JP4213698B2 - お互いに分離している酸化剤と還元剤とを有している装薬を備えた燃焼式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は膨脹式構造体又はピストンにより部品を移動する機能を備えた燃焼式アクチュエータに関する。本発明による点火式アクチュエータは、特に、エアバッグタイプの安全装置を作動させるために陸上用自動車に、例えばハッチを自動的に開閉するために航空機に、そして着陸に係わる構造体を膨脹するために宇宙船に適したものである。

燃焼式アクチュエータは、いくつかの特許出願がなされてきた。

特許文献１には、どのようなタイプのエネルギー吸収装置にも使用できる減衰走行するラムが開示されている。このラムは燃焼式ガス発生器、ピストン、燃焼用チャンバ及び中間チャンバと一体になった背圧チャンバを備えていて、その背圧チャンバは燃焼用チャンバとピストンの一方の端部との間に含まれている。ダクトが中間チャンバを背圧チャンバに接続している。ピストンの運動に対抗するために、したがってその走行を減衰するために、発生器により発生されたガスが中間チャンバを加圧する。

特許文献２は、燃焼式アクチュエータに関するものであって、燃焼式アクチュエータはボデーと、ピストンと、ボデー内にピストンを保持するワッシャとを備えている。ピストンのボデー内における初期位置に応じて、アクチュエータは、ピストンをボデーから押し上げることにより対象物にスラスト力を作用することができるか、又はピストンをボデー内に引きもどすことにより機械部品を解放する。

両文献に開示された燃焼式アクチュエータは強力な装薬を備えていて、その装薬は事前に作られ、そして例えば温度上昇、落下物の衝撃又は摩擦のような予期せぬ事象の作用により燃焼するべく準備することができる。

以下の説明において、用語“保管状態において（in storage position）”はアクチュエータの非作動状態に一致している。

欧州特許第５５０３２１号明細書 仏国特許出願第２８２４８７号明細書

本発明によるアクチュエータが分離された強力な装薬を含んでいて、その装薬は、初期には分離されている、還元性材料と酸化性流体とを備えている。この方法で、保管状態においては、強力な装薬は予期せぬ外的影響に対して反応することなく、高度の安全性を提供している。従って前記アクチュエータは、運転不可あるいは破損を招くどのような突発的な燃焼をも許されない、陸上用車両、航空機、宇宙船に適合するものである。

本発明の目的は、点火装置と強力な装薬とを備えたガス発生用アクチュエータに関するものであって、前記装薬は、お互いに分離している、還元性材料と酸化性流体とから作られていることを特徴としている。すなわち、保管状態において、強力な装薬は形成されていない。好適には、還元性材料は固体である。

利点のあることに、還元性材料がポリメチルメタクレートと、キャリフレックスと、人工樹脂及び天然樹脂と、金属と、ワックスとから選択されている。

本発明の第一変形において、酸化性流体が液体である。

利点のあることに、酸化性流体が、酸素、過酸化物及びヒドロキシルアミンニトレートから選択されている。

本発明の第二変形において、酸化性流体が気体である。

好適には、酸化性流体が、主に酸素からなる気体混合物である。

好適には、還元性材料が、少なくとも一つのダクトが長手方向に貫通している固体の円筒状のブロックからなる。

利点のあることに、還元性材料が還元性材料を長手方向に貫通する中央ダクトを有していて、中央ダクトは、中央ダクト周囲に均等に分布されたお互いに平行な少なくとも三つの長手方向溝を提供している。

利点のあることに、ブロックがブロックを長手方向に貫通するお互い平行な七つのダクトを有していて、ダクトの一つが中央位置にあって、該ダクトの残りの六つが中央ダクト周囲に均等に分布されていて、かつ中央ダクトから等距離となっている。

好適には、酸化剤の流量が、点火バルブ及び調節バルブにより制御されていて、両バルブは酸素リザーバと還元性材料との間に位置している。操作において、酸化性流体が還元性材料に接触しそこで反応するように、電気信号が酸化性流体を放出するべく点火バルブをロック解除するようになっていて、酸化性流体の流量は調節バルブにより制御されている。

好適には、点火装置が少なくとも一つの点火イニシエータと、発火性のブースター装薬を備えていて、点火装置は、ブースター装薬により発生されたガスが還元性材料の表面を加熱するように位置決めされている。

利点のあることに、熱分解反応が引き起こされるように、還元性材料の表面が加熱された後に酸化剤が還元性材料に接触されるようになっていて、発生したガスは出口パイプによりアクチュエータの外部に排出される。言いかえると、熱分解反応を引き起こすために、酸化剤が還元性材料と接触する以前に還元性材料の表面が予加熱されていることは利点のあることである。

利点のあることに、還元性材料と酸化剤との間の熱分解反応により発生されたガスは、冷却液体を備えている平行な回路により冷却される。好適には、冷却液体はエタノールである。

好適には、回路が、連続して、ガス出口パイプを備えた膨脹チャンバと冷却液体貯蔵物と、接続パイプとを備えていて、接続パイプは、冷却液体貯蔵物と出口パイプとを接続し、そして点火バルブに取り付けられている。

利点のあることに、膨脹チャンバが、冷却液体に接触した可動壁面を有していて、そして熱分解反応により発生されたガスの作用で膨脹可能であり、従って冷却液体に圧力を作用可能になっている。従って、接続パイプの点火バルブが開かれると、加圧された冷却液体は出口パイプに導びかれているパイプを通って流れる。

好適には、接続パイプを通って流れる冷却液体は、細かい液滴状で出口パイプに分散される。このようにして、これらの液滴の分散は、出口パイプを介して噴射されるガスを冷却するための噴霧器により発生されるものに例えることができる。

本発明における他の好適な実施形態において、酸化剤の流量が、漏斗状ノズルにより制御されていて、ノズルは酸化剤貯蔵物と還元性材料との間に位置している。

利点のあることに、酸化剤と還元性材料との間の熱分解反応により発生されたガスは、ピストンを備えたラムに対して開いている緩衝空間へ向かって導びかれる。このようにして、熱分解反応により発生されたガスは緩衝体積を通過し、ラムのピストンに圧力を作用する。ラムが事故で故障し、アクチュエータを破損させるようなリスクのある作動をするような場合に、緩衝体積は減圧チャンバのようなものとなる。その体積は熱分解反応により発生する全ガスが入るように寸法化されている。

本発明によるアクチュエータは、自己制御性があって、構造が非常に単純であるためにコンパクトであるとの利点がある。従ってアクチュエータは、そのようなアクチュエータの機能を必要とする、いずれのタイプの装置あるいは対象物に取り付けることができる。さらに、アクチュエータは強力な装薬を使用することに伴なう多くの利点を有している。すなわち、点火の制御に基づく信頼性と、強力な装薬の小さなサイズに基づくコンパクト性と、これらのアクチュエータに使用可能な構成の多様性に基づく作用の広範性とである。

本発明の二つの好適な実施形態について図１−８を参照して説明する。

図１，２において、本発明によるアクチュエータ１の好適な第一実施形態が図示されていて、アクチュエータ１は、酸素リザーバ２、点火装置３、ポリメチルメタクレート製の還元剤ブロック４、ガス冷却回路５、前記ガス用の排気装置６及び膨脹式構造体７を備えている。酸素リザーバ２は加圧酸素の入った剛なボトル８からなり、そしてボトル８は酸素用排気ダクトを備えていて、排気ダクト１０は、あらかじめ点火装置３を通過して前記ボトル８と還元剤ブロック４との接続を可能にしている。排気ダクト１０は、点火バルブ１１と調節弁１２とを備えた剛なパイプからなり、点火バルブ１１は酸素リザーバ２に対して調節弁１２の上流側に配置されている。調節バルブ１２が流量調節機能の関連で閉となった場合に酸素の通過を可能とするために、排気ダクト１０は調節弁１２を迂回するバイパスダクト１３を有している。

図３において、点火装置３は二つのイニシエータ１４を備えていて、イニシエータ１４各々はダクト１５により延伸していて、そのダクト１５はブースタ装薬１６に開口しており、還元剤ブロック４により一部を区切られた空間１７に接続している。アクチュエータ１が作動段階にある場合前記空間１７は熱分解チャンバとして作用している。二つのイニシエータ１４がプラグ１８に設置されていて、プラグ１８は中空の中央アダプタ１９を有していて、その中央アダプタ１９は酸素リザーバ２に接続された排気ダクト１０の一方の端部に収容されるようになっている。前記プラグ１８が中空シリンダボデー２０の両端部の一方にねじ込まれていて、そのシリンダボデー２０にはブースタ装薬１６、熱分解チャンバ１７、還元剤ブロック４、膨脹チャンバ２１及び冷却液体２２が連続的に入っている。プラグ１８がねじ込まれている前記中空ボデー２０の端部は、中心穴５２を有している。従って、プラグ１８をねじ込む場合、中空中央アダプタ１９は前記穴５２と連続になる。このようにして、前記アダプタ１９及び前記穴５２は酸素リザーバ２と還元剤ブロック４との間で連通し、それにもかかわらず前記連通はブースタ装薬１６により遮断される。膨脹チャンバ２は還元剤ブロック４と酸素との間の熱分解反応により発生したガスのための出口パイプ１６を備えている。図２に図示するアクチュエータは、排気ダクト１０が同一方向に連続した二つのエルボを備えることができる程度にコンパクトな形状であって、従って酸素リザーバ２と、排気ダクト１０と、中空シリンダボデー２０とにより形成される全体形成は“Ｕ”字形となっている。

好適な変形第一実施形態による図８において、還元剤ブロック４ａは、九つの直線状長手溝２３を備えた円筒状中央ダクトを構成する円筒形状である。各々が長方形断面である前記溝２３は、お互いに平行であり前記中央ダクト周囲に規則的に分布されている。前記ダクトの断面は星形の輪郭となっている。

好適な変形第二実施形態による図９において、還元剤ブロック４ｂが、還元剤ブロック４ｂを長手方向に貫通しているお互いに平行な七つのダクトを有していて、そのダクトの一つ２４は中心に位置しており、残りの六つのダクト２５は前記中心ダクト２４の周囲に均等に配置されていて、かつ等距離になっている。

図４において、冷却回路５が、例えばエタノールのような冷却液体のリザーバ２２と、前記リザーバ２２をガス出口パイプ２６に接続する接続パイプとを備えている。接続パイプ２７は点火バルブ２８を備えていて、そして中空円筒ボデー２０のプラグ１８がねじ込まれている端部と対向している端部を起点としていて、プラグ１８は二つの点火装置１４を備えている。前記接続パイプ２７は二つの連続するエルボを同一方向に形成していて、ガス出口パイプ２６に開口するようになっている。膨脹チャンバ２１が中空円筒部品２９により区切られていて、その中空円筒部品２９は、一方の端部が平坦な円板３０で閉じられていて、他方の端部は開いており、中空円筒ボデー２０に収容されている。貯蔵状態において、前記中空円筒ボデー２９の開口端部が前記ボデー２０の内部肩に対して接触していて、一方平坦な円板３０は冷却液体２２に接触している。膨脹チャンバ２１は一部分が還元剤ブロック４により区切られている。ガス出口パイプ２６が、膨脹式構造体７の上流側に位置する少なくとも一つの点火バルブ３１を備えている。

本発明によるこの好適な第一実施形態のアクチュエータ１の作動方法は以下のとうりである。

電気信号が二つのイニシエータ１４をトリガーし、イニシエータの燃焼がブースタ装薬（booster charge）１６を燃焼する。従って発生したガスが熱分解チャンバ１７を占有し、還元剤ブロック４の表面を加熱する。さらに電気信号が酸素リザーバ２の排気ダクト１０に設置された点火バルブ１１をトリガーし、酸素をダクト１０の中に放出する。ブースタ装薬１６は燃焼してしまっているので、事前と加熱された還元剤ブロック４に接触するようになっている酸素の通行を妨害しない。続いて酸素と還元剤ブロック４との間で熱分解反応が起きる。この反応により発生した高温ガスが膨脹チャンバ２１を加圧し、膨脹チャンバ２１は冷却液体２２にスラスト力を作用する。接続パイプ２７に位置する点火バルブ２８が開かれ、従って冷却液体２２は、膨脹チャンバ２１のスラスト力の作用により前記パイプ２７から排出される。前記液体２２は細かい液滴形状で出口パイプ２６に達し、その液滴が膨脹チャンバ２１から排出された高温ガスを冷却する。出口パイプ２６の点火バルブ３１はトリガーされ、冷却されたガスが流出し膨脹式構造体７に流入することが可能となる。

本発明による好適な第二実施形態のアクチュエータ１００を開示する図５及び６において、アクチュエータ１００は、貯蔵酸素１０２と、点火装置１０３と、ポリメチルメタクレート製の還元剤ブロック１０４と、バッファ空間１４０と、ピストン１４２を備えたラム１４１とを有している。貯蔵酸素１０２は、二つの端部に平坦な円板を有している円筒部品１０５に貯蔵されている。二つの平坦な円板の一つは充填オリフィスとして作用する中心穴を有していて、その中心穴はプラグ１０６により閉止されている。他方の平坦な円板は、破壊板１０８により閉止された中心オリフィス１０７を備えていて、前記オリフィス１０７は漏斗状ノズルとして作用している円錐部分により延伸された円筒部分から構成されている。中空円筒部品１０５の一部分が中空円筒ボデー１０９にねじ込まれていて、その中空円筒ボデー１０９は還元剤ブロック１０４及び点火装置１０３を備えている。図７において、前記部品１５と前記ボデー１０６との間の接続部は二つのシール１１０ａ，１１０ｂを装着させることにより部品１０５の外表面とボデー１０６の内表面との間で気密密封されている。部品１０５は、前記部品１０５の平坦面が“還元剤ブロック＋点火装置”全体を貯蔵酸素１０２から隔離するように、ボデー１０９内に配向されている。なお、前記部品１０５は破壊板１０８により閉止された中心オリフィス１０７を有している。

還元剤ブロック１０４は円筒状であって、そして九つの直線状の長手方向溝を備えた中心ダクトを有している。点火装置１０３が前記中心ダクトに収容されていて、そしてイニシエータ１１４及びガス発生ブースタ装薬１０６を備えており、そのイニシエータ１１４は電気的にトリガーされ、そのブースタ装薬１１６は二つのリーフスプリングの間に押し込まれていて、そしてノズル１１８により延伸されており、ブースタ装薬１１６の燃焼により発生したガスが所定の条件で完全に排気されるようになっている。還元剤ブロック１０４が中空円筒ボデー１０９の内部肩に対して接触していて、前記ボデー１０９と共に空間１１９を形成しており、その空間１１９は出口パイプ１２６を介して緩衝空間１４０と連通している。緩衝空間１４０は細長い中空円筒部品１４３に位置するものであって、その部品１４３は前記緩衝空間１４０をラム１４１に接続する出口オリフィス１４４を備えていて、前記ラム１４１が細長いロッド１４６を有するピストン１４２を含んでいて、そのロッド１４６は幅広ヘッド１４７で終点となっている。

本発明による好適な第二実施形態のアクチュエータの作動方法は以下のとうりである。電気信号がイニシエータ１１４をトリガーしそのイニシエータ１１４はブースタ装薬１１６の燃焼を引き起す。発生ガスはノズル１１８から還元剤ブロック１０４の内表面に流出し、そして破壊板１０８を破壊する。酸化剤と還元剤ブロック１０４との間の熱分解反応でガスが発生し、ガスは出口パイプ１２６を介して緩衝空間１４０に流入し、そして出口オリフィス１４４によりその緩衝空間１４０から流出しラム１４１のピストン１４２に圧力を作用しラムを移動するようになっている。

図１は、本発明によるアクチュエータの好適な一実施形態の縦断面図である。 図２は、本発明によるアクチュエータの好適な一実施形態の斜視図であって、コンパクトな形状である。 図３は、本発明によるアクチュエータの点火装置及び実施形態との拡大縦断面図である。 図４は、本発明によるアクチュエータの冷却回路の縦断面図である。 図５は、本発明によるアクチュエータの好適な第二実施形態の縦断面図であって、ラムを備えている。 図６は、本発明によるアクチュエータの好適な第二実施形態の斜視図であって、ラムを省略してある。 図７は、本発明によるアクチュエータの好適な第二実施形態における点火装置及び還元剤ブロックとの拡大縦断面図である。 図８は、本発明によるアクチュエータの還元剤ブロック材料の好適な第一実施形態の斜視図である。 図９は、本発明によるアクチュエータの還元剤ブロック材料の好適な第二実施形態の斜視図である。

符号の説明

１，１００ アクチュエータ
２，１０２ 酸化性流体
３，１０３ 点火装置
４，１０４ 還元性材料
１１，２８ 点火バルブ
１６，１１６ 装薬

Claims (13)

1. 点火装置（３，１０３）と強力な装薬とを具備するガス発生用のアクチュエータ（１，１００）において：
   該装薬が、お互いに分離している、固体の還元性材料（４，１０４）と酸化性流体（２，１０２）とから作られていることと；
   該点火装置（３，１０３）が少なくとも一つの点火イニシエータ（１４，１１４）と、発火性のブースタ装薬（１６，１１６）を備えていて、該点火装置（３，１０３）は、該ブースタ装薬（１６，１１６）により発生されたガスが固体の還元性材料（４，１０４）の表面を加熱するように位置決めされていることと；
   熱分解反応が引き起こされるように、該固体の還元性材料の表面が加熱された後に該酸化剤（２，１０２）が該固体の還元性材料（４，１０４）に接触されるようになっていて、発生したガスは出口パイプ（２６，１２６）により該アクチュエータ（１，１００）の外部に排出されることと；
   該固体の還元性材料（４）と該酸化剤（２）との間の該熱分解反応により発生されたガスは、冷却液体（２２）を備えている平行な回路（５）により冷却されることと；
   該回路（５）が、連続して、ガス出口パイプ（２６）を備えた膨脹チャンバ（２１）と冷却液体貯蔵物（２２）と、接続パイプ（２７）とを備えていて、該接続パイプ（２７）は、該冷却液体貯蔵物（２２）と該出口パイプ（２６）とを接続し、そして点火バルブ（２８）に取り付けられていることと；
   を特徴とするアクチュエータ。
2. 該還元性材料（４，１０４）がポリメチルメタクリレートと、人工樹脂及び天然樹脂と、金属と、ワックスとから選択されていることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 該酸化性流体（２，１０２）が液体であることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 該酸化性流体（２，１０２）が、酸素、過酸化物及びヒドロキシルアミンニトレートから選択されていることを特徴とする、請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 該酸化性流体（２，１０２）が気体であることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
6. 該酸化性流体（２，１０２）が、主に酸素からなる気体混合物であることを特徴とする、請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 還元性材料（４，１０４）は、少なくとも一つのダクトが長手方向に貫通している固体の円筒状のブロックからなることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
8. 該ブロック（４ａ）が該ブロック（４ａ）を長手方向に貫通する中央ダクトを有していて、該中央ダクトは、該中央ダクト周囲に均等に分布されたお互いに平行な少なくとも三つの長手方向溝（２３）を提供していることを特徴とする、請求項７に記載のアクチュエータ。
9. 該ブロック（４ｂ）が該ブロック（４ｂ）を長手方向に貫通するお互い平行な七つのダクトを有していて、該ダクトの一つ（２４）が中央位置にあって、該ダクトの残りの六つ（２５）が該中央ダクト周囲に均等に分布されていて、かつ該中央ダクトから等距離となっていることを特徴とする、請求項７に記載のアクチュエータ。
10. 酸化剤の流量が、点火バルブ（１１）及び調節バルブ（１２）により制御されていて、両バルブ（１１，１２）は酸素リザーバ（２）と還元性材料（４）との間に位置していることを特徴とする、請求項５に記載のアクチュエータ。
11. 該膨脹チャンバ（２１）は該冷却液体（２２）に接触した可動壁面を有していて、そして該熱分解反応により発生されたガスの作用で膨脹可能であり、従って該冷却液体（２２）に圧力を作用可能になっていることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
12. 該酸化剤（１０２）の該流量が、漏斗状ノズル（１０７）により制御されていて、該ノズル（１０７）は酸化剤貯蔵物（１０２）と還元性材料（１０４）との間に位置していることを特徴とする、請求項５に記載のアクチュエータ。
13. 該酸化剤（１０２）と該還元性材料（１０４）との間の該熱分解反応により発生された該ガスは、ピストン（１４２）を備えたラム（１４１）に対して開いている緩衝空間（１４０）へ向かって導びかれることを特徴とする、請求項１２に記載のアクチュエータ。

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