JP4183384B2 - トーションバーを備えたシートベルトリトラクタ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、概してエネルギー吸収トーションバーを備えたシートベルトリトラクタに関する。
【０００２】
従来のシートベルトリトラクタは、回転するように設けられたスプールを備えたフレームを有している。通常、スプールは、それぞれ対応するロック歯止めに噛み合って固定される複数の歯を有する１つ以上のロックホイールを含んでいる。ロック歯止めは回転するようにフレームに取り付けられており、ロックホイールの歯との非噛み合い位置から噛み合い位置に移動可能である。スプールが固定された後は、スプールがさらに回転することが防止される。搭乗者の荷重が固定されたリトラクタに加わると、シートベルトは圧力が加わって延び、シートベルトはそれ自身の上で滑るため、搭乗者の前方運動の全てがこのタイプのリトラクタによって停止されるわけではない。
【０００３】
しかし、エネルギー吸収リトラクタでは、スプールおよびそれに関連する機構は回転することを許容されており、シートベルトは、搭乗者によってシートベルトに与えられた荷重に応じて制御可能に引き出される。搭乗者の前方運動は、リトラクタに生じた反発力または反発トルクによって制限される。このようにして、シートベルトの引き出しおよび搭乗者の前方運動が制御される。エネルギー吸収シートベルトリトラクタには、クラッシャブルブシュやトーションバーのような可変形部材がしばしば用いられる。どちらの場合も、移動する搭乗者によってシートベルトに加わる力を介してリトラクタスプールに伝達されたトルクに抗して作用する所望の反発トルクを発生させるために、ブシュが押し潰されるか、あるいはトーションバーが弾性限を超えて塑性域までねじれる。
【０００４】
エネルギー吸収リトラクタの目的は、搭乗者の前方運動に対抗するほぼ一定の反発力を発生させることと、そして、衝突の際、すなわち車両搭乗者によってシートベルトに荷重が加わっている間中、この一定の力を発生可能とすることである。理論上、これは常に一定の塑性域で働くクラッシュブシュまたはトーションバーを使用することによって達成できる。
【０００５】
シートベルトリトラクタのトーションバーにおいて、トーションバーの一端部がロックホイールに取付けられており、他端部がリトラクタスプールに取り付けられている。衝突の際、ロックホイールは、ロックドグまたはロック歯止めをロックホイールの歯に挿入することにより回転が防止される。搭乗者によりシートベルトに荷重が加わると、トーションバーがねじられるにつれて、スプールはトーションバーで発生した反発トルクと反対向きに回転する。発生した反発トルクの大きさは、トーションバーの物理的特性だけでなく、トーションバーの回転量すなわちねじれ量に依存する。
【０００６】
より具体的には、トーションバーに発生した反発トルクは、トーションバーが、弾性、遷移、または塑性のいずれの領域にあるかに応じて変化する。理想的なトーションバーでは、弾性域は急勾配、好ましくは無限大の急な勾配のトルク歪み曲線によって特徴付けられ、そして塑性域は、弾性域からの急激な遷移を有する完全に一定のトルク歪み領域によって特徴付けられる。この理想的なトーションバーおよび対応するシートベルトリトラクタでは、ひとたびトーションバーの第１の端部が固定されてスプールに荷重が加わると、トーションバーは直ちに、弾性域（図１の曲線１００参照）から、シートベルトが引き出されるときにリトラクタによって一定の反発力が発生する動作の塑性域へ変化する。
【０００７】
従来のトーションバーには、いくつかの異なる製造方法があった。一つの方法では、大きな金属バーが、その直径を所望の寸法に減少させて機械加工される。次に、その機械加工されたバーに、例えば冷間圧延により端部構造が形成される。バーの機械加工は、通常は一様でない圧力上昇部を作り出し、機械加工されたバーの冷間圧延は、金属の結晶構造を好ましくない方法で再配列すると考えられている。応力を分散させるために、さらに、酸素量が制御された雰囲気下での一様な焼き鈍しがしばしば行われ、それが最終製品のコストを増大させる。しかし、このタイプのトーションバーは、弾性域と、広範囲の弾塑性遷移域と、塑性域とを有する、図１の曲線１０２に示すようなものに近いトルク歪み曲線の特性を示すので、本発明の目的を達成しない。
【０００８】
他の製造方法では、トーションバーは、直径が所望の寸法より小さい、金属バーまたは（直径の大きな）ワイヤの冷間形成工程によって作られる。所望の直径より小さいバーは、より大きな所望の直径を有するバーに拡大される。このタイプのトーションバーは試験されており、図１の曲線１０２に近いトルク歪み曲線の特性を示す。従来技術は、短い、すなわち急な弾塑性遷移域を有するトーションバーを製造する方法も示唆している。この方法では、予め機械加工または形成されたトーションバーは、シートベルトリトラクタに取り付ける前に、（降伏トルクレベルを超えて、予めトルクがかけられ、すなわちねじられることにより）焼き入れされる。この技術の、起こり得る一つの欠陥は、予めねじることは、一旦リトラクタに取り付けられると、事故のときに、更にねじられ得るトーションバーの有効範囲を減少させるということである。
【０００９】
本発明の目的は、弾性域から塑性域への急な遷移を示すトーションバーを提供することである。本発明の他の目的は、このタイプのトーションバーを用いたエネルギー吸収シートベルトリトラクタを提供することである。本発明の他の多くの目的および意図は以下の発明の詳細な説明によって明らかにされるであろう。
【００１０】
（発明の詳細な説明）
図３ａおよび図３ｂは、本発明にしたがって作られたトーションバーを示している。トーションバー５０は、中央ボディ５２と、トーションバーにそれぞれバネアーバおよびラチェットボディと噛み合わせることを可能にする２つの端部構造５２ａ、５２ｂとを含んでいる。トーションバーは、円形の直径を有する金属バー（または、径の大きなワイヤ）で作られている。好ましい実施形態では、金属バーまたはワイヤは、ロックウェルＢスケール硬さが５０と７０との間、好ましくは６０から６５の範囲の、１００５アルミニウム脱酸焼き鈍し鋼で作られている。この金属は、結晶構造がほぼ縦方向に配列しており十分な延性を有するので選択された。
【００１１】
金属バー１１０の初期の直径Ｄｉ（図３ａ参照）は、トーションバー５０の所望の、すなわち最終的な直径Ｄｄよりも約５パーセント（５％）大きい。トーションバーの最終的な直径は、金属バー１１０（図３ａ参照）が部分的にダイ（不図示）に通され、その後に金属バー１１０が所望の長さに切断される冷間成形押し出しプロセスを用いて達成される。この押し出しプロセスの間、金属バー１１０の結晶構造の向きはほぼ縦方向を維持する。符号５３は、縦方向の結晶構造の典型的なパターンを模式的に描いたものを示している。すなわち、結晶構造は、トーションバー５０の軸１１２に平行に並んでいる。たとえ、初期の金属バーあるいはワイヤの原料の結晶構造が縦方向に配列した結晶構造でなくても、この押し出しプロセスは結晶構造をそのように配列させるであろう。
【００１２】
金属バー１１０の直径を所望の寸法に減少させた後に、端部構造５２ａ、５２ｂを形成するために金属バーの端部が冷間圧造される。これらの構造は、複数のステップまたは単一のステップの工程で形成され得る。図４ａおよび図４ｂは、各端部構造の端面図を示している。端部構造５２ａは、複数のスプライン５６ａが形成された大径部を含んでいる。端部構造５２ｂは、スプライン５６ｂを有する大径部と、図５に示すようなバネアーバ６０を受ける手段を提供する、一体に形成された少なくとも１つのノッチあるいは溝５８を含んでいる。大径スプライン部５６ａ，５６ｂを形成するに用いられる冷間圧造プロセスは、金属バーの縦方向の結晶構造を維持するだけでなく、材料の結晶構造に放射状構成部分を付加する。しかし、半径遷移部５５，５７（図３ｂ参照）は、結晶構造の非連続性および応力分散を妨げないと考えられる。したがって、金属の形成の後に通常行われる焼き鈍しの工程のステップを省略することが可能である。驚くべきことに、トーションバーが焼き鈍しされると、その結果のトルク歪み曲線は図２ｂの曲線２０２に示すような曲線になる。
【００１３】
図２ａの曲線２００で示された試験データを再び参照すると、トーションバー５０の弾性挙動と塑性挙動との間で急激に変わる遷移域が示され、材料のその後の焼き鈍しを必要とせずにトーションバーの形成が達成されている。トーションバーが焼き鈍しされると、トルク歪み曲線は、図２ｂの曲線２０２に示されたデータに似るであろう。もしこの押し出し冷間成形されたトーションバーがリトラクタに用いられると、トーションバーの塑性部分への反発トルクおよび内部応力を生じさせるのに必要な引き出し（搭乗者の移動）はより少なく、帯ひもが制御可能に引き出されるのと同時に発生した反発トルクは、一定量のねじれのための押し出しプロセスによる応力が予め加わっていないトーションバーの反発トルクよりも大きくなるであろう。
【００１４】
図５は、トーションバー、エネルギー吸収シートベルトリトラクタ２０の主な構成部品の構成を示す。リトラクタは、第１および第２の側面部２４ａ，２４ｂおよび背面部２４ｃを持つフレーム２２を有し、第１および第２の側面部は第１の開口部２８ａ，２８ｂを含んでいる。リトラクタは、回転するようにフレームに支持された中空のスプール３０をも含んでいる。スプール３０は、中央ボディ３２と、それぞれ中央ボディ３２の端部で対向するフランジ３４ａ，３４ｂを含んでいる。中央ボディは、スプライン４２が一端部に形成された中空の孔４０を含んでいる。また、ボディは、１本のシートベルト帯ひも３６の端部を受容して固定するための既知の構造のスロット（不図示）のような手段を含んでいる。符号３６ａは、スプールに巻かれた幾層かのシートベルトを示している。
【００１５】
トーションバー５０は、孔４０の中に収容されている。トーションバーは、中央ボディ５２と、端部構造５２ａ，５２ｂとを含んでいる。前述したように、端部構造５２ｂは、スプライン５６（動力を伝えるためにスプールのスプライン４２と噛み合っている）を含んでいる。ノッチあるいは溝５８（図４ｂも参照）は、バネアーバ６２の駆動キー６０を受容している。バネアーバは、巻き戻しバネ６６の内側端部に収容されているスロット６４を含んでいる。巻き戻しバネの外側端部は、バネカバー６８に固定されている。バネカバーは、フレームの側面部２４ｂに固定されており、フレームの開口部２８ｂに収容された環状の突出部７０を含んでいる。突出部７０は、バネアーバ６２、トーションバー５０およびスプールを回転するように支持するブシュとして利用される。スプール３０は、トーションバー５０のスプライン４２に隣接して対向して設けられたポケット３８を含んでいる。ポケットには、トーションバーが正しい位置にある状態で、スプールを局部的に変形させてスプールのスプライン４２とトーションバーのスプライン５６ｂとを噛み合わせるために、ツールが挿入される。
【００１６】
緊急ロッキングリトラクタ（ＥＬＲ）は、さまざまなラチェットあるいはロックホイールアセンブリを含んでいる。本発明に用いるのに適した型式は特に重要ではない。従来技術において知られているように、ラチェットホイールアセンブリは、シートベルトの引き出しを停止させるために、ロック歯止めをラチェットあるいはロックホイールの歯と噛み合わさせるためのセンサを含んでいる。そのようなセンサは、通常、乗物の予め決められたレベルを超えた減速度を検知し、つまり、ウェブセンサは、シートベルト（帯ひも）が設定可能なレベルを上回る割合でスプールから繰り出されるとき、リトラクタのロックを開始する。ラチェットあるいはロックホイールアセンブリは、ロックカップをリトラクタシャフト（ここではトーションバー）と交互に連結するプラスチック製または金属製のラチェットホイールと噛み合う、１つ以上のプラスチック製のセンサ歯止めを有していてもよい。ロックカップがシャフト（トーションバー）と連結すると、ロックカップは回転する。そのロックカップの動作は、通常は金属製である荷重吸収ロック歯止めを、荷重吸収金属ロックホイールと噛み合わせ、したがって、ただ一時的（トーションバーのようなエネルギー吸収要素を用いるとき）であれば、シートベルトの引き出しを停止させる。本発明に用いることができる、そのような一つのロックホイールアセンブリが、米国特許５５２９２５８号あるいはＥＰ０２２８７２９号に開示されている。
【００１７】
トーションバー５０の端部構造５２ａは、ラチェットホイールアセンブリ８０に固定されている。そのアセンブリは、ラチェットボディ８２と、歯８５を有するロックあるいはラチェットホイール８４とを含んでいる。ラチェットボディは、トーションバー５０のスプライン５６ａと噛み合う内部スプライン８８を有する筒状部８１を含んでいる。ロックホイールは、ラチェットボディの一部であってもよいし、図に示されたようにラチェットボディとは別部材でラチェット本体にかしめられていてもよい。ラチェットボディは、フレーム開口部２８ａ内に収容されており、ブシュ９０によって支持されている。ロック歯止め９２はフレーム側面部２４ａに回転可能に支持されており、車両センサまたはウェブセンサの作動に応答してロックホイールの歯８５と噛み合うように移動できる。
【００１８】
ロックホイールアセンブリ８０は、スプール３０の回転角加速度を検知するウェブセンサ２２０を含んでいる。図示したように、ウェブセンサは、ロックホイールアセンブリを介してトーションバー５０に連結されており、その速度（歯止めをかける前の）はスプールのそれである。ロックホイールアセンブリはさらに、車両センサ２２２を含んでいる。上述したように、ウェブセンサおよび車両センサの各実現形態はさまざまであろうが、これは従来技術で知られている。車両センサあるいはウェブセンサが作動すると常に、公知の機構によって、ロック歯止め９２はロックホイール８４と噛み合わされる。
【００１９】
リトラクタ２０の動作は、前述した概要とほぼ同じである。衝突の際、トーションバー５０の端部５２ａはそれ以上回転しないようにロックされ、シートベルトには、搭乗者が移動あるいは前方へ移動しようとするにつれて荷重が加わる。その荷重は、シートベルト３６を介してスプール３０に伝達され、スプール３０の動きは、トーションバーの端部構造５２ｂが回転することで発生する反発トルクによる抵抗を受ける。増大した搭乗者の荷重は、反発力に抗してスプールおよびトーションバーを回転させ、それによって、シートベルトを引き出し、制御された方法での搭乗者の前方への移動を許容する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 理想的なトーションバーおよび円形断面の部分を有する通常のトーションバーのトルク−歪み曲線を示す。
【図２ａ】 本発明にしたがって冷間成形されたトーションバーのトルク−歪み曲線を示す試験データを示す。
【図２ｂ】 冷間成形された後に焼きなましされたトーションバーの試験データを示す。
【図３ａ】 完成までのさまざまな段階のトーションバーを示す。
【図３ｂ】 完成までのさまざまな段階のトーションバーを示す。
【図４ａ】 トーションバーの端面図である。
【図４ｂ】 トーションバーの端面図である。
【図５】 本発明のトーションバーを組み込んだシートベルトリトラクタを示す。

Claims (1)

1. スプール（３０）と、第１および第２の端部構造（５２ｂ，５２ａ）を含み前記第１の端部構造（５２ａ）が前記スプールに接続されたトーションバー（５０）とを有し、
   さらに、前記トーションバーは、前記第１および第２の端部構造の間に配置され、かつ、サイズの大きい金属バーを、前記トーションバー（５０）の中央周辺の結晶構造を長手方向に配列させて、直径が小さくされたバーに押し出すことによって形成された、延性を有する長いボディ（５２）を含み、前記第１および第２の端部構造（５２ａ，５２ｂ）は冷間圧造プロセスによって成形されており、前記トーションバー（５０）は焼き鈍しされておらず、それによって、ねじられるのに従って所定の反発トルクを生じさせ、弾性変形域から塑性変形域への急な遷移を示すようになっている、シートベルトリトラクタ（２０）。

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