KR101413168B1 - 금속 충전물을 포함하는 하이브리드 유형 개스 발생기 - Google Patents

금속 충전물을 포함하는 하이브리드 유형 개스 발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 안전 장치용 하이브리드 유형 개스 발생기에 관한 것으로서, 발생기는 적어도, 꽃불 생성 기폭부(4) 및 개스 발생용 꽃불 생성 충전물(5)을 내장하고 적어도 하나의 산화 물질을 포함하는 연소 챔버(C)로서, 충전물의 연소가 상기 기폭부(4)에 의해서 야기되는, 연소 챔버; 및 연소 챔버(C)를 향하여 캡슐(8)에 의해 폐쇄되는 개스 탱크(3)로서, 개스를 탱크(3)로부터 배출시키고 외부를 향해 개스를 배기시키기 위하여 캡슐은 상기 충전물(5)의 연소중에 파열되기에 적절한, 개스 탱크(3);를 구비하고, 개스 발생기는 상기 연소 챔버(C)가 적어도 하나의 금속의 충전물(9)을 포함하고, 상기 충전물은 꽃불 생성 충전물(5)과는 별개의 것이다.

Description

금속 충전물을 포함하는 하이브리드 유형 개스 발생기{A hybrid type gas generator containing a metal charge}
본 발명은 자동차 안전 장치용 하이브리드 유형 개스 발생기에 관한 것이다.
일반적으로, 이러한 유형의 발생기는: 꽃불 생성 기폭부 및 개스 발생용 꽃불 생성 충전물을 내장하고 적어도 하나의 산화 물질을 포함하는 연소 챔버로서, 충전물의 연소가 상기 기폭부에 의해서 야기되는, 연소 챔버; 및
연소 챔버를 향해 캡슐에 의해 폐쇄되는 개스 탱크로서, 캡슐은 개스를 탱크로부터 배출시키고 개스를 외부를 향해 배기시키기 위하여 상기 충전물의 연소중에 파열되기에 적절한, 개스 탱크;를 구비한다.
통상적으로, 전달 확산 챔버는 연소 챔버와 개스 탱크 사이에 배치된다.
충전물의 연소에 의해 발생된 개스는 상기 챔버와 개스 탱크 사이의 방벽을 구성하는 캡슐에 도달하기 위하여 전달 챔버를 통과한다. 캡슐은 일반적으로 얇은 금속 멤브레인이다.
캡슐이 파열될 때, 탱크 안에 존재하는 차가운 개스는 전달 챔버로 진입하여, 꽃불 생성 충전물의 연소에 의해 발생된 고온 개스와 혼합되고 주변 개구를 통해 외측으로 배기되어 팽창을 위한 에어백에 이르게 된다.
꽃불 생성 충전물의 연소에 의해 발생된 고온 개스의 흐름은 캡슐을 기계적으로 약화시키기에 충분하여 캡슐을 파열시킨다. 그러나 그러한 것이 항상 일어나는 것은 아니다. 그리고 당연히 그러한 것은 에어백을 팽창시키도록 취해진 시간 및 팽창의 질(quality)에 해로운 영향을 미친다.
이러한 점이 특히, 캡슐을 천공하거나, 캡슐을 찢거나, 또는 적어도 부분적으로 시이트(seat)로부터 분리시켜서 개스 탱크를 발생기의 나머지와 소통하도록 하기 위하여, 캡슐과 접촉하도록 움직일 수 있는 기계적인 부분을 포함하는 개스 발생기를 개발하게 되었던 이유이다.
그러한 기계적인 부분들의 예들은 발사체, 천공 플런저(puncturing plunger) 및 피스톤을 포함한다.
그러나 그러한 종류의 해법은 발생기의 비용에 현저한 영향을 가져온다.
더욱이, 그러한 부분을 발생기에 설치하는 것은 크기 및 중량을 증가시킨다.
본 발명의 목적은, 기계적 부분을 움직이는 것에 의존하지 않고, 즉, 꽃불 생성 충전물의 연소에 의해 발생되는 고온 개스의 흐름을 실질적으로 이용함으로써 캡슐이 파열되는 발생기를 제공하여 상기의 문제점을 해결하는 것이다.
따라서 본 발명은 자동차 안전 장치용 하이브리드 유형(hybrid type) 개스 발생기에 관한 것인데, 상기 발생기는:
꽃불 생성 기폭부 및 개스 발생용 꽃불 생성 충전물을 내장하고 적어도 하나의 산화 물질을 포함하는 연소 챔버로서, 충전물의 연소가 상기 기폭부에 의해 야기되는, 연소 챔버; 및
캡슐에 의해 연소 챔버를 향해 폐쇄되는 개스 탱크로서, 개스를 탱크로부터 배출시키고 개스를 외부를 향해 배기시키기 위하여 캡슐이 상기 충전물의 연소 동안에 파열되기에 적절한, 개스 탱크;를 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 연소 챔버는 적어도 하나의 금속의 충전물을 포함하며, 상기 충전물은 꽃불 생성 충전물과 별개이다.
본 출원인은, 사용된 발생기에서, 개방된 캡슐의 나머지가 충격의 자취들을 가지고 있어서, 아마도 캡슐을 개방하게 하는 약화 영역을 구성한다는 점을 발견하게 되었다.
연소의 효과하에서, 금속 충전물은 산화되어 발열 산화-환원 반응을 수행하고, 적어도 부분적으로 용융되어서, 캡슐을 파열시키기에 충분할 정도로 캡슐의 기계적인 강도를 약화시키는 방식으로, 결과적으로 생성된 용융 금속이 개스의 흐름내에 수반되어 상기 캡슐을 타격하게 된다.
유리하지만 비제한적인 발생기의 다른 특징들에 따르면:
상기 충전물은 하나 이상의 금속을 가지고 합금의 형태로 존재한다;
상기 금속 충전물은 특히 비이드(bead), 분말, 선택적으로 엉킨 와이어, 격자, 또는 소결 단편의 형태이다;
상기 금속은 Al, Zn, Si, Mg, Sn, Mn 및 B 의 목록으로부터 선택된다.
꽃불 생성 충전물에 대한 금속 충전물의 중량 비율은 2% 내지 30% 의 범위에 놓여있다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 특정한 구현예들에 대한 다음의 상세한 설명을 읽고서 이해될 것이다.
비제한적인 방식으로 주어지는 상기의 설명은 첨부된 도면을 참조한다.
도 1 은 본 발명이 적용될 수 있는 하이브리드 발생기의 단순화된 길이 방향 단면도이다.
도 2 는 길이 방향의 단면도의 일부로서, 본 발명의 발생기를 도시하며, 특히 금속 충전물의 바람직스러운 위치를 도시하는 역할을 한다.
도 3 은 상기 충전물의 제 1 구현예에 대한 정면도이다.
도 4 는 상기 충전물의 제 2 구현예에 대한 부분적인 정면도이다.
도 1 은 본 발명의 특징을 수행하기에 적절한 발생기를 도시한다.
이것은 전체적으로 통상적인 구조의 하이브리드 발생기이다.
발생기(1)는 실질적으로 엔크로져(2)로 구성되며 개스 탱크(3)가 그에 연결되어 있다.
엔크로져(2)는 길이 방향 축(X-X')의 중공형 실린더형 금속 동체의 형태이다.
기폭부(4)는 엔크로져(2)의 벽(20)에 존재하는 상방향 단부 개구에 장착되고, 축(X-X')에 중심이 맞춰진다. 기폭부(4)는 도면에서 좌측으로 도시되어 있으며 적절한 유지 수단에 의해 정위치에 유지된다.
기폭부는 연소 챔버(C)를 점유하는 꽃불 생성 충전물(pyrotechnic charge)과 소통된다. 도시된 구현예에서, 충전물은 예를 들면 추진체로 구성된다. 이것은 펠렛(pellet)의 세트 형태이다.
변형 구현예에서, 충전물은 일부 다른 형태일 수 있으며, 예를 들면 블록으로서 구성되고, 특히 축(X-X')과 일치하는 회전축을 가진 고리형 블록으로서 구성된다.
격자(6)는 꽃불 생성 충전물(5)에 근접하고, 말하자면 연소 챔버(C)의 하류측 단부를 구성한다.
기폭부(4) 및 그것의 지지부, 꽃불 생성 충전물(5) 및 격자(6)에 의해서 구성되는 조립체는 조립체에 단위체를 제공하는 얇은 금속 필름에 의해 구성된 크림프 "카트리지(crimped cartridge)(22)"내에 포함된다. 그 구조는 내부 압력이 증가하자마자 파열되도록 약하다.
이러한 카트리지는 조립을 용이하게 하고 발생기의 작동에 기여한다.
연소 챔버(C)는 전달 및 충만 챔버(T)에 근접한데, 상기 전달 및 충만 챔버는 전체적으로 H-형상의 길이 방향 단면의 튜브형 조립체(7)에 의해서 구성되고, 횡방향으로 연장되고 축방향 개구(71)에 의해서 천공된 격벽(70)을 가진다.
엔크로져(2)의 길이 방향 벽(20)과 조립체(7) 사이에 확산 챔버(D)를 구성하는 고리형 주변 공간이 존재한다. 필터 또는 스크린(100)이 그 안에 배치되어 이후에 설명되는 기능을 수행한다.
조립체(7)의 주변벽에는 반경 방향 개구(72)가 제공되어, 충전물(5)의 연소 로부터 초래되는 개스가 확산 챔버(D)를 향하여 배출되는 것을 허용하는 역할을 하며, 확산 챔버에는 자체적으로 (벽(20)에 형성된) 반경 방향 개구(200)가 제공된다. 개스는 발생기의 외측으로 배출되어 팽창 가능 에어백(미도시)으로 들어간다.
챔버(D)내에 존재하는 필터 또는 스크린(100)은 개스 유동 속도를 느리게 하며 그 어떤 입자라도 보유한다.
개구(71)는, 엔크로져(2)의 하류 단부 벽(21)에 횡방향으로 형성되고 개스 탱크(3)와의 소통을 위해 있는 다른 개구(210)를 향하여 위치된다.
탱크는 신장된 튜브의 형태이다. 엔크로져(2)로부터 멀리 있는 단부에서, 탱크의 벽(30)은 축방향 개구를 가진 가외의 두께(31)를 나타내는데, 축방향 개구는 탱크가 충전될 수 있게 하는 것이며 그 개구는 플러그(32)에 의해서 정상적으로 폐쇄된다.
비작동의 기간중에, 엔크로져(2)를 탱크(3)와 소통되게 하는 개구(210)는 캡슐(8)에 의해서 폐쇄되는데, 캡슐은 특히 도 2 에 잘 나타나 있다.
예를 들어, 이러한 캡슐은 금속 재료의 얇은 시이트(sheet)에 의해서 구성된다.
그러한 발생기의 작동은 매우 통상적이다.
따라서, 기폭부(4)가 개시되자마자, 그것은 충전물(5)의 연소를 개시시키며 개스 및 입자들의 결과적인 흐름은 격자(6)에 의해서 여과된다.
"카트리지"(22)는 개스의 압력하에 용이하게 파열되도록 설계됨으로써 개스는 챔버(T)로 들어가고 노즐을 형성하는 개구(71)를 통과한다. 이러한 노즐은 말하 자면 개스 흐름을 캡슐(8)을 향하여 "집중시키는" 작용을 한다.
따라서 흐름은 캡슐(8)에 도달하며 캡슐은 그것의 압력 및 온도하에서 파열된다. 흐름의 나머지 부분은 발생기로부터 개구(100)를 통하여 배출되며, 이에 반해 탱크 안에 존재하는 개스의 공급은 챔버(T)로 들어가서, 개구(100)를 통해 배출된다.
고온 개스는 확산 챔버(D)에서 개구(200)를 통해 외부로 배출되기 전에 탱크로부터의 저온 개스와 혼합된다.
이것은 발생기가 이론적으로 작동하는 것이지만 위에서 언급된 바와 같이, 상기 캡슐(8)을 개방하는 것은 문제점을 나타낼 수 있다는 점이 관찰된다.
본 발명에 따라서, 연소 챔버내에 존재하는 꽃불 생성 충전물(5)은 적어도 하나의 산화 재료를 포함한다. 즉, 그것의 연소는 산소 또는 산화된 물질을 배출한다. 이것은 시중의 대부분의 꽃불 생성 충전물에 적용되고, 특히 추진체에 기초한 충전물에 적용된다.
본 발명에 따라서, 연소 챔버(C)는 적어도 하나의 금속 충전물을 포함하는데, 이러한 충전물은 꽃불 생성 충전물(5)과 별개이다.
"금속"이라는 용어는 본 출원을 통해서 주기율표의 보론(boron)으로부터 시작해서 폴로늄(polonium)으로 가는 대각선의 좌측에 위치된 원소들을 지칭하도록 사용되는데, 이러한 대각선상에 놓인 원소들은 전체적으로 "메탈로이드(metalloids)"로서 지칭되고 본원의 정의에 포함된다.
더욱이, "적어도 하나의 금속"이라는 용어는, 충전물이 그 어떤 다른 물질(바인더 또는 다른 것)을 배제하고 2 개 또는 그 이상의 금속들로 구성될 수 있다는 것을 의미한다.
이들 금속들은 결정질 고체(crystalline solids)로서 결정질 고체는 금속성 접합을 형성하고 양이온을 형성하도록 전자를 잃는다.
그러나 본 발명의 의미에서, "금속 충전물"이라는 용어는 양이온 상태가 아닌 금속을 지칭한다. 따라서, 충전물이 알루미늄으로 구성되었을 때, 이것은 "Al"로 구성되며 "Al3+"로 구성되지 않는다.
비제한적인 방식으로서, 본 발명과 관련하여 특히 적절한 금속들은 다음과 같은 것들이다: 알루미늄, 아연, 실리콘, 마그네슘, 주석, 망간 및 보론.
위에서 언급된 바와 같이, 금속 충전물은 꽃불 생성 충전물과 별개이다. 이것은 금속 충전물이, 꽃불 생성 충전물(5)이나, 또는 예를 들면 바인더(binder)에 의해서 연소 챔버 안에 존재하는 다른 성분들과 관련되거나, 결합되거나 또는 조합되지 않는 형태라는 점을 의미한다.
따라서, 예를 들면, 금속이 분말에 의해서 구성되었을 때, 분말은 연소 챔버내에 존재하지만 꽃불 생성 충전물(5)로부터 분리된다.
당연히, 금속 충전물(9)은 분말의 형태가 아닌 형태일 수 있으며, 특히 도 2 에 도시된 바와 같이 고체 형태일 수 있다.
그러한 상황하에서, 바람직스럽게는 그것이 연소 챔버(C)의 하류측 단부를 점유하고, 즉, 연소로부터 초래된 개스 흐름의 "경로"상에 놓이기 위하여 상기 언 급된 격자(6)의 바로 정면에 배치된다.
그 어떤 경우에도, 충전물(9)이 넓은 교환 면적을 나타내도록 하는 것이 바람직스럽다.
이것은 도 3 에 도시된 구현예에 적용되는데, 충전물(9)은 금속 와이어, 예를 들면 알루미늄 와이어들의 엉킴으로 만들어진 "다발"로 구성된다.
도 4 의 구현예에서, 충전물(9)은 직각으로 배치된 와이어(91,92)들의 배열에 의해 구성된 격자의 형태이다.
다른 구현예들에서, 충전물은 비이드(bead)의 형태이거나, 또는 소결 단편(sintered piece)의 형태일 수도 있다. 그러나, 이러한 상황들에서, 상기 충전물은 항상 꽃불 생성 충전물과 별개이다.
본원의 출원인은 상기의 금속 충전물을 포함하는 발생기들을 시험하였다.
밝혀진 바에 따르면, 엔크로져(2)를 탱크(3)로부터 분리시키는 캡슐(8)은 항상 관찰되는 시간과 완전히 양립되는 시간 길이내에 완전히 정확한 방식으로 개방된다.
위에서 언급된 바와 같이, 출원인은 캡슐의 파편들이 기계적인 가격(mechanical attack)의 자취를 나타내는 것을 관찰할 수 있었다.
꽃불 생성 충전물(5)의 연소의 결과로서, 금속 충전물(9)은 산화되어 발열 산화-환원 반응을 수행하고, 적어도 부분적으로 용융되어, 결과적인 용융 금속이 개스 흐름내에 수반되어 캡슐(8)을 타격함으로써 캡슐이 파열되도록 캡슐의 기계적인 강도가 충분히 약화된다.
아래의 표는 본 발명과 관련하여 이용될 수 있는 금속들의 목록을 나타내는데, 금속들의 개별적인 비등점 및 용융점, 또한 측정 엔탈피 값 및 반응으로부터 초래된 산화-환원 산물을 나타낸다. 이러한 금속들은 자연적으로 합금의 형태로 이용될 수 있다.
금속 비등점(℃) 용융점(℃) 반응 엔탈피(Kcal/mol) 반응 엔탈피(kj/g) 산화-환원 반응의 산물
Al 2467 660 -399 -16.4 Al2O3
Si 2355 1410 -202 -14 SiO2
Mg 1090 649 -143 -14.8 MgO
마지막으로, 꽃불 생성 충전물에 대한 금속 충전물의 중량비는 2% 내지 30% 인 것이 바람직스럽다.
본 발명은 자동차 안전 장치등에서 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 자동차 안전 장치용 하이브리드 유형 개스 발생기로서, 상기 개스 발생기는 적어도:
    꽃불 생성 기폭부(pyrotechnic initiator, 4) 및 개스 발생용 꽃불 생성 충전물(5)을 내장하고 적어도 하나의 산화 물질을 포함하는 연소 챔버(C)로서, 충전물의 연소가 상기 기폭부(4)에 의해서 야기되는, 연소 챔버; 및
    연소 챔버(C)를 향하여 캡슐(8)에 의해 폐쇄되는 개스 탱크(3)로서, 개스를 탱크(3)로부터 배출시키고 외부를 향해 개스를 배기시키기 위하여 캡슐은 상기 충전물(5)의 연소중에 파열되는, 개스 탱크(3);를 구비하고,
    개스 발생기는, 상기 연소 챔버(C)가 임의의 다른 물질을 배제시키면서 적어도 하나의 금속의 충전물(9)을 포함하고, 상기 금속의 충전물(9)은, 꽃불 생성 충전물(5)과는 별개이고, 꽃불 생성 충전물(5)의 연소의 결과로서 적어도 부분적으로 용융될 수 있고, 개스 흐름에 수반될 수 있으며, 상기 캡슐(8)을 타격할 수 있는 것을 특징으로 하는, 하이브리드 유형 개스 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    충전물(9)은 하나 이상의 금속을 포함하고, 발생기는 상기 충전물(9)이 합금의 형태인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 유형 개스 발생기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 충전물(9)은 넓은 교환 면적을 제공하는 것을 특징으로 하는, 하 이브리드 유형 개스 발생기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 충전물(9)은 비이드(bead), 분말, 선택적으로 엉킨 와이어, 격자, 또는 소결 단편(sintered piece)의 형태인 것을 특징으로 하는, 하이브리드 유형 개스 발생기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 Al, Zn, Si, Mg, Sn, Mn 및 B 로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 하이브리드 유형 개스 발생기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    꽃불 생성 충전물에 대한 금속 충전물의 중량 비율은 2 % 내지 30 % 의 범위에 있는, 하이브리드 유형 개스 발생기.
KR1020087016800A 2005-12-13 2006-11-30 금속 충전물을 포함하는 하이브리드 유형 개스 발생기 KR101413168B1 (ko)

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