JP4804474B2 - 推力を制御可能で且つ形状が最適化された点火式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明の技術分野は、ピストンを含むと共に当該ピストンの上昇による推力で物体を動かすという必須機能を有する点火式アクチュエータに関する。本発明に係る点火式アクチュエータは、特に自動車の安全システムに適用されるものであって、自動車と外部要素との間に機械的衝撃が生じた場合に動作するある特定の部分、例えば自動車と歩行者とが正面衝突した場合における自動車の安全ベルト、フロントシールド、ステアリングコラム、ボンネット等の動きを抑制するという機能を担う。

ピストンを用いた点火式アクチュエータは、既にいくつかの特許出願の主題となっている。

欧州特許第０５５０３２１号には、いかなるタイプのエネルギー吸収器にも適用可能な減衰ストロークを有する点火式アクチュエータが開示されており、以下のような記載がなされている。点火式アクチュエータは、点火式ガス発生器、ピストン、火薬燃焼室、背圧室、及び、燃焼室とピストンの一端とに亘って延在する中間室を備えている。中間室と背圧室とはチャネルによって連結されている。ガス発生器によって発生されたガスは、中間室を加圧することにより、ピストンの動きを妨げてそのストロークを抑える。当該ガスの一部はチャネルを介して背圧室へと移動する。

仏国特許出願公開第２８２４８７５号明細書は、本体、ピストン、及びピストンを本体内に保持するワッシャーを有する点火式アクチュエータに関する。当該点火式アクチュエータは、本体内でのピストンの初期位置に応じて、ピストンを本体から突出させることで物体に推力を及ぼすか、或いは、ピストンを本体内に引っ込めることで機械的部品を放出するかを実現する。

上記２つの特許文献に記載の点火式アクチュエータは、ピストンが一定の振幅で振動するという名目上の動作により、当該点火式アクチュエータと相互作用する部品又は物品に対して単一の効果を奏する。本発明に係る点火式アクチュエータは、機械的デバイスを用いてピストンの滑動室内の圧力を調整することで、推力の大きさ又はピストンの振幅の大きさの制御が可能である。このように、本発明に係る点火式アクチュエータは、推力の効果を変化させることができ、又は、ストロークの影響を調整することができることから、ピストンを大幅に又は少しだけ振動させる必要があるような様々な構成に適用可能である。

本発明は、点火式ガス発生器と、燃焼室と、ガスの作用により滑動室内で動作可能なピストンと、を備え、燃焼室及び滑動室が互いに連通している点火式アクチュエータに関する。本発明に係る点火式アクチュエータの主な特徴は、点火式アクチュエータの始動後に燃焼室と滑動室との連通を遮断するシャッターデバイスを有し、シャッターデバイスが滑動室に含まれていることにある。シャッターデバイスが既存の室に収容されているため、さらなる室を設ける必要がない。結果として、本発明に係る点火式アクチュエータは、コンパクトになり、必要な機械加工が簡単になる。また、本発明に係る点火式アクチュエータは、燃焼室及び滑動室が、共に円柱形状であって、互いに平行な対称軸を有し、上記対称軸と直交する軸を有する連結チャネルによって連結されている。上記特徴によって、点火式アクチュエータの形状がＨ型となり、可能な限りコンパクトにすることができる。さらに、本発明に係る点火式アクチュエータは、シャッターデバイスが、滑動室内に固定された中空円筒体、モーター、及びシャッターを備えており、中空円筒体が、連結チャネルとの組合せによって燃焼室と滑動室におけるピストンが配置された空間との連通を実現する接続手段を有する。

シャッターデバイスが、独立しており、コントロールセンターにより始動可能であることが好ましい。シャッターデバイスの始動を点火式アクチュエータの始動と切り離すことによって、点火式アクチュエータの使用における柔軟性を向上させることができると共に、連続する２つの点火を容易に計画することができる。

点火式ガス発生器が、燃焼室内に含まれており、イグナイター及び点火用装填物を備えていることが好ましい。

上記接続手段が、中空円筒体内において連結チャネルと接続するよう配置された少なくとも１つの横穴と、中空円筒体の一端に形成された通路とを含み、当該通路が、中空円筒体の内部と滑動室におけるピストンが配置された空間との連通を実現することが好ましい。

上記横穴は、連結チャネルと中空円筒体の内部とを連通させる。

中空円筒体が、滑動室の内壁によって部分的に画定された環状の周縁溝、及び、当該周縁溝の底部に形成された複数の穴を有し、連結チャネルが周縁溝に開口していることが好ましい。

さらに、上記穴が中空円筒体の周囲に一定の間隔で配置されていることが好ましい。

中空円筒体が滑動室内の段部に当接することが好ましい。

上記モーターが点火式ガス発生器であることが好ましい。

また、上記モーターが、電気点火式イグナイターを含み、ガス発生火薬の装填物によって補強されていることが好ましい。

シャッターが、中空円筒体内に収容されていると共に、中空円筒体内において封止状態で滑動可能な拡張ヘッドを有し、拡張ヘッドから小円柱部が延出し、平面を呈する大円柱部が末端を形成していることが好ましい。より詳細には、拡張ヘッドの外面が中空円筒体の内面に接触しているとき、拡張ヘッドの周囲に設けられた環状のガスケットが中空円筒体の内面にぴったりと密着することによって封止が実現される。

拡張ヘッドが円錐台形の端部を有し、中空円筒体における上記通路が形成された端部に、シャッターの円錐台形端部を受容可能な円錐台形の凹部が形成されていることが好ましい。

シャッターが変形可能な材料からなり、モーターの始動後に拡張ヘッドの円錐台形端部が中空円筒体の円錐台形凹部に正確に係合するまでシャッターが中空円筒体内を移動することが好ましい。

本発明に係る点火式アクチュエータは、必要なものを完備しているという効果、及び、非常にシンプルなデザインによりコンパクトになるという効果を奏する。したがって、本発明に係る点火式アクチュエータは、点火式アクチュエータの機能が必要ないかなるタイプのデバイス又は物品にも容易に適用することができる。また、本発明に係る点火式アクチュエータは、点火用装填物の使用に伴う全ての効果、即ち、点火の制御による信頼性、小型の点火用装填物によるコンパクトさ、及び、当該アクチュエータに使用可能な点火用構成要素の多様性による様々な効果を奏する。さらに、点火用装填物の使用によって、点火式アクチュエータとシャッターデバイスとの点火を順次且つ完全な制御の下で行うことが可能となる。

図１を参照して、本発明に係る点火式アクチュエータ１は、ガス発生器２、燃焼室３、滑動室４、及びシャッターデバイス５を有する。

燃焼室３は、円柱形状であって、電気式のイグナイター６とガスを発生させる点火用装填物７とを有するガス発生器２を含む。燃焼室３の一端はイグナイター６で封止されており、他端は意図的に封止されている。点火用装填物７は、燃焼室３内に固定された円柱ブロック形状の推進体であって、イグナイター６の近傍に配置されている。燃焼室３は、その長さの一部分において、円柱形状の滑動室４に隣接して設けられている。

燃焼室３及び滑動室４は、対称軸が互いに平行になるよう相対的に配置されており、燃焼室３及び滑動室４の対称軸と直交する対称軸を有する円柱状の連結チャネル８によって連結されている。これにより、本発明に係る点火式アクチュエータ１は全体としてＨ型のコンパクトな形状になっている。

滑動室４は、シャッターデバイス５の位置に対応する第１の部分、及び、ピストン１０が配置された円柱状の空間９に対応する第２の部分を有する。空間９はシャッターデバイス５と連続している。ピストン１０は、周囲に設けられたガスケット１２により空間９内において封止状態で滑動可能な拡張円柱体１１を有する。シャッターデバイス５は、滑動室４内に固定された中空円筒体１４、イグナイター形式のモーター１５、及びシャッター１６を有する。シャッターデバイス５は、滑動室４内の段部１７に当接する。中空円筒体１４には、環状の周縁溝１８、及び、周縁溝１８の底部に形成された複数の穴１９が形成されている。穴１９は、中空円筒体１４の周囲に一定の間隔で配置されている。周縁溝１８は、滑動室４の内壁によって部分的に画定されており、連結チャネル８が当該溝１８に開口するように滑動室４内に配置されている。

穴１９は、放射状のチャネルとみなされるものであって、連結チャネル８さらに燃焼室３をシャッターデバイス５の中空円筒体１４の内部２０に連続させる。中空円筒体１４の一端はイグナイター１５によって部分的に画定されており、他端は、中空円筒体１４の内部２０をピストン１０が配置された空間９と連続させる通路２１を有する。滑動室４の一端はイグナイター１５により閉鎖されており、他端はピストン１０のロッド１３が突出可能なように開口している。

図４を参照して、シャッター１６は、拡張ヘッド２２を有する円柱部、拡張ヘッド２２から延出した小円柱部、及び、末端を形成する大円柱部２４を含む。大円柱部２４には平面２５が形成されている。拡張ヘッド２２は、シーリングガスケットを受容する環状の周縁溝２６、及び、円錐台形の端部２７を有する。シャッター１６はエラストマー系の可撓性材料からなる。

中空円筒体１４は、当該円筒体１４の内部をピストン１０が配置された空間９に連続させる通路２１を含むと共に、その一端に円錐台形の凹部２８を有する。点火式アクチュエータ１を作動させる前に、中空円筒体１４内におけるイグナイター１５に可能な限り近接した位置にシャッター１６を配置し、且つ、穴１９及び通路２１を開放しておくことにより、燃焼室３と滑動室４におけるピストン１０が配置された空間９との連通が実現される。

本発明に係る点火式アクチュエータ１は以下の処理を実行する。

図１を参照して、燃焼室３に位置するガス発生器２は、電気信号で始動するイグナイター６によって燃焼し始める。

図２を参照して、点火用装填物７の燃焼により発生したガスは、燃焼室３に広がり、連結チャネル８及び中空円筒体１４の周縁溝１８を通り、さらに中空円筒体１４の内部２０を通って、ピストン１０が配置された空間９に到達する。空間９が加圧されることにより、ロッド１３が滑動室４から徐々に突出するようにピストン１０が移動する。

図３を参照して、シャッターデバイス５のイグナイター１５が所定の瞬間に点火すると、シャッター１６は、ピストン１０が配置された空間９に向けて中空円筒体１４内を移動する。シャッター１６は、その拡張ヘッド２２の円錐台形端部２７が中空円筒体１４の一端に形成された円錐台形凹部２８に正確に係合すると、停止する。これにより、穴１９及び通路２１が閉鎖される。すると燃焼室３で発生したガスは、中空円筒体１４内におけるシャッター１６の後方の空間、即ちシャッター１６の移動によって形成された空間に広がる。

シャッター１６の平面２５が開口を維持することによって、上述した空間へのガスの流入が実現される。当該空間の圧力によって、燃焼室３と滑動室４との接続回路を閉鎖する位置にシャッター１６が保持される。

本発明に係る点火式アクチュエータの作動開始時における縦断面図である。 図１に示す点火式アクチュエータの作動中における縦断面図である。 シャッターデバイスが始動して図１に示す点火式アクチュエータの作動が終了したときの縦断面図である。 本発明に係る点火式アクチュエータのシャッターを示す斜視図である。

Claims (10)

1. 点火式ガス発生器（２）と、
   燃焼室（３）と、
   ガスの作用により滑動室（４）内で動作可能なピストン（１０）と、
   を備え、
   前記燃焼室（３）及び前記滑動室（４）が互いに連通している点火式アクチュエータ（１）であって、
   前記点火式アクチュエータ（１）の始動後に前記燃焼室（３）と前記滑動室（４）との連通を遮断するシャッターデバイス（５）を有し、
   前記シャッターデバイス（５）が前記滑動室（４）に含まれており、
   前記燃焼室（３）及び前記滑動室（４）が、共に円柱形状であって、互いに平行な対称軸を有し、前記対称軸と直交する軸を有する連結チャネル（８）によって連結されており、
   前記シャッターデバイス（５）が、前記滑動室（４）内に固定された中空円筒体（１４）、モーター（１５）、及びシャッター（１６）を備えており、
   前記中空円筒体（１４）が、前記連結チャネル（８）との組合せによって前記燃焼室（３）と前記滑動室（４）における前記ピストン（１０）が配置された空間（９）との連通を実現する接続手段（１９，２１）を有することを特徴とする点火式アクチュエータ（１）。
2. 前記シャッターデバイス（５）が、独立しており、コントロールセンターにより始動可能であることを特徴とする請求項１に記載の点火式アクチュエータ。
3. 前記点火式ガス発生器（２）が、前記燃焼室（３）内に含まれていると共に、イグナイター（６）及び点火用装填物（７）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の点火式アクチュエータ。
4. 前記接続手段（１９，２１）が、前記中空円筒体（１４）内において前記連結チャネル（８）と接続するよう配置された少なくとも１つの横穴（１９）と、前記中空円筒体（１４）の一端に形成された通路（２１）とを含み、
   前記通路（２１）が、前記中空円筒体（１４）の内部と前記滑動室（４）における前記ピストン（１０）が配置された空間（９）との連通を実現することを特徴とする請求項１に記載の点火式アクチュエータ。
5. 前記中空円筒体（１４）が、前記滑動室（４）の内壁によって部分的に画定された環状の周縁溝（１８）、及び、前記周縁溝（１８）の底部に形成された複数の穴（１９）を有し、
   前記連結チャネル（８）が前記周縁溝（１８）に開口していることを特徴とする請求項４に記載の点火式アクチュエータ。
6. 前記中空円筒体（１４）が前記滑動室（４）内の段部（１７）に当接することを特徴とする請求項１に記載の点火式アクチュエータ。
7. 前記モーター（１５）が点火式ガス発生器であることを特徴とする請求項１に記載の点火式アクチュエータ。
8. 前記シャッター（１６）が、前記中空円筒体（１４）内に収容されていると共に、前記中空円筒体（１４）内において封止状態で滑動可能な拡張ヘッド（２２）を有し、前記拡張ヘッド（２２）から小円柱部（２３）が延出し、平面（２５）を呈する大円柱部（２４）が末端を形成していることを特徴とする請求項４に記載の点火式アクチュエータ。
9. 前記拡張ヘッド（２２）が円錐台形の端部（２７）を有し、
   前記中空円筒体（１４）における前記通路（２１）が形成された端部に、前記シャッター（１６）の前記円錐台形端部（２７）を受容可能な円錐台形の凹部（２０）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の点火式アクチュエータ。
10. 前記シャッター（１６）が変形可能な材料からなり、前記モーター（１５）の始動後に前記拡張ヘッド（２２）の前記円錐台形端部（２７）が前記中空円筒体（１４）の円錐台形凹部（２０）に正確に係合するまで前記シャッター（１６）が前記中空円筒体（１４）内を移動することを特徴とする請求項９に記載の点火式アクチュエータ。

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