JP2013525189A - 安全ベルトのためのテンショナ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車における安全ベルトのためのテンショナ装置（１０）に関するものであり、ガスジェネレータ（１７）と、パイプ（１６）の中で案内されるピストン（２１）とを含んでおり、該ピストンはパイプ（１６）の中の圧力空間（２０）を閉止し、該圧力空間はガスジェネレータ（１７）により圧力で付勢可能であり、それによってピストン（２１）を引き締め運動をするように駆動可能であり、該引き締め運動はピストン（２１）の端面（９）に当接する質量体（１９ａ）によって安全ベルトへ伝達可能であり、ピストン（２１）は事前設定された圧力を超過したときに解放可能な貫通孔（１）を有しており、端面（９）には凹部（２６）が設けられており、該凹部により、前記質量体（１９ａ）が前記前面（９）に当接している時、前記貫通孔（１）から前記ピストン（２１）後側にある空間（２５）に、前記引き締め運動（Ｓ）の方向の流動接続が成立する。
【選択図】図６

Description

本発明は、請求項１の前提項に記載されている、特に自動車における安全ベルトのためのテンショナ装置に関する。

当分野に属する種類のテンショナ装置では、基本的に、引き締めプロセス中に圧力状況が非常に大きく変化するという問題がある。特に、非常に高い圧力ピークは、テンショナ装置の部品が損傷したり、テンショナ装置の運動経過に支障がでるという帰結につながる可能性がある。

特許文献１より、過圧防止が行われる着火式の駆動装置がすでに知られており、この過圧防止により、テンショナ装置のパイプ内での事前設定された圧力の超過が防止される。この解決法では、ガスジェネレータの領域でパイプに開口部が設けられており、パイプの中に配置されたガスジェネレータはガスジェネレータスリーブを備えている。事前設定された圧力を超過すると、ガスジェネレータスリーブの壁部がパイプの開口部の中に押し込まれ、その際に、それ自体が破断して開口部を解放する程度にまで変形する。

この解決法の欠点は、パイプから外部に向かって圧力が放出され、その際に、高温のジェットあるいは炎の吹き出しさえもが放出され、そのために隣接する部品が損傷しかねないことである。

たとえば特許文献２より、ピストンに圧力負荷軽減開口部が設けられており、これによってピストンの手前の圧力室からの圧力低減が可能となる、ピストン・シリンダ構造を備えたテンショナ装置が公知である。同文献に記載されているテンショナ装置では、ベルトシャフトと結合された歯車に係合するラックによって、ピストンの駆動運動が伝達される。同文献に記載されている圧力負荷軽減開口部を介しての圧力の解放のためには、駆動装置の運動方向で見てピストンの後側に、圧力室から圧力が逃げることができる自由空間が存在していることが前提条件となる。

特許文献１から公知のテンショナ装置では、このような解決法は原則として可能ではない。引き締め運動を伝達するための駆動装置は、第１の質量体がピストンと直接当接する、駆動される質量体列の後側に構成されているからである。特許文献２から公知の解決法のために必要な自由空間は、ここでは第１の質量体によって少なくとも狭められる。さらに、第１の質量体がピストンの駆動運動中に非常に高い圧力でピストンに当接し、そのために、ピストンにある開口部がふさがれることになるという欠点がある。

ドイツ特許第１９５４５７９５Ｃ１号明細書 ドイツ特許第１０２１２９１２Ｂ４号明細書

本発明の課題は、事前設定された圧力を超過したときに、テンショナ装置の周辺にある部品を脅かすことなく、ピストンの前側にある圧力空間からの過圧を急激に低下させることができる、ピストンによって駆動可能な質量列を備えるテンショナ装置を提供することにある。

この課題は本発明によると、請求項１の構成要件を備えるテンショナ装置によって解決される。本発明のその他の好ましい実施形態は、従属請求項、発明の詳細な説明、および添付の図面から明らかとなる。

本発明では課題を解決するために、ピストンは事前設定された圧力を超過したときに解放可能な貫通孔を有しており、端面には凹部が設けられており、該凹部により、貫通孔から引き締め運動の方向で見てピストンの後側にある空間への流動接続が、質量体を当接させながら成立することが提案される。

本発明による解決法の利点は、成立する流動接続により、ピストンの端面が質量体に当接しているときでも、すなわち引き締め運動中または引き締め運動がブロックされているときでも、圧力空間からの圧力を低減することができるという点に見ることができる。このとき圧力は意図的に、従来技術で知られている解決法で該当するように周囲へは放出されず、それにより、テンショナ装置に隣接する部品が放出される圧力によって脅かされることがない。

さらに、少なくとも２つの凹部が端面に設けられることが提案される。２つまたはそれ以上の凹部を端面に配置することによる利点は、圧縮ガスの流動によって引き起こされる質量体に働く圧力変化を均一化することができ、それにより圧力放出中にも、質量体が片側で端面との接触を失って場合により揺動することがないという点にある。

このとき、質量体に作用する圧力のできる限り均一な変化は、それぞれの凹部が放射対称および／または同一に寸法決めされていることによって実現することができる。

特に、均一かつできる限り迅速な圧力低下は、貫通孔が端面の中央に配置されており、凹部は貫通孔を起点として半径方向でピストンの外側縁部まで延びていることによって実現できることが判明している。

さらに、凹部（１つまたは複数）の面積が合計で端面の表面全体の表面の１５−５０％であることが提案される。端面の凹部の面積の提案される割合により、圧力が迅速に低減され、それにもかかわらず、質量体が十分な面積割合を介してピストンの端面に当接し、ピストンが当接する端面の部分が過度に高い負荷によって作用する温度で溶融したり、破損したりする危険がないことが保証される。このとき凹部の表面の割合は、凹部がなければ第１の質量体が当接するはずのピストンの端面の面積に対するものである。

さらに、ピストンは端面の領域で他の表面に比べて高い表面硬度を有していることが提案される。端面の高い表面硬度により、端面が質量体の当接面の領域で変形し、材料の変形によって凹部が閉じてしまうことが防止される。このとき高い表面硬度は、端面の領域での表面処理によって、または、パイプに当接する密閉区域の領域での表面の的確な軟化によって実現することができる。ここで重要なのは、ピストンがパイプに対する密閉性に関わる要求事項を満たすだけでなく、端面を通じての力伝達に関する要求事項も満たすことである。

本発明の別の好ましい実施形態は、ピストンが少なくとも２部分で構成されており、パイプの内壁に当接する第１の部分を有するとともに、端面が配置された第２の部分を有しており、第２の部分は第１の部分よりも高い強度を有しているという点に見ることができる。２部分からなるピストンの実施形態により、力伝達の領域で必要な強度を有していると同時に、密閉面の領域で必要な弾性を有するようにピストンを製作することができ、このことは特に、引き締めプロセス中にピストンが湾曲したパイプの中で案内され、湾曲したパイプの過程でパイプ壁部に対して相対的にわずかな運動を行わざるを得ない場合に利点がある。

この場合に特別に低コストな解決法は、第２の部分が金属の深絞り部品によって構成されることによって具体化されていてよい。それにより、第２の部分を低コストに大量生産で製作することができ、このとき特に、凹部の成形を深絞り法で一緒に行えるという利点がある。

さらに、第１の部分と第２の部分の間には貫通孔を閉止する挿入部品が設けられることが提案される。挿入部品を使用する利点は、挿入部品を材料選択と寸法決めに関して、圧力空間に生じている圧力と、ピストンの他方の側の空間の圧力との間で事前設定された圧力差を超過したときに破断し、それによって圧力補償を可能にするように、個別的に設計することができるという点に見ることができる。違った圧力差のときに貫通孔を解放させることが意図されるケースについて、挿入部品を設計的に変更するか、または別の材料からなる挿入部品と取り替えるだけでよく、その他の点でピストンを改変しなくてよい。

さらに、挿入部品はリング円筒状の延長部で第１の部分と第２の部分の間に半径方向で挟み込まれることが提案される。リング円筒状の延長部により、挿入部品を半径方向で固定することができる。さらに、それによって挿入部品を軸方向での変形に抗して固定することができ、その結果、挿入部品は開口部を解放するために前段階で軸方向に膨らむのではなく、挿入部品の設計により定義される事前設定された圧力差が生じると、事前の変形なしに急激に破断する。

さらにこのような急激な破断は、第１および／または第２の部分が半径方向内側に向かって突出して貫通孔を狭める鍔部を有しており、この鍔部に挿入部品が当接することによって惹起もしくは補助することができる。鍔部は挿入部品が圧力負荷を受けたときに、挿入部品で生成される相応のせん断力による挿入部品の破断を促進するせん断エッジとして作用する。

さらにこの場合、鍔部は第２の部分に配置されており、挿入部品は圧力空間のほうを向いている第２の部分の側に当接し、圧力空間内で事前設定された圧力を超過すると鍔部に沿ってせん断されることが提案される。ピストンの第２の部分は第１の部分よりも高い強度を有しており、第２の部分は端面で質量体に支持されているので、挿入部品に作用する圧力は第２の部分を介して質量体に伝達される。第２の部分と質量体はすでにそのテンショナ駆動出力の伝達という機能に基づき、もともと相応に強固かつ形状安定的に設計されているので、それによって挿入部品は特別に形状安定的なモジュールに支持され、事前設定された圧力差を超過すると確実に破断し、破断の時点が当該モジュールの変形に左右されることがない。

次に、好ましい実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。図面には個別に次のものを見ることができる：

パイプの中で案内されるピストンを備える、ベルト巻取り器に連結されたテンショナ装置である。 端面に４つの凹部を備えるピストンを示す等角図である。 端面に対する視線方向から見た図２のピストンである。 端面に３つの凹部を備えるピストンを示す等角図である。 図４のピストンを示す断面図である。 テンショナ装置のパイプの中の質量体が当接する、２部分からなるピストンである。 ピストンの各部分の間に設けられた挿入部品を備える、２部分からなるピストンである。

図１に模式的に示すベルト巻取り器は、側方脚部１３を備えるハウジング１１と、これに支承される、図示しない安全ベルトのためのベルト巻取りシャフト１２と、作動後にベルト巻取りシャフト１２に作用するテンショナ装置１０とを含んでいる。テンショナ装置１０は、ベルト巻取りシャフト１２と回転不能に結合された、たとえば外歯１５を有する駆動輪１４と、ガス圧を生成するための特に着火式のガスジェネレータ１７と、駆動輪１４を介してガスジェネレータ１７をベルト巻取りシャフト１２と接続するパイプ１６とを含んでいる。パイプ１６は、ハウジング１１の一部である、または別案として別個のコンポーネントであってもよい、パイプ壁２４で構成されている。

パイプ１６の中には、ガスジェネレータ１７で生成されるガス圧によって惹起される引き締め運動を、駆動輪１４を介してベルト巻取りシャフト１２へ伝達するために、一列の金属の球形の質量体１９が設けられている。ベルト巻取り器は、質量体列１９と駆動輪１４との間の相互作用領域１８の構成に関して、ならびに、場合により設けられる駆動輪１４とベルト巻取りシャフト１２との間のクラッチ装置の構成に関して、限定されるものではない。摩擦の少ない力伝達をするために、質量体１９の外径はパイプ１６の内径よりも若干小さいのが好都合である。

さらにパイプ１６の中には、図１には模式的にのみ図示するピストン２１が設けられており、このピストンは、ガスジェネレータ１７と質量体列１９との間の領域２３に、すなわち力伝達方向で見て質量体列１９の最初の質量体１９ａの直前に、配置されるのが好都合である。ピストン２１は、ガスジェネレータ１７によってガス圧で付勢可能なパイプ１６内の圧力空間２０を閉止し、それによりピストン２１は、ガスジェネレータ１７により圧力空間２０が圧力で付勢されたときに、引き締め運動をするように駆動可能である。ピストン２１の引き締め運動は、質量体１９と駆動輪１４により構成される力伝達装置によって、ベルト巻取りシャフト１２へと伝達され、それによってシートベルトが引き締められる。

図２と図３には、互いに９０°の角度で放射対称に配置された４つの凹部２６を備える、本発明によるピストン２１の実施例を見ることができる。これらの凹部２６は、中央に配置された貫通孔１から、ピストン２１の半径方向外側の縁部まで直線状に延びている。

図４と図５には、ピストン２１が第１の部分３と第２の部分４の２部分から組み合わされてなる、ピストン２１の別案の実施形態を見ることができる。第１の部分３は、たとえば弾性的なプラスチック、たとえばＰＯＭで製作されており、ピストン２１の本体を形成するのに対して、第２の部分４は金属の深絞り部品として構成されており、ピストン２１の端面９を形成する。第２の部分４は、中央で円筒状の区域４ａをなすように深絞り法で成形されており、この区域が貫通孔１に押し込まれている。さらに端面９には、互いに１２０度の角度で配置され、同じく中央の貫通孔１に連通する、３つの凹部２６が刻設されている。

図６にはピストン２１のさらに別の実施形態を見ることができ、本発明のより良い理解のために、パイプ１６の内部および当接する質量体１９ａが示されている。ピストン２１は、この実施例でも、第１の部分３および第２の部分４の２部分から構成されている。第１の部分３は、圧力空間２０を密閉するためにパイプ１６の内壁に当接するシールリップを備えている。第２の部分４は、質量体１９ａのほうを向いている第１の部分３の側でこれと結合されており、質量体１９ａが当接するピストン２１の端面９を形成する。ピストン２１の端面９には、貫通孔１からピストン２１の半径方向外側の縁部まで延びる凹部２６が設けられている。第２の部分４は、第１の部分３よりも高い表面硬度と強度を有しており、それにより、ピストン２１の表面は端面９の領域で、引き締め運動中に作用する力によって変形することがなく、そのために凹部２６が圧縮されることがない。第１の部分３は意図的に強度と表面硬度の低い材料で構成されており、それにより、シールリップ２２は相応に変形する能力を有しており、引き締め運動中にピストン２１がわずかに横に動いただけで、あるいは湾曲したパイプ形状の中でも、密閉をするようにパイプ１６の内壁に当接する。

貫通孔１は、図５と図６にも見られるように、区域１ａと区域１ｂとによって形成されており、図５の実施形態における区域１ｂと、図６に示す実施形態における区域１ａは、それぞれウェブ７によって閉止されている。ウェブ７の壁厚と材料によって事前設定される圧力空間２０の圧力を超過すると、ウェブが破断し、それに応じて貫通孔１を解放する。

ウェブ７が破断すると、圧力は、圧力空間２０から貫通孔１および凹部２６を介して、引き締め運動Ｓの方向で見てピストン２１の後側にある空間２５へと逃げることができ、そのために、質量体１９ａと端面９との間に間隙が存在している必要はない。それにより、テンショナ装置の全負荷のもとでも過圧防止が確実に機能する。

図７には、リング円筒状の延長部２７と、貫通孔１を閉止する破断区域２９とを備えるカップとして構成された挿入部品３０が間に設けられた、２つの部分３および４を備えるピストン２１の発展例を見ることができる。挿入部品３０はリング円筒状の延長部２７により、半径方向では第１の部分３と第２の部分４の間に、および軸方向では貫通孔を狭める第１および第２の部分３および４の２つの鍔部２８および３１の間に、それぞれ挟み込まれている。そのようにして挿入部品３０は、軸方向でも半径方向でも、部分３および４の間で固定的に挟み込まれている。鍔部２８は寸法決めに基づいて、および素材としてのプラスチックの使用に基づいて、ばねとして作用し、それにより鍔部２８は、挿入部品３０および第２の部分４が挿入されたときにわずかに撓むことができ、その際に自らが破損したり損傷したりすることがない。

圧力空間２０の圧力が上昇し、その結果として、挿入部品３０の異なる側で印加される圧力の事前設定された圧力差の超過が生じると、挿入部品３０は破断区域２９の領域で破断し、このとき破断は、この場合にせん断エッジとして作用する鍔部３１のエッジのところで始まる。挿入部品３０はリング円筒状の延長部により半径方向で部分３および４の間に挟み込まれているので、その際に挿入部品３０の変形は、特に破断区域２９の変形は、軸方向で制限される。挿入部品３０の破断は、鍔部３１のエッジに当接している破断区域２９の個所で始まり、次いで、その後の過程では破断個所が鍔部３１のエッジに沿って円周方向にせん断される。

このとき挿入部品３０は、高い強度を有し、端面９で質量体１９ａに支持される第２の部分４に支持されている。第２の部分４により、挿入部品３０は相応の機械的な支えを受けるので、挿入部品３０に印加される圧力差が的確に挿入部品３０の破断へとつながり、その際に、第２の部分４が事前にさほどの変形を受けることがなく、そのために破断の時点が影響を受けることがない。第２の部分４と挿入部品３０はいずれも金属の深絞り部品として製作されていてよい。いずれの場合でも第２の部分４は、成形または材料選択によって実現される、挿入部品３０よりも高い形状安定性を有しているのがよく、それは、挿入部品３０が事前設定された圧力差で破断するようにするためである。

挿入部品３０は、第１の部分３の貫通孔１の内径よりもわずかに小さい外径を有しており、それにより、挿入部品３０は遊び嵌めをもって貫通孔１に収容されており、それによって第１の部分３に半径方向力を及ぼすことがない。さらに第１の部分３には、第２の部分４がピストン２１の軸方向で凹部２６の領域において嵌合式に当接する支持面３２が形成されており、それにより、第１の部分３に対する第２の部分４の予定位置が規定されており、挿入部品３０に対する圧力が制限される。

さらに挿入部品３０には、破断区域２９の領域に約０．１ｍｍの幅をもつミクロ穴３３が設けられている。ミクロ穴３３は、圧力空間２０と、ピストン２１の後側にある空間２５との間の圧力補償を可能にするものであり、そのために破断区域２９が破断される必要はない。このような圧力補償が有意義なのは、たとえばベルトテンショナが作動しており、引き続いて、ベルト巻取り器のその後の取扱のために圧力が逃がされるべき場合である。ミクロ穴３３の配置により、図４に示すピストン２１の外套面にある溝３４を省略することができる。さらに、破断区域２９の破断をミクロ穴３３によって促進することができる。

さらにミクロ穴３３により、引き締め運動に抗して、および圧力空間２０にまだ残っている圧力に抗して、力制限運動の開始時にピストン２１の運動を可能にすることができる。いずれの場合にも、ミクロ穴３３によって圧力空間２０と空間２５との間で圧力補償が可能であり、そのために破断区域２９が破断される必要はなく、すなわち、空間２５の圧力と圧力空間２０の圧力との間の所定の圧力差を超過したかどうかに左右されない。

Claims (13)

1. 自動車における安全ベルトのためのテンショナ装置（１０）において、ガスジェネレータ（１７）と、パイプ（１６）の中で案内されるピストン（２１）とを含んでおり、該ピストンは前記パイプ（１６）の中の圧力空間（２０）を閉止し、該圧力空間は前記ガスジェネレータ（１７）により圧力で付勢可能であり、それによって前記ピストン（２１）を引き締め（テンション）運動をするように駆動可能であり、該引き締め運動は前記ピストン（２１）の前面（９）に当接する質量体（１９ａ）によって安全ベルトへ伝達可能である、そのようなテンショナ装置において、
   前記ピストン（２１）は所定の圧力を超過したときに解放可能な貫通孔（１）を有しており、前記端面（９）には凹部（２６）が設けられており、該凹部により、前記質量体（１９ａ）が前記前面（９）に当接している時、前記貫通孔（１）から前記ピストン（２１）後側にある空間（２５）に、前記引き締め運動（Ｓ）の方向の流動接続が成立することを特徴とするテンショナ装置。
2. 少なくとも２つの凹部（２６）が前記端面（９）に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のテンショナ装置。
3. それぞれの前記凹部（２６）は放射対称に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のテンショナ装置。
4. それぞれの前記凹部（２６）は同一に寸法決めされていることを特徴とする、請求項２または３に記載のテンショナ装置。
5. 前記貫通孔（１）は前記端面（９）の中央に配置されており、前記凹部（２６）は前記貫通孔（１）を起点として半径方向に前記ピストン（２１）の外側縁部まで延びていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載のテンショナ装置。
6. １つまたは複数の前記凹部（２６）の面積は合計で前記端面（９）の１５−５０％であることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載のテンショナ装置。
7. 前記ピストン（２１）は前記端面（９）の領域でその他の表面に比べて高い表面硬度を有していることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載のテンショナ装置。
8. 前記ピストン（２１）は少なくとも２部分で構成されており、前記パイプ（１６）の内壁に当接する第１の部分（３）を有するとともに、前記端面（９）が配置された第２の部分（４）を有しており、前記第２の部分（４）は前記第１の部分（３）よりも高い強度を有していることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか１項に記載のテンショナ装置。
9. 前記第２の部分（４）は金属の深絞り部品によって構成されていることを特徴とする、請求項８に記載のテンショナ装置。
10. 前記第１および前記第２の部分（３，４）の間には前記貫通孔（１）を閉止する挿入部品（３０）が設けられていることを特徴とする、請求項８または９に記載のテンショナ装置。
11. 前記挿入部品（３０）はリング円筒状の延長部（２７）により半径方向で前記第１および前記第２の部分（３，４）の間に挟み込まれていることを特徴とする、請求項１０に記載のテンショナ装置。
12. 前記第１および／または前記第２の部分（３，４）は半径方向内側に向かって突出して前記貫通孔（１）を狭める鍔部（２８，３１）を有しており、該鍔部に前記挿入部品（３０）が当接することを特徴とする、請求項１０または１１に記載のテンショナ装置。
13. 前記鍔部（３１）は前記第２の部分（４）に配置されており、前記挿入部品（３０）は前記圧力空間（２０）のほうを向いている前記第２の部分（４）の側に当接しており、事前設定された前記圧力空間（２０）の圧力を超過すると前記鍔部（３１）に沿ってせん断されることを特徴とする、請求項１２に記載のテンショナ装置。

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