(57)【要約】  第1および第2のスラスト軸受(3、6)の間に配置され、ベルト巻取り軸(2)に沿って変位可能に支承され、ベルト巻取り軸(2)に回転を防止して結合される制動手段(5)、第1スラスト軸受(6)が、シートベルトがベルトドラム(1)に巻き取られており、かつ制動手段(5)と少なくとも1つのスラスト軸受(3、6)との間に軸方向の距離a1が存在する第1の位置から、シートベルトがベルトドラム(1)から少なくとも部分的に巻き出されており、かつ制動手段(5)と少なくとも1つのスラスト軸受(3、6)の間に、a2-a1である軸方向の距離a2が存在する第2の位置に、第1スラスト軸受(6)をベルト巻取り軸(2)に沿って案内する、第1スラスト軸受(6)に動作結合される1つの手段(9)、第2位置において作動されると、ベルト巻取り軸(2)に沿って第1および第2スラスト軸受(3、6)の間に作用する、制動手段(5)に向けられた制動力を発生するアクチュエータ要素(4)、からなるベルト制動装置である。【選択図】  図１
2008515692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内の乗員保護に利用され、ベルト巻取り軸まわりに回転自在に支承された1つのベルトドラムに巻き取り、そこから巻き出し可能なシートベルト用のベルト制動装置において、
第1および第2のスラスト軸受の間に配置され、前記巻取り軸に沿って変位可能に支承されると共に、前記ベルト巻取り軸に回転を防止するように結合された、少なくとも1つの制動手段が設けられること、
シートベルトの前記ベルトドラムへの巻取りまたはそこからの巻出しに応じて、シートベルトが前記ベルトドラムに巻き取られており、かつ前記制動手段と少なくとも1つのスラスト軸受との間に軸方向距離a1が存在する第1の位置から、シートベルトが前記ベルトドラムから少なくとも部分的に巻き出されており、かつ前記制動手段と少なくとも1つのスラスト軸受との間に、a2 ＜ a1である軸方向距離 a2が存在する第2の位置に前記第1スラスト軸受が移行可能となるように、前記第1スラスト軸受を前記ベルト巻取り軸に沿って強制的に案内する、少なくとも前記第1スラスト軸受に動作結合された手段が設けられること、および
前記第2の位置において作動されたとき、前記ベルト巻取り軸に沿って前記第1および第2スラスト軸受の間に作用するとともに前記少なくとも1つの制動手段に向けられた制動力を発生する、少なくとも1つのアクチュエータ要素が設けられること、を特徴とする、ベルト制動装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ要素が、以下の材料クラス、すなわち、圧電セラミックス、圧電ポリマー、電歪セラミックス、電気流動液、ポリマーゲル、磁気流動液、形状記憶合金、形状記憶ポリマー、のいずれかに分類できる変換材料を有することを特徴とする、請求項1に記載のベルト制動装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ要素が圧電積層アクチュエータとして構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載のベルト制動装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ要素が、作動されることにより、a2よりも大きくa1よりも小さい大きさの長さ膨張を受けることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項５】
前記制動手段が、少なくとも片面に、好ましくは両面にそれぞれ1つずつブレーキライニングを有する、または一種の多板ブレーキとして構成されている1つのブレーキディスクを有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項６】
前記手段がスピンドル付きの1つの回転ナットであること、
前記スピンドルが、前記ベルト巻取り軸と軸方向に整列して配置されたスピンドル軸線を有すること、
前記回転ナットが、回転を防止するが、軸方向には可動に、前記ベルト巻取り軸に結合されると共に、バックラッシを介して前記スピンドルと噛み合うこと、
を特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項７】
前記手段が、前記ベルト巻取り軸に回転を防止し軸方向位置を固定して結合されると共に、軸方向に少なくとも1つの、好ましくは3つ以上の転動体を介して前記第1スラスト軸受に動作結合されたカム板として構成されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項８】
前記カム板が、軸方向に前記第1スラスト軸受と対向する表面に、凹形に構成された1つの軌道または凹形に構成された複数の軌道セグメントを有しており、これに沿って少なくとも1つの転動体が案内されて、前記カム板と対向する前記第1スラスト軸受の表面と接触することを特徴とする、請求項7に記載のベルト制動装置。
【請求項９】
前記第1および第2スラスト軸受の間で、第1の位置においては軸方向に互いに接触せずに配置され、第2の位置においては主に2つ1組となって相互に力を作用させることなく接触するように配置される、複数の個別制動手段が設けられることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項１０】
前記第2スラスト軸受が、前記ベルト巻取り軸に対して軸方向位置を固定して配置されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項１１】
前記第1および第2スラスト軸受、前記両スラスト軸受間に配置された前記少なくとも1つの制動手段、ならびに前記手段が、前記ベルトドラムから片側に突出している前記ベルト巻取り軸の部分に配置されることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項１２】
前記第2の位置においては、前記手段が前記第1スラスト軸受から離間しており、また前記第1スラスト軸受が、前記第2の位置においてはセルフロック状態にとどまることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータ要素が、
エネルギの供給により作動可能であること、
エネルギ供給に不足または欠陥がある場合に、前記手段と前記第1スラスト軸受の間で作動結合を形成する1つのロック機構が設けられており、シートベルトが前記ベルトドラムからさらに巻き出されたとき、前記手段が前記第1スラスト軸受を軸方向に前記第2スラスト軸受に向かって移動させ、両スラスト軸受間で前記制動手段に作用する制動力を発生すること、
を特徴とする請求項12に記載のベルト制動装置。
【請求項１４】
前記ロック機構が、少なくとも1つの可動コイル、および/または1つの電磁石を有することを特徴とする、請求項13に記載のベルト制動装置。
【請求項１５】
車両に取り付けられた複数のプレクラッシュセンサが設けられ、それにより少なくとも1つのアクチュエータ要素が作動可能であることを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載のベルト制動装置。
【請求項１６】
車両内の乗員保護に利用され、ベルト巻取り軸まわりに回転自在に支承された1つのベルトドラムに巻き取り、そこから巻き出し可能なシートベルトをロックする方法において、
エネルギの供給を受け、前記ベルトドラムに回転を防止するように結合された1つの制動手段と接触する変換材料を用いて前記ベルトドラムをロックすることを特徴とする、シートベルトをロックする方法。
【請求項１７】
シートベルトが前記ベルトドラムに巻き取られており、かつシートベルトの制動されない巻取りおよび巻出しが可能である第1の状態が、シートベルトを少なくとも部分的に巻き出すことにより、前記変換材料がエネルギ供給後に前記ベルトドラムのロックを引き起こす第2の状態に移行することを特徴とする、請求項16に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項１８】
以下の材料クラス、すなわち、圧電セラミックス、圧電ポリマー、電歪セラミックス、電気流動液、ポリマーゲル、磁気流動液、形状記憶合金、形状記憶ポリマー、のいずれかに分類できる変換材料が使用されることを特徴とする、請求項16または17に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項１９】
変換器要素として圧電積層アクチュエータが使用されることを特徴とする、請求項16から18のいずれか一項に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項２０】
前記使用される変換材料がエネルギ供給後に長さ膨張を受けることを特徴とする、請求項16から19のいずれか一項に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項２１】
前記変換材料に供給されるエネルギが、データ、特にプレクラッシュセンサのデータに応じて制御されることを特徴とする、請求項16から20のいずれか一項に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項２２】
前記第2の状態において、前記変換材料へのエネルギ供給に不足または欠陥がある場合に、シートベルトをさらに巻き出すことによって、1つのロック機構により前記ベルトドラムのロックが行われることを特徴とする、請求項16から21のいずれか一項に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項２３】
前記ロック機構により、前記ベルトドラムが一回転する前に前記ベルトドラムのロックが行われることを特徴とする、請求項22に記載のシートベルトをロックする方法。
【請求項２４】
前記ロック機構が、少なくとも1つの可動コイル、および/または1つの電磁石を有することを特徴とする、請求項22または23に記載のシートベルトをロックする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両内の乗員保護に利用され、ベルト巻取り軸まわりに回転自在に支承された1つのベルトドラムに巻き取り、そこから巻き出し可能なシートベルト用のベルト制動装置に関する。さらに、車両内の乗員保護に利用されるシートベルトをロックする方法も記述されている。
【背景技術】
【０００２】
最新のシートベルトシステムは、一般には、事故時に車両乗員に加わる荷重が最小限となり、その際に衝突により車室内に侵入し得る部品も含めて車両内部空間と乗員との接触を可能な限りなくすことを保証する、複数の機械式で受動的に作動するシステムにより構成される。これまでに知られているシートベルトを制動ないしはロックするためのほぼすべての装置は、事故ならびに傷害から保護しなければならない乗員に関係なく、特に乗員の体重および身長に関係なく急に起動可能になっている、受動的に作動するロック装置を備えている。事故ならびに乗員に応じたシートベルトの制動を保証する適応型システムは、構造を非常に複雑なものとしない限り、実現不可能である。
【０００３】
特に衝突の場合にベルトがベルトドラムからさらに巻き出されるのを防ぐようになっている、ただ単にベルトを制動するための、それ自体は公知である装置の他にも、各種センサの支援を受けた車両統合システムに組み込まれ、衝突に関連してセンサにより検出されたデータに応答して、状況に応じて動作制御可能になっている、インテリジェントなベルトプリテンショナシステム（ベルト緊張システム）が知られている。そこでは、例えばエアバッグの点火時期やベルトプリテンショナシステムの起動が、これらのデータの影響を受けるようになっている。可逆的に作動するベルトプリテンショナは、車両乗員を強制的に、衝突時に車両乗員に作用する力のモーメントが生理的に十分に耐え得る範囲内に保たれる最適着座位置に移動させる。そのような公知の可逆的に作動するベルトプリテンショナは、ベルトを所定の方式で引き締めるために、電動式駆動装置を利用している。そのようなベルトプリテンショナは、例えばドイツ特許第199 27 731号明細書から知ることができる。車両のいわゆるプレクラッシュセンサに由来するデータの相応の評価によって、衝突が目前に迫っている疑いが生じた場合に、ベルトプリテンショナを起動する適切な信号を伝送することができる。このようにして、車両乗員の衝突直前の前方移動距離を最大150mmから50mmに短縮することができるが、これは、注目すべき安全ポテンシャルであるといえる。数回転に及ぶ転覆や多重衝突の場合も、シートベルトが繰り返して引き締められることは、有利となるかもしれない。しかし上述の特許明細書に記載されるベルトプリテンショナシステムは、多数の個別コンポーネントからなっており、それらの感受性がシステム全体の信頼性を特徴付けている。例えば電動モータによって発生される加速および制動トルクは、ベルトがそこに巻き取られあるいはそこから巻き出されるベルト巻取り軸に、遊星歯車装置を介して伝達されるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、車両内の乗員保護に利用され、ベルト巻取り軸まわりに回転自在に支承された1つのベルトドラムに巻き取り、そこから巻き出し可能なシートベルト用のベルト制動装置を、最小限の数の、いずれも故障の可能性が極めて少ない個別コンポーネントを、クラッシュ状況ならびに保護対象の車両乗員に応じたシートベルトの制御された巻出し運動が可能となるように構成することにある。課題の解決に適したベルト制動装置を用いて制御されるシートベルトの巻出しにより、乗員減速度を事故事象に適合させるのに寄与できるようになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題の解決策は、請求項1に記載される。車両内の乗員保護に利用されるシートベルトをロックする方法は、請求項16の対象となっている。本発明の概念を有利に展開構成した特徴は、従属請求項の対象であり、特に本明細書の例示的実施形態に関する説明から知ることができる。
【０００６】
本発明は、シールベルトを巻き取り巻き出し可能なベルトドラムの回転を、クラッシュの場合には、ベルトドラムと軸方向に結合されたベルト巻取り軸を介して減速ないしは完全に制動し、その際に、回転するベルト巻取り軸に沿ってシートベルトがベルトドラムから巻き出される間に減速ないしは制動するために、摩擦係合によりベルトドラムの制動に必要な制動力を加えるようになっている、ディスクブレーキまたは多板ブレーキに類似した原理を利用するという本質的概念から出発している。ベルト巻取り軸に沿って、好ましくは複数の、ディスクブレーキまたは多板ブレーキの形状に構成されることが好ましい個別制動手段を設けることにより、複数の摩擦対が成立し、これらの間に、軸方向に作用する垂直力が制御されながら発生することにより、ベルト巻取り軸に作用する制動トルクを引き起こすことができる。
【０００７】
ベルト巻取り軸に沿って配置されたそれぞれの制動手段間に作用する制動力を発生させるには、応答時間が短く、しかもアクチュエータの力を各制動手段に直接伝達することができる少なくとも1つのアクチュエータ要素が必要である。それには前提として、アクチュエータ要素がベルト巻取り軸に沿って配置された各制動手段の空間的に至近に配置されることが必要であり、その際に各摩擦対間の相互距離も、危惧される応答ストロークを皆無またはごくわずかだけとするために、可能な限り小さく選定しなければならない。他方では、着用中のシートベルトの有効利用の理由から、またシートベルト着用時の車両乗員のほぼ制約されない運動の可能性を保証するために、シートベルトのベルトドラムからのほぼ抵抗のない巻出しが可能でなければならない、すなわち、少なくとも1つのアクチュエータ要素により、非作動状態においては、すなわちクラッシュの場合とは異なる通常の場合には、ベルト巻取り軸に沿って配置された各制動手段に、制動作用が及ぼされてはならない。
【０００８】
請求項1のプレアンブルの特徴による、課題の解決に適したベルト制動装置は、第1および第2のスラスト軸受の間に配置され、ベルト巻取り軸に沿って変位可能に支承されると共に、ベルト巻取り軸に回転を防止するように結合された、少なくとも1つの制動手段が設けられるように構成される。少なくとも第1のスラスト軸受に動作結合された手段により、シートベルトのベルトドラムへの巻取りまたはそこからの巻出しに応じて、シートベルトがベルトドラムに巻き取られており、かつ制動手段と少なくとも1つのスラスト軸受との間に軸方向距離 a1が存在する第1の位置から、シートベルトがベルトドラムから少なくとも部分的に巻き出されており、かつ制動手段と少なくとも1つのスラスト軸受との間に、軸方向距離 a2（ただし、距離a2は距離a1より短い）が存在する第2の位置に、第1スラスト軸受が移行可能となるように、第1スラスト軸受のベルト巻取り軸に沿った強制的な案内がもたらされるようになっている。どちらの位置においても、両方のスラスト軸受により制限される各制動手段は、相互摩擦接触状態にはなく、したがって、どちらの位置においても、ほぼ自由に運動可能な状態でのベルトのベルトドラムへの巻取りまたはそこからの巻出しが可能である。さらに、第2位置において作動したとき、ベルト巻取り軸に沿って第1および第2のスラスト軸受の間に作用する、少なくとも1つの制動手段に向けられた制動力を発生する、少なくとも1つのアクチュエータ要素が設けられる。
【０００９】
少なくとも1つの制動手段と軸方向に対向して配置される両スラスト軸受との間の軸方向距離が本発明に従って低減されることにより、アクチュエータ要素が作動時に実施しなければならない、少なくとも1つの制動手段に向けられた制動力の原因となるアクチュエータの運動がごくわずかなものとなる状況が生じる。両スラスト軸受ならびにその間に位置する少なくとも1つの制動手段が互いにごくわずかだけしか離間していないために、制動力を加えるために必要な制動ストロークを最小限に低減することができ、それにより制動機構の応答時間が決定的に短縮される。
【００１０】
アクチュエータ要素としては、基本的に、上記で説明した軸方向の制動力を直進運動または形状変化の過程で加えることができるものであれば、どんな要素もすべて適している。例えば、往復運動機構を介してスラスト軸受に軸方向に作用する力を可逆的に取り出し可能な方式で発生することができる電動式駆動装置も、その選択肢の1つである。しかしながら特に興味深いのは、エネルギを加えることにより自発的に形状変化が起きるようになっている、いわゆる変換材料を使用することであり、この形状変化が、軸方向の制動力を発生するために適切に利用可能である。概してそのような種類の変換材料、例えば圧電セラミックス、圧電ポリマー、電歪セラミックス、電気流動液、ポリマーゲル、磁気流動液、形状記憶合金、または形状記憶ポリマーはすべて、適している。前掲の変換材料クラスのうちでは、固相を利用することができ、電気エネルギの供給により活性化可能なものなら、どの材料もすべて、特に適している。同様に、アクチュエータ要素として利用できるように適切なカプセルに入れられた流体の変換材料も適している。
【００１１】
課題の解決に適したベルト制動装置の好ましい例示的実施形態においては、電圧が印加されるとその電圧に比例した長さ変化を生じる圧電セラミックス材料製の積層アクチュエータが使用され、この長さ変化により、外部の機械的制約の存在下で、対応する比例した押し付け力が発生され、これが、課題が解決されるように制動力を準備するために利用される。圧電積層アクチュエータの長さ膨張の過程で発生可能な力は、投入される電気エネルギに比べて確かに非常に大きいが、そのような材料はごくわずかな距離しか膨張できない。変換材料をベルト制動装置の枠内でアクチュエータ要素として利用する場合は、変換材料が外部の機械的制約なしで広がることができる限り、変換材料が膨張できる距離を潜在的な力の損失として捉える必要があるので、変換材料の基礎となるこのような特性に配慮することが重要である。したがって、アクチュエータ要素の長さ膨張時に、両スラスト軸受とその間に位置する各ブレーキ手段との間に即時に作用する力を確保するためには、変換器要素とそれぞれのスラスト軸受の間に存在する公差、ならびに組付け時および作動時の遊びをすべて最小限に低減することが重要となる。
【００１２】
課題の解決に適したベルト制動装置が、シートベルトの取扱い易さに影響してはならないので、すなわちシートベルトのベルトドラムへの巻取りおよびそこからの巻出しは、何者にも妨げられず自由に運動可能な状態で行われなければならないので、ベルト巻取り軸に動作結合された両スラスト軸受と少なくとも1つの制動手段の間に、それぞれコンマ数ミリメートル台の、圧電積層アクチュエータの長さ膨張によっては克服できない、自由な間隙を残すことが重要である。この理由から、課題の解決に適したベルト制動装置は、シートベルトの自由な走行のために必要な中間間隙が、シートベルトをただ単に操作するだけで克服される一方で、制動力の付加については、アクチュエータの動作制御の過程においてのみ実現されることを可能ならしめる、一種の差動構造を備えている。組付け時および作動時の遊びはいずれも、以下で例示的実施形態を参照してさらに説明するように、カム板または回転ナット付きスピンドルの形態に構成されており、シートベルトの巻出しまたは巻取りによって開始されるベルト巻取り軸の機能を定められた回転により、この回転運動をベルト巻取り軸に対して軸方向の直進運動に変換することのできる機械的手段によって克服される。ベルト巻取り軸に対して軸方向の直進運動により、両スラスト軸受間の距離が、両スラスト軸受と少なくとも1つの制動手段との間のそれぞれの中間間隙分だけ短縮されて最小値となり、それによって、一方では制動手段の両スラスト軸受に対する最小限の自由な運動性が依然として保証されながらも、他方ではそれぞれの制動手段の間に設けられた摩擦面同士、ならびにこれらの摩擦面とそれぞれ対応するスラスト軸受とが、相互に力を作用させることなく接触するようになっている。シートベルトを単に手で操作することにより、シートベルトがベルトドラムから巻き出されることによって到達できるこの位置においては、ベルト巻取り軸に対して軸方向に配向された各圧電アクチュエータの長さ膨張により、それぞれの制動手段と両スラスト軸受の間に制動力を直接発生させることができる。この長さ膨張により引き起こされる各制動手段と両スラスト軸受の間の摩擦係合により、1つには、ベルト巻取り軸に作用する制動トルクがもたらされ、その大きさは、最終的には圧電アクチュエータに印加される電圧の選定を通じて、最終的に選定することができる。例えば課題の解決に適したベルト制動装置により、自由に選定可能な制動力の変調を可能とでき、特にそれぞれの事故状況に応じて、制動力を繰り返して低減すること、それを再度発生させることを可能とする。
【００１３】
クラッシュエネルギが有効となる前に対応する制動力を既に発生できるようにするには、圧電アクチュエータの動作制御のためにプレクラッシュセンサのデータを利用することが好ましい。特にクラッシュの場合に、シートベルトの巻出し運動を、制御しながら実行することも可能である。例えばシートベルトの制御された巻出しは、乗員減速度を事故事象に適合させるのに寄与することになる。特に低速でのクラッシュ時には、従来の機械式制御方式に代わり、減速度が低減されるように、車両乗員が自由に動ける空間が制御されながら与えられるようにするとよく、それにより傷害の重さに対して好ましい（プラスの）影響がもたらされる。高速でのクラッシュ時にも、制御されたベルトフォース経時特性は、加速度ピークの低減およびそれによる乗員保護の最適化に寄与することになる。
【００１４】
シートベルトがベルトドラムに完全に巻き取られており、かつベルト制動装置の上述の各コンポーネントが互いに軸方向の遊びを有している初期状態から、ベルト制動装置の各コンポーネントがほぼ遊びなしでベルト制動装置のベルト巻取り軸に沿って軸方向に互いに触れ合っている圧縮荷重（プレストレス）が付与された状態への、ベルト制動装置の移行と同様に、この第1の状態には、シートベルトをベルトドラムに単に巻き取ることによって、自動的に入ることができるようになっている。したがって、前記で特徴を説明したその時々の状態へのベルト制動装置の移行は、シートベルトを手で操作することだけにより行われるようになっており、したがってそれ以上の操作は一切不要である。このため課題の解決に適した制動システムは、利用者に優しい仕様となっており、何よりも従来使用されているシートベルトシステムにおいて必要とされる以外の操作は、一切不要となっている。
【００１５】
課題の解決に適したベルト制動装置を実現するコンポーネントの点数がわずかであり、またこれらが作動信頼性に非常に優れるにもかかわらず、課題の解決に適したベルト制動装置は、アクチュエータ要素の動作制御が行われない場合、例えばアクチュエータ要素を制御しながら作動させるためのエネルギ供給に不足または欠陥が生じた場合のために設けられた、自動作動式ロック機構を利用できるようになっている。この場合は、シートベルトのベルトドラムからの巻出し工程がさらにもう一回行われると、第1スラスト軸受を軸方向に変位させるための冒頭で説明した手段が再度、第1スラスト軸受が第2スラスト軸受に向かって軸方向に移動されて、両スラスト軸受間で少なくとも1つの制動手段に作用する制動力が発生されるように、第1スラスト軸受と動作結合されるようになっている。
【００１６】
すなわち課題の解決に適したベルト制動装置は、シートベルトの斬新なロック方法に基づくものであって、そこではベルトドラムが、エネルギの供給を受けてベルトドラムに回転を防止して結合された制動手段と接触する変換材料により、ロックされるようになっている。このときにはベルトドラムが、シートベルトがベルトドラムに巻き取られており、かつシードベルトの制動されない巻取りおよび巻出しが可能である第1の状態から、エネルギの供給後に変換材料によりベルトドラムの即時ロックがもたらされる第2の状態に移行されるようになっている。
【００１７】
次に本発明を、本発明の普遍的な概念に制限を加えることなく、幾つかの例示的実施形態に基づいて、図を参照しながら具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図1aおよびbには、ベルト制動装置が概略的に示されており、ベルト制動装置は図1aにおいては第1の位置、すなわち静止状態にあり、この位置においてシートベルト(図示せず)はベルトドラム1にほぼ完全に巻き取られている。ベルトドラム1は、片側がベルトドラム1から突出するベルト巻取り軸2を有しており、これに沿って、ベルトドラム1に続く、ベルト制動装置を含む各コンポーネントが配置されている。ベルトドラム1に直接隣接して、1つのスラスト軸受3が設けられるが、これは、必然的に回転が防止されるだけでなく、ベルト巻取り軸2に対しても軸方向位置を固定して配置されている。スラスト軸受3は、好ましくは円板状に構成され、そのベルトドラム1とは反対側の円板面に、その円周に沿って等間隔に配分して配置された少なくとも２つの、好ましくはより多くの、いずれも圧電アクチュエータとして構成されることが好ましいアクチュエータ要素4を有している。これにはベルト巻取り軸2に沿って複数の制動板5が続いており、これらは回転を防止し軸方向に変位可能にベルト巻取り軸2に結合されている。制動板5として構成される制動手段は、互いに対向する環状に構成されたブレーキライニング51を有しており、これらは軸方向に互いに重なり合うように取り付けられている。最後にもう1つのスラスト軸受6が設けられており、これは、ベルト巻取り軸2に対して軸方向に変位可能に取り付けられている。
【００１９】
ベルト巻取り軸2に対して軸方向の空間的なつながりを固定しながら、1つの固定式スラスト軸受7に取り付けられた、雄ねじが切られたスピンドル8が設けられ、1つの回転ナット9が、自由に運動可能に、この雄ねじを介してスピンドル8に結合されている。回転ナット9は、緩めることができるように回転を防止し、しかし軸方向には変位可能に、ベルト巻取り軸2と結合されるようになっており、このため回転ナット9は、ベルト巻取り軸2の回転時には、スピンドル8の雄ねじの所与のピッチにより、ベルト巻取り軸2に対して軸方向に変位されるようになっている。図1aに示される、詳細には図示されないシートベルトがベルトドラム2に少なくとも部分的に巻き取られていると想定される静止状態において、回転ナット9は、スピンドル8上で軸方向に完全に後退した位置にある。図1aに示される原理図から察知することはできないが、回転ナット9は、スラスト軸受6と動作結合し、このスラスト軸受6も同様に反対側に位置するスラスト軸受から大きく離間した位置に保持するようになっている。これらのスラスト軸受3および6の間に位置する各制動板5は、コンマ数ミリメートルの相互距離を有しており、ベルトドラム1にベルト巻取り軸2まわりの抵抗のない回転を保証している。
【００２０】
シートベルトを操作してこれをベルトドラム1から巻き出すことにより、回転ナット9の軸方向の変位によって、軸方向位置を固定されているスラスト軸受3に向かって、スラスト軸受6の軸方向を向いた運動がもたらされ、それにより各制動板5間の相互距離が縮小されるようになっている。図1bには、各制動板5が、いわゆる圧縮荷重（プレストレス）が付与された状態が示されており、そこでは各制動板5が、軸方向にほとんど相互に力を作用させずに接触し合う状態となっている。この圧縮荷重が付与された状態においては、有利なことに回転ナット9とスラスト軸受6の間の動作結合が切り離され、このため、シートベルトが必然的な形ではなくベルトドラム1からさらに巻き出されることにより、回転ナット9が軸方向にさらに運動して、車両乗員が、例えばグローブボックスから物を取り出すために、ベルト制動装置のロックによって妨げられずに、前方にほどほどに身をかがめられることを保証している。
【００２１】
図1bに示される、スラスト軸受3および6がベルト巻取り軸2に関して固定された軸方向位置を取り、かつ両者間に挟まれた各制動板5がほとんど中間の遊びなしで閉じている、圧縮荷重が付加された状態においては、制御されながら起動可能になっている各アクチュエータ4の長さ膨張により、軸方向に向けられた制動力が各制動板5に即時に作用し、それにより、各制動板5がベルト巻取り軸2に回転を防止して固定されているために、ベルトドラム1に作用する制動トルクが発生される。この場合は、シートベルトをベルトドラム1からそれ以上巻き出すことが不可能となる。やはり図1bを参照すると容易に理解できるように、各アクチュエータ要素4の制御された長さ膨張により、各制動板5間に作用する制動力を、クラッシュ状況に応じて適宜変調することが可能となる。特に制動力を、任意の回数、確立し、再び解消することが可能となる。
【００２２】
アクチュエータ要素4が故障のために起動可能でない場合は、回転ナット9とスラスト軸受6の間で動作結合が形成されることが重要であり、それにより、シートベルトをさらに巻き出すことによって、スラスト軸受6がスラスト軸受3に向かって連続的に移動され、その結果すべての制動板5に圧縮荷重が連続的に付加されて、それにより制動トルクも同様に増大することができる。回転ナット9とスラスト軸受6の間に要求される、既述のように圧縮荷重が付与された状態においては開いていなければならないこの動作結合が、非常時には適切な方法により再度形成されることが重要である。有利なことにそのためには、現在従来型のベルトシステムにおいて使用されているロック機構に類似した、ベルト巻取り軸2と回転ナット9の間の機械式ロックが適している。回転ナット9とベルト巻取り軸2の間の結合は、フェールセーフ性を向上させるために、基本的には機械方式で行われるべきであり、アクチュエータを別にして、電子コンポーネントの使用数は最小限とすべきである。例えば停電時にはロックを係合させるようになっている、電磁石を用いた非常ロックを実現してもよい。
【００２３】
図2には、概略的な分解構成図の枠内で、ベルト制動装置を実現するために必要なすべてのコンポーネントが示されている。そこに示されるように、ベルトドラム1は、ベルトドラム1の片側から突出しているベルト巻取り軸2に、必ずしも一体式に結合される必要はない。それどころかむしろベルトドラム1は、例えば滑り軸受21の形状をしたフランジ継手を介して、ベルト巻取り軸2に回転を防止して結合できるようになっている。それにより、課題の解決に適したベルト制動装置を、既存のベルトドラムにモジュール式に適合させることが可能となる。
【００２４】
ベルト巻取り軸2には、スラスト軸受3が軸方向位置を固定して結合されており、そのベルトドラム1とは反対側の円板表面には、圧電積層アクチュエータとして構成された、複数の環状に配置されたアクチュエータ要素4が設けられている。これらのアクチュエータ要素4は、軸方向にそれぞれ対応する支持面41と対向しており、またこれらの支持面41は、その裏側で1つの環状板42に取り付けられており、それによりアクチュエータ要素4がねじれ荷重に一切さらされることがないようになっている。それ以外にもベルト巻取り軸に沿って複数の制動板5が設けられ、これらは環状板42、またはさらに別の環状要素51に位置を固定して結合されるか、またはベルト巻取り軸2の軸方向に沿って取り付けられた個々の溝ガイド22に、回転を防止し、しかし軸方向には変位可能に取り付けられている。
【００２５】
回転を防止してベルト巻取り軸2に結合される各制動板5の他にも、さらに別の環状要素51は、その外周縁に取り付けられた複数の差込み部52を有しており、これらが、以下でさらに説明するように、ケースのそれぞれ対応する切欠きにはまり込むことによって、環状要素52がベルト巻取り軸2の回転から切り離されるようになっている。
【００２６】
さらに、ベルト巻取り軸2に沿って、やはり複数のアクチュエータ要素4が相応に取り付けられているスラスト軸受6が設けられており、これらのアクチュエータ要素4も、スラスト軸受3の場合と同様に、軸方向にそれぞれ対応する受入れ構造41と対向させて位置決めされている。それ以外にも回転ナット9が、これとの噛合い状態に入ることができるスピンドル8と共に、簡略に示されている。符号81を付した構成部品は、回転ナット-スピンドル機構を支承すると同時に汚損から保護するケースカバーである。
【００２７】
図3aには、図2に示される個別コンポーネントが互いに接合された状態で示されており、各コンポーネントに付された符号の説明については、上記の説明を参照されたい。図3aに示される図には、極端にコンパクトな構造のベルト制動装置が示されており、そこには、各制動板5、スラスト軸受3ないしは6、および各環状板51の間の中間間隙が示唆するように、静止状態にあるベルト制動装置が示されている。それぞれの環状板51ならびにスラスト軸受6の外周縁に沿って取り付けられた差込み部52は、図3bに示されるケース11のそれぞれ対応する切欠き12中に突出している。ケース11は、スラスト軸受3に固定して結合されると共に、この差込み式接続部を介してコンポーネント51ならびにスラスト軸受6に回転を防止して結合されている。ケース11内の開口部12を軸方向により長く量定して切り欠くことにより、各差込み部52が軸方向を向いた運動を行うことが可能となり、それによりベルト制動装置を、冒頭で説明したように静止状態から圧縮荷重が付与された状態に移行できるようにしている。
【００２８】
図4にはベルト制動装置のさらに別の例示的実施形態が略図で示されており、そのスラスト軸受6の縦運動を開始する手段として、上記で説明したようなスピンドルを有する回転ナットに代わり、いわゆるカム板14が設けられている。図5から一体型部品であることが明らかであるこのカム板は、円弧中心角がいずれも120°である三つのセグメントS1、S2およびS3から成っている。カム板は、個々のセグメントのそれぞれに沿って、図4に示されるグラフに従った傾斜輪郭形状を有しており、これに沿って1つの転動体または摺動体15が、間接的に、または直接、ベルト制動装置のスラスト軸受6と動作結合するようになっている。例えば転動体15は、カム板14内の三つのセグメントのそれぞれに作り込まれた凹形の輪郭形状13に沿って転動するボールとして構成される。
【００２９】
図4に示される概略図では、スラスト軸受6とカム板14との間に、ベルト巻取り軸2に、一時的に回転を防止し、しかし軸方向に運動可能に結合可能な1つの摺動要素15が設けられている。転動体として構成されるこの摺動要素15は、カム板14に動作結合されるようになっており、回転時にはカム板14のプロフィールに沿って強制的に転動される。
【００３０】
図1の例示的実施形態と同様に、スラスト軸受3および6間には複数の制動板5から成る配列が配置されている。しかし図4に示される例示的実施形態においては、各アクチュエータ4がスラスト軸受3だけと動作結合するようになっている。圧電積層アクチュエータ4の好ましい配置方式では、個々のアクチュエータの1つのフィンガ状の歯が設けられ、これらは円周方向にスラスト軸受3に取り付けられている。図4に示される、セグメント毎のカム板プロフィールを再現したグラフを参照して、ベルト制動装置の状態を次のように記述することができる。すなわちこのグラフには、その横軸に沿って、角度が0°から120°までの1つのプロフィールセグメントの様々な領域が、また縦軸に沿って、カム板のカムプロフィールの勾配が記入されている。領域1は、例えばベルト着用時に取るような、ベルト制動装置の休止位置である。ベルトドラムは自由に回転する。領域2は、ユニットの起動時に摺動要素16の軸方向の運動をもたらす。ドラムが十分に大きく回転されると、摺動要素16は本来の作動領域である領域3に移動する。この領域においては、理想的には定義された圧縮荷重レベルに到達し、機械的な遊びや製造技術上の遊びはすべて克服され、各アクチュエータから、そのストロークが限定されているにもかかわらず、力が加えられる。ベルト巻取り軸2と摺動要素16の間の機械的結合が切り離される。電圧供給が中止される場合は、機械的結合が再度形成される。摺動要素16は領域4に移行し、システムの強制的な圧縮を引き起こす。ベルトをさらに巻き出そうとするほど、軸方向の運動が、したがって制動効果が増大する。領域5で次のセグメントが始まる。このときには摺動要素がセグメントを乗り換えることが可能となり、突然の開放がもたらされることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】回転モータおよびスピンドルを有するベルトドラムの原理図であって、(a)は第1位置、(b)は第2位置にあるときの図である。
【図２】ベルト制動配列の概略的な分解構成図である。
【図３】(a)はケースなしのベルト制動配列を示す図であり、(b)はケース付きのベルト制動配列を示す図である。
【図４】カム板を有するベルト制動装置の概略図である。
【図５】カム板を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
1  ベルトドラム
2  ベルト巻取り軸
21  滑り軸受
3  スラスト軸受
4  アクチュエータ要素
41  受入れ構造
42  環状板
5  制動手段、制動板
51  環状板
52  差込み部
6  スラスト軸受
7  固定式スラスト軸受
8  スピンドル
9  回転ナット
11  ケース
12  開口部
13  凹形輪郭形状
14  カム板
15  転動体
16  摺動要素
【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】
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