
前記水分保護箔は、流れ連結（Ｆ）を可能にするため、前記点火薬（１５４）の点火に応じて破壊される、火工式駆動装置。
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の記載の火工式駆動装置を持つベルトリトラクター（１００）。
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の火工式駆動装置（１１０）の作動方法において、
前記ピストン（１１４）は、前記点火薬（１５４）の燃焼によって発生したガスによって第１駆動距離（Ｚ１）に亘って推進され、次いで、前記推進薬（１５２）の燃焼中に発生したガスによって第２駆動距離に亘って推進される、方法。
請求項１１に記載の方法において、
前記点火薬（１５４）の燃焼によって発生したガスの圧力が、スラストを発生させ、該スラストは、前記推進薬（１５２）の燃焼中に発生したガスの圧力によって発生されるスラストよりも小さい、方法。
請求項１２に記載の方法において、
前記小さいスラストは、
前記点火薬（１５４）の燃焼によって発生したガスの圧力が、前記ピストン（１１４）の断面表面の一部だけと対応するスラスト表面領域に作用するように得られる、方法。