(57)【要約】【課題】トーションバーが所定角度捻回された後も、トーションバーの捻じり変形に要する荷重がそれまでよりも増加するトーションバー及びこのようなトーションバーを備えたウェビング巻取装置を得る。【解決手段】トーションバー１０は、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲内で含まれた鉄鋼材料によって形成される。しかも、トーションバー１０の表層部分及び中心軸線部分の各々を２００倍の倍率で顕微鏡観察して「ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２（１９８８）」の「５．２の切断法」に基づいて結晶粒数を算出すると、トーションバー１０の中心軸線部分での結晶粒数と表層部分での結晶粒数との差が３０以上になるようにトーションバー１０が形成される。これによって、トーションバー１０の捻じれ変形に供される荷重が上降伏点に達した後も、トーションバー１０の捻じれ変形に要する荷重が増加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素が０．０８％から０．１８％の範囲で含まれた鉄鋼材料によって棒状に形成されると共に、表層部分及び中心軸線部分の各々を２００倍の倍率で顕微鏡観察して、「ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２（１９８８）」の「５．２の切断法」に基づいて結晶粒数を算出し、前記中心軸線部分での結晶粒数と前記表層部分での結晶粒数との差が３０以上とされ、一端がウェビング巻取装置のスプールに対して相対回転が規制された状態で連結され、他端側に対して一端側に所定の大きさ以上の回転力が付与されることによって捻じり変形されるトーションバー。
【請求項２】
鉄鋼材料によって棒状に形成されると共に、表層部分側よりも中心軸線部分側で降伏応力が高く設定され、一端がウェビング巻取装置のスプールに対して相対回転が規制された状態で連結され、他端側に対して一端側に所定の大きさ以上の回転力が付与されることによって捻じり変形されるトーションバー。
【請求項３】
ウェビングをその基端側から巻取るスプールと、
前記請求項１又は前記請求項２に記載のトーションバーと、
作動することにより前記トーションバーの他端側の前記引出方向への回転を規制する規制手段と、
を備えるウェビング巻取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のシートベルト装置を構成するウェビング巻取装置のトーションバー及びこのようなトーションバーを備えたウェビング巻取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のシートベルト装置を構成するウェビング巻取装置は、トーションバーを備えている。トーションバーは、スプールの内側でスプールに対して同軸的に設けられる。トーションバーの一端は、スプールに対する相対回転が規制された状態でスプールに連結されている。これに対し、トーションバーの他端は、ロック機構のロックベースに対する相対回転が規制された状態でロックベースに連結されている。
【０００３】
ロック機構が作動すると、ロックベースの引出方向への回転が規制される。この状態で、乗員がトーションバーの機械的強度を上回る力でウェビングを引っ張ると、トーションバーは捻じり変形される。このように、トーションバーの捻じり変形分だけ、ウェビングがスプールから引出されて、乗員の身体は車両前方へ慣性移動できる。さらに、乗員の身体がウェビングを引っ張る引っ張り力の一部は、トーションバーの捻じり変形に供されて吸収される。
【０００４】
また、例えば、下記特許文献１には、低温下から常温下における捻じり特性を向上させたトーションバーの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２０９０６号の公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、ロックベースに対してスプールが引出方向に回転すると、トーションバーは、先ず、弾性的に捻じり変形される（すなわち、捻じり変形の態様が弾性変形になる）。このトーションバーの捻じり変形が弾性領域の間は、スプールの回転に伴いトーションバーの捻じり変形に要する荷重の大きさが上昇する。次いで、スプールが所定角度引出方向に回転され、トーションバーにおけるスプールとの連結部分に付与される回転荷重がトーションバーの上降伏点を超えると、それ以降のトーションバーの捻じり変形は塑性変形になる。トーションバーの捻じり変形が塑性変形になると、トーションバーの捻じり変形に要する荷重の大きさがそれまでに比べて緩やかに上昇する。
【０００７】
一方で、乗員の体格等の様々な条件を考慮して、トーションバーの捻回角度が上記の所定角度を超えた後にも、トーションバーの捻じり変形に要する荷重を従来よりも増加させるように要望される場合がある。
【０００８】
本発明は、上記事実を考慮して、トーションバーが所定角度捻回された後も、トーションバーの捻じり変形に要する荷重がそれまでよりも増加するトーションバー及びこのようなトーションバーを備えたウェビング巻取装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の本発明に係るトーションバーは、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲で含まれた鉄鋼材料によって棒状に形成されると共に、表層部分及び中心軸線部分の各々を２００倍の倍率で顕微鏡観察して、「ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２（１９８８）」の「５．２の切断法」に基づいて結晶粒数を算出し、前記中心軸線部分での結晶粒数と前記表層部分での結晶粒数との差が３０以上とされ、一端がウェビング巻取装置のスプールに対して相対回転が規制された状態で連結され、他端側に対して一端側に所定の大きさ以上の回転力が付与されることによって捻じり変形されるように構成されている。
【００１０】
請求項１に記載の本発明に係るトーションバーは、鉄鋼材料により棒状に形成される。ここで、本トーションバーの表層部分及び中心軸線部分の各々について２００倍の倍率で顕微鏡観察して、「ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２（１９８８）」の「５．２の切断法」に基づいて算出された結晶粒数を求める。さらに、このようにして求められた本トーションバーの中心軸線部分における結晶粒数と表層部分の結晶粒数との差を算出すると、その差が３０以上とされる。さらに、本トーションバーには、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲内で含まれる。
【００１１】
これにより、本トーションバーは、表層部分の降伏応力が低く、中心軸線部分の降伏応力が高くなる。このため、トーションバーの捻じり変形に要する荷重が上降伏点に到達した後も、トーションバーの捻じり変形に要する荷重をそれまでより増加させることができる。しかも、少ない捻じり変形でトーションバーに破断を生じさせることなく、トーションバーを充分に捻じり変形させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の本発明に係るトーションバーは、鉄鋼材料によって棒状に形成されると共に、表層部分側よりも中心軸線部分側で降伏応力が高く設定され、一端がウェビング巻取装置のスプールに対して相対回転が規制された状態で連結され、他端側に対して一端側に所定の大きさ以上の回転力が付与されることによって捻じり変形されるように構成されている。
【００１３】
請求項２に記載の本発明に係るトーションバーは、鉄鋼材料により棒状に形成される。ここで、本トーションバーは、表層部分側に比べて中心軸線部分側で降伏応力が高い。このため、トーションバーの捻じり変形に要する荷重が上降伏点に到達した後も、トーションバーの捻じり変形に要する荷重をそれまでより増加させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の本発明に係るウェビング巻取装置は、ウェビングをその基端側から巻取るスプールと、前記請求項１又は前記請求項２に記載のトーションバーと、作動することにより前記トーションバーの他端側の前記引出方向への回転を規制する規制手段と、を備えている。
【００１５】
請求項３に記載の本発明に係るウェビング巻取装置では、例えば、車両が急減速状態になると規制手段が作動する。これによって、トーションバーの他端側は、引出方向に回転することが規制される。トーションバーの一端側は、スプールに対する相対回転が規制された状態でスプールに繋がっている。このため、トーションバーの引出方向への回転が規制されることによって、スプールの引出方向への回転が規制される。これによって、スプールからのウェビングの引出しが規制される。
【００１６】
この状態で、ウェビングが更に引っ張られると、トーションバーの一端側に引出方向への回転力が付与される。この回転力がトーションバーの機械的強度を上回ると、トーションバーは捻じり変形される。ウェビングは、トーションバーの捻じり変形分だけスプールから引出されると共に、ウェビングを引っ張る力の一部がトーションバーの捻じり変形に供されて吸収される。
【００１７】
ここで、本発明に係るウェビング巻取装置を構成するトーションバーは、上述した請求項１又は請求項２に記載のトーションバーである。このため、トーションバーにて生じる捻じり変形に関して上述した請求項１又は請求項２に記載の本発明と同じ効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明では、トーションバーが所定角度捻回された後も、トーションバーの捻じり変形に要する荷重をそれまでよりも増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一の実施の形態に係るトーションバーの斜視図である。
【図２】本発明の一の実施の形態に係るウェビング巻取装置の概略的な正面断面図である。
【図３】サンプル及び比較例の鉄以外の主な化学成分と破断するまでの捻回の回数を示す表である。
【図４】サンプル及び比較例の結晶粒数の差と２００ｍｍ荷重差を示す表である。
【図５】高速引っ張り試験の概略を示す図である。
【図６】サンプル１の高速引っ張り試験の試験結果で、サンプル１の荷重特性を示すグラフである。
【図７】サンプル２の高速引っ張り試験の試験結果で、サンプル２の荷重特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜本実施の形態の構成＞
図1には、本実施の形態に係るトーションバー１０の斜視図が示されており、図２には、本トーションバー１０を用いたウェビング巻取装置１２の構成の概略が正面断面図によって示されている。
【００２１】
図２に示されるように、本トーションバー１０を適用したウェビング巻取装置１２は、フレーム１４を備えている。フレーム１４は、各々の厚さ方向に互いに対向した一対の脚板１６、１８を備えている。また、ウェビング巻取装置１２はスプール２０を備えている。スプール２０は中心軸線方向が脚板１６と脚板１８との対向方向に沿っており、その中心軸線周りに回転可能とされている。このスプール２０には長尺帯状のウェビング２２の基端側が係止されており、スプール２０がその中心軸線周りの一方である巻取方向に回転すると、ウェビング２２はその長手方向基端側からスプール２０に巻取られる。
【００２２】
一方、脚板１６の側方には、規制手段としてのロック機構３２が設けられている。ロック機構３２は、ロックベース３４を備えている。ロックベース３４は、スプール２０の脚板１６側でスプール２０に対して同軸的に回転可能に設けられている。ロックベース３４の外周部にはラチェット歯４０が形成されている。さらに、ロックベース３４の側方にはロック機構３２を構成するロックパウル４２が設けられている。ロックパウル４２はスプール２０の中心軸線方向と同じ向きを軸方向とする軸周りに揺動可能とされている。ロックパウル４２は、一方へ揺動することによってロックベース３４の外周部に接近する。これによって、ロックパウル４２に形成されたラチェット歯４４がロックベース３４のラチェット歯４０に噛み合う。これによって、ロックベース３４の巻取方向とは反対の引出方向への回転が規制される。
【００２３】
これらのロックベース３４やロックパウル４２はケース４６によって覆われている。このケース４６の内側には、車両が急減速した際にロックパウル４２を揺動させる「ＶＳＩＲ」機構や、ロックベース３４の引出方向への回転加速度が所定の大きさ以上の場合にロックパウル４２を揺動させる「ＷＳＩＲ」機構を構成する各種部品等が収容されている。
【００２４】
一方、上記のスプール２０には、中心軸線に沿ってトーションバー収容孔２４が形成されている。本実施の形態に係るトーションバー１０はトーションバー収容孔２４内でスプール２０に対して同軸的に設けられる。
【００２５】
トーションバー１０は、棒状の母材により形成されている。母材は、機械構造用炭素鋼鋼材や冷間圧造用炭素鋼等の鉄鋼材料（炭素鋼）により形成されている。特に、本実施の形態に係るトーションバー１０は、後述するサンプル１やサンプル２のように、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲で含まれた鉄鋼材料によって形成されている。母材をトーションバー１０に加工するに際して、母材は冷間加工による伸線工程によって外径寸法が所定の大きさになるまで縮径される。伸線工程を経た母材は、冷間鍛造工程によって成形される。冷間鍛造によって成形された母材は、所定のねじ孔等が形成された後に焼鈍等の熱処理が施され、これによって、トーションバー１０が形成される。
【００２６】
図１に示されるように、トーションバー１０は丸棒状のトーションバー本体２６を備えている。本実施の形態ではトーションバー１０のトーションバー本体２６は、中心軸線部分に比べて表層部分（外周面側）で結晶粒が大きい。しかも、このトーションバー本体２６の表層部分及び中心軸線部分をそれぞれ２００倍の倍率で顕微鏡観察し、「ＪＩＳ  Ｇ  ０５５２（１９８８）」の「５．２の切断法」に基づいて結晶粒数を算出すると、中心軸線部分と表層部分との結晶粒数の差（以下、このように算出されたものを単に「結晶粒数の差」と称する）は、後述するサンプル１やサンプル２のように３０以上になっている。
【００２７】
このトーションバー本体２６の一端（脚板１８側）にはスプール側連結部２８が形成されている。図２に示されるように、スプール側連結部２８は、スプール２０に対する相対回転が規制された状態でスプール２０の脚板１８側の部分に連結されている。これに対して、図１に示されるように、トーションバー本体２６の他端側（脚板１６側）にはロックベース側連結部３０が形成されている。図２に示されるように、ロックベース側連結部３０は、ロックベース３４に対する相対回転が規制された状態でロックベース３４に連結されている。
【００２８】
＜本実施の形態の作用＞
以上の構成のウェビング巻取装置１２では、車両が急減速状態になったり、又は、ウェビング２２が急激に引っ張られることによってスプール２０の回転加速度、ひいては、ロックベース３４の回転加速度が所定の大きさを超えたりすると、ロック機構３２が作動する。ロック機構３２が作動すると、ロックパウル４２が揺動して、ロックパウル４２のラチェット歯４４がロックベース３４のラチェット歯４０に噛み合う。これによって、ロックベース３４の引出方向への回転が規制される。
【００２９】
ロックベース３４は、トーションバー１０に対する相対回転が規制されており、トーションバー１０は、スプール２０に対する相対回転が規制されている。このため、上記のようにロックベース３４の引出方向への回転が規制されることによって、スプール２０の引出方向への回転が規制される。これによって、スプール２０からのウェビング２２の引出しが規制される。
【００３０】
この状態で、ウェビング２２が乗員の身体によって引っ張られると、スプール２０の引出方向への回転力が、トーションバー本体２６のスプール側連結部２８側の部分に付与される。このようにしてトーションバー本体２６に付与された回転力が、トーションバー本体２６の機械的強度を上回ると、トーションバー本体２６は、ロックベース側連結部３０側に対してスプール側連結部２８側が引出方向に回転するように捻じり変形される。この捻じり量だけスプール２０からウェビング２２が引出されて、ウェビング２２を装着した乗員の身体は車両前方へ慣性移動できる。さらに、乗員の身体がウェビング２２を引っ張る力の一部は、トーションバー本体２６（トーションバー１０）の捻じり変形に供されて吸収される。
【００３１】
＜サンプルと比較例との比較＞
次に、本トーションバー１０に適用されるような以下のサンプル１、２と、他の比較例とを比較した結果について説明する。
【００３２】
（サンプルと比較例について）
図３の表に示されるように、サンプル１は、鉄以外の化学成分として、０．１２％の炭素の他、ケイ素、マンガン、リン、硫黄等が含まれた鉄鋼材料によって形成されている。また、サンプル２は、鉄以外の化学成分として、０．１５％の炭素の他、ケイ素、マンガン、リン、硫黄等が含まれた鉄鋼材料によって形成されている。
【００３３】
比較例１は、サンプル１と同じ材質である。しかしながら、比較例１は、冷間鍛造後の熱処理温度をサンプル１よりも低くすることで、図４の表に示されるように、中心軸線部分と表層部分との結晶粒数の差が３０未満とされている。
【００３４】
比較例２は、サンプル１と同じ材質である。しかしながら、比較例２は、冷間鍛造後の熱処理温度を比較例１よりも更に低くすることで、図４の表に示されるように、中心軸線部分と表層部分との結晶粒数の差が３０未満とされている。
【００３５】
比較例３は、サンプル２と同じ材質である。しかしながら、比較例３は、冷間鍛造後の熱処理温度をサンプル２よりも低くすることで、図４の表に示されるように、中心軸線部分と表層部分との結晶粒数の差が３０未満とされている。
【００３６】
比較例４は、サンプル２と同じ材質である。しかしながら、比較例４は、冷間鍛造後の熱処理温度を比較例３よりも更に低くすることで、図４の表に示されるように、中心軸線部分と表層部分との結晶粒数の差が３０未満とされている。
【００３７】
比較例５から比較例８の各々は、サンプル１及びサンプル２とは異なる材質が用いられる。但し、比較例５から比較例８の各々は、サンプル１及びサンプル２と同じ条件で製造されている。
【００３８】
（高速引っ張り試験の試験及び捻回試験）
サンプル１、２の各々について高速引っ張り試験を行なった。ここで、図５には高速引っ張り試験の試験方法の概略が示されている。
【００３９】
この高速引っ張り試験では、サンプル１、２（更には、比較例１〜８）にて構成されたトーションバー１０が実際のウェビング巻取装置１２にセットされる。このウェビング巻取装置１２は上下逆向きの状態でフレーム１４が固定部６２に固定される。この状態でスプール２０にウェビング２２を８００ｍｍ巻取らせる。このウェビング２２の下端側（先端側）には荷重計６４が取り付けられる。さらに、このウェビング２２は荷重計６４を通過して、下端（先端）が引っ張り手段としてのシリンダ６８が取付けられる。シリンダ６８が作動すると、ウェビング２２が急激に下方へ引っ張られる。これによって、トーションバー１０のトーションバー本体２６に捻じり変形を生じさせる。
【００４０】
なお、この高速引っ張り試験では、シリンダ６８は作動開始から１０ミリ秒で引っ張り速度が４ｍ／秒まで加速しつつウェビング２２を下方へ引っ張り、その後は、４ｍ／秒でウェビング２２を引っ張り続けるように設定されている。
【００４１】
このような高速引っ張り試験によって、サンプル１については図６に示されるような荷重特性が得られ、サンプル２については図７に示されるような荷重特性が得られた。なお、図６及び図７において横軸は、シリンダ６８の引っ張りストローク、すなわち、シリンダ６８によって引き出されたウェビング２２の長さである。これに対して、縦軸は、ウェビング２２の荷重、すなわち、トーションバー１０のスプール側連結部２８側に付与される引出方向への回転力である。
【００４２】
なお、この高速引っ張り試験では、ウェビング２２を２００ｍｍ引出した状態で荷重値が６ｋＮになるように諸条件を調整して行なっている。しかしながら、実際には、この荷重値にとらわれることなく、トーションバー１０におけるトーションバー本体２６の外径寸法を適宜に調節して、所望の荷重レベルに調整することが可能である。
【００４３】
次に、これらの荷重特性に基づいて、上降伏点の荷重Ｆ１と、シリンダ６８の引っ張りストローク（シリンダストローク）が２００ｍｍに到達した場合、すなわち、スプール２０からウェビング２２が２００ｍｍ引出された際の荷重Ｆ２とをそれぞれ抜き出して、荷重Ｆ２から荷重Ｆ１の差を２００ｍｍ荷重差ΔＦとして演算した。
【００４４】
上降伏点は、従来のトーションバーで言えば、弾性変形の捻じり変形が終了する荷重であり、上降伏点以降のトーションバーの捻じり変形は塑性変形になる。ここで、スプール２０からウェビング２２が２００ｍｍ引出された際の荷重Ｆ２と、上降伏点の荷重Ｆ１との差は、上降伏点からスプール２０からウェビング２２が２００ｍｍ引出されるまで、どれだけウェビング２２の荷重が上昇しているかを意味する。したがって、２００ｍｍ荷重差ΔＦが大きいほど、上降伏点に達した後もウェビング２２の引っ張りに要する荷重が増大する。
【００４５】
ここで、図４の表に示されるように、サンプル１では２００ｍｍ荷重差ΔＦが１．７ｋＮとなり、サンプル２では２００ｍｍ荷重差ΔＦが１．６ｋＮとなった。
【００４６】
同様の高速引っ張り試験を比較例１から比較例８についても行った。この結果、上記の結晶粒数の差が３０未満である比較例１から比較例４に関しては、２００ｍｍ荷重差ΔＦがサンプル１やサンプル２に比べて低い。また、比較例５から比較例８に関しても、上記の結晶粒数の差が３０未満である比較例５、７、８に関しては、概ね、２００ｍｍ荷重差ΔＦがサンプル１やサンプル２に比べて低い。
【００４７】
また、サンプル１、２及び比較例１〜８の各々について常温（２０℃）の環境下で捻回試験を行なった。捻回試験は、サンプル１、２や比較例１〜８を実際に捻じり変形させて、サンプル１、２や比較例１〜８が破断するまでの回転数を測定したものである。
【００４８】
上述した高速引っ張り試験の結果と、図３の表に示される捻回試験の結果とから、サンプル１は、他の比較例と比べて、破断するまでの捻回数が、６．５回と良好な捻回回数を有しつつも、２００ｍｍ荷重差ΔＦが１．７ｋＮと高い荷重差を得ることができる。また、サンプル２は、他の比較例と比べて、破断するまでの捻回数が６．６回と良好な捻回回数を有しつつも、２００ｍｍ荷重差ΔＦが１．６ｋＮと高い荷重差を得ることができる。
【００４９】
サンプル１は結晶粒数の差が４９．６で炭素の含有量が０．１２％である。サンプル２は結晶粒数の差が３６．０で炭素の含有量が０．１５％である。すなわち、サンプル１、２は、結晶粒数の差が３０以上であり、しかも、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲内で含まれている。このため、サンプル１、２では、トーションバー本体２６の表層部分側では結晶粒が粗く、降伏応力が低い粗粒となり、中心軸線部分では結晶粒が細かく、降伏応力が高い細粒となる。このため、トーションバー１０に捻じり変形が生じると、降伏応力の低い表層部分側から変形し始め、中心軸線側は、降伏応力が高く、しかも、０．０８％から０．１８％の範囲内の適度な炭素量となっているため、上降伏点以降も捻じり変形に要する荷重が増大されるものと考えられる。
【００５０】
ここで、本実施の形態に係るウェビング巻取装置１２に適用されたトーションバー１０は、上述したように、結晶粒数の差が３０以上になるように形成され、炭素が０．０８％から０．１８％の範囲で含まれる。このため、本実施の形態に係るトーションバー１０は、サンプル１、２のように、破断するまでの良好な捻回回数を有しつつも、２００ｍｍ荷重差ΔＦが高くなる。これによって、トーションバー１０に付与された荷重が上降伏点に到達するまでスプール２０が引出方向に回転した後も、トーションバー１０の捻じり変形に要する荷重を増大させることができる。
【００５１】
なお、請求項２に記載の本発明の観点では、トーションバー１０の降伏応力がトーションバー１０の表層部分よりも中心軸線部分で高くなるのであれば、トーションバー１０の中心軸線部分での結晶粒数と表層部分での結晶粒数との差に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１０    トーションバー
１２    ウェビング巻取装置
２０    スプール
２２    ウェビング
３２    ロック機構（規制手段）
【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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【図６】
2014201776.tif 000008
【図７】
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