JP5662029B2

JP5662029B2 - トーションバー

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Publication number: JP5662029B2
Application number: JP2010012036A
Authority: JP
Inventors: 訓谷　法仁; 法仁訓谷; 久貴佐分
Original assignee: 日鉄住金精圧品株式会社
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011148430A

Description

本発明は、シートベルトを引出可能に巻き取るシートベルト巻取装置の分野に関し、とくには、緊急時にシートベルトの引出しを阻止する際、このシートベルトにかかる荷重でねじれて衝撃を緩和するトーションバーに関する。

自動車等の車両に装備されているシートベルト装置は、衝突時等の緊急時に、シートベルトで乗員を拘束することにより乗員のシートからの飛び出しを阻止して、乗員を保護している。

このようなシートベルト装置は、シートベルトを引出可能に巻き取るシートベルト巻取装置を備えている。このシートベルト巻取装置は、シートベルトを巻き取るリールを常時巻取方向に付勢するうず巻きばね等の付勢力付与手段を備えている。シートベルトは非装着時にはリールに巻き取られているが、この付勢力付与手段の付勢力により、装着時にはこの付勢力に抗して引き出されて、乗員に装着される。そして、緊急時にロック機構が作動してリールの引出方向の回転を阻止することにより、シートベルトの引出が阻止される。これにより、緊急時にシートベルトは乗員を確実に拘束する。

このようなシートベルト装置のシートベルト巻取装置においては、車両衝突等の緊急時にシートベルトが乗員を拘束保護するとき、車両が大きく減速し乗員への前方向きの大きな慣性力によりシートベルトに大きな荷重が加えられて乗員がこのシートベルトから大きな衝撃力を受ける。

このことから、この衝撃力をトーションバーのねじれにより吸収する機構を備えたシートベルト巻取装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような装置においては、緊急時に乗員の前方への慣性移動によりシートベルトに張力が加えられてシートベルト巻取シャフトがこのトーションバーのねじれ部をねじりながら回転し、乗員の衝撃エネルギが吸収される。そして、このトーションバーが所定量ねじれると、シートベルト巻取シャフトの回転が阻止されることで、シートベルトの引出が阻止されて乗員が保護されるとともに、トーションバーのねじれが阻止されて、トーションバーの破断が防止されるようになされている。

ところで、このような目的で用いられる従来のトーションバーは、表面に存在するきず等によって比較的少ないねじれ回転数でトーションバーが切断されてしまう場合があり、従来のトーションバーでは、ねじれ部がねじ切れるまでのシートベルト巻取シャフトの回転量が低いものとなる場合がある。このため、ねじれ部がねじ切れない最大許容ねじりが小さく制限されてしまい、ベルト引出量を十分に確保することが困難となる場合があった。このように、ベルト引出量が十分に確保されない場合は、エネルギ吸収能力をより一層増大させることには限度があった。とくに、−４０℃ほどの低温におけるエネルギ吸収能力をより一層増大させることには限度があった。

実公昭６１−１１０８５号公報

本発明の目的は、低温におけるエネルギ吸収能力をより増大させるシートベルト巻取装置におけるトーションバーを提供することである。

本発明の要旨とするところは、シートベルトを巻き取るリールのベルト引出方向の回転を必要時に阻止するロック機構によるベルト引出方向の回転阻止開始時にトーション部がねじれてエネルギを吸収するトーションバーにおいて、
前記トーション部が定径部と該定径部より太い径の太径部とを有し、太径部の平均径ｄ_aと定径部の径ｄ_１との比ｄ_a：ｄ_１が１．０００４〜１．０５：１であるトーションバーであることにある。

前記トーションバーは、前記トーション部の端部に位置して前記トーションバーの該端部がわの端に向けて径が漸増する根元テーパー部を前記トーション部の少なくとも片方の端部に有し得る。

前記トーションバーにおいては、前記根元テーパー部が、勾配が０．３°〜３°、長さが３ｍｍ以上、前記トーション部の長さの０．２倍以下であり得る。

前記トーションバーにおいては、前記太径部が、前記定径部より大径の太径定径部と、該太径定径部と前記定径部の間に介在して該定径部から該太径定径部に向けて径が漸増する連結テーパー部を有し得る。

前記トーションバーにおいては、前記太径定径部と前記定径部の径との比が１．０００５〜１．０５：１であり得る。

前記トーションバーにおいては、前記連結テーパー部が、勾配が０．４°〜０．６°、長さが１〜１１ｍｍであり得る。

前記トーションバーは、前記太径定径部と連なる前記根元テーパー部を有し得、該根元テーパー部の長さと前記太径定径部の長さの和が前記トーション部の長さの０．１〜０．５倍であり得る。

前記トーションバーにおいては、トーションバーの材料が、炭素含有率が０．０５重量％以下の鋼材であり得る。

本発明によると、低温におけるエネルギ吸収能力をより増大させるシートベルト巻取装置におけるトーションバーが提供される。

本発明のトーションバーが適用されるシートベルト巻取装置の一例を示す縦断面図である。本発明のトーションバーの態様の一例を示す要部正面模式図である。本発明のトーションバーの態様の他の一例を示す要部正面模式図である。本発明のトーションバーの態様のさらに他の一例を示す要部正面模式図である。従来のトーションバーの態様を示す要部正面模式図である。

図１は本発明にかかるトーションバーを用いたシートベルト巻取装置の一例を示す縦断面図である。このような本発明にかかるトーションバーを用い得るシートベルト巻取装置は、例えば、実公昭６１−１１０８５号公報、特表２００３−５１５４８２、特開２００１−１６３１７８、特開２００３−３１３６２６などに開示されている。

図１において、シートベルト巻取装置１がコ字状のフレーム２を備え、シートベルト３が、フレーム２の両側壁間に回転可能に支持されるリール４に巻き取られる。６は不図示の減速度感知手段によって作動して少なくともリール４のベルト引出方向の回転を阻止するロック機構、７はこのリール４の中心に軸方向に遊嵌、貫通され、かつリール４とロック機構６とを回転的に連結するトーションバー、８はばね力によりリール４を常時ベルト巻取方向に付勢するスプリング手段である。ロック機構６は、シートベルトを巻き取るリールのベルト引出方向の回転を必要時に阻止する。

ロック機構６はパウルホルダ１４を備えており、パウルホルダ１４は、通常時はリール４と一体回転し緊急時に停止してリール４との間に相対回転を発生させるようにリール４に支持され、パウル１３を揺動可能に保持する。パウルホルダ１４には雄ねじ軸部１５が形成されている。雄ねじ軸部１５には、リール４と一体に回転するナット状のストッパ部材１６が螺合されている。また、トーションバー７には、トーション部２０の両端に、パウルホルダ１４と相対回転不能に係合する第１トルク伝達部１７と、リール４と相対回転不能に係合する第２トルク伝達部１８がそれぞれ形成されている。

プリテンショナーで発生したベルト巻取トルクがトーションバー７を介してリール４に伝達され、これによリール４がシートベルト３を所定量巻き取るようになっている。

シートベルト巻取装置１においては、緊急時に不図示のプリテンショナーで発生したベルト巻取トルクがリール４に伝達されてリール４がシートベルト３を所定量巻き取り、乗員を拘束する。一方、減速度感知手段が作動してロック機構６を作動する。これによりロック機構６のパウル１３が回動して、フレーム２の側壁の内歯１９に係合して、パウルホルダ１４の回転が阻止され、リール４がパウルホルダ１４に対して相対回転する。このため、トーションバー７の第１および第２トルク伝達部１７,１８が互いに相対回転するので、これら第１および第２トルク伝達部１７,１８の間でトーション部２０がねじられる。これ以後、リール４がトーションバー７のトーション部２０をねじりつつベルト引出方向に回転するので、このトーション部２０のねじりによってシートベルト３に加えられる荷重が制限されて、乗員に加えられる衝撃が吸収される。

このトーション部２０のねじりによってリール４がパウルホルダ１４に対して相対回転することで、ストッパ部材１６が螺合している雄ねじ軸部１５に対して相対回転し、これによりストッパ部材１６がパウルホルダ１４の方へ移動する。そして、ストッパ部材１６の図面視右端がパウルホルダ１４に当接すると、ストッパ部材１６のそれ以上の回転が阻止されてリール４の回転も阻止される。このようにして、トーション部２０のねじ切れない最大許容ねじり以下にねじりが制限され、トーション部２０のねじりによる切断が防止される。このように、トーションバー７、パウルホルダ１４の雄ねじ軸部１５、およびストッパ部材１６により、緊急時に、このシートベルトにかかる荷重を制限するようにした機構が構成される。

本発明のトーションバーの態様の一例を説明する。図２に示す本発明のトーションバー７はシートベルトを巻き取るリールのベルト引出方向の回転を必要時に阻止するロック機構によるベルト引出方向の回転阻止開始時にトーション部２０がねじれてエネルギを吸収するトーションバーであって、トーション部２０が、定径部５０と定径部５０より太い平均径の太径部６０とトーション部２０の一の端部５２に位置する一の根元テーパー部５４とトーション部２０の他の端部５５に位置する他の根元テーパー部６４とで構成される。符号８０、８２はトーションバー７の両端部にそれぞれ位置する厚鍔部であり、図１における第１および第２トルク伝達部１７,１８に相当する。

図２に示すごとく、一の根元テーパー部５４は大径がわで厚鍔部８０に段差７８を作って同軸に連接し、小径側で太径部６０と段差を生ずることなく連接する。太径部６０と定径部５０とは段差を生ずることなく連接する。図２に示す態様にあっては、他の根元テーパー部６４が小径側で定径部５０と段差を生ずることなく連接し、大径がわで厚鍔部８２に同軸に段差７７を作って連接し、一の根元テーパー部５４の大径側が段差７８を作って同軸に厚鍔部８０に連接する。厚鍔部８０の、一の根元テーパー部５４との付け根のいわゆるR、及び、厚鍔部８２の、他の根元テーパー部６４との付け根のいわゆるRは、冷鍛成形の観点より、従来品と同様（R1＝１．０ｍｍ程度）である。

かかる構成の本発明のトーションバーは、緊急時にねじられたとき、まず相対的に径が小さい定径部５０が大きくねじり変形し塑性硬化する。ついで太径部６０のねじり変形が進み塑性硬化し最後はトーション部２０全体の塑性硬化が進みトーションバーの切断に至る。このようにねじり変形のフェーズを２段階にすることにより、氷点以下の低温下であっても切断に至るまでのねじり回数を増大することができる。

図２に示す態様においては、太径部６０が、定径部５０より大径の太径定径部７０と、太径定径部７０と定径部５０との間に介在して定径部５０から太径定径部７０に向けて径が漸増する連結テーパー部７２からなる。連結テーパー部７２の勾配は０．４〜０．６°、長さLRは１．５〜７ｍｍであることが好ましい。この勾配が０．６°を上回るとねじれの際応力集中が起こるおそれがある。この勾配が０．４°を下回るとテーパー部７２が長くなり過ぎ本発明の効果が得られにくい。

本発明においては、太径部６０の平均径ｄ_aと定径部５０の径ｄ_１との比ｄ_a：ｄ_１が１．０００４〜１．０５：１である。図２に示す態様においては、ｄ_aは連結テーパー部７２の平均径と太径定径部７０の径ｄ_２の加重平均である。

定径部の径ｄ_１は、規定の破断トルクの値で決められる基準径であり、シートベルト巻取装置が適用される車種などにより所定の段階に定められているものである。

根元テーパー部５４、６４の勾配は０．３°〜３°、長さL２は３ｍｍ以上でトーション部２０の長さLの０．２倍以下であることが好ましい。

図２に示す態様においては、太径定径部７０の径ｄ_２と定径部５０の径ｄ_１との比ｄ_２：ｄ_１が１．０００５〜１．０５：１であることが好ましい。

太径部６０の長さLFと一の根元テーパー部５４の長さL２との和LYはトーション部２０の長さLの０．１〜０．６倍であることが好ましい。

定径部５０の長さLTはトーション部２０の長さLの０．２〜０．９倍であることが好ましい。０．３〜０．５倍であることがさらに好ましい。

図２に示す態様においては、太径定径部７０の長さL1と一の根元テーパー部５４の長さL２との和LXはトーション部２０の長さLの０．１〜０．５倍であることが好ましい。

本発明の他の態様においては、図３に示すように、太径部６０が円錐台形状の太径テーパー部７４からなる。太径テーパー部７４は大径がわで一の根元テーパー部５４と、小径がわで定径部５０とそれぞれ段差を生ずることなく連接する。

本発明のさらに他の態様においては、図４に示すように、太径部６０が一の太径定径部７０aと他の太径定径部７０ｂとを含んでなる。一の太径定径部７０aは一端で一の根元テーパー部５４と段差を生ずることなく連接し、他端で一の連結テーパー部７２aを介して段差を生ずることなく定径部５０の一端に連接する。他の太径定径部７０ｂは一端で他の根元テーパー部６４と段差を生ずることなく連接し、他端で他の連結テーパー部７２ｂを介して段差を生ずることなく定径部５０の他端に連接する。このように、太径部６０が、一の太径定径部７０aと一の連結テーパー部７２aからなる部分と、他の太径定径部７０ｂと他の連結テーパー部７２ｂからなる部分とで構成される。

本発明のトーションバーは鋼（鉄を主成分とする合金）材を冷間鍛造して得られる。鋼材としては従来のトーションバー用として公知の鋼材を用いることができる。鋼材の炭素含有率は０．０５重量％以下であることが好ましい。０．０００１〜０．０５重量％であることがさらに好ましい。

トーションバーの製造：
鋼材として鋼種Ａ（炭素含有率０．０１５重量％）、鋼種Ｂ（炭素含有率０．０６重量％）の２種類を用い、熱間圧延後制御冷却し、その後冷間延伸したワイヤを素材とし、所定の形状に冷間圧造を行った。

トーションバーの寸法：
図２に示す形状のトーションバーを用い、トーション部の長さＬを５０ｍｍ、連結テーパー部７２の長さＬＲを５．８ｍｍ、根元テーパー部５４、６４のテーパー角度を０．５°、長さＬ２を５ｍｍ、定径部５０の長さＬＴと連結テーパー部７２の長さＬＲと根元テーパー部６４の長さL２との和Ａを３０．８ｍｍとし、定径部５０の径ｄ_１を９．２５ｍｍΦとした。太径定径部７０の径ｄ_２を９．３５ｍｍΦ（実施例１）、９．４５ｍｍΦ（実施例２）とした。

比較例

実施例と同様の鋼材を用い冷間鍛造にて図５に示す形状のトーションバー（比較例１）、及び、図２に示す形状のトーションバー（比較例２）を作成した。トーション部２０の長さ（Ｌｃ、Ｌ）は５０ｍｍとし、根元テーパー部５４、６４のテーパー角度を０．５°、長さＬ２を５ｍｍとし、比較例１における円柱状部９０の径（ｄ_１）は９．２５ｍｍΦとした。

ねじりテスト
トーションバーを−４０℃下で１方向に３０００ｒｐｍで連続的にねじり回転させた。
捩り結果（破断するまでの回転回数）を表１に示す。

表１より、実施例のトーションバーは、氷点下の温度においても優れたねじり延性を有し、シートベルト用のトーションバーとして好適に用いることができることがわかった。

１：シートベルト巻取装置
２：フレーム
３：シートベルト
４：リール
６：ロック機構
７：トーションバー
１７：第１トルク伝達部
１８：第２トルク伝達部
２０：トーション部
５０：定径部
６０：太径部
５４：一の根元テーパー部
５４：他の根元テーパー部
６４：他の根元テーパー部
７０：太径定径部
７０a：一の太径定径部
７０ｂ：他の太径定径部
７２：連結テーパー部
７２a：一の連結テーパー部
７２ｂ：他の連結テーパー部
７４：太径テーパー部
８０、８２：厚鍔部

Claims

シートベルトを巻き取るリールのベルト引出方向の回転を必要時に阻止するロック機構によるベルト引出方向の回転阻止開始時にトーション部がねじれてエネルギーを吸収するトーションバーにおいて、
前記トーション部は、炭素含有率が０．０００１〜０．０５重量％である鋼材から成り、定径部と、該定径部と連接して該定径部より太い径の太径部と、を有し、
前記太径部は、前記定径部の端から径が漸増するテーパー部を有するトーションバー。
前記トーション部の端部に位置して前記トーションバーの該端部がわの端に向けて径が漸増する根元テーパー部を前記トーション部の少なくとも片方の端部に有する請求項１に記載のトーションバー。
前記太径部が、前記定径部より大径の太径定径部を有し、
前記テーパー部は、前記太径定径部と前記定径部の間に介在する連結テーパー部である請求項１または請求項２に記載のトーションバー。
前記テーパー部は、前記定径部と前記根元テーパー部の間に介在する太径テーパー部である請求項２に記載のトーションバー。
前記太径部が、前記定径部の両端に連接する請求項１から４のいずれか１項に記載のトーションバー。
前記テーパー部の勾配が０．４°〜０．６°である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のトーションバー。