KR20200130122A - 리트랙터 프리텐셔너 조립체 - Google Patents

리트랙터 프리텐셔너 조립체 Download PDF

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더블유. 코닝 리차드
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오토리브 에이에스피, 인크.
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Abstract

차량에 사용하기 위한 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체(seatbelt pretensioning retractor assembly)가 제공된다. 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체는, 프레임에 장착되도록 구성되고 내부 공동을 갖는 하우징, 아치형의 만곡된 형상을 갖는 프리텐셔너 튜브, 하우징에 회전가능하게 장착되고 스핀들에 고정 결합되는 프리텐셔너 휠, 튜브 내에 배치된 프리텐셔너 로드, 및 가이드 부분 및 로드 가이드를 갖는 가이드 플레이트를 포함한다. 프리텐셔너 로드는 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠과 맞물린다. 또한, 프리텐셔너 휠은 몸체 부분, 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 플랜지, 및 복수의 베인 - 복수의 베인 중 인접한 2개의 베인 사이에 공동이 형성됨 - 을 포함한다.

Description

리트랙터 프리텐셔너 조립체{RETRACTOR PRETENSIONER ASSEMBLY}
본 발명은 차량의 탑승자를 구속하기 위한 시트벨트 구속 장치(seatbelt restraint device)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 시트벨트를 프리텐셔닝(pretensioning)하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 섹션에서의 언급은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이고, 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.
차량 시트에서 탑승자를 구속하기 위한 시트벨트 구속 시스템은 차량 충돌 상황에서 탑승자 부상을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 종래의 소위 "3점" 유형의 시트벨트 구속 시스템은 일반적으로 시트 탑승자의 골반을 가로질러 연장되는 무릎 벨트 섹션(lap belt section) 및 상부 몸체를 가로지르는 어깨 벨트 섹션을 갖는데, 이들 섹션은 함께 체결되거나, 일정 길이의 연속적인 시트벨트 끈(webbing)에 의해 형성된다. 무릎 및 어깨 벨트 섹션들은 계류부(anchorage)들에 의해 차량 구조물에 연결된다.
벨트 리트랙터(retractor)는 전형적으로 벨트 끈을 저장하기 위해 제공되며, 충돌 상황에서 벨트 장력 하중을 관리하도록 추가로 작용할 수 있다. 탑승자에 의해 수동으로 전개되는 시트벨트 구속 시스템(소위 "능동"형)은 또한 전형적으로 계류부에 의해 차체 구조물에 부착된 버클(buckle)을 포함한다. 벨트 끈에 부착된 래치 판(latch plate)은 벨트 시스템이 구속을 가능하게 하기 위하여 체결되게 하도록 버클에 의해 수용되고, 차량으로부터의 출입을 허용하도록 체결해제된다. 시트벨트 시스템은 전개된 때, 충돌 동안에 탑승자를 효과적으로 구속한다.
OEM 차량 제조업체는 탑승자 구속 성능을 향상시키기 위해 차량의 충돌 동안에 또는 심지어 충돌 이전에 시트벨트에 장력을 부여하는 프리텐셔닝 장치("프리텐셔너(pretensioner)"로서 또한 알려짐)를 갖는 시트벨트 구속 시스템을 종종 제공한다. 프리텐셔너는 끈에서의 느슨함을 제거하고, 벨트 구속 시스템이 충돌 과정의 초기에 탑승자와 결합하게 한다. 일 유형의 프리텐셔너는 끈 리트랙터에 작용하여 벨트에 장력을 부여한다.
팽창 가스를 발생시키기 위해 불꽃 장약(pyrotechnic charge)을 사용하는 가스 발생기를 포함하는 로토-프리텐셔너(roto-pretensioner)로서 알려진 유형을 포함한 리트랙터 프리텐셔너의 다양한 설계가 현재 존재한다. 이러한 로토-프리텐셔너의 예는 1995년 4월 11일자로 출원된 미국 특허 제5,881,962호, 2005년 4월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 제2006/0243843호, 2010년 7월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 공개 제2012/0006925호, 및 2011년 8월 2일자로 출원된 미국 특허 제7,988,084호에 기재되어 있으며, 이들은 본 출원의 양수인에 의해 공동으로 소유되어 있고, 모든 목적을 위해 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다. 대체적으로, 불꽃 장약 또는 다른 가연성 물질의 점화는 피스톤을 갖는 챔버 내에서 가스 압력을 생성하여, 프리텐셔너 튜브 내에 배치된 구동 요소, 예컨대, 피스톤, 랙 및 피니언(rack and pinion), 또는 일련의 볼(ball)들 또는 로드 요소(rod element)에 운동을 부여하는데, 이들 구동 요소는 리트랙터 스풀 프리텐셔너 휠(retractor spool pretensioner wheel)과 맞물려 이를 감아 끈을 후퇴시킨다.
일련의 금속 볼들을 사용하는 프리텐셔너의 한 가지 문제점은 완전한 프리텐셔닝 스트로크에 필요한 일련의 볼들의 중량뿐만 아니라 엄격한 공차를 갖는 다수의 금속 볼을 공급하는 해당 비용이다. 또한, 일련의 금속 볼, 또는 랙 및 피니언 기반 시스템을 사용하는 프리텐셔너의 경우, 일련의 볼 또는 피니언이 리트랙터 스풀 프리텐셔너 휠과 충분히 맞물리는 것을 보장하기 위해 동기화 또는 클러치 특징부에 대한 필요성이 있다.
프리텐셔너의 다른 문제점은, 구동 요소가 상당한 저항을 겪음이 없이 스트로크의 말기에 도달하게 할 낮은 저항 상태로서 알려져 있다. 이는 시트벨트 끈에 과도한 느슨함이 있는 경우에 일어날 수 있다. 이러한 경우, 낮은 저항은 구동 요소로부터의 보다 낮은 배압량(amount of backpressure)을 초래한다. 배압은 구동 요소와 프리텐셔너 휠 사이의 맞물림에 의해 생성되고, 따라서 더 낮은 배압은 구동 요소를 뒤따르는 밀봉 요소 상에서의 압력을 감소시킨다. 밀봉 요소에 대한 감소된 압력은 밀봉 요소가 원주방향으로 압축되는 양을 감소시키며, 이는 가스가 일련의 볼 주위에서 튜브로부터 누출되는 것을 허용할 수 있는 감소된 밀봉력을 초래한다.
프리텐셔너의 추가의 문제점은 프리텐셔닝 스트로크의 말기에 리트랙터 및 시트벨트 끈을 로킹 상태(locked condition)로 유지할 필요성이다. 리트랙터 스풀이 로킹 상태로 유지되지 않을 때, 시트벨트가 감기지 않고 시트벨트에서 느슨함이 다시 나타나게 하는 페이백(payback)이 일어날 수 있다. 로킹 위치를 유지하는 한 가지 방법은 가스 발생기로부터의 압력을 프리텐셔닝 스트로크를 위해 필요한 양을 초과하여 유지하는 것을 포함한다. 그러나, 이는 중량 및 비용을 부가하고, 더 높은 용량의 가스 발생기를 필요로 한다.
본 발명은 차량에서 사용하기 위한 스핀들 및 프레임을 포함하는 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 프리텐셔너 로드(pretensioner rod), 하우징, 가이드 플레이트(guide plate) 및 프리텐셔너 튜브를 포함하는, 자동차 시트 벨트 프리텐셔너를 위한 프리텐셔너 휠에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 프리텐셔너 로드는 프리텐셔너 휠과 맞물리도록 사용되고, 프리텐셔너 휠은 환형 형상을 갖는 몸체 부분, 프리텐셔너 휠의 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 플랜지, 몸체 부분의 회전 중심축으로부터 연장되는 반경방향부(radial)를 따라 한 쌍의 플랜지 사이에서 연장되는 복수의 베인(vane), 및 복수의 베인 중 인접한 2개의 베인 사이에 형성된 공동을 포함한다. 복수의 베인은 각각 중심축에 수직인 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에 삼각형 형상으로 형성되는 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고, 제1 측벽 및 제2 측벽은 반경방향 외측 팁을 형성한다. 복수의 베인 각각의 팁은 프리텐셔너 휠의 회전 중심축으로부터 연장되는 반경방향부 상에 놓이고, 반경방향부와 제1 측벽 사이에 형성된 제1 각도 및 반경방향부와 제2 측벽 사이에 형성된 제2 각도를 갖는다. 제1 각도는 제2 각도보다 크다. 베인의 제2 측벽은 프리텐셔너 로드가 프리텐셔너 튜브로부터 빠져나갈 때 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 모따기 표면(chamfered surface)과 접촉하도록 경사진다. 즉, 제2 각도가 형성된 제2 측벽은 프리텐셔너 로드의 모따기 표면과 접촉하도록 경사진다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 반경방향 외측 팁의 팁 각도가 제1 측벽과 제2 측벽 사이에 형성되고, 팁 각도는 35도 내지 65도이다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 각각의 베인의 팁은 프리텐셔너 로드가 프리텐셔너 휠과 맞물릴 때 프리텐셔너 로드를 변형시키기 위한 외부 반경을 한정하는 반경형(radiused) 형상으로서 형성된다. 팁의 반경은 바람직하게는 0.35 mm 내지 0.55 mm이다. 프리텐셔너 로드의 변형된 깊이는 바람직하게는 프리텐셔너 휠의 베인과 맞물린 프리텐셔너 로드의 반경방향 두께의 10% 내지 50%이다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 베인의 제1 각도는 바람직하게는 28도 초과 38도 미만이고, 제2 각도는 바람직하게는 17도 초과 27도 미만이다. 제1 각도는 바람직하게는 약 30도이고, 제2 각도는 바람직하게는 약 25도이다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 베인의 제1 및 제2 측벽들 각각은 제1 및 제2 썸네일 편평 표면을 각각 형성한다. 제2 썸네일 편평 표면의 영역은, 프리텐셔너 로드가 먼저 프리텐셔너 튜브로부터 빠져나갈 때 제2 측벽의 더 큰 썸네일 편평 영역 상의 프리텐셔너 로드와 맞물리기 위해 제1 썸네일 편평 표면의 영역보다 크다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 팁 원은 중심축에 수직인 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상의 반경방향 외측 베인 팁들 각각을 연결함으로써 한정된다. 복수의 베인 각각은 중심축에 수직인 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상의 루트 섹션(root section)들 각각을 연결함으로써 루트 원을 한정하는 루트 섹션을 형성한다. 베인 높이는 팁 원의 팁 반경으로부터 루트 원의 루트 반경을 감산함으로써 한정되며, 베인 높이는, 바람직하게는, 프리텐셔너 로드가 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠과 맞물릴 때 프리텐셔너 로드가 프리텐셔너 휠 베인에 의해 절단되는 것을 방지하기 위한 척도로서 프리텐셔너 휠의 베인과 맞물린 프리텐셔너 로드의 단면의 반경방향 두께의 절반 이하이다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 프리텐셔너 휠의 베인들은 5개의 베인과 13개의 베인 사이의 홀수 개로 형성된다. 예시적인 실시예에서, 프리텐셔너 휠은 11개의 베인으로 형성된다.
본 발명의 추가의 태양에 따르면, 각각의 베인 공동은 프리텐셔너 로드가 프리텐셔너 휠과 맞물릴 때 프리텐셔너 로드를 수용하기 위한 포켓(pocket)으로서 형성된다. 공동의 포켓은 중심축에 평행한 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에서 U 형상으로서 형성된다. 포켓에는, 플랜지들 둘 모두가 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 변형된 프리텐셔너 로드를 수용할 정도로 큰 공간이 형성된다. 또한, 포켓의 저부는 반원 형상 또는 반경형 형상으로 형성된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 자동차용 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체는 스핀들, 프레임, 하우징, 가스 발생기와 유체 연통하는 제1 튜브 단부 및 하우징 내에 유체 연통하는 출구를 구비하는, 아치형의 만곡된 형상을 갖는 프리텐셔너 튜브, 프리텐셔너 튜브 내에 배치되고, 가스 발생기를 향해 배치되는 근위 단부 및 프리텐셔너 튜브의 출구에 배치되는 원위 단부를 갖는 프리텐셔너 로드, 및 하우징에 회전가능하게 장착되고 스핀들에 고정 결합되는 프리텐셔너 휠을 포함한다.
추가의 상세사항 및 이점이 첨부 도면의 상세한 하기 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 순수하게 예시적인 목적을 위해 본 명세서에 함께 제공되며, 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 명세서에 설명된 도면은 예시 목적만을 위한 것이며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 탑승자 구속 시스템의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체를 도시하기 위해 다양한 구성요소가 제거된 상태에서의 탑승자 구속 시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 분해도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프리텐셔너 로드 및 스토퍼의 측면 절결도이다.
도 5a는 도 5에 도시된 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 상세도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 예시적인 형태에 따른 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 상세도이다.
도 5c는 도 5의 선 5C-5C를 따라 취해진 프리텐셔너 로드의 단면도이고, 도 5d는 도 5의 선 5D-5D를 따라 취해진 프리텐셔너 로드의 단면도이고, 도 5e는 도 5의 선 5E-5E를 따라 취해진 프리텐셔너 로드의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 공동을 갖는 복수의 베인을 갖는 프리텐셔너 휠의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 프리텐셔너 휠의 평면도이고, 도 7a는 도 7의 X-Z 평면 상의 프리텐셔너 휠의 단면도이다.
도 8은 도 7의 선 8-8을 따라 취해진 프리텐셔너 휠의 단면도이다.
도 9a는 프리텐셔너 시스템의 제1 비작동 상태에서의 프리텐셔너 로드 및 프리텐셔너 휠의 측면 절결도이고, 도 9b는 프리텐셔너 로드가 프리텐셔너 시스템의 작동 상태에서 프리텐셔너 휠과 먼저 접촉할 때의 프리텐셔너 로드 및 프리텐셔너 휠의 측면 절결도이고, 도 9c는 프리텐셔너 로드가 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠의 한 쌍의 베인과 맞물릴 때의 프리텐셔너 로드 및 프리텐셔너 휠의 측면 절결도이고, 도 9d는 도 9b의 선 9D-9D를 따라 취해진 프리텐셔너 로드와 베인 사이의 맞물림의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 가이드 플레이트의 사시도이다.
도 11은 도 3의 선 A-A를 따라 취해진, 제3 상태에 있는 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 단면도이다.
도 12는 도 3의 선 A-A를 따라 취해진, 제1 비작동 상태에 있는 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 단면도이다.
도 13은 도 3의 선 A-A를 따라 취해진, 제2 상태에 있는 시일(seal)을 갖는 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 단면도이다.
도 14는 도 3의 선 A-A를 따라 취해진, 제3 상태에 있는 시일을 갖는 프리텐셔너 시스템을 포함하는 시트벨트 리트랙터 조립체의 단면도이다.
도면 전체에 걸쳐, 대응하는 도면 부호가 동일하거나 대응하는 부분 및 특징부를 나타낸다는 것이 이해되어야 한다.
하기의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것이며, 본 발명 또는 그의 응용 또는 용도를 제한하도록 결코 의도되지 않는다. 도면 전체에 걸쳐, 대응하는 도면 부호가 동일하거나 대응하는 부분 및 특징부를 나타낸다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 형태에 따른 차량 시트(10) 및 차량용 시트벨트 조립체(12)를 도시한다. 시트벨트 조립체(12)는, 상부 가이드 루프(upper guide loop) 또는 계류부(18)로부터 래치 판(20)까지 연장되는 어깨 벨트 부분(16) 및 래치 판(20)으로부터 하부 계류부(24)까지 연장되는 무릎 벨트 부분(22)을 갖는 시트벨트 끈(14)을 포함한다. 래치 판(20)은 끈(14)이 관통 연장되는 루프 부분(26)을 포함할 수 있다. 래치 판(20)은 시트벨트 버클(28) 내로 삽입되어 시트벨트 조립체(12)를 로킹 및 로킹해제할 수 있다. 시트벨트 버클 케이블 또는 스트랩(strap)(30)은, 직접 또는 다른 구성요소와 협력하여, 시트벨트 버클(28)을 차량 프레임의 일부분에 고정시킨다. 래치 판(20)과 시트벨트 버클(28), 및 끈(14)과 연관 차량 구조물에 대한 이들의 부착부의 변형을 포함한, 차량에 시트벨트 끈(14)을 부착하는 다른 방식이 또한 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
시트벨트 끈(14)은 (통합형 구조의 시트 설계로) 차량 시트(10) 내에 위치되거나 차체에 구조적으로 결합되는 리트랙터 조립체(32)(도 2 및 도 3에 도시됨)로부터 풀어내어질 수 있어, 시트벨트 끈(14)의 유효 길이가 조정가능하도록 한다. 버클 래치 판(20)이 시트벨트 버클(28)에 체결된 때, 시트벨트 조립체(12)는 상부 계류부(18)와 버클 래치 판(20)과 하부 계류부(24) 사이에서 3점 구속을 한정한다. 리트랙터 조립체(32), 버클 래치 판(20) 및 하부 계류부(24)를 위한 대안적인 위치와 같은 임의의 다른 적합한 구성이 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기술된 실시예의 시트벨트 조립체(12)의 등각도가 차량으로부터 분리되고 리트랙터 조립체(32)를 도시하는 것으로 예시되어 있다. 리트랙터 조립체(32)는 공통 프레임(38)에 장착된 스풀 조립체(34) 및 가스 발생기(36)를 포함한다. 스풀 조립체(34)는 어깨 벨트 부분(16)의 끈(14)과 연결되고 이를 수용하는 반면, 끈(14)의 무릎 벨트 부분(22)의 단부는 계류 지점, 예를 들어 프레임(38) 또는 시트(10) 또는 바닥팬(floorpan)과 같은 차량의 다른 부분과 고정식으로 맞물린다.
도 3을 참조하면, 스풀 조립체(34)는 시트벨트 끈(14)의 어깨 벨트 부분(16)과 맞물리고 시트벨트 끈(14)을 권취하거나 풀어내도록 회전하는 스핀들(40)을 포함한다. 비틀림 "시계" 또는 "모터" 유형의 스프링이 스프링 단부 캡(42) 내에 지탱되고, 시트벨트 끈(14)을 끌어들이기 위해 스핀들(40)을 회전 편의(rotationally bias)시킨다. 스풀 조립체(34)는 프리텐셔너, 관성 및 끈 감응 로킹 장치, 토션 바아 하중 제한기(torsion bar load limiter) 또는 다른 벨트 제어 장치를 포함한, 종래 기술에 따라 알려진 다른 스풀 제어 기구를 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에 언급된 "스풀 제어 시스템"은 끈 스풀의 회전 이동을 제어하여서 시트벨트 끈의 인출 및 후퇴를 제어하는 임의의 시스템을 포함할 수 있다. 하나의 그러한 스풀 제어 시스템은 모터 보조식 리트랙터이다. 스풀 로킹 장치는 전형적으로 롤링 볼 또는 진자(pendulum)와 같은 관성 감응 요소를 갖는 차량 감응 로킹 기구를 포함하고, 스풀 제어 시스템의 프리텐셔너 휠이 맞물리게 하여 스핀들(40)로부터의 시트벨트 끈(14)의 추가의 인출을 방지한다. 끈 감응 로킹 장치는 시트벨트 끈(14)의 급속한 풀어내어짐을 감지하여 리트랙터 조립체(32)를 로킹한다. 시트벨트 끈(14)의 인출 및/또는 시트벨트 버클(28)에의 래치 판(20)의 연결을 검출하는 다양한 전자 감지 기구가 또한 리트랙터 조립체(32) 내에 통합될 수 있다.
차량의 정상 작동 동안에, 리트랙터 조립체(32)는 시트벨트 끈(14)의 풀어내어짐을 허용하여 탑승자에게 소정량의 이동 자유를 제공한다. 그러나, 충돌 또는 잠재적인 충돌 상황이 검출되면, 리트랙터 조립체(32)는 로킹되어 풀어내어짐을 방지하고 탑승자를 시트(10)에 고정시킨다. 예를 들어, 차량이 미리결정된 속도로 감속하는 경우, 리트랙터 조립체(32)는 로킹된다. 부분적으로는 시트벨트 끈(14)의 자유로운 풀어내어짐으로 인해, 시트벨트 조립체(12)는 종종 정상적인 사용 동안에 느슨함을 발생시킨다.
도 4는 본 발명의 예시적인 형태에 따른 프리텐셔너 시스템(44)을 포함하는 리트랙터 조립체(32)의 분해도를 도시한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 리트랙터 조립체(32)는, 스풀 조립체(34)에 작동가능하게 연결되고 프리텐셔닝을 위해 스핀들(40)을 회전시키도록 작동가능한 프리텐셔너 시스템(44)을 추가로 포함한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 리트랙터 프리텐셔너는 검출된 차량 충돌의 초기 단계에서 시트벨트 끈을 탑승자에 대항하여 더 단단한 상태로 권취한다. 이는 차량 충돌 또는 전복의 감속력에 응답하여 탑승자의 전방 운동 또는 편위(excursion)를 감소시키기 위해 제공된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 시스템(44)은 프리텐셔너 튜브(52)의 제1 튜브 단부(51)에서 가스 발생기(36)와 연통하는 프리텐셔너 튜브(52)를 포함한다. 가스 발생기(36)는 점화 신호에 응답하여 팽창 가스를 제공하기 위해 사용된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 예를 들어, 차량은 충돌 사건, 사고(crash) 또는 전복과 같은 비상 사건을 나타내는 신호를 송신하는 센서 어레이를 포함한다. 차량 센서는 특정 충돌 센서일 수 있거나, 전통적인 차량 센서(예를 들어, 종방향 또는 횡방향 가속 센서, 또는 달리 한 세트의 다수의 센서를 갖는 제어 시스템의 일부)일 수 있다. 당업자에게 공지되거나 공지될 임의의 다른 충돌 센서가 또한, 본 발명의 시트벨트 조립체(12)와 관련하여 용이하게 이용될 수 있다. 중앙 처리 유닛(CPU) 또는 다른 제어기와 같은 전자 제어 유닛이 신호를 수신하고, (예를 들어, 프리텐셔너의 작동을 통해) 차량의 시트벨트 끈(14)을 꽉 조이는 것에 의해 응답하도록 시트벨트 조립체(12)를 제어한다.
도 4에서, 프리텐셔너 튜브(52)는 프리텐셔너 로드(200), 예를 들어, 긴 형상을 갖고 튜브(52) 내에서 가요성인, 그 내부에 배치되는 중합체 로드 또는 소성 변형가능한 중합체 로드(또한 도 5에 도시됨)를 갖는다. 더 구체적으로 그리고 이하에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 중합체 로드(200)는 프리텐셔너 튜브(52)의 내부에 삽입되기 전에 그의 외측에 배치될 때, 대체로 직선인 형상을 가지며, 튜브(52) 내로 삽입될 때, 중합체 로드는, 도 4의 분해도에 도시된 바와 같이, 튜브(52)의 구불구불한(tortuous) 형상을 따라 굴곡되고 휘어질 것이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 리트랙터 조립체(32)는 공통 프레임(38)에 장착된 스풀 조립체(34)를 포함한다. 더 구체적으로, 스풀 조립체(34)는 공통 프레임(38)에 대해 회전하여, 스풀 조립체(34)에 부착된 시트벨트 끈(14)을 권취할 것이다. 공통 프레임(38)은 하우징(54)을 포함하여, 프리텐셔너 시스템(44)의 구성요소들을 하우징(54) 내측에 배치한다.
도 4에서, 스풀 조립체(34)는 하우징(54) 내에 배치되는 프리텐셔너 휠(56)을 포함한다. 프리텐셔너 휠(56)은 스핀들(40)에 부착된다. 프리텐셔너 휠(56)의 회전은 부착된 스핀들(40)이 회전하게 하여 스핀들(40)에 부착되는 시트벨트 끈(14)을 권취할 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 로드(200)는 예시적인 실시예의 형태의 대체로 원형인 단면을 갖는다. 다른 예시적 실시예에 따르면, 로드(200)는 직사각형 단면, 삼각형 단면 또는 다른 다각형 단면과 같은 비-원형 단면을 가질 수 있고, 이는 로드(200)가 튜브(52) 내로 삽입되도록 허용하고 그리고 삽입될 때 튜브(52)의 구불구불한 형상에 적응하도록 허용한다. 다각형 단면은 로드(200)의 길이를 따라서 회전하여 나선형 형상을 생성할 수 있다. 더욱이, 로드(200)는 종방향 레일 또는 원주방향 링과 같은 돌출부, 또는 종방향 홈 또는 원주방향 홈과 같은 리세스를 포함할 수 있다.
도 5에서, 프리텐셔너 로드(200)는 프리텐셔너 튜브(52)의 외측에 배치될 때, 대체로 직선인 형상을 가지며, 근위 단부 부분(202)으로부터 원위 단부 부분(204)까지 종방향(300)으로 연장된다. 근위 단부 부분(202)은 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 시스템(44) 내에 설치될 때 가스 발생기(36)를 향해 배치된다. 예시적인 실시예에 따르면, 프리텐셔너 로드(200)는 비만입부(non-recessed portion)(206) 및 리세스(제1 리세스)(210)를 한정하는 만입부(208)를 한정하도록 그의 길이를 따라 변하는 단면을 갖는다. 도 5에 도시된 바와 같이, 만입부(208)는 근위 단부 부분(202)으로부터, 원위 단부 부분(204)을 포함하여 원위 단부 부분까지 프리텐셔너 로드(200)의 전체 길이의 대부분을 따라 연장된다. 일례에서, 만입부(208)는 프리텐셔너 로드(200)의 원위 단부 부분(204)의 최원위 단부(205)로 연장된다. 또한, 근위 단부 부분(202)은 비만입부(206)를 포함하는데, 여기서 리세스(210)는 비만입부(206)의 최원위 섹션에서 종단된다.
프리텐셔너 로드(200)는 또한, 근위 단부 부분(202)으로부터 근위 방향으로 연장되는 돌출부(212), 예를 들어 너브(nub) 또는 포스트를 포함한다. 스토퍼(55)는 스토퍼(55)를 프리텐셔너 로드(200)의 근위 단부 부분(202)에 결합시키도록 돌출부(212)를 수용하는, 그 내부에 형성된 음각 특징부(negative feature)(214)를 갖는다. 본 발명의 한 형태에 따르면, 음각 특징부(214) 및 돌출부(212)는 스토퍼(55)가 돌출부(212) 상에 압축 끼워맞춤, 예를 들어 억지 끼워맞춤되어 스토퍼(55)를 프리텐셔너 로드(200)에 고정 결합시키도록 크기설정된다. 예를 들어 접착제, 기계적 수단 등과 같은, 스토퍼(55)를 돌출부(212) 및/또는 근위 단부 부분(202)에 결합 및/또는 고정시키는 다른 형태가 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른, 도 5, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 프리텐셔너 로드(200)는 그의 원위 단부 부분(204)에, 방향(300)으로 최원위 단부(205)의 길이를 따라 내향으로 테이퍼지는 하나 이상의 모따기부(216a, 216b)를 추가로 포함한다. 일례에서, 프리텐셔너 로드(200)는 리세스(210)가 위치되는 측부와 동일한 프리텐셔너 로드의 측부 상에 배치되는 모따기부(216a)를 포함한다. 모따기부(216a)는 유리하게는 프리텐셔너 로드(200)를 튜브(52) 내에서 전진시키는 데 필요한 힘을 감소시켜서 프리텐셔너 시스템(44) 내의 프리텐셔너 로드(200)의 설치를 용이하게 한다. 그러나, 도 5b에 도시된 바와 같이, 모따기부(216a)는 본 발명의 다른 형태에 따라 직선형 단부 표면(218)으로서 형성될 수 있다. 다른 예에서, 프리텐셔너 로드(200)는 모따기부(216a)의 반대편인 프리텐셔너 로드(200)의 측부 상에 배치되는 모따기부(216b)를 포함한다. 모따기부(216b)는 유리하게는 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)과 프리텐셔너 로드(200)의 맞물림을 용이하게 한다.
도 5, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 모따기부(216b)는 일정 곡률을 갖는 오목한 형상으로서 형성된다. 그러나, 다른 예시적인 실시예에 따른 모따기부(216b)의 다른 형상이 구현될 수 있다. 모따기부(216b)의 오목한 형상은, 프리텐셔너 로드(200) 상의 모따기부(216a)의 오목한 형상이 프리텐셔너 휠(56)의 원주를 따라 형성되기 때문에 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)과 더 잘 맞물리도록 구성된다. 프리텐셔너 휠(56)의 원주를 따른 로드(200)의 오목한 형상으로 인해, 프리텐셔너 로드(200)의 모따기부(216b)는 프리텐셔닝 전에 프리텐셔너 휠(56)과 일정한 간극을 유지할 수 있다(도 9a 참조).
도 5, 도 5c, 도 5d 및 도 5e를 참조하면, 또한, 프리텐셔너 로드(200)는 프리텐셔너 휠(56)을 향한 병진 동안에 튜브(52)를 통해 프리텐셔너 로드(200)의 굴곡 및 그의 비틀림을 방지하거나 최소화하는 것을 추가로 용이하게 하기 위해 만입 섹션(220)을 포함한다. 특히, 프리텐셔너 로드(200)의 리세스(210)의 반대편 측부 상에서, 만입 섹션(220)은 리세스(제2 리세스)(222)를 한정하고 그리고 그것은 종방향(300)으로 연장한다. 만입 섹션(220)은 프리텐셔너 로드(200)의 전체 길이의 대부분을 따라 연장된다. 본 발명의 일 형태에서, 도 5, 도 5c, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 원위 단부 부분(204)을 통해 리세스(222)를 연장시키지 않음으로써, 원위 단부 부분(204)은 병진 동안 프리텐셔너 휠(56)과 맞물리기 위한 비교적 더 크거나 더 완전한 단면적을 가져서, 프리텐셔너 휠(56)과의 1차 접촉시 일어날 수 있는 프리텐셔너 로드(200)의 스트립핑(stripping)의 양을 감소시키고, 그에 의해 프리텐셔너 시스템(44)의 성능을 증가시킨다는 것이 밝혀졌다. 또한, 근위 단부 부분(202)을 통해 리세스/홈(210)이 연장되지 않게 함으로써, 근위 단부 부분(202)은 스토퍼(55)가 접촉하는 상대적으로 더 크거나 더 완전한 단면적을 가져서 가스 발생기(36)의 작동 동안 프리텐셔너 로드(200) 상의 초기 압축량을 감소시키고, 그에 의해 프리텐셔너 시스템(44)의 성능을 증가시킨다는 것이 밝혀졌다. 본 발명의 실시예에 따르면, 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 튜브(52)의 외측에 배치될 때, 만입 섹션(220)은 리세스(222)를 한정하는 실질적으로 편평한 평면 표면을 갖는다. 그러나, 만입 섹션(220)의 다른 형상이 본 발명의 다른 형태에 따라 구현될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 프리텐셔너 로드(200)는 바람직하게는, 다른 로토-프리텐셔너의 금속 볼 구동 요소에 비해 감소된 중량을 갖는 중합체 재료로 제조된다. 특정 중합체 재료는 사용자의 특정 요구에 맞추도록 선택될 수 있다. 중합체 재료는 바람직하게는, 가스 발생기(36)에 의한 작동에의 응답뿐만 아니라 초기 설치를 허용하도록 튜브(52)를 통해 굴곡되고 휘어질 수 있기에 충분한 가요성을 갖는 것이다. 중합체 재료는 바람직하게는, 로드(200)가 프리텐셔너 시스템(44)의 프리텐셔너 휠(56)에 하중을 충분히 전달하도록, 이것이 작동에 응답하여 튜브(52)를 통해 밀리도록 허용하기에 충분한 강성을 갖는 것이다.
추가로, 프리텐셔너 로드(200)는 바람직하게는, 변형가능한 중합체 재료로 제조된다. 작동 동안 및 그 후에, 로드(200)는 작동에 응답하여 변형될 것이고, 프리텐셔너 시스템(44)의 다른 구성요소와 접촉할 것이다. 따라서, 프리텐셔너 휠(56)의 베인(102)으로 인해, 프리텐셔너 로드(200)는 로드(200)의 임의의 재료 분리(절단) 없이 함몰(dent)되어(탄성 및 소성 변형되어), 시스템(44)의 작동 가스 압력에 의해 가해지는 하중이 프리텐셔너 로드(200)의 변형을 통해 프리텐셔너 휠(56)로 완전히 전달되게 한다. 이러한 변형은 시스템(44)의 사용을 참조하여 아래에서 추가로 논의될 것인데, 여기서 소성 변형은 로킹된 시스템이 시스템 내의 유지된 작동 가스 압력에 완전히 의존함이 없이 로드(200)의 페이백을 방지하거나 제한하게 할 것이다. 소성 변형은, 또한, 로드(200)를 변형시켜 프리텐셔너 휠(56)의 베인과 맞물리게 한다.
하나의 접근법에서, 프리텐셔너 로드(200)는 나일론 열가소성 재료로 제조된다. 로드(200)는, 또한, 지방족 폴리아미드 열가소성 재료로 제조될 수 있다. 다른 접근법에서, 로드(200)는 아세탈 재료 또는 폴리프로필렌 재료와 같은 유사한 열가소성 재료로 제조될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 프리텐셔너 휠(56)은 일반적인 환형 형상을 갖는 몸체 부분(100)을 포함한다. 프리텐셔너 휠(56)은 일 측부(110)에서 프리텐셔너 휠(56)을 스핀들(40)에 작동가능하게 연결하기 위해 스핀들(40)과 회전 결합되도록 구성되고, 다른 측부(112)에서 스프링 단부 캡(42)과 작동가능하게 맞물리도록 구성된다. 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 휠(56)은 몸체 부분(100)로부터 반경방향으로 각각 돌출되는 복수의 베인(102)을 포함하여, 베인(102)이 몸체 부분(100)의 중심으로부터 연장되게 한다. 더욱이, 도 6에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 휠(56)은 프리센셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)의 복수의 베인(102)과 맞물릴 때 로드(200)를 안내하기 위한 플랜지(108)를 추가로 포함한다. 프리텐셔너 휠(56)의 플랜지(108)는 베인(102)의 반경방향 외측 팁(106)에 비해 측부들(110, 112) 둘 모두에서 몸체 부분(100)으로부터 추가로 반경방향으로 연장된다. 따라서, 베인(102)은 몸체 부분(100)의 회전 중심축(X)으로부터 연장되는 반경방향부를 따라 한 쌍의 플랜지들(108) 사이에서 연장된다. 또한, 플랜지(108)는 프리텐셔너 휠(56)의 베인(102) 상의 맞물린 로드(200)가 측방향으로 맞물림 해제되는 것을 방지한다.
도 8을 참고하면, 베인들(102) 각각은 균일한 크기 및 형상을 가질 수 있고, 프리텐셔너 휠(56) 주위에 균일하게 분포될 수 있다. 베인들(102) 각각은, 베인(102)이 몸체 부분(100)으로부터 반경방향 외향으로 연장됨에 따라 팁(106) 내로 테이퍼지는 루트 섹션(114)을 갖는, 중심축(X)에 수직인 프리텐셔너 휠(56)의 단면 평면 상에 대체로 삼각형인 형상을 갖는다. 베인(102)의 특정 폭 및 피치(pitch)는 원하는 대로 선택될 수 있다. 복수의 베인(102)은, 복수의 베인(102) 중 인접한 2개의 베인들 사이에 배치되는 반구형 공동(104)을 형성하도록 조합된다.
도 8에서, 프리텐셔너 휠(56)은 5개의 베인과 13개의 베인 사이의 홀수 개의 베인(102)으로 형성된다. 예를 들어, 프리텐셔너 휠(56)은 바람직하게는 11개의 베인으로 형성된다. 그러나, 베인(102)의 개수는 프리텐셔너 시스템(44)의 원하는 하중 및 크기에 따라 조정된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 휠(56)이 11개의 베인으로 형성될 때, 베인들(102)은 대략 32.73도의 간격을 갖고서 프리텐셔너 휠(56)의 원주 둘레에 균일하게 이격된다. 따라서, 홀수 개를 갖는 베인들(102)의 배열은 프리텐셔너 휠(56)이 회전하여 프리텐셔너 로드(200)와 맞물릴 때 핀치 지점을 피하도록 구성된다. 즉, 홀수 개를 갖는 베인(102)은 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)과 맞물릴 때 변형된 프리텐셔너 로드(200)로 인해 프리텐셔너 휠(56)이 로킹되는 것을 방지하는데, 이는 홀수 개의 베인에서는 둘 모두가 중합체 로드를 압축하고 있는 직경방향으로 반대편의 베인들이 없기 때문이다.
또한, 프리텐셔너 휠(56)의 루트 원(132)은 베인(102)의 루트 섹션들(114) 각각을 연결함으로써 한정되고, 루트 원(132)의 직경(루트 직경)은 예시적인 실시예에서 대략 28.35 mm이다. 또한, 프리텐셔너 휠(56)의 팁 원(134)은 베인(102)의 각각의 팁(106)을 연결함으로써 한정되고, 팁 원(134)의 직경(팁 직경)은 예시적인 실시예에서, 대략 38.4 mm이다. 따라서, 팁 원(134)의 반경으로부터 루트 원(132)의 반경을 감산함으로써 베인(102)의 베인 높이(136)가 결정된다. 대체적으로, 베인 높이(136)는 프리텐셔너 로드(200)의 반경방향 두께(t)의 절반 이하이다(도 5d 참조). 그러나, 전술한 베인(102)의 특정 치수는 본 발명의 다른 형태에 따라 수정된다.
도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 베인(102)은 제1 측벽(116) 및 제2 측벽(118)을 형성한다. 도 8에서, 단면 평면 상의 베인(102)의 삼각형 형상은 2개의 측벽(116, 118) 및 루트 섹션(114)에 의해 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 베인(102)의 삼각형 형상 상의 제1 측벽(116)은 제2 측벽(118)보다 길다. 베인(102)의 제2 측벽(118)은 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)의 회전 방향을 향해 경사진다(즉, 제2 측벽(118)은 프리텐셔너 튜브(52)의 출구(53)와 대면함). 제1 측벽(116)은 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)의 회전의 반대 방향을 향해 경사진다. 로드(200)가 초기에 튜브(52)로부터 프리텐셔너 휠(56)을 향해 빠져 나갈 때, 로드(200)는 먼저 제2 측벽(118)과 접촉하고 이어서 제1 측벽(116)과 맞물린다. 즉, 프리텐셔너 로드(200) 상의 모따기부(216b)의 표면은 먼저 베인(102)의 제2 측벽(118)과 접촉하고, 회전을 구동하기 위해 프리텐셔너 휠(56)을 밀어낸다. 그 후에, 프리텐셔너 로드(200)는 복수의 베인(102)과 연속적으로 맞물리고, 베인(102)에 의해 변형된다. (도 9a 내지 도 9c 참조).
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 측벽(116)은 제1 썸네일 편평 표면(120)을 갖고, 제2 측벽(118)은 제2 썸네일 편평 표면(122)을 갖는다. 썸네일 편평 표면들(120, 122)은 대체적으로 편평 표면 상에서 반원형 형상이다. 그러나, 썸네일 편평 표면의 형상은 본 발명의 다른 실시예에 따라 변경될 수 있다. 제2 썸네일 편평 표면(122)은 (한 쌍의 플랜지들(108) 사이의) 중심축(X)을 따라 제1 썸네일 편평 표면(120)보다 측방향으로 더 넓다. 따라서, 제2 썸네일 편평 표면(122)의 제2 영역은 대체로 제1 썸네일 편평 표면(120)의 제1 영역보다 크다. 제2 썸네일 편평 표면(122)의 더 큰 영역은 프리텐셔너 로드(200)가 제2 측벽(118)에 먼저 접촉할 때 로드(200)의 먼저 접촉한 표면의 원주(예를 들어, 프리텐셔너 로드(200)의 모따기 표면(216b)의 절반 부분 둘레, 도 9d 참조)를 둘러싸도록 구성되어서, 프리텐셔너 로드(200)가 슬리핑 없이 프리텐셔너 휠(56)과 맞물리도록 한다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 베인(102)은 단면이 대체로 삼각형 형상을 갖고, 단면 평면 상의 베인(102)의 삼각형 형상은, 베인(102)이 2개의 상이한 각도로 경사진 2개의 상이한 측벽(116, 118)을 갖기 때문에, 반경방향 외측 팁(106)과 프리텐셔너 휠(56)의 중심축(X) 사이의 반경방향 라인(L)에 대해 대칭이 아니다. 따라서, 반경방향 라인(L)과 제1 측벽(116) 사이의 제1 각도(124)가 한정되고, 예를 들어, 하나의 예시적인 일 실시예에서, 제1 각도(124)는 28도 내지 38도이다. 반경방향 라인(L)과 제2 측벽(118) 사이의 제2 각도(126)가 한정되고, 예를 들어, 제2 각도(126)는 17도 내지 27도이다. 바람직하게는, 도 8에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 제1 각도는 30도이고, 제2 각도는 25도이다. 따라서, 제1 각도(124)는 제2 각도(126)보다 더 크며, 그 이유는 프리텐셔너 로드(200)가 먼저 제2 측벽(118)과 접촉할 때 프리텐셔너 로드(200)의 원위 단부 부분(204) 내의 모따기 표면(216b)과 더 잘 맞물리기 위해 제2 측벽(118)이 제1 측벽(116)보다 더 가파르기 때문이다.
도 7a는 X-Z 평면에서 프리텐셔너 휠(56)의 단면도를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 중심축(X)에 평행한 프리텐셔너 휠(56)의 단면 평면 상에서, 복수의 베인(102) 중 인접한 2개의 베인들 사이에 형성된 공동(104)은 포켓(138)을 갖고, 공동(104)의 포켓(138)은 바람직하게는 U 형상으로서 형성된다. 그러나, 공동(104)의 포켓(138)은 본 발명의 다른 형태에 따라 변경될 수 있다. 또한, 포켓(138)의 U 형상의 저부 섹션은 반원 형상 또는 반경형 형상으로서 형성된다. 대체적으로, 반경형 U 형상의 반경 범위는 3 mm 내지 7 mm이고, 바람직하게는 U 형상의 반경은 5 mm이다.
도 9a 내지 도 9c는 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔닝을 위해 튜브(52)로부터 막 빠져나갈 때 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)과 어떻게 맞물리는지를 예시한다. 도 9a에서, 전술된 바와 같이, 프리텐셔너 로드(200)는 프리텐셔너 튜브(52) 내에 배치되고, 모따기부(216b)의 만곡된 표면은 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)과 더 잘 맞물리기 위해 프리텐셔너 휠(56)의 환형 몸체 부분(100)의 원주를 따라 평행하게 배열된다. 이러한 상태에서, 베인(102)의 제2 측벽(118)은 먼저 로드(200)를 수용하기 위해 프리텐셔너 튜브(52)의 출구(53)에 대면하고 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 프리텐셔닝 동안, 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)을 향해 이동할 때, 로드(200)는 프리텐셔닝 방향(P)을 따라 이동하고, 먼저 프리텐셔닝 방향(P)에서 베인(102)의 제2 측벽(118)과 접촉하여서, 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)을 중심축(X)에 대해 회전하도록 만든다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 휠(56)의 회전으로 인해, 프리텐셔너 로드(200)는 프리텐셔너 휠(56)의 베인(102)과 연속적으로 맞물린다. 따라서, 프리텐셔너 로드(200)가 튜브(52)로부터 완전히 나와서 프리텐셔너 휠(56)과 맞물릴 때, 프리텐셔너 로드(200)는 도 11에 도시된 바와 같이 프리텐셔너 휠(56) 주위에 180도 초과로 맞물려서 시스템(44)이 프리텐션되도록 한다.
도 9c에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)과 맞물릴 때, 프리텐셔너 로드(200)는 맞물린 베인(102) 및 공동(104)에 따라 변형된다. 프리텐셔너 로드(200)는 베인(102)의 비대칭 삼각형 형상을 따라 변형되거나 함몰되고, 로드(200)는 공동(104) 내로 충전되도록 변형되어, 로드(200)의 충전된 부분이 공동(104) 내의 대체로 반구(half ball) 또는 타원형 형상이도록 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 휠(56)의 베인(102)으로 인해, 로드(200)의 변형된 형상은 베인(102)의 형상과 유사하다. 따라서, 베인(102)으로 인해, 로드(200)의 변형된 섹션에서의 변형된 깊이(D)는 베인(102)의 베인 높이(136)의 50% 내지 90%이다. 또한, 변형된 깊이(D)는 프리텐셔너 로드(200)의 반경방향 두께(t)의 절반보다 크지 않다. 바람직하게는, 변형된 깊이(D)는 프리텐셔너 로드(200)의 반경방향 두께(t)의 10% 내지 50%이다. 프리텐셔너 로드(200)가 프리텐셔닝 동안 프리텐셔너 휠(56)과 맞물릴 때, 프리텐셔너 로드(200)는 프리텐셔너 로드(200)의 재료의 임의의 분리(절단) 없이 프리텐셔너 휠(56)과의 맞물림을 유지한다. 따라서, 프리텐셔너 로드(200)가 변형되거나 함몰되더라도, 프리텐셔너 로드(200)가 로드 재료의 임의의 분리(절단) 없이 완전히 맞물리기 때문에, 가스 압력에 의해 가해지는 하중은 프리텐셔너 휠(56)로 완전히 전달된다. 또한, 베인(102)의 팁(106)은 프리텐셔너 로드(200)가 절단되는 대신에 변형되도록 프리텐셔너 로드(200)가 절단되는 것을 방지하기 위한 외부 반경을 한정하는 둥근 형상으로 형성된다. 팁의 반경 범위는 0.35 mm 내지 0.55 mm이고, 바람직하게는 팁의 반경은 0.47 mm이다.
다시 도 7 및 도 8을 참고하면, 베인(102)은 프리텐셔닝 동안 팁(106)의 영역을 구조적으로 보강하기 위해 두꺼워진다. 전술된 바와 같이, 제1 각도는 대략 30도이고, 제2 각도는 대략 25도이다. 따라서, 베인(102)의 팁(106) 상의 각도는, 베인(102)이 파단되지 않고 프리텐셔너 로드(200)에 의해 가해지는 힘을 지지하도록 제1 및 제2 각도들(124, 125)을 조합함으로써 대략 55 도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 각도들(124, 126)을 갖는 제1 및 제2 측벽들(116, 118)을 구비한 베인(102)의 개선된 구조로 인해, 프리텐셔닝 시스템(44)의 토크 전달은 프리텐셔너 로드(200)와 프리텐셔너 휠(56)의 구조적으로 개선된 베인(102) 사이의 맞물림에 의해 효과적으로 개선된다.
도 4, 도 10 및 도 11을 참조하면, 프리텐셔너 시스템(44)은 하우징(54) 내측에 배치되는 가이드 플레이트(58)를 추가로 포함한다. 가이드 플레이트(58)는 프리텐셔너 휠(56)과 유사하게 하우징(54) 내에 배치된 가이드 부분(90)을 포함한다. 대체로 아치형인 랜딩(landing) 표면(92)을 갖는 가이드 부분(90)은 튜브(52)의 출구(53)의 반대편에 배치되고, 프리텐셔너 휠(56)은 가이드 부분(90)과 튜브(52) 사이에 배치된다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 튜브(52)를 빠져나가는 프리텐셔너 로드(200)는 가이드 플레이트(58)의 가이드 부분(90)과 접촉하기 전에 프리텐셔너 휠(56)과 접촉할 것이다.
도 10 및 도 11에서, 가이드 플레이트(58)는 가이드 부분(90)의 반대편에 배치되는 오버플로우 공동(98)을 추가로 한정한다. 오버플로우 공동(98)은 또한 튜브(52)의 만곡부에 인접하게 배치되고, 프리텐셔너 휠(56)은 가이드 부분(90)과 오버플로우 공동(98) 사이에 배치된다. 오버플로우 공동(98)은, 필요한 경우, 프리텐셔너 시스템(44)의 작동 동안에 로드(200)의 일부분이 오버플로우 공동 내에 수용되게 하도록 크기설정 및 구성된다. 예를 들어, 로드(200)가 튜브(52)를 빠져나간 후에, 로드는 가이드 부분(90)과 접촉하고 가이드 부분(90)에 대응하는 아치형 경로로 지향되어, 로드(200)가 궁극적으로 오버플로우 공동(98)을 향해 지향되도록 할 것이다. 로드(200)는 오버플로우 공동(98) 내로 연장될 수 있고, 오버플로우 공동(98)에 인접한 튜브(52)의 만곡부를 따라 추가로 안내될 수 있다. 그러나, 로드(200)가 궁극적으로 오버플로우 공동(98)에 도달하기 위해 작동 동안에 반드시 충분히 멀리 이동하는 것이 아닐 수 있음이 이해될 것이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 가이드 플레이트(58)는 튜브(52)의 출구(53)에 배치되는 로드 가이드(60)를 추가로 포함한다. 로드 가이드(60)는 안내 표면(62), 정지 표면(64), 깔때기 형상 부분(66) 및 단차형 부분(68)을 포함한다. 도 10에서, 튜브(52)에 대면되는 안내 표면(62)은 튜브(52)의 출구(53) 근처의 설치된 튜브(52)의 외부 표면(70)과 함께 만곡되고, 로드(200)가 튜브(52) 외부로 밀릴 때 로드(200)를 안내하도록 구성된다. 정지 표면(64)은 오버플로우 공동 영역(98)에 대면되고, 로드(200)가 프리텐셔닝 후에 오버플로우 공동(98)에 도달될 때 로드(200)를 정지시키도록 구성된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 안내 표면(62)과 정지 표면(64) 사이에 깔때기 형상 부분(66)이 형성된다. 로드 가이드(60)의 깔때기 형상 부분(66)은 로드(200)를 효과적으로 정지시킬 수 있고, 로드(200)의 원위 단부 부분(204)이 프리텐셔닝 후에 오버플로우 공동(98)에 도달될 때 로드(200)가 튜브(52)와 프리텐셔너 휠(56) 사이에서 압착되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 로드 가이드(60)는 대체적으로 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)의 베인(102)과 맞물리기 전에 오버플로우 공동(98) 내로 들어가는 것을 방지하도록 그리고 로드(200)를 베인(102)과 맞물리게 강제하도록 구성된다.
다시 도 4를 참고하면, 전술된 바와 같이, 리트랙터 조립체(32)는 발화 신호에 응답하여 팽창 가스를 제공하는 가스 발생기(36)를 포함한다. 팽창 가스는 튜브(52) 내의 압력의 증가를 야기하고, 이는 궁극적으로 로드(200)가 가스 발생기(36)로부터 그리고 튜브(52)를 통해 강제로 멀어지게 한다.
도 4에서, 프리텐셔너 튜브(52)는 피스톤 또는 시일(72)을 포함한다. 시일(72)은 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 원통형 외측 표면을 갖는 원통형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 형태에 따른 피스톤 또는 시일(72)의 다른 적합한 형상들이 구현될 수 있다. 가스 발생기(36)의 작동은 시일(72)이 가스 누출에 저항할 수 있게 한다. 가스 챔버(74) 내의 가압 가스는 시일(72)이 팽창되게 하고, 이는 가스가 시일(72)을 지나서 빠져나가는 것을 방지하는 데 도움을 준다. 따라서, 본 발명의 시일(72)은 튜브(52) 내에 잔류 가스 압력을 유지할 뿐만 아니라 높은 밀봉 압력을 보유하도록 작동가능하다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 예를 들어, 시일(72)은 구형 형상으로 형성된다. 시일(72)은 튜브(52) 내에 활주가능하게 배치되고, 튜브(52)를 따른 작동 경로를 따라 프리센셔너 로드(200)를 구동시키도록 작동가능하다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 시일(72)은 튜브(52) 내부에 가압 끼워맞춤되거나 달리 끼워맞춤될 수 있다. 또한, 시일(72)은 대체로 탄성인 구조물을 한정하며, 임의의 적합한 플라스틱 또는 중합체(예를 들어, 폴리에스테르, 고무, 열가소성 물질, 또는 다른 탄성 또는 변형가능 재료)와 같은 당업계에 공지된 다양한 재료로 구성될 수 있다. 더욱이, 시일(72)은 금속, 플라스틱 또는 다른 적합한 재료로 다이캐스팅, 단조 또는 성형될 수 있다. 본 발명의 추가 태양에 따르면, 시일(72)은 2-공동 또는 2-샷(2K) 사출 성형 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 대체로 탄성인 구조물은 시일(72)의 형상이 압력에 응답하여 약간 변화하게 함으로써, 시일이 제공하는 밀봉을 향상시킨다.
도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 시스템(44)의 대체적인 기능이 이제 설명될 것이다.
프리텐셔너는, 도 12에 도시된 바와 같이, 프리텐셔너 로드(200)가 튜브(52) 내에 위치되는 제1, 초기 또는 공칭 상태를 갖는다. 시일(72)은 로드(200)의 상류에 위치된다. 가스 발생기(36)는 가스 챔버(74)가 가스 발생기(36)와 시일(72) 사이에 한정되도록 튜브(52)의 제1 튜브 단부(51)에 부착된다(도 4 참조).
프리텐셔닝을 작동시키는 이벤트 또는 신호에 응답하여, 가스 발생기(36)는 가스를 가스 챔버(74) 내로 배출할 것이다. 챔버(74) 내의 증가된 압력은 시일(72)과 로드(200)를 가스 발생기(36)로부터 멀어지게 그리고 튜브(52)에 의해 한정되는 경로를 따르게 강제할 것이다. 로드(200)의 원위 단부 부분(204)은 프리텐셔너 휠(56)을 향해 병진하여, 궁극적으로는 프리텐셔너 휠(56)의 베인들(102) 중 하나와 접촉할 것이다. 베인(102)에 대항하여 가해지는 로드(200)로부터의 힘은 프리텐셔너 휠(56)이 그의 중심축(X)을 중심으로 회전하게 하여, 그에 의해, 궁극적으로는 끈(14)을 스핀들(40) 둘레에 권취할 것이다. 이때, 로드(200)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 그의 초기 공칭 위치에 대해 제2 작동 위치에 있다.
프리텐셔너 로드(200)는 계속 구동되어, 그가 가이드 부분(90)과 접촉하고 가이드 부분(90)의 표면(92)에 대응하는 아치형 경로로 지향되게 할 것이다. 로드(200)는 그가 가이드 부분(90)을 따라 병진함에 따라 프리텐셔너 휠(56)을 계속 회전시킬 것이다. 로드(200)의 원위 단부 부분(204)은 궁극적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 오버플로우 공동(98) 내로 이동하고, 프리텐셔너 휠(56)로부터 맞물림해제되고, 로드 가이드(60)에 접촉할 것이다. 프리텐셔너 휠(56)은 로드(200)와 프리텐셔너 휠(56) 사이의 맞물림에 의해 계속 구동될 것이다. 로드(200)가 프리텐셔너 휠(56)과 부분적으로 맞물림해제되면, 로드(200)는 제3 위치에 있다.
작동 동안, 시일(72)은 또한 튜브(52)를 따라 이동할 것이고, 시일의 이동은 튜브(52)를 통해 로드(200)를 구동시키는 것을 돕는다. 마찬가지로, 시일(72)은 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 위치들을 갖는다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 로드(200)의 제2 및 제3 위치에서, 시일(72)은 그 위치들에서의 원주방향으로 확장된 상태를 가질 것이다.
위의 설명이 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하지만, 본 발명은 첨부된 청구범위의 적절한 범주 및 공정한 의미로부터 벗어남이 없이 수정, 변화 및 변경이 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 프리텐셔너 로드(pretensioner rod), 하우징, 가이드 플레이트(guide plate) 및 프리텐셔너 튜브를 갖는 자동차 시트벨트 프리텐셔너용 프리텐셔너 휠로서,
    환형 형상을 갖는 몸체 부분;
    상기 프리텐셔너 휠의 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 플랜지;
    상기 몸체 부분의 회전 중심축으로부터 연장되는 반경방향부(radial)를 따라 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 연장되는 복수의 베인(vane) - 상기 복수의 베인은 각각 상기 중심축에 수직인 상기 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에 삼각형 형상으로 형성된 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 반경방향 외측 팁을 형성함 -; 및
    상기 복수의 베인 중 인접한 2개의 베인 사이에 형성된 공동을 포함하고,
    상기 복수의 베인 각각의 상기 팁은 상기 프리텐셔너 휠의 회전 중심축으로부터 연장되는 상기 반경방향부 상에 놓이고, 상기 반경방향부와 상기 제1 측벽 사이에 형성되는 제1 각도 및 상기 반경방향부와 상기 제2 측벽 사이에 형성되는 제2 각도를 갖고, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 크고,
    상기 베인들의 제2 측벽은 상기 프리텐셔너 로드가 상기 프리텐셔너 튜브로부터 빠져나갈 때 상기 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 모따기 표면(chamfered surface)과 접촉하도록 경사지는, 프리텐셔너 휠.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 각도는 28도 초과 38도 미만이고, 상기 제2 각도는 17도 초과 27도 미만인, 프리텐셔너 휠.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 각도는 30도이고, 상기 제2 각도는 25도인, 프리텐셔너 휠.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반경방향 외측 팁의 팁 각도는 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에 형성되고, 상기 팁 각도는 35도 내지 65도인, 프리텐셔너 휠.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 베인의 상기 팁은 상기 프리텐셔너 로드가 상기 프리텐셔너 휠과 맞물릴 때 상기 프리텐셔너 로드를 변형시키기 위한 외부 반경을 한정하는 반경형(radiused) 형상으로서 형성되는, 프리텐셔너 휠.
  6. 제5항에 있어서, 상기 팁의 반경은 0.35 mm 내지 0.55 mm인, 프리텐셔너 휠.
  7. 제5항에 있어서, 상기 프리텐셔너 로드의 변형된 깊이는 상기 프리텐셔너 휠의 베인들과 맞물린 상기 프리텐셔너 로드의 반경방향 두께의 10% 내지 50%인, 프리텐셔너 휠.
  8. 제1항에 있어서, 베인 높이는 상기 반경방향 외측 팁의 각각을 연결함으로써 한정되는 팁 원의 팁 반경으로부터 상기 베인들의 루트 섹션(root section)들 각각을 연결함으로써 한정되는 루트 원의 루트 반경을 감산함으로써 한정되고, 상기 베인 높이는 상기 프리텐셔너 휠의 베인들과 맞물린 상기 프리텐셔너 로드의 반경방향 두께의 절반 이하여서, 상기 프리텐셔너 휠의 베인들은 상기 프리텐셔너 로드가 프리텐셔닝 동안 상기 프리텐셔너 휠과 맞물릴 때 상기 프리텐셔너 로드가 절단되는 것을 방지하도록 하는, 프리텐셔너 휠.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프리텐셔너 휠의 베인들은 5개의 베인과 13개의 베인 사이의 홀수 개로 형성되는, 프리텐셔너 휠.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프리텐셔너 휠은 11개의 베인들로 형성되는, 프리텐셔너 휠.
  11. 제1항에 있어서, 상기 공동들 각각은 상기 프리텐셔너 로드를 수용하기 위한 포켓(pocket)을 형성하고, 상기 공동의 포켓은 상기 중심축에 평행한 상기 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에서 U 형상으로 형성되는, 프리텐셔너 휠.
  12. 제11항에 있어서, 상기 포켓의 저부는 반원 형상 또는 반경형 형상으로 형성되는, 프리텐셔너 휠.
  13. 프리텐셔너 로드, 하우징, 가이드 플레이트 및 프리텐셔너 튜브를 갖는 자동차 시트벨트 프리텐셔너용 프리텐셔너 휠로서,
    환형 형상을 갖는 몸체 부분;
    상기 프리텐셔너 휠의 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 플랜지;
    상기 몸체 부분의 회전 중심축으로부터 연장되는 반경방향부를 따라 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 연장되는 복수의 베인 - 상기 복수의 베인은 각각 상기 중심축에 수직인 상기 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에 삼각형 형상으로 형성된 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 반경방향 외측 팁을 형성함 -; 및
    상기 복수의 베인 중 인접한 2개의 베인 사이에 형성된 공동을 포함하고,
    상기 복수의 베인 각각의 상기 팁은 상기 프리텐셔너 휠의 회전 중심축으로부터 연장되는 상기 반경방향부 상에 놓이고, 상기 반경방향부와 상기 제1 측벽 사이에 형성되는 제1 각도 및 상기 반경방향부와 상기 제2 측벽 사이에 형성되는 제2 각도를 갖고, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 크고,
    상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽 각각은 제1 및 제2 썸네일 편평 표면을 각각 형성하는, 프리텐셔너 휠.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 썸네일 편평 표면의 영역이 상기 제1 썸네일 편평 표면의 영역보다 큰, 프리텐셔너 휠.
  15. 제13항에 있어서, 상기 베인들의 제2 측벽은 상기 프리텐셔너 로드가 상기 프리텐셔너 튜브로부터 빠져나갈 때 상기 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 모따기 표면과 접촉하도록 경사지는, 프리텐셔너 휠.
  16. 자동차용 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체(seatbelt pretensioning retractor assembly)로서,
    스핀들,
    프레임,
    하우징;
    가스 발생기와 유체 연통하는 제1 튜브 단부 및 상기 하우징 내에 유체 연통하는 출구를 구비하는, 아치형의 만곡된 형상을 갖는 프리텐셔너 튜브;
    상기 프리텐셔너 튜브 내에 배치되고, 상기 가스 발생기를 향해 배치된 근위 단부 및 상기 프리텐셔너 튜브의 출구에 배치된 원위 단부를 갖는 프리텐셔너 로드; 및
    상기 하우징에 회전가능하게 장착되고 상기 스핀들에 고정 결합되는 프리텐셔너 휠을 포함하고,
    상기 프리텐셔너 휠은,
    환형 형상을 갖는 몸체 부분;
    상기 프리텐셔너 휠의 몸체 부분으로부터 반경방향으로 연장되는 한 쌍의 플랜지;
    상기 몸체 부분의 회전 중심축으로부터 연장되는 반경방향부를 따라 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 연장되는 복수의 베인 - 상기 복수의 베인은 각각 상기 중심축에 수직인 상기 프리텐셔너 휠의 단면 평면 상에 삼각형 형상으로 형성된 제1 측벽 및 제2 측벽을 갖고, 상기 제1 측벽 및 상기 제2 측벽은 반경방향 외측 팁을 형성함 -; 및
    상기 복수의 베인 중 인접한 2개의 베인 사이에 형성된 공동을 포함하고,
    상기 복수의 베인 각각의 상기 팁은 상기 프리텐셔너 휠의 회전 중심축으로부터 연장되는 상기 반경방향부 상에 놓이고, 상기 반경방향부와 상기 제1 측벽 사이에 형성되는 제1 각도 및 상기 반경방향부와 상기 제2 측벽 사이에 형성되는 제2 각도를 갖고, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 크고,
    상기 베인들의 제2 측벽은 상기 프리텐셔너 로드가 상기 프리텐셔너 튜브로부터 빠져나갈 때 상기 프리텐셔너 로드의 원위 단부 부분의 모따기 표면과 접촉하도록 경사지는, 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체.
  17. 제16항에 있어서, 각각의 베인의 상기 팁은 상기 프리텐셔너 로드를 변형시키기 위한 외부 반경을 한정하는 반경형 형상으로서 형성되고, 상기 프리텐셔너 로드의 변형된 깊이는 상기 프리텐셔너 로드의 반경방향 두께의 10% 내지 50%인, 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 측벽 각각은 제1 및 제2 썸네일 편평 표면을 각각 형성하고, 상기 제2 썸네일 편평 표면의 영역은 상기 제1 썸네일 편평 표면의 영역보다 큰, 시트벨트 프리텐셔닝 리트랙터 조립체.
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