(57)【要約】エネルギ吸収・力リミターを含むシートベルト装置。例えばレトラクタのリールスプール（５）の形状の第１の要素は、例えばレトラクタのフレームワーク（１）である第２の要素に対して運動可能である。スプール（５）は摩擦面を呈する素子（１０）を担持しており、これらの摩擦面はフレーム（１）によって担持されている別の素子（９）と共働する。圧電素子のスタック（１４）が圧縮力を加えて摩擦面を有する両素子を駆動し、制御された摩擦型エネルギ吸収効果を発生させる。
2005519805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートベルト及びエネルギ吸収力リミターを組み入れたシートベルト装置であって、上記力リミターは、第１要素及び第２の要素を備え、上記第１の要素は少なくとも１つの摩擦表面を含み、上記第２の要素は少なくとも１つの共働表面を含み、上記摩擦表面及び上記共働表面は上記第１の要素が上記第２要素に対して所定の相対運動することができるように互いに直近に配置され、上記力リミターは上記表面を互いに他方に向かって推し進めるように力を加える加力メカニズムを組み入れており、上記加力メカニズムは電気変形可能な材料製の少なくとも１つの素子と、上記少なくとも１つの素子に電位を印加する手段とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
上記、または各素子は圧電素子である請求項１記載のシートベルト装置。
【請求項３】
上記加力メカニズムは複数の上記素子のスタックを含む請求項１又は２に記載のシートベルト装置。
【請求項４】
少なくとも１つの入力信号に応答して１または複数の上記素子に印加される電位を制御する制御装置を設けてあることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項５】
上記加力メカニズムは上記加力メカニズムによって加えられる力に応答して電位を発生する少なくとも１つのセンサ素子を含み、上記電位は制御装置のための入力信号として使用される請求項４記載のシートベルト装置。
【請求項６】
上記制御装置は、上記シートベルト内の望ましいベルト力の値を計算する計算器、及び実際のベルト力を測定するデバイスを含み、また上記望ましいベルト力と上記実際のベルト力とを比較して制御信号を生成するコンパレータを含む請求項４又は５に記載のシートベルト装置。
【請求項７】
上記力センサは、上記実際のベルト力を測定するためにベルトアンカレッジ内に設けられている請求項６記載のシートベルト装置。
【請求項８】
上記計算器には、着座者の体重、着座者の位置、事故の激しさ、またはエアバックの相互作用を検知するようになっている１またはそれ以上のセンサからの１またはそれ以上の入力信号が供給される請求項６又は７に記載のシートベルト装置。
【請求項９】
上記第２の要素に対する上記第１の要素の所定の運動は、１つまたは２つの自由度を有している請求項１乃至８の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項１０】
上記第１の要素と上記第２の要素との間の運動は、角運動である請求項９記載のシートベルト装置。
【請求項１１】
上記第１の要素と上記第２の要素との間の運動は、実質的に線形である請求項１乃至８の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項１２】
上記第１の要素は複数の摩擦表面を有し、上記第２の要素は複数の共働表面を有している請求項１乃至１１の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項１３】
上記表面は交互配置された薄板上に設けられており、上記薄板は上記加力メカニズムの作用によって強く係合させられるように取り付けられ、上記交互配置された薄板は上記第１の要素及び上記第２の要素にそれぞれ固着されている請求項１２記載のシートベルト装置。
【請求項１４】
第１のセットの上記薄板は上記シートベルトレトラクタのスプールと共に回転するように取り付けられ、残余の上記薄板は上記レトラクタのハウジングに固着されている請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
上記第１の要素は安全ベルトレトラクタのスプールであり、上記第２の要素は上記安全ベルトレトラクタのハウジングである請求項１乃至１４の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項１６】
上記第１の要素は少なくとも１つの長さのストラップを含み、上記第２の要素は上記ストラップを固定部分に捕捉する部材を含み、上記加力メカニズムは上記部材に力を加えて上記ストラップを上記固定部分に押し付けるようになっている請求項１乃至１２の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【請求項１７】
上記第１の要素は上記シートベルトの一方の端に接続されるようになっており、上記第２の要素は自動車内のアンカー点に接続されるようになっている請求項１乃至１２及び請求項１６の何れか１項に記載のシートベルト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートベルト及び力リミターを組み入れたシートベルト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車内に設けられている例えばシートベルトのような安全デバイスに関連して力リミター、特にエネルギ吸収・力リミターを使用することが提唱されてきた。力リミターの機能は、力リミターが所定のしきい値を越える力を受けた時、エネルギを吸収しながら屈服することである。事故が発生した時に、自動車の搭乗者を実質的に自動車と共に加速または減速させないことは常に望まれるが、この目的を達成するために、シートベルトを介して過大な力を搭乗者の胸部に加えることは望ましくないことが知られている（大きい力を加えることによって自動車の搭乗者を怪我させる恐れがある）。従って、力リミターの効果は、安全ベルトによって自動車の搭乗者に極めて大きい加速度が加えられた時に、力リミターがエネルギを吸収しながら安全ベルトを僅かに屈服させ、怪我の危険性を最小にすることである。
【０００３】
従来、金属素子の変形に頼るエネルギ吸収装置を含む種々の型の力制限・エネルギ吸収装置が提唱されている。これらの装置は比較的簡単であり、極めて予測可能な動作特性を有しているが、例えば着座者の体重、または事故が発生する直前の着座者の位置に応答して吸収されるエネルギのレベルを変えることが容易ではないという欠陥を有している。
【０００４】
自動車内の安全ベルトに関連して使用される力リミターによって吸収されるエネルギはかなり高く、従って多くのシステムは比較的複雑である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エネルギ吸収装置を組み入れた改良されたシートベルト装置を提供することを意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、シートベルト及びエネルギ吸収・力リミターを組み入れたシートベルト装置が提供される。力リミターは、第１の要素及び第２の要素を備え、上記第１の要素は少なくとも１つの摩擦表面を含み、上記第２の要素は少なくとも１つの共働表面を含み、上記摩擦表面及び上記共働表面は上記第１の要素が上記第２要素に対して所定の相対運動することができるように互いに直近に配置され、上記力リミターは上記表面を互いに他方に向かって推し進めるように力を加える加力メカニズムを組み入れており、上記加力メカニズムは電気変形可能な材料製の少なくとも１つの素子と、上記少なくとも１つの素子に電位を印加する手段とを含んでいる。
【０００７】
電気変形可能な材料とは、電位を印加した時に変形する材料である。このような材料の素子は、電位が印加されると特定方向に膨張することができる。これらの材料の例は、圧電材料及び電歪材料である。好ましくは、この、または各素子は圧電素子である。
【０００８】
好ましくは、加力メカニズムは複数の上記素子のスタックを含む。
【０００９】
好都合であるのは、少なくとも１つの入力信号に応答して１または複数の上記素子に印加される電位を制御するために制御装置を設けてある。
【００１０】
好ましくは、加力メカニズムは少なくとも１つのセンサ素子を含む。圧電素子であることが好ましい上記少なくとも１つのセンサ素子は、加力メカニズムによって加えられる力に応答して電位を発生する。この電位は、制御装置のための入力信号として使用される。
【００１１】
有利であるのは、制御装置は、望ましいベルト力の値を計算する計算器、及び上記シートベルト内の実際のベルト力を測定するデバイスを含み、また望ましいベルト力と実際のベルト力とを比較して制御信号を生成するコンパレータを含む。
【００１２】
好ましくは、力センサは、実際のベルト力を測定するためにベルトアンカレッジ内に設ける。
【００１３】
好都合であるのは、計算器には、着座者の体重、着座者の位置、事故の激しさ、またはエアバックの相互作用を検知するようになっている１またはそれ以上のセンサからの１またはそれ以上の入力信号が供給される。
【００１４】
一実施の形態においては、第２の要素に対する第１の要素の所定の運動は、１つまたは２つの自由度を有している。
【００１５】
以下に説明する実施の形態においては、第１の要素と第２の要素との間の運動は角運動である。
【００１６】
代替実施の形態においては、第１の要素と第２の要素との間の運動は実質的に線形である。
【００１７】
１つの好ましい実施の形態においては、第１の要素は複数の摩擦表面を有し、第２の要素は複数の共働表面を有している。
【００１８】
好ましくは、上記表面は交互配置された薄板上に設けられており、これらの薄板は上記加力メカニズムの作用によって強く係合させられるように取り付けられ、交互配置された薄板は第１の要素及び第２の要素にそれぞれ固着されている。
【００１９】
好都合であるのは、第１のセットの薄板はシートベルトレトラクタのスプールと共に回転するように取り付けられ、残余の薄板はレトラクタのハウジングに固着されている。
【００２０】
有利であるのは、第１の要素は安全ベルトレトラクタのスプールであり、第２の要素は安全ベルトレトラクタのハウジングである。
【００２１】
代替実施の形態においては、第１の要素は安全ベルト自体の一部であることができる少なくとも１つの長さのストラップを含み、第２の要素はストラップを固定部分に捕捉する部材を含み、加力メカニズムは上記部材に力を加えてストラップを上記固定部分に押し付けるようになっている。
【００２２】
好都合であるのは、第１の要素はシートベルトの端に接続されるようになっており、第２の要素は自動車内のアンカー点に接続されるようになっている。
【００２３】
本発明をより容易に理解できるようにするために、そしてそのさらなる特色を理解できるようにするために、以下に添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態においては、摩擦を使用して力リミター内のエネルギを吸収する。従来は、特に長期間にわたって使用されないまま温度、圧力及び湿度の変化のような環境変化を受けた場合の装置のアイテムに関連する耐力性、またはエネルギ吸収性、摩擦によって与えられる効果を予測することが困難であることから、エネルギ吸収のために摩擦を力リミター内に使用することは不適切であると考えられてきた。この場合、力リミターが取り付けられている自動車が大きい事故に巻き込まれない限り、一般に力リミターは動作しないものと理解されている。従来提唱されている多くの力リミターにおいては、一旦力リミターが動作してしまうと、その力リミターを交換する必要があった。従って、力リミターは自動車内に取り付けられたまま数年の間使用されないことが多くなるが、事故が発生した場合には精密に正しい時点に、所望の技法で動作して正確に所望の力制限効果を与えなければならない。
【００２５】
以下に、図１及び２を参照し、安全ベルト装置内に組み入れられた本発明による力リミターを説明する。
【００２６】
安全ベルトレトラクタは、支持フレーム１を含む。支持フレーム１は、裏板２と、平行に突き出ている２つのサイドアーム３、４とを含む。これらのサイドアームは、安全ベルトの一部を巻き付けることができるスプール５を支持する。スプール５は、その軸を中心として回転できるように取り付けられている。スプール５の一方の端には軸方向に突き出ている非円形断面のペグ６が設けられており、このペグ６はフレーム２の一方のサイドアーム４を越えて伸びている。フレーム２のサイドアーム４は、その外面上に全体が円筒形のハウジング７を担持している。この円筒形ハウジングには、等角的に離間し且つハウジングの長さに沿って伸びる４つのスロット８が設けられている。ハウジング７は、突き出たペグ６を取り囲んでいる。
【００２７】
ハウジング７内に受入られているのは、複数の回転不能ディスク９及び複数の回転可能ディスク１０の形状の複数の薄板である。回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０は、交互配置されている。各回転不能ディスク９は比較的大きい中心開口１１を有しており、外縁には等角的に離間し且つ半径方向外向きの４つのラグ１２が設けられている。これらのラグは、ハウジング７内に設けられているスロット８内に受入れられるように配置され、そのような寸法である。各回転不能ディスク９は、ハウジング７内へ滑入させることができる。各回転不能ディスク９をハウジング７内の定位置に挿入すると、ラグ１２がスロット８と位置が合うようになっている。
【００２８】
各回転可能ディスク１０の形状は円形であり、各ディスク１０の直径はハウジング７の内径よりも小さいので、各回転可能ディスク１０はハウジング７と係合することなく回転することができる。各回転可能ディスク１０には、ペグ６の非円形断面と同じ形態を有する中心開口１３が設けられている。従って、回転可能ディスク１０の開口１３をペグ６と位置合わせして係合するようにディスク１０をハウジング７内に挿入すると、回転可能ディスク１０はペグ６と共に回転するようになる。
【００２９】
ディスクのアセンブリを形成している回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０の数は如何なる数であっても差し支えない。ディスクは、それぞれ高摩擦表面を含むことができる。固定された、及び回転可能なディスクのアセンブリの各端に、固定されたディスク１０を設けることが好ましい。
【００３０】
スプール５及び回転可能ディスク９は、レトラクタ支持フレーム１上のハウジング７と回転不能ディスク１０とによって構成されている第２の要素に対して２つの自由度をもって角度運動可能な、即ち回転する第１の要素を形成している。スプール５が回転するとディスク９が回転するように、ディスク９は第１の要素に固着されている。たとえスプール５が回転してもディスク１０は回転しないように、ディスク１０は第２の要素に固着されている。端の固定ディスク１０に接しているのは、圧電板の形状の電気変形可能な材料で形成された素子のスタック１４である。図示実施の形態においては、簡易化のために、６枚の圧電板だけが互いに接して取り付けられているように示されている。実際的な実施の形態においては、例えば100枚またはそれ以上のような、より多くの圧電板を使用することができる。回転不能及び回転可能ディスク９、１０のアセンブリから離れている方の圧電板のスタック１４の端には、カバー板１５が設けられている。カバー板１５は、ボルト１６によってレトラクタの支持フレーム１のサイドアーム４に接続されている。
【００３１】
スタックを形成している複数の圧電板にまたがって電位を印加するために、及び圧電板の１つによって生成された出力信号を受信するために使用できる電気コンタクト１７が設けられている。
【００３２】
図示のようにレトラクタが普通の状態にある場合には、隣接し合う回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０は軸方向に自由に運動し、従ってスプール５が自由に回転することを可能にするように互いに十分に離間しており、回転不能ディスクと回転可能ディスクとの間に摩擦を生じさせる接触は存在しないので、レトラクタメカニズムのスプール５は自由に回転することができる。スプールが回転した時に回転可能ディスク１０は回転するが、回転不能ディスク９は回転しない。
【００３３】
しかしながら、もし端子１７に電位が適切に印加されれば、圧電板に電位が印加された結果として圧電板が変形するので、初めは長さ“ｌ”であった圧電板１４のスタックの長さが距離Δｌだけ増加する。従って、スタックの総合長さが増加し、また板アセンブリの端の回転不能ディスク９に軸方向の力が加わるので、そのディスクを隣接する回転可能ディスク１０に向かって押しつける。その結果、全ての回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０が互いにしっかりと接触し合い、摩擦効果が得られる。この摩擦効果は、スプール５上の安全ベルトによってもたらされる力制限及びエネルギ吸収効果となって現れる。この効果の大きさは、圧電スタックによって加えられる力に依存する。
【００３４】
圧電材料は材料に力が加えられた結果として電位を生成するから、スタック内の上記１つの圧電板から出力電位を得ることができ、この出力電位はスタックに加わる力の変化を時間の関数として表している。この出力信号を積分すれば、結果的な力信号を得ることができ、従ってこの出力電位から、圧電板のスタックによって回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０に加えられた実際の力を決定することができる。従って、制御装置は圧電板のスタック１４に印加される電位を制御して、所望の力制限効果またはエネルギ吸収効果を確実に達成するように圧電板のスタック１４に回転不能ディスク９及び回転可能ディスク１０に適切な力を加えさせることができる。上述したように、レトラクタリールの場合には、制御装置１８は、着座者の体重及び／または事故が始まる直前の座席の位置、及び／または座席に対する着座者の位置及び／または事故の激しさ及び／または着座者を保護するために設けられている何等かのエアバッグの相互作用または効果に依存して、抵抗力を調整することができる。エアバッグの相互作用または効果は、例えば安全ベルトが引出される速度を測定することによって決定することができる。
【００３５】
図３は、安全ベルトの部分のための端アンカレッジ２０の形状の本発明の極めて異なる実施の形態を示している。端アンカレッジ２０は、一体化取付け板２２を有するハウジング２１を含む。取付け板２２によって、自動車内に設けられた共働アンカー点にハウジング２１を確保することができる。
【００３６】
ハウジングの上側部分は、２つの固定された案内板２３、２４を限定している。これらの案内板は互いに他方に対して傾斜しており、またこれらの案内板の間には全体的に三角形の摩擦素子２５が位置している。摩擦素子２５は、案内板２３、２４の内面に近接し且つそれらと平行であるが、それらから離間している２つの傾斜した面２６、２７を有している。上述したスタック１４と等価の圧電板スタック２８は、素子２５と、ハウジング２１内に横向きに固定されている板２９との間に配置されている。金属バンド３０、３１のようなある長さの形状のストラップが設けられており、各ストラップはハウジング２１の下側部分にしっかりと固定されている固定端を有している。バンド３０は面２６と案内板２３との間を通過し、バンド３１は面２７と案内板２４との間を通過し、バンド３０及び３１は安全ベルト３３の端に設けられている小穴３２に確保される。バンド３０、３１の長さは、摩擦素子２５の面２６、２７と、固定案内板２３、２４との間に捕捉される。
【００３７】
力制限効果を与えるように端取付け２０を動作させる場合、電位を圧電板のスタック２８内の板に印加してスタックの長さを増加させ、三角形摩擦素子２５を押してバンド３０、３１の隣接する表面をしっかりと係合させる。バンド３０、３１は、案内板２３及び２４によって定位置に案内され、保持される。加えられた力は、バンドを短縮させる。従って、もしバンドがハウジングから引出されれば、バンドに加わる摩擦力が増加する。この装置は、力制限及びエネルギ吸収効果を保って、線形運動でバンド３０、３１をハウジング２０から引出すことができ、従って安全ベルト２１の端に設けられている小穴３２を所望の、且つ所定の方法で運動させることを可能にする。この場合も、上述したように圧電板２８のスタックによって加えられる力の量は、スタック内の１つの圧電板から出力信号を取り出すことによって測定することができ、スタックに印加される電位を調整することによって制御することができる。従って、エネルギ吸収効果を制御することができる。
【００３８】
シートベルト３３の通常の使用時にバンド３０、３１をハウジング２１から引出すような力がバンドに加わらないように、脆い素子によって小穴３２をハウジング２１に接続することができる。しかしながら、もし安全ベルト３３に実質的な力が加われば、この脆い素子が破れてバンド３０、３１は上述したようなエネルギ吸収効果を保ってハウジング２１から引出される。
【００３９】
図４は、図１及び２に関して説明した型のレトラクタ４１を組み入れた安全ベルト装置４０の一式を示している。レトラクタは、ピラーループ４３を通過している安全ベルト４２を含んでいる。安全ベルト４２は、固定されたバックル４５と係合する舌片４４を担持している。安全ベルト４２の自由端は、図３に関して説明した型のアンカレッジ４６に接続される。
【００４０】
図５を参照して、制御装置を説明する。
【００４１】
図５には、最初に説明した実施の形態のスタック１４、または２番目に説明した実施の形態のスタック２８と同一であることができる圧電板のスタック５０がブロックで示されている。
【００４２】
スタック５０は、特定のベルト力５１を加えるように示されている。
【００４３】
コンパレータ５２は、実ベルト力を表す信号５３と、所望のベルト力を計算する計算器５４からの信号とを比較する。コンパレータは、実ベルト力と計算されたベルト力とを比較し、圧電スタックによって加えられる力を増減させる（ブロック５５）。
【００４４】
実ベルト力を表す値は、圧電板のスタックによって加えられる力を測定して実ベルト力を計算する計算器５６のようなデバイスを使用して決定することはできるが、代替として、シートベルトによってセンサに加えられる力を測定するようになっているシートベルトアンカレッジ内に組み入れられたセンサの形状の第２の型のデバイス５７を設けることができる。この力センサは、安全ベルトの端のアンカレッジ、バックルのアンカレッジ、またはレトラクタのアンカレッジに設けることができる。代替として、レトラクタのスプールのトルクに応答するセンサを使用することができる。
【００４５】
計算器５４には、異なるパラメータを検知して信号を計算器へ供給するようになっている１またはそれ以上のセンサを組合わせることができる。
【００４６】
第１のセンサ５８は、関連する座席への着座者の体重を検知するようになっている搭乗者体重センサである。これは、どのような普通の設計であっても差し支えない。
【００４７】
第２のセンサ５９は、着座者の位置を検知するようになっている搭乗者位置センサである。これも、どのような普通の設計であっても差し支えない。
【００４８】
第３のセンサは、これもどのような普通の設計であっても差し支えないクラッシュの激しさセンサである。
【００４９】
第４のセンサは、関連する座席の着座者を保護するために設けられている何等かのエアバッグの相互作用を検知して検出するものである。エアバッグの相互作用とは、換言すれば、エアバッグが着座者に対して有している効果のことである。これは、レトラクタからの安全ベルトの引出しの速度を検知することによって測定することができるが、代替として、エアバッグの膨張のタイミング及び着座者の初期位置から推定することができる。
【００５０】
以上の説明から、実ベルト力を表す値を決定する方法が多数存在し、また多くの異なるパラメータを検知するようになっている複数のセンサからの信号に基づいてベルト力の所望値を計算する多くの方法が存在することが理解されたであろう。
【００５１】
圧電板のスタック５０は入力電圧の変化に極めて迅速に応答させることができるから、典型的なクラッシュまたは事故イベントを構成する極めて短時間の間に所定の技法でベルト力５１を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明による力リミターを組み入れた安全ベルトレトラクタの一部の分解図である。
【図２】図１のレトラクタの断面図である。
【図３】本発明による力リミターを組み入れたシートベルトアンカレッジの概要図である。
【図４】本発明による力リミターを使用する安全ベルトシステムの全体図である。
【図５】制御装置を説明するためのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2005519805.tif 000008
2005519805.tif 000009
2005519805.tif 000010