JP4198076B2 - ニーボルスタ構造 - Google Patents

Description

この発明は、ニーボルスタ構造に関するものである。

自動車などの車両では、荷重入力時に前席乗員の膝を保護するために、車室内にニーボルスタ（或いは、ニープロテクタとも言う）を設置することが検討され、その開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２８２４１３号公報

しかしながら、上記ニーボルスタは、確実に作動されるようにする必要があり、或いは、可能な限り作動の確実性を高める必要がある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明では、車体側メンバに、前席乗員の膝入力エネルギを吸収する衝撃吸収部と、前席乗員の膝受位置へと移動させる膝受部材移動部とを介して、膝入力エネルギを受けるための膝受部材を取付けたニーボルスタ構造であって、前記膝受部材移動部が、上端間をヒンジで開閉自在に連結された固定側アームおよび可動側アームと、固定側アームに対して可動側アームを開かせる操作レバーとを備え、可動側アームと操作レバーとが、長孔と作用軸とのスライド嵌合によって連結され、更に、前記作用軸に発生する衝撃力を緩和する衝撃緩和機構が設けられ、該衝撃緩和機構が、可動側アームに変形可能に設けられた衝撃吸収プレートと、該衝撃吸収プレートおよび固定側アーム間を連結して両者の開動作に伴って張力を発生させる索状部材とで構成されたニーボルスタ構造を特徴としている。

請求項１の発明によれば、固定側アームに対してヒンジを中心に可動側アームが開く時に、固定側アームと衝撃吸収プレートとの間を連結している索状部材に発生する張力によって衝撃吸収プレートが変形されることにより、可動側アームが減速されて、作用軸に作用する衝撃力を減らすことができる。このように、衝撃緩和機構が作用軸に発生する衝撃力を緩和することにより、作用軸廻りの破損を防止して作動の確実性を高めることができる、或いは、作用軸をより小径として設計自由度を増すことができる。

作動の確実性を高めるという目的を、索状部材で可動側アームに取付けられた衝撃吸収プレートを変形させる、という手段で実現した。

以下、本発明を具体化した実施例について、図示例と共に説明する。

図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。

まず、構成を説明すると、自動車などの車両には、図１に示すように、車室内の前部にインストルメントパネル１が設けられている。そして、このインストルメントパネル１の内部には、ステアリングサポートメンバなどの車体側メンバ２が設けられている。この車体側メンバ２は、車幅方向へ略水平に延びて、車体の左右のサイドフレーム間に連結される強度部材である。この車体側メンバ２の運転席側には、図示しないステアリングコラムが取付けられる。

この車体側メンバ２に、図１、図２に示すように、前席乗員の膝入力エネルギを受けるための膝受部材３を、後述するように取付ける。膝受部材３は、インストルメントパネル１下部における前席乗員の足元空間を構成する部分に、前下がりとなるよう傾斜配置される。この膝受部材３は、非使用時に足元空間を広く確保できるよう退避位置に格納され、使用時に膝受位置へ移動される。なお、この膝受部材３は、運転席側および助手席側の少なくとも一方または両方に設けられる。膝受部材３は、膝入力エネルギを広い面積で受けることができるように（前席乗員の両膝を同時に受けることができるように）略板状を呈している。

上記膝受部材３は、前席乗員の膝が当った時に生じる膝入力エネルギを吸収する衝撃吸収部６と、膝受部材３を退避位置から膝受位置へと移動させる膝受部材移動部７とを有して、車体側メンバ２に間接的に取付けられるようにする。この際、衝撃吸収部６と膝受部材移動部７とを機能別に構造分割し、しかも、衝撃吸収部６と膝受部材移動部７とが組合せ自在となるような構成を採用する。

より具体的には、先ず、衝撃吸収部６を、比較的大柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを吸収可能な上部衝撃吸収部１１と、比較的小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを吸収可能な下部衝撃吸収部１２との２つに分けて上下に設置する。上部衝撃吸収部１１は、主に膝受部材３の上部に対する膝入力エネルギを受け得るよう構成する。また、下部衝撃吸収部１２は、主に膝受部材３の下部に対する膝入力エネルギを受け得るよう構成する。

そして、上部衝撃吸収部１１の受け強度が強くなり、下部衝撃吸収部１２の受け強度が弱くなるよう、両者に強度差を設ける。そのために、上部衝撃吸収部１１の延べ寸法を相対的に短くし、下部衝撃吸収部１２の延べ寸法を相対的に長くするなどして、両者の長さの差によって強度差を設定する。あるいは、上部衝撃吸収部１１を厚肉にし、下部衝撃吸収部１２を薄肉にするなどして、両者の肉厚差によって強度差を設定するようにしても良い。または、上部衝撃吸収部１１の断面形状を大きくし、下部衝撃吸収部１２の断面形状を小さくするなどして、両者の断面積の差によって強度差を設定するようにしても良い。更に、上記以外の手段を採用して強度差を設定するようにしても良い。あるいは、これらを組合せて強度差を設定しても良い。

上記上部衝撃吸収部１１は、基端を車体側メンバ２の車両後部側に接続されると共に、中間部に大柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを吸収可能とするための屈曲部１３を１箇所有する、側面視略ヘ字状を呈している。また、下部衝撃吸収部１２は、基端を車体側メンバ２の車両前部側に接続されると共に、中間部に小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを吸収可能とするための屈曲部１４を複数箇所（図１では３箇所とされている）有する、側面視略レ字状を呈している。即ち、上部衝撃吸収部１１と下部衝撃吸収部１２とは、屈曲部１３，１４の数によって膝入力エネルギに対する反力を設定されている。そして、上部衝撃吸収部１１の先端を下部衝撃吸収部１２の車両前方から車両後方へ取り回された先端近傍の裏面側（上面側）に接続する。

一方、膝受部材移動部７は、膝受部材３の下部を後方（乗員側）へ変位させて小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギをより速い時点で受けられるようにするものである。この膝受部材移動部７は、図３に示すように、移動機構２１と、この移動機構２１を作動させる作動機構２２とを備えている。

移動機構２１は、上端間をヒンジ２６で連結され下端側を開閉自在とされた固定側アーム２７と可動側アーム２８とを備えている。作動機構２２は、固定側アーム２７に対して可動側アーム２８を開かせる操作レバー３０と、この操作レバー３０を駆動するアーム駆動機構３１とを備えている。

ここで、固定側アーム２７は略下向きコ字状の断面形状を呈している。また、可動側アーム２８は略上向きコ字状の断面形状を呈している。そして、可動側アーム２８は固定側アーム２７よりも一回り小さい断面形状を有して、固定側アーム２７に内嵌・収容されるようになっている。また、操作レバー３０は、その中間部側面を固定側アーム２７の中間部側面に支軸３２を用いて軸支されると共に、その先端部側面を可動側アーム２８の中間部から下端部にかけての側面に形成された長孔３３に作用軸３４を用いてスライド自在に軸支されている。この長孔３３は、可動側アーム２８の略長手方向に対し略直線状に比較的長く延設されている。なお、操作レバー３０は、可動側アーム２８よりも一回り小さい略下向きコ字状を呈しており、閉時に支軸３２から作用軸３４までの間の先端部分が可動側アーム２８と固定側アーム２７との内部に納まるよう構成されている。また、可動側アーム２８は、ヒンジ２６から支軸３２までの距離より若干短い長さ寸法を有しており、閉時に可動側アーム２８の下端部が支軸３２に干渉せずに固定側アーム２７内に収容可能とされている。

そして、アーム駆動機構３１には、例えば、火薬の爆発力などによって伸長動される爆烈式シリンダなどのアクチュエータを用いる。このアーム駆動機構３１としての爆烈式シリンダのロッド先端を操作レバー３０の基端部側面に形成した長孔３６に入力軸３５を用いてスライド可能に連結する。この長孔３６は、爆烈式シリンダのロッドの直線運動と、操作レバー３０の回転運動との間の動きのズレを微調整するためのものであり、比較的短く形成される。

そして、固定側アーム２７の可動側アーム２８が内嵌される部分よりも下端側の略下向きコ字状の上面部分に切欠３８を形成し、この切欠３８の上方に取付ブラケット３９を介して上記アーム駆動機構３１を取付ける。取付ブラケット３９は半割形状を呈しており、アーム駆動機構３１を２つの半割片で挟着してボルトで締付固定する構造とされている。なお、操作レバー３０は、支軸３２から入力軸３５までの間の基端部分が、切欠３８から固定側アーム２７の上方へ突出した状態に配置される。

更に、アーム駆動機構３１には、爆烈式シリンダのロッドに対する戻り止めを行わせる保持機構２３が取付けられている。この保持機構２３は、例えば、ラチェット機構と同様の構造を備えている。

そして、構造分割された衝撃吸収部６と膝受部材移動部７とは、下部衝撃吸収部１２の下面に固定側アーム２７を取付けることにより連結する。下部衝撃吸収部１２と固定側アーム２７との取付けは、例えば、スポット溶接などとする（スポット溶接部４２）。なお、膝受部材移動部７は、衝撃吸収部６よりも先に潰れることのない強度とする。

この実施例では、更に、移動機構２１が作動した時に作用軸３４に発生する衝撃力を緩和する衝撃緩和機構５０を設ける。

衝撃緩和機構５０として、例えば、固定側アーム２７に対し、作用軸３４が長孔３３の開側端部に到達する直前に操作レバー３０が当たるようにしたストッパー部５１を設ける。より具体的には、ストッパー部５１は、固定側アーム２７中間部の切欠３８の部分を適宜上方に延長し側方に屈曲するなどして形成する。

更に、衝撃緩和機構５０を多段に設け・多段階に作動させるようにして、作動の確実性をより高められるようにする。この別の衝撃緩和機構５０を、可動側アーム２８に変形可能に設けられた衝撃吸収プレート５３と、衝撃吸収プレート５３および固定側アーム２７間を連結して両者の開動作に伴って張力を発生させる索状部材５４とで構成する。この衝撃吸収プレート５３と索状部材５４とによる衝撃緩和機構５０は、減速機構５５とも言える。衝撃吸収プレート５３は、可動側アーム２８の下端部に延設形成する。索状部材５４には、例えば、ワイヤなどを用いる。この索状部材５４は、好ましくは、衝撃吸収プレート５３の下端部と、固定側アーム２７の支軸３２取付部分との間に固縛・連結する。そして、衝撃吸収プレート５３と索状部材５４による衝撃緩和機能は、ストッパー部５１に操作レバー３０が当たる前に開始されるように設定する。衝撃吸収プレート５３による衝撃緩和能力は、その板厚、幅、長さを微調節することによって設定することができる。また、索状部材５４による衝撃緩和機能発生のタイミングは、その長さを微調節することによって設定することができる。

なお、衝撃吸収部６および膝受部材移動部７は、膝受部材３に対し、前席乗員の膝に対応させて左右一対設けられる。よって、膝受部材３は、左右の膝受部材移動部７の可動側アーム２８間を連結するように取付けられる。なお、膝受部材３を運転席側に設ける場合には、ステアリングコラムなどとの干渉を回避するために、必要に応じてその中央部に略上下方向へ延びて車両後方へ凸形状となるコラム迂回部を形成しても良い。また、膝受部材３の表面に対し、化粧部材などを取付けても良い。

次に、この実施例の作用について説明する。

図１〜図３に示すように、非作動時には、膝受部材移動部７における移動機構２１の固定側アーム２７と可動側アーム２８とが閉じた状態となっている。

そして、荷重入力時に、アーム駆動機構３１としての爆烈式シリンダが伸長動し、爆烈式シリンダのロッドが入力軸３５を押すことにより、支軸３２を中心として操作レバー３０が回動される。これにより、図５、図６に示すように、操作レバー３０先端の作用軸３４が可動側アーム２８に形成された長孔３３に沿ってスライドし、ヒンジ２６を中心として可動側アーム２８および膝受部材３の下部が退避位置から後方の膝受位置へと変位され、固定側アーム２７と可動側アーム２８とが開いた状態となる。そして、アーム駆動機構３１に設けた保持機構２３が、爆烈式シリンダのロッドに対する戻り止めを行わせる。これにより、保持機構２３による保持機能、または、戻り止め機能が発揮され、操作レバー３０が突っ張って膝受部材３は戻らなくなる。

この際、膝受部材３の移動を短時間で素速く行わせるためにアーム駆動機構３１に爆烈式シリンダを用いているので、固定側アーム２７と可動側アーム２８とが開いた時に作用軸３４、長孔３３に強い衝撃力が発生され、破損のおそれが生じる。

そこで、この実施例では衝撃緩和機構５０を設け、作用軸３４に発生する衝撃力を緩和させることにより、作用軸３４廻りの破損を防止して、作動の確実性を高めるようにしている、或いは、作用軸３４をより小径として設計自由度を増すことができるようにしている。即ち、作用軸３４は、可動側アーム２８の側面に形成された比較的長い長孔３３にスライド嵌合されているため、強度を確保し難い構造となっているが、衝撃緩和機構５０を設けることにより、作用軸３４廻りの補強をせずにほぼ確実に破損を防止することができる。また、爆烈式シリンダは、爆発力の微調整を行うことが困難であるが、衝撃緩和機構５０を設けることにより、爆発力の微調整を行わずにほぼ確実に作用軸３４の破損を防止することができる。

例えば、作用軸３４が長孔３３の開側端部に到達する直前に、操作レバー３０が固定側アーム２７に設けた衝撃緩和機構５０としてのストッパー部５１に当たることにより、衝撃力をストッパー部５１が受け止め、その分、作用軸３４に作用する衝撃力を減らすことができる。即ち、ストッパー部５１は、作用軸３４が長孔３３の開側端部に衝突する際の衝撃力を、作用軸３４に代って受けるように機能する。

更に、別の衝撃緩和機構５０を用意して多段に機能させることにより、より有効に衝撃緩和を行わせることができる。特に、異なる原理で衝撃緩和を行うものを用意するのは効果的である。

例えば、固定側アーム２７に対してヒンジ２６を中心に可動側アーム２８が開いている途中で、図４に示すように、固定側アーム２７と別の衝撃緩和機構５０としての衝撃吸収プレート５３との間を連結している索状部材５４に張力が発生する。この張力が所定の値を越えた時に衝撃吸収プレート５３が変形（曲げ変形）され、この衝撃吸収プレート５３の変形により可動側アーム２８が開く際の力が吸収され可動側アーム２８が減速される。この可動側アーム２８の減速により、長孔３３に沿ってスライド中の作用軸３４に発生する衝撃力を減らすことができる。また、操作レバー３０をストッパー部５１が受け止める際の衝撃力や、作用軸３４が長孔３３の開側端部に衝突する際の衝撃力を、より小さくすることもできる。即ち、衝撃吸収プレート５３と索状部材５４とは、減速機構５５と衝撃緩和機構５０とを兼ねたものとなっている。衝撃吸収プレート５３と索状部材５４とは、非常に簡単な構成のためコストがかからず、構造上の影響が少ない。また、衝撃吸収プレート５３を、可動側アーム２８の下端部に延設形成し、索状部材５４を、衝撃吸収プレート５３の下端部と、固定側アーム２７の支軸３２取付部分との間に固縛・連結することにより、ヒンジ２６を中心として円運動を行う可動側アーム２８に対して、減速機能と衝撃緩和機能とをより有効に発揮させられるものとなる。

しかも、多段に設けた衝撃緩和機構５０を、タイミングをずらせて順次作動させる（多段階に発動）ことにより、各衝撃緩和機構５０の機能をそれぞれ効果的に発揮させて最大限の効果を上げることができると共に、各衝撃緩和機構５０に対する設計・設定を容易化することができる。

例えば、先ず、爆烈式シリンダの爆発力によって加速された可動側アーム２８に対し、衝撃吸収プレート５３と索状部材５４による衝撃緩和機能が開始されて可動側アーム２８が減速され、その後、ストッパー部５１に操作レバー３０が当たり、最後に、作用軸３４が長孔３３の開側端部に到達するようにしたことにより、膝受部材３を素速く膝受位置へと移動させる機能と、膝受部材３を可能な限り柔らかく停止させて膝受部材移動部７の破損を防止する機能との背反する機能を、簡易且つ安価な構成で両立させることが可能となる。

ここで、衝撃吸収プレート５３と索状部材５４による衝撃緩和機能が開始されるタイミングは、例えば、以下のように設定する。

まず、図３に示すような可動側アーム２８の開成初期における、操作レバー３０先端に設けられた作用軸３４に発生する力ＦＬ０は支軸３２を中心とする円の接線方向となる。また、可動側アーム２８先端に作用する力ＦＢ０はヒンジ２６を中心とする円の接線方向となる。そして、この時点では両力の方向はほぼ一致している。この時の、両力の関係は、爆烈式シリンダからの入力を直接的に受ける操作レバー３０の側が大きく、操作レバー３０によって従動される可動側アーム２８の側が小さくなる（ＦＬ０＞ＦＢ０）。

そして、可動側アーム２８の開成途中における、操作レバー３０先端に設けられた作用軸３４に発生する力ＦＬ１（大きさはほぼＦＬ０と等しい）は支軸３２を中心とする円の接線方向となる。また、可動側アーム２８先端に作用する力ＦＢ１はヒンジ２６を中心とする円の接線方向となる。そして、この時点での両力の方向は異なり、力ＦＬ１は、力ＦＢ１と等しい方向の分力（ＦＬ１’＝ＦＬ１＊ｓｉｎθ）が可動側アーム２８を開く力として使用される。この分力ＦＬ１’は、可動側アーム２８が開くに従って小さくなって行く。一方、力ＦＢ１は、操作レバー３０からの入力および慣性力によって非常に大きなものとなっている。そのため、ＦＢ１とＦＬ１’との差（ＦＢ１−ＦＬ１’）とほぼ等しい大きさの反力が作用軸３４廻りに作用することとなる。

そこで、上記反力が作用軸３４廻りの耐力を越えて破損が生じる前に、衝撃吸収プレート５３と索状部材５４とによる減速機能および衝撃緩和機能が開始されるようにする。例えば、図７に示すように、この衝撃吸収プレート５３などがない場合には初期加速の延長線である破線イに従って時点ａで全開となったとして、この時点ａよりも前の所要の時点ｂで衝撃吸収プレート５３を変形させるようにする。すると、時点ｂから減速機能が発揮されて実線ロのようにグラフの傾きが小さくなり、全開になるのを時点ｃまで遅らせる（全開時の可動側アーム２８の速度を遅くする）ことができる。これにより、作用軸３４に発生する衝撃を緩和させることが可能となる。ただし、性能上の限界となる時点ｄよりも遅れないように設定する。

こうして膝受部材３が移動された後に、大柄な体格の前席乗員の膝は膝受部材３の上部に当接し、小柄な体格の前席乗員の膝は膝受部材３の下部に当接することとなる。この際、膝受部材３の下部が変移するので、小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギをより速い時点で受けることが可能となる。

その後は、衝撃吸収部６が機能し、大柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギは、上部衝撃吸収部１１が主に変形することによって吸収する。また、小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギは、下部衝撃吸収部１２が主に変形することによって吸収する。

このように、上部衝撃吸収部１１と下部衝撃吸収部１２を２つに分けて上下に設置し、上部衝撃吸収部１１の受け強度が強くなり、下部衝撃吸収部１２の受け強度が弱くなるよう、両者に強度差を設定したことにより、上部衝撃吸収部１１が大柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを適切に吸収し、下部衝撃吸収部１２が小柄な体格の前席乗員の膝入力エネルギを適切に吸収するようになるので、大柄な体格の前席乗員と小柄な体格の前席乗員の体格差に応じて受け強度を変えることができるようになり、両者に対応した機能を持たせることが可能となる。

また、衝撃吸収部６と膝受部材移動部７とを機能別に構造分割して自在に組合せられるようにすることにより、何種類かの衝撃吸収部６や膝受部材移動部７を予め用意しておき、これらを組合せることで、多くの車種に対応させることが可能となる。あるいは、インストルメントパネル１廻りの規格が類似している車種などに対し、衝撃吸収部６と膝受部材移動部７のどちらか一方に共用部品を用い、他方に寸法関係などを若干変えた簡易修正部品を用いるようにすれば、部品の共用化を図ると共に容易に適合させることができる。よって、コスト削減や開発期間の短縮などを図ることが可能となる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

本発明の実施例の閉じた状態の全体側面図である。 図１を車両前方から見た部分斜視図である。 図２の部分側面図である。 図３の部分拡大図である。 図１を開いた状態として車両前方から見た部分斜視図である。 図５の部分側面図である。 衝撃吸収プレートの変形のタイミングを示すグラフである。

符号の説明

２ 車体側メンバ
３ 膝受部材
６ 衝撃吸収部
７ 膝受部材移動部
２６ ヒンジ
２７ 固定側アーム
２８ 可動側アーム
３０ 操作レバー
３３ 長孔
３４ 作用軸
５０ 衝撃緩和機構
５１ ストッパー部
５３ 衝撃吸収プレート
５４ 索状部材

Claims (1)

1. 車体側メンバに、前席乗員の膝入力エネルギを吸収する衝撃吸収部と、前席乗員の膝受位置へと移動させる膝受部材移動部とを介して、膝入力エネルギを受けるための膝受部材を取付けたニーボルスタ構造であって、
   前記膝受部材移動部が、上端間をヒンジで開閉自在に連結された固定側アームおよび可動側アームと、固定側アームに対して可動側アームを開かせる操作レバーとを備え、可動側アームと操作レバーとが、長孔と作用軸とのスライド嵌合によって連結され、
   更に、前記作用軸に発生する衝撃力を緩和する衝撃緩和機構が設けられ、該衝撃緩和機構が、可動側アームに変形可能に設けられた衝撃吸収プレートと、該衝撃吸収プレートおよび固定側アーム間を連結して両者の開動作に伴って張力を発生させる索状部材とで構成されたことを特徴とするニーボルスタ構造。

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