(57)【要約】      （修正有）【課題】  保管時や使用時の環境による誤動作や劣化が少なく、取扱が簡便なインフレータを提供する。【解決手段】  加圧媒体がが充填され、一部に脆弱部を有する圧力タンクと、脆弱部を覆う様に圧力タンクに隣接して筐体を設け、筐体の内部にて脆弱部から遠近両位置間を移動出来る第一コイルと、第一コイルに通電する電流供給手段と、脆弱部を貫通して加圧媒体を筐体内へ導入する為の流路を形成出来る貫通手段を有するインフレータである。【選択図】  図１
2005313864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧媒体が充填され、その一部に脆弱部を有する圧力タンクと、
前記脆弱部を覆うように前記圧力タンクに隣接して設けられた筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部にて前記脆弱部より近い位置と遠い位置との間を往復運動することができる往復部材と、
前記往復部材を前記脆弱部より遠い位置から近い位置へ移動させることができる位置に設けられた第１のコイルと、
前記第１のコイルに電気的に接続された電流供給手段と、
前記往復部材の前記脆弱部側に設けられ、前記脆弱部を貫通し、前記加圧媒体を前記筐体の内部へ導入するための流路を形成することができる貫通手段と、
を有することを特徴とするインフレータ。
【請求項２】
前記電流供給手段はコンデンサーを有することを特徴とする請求項１に記載のインフレータ。
【請求項３】
前記往復部材の少なくとも一部が導電性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインフレータ。
【請求項４】
前記往復部材は、前記第１のコイルと反発する力を発生することができる方向に巻かれるとともに、前記電流供給手段と電気的に接続された第２のコイルを有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインフレータ。
【請求項５】
流体中を運動可能なボディーと、
前記ボディーに設けられた翼と、
加圧媒体が充填され、その一部に脆弱部を有し、前記ボディーの内部に設けられた圧力タンクと、
前記脆弱部を覆うように前記圧力タンクに隣接して設けられた筐体と、
前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部にて前記脆弱部より近い位置と遠い位置との間を往復運動することができる往復部材と、
前記往復部材を前記脆弱部より遠い位置から近い位置へ移動させることができる位置に設けられた第１のコイルと、
前記第１のコイルに電気的に接続された電流供給手段と、
前記往復部材の前記脆弱部側に設けられ、前記脆弱部を貫通し、前記加圧媒体を前記筐体の内部へ導入するための流路を形成することができる貫通手段と、
前記翼の後縁近傍に開口され、前記筐体の内部と連通し、前記加圧媒体を噴出するための噴出口と、
を有することを特徴とする、流体中自由運動体。
【請求項６】
前記往復部材の少なくとも一部が導電性を有することを特徴とする請求項５に記載の流体中自由運動体。
【請求項７】
前記往復部材は、前記第１のコイルと反発する力を発生することができる方向に巻かれるとともに、前記電流供給手段と電気的に接続された第２のコイルを有することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の流体中自由運動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧媒体が充填されたタンクを開栓することにより、加圧媒体を供給するインフレータおよびこれを用いた流体中自由運動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のタイヤやエアバッグなどに用いるインフレータ、そして空気圧アクチュエータを用いた駆動機構などの圧縮気体の供給源として、高圧の気体やその液化物等の加圧媒体が充填されたタンクを開栓することにより、高圧の加圧媒体を供給するインフレータが用いられている。
【０００３】
特許文献１によれば、破裂板が設けられたインフレータハウジング（タンク）には加圧媒質（加圧媒体）が充填されている。インフレータハウジングに接続されたディフューザー部の内部には点火薬を備えた点火器が設けられている。外部から点火信号を受けると、点火器に備えられた点火薬は燃焼し、この点火薬の燃焼の際の爆発力により破裂板が破壊され、インフレータハウジングは開栓される。
【特許文献１】特開２００２−２５５００６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上述の様な従来のインフレータは、破裂板の破壊に点火薬を用いているため、点火薬の自然発火温度を超える高温下で用いる場合、外部から点火信号を受けない場合でも点火薬は燃焼してしまう。すなわち、加圧媒体の供給を意図しない場合でも、インフレータは誤作動し加圧媒体の供給を開始してしまう。
【０００５】
また、破裂板の破壊に点火薬を用いているため、インフレータを高温多湿の環境下にて保管した場合、点火薬が吸湿してしまい、外部から点火信号を受けて点火薬が燃焼しても、十分な燃焼速度が得られず破裂板が破壊されない場合がある。すなわち、加圧媒体の供給を意図した場合でも、インフレータは正しく作動せず加圧媒体が供給されない。
【０００６】
さらに、破裂板の破壊に点火薬を用いているため、インフレータを保管する倉庫やインフレータを移送する車両などは、危険物取扱のための防火壁等の付帯設備、危険物取扱者の資格を有する管理者などが必要となり、簡便な取扱ができなかった。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みてされたもので、保管時や使用時の環境による劣化が少なく、幅広い環境で正しく作動し取扱が簡便なインフレータおよび流体中自由運動体を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のインフレータは、加圧媒体が充填され、その一部に脆弱部を有する圧力タンクと、前記脆弱部を覆うように前記圧力タンクに隣接して設けられた筐体と、前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部にて前記脆弱部より近い位置と遠い位置との間を往復運動することができる往復部材と、前記往復部材を前記脆弱部より遠い位置から近い位置へ移動させることができる位置に設けられた第１のコイルと、前記第１のコイルに電気的に接続された電流供給手段と、前記往復部材の前記脆弱部側に設けられ、前記脆弱部を貫通し、前記加圧媒体を前記筐体の内部へ導入するための流路を形成することができる貫通手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の流体中自由運動体は、流体中を運動可能なボディーと、前記ボディーに設けられた翼と、加圧媒体が充填され、その一部に脆弱部を有し、前記ボディーの内部に設けられた圧力タンクと、前記脆弱部を覆うように前記圧力タンクに隣接して設けられた筐体と、前記筐体の内部に設けられ、前記筐体の内部にて前記脆弱部より近い位置と遠い位置との間を往復運動することができる往復部材と、前記往復部材を前記脆弱部より遠い位置から近い位置へ移動させることができる位置に設けられた第１のコイルと、前記第１のコイルに電気的に接続された電流供給手段と、前記往復部材の前記脆弱部側に設けられ、前記脆弱部を貫通し、前記加圧媒体を前記筐体の内部へ導入するための流路を形成することができる貫通手段と、前記翼の後縁近傍に開口され、前記筐体の内部と連通し、前記加圧媒体を噴出するための噴出口と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、保管時や使用時の環境による劣化が少なく、幅広い環境で正しく作動し取扱が簡便なインフレータおよび流体中自由運動体を提供する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態によるインフレータ１００の断面図である。
【００１３】
例えば略円筒形の圧力容器１の一端側には開口部２が設けられている。圧力容器１の内部の空間３には、例えば圧縮空気や液化炭酸ガス、液化窒素などの加圧媒体が充填されている。圧力容器１の材質としては、外部からの衝撃等により容易に変形、破裂しないような、例えば十分な厚みを持つ真鍮や構造用鋼などの、比較的硬度が高く引っ張り強度の高い金属が適している。
【００１４】
圧力容器１には封板４が設けられている。封板４の材質としては、例えば圧力容器１の壁の厚さより薄い銅やアルミニウム、軟鉄など、比較的硬度が低く引っ張り強度の低い金属が適している。封板４は、加圧媒体が圧力容器１から漏洩しないように、例えば溶接などの方法を用いて開口部２を密閉するように設けられている。圧力容器１に設けられた封板４の開口部２と重なる部分、すなわち脆弱部２６は封板４の一部の面が直接空間３に露出しており、この脆弱部２６の強度は圧力容器１よりも低くなる。封板４の周囲はねじ部５が設けられ、ねじ部５が雄ねじとして機能するように加工されている。このようにして圧力容器１と封板４にて圧力タンク６があらかじめ構成される。
【００１５】
圧力タンク６に隣接するように筐体７が設けられている。筐体７の内周の一部は封板４のねじ部５に対する雌ねじとして機能するように加工されている。筐体７と封板４は、必要に応じてシール材やパッキン等を用いてねじ止めされる。すなわち、筐体７は封板４にねじ止めされることで、筐体７は脆弱部２６を覆うように設けられている。
【００１６】
筐体７には開口部８が設けられている。開口部８は圧力タンク６より加圧媒体が放出された際、放出された加圧媒体をインフレータ１００外部へ導出するために設けられている。開口部８は、インフレータ１００の用途に応じて、圧力ホース等を介して加圧媒体の供給対象と接続される。例えば車両のタイヤの空気入れとして用いるならば、レギュレータが設けられた圧力ホースにてタイヤと開口部８を接続して用いることができる。また、例えば車両のエアバッグの部品として用いるならば、圧力ホースを用いてエアバッグと開口部８を接続して用いることができる。また、例えば駆動機構の圧縮気体の供給源として用いるならば、圧力ホースを用いて駆動機構の圧縮空気導入口と開口部８を接続して用いることができる。
【００１７】
筐体７の内部には、往復部材９が設けられている。往復部材９は、筐体７の内部で往復運動が可能なように設けられている。往復部材９の往復可能な範囲は、脆弱部２６より近い位置と遠い位置との間である。往復部材９の少なくとも一部は、銅などの導電性の部材でできている。
【００１８】
往復部材９には、貫通手段１１が設けられている。貫通手段１１は、往復部材９の脆弱部２６側に設けられている。貫通手段１１は、例えばステンレス合金等の硬度の高い材質からなり、往復部材９が脆弱部２６より遠い位置から近い位置へと移動する際、貫通手段１１にて脆弱部２６を貫通できるように設けられている。貫通手段１１には、例えば貫通手段１１に中空部１０を設けることにより、貫通手段１１が脆弱部２６を貫通した際、空間３と筐体７の内部とが連通する流路が形成されるように加工されている。このように貫通手段１１を加工することで、貫通手段１１が脆弱部２６を貫通すると空間３と筐体７の内部との間に流路が形成され、空間３に充填されている加圧媒体が、流路そして筐体７を通じて筐体７に設けられた開口部８から噴出する。
【００１９】
筐体７には、コイル１２（第１のコイル）が設けられている。コイル１２は、コイル１２と往復部材９との間に反発する力を発生させた際、往復部材９が脆弱部２６より遠い位置から近い位置へと移動するような位置、例えば脆弱部２６より遠い方からコイル１２、往復部材９の順にコイル１２、往復部材９、脆弱部２６が略一列に並ぶ位置に設けられている。コイル１２は、別途設けられた電流供給手段１３と電気的に接続されている。電流供給手段１３には、電源（図示せず）から供給された電荷を蓄えるためのコンデンサー１４と、切断状態から接続状態へ変化することで蓄えられた電荷をコイル１２へ放電させるためのスイッチ１５が設けられている。コイル１２は、コンデンサー１４から蓄えられた電荷を瞬間的に放出されることにより、往復部材９に対してコイル１２から反発する方向の衝撃力を発生させることができる。
【００２０】
例えばコイル１２にφ２０ｍｍのコイルを用いた場合、往復部材９とコイル１２の間に発生する衝撃力は図２のようになる。図２は、コンデンサー１４への充電電圧を１６０〜５７０Ｖに変化させた場合の、横軸に時間、縦軸に衝撃力をプロットした図である。なお、コンデンサー１４には６３μＦのコンデンサーを用いた。充電電圧５７０Ｖの場合、往復部材９とコイル１２の間に発生する衝撃力は、図２に示す通り約５００Ｎと、貫通手段１１が脆弱部２６を貫通するのに十分な衝撃力を発生させることができる。
【００２１】
続いて、本発明の第１の実施の形態によるインフレータ１００の動作について説明する。図３（ａ）に、加圧媒体を噴出させる前の状態のインフレータ１００を示す。
【００２２】
まず、脆弱部２６は貫通手段１１に貫通されていない状態である。貫通手段１１が設けられた往復部材９は、封板４とコイル１２の間に配置されている。往復部材９は、必要に応じて例えば永久磁石などの固定手段（図示せず）を用いて、仮固定されている。
【００２３】
次に、コンデンサー１４に電源から電流が供給されると、コンデンサー１４は電荷を蓄える。図３（ｂ）に示すように、オペレータや制御装置などによりスイッチ１５が接続状態にされると、コンデンサー１４は電荷を瞬間的に放出し、コイル１２に電流が供給される。コイル１２に電流が供給されることにより、往復部材９とコイル１２の間には、反発する方向の衝撃力が発生する。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示すように、往復部材９は脆弱部２６より遠い位置から近い位置へと移動し、これに伴い貫通手段１１は脆弱部２６を貫通する。
【００２５】
すると、図３（ｄ）のように、貫通手段１１が脆弱部２６を貫通する際に形成された空間３と筐体７の内部との間の流路を通じて、空間３に充填されている加圧媒体が筐体７に設けられた開口部８から噴出する。
【００２６】
このように、本発明の第１の実施の形態によるインフレータ１００は、圧力タンク６から加圧媒体を噴出させるために点火薬を用いないので、保管時や使用時の環境による劣化を少なくすることができる。また内部に点火薬を一切使用していないため、幅広い環境で正しく作動し、さらに保管に防火壁等の特殊な保管庫が不要で、簡便に取り扱うことができる。
【００２７】
なお、往復部材９は導電性の部材で構成され、コイル１２と反発力を生じるように構成されていたが、図４に示すインフレータ１０１のように往復部材９にコイル１２と反発する力を発生することができる方向に巻かれたコイル１６（第２のコイル）を設けても構わない。コイル１６は電流供給手段１３と電気的に接続され、電流供給手段よりコイル１２とコイル１６に電流が供給されることにより、コイル１２とコイル１６の間には反発力が生じる。この反発力により往復部材９は脆弱部２６より遠い位置から近い位置へと移動し、往復部材９に設けられた貫通手段１１は脆弱部２６を貫通し、圧力タンク６から加圧媒体が筐体７を通じて筐体７に設けられた開口部８から噴出する。
【００２８】
また、貫通手段１１には中空部１０を設けることにより、貫通手段１１が封板４を貫通した際、空間３と筐体７の内部とが連通する流路が形成されるように加工されていたが、貫通手段１１の側面に溝部（図示せず）を設けても構わない。貫通手段１１の側面に設けられた溝部は、貫通手段１１が脆弱部２６を貫通した際、貫通手段１１と封板４との間の空隙を形成する。
【００２９】
また、圧力容器１と封板４は一体に形成されたものでも良く、例えば液化炭酸ガスが封入された一部に肉厚の薄い脆弱部を有する市販の小型ＣＯ２ボンベのようなものでも良い。
【００３０】
また、圧力タンク６や市販の小型のＣＯ２ボンベは、ねじ部５にてねじ止めされているので、インフレータ１００を使用して加圧媒体が空になった圧力タンク６や市販の小型ＣＯ２ボンベを交換することで、インフレータ１００は再度使用することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図５および図６に、本発明の第２の実施の形態によるインフレータを用いた流体中自由運動体２００を示す。図５に、流体中自由運動体２００の斜視図、図６（ａ）に流体中自由運動体２００の後述する操舵翼２０１（翼）の断面図、図６（ｂ）に流体中自由運動体２００の後述するボディー２０２の断面図を示す。なお、第１の実施の形態の各部と同一部分は、同一符号で示し、その説明を省略する。
【００３２】
流体中自由運動体２００は、４枚の操舵翼２０１がボディー２０２に設けられている。流体中自由運動体２００は、流体中を運動する際、流体からボディー２００や操舵翼２０１にかかる力のバランスを制御して姿勢を制御する。
【００３３】
ボディー２０２の内部には、インフレータ１０２が設けられている。インフレータ１０２には、電流供給手段２０３が設けられている。電流供給手段２０３には、例えば外部と電気的に接続可能なコネクタや接触端子などを用いることができる。流体中自由運動体２００の外部から、コイル１２から反発する方向の衝撃力を発生させるための電力を供給するために、電流供給手段２０３は設けられている。例えば図示しない電源、コンデンサ、スイッチなどを接続することにより、電流供給手段２０３はコイル１２に電力を供給することができる。その他の構成は、第１の実施の形態によるインフレータ１００と同様のため、その説明を省略する。
【００３４】
ボディー２０２には、開口部２０４が設けられている。また、操舵翼２０１には、各２系統の噴出口２０５が設けられている。操舵翼２０１の一方の面に開口するように、一方の系統の噴出口２０５が、操舵翼２０１の他方の面に開口するように、他方の系統の噴出口２０５が設けられている。流体中自由運動体２００が流体中を移動する際、操舵翼２０１の周囲を流れる流体の流れを変化させる事により、流体中自由運動体２００の姿勢を制御するために、噴出口２０５は設けられている。噴出口２０５から噴出する加圧媒体を、どの噴出口２０５から噴出するかを切り替えることにより、流体中自由運動体２００の姿勢を制御することができる。
【００３５】
例えば、図７（ａ）に示すように、操舵翼２０１の周囲を流体３０１、３０２が流れている。操舵翼２０１の一方の面の表面に反って、流体３０１は流れている。操舵翼２０１の他方の面の表面に反って、流体３０２は流れている。次に、一方の噴出口２０５より、例えば図７（ｂ）に示すように操舵翼２０１の流体３０２側の噴出口２０５より、加圧媒体３０３を噴出させると、流体３０１、３０２の流れのバランスが変化し、操舵翼２０１には力３０４が発生する。すなわち、噴出口２０５から噴出する加圧媒体３０３の量やタイミング、どの噴出口２０５から加圧媒体３０３を噴出するかを制御することにより、流体中自由運動体２００の姿勢を制御することができる。
【００３６】
操舵翼２０１の内部には、インフレータ１０２から噴出した加圧媒体を噴出口２０５へ導くための配管２０６が設けられている。
【００３７】
ボディー２０２の内部には、流体経路切替素子２０７が設けられている。流体切替素子２０７は、インフレータ１０２から噴出した加圧媒体を、複数設けられた噴出口２０５のうち、どの噴出口２０５から加圧媒体を噴出するかが切替可能となる様に設けられている。図６では説明の都合上、１つの操舵翼２０１に設けられた２系統の噴出口２０５のいずれかに加圧媒体を導くかが切替可能となる様に設けた例を図示している。実際には、他の３つの操舵翼２０１に設けられた６系統の噴出口２０５、すなわち合計８系統の噴出口２０５のいずれかに加圧媒体を導くかが切替可能となるように設けられている。
【００３８】
流体経路切替素子２０７には、入力経路２０７ａが設けられている。入力経路２０７ａは、インフレータ１０２から噴出した加圧媒体が入力されるように設けられている。
【００３９】
入力経路２０７ａから入力された加圧媒体は、複数設けられた出力経路２０７ｂのいずれか１つから出力される。各出力経路２０７ｂは、それぞれ配管２０６と連通するように設けられている。
【００４０】
バルブ２０７ｃは、開口部２０４が流体中自由運動体２００の外部に開放されているか、閉じているかを切り替え可能となるように設けられている。入力経路２０７ａから入力された加圧媒体が、閉じられた開口部２０４の方向の出力経路２０７ｂへ導かれるように流体切替素子２０７は設けられている。すなわち、どの開口部２０４を開放するかを切り替えることにより、インフレータ１０２から噴出した加圧媒体がどの噴出口２０５から噴出するかを切り替えることができる。
【００４１】
インフレータ１０２と入力経路２０７ａの間には、レギュレータ２０８を設けることができる。流体切替素子２０７が切替可能となるために必要な流量を確保するとともに、噴出口２０５から噴出する加圧媒体の流量が制御可能となるように、レギュレータ２０８は設けられている。レギュレータ２０８を制御することにより、操舵翼２０１にかかる力３０４の大きさを制御することができる。
【００４２】
このように、本発明の第２の実施の形態によるインフレータを用いた流体中自由運動体２００は、圧力タンクから加圧媒体を噴出させるために点火薬を用いないので、保管時や使用時の環境による劣化を少なくすることができる。また圧力タンクから加圧媒体を噴出させるために点火薬を用いないので、幅広い環境で正しく作動し、さらに保管に防火壁等の特殊な保管庫が不要で、簡便に取り扱うことができる。
【００４３】
また、従来の流体中自由運動体は、フラップを駆動するための油圧や電動などの重量の大きいアクチュエータが必要であるが、インフレータを用いた流体中自由運動体２００は、姿勢制御に必要な空間、重量、エネルギーが非常に小さいため、流体中自由運動体の小型化、軽量化が可能となる。これは、流体中自由運動体の設計の自由度が増すばかりでなく、流体中自由運動体のもつ運動エネルギーが減少し、流体との抵抗が減少し、航続距離の延長、運動性能の向上が実現できる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、１つの流体切替素子２０７にて８系統のどの噴出口２０５から噴出するかを切り替える実施の形態について説明した。しかし、流体切替素子の数は１つに限られたものではなく、例えば、４系統のどの噴出口２０５から噴出するかを切り替えることができる流体切替素子を２つを組み合わせたり、２系統のどちらの噴出口２０５から噴出するかを切り替えることができる流体切替素子４つを組み合わせたりすることもできる。
【００４５】
また、流体切替素子２０７は、どの開口部２０４を開放するかにより、インフレータ１０２から噴出した加圧媒体がどの噴出口２０５から噴出するかを切り替える実施の形態について説明した。しかし、流体切替素子２０７には、他の公知の流体切替素子を用いることも可能である。例えば、公知のソレノイドバルブを複数組み合わせ、流体切替素子として用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるインフレータの第１の実施の形態を示す断面図
【図２】本発明によるインフレータの第１の実施の形態のコイルが発生する反発力を示す図
【図３】本発明によるインフレータの第１の実施の形態の動作を示す断面図
【図４】本発明によるインフレータの第１の実施の形態の変形例を示す断面図
【図５】本発明によるインフレータの第２の実施の形態を用いた流体中自由運動体の斜視図
【図６】本発明によるインフレータの第２の実施の形態を用いた流体中自由運動体の断面図
【図７】本発明によるインフレータの第２の実施の形態を用いた流体中自由運動体の断面図
【符号の説明】
【００４７】
１  圧力容器
２  開口部
３  空間３
４  封板４
５  ねじ部
６  圧力タンク
７  筐体
８  開口部
９  往復部材
１０  中空部
１１  貫通手段
１２  コイル
１３  電流供給手段
１４  コンデンサー
１５  スイッチ
１６  コイル
２６  脆弱部
１００、１０１、１０２  インフレータ
２００  流体中自由運動体
２０１  操舵翼
２０２  ボディー
２０３  電流供給手段
２０４  開口部
２０５  噴出口
３０４  力
２０６  配管
２０７  流体経路切替素子
２０７ａ  入力経路
２０７ｂ  出力経路
２０７ｃ  バルブ２０７
２０８  レギュレータ
３０１、３０２  流体
３０３  加圧媒体
３０４  力
【図１】
2005313864.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005313864.tif 000007
【図６】
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【図７】
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