JP4047042B2

JP4047042B2 - ベルトリール

Info

Publication number: JP4047042B2
Application number: JP2002078275A
Authority: JP
Inventors: オリバーグリンカ
Original assignee: Takata Europe vehicle Safety Technology GmbH
Current assignee: Takata Europe vehicle Safety Technology GmbH
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2002326557A; US6789761B2; DE10113502A1; US20020134877A1; EP1245465A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、自動車の安全ベルトのためのベルトリールに関する。より詳しくは、本発明は、安全ベルトが巻かれるスピンドルと、駆動装置のトリガーに応答して固定フレームにラッチされ、回転が阻止される部分とを有するベルトリールに関する。リールは、ラッチ動作に続いて、シートベルトに加えられる力を減少させる力制限要素を有している。
【０００２】
【従来の技術】
固定されたフレームまたは構造にスピンドルをラッチすることによって、アクシデント発生時に安全ベルトが巻き出されるのを防止するベルトリールは、以前に提案されている。
【０００３】
このようなベルトリールは、人及び安全ベルトに作用する力をそれぞれ特定の値に制限する、少なくとも１つの力制限要素を有している。また、安全ベルトによって乗員が負傷するのを回避する。安全ベルトは、力制限要素によって発生される抵抗力に打ち勝って、ベルトリールから巻き出される。エネルギーは、力制限要素によって消費される。
【０００４】
このようなベルトリールの力制限要素は、予め設定された力を超えた時に機械的に変形される１または複数の構成要素を有している。例えば、トーションバーが、そのような変形可能な構成要素として使用され、スピンドルの回転移動によるベルト巻き出し方向に捩るように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、衝突速度の増加された範囲にわたって、増加された安全性を提供するベルトリールを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のベルトリールは、油圧作動要素(hydraulically operating element)の形態をとる力制限要素(force limiting element)を有している。ベルトリールの回転がブロックされた時、安全ベルトの巻き出し長さは、一方では、保護する人の体重に比例し、他方では、油圧制御要素(hydraulically controlled element)の特性から得られる物理値に比例する。
【０００７】
このような配列の利点は、安全ベルトの巻き出し長さが、公知の力制限要素と対照的に、自動車の衝突速度に依存しないことである。
【０００８】
リアエンドシャント(rear-end shunt)の発生時には、保護する人を移動させる力は、［Ｅ＝ｍｖ^２／２］で表される。ここで、ｍは人の体重、ｖは衝突速度である。このエネルギーＥは、安全ベルトを巻き出し長さｓだけ巻き出す力Ｆを発生させる。
【０００９】
公知の回転抵抗力要素(rotation-resisting element)によって力Ｆが一定に保持されていると、［Ｅ＝Ｆｓ］から、巻き出し長さｓは、衝突速度の２乗に比例する［ｓ〜ｍｖ^２／２］。このことは、安全ベルトが、高い衝突速度において巻き出しを継続可能であることを意味している。
【００１０】
これは、公知の力制限要素と対比可能である。すなわち、公知の力制限要素は、任意の衝突速度の範囲内で適切な制御を行うようにのみ構成可能であり、その範囲以上及び／または以下の衝突速度では、力制限が理想的に働かない。
【００１１】
対照的に、油圧で制御される力制限構造を有していると、流体の流れによって移動ボデーに作用する力Ｆは、流速ｖ_ｆｌの２乗に比例し［Ｆ＝ｃＡｐｖ_ｆｌ ^２／２］、これによって、流体の移動に必要なエネルギーも、流速の２乗に比例する。
ここで、ｃは流体を介して流れる移動ボデーのドラッグ係数（抵抗係数）(drag coefficient)、Ａは移動ボデーの断面積、ｐは流体の比重、である。[Ｅ＝Ｆｓ］であるため、［ｓｃＡｐｖ_ｆｌ ^２／２＝ｍｖ^２／２］から、［ｖ_ｆｌ〜ｖ］という仮定の下では、［ｓ〜ｍ／ｃＡｐ］が成立する。このように、安全ベルトの巻き出し長さｓは、油圧による力制限器では衝突速度ｖの関数ではない。
【００１２】
したがって、予め定められた安全ベルトの巻き出し長さは、保護する人の体重によってのみ影響を受ける油圧パラメータを調整することによって設定することができる。あらゆる想像可能な衝突速度において、定められた最適の方法で実行されるベルト巻き出し処理は、常に、十分な力制限、したがって増加した安全性を保証する。
【００１３】
水力で動作する力制限要素では、力Ｆが流速ｖ_ｆｌの２乗に依存するため（Ｆ＝ｃＡｐｖ_ｆｌ ^２／２）、［ｖ_ｆｌ〜ｖ］により、安全ベルトまたは保護する人に作用する力も、衝突遅れの開始後、対応する速度に比例する。したがって、力曲線は、公知の力制限システムを用いた場合のように、一定または増加することはなく、公知の油圧システムにおけるように、その曲線内で下降（速度のように）し、また容易に調整可能である。
【００１４】
本発明の利点は、従属請求項、詳細な説明及び図面に記載されている。
【００１５】
例えば、本発明の好ましい実施の形態では、油圧流体(hydraulic fluid)は、スピンドルに作用する力が予め定められた値を超えることによって移動可能である。この設計により、油圧流体が、力制限のための機械的に変形可能な構成要素の変わりに使用可能であり、それによって、ベルトリールの機械的構造が単純化され、十分な軽量化が可能となる、
【００１６】
このことは、流体保持部内または流体保持部外のいずれかで、移動要素によって移動可能であるという油圧流体の利点を証明している。油圧流体は、囲まれた保持部内に配設可能であり、保持部内で、移動要素によって循環され、または保持部の１つの領域から他の領域に移動される。あるいは、開口部を介して保持部から排出可能である。これらの方法は、油圧流体を適切に選択することで、与えられたエネルギー量が、油圧流体の移動を介してその働きに変換可能な十分な働きを必要とする。
【００１７】
実施の形態では、流体保持部が２つの領域に分割され、油圧流体が１つの領域から他の領域に移動可能とするのが特に好ましい。このような構成では、油圧流体が流体保持部から出て行かないため、移動した油圧流体のための付加的な保持部を設ける必要がない。ベルトリールをよりコンパクトな構造設計とすることにより、スペース及び重量を節約することかできる。
【００１８】
流体保持部は、移動要素によって２つの領域に有利に分割される。移動要素は、移動効果及び空間分割効果において互いに異なる２つの特性を有している。１つの要素によって２つの機能を実行することにより、軽量化及び設計の簡略化が可能となる。
【００１９】
本発明の他の実施の形態では、油圧流体の移動は、リストリクター要素（制限要素）(restrictor element)を介して行われる。油圧流体の移動に必要な力は、リストリクター要素によって増大可能である。更に、リストリクター要素の実際の設計によって、油圧流体を移動させるために必要な力を精密に設定することができる。これにより、油圧流体の物理的特性に加えて、力制限の最適化のための付加的なパラメータが提供される。
【００２０】
移動要素が、リストリクター要素によって同時に達成されれば、特に有利である。この場合には、２つの作業が実行される。移動要素が流体保持部を、前述した２つの領域に分割する場合には、３つの機能、すなわち、リストリクター、空間分割器及び移動体が提供される。これにより、ベルトリールのコンパクトで簡単な設計が達成される。
【００２１】
本発明の更に他の実施の形態では、力制限要素は、駆動後に、要素を、駆動前の状態とほぼ同じ状態に戻す手段を有している。これによって、力制限要素は、十分に可逆であり、例えば、２重衝突の発生時には、複数回駆動される。
【００２２】
電気粘性流体特性を有する油圧流体に対しても可能である。力制限要素の粘性、したがってエネルギー吸収は、電気信号手段によってこのような液体（流動体）内にセット可能である。保護する人の体重に対する力制限器の個々の調整は、例えば、シート占有検出手段によって実行可能である。
【００２３】
前記一般的な記載及び以下の詳細な説明は、例示及び単なる説明であり、クレームされている発明を限定するものではない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に示されているように、自動車の安全ベルトのためのベルトリールが提供される。リールは、安全ベルト（図示していない）が巻かれるスピンドル１０を含んでいる。スピンドル１０は、端部１２、１４を有しているスピンドルシャフト１６を有している。端部１２、１４は、自動車のシャーシの部分に固定して接続され及び／または自動車のシャーシの部分を形成するフレームＦ（想像線で示されている）によって回転可能に支持されている。
【００２５】
スピンドル１０は、安全ベルトをスピンドルに巻く時に安全ベルトを案内するために、第１端面１８にディスク状のプレート２０を有している。
【００２６】
スピンドル１０には、油圧流体２１で満たされている空間または穴２２が形成されている。穴２２は、内周面３２を有している。穴２２は、スピンドル１０の第２端面２４の箇所で開口している。穴２２の断面は、ほぼその全長に沿って非円形であり、スプライン状に形成(spline)可能であり、あるいは、六角形等の多角形の外形を有している。穴２２の開口端の口部分のみが円形であるのが好ましい。
【００２７】
穴２２は、キャップメンバ２６によって閉じられている。キャップメンバ２６は、フランジ２８と、穴２２の口部に配置される閉部分３０を有している。閉部分３０の断面は、開口端において円形である穴の断面にマッチしている。スピンドル１０とキャップ２６の間の相対回転が可能である。閉部分３０は、密封シールを提供するとともに油圧流体２１の漏れを防止するために、Ｏリング等のシールリング３４が設けられている。
【００２８】
フランジ２８は、アクシデント発生時における加速センサの応答により、フレームに対してラッチされるように構成されている。ラッチＬは、この目的のために設けられている。フランジ２８は、安全ベルトの適切な巻き取りを保証するために、ディスクプレート２０と協同する。
【００２９】
ねじ切りされたシャフト４０が、穴２２内に同軸状に設けられている。このシャフトの第１端部３８は、キャップメンバ２６（キャップメンバ２６の面３６）に固定され、他の端部４４は、穴２２の塞がった端部のすぐ近くまで延びている。
【００３０】
ナット４２は、ねじ切りされたシャフト４０にねじ係合されている。ナット４２は、ナット４２の回転が穴内で阻止されるように、穴の断面にマッチしまたは穴の外形と協同する外形を有している。ベルトリールの通常動作では、ナット４２は、ねじ切りされたシャフト４０の端部領域４４の近くに位置している。
【００３１】
ナット４２は、フランジ２８がラッチまたはブロックされた時に、シャフト４０の回りにスピンドル１０が回転することによって、ねじ切りされたシャフト４０に沿って、ねじ切りされたシャフト４０の第１端部３８の方向に回転移動(screw)可能である。
【００３２】
ナット４２は、穴２２を２つの領域または可変容量室４６、４８に分割する。ナット４２は、更に、少なくとも１つのホールまたは開口部を備えている。少なくとも１つのホールまたは開口部は、ナット４２がシャフト４０に沿って軸方向に移動させられた時、油圧流体２１が領域４６から領域４８に流れることができるオリフィス通路Ｏ／Ｐを形成する。開口部は、油圧流体２１の粘性に対してディメンジョン及び数においてマッチしており、それを介した油圧流体２１の移送を制限するリストリクターとして働く。
【００３３】
このリストリクターは、ナット４２の軸方向の移動に対して高い抵抗力を与え、したがって、スピンドル１０の回転移動や安全ベルトの巻き出しに対して抵抗力を与える。この抵抗力は、フランジ２６がラッチされて回転を阻止されている時に、安全ベルトがスピンドル１０を巻きもどす力に打ち勝つものでなければならない。
【００３４】
安全ベルトに作用し、この抵抗力に打ち勝つのに十分な大きさの力のみが、安全ベルトを巻き出すことができる。オリフィス通路を介して油圧流体を送る際の働きによって、余分なエネルギーが消費され、シートベルトによって拘束されている乗員に対する衝突効果が弱められる。
【００３５】
粘性流体が、油圧流体２１として使用される。油圧流体２１の粘性及び比重は、ナット４２内のオリフィス通路のディメンジョンに関連して選択される。粘性（粘度）が電気信号手段によって調整可能な電気粘性流体（すなわち、電磁界に応答して粘性（粘度）が変化（例えば、増加）するエレクトロレオペクティック流体(electrorhepectic fluid)を使用可能である。
【００３６】
図1に示されているベルトリールの機能は、十分な強度のアクシデントが発生した時に、加速度センサＡ／Ｓが信号を出力し、それによって駆動装置Ａ／Ｄがフランジ２８をフレームにラッチする。しかしながら、安全ベルトに作用する力が予め設定された値を超えない限り、例えば、衝突速度またはシートベルトによって保護されている人の体重が十分に大きくないため、スピンドル１０は、シアピン(shear pin)Ｓ／Ｐまたは回転抑制スプリング（図示していない）によってフランジ２８、したがってフレームＦに固定されている。この状態では、スピンドル１０とねじ切りされたシャフト４０との間の相対回転は発生せず、ナット４２は移動しない。
【００３７】
より体重の重い人またはより高い衝突速度で発生する場合のように、より大きな力が発生した場合にのみ、安全ベルトに作用する力が、シアピンＳ／Ｐまたは回転抑制スプリングによって発生される応答閾値に打ち勝つ。この閾値を超えると、スピンドル１０は、ラッチされているフランジ２８に対して回転する。こにより、ナット４２は、回転するとともに、キャップメンバ２６の方向に回転移動（スクリュー）する。油圧流体２１は、ナット４２によって移動し、オリフィス通路または通路Ｏ／Ｐを介して領域４６から領域４８に送られる。
【００３８】
スピンドル１０の回転中、安全ベルトは、力Ｆによって長さｓだけ巻き出される。力Ｆは、断面積Ａのボデー（ナット４２）、速度ｖ_ｆ１で密度ｐを有する流体（油圧流体２１）の乱流によって発生されるドラッグ係数に対応する。
【００３９】
ナット４２が流体の流れに対して距離ｓ_ｆｌだけ移動するには、エネルギー［Ｅ＝ｃＡｐｖ_ｆ１ ^２ｓ_ｆ１／２］が必要である。このエネルギーがエネルギー［Ｅ＝ｍｖ^２／２］と等しい場合には、体重ｍを有する保護する人は、衝突速度ｖを有するリアエンドシャント時に、安全ベルトに対して移動する。これにより、［ｖ_ｆ１〜ｖ］という仮定では、［ｓ〜ｍ／ｃＡｐ］である。
【００４０】
安全ベルトが巻き出される長さｓがｓ_ｆ１に比例するという仮定が与えられると、巻き出し長さｓは、単に保護する人の体重及び水力力制限器の固有の特性の関数である。巻き出し長さの衝突速度に対する依存性は、油圧で作動する力制限要素を用いる場合には発生せず、保護する人に対する安全性を増大させる。
【００４１】
使用されるエネルギー［Ｅ＝ｃＡｐｖ_ｆ１ ^２ｓ_ｆｌ／２］から、［Ｆ＝Ｅ／ｓ＝ｃＡｐｖ_ｆ１ ^２／２］が成り立つ。このことは、［ｖ_ｆ１〜ｖ］という仮定のもとでは、安全ベルトによって保護される人に作用する力Ｆは、衝突速度ｖ、したがってベルト巻き出し速度（図２）の２乗に比例することを意味する。したがって、力Ｆは、速度のように、更に容易に設定される下降特性に従う。
【００４２】
図３には、ナット４２とキャップメンバ２６との間にリターンスプリングＲ／Ｓが設けられた本発明の他の実施の形態が示されている。リターンスプリングＲ／Ｓは、力制限作用が発生した後に、ナットが原位置に戻るように設けられている。
【００４３】
図４には、スピンドルの近傍に電極が設けられている本発明の他の実施の形態が示されている。電極は、穴２２内のエレクトロレオペクティック流体の粘性を増大させる電磁界を形成するように設けられている。ナット４２の軸方向移動及びスピンドル１０の回転移動に対する抵抗力は、電気信号の供給に応じて制御可能である。
【００４４】
図５には、油圧流体の流れを一方向にのみ制限するために使用される一方向フロー制御構成(one-way flow control arrangement)の１例が示されている。この例では、バルブは、オリフィス通路Ｏ／Ｐを定義する穴を有する、簡単なリードバルブＲ／Ｖとして示されている。なお、油圧流体は、バルブを閉じる方向に付勢される必要がある。図５では、バルブは、油圧流体が、ナット４２を通して形成されている比較的大きな直径の穴を介して自由に通過できるように開口している。
【００４５】
勿論、図３〜５に示されている構成は、所望の作動特性を達成するための本発明の実施の形態に関連して使用される構成形態を単に示したものである。
【００４６】
２００１年３月２０日に出願されたＤＥ１０１１３５０２．５は、本発明に関連している。
【００４７】
本発明は、限られた数の実施の形態を参照して説明されているが、請求の範囲によってのみ制限される本発明の概念を逸脱することなく種々の修正及び変更が可能である。例えば、ポジティブ移動タイプ(positive displacement type)のギヤポンプをスピンドルに組み込むこと、また、スピンドルの回転に対して所望の抵抗力を提供する方法でポンプの出力を絞ることは、本発明の概念の範囲内である。また、本発明で使用する流体は、油圧流体に限定されない。また、流体は、液体に限定されない。さらに、抵抗力を調整する方法は種々の方法が可能である。例えば、流体の特性（例えば、粘性）を選択する方法、通路（例えば、オリフィス通路）の形状や数等を変更する方法、移動要素によって分割される室の構造や数、分割される室の容積比を選択する方法等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のベルトリールの一実施の形態の断面図である。
【図２】図１に示すベルトリールがベルト引き出し通路として達成可能な力曲線図である。
【図３】抵抗力発生要素を、抵抗力発生動作後に原位置に戻すためのリターンスプリングを有する本発明の他の実施の形態の断面図である。
【図４】作動流体として使用されるエレクトロレオペクティック流体等の粘性を制御するために使用可能な電極構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態と結合可能な一方向フロー制御バルブの例の断面図である。
【符号の説明】
１０スピンドル
２０プレート
２１油圧流体
２２穴
４０ねじ切りシャフト
４２ナット
４６第１室
４８第２室
Ａ／Ｓ加速センサ
Ａ／Ｄ駆動装置
Ｆフレーム
Ｌラッチ
Ｏ／Ｐオリフィス通路
Ｒ／Ｓリターンスプリング
Ｒ／Ｖリードバルブ

Claims

自動車の安全ベルトのためのベルトリールであって、
安全ベルトを巻き出すためのスピンドルであって、駆動装置のトリガーによって固定フレームにラッチされる部分を有するものと、スピンドルとフレームとの間に作用的に配置され、油圧により制御される力制限要素と、を備え、
前記スピンドルは、油圧流体を保持する穴を当該スピンドル内に有し、この穴は、駆動装置のトリガーによって前記固定フレームに選択的にラッチ可能なフランジメンバによって閉じられており、このフランジメンバが当該スピンドルに相対的に回転可能であり、
前記フランジメンバは、前記穴を通して延びている、ねじ切りされたシャフトを有し、
ねじ切りされた前記シャフトにねじ係合されているとともに、前記スピンドルと共に同時に回転可能とするために前記スピンドルに接続されているナットを有し、このナットが前記穴を第１室と第２室に分割し、
前記力制限要素は、設定値を超える力が前記スピンドルに加えられた時に、油圧流体が前記第１室から前記第２室へと移動する構成のベルトリール。
請求項１に記載のベルトリールであって、更に、駆動前にナットをその原位置に戻すために、ナットとフランジメンバとの間に設けられたスプリングを有しているベルトリール。
請求項１または２に記載のベルトリールであって、ナットとスピンドルとの間の接続は、穴とナットのスプライン状の外形により構成されているベルトリール。
請求項１〜３のいずれかに記載のベルトリールであって、ナット内に少なくとも１つの開口部を有し、油圧流体が開口部を介して前記第１室から前記第２室に移動可能であるベルトリール。
請求項１〜３のいずれかに記載のベルトリールであって、前記ナットは、油圧流体が前記第２室から前記第１室へ戻る時に低抵抗力の流れを許容するバルブを有しているベルトリール。
請求項１〜５のいずれかに記載のベルトリールであって、更に、前記力制限要素を駆動前の状態とほぼ同じ状態に戻すためのリターン機構を有し、それによって、前記力制限要素が、複数回駆動可能であるベルトリール。
請求項６に記載のベルトリールであって、前記リターン機構は、前記スピンドルと前記フレームとの間に設けられたスプリングを有しているベルトリール。
請求項１〜７のいずれかに記載のベルトリールであって、流体は、電気的に制御される粘性を有する電気粘性流体であるベルトリール。