KR100392750B1 - 차량탑승자구속장치및그구속장치의전개방법 - Google Patents

차량탑승자구속장치및그구속장치의전개방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 탑승자 억제 장치와 같은 팽창가능한 부재를 전개시키는 안전 장치에 관한 것이다. 팽창가능한 부재를 전개시키기 위해서는, 팽창용 점화기를 점화하여 완충 구역을 가압하함으로써 고정식 분리기 디스크 또는 점화 제어용 가동 피스톤내의 파열된 밀봉체를 통해 완충 구역내로 액체 촉진제를 방출한다. 점화된 액체 촉진제는 다량의 가스를 발생시키며, 다량의 가스는 안전 백내로 안내되어 안전 백을 팽창시키기 전에 냉각되어 압력을 완충한다.

Description

차량 탑승자 구속 장치 및 그 구속 장치의 전개 방법
본 발명은 안전 장치에 관한 것으로, 구체적으로 말하자면 사고를 당한 차량의 탑승자를 심각한 부상으로부터 보호하도록 팽창 가능한 안전 백을 이용하는 수동식 구속 장치에 관한 것이다,
차량의 탑승자가 구속 장치를 작동하는 데에 상당한 노력이 요구되는 "능동식(active)" 구속 장치(예컨대, 종래의 안전 벨트)와 비교하여 작동하는 데에 탑승자의 조작이 필요 없는 "수동식(passive)" 구속 장치가 정부 기관, 보험 회사 및 소비자의 압력으로 인해 일반적으로 차량에 상용 장치로서 장착되고 있다. 경험과 실험으로부터, 큰 충격의 사고 시에 발생되는 차량의 급격한 속도 변화에 따라 자동으로 안전 백을 순간적으로(밀리세컨드 단위로) 팽창시키는 것이 가장 효과적인 수동식 탑승자 구속 수단으로 판명되었다. 팽창된 안전 백은 탑승자의 심각한 부상을 방지하기에 충분한 시간 간격 동안 사고의 영향을 잘 완충하도록 탑승자를 좌석에 구속한다.
안전 백을 적시에 팽창시키는 기구로는 기본적으로 두 가지 형태가 있다. 그 한 가지 형태는 저장 용기에 고압의 액화 가스를 저장하는 것이다. 충격 시에, 액화 가스가 방출되고, 뒤이어 가스로 변환되어, 안전 백을 팽창시킨다. 이러한 방법은 많은 단점이 있다. 가스를 발생시키는 액체를 취급하는 구성 요소의 용적과 중량으로 인해 차량의 운전대와 계기판에 안전 장치를 장착하기가 어렵고 비용이 많이 든다. 또한, 폭 넓게 변하는 주위 조건 하에서 장기간에 걸쳐 완전한 저장을 달성하기가 어렵다. 게다가, 가장 효율적이고 실용적으로 가스를 발생시키는 액체는 프레온과 같은 클로로플루오르카본이며, 이의 사용은 환경적인 문제로 인해 현재에는 현저하게 들어들고 있다.
결파적으로, 액화 가스의 방출을 통한 안전 백의 팽창은 발열 반응에 의해 다량의 가스를 신속하게 발생시킬 수 있는 가연성 추진제를 사용하는 것으로 대략 대체되었다. 지금까지, 추진제는 알카리 금속 아지드(azide), 산화 제2 구리, 붕소 질산염 등과 같은 저에너지 조성물로 구성된 고체 형태 또는 입자 형태로 변함 없이 존재하였다. 고체 추진제는 가압 상태로 저장될 필요가 없고, 변화하는 주위 조건하에서 오랜 동안 안정적이며, 수동식 구속 장치에 장착하기가 편리하다. 그러나, 이런 유형의 고체 추진제는 발생된 가스가 유독성 부산물 및 미립자를 함유하고 있다는 심각한 결점을 갖는다. 결과적으로, 안전 백을 팽창시키는 가스를 여과하여 유독성 부산물을 제거하고, 안전 백을 태워서 구멍을 뚫을 수 있는 가연성 미립자를 포착해야만 한다. 이들 필터로 인하여 수동식 구속 장치의 크기 및 중량이 증가하고 비용이 상승한다.
팽창 가스 발생기로서 고체 또는 입자 형태의 추진제를 사용하는 대신에, 전술한 목적을 위하여 액상 추진제의 사용이 연구되어 왔다. 안전 백 팽 창기에 액상 추진제를 사용하는 가능한 방법은 지오배네티(Giovanetti)에게 허여된 미국 특허 제5,060,973호에 개시되어 있다. 안전 백 팽창 장치에 액상 추진제를 사용함으로써얻어지는 장점은 지오배네티의 특허를 통해 알 수 있으며, 그 내용은 본 명세서에서 참고로 인용된다.
본 발명의 목적은 발열 반응으로 다량의 가스를 발생시켜 팽창 가능한 부재를 전개시키는 개량된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량 내의 탑승자 구속용 안전 백을 순간적으로 팽창시키는 전술한 특징을 갖는 개량된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지오배네티의 특허에 개시된 액체 추진식의 안전 백 팽창 장치를 보다 개량한 전술한 특징을 갖는 탑승자 구속 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 따른 목적은 구조가 간단하고 효율적이며, 경량이고 컴팩트하고, 제조하는데 경제적이며 작동 시에 신뢰성이 있고 효율적인 전술한 특징을 갖는 탑승자 구속 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 차량용 탑승자 구속 장치로서의 형태를 갖는 본 발명의 장치는, 팽창 가능한 안전 백과, 팽창 시에 안전 백과 유체 연통하는 하나 이상의 통기 구멍을 구비하는 하우징과, 그 하우징 내에 배치된 액상 추진제 저장 용기와, 하우징 내에 배치된 완충 영역과, 완충 영역으로부터 액상 추진체 저장 용기를 분리하는 파열 가능한 제1 시일과, 하우징의 통기 구멍으로부터 완충 영역을 분리하는 파열 가능한 제2 시일과, 큰 충격의 차량 사고에 반응하여 완충 영역에 압력을 가하도록 작동하여 파열 가능한 제1 시일 및 제2 시일을 파열시키고 완충 영역 내의 액상 추진제를 연소시키는 팽창용 점화기를 구비하며, 액상 추진제는 발열 반응에 의해 연소되어 완충 영역으로부터 하우징의 통기 구멍을 통해 흘러서 안전 백을 팽창시키는 가스를 발생시킨다.
또한, 이들 목적에 따라, 본 발명은 팽창 가능한 부재를 전개하는 방법을 제공하며, 이러한 전개 방법은 액상 추진제를 저장 용기에 공급하는 단계와, 공기를 수용하는 완충 영역을 제공하는 단계와, 파열 가능한 시일에 의하여 액상 추진제 저장 용기와 완충 영역을 분리하는 단계와, 팽창 가능한 부재를 전개시키도록 파열 가능한 시일을 파열시키는 단계와, 저장 용기로부터 완충 영역으로 방출된 액상 추진제를 연소하여 발열 반응으로 가스를 발생시키는 단계와, 가스가 냉각 영역을 통과하도록 하는 단계와, 냉각 가스로 부재를 팽창시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징과 장점 및 목적은 다음의 상세한 설명에서 설명되며, 그 일부가 상세한 설명으로부터 자명해지며, 본 발명을 실시함으로써 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적 및 장점은 다음에 기술되는 명세서와 특허 청구 범위 및 첨부한 도면을 통해 지시된 장치 및 방법에 의해 실현되고 획득될 수 있다.
전술한 일반적 설명과 다음의 상세한 설명은 예시 및 설명을 위한 것이고, 청구된 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것이다.
첨부 도면은 본 발명의 이해를 돕도록 이용되는 것으로, 명세서의 일부를 구성하며, 본 발명의 양호한 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 이용된다.
동일 참조 부호는 여러 도면에 걸쳐 동일 부품을 일컫는다.
차량에 장착된 탑승자 구속 장치의 안전 백과 같은 팽창 가능한 부재를 전개하는 본 발명에 따른 장치는 제1도에 예시된 실시예에서 일반적으로 도면부호 10으로 지시된다. 장치는 원통형 측벽(14)과 이에 연결된 대향 단부벽(16,18)으로 구성되는 하우징(12)을 구비한다. 측벽(14)과 동축을 이루어 하우징의 중앙에 실린더(20)가 배치되며, 이 실린더의 양단부는 단부벽(16,18)에 맞닿게 밀봉된다. 하우징 내에서 실린더(20)와 측벽(14) 사이에는 제2 실린더(22)가 상호 동축을 이루어 배치된다. 하우징(12)과 실린더(20,22)는 10 Kpsi를 초과할 수 있는 높은 작동 압력을 견딜 수 있는 적절한 물질로 형성된다. 그에 따라, 강, 알루미늄, 심지어는 보강된 플라스틱이 하우징 및 실린더용 물질로 적당하다.
C-클립(26)과 같은 적절한 수단에 의해 실린더(20) 내에 원반 형태의 반경방향의 분리기(24)가 장착되어 실린더 용적을 적절한 가스, 바람직하게는 공기가 수용되는 챔버(28)와 액상 추진제(32)가 수용되는 저장 용기(30)로 분리한다. 인용한 지오배네티의 특허에 개시되어 있는 바와 같이, 액상 추진제는 히드록실 암모늄 질산염계(nitrate-based)의 액상의 단일 추진제일 수 있다. 특히 적절한 추진제 조성은 산화제로서 약 60 질량%의 히드록실 암모늄 질산염과, 연료로서 20 질량%의 트리에탄올 암모늄 질산염과, 용제로서 20 질량%의 물로 구성된다.
원반(24)의 외주는 액상 추진제가 저장 용기(30)로부터 챔버(28)로 누설되는 것을 방지하도록 실린더(20)에 대하여 적절하게 밀봉된다. 액상 추진제와 화학적으로 친화성이 있는 물질로 형성된 원반(24)은 높은 압력을 받았을 때 파열될 수 있는 파열 가능한 시일로서 기능한다. 바람직하게는, 액상 추진제를 저장 용기(30)로부터 챔버(28) 내로 제어된 방식으로 방출하는 통기 구멍 또는 포트를 제공하도록,원반은 높은 압력에서 파열되는 파열 가능한 압력 지점으로서의 역할을 하며 복수의 위치에서 국부적으로 강도가 약한 영역으로 구성된다. 분리 원반(24)은 액상 추진제와 화학적으로 친화성이 있는 플라스틱 또는 금속으로 형성될 수 있다. 하우징과 적어도 실린더(20) 재료에 대해서는 동일한 화학적 친밀성이 요구된다, 선택적으로, 이들 부재는 액상 추진제와 화학적으로 친화성이 있는 재료로 코팅될 수 있다.
실린더(20,22) 사이의 환형 공간에는 가스 냉각 매체(36)를 수용하는 환형 냉각 영역 또는 챔버(34)가 마련된다. 냉각 매체는 그것을 관통하여 흐르는 가스로부터 열을 효과적으로 흡수할 수 있는 구리와 같은 적절한 금속의 박편 또는 부스러기와 같은 다공성 금속 매체(금속성 스폰지)의 형태를 취할 수 있다. 가스로부터의 열이 방출되는 것을 향상시키기 위하여, 금속성 스폰지를 관통하는 가스 흐름경로를 길게 하는 반경 방향의 배플(도시 생략)이 냉각 챔버에 설치될 수 있다. 선택적으로, 가스 냉각 매체는 고온 가스에 접촉될 때 증발될 수 있는 액체 형태를 취할 수 있다. 정상적인 물의 증발 온도를 높이고 정상적인 빙결 온도를 낮추도록 탄산 칼슘과 같은 적절한 화학 물질로 처리된 물은 가스 냉각 매체(36) 형태의 액체인 것이 바람직하다. 동계의 환경에서 장치(10)를 작동시키기 위하여 빙결 온도를 낮추는 것이 필요하다.
다시 제1도를 참고로 하면, 공기 챔버(28)와 냉각 챔버(34) 사이에 유체 연통을 제공하는 포트(38)로서 실린더(20)를 관통하여 환형으로 배열되는 홀이 사용되며, 이들 각각의 포트는 높은 압력에서 파열될 수 있는 파열 가능한 시일(40)에의해 폐쇄된다. 이들 파열 가능한 시일은 단순하게 포트 위에 접착식으로 고정되는 금속 박편(薄片)일 수 있다. 밀러(MILAR) 테이프와 같은 적절한 플라스틱 테이프의 조각이 요구되는 파열 가능한 시일로서 또한 사용될 수 있다. 선택적으로, 예컨대 RVT 실리콘 밀봉재의 플러그가 사용될 수 있다. 실행 가능한 다른 예는 고압에서 파열되어 포트(38)를 형성하는 파열 가능한 압력점을 제공하도록 실린더(20)를 가공하는 것이다.
실린더(22)와 하우징 측벽(14) 사이의 공간에는 냉각 챔버(34)를 둘러싸고 있는 외측 환형 챔버(42)가 마련된다. 챔버(42)는 적당한 가스, 바람직하게는 공기를 수용한다. 챔버(34,42) 사이의 유체 연통은 실린더(22) 내에 환형으로 배열된 포트(44)에 의해 제공된다. 이들 포트는 전술한 파열 가능한 시일(40)과 특성이 동일한 파열 가능한 시일(46)에 의해 폐쇄되어 있다. 하우징 측벽(14)을 관통하여 공기 챔버(42) 내로 천공된 배기 구멍(50)이 환형으로 배열되어 있다. 팽창 가능한 부재 또는 안전 백(52: 부분적으로 도시)의 입구는 배기 포트(50)가 공기백의 내측으로 개방되도록 하우징 측벽 둘레에 있는 위치에 밀봉 폐쇄되어 있다. 안전 백의 재료는 종래의 것으로, 예컨대 네오프렌 또는 실리콘 코팅된 나일론이 있다.
다시 제1도를 참고하면, 공기 챔버(28) 내에 팽창용 점화기(54)가 배치된다. 점화기의 전극(56)은 단부벽(18)에 형성되는 밀봉 폐쇄된 홀을 통해 외부로 안내되어 상시 개방되어 있는 충격 민감성의 관성 스위치(60)를 매개로 차량 배터리(58)의 일측에 접속된다. 배터리의 타측은 스위치(60)의 차단 시에 기폭 장치 점화 회로가 작동되도록 하우징(12)에 접속된다. 인용된 지오배네티의 특허에 개시된 바와같이, 팽창용 점화기는 모듈 형태로 구체화된다는 것을 이해할 것이다.
안전 백(52)의 팽창을 개시하기 위하여, 스위치(60)를 차단하여 점화 회로에 에너지를 부여하고, 팽창용 점화기(54) 내의 소량의 장약을 폭발시켜 공기 챔버(28)를 가압한다. 이 챔버는 폭발에 의해 발생된 초기 압력 상승이 안전 한도를 넘지 않는 것을 보장하도록 압력 완충 영역으로 기능한다. 챔버(28) 내의 압력이 충분한 수준으로 상승하면, 파열 가능한 시일 원반(24)이 파열되어 액상 추진제가 챔버(28) 내로 방출된다. 폭발된 장약에 의해 챔버 내로 스며든 연소 물질은 챔버(28) 내의 액상 추진제를 점화시켜, 발열 반응에 의해 가스가 발생된다. 그후, 챔버(28)는 더욱 가압되어 냉각 챔버(34)를 향한 포트(38)를 봉쇄하는 파열 가능한 시일(40)을 파괴한다. 포트(38)는 반응하지 않은 액상 추진제가 아닌 발생된 가스만이 이들 노출된 포트를 통해 흐르는 것을 보장하도록 단부벽(18)에 인접하게 액상 추진제 저장 용기(30)로부터 축방향으로 충분히 간격을 두고 배치되는 것을 주지해야 한다.
포트(38)를 통해 흐르는 발생된 가스가 냉각 챔버(34)를 가압함으로써, 시일(46)이 파열되고 포트(44)가 개방된다. 이들 포트(44)는 단부벽(16)에 인접하게 포트(38)로부터 축방향으로 간격을 두고 배치된다. 결과적으로, 가스는 냉각매체(36)를 통하여 흐르고, 냉각 챔버(34)로부터 개방된 포트(44)를 통해 제2 압력 완충 영역으로서의 역할을 하는 공기 챔버(42)로 유출된다. 가스는 환형 챔버(42)로부터 하우징 통기 구멍(50)을 통해 유동하여 안전 백(52)을 팽창시킨다. 도시된 바와 같이, 하우징 통기 구멍(52)은 단부벽(18)에 인접한 위치에서 측벽(14) 상에형성되어 공기 챔버 입구 포트(44)로부터 축방향으로 간격을 두고 있다.
제1도에 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, 공기 챔버(42)에 의해 제공된 제2 완충 영역이 실제로는 불필요하다는 것을 확인할 수 있다. 이 경우에, 실린더(22)가 생략될 수 있으며, 원통형 하우징 벽(14)이 냉각 챔버(34)의 외벽으로서 역할을 한다. 그후, 통기 구멍(50)은 포트(44), 즉 단부벽(16)에 인접하게 적소에 형성된다. 이들 통기 구멍은 시일(46)에 해당하는 파열 가능한 시일에 의해 상시 봉쇄되는 것이 바람직하다.
제2도에 도시된 본 발명의 실시예는 내측 실린더(20)의 용적을 액상 추진제 저장 용기(30)와 공기 챔버(28)로 분할하는 기구가 기본적으로 제1도에 도시된 실시예와 다르다. 따라서, 제2도에 도시된 바와 같이, 액상 추진제 저장 용기(30)와 공기 챔버(28)를 분리하는 데에 파열 가능한 고정 원반을 사용하는 대신에, 가동 피스톤(60)이 사용된다. 상기 피스톤은 제1도의 디스크(24)에 상응하는 반경방향의 피스톤 헤드(62)를 포함한다. 피스톤 헤드는 실린더(20) 내에 활주 가능하게 수용되며, 피스톤 헤드의 둘레 엣지와 실린더 벽부 사이의 결합은 액상 추진제가 공기 챔버(28) 내로 누설되지 않도록 충분히 기밀하다. 선택적으로, 피스톤 헤드의 둘레 엣지에는 액상 추진제가 누설되지 않도록 저장 용기(30)를 밀봉하는 개스킷이 설치될 수 있다. 또한, 개스킷 재료는 액상 추진제와 화학적으로 친화성이 있어야 한다. 피스톤 헤드(62)와 일체로 형성되거나 그 외의 방식으로 결합된 로드(64) 형태의 피스톤 지지 부재가 실제로 저장 용기(30)를 통하여 연장한다. 상기 피스톤 로드의 자유단은 단부벽(16)에 형성된 개구(66)에 수용된다. 피스톤 로드와 하우징개구 사이의 결합은 액상 추진제의 누설을 방지하도록 충분히 기밀하거나, 액상 추진제와 친화성이 있는 개스킷이 사용될 수 있다. 피스톤 로드는 피스톤 헤드(62)를 안내 및 지지한다. 피스톤(60)은 금속, 또는 액상 추진제와 화학적으로 친화성이 있는 보강된 플라스틱으로 형성될 수 있다.
다시 제2도를 참고하면, 저장 용기(30)와 공기 챔버(28) 사이를 유체 연통시키도록 피스톤 헤드(62)를 관통하여 축방향으로 연장되는 다수의 포트(68)가 천공된다. 이들 포트는 제1도의 실시예에 사용된 파열 가능한 시일과 특성이 동일한 파열 가능한 시일(70)에 의해 폐쇄되어 있다.
점화기(54)가 점화되어 공기 챔버(28)를 가압하면, 피스톤(60)은 후방으로 구동된다. 챔버(28)의 압력을 높여 저장 용기(30)의 용적을 압축함으로써, 시일(70)이 파열되어 포트(68)가 개방된다. 액상 추진제는 포트(68)를 통하여 챔버(28)로 유입되며, 이 때의 유량은 챔버(28) 내에서 연소를 제어하는 방식에 의하여 계량된다. 뒤이어, 시일(40)이 파열되어 포트(38)가 개방되고, 챔버(28) 내의 발열 반응에 의해 발생한 가스가 냉각 챔버(34)로 유입된다. 상기 발열 반응은 피스톤(60)이 후방으로 계속해서 추진됨에 따라 정상 상태에 도달하며, 그에 따라 액상 추진제를 저장 용기(34)로부터 포트(68)를 통해 챔버(28)로 배출할 수 있다.
피스톤(60)과, 피스톤 헤드(62) 내에 한정된 계량 포트를 제공함으로써, 챔버(28) 내에서 액상 추진제의 연소를 제1도의 실시예에서 달성할 수 있는 것보다 양호하게 제어할 수 있다.
제3도의 실시예는 안전 백 팽창 장치(80)를 제공하며, 이 팽창 장치는 액상추진제의 연소 중에 발생된 가스를 냉각하는 것을 향상시키도록 구성된다. 이 실시예는 제25도의 실시예의 피스톤 수단을 이용하여 액상 추진제의 연소를 고도로 제어할 뿐 아니라, 액체 형태의 냉각 매체, 바람직하게는 물과 발생한 가스의 상호 작용도 제어한다. 따라서, 제3도에서 도시된 바와 같이, 하우징(12) 내에는 직경이 큰 단일 실린더(82)가 측벽(14)과 동축을 이루어 배치된다. 실린더(82)와 하우징 측벽(14) 사이의 반경방향 공간은 환형 공기 챔버(84)를 형성한다. 피스톤(86)은 실린더(82) 내에 활주 가능하게 수용되며, 반경방향의 피스톤 헤드(88)와 후방으로 연장하는 원통형의 피스톤 지지 부재(90)를 구비한다. 상기 지지 부재의 자유단은 단부벽(16)의 환형 개구(92)에 수용된다. 원통형 지지 부재(90)의 내부는 액상 추진제(32)용 저장 용기(94)를 형성한다. 실린더(82)와 지지 부재(90) 사이의 반경방향 공간에는 액체 가스 냉각 매체(36), 바람직하게는 탄산 칼슘으로 처리된 물을 포함하는 환형 냉각 챔버(98)가 형성된다.
피스톤 헤드(88)는 전방측의 공기 챔버(100)와 후방측의 저장 용기(94) 및 냉각 챔버(98) 사이의 분리기 역할을 한다. 저장 용기(94)와 공기 챔버(100) 사이를 유체 연통시키도록 축방향으로 연장하는 다수의 포트(102)가 피스톤 헤드(88)를 관통하여 천공되어 있다. 이들 포트는 하나 이상의 파열 가능한 시일에 의하여 상시 폐쇄되어 있다. 중앙 공기 챔버(100)와 환형 공기 챔버(84) 사이를 유체 연통시키도록 단부벽(18)에 인접한 위치에서 실린더(82)를 관통하여 천공된 포트가 환형으로 배열되어 있다. 냉각 챔버(98)와 환형 챔버(84) 사이를 유체 연통시키도록 단부벽(16)에 인접한 위치에서 실린더(82)를 관통하여 천공된 제2 포트(108)의 열이환형으로 배치되어 있다. 포트(106,108)는 파열 가능한 시일(110)에 의하여 상시 폐쇄되어 있다.
제3도의 장치(80)의 작동을 고려하면, 점화기(54)가 점화되어 공기 챔버(100)를 가압할 때, 피스톤(86)은 후방으로 구동되어 파열 가능한 시일(104)을 파열시키고 피스톤 헤드(88) 내의 포트(102)를 개방한다. 액상 추진제는 개방된 포트를 통하여 공기 챔버(100)로 들어가며, 이 공기 챔버에서 가스를 발생시키는 연소가 일어난다. 그후, 시일(110)은 포트(106)를 개방하도록 파열되어, 가스가 공기 챔버(100)로부터 환형 공기 챔버(84)로 흐를 수 있다. 후방으로 이동하는 피스톤(86)은 냉각 챔버(98)의 용적을 압축하여, 시일(110)을 파열시키고 포트(108)를 개방한다. 물은 냉각 챔버(96)로부터 상기 개방된 포트를 통하여 공기 챔버(84)로 흐르고, 이 공기 챔버에서 고온 가스에 의해 증발된다. 냉각된 가스 및 증발된 물은 하우징 포트(50)를 통해 흘러서 안전 백(52)을 팽창시킨다, 제3도의 실시예에서 도시된 바와 같이, 하우징 통기 구멍(50)은 측벽(14)보다는 단부벽(16)에 마련될 수 있다. 제3도에 또한 도시된 바와 같이, 포트(106,108)는 물과 가스가 수렴경로를 따라 챔버(84) 내로 흐르도록 실린더(82)를 관통하여 예각으로 천공하는 것이 바람직하며, 그에 따라 그 챔버 내에서 일어나는 가스 냉각 작용 및 물 증발 작용을 향상시킨다. 가스를 냉각시키는 물의 증기가 안전 백 팽창 유체의 용적에 부가된다는 것을 이해할 수 있다.
팽창 장치(80)의 작동을 수용하는데 필요한 공간을 줄이고 환형 개구(92)로 둘러싸인 단부벽(16)의 중앙 부분을 지지하기 위하여, 하우징(12)은 절두 원추형형상의 후방 연장 구조물(120)을 구비한다. 각진 내부 부재(122)는 개구(92)로 둘러싸인 단부벽(16) 부분으로부터 절두 원추형 구조물과의 결합부까지 후방 측부로 연장된다. 이들 부재는 피스톤 지지 부재(90)의 후방 이동 경로를 가로지른다는 것을 알 수 있다. 피스톤 지지 부재(90)를 경량 금속 또는 플라스틱으로 형성함으로써, 피스톤이 후방으로 이동하는 중에 내측 부재(122)와 부딪치는 지지 부재의 자유단은 갈라지고 반경 방향으로 깨지며, 상기 내측 부재의 쐐기 작용으로 인해 파편으로 된다. 따라서, 지지 부재(90)의 전체 후방 연장부를 수용하는 공간은 장치(80)의 설치 위치에서 필요하지 않다. 유사한 구조물이 제2도의 실시예에 부가되어 피스톤(60)이 저장 용기(30)를 수축시킴에 따라 피스톤 로드(62)를 파괴할 수 있다는 것을 알 수 있다.
액상 추진제의 조성은 산화제를 포함하기 때문에, 압력 완충 챔버(28: 제1도 및 제2도, 100: 제3도)를 공기로 채울 필요가 없다. 아르곤 또는 질소와 같은 조밀한 가스를 (대기압 또는 높은 압력에서) 충전하면, 액상 추진제 연소 가스를 예비 냉각시키기 때문에 공기보다 우수한 열 방산(heat sink)을 얻을 수 있다. 또한, 보다 조밀한 가스는 안전 백을 팽창시키는 유체 용적에 공기보다 크게 기여한다. 그에 따라, 보다 적은 양의 액상 추진제로 안전 백을 팽창시킬 수 있다. 이 경우에, 조밀한 가스가 냉각 챔버에 냉각 매체와 함께 포함될 수 있고, 외측 챔버(42,84)를 충전하는데 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 하우징 통기 구멍(52)을 파열 가능한 시일로 상시 봉쇄하는 것이 필요할 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 안전 백팽창 장치를 개조 및 변형시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 개조물 및 변형물을 포괄한다. 즉, 본 발명의 개조물 및 변형물은 첨부된 특허 청구 범위 및 그 균등물의 범위 내에 있다.
제1도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안전 백 팽창 장치의 단면도.
제2도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안전 백 팽창 장치의 단면도.
제3도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안전 백 팽창 장치의 단면도.
〈도면의 중요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 안전 백 팽창 장치
12 : 하우징
14 : 하우징의 측벽
16,18 : 하우징의 양 단부벽
20 : 내부 실린더
22 : 외부 실린더
24 : 격벽
28,34,42 : 챔버
30 : 저장 용기
32 : 액상 추진제
36 : 가스 냉각 매체
38,44 : 포트
40,46 : 파열 가능한 시일

Claims (29)

  1. 팽창 가능한 안전 백과,
    팽창 시에 안전 백과 유체 연통하는 하나 이상의 통기 구멍을 구비하는 하우징과,
    상기 하우징 내에 배치된 액상 추진제 저장 용기와,
    상기 하우징 내에 배치된 완충 영역과,
    상기 액상 추진제 저장 용기와 상기 완충 영역을 분리하는 파열 가능한 제1 시일과,
    상기 완충 영역과 상기 하우징 통기 구멍 사이의 유체 연통을 봉쇄하는 파열 가능한 제2 시일과,
    큰 충격의 차량 사고에 반응하여 완충 영역에 압력을 가하도록 작동하여 파열 가능한 제1 시일 및 제2 시일을 파열시키고 완충 영역 내의 액상 추진제를 연소시키는 팽창용 점화기
    를 구비하며,
    액상 추진제는 발열 반응에 의해 연소되어 완충 영역으로부터 하우징의 통기 구멍을 통해 흘러서 안전 백을 팽창시키는 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안전 백 팽창 가스를 냉각시키도록 상기 완충 영역과하우징 통기 구멍 사이에 배치되는 냉각 영역을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 팽창용 점화기에 의해 가압된 상기 완충 영역은 제1 완충 영역이며, 상기 구속 장치는 상기 냉각 영역과 상기 하우징 통기 구멍 사이에 배치된 제2 완충 영역을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 완충 영역은 공기 또는 공기보다 조밀한 가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 완충 영역 및 제2 완충 영역은 공기 또는 공기보다 조밀한 가스를 수용하는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 냉각 영역은 가스 냉각 매체를 수용하는 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 냉각 매체는 상기 안전 백 팽창용 가스에 의해 증발될 수 있는 액체인 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 가스 냉각 매체는 다공성 금속 매체인 것을 특징으로 하는 차량용 탑승자 구속 장치.
  9. 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치로서,
    상기 팽창 가능한 부재와 연통되는 배기 구멍을 구비하는 하우징과,
    상기 하우징의 중앙에 배치된 액상 추진제 저장 용기와,
    상기 저장 용기에 인접하여 상기 하우징의 중앙에 배치된 공기 챔버와,
    상기 저장 용기와 상기 공기 챔버 사이의 유체 연통을 봉쇄하는 파열 가능한 제1 시일과,
    적어도 상기 공기 챔버를 둘러싸며 가스 냉각 매체를 수용하는 환형 냉각 챔버와,
    상기 공기 챔버와 상기 냉각 챔버 사이의 유체 연통을 봉쇄하는 파열 가능한 제2 시일과,
    상기 공기 챔버를 가압하도록 작동하여 파열 가능한 제1 시일을 파열시켜 상기 저장 용기로부터 공기 챔버로 방출된 액상 추진제를 점화시키는 팽창용 점화기
    를 구비하며,
    점화된 액상 추진제는 발열 반응에 의하여 가스를 발생시켜 상기 공기 챔버를 더욱 가압하여 파열 가능한 제2 시일을 파열시키고, 상기 가스는 상기 공기 챔버로부터 상기 냉각 챔버 내의 상기 가스 냉각 매체를 통해 상기 하우징 통기 구멍 밖으로 유동하여 상기 부재를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를전개시키는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 팽창용 점화기는 상기 공기 챔버 내에 배치된 불꽃 점화식 기폭 장치인 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 환형 냉각 챔버는 원통형 내벽과 원통형 외벽을 포함하며, 상기 내벽은 공기 챔버와 유체 연통되고 상기 파열 가능한 제2 시일에 의해 상시 폐쇄되어 있는 하나 이상의 제1 포트를 포함하며, 상기 외벽은 상기 하우징 통기 구멍과 유체 연통되고 상기 제1 포트에 대해 축방향으로 변위되어 있는 하나 이상의 제2 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 냉각 챔버는 상기 액상 추진제 저장 용기와 상기 공기 챔버를 모두 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1 포트는 개개의 파열 가능한 제2 시일에 의하여 폐쇄되는 환형의 제1 포트 열로 구성되며, 상기 제2 포트는 환형 제2 포트의 열로 구성되고, 환형 통기 구멍은 환형 통기 구멍의 열로 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 통기 구멍과 유체 연통하는 상기 냉각 챔버를 둘러싸는 환형 공기 챔버를 추가로 포함하며, 상기 제2 포트는 상기 환형 공기 챔버와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2 포트를 각각 폐쇄하는 파열 가능한 제3 시일을 추가로 포함하며, 이 파열 가능한 제3 시일은 가스가 중앙에 배치된 공기 챔버로부터 상기 냉각 챔버로 유입됨으로써 상기 냉각 챔버가 가압될 때 파열되는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 냉각 매체는 다공질의 냉각 매체인 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  17. 제9항에 있어서, 상기 냉각 매체는 상기 가스에 의해 증발될 수 있는 액체인 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  18. 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치로서,
    상기 팽창 가능한 부재와 유체 연통하는 복수의 통기 구멍을 구비하는 하우징과,
    상기 하우징에 배치된 실린더와,
    상기 실린더 내에 활주 가능하게 수용되며 상기 실린더를 액상 추진제를 수용하는 저장 용기와 공기 챔버로 분할하는 피스톤 헤드를 포함하는 피스톤과,
    상기 저장 용기와 상기 공기 챔버 사이의 피스톤 헤드 내에 있으며 파열 가능한 제1 시일에 의해 상시 폐쇄되는 복수의 제1 포트와,
    상기 공기 챔버와 상기 하우징 통기 구멍 사이를 유체 연통시키며 파열 가능한 제2 시일에 의해 상시 폐쇄되는 실린더 내의 복수의 제2 포트와,
    상기 공기 챔버를 가압하고 상기 피스톤을 상기 저장 용기를 압축시키는 방향으로 구동시키도록 작동하는 팽창용 점화기
    를 구비하여,
    상기 파열 가능한 제1 시일이 파열되고, 상기 제1 포트를 통해 상기 공기 챔버 내로 흐르는 액상 추진제는 발열 반응에 의해 가스를 발생시키도록 점화되어 상기 공기 챔버가 더욱 가압되어, 상기 파열 가능한 제2 시일을 파열시키면, 상기 가스가 상기 제2 포트와 상기 하우징 통기 구멍을 통해 유동하여 상기 팽창 가능한 부재를 전개시키는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 실린더를 둘러싸는 환형 냉각 챔버를 추가로 포함하며, 상기 가스가 상기 제2 포트로부터 상기 냉각 챔버를 통해 상기 하우징 통기 구멍으로 유동하며, 상기 냉각 챔버는 다공성 금속 매체 또는 상기 가스에 의해 증발될 수 있는 액체로 구성되는 가스 냉각 매체를 수용하는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 냉각 챔버를 둘러싸는 환형 공기 챔버를 추가로 포함하며, 상기 가스는 상기 냉각 챔버로부터 상기 환형 공기 챔버를 통해 상기 하우징 통기 구멍으로 흐르는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 냉각 챔버와 상기 환형 공기 챔버 사이에 제3 포트를 추가로 포함하며, 상기 제3 포트는 가스에 의하여 상기 냉각 챔버가 가압될 때 파열되는 파열 가능한 제3 시일에 의하여 상시 폐쇄되어 있으며, 상기 제3 포트는 상기 제2 포트 및 상기 하우징 통기 구멍에 대하여 축방향으로 변위되어 위치되는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 피스톤은 상기 피스톤 헤드로부터 상기 공기 챔버와 멀어지는 방향으로 연장되는 실린더 지지 부재를 추가로 포함하며, 상기 액상 추진제 저장 용기는 상기 지지 부재 내에 마련되며,
    상기 지지 부재와 증발 가능한 액체를 수용하는 상기 냉각 챔버 사이에 제공되는 환형 냉각 챔버와,
    상기 하우징 통기 구멍 및 상기 제2 포트 사이에서 유체 연통하는 실린더를 둘러싸는 환형 공기 챔버와,
    실린더 내에서 상기 냉각 챔버와 상기 환형 공기 챔버 사이에 있으며, 파열 가능한 제3 시일에 의해 상시 폐쇄되는 복수의 제3 포트를 구비하며,
    공기 챔버를 가압할 때, 피스톤은 상기 저장 용기와 상기 냉각 챔버를 모두 수축시키는 방향으로 구동되며, 상기 파열 가능한 제3 시일이 파열되어 상기 액체가 상기 제3 포트를 통해 상기 환형 공기 챔버 내로 흐르며, 상기 환형 공기 챔버 내에서 상기 액체는 상기 제2 포트를 통해 상기 환형 공기 챔버내로 흐르는 가스에 의해 증발되는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제2 포트 및 제3 포트는 상기 환형 공기 챔버 내에서 상기 액체의 증발 및 상기 가스의 냉각을 향상시키도록 상기 가스와 유체를 수렴하는 방향으로 정향되어 있는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 피스톤은 자유단이 상기 피스톤 헤드와 반대 방향에 있는 지지 부재를 구비하며, 상기 자유단은 하우징 내의 개구를 통해 활주가능하게 수용되는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 팽창용 점화기는 상기 공기 챔버 내에 배치된 불꽃 점화식 폭발기인 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 하우징은 상기 피스톤이 상기 저장 용기와 상기 냉각 챔버를 압축시키는 방향으로 구동됨에 따라 상기 하우징으로부터 돌출하는 상기 지지 부재의 자유단 중 적어도 일부를 파괴시키도록 배치된 절두 원추형 구조물 형태의 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 장치.
  27. 액상 추진제 저장 용기를 제공하는 단계와,
    공기를 수용하는 완충 영역을 제공하는 단계와,
    상기 저장 용기와 상기 완충 영역을 초기에 분리하는 분리 부재를 제공하는 단계와,
    전개가 요구되는 때에 상기 분리 부재를 통해 상기 액상 추진제를 방출하는 단계와,
    상기 저장 용기로부터 상기 완충 영역 내로 방출된 상기 액상 추진제를 점화하여 발열 반응에 의해 가스를 발생시키는 단계와,
    상기 가스를 냉각시키는 단계와,
    상기 냉각된 가스로 상기 부재를 팽창시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 분리 부재는 파열 가능한 고정 시일이며, 상기 방출단계와 점화 단계는 폭발성 장약을 폭발시킴으로써 수행되어 상기 완충 영역을 가압하고 상기 파열 가능한 시일을 파열시키며, 상기 장약의 폭발은 상기 완충 영역 내에서 연소 물질을 발생시켜 상기 저장 용기로부터 방출된 상기 액상 추진제를 점화시키는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 분리 부재는 포트가 파열 가능한 시일에 의해 초기에 폐쇄되는 가동 피스톤이며, 상기 방출 단계와 상기 점화 단계는 폭발성 장약을 폭발시킴으로써 수행되어 상기 완충 영역을 가압하여 상기 파열 가능한 시일을 파열시키며, 상기 장약의 폭발은 상기 완충 영역 내에서 연소 물질을 발생시켜 상기 저장 용기로부터 포트를 통하여 방출된 상기 액상 추진제를 점화시키는 것을 특징으로 하는 팽창 가능한 부재를 전개시키는 방법.
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