JP6283252B2

JP6283252B2 - 穿孔器およびガス排出装置

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Publication number: JP6283252B2
Application number: JP2014082482A
Authority: JP
Inventors: 隆雄黒田; 黒田　　隆雄; 友秀藤原; 彰浩若槻
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Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
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Description

本発明は、ガスボトルからのガス出口の閉塞部分を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器、それを使用したガス排出装置に関する。

電気式点火器とピストンを組み合わせた装置であり、電気式点火器（または電気式点火器と火薬成分の組み合わせ）が作動して発生する燃焼生成物による圧力を受けて、前記ピストンを所定方向に移動させる装置が知られている。

特許文献１には、装填火薬の遅延装置の発明が記載されている。
図１は、電気式点火器、２つのピストン、油圧油がハウジング内に収容された装置であり、図２は、電気式点火器、バネ、１つのピストンがハウジング内に収容された装置である。
図１の装置は、次のように動作することが記載されている。
電気式点火器１が作動すると装薬２が発火してガスを発生すると、その圧力を受けて、第１のピストン５が第１のシリンダ４内を軸方向に移動する。第１ピストン５の移動により油圧油１０が押され、流路６に圧入される。
流路６は第２のシリンダ８に繋がっているため、流路６に圧入された油圧油により第２のピストン９が第２のシリンダ８内を軸方向に移動する。
第２のピストン９は第１のピストン５より大きな断面積を有しているため、第２のピストン９の移動速度は第１のピストン５よりも遅くなる。
特許文献１の装填火薬の遅延装置は、上記のような遅延動作を利用して、自動車の座席に設けられた頸部サポートの傾きを変えるものである。

ＥＰ０９６５４８３Ａ２明細書

本発明は、電気式点火器とピストンを組み合わせた装置であり、ガスボトルからのガス出口の閉塞部分を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器を提供することを課題とする。
本発明は、前記穿孔器を使用したガス排出装置を提供することを他の課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
ガスボトルからのガス出口の閉塞部材を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器であって、
筒状ハウジング内に点火手段、第１ピストンおよび第２ピストンが収容されており、
前記筒状ハウジングが、
第１端部側の第１開口部、第１端部とは反対側の第２端部側の第２開口部、および周壁部に形成された第３開口部の３つの開口部を有しており、
第１開口部側に点火手段が固定され、第２開口部側がガスボトルと接続できるようになっており、第３開口部がガス排出部になるものであり、
第１ピストンおよび第２ピストンが、前記筒状ハウジングの前記点火手段側から第２開口部側に第１ピストンと第２ピストンの順に配置されているものであり、
点火手段の作動による圧力を受けたとき、第１ピストンが前記筒状ハウジング内を軸方向に移動し、第１ピストンの移動を受けて第２ピストンが前記筒状ハウジング内を第２開口部側に移動できるようになっている、穿孔器を提供する。

本発明の穿孔器は、ガスボトルからのガス出口の閉塞部材を破壊して、充填された高圧ガスを流出させるためのものである。
ガスボトルは用途に応じて適宜選択できるものであり、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、窒素などのガスが高圧で充填されているものである。

筒状ハウジングは、鉄、ステンレスなどの金属からなるものである。
点火手段は、公知のエアバッグ用ガス発生器などで使用されている電気式点火器、または電気式点火器と伝火薬もしくはガス発生剤の組み合わせからなるものである。

第１ピストンと第２ピストンは、それぞれ同一外径のものもよいし、部分的に外径が異なるものでもよい。
第１ピストンと第２ピストンは、軽量化の観点から中空のものでもよい。
第１ピストンと第２ピストンは、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属からなるものが使用できるが、セラミックスでもよく、耐熱や強度が満足できれば樹脂であってもよい。また互いに同一材質のものでもよいし、異なる材質のものでもよいが、第２ピストンは、ガスボトル出口の閉塞部分を破壊できる程度の硬さを有しているものである。
第１ピストンと第２ピストンは、作動前においては互いに軸方向に接触していてもよいし、第１ピストンが第２ピストンに衝突して、第２ピストンが軸方向に移動できるのであれば離れていてもよい。

ガス排出部は、ガスボトルからのガス出口の閉塞部分が破壊されてガスが流出したとき、ガス排出部から外部にガスを排出するためのものであるから、点火手段の取り付け部やガスボトルの接続部などを除いた残部に形成されている。
ガス排出部は、筒状ハウジングに形成された開口部でもよいし、筒状ハウジングの周壁を貫通して取り付けられた筒部材からなるものでもよい。

本発明の穿孔器をガスボトル出口と接続した場合には、点火手段の作動によって第１ピストンが移動し、第１ピストンによって衝突され押された第２ピストンが第１ピストンと同軸上を第２開口部側に移動する。
その後、第２ピストンが閉塞部材に衝突して破壊することで、ガス出口からガスが流出する。
流出したガスは筒状ハウジング内に流入した後、第３開口部（ガス排出部）から排出される。

上記発明の穿孔器は、
前記筒状ハウジングが、第１ピストンが移動できる第１ピストン移動空間と、第２ピストンが移動できる第２ピストン移動空間を有し、前記第１ピストン移動空間長さが、前記第２ピストン移動空間長さよりも短くなっており、
第１ピストンが最大外径（Ｄ１）部分を有し、第２ピストンが前記最大外径（Ｄ１）部分よりも外径の小さな最大外径（Ｄ２）部分を有しているものであり、
第１ピストン移動空間が、第１ピストンの最大外径（Ｄ１）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第１凸部を有し、
第２ピストン移動空間が、第２ピストンの最大外径（Ｄ２）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第２凸部を有しているものにすることができる。

筒状ハウジング内の点火手段が取り付けられた部分を除いた残部空間が、２つのピストンの移動空間となる。
第１ピストン移動空間長さは、前記第２ピストン移動空間長さよりも短くなっている。
点火器が作動したとき、第１ピストンはその移動が途中で止まるものの、第２ピストンは第１ピストンから離れ、そのまま移動し続け閉塞部材を破壊する。
移動距離とは、作動前に各々のピストンの初期位置から、点火器作動後に各々のピストンが軸方向に最大に移動した位置間の距離をいう。

第１ピストンと第２ピストンは、第１ピストンの最大外径（Ｄ１）部分と第２ピストンの最大外径（Ｄ２）部分は、Ｄ１＞Ｄ２の関係を有している。
第１ピストンが第１ピストン移動空間を移動するとき、第１凸部に最大外径（Ｄ１）部分が当たることで移動が停止される。
第１凸部は、第１ピストンの移動を停止できるものであればよく、例えば、第１ピストン移動空間と第２ピストン移動空間の内径を変えることで形成された環状段差面、第１移動空間を形成している筒状ハウジングの内壁面から突き出された突起などを使用することができる。
第１凸部の内径（第１凸部が円周方向に形成された複数の突起の場合、第１凸部の内側先端部を結んで得られる仮想円の直径）を第１ピストンの最大外径（Ｄ１）よりも小さくすることで、第１ピストンの軸方向への移動を停止させることができる。

第２ピストンが第２ピストン移動空間を移動するとき、第２凸部に最大外径（Ｄ２）部分が当たることで移動が停止される。
第２凸部は、第２ピストンの移動を停止できるものであればよく、例えば、第２移動空間を形成している筒状ハウジングの内壁面から突き出された突起でよい。
前記突起は、第２ピストンの移動を確実に停止させるため、周方向に均等間隔で形成された複数の突起（例えば、３〜６個）、または環状の突起が好ましい。
第２凸部となる複数の対向する突起間の間隔（第２凸部の内側先端部を結んで得られる仮想円の直径）、または環状の突起の内径を第２ピストンの最大外径（Ｄ２）よりも小さくすることで、第２ピストンの軸方向への移動を停止させることができる。
第１ピストンは第２ピストン移動空間内を移動することはないが、作動前には第２ピストンの一部（最大外径部分を含む）が第１ピストン移動空間に位置するようにしてもよい。

点火器の作動後、第２ピストンが閉塞部材を破壊した時点で、第１ピストンと第２ピストンは離れており、加圧ガスの排出による圧力を受けて第２ピストンが第１ピストン側へ後退する。よって、加圧ガスが排出されるときに第２ピストンが邪魔にならず、瞬時に多量のガスを排出することができる。

上記発明の穿孔器は、
前記筒状ハウジングが、第１ピストンが移動できる第１ピストン移動空間と、第２ピストンが移動できる第２ピストン移動空間を有し、前記第１ピストン移動空間長さが、前記第２ピストン移動空間長さよりも短くなっており、
第２ピストンが、最大外径（Ｄ２）部分となる第２ピストンヘッドと、第２ピストンヘッドよりも外径の小さい第２ピストンロッドを有しているものであり、
第１ピストンが、第２ピストンヘッドの最大外径（Ｄ２）よりも大きな最大外径（Ｄ１）部分を有しているものであり、
第１ピストン移動空間が、第１ピストンの最大外径（Ｄ１）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第１凸部を有し、
第２ピストン移動空間が、第２ピストンの最大外径（Ｄ２）部分となる第２ピストンヘッドを衝突させて軸方向への移動を停止させるための第２凸部を有しており、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドの少なくとも一部が第１ピストン移動空間内にあるように配置され、第２ピストンロッドが第２凸部で支持されているものにすることができる。

第２ピストンは、第２ピストンヘッドと、第２ピストンヘッドから延ばされた第２ピストンロッドを有しているものであり、第２ピストンヘッドが最大外径（Ｄ２）部分となり、第２ピストンロッドの外径はＤ２よりも小さくなっている。
第１ピストンは最大外径（Ｄ１）部分を有しており、Ｄ１＞Ｄ２である。

第１ピストンが第１ピストン移動空間を移動するとき、第１凸部に最大外径（Ｄ１）部分が当たることで移動が停止される。
第１凸部間隔を第１ピストンの最大外径（Ｄ１）よりも小さくすることで、第１ピストンの軸方向への移動を停止させることができる。

第２ピストンが第２ピストン移動空間を移動するとき、第２凸部に最大外径（Ｄ２）部分が当たることで移動が停止される。
第２凸部の間隔を第２ピストンの最大外径（Ｄ２）よりも小さくすることで、第２ピストンの軸方向への移動を停止させることができる。
作動時において、第２ピストンは第１ピストンの移動を受けて（第１ピストンによって衝突され）軸方向に移動するものであるから、第２ピストンヘッドの最大外径部分（Ｄ２）は、第１凸部の間隔よりも小さくなっている。

作動前には、第２ピストンロッドは第２凸部で支持されている。
ここで、第２ピストンロッドが第２凸部で支持されているということは、第２ピストンロッドの外周面の一部または全部が第２凸部に対してスライド可能に接触している状態を意味するものである。
このような状態に保持することで、作動前において第２ピストンを支持することができ、作動前後において第２ピストンロッドの中心軸が半径方向にずれることもなくなる。

上記発明の穿孔器は、
前記第第２ピストンヘッドが、作動時に破断可能なストッパ部材で筒状ハウジングの内壁面に対して保持され、第２ピストンヘッドの少なくとも一部が第１ピストン移動空間にあるように配置されているものにすることができる。

このようなストッパ部材により第２ピストンヘッドを保持することで、作動前において第２ピストンが第２開口部側に移動することを完全に防止することができる。
ストッパ部材は、第２ピストンヘッドから突き出された複数の樹脂製突起の組み合わせ、または第１ピストン移動空間を形成する筒状ハウジングの内壁面から突き出された複数の樹脂製突起の組み合わせなどを使用することができる。
ストッパ部材は、作動前には第２ピストンの移動を阻止し、作動時には容易に折れ曲がったり、破断したりして、第２ピストンを移動させるものである。

本発明は、課題の他の解決手段として、
ガスボトルからのガス出口の閉塞部材を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器であって、
ハウジング内に点火手段、第１ピストンおよび第２ピストンが収容されており、
前記ハウジングが、
第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングの組み合わせからなるものであり、
一端が開口され、他端が閉塞された第１筒状ハウジングの周壁面を貫通して、両端が開口された第２筒状ハウジングが接続されたものであり、
第１筒状ハウジングに形成された第１開口部と、第２筒状ハウジングの第１筒状ハウジングとの接続部と軸方向の反対側に形成された第２開口部、第２筒状ハウジングの周壁面に形成された第３開口部の３つの開口部を有しているものであり、
第１開口部側に点火手段が固定され、第２開口部側がガスボトルと接続できるようになっており、第３開口部がガス排出部になるものであり、
第１ピストンが、第１ピストンヘッドと第１ピストンヘッドから延ばされた第１ピストンロッドからなり、第１ピストンロッドの先端面が第１傾斜面を有しているものであり、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドと第２ピストンヘッドから延ばされた第２ピストンロッドからなり、第２ピストンヘッドの底面が第１傾斜面と当接できる形状の第２傾斜面を有しているものであり、
前記ハウジング内において、
第１ピストンが、第１ピストンヘッドが前記点火手段側になるように第１筒状ハウジング内に配置され、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドが第１筒状ハウジング内に位置し、第２ピストンロッドが第２筒状ハウジング内に位置するように配置され、
さらに第１ピストンの第１傾斜面と第２ピストンの第２傾斜面が間隔をおいて軸方向に対向するように配置されているものであり、
点火手段の作動による圧力を受けたとき、第１ピストンが第１筒状ハウジング内を軸方向に移動して、第１ピストンの第１傾斜面が第２ピストンの第２傾斜面に衝突することで、第２ピストンが第２筒状ハウジング内を軸方向に移動できるようになっている、穿孔器を提供する。

ハウジングは、第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングが平面形状で「Ｔ字型」に組み合わされたものであり、第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングは、互いの中心軸が直交するように組み合わされているのが好ましい。ただし、２つのハウジングの軸同士が約４５°から約１３５°の間で傾斜していてもよい。
第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングは同一材質からなり、鉄、ステンレスなどの金属からなるものである。第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングは、一体に形成されたものでも、別部材を溶接などで組み合わせたものでもよい。

第１ピストンは第１筒状ハウジング内に配置されており、第２ピストンは、少なくとも第２ピストンロッドが第２筒状ハウジング内に配置されているものであることから、第１ピストン（第１ピストンロッド）の中心軸と第２ピストン（第２ピストンロッド）の中心軸がなす角度は、各々のハウジング軸の交差角と同じである。
第１ピストンは、第１筒状ハウジング内を移動するものであるため、第１筒状ハウジング内が第１ピストン移動空間となる。
第２ピストンは、第２筒状ハウジング内を移動するものであるため、第２筒状ハウジング内が第２ピストン移動空間となる。

第１ピストンロッドの先端面は第１傾斜面であり、第２ピストンヘッドの底面は第２傾斜面であり、互いに当接できる形状になっている。
第１ピストン（第１筒状ハウジング）の中心軸と第２ピストン（第２筒状ハウジング）の中心軸が直交しているとき、第１傾斜面と第２傾斜面は、いずれも軸方向に対して４５度（１／２×９０度）程度の角度からなる斜面であることが好ましい。
なお、第１ピストン（第１筒状ハウジング）の中心軸と第２ピストン（第２筒状ハウジング）の中心軸がなす角度が角度αであるとき、第１傾斜面と第２傾斜面は、いずれも軸方向に対して１／２×α度程度の角度からなる斜面であることが好ましい。
第１ピストンの第１傾斜面と第２ピストンの第２傾斜面は、間隔をおいて、あるいは当接した状態で対向するように配置されている。
このため、作動時に第１ピストン（第１ピストンロッド）が移動したとき、第１傾斜面が第２ピストン（第２ピストンヘッドの底面）である第２傾斜面に当たると、第２ピストンは、第１ピストンの移動方向とは異なる方向（第２筒状ハウジングの軸方向）に移動する。

本発明の穿孔器をガスボトルと接続した場合には、点火手段の作動によって第１ピストンが第１筒状ハウジング内を移動し、第１ピストンに押された第２ピストンが第２筒状ハウジング内を移動する。
その後、第２ピストンがガスボトルのガス出口の閉塞部材に衝突して破壊することで、ガスボトル出口からガスが流出する。
流出したガスは第２筒状ハウジング内に流入した後、第３開口部であるガス排出部から排出される。

上記した各発明の穿孔器は、使用するガスボトルによって、第２開口部が開放状態であるもの、または第２開口部が閉塞状態であるものを使用することができる。
ガスが高圧充填されたガスボトル（ガスボトルのガス出口が閉塞部材で閉塞されているもの）を使用するときには、第２開口部が開放状態のものを使用する。
ガスが充填されていないが、ガス出口が閉塞されているガスボトルを使用するときには、第２開口部が開放状態のものを使用する。
ガスが充填されておらず、ガス出口も閉塞されていないガスボトルを使用するときは、ガスボトルのガス出口を閉塞する代わりに、第２開口部を閉塞部材で閉塞する。
ガスが充填されていないガスボトルは、穿孔器に取り付けた後、ガスを充填する。

本発明は、他の課題の解決手段として、
上記穿孔器とガスボトルが組み合わされたガス排出装置であって、
前記穿孔器のハウジングの第２開口部側に前記ガスボトルが接続されている、ガス排出装置を提供する。

ガスボトルは、予め内部にガスが高圧充填されたものでもよいし、穿孔器とガスボトルを接続した後でガスボトル内にガスを充填するものでもよい。
ガスボトル内にガスを充填する方法としては、例えば、ガスボトルに形成されたガス注入孔に閉塞ピンを浅く差し込んだ状態で、ガス注入孔と閉塞ピンの隙間からガス注入器（例えば、注射針状のガス注入手段を備えているもの）を差し込んでガスを注入し、注入後はガス注入器を抜き、閉塞ピンを深く差し込んだ後、閉塞ピンとガスボトルを溶接一体化する方法を適用できる。

筒状ハウジング（または第２筒状ハウジング）の第２開口部とガスボトルのガス出口を接続するときの接続方法は特に制限されるものではない。
例えば、第２開口部の内周壁に形成されたネジ部とガス出口の外周壁に形成されたネジ部をネジ合わせる方法、第２開口部の内側にガス出口を嵌め込んだ後、溶接する方法などを適用することができる。

ガス排出装置は、エアバッグのような膨張可能なものの内部にガスを注入して膨張させる用途、膨張しないものの内部にガスを注入する用途、ガスの圧力を駆動源とする用途、ガスを吹き付ける用途などに使用することができる。

本発明の穿孔器をガスボトルと組み合わせることによって、瞬時に大量のガスを排出させることができる。

本発明の穿孔器の使用形態を説明するための図である。穿孔器は軸方向の断面図であり、ガスボトルは平面図（ガス出口部分は一部断面図）である。図１の穿孔器の組み立て前の軸方向断面図。図１の穿孔器の拡大図。図３の穿孔器における第２ピストンと第２凸部との位置関係を説明するための半径方向断面図。図４の穿孔器の動作を説明するための軸方向断面図。他の実施形態の穿孔器の軸方向断面図。他の実施形態の穿孔器の軸方向断面図。他の実施形態の穿孔器であり、ハウジングは断面図、内部の部品は平面図（ハウジングの一面側を取り除いた状態）で示している。（ａ）は本発明ガス排出装置の作動前の軸方向断面図であり、ガスボトルはガス出口側の一部のみが断面図であり、他は平面図で示している。（ｂ）は、（ａ）の動作を説明するための図である。

（１）図１〜図５の穿孔器
図１に示すように、穿孔器１は、ガスが高圧充填された、鉄製のガスボトル７０と組み合わせて使用するためのものである。
ガスボトル７０のガス出口７１は、鉄製の閉塞部材（円板状の鉄材）７３で閉塞されている。

図２に示すように、筒状ハウジング１０は、第１端部１０ａ側の第１開口部１５、第１端部１０ａとは反対側の第２端部１０ｂ側の第２開口部１６、および周壁１１（内周壁面１１ａから外周壁面１１ｂまで）を貫通して形成された第３開口部１７の３つの開口部を有している。

筒状ハウジング１０の第１開口部１５側には、点火手段として電気式点火器２０が固定されている。
電気式点火器２０は、筒状ハウジング１０の第１端部１０ａ側の内周壁面１１ａと、筒状ハウジング１０の第１端部１０ａ側の外周壁面１１ｂに固定された点火器ホルダー２５により保持されている。
電気式点火器２０は、着火部２２が筒状ハウジング１０の内部に位置し、導電ピン２３が筒状ハウジング１０の外部に位置している。

点火器ホルダー２５は、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属からなる弾力性のあるものである。
点火器ホルダー２５は、略筒状の本体部２６、一端開口部側に形成された内向きの環状突起部２７、長さ方向の中間付近において内側に突き出された環状の点火器保持部２８を有している。
略筒状の本体部２６は、薄肉部２６ａと厚肉部２６ｂからなるものである。。
内向きの環状突起部２７は、薄肉部２６ａに形成されているものであり、弾力性が大きな部分である。
環状の点火器保持部２８は、厚肉部２６ｂに形成されている。

図３に示すように、点火器ホルダー２５は、筒状ハウジング１０の第１開口部１５（第１端部１０ａ）側から圧入されている。環状溝１３内に内向きの環状突起部２７が入り込み（引っ掛かり）、さらに内向きの環状突起部２７を含む薄肉部２６ａが筒状ハウジング１０の外周壁面１１ｂに対して半径方向内側に押すような力を加えるように、薄肉部２６ａの内径と筒状ハウジング１０の第１開口部１５（第１端部１０ａ）側の外径が調整されている。
このように調整されていることで、点火器ホルダー２５が軸方向に脱落することはなく、電気式点火器２０も脱落することなく保持されている。なお、点火器ホルダー２５の筒状ハウジング１０に対する固定は、ネジや溶接などの公知の方法で行ってもよい。

筒状ハウジング１０の第２開口部１６側は、ガスボトル７０のガス出口７１に接続できるようになっている。
筒状ハウジング１０の第２開口部１６側とガスボトルのガス出口７１の接続方法は特に制限されるものではない。
図１〜３では、第２開口部１６側の内周壁面１１ａに形成されたネジ部１２に対して、ガスボトルのガス出口７１側に形成されたネジ部７２をねじ込んで接続するようになっている。

筒状ハウジング１０の第３開口部１７は、ガス排出部として機能するものである。
第３開口部１７には、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属からなる弾力性のある筒状のガス排出部材３０が取り付けられている。
筒状のガス排出部材３０は、大径周壁部３１、小径周壁部３２、小径周壁部３２側の開口部３５に形成された短いフランジ部３３を有しており、大径周壁部３１側の開口部３６の近傍には、環状溝３４が形成されている。
小径周壁部３２の外径は、筒状ハウジング１０の第３開口部１７の内径よりも僅かに大きくなるように調整されている。
筒状のガス排出部材３０は、必要に応じてプラスチックやゴムなどからなる可撓性チューブを接続することができる。このとき、可撓性チューブを筒状のガス排出部材３０に外側から嵌め込んだ後、環状溝３４において締め付け材（ゴム、紐、金属ワイヤなど）により締め付けて固定することができる。

筒状のガス排出部材３０は、第３開口部１７の壁面に形成された環状溝１４に対して、短いフランジ部３３が圧入されることで取り付けられている。
筒状のガス排出部材３０は、環状溝１４内に短いフランジ部３３が入り込んでおり（引っ掛かっており）、さらに短いフランジ部３３を含む小径周壁部３２が第３開口部１７の壁面に対して半径方向外側に押すような力を加えていることから、軸方向に脱落することはない。

図２、図３に示すように、筒状ハウジング１０の内部には、電気式点火器２０に近い位置から、第１ピストン４０と第２ピストン５０の順に収容されている。
第１ピストン４０と第２ピストン５０は、鉄、ステンレスなどの金属からなるものである。

第１ピストン４０は、両端側の２つの大径部４１ａ、４１ｂと、２つの大径部４１の間にある小径部４２からなるものである。
大径部４１ａと大径部４１ｂは、同じ大きさのものであり、それらが第１ピストン４０の最大外径（Ｄ１）部分となっている。

第１ピストン４０は、筒状ハウジング１０内の第１ピストン移動空間４５内に配置されている。
第１ピストン移動空間４５は、点火器２０の着火部２２の頂面から、第１凸部４６までの長さ部分（Ｍ１）（図３参照）である。
第１ピストン４０は、大径部４１ａ、４１ｂが筒状ハウジングの内周壁面１１ａに当接されることで支持されており、小径部４２は前記内周壁面１１ａには当接されていない。このように大径部４１ａ、４１ｂのみが前記内周壁面１１ａに当接されるようにすることで（即ち、第１ピストン４０と前記内周壁面１１ａとの接触面積を小さくすることで）、第１ピストン４０の軸方向への移動が容易になる。
第１ピストン４０は、第１大径部４１ａが点火器２０の着火部２２に当接された状態になっているが、当接されていない状態でもよい。

第２ピストン５０は、第２ピストンヘッド５１と、第２ピストンヘッド５１から延ばされた第２ピストンロッド５２を有している。
第２ピストンヘッド５１が第２ピストン５０の最大外径（Ｄ２）部分となっている。ここで、Ｄ１＞Ｄ２である。
第２ピストンヘッド５１は、図１〜図４では厚さ方向の両側が傾斜形状となり、中間部分が最大外径となっているが、均一径の円板形状のものでもよい。
第２ピストンロッド５２は、先端部５３が矢尻形状のものである。
第２ピストン５０は、第２ピストンヘッド５１が第１ピストン４０の大径部４１ｂに当接された状態になっているが、当接されていない状態でもよい。

第２ピストン５０は、第２ピストンヘッド５１は第１ピストン移動空間４５に配置されているが、第２ピストンロッド５２は第２ピストン移動空間５５内に配置されている。
第２ピストン移動空間５５は、第１凸部４６から第２凸部５６までの長さ部分（Ｍ２）（図５参照）であり、Ｍ２＞Ｍ１となっている。
第２ピストン移動空間５５の内径は、第２ピストンヘッド５１の最大外径（Ｄ２）よりも大きくなっている。

第１凸部４６は、第１ピストン移動空間４５と第２ピストン移動空間５５の間の内径が小さくなった環状の段差面からなるものである。
第１凸部（環状の段差面）４６の内径は、第１ピストンの小径部４２の外径と同程度であるため、第１ピストン４０が軸方向に移動したとき、第１ピストンの大径部４１ａは第１凸部（環状の段差面）４６に衝突することになる。

第２凸部５６は、図４に示すとおり、第２ピストン移動空間５５を形成している筒状ハウジング１０の内周壁面１１ａから突き出された４つの突起である。４つの第２凸部５６は、周方向に等間隔に形成されている。第２凸部５６の数は、３〜６程度にすることができる。
半径方向に対向する第２凸部５６の間隔（図４のｄ１）は、第２ピストンロッド５２の外径と同程度で、作動前の第２ピストンロッド５２の支持と、作動時には第２ピストンロッド５２が摺動可能なように調整されてある。
このため、第２ピストンロッド５２は４つの第２凸部５６により支持されており、第２ピストン５０が軸方向に移動したとき、第２ピストンヘッド５１は第２凸部５６に衝突する。
なお、作動前後において、第２ピストンロッド５２は第２凸部５６で支持されている。

次に、図３〜図５により穿孔器１の動作を説明する。
なお、穿孔器１は、実用時にはガスボトル７０と接続し、さらにはエアバッグのようなガス導入容器と接続して使用するものであるが、以下においては穿孔器１のみの動作として説明する。
作動前は図３に示す状態である。
第１ピストン４０は、大径部４１ａが点火器の着火部２２に当接され、大径部４１ａ、４１ｂが筒状ハウジングの内周壁面１１ａに当接された状態である。
第２ピストン５０は、第２ピストンヘッド５１が第１ピストン４０の大径部４１ｂに当接され、第２ピストンロッド５２は第２凸部５６で支持された状態である。
なお、穿孔器１の実施形態は様々であることが考えられる。例えば、第１ピストン４０と第２ピストン５０が横方向になるように使用されている実施形態、第１ピストン４０と第２ピストン５０が点火器２０を下にした斜め方向になるように使用されている実施形態、第１ピストン４０と第２ピストン５０が点火器２０を下にした縦方向になるように使用されている実施形態が考えられる。このため、作動前には穿孔器１内において第１ピストン４０と第２ピストン５０は、互いに当接されていたり、離れていたりすることが考えられる。

作動後は、図５に示す状態である。
点火器２０が作動すると着火部２２から燃焼生成物が生じるため、その圧力を受けて第１ピストン４０が第１ピストン移動空間４５内を軸方向に移動して、第１凸部（環状の段差面）４６に衝突して、それ以上の移動が停止される。
第１ピストン４０の軸方向への移動を受けて（第１ピストン４０が第２ピストン５０に衝突して）、第２ピストン５０も第２移動空間５５内を第１ピストン４０と同軸方向に移動し、第２凸部５６に衝突して停止する。このとき、第２ピストンロッド５２は第２凸部５６で支持された状態で移動するため、第２凸部５６のガイド機能により第２ピストンロッド５２の中心軸がぶれることがない。
ガスボトル７０が穿孔器１に取り付けられている場合、第２ピストンロッドの矢尻状先端部５３は、ガス流入空間５８を通過して、ガスボトル７０の閉塞部材７３（図１参照）を通過した後、第２ピストンヘッド５１が第２凸部５６に衝突して（図５参照）、それ以上の移動が停止される。

ガス出口７１を塞いだ閉塞部材７３が破壊されて、ガスボトル７０内のガスがガス流入空間５８に流入する。
このとき、ガス流入空間５８に流入するガス圧により第２ピストン５０は、第２ピストン移動空間５５内に逆戻りして、ガス排出流入空間５８からガス排出部材３０へのガス排出経路が大きく開放される。
ガス流入空間５８内に流入したガスは、小径周壁部３２側の開口部３５からガス流出部材３０内を通って大径周壁部３１側の開口部３６から排出される。

点火器が作動した後は、着火部２２からの燃焼生成物（ガス）が第１ピストン移動空間４５に含まれており、第ピストン４０は大径部４１ｂが第１凸部４６に当接した状態で固定される。
しかし、閉塞部材７３が開裂した時点では、第１ピストン４０と第２ピストン５０が離れ、それらの間に介在するものがなく、第２ピストン５０の動きは第１ピストン４０によって影響を受けにくい。
そのため、作動後は、ガス流入空間５８と第２ピストン移動空間５５との間を第２ピストン５０が自由に摺動可能である。
なお、第１ピストン４０と第２ピストン５０が作動前に離れている場合、第１ピストン４０が第１凸部４６に当接するまでに、第２ピストンヘッド５１に衝突する必要があるため、第２ピストンヘッド５１の少なくとも一部は、第１ピストンヘッド移動空間４５内に存在する必要がある。
またガス出口７１が閉塞部材で７３で閉塞されないガスボトル７０の場合は、第２開口部１６とガス流入空間５８との間を閉塞部材で閉塞することができる。

（２）図６に示す穿孔器
図６に示す穿孔器100は、第２ピストン150の第２ピストンロッド152の形状が異なるほかは、図１〜図５の穿孔器１と同じである。
第２ピストン150は、第２ピストンヘッド151と第２ピストンロッド152からなるものである。
第２ピストンロッド152は、第２ピストンヘッド151から延ばされたロッド本体部152aと、ロッド本体部152aから延ばされたロッド先端部152bからなるものである。
ロッド先端部152bの先端面153は矢尻形状になっている。
ロッド先端部152bの外径は、ロッド本端部152aの外径よりも大きくなっている。
ロッド先端部152bと第２凸部５６の関係は、図４に示す第２ピストンロッド５２と第２凸部５６の関係と同じである。
第２ピストンロッド152は、図３の第２ピストンロッド５２と比べると、ロッド本体部152aの外径が小さい分だけ軽量化されているが、ロッド先端部152bの外径は第２ピストンロッド５２の外径と同じであることから、閉塞部材に対する破壊圧力は維持される。

（３）図７に示す穿孔器
図７に示す穿孔器１は、第２ピストン５０の第２ピストンヘッド５１に対して、樹脂製のストッパ部材６０が取り付けられているほかは、図１〜図５の穿孔器１と同じである。
ストッパ部材６０は、環状本体部６１と、環状本体部６１の外表面から突き出された突出部６２が、樹脂で一体に成形されたものである。
環状本体部６１は帯状のものであり、突出部６２は板状または棒状のものであり、周方向に等間隔に４枚が形成されている。
ストッパ部材６０は、環状本体部６１が第２ピストンヘッド５１の外周面に嵌め込まれた状態で固定されている。固定方法は制限されず、接着剤などを使用したり、圧入したり、締め付けたり、第２ピストンヘッドに一体成形する方法を適用することができる。

第２ピストンヘッド５０にストッパ部材６０が取り付けられていると、ストッパ部材６０の４つの突出部６２が筒状ハウジング１０（第１ピストン移動空間４５）の内周壁面１１ａに当接された状態になっている。
このため、作動前には、第２ピストン５０が軸方向に移動することが完全に防止される。
そして、作動時において第２ピストン５０が軸方向に移動するとき、ストッパ部材６０の突出部６２は第１凸部（環状の段差面）４６に衝突することで容易に折れ曲がったり、破断したりするため、第２ピストン５０の軸方向への移動が阻害されることはない。

なお、実用時における穿孔器１の取り付け状態は様々であり、ストッパ部材６０が不要になる場合も多いと考えられる。
例えば、穿孔器１を点火器２０が必ず下方向になるように設置するようなときには、金属製の第２ピストン５０が重力に抗して軸方向に移動することは難しいため、ストッパ部材６０は不要となる。あるいは第２ピストン５０が第２凸部５６と第１ピストン４０とで挟まれた状態で、振動などで第２ピストン５０が移動しない状態であれば、ストッパ部材６０は不要である。

（４）図８の穿孔器
穿孔器200は、図１の穿孔器１と同様に、ガスが高圧充填されたガスボトル７０と組み合わせて使用するためのものである。

ハウジング201は、第１筒状ハウジング210の中心軸と第２筒状ハウジング220の中心軸が直交するようにして、平面形状が略Ｔ字になるように一体に組み合わされたものである。
なお、穿孔器の取り付け場所に応じて、第１筒状ハウジング210の中心軸と第２筒状ハウジング220の中心軸がなす角度は、４５〜１３５度の範囲で選択することができる。
第１筒状ハウジング210は、第１端部211側が開口した第１開口部215となっており、第２端部212側は閉塞面216となっている。閉塞面216は、第1筒状ハウジング210とは別の部材によって閉塞されていても良い。
第２筒状ハウジング220の第１筒状ハウジング210との接続部と反対側には第２開口部217が形成され、第２筒状ハウジング220の周面には第３開口部218が形成されている。
第２筒状ハウジング220内は、第２筒状ハウジング内周壁面220aから延ばされた、中心部に貫通孔231を有している隔壁230によって、第１筒状ハウジング210と一体の空間を形成している第１室225と、第２開口部217および第３開口部218と連通している第２室226に分離されている。

第１筒状ハウジング210の第１開口部215には電気式点火器260が固定されている。
第２筒状ハウジング220の第２開口部217は、図１に示すガスボトル７０と接続できるようになっている。
第２筒状ハウジング220の第３開口部218はガス排出部になるものであり、図２に示すガス排出部材３０を接続することもできる。

第１ピストン240は、第１筒状ハウジング210内に配置されている。
第１ピストン240は、第１ピストンヘッド241と第１ピストンヘッド241から延ばされた第１ピストンロッド242からなるものである。
第１ピストンロッド242の先端面は第１傾斜面243を有している。第１傾斜面243は、第１ピストンロッド242の中心軸とのなす角度が４５度になる傾斜面である。
第１ピストンヘッド241の外周面は、第１筒状ハウジング210の内周壁面210aに当接されている。

第２ピストン250は、第２ピストンヘッド251と、第２ピストンヘッド251から延ばされた第２ピストンロッド252からなるものである。
第２ピストンロッド252の外径は、第２ピストンヘッド251の外径よりも小さいため、第２ピストンヘッド251と第２ピストンロッド252の間には環状段差面255が形成されている。
第２ピストンヘッド251は底面が第２傾斜面253を有しており、第２ピストンロッド252は先端面が矢尻面254になっている。
第２傾斜面253は、第２ピストンロッド252の中心軸とのなす角度が４５度になる傾斜面であり、第１ピストン240の第１傾斜面243と当接できる形状になっている。

第２ピストン250は、第２ピストンヘッド251が第１筒状ハウジング210内に位置し、第２ピストンロッド252は隔壁230の貫通孔231に通された状態で、第２ピストンロッド252の一部は第１室225内に位置し、第２ピストンロッド252の矢尻面254側は第２室226に位置するようにして配置されている。
このように第２ピストンロッド252が隔壁230の貫通孔231に通されることで支持されているため、第２ピストンロッド252の中心軸が作動前後において半径方向にずれることがない。
第２ピストンロッド252の第１室225内に位置している部分は、コイルバネ265に通されている。
コイルバネ265は、第１室225側の隔壁面220bと第２ピストンヘッド251の環状段差面255の間の全部または一部に配置されている。

第１ピストン240と第２ピストン250は、第１ピストン240の第１傾斜面243と第２ピストン250の第２傾斜面253が間隔をおいて軸方向に対向するように、かつ第１ピストン240と第２ピストン250の中心軸同士が直交するようにして配置されている。なお第１傾斜面243と第２傾斜面253が作動前に当接していてもよい。また図８では第1ピストン240の第1ピストンヘッド241が点火器260の着火部261から離れた状態を示しているが、当接していてもよい。

次に、図８により穿孔器200の動作を説明する。
なお、穿孔器200は、実用時にはガスボトル７０と接続し、さらにはエアバッグのようなガス導入容器と接続して使用するものであるが、以下においては穿孔器200のみの動作として説明する。

点火器260が作動すると着火部261から燃焼生成物が生じるため、その圧力を受けて第１ピストン240が第１筒状ハウジング210内を軸方向に移動して、第１ピストンロッド242の先端にある第１傾斜面243が、第２ピストンヘッド251の第２傾斜面253に衝突する。
第１傾斜面243と第２傾斜面253の衝突を受けて（第１傾斜面243が第２傾斜面253に衝突して）、第２ピストン250は第１ピストン240の移動方向と直交する方向に向かって、コイルバネ265を押し縮めながら移動する。
第２ピストンロッドの矢尻面254は、ガス流入空間となる第２室226内を移動して、ガスボトル７０を取り付けたときには閉塞部材７３がある位置を通過する（閉塞部材７３を破る）。
その後、第２ピストン250は、押し縮められたコイルバネ265の作用、およびガスボトル７０からのガスによって、図８の状態に戻る。
なお、第１ピストン240は、軸方向に移動して閉塞面216まで到達する。その場合第２ピストン250が図８の位置に戻るので、第1ピストン240が点火器260側に戻ることがない。またこのとき、閉塞面216に衝突した勢いで第１ピストン240が点火器260側に戻って、第２ピストン250がコイルバネ265の作用により図８の状態に戻ることを妨げることがないよう、閉塞面216に第1ピストンの緩衝材としてクッション材を配置することもできる。

穿孔器200をガスボトル７０に接続しているときは、ガス出口７１を塞いだ閉塞部材７３（図１参照）が破壊されて、ガスボトル７０内のガスが流入する。
このとき、第２ピストン250は図８の状態に戻っており、ガス流入空間となる第２室226から第３開口部218へのガス排出経路が大きく開放されているため、ガスの排出は良好になる。

（５）図９のガス排出装置
図９（ａ）、（ｂ）により穿孔器１（図３）とガスボトル７０を組み合わせたガス排出装置を説明する。
図３の穿孔器１の第２開口部１６のネジ部１２に対して、ガスボトル７０のネジ部７２をねじ込むことで、穿孔器１とガスボトル７０を組み合わせたガス排出装置を組み立てる。
作動前は、図９（ａ）に示す状態であり、ガスボトル７０のガス出口７１を閉塞する閉塞部材７３により第２開口部１６は閉塞されている。
ガス排出部材３０には、外側からプラスチック製のチューブ８０が嵌め込まれている。このとき、必要に応じて環状溝３４の位置において締め付け材で締め付けることもできる。
チューブ８０の反対側の開口部は、ガスを排出させるエアバッグなどと接続する。

穿孔器１の点火器２０が作動して、第１ピストン４０が軸方向に移動し、それにより第２ピストン５０が同軸方向に移動して、ガス出口７１を閉塞する閉塞部材７３を破壊する（図９（ｂ））。
その後、第２ピストン５０は第２ピストン移動空間５５内に戻るため、開口されたガス出口７１からガス流入空間５８内にガスが流入し、ガス流入空間５８内に流入したガスはガス排出部材３０内を通った後、さらにチューブ８０内を通って排出される。

本発明のガス注入装置は、人が着用するエアバッグを内蔵し、前記エアバッグにガスを排出して膨張させることで、人が転倒した時などの衝撃を緩和するためや海難救助用、および雪崩発生時の保護着などに組み込んで使用することができる。
また本発明のガス注入装置は、二酸化炭素ガスなどを排出させるか、二酸化炭素ガスなどのガスと共に消火剤を排出させることによる消化装置や、着色ペイントを噴出させて紙幣や窃盗犯人に目印をつけるマーカー装置に組み込まれる穿孔器としても使用することができる。

１穿孔器
１０筒状ハウジング
２０点火器
２５点火器ホルダー
３０ガス排出部材
４０第１ピストン
５０第２ピストン

Claims

ガスボトルからのガス出口の閉塞部材を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器であって、
筒状ハウジング内に点火手段、第１ピストンおよび第２ピストンが収容されており、
前記筒状ハウジングが、
第１端部側の第１開口部、第１端部とは反対側の第２端部側の第２開口部、および周壁部に形成された第３開口部の３つの開口部を有しており、
第１開口部側に点火手段が固定され、第２開口部側がガスボトルと接続できるようになっており、第３開口部がガス排出部になるものであり、
第１ピストンおよび第２ピストンが、前記筒状ハウジングの前記点火手段側から第２開口部側に向かって第１ピストンと第２ピストンの順に配置されているものであり、
点火手段の作動による圧力を受けたとき、第１ピストンが前記筒状ハウジング内を軸方向に移動し、第１ピストンの移動を受けて第２ピストンが前記筒状ハウジング内を第２開口部側に移動できるようになっている、穿孔器。
前記筒状ハウジングが、第１ピストンが移動できる第１ピストン移動空間と、第２ピストンが移動できる第２ピストン移動空間を有し、前記第１ピストン移動空間長さが、前記第２ピストン移動空間長さよりも短くなっており、
第１ピストンが最大外径（Ｄ１）部分を有し、第２ピストンが前記最大外径（Ｄ１）部分よりも外径の小さな最大外径（Ｄ２）部分を有しているものであり、
第１ピストン移動空間が、第１ピストンの最大外径（Ｄ１）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第１凸部を有し、
第２ピストン移動空間が、第２ピストンの最大外径（Ｄ２）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第２凸部を有している、請求項１記載の穿孔器。
前記筒状ハウジングが、第１ピストンが移動できる第１ピストン移動空間と、第２ピストンが移動できる第２ピストン移動空間を有し、前記第１ピストン移動空間長さが、前記第２ピストン移動空間長さよりも短くなっており、
第２ピストンが、最大外径（Ｄ２）部分となる第２ピストンヘッドと、第２ピストンヘッドよりも外径の小さい第２ピストンロッドを有しているものであり、
第１ピストンが、第２ピストンヘッドの最大外径（Ｄ２）よりも大きな最大外径（Ｄ１）部分を有しているものであり、
第１ピストン移動空間が、第１ピストンの最大外径（Ｄ１）部分を衝突させて軸方向への移動を停止させるための第１凸部を有し、
第２ピストン移動空間が、第２ピストンの最大外径（Ｄ２）部分となる第２ピストンヘッドを衝突させて軸方向への移動を停止させるための第２凸部を有しており、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドの少なくとも一部が第１ピストン移動空間内にあるように配置され、第２ピストンロッドが第２凸部で支持されている、請求項１記載の穿孔器。
前記第２ピストンヘッドが、作動時に破断可能なストッパ部材で筒状ハウジングの内壁面に対して保持され、第２ピストンヘッドの少なくとも一部が第１ピストン移動空間にあるように配置されている、請求項３記載の穿孔器。
ガスボトルからのガス出口の閉塞部材を破壊して開口させてガスを流出させるための穿孔器であって、
ハウジング内に点火手段、第１ピストンおよび第２ピストンが収容されており、
前記ハウジングが、
第１筒状ハウジングと第２筒状ハウジングの組み合わせからなるものであり、
一端が開口され、他端が閉塞された第１筒状ハウジングの周壁面を貫通して、両端が開口された第２筒状ハウジングが接続されたものであり、
第１筒状ハウジングに形成された第１開口部と、第２筒状ハウジングの第１筒状ハウジングとの接続部と軸方向の反対側に形成された第２開口部、第２筒状ハウジングの周壁面に形成された第３開口部の３つの開口部を有しているものであり、
第１開口部側に点火手段が固定され、第２開口部側がガスボトルと接続できるようになっており、第３開口部がガス排出部になるものであり、
第１ピストンが、第１ピストンヘッドと第１ピストンヘッドから延ばされた第１ピストンロッドからなり、第１ピストンロッドの先端面が第１傾斜面を有しているものであり、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドと第２ピストンヘッドから延ばされた第２ピストンロッドからなり、第２ピストンヘッドの底面が第１傾斜面と当接できる形状の第２傾斜面を有しているものであり、
前記ハウジング内において、
第１ピストンが、第１ピストンヘッドが前記点火手段側になるように第１筒状ハウジング内に配置され、
第２ピストンが、第２ピストンヘッドが第１筒状ハウジング内に位置し、第２ピストンロッドが第２筒状ハウジング内に位置するように配置され、
さらに第１ピストンの第１傾斜面と第２ピストンの第２傾斜面が対向するように配置されているものであり、
点火手段の作動による圧力を受けたとき、第１ピストンが第１筒状ハウジング内を軸方向に移動して、第１ピストンの第１傾斜面が第２ピストンの第２傾斜面に衝突することで、第２ピストンが第２筒状ハウジング内を軸方向に移動できるようになっている、穿孔器。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の穿孔器とガスボトルが組み合わされたガス排出装置であって、
前記穿孔器のハウジングの第２開口部側に前記ガスボトルが接続されている、ガス排出装置。