JP3863208B2 - ぜんまいばねの処理方法及びぜんまいばね - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸回りの巻き戻しのトルクを利用するぜんまいばねの処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、金属材料からなり軸回りに巻き締めることによって巻き戻しのトルクを生ずるぜんまいばねは、軸回りの一次巻き成形して焼鈍した後一次巻き成形と逆向きの二次巻き成形を経て製作されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなぜんまいばねは材質によってはある程度以上の高温で放置された場合巻き戻しのトルクが著しく低下することがあった。また巻き締め時に大きなトルクを要したり耐久性が低い等の問題も生じていた。
シートベルト巻取り装置に使用されるぜんまいばねは、従来ステンレス製のものが一般的であったが低コスト化の要求から炭素鋼製のものが使用されている。しかるに温度が60℃ないし80℃という高温の車室内に放置された場合、シートベルトを引き出した際の巻き戻しのトルクの減少率がステンレス製のものに比べて大きい欠点があった。
【0004】
本発明の目的は、適正なトルク特性を広い使用条件で維持できるようにするぜんまいばねの処理方法の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ばね用炭素鋼帯を材料とし一次巻き成形をした後に一次巻き成形と逆向きの二次巻き成形を経て製造されるぜんまいばねの処理方法であって、二次巻き成形後、ぜんまいばねを巻き締めた状態で、温度範囲60℃ないし100℃で30分ないし4時間加熱を施すぜんまいばねの処理方法を技術的手段として採用する。本発明は、技術的手段のぜんまいばねの処理方法において、前記処理方法を施す前記ぜんまいばねは、材料の素線の一端を中心にして一次巻きして温度範囲200℃ないし350℃、時間範囲20分ないし120分で焼鈍する前記一次巻き成形をした後、前記素線の他端を中心として逆向きに二次巻きする前記二次巻き成形をしたものであることを特徴とするぜんまいばねの処理方法を第1の実施態様として採用する。
【0006】
本発明は、シートベルト巻取り装置に使用するぜんまいばねに施すことを特徴とする技術的手段または第1の実施態様のぜんまいばねの処理方法を第2の実施態様として採用する。
【0007】
【作用および発明の効果】
〔請求項1について〕
請求項1の処理方法によるぜんまいばねは、巻締め時の過大トルクによって塑性変形が発生すると共に熱処理の実施によって永久歪みが予め放出されるため、60℃ないし80℃という高温で長時間放置されても巻き戻しのトルクが著しく低下しない。
【0008】
〔請求項2について〕
請求項2の処理方法によるぜんまいばねは長さ方向の曲率分布が理想曲率となるように製作される。即ち、中心側の端部から所定の距離の位置と外側の端部付近との間の曲率の平均変化率が、完全に巻き締められた状態と解放された状態とで同じとなるよう成形される。これによりぜんまいばねは、全長に渡って応力分布が均等になるため板間摩擦が最小となる。また、応力集中部が無いため耐久性が高い。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のぜんまいばねの処理方法を適用した熱処理ぜんまいばねを用いたシートベルト巻取り装置を、図1ないし図6に基づき説明する。
【0010】
〔構成〕
シートベルト巻取り装置1は、図1に示すようにシートベルトSが巻き付けられるリール(図示しない)と、リールを軸回りに回転可能に保持する保持枠2と、保持枠2に取り付けられリールに回転力を付与する駆動機構3と、保持枠2に取り付けられリールの回転を止めるストッパ機構とからなる。
駆動機構3は、駆動力を発生する熱処理ぜんまいばね4と、熱処理ぜんまいばね4を収納すると共に保持枠2に取り付けられる収納ケース5と、収納ケース5に配され熱処理ぜんまいばね4の駆動力をリールの軸部に伝達する伝達部材6とからなる。
【0011】
上記の駆動機構3は次のようにして構成される。
まず、図2(a)に示すように板厚0.22mm、板幅7.0mm、全長4200mmの炭素鋼の平線(硬鋼線材SWRH62AまたはSWRH72A)を一次巻き成形する。そして、一次巻き成形に伴う残留応力を除去し、炭素鋼を時効硬化させるため250℃、30分の低温焼鈍を施す。そして防錆油を浸漬により塗布した後、図2(b)に示すように一次巻きの際の外側の端部αを中心として一次巻きの際の中心側の端部βが外側となるように二次巻き成形してぜんまいばね40を形成する。
そして収納ケース5にぜんまいばね40と伝達部材6とを収納する{図2(c)参照}。
【0012】
収納ケース5は、図3に示すように中央に伝達部材6を回転可能に取り付けるポリアセタールまたはポリプロピレン等の樹脂製の基板50と、ぜんまいばね40を配すると共に基板50に嵌め合わされて保持枠2に取り付けられるポリアセタールまたはポリプロピレン等の樹脂製の上蓋52とからなる。
基板50は、中央に伝達部材6を取り付ける取付け穴51を有する。
【0013】
上蓋52は、ぜんまいばね40を納める略円形の皿状で内径54mmの収納部53と、収納部53の外周面に張り出し保持枠2に固定される固定部57とからなる。そして収納部53の内周面にはぜんまいばね40の外側の端部βを配するための凹部54が設けられ、この凹部54に相当する内平面55からは、ぜんまいばね40の外側の端部βを巻き付けるための板状突起56が凹部54の中に突出している。また固定部57は収納部53の外周面から張り出す張出板58に保持枠2との結合用の結合ピン59が一体成形されている。
【0014】
伝達部材6は、取付け穴51に嵌め込まれる円柱状の嵌合部60と、嵌合部60より径大で嵌合部60と同軸な径13mmの円柱状の巻軸をなす頭部61と、頭部61の中心から嵌合部60と反対側に突出する突起62とからなる。嵌合部60は頭部61と反対側にリールの軸の端部と連結するための角柱状の凹所(図示しない)が設けられている。また頭部61には、ぜんまいばね40の中心側の端部αを差し込んで固定するための軸方向に平行な切欠き63が設けられている。
また、ぜんまいばね40の中心付近に機械用グリスを封入しておく。
【0015】
つぎに、上記収納ケース5に納められた伝達部材6を回転させることによりぜんまいばね40を伝達部材6に密着させて巻き付け、シートベルトSを引き出し切った状態に相当する予巻きを行い、この状態でストッパ(図示しない)によりぜんまいばね40を固定する。この時予巻きの回数は、シートベルト使用時の最大応力またはそれ以上の応力を付加するためシートベルト使用時の最大巻数以上となるようにする。本実施形態では、使用時の巻数の範囲が8回から19回であるので予巻きの回数は23回とした。また、これにより機械用グリスがぜんまいばね40の中心部から外周まで行き渡る。
【0016】
そして、上記収納ケース5を炉内に放置することにより熱処理を施す。処理温度は、車室内最高温度付近である60℃ないし100℃で、しかも収納ケース5が変形しない温度として80℃とする。また処理時間は長い程効果が高いが効果と経済性との兼ね合いから30分から4時間がよい(図4参照)ので2時間とする。
その後、ストッパを解除することにより収納ケース5の中のぜんまいばね40は、無荷重状態の熱処理ぜんまいばね4になる。
【0017】
〔熱処理ぜんまいばね4の特性〕
本実施形態の熱処理ぜんまいばね4は、予巻きの際の塑性変形の後熱処理されるため塑性変形に伴う応力を維持しているので、60℃ないし80℃という高温の車室内で長時間放置されても巻き戻しのトルクが著しく低下しない。
以下に車室内の最高温度80℃で300時間放置する試験におけるトルクの劣化を本実施形態の熱処理ぜんまいばね4と二つの従来のぜんまいばねとで比較する。
【0018】
シートベルト用のぜんまいばねでは、巻締回数に対する巻戻しトルクの関係は図5に示すような履歴曲線となる。そして使用範囲の巻締回数の下限値に対する巻戻しトルクTaおよび使用範囲の巻締回数の上限値に対する巻戻しトルクTbの減少率を比較すると表1に示すようになる。
【表1】
第1比較対象は、本発明による熱処理ぜんまいばね4を製造する際の予巻きおよび熱処理を施す対象となったぜんまいばね40であり、予巻きおよび熱処理は施されていない。
第2比較対象は、板厚0.23mm、板幅7.0mm、全長4200mmのステンレス鋼(SUS301−CSPH)の平線により形成されている。
【0019】
第1比較対象は第2比較対象に比べて10%程度トルクの減少率が大きい。そして本発明の熱処理ぜんまいばね4は第2比較対象と同等のトルク減少率となっている。
また、本実施形態の熱処理ぜんまいばね4は長さ方向の曲率分布が理想曲率となるように製作される。即ち、図6に示すように中心側の端部から所定の距離の位置Aと外側の端部付近の位置Bとの間の曲率の平均変化率が、伝達部材6に密着して巻付けられた状態(曲線p)と収納ケース5から解放された状態(曲線q)とで同じとなるように成形される。
【0020】
これにより熱処理ぜんまいばね4は、全長に渡って応力分布が均等になるため板間摩擦が最小となる。なお図6には、収納ケース5中での巻き戻し状態(曲線r)の曲率分布をも参考に示す。
さらに、応力集中部が無い(図6のC点)ため耐久性が最高となる。巻数8回から19回のフルストロークの耐久性が熱処理無しの場合の10万回から20万回へと2倍に向上している。
【0021】
〔実施形態の効果〕
シートベルト巻取り装置1は高温の車室内に長時間放置された場合でも使用後に確実にシートベルトSを巻取ることができる。また、シートベルトS引出し時のフィーリングが良く、シートベルトS装置時の圧迫感が少なく、使用寿命が長い。さらに熱処理ぜんまいばね4は、炭素鋼を使用しているため低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図1】シートベルト巻取り装置の斜視図である。
【図2】駆動機構の製作を示す図である。
【図3】駆動機構の分解斜視図である。
【図4】熱へたり減少効果の処理時間に関する傾向を示す図である。
【図5】巻戻しトルクの巻締回数に関する傾向を示す図である。
【図6】曲率の中心からの長さ方向距離に関する傾向を示す図である。
【符号の説明】
1 シートベルト巻取り装置
4 熱処理ぜんまいばね
α 端部(他端)
β 端部(一端)
Claims (4)
- ばね用炭素鋼帯を材料とし一次巻き成形をした後に一次巻き成形と逆向きの二次巻き成形を経て製造されるぜんまいばねの処理方法であって、
二次巻き成形後、前記ぜんまいばねを巻き締めた状態で、
温度範囲60℃ないし100℃で30分ないし4時間加熱を施すぜんまいばねの処理方法。 - 請求項1のぜんまいのばね処理方法において、
前記処理方法を施す前記ぜんまいばねは、材料の素線の一端を中心にして一次巻きして温度範囲200℃ないし350℃、時間範囲20分ないし120分で焼鈍する前記一次巻き成形をした後、前記素線の他端を中心として逆向きに二次巻きする前記二次巻き成形をしたものであることを特徴とするぜんまいばねの処理方法。 - シートベルト巻取り装置に使用するぜんまいばねに施すことを特徴とする請求項1または2に記載のぜんまいばねの処理方法。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載のぜんまいばねの処理方法で処理したぜんまいばね。
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