JPH11207431A - エネルギ吸収シャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力トルクの増大に対して一定限度までは高
い剛性を示して殆どねじれず、トルクがその限度を超え
れば容易にねじれる特性を有するエネルギ吸収シャフト
を低いコストで容易に製造することができる製造方法を
提供する。 【解決手段】 断面円形の鋼鉄が伸線された線材が用い
られ、少なくとも軸部ｇ１がこの線材に対する冷間鍛造
のみにより所定の径に成形されると共に、該軸部ｇ１の
周囲に所定の厚みの内部より硬度が大きい高硬度層ｇ
１′が形成されるエネルギ吸収シャフトｇを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用シ
ートベルトのリトラクタに用いられるエネルギ吸収シャ
フトに関し、自動車部品等の製造技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】自動車におけるシートベルトのリトラク
タには、シートベルトの一端に連結されて、該ベルトを
巻き取り方向に付勢すると共に、衝突時等において該シ
ートベルトに急激な引っ張り荷重が作用したときには、
その引っ張り荷重に基づくトルクによりねじられて、衝
撃エネルギを吸収するようにしたエネルギ吸収シャフト
が用いられることがある。

【０００３】図１８に示すように、上記シャフトＡは、
両端部に設けられてトルク入力部材と固定部材とがそれ
ぞれ係合される多角形状の係合部Ａ１，Ａ２と、これら
の中間部の軸部Ａ３とを一体的に形成したもので、中間
の軸部Ａ３は、当該自動車の衝突時等においてシートベ
ルトを介して両端部の係合部Ａ１，Ａ２間に大きなトル
クが作用したときに適度にねじれるように、その材料や
径ないしねじり剛性が設定されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このシート
ベルトのリトラクタ用のエネルギ吸収シャフトは、当該
自動車の衝突の際に作用するトルクに対しては大きな剛
性を発揮して、シートベルトを介して乗員を確実に支え
ると共に、その直後のエアバックの作動後には、乗員を
エアバックに委ねるために、十分にねじれてシートベル
トを緩めるように作用することが要求されるのである。

【０００５】つまり、図１９に示す実線の曲線のよう
に、入力トルクの増大に対して一定限度までは高い剛性
を示して殆どねじれず、トルクがその限度を超えれば容
易にねじれるといった特性が要求されるのである。

【０００６】しかし、従来の中間部を切削加工により所
定の径の軸部に形成したシャフト（以下従来品という）
の場合、図１９に従来例として示す破線の曲線のよう
に、入力トルクの増大に対して比較的早い段階からねじ
れ始め、そのため、衝突の瞬間に、エアバックの作動に
先立って緩み始めてシートベルトに作用する大きな引っ
張り荷重に十分に耐えられないおそれがあった。

【０００７】また、これに対しては、この従来品に上記
のような特性を付与するために、焼き入れ等の他の加工
を施すことが考えられるが、この場合だと、製造コスト
が高くなる。

【０００８】そこで、入力トルクの増大に対して一定限
度までは高い剛性を示して殆どねじれず、トルクがその
限度を超えれば容易にねじれるといった特性を有するエ
ネルギ吸収シャフトの製造方法を提供することを課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

【００１０】まず、本願の請求項１に係る発明（以下、
第１発明という）は、両端部にトルク入力部材と固定部
材がそれぞれ係合される係合部を有し、中間部が上記入
力部材からの入力トルクによりねじられる軸部とされた
エネルギ吸収シャフトの製造方法に関するものであっ
て、断面円形の金属を伸線した線材を材料とし、少なく
とも軸部を、この線材に対する冷間鍛造のみによって所
定の径に成形することを特徴とする。

【００１１】また、請求項２に係る発明（以下、第２発
明という）は、上記第１発明の製造方法に関するもので
あって、冷間鍛造は、互いに対向するダイスとパンチと
により構成された複数のステーションを有する多段式冷
間鍛造機を用い、上段側の複数のステーションにより軸
部と該軸部の一方の端部の係合部とを成形すると共に、
分割ダイスを備えた後段側のステーションにより上記軸
部の他方の端部の係合部を成形することを特徴とする。

【００１２】上記の構成によれば、次のような作用が得
られる。

【００１３】まず、第１発明の方法においては、断面円
形の金属を伸線した線材を材料として用いるが、この線
材は、延伸時に表面が硬化した状態である。そして、こ
の線材を用い、少なくとも軸部については、冷間鍛造の
みによって所定の径に成形するので、上記線材の硬化し
た表面が削られたり、破壊されたりすることなく、この
硬化した表面が冷間鍛造によって内部に向かって厚くな
り、軸部の周囲に所定の厚みの内部よりも硬度が大きな
高硬度層が形成されることになる。

【００１４】したがって、この第１発明によれば、入力
トルクの増大に対して一定限度までは、上記高硬度層が
このトルクに耐えることにより高い剛性を示して殆どね
じれず、トルクがその限度を超えれば高硬度層が破壊さ
れることにより、全体が容易にねじれるエネルギ吸収シ
ャフトが製造されることになる。

【００１５】また、第２発明の方法によれば、多段式冷
間鍛造機を用い、上段側の複数のステーションにより軸
部とその一方の端部の係合部を成形すると共に、分割ダ
イスを備えた後段側のステーションにより上記軸部の他
方の端部の係合部を成形するので、両端部に係合部を有
し、しかも、軸部の周囲に所定の厚みの内部よりも硬度
が大きな高硬度層が形成されたエネルギ吸収シャフトが
連続的に効率よく製造されることになる。

【００１６】なお、上記線材の材料としては、鋼鉄が望
ましいがステンレス、または、その他の金属等を材料と
してもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
エネルギ吸収シャフトの製造方法について説明する。

【００１８】この実施の形態に用いる線材は、鋼鉄（Ｊ
ＩＳ表示 ＳＷＣＨ８Ｒ）が、冷間状態で大径から小径
に数回の絞り加工により伸線され、中間のφ９．４〜１
１の生地伸線を経て、線径が９．２ｍｍとされている。
また、この線材は、断面が円形となっており、絞り加工
により表面が硬化した状態にある。

【００１９】そして、まず、図１に示すように、上記線
材を所定の長さに切断することにより、棒状で直径Ｄ１
が９．２ｍｍの素材ａを形成する。

【００２０】次に、第１冷間鍛造工程によって、図２に
示すように、上記素材ａに対応する基準軸部ｂ１と、そ
の一端部に設けられた小径軸部ｂ２とを有する中間素材
ｂが形成される。

【００２１】次に、第２冷間鍛造工程によって、図３に
示すように、上記中間素材ｂと同様に基準軸部ｃ１と、
その一端部の小径軸部ｃ２とを有すると共に、基準軸部
ｃ１の他方の端部に設けられた大径部ｃ３とを有する中
間素材ｃが形成される。

【００２２】次に、第３冷間鍛造工程によって、図４に
示すように、基準軸部ｄ１と小径軸部ｄ２とを有すると
共に、上記中間素材ｃの大径部ｃ３を整形してなる六面
体部ｄ３と、これに隣接した鍔部ｄ４とを有する中間素
材ｄが形成される。

【００２３】次に、第４冷間鍛造工程によって、図５に
示すように、基準軸部ｅ１と小径軸部ｅ２とを有すると
共に、上記中間素材ｄの六面体部ｄ３と鍔部ｄ４とを整
形してなる係合部ｅ３を有する中間素材ｅが成形され
る。

【００２４】さらに、第５冷間鍛造工程によって、図６
に示すように、基準軸部ｆ１と、その一端側の小径軸部
ｆ２と、他端側の係合部ｆ３とを有すると共に、基準軸
部ｆ１と小径軸部ｆ２との間に、大径部ｆ４が設けられ
た中間製品ｆが成形される。

【００２５】そして、必要に応じて後加工を施すことに
よって、図７に示すように、中間の軸部ｇ１と、その両
端部の六面体に形成された係合部ｇ２，ｇ３と、一方の
係合部ｇ３から延びる小径軸部ｇ４とを有し、かつ、こ
の小径軸部ｇ４の先端に平行二面部ｇ５が設けられた最
終製品としてのエネルギ吸収シャフトｇが成形される。

【００２６】なお、この後加工については、鍛造、切
削、プレス等のいずれの加工で行なってもよい。

【００２７】以上のように、この実施の形態では、上記
９．２ｍｍの線材ａに５回の冷間鍛造を施して基準軸部
を徐々に太くし、最終製品としてのエネルギ吸収シャフ
トｇの軸部ｇ１の直径Ｄ２を９．５ｍｍに成形している
が、このように、表面が硬化してなる線材が繰り返し冷
間鍛造を施すことにより、図８に示すように、硬化した
表面が内部に向かって厚くなり、軸部ｇ１の周囲に高硬
度層ｇ１′が形成されることになる。

【００２８】図９は、このエネルギ吸収シャフトｇ（図
９では、鍛造品という）の軸部ｇ１の断面における硬度
分布と、切削により該シャフトｇと同じ材質で同じ形状
に成形したシャフト（以下、切削品という）の軸部の断
面における硬度分布とを比較して示したものである。

【００２９】この図９に示すように、切削品の場合、軸
部の表面が大きな硬度を有するだけであるのに対し、上
記鍛造によるエネルギ吸収シャフトｇの場合、軸部ｇ１
の表面から０．５ｍｍ以上の範囲にわたって硬度が大き
な高硬度層ｇ１′が形成されているのである。

【００３０】このように、このエネルギ吸収シャフトｇ
の軸部ｇ１の表面には、所定の厚みを備えた内部よりも
硬度が大きな高硬度層ｇ１′が形成されているので、こ
の軸部ｇ１の両端部の係合部ｇ２，ｇ３との間に大きな
トルクが作用した時に、図１０に示すように、切削品の
場合、トルク値３．５Ｋｇｆ・ｍｍの早い段階で軸部が
ねじれ始めるが、該シャフトｇ（図１０では、鍛造品と
いう）の場合、トルク値５．８Ｋｇｆ・ｍｍまで軸部ｇ
１は殆どねじれない。

【００３１】つまり、このシャフトｇの場合、入力トル
クの増大に対して一定限度までは、上記高硬度層がこの
トルクに耐えることにより高い剛性を示して殆どねじれ
ず、トルクがその限度を超えれば高硬度層が破壊される
ことにより、全体が容易にねじれることになるのであ
る。

【００３２】したがって、このエネルギ吸収シャフトｇ
を自動車用のシートベルトのリトラクタに用いた場合、
自動車の衝突の際に作用するトルクに対して大きな剛性
を発揮して、シートベルトを介して乗員を確実に支える
と共に、その直後のエアバックの作動後には、乗員をエ
アバックに委ねるために十分にねじれてシートベルトを
緩めるように作用することになる。

【００３３】なお、上記線材の材料として、鋼鉄（ＪＩ
Ｓ表示 ＳＷＣＨ８Ｒ）が用いられているがステンレ
ス、または、その他の金属等を材料としてもよい。

【００３４】次に、この実施の形態に係るエネルギ吸収
シャフトの製造に用いる例えば１つの製造装置について
説明する。

【００３５】図１１に示すように、この製造装置は、５
段の冷間鍛造ステーションＸ１〜Ｘ５でエネルギ吸収シ
ャフトの中間製品を成形する冷間多段式鍛造装置であっ
て、機台１に、カッター装置（図示せず）と、ダイスユ
ニット１１〜１５とを併設すると共に、この機台１に近
接、離反するように往復運動をするラム２に、上記ダイ
スユニット１１〜１５にそれぞれ対向させて複数のパン
チユニット２１〜２５を取り付けた構成とされている。

【００３６】まず、図１に示すように、線材から所定の
長さに切断された棒状の素材ａが供給装置により第１冷
間鍛造ステーションＸ１へ供給されると、図１２に示す
ように、ラム２の前進によりパンチユニット２１がダイ
スユニット１１に当接するまで前進して、上記素材ａが
ダイスホルダ３１に保持されたダイス３２の成形孔３２
ａとパンチホルダ３３に保持されたパンチ側ダイス３４
の成形孔３４ａとの中に保持される。その後、さらに、
上記ラム２の前進により押え板３５がスプリング３６，
３６を圧縮しながらパンチ３７に当接すると共に、該パ
ンチ３７がパンチ側ダイス３４の成形孔３４ａ内に打ち
込まれることによって中間素材ｂ（図２に示す）が成形
がされる。

【００３７】そして、ラム２の後退によりパンチユニッ
ト２１が後退し、その後、ダイス３２の後端面から前端
面にかけて貫通するノックアウトピン３８がラム２側に
突き出ることにより中間素材ｂが排出されると共に、第
２冷間鍛造ステーションＸ２へ供給される。

【００３８】次に、中間素材ｂが供給装置により第２冷
間鍛造ステーションＸ２へ供給されると、図１３に示す
ように、ラム２の前進によりパンチユニット２２がダイ
スユニット１２に当接するまで前進して、上記中間素材
ｂがダイスホルダ４１に保持されたダイス４２の成形孔
４２ａとパンチホルダ４３に保持されたパンチ側ダイス
４４の成形孔４４ａとの中に保持される。その後、さら
に、上記ラム２の前進により押え板４５がスプリング４
６，４６を圧縮しながらパンチ４７に当接すると共に、
該パンチ４７がパンチ側ダイス４４の成形孔４４ａ内に
打ち込まれることによって中間素材ｃ（図３に示す）が
成形される。

【００３９】そして、ラム２の後退によりパンチユニッ
ト２２が後退し、その後、ダイス４２の後端面から前端
面にかけて貫通するノックアウトピン４８がラム２側に
突き出ることにより中間素材ｃが排出されると共に、第
３冷間鍛造ステーションＸ３へ供給される。

【００４０】次に、中間素材ｃが供給装置により第３冷
間鍛造ステーションＸ３へ供給されると、図１４に示す
ように、ラム２の前進によりパンチユニット２３が前進
して、パンチホルダ５１に保持されたパンチ側ダイス５
２の成形孔５２ａの面が上記中間素材ｃの前端面に当接
すると共に、該パンチ側ダイス５２の前進により中間素
材ｃがダイスホルダ５３，５４にそれぞれ保持されたダ
イス５５，５６の成形孔５５ａ，５６ａ内に打ち込まれ
ることによって中間素材ｄ（図４に示す）が成形がされ
る。

【００４１】そして、ラム２の後退によりパンチユニッ
ト２３が後退し、その後、ダイス５６の後端面から前端
面にかけて貫通するノックアウトピン５７がラム２側に
突き出ることにより中間素材ｄが排出されると共に、第
４冷間鍛造ステーションＸ４へ供給される。

【００４２】次に、中間素材ｄが供給装置により第４冷
間鍛造ステーションＸ４へ供給されると、図１５に示す
ラム２の前進によりパンチユニット２４が前進して、パ
ンチホルダ６１に保持されたパンチ６２の成形孔６２ａ
の面が上記中間素材ｄの前端面に当接すると共に、該パ
ンチ６２の前進により中間素材ｄがダイスホルダ６３，
６４にそれぞれ保持されたダイス６５，６６の成形孔６
５ａ，６６ａ内に打ち込まれることによって中間素材ｅ
（図５に示す）が成形がされる。

【００４３】そして、ラム２の後退によりパンチユニッ
ト２４が後退し、その後、ダイス６６の後端面から前端
面にかけて貫通するノックアウトピン６７がラム２側に
突き出ることにより中間素材ｅが排出されると共に、第
５冷間鍛造ステーションＸ５へ供給される。

【００４４】次に、中間素材ｅが供給装置により第５冷
間鍛造ステーションＸ５へ供給されると、図１６に示す
ラム２の前進によりパンチユニット２５が前進して、パ
ンチホルダ７１に保持されたパンチ７２の成形孔７２ａ
の面が上記中間素材ｅの前端面に当接すると共に、該素
材ｅがダイス側に打ち込まれる。

【００４５】そして、上記パンチ７２の前進動作に伴っ
て中間素材ｅを前部ダイス７３の内に押し込む過程で、
該パンチ７２が拡縮可能となるように複数個に分割され
たダイス部材７４…７４に当接してスプリング７５…７
５を圧縮しながらダイス部材７４…７４が前部ダイスホ
ルダ７６と共に、機台１の取付孔１ａ内に押し込まれ
る。この時、上記ダイス部材７４…７４は、外周面の第
１テーパ面７４ａ…７４ａと第２テーパ面７４ｂ…７４
ｂとが前部ダイスホルダ７６の内周面の第１テーパ面７
６ａと第２テーパ面７６ｂとに案内されて、これらダイ
ス部材７４…７４を拡径するように付勢するスプリング
７７…７７を圧縮して全体として縮径される。

【００４６】そして、この縮径されたダイス部材７４…
７４で構成された成形孔７３ａに上記中間素材ｅが掴持
され、この状態で中間素材ｅがパンチ７２の前進により
後部ダイスホルダ７８に保持された後部ダイス７９の成
形孔７９ａ内に打ち込まれることによって中間製品ｆ
（図６に示す）が成形がされる。

【００４７】そして、図１７に示すように、ラム２の後
退によりパンチユニット２５が後退し、その後、圧縮し
ていたスプリング７５…７５の付勢力によって、前部ダ
イスホルダ７６が上記中間製品ｆを掴持したダイス部材
７４…７４と共にストッパプレート７６に当接するまで
後退する。その後、後部ダイス７９の後端面から前端面
にかけて貫通するノックアウトピン８１がラム２側に突
き出ることにより上記中間製品ｆを介してダイス部材７
４…７４が前部ダイスホルダ７６内を後退すると共に、
これらダイス部材７４…７４は圧縮していたスプリング
７７…７７の付勢力により拡径する。そして、さらに、
ノックアウトピン８１がラム２側に突き出ることにより
中間製品ｆが排出される。

【００４８】そして、必要に応じて後加工を施すことに
よって、最終製品としてのエネルギ吸収シャフトｇ（図
７に示す）が成形される。

【００４９】このような製造方法によれば、多段式鍛造
機において拡縮可能な分割ダイスを備えたステーション
を設けるこにより、軸部の両端部に係合部を有するエネ
ルギ吸収シャフトでも、簡単にダイス内から排出され
る。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、まず、第１発明の方法に
おいては、断面円形の金属を伸線した線材を材料として
用いるが、この線材は、延伸時に表面が硬化した状態で
ある。そして、この線材を用い、少なくとも軸部につい
ては、冷間鍛造のみによって所定の径に成形するので、
上記線材の硬化した表面が削られたり、破壊されたりす
ることなく、この硬化した表面が冷間鍛造によって内部
に向かって厚くなり、軸部の周囲に所定の厚みの内部よ
りも硬度が大きな高硬度層が形成されることになる。

【００５１】したがって、この第１発明によれば、入力
トルクの増大に対して一定限度までは、上記高硬度層が
このトルクに耐えることにより高い剛性を示して殆どね
じれず、トルクがその限度を超えれば高硬度層が破壊さ
れることにより、全体が容易にねじれるエネルギ吸収シ
ャフトを、焼き入れ等の他の加工を必要とすることな
く、低コストで容易に製造することが可能になる。

【００５２】また、第２発明の方法によれば、多段式冷
間鍛造機を用い、上段側の複数のステーションにより軸
部とその一方の端部の係合部を成形すると共に、分割ダ
イスを備えた後段側のステーションにより上記軸部の他
方の端部の係合部を成形するので、両端部に係合部を有
し、しかも、軸部の周囲に所定の厚みの内部よりも硬度
が大きな高硬度層が形成されたエネルギ吸収シャフトを
連続的に効率よく製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る製造方法を用いた製造装置で加
工される前の素材の形状を示す図である。

【図２】 同製造装置の第１冷間鍛造工程によって得ら
れた中間素材の形状を示す図である。

【図３】 同製造装置の第２冷間鍛造工程によって得ら
れた中間素材の形状を示す図である。

【図４】 同製造装置の第３冷間鍛造工程によって得ら
れた中間素材の形状を示す図である。

【図５】 同製造装置の第４冷間鍛造工程によって得ら
れた中間素材の形状を示す図である。

【図６】 同製造装置の第５冷間鍛造工程によって得ら
れた中間製品の形状を示す図である。

【図７】 後加工によって得られた最終製品の形状を示
す図である。

【図８】 最終製品の軸部の拡大断面図である。

【図９】 鍛造品と切削品との軸部における表面から中
心までの硬度を示す図である。

【図１０】 鍛造品と切削品との軸部における入力トル
クとねじれ回転数との関係を示す図である。

【図１１】 本発明に係る製造方法を用いた製造装置の
概略正面である。

【図１２】 同製造装置の第１冷間鍛造ステーションの
縦断面図である。

【図１３】 同製造装置の第２冷間鍛造ステーションの
縦断面図である。

【図１４】 同製造装置の第３冷間鍛造ステーションの
縦断面図である。

【図１５】 同製造装置の第４冷間鍛造ステーションの
縦断面図である。

【図１６】 同製造装置の第５冷間鍛造ステーションの
ダイス部材が縮径した状態の縦断面図である。

【図１７】 同製造装置の第５冷間鍛造ステーションの
ダイス部材が拡径した状態の縦断面図である。

【図１８】 従来のエネルギ吸収シャフトの形状を示す
図である。

【図１９】 エネルギ吸収シャフトにおける要求特性と
従来特性とを示す図である。

【符号の説明】

ｇ エネルギ吸収シャフト ｇ１ 軸部 ｇ２，ｇ３ 係合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 清志 神奈川県藤沢市桐原町12番地 日本精工株 式会社内 (72)発明者 清水 正利 東京都江東区枝川二丁目13番１号 日発販 売株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部にトルク入力部材と固定部材がそ
   れぞれ係合される係合部を有し、中間部が上記入力部材
   からの入力トルクによりねじられる軸部とされたエネル
   ギ吸収シャフトの製造方法であって、断面円形の金属を
   伸線した線材を材料とし、少なくとも軸部を、この線材
   に対する冷間鍛造のみによって所定の径に成形すること
   を特徴とするエネルギ吸収シャフトの製造方法。
2. 【請求項２】 冷間鍛造は、互いに対向するダイスとパ
   ンチとにより構成された複数のステーションを有する多
   段式冷間鍛造機を用い、上段側の複数のステーションに
   より軸部と該軸部の一方の端部の係合部とを成形すると
   共に、分割ダイスを備えた後段側のステーションにより
   上記軸部の他方の端部の係合部を成形することを特徴と
   する請求項１に記載のエネルギ吸収シャフトの製造方
   法。