JPH089318B2 - 直線駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用の抑止システムの
ための直線駆動装置であって推薬式（火工装薬式）ない
し火工式ガス発生器および該ガス発生器によって発明さ
れるガスによって作動し得るピストン／シリンダユニッ
ト（ピストン・シリンダユニット）を有し該ユニットの
ピストンに引張ケーブルが接続ないし結合されているも
のに係る。そのような直線駆動装置は特にベルトシステ
ムのベルト引込器またはその他の一点に配置されるベル
ト予緊張器において必要とされる。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】様々
の構成のベルト予緊張器の有効性は確立された事実であ
る。最近のテストは安全ベルトの防護作用はもし予緊張
が従来のベルト予緊張器におけるそれよりも大きい力に
よって生じるならばさらに一層増進され得ることを示し
ている。ベルト予緊張器の力は火工式ガス発生器の寸法
を増すことによって増強され得る。直線駆動装置それ自
体は別として、引張ケーブルおよび増加された力がそれ
を介してウェッビングに伝達される機構は、従って、生
じる荷重に耐えるため、より大きい寸法を付与されなく
てはならない。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は、予緊張器の力
の増加は、ガス発生器によって開放されるエネルギーの
使用を改善することによって、ガス発生器の力を増すこ
となしに、または少なくとも認め得るほどに増すことな
しに、達成され得るという認識に基づく。本発明によれ
ば、ピストンと引張ケーブルは減衰手段を介して互いに
結合され該減衰手段はガス発生器によって発生されるガ
スの圧力上昇段階にピストンによって引張ケーブルに及
ぼされる力を制限しそして前記力が連続的に、好ましく
は漸進的に、増すことを可能にする。火工式ガス発生器
を有するピストン／シリンダユニットの作動様式の在来
的概念に従えば、得られる機械的力はピストンに対して
働く軸方向の力であってピストンの端面に作用するガス
圧力に発生されるものによって主として決定される。こ
こでの基礎概念は力はシリンダ内におけるピストンの全
行程にわたって利用され得るということである。本発明
はこの仮定は誤っているという認識に基づく。利用可能
なガス発生器によって発生されるガス圧力は、ガス発生
器の点火後、最初急上昇しそしてわずかに１msまたはそ
れ以下の後に最大値に達する。その後、圧力は再び減少
しそして点火後約３msでその最大値の１０％より小さく
なる。かしくて、ガス発生器によって解放されるエネル
ギーの断然より大きい部分が、ピストンが例えば２００
mmの完全行程のために必要とする時間の僅かに何分の一
かの間に利用され得る。ピストンと引張ケーブルとが減
衰手段によって互いに連結される本発明の過程によっ
て、ガス発生器によって解放されるエネルギーは、最適
の態様で、ピストンの加速度に変換される。特に、結果
的にピストン加速度の最大限は時間軸に沿うガス圧力曲
線の最大限と少なくとも概ね一致する。従って、減衰は
ガス発生器によって発生されるガス圧力が上昇するピス
トン運動の全初期段階間有効である。この初期段階にお
いて、ピストンは全ピストン行程の約５〜１５％の比較
的短い距離を走行する。２００mmのピストン全行程の場
合、ピストンは、例えば、この初期段階において僅かに
約１６mmの距離を走行するに過ぎない。本発明はさらに
ガス発生器によって解放されるエネルギーを蓄積する方
式が必ず案出されそして僅かに約２〜３msの間に在来の
構成で必ず利用され得、それによりベルト予緊張のため
必要とされる力がベルト予緊張器の全行程に亙って依然
として利用可能であるという認識に基づく。この蓄積は
単に機械的に生じ得ることが発見された。ベルト引込器
に配置されそして連結機構を介してベルトリールと係合
するベルト予緊張器を使用するとき、その上にウェッビ
ングが巻付けられたベルトリールはエネルギーアキュム
レータと見なされ得る。従ってベルトリールは１〜２ms
以内に、ガス圧力がほとんど完全に消滅した爾後段階に
おいて、ベルトリールおよびその上に巻付けられたウェ
ッビングの慣性モーメントが全予緊張器行程にわたって
必要な力を利用可能にするのに十分であるような回転速
度まで加速されなくてはならない。ベルトリールと係合
するトルクは、ガス発生器の点火後、急上昇すべきであ
るが、それはあまりにも唐突的であってはならない。減
衰手段によって、ベルトリールにおいて効果的になるト
ルクの最適輪郭が設定され得る。減衰手段を介して引張
ケーブルにピストンによって伝達される力が圧力上昇段
階間に走行される距離を以て漸進的に増すことは特に有
利である。

【０００４】ガス発生器の構造およびその火工装薬の組
成に依存して、ガス圧力が提供され得る時間も２〜３ms
よりいくらか長くそしてガス圧力曲線もより急でなくさ
れ得る。そのような場合、ガス圧力もまたピストン運動
の中間段階および終末段階間の駆動力に寄与する。しか
し、基本的にはそのような構造においても同様にエネル
ギーの断然より大きい部分が点火の直後２〜３ms以内に
解放され、従って、駆動力の大部分は、その後、ベルト
リールおよびその上に配置されたウェッビングの回転運
動において蓄えられる機械的エネルギーによって提供さ
れなくてはならない。

【０００５】ドイツ特許公開公報第２３０４８７８号か
らは、それに引張ロッドが結合されたピストンを有する
直線駆動装置が知られる。該直線駆動装置によって発生
される力の制限は、予決定限度力が超過されるとき逃し
弁が開放されそして該逃し弁をその閉鎖位置へ偏圧する
ばねが圧縮されることによって得られる。前記直線駆動
装置の定常作動においては、前記逃し弁は閉じられたま
まである。対照的に、本発明によれば、直線駆動装置に
よって発生される力は、利用可能エネルギーを機械的駆
動力に完全に変換することによっ最大限にされる。

【０００６】減衰手段としては、基本的に二つの構造が
可能である：第１の構造においては、減衰手段はピスト
ンと引張ケーブルとの間の力伝達経路内に挿入される弾
力的に可撓の部材である；第２の構造においては、減衰
手段は塑性変形可能の部材であって同様にピストンと引
っ張りケーブルとの間の力伝達経路内に挿入されるもの
である。減衰手段の様々の実施例が従属請求項において
記述される。

【０００７】本発明のその他の特徴および利点は以下述
べる説明および参照される図面から明らかになるであろ
う。

【０００８】

【実施例】図１の線図において、安全ベルト抑止システ
ムの予緊張器のために使用される火工式ガス発生器によ
って発生されるガスの圧力変化が曲線Ｄとして時間ｔの
関数としてプロットされている。図２は、その上にウェ
ッビング２０が輪状に巻かれるベルト引込器のベルトリ
ール１８に締付ローラ結合機構１６によって結合される
ようにされたプーリ１４の周縁上に引張ケーブル１２を
介して係合するピストン／シリンダ式の直線駆動装置１
０を有するそのようなベルト予緊張器を概略的に図示す
る。直線駆動装置１０はシリンダ２２とピストン２４と
を以て構成され、ピストン２４はシリンダ２２内に変位
可能に受容されそして引張ケーブル１２の自由端部に係
合し、ピストン２４の端面は、ガス発生器２６が電気的
または機械的点火器によって点火されると同時にガス発
生器２６によって発生される高圧ガスにさらされ得る。
図２に示されるベルト予緊張器の在来構造においては、
ピストン２４は引張ケーブル１２の端部に固くプレスさ
れる。

【０００９】ガス発生器２６はハウジングブロック２８
の孔内に挿入されており、ハウジングブロック２８内に
は曲がった通路３０が形成され、ガス発生器２６の点火
と同時にそれによって発生されるガスは通路３０を通じ
てピストン２４の端面へ導かれる。図１から明らかなご
とく、ガス発生器２６の在来構造においては、ガス圧力
Ｄは初めに急上昇しそして僅か０．７５ms後には約７６
×１０⁶ Ｐａの最大値に達する。その後、ガス圧力Ｄは
同様に急降下しそして約２．５ms後には到達最大ガス圧
力の僅かに約１０％になる。かくして、ガス発生器によ
って解放された全エネルギーはほとんど２〜３msの短時
間に使用される。この時間はピストン２４がシリンダ２
２の端までの、例えば、２５０mmの距離を移動するのに
要する時間より相当短い。

【００１０】本発明によって構成される直線駆動装置、
図４に示される第１の実施例、においては、ピストン２
４によって発揮される力は引張ケーブル１２に対して直
接には伝達されず、減衰手段３２を介して伝達される。
前記減衰手段３２は複数の板ばねによって形成され、こ
れら板ばねは引張ケーブル１２の端部に直列に配列され
そして一方においてピストン２４の隣接端面に当接しそ
して他方において引張ケーブル１２の端部に固くプレス
された止め部材３４に当接する。例えば図４において示
されるように、衝撃点火によるガス発生器２６の作動と
ともに、ピストン２４はシリンダ２２内において前方へ
押され、減衰手段３２の板ばねは、プーリ１４が締付ロ
ーラ結合機構１６即ちカップリングを介してベルトリー
ル１８に回転不可能に結合されそして引張ケーブル１２
が緊張されると同時に圧縮される。ベルトリール１８お
よびその上に輪状に巻かれたウェッビング２０の慣性モ
ーメントが打ち勝たれなくてはならないからである。図
３は走行される行程ｓに応じて引張ケーブル１２中に蓄
積される引張力Ｆの発達を示す。線図から明らかなよう
に、引張力Ｆはピストン運動の初期段階においては漸進
的に増加する。ベルトリール１８はプーリ１４の周囲に
係合する引張力Ｆによって今や回転され、そして約１６
mmの短いピストン行程の後に既に極度に高い回転速度に
達している。

【００１１】図１の線図はさらに時間ｔの関数としてピ
ストン２４の加速度Ｇの変化を示す。線図の注目すべき
様相は曲線Ｇが曲線Ｄと同様の輪郭を有しそして特にそ
の頂点が同様に約０．７５msで到達されることである。
ガス圧力Ｄはかようにしてピストン２４の加速において
最適の態様で使用される。減衰手段３２は約１msまでピ
ストン運動の全初期段階間有効である。

【００１２】図１の線図はさらに時間ｔの関数としてピ
ストン２４によって走行される行程ｓを示す。ピストン
２４は、低圧力作用下で、シリンダ２２の端までの行程
の大部分、例えば、総計約２００mm、を走行する。約
２．５〜３msの経過後、ピストン２４はその質量慣性に
よってさらにシリンダ２２内で走行する。シリンダ２２
の全長の約半ばにおいてシリンダ２２の壁に逃し孔を形
成することによって、残存ガス圧力Ｄは予緊張器に対し
て僅かに寄与するに過ぎないことが示された。ベルトリ
ール１８は実質的にその慣性のモーメントによってその
回転運動を続行する。本発明に従う減衰手段３２は、力
輪郭（図３）が、ベルトリール１８およびその上に巻付
けられたウェッビング２０の機械的回転エネルギーの形
式で、最大限約３ms内で、ガス発生器２６によって解放
されるエネルギーを最適に蓄積するために、最適化され
ることを達成する。蓄積された機械的エネルギーは所望
の予緊張器行程を以てウェッビング２０の予緊張を完了
するのに十分である。

【００１３】図５および図６には減衰手段の二つの別の
実施例が図示される。

【００１４】図５による実施例においては、ピストン２
４と係止部材としての止め部材３４との間に減衰手段３
２が引張ケーブル１２のための軸方向通路を有する弾性
的ないし弾力的に可撓（変形可能）である材料から成る
円筒体の形式で配列される。図５の（ｂ）に示されるよ
うに、前記円筒体は引張ケーブル１２の引張力が増すと
き弾力的にそして同時に塑性的に変形される。

【００１５】図６による実施例においては、係止部材と
しての止め部材３４に面するピストン２４の端側に減衰
手段としての壁３３が一体的に形成され、壁３３の外面
は円筒形でありそして壁３３は円錐台形のスペースない
し空間３５であってシリンダ２２と同軸でありそして壁
３３の自由端に向かって広くなるもの３５を画成する。
図６の（ａ）に示される休止状態において、止め部材３
４は空間３５の外端内に貫入している。次いで、引張ケ
ーブル１２の引張力が増すと同時に、止め部材３４は空
間３５内にさらに引入れられ、壁３３は拡径されるよう
に塑性変形される。図６の（ｂ）はこの状態を示す。

【００１６】図６から図９に示される実施例によれば、
引張ケーブル１２に対し実質的に横断方向に延びる板が
壁３３に対する止め部材３４の拡張体を形成する。塑性
的に変形される壁３３に指向される側における前記板の
縁は丸められる。曲率半径はおよそ１mmであるが、また
およそ１〜２mmにもされ得る。

【００１７】図５および図６における両実施例におい
て、基本的に図３に示される力輪郭が達成される。しか
し、減衰手段の構造に従って、行程ｓに依存する力Ｆの
輪郭は変化し得る。何れの場合においても、減衰手段の
寸法選択によって力輪郭は最適化され、その結果、短時
間にガス発生器によって解放されるエネルギーは最適の
態様で予緊張器機構へ伝達されてそこに機械的エネルギ
ーとして蓄えられそしてウェッビング２０の予緊張のた
め比較的より長い時間使用され得る。

【００１８】図６のそれと基本的に同じである図７によ
る実施例において、ピストン２４には円錐台形の斜面４
０がくびれによって形成されそしてピストン２４の片側
のみに３個の玉４２が前記斜面４０の最低部分において
弾性材料の案内部材４４によってシリンダ２２の内側と
係合して保持される。図７の（ｂ）から明らかなよう
に、案内部材４４は２個の肩４５を有し、これら肩によ
って玉４２はピストン２４の前記側に保持される。半径
方向反対側においてピストン２４はシリンダ２２の内側
に摺動自在に係合する。ガス発生器によって発生される
ガス圧力の作用下でピストン２４が運動するとき、前記
玉４２は該運動に抵抗しない。予緊張行程の終わりにお
いて、引張ケーブル１２による引張りによってピストン
２４の運動方向の逆転が生じると同時に、今や阻止する
玉として働く玉４２は、それらが斜面４０によって半径
方向外方へ押圧されるから、シリンダ２２の壁と係合さ
せられる。ピストン２４がさらに運動するとともに、玉
４２はシリンダ２２の壁の材料中に貫入しそして前記材
料を塑性変形させる。図７の（ｂ）はこの状態を示す。
ベルトの予緊張に続いて、本装置はベルトシステムの荷
重ピークを減らすエネルギーコンバータとして機能す
る。僅かに数個の玉を使用することによって、シリンダ
２２の弾性変形が回避される。そうでないと、弾性変形
はベルトシステムにおける不規則なエネルギー変換およ
び荷重の揺らぎを生じさせるに至る。引張ケーブル１２
を介して導入される力が、最適作用のベルト予緊張器と
精密に協働して達成され得る約５０００Ｎの値を超えな
いかぎり、エネルギー変換は僅かに数個の変形要素によ
って行われ、従ってそれらのおのおのは比較的大きな深
度までシリンダ壁の材料内に貫入する。

【００１９】図８の実施例においては、図７における３
個の玉に代えて、ローラ４６が使用され、該ローラはそ
の両側端に丸められた部分を設けられ、従ってそれは全
体として何らの切断作用を生じることなしにシリンダ壁
の材料内に貫入し得る。作動様式は図７の実施例のそれ
と基本的に同じである。

【００２０】図９による実施例においては、ピストンは
２個のピストン部分２４ａ，２４ｂであって引張ケーブ
ル１２上において互いから緩やかに軸方向に離間して配
列されるものに分割されている。ピストン部分２４ａと
２４ｂとの間の空間には板４８が配列され、該板は図９
の（ａ）に示される休止状態においては、シリンダ２２
の軸線に対して約３０°の角度に傾斜されている。その
一端において板４８はシリンダ２２の内側に摺動自在に
係合しそしてその半径方向反対端において２個の変形部
材４８ａ，４８ｂを設けられる。楔形にされた案内部材
４９が板４８の変形部材４８ａ，４８ｂをシリンダ２２
の内側に対して弾力的に係合させて板４８を確保する。

【００２１】板４８はウェッビングの予緊張のためにピ
ストン部分２４ａ，２４ｂの運動に抵抗しない。反対方
向の運動においてはそれは直立し、従って変形部材４８
ａ，４８ｂはシリンダ２２の壁の材料中に貫入しそして
シリンダ２２を変形させる。この状態が図９の（ｂ）に
示される。作動様式は図７および図８による実施例にお
けるそれと基本的に同じである。

【図面の簡単な説明】

【図１】時間の関数としてのガス圧力、ピストン加速度
およびピストン行程の変化を表す線図を示す図面。

【図２】ベルト引込器と係合するベルト予緊張器のため
の火工式直線駆動装置を示す概略図。

【図３】ピストン運動の初期段階における行程の関数と
して引張ケーブルにおいて作用する力の所望輪郭を表す
線図を示す図面。

【図４】本発明に従ってピストンと引張ケーブルとの間
に減衰手段を設けられた直線駆動装置の第１の実施例の
断面図。

【図５】第２の実施例による減衰手段を有するピストン
／シリンダ式直線駆動装置を示す縦断面図。

【図６】図５と類似するが減衰手段の他の一実施例を有
する縦断面図。

【図７】ピストン／シリンダ直線駆動装置がエネルギー
コンバータを同時に構成する別の一実施例を示す図であ
って、（ａ）が縦断面で（ｂ）が横断面。

【図８】図７と類似する他の一実施例を示す断面図。

【図９】図７または図８に類似する他の一実施例を示す
断面図。

【符号の説明】

１０ ピストン／シリンダ式直線駆動装置 １２ 引張ケーブル １４ プーリ １８ ベルトリール ２０ ウェッビング ２２ シリンダ ２４ ピストン ２６ ガス発生器 ３０ 通路 ３２ 減衰手段 ３３ 壁 ３４ 止め部材 ４０ 斜面 ４２ 玉 ４４ 案内部材 ４６ ローラ ４８ 板

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両用の抑止システムのための直線駆動
   装置であって，推薬式ガス発生器（２６）と、該ガス発
   生器（２６）によって発生せしめられたガスによって作
   動され得るピストン・シリンダユニット（２４，２２）
   であってそのピストン（２４）に前記抑止システムのベ
   ルト引込器のベルト予緊張器用の引張ケーブル（１２）
   が接続されているもの（２４，２２）とを備えた前記直
   線駆動装置において、 変形可能な減衰手段（３２；３３）を含む力の伝達径路
   がピストン・シリンダユニット（２４，２２）のピスト
   ン（２４）と引張ケーブル（１２）との間に形成される
   ように、引張ケーブル（１２）のピストン（２４）に対
   する前記接続がなされており、 前記減衰手段（３２；３３）は、 ｉ） ガス発生器（２６）から放出されるガスの圧力が
   上昇している段階においては、ピストン（２４）が引張
   ケーブル（１２）に及ぼす力をガス圧力によりピストン
   に加えられる力よりも小さくなるように制限し、且つ ｉｉ） ピストン（２４）が引張ケーブル（１２）に及
   ぼす前記力が連続的に大きくなるような寸法・形状に形
   成されており、 該減衰手段（３２；３３）は、ガス発生器（２６）で発
   生せしめられるガスの圧力（Ｄ）が上昇するピストン運
   動の初期の段階のうちの相当の期間、ピストン（２４）
   が引張ケーブル（１２）に及ぼす力をガス圧力によりピ
   ストンに加えられる力よりも小さくすべく、変形され得
   るように構成されている 直線駆動装置。
2. 【請求項２】 ガス発生器（２６）は、ガス圧（Ｄ）
   が、点火後急上昇して該点火後約０．５〜１ｍｓ以内に
   最大に達し、その後低下して前記点火後約３ｍｓで前記
   最大圧力値の１０％以下に落ちるように、ガスを発生す
   るように構成されている請求項１に記載の直線駆動装
   置。
3. 【請求項３】 前記減衰手段（３２；３３）は、ピスト
   ン（２４）の行程の全長の約５〜１５％に亘って、ケー
   ブル（１２）に対するピストン（２４）の相 対運動を許
   容するように構成されている請求項２に記載の直線駆動
   装置。
4. 【請求項４】 前記減衰手段（３２；３３）は、ピスト
   ン（２４）のケーブル（１２）に及ぼす力（Ｆ）が前記
   初期段階のうちの前記相当期間は漸増するように構成さ
   れている請求項１から３までのいずれか一つの項に記載
   の直線駆動装置。
5. 【請求項５】 ピストン（２４）には軸方向孔が形成さ
   れ、引張ケーブル（１２）の一端側がピストン（２４）
   に対して可動にこの軸方向孔に挿通され、ピストン（２
   ４）から軸方向に離れたところで引張ケーブル（１２）
   の該挿通端に係止部材（３４）が固定され、前記減衰手
   段（３２；３３）が係止部材（３４）とピストン（２
   ４）の該係止部材（３４）に向いた端面との間に配置さ
   れている請求項１から４までのいずれか一つの項に記載
   の直線駆動装置。
6. 【請求項６】 前記減衰手段（３２；３３）は、弾性変
   形および塑性変形のうちの少なくともいずれか一方の形
   態での変形が可能な材料でできた物体からなり、該物体
   に通路が形成され、引張ケーブル（１２）が該通路を貫
   通して延びている請求項５に記載の直線駆動装置。
7. 【請求項７】 前記減衰手段が引張ケーブル（１２）を
   取囲むばね手段（３２）でできている請求項５に記載の
   直線駆動装置。
8. 【請求項８】 前記ばね手段（３２）が、引張ケーブル
   （１２）に嵌装されて直列に配置された複数の板ばねか
   らなる請求項７に記載の直線駆動装置。
9. 【請求項９】 前記減衰手段は、ピストン（２４）が係
   止部材（３４）に近づくにつれて半径方向に変形される
   ようにほぼ軸方向に延在した壁部を備えた塑性変形可能
   部材（３３）からなる請求項５に記載の直線駆動装置。
10. 【請求項１０】 減衰手段を構成する前記塑性変形可能
    部材（３３）がほぼカップ形であり、その円筒状周壁が
    円錐台形のスペース（３５）を規定し、ピストン（２
    ４）が係止部材（３４）に近づくにつれて係止部材（３
    ４）に形成された拡径体が前記円錐台形スペース（３
    ５）内に入り込むように構成されている請求項９に記載
    の直線駆動装置。
11. 【請求項１１】 カップ形部材がピストン（２４）の係
    止部材（３４）に対向する端面に一体的に形成されてお
    り、拡径体が係止部材（３４）に一体的に形 成されてい
    る請求項１０に記載の直線駆動装置。
12. 【請求項１２】 拡径体が引張ケーブルの延在方向に対
    して実質上横断方向に延在する板状部からなり、該板状
    部のうち、減衰手段を構成する前記塑性変形可能部材
    （３３）に向いた側の縁部が、丸められている請求項１
    ０または１１に記載の直線駆動装置。
13. 【請求項１３】 前記縁部の曲率半径が約１ｍｍ〜２ｍ
    ｍである請求項１２に記載の直線駆動装置。
14. 【請求項１４】 ガス発生器（２６）が作動された際ピ
    ストン（２４）が移動する方向とは逆方向にピストン
    （２４）が移動する際シリンダ（１０）壁を塑性変形さ
    せるように、少なくとも一つの変形部材（４２；４６；
    ４８）がピストン（２４）上に配置されている請求項１
    から１３までのいずれか一つの項に記載の直線駆動装
    置。
15. 【請求項１５】 前記少なくとも一つの変形部材がピス
    トン（２４）の一側部のみに配置されており、ピストン
    （２４）の径方向反対側の側部は、シリンダ（１０）壁
    の内面に摺接している請求項１４に記載の直線駆動装
    置。