WO2016133098A1 - パイロ式アクチュエータ機構、注射器、及び点火器組立体 - Google Patents
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- F42B3/12—Bridge initiators
Definitions
- the present invention relates to a pyro actuator mechanism that obtains an output by combustion of an igniting agent, a syringe using the same, and an igniter assembly for igniting the igniting agent.
- Pyro-type actuator mechanisms which are actuator mechanisms that obtain the output by moving the piston with the power of ignition powder, are used in devices such as vehicle airbag systems, pedestrian protection systems, current breakers, punches, and digestion systems.
- a syringe that injects a substance to be injected by a pressurized piston is known, and a pyro actuator mechanism has been widely studied as a driving source for such a syringe.
- Patent Document 1 discloses an actuator mechanism that obtains a predetermined output by deploying the extendable bellows cup shown in FIG. 1 and the bending and extending cup shown in FIG. 6 with a combustion product generated by combustion of an ignition agent. Has been.
- the pyro type actuator mechanism shown in Patent Document 3 employs a configuration in which the piston is pushed out by increasing the pressure of the gas chamber by the operation of a gas generator provided at one end of the cylinder. This movement of the piston is continued until the piston collides with a bush provided in the cylinder.
- the clearance between the piston body and the cylinder is extremely small, the combustion residue is not completely discharged to the outside of the cylinder.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 described above if an ignition product combustion product is sealed in a certain space by a bag such as a sac, it is relatively large due to its high combustion energy and contained combustion residue.
- a member is bent and a sealed space is formed like the bellows cup shown in Patent Document 1, pressure concentration is likely to occur at the bent portion. There is room for improvement in terms of strength.
- Patent Document 3 the discharge of the residue to the outside cannot be sufficiently suppressed only by adjusting the clearance.
- the present invention has an object to provide a technique that suitably suppresses discharge of a residue generated by combustion of an igniting agent to the outside.
- the inventors of the present application particularly paid attention to a cover member that covers an ignition part containing an ignition agent.
- the present invention has an ignition part including an igniting agent that is ignited by an external igniting current, and the piston is propelled and driven in the propulsion hole provided in the housing by the combustion energy of the igniting agent.
- a pyro-type actuator mechanism configured to cover a predetermined part of the ignition part including at least a discharge part from the ignition part of a combustion product generated when the ignition powder burns in the ignition part
- a cover member that is formed so as to define a predetermined closed space between the cover member and the igniter and is arranged to transmit combustion energy of the igniting agent to the piston;
- a fixing member that fixes the ignition unit before and after combustion of the ignition agent.
- the cover member is a wall member that defines the predetermined closed space, the first wall member that faces the predetermined portion of the ignition unit and contacts the piston, and defines the predetermined closed space.
- a wall member connected to the first wall member, the free end portion extending in the propulsion direction of the piston and opposite to the connection end portion with the first wall member is in the fixed member.
- a second wall member embedded therein is embedded in the cover member.
- the pyro actuator mechanism uses an igniter as an output source of the actuator.
- the igniting agent include ZPP (a mixture of zirconium and potassium perchlorate) and black explosive (boron nitrate, etc.).
- the ignition part containing the igniting agent is covered with a cover member, and the combustion product of the igniting agent is sealed in a predetermined closed space defined between the cover member and the igniting part.
- the cover member does not necessarily need to cover the entire ignition unit, and it is sufficient if the cover member is disposed with respect to the ignition unit so as to cover at least a predetermined portion from which the combustion products are released.
- the cover of the ignition part may be formed by the cover member from the viewpoint of suppressing discharge of the combustion product of the ignition agent to the outside.
- the housing is not limited as long as it forms a propulsion hole driven by the piston, and may be the outer shell container itself of the actuator mechanism or another component arranged in the outer container.
- the cover member is a member for transmitting the combustion energy of the igniting agent to the piston and propelling and driving the piston.
- the cover member includes the first wall member and the second wall member for defining the predetermined closed space.
- the first wall member is a wall member that is disposed so as to face a predetermined portion where a combustion product of the igniting agent is discharged and to be in contact with the piston. Therefore, the first wall member is configured to receive relatively large pressure from the combustion product, that is, combustion energy generated by the combustion of the ignition agent. As a result, the first wall member receives a force separating from the igniter, and the force is transmitted to the contacting piston. Therefore, the said separation direction becomes a propulsion direction of a piston.
- the contact between the first wall member and the piston may be arranged in a state where the first wall member and the piston are in contact with each other in an unburned state of the ignition agent. Even if it is non-contact in the unburned state, you may arrange
- the second wall member is a wall member connected to the first wall member, when the first wall member receives a force due to the combustion of the ignition agent as described above, the second wall member also changes accordingly.
- One wall member moves in a direction away from the ignition unit.
- the free end portion of the second wall member is embedded in the fixed member, the free end portion has not reached the state fixed by the fixed member. The separation from the part is not hindered.
- the free end portion of the second wall member is fixed to such an extent that it can move upon receiving the combustion energy of the ignition agent.
- the free end portion of the second wall member is embedded in the fixed member in this way, the sealing property of the predetermined closed space, that is, the discharge suppression capability of the ignition product combustion product is ensured. become.
- the first wall member When the ignition agent burns, the first wall member is mainly pressurized by the combustion product as described above, so that the cover member moves in the propulsion direction of the piston, and the predetermined closed space is propelled. Expand in the direction.
- the combustion energy of the ignition charge is suitably transmitted to the piston through the cover member. Further, during the movement of the cover member, that is, from when the cover member starts to move to the maximum propulsion position, the state where the free end portion of the second wall member is embedded in the fixed member is maintained. . Therefore, the sealing performance of the predetermined closed space is always maintained during the movement period of the cover member.
- the cover member can maintain both a predetermined closed space for sealing the combustion product of the igniting agent and efficiently transmit the combustion energy to the piston.
- the discharge of the residue contained in the combustion product to the outside is suitably suppressed without reducing the output efficiency of the pyro actuator.
- the cover member receives combustion energy, the cover member is preferably made of metal having high thermal strength. And it is preferable that the weak part etc. in which a pressure concentrates are not formed so that predetermined
- the embedding distance of the second wall member in the fixing member in an unburned state of the ignition charge is a maximum propulsion position of the cover member.
- the cover member may be configured to be longer than the moving distance of the cover member in the propulsion direction, so that the embedded state of the free end portion in the fixed member may be maintained.
- the cover portion may further include a protruding portion protruding toward the piston at a contact portion with the piston in the first wall member.
- An outer diameter of the protruding portion is formed to be smaller than an outer diameter of the piston, and an outer diameter of the first wall member is formed to be larger than an outer diameter of the piston.
- the pyro actuator mechanism may be configured such that the cover member reaches the maximum propulsion position.
- the movement of the cover member is restricted by the first wall member coming into contact with the end surface of the housing.
- the protrusion is in a state of entering the propulsion hole of the piston.
- the output of the pyro actuator mechanism is expected to improve.
- a gas generating agent that burns with a combustion product of the igniting agent to generate gas may be disposed inside the protruding portion.
- the gas generating agent for example, a nitrocellulose-based generating agent can be used.
- the fixing member is formed of a resin material and includes a mold part that fixes the ignition part
- the cover member includes the first wall member and the mold part.
- the second wall member may be temporarily fixed by the mold portion in a state where the second wall member is not embedded and the wall surface including the free end portion is embedded in the mold portion.
- the mold part may fix the ignition part to the inner wall surface of the housing.
- the temporary fixing of the second wall member refers to a state in which the free end portion of the second wall member is fixed to such an extent that it can move within the mold portion due to the pressure applied to the cover member by the combustion of the ignition agent.
- the second wall member is embedded in the mold part so as to be in a straight column state along the propulsion direction in the mold part.
- the straight column state is a state in which the outer diameter and the inner diameter of the second wall member are substantially constant along the depth direction of the embedding in the mold part.
- the pyro type actuator mechanism up to the above can obtain a high output without discharging the residue to the outside, it can be applied to various applications.
- it can be suitably used in the medical device field where an extremely high sanitary environment is required.
- it can be employed as an actuator for injecting an injection target substance with a syringe.
- a syringe that encloses an injection target substance to be injected into the injection target region, and the piston that is propelled and driven by combustion of the ignition agent in the pyro actuator.
- the injection target substance sealed in the syringe is pressurized, and a syringe is configured with a nozzle portion having a flow path for injecting the pressurized injection target substance to the injection target area can do.
- the pyro type actuator mechanism described above can be suitably applied to a current breaker, a punching machine, and the like.
- the present invention can be grasped from the side of the igniter of the igniter for obtaining a predetermined output. That is, the present invention relates to an electric ignition igniter having an igniter containing an igniting agent, an igniter collar that houses the electric ignition igniter, and combustion generation that occurs when the igniting agent burns in the igniter.
- a cover member that covers at least a predetermined portion of the ignition portion, including at least a discharge portion from the ignition portion, and is formed so as to define a predetermined closed space between the cover member and the ignition portion.
- the cover member that outputs the combustion energy of the igniting agent in a predetermined output direction, and a fixing member that fixes the electric ignition igniter to the igniter collar before and after combustion of the igniting agent.
- the cover member is a wall member that defines the predetermined closed space, the first wall member that faces the predetermined portion of the ignition unit, and the first wall that defines the predetermined closed space.
- a wall member connected to the member, and a free end portion extending in the predetermined output direction and opposite to the connection end portion with the first wall member is embedded in the fixing member. And a wall member.
- the cover member moves in the predetermined output direction so that the predetermined closed space expands in the predetermined output direction, and at the maximum propulsion position of the cover member, The movement of the cover member in the predetermined output direction is restricted so that the state where the free end portion of the wall member is embedded in the fixing member is maintained.
- the technical idea of the present invention disclosed with respect to the above-described pyro actuator mechanism can also be applied to the igniter assembly as long as no technical defects occur.
- the embedment distance of the second wall member in the fixed member in the unburned state of the igniting agent is the moving distance of the cover member in the predetermined output direction at the maximum propulsion position of the cover member
- the fixing member is formed of a resin material, and includes a mold part that fixes the electric ignition igniter to the igniter collar, and the cover member is not embedded in the mold part.
- the second wall member may be temporarily fixed by the mold part in a state where the wall surface including the free end part is embedded in the mold part.
- a gas generating agent that burns with the combustion product and generates gas may be disposed in the cover member at a position where the combustion product of the ignition agent can come into contact.
- the ignition unit can include an ignition mechanism such as a bridge wire that comes into contact with the igniting agent and glows red with an ignition current. Further, a mechanism other than the bridge wire may be employed as the ignition mechanism.
- the igniter collar contacts the cover member when the cover member moves in the predetermined output direction in an igniter housing space that houses the electric ignition igniter.
- a stopper member may be provided.
- the first wall member contacts the stopper member, and the cover member
- the cover member reaches the maximum propulsion position. That is, the limit for the predetermined closed space of the igniter collar to be expanded by the stopper member is determined while accommodating the electric ignition igniter.
- the electric ignition igniter has a header portion that holds the igniting agent, and the cover member is in a state where the cover member is not fixed to the header portion, You may form the ignition agent accommodation space which accommodates the said ignition agent with this header part on this header part. That is, since the cover member serves as both the definition of the space for accommodating the ignition powder and the definition of the predetermined closed space, the number of components of the igniter assembly can be reduced.
- FIG. 1A is a schematic configuration of a pyro type actuator mechanism (hereinafter simply referred to as “actuator mechanism”) 10 of the present invention, and shows a configuration in a state before combustion of an igniting agent in a longitudinal section of the actuator mechanism 10. is there.
- FIG. 1B is a figure which shows the schematic structure of the actuator mechanism 10 in the state after combustion of an ignition powder in the longitudinal cross-section.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the ignition unit 20 included in the igniter 25 of the actuator mechanism 10.
- the housing 11 of the actuator mechanism 10 has a circular cross section, and an electric ignition igniter (hereinafter simply referred to as “igniter”) 25 is attached to the opening 12 on one end side.
- the igniter 25 has an igniter 20 containing an igniting agent.
- the ignition unit 20 burns the igniting agent 22 by an ignition current supplied from outside.
- a space for arranging the igniting agent 22 is defined in the cup 21 by the cup 21 whose surface is covered with an insulating cover.
- a metal header 24 is disposed in the space, and the cup 21 is fixed to the metal header 24.
- a cylindrical charge holder 23 is provided on the upper surface of the metal header 24. The charge holder 23 holds the ignition agent 22.
- a bridge wire 26 that electrically connects one conductive pin 27 and the metal header 24 is wired at the bottom of the ignition agent 22.
- the two conductive pins 27 are fixed to the metal header 24 via an insulator 29 so that they are insulated from each other. Furthermore, the opening of the cup 21 from which the two conductive pins 27 supported by the insulator 29 extend maintains good insulation between the conductive pins 27 by the mold portion 28 formed of the resin shown in FIG. 1A. Protected in the state.
- the mold part 28 is formed by injection molding a resin material in the manufacturing process of the ignition part 20.
- the ignition unit 20 configured as described above, when a voltage is applied between the two conductive pins 27 by the external power source, a current flows through the bridge wire 26, and the ignition agent 22 is burned. At this time, the combustion products resulting from the combustion of the igniting agent 22 are released from the opening of the charge holder 23 through the cup 21.
- the ignition unit 20 without the charge holder 23 may be used.
- the site from which the combustion product is released is a site 21 a near the center of the top of the cup 21.
- the space used as the combustion chamber 9 is arrange
- the combustion chamber 9 is a closed space defined by a cover member 33, an ignition unit 20, and a mold unit 28, which will be described later. Therefore, the combustion product of the igniting agent 22 is sealed in this combustion chamber.
- the igniting agent 22 is preferably an explosive containing zirconium and potassium perchlorate (ZPP), an explosive containing titanium hydride and potassium perchlorate (THPP), and an explosive containing titanium and potassium perchlorate (TiPP).
- ZPP zirconium and potassium perchlorate
- THPP titanium hydride and potassium perchlorate
- TiPP titanium and potassium perchlorate
- APP aluminum and potassium perchlorate
- ABO aluminum and bismuth oxide
- AMO aluminum and molybdenum oxide
- ACO Aluminum and oxidation Examples thereof include explosives including iron (AFO) or a combination of a plurality of these explosives.
- a gas generating agent or the like that burns with combustion products generated by the combustion of the igniting agent 22 in the combustion chamber 9 to generate gas. It can also be arranged.
- the gas generating agent a single base smokeless gunpowder composed of 98% by mass of nitrocellulose, 0.8% by mass of diphenylamine and 1.2% by mass of potassium sulfate can be mentioned. It is also possible to use various gas generating agents that are used in gas generators for airbags and gas generators for seat belt pretensioners. By adjusting the size, size and shape of the gas generating agent when placed in the combustion chamber 9, especially the surface shape, it is possible to change the combustion completion time of the gas generating agent, The pressure transition in the combustion chamber 9 can be a desired transition.
- the igniter 25 is attached to one end side of the housing 11 while being fixed to the igniter collar 6. Specifically, one end side of the housing 11 is a caulking portion 16, and the step portion of the igniter collar 6 is brought into contact with the annular step portion 15 formed on the inner wall surface of the housing 11. The opposite end of the igniter collar 6 is caulked by the caulking portion 16 and fixed to the housing 11. The igniter 25 including the igniter 20 is fixed to the igniter collar 6 by the mold part 28.
- a cover member 33 is disposed so as to cover the ignition unit 20. Specifically, the cover member 33 is closed so as to cover the portion 21 a of the cup 21 of the ignition unit 20 (the portion from which the combustion products of the ignition agent 22 are released) and between the cover member 33 and the ignition unit 20. It arrange
- the cover member 33 is a wall member that does not have a through hole and the like, and is a first wall member 33a that is disposed so as to face the portion 21a.
- the second wall member 33b is connected to the periphery of the member 33a and extends in the axial direction of the cover member 33.
- the extending direction of the second wall member 33b is the same as the propulsion direction of the piston 30 described later. Further, the free end 33c of the second wall member 33b opposite to the connection end with the first wall member 33a is opened, and is embedded and temporarily fixed in the resin material of the mold portion 28. . From this point, the mold part 28 functions as a “fixing member” of the cover member 33. In this temporarily fixed state, the airtightness of the combustion chamber 9 defined by the cover member 33, the ignition part 20, and the mold part 28 is sufficiently secured.
- a protruding portion 13 that protrudes inward of the housing 11 is formed on the front end portion side (the upper end portion side in FIG. 1A) of the housing 11.
- An opening 14 that connects the inside and the outside of the housing is formed at the center of the protrusion 13.
- a housing space 17 that is a cylindrical space in which the metal piston 30 is housed is formed in the housing 11.
- the accommodation space 17 is connected to the outside of the housing 11 through the opening 14.
- the piston 30 is formed integrally with a piston rod 32 extending thereon. In the state shown in FIG. 1A, the piston rod 32 is fitted into the opening 14, and the piston 30 is fitted into the accommodation space 17. .
- the piston 30 and the piston rod 32 move in the axial direction in the housing 11 while maintaining the slidable state between the piston rod 32 and the opening 14 and the slidable state between the piston 30 and the accommodating space 17.
- the outer diameter of the piston 30 is about the same as or slightly smaller than the inner diameter of the housing space 17, and the inner diameter of the housing space 17 and the outer diameter of the piston 30 can be moved smoothly when the piston 30 moves. Adjust the correlation.
- a lubricant may be applied between the outer peripheral surface of the piston 30 and the inner wall surface of the housing space. In the state shown in FIG. 1A, the tip end surface (upper end surface in FIG. 1A) 32 a of the piston rod 32 is flush with the outer surface of the protruding portion 13.
- the piston 30 has a cylindrical skirt portion 31 at the lower part.
- the inside of the skirt portion 31 forms an accommodation space 19 in which the ignition portion 20 of the igniter 25 is accommodated.
- the first wall member 33 a of the cover member 33 is in contact with the lower surface of the piston 30 in the accommodation space 19.
- the piston 30 and the piston rod 32 are positioned.
- the distance (embedding distance) A embedded in the mold portion 28 is such that the piston 30 moves within the accommodation space 17 of the housing 11. From a possible distance, that is, a distance B between the shoulder portion 35 generated by the outer diameter difference between the piston 30 and the piston rod 32 and the inner wall surface 13a of the protruding portion 13 in the vicinity of the connection portion between the piston 30 and the piston rod 32. Is also set larger. Since the movement of the piston 30 is restricted by the protruding portion 13 when the distance B is moved, the distance B is also the distance that the piston 30 can move, and the distance that the cover member 33 that moves together with the piston 30 can move. But there is. Here, the position when the movement of the cover member 33 together with the piston 30 is restricted corresponds to the maximum propulsion position of the present invention.
- the second wall member 33b is embedded in the mold part 28 by pressing the cover member 33 in the propulsion direction with the pressure in the combustion chamber 9 generated when the igniting agent 22 burns in the ignition part 20, and the second The temporarily fixed state between the wall member 33b and the mold member 28 is eliminated, and a fixing force (that is, a relatively weak fixing force) that allows the cover member 33 to move in the propelling direction of the piston 30 so as to push up the piston 30 is obtained. It has occurred. Therefore, when the ignition agent 22 burns, the cover member 33 moves upward in FIG. 1A, and the combustion chamber 9 expands in the moving direction accordingly.
- the cover member 33 is arranged in a cylindrical shape in the mold portion 28 so that the cover member 33 can move smoothly by the combustion of the igniting agent 22, and protrusions and irregularities are formed on the second wall member 33 b. Absent. Therefore, the cover member 33 is temporarily fixed to the mold part 28 in a temporarily fixed state in which the cover member 33 is relatively easily removed from the mold part 28.
- the position where the piston 30 is propelled to the maximum. (Maximum propulsion position), that is, even when the shoulder portion 35 reaches the position where it abuts against the inner wall surface 13a, the free end portion 33c of the cover member 33 exists inside the mold portion 28, and the cover member 33 is separated from the mold portion 28. It will not come off. For this reason, when the piston 30 is propelled and driven by the combustion of the igniting agent 22 in the actuator mechanism 10, the sealing performance of the combustion chamber 9 is maintained until the piston 30 is propelled to the maximum. become.
- the actuator mechanism 10 can efficiently transmit the combustion energy to the piston 30 through the cover member 33 in a state where the combustion product of the ignition agent 22 is sealed in the combustion chamber 9.
- the injection pressure of the resin when the mold portion 28 is molded is set to about 7 to 13 MPa. Is preferred.
- the movement in the axial direction is prevented so that the piston 30 and the piston rod 32 do not jump out of the housing 11. Specifically, the piston rod 32 is prevented from popping out by lightly caulking the peripheral surface of the opening 14. When the ignition powder 22 is burned, a force greater than the resistance force due to the caulking acts.
- the combustion product including the residue generated by the combustion of the ignition agent 22 in the ignition unit 20 is a closed space formed by the cover member 33, the ignition unit 20, and the mold unit 28. Since it is sealed in the combustion chamber 9, it does not leak outside and does not flow out of the housing 11. Further, the combustion energy generated by the combustion of the igniting agent 22 is mainly received by the first wall member 33a facing the portion 21a. Therefore, the combustion energy pushes up the cover member 33 to drive the piston 22 efficiently. As described above, the actuator mechanism 10 can achieve both the suppression of the discharge of the residue generated by the combustion of the igniting agent 22 and the maintenance of suitable output efficiency as the actuator.
- FIGS. 3A and 3B a syringe 40 using a pyro actuator mechanism (hereinafter also simply referred to as “actuator mechanism”) according to the present invention as a drive source will be described.
- the actuator mechanism has substantially the same operating principle as the actuator mechanism 10 shown in the first embodiment.
- FIG. 3A is a schematic configuration of the syringe 40, and shows a configuration in a state before the combustion of the igniting agent in the actuator mechanism in a longitudinal section of the syringe 40.
- FIG. 3B is a figure which shows the schematic structure of the syringe 40 in the state after the combustion of the said ignition powder in the longitudinal cross-section.
- injection target substances that are injected into the injection target area by the syringe 40 are collectively referred to as “injection solution”.
- injection solution this is not intended to limit the content or form of the injected substance.
- the component to be delivered to the skin structure or the like that is the injection target region may or may not be dissolved, and the injection target substance is injected from the injection hole 55a of the nozzle 55 by pressurization.
- its specific form is not limited, and various forms such as liquid and gel can be adopted.
- the syringe 40 has a housing 53 formed in a cylindrical shape.
- the housing 53 is provided with an electric ignition igniter that burns an igniting agent to generate energy for injection.
- the ignition included in the electric ignition igniter is provided. Only the part 41 is described. Since the ignition unit 41 is substantially the same as the ignition unit 20 in the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted (see FIG. 2). Further, the syringe 40 incorporates a piston 57 that transmits combustion energy generated by combustion of the ignition agent in the ignition unit 41 to an injection solution stored in a storage space 56 described later.
- the housing 53 is manufactured by resin injection molding, and a known method can be used for the injection molding.
- resin material of the housing 53 for example, known nylon 6-12, polyarylate, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, or liquid crystal polymer can be used. These resins may contain a filler such as glass fiber or glass filler.
- polybutylene terephthalate 20 to 80% by mass of glass fiber
- polyphenylene sulfide 20 to 80% by mass of glass fiber
- the liquid crystal polymer may contain 20 to 80% by mass of mineral.
- a protruding portion 53 a that protrudes in the inner direction of the housing 53 is formed.
- An opening is formed in the center of the projecting portion 53a, and the inside and the outside of the housing 53 are connected by the opening.
- the first holder 54 is disposed in contact with the protruding portion 53a.
- the first holder 54 holds the nozzle 55 therein.
- a second holder 52 arranged to press the nozzle 55 against the first holder 54 is further arranged inside the housing 53.
- the nozzle 55 and the second holder 52 may be formed integrally.
- a through hole having a constant diameter along the axial direction is formed inside the second holder 52. One end of the through hole communicates with the space where the ignition unit 41 is disposed, and the other end reaches the injection solution storage space 56 side in the nozzle 55.
- a metal piston 57 is arranged so that it can be propelled along the axial direction in the through hole, and one end thereof faces the space side where the ignition part 41 is arranged, The remaining other end faces the storage space 56 side of the injection solution.
- a resin-made plunger 58 is provided on the tip end side of the piston 57.
- a space formed between the plunger 58 and the nozzle 55 becomes an accommodation space 56 in which an injection solution is accommodated.
- the tip of the plunger 58 has a shape that complements the shape of the accommodation space 56 on the nozzle 55 side. That is, the shape of the outer surface of the distal end portion of the plunger 58 and the shape of the accommodation space 56 on the nozzle 55 side are substantially the same. Therefore, when the injection of the injection solution is completed, the amount of the injection solution left in the storage space 56 can be reduced as much as possible.
- a material of the plunger 58 for example, butyl rubber or silicon rubber can be adopted.
- lifted The thing which mixed the inorganic substance is mention
- various rubber materials such as polyvinyl chloride elastomer, olefin elastomer, polyester elastomer, polyamide elastomer, polyurethane elastomer, natural rubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, nitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber (especially added) Sulfurized ones) and mixtures thereof can also be employed as the plunger material.
- the plunger 58 has a plurality of annular protrusions formed on the outer periphery of the columnar body. When the plunger 58 is inserted into the through-hole together with the piston 57, the protrusion is elastically deformed because of the resin, and the degree of adhesion between the plunger 58 and the inner wall surface of the through-hole can be increased.
- the third holder 51 is disposed so as to contact the end surface 52a of the second holder 52 on the space side where the ignition unit 41 is disposed.
- the third holder 51 holds an igniter assembly formed by caulking and fixing an intermediate assembly, which will be described later, including the igniter 41 to the igniter collar 45.
- the ignition part 41 is fixed to the mold part 44 made of resin, and the cover member 42 is attached to the mold part 44 so as to cover the discharge part 41a of the combustion product in the cup of the ignition part 41.
- the cover member 42 is disposed so as to cover the discharge part 41 a of the cup of the ignition unit 41 and so that a combustion chamber 43 that is a closed space is formed between the cover member 42 and the ignition unit 41.
- the cover member 42 is a wall member that does not have a through hole and the like, and is a first wall member 42a that is disposed so as to face the portion 41a.
- the second wall member 42b is connected to the periphery of the member 42a and extends in the axial direction of the cover member 42.
- the second wall member 42 b is disposed along the side surface of the ignition unit 41, and the extending direction thereof is the same as the propulsion direction of the piston 57.
- a free end portion of the second wall member 42b opposite to the connection end portion with the first wall member 42a is opened, and is embedded and temporarily fixed in the resin material of the mold portion 44.
- This temporary fixing is the same as in the first embodiment, and in the temporarily fixed state, the sealing performance of the combustion chamber 43 defined by the cover member 42 and the ignition unit 41 is sufficiently secured.
- a columnar protruding portion 42c that protrudes from the first wall member 42a toward the piston 57 is formed on the first wall member 42a of the cover member 42.
- the outer diameter of the protruding portion 42 c is formed slightly smaller than the outer diameter of the piston 57, and the outer diameter of the first wall member 42 a is formed larger than the outer diameter of the piston 57. Therefore, as shown in FIG. 3A, a step-shaped portion is formed on the cover member 42 by the difference between the outer diameter of the first wall member 42a and the outer diameter of the protruding portion 42c.
- the igniter assembly shown in FIG. 3A has an igniter collar 45 with respect to the intermediate assembly in a state where the ignition part 41 is fixed to the mold part 44 and the cover member 42 is temporarily fixed to the mold part 44. Are attached and formed.
- the igniter collar 45 is provided with a caulking claw portion 45a. At first, the caulking claw portion 45a is not bent, and the intermediate assembly is inserted into the igniter collar 45 in this state. The claw portion 45a is bent and the intermediate assembly is caulked, whereby the igniter assembly shown in FIG. 3A is formed.
- the igniter assembly formed by fixing the intermediate assembly including the igniter 41 to the igniter collar 45 is disposed in the housing 53 so as to contact the third holder 51.
- the igniter assembly is fixed so as to press against the third holder 51 at the end 53b opposite to the protruding portion 53a.
- an O-ring is provided at each contact portion between the first holder 54 and the second holder 52, between the second holder 52 and the third holder 51, and between the third holder 51 and the igniter collar 45.
- a sealing member such as a gasket can be disposed.
- FIG. 3A shows the state of the ignition unit 41 before combustion of the igniting agent.
- the top surface of the protruding portion 42c of the cover member 42 is the end surface of the piston 57 opposite to the plunger 58. They are in contact.
- the combustion product of the igniting agent flows into the combustion chamber 43 from the portion 41a, and the pressure in the combustion chamber 43 rapidly increases.
- the cover member 42 since the cover member 42 is temporarily fixed to the mold portion 44, the cover member 42 moves upward in FIG. 3A as the pressure in the combustion chamber 43 rises, and the piston 57 of the syringe 40 is moved.
- the combustion chamber 43 expands in the propulsion direction of the piston 57.
- the outer diameter of the protruding portion 42 c of the cover member 42 is slightly smaller than the outer diameter of the piston 57, so that when the piston 57 is pushed up, the protruding portion 42 c is inserted into the through hole in the second holder 52. Enter.
- the first wall member 42 a of the cover member 42 contacts the end surface 52 a of the second holder 52
- the movement for pushing up the piston 57 by the cover member 42 is restricted.
- the position when the movement of the cover member 42 is restricted corresponds to the maximum propulsion position of the present invention.
- the piston 57 is pushed up with the movement of the cover member 42, whereby the injection solution in the space 56 is pressurized and injected from the injection hole 55a of the nozzle 55 toward the injection target region.
- the embedding distance of the second wall member 42b in the mold portion 44 is set longer than the movable distance of the cover member 42 and the piston 57, as in the first embodiment.
- the movable distance of the cover member 42 and the like is the distance between the first wall member 42a of the cover member 42 and the end surface 52a of the second holder 52 that restricts the movement of the cover member 42, as shown in FIG. 3B. This corresponds to the distance C. Since the correlation between the embedment distance and the movable distance is maintained in this way, the free end portion of the second wall member 42b is the mold portion during the movement period of the cover member 42 as in the first embodiment. 44, the combustion product of the igniting agent continues to be sealed in the combustion chamber 43. Therefore, transmission of combustion energy to the piston 57 can be efficiently realized via the cover member 42 while sufficiently suppressing discharge of the residue contained in the combustion product to the outside.
- the igniter assembly 60 is an assembly including an igniter that is incorporated in a pyro actuator mechanism according to the present invention and burns an igniting agent.
- the ignition unit 61 included in the igniter assembly 60 is substantially the same as the ignition unit 20 shown in the first embodiment and the ignition unit 41 shown in the second embodiment. Omitted (see FIG. 2).
- the igniter 61 is fixed to the mold part 64 formed of resin, and the cover member 62 covers the mold product 64 so as to cover the discharge site of the combustion product in the cup of the igniter 61. Is temporarily fixed.
- the mold portion 64 of this embodiment corresponds to the mold portion 28 in the first embodiment and the mold portion 44 in the second embodiment, and a detailed description thereof is omitted.
- the mold part 64 is also for fixing the ignition part 61 to the igniter collar 70.
- a protrusion 73 is provided on the inner wall surface of the igniter collar 70 where the mold portion 64 is formed. It has been.
- a projection 71 projecting inside the igniter collar 70 is formed, and an opening 72 is located at the center of the projection 71. is doing.
- a piston (not shown) or the like to which combustion energy due to combustion of the ignition agent in the ignition unit 61 is transmitted is disposed. That is, the opening 72 forms part or all of the space in which the piston or the like is propelled.
- the cover member 62 covers a portion of the cup of the ignition unit 61 where the combustion product of the ignition agent is released, and a combustion chamber 63 that is a closed space is formed between the cover member 62 and the ignition unit 61. It is arranged so that.
- the cover member 62 is a wall member that does not have a through hole and the like, and is a first wall member 62a that is disposed so as to face the discharge portion, and a wall member that does not have a through hole and the like.
- the second wall member 62b is connected to the periphery of the wall member 62a and extends in the axial direction of the cover member 62.
- the second wall member 62b is disposed along the side surface of the igniter 61, and the extending direction thereof is the same as the output direction of the igniter assembly 60. Further, the free end portion of the second wall member 62b opposite to the connection end portion with the first wall member 62a is opened, and is embedded and temporarily fixed in the resin material of the mold portion 64. This temporary fixing is the same as in the case of the first embodiment and the second embodiment, and in the temporarily fixed state, the sealing performance of the combustion chamber 63 defined by the cover member 62 and the ignition unit 61 is sufficiently secured. Has been.
- a columnar protruding portion 62c that protrudes from the first wall member 62a toward the opening 72 is formed.
- the protrusion 62 c has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the opening 72, and the height of the protrusion 62 c is approximately the same as the thickness of the protrusion 71. Therefore, as described later, when the cover member 62 moves upward and the movement is restricted by contact with the inner surface of the protrusion 71, the protrusion 62c fits into the opening 72, and the protrusion The top surface of 62 c is substantially flush with the outer surface of the protrusion 71.
- the igniter assembly 60 configured as described above will be described.
- an ignition current is supplied to the igniting agent of the igniter 61 and combustion occurs, a combustion product of the igniting agent flows into the combustion chamber 63, and the pressure in the combustion chamber 63 rapidly increases.
- the cover member 62 is temporarily fixed to the mold portion 64, the cover member 62 moves upward in FIG. 4 as the pressure in the combustion chamber 63 rises.
- the first wall member 62a of the cover member 62 comes into contact with the inner surface of the protruding portion 71, the movement of the cover member 62 is restricted.
- the position when the movement of the cover member 62 is restricted corresponds to the maximum propulsion position of the present invention.
- the piston is pushed up with the movement of the cover member 62, so that the combustion energy of the igniting agent in the igniter assembly 60 can be efficiently converted into the driving force of the piston.
- the embedding distance of the second wall member 62b in the mold part 64 is set longer than the movable distance of the cover member 62, as in the first and second embodiments.
- the movable distance of the cover member 62 in the present embodiment is a distance between the first wall member 62a of the cover member 62 and the inner surface of the protruding portion 71 that restricts the movement of the cover member 62. Since the correlation between the embedment distance and the movable distance is maintained in this way, the second wall member 62b is moved during the movement period of the cover member 62 as in the first embodiment and the second embodiment. Since the free end portion exists in the mold portion 64, the combustion product of the igniting agent continues to be sealed in the combustion chamber 63. Therefore, the transmission of combustion energy can be efficiently realized through the cover member 62 while sufficiently suppressing the discharge of the residue contained in the combustion product to the outside.
- FIG. 5 shows a modification of the igniter assembly according to the present invention.
- the igniter assembly according to the modification is represented by reference numeral 80.
- the detailed description is abbreviate
- the igniter collar 70 in the igniter assembly 80 and the related configuration are the same as those in the igniter assembly 60.
- the igniter assemblies 80 and 60 are also common to a mold part 64 for fixing an igniter 81 described later to the igniter collar 70.
- the igniter assembly 80 provided in the igniter assembly 80 has an igniting agent in its interior as in the above-described embodiments, and an ignition current is supplied from the conductive pin. Combustion occurs.
- the ignition unit 81 does not have the cup 21 included in the ignition unit 20 and the like according to the above-described embodiments, and includes a cover member 82 instead of the cup 21 so that the space for storing the ignition agent is provided. Is formed in the ignition part 81. As described above, a part of the cup 21 is destroyed by the combustion of the igniting agent, and the combustion product of the igniting agent is released from the broken portion. That is, the cup 21 also defines a discharge site of the combustion product in the ignition unit 20 or the like.
- the cover member 81 is a wall member that does not have a through-hole or the like and forms a top surface, and a wall member that also has no through-hole or the like and is around the first wall member 82a. And a second wall member 82b extending in the axial direction of the cover member 82. Both wall members have such a strength that they are not destroyed by the pressure generated by the combustion of the igniting agent.
- the space surrounded by the cover member 82 is filled with the igniting agent.
- the first wall member 82a is disposed so as to face the charge holder (not shown in FIG. 5; see FIG. 2) in which the igniting agent of the igniting portion 81 is placed.
- the second wall member 82b is arranged. Due to the absence of the cup, the ignition product combustion products diffuse radially within the cover member. And the cover member 82 covers the discharge
- the free end portion of the second wall member 82b opposite to the connection end portion with the first wall member 82a is embedded in the resin material of the mold portion 64 and temporarily fixed.
- This temporary fixing is the same as in the third embodiment.
- the second wall member 82b is not fixed to a specific part of the ignition unit 81, for example, the metal header 24 (not shown), but is only temporarily fixed to the mold unit 64. Therefore, the movement of the cover member 82 toward the opening 72 when the igniter burns in the igniter 81 is not hindered.
- the embedding distance of the second wall member 82b in the mold part 64 is set longer than the movable distance of the cover member 82, as in the third embodiment.
- the movable distance of the cover member 82 in this modification is the distance between the first wall member 82a of the cover member 82 and the inner surface of the protrusion 71 that restricts the movement of the cover member 82. Since the correlation between the embedding distance and the movable distance is maintained in this way, the free end portion of the second wall member 82b is molded during the movement period of the cover member 82 as in the third embodiment. Since it exists in the part 64, the combustion product of the igniting agent is continuously sealed in the combustion chamber 83.
- the residue contained in the combustion products is discharged to the outside in the same manner as in the third embodiment, while omitting the cup of the igniter 81 and reducing the number of parts.
- the combustion energy can be effectively transmitted to the outside via the cover member 82 while being sufficiently suppressed.
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Abstract
点火薬を含む点火部を有するパイロ式アクチュエータ機構であって、燃焼生成物の放出部位を覆う所定の閉空間を画定し、且つ、該点火薬の燃焼エネルギーをピストンに伝えるように配置されるカバー部材と、点火薬の燃焼の前後において点火部を固定する固定部材とを備える。そして、カバー部材は、放出部位に対向する第1壁部材と、それに接続され自由端部が固定部材内に埋設される第2壁部材とを有し、点火薬が燃焼すると、所定の閉空間がピストンの推進方向に拡大するようにカバー部材が該推進方向に移動するとともに、該カバー部材の最大推進位置において第2壁部材の自由端部が固定部材内に埋設された状態が維持されるようにカバー部材の推進方向への移動が規制される。これにより、点火薬の燃焼により生じる残渣の外部への排出を好適に抑制する。
Description
本願発明は、点火薬の燃焼により出力を得るパイロ式アクチュエータ機構、それを利用した注射器、及び点火薬の着火のための点火器組立体に関する。
車両のエアバッグシステムや歩行者保護システム、電流遮断器や穿孔器、消化システムなどの装置には、点火薬の力でピストンを移動させ出力を得るアクチュエータ機構であるパイロ式アクチュエータ機構が使用されている。また医療分野でも加圧されたピストンにより注射目的物質を射出する注射器が知られており、そのような注射器の駆動源としてパイロ式アクチュエータ機構が広く検討されている。例えば、特許文献1には、図1に示す伸展可能な蛇腹カップや、図6に示す屈伸カップを点火薬の燃焼により生じる燃焼生成物で展開することで、所定の出力を得るアクチュエータ機構が開示されている。
このようなパイロ式アクチュエータ機構では点火薬をピストンの駆動源に使用しているため、点火薬の燃焼時に少なからず何らかの残渣が発生する。そして、発生する残渣は少量であってもアクチュエータ機構の外部に排出されないようにするのが好ましい。例えば、特許文献2に示すパイロ式アクチュエータ機構では、点火薬の燃焼により生じた燃焼生成物で、当初折り畳まれていたサック(図6Aを参照)が膨張することで(図6Bを参照)、アクチュエータとしての出力が得られるが、そのとき燃焼生成物はサックにより封止された状態となる。そのため、残渣を含む燃焼生成物は外部に漏れ出しにくい。
また、特許文献3に示すパイロ式アクチュエータ機構では、シリンダの一端側に設けられたガス発生器の作動によってガス室の圧力を高めることで、ピストンを押し出す構成が採用されている。このピストンの移動は、シリンダ内に設けられたブッシュにピストンが衝突するまで継続される。ここで、ピストン本体部とシリンダとはクリアランスを極めて小さくしているが、燃焼残渣が完全にシリンダの外部へ排出されないわけではない。
パイロ式アクチュエータ機構においては、点火薬の燃焼により得られるエネルギーを利用して出力を得るため、アクチュエータ機構の構成を比較的小さくしながらもその出力を比較的大きくすることができ、非常に出力効率よい有用なアクチュエータ機構と言える。しかし、点火薬の燃焼時にはその残渣が発生するため、衛生上の観点やアクチュエータ機構の周囲の機械部品等への影響の観点から、残渣が外部に漏れ出さないことが好ましい。
しかし、上記特許文献1や特許文献2に示すようにサック等の袋体によって点火薬の燃焼生成物を一定の空間に封止しようとすると、その高い燃焼エネルギーや含有する燃焼残渣から比較的大きな圧力を受けやすくなり、また、特許文献1に示す蛇腹カップのように部材が折り曲げられて封止空間が形成される場合には、その折り曲げ箇所において圧力の集中が生じやすくなるため、封止空間の強度の点で改良の余地が見出せる。また、上記特許文献3に示すようにクリアランスを調整するだけでは、残渣の外部への排出を十分に抑制できない。
そこで、本願発明は、上記した問題に鑑み、点火薬の燃焼により生じる残渣の外部への排出を好適に抑制する技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明者は、特に、点火薬を含む点火部を覆うカバー部材に着目した。具体的には、本願発明は、外部からの着火電流により着火する点火薬を含む点火部を有し、該点火薬の燃焼エネルギーによりハウジング内に設けられた推進孔内をピストンが推進駆動するように構成されたパイロ式アクチュエータ機構であって、前記点火部において前記点火薬が燃焼することで生じる燃焼生成物の、該点火部からの放出部位を少なくとも含む、該点火部の所定部位を覆うカバー部材であって、該カバー部材と該点火部との間に所定の閉空間を画定するように形成され、且つ、該点火薬の燃焼エネルギーを前記ピストンに伝えるように配置されるカバー部材と、前記点火薬の燃焼の前後において、前記点火部を固定する固定部材と、を備える。そして、前記カバー部材は、前記所定の閉空間を画定する壁部材であって、前記点火部の前記所定部位に対向するとともに前記ピストンと接触する第1壁部材と、前記所定の閉空間を画定する、前記第1壁部材と接続された壁部材であって、前記ピストンの推進方向に延在し該第1壁部材との接続端部と反対側の自由端部は、前記固定部材内に埋設されている第2壁部材と、を有する。更に、前記点火薬が燃焼すると、前記所定の閉空間が前記ピストンの推進方向に拡大するように前記カバー部材が該推進方向に移動するとともに、該カバー部材の最大推進位置において前記第2壁部材の前記自由端部が前記固定部材内に埋設された状態が維持されるように該カバー部材の該推進方向への移動が規制される。
本発明に係るパイロ式アクチュエータ機構は、アクチュエータの出力源として点火薬を使用するものである。その点火薬としては、例えばZPP(ジルコニウムと過塩素酸カリウムの混合物)や黒色火薬(ボロン硝石等)等が挙げられる。そして、その点火薬を含む点火部はカバー部材によって覆われることで、点火薬の燃焼生成物は、カバー部材と点火部との間に画定される所定の閉空間に封止されることになる。なお、当該カバー部材は、必ずしも点火部の全体を覆う必要はなく、燃焼生成物が放出される所定部位を少なくとも覆うように点火部に対して配置されれば十分である。すなわち、点火薬の燃焼生成物の外部への排出抑制の観点から、カバー部材による点火部の覆いが形成されればよい。なお、ハウジングとは、ピストンが推進駆動する推進孔を形成するものであればよく、アクチュエータ機構の外殻容器そのものや、外郭容器内に配置された別の部品であってもよい。
そして、カバー部材は、点火薬の燃焼エネルギーをピストンに伝え、該ピストンを推進駆動するための部材であり、上記の所定の閉空間を画定するための第1壁部材と第2壁部材とを有する。第1壁部材は、点火薬の燃焼生成物が放出される所定部位に対向するとともに、ピストンに対して接触するように配置された壁部材である。そのため、第1壁部材は、燃焼生成物からの圧力、すなわち点火薬の燃焼によって生じる燃焼エネルギーを比較的大きく受けるように構成される。この結果、第1壁部材は、点火部から離間する力を受けることになり、その力が、接触するピストンに伝えられることになる。そのため、当該離間方向がピストンの推進方向となる。なお、第1壁部材とピストンの接触については、前記点火薬の未燃焼の状態において、前記第1壁部材と前記ピストンとは接触した状態で配置されてもよく、別法として、両者は、その未燃焼の状態では非接触であっても、燃焼後に接触するように配置されてもよい。
一方で、第2壁部材は、第1壁部材と接続された壁部材であるため、上記のように第1壁部材が点火薬の燃焼により力を受けると、それに伴い第2壁部材も第1壁部材が点火部から離間する方向に移動する。ここで、第2壁部材の自由端部は固定部材内に埋設された状態になっているが、当該自由端部は固定部材によって固定された状態には至っていないため、点火薬の燃焼時に点火部からの離間は阻害されない。換言すれば、第2壁部材の自由端部は、点火薬の燃焼エネルギーを受けて移動できる程度に固定されているものである。一方で、このように第2壁部材の自由端部が固定部材内に埋設されることで、上記所定の閉空間の密閉性、すなわち点火薬の燃焼生成物の排出抑制能力が担保されることになる。
そして、点火薬が燃焼した際には、上記の通り主に第1壁部材が燃焼生成物により加圧されることで、カバー部材がピストンの推進方向に移動し、所定の閉空間が当該推進方向に拡大していく。このカバー部材の移動に応じて、カバー部材を介してピストンへ点火薬の燃焼エネルギーが好適に伝達されることになる。更に、このカバー部材の移動中、すなわち、カバー部材が移動を開始してから最大推進位置に至るまでの間、第2壁部材の自由端部は固定部材内に埋設された状態が維持される。そのため、カバー部材の移動期間において、常時、所定の閉空間の密閉性は維持されることになる。
このように本発明に係るパイロ式アクチュエータ機構では、カバー部材により、点火薬の燃焼生成物を封止する所定の閉空間の維持と、ピストンへの燃焼エネルギーの効率的な伝達が両立される。その結果、パイロ式アクチュエータの出力効率を落とすことなく、燃焼生成物に含まれる残渣の外部への排出が好適に抑止されることになる。なお、カバー部材は燃焼エネルギーを受けるため、熱的な強度が高い金属製であるのが好ましい。そして、点火薬の燃焼前後においても所定の閉空間が維持されるよう圧力が集中する脆弱部等は形成されないのが好ましい。
ここで、上記のパイロ式アクチュエータ機構において、前記点火薬の未燃焼の状態での前記固定部材内での前記第2壁部材の埋設距離、すなわち埋設の深さが、前記カバー部材の最大推進位置での該カバー部材の前記推進方向への移動距離よりも長くなるように構成されることで、前記自由端部の前記固定部材内での埋設状態が維持されてもよい。このような構成を採用することで、点火薬の燃焼によるカバー部材の移動期間において、所定の閉空間の密閉性が好適に維持されることになる。
また、上述までのパイロ式アクチュエータ機構において、前記カバー部は、前記第1壁部材での前記ピストンとの接触部位に、該ピストン側に突出した突出部を更に有してもよく、その場合、前記突出部の外径は前記ピストンの外径よりも小さくなるように形成され、且つ、前記第1壁部材の外径は該ピストンの外径よりも大きくなるように形成される。このように突出部の外径がピストンの外径よりも小さく形成されることで、突出部がピストンの推進孔にも進入することが可能となる。そのため、カバー部材が最大推進位置に至るまでの間に突出部が推進孔に進入することで、点火薬の燃焼によりカバー部材が移動可能な距離を、より長く確保することができ、パイロ式アクチュエータ機構の出力向上が期待される。
なお、カバー部材の最大推進位置に関し、前記第1壁部材が、前記推進孔が設けられた前記ハウジングの端面に接触し、前記カバー部材の前記推進方向への移動が規制されることで、該カバー部材が前記最大推進位置に至るように、パイロ式アクチュエータ機構が構成されてもよい。第1壁部材がハウジングの端面に接触することでカバー部材の移動が規制されることになるが、その接触状態において、突出部はピストンの推進孔に進入した状態になっているため、上記の通り、パイロ式アクチュエータ機構の出力向上が見込まれる。
また、上述までのパイロ式アクチュエータ機構において、前記突出部の内部に、前記点火薬の燃焼生成物により燃焼しガスを発生させるガス発生剤が配置されてもよい。ガス発生剤を更に配置することで、カバー部材に付与されるエネルギー量が増えるため、パイロ式アクチュエータ機構の出力が向上されることになる。なお、ガス発生剤としては、例えばニトロセルロース系の発生剤が利用できる。
ここで、上述までのパイロ式アクチュエータ機構において、前記固定部材は、樹脂材料で形成され、前記点火部を固定するモールド部を含み、前記カバー部材は、前記第1壁部材が前記モールド部には埋設されない状態で、且つ前記第2壁部材が前記自由端部を含むその壁面が該モールド部内に埋設された状態で、該モールド部によって仮固定されてもよい。そして、前記モールド部は、前記ハウジングの内壁面に対して前記点火部を固定するようにしてもよい。このように樹脂材料によるモールド部を採用してパイロ式アクチュエータ機構を構成することで、当該機構の製造が容易となる。なお、第2壁部材の仮固定とは、点火薬の燃焼によりカバー部材にかかる圧力によって、第2壁部材の自由端部が、モールド部内を移動可能な程度に固定された状態を言う。
また、第2壁部材がモールド部内に埋設される形態において、前記第2壁部材は、前記モールド部内で前記推進方向に沿って直柱状態となるように該モールド部内に埋設されるのが好ましい。当該直柱状態とは、モールド部内で第2壁部材の外径と内径が、その埋設の深さ方向に沿って概ね一定となる状態である。このように直柱状態で第2壁部材が埋設されると、点火薬の燃焼時に、その加圧力で自由端部がモールド部内を容易に移動しやすくなる。
なお、上述までのパイロ式アクチュエータ機構は、外部に残渣が排出されずに高出力を得ることができるため、様々な用途に適用可能である。例えば、極めて高い衛生環境が求められる医療機器分野においても好適に利用でき、その一例として、注射器での注射目的物質の射出のためのアクチュエータとして採用することができる。その場合、例えば、上述までのパイロ式アクチュエータ機構と、注射対象領域に注射される注射目的物質を封入するシリンジと、前記パイロ式アクチュエータでの前記点火薬の燃焼により推進駆動された前記ピストンを介して、前記シリンジ内に封入されている前記注射目的物質が加圧され、その加圧された該注射目的物質を前記注射対象領域に射出するための流路を有するノズル部とで、注射器を構成することができる。その他、上述までのパイロ式アクチュエータ機構は、電流遮断器や穿孔機等にも好適に適用し得る。
また、本発明を、所定の出力を得るための点火薬の点火器の側面から捉えることもできる。すなわち、本発明は、点火薬を含む点火部を有する電気着火式点火器と、前記電気着火式点火器を収容する点火器カラーと、前記点火部において前記点火薬が燃焼することで生じる燃焼生成物の、該点火部からの放出部位を少なくとも含む、該点火部の所定部位を覆うカバー部材であって、該カバー部材と該点火部との間に所定の閉空間を画定するように形成され、且つ、該点火薬の燃焼エネルギーを所定の出力方向に出力するカバー部材と、前記点火薬の燃焼の前後において、前記電気着火式点火器を前記点火器カラーに固定する固定部材と、を備える点火器組立体である。そして、前記カバー部材は、前記所定の閉空間を画定する壁部材であって、前記点火部の前記所定部位に対向する第1壁部材と、前記所定の閉空間を画定する、前記第1壁部材と接続された壁部材であって、前記所定の出力方向に延在し該第1壁部材との接続端部と反対側の自由端部は、前記固定部材内に埋設されている第2壁部材と、を有する。更に、前記点火薬が燃焼すると、前記所定の閉空間が前記所定の出力方向に拡大するように前記カバー部材が該所定の出力方向に移動するとともに、該カバー部材の最大推進位置において前記第2壁部材の前記自由端部が前記固定部材内に埋設された状態が維持されるように該カバー部材の該所定の出力方向への移動が規制される。これにより、点火器組立体において、点火薬の燃焼による残渣が外部に排出されるのを好適に抑制しつつ、その燃焼によって得られる出力を可及的に向上させることができる。
なお、上述のパイロ式アクチュエータ機構に関し開示された本願発明の技術思想は、技術的な齟齬が生じない限りにおいて、当該点火器組立体にも適用できる。例えば、前記点火薬の未燃焼の状態での前記固定部材内での前記第2壁部材の埋設距離が、前記カバー部材の最大推進位置での該カバー部材の前記所定の出力方向への移動距離よりも長くなるように構成されることで、前記自由端部の前記固定部材内での埋設状態が維持されてもよい。また、前記固定部材は、樹脂材料で形成され、前記電気着火式点火器を前記点火器カラーに固定するモールド部を含み、前記カバー部材は、前記第1壁部材が前記モールド部には埋設されない状態で、且つ前記第2壁部材が前記自由端部を含むその壁面が該モールド部内に埋設された状態で、該モールド部によって仮固定されてもよい。また、前記カバー部材の内部であって、前記点火薬の燃焼生成物が接触可能な位置に、該燃焼生成物により燃焼しガスを発生させるガス発生剤が配置されてもよい。点火部には、点火薬と接触し、着火電流で赤熱するブリッジワイヤ等の着火機構を含むことができる。また、着火機構としては、ブリッジワイヤ以外の機構を採用しても構わない。
更に、上記の点火器組立体において、前記点火器カラーは、前記電気着火式点火器を収容する点火器収容空間において、前記カバー部材の前記所定の出力方向への移動時に該カバー部材が接触するストッパ部材を有してもよく、その場合、前記点火薬が燃焼し前記カバー部材が前記所定の出力方向に移動した際に、前記第1壁部材が前記ストッパ部材に接触し、該カバー部材の該所定の出力方向への移動が規制されることで、該カバー部材が前記最大推進位置に至る。すなわち、点火器カラーは、電気着火式点火器を収容しつつ、ストッパ部材により所定の閉空間が拡大する限界が決定される。
また、上記の点火器組立体において、前記電気着火式点火器は、前記点火薬を保持するヘッダ部を有し、前記カバー部材は、該カバー部材が前記ヘッダ部に対して固定されない状態で、該ヘッダ部とともに前記点火薬を収容する点火薬収容空間を、該ヘッダ部上に形成してもよい。すなわち、カバー部材は、点火薬を収容する空間の画定と所定の閉空間の画定を兼ねることになるため、点火器組立体の構成部品を少なくすることができる。
点火薬の燃焼により生じる残渣の外部への排出を好適に抑制する技術を提供することが可能となる。
以下に、図面を参照して本願発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本願発明はこの実施の形態の構成に限定されるものではない。
<パイロ式アクチュエータ機構10の構成>
図1Aは、本発明のパイロ式アクチュエータ機構(以下、単に「アクチュエータ機構」という)10の概略構成であって、点火薬の燃焼前の状態における構成を、アクチュエータ機構10の縦断面で示す図である。また、図1Bは、点火薬の燃焼後の状態におけるアクチュエータ機構10の概略構成を、その縦断面で示す図である。また、図2は、アクチュエータ機構10の点火器25に含まれる点火部20の概略構成を示す図である。
図1Aは、本発明のパイロ式アクチュエータ機構(以下、単に「アクチュエータ機構」という)10の概略構成であって、点火薬の燃焼前の状態における構成を、アクチュエータ機構10の縦断面で示す図である。また、図1Bは、点火薬の燃焼後の状態におけるアクチュエータ機構10の概略構成を、その縦断面で示す図である。また、図2は、アクチュエータ機構10の点火器25に含まれる点火部20の概略構成を示す図である。
アクチュエータ機構10のハウジング11は断面が円形であり、一端側の開口部12には電気式着火点火器(以下、単に「点火器」という)25が取り付けられている。点火器25は、点火薬を含む点火部20を有する。ここで、点火部20の例について図2に基づいて説明する。点火部20は外部から供給される着火電流により点火薬22を燃焼させるものである。具体的には、表面が絶縁カバーで覆われたカップ21によって、点火薬22を配置するための空間が該カップ21内に画定される。そして、その空間に金属ヘッダ24が配置され、カップ21が金属ヘッダ24に固定される。また、金属ヘッダ24の上面に筒状のチャージホルダ23が設けられている。該チャージホルダ23によって点火薬22が保持される。この点火薬22の底部には、片方の導電ピン27と金属ヘッダ24を電気的に接続したブリッジワイヤ26が配線されている。なお、二本の導電ピン27は互いが絶縁状態となるように、絶縁体29を介して金属ヘッダ24に固定される。さらに、絶縁体29で支持された二本の導電ピン27が延出するカップ21の開放口は、図1Aに示す樹脂で形成されたモールド部28によって導電ピン27間の絶縁性を良好に維持した状態で保護されている。このモールド部28は、点火部20の製造工程において、樹脂材料を射出成型することで形成される。
このように構成される点火部20においては、外部電源によって二本の導電ピン27間に電圧印加されるとブリッジワイヤ26に電流が流れ、それにより点火薬22が燃焼する。このとき、点火薬22の燃焼による燃焼生成物はチャージホルダ23の開口部からカップ21を破り放出されることになる。なお、別法として、チャージホルダ23が無い点火部20を使用してもよい。図2に示す点火部20においては、燃焼生成物が放出される部位は、カップ21の頂部中央近傍の部位21aとなる。ここで、図1Aに示すように、部位21aの近くには、燃焼室9となる空間が配置されている。この燃焼室9は、後述するカバー部材33と点火部20及びモールド部28によって画定される閉空間である。そのため、点火薬22の燃焼生成物は、この燃焼室に封止されることになる。
なお、点火薬22として、好ましくは、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬(ZPP)、水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬(THPP)、チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬(TiPP)、アルミニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬(APP)、アルミニウムと酸化ビスマスを含む火薬(ABO)、アルミニウムと酸化モリブデンを含む火薬(AMO)、アルミニウムと酸化銅を含む火薬(ACO)、アルミニウムと酸化鉄を含む火薬(AFO)、もしくはこれらの火薬のうちの複数の組合せからなる火薬が挙げられる。これらの火薬は、点火直後の燃焼時には高温高圧のプラズマを発生させるが、常温となり燃焼生成物が凝縮すると気体成分を含まないために発生圧力が急激に低下する特性を示す。適切な注射が可能な限りにおいて、これら以外の火薬を点火薬として用いても構わない。
ここで、燃焼室9内には、特に追加的な点火薬は配置されていないが、燃焼室9内に点火薬22の燃焼によって生じる燃焼生成物によって燃焼しガスを発生させるガス発生剤等を配置することもできる。ガス発生剤の一例としては、ニトロセルロース98質量%、ジフェニルアミン0.8質量%、硫酸カリウム1.2質量%からなるシングルベース無煙火薬が挙げられる。また、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。燃焼室9内に配置されるときのガス発生剤の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、該ガス発生剤の燃焼完了時間を変化させることが可能であり、これにより、燃焼室9内での圧力推移を所望の推移とすることができる。
そして、点火器25は、点火器カラー6に固定された状態でハウジング11の一端側に取り付けられている。具体的には、ハウジング11の一端側はかしめ部16となっており、ハウジング11の内壁面に形成されている環状段部15に、点火器カラー6の段部を当接させ、その状態でかしめ部16により点火器カラー6の反対端部をかしめてハウジング11に対して固定する。なお、点火部20を含む点火器25は、モールド部28によって点火器カラー6に対して固定されている。
更に、点火部20を覆うようにカバー部材33が配置されている。詳細には、カバー部材33は、点火部20のカップ21の部位21a(点火薬22の燃焼生成物が放出される部位)を覆うように、そしてカバー部材33と点火部20との間に閉空間である燃焼室9が形成されるように配置されている。そして、カバー部材33は、貫通孔などが存在しない壁部材であって部位21aと対向するように配置される第1壁部材33aと、同じく貫通孔などが存在しない壁部材であって第1壁部材33aの周囲に接続されカバー部材33の軸方向に延在する第2壁部材33bとからなる。この第2壁部材33bの延在方向は、後述するピストン30の推進方向と同じである。更に、第2壁部材33bの、第1壁部材33aとの接続端部とは反対側の自由端部33cが開口しており、モールド部28の樹脂材料の中に埋設され仮固定されている。この点から、モールド部28は、カバー部材33の「固定部材」として機能する。この仮固定の状態では、カバー部材33と点火部20及びモールド部28とによって画定される燃焼室9の密閉性は十分に担保されている。
ここで、ハウジング11の先端部側(図1Aにおける上方の端部側)は、ハウジング11の内向きに突出した突出部13が形成されている。突出部13の中央部には、ハウジングの内部と外部を繋ぐ開口部14が形成されている。更に、ハウジング11内には、円柱形の空間であって、金属製のピストン30が収容される収容空間17が形成されている。この収容空間17は、開口部14を介してハウジング11の外部に繋がっている。ピストン30は、その上に伸びるピストンロッド32と一体に形成されており、図1Aに示す状態では、ピストンロッド32は開口部14に嵌入されており、ピストン30は収容空間17に嵌入されている。そして、ピストンロッド32と開口部14との摺動可能状態、及びピストン30と収容空間17との摺動可能状態を保ちながら、ピストン30及びピストンロッド32は、ハウジング11内をその軸方向に移動可能である。例えば、ピストン30の外径は収容空間17の内径と同程度であるか、僅かに小さい程度であり、ピストン30の移動時に円滑に移動できるように、収容空間17の内径とピストン30の外径の相関を調整する。またピストン30の外周面と収容空間の内壁面との間に潤滑剤を塗布してもよい。なお、図1Aに示す状態では、ピストンロッド32の先端面(図1Aにおける上方の端面)32aは、突出部13の外表面と面一である。
また、ピストン30は、下部に筒状のスカート部31を有している。スカート部31の内側は、点火器25の点火部20が収容される収容空間19を形成している。点火器カラー6を介して点火器25がハウジング11に収容されている図1Aに示す状態において、カバー部材33の第1壁部材33aが収容空間19内のピストン30の下面に当接するように、ピストン30及びピストンロッド32が位置決めされている。
ここで、カバー部材33の第2壁部材33bの軸方向の長さのうち、モールド部28内に埋設されている距離(埋設距離)Aは、ピストン30がハウジング11の収容空間17内で移動可能な距離、すなわちピストン30とピストンロッド32との接続部位近傍において、ピストン30とピストンロッド32の外径差で発生するショルダー部35と、突出部13の内壁面13aとの間の距離Bよりも大きく設定されている。ピストン30は、この距離Bを移動すると突出部13によってその移動が規制されるため、当該距離Bが、ピストン30の移動可能な距離でもあり、ピストン30とともに移動するカバー部材33の移動可能な距離でもある。ここで、ピストン30とともにカバー部材33の移動が規制されたときのその位置が、本発明の最大推進位置に当たる。
なお、モールド部28における第2壁部材33bの埋設については、点火部20において点火薬22が燃焼した際に生じる燃焼室9内の圧力で、カバー部材33が推進方向に押されて、第2壁部材33bとモールド部材28との仮固定状態が解消され、カバー部材33がピストン30を押し上げるようにピストン30の推進方向に移動可能となる程度の固定力(すなわち、比較的弱い固定力)が発生している。したがって、点火薬22が燃焼すると、カバー部材33が図1Aの上方向に移動し、それに伴い燃焼室9がその移動方向に拡大していく。このとき第1壁部材33aがピストン30の下面を押し上げることで、図1Bに示すように、ピストンロッド32の上面32aがハウジング11から突出する。このように点火薬22の燃焼によりカバー部材33が円滑に移動できるように、カバー部材33はモールド部28内で円柱状に配置され、且つ第2壁部材33bには突起や凹凸が形成されていない。そのため、カバー部材33はモールド部28から比較的抜けやすくなっている仮固定状態で、モールド部28に仮固定されていることになる。
ここで、上記の通り第2壁部材32bの埋設距離Aが、カバー部材33の移動可能距離(ピストン30の移動可能距離)Bよりも長く設定されているため、ピストン30が最大限推進した位置(最大推進位置)、すなわちショルダー部35が内壁面13aに当接する位置に到達しても、カバー部材33の自由端部33cはモールド部28の内部に存在し、カバー部材33がモールド部28から外れることがない。このため、アクチュエータ機構10において点火薬22の燃焼によりピストン30が推進駆動された場合、そのピストン30が最大限に推進された状態に至るまでの間、燃焼室9の密封性は維持されることになる。このようにアクチュエータ機構10では、点火薬22の燃焼生成物を燃焼室9内に封止した状態で、その燃焼エネルギーをカバー部材33を介してピストン30に効率的に伝えることができる。なお、このような燃焼室9の密封性と効率的なエネルギー伝達のための仮固定状態の形成のために、モールド部28を成形する際の樹脂の射出圧力は、7~13MPa程度に設定するのが好ましい。
なお、点火薬22の燃焼前に、ピストン30及びピストンロッド32がハウジング11から飛び出さないように、軸方向への移動が阻止されている。具体的には開口部14の周面を軽くかしめることで、ピストンロッド32の飛び出しが阻止されている。点火薬22の燃焼時には、そのかしめによる抵抗力以上の力が働くことになる。
以上より、アクチュエータ機構10では、点火部20での点火薬22の燃焼により発生した残渣などを含む燃焼生成物は、カバー部材33と点火部20及びモールド部28とで形成される閉空間である燃焼室9内に封止されるため、その外部に漏れることがなく、ハウジング11外へも流出することはない。更に、点火薬22の燃焼で生じた燃焼エネルギーは、部位21aに対向する第1壁部材33aが主に受け止めることになる。そのため、当該燃焼エネルギーは、カバー部材33を押し上げてピストン22を効率的に推進駆動させることになる。このように、アクチュエータ機構10は、点火薬22の燃焼により発生する残渣の排出抑制と、アクチュエータとしての好適な出力効率の維持とを両立することを可能とする。
次に、図3A及び図3Bに基づいて、本発明に係るパイロ式アクチュエータ機構(以下、単に「アクチュエータ機構」とも言う)を駆動源とする注射器40について説明する。当該アクチュエータ機構は、第1の実施例で示したアクチュエータ機構10と動作原理を実質的に同一とするものである。ここで、図3Aは、注射器40の概略構成であって、アクチュエータ機構内の点火薬の燃焼前の状態における構成を、注射器40の縦断面で示す図である。また、図3Bは、当該点火薬の燃焼後の状態における注射器40の概略構成を、その縦断面で示す図である。
なお、本願の以降の記載においては、注射器40によって注射対象領域に注射される注射目的物質を「注射液」と総称する。しかし、これには注射される物質の内容や形態を限定する意図は無い。注射目的物質では、注射対象領域である皮膚構造体等に届けるべき成分が溶解していても溶解していなくてもよく、また注射目的物質も、加圧することでノズル55の射出孔55aから注射対象領域に対して射出され得るものであれば、その具体的な形態は不問であり、液体、ゲル状等様々な形態が採用できる。
注射器40は、筒状に形成されたハウジング53を有する。このハウジング53には、点火薬を燃焼させて射出のためのエネルギーを発生させる電気着火式点火器が備えられているが、図3A及び図3Bにおいては、当該電気着火式点火器に含まれる点火部41のみが記載されている。なお、点火部41は、第1の実施例における点火部20と実質的に同一のものであるから、その詳細な説明は割愛する(図2を参照のこと)。更に、注射器40には、点火部41での点火薬の燃焼による燃焼エネルギーを後述する収容空間56に収容されている注射液に伝えるピストン57が組み込まれている。
詳細には、ハウジング53は、樹脂の射出成形によって製造され、当該射出成形については、公知の方法を使用することができる。ハウジング53の樹脂材料としては、例えば、公知のナイロン6-12、ポリアリレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマー等が使用できる。また、これら樹脂にガラス繊維やガラスフィラー等の充填物を含ませてもよく、ポリブチレンテレフタレートにおいては20~80質量%のガラス繊維を、ポリフェニレンサルファイドにおいては20~80質量%のガラス繊維を、また液晶ポリマーにおいては20~80質量%のミネラルを含ませることができる。
ここで、ハウジング53の先端部側(図3Aの上方の端部側)では、ハウジング53の内部方向に突出した突出部53aが形成されている。この突出部53aの中央には開口部が形成され、ハウジング53の内部と外部が当該開口部によって繋がっている。そして、ハウジング53の内部において、第1ホルダ54が突出部53aに当接した状態で配置される。この第1ホルダ54は、その内部にノズル55を保持する。そして、ハウジング53の内部には、更に、第1ホルダ54に対してノズル55を押圧するように配置された第2ホルダ52が配置される。なお、ノズル55と第2ホルダ52は一体に形成されてもよい。第2ホルダ52の内部には、その軸方向に沿った径が一定である貫通孔が形成されている。その貫通孔の一端は、点火部41が配置される空間に連通し、残りの一端はノズル55内の注射液の収容空間56側に至る。
そして、この貫通孔には、金属製のピストン57が、貫通孔内を軸方向に沿って推進可能となるように配置され、その一端が点火部41が配置される空間側を向いており、また、残りの他端は注射液の収容空間56側を向いている。なお、ピストン57の先端部側には、樹脂製のプランジャ58が設けられている。プランジャ58とノズル55との間に形成される空間が、注射液が収容される収容空間56となる。ここで、プランジャ58の先端部は、ノズル55側の収容空間56の形状を補完する形状となっている。すなわち、プランジャ58の先端部の外表面の形状とノズル55側の収容空間56の形状は概ね一致する形状となっている。そのため、注射液の射出の完了時において、収容空間56に取り残される注射液量を可及的に少なくすることができる。
ここで、プランジャ58の材質としては、例えば、ブチルゴムやシリコンゴムが採用できる。更には、スチレン系エラストマー、水添スチレン系エラストマーや、これにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、α-オレフィン共重合体等のポリオレフィンや流パラ、プロセスオイル等のオイルやタルク、キャスト、マイカ等の粉体無機物を混合したものがあげられる。さらにポリ塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーや天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリル-ブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴムのような各種ゴム材料(特に加硫処理したもの)や、それらの混合物等を、プランジャの材質として採用することもできる。また、プランジャ58は、柱状の胴部の外周に複数の環状の突起部が形成されている。この突起部は、プランジャ58がピストン57とともに貫通孔に挿入されると、樹脂製のため弾性変形し、プランジャ58と貫通孔の内壁面との密着度を高めることができる。
更に、ハウジング53内には、第2ホルダ52の、点火部41が配置される空間側の端面52aに当接するように第3ホルダ51が配置される。そして、この第3ホルダ51には、点火器カラー45に点火部41を含む後述の中間組立体がかしめ固定されて形成される点火器組立体が保持される。この点火器組立体では、樹脂で形成されたモールド部44に点火部41が固定されるとともに、点火部41のカップにおける燃焼生成物の放出部位41aを覆うようにカバー部材42がモールド部44に仮固定されている。なお、本実施例のモールド部44は、第1の実施例におけるモールド部28に対応するものであり、その詳細な説明は割愛する。
ここで、カバー部材42について詳細に説明する。カバー部材42は、点火部41のカップの放出部位41aを覆うように、そしてカバー部材42と点火部41との間に閉空間である燃焼室43が形成されるように配置されている。そして、カバー部材42は、貫通孔などが存在しない壁部材であって部位41aと対向するように配置される第1壁部材42aと、同じく貫通孔などが存在しない壁部材であって第1壁部材42aの周囲に接続されカバー部材42の軸方向に延在する第2壁部材42bとからなる。この第2壁部材42bは点火部41の側面に沿って配置され、その延在方向はピストン57の推進方向と同じである。更に、第2壁部材42bの、第1壁部材42aとの接続端部とは反対側の自由端部が開口しており、モールド部44の樹脂材料の中に埋設され仮固定されている。この仮固定について第1の実施例の場合と同様であり、仮固定の状態では、カバー部材42と点火部41とによって画定される燃焼室43の密閉性は十分に担保されている。
更に、カバー部材42の第1壁部材42a上には、第1壁部材42aからピストン57方向に突出する、円柱状の突出部42cが形成されている。突出部42cの外径は、ピストン57の外径よりも若干小さく形成されており、且つ第1壁部材42aの外径は、ピストン57の外径よりも大きく形成されている。したがって、図3Aに示すように、第1壁部材42aの外径と突出部42cの外径の差によって、カバー部材42上に段形状部分が形成されている。
そして、図3Aに示す点火器組立体は、点火部41がモールド部44に固定されるとともに、カバー部材42がモールド部44に仮固定された状態の中間組立体に対して、点火器カラー45が取り付けられて形成される。この点火器カラー45には、かしめ爪部45aが設けられており、当初、かしめ爪部45aは折り曲げられておらず、その状態の点火器カラー45に上記中間組立体が挿入され、その後、かしめ爪部45aが折り曲げられ、中間組立体をかしめることで、図3Aに示す点火器組立体が形成される。このように点火器カラー45に、点火部41を含む中間組立体を固定して形成される点火器組立体が、第3ホルダ51に当接するようにハウジング53内に配置され、更にハウジング53の、突出部53aとは反対側の端部53bにおいて、点火器組立体が第3ホルダ51に押圧するように固定される。なお、第1ホルダ54と第2ホルダ52との間、第2ホルダ52と第3ホルダ51との間、第3ホルダ51と点火器カラー45との間の各当接部分には、Oリングやガスケット等のシール部材を配置することができる。
このように構成される注射器40の動作について説明する。点火部41の点火薬の燃焼前の状態が図3Aに示されているが、この状態では、カバー部材42の突出部42cの頂面が、ピストン57の、プランジャ58とは反対側の端面と接触した状態となっている。この状態で点火薬に着火電流が供給され燃焼すると、部位41aから点火薬の燃焼生成物が燃焼室43内に流れ込み、燃焼室43内の圧力が急激に上昇する。ここで、カバー部材42は、モールド部44に対して仮固定されているため、燃焼室43内の圧力上昇に伴ってカバー部材42は図3A中の上方に移動し、ピストン57を注射器40の先端部側に押し上げて推進駆動するとともに、燃焼室43が、ピストン57の推進方向に拡大していく。このとき、カバー部材42の突出部42cの外径は、ピストン57の外径よりも若干小さく形成されているので、ピストン57の押し上げにおいて、突出部42cは、第2ホルダ52内の貫通孔に進入していく。そして、図3Bに示すように、カバー部材42の第1壁部材42aが、第2ホルダ52の端面52aに当接すると、カバー部材42によるピストン57の押し上げのための移動が規制される。ここで、カバー部材42の移動が規制されたときのその位置が、本発明の最大推進位置に当たる。このようにカバー部材42の移動に伴ってピストン57が押し上げられることで、空間56内の注射液が加圧され、ノズル55の射出孔55aから注射対象領域に向かって射出されることになる。
また、モールド部44における第2壁部材42bの埋設距離も、第1の実施例と同じように、カバー部材42及びピストン57の移動可能距離より長く設定される。本実施例におけるカバー部材42等の移動可能距離は、カバー部材42の第1壁部材42aと、カバー部材42の移動を規制する第2ホルダ52の端面52aとの距離であり、図3Bに示す距離Cに相当する。このように埋設距離と移動可能距離との相関が保たれていることで、第1の実施例と同じように、カバー部材42の移動期間において、第2壁部材42bの自由端部はモールド部44内に存在することになるため、点火薬の燃焼生成物を燃焼室43内に封止し続けることになる。そのため、燃焼生成物に含まれる残渣の外部への排出を十分に抑制しながら、ピストン57への燃焼エネルギーの伝達をカバー部材42を介して効率的に実現し得る。
次に、図4に基づいて、本発明に係る点火器組立体60について説明する。点火器組立体60は、本発明に係るパイロ式アクチュエータ機構に組み込まれ、点火薬の燃焼を行う点火部を含む組立体である。点火器組立体60に含まれる点火部61は、第1の実施例に示す点火部20や第2の実施例に示す点火部41と実質的に同一のものであるから、その詳細な説明は省略する(図2を参照のこと)。そして、点火器組立体60では、樹脂で形成されたモールド部64に点火部61が固定されるとともに、点火部61のカップにおける燃焼生成物の放出部位を覆うようにカバー部材62がモールド部64に仮固定されている。なお、本実施例のモールド部64は、第1の実施例におけるモールド部28や第2の実施例におけるモールド部44に対応するものであり、その詳細な説明は割愛する。このモールド部64は、点火部61を点火器カラー70に固定するためのものでもある。なお、モールド部64が点火器カラー70の内部に形成された後に、その位置が変化しないように、点火器カラー70の内壁面であって、モールド部64が形成される部位に突起73が設けられている。
また、点火器カラー70の先端部側(図4の上方の端部側)では、点火器カラー70の内側に突出した突出部71が形成され、突出部71の中央には開口部72が位置している。この開口部72には、点火部61での点火薬の燃焼による燃焼エネルギーが伝えられるピストン(図示せず)等が配置される。すなわち、開口部72は、そのピストン等が推進駆動される空間の一部又は全部を形成するものである。
ここで、カバー部材62について詳細に説明する。カバー部材62は、点火部61のカップの、点火薬の燃焼生成物が放出される部位を覆うように、そしてカバー部材62と点火部61との間に閉空間である燃焼室63が形成されるように配置されている。そして、カバー部材62は、貫通孔などが存在しない壁部材であって上記放出部位と対向するように配置される第1壁部材62aと、同じく貫通孔などが存在しない壁部材であって第1壁部材62aの周囲に接続されカバー部材62の軸方向に延在する第2壁部材62bとからなる。この第2壁部材62bは点火部61の側面に沿って配置され、その延在方向は点火器組立体60による出力方向と同じである。更に、第2壁部材62bの、第1壁部材62aとの接続端部とは反対側の自由端部が開口しており、モールド部64の樹脂材料の中に埋設され仮固定されている。この仮固定について第1の実施例及び第2の実施例の場合と同様であり、仮固定の状態では、カバー部材62と点火部61とによって画定される燃焼室63の密閉性は十分に担保されている。
更に、カバー部材62の第1壁部材62a上には、第1壁部材62aから開口部72方向に突出する、円柱状の突出部62cが形成されている。突出部62cの外径は、開口部72の内径より若干小さく形成されており、突出部62cの高さは、突出部71の厚さと同程度である。したがって、後述するようにカバー部材62が上方に移動し、その移動が突出部71の内側表面との当接により規制されたときに、突出部62cは開口部72内に嵌まり込み、突出部62cの頂面は、突出部71の外側表面と概ね面一となる。
このように構成される点火器組立体60の動作について説明する。点火部61の点火薬に着火電流が供給され燃焼すると、点火薬の燃焼生成物が燃焼室63内に流れ込み、燃焼室63内の圧力が急激に上昇する。ここで、カバー部材62は、モールド部64に対して仮固定されているため、燃焼室63内の圧力上昇に伴ってカバー部材62は図4中の上方に移動する。そして、カバー部材62の第1壁部材62aが、突出部71の内側表面に当接すると、カバー部材62の移動が規制される。ここで、カバー部材62の移動が規制されたときのその位置が、本発明の最大推進位置に当たる。このようにカバー部材62の移動に伴ってピストンが押し上げられることで、点火器組立体60での点火薬の燃焼エネルギーをピストンの推進力へと効率的に転換できる。
また、モールド部64における第2壁部材62bの埋設距離も、第1の実施例及び第2の実施例と同じように、カバー部材62の移動可能距離より長く設定される。本実施例におけるカバー部材62の移動可能距離は、カバー部材62の第1壁部材62aと、カバー部材62の移動を規制する突出部71の内側表面との距離である。このように埋設距離と移動可能距離との相関が保たれていることで、第1の実施例及び第2の実施例と同じように、カバー部材62の移動期間において、第2壁部材62bの自由端部はモールド部64内に存在することになるため、点火薬の燃焼生成物を燃焼室63内に封止し続けることになる。そのため、燃焼生成物に含まれる残渣の外部への排出を十分に抑制しながら、燃焼エネルギーの伝達をカバー部材62を介して効率的に実現し得る。
<変形例>
ここで、図5に、本発明に係る点火器組立体の変形例を示す。変形例に係る点火器組立体は、参照番号を80で表される。なお、変形例に係る点火器組立体80と、上記実施例に係る点火器組立体60とにおいて共通する構成については、同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。具体的には、点火器組立体80における点火器カラー70、およびそれに関連する構成(突出部71、開口部72、突起73)は、点火器組立体60の場合と同一である。また、後述の点火部81を点火器カラー70に固定するためのモールド部64についても、点火器組立体80、60において共通する。
ここで、図5に、本発明に係る点火器組立体の変形例を示す。変形例に係る点火器組立体は、参照番号を80で表される。なお、変形例に係る点火器組立体80と、上記実施例に係る点火器組立体60とにおいて共通する構成については、同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。具体的には、点火器組立体80における点火器カラー70、およびそれに関連する構成(突出部71、開口部72、突起73)は、点火器組立体60の場合と同一である。また、後述の点火部81を点火器カラー70に固定するためのモールド部64についても、点火器組立体80、60において共通する。
ここで、点火器組立体80が備える点火部81は、上述までの実施例と同じように、その内部に点火薬を有し、導電ピンから着火電流が供給されることで、その点火薬の燃焼が生じる。ここで、点火部81は、上述までの実施例に係る点火部20等が有するカップ21を有しておらず、そのカップ21の代わりにカバー部材82を備えることで、点火薬を収容する空間を点火部81に形成している。上記の通り、カップ21は点火薬の燃焼によって、その一部が破壊され、その破壊箇所から点火薬の燃焼生成物が放出される。すなわち、カップ21は、点火部20等における燃焼生成物の放出部位を画定するものでもある。一方で、カバー部材81は、貫通孔などが存在しない壁部材であって頂面を形成する第1壁部材82aと、同じく貫通孔などが存在しない壁部材であって第1壁部材82aの周囲に接続されカバー部材82の軸方向に延在する第2壁部材82bとを有する。両壁部材は、点火薬の燃焼によって生じる圧力で破壊されない程度の強度を有している。
そして、点火器組立体80では、カバー部材82で囲まれた空間に点火薬が充填される。また、第1壁部材82aは、点火部81の点火薬が置かれているチャージホルダ(図5においては図示せず。図2を参照のこと。)に対向するように配置され、その周囲に第2壁部材82bが配置される構成となっている。カップが存在しないため、点火薬の燃焼生成物はカバー部材内で放射状に拡散する。そして、カバー部材82は、第1壁部材82aと第2壁部材82bによってその放出部位を覆うものである。したがって、カバー部材82で覆われて形成される、その内部の空間が、点火部81における燃焼室83となる。
また、第2壁部材82bの、第1壁部材82aとの接続端部とは反対側の自由端部は、モールド部64の樹脂材料の中に埋設され仮固定されている。この仮固定について上記第3の実施例と同様である。なお、第2壁部材82bは、点火部81の特定の部位、例えば、図示しない金属ヘッダ24には固定されておらず、モールド部64に仮固定されているだけである。そのため、点火器81において点火薬が燃焼した際のカバー部材82の開口部72側に向けた移動は阻害されない。
また、モールド部64における第2壁部材82bの埋設距離も、上記第3の実施例と同じように、カバー部材82の移動可能距離より長く設定される。本変形例におけるカバー部材82の移動可能距離は、カバー部材82の第1壁部材82aと、カバー部材82の移動を規制する突出部71の内側表面との距離である。このように埋設距離と移動可能距離との相関が保たれていることで、上記第3の実施例と同じように、カバー部材82の移動期間において、第2壁部材82bの自由端部はモールド部64内に存在することになるため、点火薬の燃焼生成物を燃焼室83内に封止し続けることになる。
以上より、点火器組立体80においては、点火部81のカップを省略し部品の数を減らしながらも、上記第3の実施例と同様に、燃焼生成物に含まれる残渣の外部への排出を十分に抑制しながら、外部への燃焼エネルギーの伝達を、カバー部材82を介して効率的に実現し得る。
6・・・・点火器カラー
9・・・・燃焼室
10・・・・パイロ式アクチュエータ機構
11・・・・ハウジング
13・・・・突出部
13a・・・・内壁面
20・・・・点火部
21・・・・カップ
21a・・・・部位(放出部位)
25・・・・点火器
28・・・・モールド部
30・・・・ピストン
32・・・・ピストンロッド
33・・・・カバー部材
33a・・・・第1壁部材
33b・・・・第2壁部材
33c・・・・自由端部
35・・・・ショルダー部
40・・・・注射器
41・・・・点火部
42・・・・カバー部材
42a・・・・第1壁部材
42b・・・・第2壁部材
42c・・・・突出部
43・・・・燃焼室
44・・・・モールド部
45・・・・点火器カラー
53・・・・ハウジング
55・・・・ノズル
55a・・・・射出孔
57・・・・ピストン
58・・・・プランジャ
60、80・・・・点火器組立体
61、81・・・・点火部
62、82・・・・カバー部材
62a、82a・・・・第1壁部材
62b、82b・・・・第2壁部材
62c・・・・突出部
63、83・・・・燃焼室
64・・・・モールド部
70・・・・点火器カラー
9・・・・燃焼室
10・・・・パイロ式アクチュエータ機構
11・・・・ハウジング
13・・・・突出部
13a・・・・内壁面
20・・・・点火部
21・・・・カップ
21a・・・・部位(放出部位)
25・・・・点火器
28・・・・モールド部
30・・・・ピストン
32・・・・ピストンロッド
33・・・・カバー部材
33a・・・・第1壁部材
33b・・・・第2壁部材
33c・・・・自由端部
35・・・・ショルダー部
40・・・・注射器
41・・・・点火部
42・・・・カバー部材
42a・・・・第1壁部材
42b・・・・第2壁部材
42c・・・・突出部
43・・・・燃焼室
44・・・・モールド部
45・・・・点火器カラー
53・・・・ハウジング
55・・・・ノズル
55a・・・・射出孔
57・・・・ピストン
58・・・・プランジャ
60、80・・・・点火器組立体
61、81・・・・点火部
62、82・・・・カバー部材
62a、82a・・・・第1壁部材
62b、82b・・・・第2壁部材
62c・・・・突出部
63、83・・・・燃焼室
64・・・・モールド部
70・・・・点火器カラー
Claims (15)
- 外部からの着火電流により着火する点火薬を含む点火部を有し、該点火薬の燃焼エネルギーによりハウジング内に設けられた推進孔内をピストンが推進駆動するように構成されたパイロ式アクチュエータ機構であって、
前記点火部において前記点火薬が燃焼することで生じる燃焼生成物の、該点火部からの放出部位を少なくとも含む、該点火部の所定部位を覆うカバー部材であって、該カバー部材と該点火部との間に所定の閉空間を画定するように形成され、且つ、該点火薬の燃焼エネルギーを前記ピストンに伝えるように配置されるカバー部材と、
前記点火薬の燃焼の前後において、前記点火部を固定する固定部材と、
を備え、
前記カバー部材は、
前記所定の閉空間を画定する壁部材であって、前記点火部の前記所定部位に対向するとともに前記ピストンと接触する第1壁部材と、
前記所定の閉空間を画定する、前記第1壁部材と接続された壁部材であって、前記ピストンの推進方向に延在し該第1壁部材との接続端部と反対側の自由端部は、前記固定部材内に埋設されている第2壁部材と、
を有し、
前記点火薬が燃焼すると、前記所定の閉空間が前記ピストンの推進方向に拡大するように前記カバー部材が該推進方向に移動するとともに、該カバー部材の最大推進位置において前記第2壁部材の前記自由端部が前記固定部材内に埋設された状態が維持されるように該カバー部材の該推進方向への移動が規制される、
パイロ式アクチュエータ機構。 - 前記点火薬の未燃焼の状態での前記固定部材内での前記第2壁部材の埋設距離が、前記カバー部材の最大推進位置での該カバー部材の前記推進方向への移動距離よりも長くなるように構成されることで、前記自由端部の前記固定部材内での埋設状態が維持される、
請求項1に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記カバー部は、前記第1壁部材での前記ピストンとの接触部位に、該ピストン側に突出した突出部を更に有し、
前記突出部の外径は前記ピストンの外径よりも小さくなるように形成され、且つ、前記第1壁部材の外径は該ピストンの外径よりも大きくなるように形成される、
請求項1又は請求項2に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記第1壁部材が、前記推進孔が設けられた前記ハウジングの端面に接触し、前記カバー部材の前記推進方向への移動が規制されることで、該カバー部材が前記最大推進位置に至る、
請求項3に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記突出部の内部に、前記点火薬の燃焼生成物により燃焼しガスを発生させるガス発生剤が配置される、
請求項3又は請求項4に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記固定部材は、樹脂材料で形成され、前記点火部を固定するモールド部を含み、
前記カバー部材は、前記第1壁部材が前記モールド部には埋設されない状態で、且つ前記第2壁部材が前記自由端部を含むその壁面が該モールド部内に埋設された状態で、該モールド部によって仮固定され、
前記モールド部は、前記ハウジングの内壁面に対して前記点火部を固定する、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記第2壁部材は、前記モールド部内で前記推進方向に沿って直柱状態となるように該モールド部内に埋設される、
請求項6に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 前記点火薬の未燃焼の状態において、前記第1壁部材と前記ピストンとは接触した状態で配置される、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載のパイロ式アクチュエータ機構。 - 請求項1から請求項8の何れか1項に記載のパイロ式アクチュエータ機構と、
注射対象領域に注射される注射目的物質を封入するシリンジと、
前記パイロ式アクチュエータでの前記点火薬の燃焼により推進駆動された前記ピストンを介して、前記シリンジ内に封入されている前記注射目的物質が加圧され、その加圧された該注射目的物質を前記注射対象領域に射出するための流路を有するノズル部と、
を備える、注射器。 - 点火薬を含む点火部を有する電気着火式点火器と、
前記電気着火式点火器を収容する点火器カラーと、
前記点火部において前記点火薬が燃焼することで生じる燃焼生成物の、該点火部からの放出部位を少なくとも含む、該点火部の所定部位を覆うカバー部材であって、該カバー部材と該点火部との間に所定の閉空間を画定するように形成され、且つ、該点火薬の燃焼エネルギーを所定の出力方向に出力するカバー部材と、
前記点火薬の燃焼の前後において、前記電気着火式点火器を前記点火器カラーに固定する固定部材と、
を備える点火器組立体であって、
前記カバー部材は、
前記所定の閉空間を画定する壁部材であって、前記点火部の前記所定部位に対向する第1壁部材と、
前記所定の閉空間を画定する、前記第1壁部材と接続された壁部材であって、前記所定の出力方向に延在し該第1壁部材との接続端部と反対側の自由端部は、前記固定部材内に埋設されている第2壁部材と、
を有し、
前記点火薬が燃焼すると、前記所定の閉空間が前記所定の出力方向に拡大するように前記カバー部材が該所定の出力方向に移動するとともに、該カバー部材の最大推進位置において前記第2壁部材の前記自由端部が前記固定部材内に埋設された状態が維持されるように該カバー部材の該所定の出力方向への移動が規制される、
点火器組立体。 - 前記点火薬の未燃焼の状態での前記固定部材内での前記第2壁部材の埋設距離が、前記カバー部材の最大推進位置での該カバー部材の前記所定の出力方向への移動距離よりも長くなるように構成されることで、前記自由端部の前記固定部材内での埋設状態が維持される、
請求項10に記載の点火器組立体。 - 前記点火器カラーは、前記電気着火式点火器を収容する点火器収容空間において、前記カバー部材の前記所定の出力方向への移動時に該カバー部材が接触するストッパ部材を有し、
前記点火薬が燃焼し前記カバー部材が前記所定の出力方向に移動した際に、前記第1壁部材が前記ストッパ部材に接触し、該カバー部材の該所定の出力方向への移動が規制されることで、該カバー部材が前記最大推進位置に至る、
請求項10又は請求項11に記載の点火器組立体。 - 前記固定部材は、樹脂材料で形成され、前記電気着火式点火器を前記点火器カラーに固定するモールド部を含み、
前記カバー部材は、前記第1壁部材が前記モールド部には埋設されない状態で、且つ前記第2壁部材が前記自由端部を含むその壁面が該モールド部内に埋設された状態で、該モールド部によって仮固定される、
請求項10から請求項12の何れか1項に記載の点火器組立体。 - 前記電気着火式点火器は、前記点火薬を保持するヘッダ部を有し、
前記カバー部材は、該カバー部材が前記ヘッダ部に対して固定されない状態で、該ヘッダ部とともに前記点火薬を収容する点火薬収容空間を、該ヘッダ部上に形成する、
請求項10から請求項13の何れか1項に記載の点火器組立体。 - 前記カバー部材の内部であって、前記点火薬の燃焼生成物が接触可能な位置に、該燃焼生成物により燃焼しガスを発生させるガス発生剤が配置される、
請求項10から請求項14の何れか1項に記載の点火器組立体。
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