JP4979401B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車両の人員拘束装置に使用できるアクチュエータに関する。

車両の乗員拘束装置や歩行者保護装置に使用されるエアバッグ式の拘束装置以外にも、例えば、歩行者保護の目的で衝突の際に車両のボンネットを持ち上げる装置や、ステアリング（ハンドル）を引っ込める（車両前方に引き込む）装置がある。

これらの装置には、パイロ式のアクチュエータ（作動器）が使用されており、作動によってピンを押し出すタイプのアクチュエータ以外に、作動によって突出したピンを引き込むタイプのアクチュエータ（ピンプラー：pin pullerとも呼ばれている）が知られている。ピンプラーは、作動前はピンの先端部がシリンダ（ハウジング）から突起した状態で、作動によってシリンダ（ハウジング）内部に引き込まれる構造で、当該ピンを稼動させるための点火器を備えている。点火器は、ピンの稼動する方向と平行又は直角になるように配置されている。

特許文献１には、ピンプラータイプのアクチュエータが開示されている。図１のアクチュエータでは、シリンダとなるハウジングＨにはピストンPを収容するボア１４が形成され、ボア１４内をピストンPがスライドするようになっており、カートリッジＣはハウジングＨに形成された螺子部にねじ込まれ、ピストンPの軸に対して直角に配置されている。

図１のアクチュエータの構造では、ピストンPの周りに環状の空間２７が形成され、カートリッジCから発生したガスが環状空間２７に充填され、その内部の圧力を高め、ピストンPを図１の左方向に移動させる。これにより、ピストンPの右端部がハウジングH内部へ引き込まれる。

図１のアクチュエータの構造では点火器からの生成物はガスであるが、衝撃波も発生するため、衝撃波は直接ピストンのロッドに当たることになり、衝撃波によりロッドが損傷するおそれを考えると、改良の余地がある。
ＵＳＰ４，４１２，４２０

本発明は、ピストンを引き込むピンプラータイプで、ピストンが損傷するおそれを無くし、確実にピストンを引き込むことができるアクチュエータを提供する。

〔請求項１〕
本発明は、課題の解決手段として、
点火器ハウジングとシリンダを有するハウジングと、前記点火器ハウジング内に収容された点火器と、前記シリンダ内に摺動可能に収容されたピストンとを有するアクチュエータであり、
前記ピストンが、ロッドと、前記ロッドの一端面又は外周面に形成された拡張面部を有し、作動前には前記ロッドの他端面を含む部分が前記ハウジング外に突出したものであり、
前記点火器が、前記点火器の中心軸方向と前記ピストンロッドの中心軸方向が異なる方向になるように配置されたものであり、
前記点火器の作動時において、前記点火器の作動により発生する燃焼生成物が前記拡張面部を押圧して、前記ピストンが前記シリンダ内を摺動することで、前記ピストンの突出部分が前記ハウジング内に引き込まれるものである、アクチュエータを提供する。

本発明のアクチュエータは、点火器の作動時において、点火器の作動により発生する燃焼生成物（火炎、高温ガス、衝撃波等）がピストンの拡張面部に衝突して押圧し、ロッドには衝突しないものである。前記拡張面部は、点火器から発生した燃焼生成物が流れる方向に配置されている。

本発明のアクチュエータでは、点火器が、点火器の中心軸方向と前記ピストンロッドの中心軸方向が異なる方向（好ましくは直交する方向）になるように配置されているから、点火器の作動により発生した燃焼生成物をピストンの拡張面部に誘導することで、上記したとおり、燃焼生成物をピストンの拡張面部に衝突させることができる。燃焼生成物をピストンの拡張面部に誘導するためには、例えば、ハウジング内に燃焼生成物の誘導路を形成する方法や、点火器が収容された点火器ハウジングに拡張面部方向への開口部を設ける方法を適用すればよい。

このようにすることで、特許文献１の発明のように衝撃波が直接ロッドに衝突することが防止され、燃焼生成物は拡張面部に衝突するため、ロッドが損傷することなく、ピストン全体が確実にハウジング内に引き込まれる。また、点火器とピストンをそれぞれの中心軸方向が平行になるように配置した場合に比べて、全体を小型化することができる。なお、ピストンは、全体がハウジング内に引き込まれる必要はなく、一部が引き込まれるものでもよい。

ピストンの拡張面部は、ロッド端面と一体となったものであり、その形状や大きさは特に制限されないが、少なくともロッドの断面あるいは端面と同等以上の面積を有する平面乃至は曲面が好ましい。

点火器は、エアバッグ用のガス発生器等で汎用されている公知の電気式点火器（着火薬として、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含むもの）を用いることができ、必要に応じて更に補助火薬を用いることもできる。

〔請求項２〜６〕
本発明は、課題の他の解決手段として、前記点火器の作動により発生する燃焼生成物が、前記ハウジング内に設けられた衝突面部にぶつかることで向きを変え、前記拡張面部を押圧するものである、請求項１記載のアクチュエータを提供する。

点火器の作動により、作動部から発生する燃焼生成物の噴出方向に対向する位置（好ましくは正対する位置）に衝突面部を配置しておき、そこに燃焼生成物をぶつけて向きを変えて、拡張面部に衝突させる。このようにすることで、燃焼生成物を確実に拡張面部に衝突させ、ピストンの突出部分を引き込むことができる。

このような衝突面部は、前記点火器ハウジングと前記シリンダを分離する壁面にすることができる。衝突面部が点火器ハウジングとシリンダを分離する壁面であるとき、前記壁面が前記シリンダ壁面の一部を形成するようにしてもよい。また衝突面部としては、点火器の作動部を包囲して配置された、拡張面部の方向に燃焼生成物を噴出できるカップ部材を用いることができる。

更に作動前において、上記した衝突面部が、拡張面部を含む他の部材（例えば、点火器ハウジング、シリンダ等）と共に前記点火器を含む閉鎖空間を形成するようにすることで、点火器の作動により発生した燃焼生成物の全てが拡張面部を押圧するために利用できるので、効率的で好ましい。

ここでいう閉鎖空間とは、別部材同士が圧接されて形成された密閉空間でもよいし、別部材同士が当接された状態又は僅かな隙間をおいて配置された状態でもよい。即ち、前記閉鎖空間が存在することにより、点火器の作動により発生した燃焼生成物が、他に逃げることなく（例えば、ピストンとシリンダの隙間に入り込むことなく）、確実に拡張面部に衝突させることができればよい。

なお、衝突面部として前記カップ部材を使用する場合は、燃焼生成物を噴出させる方向に開口や脆弱部を有するものを用いることができる。脆弱部は、薄肉にしたり、切り込みを入れたりすることで、燃焼生成物の圧力を受けて破壊され、開口され易くした部分である。

〔請求項７〕
本発明は、課題の他の解決手段として、前記ピストンの拡張面部が、前記ロッドの一端面又は前記ロッドの軸方向中央部からロッドの半径方向外側の一方向に延ばされたものであるか又はフランジ状に延ばされたものである、請求項１〜６のいずれかに記載されたアクチュエータを提供する。

拡張面部の形状や大きさは、アクチュエータの構造に応じて適宜設定することができる。例えば、アクチュエータをできるだけ小さくしようとする場合には、ロッドの一端面又は中央部（中央部とその近傍も含む）からロッドの半径方向外側の一方向に延ばされた拡張面部にすることができ、ピストンが大きなもの（質量が大きなもの）であるような場合には、拡張面部をより大きくして、より強い力でピストンが引き込まれるようにするため、ロッドの一端面又は中央部（中央部とその近傍も含む）の周囲にフランジ状に延ばされた拡張面部（ロッドの円周方向に連続して形成された拡張面部）にすることができる。

本発明のアクチュエータでは、点火器の作動により発生した衝撃波を含む燃焼生成物は直接ピストンロッドに衝突することなく拡張面部に衝突するため、ピストンロッドを損傷するおそれがなく、ピストンを確実にシリンダ内に引き込むことができる。

（１）図１のアクチュエータ
図１は、アクチュエータの縦断面図である。

アクチュエータ１０は、点火器ハウジング１１ａとシリンダ１１ｂとの組み合わせからなるハウジング１１により外殻が形成されている。点火器ハウジング１１ａとシリンダ１１ｂは、一部の外殻部材を共有している。ハウジング１１（点火器ハウジング１１ａとシリンダ１１ｂ）は、金属製のものであり、全体の形状や大きさは、アクチュエータ１０の取り付け対象や取り付け位置に応じて決定される。

点火器ハウジング１１ａ内には点火器収容空間１２が形成されている。点火器収容空間１２は、予め取り付け対象となる電気式点火器１４の外部形状に対応した内部形状となっている。電気式点火器１４は、ハウジングの第１開口部２１から点火器収容空間１２に嵌め込まれた後、第１開口周縁部２１ａをかしめることで固定されている。

点火器の作動部１４ａは、点火器１４が嵌め込まれた後の残余の閉鎖空間１２ａ内に位置しており、ハウジング１１の内壁面には接していない。閉鎖空間１２ａは、点火器１４の作動により発生した燃焼生成物の通路となるものである。１９は、気密性維持のためのＯリングである。

シリンダ１１ｂ内のシリンダ摺動空間１３には、軸方向の断面形状がＬ字型の金属製のピストン１５が摺動可能に収容されている。ピストン１５は、ロッド１６と、ロッド１６の一端面１６ａに形成された拡張面部１７を有するものであり、ロッドの他端面１６ｂを含む部分がハウジング１１（シリンダ１１ｂ）外に突出している。他端面１６ｂを含む突出部は、アクチュエータ１０の作動時にシリンダ１１ｂ内に引き込まれるものであり、取り付け対象により要求される作動性能に応じて長さ（Ｌ_１）が決定される。

拡張面部１７は、ロッド１６の一端面１６ａから、ロッド１６の軸方向に対して垂直方向に（即ち、半径方向に）一方向側に拡張された面であり、ロッド１６の一端面１６ａ又は他端面１６ｂの面積と同等以上の面積を有している。ロッド１６と拡張面部１７には、それぞれ周方向に環状溝が形成され、それぞれの環状溝には、気密維持のためのＯリング１８ａ、１８ｂが嵌め込まれている。

拡張面部１７の閉鎖空間１２ａ側の一部面がシリンダ１１ｂの段差面２６に当接されているため、ロッド他端面１６ｂはそれ以上ハウジング１１（シリンダ１１ｂ）外に飛び出すことはない。

ピストン１５は、ハウジングの第２開口部２２からシリンダ摺動空間１３内に嵌め込まれている。第２開口部２２は、第２開口部２２近傍の環状段差面に嵌め込まれた隔壁２３を、第２開口周縁部２２ａをかしめて固定することで閉塞されている。隔壁２３は、作動時においてピストンの移動を所定範囲内で止めることができるものであればよく、第２開口部２２を完全に閉塞していなくてもよい。

拡張面部１７と隔壁２３の間には、ピストン１５の摺動を可能にする移動空間２５が、拡張面部１７、隔壁２３及びハウジング１１により形成されている。拡張面部１７と隔壁２３の間隔Ｌ_２は、突出部の長さＬ_１に等しい。Ｌ_１とＬ_２の長さを調整することで、ピストン１５がシリンダ１１ｂ内に引き込まれる長さを調整することができる。

点火器ハウジング１１ａとシリンダ１１ｂは、それぞれを形成する共有の外壁面である衝突面部２０により仕切られている。衝突面部２０は、筒状壁面の一部からなるものであり、点火器１４の作動により発生した燃焼生成物が衝突する面である。

点火器１４とピストン１５は、点火器１４の中心軸方向とピストンロッド１６の中心軸方向が直交する方向になるように配置されており、点火器１４の作動部１４ａは、衝突面部２０に正対している。

閉鎖空間１２ａは、点火器１４（作動部１４ａ）、衝突面部２０、点火器ハウジング１１、拡張面部１７（受圧面１７ａ）で囲まれている。衝突面部２０の先端面２０ａと拡張面部１７の受圧面１７ａとの間には、正常な動作が確保できる範囲で僅かな隙間（例えば、１mm以下程度）が形成されていてもよいし、先端面２０ａと受圧面１７ａは、当接乃至圧接されていてもよい。このように拡張面部１７の受圧面１７ａとの間に隙間が存在する形態も含めると、部品の寸法精度の管理が容易になる。

次に、図１に示すアクチュエータ１０の動作を説明する。点火器１４の作動により、作動部１４ａから燃焼生成物（火炎、高温ガス、衝撃波等）が発生する。発生した燃焼生成物は、閉鎖空間１２ａ内に位置しており、作動部１４ａに正対する衝突面部２０に衝突した後に向きを変える。

そして、ロッド１６の外周面は、衝突面部２０と拡張面部１７により、閉鎖空間１２ａと隔離されているため、向きを変えた燃焼生成物は、ロッド１６には衝突せずに拡張面部１７の受圧面１７ａに衝突して押圧すると共に、閉鎖空間１２ａ内の圧力上昇によっても受圧面１７ａが押圧される（図１中に、矢印で燃焼生成物の流れの変化が示されている）。このとき、燃焼生成物は衝突面部２０と拡張面部１７（受圧面１７ａ）に衝突し、その瞬間にロッド１６が軸方向に移動することと、Ｏリング１８ａ、１８ｂにより気密性が維持されているため、先端面２０ａと受圧面１７ａとの間に僅かな隙間が存在していても、先端面２０ａと受圧面１７ａが当接乃至は圧接されている場合と同様に、正常な動作に影響を与えることはない。

燃焼生成物により押圧された拡張面部１７は、移動空間２５を隔壁２３方向に移動するため、ピストンロッド１６はシリンダ１１ｂ内を隔壁２３方向に摺動し、ピストンロッド１６の突出部がシリンダ１１ｂ（ハウジング１１）内に引き込まれる。上記したとおり、Ｌ_１＝Ｌ_２であるため、ピストン１５は、完全にシリンダ１１ｂ（ハウジング１１）内に引き込まれる。

（２）図２のアクチュエータ
図２は、別形態のアクチュエータの縦断面図である。図２で示すアクチュエータ１００は、基本的構造は図１のアクチュエータ１０と同じであるから、異なる部分のみ説明する。なお、図１と同じ番号は同じものであることを意味する。

点火器の作動部１４ａには、図１に示す衝突面部２０に相当するステンレス製等のカップ部材３０が被せられている。図１に示す衝突面部２０に代えて、より厚みの小さなカップ部材３０を用いているため、アクチュエータ１００の軸方向の寸法は、図１に示すアクチュエータ１０の軸方向の寸法よりも小さくなり、より小型化されている。

カップ部材３０は、フランジ部３１において、点火器ハウジング１１ａと点火器１４にて挟み付けられるようにして固定されている。カップ部材３０は、側面の一部に燃焼生成物を噴出するための１又は複数の噴出口３２を有している。噴出口３２は、ピストンの拡張面部１７に正対している。

点火器１４の作動により、作動部１４ａから発生した燃焼生成物は、作動部１４ａとカップ部材３０により形成された閉鎖空間１２ａの作用により、噴出口３２のみから噴出される。噴出口３２から噴出された燃焼生成物は、噴出口３２と正対する拡張面部１７の受圧面１７ａに衝突して押圧するため（図２中に、矢印で燃焼生成物の流れの変化が示されている）、ピストン１５がシリンダ１１ｂ内に引き込まれる。

（３）図３のアクチュエータ
図３は、別形態のアクチュエータの縦断面図である。図３で示すアクチュエータ２００は、基本的構造は図１のアクチュエータ１０と同じであるから、異なる部分のみ説明する。なお、図１と同じ番号は同じものであることを意味する。

シリンダ１１ｂ内に収容されたピストン１５は軸方向の断面形状がＴ字型のもので、ピストンロッド１６と、ピストンロッド１６の一端面１６ａからフランジ状に延ばされた環状の拡張面部２７を有している。

点火器収容空間１２内に点火器１４が嵌め込まれた後の残余の閉鎖空間１２ａは略筒状空間となっており、拡張面部２７の受圧面２７ａのほぼ全面が閉鎖空間１２ａに面している。

衝突面部２０は、略筒状の閉鎖空間１２ａと同様に略筒状となっているが、点火器１４の作動により、作動部１４ａから発生した燃焼生成物が衝突するのは、作動部１４ａと正対している面である。

点火器１４の作動により、作動部１４ａから発生した燃焼生成物は、衝突面部２０の作用により向きを変えると共に、略筒状の閉鎖空間１２ａ内の全体を満たして圧力を上昇させる。そして、ロッド１６の外周面は、衝突面部２０、シリンダ１１ｂ、環状の拡張面部２７により形成された閉鎖空間１２ａと隔離されているため、向きを変えた燃焼生成物は、ロッド１６には衝突せず、拡張面部２７の受圧面２７ａに衝突して押圧し（図３中に、矢印で一部の燃焼生成物の流れの変化が示されている）、更に受圧面２７ａは略筒状の閉鎖空間１２ａ内の圧力上昇によっても押圧される。その結果、ピストン１５がシリンダ１１ｂ内に引き込まれる。

アクチュエータ２００は、拡張面部２７が図１及び図２で示す拡張面部１７よりも大きなものであるため、図１及び図２で示すアクチュエータよりも大きなものとなるが、環状の拡張面部２７の全面が均等に押圧されるため、ピストン１５の引き込み動作はより容易になる。

（４）図４のアクチュエータ
図４は、別形態のアクチュエータの縦断面図である。

アクチュエータ３００は、別部材である点火器カラー３２０とシリンダ３３０が接合されて外殻が形成されている。点火器カラー３２０は、点火器３２３と接している本体部３２１と、そこから延在する第１筒状接合部３２２とを有している。シリンダ３３０は、筒状のピストン収容部（シリンダ本体）３３１と、その周面から突出された第２筒状接合部３３２とを有している。そして、点火器３２３は、第２筒状接合部３３２先端と点火器カラー３２０との間に挟持され、シリンダ３３０に接続されている。

点火器カラー３２０とシリンダ３３０は、第２筒状接合部３３２の外表面に形成された段差（溝３３２ａ）に対して、第１筒状接合部３２２を被せ、第１筒状接合部３３２の外側からかしめることで接続されている。

シリンダ３３０は、両端側にそれぞれ第１開口部３３３と第２開口部３３４を有しており、側面側には、点火器収容空間３２５と連通する連通孔３３６を有している。

シリンダ３３０内に収容されたピストン３５０には、長さ方向の所望位置に円盤状の拡張面部３５１が形成されている。拡張面部３５１は、第２開口部３３４側に受圧面３５２を有しており、シリンダ本体３３１の内部に形成された第１段差部３３７に当接されている。

ピストン３５０は、拡張面部３５１を挟んで、第１開口部３３３側に存在する第１ロッド３５８と第２開口部３３４側に存在する第２ロッド３５９を有している。そして、シリンダ３３０の内部空間は、拡張面部３５１により、第１空間３４１と第２空間３４２に分離されている。第２空間３４２は、連通孔３３６及び点火器収容空間３２５と一体になって１つの空間（閉鎖空間）を形成している。

シリンダ３３０内の第２空間３４２には、第２ロッド３５９の外表面を覆って、筒状の衝突面部３６０が形成されている。筒状の衝突面部３６０は、シリンダ３３０の第２開口部３３４側の壁面と一体に形成されており、先端面３６０ａは拡張面部３５１の受圧面３５２に当接されている。なお、作動時において、作動部３２４から生じた燃焼生成物は、作動部３２４に正対する筒状の衝突面部３６０の一部面に衝突して向きを変えるものであり、衝突面部の全体に衝突するものではない。

第１ロッド３５８の端部には、閉塞部材３４５と薄肉の環状ストッパ３４７が重ねて配置されている。閉塞部材３４５は、第１ロッド３５８の外径よりも僅かに大きな内径の開口部３４６を有し、環状ストッパ３４７は、第１ロッド３５８の外径よりもわずかに小さい内径を有している。閉塞部材３４５と環状ストッパ３４７は、シリンダ本体３３１内に形成された第２段差部３３８に嵌め込まれ、シリンダ本体３３１の第１開口部側端部３３０ａをかしめて固定されている。薄肉の環状ストッパ３４７により、作動前のピストン３５０の移動が阻止されている。

次に、図４に示すアクチュエータの動作を説明する。点火器３２３の作動により、着火部３２４から燃焼生成物が発生すると、その燃焼生成物は、点火器収容空間３２５、連通孔３３６を通って、第２空間３４２に流入する。そして、点火器収容空間３２５、連通孔３３６、第２空間３４２が全体として閉鎖空間を形成していることから、燃焼生成物により円盤状の受圧面３５２が押圧されると共に、第２空間３４２内の圧力が上昇することでも受圧面３５２が押圧されることから、ピストン３５０に駆動力がかかる。

このとき、筒状の衝突面部３６０は第２ロッド３５９の外周面を覆っており、その先端３６０ａが受圧面３５２と当接しているため、第２空間３４２に流入した燃焼生成物は、衝突面部３６０と第２ロッド３５９との間の隙間に入りにくくなり、発生した全量の燃焼生成物がピストンの駆動に使用される。

その後、第１ロッド３５８の端部でストッパ３４７により移動が阻止されていた状態から、ストッパ３４７が破壊されて、ピストン３５０が軸方向に移動する。

なお、図４に示す実施形態では、拡張面部３５１の外周面とシリンダ本体３３１の内周面、第２開口部３３４と第２ロッド３５９のクリアランスが厳密に管理されているため、図１〜図３で使用しているＯリングは不要である。

上述の構造は、本発明の具体的な例を示すものであり、当該構造に発明が限定されるわけではない。本発明の効果を相する限りにおいては、ピストンの断面形状や衝突面部の形状、ハウジングやシリンダの形成方法などについては、任意に変更することができる。

アクチュエータの縦断面図である。 別形態のアクチュエータの縦断面図である。 別形態のアクチュエータの縦断面図である。 別形態のアクチュエータの縦断面図である。

符号の説明

１０、100、200、300 アクチュエータ
１１ ハウジング
１１ａ 点火器ハウジング
１１ｂ シリンダ
１４ 電気式点火器
１５ ピストン
１６ ピストンロッド
１７ 拡張面部
２０ 衝突面部
２７ 拡張面部
３０ カップ部材
３２ 噴出口

Claims (4)

1. 点火器ハウジングとシリンダを有するハウジングと、前記点火器ハウジング内に収容された点火器と、前記シリンダ内に摺動可能に収容されたピストンとを有するアクチュエータであり、
   前記点火器の作動部が正対する位置において、前記点火器ハウジングと前記シリンダを分離し、かつ前記点火器の作動により発生する燃焼生成物を衝突させるための衝突面部を有しており、
   前記ピストンが、ロッドと、前記ロッドの一端面又は外周面に形成された拡張面部を有し、作動前には前記ロッドの他端面を含む部分が前記ハウジング外に突出したものであり、
   前記点火器が、前記点火器の中心軸方向と前記ピストンロッドの中心軸方向が異なる方向になるように配置されたものであり、
   前記点火器の作動部が、少なくとも前記点火器作動部と前記衝突面部で囲まれ、前記ロッドを含まない閉鎖空間内に位置しており、
   前記点火器の作動時において、前記点火器の作動により発生する燃焼生成物が前記衝突面部にぶつかることで向きを変え、前記ロッドに衝突することなく前記拡張面部を押圧して、前記ピストンが前記シリンダ内を摺動することで、前記ピストンの突出部分が前記ハウジング内に引き込まれるものである、アクチュエータ。
2. 前記衝突面部が、前記点火器ハウジングと前記シリンダを分離する壁面であり、前記壁面が前記シリンダ壁面の一部を形成している、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記衝突面部が、前記点火器の作動部を包囲して配置された、前記拡張面部の方向に前記燃焼生成物を噴出できるカップ部材である、請求項１記載のアクチュエータ。
4. 前記ピストンの拡張面部が、前記ロッドの一端面又は前記ロッドの軸方向中央部からロッドの半径方向外側の一方向に延ばされたものであるか又はフランジ状に延ばされたものである、請求項１〜３のいずれかに記載されたアクチュエータ。

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