JP4514271B2 - シートベルトリトラクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗員を車両等のシートに拘束するシートベルト（ウェビング）を巻き取るシートベルトリトラクタに関する。特には、大きな伝達トルクにも対応可能であって、且つ、鍛造成形性の良いトーションバーを備えるシートベルトリトラクタに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車等の車両に装備されるシートベルト装置は、車両の衝突時に生じる加速度による乗員の急激な移動を拘束し、乗員の身体の安全を確保するものである。この種のシートベルト装置は、通常、ウェビング（ベルト）と、リトラクタと、バックル等から構成される。リトラクタは、ウェビングを巻取り軸に巻回してばね力により内部に引き込むとともに、衝撃が作用した時にはウェビングの巻取り軸からの引き出しをロックして乗員を拘束する。バックルは、ウェビングを乗員の身体にフィットさせて装着するものであって、通常シートの側方に設置される。
【０００３】
従来、このようなシートベルト装置では、衝突時にはリトラクタからのウェビングの引き出しがロックされ、このロックされたウェビングにより、前方に移動しようとする乗員の身体が拘束される。ところが、乗員の前方への移動が急激に拘束されると、乗員の胸部等に衝撃的な力がウェビングを介して作用するおそれがある。この乗員へ加わる衝撃力を緩和するのに、ウェビングに一定以上の繰り出し抵抗をかけながら、所定長さ繰り出す方法が有効であることが確認されている。すなわち、ウェビングで乗員の移動を拘束する際に、ウェビングが所定引張り荷重を保ちつつ所定量だけ繰り出されるようにし、乗員に作用する衝突エネルギーを吸収することが好ましい。このような乗員のエネルギー吸収機構は、Energy Absorption（略称ＥＡ）機構と呼ばれる。
【０００４】
上記のようなＥＡ機構を有するシートベルトリトラクタの一種として、トーションバーを利用するものが知られている。この方式は、ウェビングを巻回するスプールに、比較的細いトーションバーの一端を回動不能に連結し、トーションバーの他端にはウェビングの引き出しロック機構を連結し、ロック時にはトーションバーを介してスプールの回転をロックするものである。このトーションバーには、慣性力により前方に移動しようとする乗員を拘束する力、すなわちウェビングにかかる張力が、スプールを介して捩り力として伝わる。この捩り力がある一定値以上となると、トーションバーが捩れ塑性変形を起し、ロック機構は効いているにもかかわらずスプールは徐々に回転し、ウェビングにある一定以上の張力がかかりながらウェビングが繰り出される。
【０００５】
ところで、トーションバーが捩れ塑性変形を起すとき、スプールとトーションバーの連結部には捩れ方向（周方向）のトルクが加わる。このトルクを伝達するため、従来は、図７に示すようなトーションバーを用いていた。図７（Ａ）は、従来のシートベルトリトラクタに用いられるトーションバーを示す斜視図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のトーションバーの連結部を示す拡大正面図である。
【０００６】
図７（Ａ）に示すように、トーションバー１００は、棒状のバー部１０２を備えている。バー部１０２の両側端部寄りには、外周面が六角形状をした連結部１０４、１０６が形成されている。左側の連結部１０６はリールに連結され、右側の連結部１０４はリール回転ロック機構に連結される。このようなトーションバー１００は、一般に鋼製（一例Ｓ１５Ｃ；ＪＩＳ規格）の線材から鍛造により成形されている。この場合、母材の径とトーションバー１００の捩れ部分の径（図７（Ｂ）の符号Ｘ）を等しくすることにより、母材の強度をそのままトーションバーの強度として活かすようにしている。
【０００７】
しかしながら、このようなトーションバー１００は、連結部１０４、１０６が六角形状であるため、各頂部１０４ａ、１０６ａとリール及びリール回転ロック機構の部材とが線接触する構造である。このため、トーションバー１００に大きな捩り力が加わるときに、線接触部分の各頂部１０４ａ、１０６ａが削れてナメり易くなる。特に、連結部が嵌合される凹部側の部材であるリールやロッキングベース等がアルミニウム等の柔らかい材料とする場合、トーションバーの捩りでリール等の凹部が削られ易くなるおそれが生じる。
【０００８】
そこで、上述した例とは別に、例えば特許第２８１６３３２号では、トーションバーの連結部をスプライン状に形成し、スプラインの各凸部が面接触する構造としたものが開示されている。又は、このようなスプライン形状の連結部を備えるトーションバーは、特許第２８８７１２０号やＵＳＰ５，８９９，４０２号、ＧＢ２３１４５３５Ａ等にも開示されている。これにより、トーションバーの捩り塑性変形時にも、トーションバー連結部の各凸部の削れ・ナメりが起きにくくなる。しかしながら、上記いずれの公報においても、スプライン形状の具体的な最適化については、一切言及されていない。
【０００９】
これに対し、ＪＩＳ規格（Ｂ１６０３）では、図８に示すようなスプライン形状が制定されている。ＪＩＳ規格によれば、この図に示すような形状は、歯先径Ｄ１と歯底径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２が１．３よりも大きい範囲で成形される。しかしながら、ＪＩＳ規格の範囲内では、比Ｄ１／Ｄ２が大きすぎるために凸部が鋭くなっている。このような鋭い凸部は、簡略化された工程で鍛造成形するのは難しい。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、大きな伝達トルクにも対応可能であって、且つ、鍛造成形性の良いトーションバーを備えるシートベルトリトラクタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するため、本発明のベースとなるシートベルトリトラクタは、シートベルト（ウェビング）を巻き取るリールと、 該リールの回転をロックする機構と、一端が上記リールに回動不能に連結され、他端が上記リール回転ロック機構に回動不能に連結されたトーションバーと、 を備えるシートベルトリトラクタであって； 上記トーションバーの端部（連結部）が、複数の波形の凹凸を有する波形凹凸形状となっているとともに、該連結部の嵌合するリール及びロック機構部材の凹部も対応した波形凹凸形状となっており、 該波形の凸部の頂とトーションバー軸心との距離（半径Ｒ１）と、凹部の底とトーションバー軸心との距離（半径Ｒ２）との比Ｒ１／Ｒ２が、１．２〜１．３であることを特徴とする。
【００１２】
トーションバーの連結部及びリール・ロック機構部材の凹部が波形凹凸形状となっているので、トーションバーを捩るトルクが面接触により伝達される。したがって、従来の六角形状のものよりも伝達可能トルクを向上させることができる。しかも、Ｒ１／Ｒ２＝１．２〜１．３とすることにより、ＪＩＳ規格に制定されている波形凹凸形状物よりも鍛造成形性が改善される。なお、ここにいう鍛造成形性とは、丸棒の両端に圧力をかけて異形形状を成形する等のことである。波形凹凸形状は、六角形状よりも、丸棒の径との差（肉厚；図５の符号α参照）を大きく取れる。このため、トーションバー端部の形状を確実に且つ容易に成形することができる。
【００１３】
本発明のシートベルトリトラクタにおいては、上記トーションバーが鋼製であり、上記リールが、上記トーションバーの連結部の嵌合する凹部を含め、アルミニウム又は亜鉛製であることが好ましい。また、上記リール回転ロック機構中のトーションバーと直接連結される部材（ロッキングベース等）が、アルミニウム、亜鉛又はマグネシウム製であるときに、特に有利である。これらの素材は鋼・鋳鉄よりも柔らかいので、トルク伝達部が削れてナメり易く、凹凸がなくなり易い。したがって、上記の波形凹凸形状との組合せが有利である。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施例に係るシートベルトリトラクタを構成するリール組立体の斜視図である。図２（Ａ）は、図１のリール組立体におけるロッキングベースとトーションバーの結合前の状態を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、同結合後の状態を示す斜視図である。図３（Ａ）は図１のスプール組立体の側面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）を右側から見た正面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）を左側から見た正面図であり、図３（Ｄ）は図３（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図４は、本発明に係るシートベルトリトラクタの全体構成を示す分解斜視図である。図５は、本発明に係るトーションバーの連結部を示す正面拡大図である。
【００１５】
図４に示すように、本実施例のシートベルトリトラクタ１は、大きく分けて、以下の各部からなる。
（１）フレーム２。
（２）ベルト３を巻き取るリール４。
（３）フレーム２の一側面に配設された、緊急ロック作動時にリール４のベルト引き出し方向への回転を阻止するロック手段５。
（４）ロック手段５を車両の衝突時に作動させる緊急ロック機構６。
（５）ロック手段５の作動によりベルト３の引き出しが阻止されたとき、同ベルト３の荷重を制限するＥＡ機構７。
（６）車両減速度を検知する減速検知手段８。
（７）リール４をベルト巻き取り方向に付勢するリターンスプリング９。
（８）衝突時にリール４を瞬時にベルト巻き取り方向に回転させるプリテンショナ１０。
【００１６】
ここでは、図１〜図３を参照して、本発明の主要部品であるリール組立体（リール、トーションバー及びロック手段）について説明する。他の部品に関しては、例えば特願平１１−３７２５１８号に開示されているものを用いることができる。
【００１７】
まず、リール４について説明する。リール４は、例えばアルミニウム又は亜鉛ダイカスト等製である。図１及び図３に示すように、リール４は、円筒状をしたベルト巻取り部４１を備えている。ベルト巻取り部４１の周面部には、複数の穴４２が穿たれている。これらの穴４２により、ベルト巻取り部４１の軽量化が図られている。ベルト巻き取り部４１の両端には、それぞれフランジ部４３、４４が形成されている。フランジ部４３の肉厚はフランジ部４４の肉厚よりも薄い。
【００１８】
図１及び図３に示すように、リール４のフランジ部４３の外側には、外軸部４５が形成されている。この外軸部４５の外側には、外周面がスプライン状のスプライン軸部４６が突設されている。同スプライン軸部４５には、プリテンショナ１０（図４参照）のピニオン２４が嵌合する。このスプライン軸部４６の先には、ばね付勢軸４７が突設されている。シートベルトリトラクタ１の組み立て状態において、スプライン軸部４６は、図４に示すフレーム２の側壁２０から外側に突出する。ばね付勢軸４７は、図４に示すリターンスプリング９のブッシュシャフト９１内に挿入され、リターンスプリング９のばね付勢力が加えられる。
【００１９】
図１に最も良く示すように、リール４のフランジ部４３と外軸部４５の中心には、内周面が波形凹凸形状をした凹部４９が形成されている。この凹部４９は、後述するトーションバー６１の連結部６５が嵌合する。また、凹部４９近傍において、リール４の内周面の一部には、ピン係合孔４８が形成されている。このピン係合孔４８には、ピン２５が係合する。リール４にトーションバー６１が組み付けられ、凹部４９に連結部６５が嵌合した後、ピン係合孔４８にピン２５を係合させ、リール４からトーションバー６１が抜け落ちないようにする。一方、リール４のフランジ部４４の中心には、穴４ａが開けられている。この穴４ａからトーションバー６１が挿通される。
【００２０】
次に、トーションバー６１について説明する。図１〜図３に示すように、トーションバー６１は、断面円形の棒状をしたバー部６３を備えている。このバー部６３の両端部には、それぞれ連結部６４、６５が形成されている。連結部６４は、後述するロッキングベース５１の凹部５３に回動不能に嵌合する（図２参照）。連結部６５は、上述したリール４の凹部４９に回動不能に嵌合する（図１参照）。両連結部６４、６５の外周面は、図５に分かり易く示すように、複数の波形の凹凸を有する波形凹凸形状となっている。連結部６４、６５の波形の凸部の頂とトーションバー６１軸心との距離（半径Ｒ１）と、凹部の底とトーションバー６１軸心との距離（半径Ｒ２）との比Ｒ１／Ｒ２は、１．２〜１．３となっている。
【００２１】
このトーションバー６１は、一例として材質Ｓ１５Ｃ（ＪＩＳ規格）の丸棒材から鍛造により成形される。この鍛造成形には、例えば図６に示すような工程がある。
（１）丸棒材Ｓを所定長さに切断する（図６（Ａ））。
（２）丸棒材Ｓの側面をダイスＤで固定し、丸棒材Ｓの上端を上ダイスＤ′（波形凹凸ダイス）で潰して端部Ｓ１を成形する（図６（Ｂ））。
（３）（２）と同様に、丸棒材Ｓの下端を下ダイスＤ″（波形凹凸ダイス）で潰して端部Ｓ２を成形する（図６（Ｃ））。
（４）丸棒材をダイスから外し、トーションバー６１の成形が完了する（図６（Ｄ））。
このような製造工程において、Ｒ１／Ｒ２＝１．２〜１．３とすることにより、ＪＩＳ規格に制定されている従来のスプライン形状物（図８参照）よりも鍛造成形性が改善される。波形凹凸形状は、六角形状よりも、丸棒の径と差（肉厚；図５の符号α）を大きく取れるので、トーションバー６１両端の形状を確実に且つ容易に成形することができる。
【００２２】
次に、ロック手段５を説明する。図１〜図３に示すように、ロック手段５は、アルミニウム又は亜鉛ダイカスト等からなるロッキングベース５１とパウル３１とを備えている。ロッキングベース５１は、円形のディスク部５２（図２参照）を備えている。このディスク部５２の裏面（図２で見える側）の中心には、内周面が波形凹凸形状をした凹部５３が形成されている。上述したように、この凹部５３には、トーションバー６１の連結部６４が回動不能に嵌合する。ディスク部５２には、パウル３１を回転可能に支持するための貫通孔５４が開けられている。ディスク部５２の表側（図１で見える側）には、図４に示すパウルスプリング２８の一端を支持するスプリング支持部５６が設けられている。また、ディスク部５２の表側面の中心には、段付軸５７が突設されている。シートベルトリトラクタ１の組み立て状態において、段付軸５７には、図４に示す緊急ロック機構６のロックギヤ２２、フライホイール２３が取り付けられる。段付軸５７の先端は、図４に示すリテーナハウジング２６の中心孔２６ａに挿入される。
【００２３】
パウル３１は、ロッキングベース５１の貫通孔５４にピン２７（図４参照）を嵌合させることにより、ロッキングベース５１に対して回動可能に取り付けられている。パウル３１の先端には、図４に示すフレーム側壁２１の内歯２１ａに係合可能な係止爪３３が形成されている。また、パウル３１には、突出軸からなるパウルピン３５が設けられている。パウル３１は、係止爪３３が内歯２１ａに係合したとき、パウル３１に作用する反力をロッキングベース５１に伝達させる。すなわち、パウル３１の反力をロッキングベース５１で支持するようになっている。
【００２４】
なお、図４に示すパイプ１１やボール１２、ガスジェネレータ１３、カバー１４、プレート１５、リングギア１６等により、プリテンショナ１０が構成される。このプリテンショナ１０は、例えば特願平１１−３７２５１８号に開示されているものを用いることができる。
【００２５】
次に、上記の構成を有するシートベルトリトラクタ１のＥＡ作用について説明する。車両の通常時においては、ロック手段５及びプリテンショナ１０は作動せず、リール４は、リターンスプリング９によって巻き取り方向に付勢されている。ベルト３が引き出される際、リール４は、リターンスプリング９によって巻き取り方向に付勢されながら、ベルト（ウェビング）引き出し方向に回転する。
【００２６】
一方、車両が衝突した場合、プリテンショナ１０が作動し、トーションバー６１に対しベルト巻き取り方向に強い周方向トルクが加えられる。このトルクは、トーションバー６１の連結部６５とリール４の凹部４９とを介してリール４を回転させる。この回転により、ベルト３は所定長さだけ巻き取られる。また、ほぼ同時に、緊急ロック機構６によりロック手段５が作動し、ロッキングベース５１のベルト引き出し方向への回転が阻止される。
【００２７】
車両衝突の初期時には、車両の乗員は前方へ投げ出されるように身体が移動するため、ベルト３には強い引き出し方向の力がかかる。しかしながら、ロック手段５の作動により、ロッキングベース５１はベルト引き出し方向へは回転不能となっている。このため、ロッキングベース５１の凹部５３に連結部６４が嵌合しているトーションバー６１が回動不能となり、さらにはトーションバー６１の連結部６５に凹部４９が嵌合しているリール４も回動不能となる。
【００２８】
ところが、ベルト３にかかる力がさらに強くなって、リール４の回転力が増すと、トーションバー６１においては、両連結部６４、６５間のバー部６２が捩られて塑性変形する。そして、リール４は、トーションバー６１を捩りつつ、ベルト引き出し方向に回転する。トーションバー６１の捩りによって乗員に加えられる衝撃が吸収される。なお、本実施例においては、トーションバー６１の連結部６４、６５と、リール４、ロッキングベース５１の各凹部４９、５３とが波形凹凸形状となっているので、周方向トルクが面接触により良好に伝達され、伝達可能トルクを向上させることができる。
【００２９】
以上、シートベルトリトラクタの例を図面を参照しつつ説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではなく、様々な改変が可能なことはもちろんである。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、大きな伝達トルクにも対応可能であって、且つ、鍛造成形性の良いトーションバーを備えるシートベルトリトラクタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るシートベルトリトラクタを構成するリール組立体の斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１のリール組立体におけるロッキングベースとトーションバーの結合前の状態を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、同結合後の状態を示す斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は図１のスプール組立体の側面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）を右側から見た正面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）を左側から見た正面図であり、図３（Ｄ）は図３（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明に係るシートベルトリトラクタの全体構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明に係るトーションバーの連結部を示す正面拡大図である。
【図６】本実施例で説明したトーションバーの鍛造工程の例を説明する説明図である。
【図７】図７（Ａ）は、従来のシートベルトリトラクタに用いられるトーションバーを示す斜視図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のトーションバーの連結部を示す拡大正面図である。
【図８】ＪＩＳ規格で制定されているトーションバーの連結部のトルクス形状を示す正面拡大図である。
【符号の説明】
１ シートベルトリトラクタ ２ フレーム
３ ベルト ４ リール
５ ロック手段 ６ 緊急ロック機構
７ ＥＡ機構 ８ 減速度検知手段
９ リターンスプリング １０ プリテンショナ
３１ パウル ３３ 係止爪
３５ パウルピン
４１ ベルト巻取り部 ４２ 穴
４３、４４ フランジ部 ４５ 外軸部
４６ スプライン軸部 ４７ ばね付勢軸
４８ ピン係合孔 ４９ 凹部
５１ ロッキングベース ５２ ディスク部
５３ 凹部 ５４ 貫通孔
５６ スプリング ５７ 段付軸
６１ トーションバー ６３ バー部
６４、６５ 連結部

Claims (3)

1. シートベルトウェビングを巻き取るリールと、
   該リールの回転をロックする機構と、
   一端が上記リールに回動不能に連結され、他端が上記リール回転ロック機構に回動不能に連結されたトーションバーと、を備えるシートベルトリトラクタであって；
   上記トーションバーの端部である連結部が、複数の波形の凹凸を有する波形凹凸形状となっているとともに、該連結部の嵌合するリール及びロック機構部材の凹部も対応した波形凹凸形状となっており、
   該波形の凸部の頂とトーションバー軸心との距離である半径Ｒ１と、凹部の底とトーションバー軸心との距離である半径Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が、１．２〜１．３であり、
   上記トーションバーが鋼製であり、
   上記リールが、上記トーションバーの連結部の嵌合する凹部を含め、アルミニウム又は亜鉛製であることを特徴とするシートベルトリトラクタ。
2. 上記リール回転ロック機構中の上記トーションバーと直接連結される部材が、アルミニウム、亜鉛又はマグネシウム製であることを特徴とする請求項１記載のシートベルトリトラクタ。
3. シートベルトウェビング、シートベルトリトラクタ、及び、バックルを含み、乗員を車両等のシートに拘束するシートベルト装置であって、
   前記シートベルトリトラクタが請求項１又は２記載のシートベルトリトラクタであることを特徴とするシートベルト装置。

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