KR20220082231A - 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낙상이나 전도(顚倒) 등으로 인해 충격이 가능해지는 사고 발생 시 인체에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있으며, 나아가 충격 시 에어백의 팽창압력의 조절에 의한 인체에 가해지는 충격을 더욱 완화시킬 수 있도록 하는 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 사용자의 움직임을 감지하는 센서; 하기 인플레이터에 의해 공기가 주입되도록 구성되는 에어백; 상기 에어백에 기체를 주입시키는 인플레이터; 상기 센서에 의해 측정되고 계산된 값이 추락 기준값에 도달하는 경우에, 상기 인플레이터를 작동시켜 기체가 주입되며, 충돌시 급격히 높아지는 내부 공기 압력을 조절되도록 하는 제어부; 및 상기 에어백에 구비되며, 팽창된 에어백 내부 공기 압력이 충격력에 의해 급격히 증가되는 압력을 줄여줄 수 있도록 조절하는 안전밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 보호 착용형 에어백이 제공된다.

Description

센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치 {WEARABLE PERSONAL PROTECTIVE AIR BAG DEVICE BASED ON SENSOR DETECTION AND INFLATION FROM COMPRESSED GAS BOTTLES}

본 발명은 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낙상이나 전도(顚倒) 등으로 인해 충격이 가능해지는 사고 발생 시 인체에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있으며, 나아가 충격 시 에어백의 팽창압력의 조절에 의한 인체에 가해지는 충격을 더욱 완화시킬 수 있도록 하는 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 관한 것이다.

본　발명은 한국산업기술진흥원이 지원하는 2020년 기술지주회사 자회사 R&BD 지원사업으로 수행된 연구결과이다(과제번호: S2911219, 연구과제명: 기술지주회사 자회사 R&BD).

현재 산업 현장이나 일상생활에서 발생하는 여러 가지 재해로부터 인명을 보호하기 위한 많은 노력들이 이루어지고 있다. 일상생활에서 볼 수 있는 가장 대표적인 보호 장치로는 자동차용 에어백이 있으며, 실제 에어백 장착이 인명을 보호하는 효과적인 방안이라는 것은 널리 알려진 사실이다. 이러한 차량용 에어백 시스템을 개량, 개선하여 인체에 착용할 수 있는 제품을 개발하여 일상 생활 뿐만 아니라 산업현장에 적용한다면 각종 산업 재해로부터 인명을 보호할 수 있을 것이다.

현재의 사회 통계를 보면 산업재해 사고 중 떨어짐, 넘어짐 등과 같은 전도 사고에 의한 재해자가 가장 많은 것으로 나타났다. 이와 같이 산업재해의 유형별 발생 형태에서 추락 또는 전도 등의 낙하 형태의 재해 비율이 높은 것을 알 수 있으며 낙상 사고의 경우 사망률이 다른 재해에 비하여 월등하게 높은 수치를 보인다.

이러한 낙상 사고로 인한 재해와 사망을 방지하기 위하여 건설현장에서의 추가적인 시설 설치에 대한 부담을 줄이고 작업자가 간편하게 직접 착용할 수 있는 형태의 보호용 에어백의 개발 및 보급이 절실한 상황이다.

더불어 위험한 작업환경에서 일하는 작업자 외에도 노약자, 중증 질병 환자들의 일상생활에서의 미끄러짐 등의 전도 사고로 인한 상해의 수도 크게 증가하였다.

전도 낙상시 신체에 미치는 충격의 정도는 매우 크기 때문에 엉덩이뼈 또는 고관절 등이 손상될 수 있다. 특히, 신경 및 혈관이 조밀하게 분포하는 고관절이 손상되는 경우 치유가 매우 어려우며 과도한 하중이 가해질 경우 심각한 후유장애 또는 사망에까지 이를 수 있다. 이러한 낙상 재해의 위험에서 작업자 뿐 만 아닌 고령의 노인, 거동이 불편한 자들을 보호하기 위한 착용형 에어백의 개발 및 보급이 매우 절실하다.

이러한 충격 보호용 직물형 에어백은 필요시 순간적인 공기의 주입을 통해 팽창하여 인체에 가해지는 일시적인 충격을 흡수하여 인체를 보호한 후, 수초 이후에는 자연적인 공기의 누출에 의해 충격 흡수기능을 상실하도록 되어있다.

현재까지 이륜자동차용 또는 낙상 보호용으로 착용형 에어백의 개발이 활발하게 이뤄지고 있으나 기술 투자 대비 높은 생산단가 문제와 초기시장에서의 실제 구매자들의 인플레이터 시스템에 대한 신뢰도 문제로 시장진입에 어려움을 겪고 있다.

현재 일반적인 인체 착용형 에어백 제품의 경우 제직 → 코팅 → 1차 봉제 → 접착 (air cushion형성) → 2차 봉제(센서 부착 및 의복 형태 완성)의 복잡하고 많은 공정으로 이루어져 있어 생산성이 매우 낮고, 제조 비용이 높으며 단계별 불량품의 발생으로 인해 제품의 신뢰성이 낮은 문제점 등이 있다.

이를 극복하기 위하여 별도 봉제가 필요없이 자카드 제직기술을 활용한 OPW 직물과 고 내구성 코팅 기술, 최적 센서, 인플레이터 제조 기술 개발을 통하여 제조공정에서의 생산성 향상과 사용자의 착용 편의성 및 경량성을 극대화 한 추락, 전도/전복 사고 충격 보호용 에어백 시스템을 개발이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 10-2082464(2020.02.27. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-2148807(2020.08.27. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1593046(2016.02.11. 공고)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 낙상이나 전도(顚倒) 등으로 인해 충격이 가능해지는 사고 발생 시 인체에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있으며, 나아가 충격 시 에어백의 팽창압력의 조절에 의한 인체에 가해지는 충격을 더욱 완화시킬 수 있도록 하는 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 사용자의 움직임을 감지하는 센서; 하기 인플레이터에 의해 공기가 주입되도록 구성되는 에어백; 상기 에어백에 기체를 주입시키는 인플레이터; 상기 센서에 의해 측정되고 계산된 값이 추락 기준값에 도달하는 경우에, 상기 인플레이터를 작동시켜 기체가 주입되며, 충돌시 급격히 높아지는 내부 공기 압력을 조절되도록 하는 제어부; 및 상기 에어백에 구비되며, 팽창된 에어백 내부 공기 압력이 충격력에 의해 급격히 증가되는 압력을 줄여줄 수 있도록 조절하는 안전밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 보호 착용형 에어백이 제공된다.

본 발명에 있어서, 사용자 위치의 높이를 측정하는 거리측정센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 에어백에는 적어도 1개 이상의 안전밸브가 구비될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 에어백은 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화에 의해서 조정되는 파열 강도를 갖는 부분이 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화는 상기 경상와 위사의 인터레이싱 교차횟수에 의해서 결정되어 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 추락의 감지를 담당하는 센서 외에 거리측정센서를 사용하여 실제 추락 높이를 계산하고 필요한 에어백의 내부압력을 조절하게 하는 스마트한 보호 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 거리측정센서로부터 감지된 높이에서 계산되어 필요한 충격시의 에어백 내부 압력보다 가스통의 가스양이 많을 때에는 대기 중으로 잉여의 가스가 배출되게 하는 장치로 HIC가 더 낮게 유지할 수 있으며, 또한 반대로 더 높은 위치로부터의 낙하가 감지되면 더 많은 에어백의 내부 압력이 필요할 경우에는 벤츄리(venturi) 효과에 의한 외부 공기의 유입이 가능하게 하여 더 낮은 HIC값이 유지되게 할 수 있어 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 센서 감지로 지시된 인플레이터 작동에 의하여 팽창된 에어백이 실제 충돌시 에어백 내부의 압력이 급격히 증가하게 될 때 내부 압력이 일정한 값 이상이 되면 가스가 방출되는 안전밸브를 1개 이상을 갖고 있어서 적절한 압력 조절을 함으로써 충격시 신체에 가해지는 충격량을 최대한 줄여줄 수 있도록 하는 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 파열 강도가 상이한 영역을 구비하여, 에어백의 전개시에 일부분이 먼저 파열되며, 이러한 파열에 순서나 위치 등에 대한 패턴을 조정할 수 있으므로, 상기 에어백용 직물을 사용한 에어백은 효율이 우수하고 안전성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 본 발명은 에어백의 크기와 주입 시의 공기 양에 의해서 가장 효율이 높은 에어백의 완충효과를 나타냄으로써 다음과 같은 실질적 기대효과를 가져올 수 있는 것으로, 동일 충격량을 완충하기 위하여 필요한 에어백의 크기와 인플레이터의 공기의 양을 줄이거나, 같은 재료로 된 같은 크기의 에어백과 같은 인플레이터 공기의 양을 가지고 더 큰 충격량을 완충할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 흉부 가속도 거동을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 흉부 가속도 거동을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백용 직물을 나타낸 도면이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 시스템을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 흉부 가속도 거동을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백에 대한 흉부 가속도 거동을 나타낸 도면이며, 도 5 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어백용 직물을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 인체 보호 착용형 에어백 장치는, 도 1 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 크게 센서(가속도 센서)(110); 에어백(200); 인플레이터(300); 제어부(400); 및 안전밸브(510, 520);를 포함한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 인체 보호 착용형 에어백 장치는, 도 1 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 사용자의 움직임을 감지하는 (가속도 센서) 센서(110); 하기 인플레이터에 의해 공기가 주입되며, 충격에 의한 내부압이 조절되도록 구성되는 에어백(200); 상기 에어백(200)에 기체를 주입시키는 인플레이터(300); 상기 센서에 의해 측정되고 계산된 값이 추락 기준값에 도달하는 경우에, 상기 인플레이터(300)를 작동시켜 에어백(200)에 기체를 주입하도록 제어하는 제어부(400); 상기 팽창된 에어백(200)의 내부 공기 압력이 충격력에 의해 급격히 증가되는 압력을 줄여줄 수 있도록 조절하는 안전밸브(510, 520);를 포함한다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 사용자 위치의 높이를 측정하는 거리측정센서(120)를 더 포함하는 인체 보호 착용형 에어백을 제공한다.

센서는 힘센서, 운동센서, 거리측정센서, 자기장센서, 음향센서, 영상센서 등에 의하여 부지불식간의 추락을 감지하는데 주로는 운동센서에 의하여 선형 및 각 가속도를 감지하여 가속도가 설정된 값에 다다르면 사고의 추락이라고 감지하게 된다.

상기 가속도 센서(110)는, 작업 전에 바닥에서 센서 작동 스위치를 켠후 가속도 센서에서 높이 차이를 항상 측정할 수 있으며, 이를 통하여 추락시 높이가 계산될 수 있다. 또한, 1미터 이상 각 50센티마다 현재 높이를 음향이나 진동, led등으로 높이를 알려줘서 작업자가 위험 인식을 할 수도 있다.

상기 거리측정센서(120)는 실제 추락의 높이를 측정하게 할 수 있다. 이렇게 거리측정센서로부터 계산된 높이는 필요한 에어백 내부 압력을 계산하고 최종의 에어백 팽창에 소요되는 가스의 양을 계산하여 밸브 등의 조작에 의하여 에어백 내부 압력을 조절하게 된다.

이때 센서는 만약의 오작동에 대한 리던던시(redundancy) 보완이 필요하여 음향 및 영상 센서도 추가 할 수 있다. 그러나 많은 리던던시 설계로 인한 반응 소요시간 및 오작동 빈도 증가 등은 견제하여야 한다.

계속해서, 본 발명은 센서 및 MPU로부터 사고의 추락일 때는 즉시 압력 가스통의 마개를 여는 장치가 작동하게 된다.

이때 주변의 기온이나 압력 가스의 종류에 따라서 단열팽창시의 급냉각에 의한 결로 현상을 감안하여 인플레이터 장치로 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 거리측정센서(120)로부터 추락의 높이가 계산되고 그로부터 에어백(200)의 크기와 가스의 양으로부터 팽창 시 및 충격 시 에어백 내부 압력이 계산된다. 압력 가스통의 가스의 양이 에어백에 필요한 양보다 많을 때에는 가스 관로 중에 설치된 압력센서로 측정하여 별도의 인플레이터 밸브가 작동하여 대기 중으로 방출되게 한다.

한편, 매우 큰 높이 추락으로 충분히 긴 시간이 주어질 경우에는 고압 가스통의 분출로 인한 고속의 공기 흐름을 이용하여 외부 공기의 흡입을 할 수 있는 구조를 만들어서 부족한 공기를 보충하여 충격 완화를 위한 적정의 에어백 내부 압력을 보충하게 한다.

다른 방법으로는 별도의 인플레이터와 이중 에어백 또는 별도의 에어백을 추가로 설치하여 센서의 지령을 수신하여 작동하게 하는 방법도 있다.

추락하는 높이에 따라 낙하 시간 및 충격시 속도가 정해지고 인체가 갖는 충격가속도가 에어백의 크기나 내부 압력에 따라서 달라지게 된다.

이때 중요한 것은 에어백에 외부 충격이 가해졌을 때의 가속도나 속도, 변형은 다음 도 3과 같이 된다. 그러나 일반적으로 흉부 가속도가 60g일 경우는 50%의 치명상 확률이며, 1% 이하가 되려면 40g이하가 되어야 한다고 알려져 있다. 그러므로 본 발명에서는 도 4와 같은 거동을 보일 에어백을 고안하는 것이다.

이렇게 충격가속도를 줄이고 최소한의 크기의 에어백과 내부 압력을 나타내도록 전체 설계를 하는 동시에 본 발명에서는 에어백 직물 조직을 변형함으로써 특별히 설계된 파열영역이 발생되도록 하여 더 효율적인 에어백을 제공하게 된다.

본 발명의 인체보호용 스마트 에어백은 저비용의 최적화된 방법으로 파열영역이 별도로 설계된 에어백을 만들거나, 센서의 정확도를 높이고, 팽창시 필요한 에어백의 내부 압력을 미리 계산하고, 인플레이터의 선도적인 고성능의 에어백을 개발하여 시장 확보 및 확대에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 선형 및 각 가속도 센서를 활용하여 각각의 가속도를 측정하여 가속도가 설정된 값에 다다르면 사고의 추락이라 판정하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 상기의 가속도 센서와 병행하여 중력 센서를 활용하여 실제 높이를 측정하여 인플레이터의 작동에 변수를 주게 할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 각 종의 센서들의 오작동으로 인한 리던던시 설계로서 음향 및 영상 센서를 활용할 수도 있으나 이는 반응시간 지연 등의 방해가 발생할 수 있어 주의가 필요하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 센서 및 MPU로부터 사고의 추락일 때는 즉시 압력 가스통의 마개를 여는 장치가 작동하게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 중력 센서로부터 추락의 높이가 계산되고 그 상황에서 충격완화에 필요한 에어백의 크기와 가스의 양이 계산되어 팽창 시 및 충격 시 에어백 내부 압력이 계산된다. 이 때 압력 가스통의 가스의 양이 에어백에 필요한 양보다 많을 때에는 가스 관로 중에 설치된 압력센서로 측정하여 별도의 인플레이터 밸브가 작동하여 대기 중으로 방출되게 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 매우 큰 높이 추락으로 충분히 긴 시간이 주어질 경우에는 고압 가스통의 분출로 인한 고속의 공기 흐름을 이용하여 외부 공기의 흡입을 할 수 있는 구조를 만들어서 부족한 공기를 보충하여 충격 완화를 위한 적정의 에어백 내부 압력을 보충하게 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 상이한 파열 강도를 갖는 2 이상의 영역을 구비하는 직물을 포함하는 에어백을 제공한다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 파열 강도는 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화에 의해서 조정되는 것을 특징으로 하는 직물을 포함하는 에어백을 사용할 수 있다.

그리고, 본 발명의 바람직한 일 실시예 따르면, 상기 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화는 상기 경사와 위사의 인터레이싱 교차횟수에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 직물을 포함하는 에어백을 사용할 수 있다.

본 발명의 에어백용 직물은 파열 강도가 상이한 영역을 구비하여, 에어백의 전개 시에 일부분이 먼저 파열되며, 이러한 파열에 순서나 위치 등에 대한 패턴을 조정할 수 있으므로, 상기 에어백용 직물을 사용한 에어백은 효율이 우수하고 안전성이 향상될 수 있다.

에어백은 OPW(One Piece Wove) 또는 일반 에어백의 패브릭(fabric)에 특정 위치에 필요한 크기와 형태로 인터레이싱 스트럭처(interlacing structure)가 다른 조직으로 설계한 직물을 제직하고, 이렇게 제직된 패브릭을 적당한 종류의 수지와 두께로 코팅한 것으로 이루어진다.

특정 위치에 필요한 크기와 형태로 경위사의 인터레이싱 스트럭처(interlacing structure)가 다른 조직이란 직물의 경사, 위사가 서로 인터레이싱되지 않고, 경사, 위사 어느 한방향이나 양 방향으로 뜬(float) 갯수가 일반적인 평직, 능직, 주자직이나 그 범주의 변형 조직에서나 보인 것과 같이 경사, 위사 방향으로 많아야 10가닥 정도를 뜬(float) 것을 벗어난 크기로 경사, 위사 방향에서 서로 독립적으로 다르게 뜬 조직으로 된 부분의 영역이 에어백의 필요한 특정 위치에 필요한 크기와 형태로 설계되어 제직된 직물이다.

직물 중 특정 부분의 경위사의 인터레이싱 스트럭처를 변경하여 조절함으로써 코팅된 패브릭(coated fabric)의 경위사 방향의 인장력은 큰 차이가 없으나 직물 위에 코팅된 수지막은 에어백이 팽창했을 때 고압의 내부 압력(internal pressure)에 의하여 직물 조직이 벌어지거나 경위사 인터레이싱된 부분의 정도의 차이로 인한 강력의 차이에 의하여 약한 파열 강도(bursting strength)로 된다.

또한, 특정의 위치에 필요한 크기와 형태로 경위사 인터레이싱 스트럭처이 다른 직물에 코팅을 하게 되면 적절한 수지 종류나 양에 따라 파열 강도가 다르게 되어 약한 파열 강도의 영역이 파열되어 벤트 홀(vent hole)이 되도록 한다.

여기에서. 상기 에어백의 전개 과정 중 팽창하는 에어백에 인체 및 물체가 충격시 내부 압력이 증가할 때, 일정 수준의 압력에서 1차로 가장 약한 영역이 파열되어 벤트홀로서 작용하게 된다. 그리고 벤트홀로부터 에어가 빠지면 바운스(bounce) 되지 않고 계속 감가 속도가 이루어지기 때문에 충격이 완화되는 것이다.

위의 과정에서도 충분한 감가 속도가 이루어지지 않고, 즉 벤트 홀로 빠지는 에어보다 더 큰 에어백의 변형으로 내부 압력이 증가하면, 그 다음 약간 큰 ㅍ파팡파열 강도로 조절된 영역이 파열되어 2차의 벤트 홀이 형성되어 다시 한번의 충격 완화가 이루어지게 되어, 궁극적으로 15초나 36초의 감가속도 적분 영역에서 최대한의 감가속이 이루어져서 더 낮은 HIC 값이 된다. HIC에 대해서는 아래 수학식 1을 참조하여 설명한다.

위의 과정을 계속 거치도록 즉 순차적으로 강한 파열 강도 부분이 계속적으로 파열되게 하면 최종적으로는 다단 감쇠(multi-step-attenuation) 에어백이 된다.

상기 벤트 홀은 이러한 인터레이싱(interlacing)의 불균일한 영역에서 만들어진다. 즉, 인터레이싱 스트럭처(interlacing structure)를 조절하는 정도에 따라서 달라지므로, 자카드와 같은 조직변화로 필요한 부분에 필요한 크기, 필요한 ㅇ인터레이싱 조직 변화, 수지종류 및 양에 따라서도 전체 파열 강도는 달라질 수 있다.

그러므로 에어백의 크기, 충격의 양 등에 의하여 벤트 홀이 될 수 있는 부분의 위치, 크기, 조직이 달라진다.

충격에 의하여 팽창된 에어백의 내부 압력이 일정 수준 올라갔을 때 충격흡수가 일어나도록 특정의 약한 부분에서 1차 파열이이 일어난다. 그 이후 과정의 계속되는 관성의 영향으로 내부 압력의 증가가 더 커서, 1차 찢어진(rip(rive)) 부분으로 벤트(vent)되는 것보다 압축이 더 크게 일어나도록 벤트 홀의 크기를 어떤 한계 이하로 조절한다.

또한, 충격이 큰 경우에는 앞의 1차 과정 이후 벤트에 의한 압력 감소보다 관성에 의한 내부 압력의 증가가 크게 되는 경우 1차 벤트 홀이 된 부분보다 파열 강도가 더 큰 다른 부분에 의하여 새로운 파열에 의한 2차 벤트 홀이 만들어짐으로써 충격 흡수가 일어난다.

HIC는 아래의 정의에서 보듯이 HIC를 줄이려면 감가속도를 줄여야만 한다. 충격시 에어백에 의하여 감가속도가 급격한 증가로 나타나는 것과 같이 에어백 내부 공기압도 비례적으로 급격히 증가한다. HIC를 줄이려면 감가속도 값을 줄여야 하는데, 여기서 에어백 내부 공기압을 줄여 주는 것도 같은 효과를 갖게 된다.

그러므로 본 발명의 실시예의 하나로서 팽창된 에어백이 충돌시 내부 공기압이 급격히 증가할 때 적절한 압력에서 안전밸브가 개방되어 압력을 줄여 주어서 감가속도가 작아져서 HIC가 작아지게 하는 것을 고안한다. 여기서 필요하면 즉, 1차 안전밸브에 의한 공기압 감소에도 불구하고 계속된 에어백의 변형으로 인한 공기압 증가가 나타날 시에는 2차, 3차의 안전밸브의 개방으로 공기압을 단계적으로 줄여줘서 HIC를 최대한 낮춰주는 고안을 한다.

(여기에서, t ₁ and t ₂ are the initial and final times (in seconds) of the interval during which HIC attains a maximum value, and acceleration a is measured in gs (standard gravity acceleration). The maximum time duration of HIC, t ₂ - t ₁, is limited to a specific value between 3 and 36　ms, usually 15ms)

충돌시 인체에 가해지는 충격을 계산하기 위한 실험 계산치 HIC를 줄이기 위하여는 감가속도를 줄이는 것이 필요하다. 본 발명에서는 일정한 압력 이상에서 에어백의 특별히 설계 제직된 원단의 특정 부분의, 특정 크기의, 우선적 파열로 인한 ventilation이 생김으로써 가속도의 크기가 작게 되며, 결과적으로 HIC가 작아지게 하는 것이다.

본 발명의 구체적인 설명으로는 충돌-팽창 시 에어백의 공기 팽창으로 인한 내부 압력이 증가할때, 에어백의 직물 밀도가 가장 낮게 제직되어, 파열강도가 낮은 특정 부위가 우선적으로 파열되게 하는 것이며, 직물 밀도가 낮게 제직되는 것은 특정 위치에 필요한 크기로 경, 위사가 인터레이싱이 되지 않고 팽창되게 제직 설계하는 것이다. 에어백의 표면 조직 밀도가 경, 위사 방향으로 일반 조직의 각각 최저 20%가 되게 한다면, 표면에 나타나는 경위사 조직 점이 0.2² 즉 4%에 지나지 않아 코팅의 피막을 지탱하는 힘이 그만큼 낮아지게 하여 그 부분이 우선적으로 파열에 이르게 되는 것이다. 이렇게 제직 설계에서 경, 위사 방향으로 특정 비율로 팽창되게 자카드(jacquard) 설계를 하는 것이 본 발명의 기술의 핵심 기초이다.

또한, 특정 비율의 플로팅(floating) 설계된 부분의 크기가 적당히 조절됨으로써 우선 파열된 부분의 크기에 의한 벤틸레이션 정도를 조절할 수 있다. 이 1차의 벤틸레이션에 의해 가속도를 줄여주나 계속되는 충돌 물체의 관성에 의한 내부 압력이 증가할 때 그 다음으로 플로팅이 덜 약하게 설계된 부분이 2차적으로 파열을 일으켜서 다시 가속도를 줄여줄 수 있게 만드는 것이다.

전체적으로 본 발명은 1차로 파열 작용을 하게 될 특정 부위에, 특정 크기로, 특정 비율의 플로팅 제직 설계를 하고, 1차 부위와 상관성을 갖는 위치, 크기와 비율로 floating설계에 의한 2차, 3차의 파열을 갖게 하는 것이다.

본 발명의 기술로부터 같은 재료의 에어백의 크기와 팽창 시 공기의 양에 의해서 가장 효율이 높은 에어백의 완충효과를 나타냄으로써 다음과 같은 실질적 기대효과를 가져올 수있다. 즉 동일 충격량을 완충하기 위하여 필요한 에어백의 크기와 인플레이터의 공기의 양을 줄이거나, 같은 재료로 된 같은 크기의 에어백과 같은 인플레이터 공기의 양을 가지고 더 큰 충격량을 완충할 수 있는 효과이다.

직물의 강도를 조절함으로써 작은 크기로도 큰 충격량의 충격흡수도 가능하게 할 수 있는 방법이다. 즉 10층 높이에서 일반적인 직물로 보호가 될려면 매우 큰 에어백을 형성하여야 하고 적절한 내부 압력을 형성하게 하기 위해서는 매우 많은 양의 가스가 필요하여 가스통이 크고 무거우므로 휴대용으로는 불가능해진다. 그러나 본 발명이 파라 아라메드(p-Aramid)나 폴리아릴레이트(Polyarylate), PBO(Polyphenylene-2,6-benzbiisoxazole), 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 등의 고강도 직물에 적용됐을 때 작은 크기로도 효율적인 충격흡수의 에어백을 제작할 수 있다.

본 발명에 따른 센서 감지에 의해 압축 가스용기로부터 팽창하는 인체 보호 착용형 에어백 장치에 의하면, 추락의 감지를 담당하는 센서 외에 거리측정센서를 사용하여 실제 추락 높이를 계산하고 필요한 에어백의 내부압력을 조절하게 하는 스마트한 보호 기능을 제공할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 거리측정센서로부터 감지된 높이에서 계산되어 필요한 충격시의 에어백 내부 압력보다 가스통의 가스양이 많을 때에는 대기 중으로 잉여의 가스가 배출되게 하는 장치로 HIC가 더 낮게 유지할 수 있으며, 또한 반대로 더 높은 위치로부터의 낙하가 감지되면 더 많은 에어백의 내부 압력이 필요할 경우에는 벤츄리(venturi) 효과에 의한 외부 공기의 유입이 가능하게 하여 더 낮은 HIC값이 유지되게 할 수 있어 안전성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 센서 감지로 지시된 인플레이터 작동에 의하여 팽창된 에어백이 실제 충돌시 에어백 내부의 압력이 급격히 증가하게 될 때 내부 압력이 일정한 값 이상이 되면 가스가 방출되는 안전밸브를 1개 이상을 갖고 있어서 적절한 압력 조절을 함으로써 충격시 신체에 가해지는 충격량을 최대한 줄여줄 수 있으며, 파열 강도가 상이한 영역을 구비하여, 에어백의 전개시에 일부분이 먼저 파열되고 이러한 파열에 순서나 위치 등에 대한 패턴을 조정할 수 있으므로 상기 에어백용 직물을 사용한 에어백은 효율이 우수하고 안전성이 향상될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 에어백의 크기와 주입 시의 공기 양에 의해서 가장 효율이 높은 에어백의 완충효과를 나타냄으로써 다음과 같은 실질적 기대효과를 가져올 수 있는 것으로, 동일 충격량을 완충하기 위하여 필요한 에어백의 크기와 인플레이터의 공기의 양을 줄이거나, 같은 재료로 된 같은 크기의 에어백과 같은 인플레이터 공기의 양을 가지고 더 큰 충격량을 완충할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 센서(가속도 센서)
120: 거리 측정 센서
200: 에어백
300: 인플레이터
400: 제어부
500: 안전밸브

Claims (5)

1. 사용자의 움직임을 감지하는 센서;
   하기 인플레이터에 의해 공기가 주입되며, 충격에 의한 내부압이 조절되도록 구성되는 에어백;
   상기 에어백에 기체를 주입시키는 인플레이터;
   상기 센서에 의해 측정되고 계산된 값이 추락 기준값에 도달하는 경우에, 상기 인플레이터를 작동시켜 기체가 주입되며, 충돌시 급격히 높아지는 내부 공기 압력을 조절되도록 하는 제어부; 및
   상기 에어백에 구비되며, 팽창된 에어백 내부 공기 압력이 충격력에 의해 급격히 증가되는 압력을 줄여줄 수 있도록 조절하는 안전밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   인체 보호 착용형 에어백.
   
2. 제1항에 있어서,
   사용자 위치의 높이를 측정하는 거리측정센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   인체 보호 착용형 에어백.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 에어백에는 적어도 1개 이상의 안전밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는
   인체 보호 착용형 에어백.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 에어백은 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화에 의해서 조정되는 파열 강도를 갖는 부분이 형성되는 것을 특징으로 하는
   인체 보호 착용형 에어백.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 경사와 위사의 인터레이싱 구조의 변화는 상기 경상와 위사의 인터레이싱 교차횟수에 의해서 결정되어 구성되는 것을 특징으로 하는
   인체 보호 착용형 에어백.

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