(57)【要約】プロフィールが低く且つストロークが長いリニアアクチュエータ（１０）を提供する。アクチュエータはハウジング（１４）を備え、該ハウジングは入れ子式ピストン（１２）に一体的に連結される。ピストンは膨張性ガス等の流体により伸長される。膨張性ガスはピストンと流体連通する膨張性ガス発生器により供給される。ピストンはワンショットストローク全体にわたり急速に伸長する。伸長するピストンは、流体のエネルギーを、直線的作用を施すための運動に変換する。リニアアクチュエータは、深絞り打抜き法を含む打ち抜き加工により単一の母材片から形成される。或いは、その他の金属形成法を使用してリニアアクチュエータが形成される。
2005532519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を有するリニアアクチュエータであって、
第１端部を有し、前記軸を囲む壁部と、
前記第１端部に連結され、上端が前記長手軸に沿って配置される単動ピストンとを備えるリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記壁部の第２端部に連結される流体発生器を更に備える請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記ピストンは複数のピストン段を備え、該ピストン段は加圧流体が前記壁部の第２端部から付与される際に連続して展開可能である請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記流体発生器は前記壁部の第２端部から延出するリップに固着される請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記壁部及びピストンは単一の可鍛性材料片から一体的に形成される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記壁部及びピストンは可鍛性材料から形成される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記壁部及びピストンは剛性材料から形成される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記壁部及びピストンはプラスチックから形成される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記壁部及びピストンは金属から形成される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記ピストンは、少なくとも前記壁部の軸方向の長さであるストロークを備える請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ピストンは前記第１端部と一体化され、該第１端部により流体の通過が阻止される請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ピストンの上端は、前記軸に沿って配置されて実質的に前記第１端部と面一である請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
第１端部、第２端部、及び中心軸を有する円筒形状の壁部と、
前記第１端部に連結され、前記壁部と同軸であるとともに実質的に前記第１端部及び第２端部の間に配置される円筒形状のピストン段と、
前記ピストン段に連結され、且つ該ピストン段と同軸のピストンヘッドとを備えるリニアアクチュエータ。
【請求項１４】
相互に連結され、前記第１端部及びピストンヘッドを連結する複数の円筒形状のピストン段を更に備える請求項１３に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１５】
前記壁部の第１端部、ピストンヘッド及びピストン段は入れ子式に相互連結される請求項１４に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１６】
前記壁部は前記ピストンヘッド及びピストン段を囲む請求項１５に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１７】
前記壁部の第１端部、ピストンヘッド及びピストン段は、流体の通過を阻止するために相互連結される請求項１６に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１８】
前記第２端部に固着される流体発生器を更に備える請求項１７に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１９】
前記ピストンヘッド及びピストン段は、前記流体発生器により供給される加圧流体に応じて入れ子式に展開する請求項１８に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２０】
前記ピストンヘッド及びピストン段は、前記壁部の軸方向の長さよりも大きいストロークの全体にわたって前記中央軸に沿って展開する請求項１９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２１】
前記壁部、ピストンヘッド及びピストン段は単一の可鍛性材料片から一体的に形成される請求項２０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２２】
第１端部、第２端部、及び中央軸を有する円筒形状の壁部と、
前記第１端部に連結され、前記壁部により囲まれる円筒形状のピストンと、
前記第２端部に固着される膨張性ガス発生器と、
前記発生器に連結されるイニシエータとを備えるリニアアクチュエータ。
【請求項２３】
前記ピストンはピストンヘッド及び複数のピストン段を備え、ピストンヘッド及びピストン段は入れ子式に相互連結され、且つリニアアクチュエータの展開前に実質的に前記第１端部及び膨張性ガス発生器の間に配置される請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２４】
前記膨張性ガス発生器はマイクロガス発生器を備える請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２５】
展開した前記ピストンのストロークは前記壁部の軸方向の長さよりも大きい請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２６】
前記ピストンは、膨張性ガスの通過を阻止するために前記壁部の第１端部に連結される請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２７】
作動信号に応じて前記イニシエータが前記膨張性ガス発生器を作動させ、該膨張性ガス発生器は加圧膨張性ガスを発生し、該膨張性ガスによって前記ピストンが入れ子式に展開して単動ストロークが完成する請求項２２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項２８】
長手軸を有するリニアアクチュエータであって、
第１端部を有し、前記軸を囲む壁部と、
前記壁部の第２端部に連結される流体発生器と、
前記第１端部に連結され、上端が前記軸に沿って配置され、加圧流体が前記壁部の第２端部から付与される際に連続して展開可能である複数のピストン段を有する単動ピストンとを備えるリニアアクチュエータ。
【請求項２９】
前記壁部の第１端部、ピストン及びピストン段は入れ子式に相互連結される請求項２８に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３０】
前記壁部は前記ピストン段を囲む請求項２９に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３１】
前記壁部の第１端部、ピストン及びピストン段は、流体の通過を阻止するために相互連結される請求項３０に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３２】
前記流体発生器は前記壁部の第２端部に固着される請求項３１に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータに関する。より詳しくは、本発明はプロフィールが低く且つストロークが長いリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータは、流体動力を直線運動又は回転運動に変換すべく、非常に柔軟且つ有用な機構を提供する。動力は流体に伝達され、流体は流体ライン又は導管を介してアクチュエータへ容易に遠隔移送される。流体を介して動力を伝達することにより、均一且つ一定の機械的運動を達成することができる。
【０００３】
リニアアクチュエータは相対的且つ直線的に移動する複数の構成要素を備えると同時に、そのうえ様々なギア、蝶番、支柱等と結合して物体を非直線的に移動させる。リニアアクチュエータは幅広い用途に採用される。リニアアクチュエータの一般的な例は、重量物用の液圧リフトである。
【０００４】
一般的に、リニアアクチュエータは動力供給源、流体、ハウジング、及びピストンを備える。一般的には、流体は作動液等の液体又は空気等のガスである。多様な流体は、多様な特性を備えた動力供給源から動力を移送する。流体は、所望するリニアアクチュエータの用途に応じて選択される。
【０００５】
動力供給源は、ポンプ、モータ、機械式レバー、又は圧力及び力を流体に伝達するその他の機構である。一般的に、動力供給源は、流体を流体タンクから密閉装置に加えることによって流体を加圧する。或いは、動力供給源は、密封装置において一般に付加的な流体を生成し、又は流体を励起する。
【０００６】
ハウジング及びピストンは、ハウジング内で流体に付与された圧力によってピストンが伸長又は収縮するように結合される。流体の加圧率は一般的にピストンの移動速度を決定する。加圧率は、動力供給源の大きさや能力に応じて大きく変わる。「ピストン」という用語は流体によって移動される部材を表すために用いられる一方で、ピストン、ラム、及びプランジャという用語は、ピストンのように移動する部材を表すために、特定のリニアアクチュエータの形態に応じて同義的に用いられる。一般的に、「ピストン」という用語はハウジング内で移動する部材を称し、ピストン及びハウジングが一体化されている場合には、アクチュエータはピストン型アクチュエータと称される。本明細書においてハウジング及びピストンを一体化した実施形態では、簡素化及び明瞭化のために「ピストン」という用語を使用する。
【０００７】
リニアアクチュエータは単動であってもよいし、又は複動であってもよい。単動アクチュエータでは、流体はハウジング内においてピストンを一方向のみに移動させる。ピストンは、重力等の外力によって非伸長位置に戻る。複動アクチュエータでは、流体はピストンの伸長及び収縮の両方に使用されるように方向付けられる。
【０００８】
一般的に、ハウジングは静止部材に固定され、ピストンは可動部材と接触する。ピストンは可動部材に固定されてもよいし、又は固定されなくてもよい。単動アクチュエータにおいて、ハウジング内で、且つピストンの後方で加圧された流体は、ピストンをハウジングから直線状に伸長させる。
【０００９】
残念ながら、リニアアクチュエータには限界がある。即ち、殆どのリニアアクチュエータは、そのストロークの長さがハウジングの長さ未満に制限されている。ストロークの長さ（またここではストロークと称する）は、ピストンが完全収縮位置から完全伸長位置まで移動する直線距離である。ハウジングは一般的に、作動するために流体及びピストンを収納した密閉装置である。ハウジングは少なくともピストンと同じ長さである。ピストンはハウジング内で収縮するが、ハウジングの壁部を越えて伸長することはない。従って、最大ピストンストロークはハウジングの長さよりも短い。
【００１０】
ストロークの限界を解決するために、複数の段を備えた入れ子式ピストンが開発されている。各段は、望遠鏡のように相互に滑入するように寸法及び形態が決められている。入れ子式の段はハウジング内の空間をより効率的に使用し、ハウジングよりも長いストロークを可能にする。
【００１１】
しかしながら、入れ子式の段は一般的に、シールにより連結される独立片を備える。シールによって、段は流体圧に応じて相互に通過するように滑動される。段及びシール間の摩擦により、シールは早期に磨耗する。磨耗したシールによって、流体は段の間から漏出する。それ故、シールを有するリニアアクチュエータは定期的なメンテナンスを必要とする。
【００１２】
また、独立した入れ子式の段では、入れ子式ピストンの組み付け及び製造コストが増大する。各段及びシールの直径は異なる。それ故、各段及びシールが別個に製造されるとともに組み付けられて、入れ子式ピストンが作られる。
【００１３】
単動入れ子式アクチュエータは多様な用途に使用され得る。例えば、単動入れ子式アクチュエータは、積荷を降ろすためにダンプトラックの荷台を上昇させる際に好適に作動する。しかしながら、漏出の可能性、製造及び組み付けのコスト、重量、展開速度及び寸法によって、単動入れ子式アクチュエータの用途は限定される。
【００１４】
例えば、幾つかの用途において車両にリニアアクチュエータを使用するためには、リニアアクチュエータは安価であり、軽量であり、且つ信頼できるものでなければならない。ストロークが長く非常に小型なリニアアクチュエータが求められている。ストロークが長いとは一般的に、ピストンが展開する前のアクチュエータのハウジングの長さ、即ちプロフィールよりもストロークが長いことを意味する。特定の用途において、リニアアクチュエータは極めて迅速に展開することが求められている。
【００１５】
一方、往復型リニアアクチュエータは、制動装置等の車両内の特定の用途に好ましい。その他のリニアアクチュエータでは、ピストンの単一且つ確実な展開のみが求められている。これらの種類のリニアアクチュエータは「ワンショット」リニアアクチュエータと称される。例えば、緊急時に乗員を保護及び救助するように設計された構成要素では、「ワンショット」リニアアクチュエータが使用される。残念なことに、従来の単動リニアアクチュエータは、車両用安全装置で使用するための寸法、重量、信頼性、迅速な展開、低いプロフィール及び長いストローク、並びにコストの要求を満たすことができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、多様な車両用安全装置で使用するためにプロフィールが最小の且つストロークが長い小型のリニアアクチュエータを提供することは、当該技術分野における進歩をもたらす。急速且つ確実に展開するリニアアクチュエータを提供することは更なる進歩をもたらす。従来のリニアアクチュエータに比べて安価に組み立てられるリニアアクチュエータを提供することは、当該技術分野における別の進歩をもたらす。また、外部タンクを備えることなく軽量な且つ内蔵式のリニアアクチュエータを提供することは進歩をもたらす。漏出に対して耐性があり、且つメンテナンスを必要としないリニアアクチュエータを提供することは、当該技術分野における進歩をもたらす。本発明は、新規且つ有用な方法でこれら進歩を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の装置は、当該技術分野の現状に応じて、特に現在のリニアアクチュエータによっては未だ完全に解決されていない当該技術分野の問題及び必要性に応じて開発されている。それ故、本発明は、プロフィールが小さく又はストロークが長く、安価であり、軽量であり、信頼でき、メンテナンスが不要であり、内蔵式であり、更に非常に迅速に展開する単動リニアアクチュエータを提供する。
【００１８】
一実施形態において、リニアアクチュエータは壁部を備え、該壁部は第１端部及び第２端部を有する。壁部は長手軸を囲む。単動ピストンは壁部の第１端部に連結される。ピストンは、その上端が実質的に第１端部と面一となるように軸に沿って伸長する。或いは、ピストンの上端は実質的に第１端部及び第２端部の間に配置される。ピストン及び壁部は単一の可鍛性材料片から一体的に形成される。
【００１９】
一実施形態において、流体発生器は第２端部に連結される。流体発生器は加圧流体を供給してピストンを伸長させる。流体発生器は、イニシエータにより作動される膨張性ガス発生器である。例えば、膨張性ガス発生器はマイクロガス発生器（ＭＧＧ）である。流体発生器は、壁部の第２端部から延出するリップに固着される。更に、ピストンは密封装置を形成するように第１端部と一体化される。流体の第１端部の通過が阻止されている。
【００２０】
ピストンはストロークを有し、ストロークは少なくとも壁部の軸方向の長さと同じである。一実施形態において、ピストンは複数のピストン段を備え、ピストン段は加圧流体が第２端部から第１端部へ向けて付与された時に連続して展開する。複数のピストン段を有するピストンは長いストロークを有する。
【００２１】
一実施形態において、作動信号はリニアアクチュエータを作動させる。作動信号がイニシエータに送信されると、イニシエータは膨張性ガス発生器を作動させて加圧膨張性ガスを発生させる。加圧膨張性ガスは、ピストンがワンショット単動ストロークにおいて入れ子式に展開するまで、ガス発生器及びピストンの間で増大する。
【００２２】
別の実施形態において、リニアアクチュエータは円筒形状の壁部を備え、該壁部は第１端部、第２端部、及び中央軸を有する。円筒形状のピストン段は壁部と同軸であり、第１端部に連結される。円筒形状のピストン段は、円筒形状の壁部の第１端部及び第２端部の間に配置される。ピストンヘッドはピストン段に連結され、中央軸と同軸である。
【００２３】
好適には、リニアアクチュエータは相互連結される複数のピストン段を備え、ピストン段は第１端部をピストンヘッドに連結する。相互連結されたピストン段は、リニアアクチュエータを密封して流体をピストンの後方に保持する。ピストンヘッド、複数のピストン段及び壁部の第１端部は、壁部が複数のピストン段及びピストンヘッドを囲むように入れ子式に相互連結される。
【００２４】
別の実施形態において、流体発生器は第２端部に固着される。流体発生器は流体を発生し、該流体はピストン段及びピストンヘッドに圧力を付与する。好適には、ピストン段及びピストンヘッドは、円筒形状をなす壁部の軸方向の長さよりも大きいストロークのために、中央軸に沿って入れ子式に展開する。
【００２５】
好適な実施形態において、壁部、ピストンヘッド及びピストン段は単一の可鍛性母材片から一体的に形成される。材料は真鍮、鋼、又はその他の材料でもよい。好適には、従来の深絞り打ち抜き技術を使用して母材に深絞り打ち抜き加工を施すことにより、壁部、ピストンヘッド及びピストン段が形成される。
【００２６】
本発明は多様な製造法を使用して製造され得る。リニアアクチュエータは圧延材料から形成されてもよい。一実施形態において、リニアアクチュエータは深掘り、油圧成形、フロー成形、又はその他の材料成形法等のようなあまり一般的でない方法を使用して形成されてもよい。一般的に、リニアアクチュエータを形成するために使用される製造方法は、リニアアクチュエータを対象とする用途に密接に関連する。
【００２７】
本発明のこれら及びその他の特徴や利点は、以下の説明及び添付した特許請求の範囲から更に明確となり、以下に明記するような本発明の実施によって収得することができる。
本発明の前述の及びその他の利点が得られる態様を容易に理解できるように、先に簡潔に説明した本発明を、添付図面に図示したその具体的な実施形態を参照しながら更に特定して説明する。これらの図面は本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、従って、その範囲を限定するように解釈しないことを理解した上で、添付図面を用いて、更に具体的及び詳細に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、同様の部品に同様の符号が付されている図面を参照することによって、よりよく理解される。
図１Ａは展開前のリニアアクチュエータ１０の一実施形態を示す。リニアアクチュエータ１０はピストン１２及びハウジング１４を備える。好適な実施形態において、ハウジング１４及びピストン１２は単一片となるように一体化される。ピストン１２及びハウジング１４は共通の長手軸１６を共用する。ハウジング１４は壁部１８を備え、該壁部１８は軸１６を囲む。壁部１８は、リニアアクチュエータ１０が展開されない時にはピストン１２を囲む。好適には、壁部１８は軸１６と平行に延びる。
【００２９】
壁部１８は第１端部２０及び第２端部２２を有する。第２端部２２は動力供給源（図１Ａには図示なし）と連結されてもよい。好適には、第１端部２０はピストン１２と一体化される。或いは、第１端部２０はピストン１２に連結される。第１端部２０及びピストン１２は、流体が第１端部２０を通過できないように連結される。
【００３０】
好適には、ピストン１２は単動ピストンであり、即ちピストン１２は流体によって一方向のみに伸長される。ピストン１２を初期の非伸長位置に戻すために、加圧流体は使用されない。好適な実施形態において、ピストン１２は、実質的に壁部１８により囲まれた領域内にピストン段２６を備える。ピストン段２６は渦巻きとも称される。好適には、ピストン段２６は軸１６と同軸である。ピストン１２は、その上端が第１端部２０と面一となるように壁部１８内に配置される。或いは、ピストン１２の上端は、実質的に壁部１８の第１端部２０及び第２端部２２の間に位置する。更に、ピストン１２の上端は、長手軸１６に沿ったいかなる位置に配置されてもよい。
【００３１】
図示する実施形態において、壁部１８及びピストン段２６は円筒形状をなす。しかしながら、壁部１８及び／又はピストン段２６が本発明の範囲内における多様な形状をなし得ることは容易に理解される。例えば、壁部１８は楕円形状又は矩形状をなして軸１６を囲んでもよい。更に、ピストン段２６は、正方形、長方形、又は三角形の断面を有してもよい。
【００３２】
図１Ｂは展開されたリニアアクチュエータ１０を示す。ピストン段２６は、伸長形態に移動してピストン１２を伸長させる。動力供給源（図１Ｂには図示なし）は、ピストン１２と流体連通するように第２端部２２に連結されてもよい。アクチュエータ１０を展開させるために、加圧流体は第１端部２０の方向においてピストン１２に押し付けられる。ピストン段２６は軸１６に沿って且つ壁部１８から離間するように、流体によって連続して伸長する。
【００３３】
好適には、壁部１８及びピストン段２６は、金属等の耐久性、剛性及び可鍛性を備えた単一の材料片から形成される。金属は真鍮、冷間圧延鋼、ステンレス鋼等でもよい。当然のことながら、ポリマー等のその他の材料を使用してもよい。材料の厚みは目的とする用途に応じて大きく変わる。同様に、直径、絞りの程度等のその他の性能も、目的とする用途に応じて大きく変わる。一般的に、材料は深絞り特性を有し、膨張性ガス等の加圧流体によりピストン１２が展開される時にピストン１２及び壁部１８の一体化を維持する程度に強固である。
【００３４】
好適には、一体化された壁部１８及びピストン１２は、深絞り打抜き法を使用してブランク（図示なし）から形成される。一般的に、物体はその深さがその直径の半分よりも大きければ深絞り加工される。深絞り打抜き法を使用して、最も内側のピストン段２６が最初に形成される。次に、所望する数の段２６及び壁部１８が形成されるまで、各々連続的に直径が大きくなるピストン段２６が打ち抜かれる。当然のことながら、本発明の範囲内にあるその他の打抜き法を使用して、同心のピストン段２６を形成してもよい。
【００３５】
打ち抜きにより形成されたリニアアクチュエータ１０によれば、相互に連結されることにより密封装置を形成する複数のピストン段２６が得られる。ピストン段２６は入れ子式に展開する。流体が第２端部２２からピストン１２に押し付けられると、全ての段２６が伸長するまで、内側の各段２６は展開して次の外側の段２６を通過する。展開するピストン段２６の数及び各ピストン段２６の伸長距離は、流体により付与される圧力量に応じて変わる。好適には、流体圧は各ピストン段２６を完全に伸長させる程度に大きい。
【００３６】
図１Ａ及び図１Ｂを主に参照すると、リニアアクチュエータ１０によればプロフィールが小さく且つストロークが長いアクチュエータが得られる。図１Ａに示すように、プロフィールは壁部１８の軸方向の長さ、即ち長手軸１６と平行に測定された第１端部２０から第２端部２２までの距離である。図１Ｂはストロークを示す。ストロークは第１端部２０から長手軸に沿ったピストン１２の最大伸長地点までの距離である。ストロークが長いとは、ピストン１２が展開する前のアクチュエータ１０の長さ、即ちプロフィールよりもストロークが長いということを意味する。ストロークが長く且つプロフィールが低いリニアアクチュエータ１０は、所定の用途に適するように作動可能なストロークが得られるとともに、小さい空間にも収容可能である。好適には、ストロークは壁部１８の軸方向の長さ、即ちプロフィールよりも大きい。或いは、ストロークは少なくともプロフィールと同じ長さである。
【００３７】
図２はリニアアクチュエータ１０の断面図を示す。各ピストン段２６（図１Ｂを参照）は２個の壁長さ２８を備え、それら壁長さ２８は外方折り目３０により連結される。壁長さ２８及び外方折り目３０は、図２において最も外側のピストン段２６に符号が付されていることに注意すべきである。内側のピストン段２６も同様に壁長さ２８及び外方折り目３０を備えるが、本発明を理解する際に明瞭となるように全てについて符号は付されていない。
【００３８】
最も外側のピストン段２６は第１壁長さ２８を有する。第１壁長さ２８はアクチュエータ１０の壁部１８としても作用する。外方折り目３０は２個の壁長さ２８を連結する。好適には、外方折り目３０により長さ２８は相互に当接する。長さ２８は好適には長手軸１６と平行に延びる。或いは、約０度から約９０度までの角度が形成されるように、長さ２８は外方折り目３０において連結されてもよい。
【００３９】
一般的に、リニアアクチュエータ１０はピストンヘッド３２を備え、該ピストンヘッド３２は壁部１８の第１端部２０との間に複数のピストン段２６を有する。或いは、単一のピストン段２６がピストン１２を形成してもよい。更に、単一のピストン段２６が壁部１８とピストンヘッド３２とを連結してもよい。
【００４０】
好適には、各内側のピストン段２６の直径は、後続の外側のピストン段２６よりも小さい。ピストン段２６は内方折り目３４により相互に連結される。内方折り目３４は、一体化されたピストン１２及び壁部１８の内側における折り目である。内方折り目３４は、外側のピストン段３４から直径がより小さい内側のピストン段３４への移行部分を示す。好適には、内方折り目３４は外方折り目３０と同様に、２個の壁長さ２８が相互に当接し、且つ長手軸１６と平行に延びるように２個の壁長さ２８を連結する。
【００４１】
従来の入れ子式リニアアクチュエータは一般的にシールを備え、外側及び内側のピストン段の間において作動可能な移行部分を提供する。しかしながら、これらのシールは概して磨耗し、流体を漏出する。対照的に、本発明の内方折り目３４、外方折り目３０及び壁長さ２８は、壁部１８と、（複数の）ピストン段２６と、ピストンヘッド３２とをシールを備えることなく入れ子式に相互連結し、ピストン１２内に流体を収容する。
【００４２】
好適には、ピストンヘッド３２は、内方折り目３４により最も内側のピストン段２６と一体的に連結される。一般的に、ピストンヘッド３２は長手軸１６及びピストン段２６と同軸である。ピストンヘッド３２は最も内側のピストン段２６としての特徴を備えてもよい。一般的に、ピストンヘッド３２は、移動するためにリニアアクチュエータ１０が装着される物体と衝突する。ピストンヘッド３２は物体に取り付けられてもよく、或いはピストンヘッド３２を収容するように寸法が決められた物体の溝或いはカップと単に衝突してもよい。ピストンヘッド３２は、ストロークの長さ方向に進む軸１６に沿って伸長する。
【００４３】
好適には、ピストンヘッド３２は壁部１８の第１端部２０と面一に、即ち一直線上に配置される。或いは、ヘッド３２の一部が第１端部２０を通過するように伸長してもよい。更に、ヘッド３２は実質的に第１端部２０及び第２端部２２の間に配置されてもよい。
【００４４】
図示する実施形態において、壁部１８はピストンヘッド３２及び複数のピストン段２６を囲む。一般的に、リニアアクチュエータ１０は、加圧流体の供給源と流体連通するように固着される。好適には、加圧流体は第２端部２２から流入し、望遠鏡のようにピストンヘッド３２及びピストン段２６を軸方向に伸長させる。ピストンヘッド３２及び内側のピストン段２６は、外側のピストン段２６を通過するように滑動する。
【００４５】
十分な流体圧が与えられるのならば、２個の壁長さ２８によって略平坦な長さが形成されるように、各ピストン段２６は外方折り目３０において展開する。各ピストン段２６が完全に伸長されると、内側のピストン段３４及び外側のピストン段２６を連結するように、各内方折り目３４もまた展開する。好適には、各ピストン段２６が伸長することにより、ピストンヘッド３２は壁部１８の軸方向の長さよりも大きいストロークの全体にわたって移動する。
【００４６】
図３は、加圧流体発生器３６と、イニシエータ３８とを備えるリニアアクチュエータ１０を示す。一実施形態において、流体発生器３６はマイクロガス発生器である。或いは、流体発生器３６は、リニアアクチュエータ１０での使用に適した通常のエアバッグインフレータである。このような流体発生器３６を備えたリニアアクチュエータ１０をパイロ技術式リニアアクチュエータ１０と称する。
【００４７】
流体発生器３６は十分な加圧膨張性ガスを発生して、所望する長さのストロークの全体にわたってピストン１２を伸長させる。好適には、流体発生器３６は、延出リップ４０により第２端部２２に固着される。流体発生器３６は、圧着、溶着、リベット結合、及びその他従来の固着技術によってリップ４０に固着されてもよい。
【００４８】
一実施形態において、流体発生器３６は、ガス発生剤４４を収容するハウジング４２を備える。ハウジング４２はイニシエータ３８に連結される。イニシエータ３８がガス発生剤４４を活性化させると、ガス発生剤４４は加圧膨張性ガスを発生する。
【００４９】
イニシエータ３８はセンサ（図示なし）から作動信号を受信する。センサはリニアアクチュエータ１０の作動が要求される状況を検出する。例えば、センサは車両が転倒事故に遭遇したことを検出する。作動信号がイニシエータ３８に送信されると、該イニシエータ３８はガス発生剤４４を活性化させる。ガス発生剤４４は加圧膨張性ガスを発生し、該加圧膨張性ガスはピストン１２を押し進める。加圧膨張性ガスの供給量はリニアアクチュエータ１０の用途に応じて変わる。好適には、膨張性ガスの圧力は、単動ストロークの全体にわたってピストン１２を移動させるべく各ピストン段２６を入れ子式に伸長させる程度に大きい。それ故、ピストン１２と当接する又は連結される物体もまた移動する。
【００５０】
駆動ポンプ及びモータが流体を緩慢に加圧することから、例えば作動流体を使用する従来のリニアアクチュエータは概して緩慢に展開する。圧力が増大するにつれてピストンは伸長する。本発明のセンサ、イニシエータ３８及び流体発生器３６は、協働して極めて迅速に加圧膨張性ガスを発生することができる。これらの構成要素は、所望する展開速度に応じて約４０ミリ秒以下で、単動ストロークが完成するまでリニアアクチュエータ１０を展開させることができる。
【００５１】
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の別の実施形態を示す断面図である。図４Ａにおいて、ピストンヘッド３２は内方折り目３４によって単一の段２６に連結され、単一の段２６は壁部１８、２８、外方折り目３０及び壁長さ２８を備える。この実施形態において、壁長さ２８及び壁部１８，２８は平行ではない。また、ピストンヘッド３２は、実質的に第１端部２０と第２端部２２との間に位置するように、軸１６に沿って配置される。好適には、ピストンヘッド３２は、第１及び第２端部２０，２２の間におけるいずれの位置に配置されてもよい。このようにして、プロフィールは壁部１８の軸方向の長さを越えて伸長することはない。
【００５２】
図４Ａはまた、ピストン段２６が完全に伸長した時のリニアアクチュエータ１０の断面形状を二点鎖線で示す。図示するストローク及びプロフィールの長さは、プロフィールが比較的低くても長いストロークが達成可能であることを示す。ピストンヘッド３２を軸１６に沿って配置することは、ストロークの長さに直接的に影響する。ピストンヘッド３２が実質的に第１端部２０と第２端部２２との間に配置され、且つ十分な流体力が付与されるならば、ストロークは少なくとも壁部１８の軸方向の長さと同じに、好適にはそれ以上となる。
【００５３】
二点鎖線で示す輪郭はまた、壁長さ２８、ピストンヘッド３２、内方折り目３４、及び外方折り目３０がどのように伸長して入れ子式単動ピストン１２が得られるかを示す。上述したように、ピストン段２６は流体圧によって本質的に展開される。好適には、流体はピストン１２内に保持された状態に維持される。或いは、ピストン１２は流体を解放する開口を備えてもよい。
【００５４】
図４Ｂは、リニアアクチュエータ１０の更に別の実施形態を示す。この場合も先と同様に、二点鎖線で示す断面は、ピストン１２が完全に伸長した時の構成要素の位置を示す。この実施形態において、壁長さ２８は相互に当接せず、また壁部１８と平行となるように位置していない。代わって、内方折り目３４及び外方折り目３０は、約３０度の角度αを形成するように壁長さ２８を配置する。好適には、アクチュエータ１０の作動前のピストンヘッド３２は第１端部２０と面一である。
【００５５】
図１Ａ〜図４Ｂを概して参照すると、本発明の実施形態によれば内蔵式のリニアアクチュエータ１０が得られる。流体は、発生するとアクチュエータ１０内に保持される。流体は漏出することがなく、且つ膨張性ガス発生器３６は実績のあるエアバッグインフレータ技術から採用されるので、アクチュエータ１０はメンテナンスを必要とせず、ピストン１２を極めて迅速に、且つ確実に展開させる。
【００５６】
好適には、リニアアクチュエータ１０は、単一母材片に打ち抜き加工を施して一体化されたハウジング１４及びピストン１２とすることにより形成される。リニアアクチュエータ１０に備えられる部品はより少ないことから、組み立て及び製造コストが削減される。一体化されたハウジング１４及びピストン１２の形態によれば、プロフィールが最小であり且つストロークが長いリニアアクチュエータ１０が得られる。使用される部品が少なく、且つ流体が膨張性ガスであることから、リニアアクチュエータ１０はまた極めて軽量である。
【００５７】
本発明の機構は多様な用途に使用可能である。好適には、本発明の範囲に含まれるリニアアクチュエータ１０は車両用安全装置に使用される。一般的に、車両の構成要素は軽量であり、信頼でき、小型であり、内蔵式であり、且つ安価であり、最小限のメンテナンスのみを必要とすべきである。車両用安全装置は一般的に、安全装置の構成要素が極めて迅速に作動及び反応するという要件を備えている。
【００５８】
図５は、本発明に係るリニアアクチュエータ１０を備える車両用安全装置４６を示す。当然のことながら、装置４６は本発明を利用可能な多数の装置の中の一つである。例えば、入れ子式リニアアクチュエータ１０はドアの凹部に使用される。入れ子式リニアアクチュエータ１０を手動操作することにより、動かなくなったドアからの出口が得られる。装置４６は、転倒事故の間に乗員を保護するように構成される。
【００５９】
転倒中、屋根４８は車両の内部を侵害することなく概して転倒に持ちこたえる。しかしながら、乗員５０の大きさ及び座席５２の形状に応じて、転倒の間に乗員の頭部が屋根４８に投げ出されるかもしれない。装置４６は、このような頭部の損傷を阻止しようとする、又は最小限にしようとする。
【００６０】
転倒事故が検出されると、装置４６は乗員の座席５２を強制的に後方へ回転させる。このようにして乗員の頭部及び屋根４８の間に大きな間隙５４を設けることにより、頭部の損傷を最小限にする。
【００６１】
装置４６は回転軸５６を有する座席５２を備え、回転軸５６は座席５２の後方に略位置する。座席５２は回転軸５６の周りを回転して間隙５４を増大させる。座席５２はリニアアクチュエータ１０により回転され、リニアアクチュエータ１０は座席枠の下方且つ実質的に座席５２の前方に配置される。リニアアクチュエータ１０は、第２端部２２に固着された流体発生器３６を備える。好適には、回転軸５６及びリニアアクチュエータ１０は座席５２の各側面に設けられる。
【００６２】
リニアアクチュエータ１０によれば、長いストロークによって座席５２の前方を回転に必要な距離だけ移動させて大きな間隙５４を設ける。一般的に、座席枠及び車両床面の間の空間は制限される。従って、リニアアクチュエータ１０のプロフィールは最小限であるべきである。リニアアクチュエータ１０はまた、座席５２及び乗員５０を作動可能な距離だけ移動させるのに十分な力を持つべきである。本発明の実施形態によれば、長いストロークと、最小限のプロフィールと、必要な力とが得られる。
【００６３】
図５はまた、装置４６が作動される時の乗員５０及び座席５２の新しい位置を二点鎖線で示す。装置４６は一個以上のセンサ（図示なし）を備えてもよい。センサは電子制御装置（ＥＣＵ）（図示なし）に信号を送信する。ＥＣＵは転倒が発生する時を判定する。
【００６４】
ＥＣＵは作動信号をイニシエータ３８に送信する。作動信号は複数のリニアアクチュエータ１０に送信されてもよい。上述したように、イニシエータ３８が流体発生器３６を作動させることにより、該流体発生器３６は加圧膨張性ガスを供給してピストン１２を入れ子式に伸長させる。伸長するピストン１２によって座席枠の前端が上方へ移動する。座席５２が回転軸５６で回転し、乗員の頭部及び屋根４８の間により大きな間隙５４が設けられる。
【００６５】
一実施形態において、座席５２は剪断ピン５８を備えてもよい。剪断ピン５８は座席５２の前部が突然に強制移動することによって切断される。剪断ピン５８は、転倒事故が検出されるまで座席５２の回転を阻止する。
【００６６】
要約すると、プロフィールが低く且つストロークが長く、安価であり、軽量であり、且つ内蔵式のリニアアクチュエータ１０が得られる。リニアアクチュエータ１０は多様な実施形態に採用可能であり、極めて迅速に展開するワンショット単動アクチュエータ１０が得られる。「ワンショット」とは、アクチュエータ１０は一回のみ使用可能であって、使用後にアクチュエータ１０を取り替える必要があることを意味する。リニアアクチュエータ１０はまた、必要な運動を伝達するのに十分な力で展開する。好適には、リニアアクチュエータ１０を車両用安全装置に使用することにより、車両の乗員にとって有用な保護を増大させる。
【００６７】
本発明はその精神又は必須の特性から逸脱することなく、その他の特定形状に具体化され得る。記載した実施形態は全ての点において例示的なものに過ぎず、限定的なものではないと考慮されるべきである。従って、本発明の範囲は上記の記載ではなく添付の特許請求の範囲によって表される。特許請求の範囲と同等の意味及び範囲内において生じる全ての変更は、その範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】一体化されたピストン及びハウジングの展開前の状態を示す斜視側面図。
【図１Ｂ】一体化されたピストン及びハウジングの展開状態を示す斜視側面図。
【図２】一体化されたピストンヘッド、複数のピストン段及び壁部を示す断面図。
【図３】一体化され、且つ加圧ガスを供給してピストンを展開させるガス発生器と連結されたピストン及びハウジングを示す断面図。
【図４Ａ】一体化されたピストンヘッド、ピストン段及び壁部の別の実施形態を示す断面図。
【図４Ｂ】一体化されたピストンヘッド、複数のピストン段及び壁部の別の実施形態を示す断面図。
【図５】車両用安全装置に実装された本発明の一実施形態を示す斜視側面図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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