JP4602529B2 - プリテンショナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員を車両等のシートに拘束するシートベルト装置に組み込まれて、シートベルトの巻取り軸を緊急に巻き取り方向に回転させるプリテンショナに関する。特には、より安定的に作動することができるとともに、ガスジェネレータのパワーロスを低減できるプリテンショナに関する。
【０００２】
【関連技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車等の車両に装備されるシートベルト装置は、近年、プリテンショナを備えるものが増えている。このプリテンショナは、車両の衝突時に、シートベルトを巻回するスプール（巻取り軸）を瞬時に巻き取り方向に回転させ、ベルトの巻きだるみを取るとともにベルトに張力を与えるものである。一般的なプリテンショナは、車両の衝突時に発信される信号に基づき火薬に点火し、これにより発生したガス圧によってスプール回転機構を駆動する。
【０００３】
このようなプリテンショナを備えるシートベルト巻取り装置の一例として、次のようなものがある。
図３は、プリテンショナを有するシートベルト巻取り装置の一例を示す分解斜視図である。
図４及び図５は、プリテンショナのパイプ基端部の構成を示す正面断面図である。
なお、これらの図に示すプリテンショナは、現在開発中のものであり、公知のものではない。また、構成部品のうち本発明の説明に不要と思われるものは図示を省略してある。
【０００４】
まず、シートベルト巻取り装置の基本構成について説明する。
図３において符号１０１はベースフレームである。このベースフレーム１０１の中には、スプール１０２が回転自在に収納されている。このスプール１０２には、シートベルトＳが巻き付けられている。同スプール１０２の回転により、シートベルトＳの巻取り・巻戻しが行われる。このスプール１０２の軸心には、トーションバー１０３が取り付けられている。
【０００５】
このトーションバー１０３の一端（図の右端）１０３ａは、２つのロック機構１０４、１０５を介してリテーナ１０６に支持されている。トーションバー１０３の他端（図の左端）１０３ｂは、スプール１０２内側に固定されている。スプール１０２の左端面には、スプール軸１０７及びスプールギア１１９が一体に形成されている。スプール軸１０７は、プリテンショナ１００内部を貫通してリターンスプリングカバー１０８内のギア１０８ａに係合される。このリターンスプリングカバー１０８内のリターンスプリングにより、スプール１０２はシートベルトＳを巻き取る方向に付勢されている。
【０００６】
このような基本構造を有するシートベルト巻取り装置に、プリテンショナ１００が設けられている。以下、このプリテンショナ１００の構成を説明する。
図３に示すプリテンショナ１００は、パイプ１１１を備えている。このパイプ１１１は、プリテンショナカバー１０９とプリテンショナプレート１１０間に配置されている。パイプ１１１の基端には、ガスジェネレータ１１２が取り付けられている。同パイプ１１１の内部には、ガスジェネレータ１１２側から順に、ストッパスプリング１１３、ピストン１１４及び複数のボール１１５（図３では１５個）が配置されている。このパイプ１１１の他端（基端の逆側）には、ガイドブロック１１６が嵌め込まれている。パイプ１１１の他端寄りの内側側面には、切欠き部１１１ａが形成されている。
【０００７】
プリテンショナカバー１０９には、２つのピン１１７が植設されている。これらピン１１７間には、リングギア１１８が嵌め込まれて保持されている。リングギア１１８は、外周面に複数の外歯１１８ａを備えるとともに、内周にわたって複数の内歯１１８ｂを備えている。リングギア１１８の外歯１１８ａの一部は、パイプ１１１の切欠き部１１１ａ内に入り込んでいる。このリングギア１１８の外歯１１８ａには、ボール１１５のうち最先端のボール１１５−１が当たっている。
【０００８】
リングギア１１８の内側には、スプール１０２のスプールギア１１９に外嵌したピニオン１２０が位置している。このピニオン１２０は、外周にわたって複数の外歯１２０ａが形成されている。リングギア１１８の内歯１１８ｂとピニオン１２０の外歯１２０ａは噛み合い可能である。通常時（プリテンショナ作動前）には、リングギア１１８の内歯１１８ｂとピニオン１２０の外歯１２０ａ間には、所定のクリアランスが確保されている（図１参照）。
【０００９】
このプリテンショナ１００の動作は、次の通りである。
プリテンショナ１００の作動前において、リングギア１１８はピン１１７により保持されており、この状態ではリングギア１１８とピニオン１２０は係合していない。したがって、スプール１０２は自由に回転できる。しかし、ガスジェネレータ１１２が作動してガスが発生すると、このガス圧によりピストン１１４を介して複数のボール１１５が押される（図４参照）。このときのボール１１５の押す力によりピン１１７が折れてリングギア１１８がフリーとなり、リングギア１８の内歯１１８ｂとピニオン１２０の外歯１２０ａが噛み合う。さらにボール１１５によってリングギア１１８が押されて回転すると、リングギア１１８と噛み合ったピニオン１２０を介してスプール１０２が回転する。このようにして、シートベルトにプリテンションがかけられる。
【００１０】
ここで、シートベルトＳに所定値以上の張力がかかった場合には、スプール１０２がトーションバー１０３を捩りながら徐々にベルト引き出し方向に回転する。この際のトーションバー１０３の捩り変形によって、シートベルトＳにより乗員に加えられる衝撃が吸収緩和される（Energy Absorption（ＥＡ）作動）。
【００１１】
ところで、ガスジェネレータ１１２からのガス圧は、図４に示すように、ピストン１１４のシール機能によりボール１１５側には漏れず、パイプ１１１基端部に存在する。一方、ＥＡ作動時には、トーションバー１０３が捩れてスプール１０２がベルト引き出し方向に回転することにより、ボール１１５がパイプ１１１基端側に押し戻される。このとき、パイプ１１１基端部にガス圧が存在していると、このガス圧によってボール１１５が抵抗を受ける。ＥＡ作動時のパイプ１１１内におけるボール１１５の位置は、乗員の体格や姿勢に応じて変わるので、ボール１１５がどの程度パイプ１１１内を進んだときにＥＡが作動し始めるかが一定しない。
【００１２】
そこで、図５に示すように、パイプ１１１のガスジェネレータ１１２とピストン１１４間に位置する部分の側壁に孔１１１Ｘを開け、この孔１１１Ｘからガスを逃すことが考えられている。ところが、このような位置に孔１１１Ｘを開けると、プリテンショナ１００の作動開始初期に孔１１１Ｘからガスが抜けてしまう。したがって、プリテンショナ１００のパワー不足が起こる問題があった。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、より安定的に作動することができるとともに、プリテンショナのパワーロスを低減できるプリテンショナを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のプリテンショナは、 緊急時にシートベルトの巻取り軸を巻き取り方向に回転させてベルトにプリテンションを与えるプリテンショナであって、 ガスジェネレータと、 該ガスジェネレータの発生するガスの吹き込まれる管路と、 この管路内に配置され上記ガスによって加速される一連の複数のボールと、 上記巻取り軸との間を連結するクラッチを含み、加速された上記ボールの運動を上記巻取り軸を回転させる力に変換する手段と、 を備え、 上記管路にはガス逃し孔が形成されており、 上記複数のボールの最もガスジェネレータ寄りのボールが、上記管路の壁に対してガスタイトに構成されたピストンであり、 上記ガス逃し孔が、該ピストンの作動前における位置の反ガスジェネレータ側であって、上記クラッチが連結完了して上記シートベルト巻取り軸がベルト巻き取り方向へ回転を開始する時点における上記ピストンの位置よりガスジェネレータ側の位置に形成されていることを特徴とする。
また、本発明のシートベルト装置は、上記プリテンショナと、 上記シートベルトに所定以上の張力がかかった場合に徐々に上記シートベルトを引き出すＥＡ装置と、 を備えるシートベルト装置であって、 上記プリテンショナの作動直後にベルト張力が上がって上記ＥＡ装置によるベルトの引き出しが始まって上記巻取り軸がベルト引き出し方向へ回転しても、上記ガス逃し孔からガスを逃がすことにより、上記ボールが上記ガスジェネレータ側に押し戻される抵抗を低くしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、プリテンショナの作動開始時点では、ピストンがガス逃し孔よりもガスジェネレータ側にあるので、ボールを駆動するためのガスが逃げない。したがって、ガス抜けによるプリテンショナのパワーロスが生じない。
ガスによりボールが押されてクラッチが連結完了した後には、ガス逃し孔が開放されてここからガスが逃げる。これにより、プリテンショナ作動直後にベルト張力が上がってベルトのＥＡが始まっても、ボールがガスジェネレータ側に押し戻される抵抗は低いので、ＥＡ動作がよりスムーズとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るプリテンショナの作動前の状態を示す正面断面図である。
図２は、同プリテンショナの作動直後の状態を示す正面断面図である。
これらの図に示すプリテンショナは、上述したようなシートベルト巻取り装置（図３参照）に組み込まれている。シートベルト巻取り装置全体の基本構成は、図３と同様である。
【００１７】
以下、図１〜図３を参照しつつ、プリテンショナ１０について説明する。
プリテンショナ１０は、パイプ１１を備えている。このパイプ１１は、プリテンショナカバー１０９とプリテンショナプレート１１０（図３参照）間に挟まれた状態で、ベースフレーム１０１（図３参照）の側壁外側に取り付けられる。パイプ１１は、鋼管を曲げ加工したもの（一例）である。パイプ１１は、図１及び図２に示すように、図の下側の基端部１１Ａから右上に約９０°湾曲して直線部１１Ｂへとつながり、さらに図の上部の半円部１１Ｃへとつながっている。半円部１１Ｃの先は、図の下方に向う直線部１１Ｄがつながっている。この最後の直線部１１Ｄの内側側面には、切欠き部１１ａが形成されている。この切欠き部１１ａ内には、後述するリングギア１８の外歯１８ａが入り込んでいる。
【００１８】
パイプ１１の湾曲内側スペースには、リングギア１８が配置されている。このリングギア１８は、プリテンショナカバー１０９の２つのピン１１７（図３参照）により、パイプ１１内側の定位置に保持されている。さらに、このリングギア１８の内側には、ピニオン２０が配置されている。ピニオン２０は、外周に外歯２０ａが形成されているとともに、内周に内歯２０ｂが形成されている。このピニオン２０は、スプール１０２のスプールギア１１９（図３参照）に外嵌固定されている。
【００１９】
リングギア１８の内周面には、ピニオン２０の外歯２０ａと噛合可能な内歯１８ｂが形成されている。リングギア１８の内周径は、ピニオン２０の外周径より大きく形成されているので、図１の状態において、リングギア１８の内歯１８ｂとピニオン２０の外歯２０ａとの間にはクリアランスが確保されており、両者は噛み合っていない。そのため、スプール１０２（図３参照）は、プリテンショナ１０の存在にも拘らず自由に回転可能である。これが、リングギア１８とピニオン２０からなるクラッチ機構が切り離されている状態である。
【００２０】
リングギア１８の外周面には、外方に向けて張り出した突起状の外歯１８ａが複数（図では７個）形成されている。各外歯はリングギア１８の周方向に沿って等間隔で並んでいるが、符号１８ａ´で示す外歯のみはオフセットしている。このオフセットした外歯１８ａ´は、パイプ１１の直線部１１Ｄの切欠き部１１ａ内に入り込んでおり、パイプ１１内の先頭のボール１５−１（後述）と接触している。
【００２１】
パイプ１１の基端部１１Ａには、パイプ１１よりもやや太いガスジェネレータ収容部１１Ｅが形成されている。同収容部１１Ｅ内には、ガスジェネレータ１２が収納されている。このガスジェネレータ１２は、車両の衝突時等に図示せぬ衝突検知手段から発信される信号に応じて火薬に点火し、ガス圧をパイプ１１内に供給する。同ガスジェネレータ１２は、ガスジェネレータ収容部１１Ｅ内に収められた後に、フランジ部１１ｅを外側からかしめることにより固定されている。
【００２２】
パイプ１１内部には、ガスジェネレータ１２側から順に、コイルスプリング１３、ピストン１４及び複数個（図では１５個）のボール１５が収められている。ボール１５は、鋼等の金属製の球状体である。各ボール１５の外径は、パイプ１１の内径より若干小さくなっており、パイプ１１内部では比較的スムースに駆動することができる。そして、先頭のボール１５−１は、リングギア１８の外歯１８ａ´に接触している。
【００２３】
ピストン１４は、シリコーンゴム等の樹脂製である。このピストン１４は、ガスの放出後に変形して拡がることによりパイプ１１内面に密接し、ガスを先頭側に漏らさないシールの役割も果たす。
コイルスプリング１３は、ガスジェネレータ１２とピストン１４間に配置されており、ピストン１４を先端方向に付勢している。このコイルスプリング１３の付勢力により、先頭のボール１５−１がリングギア１８の外歯１８ａ´に当っている。
【００２４】
パイプ１１の直線部１１Ｄ端部には、ビス２２によりガイドブロック１６が取り付けられている。ガイドブロック１６は、先端が斜めにカットされた円柱状であり、その斜面がガイド面となっている。このガイド面は、第１のガイド面１６ａと第２のガイド面１６ｂとからなる。第１のガイド面１６ａは、ガイドブロック１６の上端部においてリングギア１８とほぼ同心の円弧状に形成されており、プリテンショナ作動時に、パイプ１１から射出されたボール１５が衝突する。一方、第２のガイド面１６ｂは平面状であって、リングギア１８からは徐々に遠ざかるようになっている。なお、ビス２２は、パイプ１１をプリテンショナプレート１１０（図３参照）に固定する役割も果たしている。
【００２５】
ガイドブロック１６の側面には、ガイド面の幅方向に沿って貫通する貫通穴１６ｃが形成されている。この貫通穴１６ｃは、ほぼ第２のガイド面１６ｂの下側においてくり貫かれている。この貫通穴１６ｃにより、第２のガイド面１６ｂの大半は薄い板状となっており、同ガイド面１６ｂは剛性が低くなっている。一方、第１のガイド面１６ａは、ガイドブロック１６自身の側壁部がバックアップする形となって剛性が高い。
【００２６】
図１及び図２において、符号１１７Ａ、１１７Ｂはプリテンショナカバー１１７（図３参照）の一部断面である。上部１１７Ａはパイプ１１を拘束し、下部１１７Ｂはボール受け部２５を形成している。このボール受け部２５において、パイプ１１から射出されたボール１５が一か所に集められる。
【００２７】
図１及び図２に示すように、パイプ１１の直線部１１Ｂ下側寄りの側面には、ガス逃し孔１１Ｘが開けられている。このガス逃し孔１１Ｘは、パイプ１１の湾曲内側に向けて開いている。ガス逃し孔１１Ｘの位置は、図１に示すプリテンショナ作動前の状態においては、ピストン１４よりも反ガスジェネレータ１２側の位置であり、図２に示すリングギア１８とピニオン２０が噛み合ったクラッチ連結完了時点では、ピストン１４の位置よりガスジェネレータ１２側である。
【００２８】
次に、上記の構成を有するプリテンショナ１０の作用について説明する。
プリテンショナの非作動時（通常時）においては、リングギア１８は、プリテンショナカバー１０９の２つのピン１１７（図３参照）によりパイプ１１内側の定位置に保持されており、図１に示すようにリングギア１８とピニオン２０は噛み合っていない。したがって、スプール１０２はプリテンショナ１０と関係なく自由に回転する。
【００２９】
この後、車両の衝突状態が検知されると、ガスジェネレータ１２に信号が送信される。この信号により、図２に示すように、ガスジェネレータ１２が発火してパイプ１１内にガス圧を供給する。このガス圧により、先ず最もガスジェネレータ１２寄りのピストン１４が押され、次いでこのピストン１４の押圧力により順次複数のボール１５が押される。そして、この押圧力は、最も先頭のボール１５−１（リングギア１８の外歯１８ａ´に接触しているボール）に伝達される。なお、このときピストン１４はガス圧によって変形して拡がるので、パイプ１１内面との間でシール機能が生じ、ガスは先頭側には漏れない。このように、プリテンショナ１０の作動開始時点では、ピストン１４がパイプ１１のガス逃し孔１１Ｘよりもガスジェネレータ１２側にあるので、ボール１５を駆動するためのガスが途中で逃げず、プリテンショナ１０のパワーロスが起こらない。
【００３０】
ボール１５の押圧力によりリングギア１８に押圧力がかかり、ピン１１７（図３参照）が剪断される。このため、リングギア１８がフリーとなってピニオン２０側に移動し、リングギア１８の内歯１８ｂとピニオン２０の外歯２０ａが噛み合って、クラッチ連結状態となる。リングギア１８は、ボール１５が外歯１８ａを押す力によって同軸芯周りに回転する。リングギア１８が動き始める前の時点で、先頭のボール１５−１がリングギア１８の外歯１８ａに回転力を与える姿勢で接触しているため、リングギア１８は確実に回転し始める。
【００３１】
さらに、ガス圧を受けてボール１５が順次押し出されると、各ボール１５はリングギア１８の外歯１８ａ間の谷に順次係合する。この場合、リングギア１８の１つの谷に対してボール１５が２個ずつ係合する。これらボール１５が順次係合することにより、リングギア１８は図２の反時計方向まわりに回転する。ピニオン外歯２０ａとリングギア内歯１８ｂは噛み合っているので、リングギア１８の回転はピニオン２０に伝達され、双方が連動して回転する。ピニオン２０は、スプール１０２のスプールギア１１９に外嵌しているので、スプール１０２はピニオン２０とともに回転して、シートベルトＳ（図３参照）が瞬時にある長さだけ巻き取り方向へ巻き取られる。パイプ１１の先端開口２１ｂから射出されたボール１５は、ボール受け部２５内に集められる。
【００３２】
ここで、シートベルトＳに所定値以上の張力がかかった場合には、図３に示すスプール１０２がトーションバー１０３を捩りながら徐々にベルト引き出し方向に回転する。このトーションバー１０３の捩り変形によって、シートベルトＳにより乗員に加えられる衝撃が吸収緩和される。この時点では、図２に示すように、ガスジェネレータ１２からのガスによりボール１５が押されてリングギア１８とピニオン２０が連結完了しており、１５個のボール１５−１〜１５−１５のうちの後端側の２〜３個分（ボール１５−１３〜１５−１５）は少なくとも前に進んでいるので、ピストン１４はパイプ１１のガス逃し孔１１Ｘを通過している。なお、図２に示すプリテンショナ１０作動直後の状態は一例であって、パイプ１１内でのピストン１４の位置は、乗員の体格や姿勢等とベルトの関係に応じて変わる。
【００３３】
しかしながら、リングギア１８とピニオン２０が連結完了した後には、パイプ１１のガス逃し孔１１Ｘがピストン１４よりも後端側（ガスジェネレータ１２側）に位置するので、ガス逃し孔１１Ｘは開放状態となり、ここからガスが抜ける。このガス抜けにより、ピストン１４及びボール１５がガスジェネレータ１２側に戻る抵抗が小さくなる。そのため、プリテンショナ１０作動直後にベルト張力が上がってＥＡが始まり、トーションバー１０３が捩れてスプール１０２がベルト引き出し方向に回転し、リングギア１８が図２の時計回りに回転するのに伴い、ボール１５がガスジェネレータ１２側にスムーズに押し戻される。このように、プリテンショナ１０作動直後にベルト張力が上がってベルトのＥＡが始まっても、ボール１５がガスジェネレータ１２側に押し戻される抵抗は低いので、ＥＡ動作がよりスムーズとなる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、より安定的に作動することができるとともに、プリテンショナのパワーロスを低減できるプリテンショナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプリテンショナの作動前の状態を示す正面断面図である。
【図２】同プリテンショナの作動直後の状態を示す正面断面図である。
【図３】プリテンショナを有するシートベルト巻取り装置の一例を示す分解斜視図である。
【図４】プリテンショナのパイプ基端部の構成を示す正面断面図である。
【図５】プリテンショナのパイプ基端部の構成を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１０ プリテンショナ
１１ パイプ
１１Ａ 基端部 １１Ｂ 直線部
１１Ｃ 半円部 １１Ｄ 直線部
１１Ｅ ガスジェネレータ収容部 １１ｅ フランジ部
１１ａ 切欠き部 １１Ｘ ガス逃し孔
１２ ガスジェネレータ １３ コイルスプリング
１４ ピストン １５ ボール
１６ ガイドブロック
１８ リングギア
１８ａ、１８ａ´ 外歯 １８ｂ 内歯
２０ ピニオン
２０ａ 外歯 ２０ｂ 内歯
２２ ビス ２５ ボール受け部
Ｓ シートベルト １０１ ベースフレーム
１０２ スプール １０３ トーションバー
１０４、１０５ ロック機構 １０７ スプール軸
１０８ リターンスプリングカバー １１９ スプールギア

Claims (2)

1. 緊急時にシートベルトの巻取り軸を巻き取り方向に回転させてベルトにプリテンションを与えるプリテンショナであって、
   ガスジェネレータと、
   該ガスジェネレータの発生するガスの吹き込まれる管路と、
   この管路内に配置され上記ガスによって加速される一連の複数のボールと、
   上記巻取り軸との間を連結するクラッチを含み、加速された上記ボールの運動を上記巻取り軸を回転させる力に変換する手段と、
   を備え、
   上記管路にはガス逃し孔が形成されており、
   上記複数のボールの最もガスジェネレータ寄りのボールが、上記管路の壁に対してガスタイトに構成されたピストンであり、
   上記ガス逃し孔が、該ピストンの作動前における位置の反ガスジェネレータ側であって、上記クラッチが連結完了して上記シートベルト巻取り軸がベルト巻き取り方向へ回転を開始する時点における上記ピストンの位置よりガスジェネレータ側の位置に形成されていることを特徴とするプリテンショナ。
2. 請求項１記載のプリテンショナと、
   上記シートベルトに所定以上の張力がかかった場合に徐々に上記シートベルトを引き出すＥＡ装置と、
   を備えるシートベルト装置であって、
   上記プリテンショナの作動直後にベルト張力が上がって上記ＥＡ装置によるベルトの引き出しが始まって上記巻取り軸がベルト引き出し方向へ回転しても、上記ガス逃し孔からガスを逃がすことにより、上記ボールが上記ガスジェネレータ側に押し戻される抵抗を低くしたことを特徴とするシートベルト装置。

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