JP2004353715A

JP2004353715A - ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ

Info

Publication number: JP2004353715A
Application number: JP2003149962A
Authority: JP
Inventors: Shinya Fukushima; 信也福島
Original assignee: Autoliv Japan Ltd
Current assignee: Autoliv Japan Ltd
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】フル圧縮状態からフル展開状態までの伸長変化が瞬時に行われ、伸長度も大きく、製作も容易に、かつ正確にでき、フル展開時において折り曲げがなく、保護者の保護が確実に行われるｎ角断面角型ベローズアクチュエータを提供する。
【解決手段】中空円筒体３の外周にはｎ角、例えば、四角分のベローズ２が複数段成形される。このベローズ２は中空円筒体３がフル圧縮した状態で山折り部が八正角型となり、谷折り部は内部に折り畳まれる。緊急時に中空円筒体３内に高圧ガスを導入され、ベローズ２が伸び中空円筒体３は円筒状に伸長し、その上面側で対象物を押圧し、保護者の保護を図る。伸長速度が速く伸長時に折り曲がりがなく、かつ圧縮から伸長までの伸長度が大きい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自由状態において折り畳まれて圧縮状態で保持され、必要時においてガス圧により伸長して対象物の保護等を行うｎ角断面角型ベローズアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図１０に示すように車両１１に歩行者１２が衝突する事故が発生した場合、歩行者１２はボンネット９やエンジンフード８の前面部１０に頭部や胴体をぶつけて大きな衝撃を受け大怪我をする場合がある。この場合、例えば、前記ボンネット９の後端側が上方に持ち上げられたり、エンジンフード８の前面部１０に歩行者１２側に伸長する部材があると歩行者１２の頭部や胴体が保護される可能性が高い。そのため従来より図１１に示す円形断面のインフレータ式ベローズ１３や緊急時にはピストンロッドが上方に押し出されてボンネット９等を押し上げる形式の車両用フード装置（特許文献１参照）や歩行者保護用安全装置の持ち上げ用ピストンシリンダユニット（特許文献２参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−０３３８５０号公報（図３参照）
【特許文献２】
特開２００１−１３８８５７号公報（図１参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したインフレータ式ベローズ１３（図１１）は円形断面のベローズ１４を形成するため円周に沿う深絞りが必要であり、成形加工が難しい問題があると共に伸長時における保持力が不足し、折り曲がり易くなる問題点がある。また、圧縮状態と伸長状態とにおける長さの差が比較的小さく、十分な伸長度が行われない問題点がある。
【０００５】
また、特許文献１の特開２０００−０３３８５０の「車両用フード装置」はその文献の図３に示すように、緊急時には遠隔場所からのガスがシリンダ内に自動的に導入されてピストンロッドを上方に押し上げる構造のものからなるが、部品点数が多く、構造も複雑であり、伸長度も十分にとれない問題点がある。また、製造コストも高い。
【０００６】
また、特許文献２の特開２００１−１３８８５７の「歩行者保護用安全装置の持上げ用ピストンシリンダユニット」は、その文献の図１に示すように衝突等の発生時において推進火薬が爆発し、これによりピストンロッドが上昇に押し上げられピストンロッド端に片持ち支持されている上側フードヒンジが車両のフードを持ち上げて歩行者を保護するものである。この公知技術も前記の公知技術と同様に、構造・複雑でコスト高のものとなる問題点がある。
【０００７】
本発明は、以上の事情を考慮して発明されたものであり、緊急時には圧縮状態から小さな抵抗で瞬時に大きく伸長でき、伸長時の折り曲がりも小さく、圧縮時と伸長時の長さの差が大きく、かつ加工がやり易く製作コストの低減が図れるｎ角断面角型ベローズアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ｎ角断面角型ベローズアクチュエータに係り、ガス圧力により圧縮状態から伸長する直径２ｒの中空円筒体状のアクチュエータであって、該アクチュエータは、円筒体の外面に該円筒体部材の折り曲げにより成形される複数段のベローズをｎ角分だけ形成し、自由状態においては折り畳まれて前記の圧縮状態に保持されるものであることを特徴としている。本発明は、中空円筒体の外面にｎ角分だけ角型ベローズを成形するもので特別の深絞りを必要とせず所望な形状のベローズを正確に、かつ比較的容易に形成することができる。また、深いシャープな形状の溝を形成でき、折り畳まれたフル圧縮時の状態からフル展開の伸長時の状態までの伸長度を大きくとることができると共に伸長時における姿勢保持が確実に行われる。即ち、伸長力が低下しない。また、任意のｎ角型のベローズを目的に応じて形成することができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ係り、前記ｎ角のベローズが、折り畳まれたフル圧縮時において２ｎ正角型の外形状の折り目をなすものであり、前記折り目は前記ベローズの一段分の展開図において、一段の段幅寸法ａだけ離れて並設される長さ２πｒの上下の平行線の下方側平行線の基点Ａから角度αで上方側平行線に交点Ｂで交差する長さＡＢ＝ｃの第１の切れ目と、交点Ｂから前記上方側平行線に沿ってＣ点まで長さＢＣ＝ｃだけ形成される第２の切れ目と、Ｃ点から角度αで前記下方側平行線に交点Ｄで交差する長さＣＤ＝ｃの第３の切れ目と、交点Ｄから前記下方平行線に沿ってＥ点まで長さＤＦ＝ｃだけ形成される第４の切れ目と、以下、Ｅ点から前記基点Ａからと同様の形状で長さ２πｒに相当する終点Ａ′（Ａ′＝Ａに合致）まで形成される切れ目からなることを特徴としている。以上のように、折り目は正確に形成され安定した折り畳み形状を保持することができる。
【００１０】
また、請求項３のに記載の発明は、請求項１又は２のｎ角断面角型ベローズアクチュエータに係り、前記中空円筒体が、テーパ状のものからなることを特徴としている。中空円筒体をテーパ状にすることにより各段の折り目の重なりが少なくなり、より高い圧縮率を有するｎ角断面角型ベローズアクチュエータを形成することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータに係り、前記複数段のベローズの内の上端及び／又は下端のベローズが、他段のベローズの段幅寸法ａよりも低く形成されることを特徴としている。上端及び／又は下端のベローズの段幅寸法を他の段のものより低くすることによりベローズの加工の容易化が図れる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータに係り、前記中空円筒体は、上端及び／又は下端が閉止されるものであることを特徴としている。上端及び／又は下端を閉止することにより伸長性の一層の向上と伸長力の向上が図れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータの圧縮途中時におけるｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１（図示は四角断面ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１を示す）の外観形状を示す斜視図である。図示のように、四角断面角型ベローズアクチュエータ１は中空円筒体３の外面に四角分（ｎ＝４）のベローズ２を複数段（図示では約３段）形成したものからなる。一方、図２は図１に示した四角断面ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１の圧縮途中時の状態（ａ）とフル圧縮時の状態（ｂ）とガスが導入されて最大に伸長したフル展開の状態（ｃ）等を示す斜視図である。なお、図２（ｂ）のフル圧縮の状態では四角断面ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１は図５に示す正八角型（２ｎ＝８）の外形状を示すものからなり、ベローズ２は折り畳まれた状態に保持される。
【００１４】
次に、ベローズ２の折り目４の形状を図３及び図４により詳細に説明する。図３は四角断面ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１の折り目４の展開図であり、図４は図３の展開図における１段目５の折り目４の形状を示すものである。
【００１５】
１段目５の切り目４は展開図に示すように次のような形態のものからなる。まず、この場合ｎ＝４のため後に詳しく説明するが角度αは４５°であり、長さＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ＤＥ＝ＥＦ＝ＦＧ＝ＧＨ＝ＨＡ′（Ａ′＝Ａ）＝ｃの８本の切り目４からなる。まず、段幅寸法ａだけ離れて上方側平行線６と下方側平行線７がある。下方側平行線７の端部に基点Ａをとり、Ａから角度α＝４５°で斜線を引き上方側平行線６との交点をＢとするとＡＢ＝ｃが第１の切り目４ａである。次に、交点Ｂから上方側平行線６に沿って長さＢＣ＝ｃだけ進む。ここでＢＣが第２の切り目４ｂとなる。次に、Ｃ点から角度α＝４５°で下方に向かって斜線を引き下方側平行線７との交点をＤとしＣＤ＝ｃを第３の切り目４ｃとする。次に、交点Ｄから下方側平行線７に沿ってＤＥ＝ｃのＥを求め、ＤＥを第４の切り目４ｄとする。以下、点Ｅより基点Ａからと同様の切り目を形成し、ＥＦ＝ｃを第５の切り目４ｅ、ＦＧ＝ｃを第６の切り目４ｆ、ＧＨ＝ｃを第７の切り目４ｇとし、ＨＡ′＝ｃを第８の切り目４ｈとする。ここで点Ａ′は基点Ａと合致する。以上により、四角断面角型ベローズアクチュエータ１の場合は第１の切れ目４ａから第８の切れ目４ｈまでの８本の切れ目が形成される。また、図３に示すように、第１の切れ目４ａから第８の切れ目４ｈの形成されている部分が山折り部（実線で示す）となり、その他の上方側平行線６及び下方側平行線７の部分が谷折り部（点線で示す）となる。第１の切れ目４ａから第８の切れ目４ｈまでは山折り部となる。１段目５が出来たら他段目についても前記同様に折り目４が夫々形成される。
【００１６】
次に、折り目４を形成するための理論式を説明する。まず、中空円筒体３の半径をｒとし、寸法ａ，ｂ，ｃ及び角度αを図４のように表示する。また、角数をｎとすると次の（１），（２），（３）式が成立する。
α＝３６０／２ｎ・・・・・・・・・（１）
ｎｃ（ｃｏｓα＋１）＝２πｒ・・・（２）
ａ＝ｃｓｉｎα・・・・・・・・・・（３）
ｂ＝ｃｃｏｓα・・・・・・・・・・（４）
【００１７】
（第１の実施例）
今、ｎ＝４として四角断面角型ベローズアクチュエータ１の折り目４の形状を前式の式（１）乃至（４）から求める。
（１）式から α＝３６０／８＝４５°
（２）式からｃ＝πｒ／ｃｏｓ４５°＋１＝πｒ／（２＋√２）
（３）式からａ＝ｃｓｉｎ４５°＝πｒ／２（１＋√２）
（４）式からｂ＝ｃｃｏｓ４５°＝πｒ／２（１＋√２）
今ｒ＝３７．２ｍｍとすると
ａ＝ｂ＝２４．２ｍｍ
ｃ＝３４．２ｍｍとなる。
【００１８】
なお、図５は前記のようにフル圧縮時における四角断面ｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１の外形状を示すもので外輪郭の一辺が長さｃの正八角型からなる。なお、谷折り部は点線で示される。
【００１９】
（第２の実施例）
図６は六角断面角型ベローズアクチュエータ１Ａ（ｎ＝６）の外観形状を示す斜視図である。中空円筒体３ａの外周に沿って６箇所のベローズ２ａが折り曲げ成形される。図７はその折り目４Ａの部分的展開図であり、その場合の各部の寸法は次のようになる。
ｎ＝６のため（１）式からα＝３６０／１２＝３０°
（２）式からｃ＝２πｒ／３（２＋√３）
（３）式からａ＝πｒ／３（２＋√３）
（４）式からｂ＝πｒ／３＋２√３
よって、ｒ＝３７．２ｍｍの場合
ａ＝１０．４ｍｍ
ｂ＝１８．１ｍｍ
ｃ＝２０．８ｍｍとなる。
【００２０】
（第３の実施例）
図８は八角断面角型ベローズアクチュエータ１Ｂの折り目４Ｂの部分的展開図であり、この場合の各部の寸法は次のようになる。
【００２１】
この場合、ｎ＝８のため（１）式からα＝３６０／１６＝２２．５°
（２）式からｃ＝πｒ／４（１＋ｃｏｓα）
（３）式からａ＝πｒｓｉｎα／４（１＋ｃｏｓα）
（４）式からｂ＝πｒｃｏｓα／４（１＋ｃｏｓα）
よって、ｒ＝３７．２ｍｍの場合
ａ＝５．８ｍｍ
ｂ＝１４．０ｍｍ
ｃ＝１５．２ｍｍとなる。
【００２２】
図９は以上の構造のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１等を車両のエンジンフード８まわりに配置した場合の歩行者１２の衝突時の状態を示した模式図である。図９に示すように、エンジンフード８のボンネット９の後端部とその前面部１０には本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１が配置される。このｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１は通常はフル圧縮状態で所定の場所に装着される。車両１１に歩行者１２が衝突すると、図略のセンサの作動により図略のインフレータが作動し、高圧ガスがｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１内に導入され、瞬時にフル伸長状態となり図２（ｃ）のようにフル展開される。これにより歩行者１２はエンジンフード８側に衝突することなく保護される。前記したように、本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ１は高圧ガスにより瞬時にフル展開されるが、伸長段階でもベローズの形態から伸長方向に伸びようとする力が働くため、伸長状態が保持され伸長力を有し折れ曲がりは防止される。また、ベローズ４の角型の形状からフル圧縮状態からフル展開までの高さの差を大きくとることができ、伸長量の大幅な向上が図れる。
【００２３】
以上の説明では、中空円筒体３はストレートの円筒体としたが、これをテーパ状のものにすることによりベローズ４の折り畳み時の重なりが少なくなり、伸長状態への変化が一層迅速に行われる。また、中空円筒体３の上面及び／又は下端を閉止することにより、高圧ガスがベローズ４に大きく作用し、伸長スピードの一層の向上が図れる。また、前記のベローズ４は各段の寸法ａを一定のものとしたが、その端部の段の寸法を寸法ａより低くすること、例えば、半分にすることによりベローズ４の加工がより一層容易に行われる。また、以上の説明ではｎを４，６，８の場合について説明したが勿論、これに限定するものではない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータによれば、ベローズの加工が容易にでき、フル圧縮からフル展開までの伸長が短時間で行われ、伸長状態において折り曲がりなく保持されると共に、フル圧縮からフル展開までの伸び長さ量を大きくとることができる効果が上げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の四角断面角型ベローズアクチュエータの圧縮途中時における外観形状を示す斜視図である。
【図２】本発明の四角断面角型ベローズアクチュエータの圧縮途中（ａ）と、フル圧縮（ｂ）と、フル展開（ｃ）における外観形状を示す斜視図である。
【図３】四角断面角型ベローズアクチュエータの折り目形状を示す展開図である。
【図４】図３の１段目の展開図である。
【図５】四角断面角型ベローズアクチュエータのフル圧縮時の外形状を示す平面図である。
【図６】本発明の六角断面角型ベローズアクチュエータの圧縮途中時における外観形状を示す斜視図である。
【図７】図６の六角断面角型ベローズアクチュエータの１段目の折り目を示す部分展開図である。
【図８】本発明の八角断面角型ベローズアクチュエータの１段目の折り目を示す部分展開図である。
【図９】本発明のｎ角断面角型ベローズアクチュエータを車両のエンジンフードまわりに設けた場合の歩行者の保護状態を説明するための模式図である。
【図１０】従来における車両に衝突した歩行者の傷害状態を示す模式図である。
【図１１】インフレータ式ベローズの軸断面図（ａ）と図１１（ａ）のＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１四角断面角型ベローズアクチュエータ
１Ａ六角断面角型ベローズアクチュエータ
１Ｂ八角断面角型ベローズアクチュエータ
２ベローズ
２ａベローズ
３中空円筒体
３ａ中空円筒体
４折り目
４ａ折り目
４ｂ折り目
４ｃ折り目
４ｄ折り目
４ｅ折り目
４ｆ折り目
４ｇ折り目
４ｈ折り目
４Ａ折り目
４Ｂ折り目
５１段目
６上方側平行線
７下方側平行線
８エンジンフード
９ボンネット
１０前面部
１１車両
１２歩行者

Claims

ガス圧力により圧縮状態から伸長する直径２ｒの中空円筒体状のアクチュエータであって、該アクチュエータは、円筒体の外面に該円筒体部材の折り曲げにより成形される複数段のベローズをｎ角分だけ形成し、自由状態においては折り畳まれて前記の圧縮状態に保持されるものであることを特徴とするｎ角断面角型ベローズアクチュエータ。
前記ｎ角のベローズが、折り畳まれたフル圧縮時において２ｎ正角型の外形状の折り目をなすものであり、前記折り目は前記ベローズの一段分の展開図において、一段の段幅寸法ａだけ離れて並設される長さ２πｒの上下の平行線の下方側平行線の基点Ａから角度αで上方側平行線に交点Ｂで交差する長さＡＢ＝ｃの第１の切れ目と、交点Ｂから前記上方側平行線に沿ってＣ点まで長さＢＣ＝ｃだけ形成される第２の切れ目と、Ｃ点から角度αで前記下方側平行線に交点Ｄで交差する長さＣＤ＝ｃの第３の切れ目と、交点Ｄから前記下方平行線に沿ってＥ点まで長さＤＦ＝ｃだけ形成される第４の切れ目と、以下、Ｅ点から前記基点Ａからと同様の形状で長さ２πｒに相当する終点Ａ′（Ａ′＝Ａに合致）まで形成される切れ目からなることを特徴とする請求項１に記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ。
前記中空円筒体が、テーパ状のものからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ。
前記複数段のベローズの内の上端及び／又は下端のベローズが、他段のベローズの段幅寸法ａよりも低く形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ。
前記中空円筒体は、上端及び／又は下端が閉止されるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のｎ角断面角型ベローズアクチュエータ。