KR100789065B1 - 좌석 벨트 리트랙터 - Google Patents

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KR100789065B1 KR1020050065329A KR20050065329A KR100789065B1 KR 100789065 B1 KR100789065 B1 KR 100789065B1 KR 1020050065329 A KR1020050065329 A KR 1020050065329A KR 20050065329 A KR20050065329 A KR 20050065329A KR 100789065 B1 KR100789065 B1 KR 100789065B1
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마틴 팔리저
앤드류 파크
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Abstract

좌석 벨트 리트랙터는 좌석 벨트 띠를 감거나 또는 풀기 위해 회전하는 스풀(1)을 갖는다. 로킹 링(9)은 스풀(1)의 일 단부에 부착된다. 로킹 링(9)은 충돌이 감지될 때 회전하지 않도록 고정된다. 힘 제한 수단은 로킹 링(9)이 고정된 후에 좌석 벨트 띠가 더 풀리는 것을 허용한다. 스풀(1)과 로킹 링(9) 사이의 힘 경로 내에서 결합되는, 힘 제한 수단은 제 1 힘 제한 수단(11) 및 제 2 힘 제한 수단을 갖는다. 힘 제한 수단은 세장형 변형 가능한 부재를 포함하는데, 스풀(1)과 로킹 링(9) 사이의 상대적인 회전은, 변형 가능한 부재(15)의 사전 설정된 길이가 하중 제한의 제 1 단계 동안 변형되도록 배치된다. 변형 가능한 부재(15)의 단면 영역은 사전 설정된 길이 대부분에서 일정하고, 변형 가능한 부재(15)의 단부로부터의 거리에 위치된 적어도 하나의 작은 부분(21)에서 감소된다.

Description

좌석 벨트 리트랙터{SEAT BELT RETRACTOR}
도 1은 스풀을 포함하는 종래 기술의 표준 좌석 벨트 리트랙터의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스풀과 고정 조립체 장치의 부분 절결 평면도,
도 3은 하중 제한 이전의 도 2의 원 영역의 확대도,
도 4는 하중 제한의 개시 직후의 도 1의 스풀 및 고정 조립체의 부분 단면 평면도,
도 5는 도 4의 원 영역의 확대도,
도 6은 도 4의 스풀 및 고정 조립체의 부분 단면 평면도,
도 7은 와이어의 체결이 풀리기 직전의 도 4의 스풀 및 고정 조립체의 우측 확대도,
도 8은 와이어의 체결이 풀리는 동안의 도 4의 스풀 및 고정 조립체의 우측 확대도,
도 9는 본 발명에 따른 와이어의 사시도,
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어 단부의 사시도,
도 11은 공지된 좌석 벨트 리트랙터의 충돌 곡선의 여러 단계를 도시한 시간 에 대한 힘의 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 좌석 벨트 리트랙터의 충돌 곡선의 여러 단계를 도시한 시간에 대한 힘의 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 스풀 7 : 로킹 멈춤쇠
9 : 로킹 링 11 : 비틀림 바아
15 : 와이어 19 : 리세스
33 : 노치
본 발명은 좌석 벨트 리트랙터(seat belt retractor)에 관한 것으로, 특히 하중 제한 기능(load limiting function)을 갖는 좌석 벨트 리트랙터에 관한 것이다.
특히 고속 충돌에서, 좌석 벨트 리트랙터의 갑작스러운 고정이 차량 탑승자에게 과다한 힘을 가할 수 있다고 알려져 있으므로, 좌석 벨트는 하중 제한 기능을 사용한다. 이러한 현상을 감소시키기 위해서, 좌석 벨트 리트랙터는 완전히 고정되기 전에 벨트 띠(belt webbing)의 풀림을 어느 정도 제어한다.
특히 초기의 충돌 모멘트 동안 유효한 하나의 공지된 하중 제한 장치는, 힘 경로(force path) 내에 소성적으로 또는 탄성적으로 변형 가능한 부재를 개재시킴으로써 기능을 한다. 예를 들어, 비틀림 바아가 리트랙터 스풀 내에 결합될 수 있다. 비틀림 바아는 높은 토크가 가해질 때 그 자체의 축을 중심으로 비틀리는 강(steel)으로 이루어지고, 손상되지 않으면서 7회 또는 8회 이상 회전하여 차량 탑승자가 느끼는 충돌력을 감소시킬 수 있다.
충돌시 차량 탑승자에게 가해지는 다양한 힘, 특히 초기의 충돌 모멘트 동안의 보다 큰 힘에 보다 근접하게 일치하는 하중 제한을 제공하기 위해서, 2단계의 하중 제한 좌석 벨트 리트랙터가 사용될 수 있다. 이러한 소위 지엽적인 하중 제한 좌석 벨트 리트랙터는 사전 설정된 시간 또는 거리에 대한, 더욱 높은 하중 제한 레벨을 형성한다. 충돌의 초기 단계 동안 하중 제한의 제 1 단계는 비틀리는 비틀림 바아와 추가적인 하중 제한 장치, 예를 들어 굽혀지거나 비틀리거나 또는 스풀 내의 하우징의 외부로 당겨져서 충돌력을 흡수하는 와이어 양자를 포함한다. (사용되는 기구에 따라서) 와이어가 완전히 굽혀지고, 비틀리거나, 신장되면, 보다 낮은 레벨에서의 하중 제한의 제 2 단계는 비틀림 바아만을 포함한다.
그러나 공지된 좌석 벨트 리트랙터에서의 와이어 요소의 비틀림은 불균일한 하중 제한 효과를 제공하는 것으로 알려져 있다. 하중의 증가는 와이어 요소의 초기 굽힘 도중에 그리고 하중 제한의 제 1 단계로부터 제 2 단계로의 전이(transition) 도중에도, 짧은 시간 동안에 발생한다. 본 발명은 보다 일정한 레벨의 하중 제한을 달성할 수 있는 좌석 벨트 리트랙터를 제공한다.
본 발명은 당업자에게 널리 공지된 종래의 좌석 벨트 리트랙터에 이용될 수 있다. 이러한 공지된 좌석 벨트 리트랙터가 도 1에 도시되어 있으며, 띠(도시되지 않음)를 감거나 풀기 위해 프레임(3) 내의 스핀들(11)을 중심으로 회전하도록 장착된 원통형 리트랙터 스풀(1)을 포함한다.
충돌시, 센서(5)는, 치형 로킹 링(9)의 회전을 방지하고 스풀 고정 과정을 개시하도록 스풀(1)의 일 단부에 고정되어 있는 치형 로킹 링(9)을 체결하기 위해 로킹 멈춤쇠(locking pawl)(7)를 작동시킨다. 스풀(1)의 다른 단부는 띠가 스풀(1)에 감겨 있는 상태로 스풀을 가압하는 나선형 코일 스프링인 되감기 스프링에 연결되어 있다.
종래의 하중 제한 좌석 벨트 리트랙터에서, 비틀림 바아일 수 있는 스핀들(11)은 스풀 축을 따라 장착되어 있으며, 일단부는 로킹 링(9)에 고정되어 있으며, 다른 단부는 스풀(1)의 스프링 단부에 고정되어 있다. 충돌시 로킹 멈춤쇠(7)에 의해 로킹 링(9)이 고정될 때, 차량 탑승자의 운동량은, 스풀(1)로부터 띠를 당기고 스풀(1)에 로킹 링을 연결하는 비틀림 바아의 힘에 대해 스풀을 회전시키는 것을 계속한다. 사전 설정된 한계값 이상의 경우, 충돌력은 비틀림 바아를 그 자체의 축을 중심으로 비틀리게 하여 비틀림 바아(11)의 특성에 의해 결정된 조건 하에서 스풀(1)을 회전시키고, 그에 따라 차량 탑승자에 대해 좌석 벨트 띠를 통한 충돌 펄스의 영향을 줄이는 하중 제한 기능을 제공한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 비틀림 바아(11)는 제 1 하중 제한 요소이고, 제 2 하중 제한 요소는 스풀(1)의 몸체 내의 리세스(recess) 내에 수용된다. 제 2 하중 제한 요소(15)는 도 9에 도시된 형태를 취할 수 있는 와이어 등의 소정 길이의 변형 가능한 재료를 포함한다. 도 6은 스풀 몸체 내의 2개의 통로(13) 내로 각각 연장되는 와이어(15)의 각 단부를 도시한다. 각각의 통로(13)는 비틀림 바아(11)에 평행하게 뻗어 있고, 와이어(15)의 단부(31)가 로킹 링(9) 내의 구멍을 통해 통로(13) 내로 삽입될 수 있도록 로킹 링(9) 내의 구멍에 일직선인 개방 단부를 갖는다. 홈부(17)는 로킹 링(9) 내의 구멍 사이 및 비틀림 바아(11)의 단부 주위로 연장한다. 도 9의 와이어(15)는, 와이어의 단부(31)가 통로 내로 완전히 삽입될 때, 와이어의 중심부가 홈부(17) 내에 끼워맞춰지도록 형성되어 있다.
도 2는 스풀(1) 및 로킹 링(9)이 자유롭게 회전하도록 하는 하중 제한 이전의 통로(13) 내로의 와이어(15)의 배치를 도시한다.
와이어(15)의 길이를 따라 적어도 하나의 단면 감소부(21)를 포함하는 것은 변형 가능한 부재를 변형시키는 데 요구되는 굽힘 모멘트를 감소시키는 작용을 한다는 점에서 이롭다. 유리하게, 단면적 감소부는 하중 제한시에 특정한 지점과 일치하도록 변형 가능한 부재의 길이를 따라 위치 설정될 수 있다.
도 3은 스풀(1)과 로킹 링(9) 사이에 형성된 리세스(19)에서의 와이어(15)의 부분 확대 측면도를 더욱 상세하게 도시한다. 와이어(15)의 단면적은 와이어 표면에 불연속부를 형성하는 와이어 내의 릴리프(relief) 또는 절결부(cut-out)(21)에 의해 리세스(19) 영역 내에서 변경된다. 도 3에서, 절결부(21)는 원호 형상의 측방향 홈부이다.
로킹 링(9)이 충돌시에 고정되었을 때, 스풀(1) 상에 걸리는 또 다른 힘은 스풀(1)을 로킹 링(9)에 대해 움직이게 하고, 와이어(15)는 스풀(1) 내에서 통로(13)의 외측으로 당겨진다. 와이어(15)는 스풀 축 주위의 원형의 경로 내에서 리세스(19) 내부로 당겨지고, 그에 따라 와이어(15)가 변형되고 비틀림 바아 또는 로킹 링(9) 둘레에 감겨져서 하중 제한의 제 1 단계 동안에 추가적인 하중 제한 효과를 제공한다. 비틀림 바아와 하중 제한 와이어(15)의 조합은 초기 하중 제한 임계값을 상승시켜서, 비틀림 바아 단독일 때보다 높은 복합 레벨의 하중 제한을 제공한다(즉, 차량 탑승자에 의해 느껴지는 충돌력을 비틀림 바아 단독일 때보다 더 감소시킨다).
도 4, 도 5 및 도 11은 하중 제한 개시시의 와이어(15)의 굽힘을 도시한다. 와이어(15)는 스풀(1)의 코너(23) 및 로킹 링(9)의 코너(25) 주위에서 굽혀진다. 변형되지 않은 와이어에 있어서, 이것은 도 11의 시간에 대한 힘의 그래프에서 제 1 하중 극점(T1)에 의해 도시된 바와 같이 시간의 짧은 주기 동안 비교적 높은 초기 굽힘 모멘트가 발생한다. 절결부(21)는 와이어(15)의 초기 굽힘 모멘트를 감소시키고, 제 1 하중 극점(T1)을 실질적으로 감소시키거나 제거해서, 하중 제한의 초기 모멘트에서 도 12에 도시된 바와 같이 시간(T3)에서 하중이 보다 점진적으로 증가하게 한다.
사전 설정된 스풀(1)의 회전수 이후에 하중 제한의 제 1 단계의 종료시에, 와이어(15)는 제한된 길이로 인해 스풀(1) 내의 통로(13)를 빠져나간다. 일단 와이어(15)가 통로(13)를 완전히 빠져나가면, 차량 탑승자의 운동량은 시간(T5)으로부터 하중 제한의 제 2 단계가 진행되는 동안 비틀림 바아(11)에 의해서만 흡수된다.
이러한 하중 제한의 레벨 감소는, 차량 탑승자가 좌석 벨트 단독보다는 에어백과 좌석 벨트의 조합에 의해 지지되도록 에어백에 부딪히는 차량 탑승자와 일치하게 맞춰질 수 있다.
와이어의 단부(31)가 통로(13)의 단부에 도달할 때, 변형되지 않은 와이어의 굽힘 모멘트는 통로(13) 내에 남아 있는 와이어의 길이가 감소되기 때문에 증가한다. 이것은 도 11의 하중 극점(T2)에 의해 예시되는 바와 같이 와이어(15)의 결합이 풀릴 때 짧은 시간 주기 동안 바람직하지 않은 하중 증가를 가져온다.
도 7, 도 8, 도 10a 내지 도 10e 및 도 12는 와이어(15)의 단부(31) 형상이 변형되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 7에서, 와이어의 단부(31)는 테이퍼져 있다. 와이어(15)의 단면적은 와이어(15)의 단부에 걸쳐서 와이어 단부(31)를 향해서 감소된다. 테이퍼진 섹션이 통로 외측으로 당겨져서 코너(23) 주위에서 변형될 때, 와이어(15)의 단면 영역의 감소로 인해, 굽힘 모멘트가 감소된다. 바람직하지 않은 하중 극점(T2)이 감소되거나 제거되어서, 하중 제한의 제 1 단계로부터 제 2 단계까지 전이되는 동안 도 12의 시간(T4)에서의 기울기는 보다 점진적으로 변하게 된다.
도 10a 내지 도 10c의 변형된 와이어의 단부에 의해 유사한 효과를 달성할 수 있으며, 도 10a 내지 도 10c 모두는 와이어의 단부(31) 부근에서의 단면의 변화 또는 "1"자형 단면을 나타낸다. 단면적 감소부는 만곡되거나 V자 형상을 갖는 측면 홈부 또는 절결부와 같은 부재의 표면 불연속부에 의해 형성될 수 있다.
V자 형상 측방향 홈부에 대한 굽힘 모멘트의 인가는 변형 가능한 부재의 전단 변형(shearing)을 유리하게 일으킬 수 있다. V자 형상 홈부의 정점은 전단 하중이 직각 코너 주위에 적용될 때, 변형 가능한 부재의 전단 변형을 유도하기 위한 특히 신뢰성있는 지점을 제공한다.
도 10d 및 도 10e는 와이어 단부(31) 근처에서 V자 형상 측면 홈부의 형태를 취하는 와이어(15)의 노치(notch)(33)를 도시한다. 노치(33)가 통로로부터 끌어 당겨져 코너(23) 주위에서 굽혀질 때, 인가된 하중은 노치(33)에서 와이어를 전단 변형시키고, 그에 따라 시간(T2)에서 굽힘 모멘트의 증가가 회피되고 재료의 슬러그(slug)가 통로(13)의 단부에 남겨진다. 와이어(15)의 단부에 근접한 와이어(15)의 단면적 감소부는 하중 제한의 제 1 단계 및 제 2 단계 사이에서의 전이에 있어서 굽힘 모멘트를 감소시키고, 와이어(15)의 결합이 풀리는 동안 하중의 점진적인 감소를 제공한다.
하중 극점(T1 또는 T2)에 대해, 와이어(15)의 단면적 감소부 또는 종방향 섹션 감소부는 변형을 돕고, 간섭을 감소시키며, 스풀(1) 내의 통로(13)로부터 와이어가 보다 매끄럽게 빠져나가도록 허용한다.
전술한 실시예에서 2단계의 하중 제한 좌석 벨트 리트랙터의 하나의 단계로서 비틀림 바아를 사용하는 한편, 본 발명의 원리는 하중 제한의 하나의 단계를 성취하기 위해 임의의 하중 제한 수단, 예컨대 변형 가능한 와이어를 사용하는 임의의 좌석 벨트 리트랙터에 있어서 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명은 특히 고속 충돌에서, 좌석 벨트 리트랙터의 갑작스러운 고정이 차량 탑승자에게 과다한 힘을 가할 수 있기 때문에, 이러한 현상을 감소시키기 위해서, 좌석 벨트 리트랙터는 하중 제한 기능을 사용하여 완전히 고정되기 전에 벨트 띠의 풀림을 어느 정도 제어한다.
사전 설정된 한계값 이상의 경우, 충돌력은 비틀림 바아를 그 자체의 축을 중심으로 비틀리게 하여 비틀림 바아의 특성에 의해 결정된 조건 하에서 스풀을 회전시키고, 그에 따라 차량 탑승자에 대해 좌석 벨트 띠를 통한 충돌 펄스의 영향을 줄이는 하중 제한 기능을 제공한다.

Claims (9)

  1. 좌석 벨트 리트랙터에 있어서,
    (a) 스풀(1)로서, 이 스풀(spool)(1)의 회전 방향에 따라서 좌석 벨트 띠를 감거나 또는 풀도록 회전가능하게 장착된, 상기 스풀(1)과,
    (b) 상기 스풀(1)의 일 단부에 부착된 로킹 링(9)과, 충돌 상태가 감지되면 상기 로킹 링(9)을 회전하지 않도록 고정시키는 수단과,
    (c) 상기 스풀(1)과 상기 로킹 링(9) 사이의 힘 경로 내에서 결합되고, 상기 로킹 링(9)이 고정된 후에, 차량 탑승자의 전방으로의 운동량의 영향하에서, 상기 좌석 벨트 띠가 더 풀리도록 하는 힘 제한 수단을 포함하며, 상기 힘 제한 수단은,
    (i) 제 1 힘 제한 수단(11)과,
    (ii) 기다란 변형 가능한 부재(15)를 포함하는 제 2 힘 제한 수단을 구비하고, 상기 변형 가능한 부재(15)는, 상기 스풀(1)과 상기 로킹 링(9) 사이의 상대적인 회전에 의해 상기 변형 가능한 부재(15)의 사전 설정된 길이가 하중 제한의 제 1 단계 동안 상기 스풀(1)내의 통로(13) 외부로 당겨지고 변형되도록 배치되고, 상기 변형 가능한 부재(15)의 단면적은, 상기 사전 설정된 길이의 대부분에 걸쳐서 일정하고, 상기 스풀(1)과 상기 로킹 링(9) 사이에 형성된 리세스(19)내에 위치된 상기 변형 가능한 부재의 굽힘부의 영역에서 상기 변형 가능한 부재의 단부로부터 소정 거리에 배치된 적어도 하나의 단면적 감소부(21)에서 감소되어, 상기 변형 가능한 부재(15)가 상기 스풀(1)내의 통로(13) 외부로 당겨질 때 상기 변형 가능한 부재(15)의 초기 굽힘 모멘트를 감소시키는
    좌석 벨트 리트랙터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면적 감소부(21)가 만곡된 측방향 홈부를 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면적 감소부(21)가 V자 형상 측방향 홈부를 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부재(15)의 일 단부(31)에 위치된 추가의 단면적 감소부를 더 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형 가능한 부재는 와이어(15)이며, 상기 와이어(15)는 상기 와이어(15)의 일 단부(31)에 위치된 추가의 단면적 감소부를 갖는
    좌석 벨트 리트랙터.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 힘 제한 수단이 비틀림 바아(11)를 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스풀(1)이 상기 변형 가능한 부재(15)의 일 단부를 수용하도록 배치된 기다란 리세스(13)를 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스풀(1)이 상기 변형 가능한 부재(15)의 단부를 수용하도록 배치된 2개의 기다란 리세스(13)를 포함하는
    좌석 벨트 리트랙터.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로킹 링(9)이 상기 변형 가능한 부재(15)의 중심부를 수용하도록 배치된 홈부(17)를 갖는
    좌석 벨트 리트랙터.
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