JP7138045B2

JP7138045B2 - アクチュエータ

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Inventors: 貴也升本
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Description

本発明は、出力ピストン部を介して対象物に所定力を作用させるアクチュエータに関する。

電気回路には、その電気回路を構成する機器の異常時や、同電気回路が搭載されたシステムの異常時に作動することによって機器間の導通を遮断する遮断装置が設けられる場合がある。その一態様として、高圧ガスによって切断部材を高速で移動させて、機器間に介在された導電体を強制的に且つ物理的に切断する導通遮断装置が提案されている。例えば、特許文献１の技術では、ガス発生器によって発生された高圧ガスにより切断部材を駆動して、電気回路の一部をなす導電体の切断を行うとともに、当該切断によって生じた導電体での切断端部間で発生するアークの消弧を行う。これにより、より確実な導通遮断が図られる。

また、火薬の燃焼エネルギーを用いた、加圧のためのアクチュエータも開発されている。このように火薬を利用する場合には点火器が使用されることが多い。一例として、特許文献２には、火薬の燃焼エネルギーを利用する点火器が開示されている。当該技術では、点火器の外殻を形成するカップの周壁部分が蛇腹状に形成され、点火器内の火薬が燃焼する前においては、その蛇腹状部分は、カップの軸方向に収縮された状態となっている。そして、点火薬が燃焼すると、点火器内の圧力の上昇に伴って蛇腹部分が延伸され、以てカップの先端部分の位置がカップ軸方向に推進される。このようなカップ先端部分の推進作用を、アクチュエータの出力部として利用する形態も、特許文献２には開示されている。

特開２０１４－４９３００号公報米国特許第７０６３０１９号明細書

対象物に所定力を作用させるアクチュエータにおいて火薬の燃焼エネルギーを動力源として効率的に使用するためには、発生した燃焼エネルギーを効率的にアクチュエータの出力ピストン部に伝える必要がある。そのためには、火薬の燃焼によって生じた燃焼生成物を一定の閉空間に封入しその内部の圧力を高めることが重要となる。また、このように燃焼生成物を一定の閉空間に封入しておくことで、燃焼生成物による好ましくない影響を抑制することができる。

一方で、従来技術のような点火器では、火薬の燃焼により生じた燃焼生成物をカップ内に封入しながら、カップ先端部分の推進作用を利用して加圧を行うことが可能である。しかし、点火薬の燃焼に起因する内部空間の圧力に応じて点火器のカップに設けられた蛇腹部分が延伸していくことになると、蛇腹部分の延伸により点火器の内部空間の容積が増加していくことになるため、火薬の燃焼速度に影響が及ぼされ、火薬の燃焼速度が緩慢となってしまう虞がある。したがって、従来技術の点火器をアクチュエータの動力源として採用したとしても、点火器の内部空間の圧力上昇も緩慢となり出力ピストン部の出力が低下し、効率的な所定力の作用が困難となり得る。

そこで、本発明は、上記した問題に鑑み、火薬燃焼により駆動されるアクチュエータにおいて、効率的な所定力の作用を可能とすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、アクチュエータが有する点火装置内の火薬は、圧力上昇により破壊される隔壁部材で形成される第１空間内に収容され、一方で、点火装置を収容するケースは、その内部の第２空間の圧力上昇によっても破壊されず、火薬の燃焼生成物は、その第２空間内に封入され続ける構成を採用した。その上で、ケースに延伸部が設けられることで、第２空間内の圧力上昇によりケースの一部を推進させ、火薬の燃焼エネルギーを出力ピストン部に伝達させる構成を採用した。

具体的には、本発明は、軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、を備える。そして、前記ケースは、前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、を有する。

本発明に係るアクチュエータでは、点火装置での火薬燃焼で生じたエネルギーが出力ピストン部に伝って、該出力ピストン部が貫通孔内を摺動することになる。そして、出力ピストン部がアクチュエータ本体の出力面から突出することで、その突出した出力ピストン部の端部が、対象物に対して所定力を作用させることが可能となる。なお、火薬の燃焼によるエネルギーの出力ピストン部への伝達については、後述の通り、ケースを介して行われる。なお、本発明のアクチュエータでは、火薬の具体的な成分については、特定の成分に限定されるものではない。

このような点火装置において火薬が燃焼すると、その燃焼生成物が隔壁部材によって形成された第１空間に拡散し、第１空間内の圧力が上昇する。ここで、隔壁部材は、第１空間の圧力が上昇すると破壊されるように所定の剛性材料で形成されており、そのため破壊されるまでの間は第1空間は実質的には変形しない。そのため、火薬が燃焼を開始してから第１空間内の圧力は速やかに上昇することが可能となる。なお、所定の剛性材料としては、好適には樹脂材料が採用できる。そして、第１空間内の圧力により隔壁部材が破壊されると、第２空間に火薬の燃焼生成物が拡散することになる。ここで、上記の通り、隔壁部材により第１空間内の圧力が速やかに上昇するため、火薬の燃焼は、途中で緩慢になることなく速やかに進行する。このことは、燃焼エネルギーを出力ピストン部へ速やかに伝達させることに資するものである。

ここで、第２空間を形成するケースは、点火装置の隔壁部材とは異なり、第２空間の圧力が上昇しても破壊することはなく、火薬の燃焼生成物は、第２空間内に封入される。また、第２空間の圧力が上昇すると、ケースが有する延伸部が延伸し、ケースの一部が出力ピストン部の所定端部に近接し、当該ケースの一部に設けられた押圧部により当該所定端部が押圧されることになる。このようなケースの変形により、火薬の燃焼によるエネルギーが、出力ピストン部へ伝達されることになる。

以上より、本発明のアクチュエータによれば、隔壁部材で形成される第１空間内で火薬が燃焼されることで、第１空間の圧力を速やかに上昇させることが容易となる。そして、火薬の燃焼により延伸部が延伸し押圧部による出力ピストン部の押圧が行われることで出力ピストン部が駆動される。このように、本願発明のアクチュエータでは、火薬の速やかな燃焼により、対象物への所定力の作用を効率的に実現し得る。また、この押圧部による押圧過程において、火薬の燃焼生成物は、第２空間内に封入された状態が維持される。そのため、燃焼残渣等の影響を回避することが可能となる。また、第２空間内への封入が維持されることで、火薬の燃焼により生じる騒音（燃焼騒音）が空間外部に漏れにくくなる。

ここで上記のアクチュエータにおいて、前記第２空間内に、燃焼によって所定ガスを生成するガス発生剤が収容され、前記延伸部は、前記点火装置での火薬燃焼及び前記ガス発生剤の燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が前記近接方向に延伸するように構成されてもよい。このような構成では、火薬の燃焼により第１空間内の圧力により隔壁部材が破壊されると、第２空間に収容されているガス発生剤が火薬の燃焼生成物に晒され、受熱することで、その燃焼が開始されることになる。ここで、隔壁部材により第１空間内の圧力が速やかに上昇するため、ガス発生剤の燃焼開始も速やかに行われる。このことは、燃焼エネルギーを出力ピストン部へ速やかに伝達させることに資するものである。

そして、ガス発生剤が燃焼開始すると、生成された所定ガスは第２空間に拡散し、第２空間内の圧力が上昇することで、延伸部が延伸し押圧部により所定端部が押圧され、以て、火薬及びガス発生剤の燃焼によるエネルギーが、出力ピストン部へ伝達されることになる。このような構成でも、火薬の燃焼生成物とガス発生剤による所定ガスは、第２空間内に封入される。したがって、所定ガスの外部への放出を抑制でき、また、火薬及びガス発生剤の燃焼により生じる騒音（燃焼騒音）を抑制できる。なお、本発明のアクチュエータでは、ガス発生剤の具体的な成分については、特定の成分に限定されるものではない。

ここで、上記のアクチュエータにおいて、前記延伸部は、前記アクチュエータ本体の軸方向に延在する内壁面に対向する前記ケースの側壁部において、前記点火装置での火薬燃焼前の状態において蛇腹状に折り畳まれて形成され、且つ、該点火装置での火薬燃焼により該軸方向に延伸するように構成されてもよい。このように延伸部が蛇腹状に形成されることで、第２空間の圧力上昇により折り畳まれた蛇腹部分が展開されて、ケースの一部に設けられた押圧部を出力ピストン部の所定端面に向けて近接、推進させることが可能となる。

また、上述までのアクチュエータにおいて、前記ケースの一部は、該ケースの先端側の端面であって、前記ケースの先端側端面の面積は、前記出力ピストン部の前記所定端部の端面面積よりも大きく形成されてもよい。このような構成により、延伸部が延伸したときに、ケースの端面上に設けられた押圧部が、より確実に出力ピストン部の所定端部に接触し、火薬等の燃焼エネルギーを出力ピストン部に伝達することが可能となる。

なお、上述までのように、延伸部の延伸により押圧部が出力ピストン部の所定端部を押圧する構成においては、火薬やガス発生剤の燃焼によって、押圧部が設けられているケースの一部には、比較的大きな圧力が掛かることになる。そこで、その圧力が掛かる部位の強度を高めるように、前記ケースの一部における厚さを、該一部以外の部分における該ケースの厚さよりも厚く形成してもよい。また、当該部位の補強の別法として、前記ケースの一部において、該ケースの内部又は外部に所定の厚さを有する補強板を設けてもよい。なお、補強板の所定の厚さは、ケースの一部に掛かる圧力を考慮し、押圧部による押圧が行われる際にケースが破壊されないようにするために十分な厚さとされる。

ここで、上述までのアクチュエータにおいて、前記点火装置での火薬燃焼前の状態において、前記押圧部は、前記出力ピストン部の前記所定端部に接触した状態となるように、前記ケースは前記アクチュエータ本体内に配置されてもよい。このような配置により、第２空間の圧力が上昇し始めると、その圧力を速やかに出力ピストン部に伝達することが可能となる。

また、上述までのアクチュエータは、前記点火装置での火薬燃焼により前記延伸部が最大限に延伸した状態において、前記ケースの一部と、前記アクチュエータ本体の内部空間を形成する内壁面であって、前記貫通孔の端部の近傍であり且つ該ケースの一部に対向する所定の内壁面との間に、所定の空隙が存在するように構成されてもよい。このような構成により、延伸部が最大限延伸したときであっても、ケースの一部が所定の内壁面に接触した状態となることを回避することができる。このことは、その最大延伸時に、ケースの一部に対して所定の内壁面から比較的大きな衝撃が掛かることを回避することができ、第２空間による燃焼生成物等の封入状態の維持に資するものである。また、別法として、上述までのアクチュエータにおいて、前記アクチュエータ本体の内部空間を形成する内壁面であって、前記貫通孔の端面の近傍であり且つ前記ケースの一部に対向する所定の内壁面上に緩衝部材が設けられてもよく、この場合、前記点火装置での火薬燃焼により前記延伸部が延伸すると、前記緩衝部材に接触し、該延伸部の延伸が止められることになる。このように緩衝部材を介して、ケースの一部が所定の内壁面に対して接触することで、その接触の際の衝撃を軽減することが可能となる。

本発明によれば、火薬燃焼により駆動されるアクチュエータにおいて、効率的な所定力の作用が可能となる。

本発明の実施例１に係るアクチュエータの概略構成を示す図である。図１に示すアクチュエータに装着されるイニシエータ（点火装置）の概略構成を示す図である。図１に示すアクチュエータにおいて、イニシエータでの火薬燃焼前の状態と燃焼後の状態（作動状態）を比較して示す図である。図１に示すアクチュエータの変形例の概略構成を示す図である。本発明の実施例１に係るアクチュエータを適用した電気回路遮断装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例２に係るアクチュエータにおいて、イニシエータでの火薬燃焼前の状態と燃焼後の状態（作動状態）を比較して示す図である。本発明の実施例３に係るアクチュエータの一部を概略的に示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明はこれらの実施の形態の構成に限定されるものではない。

図１はアクチュエータ１の断面図である。ここで、アクチュエータ１は、アクチュエータ本体２を有しており、アクチュエータ本体２の先端側が、アクチュエータ１による出力側、すなわち、所定力を作用する対象物が配置される側となる。ここで、アクチュエータ本体２の内部には、その軸方向に延在する内部空間である内部空間３１が形成されており、更に、同じようにアクチュエータ本体２の軸方向に延在する内部空間である貫通孔３２が形成されている。内部空間３１と貫通孔３２は、アクチュエータ本体２の内部において連続して配置される空間である。

また、アクチュエータ本体２の先端側の面は、出力面２ｂを形成している。この出力面２ｂは、アクチュエータ１の使用時において、所定力が作用される対象物と対向する面となる。アクチュエータ本体２の先端側においては、貫通孔３２の径が縮径されたストッパ部２ｃが設けられている。ここで、アクチュエータ本体２の貫通孔３２には、金属製の出力ピストン６が配置され、出力ピストン６は、貫通孔３２の軸方向に沿って延在する概ね軸状に形成され、貫通孔３２内を摺動可能に保持されている。また、出力ピストン６は、内部空間３１側の端部（以下、「第１端部」という）６ａと、出力面２ｂ側の端部、すなわち対象物に対して所定力を作用させる端部（以下、「第２端部」という）６ｂとを有し、また、出力ピストン６が貫通孔３２内を円滑に摺動できるように出力ピストン６の周囲にＯリング６ｃが配置されている。ここで、後述の点火装置であるイニシエータ２０で火薬燃焼が行われる前の状態（以下、「燃焼前状態」という）において、第２端部６ｂの端面は、出力面２ｂと面一となるか、又は、出力面２ｂより貫通孔３２内に入り込んだ位置に置かれる。そのため、後述の図５に示すように、アクチュエータ１が使用される状態においては、所定力が作用される対象物に出力面２ｂを接触させて該アクチュエータ１を配置、固定する。

ここで、アクチュエータ本体２の後方端部には点火装置であるイニシエータ２０が配置されている。イニシエータ２０の例について図２に基づいて説明する。なお、図２の上段（ａ）は、火薬燃焼が行われる前のイニシエータ２０の状態（以下、「点火前状態」という）を表し、下段（ｂ）は、火薬燃焼が終了したイニシエータ２０の状態を表している。

ここで、イニシエータ２０は電気式の点火装置であり、表面が樹脂製の絶縁カバーで覆われたカップ２１（本発明に係る隔壁部材に相当）によって、火薬２２を配置するための空間２９（本発明に係る第１空間に相当する）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、そ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によって火薬２２が保持される。この火薬２２の底部には、片方の導電ピン２８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２８は非電圧印加時には互いが絶縁状態となるように、絶縁体２５を介して金属ヘッダ２４に固定される。さらに、絶縁体２５で支持された二本の導電ピン２８が延出するカップ２１の開放口は、樹脂カラー２７によって導電ピン２８間の絶縁性を良好に維持した状態で保護されている。

このように構成されるイニシエータ２０においては、外部電源によって二本の導電ピン２８間に電圧印加されるとブリッジワイヤ２６に電流が流れ、それにより火薬２２が燃焼する。ここで、カップ２１と樹脂カラー２７とにより形成された密閉空間である空間２９に密封されている火薬２２は、その燃焼の初期段階においては、空間２９の密閉状態が維持されたまま燃焼される。ここで、カップ２１は、樹脂材料で形成されており一定の剛性強度を有している。そのため、そして、空間２９の圧力が所定の圧力に達するまではその形状は概ね維持されるが、当該圧力が所定の圧力を超えると、図２（ｂ）に示すようにカップ２１の底面部（チャージホルダ２３の開口部に対向する部位）が破壊される。すなわち、カップ２１の底面部が、空間２９と後述の燃焼室３４とを連通するように開口する。このとき、火薬２２の燃焼による燃焼生成物は、上述した破壊により生じたカップ２１の開口部から燃焼室３４に噴出されることになる。

なお、アクチュエータ１において用いられる火薬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、常温となり燃焼性生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。なお、これら以外の火薬を点火薬として用いても構わない。

また、図１に戻ると、アクチュエータ１においてイニシエータ用キャップ１４は、イニシエータ２０の外表面に引っ掛かるように断面が鍔状に形成され、且つアクチュエータ本体２に対してネジ固定される。これにより、イニシエータ２０は、イニシエータ用キャップ１４によってアクチュエータ本体２に対して固定され、以てイニシエータ２０での点火時に生じる圧力で、イニシエータ２０自体がアクチュエータ本体２から脱落することを防止できる。

ここで、出力ピストン６の第１端部６ａに向かって延伸される延伸ケース８が、その鍔部８ａでアクチュエータ本体２のイニシエータ２０側の端部２ａの端面に固定され、該延伸ケース８はイニシエータ２０のカップ２１を覆ってアクチュエータ本体２内の内部空間３１に配置されている。そして、延伸ケース８とイニシエータ２０のカップ２１の外表面とによって密閉空間である燃焼室３４（本発明に係る第２空間に相当する）が形成される。更に、燃焼室３４内には、燃焼により所定ガスを生成するガス発生剤４０が配置されている。ガス発生剤４０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。

ガス発生剤４０は、イニシエータ２０での火薬２２の燃焼により、カップ２１の開口部から燃焼室３４内に流れ込んできたその燃焼生成物に晒されることで燃焼され、以て所定ガスが生成される。なお、延伸ケース８は、ガス発生剤４０による燃焼室３４内の圧力によっても破壊されない程度に十分な強度を有している。そのため、火薬２２による燃焼生成物、及びガス発生剤４０による所定ガスは、延伸ケース８内に封入された状態が維持される。このようなガス発生剤４０は、燃焼時に発生した所定ガスは常温においても気体成分を含むため、発生圧力の低下率は小さい。さらに、ガス発生剤４０の燃焼時の燃焼完了時間は、上記火薬２２と比べて極めて長いが、燃焼室３４内に配置されるときのガス発生剤４０の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、ガス発生剤４０の燃焼完了時間を変化させることが可能である。このようにガス発生剤４０の量や形状、配置を調整することで、燃焼室３４内での発生圧力を適宜調整できる。

また、延伸ケース８は概ね中空柱状の形状を有しており、延伸ケース８の出力ピストン６側の底部（本発明に係る押圧部に相当し、以下、「押圧底部」という）８ｂは、イニシエータ２０の点火前状態において、出力ピストン６の第１端部６ａに接触した状態で、アクチュエータ本体２の内部に配置されている。更に、アクチュエータ本体２の内壁面、すなわち内部空間３１の内壁面に対向する延伸ケース８の側壁部には、火薬２２の燃焼時にカップ２１の開口部から噴出される燃焼生成物、及びに当該燃焼物により燃焼されるガス発生剤４０から発生する所定ガスに起因する、燃焼室３４における圧力上昇により、出力ピストン６の第１端部６ａに向かって延伸される、蛇腹部８ｃ（本発明に係る延伸部に相当する）が設けられている。そして、点火前状態においては、蛇腹部８ｃは出力ピストン６の第１端部６ａに向かって延伸可能に折りたたまれた状態で配置されている。なお、イニシエータ２０での火薬燃焼による延伸ケース８の動作については後述する。また、延伸ケース８の側壁部であって蛇腹部８ｃが設けられていない部分、すなわち延伸しない部分については、非延伸部８ｄと称する。

このように構成されるアクチュエータ１では、イニシエータ２０において火薬２２が燃焼されると燃焼生成物が生成されるとともにイニシエータ２０内の圧力が上昇する。そして、当該圧力が上記の所定の圧力に到達すると、カップ２１の底面部が破壊されて、燃焼生成物が延伸ケース８とカップ２１との間に形成された燃焼室３４内に放出されるとともに、その燃焼生成物に晒されたガス発生剤４０が燃焼され、所定ガスが発生することになる。なお、燃焼生成物と所定ガスは燃焼室３４内に封入されるため、所定ガスの発生に伴い、燃焼室３４内の圧力が上昇することになる。これにより蛇腹部８ｃが延伸することで、押圧底部８ｂが出力ピストン６の第１端部６ａを押圧することになる。この結果、燃焼室３４の圧力エネルギーが出力ピストン６へと伝達され、出力ピストン６が貫通孔３２内を摺動駆動され、その第２端部６ｂが出力面２ｂより突出することになる。

イニシエータ２０においては、カップ２１が破壊されるまでは、従来技術のように火薬燃焼が行われる空間の容積が拡大することによって空間２９内の圧力上昇が阻害されることがないため、カップ２１の大きな変形はなく燃焼性生成物は空間２９内に留まり、以てイニシエータ２０内の圧力が速やかに所定の圧力まで上昇する。このことは、燃焼生成物を燃焼の起点とするガス発生剤４０において、速やかな燃焼開始が可能であることを意味する。すなわち、イニシエータ２０内の火薬燃焼及びガス発生剤４０の燃焼を速やかに実行させることで、それらの燃焼エネルギーを出力ピストン６に効率的に伝達することが可能となる。

ここで、イニシエータ２０の火薬２２の燃焼を起点として延伸ケース８の延伸動作により実行される、アクチュエータ１における出力ピストン６の突出動作について図３に基づいて説明する。図３は、上段に燃焼前状態のアクチュエータ１の構成を示し、下段には火薬２２の燃焼により出力ピストン６が突出した作動状態のアクチュエータ１の構成を示している。図３における燃焼前状態及び作動状態の比較においては、延伸ケース８の鍔部８ａでのアクチュエータ本体２に固定される面に位置を揃えて、アクチュエータ１の軸方向に両状態を並べて表示している。

更に、燃焼前状態においては、延伸ケース８の押圧底部８ｂの位置はＸ１で表示される。また、このときの出力ピストン６の第２端部６ｂの端面の位置はＦ１で表示されている。ここで、火薬２２が燃焼し上述したようにカップ２１が破壊されると、燃焼室３４内に燃焼生成物が拡散しガス発生剤４０が燃焼されることで、燃焼室３４内の圧力が上昇する。上述したように延伸ケース８の蛇腹部８ｃは出力ピストン６の第１端部６ａに向かって延伸可能に折りたたまれた状態で配置されている。そこで、燃焼室３４内の圧力上昇によって該蛇腹部８ｃが出力ピストン６の第１端部６ａに向かって延伸される。このとき、押圧底部８ｂが、出力ピストン６の第１端部６ａを押圧する。したがって、押圧底部８ｂが接触する出力ピストン６の第１端部６ａの端面は、火薬２２及びガス発生剤４０の燃焼エネルギーを受ける端面となる。なお、押圧底部８ｂの面積は、第１端部６ａの面積より大きくなるように設計されている。このため、蛇腹部８ｃが延伸したときに、押圧底部８ｂが、より確実に出力ピストン６の第１端部６ａに接触し、上記燃焼エネルギーを出力ピストン６に伝達することが可能となる。

押圧底部８ｂの押圧により、出力ピストン６が貫通孔３２内を摺動していくことになる。そして、出力ピストン６が摺動していくと、第２端部６ｂが出力面２ｂより突出していくことになる。ここで、第２端部６ｂの突出量が最大となった状態では、図３の下段に示すように押圧底部８ｂが出力ピストン６の第１端部６ａの端面と接触しているが、出力ピストン６の一部が、アクチュエータ本体２のストッパ部２ｃに当接しているため、出力ピストン６の摺動は制限されている。この状態における押圧底部８ｂの位置は作動位置Ｘ２で表示されており、第２端部６ｂの位置がＦ２で表示されている。

このようにアクチュエータ１では、火薬２２の燃焼の過程において、延伸ケース８の押圧底部８ｂは、燃焼前状態の始動位置Ｘ１から射出完了状態の作動位置Ｘ２へと移動することになる。この押圧底部８ｂの移動による移動距離（Ｘ２－Ｘ１）は、第２端部６ｂの移動距離、すなわち第２端部６ｂの突出量（Ｆ２－Ｆ１）に相当する。そして、この移動の過程において、延伸ケース８は火薬２２の燃焼により生成された燃焼生成物及びガス発生剤４０の燃焼により生成された所定ガスを燃焼室３４に封入したまま、蛇腹部８ｃが延伸されて押圧底部８ｂが移動し、作動状態においても該燃焼生成物は燃焼室３４に封入されている。このように延伸ケース８が燃焼生成物を封入し続けることによって、燃焼生成物等の外部への影響を抑制することができる。さらに、アクチュエータ１では、火薬２２の燃焼、及びガス発生剤４０の燃焼により発生する燃焼圧力は主に延伸ケース８を加振することになるので、アクチュエータ本体２が加振され難くなり、アクチュエータ本体２からの振動や騒音が低減される。

また、延伸ケース８は、作動状態、すなわち、延伸ケース８が最大限延伸した状態においても、アクチュエータ本体２内の内部空間３１を画定し貫通孔３２の端部の近傍にある内壁面３１ａに対して所定の隙間ΔＤを有するように構成される。なお、図３において、内壁面３１ａの位置はＸ３で表され、所定の隙間ΔＤは、作動状態での押圧底部８ｂの位置Ｘ２と内壁面３１ａの位置Ｘ３との間に存在する。すなわち、貫通孔３２の軸方向における、燃焼前状態の押圧底部８ｂと前記内壁面における該押圧底部８ｂと対向する面である内壁面３１ａとの距離が、押圧底部８ｂの移動による移動距離（Ｘ２－Ｘ１）より大きくなるように設定される。その結果、延伸ケース８は内壁面３１ａに対して衝突することがなくなるので、該延伸ケース８が破損し難くなり、燃焼生成物等の好適な封入が図られる。また、延伸ケース８が内壁面３１ａに対して衝突することによるアクチュエータ本体２の加振が抑制されるので、アクチュエータ本体２からの振動や騒音が低減される。

このように、本実施例に係るアクチュエータ１は、火薬の燃焼生成物等の外部への影響や騒音を抑制するとともに、火薬等の燃焼エネルギーを出力ピストン６へ効率的に伝達でき、出力ピストン６を介して対象物に好適な所定力を作用させることが可能となる。

＜変形例＞
上記実施例では、燃焼前状態において、押圧底部８ｂが出力ピストン６の第１端部６ａに接触した状態で、延伸ケース８がアクチュエータ本体２内に配置されているが、その態様に代えて、図４に示すように、燃焼前状態において、押圧底部８ｂが出力ピストン６の第１端部６ａからに離間した状態で、延伸ケース８がアクチュエータ本体２内に配置されてもよい。図４に示す構成では、燃焼前状態における押圧底部８ｂと第１端部６ａとの離間距離はΔＬで表されている。このように離間距離ΔＬが確保されている形態であっても、燃焼室３４内の圧力上昇に伴う蛇腹部８ｃの延伸により、押圧底部８ｂは第１端部６ａに接触しそれ以降は出力ピストン６を押圧することになる。このような場合でも、延伸ケース８が最大限延伸したときに、押圧底部８ｂは内壁面３１ａに接触しない状態であることが好ましい。

また、上記実施例では、燃焼室３４内にガス発生剤４０が収容されているが、その態様に代えて燃焼室３４内にガス発生剤４０が収容されていない場合であっても、イニシエータ２０においては、カップ２１が破壊されるまでは、火薬燃焼が行われる空間の容積が拡大することによって空間２９内の圧力上昇が阻害されることがないため、イニシエータ２０内の圧力が速やかに所定の圧力まで上昇する。この結果、火薬２２の燃焼エネルギーを効果的に発生させ、それを速やかに出力ピストン６に伝達でき、出力ピストン６を介して対象物に好適な所定力を作用させることが可能となる。また、同時に、延伸ケース８により燃焼生成物は封入され続けるため、燃焼生成物の外部への影響や燃焼騒音を抑制できる。

（適用例）
ここで、図５に、アクチュエータ１を適用した例として、電気回路遮断装置１００を示す。電気回路遮断装置１００は、ハウジング６２を介して、アクチュエータ１が導体片５０に対して固定されることで形成されている。

導体片５０は、電気回路遮断装置１００を電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成するものであり、両端側の第１接続部５１と、第２接続部５２と、両接続部間の切断部５３からなる板片である。第１接続部５１と第２接続部５２のそれぞれには、電気回路において他の導体（例えば、リードワイヤ）と接続するための接続穴５１ａ、５２ａが設けられている。なお、図５に示す導体片５０は、第１接続部５１及び第２接続部５２と、切断部５３とが段状になるように形成されているが、第１接続部５１、第２接続部５２、切断部５３が概ね同一直線状に配置されるように形成されてもよい。そして、切断部５３は、アクチュエータ１の出力面２ｂに接触するように固定されている。したがって、アクチュエータ１内の出力ピストン６の端面（第２端部６ｂの端面）は、切断部５３と対向する状態となっている。このように形成される導体片５０が、上記実施例における対象物であり、特に、切断部５３がアクチュエータ１からの所定力が作用する、対象物上の部位となる。

更に、ハウジング６２において、切断部５３を挟んでアクチュエータ１の反対側には、合成樹脂からなる箱形状の絶縁部６０が形成され、その内部には絶縁空間６１が形成されている。

このように構成される電気回路遮断装置１００では、何らかのトリガー信号によりイニシエータ２０が作動し、又は手動によりイニシエータ２０が作動すると、上述したように出力ピストン６が摺動し、その運動エネルギーにより切断部５３に対してせん断力を作用させ、以て切断部５３が切断される。これにより、電気回路遮断装置１００が取り付けられた電気回路の一部を形成する導体片５０において、第１接続部５１と第２接続部５２との間の導通が遮断されることになる。なお、出力ピストン６によって切断された切断部５３の切断片は、絶縁部６０内の絶縁空間６１に収容されるため、上記導通遮断をより確かなものとすることができる。

以上より、本発明に係るアクチュエータ１が適用された電気回路遮断装置１００では、アクチュエータ１を効率よく駆動することができ、これは、必要時において確実な導通遮断を実現すべき電気回路遮断装置１００において極めて有用である。また、アクチュエータ１の適用例としては、その他に、対象物に孔を開ける穿孔機等が例示できる。

本発明のアクチュエータ１の第２の実施例について、図６に基づいて説明する。なお、図６は、図３と同様に、上段に燃焼前状態のアクチュエータ１の構成を示し、下段には作動状態のアクチュエータ１の構成を示している。なお、両状態の比較表示については、図３と同様である。本実施例のアクチュエータ１では、内部空間３１の内壁面３１ａ上に、弾性材料で形成された緩衝部材４１が設置されている。

イニシエータ２０での火薬２２の燃焼、ガス発生剤４０の燃焼が発生すると、蛇腹部８ｃが延伸する。これにより押圧底部８ｂが第１端部６ａを介して出力ピストン６を押圧していく。ここで、蛇腹部８ｃが完全に延伸したときに、又は、完全に延伸する前に、押圧底部８ｂが緩衝部材４１を介して内壁面３１ａに接触することで蛇腹部８ｃの延伸が阻害されることになる。これにより、延伸ケース８を介した出力ピストン６に対する押圧作用が停止されることになる。このような構成でも、上記の第１実施例と同様に、燃焼生成物及び所定ガスの外部への影響を抑制するとともに、効率的な出力ピストン６の駆動が可能となる。更に、押圧底部８ｂは、緩衝部材４１に接触することにより、その接触時に内壁面３１ａ側から受ける衝撃を軽減できるため、延伸ケース８が破損し難くなり、燃焼生成物等の好適な封入が図られるとともに、衝突することによるアクチュエータ本体２の加振が抑制されるので、アクチュエータ本体２からの振動や騒音が低減される。

本発明のアクチュエータ１の第３の実施例について説明する。上記の通り、本発明のアクチュエータ１では、延伸ケース８が延伸することで出力ピストン６が押圧される。そのため、燃焼室３４内における火薬２２の燃焼生成物及びガス発生剤４０の所定ガスの封入状態を好適に維持するために、延伸ケース８の押圧底部８ｂにはピストンへの伝達エネルギーが作用することを考慮し、押圧底部８ｂの強度を高めることが好ましい。そこで、押圧底部８ｂのケース厚さを、延伸ケース８の側壁部のうち非延伸部８ｄのケース厚さより厚く形成してもよい。

また、別法として、図７に示すように、押圧底部８ｂの強度向上のために、押圧底部８ｂの外表面上に、また、内表面上に所定の厚さを有する補強板４２を設けてもよい。補強板４２は、延伸ケース８と同じ材料で形成されてもよく、補強に好適な別材料であってもよい。また、補強板４２の所定の厚さは、延伸ケース８の破壊が抑制できる程度に補強板４２に強度を付与する厚さとされる。

１・・・・アクチュエータ
２・・・・アクチュエータ本体
６・・・・ピストン
６ａ・・・・第１端部
６ｂ・・・・第２端部
８・・・・延伸ケース
８ｂ・・・・押圧底部
８ｃ・・・・蛇腹部
２０・・・・イニシエータ
２１・・・・カップ
２２・・・・火薬
３１・・・・内部空間
３１ａ・・・・内壁面
３２・・・・貫通孔
３３・・・・収容室
３４・・・・燃焼室
４０・・・・ガス発生剤
４１・・・・緩衝部材
４２・・・・補強板

Claims

軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、
火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、
基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、
前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、
を有し、
前記第２空間内に、燃焼によって所定ガスを生成するガス発生剤が収容され、
前記延伸部は、前記点火装置での火薬燃焼及び前記ガス発生剤の燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が前記近接方向に延伸する、
アクチュエータ。
軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、
火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、
基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内
の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、
前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、
を有し、
前記ケースの一部は、該ケースの先端側の端面であって、
前記ケースの先端側端面の面積は、前記出力ピストン部の前記所定端部の端面面積よりも大きく形成される、
アクチュエータ。
軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、
火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、
基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、
前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、
を有し、
前記点火装置での火薬燃焼により前記延伸部が最大限に延伸した状態において、前記ケースの一部と、前記アクチュエータ本体の内部空間を形成する内壁面であって、前記貫通孔の端部の近傍であり且つ該ケースの一部に対向する所定の内壁面との間に、所定の空隙が存在するように構成される、
アクチュエータ。
軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、
火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、
基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、
前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、
を有し、
前記アクチュエータ本体の内部空間を形成する内壁面であって、前記貫通孔の端面の近傍であり且つ前記ケースの一部に対向する所定の内壁面上に緩衝部材が設けられ、
前記点火装置での火薬燃焼により前記延伸部が延伸すると、前記緩衝部材に接触し、該延伸部の延伸が止められる、
アクチュエータ。
軸方向に形成された貫通孔を有するアクチュエータ本体と、前記貫通孔内を摺動可能に配置された出力ピストン部と、を備え、該出力ピストン部を該アクチュエータ本体の出力面から突出させることで対象物に対して所定力を作用させるアクチュエータであって、
火薬が収容される第１空間を形成し、且つ該火薬を燃焼させると該第１空間の圧力が上昇することにより破壊されるように所定の剛性材料で形成された隔壁部材を有する点火装置と、
基部が前記点火装置側で固定され且つ前記点火装置を覆って前記アクチュエータ本体内の空間に配置されるケースであって、該ケースと該点火装置の前記隔壁部材との間に第２空間を画定するとともに、該点火装置での前記火薬の燃焼により生成される燃焼生成物を該第２空間内に封入するケースと、
を備え、
前記ケースは、
前記点火装置での火薬燃焼により前記第２空間内の圧力が上昇することで、前記ケースの一部が、前記出力ピストン部の端部であって前記出力面から突出する端部とは反対側の所定端部に近接するように、該近接方向に延伸する延伸部と、
前記ケースの一部に設けられ、前記延伸部の延伸により前記出力ピストン部の前記所定端部を押圧する押圧部と、
を有し、
前記ケースの一部において、該ケースの内部又は外部に所定の厚さを有する補強板が設けられる、
アクチュエータ。
前記ケースの一部における厚さは、該一部以外の部分における該ケースの厚さよりも厚く形成される、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
前記延伸部は、前記アクチュエータ本体の軸方向に延在する内壁面に対向する前記ケースの側壁部において、前記点火装置での火薬燃焼前の状態において蛇腹状に折り畳まれて形成され、且つ、該点火装置での火薬燃焼により該軸方向に延伸する、
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のアクチュエータ。
前記点火装置での火薬燃焼前の状態において、前記押圧部は、前記出力ピストン部の前記所定端部に接触した状態となるように、前記ケースは前記アクチュエータ本体内に配置される、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のアクチュエータ。