KR20140046286A

KR20140046286A - 차량용 시트벨트 프리텐셔너

Info

Publication number: KR20140046286A
Application number: KR1020120112576A
Authority: KR
Inventors: 김진영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-04-18
Also published as: KR101428196B1

Abstract

본 발명은 차량용 시트벨트 프리텐셔너에 관한 것으로서, 구속장치로서의 성능 편차 감소, 작동 신뢰성 향상, 승객 보호성능 향상, 부품수 축소 및 중량 저감, 사이즈 축소 등이 가능해지는 차량용 시트벨트 프리텐셔너를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 충돌시 가스를 발생시켜 가스주입부를 통해 하우징 내부로 공급하는 가스 발생기; 상기 가스주입부를 통해 하우징 내부로 주입된 가스의 압력이 작용할 수 있도록 상기 하우징 내부에 배치되고 리트랙터의 스풀과 일체 회전되도록 구비되며 가스주입부를 통해 주입되는 가스의 압력에 의해 회전되는 회전체; 및 상기 가스주입부에 설치되어 하우징에 주입된 가스가 가스주입부로 역류되는 것을 방지하는 역류방지장치;를 포함하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너를 제공한다.

Description

차량용 시트벨트 프리텐셔너{Pretensioner of seat belt for vehicle}

본 발명은 차량용 시트벨트 프리텐셔너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구속장치로서의 성능 편차 감소, 작동 신뢰성 향상, 승객 보호성능 향상, 부품수 축소 및 중량 저감, 사이즈 축소 등이 가능해지는 차량용 시트벨트 프리텐셔너에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 시트벨트는 차량의 충돌시 승객을 구속하여 승객의 전방 이동을 방지하고 승객의 상해를 최소화하는 승객 구속 장치이다.

차량 충돌시 승객이 시트벨트를 착용하고 있는 상태에서는 시트벨트에 의해 승객의 전방 이동이 방지되어야 하나, 충돌 순간 발생하는 충격량에 의해 시트벨트(웨빙)가 리트랙터에 의해 잠금이 이루어지기 전까지 일정 정도 풀림 동작을 하게 되므로 이 경우 승객을 제대로 보호하지 못하게 된다.

즉, 충돌 순간에는 외력이 크게 작용하면서 승객이 큰 힘으로 전방으로 밀리게 되는데, 승객이 시트벨트를 착용하여 시트벨트에 의해 지지된다 하더라도 웨빙(webbing) 자체의 신율, 리트랙터의 잠금 시간 지연(time delay) 등에 의해 일정 정도만큼은 시트벨트가 풀리면서 승객의 상체가 전방으로 이동하게 되는 것이다.

따라서, 차량 충돌시 시트벨트(웨빙)를 순간적으로 되감아 시트벨트에 작용하는 장력을 보다 크게 해줌으로써 승객의 전방 쏠림을 최소화하고 충돌 순간 승객을 조기에 구속하여(정면 충돌시 시트벨트를 미리 당겨주어 승객을 구속해줌) 승객의 상해를 줄여주는 프리텐셔너가 설치되고 있다.

이러한 프리텐셔너의 순간적인 동작을 위해 웨빙을 되감는 메커니즘으로는볼(steel-ball)에 의한 기어 회전 방식과 랙 & 피니언(rack & pinion) 방식이 대표적으로 적용되고 있다.

두 방식 모두 차량 충돌시에 ACU(Airbag Control Unit)로부터 전기적인 신호가 인가될 경우, 이 전기적인 신호에 의해 MGG(Micro Gas Generator)의 화약이 폭발하게 되고, 이때 발생하는 가스의 폭발 압력으로 인한 힘이 볼 또는 랙 & 피니언을 구동시켜서 벨트를 되감아 주는 구조로 되어 있다.

이 중에서 볼에 의한 기어 회전 방식(이하, '볼 타입 방식'이라 함)에 대해서는 일본공개특허 제2002-002448호, 미국특허 제5,881,962호, 제5,690,295호, 제6,345,504호, 제6,363,722호 등에 개시되어 있다.

종래의 볼 타입 방식 프리텐셔너는 가스 발생기(MGG)의 폭발시에 발생하는 가스의 폭발 압력으로 볼들이 피스톤에 의해 밀리면서 이동하고, 이때 이동하는 볼들이 기어와 맞물리면서 기어와 스풀(spool)이 순간적으로 회전되어 웨빙을 감아주는 방식이다.

그러나, 이러한 볼 타입 방식 프리텐셔너에서는 스틸 볼 사이의 유격 발생, 유격으로 인한 볼의 기어 끼임 발생, 피스톤의 변형 및 끼임 발생, 가스 발생기의 폭발력 전달시 에너지 손실 발생, 가스 잔압/마찰 문제 등으로 인하여 성능 편차가 발생한다.

그리고, 도 1 내지 도 3은 종래의 랙 & 피니언 방식 프리텐셔너를 나타내는 도면으로, 랙 & 피니언 방식은 가스 발생기(MGG)의 폭발시에 발생하는 가스의 폭발 압력으로 피스톤(2)과 랙(3)이 이동하면서 피니언(4)을 회전시키고, 이 피니언(4)의 회전력을 전달받아 스풀이 역회전되면서 웨빙을 순간적으로 감아주는 방식이다.

도 1은 초기 상태를 나타내는 도면으로, 초기 상태에서는 롤러(roller)(5)와 슬리브(sleeve)(6)가 갭(gap)을 유지하고 있기 때문에 슬리브(6)가 미도시된 릴 스프링(reel spring)의 토크를 스풀에 전달하면서 회전하게 된다.

도 2는 프리텐셔너의 작동이 시작되는 상태를 나타내는 도면으로, 착화 신호(ACU의 전기적인 신호)에 의해 MGG(1)가 착화되면, 이때 발생하는 가스의 폭발 압력에 의해 피스톤(2)이 상승하게 되고, 이어 피스톤(2)의 랙(3)이 피니언(4)에 치합된 상태로 이동되면서 랙(3)의 직선운동이 피니언(4)의 회전운동으로 변환된다.

또한 피니언(4)이 회전됨에 따라 피니언의 캠(cam) 형상에 의해 롤러(5)가 축 중심방향으로 이동되고, 이때 변형에 의해 슬리브(6)와 클러치(미도시)가 결합되면서 피니언(4), 슬리브(6), 스풀(미도시)이 일체로 회전된다.

도 3은 프리텐셔너의 작동이 시작된 후 벨트 인입시의 상태를 나타내는 도면으로, 피스톤(2)이 가스 압력에 의해 더 상승하여 피니언(4), 클러치 어셈블리, 스풀을 역회전시킴으로써 벨트가 인입되도록 한다.

그러나, 이러한 랙 & 피니언 방식의 프리텐셔너는 크기가 크고 직선 이동하는 랙(큰 패키지 공간을 필요로 함)를 사용하고 있으므로 전체 사이즈 및 패키지 공간이 증가하는 문제가 있고, 이로 인해 중량과 원가 측면에서 불리해지는 문제를 가진다.

그 밖에 종래의 볼 또는 랙 & 피니언 방식 모두에서 부품수 및 중량 과다, 전체 사이즈 과다, 작동시 불안정한 작동에 의한 구속력 저하 등의 문제가 발생할 수 있는바, 이를 해결하기 위한 방안이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 승객 구속장치로서의 성능 편차 감소, 작동 신뢰성 향상, 승객 보호성능 향상, 부품수 축소 및 중량 저감, 사이즈 축소 등이 가능해지는 차량용 시트벨트 프리텐셔너를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 충돌시 가스를 발생시켜 가스주입부를 통해 하우징 내부로 공급하는 가스 발생기; 상기 가스주입부를 통해 하우징 내부로 주입된 가스의 압력이 작용할 수 있도록 상기 하우징 내부에 배치되고 리트랙터의 스풀과 일체 회전되도록 구비되며 가스주입부를 통해 주입되는 가스의 압력에 의해 회전되는 회전체; 및 상기 가스주입부에 설치되어 하우징에 주입된 가스가 가스주입부로 역류되는 것을 방지하는 역류방지장치;를 포함하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너를 제공한다.

여기서, 상기 회전체는 하우징 내에서 상기 스풀과 일체로 회전되도록 결합된 허브에 복수개의 블레이드가 형성된 구조의 터빈인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 역류방지장치는 상기 가스주입부에서 하우징 내부로 가스가 배출되는 출구부에 이동 가능하게 설치되어 하우징 내부로부터 역류 가스의 압력이 작용하게 될 때 상기 가스주입부의 출구부를 폐쇄하도록 이동되는 밸브부재; 및 상기 밸브부재를 상기 출구부에 대한 닫힘 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밸브부재는 상기 하우징 내부로 위치되어 이동된 위치에 따라 가스주입부의 출구부를 선택적으로 개폐하는 밸브헤드; 상기 밸브헤드에 일체로 형성되어 가스주입부의 출구부를 관통하도록 배치되는 연결부; 및 상기 연결부에 일체로 형성되어 가스주입부 내측에 위치되고 상기 탄성부재에 의해 탄성 지지되는 지지부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 탄성부재는 밸브부재의 지지부와 가스주입부의 내측면 사이에 설치되는 코일스프링인 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 차량용 시트벨트 프리텐셔너는 가스 발생기에서 발생한 가스의 폭발 압력에 의해 터빈 및 스풀이 직접 회전 구동되는 방식을 적용한 것으로, 종래의 볼 또는 랙 & 피니언 방식에서 문제가 되었던 불안정한 작동상태 및 성능 편차, 그로 인한 구속력 저하 등의 문제가 효과적으로 해소될 수 있게 된다.

특히, 가스압에 의한 기계적인 운동 과정이 단순화되면서 압력에 의한 작동 효율이 보다 개선될 수 있는 이점이 있게 된다.

더불어, 본 발명의 프리텐셔너는 가스 압력의 역류 및 오류 발생을 방지할 수 있는 구성을 가지면서도 간단한 구성만으로 시트벨트 웨빙의 순간적인 되감김을 구현할 수 있는 새로운 작동 방식이 적용되는바, 부품수 축소(피스톤, 클러치, 볼 및 기어 삭제, 랙 & 피니언 삭제), 중량 저감, 전체 사이즈의 축소가 모두 가능해지는 이점을 가진다.

도 1 내지 도 3은 종래의 랙 & 피니언 방식 프리텐셔너를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리텐셔너의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리텐셔너에서 가스 역류를 방지하기 위한 역류방지장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 불안정한 작동에 의해 구속력 저하가 발생하는 등 종래의 볼 방식 및 랙 & 피니언 방식의 프리텐셔너가 가지고 있던 여러 문제점을 해소할 수 있는 새로운 구성 및 작동 방식의 프리텐셔너에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 간단한 구성으로 이루어져 부품수 축소, 중량 저감, 작동 신뢰성 향상, 승객 보호성능 향상, 사이즈 축소 등이 가능해지는 차량용 시트벨트 프리텐셔너를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프리텐셔너의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프리텐셔너에서 가스 역류를 방지하기 위한 역류방지장치의 작동상태를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 시트벨트 프리텐셔너는 가스 압력에 의한 스풀의 직접 구동 방식을 적용한 것으로, 도시된 바와 같이, 차량 충돌시 가스를 발생시켜 가스주입부(7)를 통해 하우징(9) 내부로 공급하는 가스 발생기(1), 상기 가스주입부(7)를 통해 하우징(9) 내부로 주입된 가스의 압력이 작용할 수 있도록 상기 하우징 내부에 배치되고 리트랙터의 스풀(15)에 일체 회전될 수 있게 결합되어 구비되며 하우징 내부로 주입된 가스의 압력을 받아 회전되는 회전체(10), 그리고 상기 가스주입부(7)에 설치되어 하우징(9)으로 주입되는 가스의 역류를 방지하는 역류방지장치(20)를 포함하여 구성된다.

먼저, 가스 발생기(MGG)는 제어기, 예컨대 센서를 통해 차량 충돌을 감지한 ACU로부터 출력되는 전기적인 신호(착화 신호)가 인가될 경우 내장된 화약이 폭발하면서 가스를 발생시키도록 구비되는 것으로, 이는 종래의 프리텐셔너에서 사용되던 것과 비교하여 구성, 작동원리 및 작동방식 등에 있어서 차이가 없다.

다만, 가스 발생기(1)에서 발생한 고압의 가스가 가스주입부(7)를 통해 하우징(9) 내부로 주입되고, 이때 하우징(9) 내부로 주입된 가스의 폭발 압력이 회전체(10)에 작용하게 되면서 회전체를 회전시킬 수 있게 구비된다.

상기 가스주입부(7)는 가스 발생기(1)에서 발생한 고압의 가스를 하우징(9) 내부로 주입할 수 있도록 하우징 내부로 연결되는 가스관이 될 수 있다.

즉, 가스 발생기(1)에서 발생한 가스의 폭발 압력이 하우징(9) 내부로 전해질 수 있도록 가스 발생기로부터 연결된 가스관이 하우징 내부로 삽입되어 연결되고, 이에 고압의 가스가 가스관을 통해 하우징 내부로 주입될 수 있도록 하는 것이다.

한편, 하우징(9) 내부에 리트랙터의 스풀(15)과 일체로 회전될 수 있도록 결합된 회전체(10)가 설치되며, 이 회전체(10)는 하우징(9) 내에서 스풀(15)에 고정 결합되어 스풀과 일체로 회전되는 허브(11), 및 이 허브(11)에 원주방향을 따라 소정 간격으로 배열되도록 형성된 복수개의 블레이드(12)를 포함하여 구성되는 터빈이 될 수 있다.

본 발명에서 스풀(15)과 터빈(10)은 항시 연결된 구조가 되도록 일체로 결합되어 동일 방향으로 동시에 회전될 수 있게 구비된다.

이러한 구성에서, 하우징 내부로 가스 주입이 이루어지는 가스발생부(즉, 가스관)(7)의 출구부(8)가 터빈(10)의 중심에서 일측으로 편심되게 배치되며, 이로써 가스발생부의 출구부를 통해 주입된 가스의 폭발 압력이 블레이드(12)에 작용하면서 터빈(10)이 회전될 수 있게 되어 있다.

특히, 가스의 폭발 압력에 의해 회전되는 터빈(10)의 회전방향은 시트벨트 웨빙을 감아줄 수 있는 방향, 즉 스풀(15)을 역회전시키는 방향이며, 이에 고압의 가스가 부딪히면서 터빈(10)이 회전될 때 스풀(15)이 일체로 역회전됨과 동시에 시트벨트 웨빙이 스풀에 되감겨지게 된다.

즉, 가스 발생기(1)에서 발생한 가스가 가스주입부(7)를 통해 하우징(9) 내부로 주입되면, 하우징 내부로 주입된 가스의 폭발 압력이 터빈(10)의 블레이드(12)에 작용하게 되고, 이에 터빈(10)이 순간적으로 회전되면서 스풀915)이 일체로 역회전되어 시트벨트 웨빙을 일정 정도 되감아주게 되는 것이다.

그리고, 상기 하우징(9) 내부로 연결된 가스주입부(7), 즉 상기 가스관에서 하우징 내부에 위치되어 가스를 터빈(10)쪽으로 주입하게 되는 출구부에는 가스의 역류를 방지하기 위한 역류방지장치(20)가 설치된다.

상기 역류방지장치(20)는 가스 압력이 가스주입부(7)를 통해 하우징(9) 내부로 작용할 때, 터빈(10)에 의한 저항 또는 하우징(9) 내부 구조의 빈 공간에 의해 가스가 하우징(9)에서 가스주입부(7)로 역류되는 것을 방지해준다.

이러한 역류방지장치(20)는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 가스주입부(7)의 출구부(8)에 설치되는데, 도 5는 상기 출구부(8)가 개방된 상태에서 가스 발생기(1)로부터 발생한 고압의 가스가 하우징(9) 내부로 주입되는 상태를, 도 6은 상기 출구부(8)가 닫힌 상태에서 역류가 방지되는 상태를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 역류방지장치(20)는 가스주입부(7)의 출구부(8)에 이동 가능하게 삽입 설치되어 그 이동된 위치에 따라 상기 출구부를 선택적으로 개폐하도록 구비되고 특히 하우징(9) 내부로부터 역류 가스의 압력이 작용하게 될 때 상기 출구부를 폐쇄하도록 이동되는 밸브부재(21)와, 상기 밸브부재(21)를 출구부(8)에 대한 닫힘 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재(25)를 포함하여 구성된다.

상기 밸브부재(21)는 가스주입부(7)의 출구부(8)에서 하우징(9) 내부로 위치되어 도면상 상하 이동된 위치에 따라 가스주입부(7)의 출구부(8)를 선택적으로 개폐하는 밸브헤드(22), 상기 밸브헤드(22)에 일체로 형성되어 가스주입부(7)의 출구부(8)를 관통하도록 배치되는 연결부(23), 그리고 상기 연결부(23)에 일체로 형성되어 가스주입부(7) 내측에 위치되고 상기 탄성부재(25)에 의해 탄성 지지되는 지지부(24)를 포함하여 구성된다.

이러한 구성에서 상기 탄성부재(25)는 밸브부재(21)의 지지부(24)와 가스주입부(7)의 내측면 사이에 설치되는 코일스프링이 될 수 있으며, 이때 지지부(24)를 통해 밸브부재(21)에 작용하는 탄성부재(25)의 탄성복원력은 밸브부재를 닫힘 방향으로 이동시키도록 작용된다.

즉, 가스 발생기(1)에서 발생한 가스의 폭발 압력이 탄성부재(15)에 의해 지지되고 있는 밸브부재(21)의 지지부(24)에 작용하게 되면서, 이 지지부(24)가 탄성부재(25)를 압축함과 동시에 밸브부재 전체가 도면상 하방으로 이동하게 되고, 이때 가스주입부(7)의 출구부(8)가 밸브부재(21)에 의해 개방된 상태가 되어 고압의 가스가 하우징 내부로 주입될 수 있게 된다(도 4 참조).

이로써 터빈(10)과 스풀(15)이 일체로 회전되면서 시트벨트 웨빙이 되감아지게 된다.

이와 같이 고압의 가스가 지지부(24)를 눌러 가압함과 동시에 밸브부재(21)가 도면상 하방으로 이동하여 가스주입부(7)의 출구부(8)를 개방하고, 이 상태에서 하우징(9) 내부로 주입된 가스의 압력이 터빈(10)을 회전시키게 된다.

이때, 가스가 지지부(24)를 눌러 밸브부재(21)가 이동된 상태에서는 밸브헤드(22)와 지지부(24), 가스주입부(7)의 출구부(8) 사이에 도 4에 나타낸 바와 같이 탄성부재(코일스프링)(25)에 의한 갭이 발생하면서, 이 갭을 통해 가스의 압력이 도면상 아래 방향, 즉 가스주입부(7)의 출구부(8)를 통해 하우징(9) 내부로 전달될 수 있게 된다.

반면, 역류되는 가스의 압력에 의해서는 역류 가스의 압력이 밸브헤드(22)에 작용하게 되면서, 출구부(8)에서 밸브부재(21)가 다시 닫힘 방향(도면상 상방)으로 이동하게 되고, 이에 출구부(8)가 상기 밸브헤드(22)에 의해 막히게 되면서 가스가 가스주입부(7) 및 하우징(9) 외부로 새어나가는 것을 방지하게 된다(도 5 참조).

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 프리텐셔너의 구성 및 작동상태에 대해 상세히 설명하였으며, 전술한 바와 같이 본 발명의 프리텐셔너는 가스 발생기에서 발생한 가스의 폭발 압력에 의해 터빈 및 스풀이 직접 구동되는 방식을 적용한 것으로서, 종래의 볼 또는 랙 & 피니언 방식에서 문제가 되었던 불안정한 작동상태 및 그로 인한 구속력 저하 등의 문제가 효과적으로 해소될 수 있게 된다.

더불어, 본 발명의 프리텐셔너는 가스 압력의 역류 및 오류 발생을 방지할 수 있는 구성을 가지면서도 간단한 구성만으로 시트벨트 웨빙의 순간적인 되감김을 구현할 수 있는 새로운 작동 방식이 적용됨으로써 부품수 축소(피스톤, 클러치, 볼 및 기어 삭제, 랙 & 피니언 삭제), 중량 저감, 전체 사이즈의 축소가 모두 가능해지는 이점을 가진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 가스 발생기
7 : 가스주입부
10 : 터빈
20 : 역류방지장치

Claims

차량 충돌시 가스를 발생시켜 가스주입부를 통해 하우징 내부로 공급하는 가스 발생기;
상기 가스주입부를 통해 하우징 내부로 주입된 가스의 압력이 작용할 수 있도록 상기 하우징 내부에 배치되고 리트랙터의 스풀과 일체 회전되도록 구비되며 가스주입부를 통해 주입되는 가스의 압력에 의해 회전되는 회전체; 및
상기 가스주입부에 설치되어 하우징에 주입된 가스가 가스주입부로 역류되는 것을 방지하는 역류방지장치;
를 포함하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너.
청구항 1에 있어서,
상기 회전체는 하우징 내에서 상기 스풀과 일체로 회전되도록 결합된 허브에 복수개의 블레이드가 형성된 구조의 터빈인 것을 특징으로 하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너.
청구항 1에 있어서,
상기 역류방지장치는
상기 가스주입부에서 하우징 내부로 가스가 배출되는 출구부에 이동 가능하게 설치되어 하우징 내부로부터 역류 가스의 압력이 작용하게 될 때 상기 가스주입부의 출구부를 폐쇄하도록 이동되는 밸브부재; 및
상기 밸브부재를 상기 출구부에 대한 닫힘 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너.
청구항 3에 있어서,
상기 밸브부재는
상기 하우징 내부로 위치되어 이동된 위치에 따라 가스주입부의 출구부를 선택적으로 개폐하는 밸브헤드;
상기 밸브헤드에 일체로 형성되어 가스주입부의 출구부를 관통하도록 배치되는 연결부; 및
상기 연결부에 일체로 형성되어 가스주입부 내측에 위치되고 상기 탄성부재에 의해 탄성 지지되는 지지부;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너.
청구항 4에 있어서,
상기 탄성부재는 밸브부재의 지지부와 가스주입부의 내측면 사이에 설치되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 차량용 시트벨트 프리텐셔너.