JP5314442B2 - プリテンショナを備えるシートベルト装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の急減速時等に、シートベルトに接続されたワイヤを緊急時に引き込んでロックし、シートベルトによる乗員の拘束を実現するプリテンショナを備えるシートベルト装置に関するものである。

車両の急減速時あるいは衝突時には、シートベルトで乗員の体を拘束する必要がある。かかる拘束を実現するプリテンショナは、まず、その内部のガス発生器から発生させたガスの圧力によって、シートベルトに接続されたワイヤを引き込む。ガス圧は短時間で低下する一方、シートベルトが拘束する乗員から慣性によって受ける力は維持されるため、ワイヤをプリテンショナから引き出す力は、一瞬の後に引き込む力に逆転して大きくなる。これにより、ワイヤは逆に引き出される方向に摺動を開始する。このような、ワイヤの逆方向の摺動を利用してワイヤをロックする様々な機構が提案されている。

例えば特許文献１に記載のプリテンショナでは、上述の逆転が起こると、プリテンショナ内に設けられたボールがテーパ部にかみ込まれることによって、ワイヤをロックするクラッチ機構が開示されている。

一方、例えば特許文献２および特許文献３に記載のプリテンショナでは、ワイヤの逆転動作によって、ロック歯およびラチェットを噛み合わせることでロックを行う機構が開示されている。

特開２００７−７６４９３号公報 特開平６−３４４８６３号公報 実開昭５４−１６３４１６号公報

しかし、特許文献１に記載のプリテンショナは、ロックされるまでのワイヤ戻り量が１０ｍｍ〜１５ｍｍであり、比較的、ワイヤの戻り量が大きい。ワイヤの戻り量が大きいとシートベルトが緩むため、乗員の拘束が甘くなる。

特許文献２および特許文献３に記載のプリテンショナでは、ロックに必要なワイヤ戻り量は、ロック歯またはラチェットのピッチ分にすぎず、比較的少なくて済む。しかし、ワイヤ戻り量は少なくても、シリンダ（ガス発生器や火薬などのガス発生手段とピストンとの間に気密性の空間を形成する部材）と、ラチェットなどの噛み合いを行う部分とが、同一の部材で形成されている。そのため、ロック時の荷重がシリンダにかかり、シリンダを厚肉の強化構造とする必要がある。

本発明は、このような課題に鑑み、ワイヤ戻り量が少ないだけでなく、ガス圧伝達用の気密性の空間を形成する部材の薄肉化も可能なプリテンショナを備えるシートベルト装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、一端がシートベルトに接続されたワイヤを緊急時に引き込んでシートベルトにより乗員を拘束する、プリテンショナを備えたシートベルト装置において、ワイヤの他端を係止する係止機構と、車両に衝撃が加わった時にガスを発生させるガス発生器と、張力を保ったワイヤを引き込む方向に移動するロッドと、ロッドの先端に所定の角度にわたって回転自在に接続されるピストンと、ロッドの移動によってピストンが移動する軌道に実質的に平行な固定されたラチェットと、を備え、ピストンは、ラチェットに対面する側に、ラチェットと噛み合うことができるロック歯を有し、ガス発生器から発生したガスの圧力によってロッドが移動すると、ワイヤは引き込まれる方向に動き、引き込まれたワイヤが逆に引き出される方向に動き始めると、ワイヤの張力によってピストンはラチェットにロック歯を噛み合わせ、これによってワイヤが引き出されるのが制限されることを特徴とする。

上記の構成によれば、つるべ式その他の、ピストンの移動によってワイヤを引き込む方式を利用して、ワイヤの張力でピストンを回転させてロックさせるという、新規な機構が実現される。本機構によれば、ラチェットとロック歯との噛み合いを利用していることから、ロックが行われるまでに必要なワイヤ戻り量は少なくて済み、乗員の胸や腰に過大な衝撃や荷重を与えるおそれも少ない。

上記のプリテンショナは、当該プリテンショナの外壁であり、ラチェットが形成されてるフレームと、ロッドとガス発生器との間に気密性が保たれた空間を形成するチューブと、を含むとよい。

上記の構成によれば、ワイヤをロックする際に負荷がかかるのは、専ら、ラチェットが形成されたフレームであり、ガス用の気密な空間を形成するチューブには、ロックによる負荷がかからない。したがって、チューブは、ガス圧に耐えられるだけの強度があればよく、ロックによる負荷がかかる方式に比較すると、薄肉化が可能である。

上記の係止機構は、ロッドおよびピストンに対して相対的に移動しないように固定されていて、ロッドが張力を保ったワイヤに向かって移動すると、係止機構とピストンとの距離が増大してワイヤは引き込まれる方向に動き、これによってピストンはラチェットから離間する方向に回転し、引き込まれたワイヤが逆に引き出される方向に動き始めると、ピストンはラチェットに接近する方向に回転してラチェットにロック歯を噛み合わせるとよい。

上記の構成によれば、回転自在のピストンをワイヤの張力によって適切な方向に回転させ、ラチェットとロック歯とを適切な時点で噛み合わせることが可能である。

上記のピストンは、ワイヤが接触して摺動する曲面を有し、ピストンの回転に拘らずフレームと干渉しないワイヤ接触部と、ラチェットに対面する側にロック歯が形成されたロック部と、を含み、上記のフレームは、ロック部のロック歯と反対側の面と接触してピストンの回転を制限するとともにピストンの移動を案内するガイド平面を有するとよい。

上記の構成によれば、フレームと干渉しないワイヤ接触部には、曲率半径の大きな曲面を形成しておくことができ、ワイヤのスムーズな摺動が可能である。一方、ロック部が設けられていることで、ピストンの回転が制限されるとともに、ピストンは、フレームのガイド平面に沿って実質的に直線運動することが可能となる。

上記の係止機構は、ワイヤの長さを調整可能な、ワイヤ長調整手段を備えるとよい。これによれば、乗員の体格に応じてワイヤの長さを決定できる。

本発明によれば、ワイヤ戻り量が少ないだけでなく、ガス圧伝達用の気密性の空間を形成する部材の薄肉化も可能なプリテンショナを備えるシートベルト装置を提供することが可能である。

本発明によるプリテンショナ装置と、同装置を備えたシートベルト装置の実施形態を例示する図である。 図１のプリテンショナの詳細を例示する図である。 図２のピストンの構造および動作を例示する図である。 図２のケーブルクランプの拡大図である。 本実施形態と比較される比較例である、ワイヤを直接引っ張って引き込む方式のプリテンショナを例示する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（シートベルト装置）
図１は、本発明によるプリテンショナ装置と、同装置を備えたシートベルト装置の実施形態を例示する図である。図１において、シートベルト装置１００は、リトラクタ１５０から繰り出される乗員拘束用のシートベルト１１０と、一端がシートベルト１１０に接続されたワイヤ１２０と、ワイヤ１２０を緊急時に引き込むプリテンショナ１３０と、を備え、シートベルト１１０により乗員（図示は省略）を拘束する。

本文において「ワイヤ」とは、ひもやロープ状のもの、チェーンなどの連鎖状のもの、またウエビングなどの帯状のもの等を広く意味する。細長く、張力に対して伸び難い素材であれば、いかなるものをワイヤに含めてもよい。

本実施形態では、プリテンショナ１３０は、シートベルトバックル１４０を介して３点式のシートベルト１１０に接続されているバックルプリテンショナである。ただし、２点式のシートベルト装置（図示は省略）にあっては、ラップベルトの取付金具に接続される、ラッププリテンショナとしても応用可能である。

リトラクタ１５０は、シートベルト１１０を巻き取る装置であり、車室内側のセンタピラー１６０の下部に固設されている。リトラクタ１５０から車体上方へ繰り出されたシートベルト１１０は、センタピラー１６０の上部に取り付けられたスルーリング１７０を挿通して、車体下方に向けて折り返される。そして、シートベルト１１０の先端部は、センタピラー１６０と座席１８０との間に設けられたアンカープレート１９０に固定されている。

シートベルト１１０におけるスルーリング１７０とアンカープレート１９０との間の部分には、タング２００がシートベルト１１０を挿通させるように設けられている。タング２００は、座席１８０を挟んでアンカープレート１９０の反対側に配置されたシートベルトバックル１４０に着脱される。

シートベルトバックル１４０には、ワイヤ１２０を介して、本実施形態のプリテンショナ１３０が保持されている。プリテンショナ１３０は、車両の急停止時や衝突などの衝撃発生時にワイヤ１２０を引き込むことで、シートベルト１１０により乗員を拘束するための装置である。

（プリテンショナ）
図２は図１のプリテンショナ１３０の詳細を例示する図であり、図２（ａ）はプリテンショナ１３０の垂直方向断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図でもある。

プリテンショナ１３０は、ワイヤ１２０の他端を係止する係止機構であるケーブルクランプ２１０と、車両に衝撃が加わった時にガスを発生させるガス発生器２２０と、張力を保ったワイヤ１２０にを引き込む方向に移動するロッド２３０と、ロッド２３０の先端に所定の角度にわたって回転自在に接続されるピストンであって、ワイヤ１２０が接触して摺動するピストン２４０（後述のワイヤ接触部３４０およびロック部３５０から成る）と、ロッド２３０の移動によってピストン２４０が移動する軌道に実質的に平行な固定されたラチェット２５０と、を備える。

（ピストン）
図３は図２のピストンの構造および動作を例示する図である。図３に例示するように、ピストン２４０は、ラチェット２５０に対面する側に、ラチェット２５０と噛み合うことができるロック歯２６０を有する。ガス発生器２２０から発生したガスの圧力によってロッド２３０がワイヤ１２０を引き込む方向に移動する（ワイヤ１２０に向かって移動する）と、ケーブルクランプ２１０（図２参照）とピストン２４０との距離が増大してワイヤ１２０は引き込まれる方向２７０に動き（摺動し）、これによってピストン２４０は、図３（ａ）に例示するように、ラチェット２５０から離間する方向２８０に回転する。

ガス圧で生じる、ワイヤ１２０をプリテンショナ１３０に引き込む力は、ガス圧の低下により、短時間で弱まる。一方、シートベルト１１０が拘束する乗員から慣性によって受ける力は維持されるため、ワイヤ１２０をプリテンショナ１３０から引き出す力は、一瞬の後に引き込む力に逆転して大きくなる。これにより、ワイヤ１２０は逆に引き出される方向２９０に動き始める（摺動を開始する）。

引き込まれたワイヤ１２０が逆に引き出される方向２９０に動き始めると、ワイヤ１２０の張力によってピストン２４０は、図３（ｂ）に例示するように、ラチェット２５０に接近する方向３００に回転してラチェット２５０にロック歯２６０を噛み合わせ、これによってワイヤ１２０が引き出されるのが制限される。すなわち、ワイヤ１２０は逆転しないようロックされ、シートベルト１１０による乗員の拘束が維持される。

上記の構成によれば、つるべ式その他の、ピストン２４０の移動によってにワイヤ１２０を引き込む方式を利用して、ワイヤ１２０の張力でピストン２４０を回転させてロックさせるという、新規な機構が実現される。

本実施形態ではつるべ式の引込方式を採用しているが、他の例として、図示は省略するが、例えば、ピストン２４０の先端にワイヤ１２０を固定する構成としてもよい。かかる構成によれば、ガスの圧力によってロッド２３０が移動すると、ロッド２３０の先端のピストン２４０は、ワイヤ１２０の張力によって、ラチェット２５０に接近する方向に回転し、ロック歯２６０をラチェット２５０に接触させながら移動することとなる。しかし、ロック歯２６０とラチェット２５０とは、ワイヤ１２０が引き出されるのを制限する方向でしか噛み合わない。したがって、ワイヤ１２０をプリテンショナ１３０から引き出す力が引き込む力に逆転して大きくなるまでロックされず、逆転して初めて両者は噛み合い、ロックが達成されることとなる。

上記の各引込方式によれば、ラチェット２５０とロック歯２６０との噛み合いを利用していることから、ロックが行われるまでに必要なワイヤ１２０の戻り量は少なくて済み、乗員の胸や腰に過大な衝撃や荷重を与えるおそれも少ない。

（プリテンショナのフレームおよびチューブ）
図２に例示するように、プリテンショナ１３０は、当該プリテンショナ１３０の外壁であり、ラチェット２５０が形成されているフレーム３１０と、ロッド２３０とガス発生器２２０との間に気密性が保たれた空間３２０を形成するチューブ３３０と、を含む。

上記の構成によれば、ワイヤ１２０をロックする際に負荷がかかるのは、専ら、ラチェット２５０が形成されたフレーム３１０であり、ガス用の気密な空間３２０を形成するチューブ３３０には、ロックによる負荷がかからない。したがって、チューブ３３０は、ガス圧に耐えられるだけの強度があればよく、ロックによる負荷がかかる方式に比較すると、薄肉化が可能である。

図３に例示するように、ピストン２４０は、ワイヤ１２０が接触して摺動するワイヤ摺動曲面３４０ａを有し、ピストン２４０の回転に拘らずフレーム３１０と干渉しないワイヤ接触部３４０と、ラチェット２５０に対面する側にロック歯２６０が形成されたロック部３５０と、を含み、フレーム３１０は、ロック部３５０のロック歯２６０と反対側のピストン平面３５０ａと接触してピストン２４０の回転を制限するとともにピストン２４０の移動を案内するガイド平面３１０ａを有する。

ワイヤ接触部３４０は、図２（ｂ）に例示するように、上方から見ると、フレーム３１０間の空間に位置している。言い換えれば、かかる位置にあるため、ワイヤ１２０をこの空間に引き込むことができるようになっている。したがってワイヤ接触部３４０は、上下をフレーム３１０で挟まれているロック部３５０に比較すると、上下方向に広がりのある形状を有することができる。

したがって、フレーム３１０と干渉しないワイヤ接触部３４０には、曲率半径の大きなワイヤ摺動曲面３４０ａを形成しておくことができ、ワイヤ１２０のスムーズな摺動が可能である。一方、ロック部３５０が設けられていることで、ピストン２４０の回転は、既に述べたように、所定の角度に制限されている。このように、ピストン２４０自体に回転を制限する機構を設ける必要がないとともに、ピストン２４０は、フレーム３１０のガイド平面３１０ａに沿って実質的に直線運動することが可能となる。

（ケーブルクランプ）
図４は図２のケーブルクランプ２１０の拡大図である。ケーブルクランプ２１０は、ロッド２３０およびピストン２４０に対して相対的に移動しないように固定されていて、ワイヤ１２０の長さを調整可能な、ワイヤ長調整手段３６０を備える。これによれば、ワイヤ１２０の長さを短くする図４（ａ）、ワイヤ１２０の長さを長くする図４（ｂ）に例示するように、乗員の体格等に応じて、巻き出すワイヤ１２０の長さを決定して、ワイヤ１２０を係止することが可能である。

（比較例）
図５は本実施形態と比較される比較例である、ワイヤ１２０を直接引っ張って引き込む方式のプリテンショナを例示する図である。図５（ａ）はプリテンショナ１０の外観側面図、図５（ｂ）〜（ｄ）はプリテンショナ１０の垂直断面図であり、動作の様子を例示する図である。

図５（ｂ）に例示する最初の状態から、ガス発生器１２のガス圧によってピストン１４が右方向に動くと、図５（ｃ）に例示するように、ピストン１４に係止されているワイヤ１６が引っ張られてプリテンショナ１０内に引き込まれる。次に、ワイヤ１６を引き込む力より引き出す力が上回って力の逆転が生じると、図５（ｄ）に例示するように、ボール１８が楔形の空間２０（ピストン１４とチューブ２２との間に形成される）の狭隘な部分にかみ込まれるクラッチ機構によって、ワイヤのロックが行われる。

この比較例では、ボール１８が空間２０にかみ込まれてロックが達成されるまでに、ワイヤ１６の戻り量Ｄ１（図５（ｃ）（ｄ）参照）は、１０ｍｍ〜１５ｍｍ生じる。

一方、本発明の実施形態の場合、ロック歯２６０のピッチ分（数ｍｍ程度）の戻り量Ｄ２（＜Ｄ１）で済む。とりわけ、本実施形態をバックルプリテンショナに応用した場合には、戻り量が短縮されることで、ショルダベルトとラップベルトの両方の戻り量が短縮される。

また、図５に例示される比較例の場合、チューブ２２の肉厚は３ｍｍ程度必要とされる。ガスを伝達するだけでなく、ボール１８と空間２０によるロックで生じる負荷もかかるためである。それ以上薄肉化すると破断するおそれがあるからである。

一方、本発明の実施形態の場合は、チューブ３３０の肉厚は１．５〜１．８ｍｍ程度で済む。かかる薄さまで薄肉化された本実施形態におけるプリテンショナ１３０のチューブ３３０は、軽量化は無論のこと、カシメ加工を可能にするなど、形状の加工性という利点も有する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、以上に述べた実施形態は、本発明の好ましい例であって、これ以外の実施態様も、各種の方法で実施または遂行できる。特に本願明細書中に限定される主旨の記載がない限り、この発明は、添付図面に示した詳細な部品の形状、大きさ、および構成配置等に制約されるものではない。また、本願明細書の中に用いられた表現および用語は、説明を目的としたもので、特に限定される主旨の記載がない限り、それに限定されるものではない。

したがって、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、車両の急減速時等に、シートベルトに接続されたワイヤを引き込んでロックし、シートベルトによる乗員の拘束を実現するプリテンショナを備えるシートベルト装置に利用することができる。

１００ …シートベルト装置
１１０ …シートベルト
１２０ …ワイヤ
１３０ …プリテンショナ
１４０ …シートベルトバックル
１５０ …リトラクタ
１６０ …センタピラー
１７０ …スルーリング
１８０ …座席
１９０ …アンカープレート
２００ …タング
２１０ …ケーブルクランプ
２２０ …ガス発生器
２３０ …ロッド
２４０ …ピストン
２５０ …ラチェット
２６０ …ロック歯
３１０ …フレーム
３１０ａ …ガイド平面
３２０ …空間
３３０ …チューブ
３４０ …ワイヤ接触部
３４０ａ …ワイヤ摺動曲面
３５０ …ロック部
３５０ａ …ピストン平面
３６０ …ワイヤ長調整手段

Claims (5)

1. 一端がシートベルトに接続されたワイヤを緊急時に引き込んで該シートベルトにより乗員を拘束する、プリテンショナを備えたシートベルト装置において、
   前記ワイヤの他端を係止する係止機構と、
   車両に衝撃が加わった時にガスを発生させるガス発生器と、
   張力を保った前記ワイヤを引き込む方向に移動するロッドと、
   前記ロッドの先端に所定の角度にわたって回転自在に接続されるピストンと、
   前記ロッドの移動によって前記ピストンが移動する軌道に実質的に平行な固定されたラチェットと、
   を備え、
   前記ピストンは、前記ラチェットに対面する側に、該ラチェットと噛み合うことができるロック歯を有し、
   前記ガス発生器から発生したガスの圧力によって前記ロッドが移動すると、前記ワイヤは引き込まれる方向に動き、
   前記引き込まれたワイヤが逆に引き出される方向に動き始めると、前記ワイヤの張力によって前記ピストンは前記ラチェットに前記ロック歯を噛み合わせ、これによって該ワイヤが引き出されるのが制限されることを特徴とするプリテンショナを備えるシートベルト装置。
2. 当該プリテンショナの外壁であり、前記ラチェットが形成されているフレームと、
   前記ロッドと前記ガス発生器との間に気密性が保たれた空間を形成するチューブと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のプリテンショナを備えるシートベルト装置。
3. 前記係止機構は、前記ロッドおよび前記ピストンに対して相対的に移動しないように固定されていて、
   前記ロッドが張力を保った前記ワイヤに向かって移動すると、前記係止機構と前記ピストンとの距離が増大して前記ワイヤは引き込まれる方向に動き、これによって前記ピストンは前記ラチェットから離間する方向に回転し、
   前記引き込まれたワイヤが逆に引き出される方向に動き始めると、前記ピストンは前記ラチェットに接近する方向に回転して該ラチェットに前記ロック歯を噛み合わせることを特徴とする請求項１または２に記載のプリテンショナを備えるシートベルト装置。
4. 前記ピストンは、
   前記ワイヤが接触して摺動する曲面を有し、該ピストンの回転に拘らず前記フレームと干渉しないワイヤ接触部と、
   前記ラチェットに対面する側に前記ロック歯が形成されたロック部と、を含み、
   前記フレームは、
   前記ロック部の前記ロック歯と反対側の面と接触して前記ピストンの回転を制限するとともに該ピストンの移動を案内するガイド平面を有することを特徴とする請求項３に記載のプリテンショナを備えるシートベルト装置。
5. 前記係止機構は、前記ワイヤの長さを調整可能な、ワイヤ長調整手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプリテンショナを備えるシートベルト装置。

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