JP2013204756A - ボンベ開封装置およびボンベの開封方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
取り扱いの制約もなく保管のための特殊な設備を必要としないボンベ開封装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
ボンベ開封装置は、ガスを収納するボンベと、ボンベの開口部を封止する封止板と、封止板に穴を開けるカッタと、カッタの端部に圧縮した状態で配置されるバネとカッタに当接し、カッタを前記封止板から離れた位置で固定する固定部材と、固定部材を保持する保持部材を有し、保持部材の形状を変化させることにより、固定部材をカッタから外し圧縮されたバネの応力によりカッタを封止板に突き刺しボンベを開封する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、海洋センサ等に使用されるブイ用フロートを膨張させるガスを封入したボンベを開封するためのボンベ開封器に関するものである。

関連するボンベ開封装置としては、実開昭62−24199号公報に記載の技術が知られている。このボンベ開封装置は、第９図に示すように、内部にガスを入れたボンベ１と、ボンベ１の開口部を封止している封止板２、リード線３を有する電気点火式のスクイブ４（通電によってフィラメントが発熱し点火剤に着火し膨張ガスを発生させる部品）を有している。ボンベの開封動作は、以下のとおりである。カッタ５が封止板２から離れている状態において、スクイブ４のリード線３を電源に接続すると、該スクイブ４が爆発する。この爆発の圧力によりピストン６が押されて、開封ピン７で封止板２を突破って孔をあけることでボンベの開封がなされる。図１０に開封後のボンベ開封装置の正面断面図を示す。

実開昭62−24199号公報

しかしながら、上記のようなボンベ開封装置では、開封機構の作動手段にスクイブを使用するため、訓練を受けた特定の作業員しか取り扱うことができなかった。しかも、保管するための特殊設備も必要とするため、製造面の制約だけでなく装置自身またはその周辺設備のコストが高くなるという問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、コストがかからず、安全で、作業が容易なボンベ開封器を提供することを目的とする。

本発明のボンベ開封装置は、ガスを収納するボンベと、ボンベの開口部を封止する封止板と、封止板に穴を開けるカッタと、カッタの端部に圧縮した状態で配置されるバネとカッタに当接し、カッタを前記封止板から離れた位置で固定する固定部材と、固定部材を保持する保持部材を有し、保持部材の形状を変化させることにより、固定部材をカッタから外し、圧縮された前記バネの応力により前記カッタを前記封止板に突き刺しボンベを開封することを特徴とする。

あた、本発明のボンベの開封方法は、カッタをボンベの開口部を封止する封止板から離れた位置でカッタの端部に配置したバネを圧縮させた状態で固定部材により保持するステップと、発熱体による加熱によって固定部材を保持する保持部材の形状を変化させ固定部材をカッタからはずすステップと、圧縮された前記バネの応力により前記カッタを前記封止板に突き刺し前記ボンベを開封することを特徴とする。

本発明のボンベ開封器は火薬を使用しない構成を採用しているため、特に訓練を受けた特定の作業員以外でも取り扱うことが可能になる。しかも、取り扱いの制約もなく保管のための特殊な設備を必要としない。このため、コスト低減につながる。

本発明のボンベ開封器における、開封する前の状態での正面断面図である。 本発明のボンベ開封器における、開封する前の状態での平面断面図である。 本発明のボンベ開封器における、開封した状態での正面断面図である。 本発明のボンベ開封器における、開封した状態での平面断面図である。 本発明の実施の形態における皿バネ１５の外観図を立体図で示す。 本発明の実施の形態における皿バネ１５の積層状態の外観図を示す。 本発明の実施の形態における固定ピン１６に働く荷重の関係模式図を示す。 本発明の他の形態における、開封する前の状態での正面断面図である。 従来のボンベ開封器における、開封する前の状態での正面断面図である。 従来のボンベ開封器における、開封した状態での正面断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。図１はボンベ開封装置の正面断面図である。図２はボンベ開封装置の平面断面図である。図２、図２はボンベを開封する前の状態を示す。

ボンベ１０は内部にガスを収納している。封止板１１はボンベの開口部を封止している。封止板１１は0.3mm程度の金属板である。胴１３の内部は円筒形に空胴となっている。封止板１１に孔を開けるためのカッタ１２は、胴１３の空胴部に移動可能な状態で装着してある。カッタ１２の封止板１１と対向する端面には、封止板１１に孔をあけるためのガス抜き孔を有する開封ピン１４を設けている。開封ピン１４の先端は、封止板１１に突き刺しやすいよう鋭利な突起形状になっている。
カッタ１２のボンベ側とは反対の片端には、複数枚のバネ１５が圧縮された状態で積層している。バネ１５は皿バネである。図５に皿バネの外観図を示す。皿バネ１５は複数枚を１枚ずつ直列型の組合せで配置している。図６に皿バネ１５の積層状態の外観図を示す。

バネ１５の押圧力が付加されている状態でカッタ１２を固定ピン１６で固定している。
固定ピン１６はカッタ１２の端部に当接する状態でカッタ１２が円筒空洞部内で滑動しないよう配置している。固定ピン１６の先端のカッタ１２と当接する部分はテーパー状の形成になっている。固定ピン１６には形状記憶合金製のアクチュエーター１７が取付けてある。形状記憶合金は、例えばTi-Ni合金などである。アクチュエーター１７の他方の端部は胴１３に固定されている。アクチュエーター１７の固定ピン近傍部分には、加熱するための発熱線１８が巻きつけている。固定ピン１６および発熱線１８が巻きつけられた形状記憶合金製のアクチュエーター１７は軸対称位置に２箇所設けられている。以上のように、カッタ１２はバネ１５によりボンベ１０側に移動させる荷重が常に働いている状態で封止板１１から離れた位置に固定ピン１６およびアクチュエーター１７により固定されている。
(実施例の動作の説明)
上記のボンベ開封器の動作について説明する。まず、第１図及び第２図に示す状態つまりカッタ１２が封止板１１から離れている状態において、まず開封するための信号として、図示しない外部電源から形状記憶合金製のアクチュエーター１７に巻いた発熱線１８（ニクロム線等）に所定の電流を流す。

発熱線１８は発熱し、形状記憶合金製アクチュエーター１７を昇温する。アクチュエーター１７の温度が形状記憶合金の形状回復温度（変形する温度）である約１００℃以上になると、形状記憶合金の結晶構造がマルテンサイト相からオーステナイト相に変化する。この相変態により形状記憶合金は元の記憶した形状に戻っていくため、アクチュエーター１７の形状が変形を起こし固定ピン１６を移動せしめ、固定ピン１６がカッタ１２から外れる。カッタ１２の固定が開放されバネ１５の圧縮力によりカッタ１２が胴１３内で滑動し、開封ピン１４が封止板１１を破りボンベが開封する。図３、４にボンベが開封した状態を示す。図３はボンベ開封装置の正面断面図である。図４はボンベ開封装置の平面断面図である。

なお、開封ピン１４が封止板１１を破るためには、約２００Ｎ以上の荷重が必要である。しかも、固定ピン１６を移動させるためには、摩擦力に打ち勝つだけの荷重も作用させなければならない。そのため、バネ１５は皿バネを採用している。皿バネは単位体積当たりの蓄積エネルギーがコイルスプリングと比較するとかなり大きく、省スペースかつ少ないストロークで大きな負荷能力を具備している。皿バネ１５は複数枚を１枚ずつ直列型の組合せで配置している。このような組合せにすると荷重に対して大きなたわみを得ることが可能になる。固定ピン１６の先端のカッタ１２と当接する部分はテーパー状に形成している。

図７に固定ピンに働く荷重の関係模式図を示す。固定ピン１６の先端のカッタ１２と当接する部分はテーパー状に形成している。図７において記号の意味は以下のとおりである。２Ｆは皿バネ１５の圧縮力、μはカッタ１２と固定ピン１６の摩擦係数、Ｆｖは２Ｆの荷重により固定ピン１６の外周面を押す法線方向分力、ＦはＦｖの垂直方向分力、ＦｈはＦｖの水平方向分力を示す。
各荷重は、角度θ、摩擦係数μのとき
固定ピンの円周法線方向力は、Fv＝F/cosθ、
固定ピンを水平方向に押す力は、Fh＝F×tanθ
固定ピンの摩擦力は、Fｆ=μ×Fv×cosθ
固定ピンの保持力（差分）＝2Ff-2Fh
となる。よって角度θを適切に選ぶことにより、固定ピンの保持力を小さくすることができる。具体例として前式より固定ピンの保持力（差分）＝2Ff-2Fh
＝２F（μ−tanθ）になるので、摩擦係数μは金属同士の摩擦の場案、一般的に0.25程度でありF＝２００Nの時に固定ピンの保持力を５Nにする場合はθ＝１３．３°にすれば良い。以上のように、固定ピン１６の先端のカッタ１２とはまり合う部分をテーパー状に形成することで小さい力で固定ピンを移動することが可能になる。
(発明の他の実施例)
図８に本発明の他の実施例を示す。本実施例では固定ピンの移動手段として、開封器の外側に開く線バネや板バネ等のバネ２２を用いる。作動前（開封前）は形状記憶合金製アクチュエーターの代わりに樹脂製等のひも２３によりバネ２２を締め付けておき、固定ピンが抜けないように固定する。ひも２３には発熱線２４（ニクロム線等）を巻きつけてある。開封作動させる際は、発熱線２４に、図示しない外部電源から通電することで発熱線の熱によりひも２３を焼き切る。これによりバネ２２が開放し固定ピンを抜き出すことでボンベの開封作動を行う。なお、ひもを焼き切るまで加熱しなくとも、樹脂の熱変形を利用して、固定ピンをカッタから外しても良い。

その他の構成については第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

1 ボンベ
2 封止板
3 リード線
4 スクイブ
5 カッタ
6 ピストン
7 開封ピン
10 ボンベ
11 封止板
12 カッタ
13 胴
14 開封ピン
15 皿バネ
16 固定ピン
17 アクチュエーター
18 発熱線
20 バネ
21 ひも
22 発熱線

Claims (5)

1. ガスを収納するボンベと、
   前記ボンベの開口部を封止する封止板と、
   前記封止板に穴を開けるカッタと、
   前記カッタの端部に圧縮した状態で配置されるバネと
   前記カッタに当接し、前記カッタを前記封止板から離れた位置で固定する固定部材と
   前記固定部材を保持する保持部材と、
   前記保持部材の形状を変化させる形状変化手段と、を有し、
   前記形状変化手段により前記保持部材の形状を変化させることで前記固定部材を前記カッタから外し、圧縮された前記バネの応力により前記カッタを前記封止板に突き刺し前記ボンベを開封することを特徴とするボンベ開封装置。
2. 前記固定部材は、前記カッタに当接する部分がテーパー状になっていることを特徴とする請求項１記載のボンベ開封装置。
3. 前記形状変化手段は発熱体、前記保持部材は形状記憶合金製のアクチュエーターであり、前記アクチュエーターに設置された前記発熱体による加熱によって前記アクチュエーターの形状を変化させることを特徴とする請求項１または２記載のボンベ開封装置。
4. 前記保持部材はひもであり、前記ひもに取付けた発熱体による加熱によって前記ひもの形状を変化させることを特徴とする請求項１または２記載のボンベ開封装置。
5. ガスを収納するボンベの開封方法であって、
   カッタを前記ボンベの開口部を封止する封止板から離れた位置でカッタの端部に配置したバネを圧縮させた状態で固定部材により保持するステップと、
   発熱体による加熱によって前記固定部材を保持する保持部材の形状を変化させ固定部材をカッタからはずすステップと、
   圧縮された前記バネの応力により前記カッタを前記封止板に突き刺し前記ボンベを開封することを特徴とするボンベの開封方法。

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