KR0156298B1 - 연소성가스에 의해 점화되는 자동차용 에어백 인플레이터와 그 전개방법 - Google Patents

Abstract

연소성 가스를 연소시켜 그 열에 의해 압력용기에 충전된 압축가스를 등온팽창시키는 자동차용 에어백 인플레이터 및 그 전개방법을 제공한다.

주입구를 통해 내부에 압축가스가 충전되며, 외부에는 핸들 등에 고정시키기 위한 고정판이 형성되고, 압축가스의 팽창시에 파열되어 에어백 모듈을 팽창시키기 위해 팽창된 가스를 유출시키는 2차 파열디스크가 상부에 설치되는 외부압력용기; 상기 외부압력용기의 하부에 외부에서 내부로 관통하여 고정되게 부착되고, 내부에 점화장치(1차)와 점화제가 밀봉되게 내장되며, 상부에는 점화제의 연소시 연소성가스를 점화시키기 위해 상부로 이동하는 작동수단을 지니는 어댑터; 상기 어댑터의 상부에서 내부 압력용기를 상기 외부압력용기내에서 고정되게 지지시키도록 그 어댑터의 상부에 고정되게 연결되며, 내부로부터 상기 외부압력용기로의 연소가스분출통로를 지니는 연결튜브; 그리고 상기 연결튜브의 상부에 고정되게 연결되고 상기 작동수단에 의해 파열되어 연결튜브의 내부로 연소가스를 분출시키기 위한 1차 파열디스크가 부착되며, 내부에 주입구를 통해 연소성 가스가 충진되는 내부압력용기를 구비한다.

이에 따라, 상기 내부압력용기의 연소성 가스의 연소열에 의해 상기 외부압력용기내의 압축가스를 팽창시킬 수 있음으로써 에어백 모듈을 신속하고도 보다 큰 체적으로 팽창시킬 수 있으며, 나아가 화약을 사용하지 아니함으로써 안전하고도 경제적인 효과가 있다.

Description

연소성 가스에 의해 점화되는 자동차용 에어백 인플레이터와 그 전개방법

제1도(a)는 종래의 화약식 운전석 에어백 장치가 핸들에 장착된 상태를 도시한 개략정면도이고, (b)는 제1도(a)의 선 A-A 개략단면도이며, (c)는 제1도(b)의 인플레이터만을 도시한 상세단면도,

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 연소성가스에 의해 점화되는 자동차용 에어백 전개 인플레이터부의 구조를 구체적으로 도시한 단면도,

제3도는 제2도에서 점화제의 폭발로 디스크가 파열되어 연소성 가스용 내부압력용기의 파열디스크를 파열시키는 관계를 도시한 일부 확대단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 핸들 2 : E. C. U

3 : 전원 10 : 화약식 에어백 장치

12 : 에어백 12a : 패드카버(pad cover)

12b : 크리스(crease) 14 : 인플레이터(inflator)

15 : 인플레이터카버 16 : 바닥판

17 : 점화장치 17a : 점화핀

18 : 점화제 19 : 가스발생제

20 : 디퓨저(diffuser) 30 : 본 발명에 따른 인플레이터

31 : 고정판 32 : 1차 점화장치

33 : 어댑터(adapter) 34 : 밀봉부재(플라스틱 블럭)

35 : 점화제 36 : 작동수단

36a : 점화블럭 37 : 연결튜브

38 : 1차 파열디스크 39 : 내부압력용기(연소성 가스용)

40 : 외부압력용기(압축가스용) 41 : 2차 파열디스크

42 : 2차 점화장치 43 : 케이스

44 : 인플레이터 카버

본 발명은 자동차용 에어백 인플레이터에 관한 것으로, 더 상세히는 연소성 가스를 이용하여 충전된 압축가스를 등온팽창시킴으로써 에어백 모듈을 신속하고도 보다 큰 체적으로 팽창시킬 수 있는 자동차용 에어백 인플레이터에 관한 것이다.

통상, 차량에는 운전자나 승객의 안전을 도모하기 위해 여러 가지의 안전장치가 요구되는 바, 그 중에서 자동차의 운행중 갑작스런 감속 내지는 충돌에 의해 동작하는 여러 가지 형태의 센서에 의해 작동되어 에어백을 팽창시킴으로써 운전자나 승객을 그 충돌로부터 보호하는 여러 가지 타입의 에어백장치가 개발되어 있다.

그 대표적인 에어백장치로는 에어백의 팽창물질에 따라 가스발생제의 연소 내지는 폭발에 의해 가스를 발생시켜 에어백을 순간적으로 팽창시키는 폭발식 에어백장치와, 압력용기에 저장된 압축가스를 충돌시 분출시켜 에어백을 순간적으로 팽창시키는 가스충전식 에어백장치와, 그 두가지 타입의 장점을 겸비한 하이브리드타입 에어백장치가 있는데, 그 중에서 가스충전식이나 하이브리드타입은 조수석에 사용되는 에어백장치만이 개발되어 있고, 압력용기의 부피, 무게, 핸들온도에 따른 압력의 증대, 압축가스의 분출속도의 낮음 등으로 인하여 운전석용으로는 사용되지 못하고 있다.

자동차의 핸들에 장착된 대표적인 폭발식 즉 화약식 에어백장치(10)는 제1도(a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 핸들(1)의 중앙부 핸들 베이스상에 고정되게 설치되며, 인플레이터(14)의 상부에 에어백(12)이 접혀진 상태로 배치되고 그 위를 패드카버(12a)가 덮고 있다. 그 패드카버(12a)에는 크리스(12b)가 형성되어 있어 에어백(12)의 팽창시 그 크리스(12b)가 파열됨으로써 에어백(12)이 운전자측으로 팽창되어 나오게 된다. 에어백(12)은 도시가 생략된 지지부재에 의해 그 개방단부가 유체적으로 밀폐되게 인플레이터(14)의 바닥판(16)에 고정된다.

그 인플레이터(14)는 제1도(c)에서 바닥판(16)에 의해 핸들(1)의 베이스에 장착되고, 그 바닥판(16)과 인플레이터 카버(15)사이에는 중앙부에 점화핀(17a)을 지니는 점화장치(17)가 설치되고, 그 점화장치(17)의 외주에는 점화불꽃 통로가 칸막이를 두고 가스발생제(19)가 수납되며, 그 가스발생제(19)의 외주에는 가스통로와 칸막이를 두고 디퓨저(20)가 설치된다.

이와 같은 구조의 폭발식 에어백장치(10)에 있어서, 일반적으로 소정의 충격이상이 가해진 때에 소정 레벨의 신호를 출력시키는 센서에 의해 점화핀(17a)에 점화신호가 가해짐으로써 제1도(c)의 화살표 방향을 따라, 점화장치(17)에서 작약이 폭발하고, 점화제(18)가 급속히 연소하며, 그 연소된 불꽃과 열에 의해 가스발생제(19)로부터 가스가 급속히 발생하게 되고, 그 가스가 디퓨저(20)를 통과하여 에어백을 팽창시키게 된다.

그런데, 그 발생된 가스가 고온이기 때문에 에어백이 파손되기 쉽고 운전자가 고온에 의한 상해를 입기 쉽다. 따라서, 이를 방지하기 위해 디퓨저(20)에 스크린을 부착시켜 가스의 필터 및 소음제거역할과 함께 가스를 어느 정도 냉각시키고 있다. 그러나, 여전히 그 발생된 가스는 고온, 고압으로 작동되기 때문에 상술한 문제점들이 완전히 제거되기 어려우며, 또한, 냉각효과를 크게 하기 위해서는 별도 냉각장치가 요구되고, 나아가 장치의 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 중량이 증대하여 여기에도 한계가 있다.

또한, 상술한 가스발생제(19)는 소듐 아지드(sodium azide ; NaN3), 포테슘 니트레이트(potassium nitrate ; KNO3), 실리콘 다이옥사이드(silicone dioxide ; SiO2) 등과 같은 폭발성이 높은 화약제를 포함하며, 독성이나 화염 및 연기가 없어야 하기 때문에 바인더(binder)외에도 가스발생제(19)에 함유되는 경화제, 안정제, 산화제 등의 선택이 제한되며, 가스발생제(19)의 구조 및 제조가 복잡하게 되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 상기 화약제의 폭발성으로 인하여 제조, 보관 및 사용중의 취급에 있어서 안전상 상당한 주의를 요구하여 여러 가지 안전대책 내지는 장비가 요구되고 그 제조 내지 수리 등의 시간도 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연소성 가스를 연소시켜 그 열에 의해 압력용기에 충전된 압축가스를 등온팽창시킴으로써 에어백 모듈을 신속하고도 보다 큰 체적으로 팽창시킬 수 있으며, 나아가 화약을 사용하지 아니함으로써 안전하고도 경제적인 자동차용 에어백 인플레이터 및 그 전개방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 에어백 모듈을 팽창시키기 위한 인플레이터에 있어서; 주입구를 통해 내부에 압축가스가 충전되며, 외부에는 핸들 등에 고정시키기 위한 고정판이 형성되고, 압축 가스의 팽창시에 파열되어 에어백 모듈을 팽창시키기 위해 팽창된 가스를 유출시키는 2차 파열디스크가 상부에 설치되는 외부압력용기; 상기 외부압력용기의 하부에 외부에서 내부로 관통하여 고정되게 부착되고, 내부에 점화장치(1차)와 점화제가 밀봉되게 내장되며, 상부에는 점화제의 연소시 연소성가스를 점화시키기 위해 상부로 이동하는 작동수단을 지니는 어댑터; 상기 어댑터의 상부에서 내부압력용기를 상기 외부압력용기내에서 고정되게 지지시키도록 그 어댑터의 상부에 고정되게 연결되며, 내부로부터 상기 외부압력용기로의 연소가스분출통로를 지니는 연결튜브; 그리고 상기 연결 튜브의 상부에 고정되게 연결되고 상기 작동수단에 의해 파열되어 연결튜브의 내부로 연소가스를 분출시키기 위한 1차 파열디스크가 부착되며, 내부에 주입구를 통해 연소성 가스가 충진되는 내부압력용기를 구비함으로써 상기 내부압력용기의 연소성 가스의 연소열에 의해 상기 외부압력용기 내의 압축가스를 팽창시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 자동차용 에어백을 전개시키기 위한 방법은, 충돌센서로부터의 에어백전개신호에 의해 점화장치에서 점화되는 단계, 그 점화단계에서의 점화불꽃에 의해 점화제를 연소, 폭발시키고 그 점화제의 폭발력과 연소불꽃을 이용하여 내부압력용기내에 저장된 연소성 가스를 연소시키는 단계; 그 연소단계에서 연소된 가스의 열에 의해 외부압력용기 내에 저장된 불활성 압축가스를 등온, 팽창시키는 단계; 그리고 상기 등온, 팽창 단계이후에 상기 점화단계로부터 소정의 시간을 두고 에어백 모듈로 분출되는 가스에 팽창열을 가하기 위해 상기 외부압력용기의 가스분출구 가까이에서 2차로 점화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예가 설명된다.

제2도에서 본 발명에 따른 에어백 모듈을 팽창시키기 위한 인플레이터(30)는, 외부에서 핸들 등에 고정시키기 위한 고정판(31)이 형성된 외부압력용기(40)와, 그 외부압력용기(40)의 하부에 외부에서 내부로 관통하여 고정되게 부착되는 어댑터(33)와, 상기 어댑터(33)의 상부에서 내부압력용기(39)를 상기 외부압력용기(40)내에서 고정되게 지지시키는 연결튜브(37)와, 상기 연결튜브(37)의 상부에 고정되게 연결되는 내부압력용기(39)를 구비한다.

외부압력용기(40)에는 주입구(40d)를 통해 내부에 압축가스가 충전되며, 압축가스의 팽창시에 파열되어 에어백 모듈을 팽창시키기 위해 팽창된 가스를 유출시키는 2차 파열디스크(41)가 상부에 설치된다. 그 외부압력용기(40)내에 충전되는 가스는 압력이 2,000 내지 4,000 psi 인 것이 외부압력용기(40)의 강도와 에어백전개속도면에서 바람직하며, 통상 98체적%의 불활성가스와 2체적%의 헬륨으로 구성된다. 그 외부압력용기(40)의 구조는 제2도에서는 상부개구를 지니는 U형 단면형상의 원통형 쉘(40a)의 상부 개구를 밀폐시키도록 쉘(40a)의 상부에 용접되는 덮개(40b)로 구성되나, 여러 가지 형태로 구성할 수 있다.

상기 어댑터(33)의 내부에 점화장치(1차)(32)와 점화제(35)가 밀봉되게 내장되며, 그 어댑터(33)의 상부에는 점화제(35)의 연소시 연소성 가스를 점화시키기 위해 상부로 이동하는 작동수단(36)을 지닌다. 그 점화제(35)는 붕소(B)와 포테슘 니트레이트(KNO₃)로 된 정제(tablet)인 것이 점화성, 조립성 및 취급성면에서 바람직하다. 그 작동수단(36)은 제3도에 상세히 도시된 바와 같이 어댑터(33)의 상부에 유지되는 작동블럭(36b)과 점화제의 연소, 폭발압력에 의해 파열되는 파열부(36c)를 개재하여 상기 작동수단에 일체로 형성되며, 그 점화제의 연소, 폭발압력에 의해 상부로 이동하여 1차 파열디스크(38)를 파열시키고 연소성 가스를 연소시키는 점화 블럭(36a)으로 형성된다. 이와 같이 구성되는 어댑터(33)는 제2도에 도시된 바와 같이 외부압력용기(40)의 하부, 중앙에서 나사체결되는 것이 조립이 용이하며, 그 어댑터(33)의 하부는 점화장치(32)의 장착후 플라스틱 블럭(34)에 의해 밀봉된다.

상기 연결튜브(37)에는 상부에 고정된 내부압력용기(39)로부터 상기 외부압력용기(40)로의 연소가스분출통로를 지니며, 상기 내부압력용기(39)에는, 연결튜브(37)의 상부에 고정되게 연결되고 상기 작동수단(36)에 의해 파열되어 연결튜브(37)의 내부로 연소가스를 분출시키는 1차 파열디스크(38)가 부착되고 내부에 주입구(39b)를 통해 연소성 가스가 충전된다.

상술한 구조의 인플레이터(39)의 조립에 있어서는, 먼저 내부압력용기(39)에 1차파열디스크(38)를 용접, 조립하고, 밀봉된 어댑터(33)에 연결 튜브(37)를 개재하여 나사체결 또는 용접에 의해 조립한 후, 주입구(39b)를 통해 연소성 가스를 주입하고나서, 한편으로 용접, 조립된 외부압력용기(40)의 하부, 중앙 나사부(33b)에서 제2도에 도시된 바와 같이 나사체결된다. 일차 외부압력용기(40)와 어댑터(33)의 조립이 완료되면, 공기주입구(40d)를 통해 압축가스가 외부압력용기(40)에 충전된다.

상술한 바와 같이 조립된 자동차용 에어백 인플레이터에 의해 에어백을 전개시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 다음과 같다.

충돌센서(도시 생략됨)로부터의 에어백전개신호에 의해 점화장치(32)가 점화되면, 점화장치(32)에서의 점화불꽃에 의해 상부에 위치하는 점화제(35)가 연소, 폭발하게 된다. 그 점화제(35)의 폭발력에 의해 상부에 위치하는 작동수단(36)이, 제3도에 도시된 바와 같이 어댑터(33)내에서 상부로 이동하여, 어댑터(33)의 상부에 그 작동수단(36)의 작동블럭(36b)이 걸리면서 그 운동에너지에 의해 파열부(36c)가 파열됨과 동시에 점화블럭(36a)이 연소불꽃과 함께 이점쇄선으로 도시된 바와 같이 상부로 운동하여 내부압력용기(39)를 밀폐시키고 있는 1차 파열디스크(38)를 파열시킨다. 이에 따라, 그 내부압력용기(39)내에 저장된 연소성 가스가 제2도에서 화살표로 도시한 바와 같이 연결튜브(37)의 연소가스분출통로를 통과하여 외부압력용기(40)로 분출하면서 연소하게 되어 그 연소된 가스의 열에 의해 외부압력용기(40)내에 저장된 불활성 압축가스가 등온, 팽창하게 된다.

이와 같이 등온, 팽창되는 압축가스의 압력에 의해 그 외부압력용기(40)의 상부에 형성된 2차파열디스크(41)가 파열되며, 그 가스분출구(40c)를 통과하여 대량의 압축가스가 분출, 에어백모듈을 전개시킨다.

또한, 제2도에 도시된 바와 같이, 상기 외부압력용기(40)의 상부에, 2차 파열디스크(41)로부터 가스분출공간을 주고 부착되며, 에어백 모듈로의 다수의 가스분출통로(44a)가 형성된 인플레이터 카버(44)에 부착되고 2차 파열디스크(41)로부터 분출하게 되는 가스를 더욱 팽창시키기 위해 그 분출되는 가스에 열을 가하는 2차 점화장치(42)를 추가로 구비한 경우에는 상기 등온, 팽창 단계이후에 상기 1차점화단계로부터 소정의 시간, 예를 들어 5msec 이내에 2차 점화장치(42)를 점화시킴으로써 에어백 모듈로 분출되는 가스에 열을 가하여 더욱 신속히 팽창시킬 수 있고, 에어백 모듈의 전면에 걸쳐 골고루 분산되게 팽창가스가 분출하여 에어백이 순간적으로 넓개 전개될 수 있게 된다.

상술한 본 발명에 따른, 연소성가스에 의해 점화되는 자동차용 에어백 인플레이터와 그 전개방법에 의하면, 내부압력용기(39)내의 연소성 가스에 의해 외부압력용기(40)내에 저장된 불활성 압축가스가 급속히 등온, 팽창하게 되고, 나아가 분출되는 압축가스도 2차 점화장치(42)에 의해 효율적으로 더욱 팽창하게 됨으로써 더욱 신속하게 에어백 모듈을 전개시킬 수 있어 종래의 압축가스식 에어백 장치의 단점을 보완시킴과 동시에 폭발식 에어백장치의 단점인 고온의 가스에 의한 에어백 모듈의 파손과 그 작동불량이나, 운전자의 생해의 염려가 없으며, 구조면에서 단순화 될 수 있고 제조면에서도 화약제의 폭발성으로 인한 제조, 보관 및 사용중의 취급상 여러 가지 문제점이 제거될 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 에어백 모듈을 팽창시키기 위한 인플레이터에 있어서; 주입구(40d)를 통해 내부에 압축가스가 충전되며, 외부에는 핸들등에 고정시키기 위한 고정판(31)이 형성되고, 압축가스의 팽창시에 파열되어 에어백 모듈을 팽창시키기 위해 팽창된 가스를 유출시키는 2차 파열 디스크(41)가 상부에 설치되는 외부압력용기(40); 상기 외부압력용기(40)의 하부에 외부에서 내부로 관통하여 고정되게 부착되고, 내부에 점화장치(1차)(32)와 점화제(35)가 밀봉되게 내장되며, 상부에는 점화제(35)의 연소시 연소성가스를 점화시키기 위해 상부로 이동하는 작동수단(36)을 지니는 어댑터(33); 상기 어댑터(33)의 상부에서 내부압력용기(39)를 상기 외부압력용기(40)내에서 고정되게 지지시키도록 그 어댑터(33)의 상부에 고정되게 연결되며, 내부로부터 상기 외부압력용기(40)로의 연소가스분출통로를 지니는 연결튜브(37); 그리고 상기 연결튜브(37)의 상부에 고정되게 연결되고 상기 작동수단(36)에 의해 파열되어 연결튜브(37)의 내부로 연소가스를 분출시키기 위한 1차 파열디스크(38)가 부착되며, 내부에 주입구(39b)를 통해 연소성 가스가 충진되는 내부압력용기(39)를 구비하여; 상기 내부압력용기(39)의 연소성 가스의 연소열에 의해 상기 외부압력용기(40)내의 압축가스를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 외부압력용기(40)의 상부에 2차 파열디스크(41)로부터 가스분출공간을 두고 부착되며, 에어백 모듈로의 다수의 가스분출통로(44a)가 형성된 인플레이터 카버(44)와, 그 인플레이터 카버(44)에 부착되고 2차 파열디스크(41)로부터 분출하게 되는 가스에 열을 가하는 2차 점화장치(42)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
3. 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부압력용기(40)내에 충전되는 가스는 압력이 2,000 내지 4,000 psi 이고, 98체적%의 불화성가스와 2체적%의 헬륨으로 구성되며, 상기 점화제는 붕소(B)와 포테슘 니트레이트(KNO₃)로 된 정제(tablet)인 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부압력용기(40)가 상부개구를 지니는 U형 단면형상의 원통형 쉘(40a)의 상부 개구를 밀폐시키도록 쉘(40a)의 상부에 용접되는 덮개(40b)로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어댑터(33)는 외부압력용기(40)의 하부, 중앙에서 나사체결되며, 그 어댑터(33)의 하부는 플라스틱 블럭(34)에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 어댑터(33)의 작동수단(36)은 그 어댑터(33)의 상부에 유지되는 작동블럭(36b)과 점화제의 연소, 폭발압력에 의해 파열되는 파열부(36c)를 개재하여 상기 작동수단에 일체로 형성되며, 그 점화제의 연소, 폭발압력에 의해 상부로 이동하여 1차 파열디스크를 파열시키고 연소성 가스를 연소시키는 점화블럭(36a)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 인플레이터.
7. 자동차용 에어백모듈을 전개시키기 위한 방법에 있어서; 충돌센서로부터의 에어백전개신호에 의해 점화장치(1차)(32)에서 점화되는 단계; 그 점화단계에서의 점화불꽃에 의해 점화제(35)를 연소, 폭발시키고 그 점화제(35)의 폭발력과 연소불꽃을 이용하여 내부압력용기(39)내에 저장된 연소성 가스(39a)를 연소시키는 단계; 그 연소단계에서 연소된 가스의 열에 의해 외부압력용기(40)내에 저장된 불활성 압축가스(40e)를 등온, 팽창시키는 단계; 그리고 상기 등온, 팽창 단계이후에 상기 점화단계로부터 소정의 시간을 두고 에어백 모듈로 분출되는 가스에 팽창열을 가하기 위해 상기 외부압력용기(40)의 가스분출구(40c) 가까이에서 2차로 점화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어백 전개방법.