JP3749183B2

JP3749183B2 - プリテンショナドライブ装置

Info

Publication number: JP3749183B2
Application number: JP2001588055A
Authority: JP
Inventors: ブルースエー．スティーブンス，
Original assignee: オートモーティブシステムズラボラトリーインコーポレーテッド
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: EP1286869A4; WO2001092069A1; EP1286869A1; JP2003534971A

Description

【０００１】
関連特許の相互参照
本願は、２０００年６月２日付申請の米国予備出願第60/209,060号の優先権を主張するものである。本願はまた、２００１年２月５日に出願の米国特許出願第09/777,388の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
本発明はシートベルト用プリテンショナに関し、より詳細には、複数の簡略化したモーション倍率器を組み込むことにより、アクチュエータのストローク要件を緩和するシートベルト用プリテンショナに関する。
【０００３】
シートベルト用プリテンショナは、乗員の前方への移動を最小化するために、衝突発生時にシートベルトの緩みを除去する。火薬式ガス発生装置を使用して、衝突時にシートベルトの緩みを巻き上げるか、または引き込む機構を起動させることは知られているが、このような公知の火薬式ガス発生装置は、一般にシートベルトリトラクタ内に配置されている。したがって、起動後はリトラクタの劣化が防止できないために、プリテンショナとリトラクタの全体を取り替えなくてはならず、車両オーナにとっては大きなコスト負担となる。また高温ガスは内部金属表面を摩減（abrade）すると共に、灰や燃滓を発生させてリトラクタ機構を動かなくさせる。
【０００４】
公知のプリテンショナのもう一つの問題は、プリテンショナが、例えば車両エアバッグを起動させるのに十分な「G」力が発生する、重大事故時にのみ起動するように設計されていることである。安全システムの設計者は、起動後に、シートベルト用リトラクタとプリテンショナの全アセンブリを取り替える費用が高いために、そのような比較的高い閾値を選んでいる。この結果、シートベルト用プリテンショナは、軽度の衝突においては乗員を保護しない。
【０００５】
公知のプリテンショナに関連する問題の１つに、重大事故においてのみプリテンショナが起動されるとき、衝突場面において比較的遅い段階で、起動が起こることである。したがって、プリテンショナはシートベルトの緩みを迅速に除去しなくてはならず、時には乗員に傷害を与えることがある。
【０００６】
本願に参照として組み入れる、米国特許第5,967,440号には、安全ベルトシステム用のプリテンショナおよび従来型リトラクタが記載されている。シートベルト用リトラクタと比較すると、プリテンショナは比較的複雑かつ大型であり、シートベルトアセンブリの重量および空間要件を増大させる。
本願に参照として組み入れる、米国特許第5,899,399号には、最新技術のプリテンショナが記載されている。このプリテンショナは、比較的複雑であり、このために製造プロセスが複雑化する。
本願に参照として組み入れる、米国特許第5,944,350号には、最新技術のプリテンショナが記載されている。このプリテンショナも、比較的大型であり、このためにシートベルトアセンブリの重量および空間要件を増大させている。
【０００７】
本願に参照として組み入れる、ドイツ特許第DE10010379A1では、ウェビングリールのハブの回りに巻いたスチールコードを駆動するマルチピース（複数シリンダ）アクチェータ用の弓形パスを有し、これによって連結されたシートベルトに予張力をかける、プリテンショナが記載されている。このプリテンショナは、マルチピースアクチュエータとすること、またアクチュエータが横切るのに弓形チャネルとしなくてはならないことを考えると、その製造がより複雑となる。弓形チャネルを使用すると、チャネル幅の均一性と有効なシーリングが困難となる。第２には、通常の車両運転中のガタガタ音を防止するために騒音低減手段を使用するために、製造コストが増大する。さらに、スチールコードとマルチピースアクチュエータの共用は、摩擦損失を生み、アクチュエータの最前端シリンダからスチールコードに作用する荷重が減少する。その結果、マルチピースアクチュエータを駆動することおよび、シートベルトに予張力（プリテンション）を加えることに、より大きな力を必要とする。記載されている１つの解決策では、弓形チャネルに沿って回転要素が円滑に移動しやすくするために、中間要素「４３」が使用される。結果的に、中間要素「４３」を使用しなければ、顧客の要求に応じたシートベルトの予張力に必要と思われる比較的大きな燃焼圧力（より多量の推進薬によって生じる）に耐えるのに、おそらくより頑強なハウジングを必要とする。
【０００８】
その他のプリテンショナの設計においては、連結されたシートベルトリトラクタ軸をクラッチするために、比較的複雑なクラッチアセンブリが使用される。公知のプリテンショナ駆動システムの多くも、比較的複雑である。参照として本願に組み入れる、米国特許第6,042,041号、5,842,344号、5,794,876号、5,699,976号では、公知のプリテンショナの複雑さが説明されている。したがって、製造要件が簡略化されることを考えると、公知の設計の簡略化が望ましい。
【０００９】
発明の概要
本発明の好適に構成された実施態様によれば、上記の問題は、本質的に密封されたハウジング内でモーション倍率器を使用し、これによってリトラクタが燃焼ガスや燃滓に曝されるのを防止することにより、解決される。より具体的には、本発明では、ギア付きハブ（第２ギア、ハブ、ギア、ハブギア）と摺動可能に係合するギア付きプーリー（駆動ギア、一体型駆動ギア、プーリー、ギア）を使用することによって、クラッチを必要とすることなくシートベルトに予張力を加える。本発明はまた、プリテンショナ内に収納されたガス発生混合物（火薬成分、火薬、ガス生成火薬、火薬材料、火薬式ガス発生剤）が燃焼したときに形成されるガスや固形物に、乗員が曝されるのを防止する。
【００１０】
本発明の好ましい実施例においては、プリテンショナは、ハウジングと、ギア付きハブと連動するスライド可能なギア付きプーリーと、ギア付きハブ内に同軸で長手方向に配置されたリトラクタシャフトと、プリテンショナの起動時にギア付きプーリーと連動するストラップと、プリテンショナの起動時にストラップと連結するアクチュエータ（ピストン）と、アクチュエータを推進するガス発生混合物と、例えば加速度計からの信号を受けてガス発生混合物に点火するイニシエータとを含む。ガス生成混合物の点火時に、アクチュエータは略直線の経路で前方に駆動され、これによって、ストラップを引き締め、ギア付きプーリーを回転させ、同時にギア付きプーリーをスライドさせてギア付きハブと係合するように付勢する。こうしてウェビングリールシャフトの第１の端部に固定されたギア付きハブの回転により、リトラクタシャフトの第２の端部回りに固定されたウェビングリールに巻回されたシートベルトに、予張力が加えられる。
【００１１】
使用後には、プリテンショナまたはその中の部品だけを交換すればよく、リトラクタまたはシートベルトリトラクタ機構の他の構成部品も取り替える費用が不要になる。一般に、リトラクタは再使用のために保存される。
プリテンショナの起動によってかかる費用が大幅に低減されるために、軽度の事故においても、シートベルトの予張力により乗員を保護することができる。さらに、軽度の衝突において起動するプリテンショナはまた、重大な衝突場面において早い段階で起動する。プリテンショナが早期に起動することによって、プリテンショナの起動時の衝撃を低減でき、これによってシートベルトプリテンショナ自体による引き起こされる障害の可能性が低下する。
【００１２】
好ましい態様の説明
図を参照すると、本発明の好ましい実施態様によるプリテンショナ１０は、従来型シートベルトリトラクタ１４のシートベルト１２に予張力を加えるように構成されたガス発生器１６を備える。本発明のプリテンショナを応用できる、典型的なシートベルトリトラクタは、参照として本願に組み入れる、米国特許第5,743,480号、5,553,803号、5,667,161号、5,451,008号、4,558,832号および4,597,546号に教示されている。しかし、多くの公知のリトラクタではプリテンショナ起動時にクラッチ機構を利用しているが、本発明ではシートベルトに予張力を加えるためのクラッチアセンブリが不要になることが強調されるべきである。したがって本発明のプリテンショナの製造は簡略化される。
【００１３】
ハウジング１８は、ガス発生器１６を収容する。ガス発生器１６は、燃焼時にアクチュエータ２０に流体的に作動する。アクチュエータ２０は、鋼、真鍮、アルミニウム、プラスチック、その他の十分に剛性のある材料で製作される。ガス発生器１６には、燃焼させてプリテンショナ１０を起動させるのに使用するガス発生混合物２２が収容されている。ガス発生混合物２２は、現在プリテンショナに使用されている公知または最新技術の、任意の推進剤でもよく、あるいはその代わりに例えばエアバッグに使用できる公知のガス発生剤でもよい。説明のためには、参照として組み入れる米国特許第5,035,757号を参照されたい。別法として、図５に示すように、ガス発生混合物２２をアクチュエータ２０内に収容することによって、独立したガス発生器１６を省略してもよい。
【００１４】
イニシエータ（起爆装置）２６上の電気接点２４は、車両衝突時にプリテンショナ１０の起動信号を出す、衝突センサ（図示せず）と接続する。イニシエータ２６は、例えば加速度計から信号を受けると、ガス発生混合物２２に点火する。イニシエータ容器２８は、ねじ式またはその他の方法でハウジング１８内に受け入れられると共に、イニシエータ２６を収容している。換言すると、衝突発生時にプリテンショナ１０を起動させ、アクチュエータ２０を駆動する手段には、アクチュエータ２０内に収納された（または独立のガス発生器１６で供給される）ガス発生混合物２２、電気接点２４およびイニシエータ２６が含まれる。
【００１５】
ガス発生混合物２２の燃焼で生成されたガスは、次いでアクチュエータ２０をストラップ３０の平坦部分３１に押し込む。ストラップ３０は第１端部３２で、摺動式ギア付きプーリー３４の回りに、巻回かつ固定されている。ストラップ３０の第２の端部３６は、アクチュエータ２０に隣接または近傍位置で、ハウジング１８の外部に固定されている。ギア付きプーリー３４は、アクチュエータ２０の起動時に、スライドしてギア付きハブ３８と係合する。車両の通常運転時で、かつプリテンショナの起動以前には、ギア付きプーリー３４とギア付きハブ３８とは、並置されるが、係合はしていない。しかし、プリテンショナ１０を起動させると、ストラップ３０が及ぼす力によってせん断ピン５０を折り、ギア付きプーリー３４がスライドしてギア付きハブ３８と係合する。リトラクタ１４のウェビングリールシャフト４０は、軸に沿って長手方向に配置され、シャフト４０の第１の端部４２の回りにギア付きハブ３８が圧入、または別の方法で固定されている。リトラクタ軸４０の第２の端部４４は、ハウジング１８を貫通して、リトラクタ１４内へとの延びている。ウェビングスプールまたはリール４６は、第２の端部４４の回りに回転して、シートベルト１２を巻取り、および巻出しをする。
【００１６】
図からわかるように、せん断ピン５０は、ギア付きプーリー３４の内壁５２および外壁５４を貫通して延びている。言い換えると、せん断ピン５０は、ギア付きプーリー３４を貫通して長手方向に延びて、ギア付きプーリー３４を、ハウジング１２とカバー５６とに固定し、これによってギア付きプーリー３４がプリテンショナ起動以前に直線および回転運動を起こすことを防止している。ギア付きプーリー３４の軸シリンダまたはシリンダ（円柱）部分５８には、それに固定されたストラップ３０が巻きつけ、すなわち円周方向に配置されている。プリテンショナが起動し、アクチュエータ２０が起動すると、ストラップ３０がギア付きプーリー３４のシリンダ５８回りにトルクを発生させる。アクチュエータ２０の移動に応じてトルクが増大すると、せん断ピン５０は、中央部６２と比較して小さな径を持つ部分６０で、せん断されることによって、ギア付きプーリー３４が直線運動し、ギア付きハブ３８と係合する。
【００１７】
また図３に示すように、ギア付きプーリー３４は、ハウジング１８内に形成された第１ガイドスロット６６に接続された、第１スタブシャフト６４をさらに有する。ギア付きプーリー３４はまた、第１スタブシャフト６４と同軸方向の第２スタブシャフト６８を有し、シャフト６８はカバー５６内に形成された第２ガイドスロット７０に接続している。ストラップ３０によって生成されたねじりに応じて、各スタブシャフトが受入れスロットを端から端まで直線移動することによって、ギア付きプーリー３４が直線移動する。ギア付きプーリー３４を案内することに加えて、スタブとそれぞれのスロットは、ギア付きプーリー３４とギア付きハブ３８間の中心間距離を確定すると共に、摩擦損失を最小化する支持表面を提供する。
【００１８】
本発明の別の態様においては、第１の長方形チャネル７２が、第１の端部７４と第２の端部７６を有して、ハウジング１８の長手方向に実質的に同じ長さに形成されている。アクチュエータ２０は、推進剤２２の点火と、プリテンショナ１０の起動以前は、第１の端部７４内に収容されている。スプリング８０を用いて、アクチュエータ２０の前端を、通路７２を横断するストラップ３０の平坦部分３１に対して付勢してもよい。これによって振動による騒音を抑止できる。ストラップ３０の第１端部３２は、平坦部分３１から延びており、ギア付きプーリー３４の円柱部分５８の回りに巻かれている。ストラップ３０の第２端部３６は、アクチュエータ２０に隣接するハウジング１８の外部に固定されている。このように構成すると、ストラップ３０は、遊星ギアなどのギア式モーション倍率器を使用したときに匹敵する、モーション倍率効果を提供しながらも、コストははるかに少なくてすむ。要約すると、アクチュエータ２０の直線運動は、ギア付きプーリー３４の直線および回転運動、ギア付きハブの回転運動、およびギア付きハブ３８と同軸関係のスプールの回転運動に変わる。このようにしてシートベルト１２が引き締められる。
【００１９】
本発明には、要するに３つの独立した、しかも簡単なモーション倍率特性が組み込まれる。それは１）アクチュエータ２０／ストラップ３０構成、２）２つの直径を有するスライド式一体型駆動ギア（小径の円柱５８の入力直径、対、大径の内壁５２および外壁５４の出力直径、ここで入力直径すなわち円柱５８は、それに巻きつけたストラップ３０を有し、プリテンショナ１０の起動時には、出力直径すなわちギア付き壁５２および５４が、ギア付きハブ３８と噛合する）、および３）大径のギア付きプーリー３４の直径（ギア付き壁５２および５４の、出力直径）、対、小径のギア付きハブ３８の直径、である。さらに、本発明はクラッチ機構を組み込んだ公知のモーション倍率器の設計と製造を簡略化する。本発明によると、クラッチはまったく必要ではない。最後に、本質的に密封されたハウジング１８は、比較的大量のガス、騒音および火焔の発生を防止する。
【００２０】
プリテンショナ起動に基づくリトラクタの応答の説明には、本願に参照として組み入れるブラウン（Brown）らの米国特許第5,899,399号を参照されたい。「プリテンショニング」とは、一般にシートベルトの緩みを除去する意味と定義される。本発明によると、ガス発生混合物により生成されたガスが、アクチュエータ２０をストラップ３０に推し込むことによって、ギア付きハブ３８を回転前進させて、シートベルト１２の緩みを引き締める。
【００２１】
ハウジング１８、アクチュエータ２０、ギア付きプーリー３４、ギア付きハブ３８およびイニシエータ容器２８は、好ましくは、プラスチック、複合材料、および／または鋼、合金鋼、亜鉛またはアルミニウムなどの１種または２種以上の金属から、射出成型、ダイキャストおよび／または削り出しする。ガス発生器１６、ガス発生混合物２２、イニシエータ２６およびストラップ３０はすべて、当業者には公知の方法によって、製造または入手する。例えばストラップ３０は、鋼またはアルミニウム板材、鋼またはアルミニウム線材、あるいは繊維（布またはゴム）ストリップなどから形成することができる。例えば、日本のTakata Incなどの会社がガス発生器１６を供給することができる。イニシエータ２６は、前記相手先ブランド供給業者（OEM）またはスペシャルデバイスインコーポレーテッド（Special Devices Incorporated）のような企業が供給することができる。上記出典は、参照として組み入れており、例として引用した。
【００２２】
得られる利点には、簡略化された製造と、リトラクタの保存も含まれる。例えば、ブラウン（Brown）らの米国特許第5,899,399号を参照されたい。また、本願に参照として組み入れる、ベール（Behr）の米国特許第5,397,075号を参照すれば、そのリトラクタ軸を起動させるのに用いられる複雑なギア駆動機構が、本発明によって置換できることがわかる。最後に、引用した文献に記載されているガス換気ポートは不要であり（望ましい場合には設けてもよい）、製造はさらに簡略化される。
【００２３】
上記は本発明の使用について示し、説明したが、本願で開示した特定の好ましい実施例に、本発明を制限しようとするものではない。したがって、上記の教示、および関連技術のスキルおよび／または知識に見合う変形形態や修正形態は、本願で説明し、添付の特許請求の範囲に述べた本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による交換可能なシートベルトプリテンショナの、起動前における、概略立面図である。
【図２】本発明による交換可能なシートベルトプリテンショナの、起動後における、概略立面図である。
【図３】図１の実施例の３−３切断線に沿った、断面図である。
【図４】本発明のプリテンショナと、従来技術のシートベルトリトラクタとの機械的協働を説明する、図２の実施例の４−４切断線に沿った、断面図である。
【図５】アクチュエータ内へのガス発生混合物を配置した実施例を示す図である。

Claims

シートベルトリトラクタのウェビングリールのウェビングリールシャフトと協働し、起動時にウェビングリールに巻回されたシートベルト用ウェビングに予張力を加える、プリテンショナであって、
長手方向に延びる長方形の第１通路を内部に収容し、この通路が第１の通路端部と第２の通路端部を有する、ハウジングと、
前記ウェビングリールシャフトに固定されて、回転連動するギア付きハブであって、前記ウェビングリールシャフトが、ウェビングリールからハウジング中に、軸方向に前記ギア付きハブを貫通して延びる、前記ギア付きハブと、
前記ギア付きハブの軸とは異なる軸上に配置されるギア付きプーリーであって、プリテンショナ起動時には、前記ギア付きハブと摺動可能に係合可能であり、プリテンショナ起動前には係合解除されている前記ギア付きプーリーと、
第１の端部、中間部分および第２の端部を有するストラップであって、第１の端部は前記ハウジングに固定され、中間部分は前記第１の端部から前記第１通路を横断して延びており、第２の端部は前記中間部分から延びて、前記ギア付きプーリーに固定かつ巻回されている、前記ストラップと、
プリテンショナ起動時に、前記ストラップに張力を加えるために、前記第１の通路端部内に配置された、アクチュエータと、
点火可能であって、プリテンショナを起動し、アクチュエータを前記第１通路中に放出するのに十分な力を発生する、ガス発生混合物と、
前記ハウジング内に収容され、前記ガス発生混合物を点火させるために、前記ガス発生混合物と点火可能に接続する、イニシエータとを備え、
前記ガス発生混合物の点火、およびアクチュエータの移動によって、ストラップに張力が加えられ、その結果ギア付きプーリー、ギア付きハブ、ウェビングリールシャフト、ウェビングリールが回転前進して、ウェビングリールが巻かれ、ウェビングリール上のシートベルト用ウェビングに張力を加える、前記プリテンショナ。
前記アクチュエータが、点火時にアクチュエータを推進する、ガス発生混合物を収納する、請求項１に記載のプリテンショナ。
ガス発生混合物を収容するためのガス発生器をさらに備え、プリテンショナ起動時に、前記ガス発生器が、前記アクチュエータに流体的に作動する、請求項１に記載のプリテンショナ。
シートベルトリトラクタのウェビングリールのウェビングリールシャフトと協働し、起動時にウェビングリールに巻回されたシートベルト用ウェビングに予張力を加える、プリテンショナであって、
長手方向に延びる長方形の第１通路を内部に具備し、この通路が第１の通路端部と第２の通路端部を有する、ハウジングと、
前記ウェビングリールシャフトに固定され、かつ回転連動するギア付きハブであって、前記ウェビングリールシャフトがウェビングリールからハウジング中に、軸方向に前記ギア付きハブを貫通して延びる、前記ギア付きハブと、
前記ギア付きハブの軸とは異なる軸上に配置されるギア付きプーリーであって、プリテンショナ起動時には、前記ギア付きハブと摺動可能に係合可能であり、プリテンショナ起動前には係合解除されている、前記ギア付きプーリーと、
第１の端部、中間部分および第２の端部を有するストラップであって、第１の端部は前記ハウジングに固定され、中間部分は前記第１の端部から前記第１通路を横断して延びており、第２の端部は前記中間部分から延びて、前記ギア付きプーリーに固定かつ巻回されている、前記ストラップと、
プリテンショナ起動時に、前記ストラップに張力を加えるために、前記第１の通路端部内に配置された、アクチュエータと、
プリテンショナを起動させて、アクチュエータを第１通路中に放出する手段とを備え、
プリテンショナの起動時に、ストラップがアクチュエータの直線運動を、前記ギア付きプーリー、前記ギア付きハブ、および前記ギア付きハブと同軸に連動するウェビングリールの回転運動に変換することによって、シートベルト用ウェビングに予張力を加える、前記プリテンショナ。
請求項１〜４のいずれかに記載のプリテンショナを備えたシートベルトアセンブリ。