KR20020022795A - 다단계 에어백 팽창기 - Google Patents

다단계 에어백 팽창기 Download PDF

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Abstract

다단계 에어백 팽창기(10)는, 활성화된 경우, 초기에는 에어백이 서서히 전개하고, 그 뒤 지연 후 급속히 전개하도록 작동이 가능하며, 격벽(40)에 의해 분리되어 바람직하게는 크기가 다른 적어도 제 1 및 제 2 챔버를 구비한다. 바람직하게는, 초기의 느린 에어백의 전개를 야기하는 보다 소량의 가스를 제공할 수 있도록 하나의 챔버는 보다 소형이다. 제 1 챔버(30)내의 가스 발생재 충전물이 점화되며, 약간의 지연 후에, 제 2 챔버(32) 내의 가스 발생재 충전물이 점화된다. 다단계 팽창기는 충돌의 격렬함과 탑승자의 위치를 수용하도록 에어백의 팽창을 조절하는데 요구되는 가변적인 팽창 속도를 제공하도록 사용될 수 있다.

Description

다단계 에어백 팽창기{VARIABLE OUTPUT AIRBAG INFLATOR}
에어백은 자동차의 탑승자를 충격으로부터 보호하는데 이용되어 왔다. 보다 상세하게는, 본 발명은 에어백의 가변적인 팽창 속도를 제공할 수 있는 개선된 팽창기에 관한 것이다. 본 발명의 팽창기에 의해 에어백 팽창 속도는 다양한 충돌 상황 및/또는 탑승자의 위치에 순응하도록 제어될 수 있다.
에어백 시스템에는 충돌 시 차량 탑승자에게 보호용 완충을 제공하도록 팽창되는 쿠션(cushion) 또는 백(bag)이 통상적으로 존재한다. 그러한 시스템은 에어백을 팽창시키도록 팽창 가스를 생성하는 팽창기를 이용한다. 상이한 원리의 다양한 팽창기들이 알려져 있으며, 각각의 작동 원리에 따라 작동시간에 걸친 쿠션 내의 압력 상승 및 하강과 같은 성능에 약간의 차이가 존재한다. 따라서 상이한 적용에 대해 상이한 원리로 작동하는 팽창기가 바람직하다.
에어백 시스템이 효과적이기 위해서는 충돌 순간에 작동되어야하며 적절한팽창 시간이 절대적인 요건이 된다. 반대로 에어백이 너무 빨리 팽창하면, 팽창하는 에어백에 의해 탑승자가 부상을 당할 수도 있다. 팽창하는 에어백에 의한 부상을 방지하도록 에어백의 팽창 속도가 제어될 필요가 있다. 따라서 상술한 이러한 모순적인 요구사항을 충족시키기 위해서 다단계 에어백 장치가 제안되어 왔다.
다단계 에어백 장치는 초기 충돌 단계에서 사전 설정 레벨까지 팽창되고, 짧은 간격 후에 완전히 팽창되는 방식으로 작동한다. 이러한 다단계 에어백 장치로 인해, 위치를 벗어난 차량의 탑승자가 부상을 당할 가능성을 줄일 수 있고, 보다 넓은 범위의 충돌 상황이 수용될 수 있다.
초기 단계 팽창과 후속 단계 팽창 사이의 간격은 초기 단계에 사용되는 가스의 양 및 다른 요인들과 관련하여 설정된다. 그러나 부적절한 간격은 안전 장치로서의 에어백에 불리한 영향을 미친다. 예를 들어, 간격이 너무 짧으면 부상을 야기할 수 있고, 간격이 너무 길면 에어백의 충격 흡수 작용이 약화되어 차량 탑승자가 부상을 당하는 결과를 낳을 수도 있다. 이러한 이유로 제 1 가스 발생재(generant)를 활성화하고, 그 뒤 제 2 및 제 3 가스 발생재를 활성화하는 기능을 하는 지연 점화 신호 발생기에 있어서 고도의 정밀함이 요구된다.
통상적인 지연 점화 신호 발생기는 복잡한 전자 회로로 구성된다. 시스템의 복잡성과 그에 수반된 고비용 때문에 에어백과 같이 빈번히 사용되지 않는 장치에 대한 응용가능성은 제한적이다. 그러한 적합한 시스템이 바람직하기는 하나, 일반적으로 그것들은 팽창기에 추가적인 콤포넌트들을 요한다. 또한 차량에 대한, 특히 운전자측과 측면 충격 적용에 대한 크기 요건에 부합하는 적합한파이로테크닉(pyrotechnic) 팽창기를 제공하는 것은 훨씬 더 어려운 일이다.
적합한 에어백 시스템을 위한 대단히 많은 방법들이 제안되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제 4,998,751 호는 두 개의 파이로테크닉 가스 발생재 베드를 분리하는 격벽이 내부에 배치된 길게 늘어진 하우징을 포함하는 이단계 자동 에어백 팽창기를 개시한다. 미국 특허 제 4,998,751 호의 팽창기의 격벽은 천공되어 있으며, 이 팽창기는 두 개의 점화기 튜브를 사용한다. 미국 특허 제 4,998,751 호는 또한 점화기들이 서로 다른 연소율을 가지며, 두 개의 점화기 튜브 사이로 퓨즈가 지난다는 점에서 두 개의 점화기가 다르다는 것을 교시한다.
미국 특허 제 5,368,329 호는 이중 기능 스퀴브(squib)를 사용하여 웨이퍼(wafer)를 분쇄함으로써 가스 발생재 웨이퍼의 표면 면적이 증가되는 이단계 팽창기를 개시한다.
미국 특허 제 5,400,487 호는 탑승자에게 최적의 방호를 제공하도록 다수의 가스 발생기 중 개별적으로 개시될 발생기를 선택하기 위한 프로세서를 사용하는 에어백용 가변 팽창 시스템을 개시한다. 가속 센서 및 탑승자 위치 센서와 협력하여 프로세서는 점화될 가스 발생재 베드의 개수 및 각각의 점화 사이의 지연을 결정한다.
미국 특허 제 5,564,743 호는 팽창기 하우징이 가스 발생 재료 및 점화 시스템을 각각 수용하는 두 개의 분리된 챔버를 갖는 다단계 에어백 팽창기 시스템을 개시한다. 두 개의 챔버를 분리하는 벽은, 챔버 중 하나의 사전 설정 가스 압력 레벨에 반응하여 파열되도록 설계되어 쳄버들 사이에 유체 연통을 제공하는 취약섹션(frangible section)을 갖는다.
미국 특허 제 5,630,619 호는 에어백을 위한 적합한 하이브리드(hybrid) 팽창기를 개시한다. 본 발명은 하이브리드 팽창기에 관한 것은 아니지만, 이 특허는 두 개의 압력 베셀(vessel)과 각각의 압력 베셀 내의 파이로테크닉 가열 장치의 활용을 교시한다. 두 개의 베셀은 파열 디스크들을 포함하는 중앙 챔버에 연결된다. 미국 특허 제 5,603,619 호는 적합한 팽창기 설계에 있어서 당해 기술분야의 상태를 대표한다.
미국 특허 제 5,765,866 호는 금속 하우징, 편직물 와이어 필터, 스테인리스 스틸 파열 포일(foil) 및 5 내지 25 중량% 운모를 함유하는 가스 발생재 혼합물을 포함하는 에어백 팽창기를 개시한다. 미국 특허 제 5,765,866 호는 상이한 용적과 양의 파이로테크닉 가스 발생재를 갖는 적어도 두 개의 챔버를 수용하는 다단계 팽창기를 제안하고 있지 않다.
발명의 요약
첨부된 청구항 1과 그의 종속항들에 따르면, 넓은 범위의 충돌 상황에 걸쳐 자동차의 에어백에 신뢰성 있게 가스를 제공하는 적응성 있는 다단계 파이로테크닉 팽창기가 제공된다.
본 발명 및 그의 작동상의 이점과, 본 발명의 사용에 의해 얻어지는 특정한 목적에 대한 보다 나은 이해를 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 도면 및 설명을 참조하기 바란다.
본 발명은 일반적으로 에어백으로 알려진 차량 구속 쿠션(vehicle restraint cushion)을 팽창시키는 가스 발생기 또는 팽창기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 팽창기의 일 실시예의 외형을 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취해진 팽창기의 단면도,
도 3은 0 내지 25 ms 범위에서 변하는 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이의 시간 지연에 의한 본 발명의 팽창기의 점화로부터 산출된 다수의 압력-시간 곡선을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 세 개의 챔버를 갖는 팽창기의 부분 단면도.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 팽창기(10)의 실시예가 도시되어 있다. 팽창기(10)는 제 1 단부(12) 및 제 2 단부(14)를 포함한다. 팽창기는 구형, 입방체형 등의 다양한 형태가 가능하지만 대체로 원통형상을 갖는 것이 바람직하다. 팽창기는 외주에 방출구(16, 18)를 갖는다. 방출구(16)는 제 1 챔버(도시되지 않음)와 연관되며, 방출구(18)는 제 2 챔버(도시되지 않음)와 연관된다. 팽창기(10)는 또한 분리된 두 개의 점화기(각각의 챔버에 하나씩)와 연관된 두 개의 전기 커넥터를 가지며, 제 1 전기 커넥터(20)는 제 1 점화기를 위한 것이고, 제 2 전기 커넥터(도시되지 않음)는 제 2 단부(14)에 위치한다.
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 취해진 팽창기의 단면도로서 제 1 단부(12) 및 제 2 단부(14)를 갖는 대체로 원통형상인 팽창기를 도시한다. 각각의 단부는 팽창기가 점화될 시점을 알리는 전기 신호를 수신하기 위한 전기 커넥터(20)를 갖는다. 커넥터(20)는 강화제 혼합물(22)을 점화하는 스퀴브(21)와 연관된다. 충격이 발생하면, 전자 모듈(도시되지 않음)은 선택된 스퀴브에 전기적 자극을 전달하며, 스퀴브는 그 뒤 가스 발생재 알갱이(pellet)(28)들을 점화한다. 커넥터(20)는 스퀴브에 전류를 공급한다. 스퀴브는 강화제 혼합물을 점화하는 필라멘트(filament)를 포함한다. 강화제(22)로는 스퀴브에 의해 쉽게 점화되어 고온에서 빠르게 연소하는 기존의 많은 혼합물 중 어떤 것도 가능하다. 점화된 강화제(22)로부터 발생한 가스 및 고온의 연소 입자들은 방출구(24)를 통해 강화제 하우징(26)을 빠져나간다. 그 뒤 가스 및 입자들은 제 1 연소 챔버(30) 및/또는 제 2 연소 챔버(32)내의 가스 발생재 알갱이들(28)을 점화한다. 그 뒤 연소하는 강화제 및 가스 발생재 알갱이들에 의해 생성된 가스는 알갱이 보유판(34)을 통과한다. 보유판은 대단히 많은 구멍을 갖는 금속판, 차폐막 또는 망상 금속판(expanded metal)으로 이루어질 수 있다. 보유판(34)은 단순히 연소 챔버(30, 32) 내에 알갱이들을 보유하며, 연소 챔버(30, 32)로부터 제 1 여과/냉각 챔버 및 제 2 여과/냉각 챔버(38)로의 본질적으로 방해받지 않는 가스의 이동을 허용한다. 두 개의 여과/냉각 챔버(36, 38)는 고형 격벽(40)에 의해 분리된다. 격벽(40)은 팽창기(10)의 축을 따라 제 1 챔버 및 제 2 챔버에 동등하거나 또는 상이한 용적을 제공하도록 배치된다. 이 챔버라는 용어는 격벽에 의해 분리되는 연소 챔버 및 여과/냉각 챔버를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 따른 팽창기의 실제 작동 요건에 따라, 제 1 챔버는 총 팽창기 용적의 20 내지 80%를 차지할 수 있다. 보다 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 챔버는 총 팽창기 용적의 55 내지 75%를 차지한다. 유사한 방식으로, 제 1 연소 챔버는 가스 발생재 혼합물의 총량의 20 내지 80%를 수용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 약 55 내지 약 75%를 수용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 약 55 내지 약 65%를 수용할 수 있다. 세 개 또는 그 이상의 챔버를 갖는 팽창기에 있어서, 가스 발생재는 팽창기의 설계 요건에 따라 챔버들 사이에 동등하게 또는 동등하지 않게 분할될 수 있다.
여과/냉각 챔버(36, 38)를 통과하는 가스는 제 1 챔버의 방출구(16)에서 또한 제 2 챔버의 방출구(18)에서 팽창기를 빠져나간다. 방출구의 내부는 증기의 유입을 방지하도록 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 포일 등의 포일(42)로 덮여있는 것이 바람직하다. 종종 파열 포일로 언급되는 이 포일(42)은 통상적으로 0.01 내지 0.20 mm의 두께를 갖는다. 포일은 통상적으로 접착제를 이용하여 여과/냉각 챔버의 내측벽에 부착된다. 여과/냉각 챔버(36, 38)는 편직물 와이어, 세라믹 비드, 금속가루 등의 열 흡수 재료로 채워진다. 열 흡수 재료는 발생된 가스의 온도를 낮추고 가스 발생재(28)의 연소 중에 생성된 슬래그(slag)나 미립자들을 가두는 작용을 한다.
팽창기(10)는 강철, 알루미늄과 같은 임의의 금속으로 만들어질 수 있다. 팽창기는 강철로 만들어지는 것이 바람직하며, 주조 또는 밀링(milling)에 의해 도 2에 도시된 바와 같은 다양한 콤포넌트로 가공되며, 그 뒤 용접(46)을 통해 조립될 수 있다. 바람직하게는, 용접부는 당해 기술 분야에 알려진 것과 유사한 관성 용접(inertia welding) 공정에 의해 생성된다.
도 3은 본 발명에 따른 팽창기의 일 실시예의 많은 점화를 나타내는 그래프이다. 도 2에 예시된 팽창기는 후술되는 바와 같이 준비되었으며, 압력 변환기가 설치된 60리터 탱크 내에서 점화된다. 실선은 작은 챔버가 먼저 점화되고, 이어서 0, 10, 15 또는 20 ms의 시간 지연 후에 큰 챔버가 점화된 실험을 나타낸다. 점선은 큰 챔버가 먼저 점화되고, 이어서 10, 15, 20 또는 25 ms의 시간 지연 후에 작은 챔버가 점화된 실험을 나타낸다.
도 4 및 도 2에 대한 설명을 참조하면 본 발명에 따른 팽창기(60)의 일 실시예의 단면도가 도시되어 있다. 팽창기(60)는 제 1 단부(12), 제 2 단부(14) 및 제 3 단부(54)를 포함한다. 이러한 구조에 있어서, 본 발명의 다단계 팽창기는 대체로 원통형상인 각각의 챔버가 격벽(40)에서 교차하는 "T"자 형상을 갖는다. 제 3 단부(54)는 제 3 여과/냉각 챔버(50)의 외주 주위에 위치한 방출구(48)를 갖는다. 팽창기(60)는 분리되어 있는 세 개의 점화기 조립체(44)(각각의 연소 챔버에 하나씩)와 연관된 세 개의 전기 커넥터(20)를 갖는다.
작동 방법은 제 3 연소 챔버(52) 및 제 3 여과/냉각 챔버(50)가 존재하는 것을 제외하면 도 2에 예시된 바와 동일하다. 앞서 개시된 바와 같이, 연소 챔버(30, 32, 52)는 동일한 양의 가스 발생재를 수용하거나 또는 바람직하게는 동일하지 않은 양을 수용할 있다. 본 실시예에 있어서, 제 3 연소 챔버(52)는 제 1 연소 챔버(30)보다는 적고 제 2 연소 챔버(32)보다는 많은 양의 가스 발생재를 수용한다. 따라서, 제 3 여과/냉각 챔버(50)의 용적과 그 안의 매체의 양은 다른 두 여과/냉각 챔버(36, 38)들과 다른 것이 바람직하다. 각각의 여과/냉각 챔버(36,38, 50)는 고형 격벽에 의해 분리된다.
작동에 있어서, 본 발명의 팽창기는 충돌을 감지하여 적절한 전기 신호를 제공하는 제어기(도시되지 않음)에 연결된다. 제어기는 충돌의 격렬함, 좌석내 승객의 위치 등과 같은 요인에 기초하여 하나 또는 그 이상의 점화기 스퀴브가 점화되도록 할 것이다. 챔버 간의 점화 시간 지연 및 점화 순서는 제어기에 의해 결정된다. 이 방식에 있어서, 쿠션에 채워지는 가스의 양은 쿠션을 가변적인 "단단함"으로 팽창시키거나 또는 시간의 경과에 따라 쿠션 내에 상이한 압력 레벨을 생성하거나 또는 "제 2 충격" 충돌 상황에 대처하도록 다양하게 변할 수 있다.
전술된 바와 같이, 두 개 또는 그 이상의 연소 챔버들은 동일한 양의 가스 발생재 또는 상이한 레벨의 가스 발생재를 수용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 챔버는 가스의 총량의 70%를, 제 2 챔버는 총량의 30%를 발생시킬 수 있다. 따라서, 팽창기(10)는 다양한 응용을 위해 변형될 수 있으며, 다양한 출력을 제공할 수 있음이 명백해진다.
넓은 범위의 충돌 상황에 걸쳐 최적으로 기능하는 새롭고 개선된 다단계 에어백 팽창기 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 특징이다. 본 발명의 다른 특징은 새롭고 개선된 다단계 에어백 팽창기를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 특징은 다중 레벨의 에너지 흡수 능력을 제공하도록 제어할 수 있는 성능 특성을 갖는 개선된 새로운 다단계 에어백 팽창기를 제공하는 것이다.
상술한 사항들과 본 발명의 다른 특징 및 이점들은 팽창될 에어백과 직접 연통하는 가스 배출구를 갖춘 하우징을 포함하는 팽창기를 갖는 개선된 새로운 다단계 에어백 팽창기 시스템을 통해 달성된다. 하우징은 적어도 두 개의 분리된 챔버를 구비하며, 각각의 챔버는 가스를 생성하기 위한 소정량의 가스 발생 재료와 에어백을 급속히 팽창시키기 위한 점화 시스템을 수용한다. 하우징은 챔버들을 분리하는 내부 불투과성 벽(격벽)을 갖는다. 하나 또는 그 이상의 챔버 내의 점화 시스템은 에어백을 팽창시키기 위한 선택된 양의 가스를 제공하도록 작동된다. 또한, 시간 지연 수단이 인식된 충돌 유형에 대응하여 다중 점화 시스템을 작동시키는 시스템 내에 포함된다.
도 2를 참조하면, 팽창기는(10) 통상적인 기술과 설비를 이용하여, 강철로 구성되어 있다. 용접부(46)는 연소 챔버에 비아지드화물(non-azide) 가스 발생재 알갱이들을 채운 후에 여러 부품들의 접합부에 형성된다. 본 발명의 팽창기 하우징에 유용한 대표적인 가스 발생재 혼합물은 알카리 및 알카리 토금속, 염소산염(chlorates), 과염소산염(perchlorates), 질산암모늄(ammonium nitrate) 및 그것들의 혼합물과 같은 산화제와 결합된, 알카리 금속 아지드화물, 아미노테트라졸(aminotetrazole), 테트라졸(tetrazole), 바이테트라졸(bitetrazole), 트리아졸(triazole), 그것들의 금속염, 질산구아니다인(guanidine nitrate), 질산아미노구아니다인 (aminoguanidine nitrate) 및 그것들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 가스 발생재는 니트로구아니다인(nitroguanidine)과 질산암모늄(ammonium nitrate)의 혼합물과 같은 연료를 포함한다. 통상적으로, 가스 발생재 또는 가스 생성 재료는 약 15 내지 약 70 중량%의 연료, 약 2 내지 약 80 중량%의 산화제, 약 1 내지 약 30 중량%의 냉각제 및 가공 첨가제와 같은 다른 재료를 포함할 수 있다. 가스발생재는 당업자들에게 알려진 다양한 기술을 이용하여 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
가스 발생재 혼합물은 알갱이화되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 약 5.0 중량%까지, 통상적으로는 0.2 내지 5.0 중량%의 압착 보조제(pressing aid)나 바인더(binder)가 이용될 수 있다. 이것들은 이러한 목적에 유용한 것으로 알려진 재료들 중에서 선택되며, 이황화몰리브데늄(molybdenum disulfied), 흑연, 탄성중합체(elastomer), 폴리에스테르, 질화붕소, 이산화규소, 운모, 스테아르산칼슘 및 점토를 포함한다.
가스 발생재 혼합물은 선택적으로는 약 3 중량%까지, 통상적으로는 약 1 내지 약 2 중량%의 촉매를 함유할 수 있다. 구리 크롬산염(chromate) 및 시안화철(a ferro-ferric cyanide)은 대표적인 연소 촉매이다.
이러한 시험 팽창기와 도 2를 참조하면, 제 1 연소 챔버(30)는 35g의 발생재 알갱이(28)를 수용한다. 제 2 연소 챔버(32)는 25g의 발생재 알갱이(28)를 수용한다. 스퀴브(21)는 전기 커넥터에 의해 차량 충돌을 감지하는 센서 수단(도시되지 않음)에 연결된다. 센서는 점화 신호를 개시하여 하나 또는 두 개의 스퀴브(21)를 작동시키고, 이는 강화제 혼합물(22)을 점화하고, 강화제 혼합물은 그 뒤 가스 발생 혼합물(28)을 점화한다. 제어기(도시되지 않음)는 먼저 점화될 스퀴브와, 스퀴브들의 점화간의, 따라서 챔버들의 점화간의 시간지연(있는 경우)을 결정한다.
점화기 조립체(44)는 유용한 수단을 통해, 바람직하게는 용접(46)을 통해 팽창기 하우징에 부착된다. 본 발명에 사용된 바와 같이, "스퀴브"는 연소 순열에서첫 번째 점화를 개시할 임의의 장치일 수 있음이 이해되며, 예를 들어 서로 절연되고 브리지 와이어(bridge wire)에 의해 연결된 두 개의 전극을 갖는 전기 장치일 수 있다. 브리지 와이어는 강화제 혼합물(22)을 점화하기에 충분한 세기의 열의 섬광을 제공하도록 설계된 하나 또는 그 이상의 파이로테크닉 재료 층에 내장되는 것이 바람직하다. 당업자들은 반도체 브리지 개시기와 같은 다양한 전기, 전자, 기계 및 전자기계적 개시기가 본 발명에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
가스 발생재(28)는 강화제 혼합물(22)의 연소에 의해 발생되어 점화기 조립체 방출구(24)로 빠져나온 고온의 가스와 입자에 의해 점화된다. 가스 발생재의 점화에 의해 가스가 발생되고, 발생된 가스는 알갱이 보존기(34)를 지나, 그 뒤 여과/냉각 챔버(36,38)를 통과한다. 통상적으로, 가스 발생재 알갱이(26)의 점화시 발생된 가스는 알갱이 보존기(34)를 통과하여, 여과/냉각 챔버(36, 38) 내에 수용된 여과/냉각 매체를 통과하는 동안 챔버의 축과 본질적으로 평행한 방향으로 진행한다. 격벽(40)에 충돌한 가스는 90°로 방향이 전환되어 파열 포일(42)을 찢고 구멍(16, 18)을 통해 빠져나간다.
여과/냉각 챔버(36, 38)는 세라믹 조각, 금속 조각 또는 바람직하게는 편직물 와이어와 같은 여과/냉각 매체로 채워진다. 편직물 와이어는 스테인리스 스틸로 만들어지는 것이 바람직하나, 저탄소강이 사용될 수도 있다. 여과/냉각 재료를 통과한 연소 가스는 방출구(16,18)를 통해 팽창기 하우징(10)을 빠져나간다. 방출구(16, 18)의 수는 가변적이며, 연소 챔버로부터 멀리 떨어진 여과/냉각 챔버의 말단부에서 하우징 외주 주위로 이격되어 있다. 방출구(16, 18)는 하우징의 내부에서 포일(42), 바람직하게는 스테인리스 스틸 파열 포일에 의해 양호하게 밀봉된다. 챔버(36, 38) 내의 압력이 일정 값을 초과하면, 포일이 파열되고 방출구(16, 18)를 통해 가스가 빠져나가 에어백(도시되지 않음)을 팽창시킨다.
예 I
팽창기 실험
실질적으로 도 2에 도시되며 상술한 바와 같은 여덟 개의 팽창기가 구성되었으며, 보다 작은 연소 챔버는 25g의 질화암모늄/니트로구아니다인 가스 발생재 알갱이를 수용하였다. 보다 큰 챔버는 35g의 가스 발생재로 채워졌다. 압착 직조 304-스테인리스 스틸 와이어(0.023")가 여과/냉각 챔버 내에 배치되었으며, 25g은 보다 작은 챔버 내에, 50g은 보다 큰 챔버 내에 배치되었다. 강화제는 각각 2g 및 4g의 통상적인 강화제 혼합물을 수용하였다. 조립된 팽창기는 압력과 시간 프로파일을 기록하는 장치가 부착된 60 리터 시험 탱크 내에서 평가되었다. 팽창기는 탱크 내에 설치되어 점화되었다. 산출된 압력 대 시간 곡선은 도 3에 개시되어 있다. 이 데이터는 본 발명의 팽창기가 일정 시점에서 넓은 범위의 압력을 제공할 수 있음을 명확히 나타낸다. 예를 들어, 본 발명에 따른 두 개의 챔버를 갖는 팽창기를 사용하여, 점화시점으로부터 20 ms 후에 125 내지 300 kPa의 압력이 전달될 수 있다. 이 압력 범위는 125 kPs의 낮은 압력을 위해서는 작은 챔버를 먼저 점화한 뒤 20 ms 후에 큰 챔버를 점화하고, 300 kPa의 높은 압력을 위해서는 두 개의 챔버를 동시에 점화함으로써 달성될 수 있다.
예 II
미립자 및 가스 분석
세 개의 팽창기가 예 I에 설명된 바와 같이 조립되었으며, 100 입방피트의 시험 챔버 내에서 평가되었다. 이 시험은 표준적인 자동차의 내부 용적을 모의 실험하도록 설계되었다. 가스 분석 및 미립자 분석이 또한 이 시험을 통해 가능하다. 시험장비는 조향장치 시뮬레이터를 수용하는 100 입방피트의 강철 챔버로 구성되었다. 챔버에는 진공 펌프, 버블 유량계(bubble flow meter), 필터 및 퓨리어 변환 적외선 분광 측정기(Fourier Transform Infrared Spectrophotometer : FTIR)가 부착되었다. 팽창기는 챔버 내의 모의 실험 조향 장치에 부착되고, 챔버가 밀봉되었으며, 가스 발생재가 점화되었다. 가스 샘플은 퓨리어 변화 적외선 분광 측정기(FTIR)를 사용하여 점화시점으로부터 0, 1, 5, 10, 15, 20분 구간에서 분석되었다. 또한, 100 입방피트 시험 챔버를 이용하여 점화 후에 챔버로부터 미세한 필터를 통과한 공기를 여과하여 필터에 의해 증가된 무게를 측정함으로써 공중 부유 미립자 발생량을 계측할 수 있다.
공중 부유 미립자는 단일 단계 수집 장치를 사용하여 수집되었다. 공중 부유 미립자의 양은 분석적인 저울을 사용하여 결정되었다. 분석 후의 미립자 필터는 필터 내의 수분이나 휘발성 물질의 레벨을 결정하기 위하여 104℃에서 2시간동안 건조되었다. 감지 가능한 질량 손실은 관찰되지 않았다. 표 1은 이 시험의 결과를 나타낸다. 2회의 25 ms 지연 실험이 실시되었으며, 1회의 15 ms 지연 시험이실시되었다. 3회의 모든 시험에서 큰 챔버가 먼저 점화되었다.
표 1
공중 부유 미립자 유출량 데이터
예 A25 ms 지연 예 B25 ms 지연 예 C15 ms 지연
평균 유량 (리터/분) 5 5 5
샘플링 시간 (분) 20.0 20.0 20.0
온도(℃) 20 20 20
총 교정 샘플 용적(m3) 0.101 0.101 0.101
필터 1: 0-5 분 (mg) 2.8 2.6 9.4
필터 2: 5-10 분 (mg) 1.4 1.5 *
필터 3: 10-15 분 (mg) 1.9 2.8 *
필터 4: 15-20 분 (mg) 1.7 1.3 *
총 미립자량 (mg) 7.8 8.2 9.4
총 미립자 농도 (mg/m3) 78 82 93
* 이 시간 구간에는 필터가 사용되지 않음.
암모니아, 벤젠, 이산화탄소, 일산화탄소, 포름알데히드(formaldehyde), 염화수소, 시안화수소, 메탄, 산화질소, 이산화질소, 이산화황 및 수증기에 대한 가스 샘플 분석이 또한 퓨리어 변환 적외선 분광 측정기를 사용하여 이루어졌다. 샘플들은 6 피트의 1/4 인치 OD 플루오로폴리머(fluoropolymer) 관을 통해 퓨리어 변환 적외선 분광 측정기로 직접 이송되었다. 표 2는 가스 유출 결과를 포함한다.
표 2. 가스 유출물 독성 결과
암모니아 벤젠 이산화탄소 일산화탄소 포름알데히드 염화수소 시안화수소 메탄 산화질소 이산화질소 이산화황 수증기
분석방법감지 한도 (ppm)분석 지연 (min) FTIR50.2 FTIR50.2 FTIR500.2 FTIR100.2 FTIR20.2 FTIR20.2 FTIR20.2 FTIR50.2 FTIR20.2 FTIR0.50.2 FTIR50.2 FTIR5000.2
예A 15101520TWA 20* 688788 <5<5<5<5<5<5 129215551532152615121508 600694689683673677 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 121515151415 23<222<2 0.81.10.90.90.90.9 <5<5<5<5<5<5 783387798828862083858599
예B 15101520TWA 20 <5<5678<5 <5<5<5<5<5<5 130815311548149914821497 614700694183675682 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 91111111111 <2222<2<2 <0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5 <5<5<5<5<5<5 703286598485821679978238
예C 151015200TWA 20 <5<5689<5 <5<5<5<5<5<5 133315281508149314911488 645707689686692688 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 <2<2<2<2<2<2 131313131313 333433 <0.5<0.5<0.5<0.5<0.5<0.5 <5<5<5<5<5<5 611070376749662665106686
*TWA = 20분에서의 20회 측정 평균

Claims (9)

  1. 다단계 에어백 팽창기(10)에 있어서,
    (a) 서로 인접하고 불투과성 격벽(40)에 의해 분리된 적어도 두 개의 챔버로 분할된 하우징과,
    (b) 상기 적어도 두 개의 챔버 중 하나 내에 고체상의 가스 생성 재료를 수용하는 제 1 연소 챔버(30)와,
    (c) 상기 적어도 두 개의 챔버 중 다른 하나 내에 고체상의 가스 생성 재료를 수용하는 제 2 연소 챔버(32)와,
    (d) 상기 제 1 챔버 내의 가스 생성 재료를 점화하기 위한 제 1 점화 수단과(21),
    (e) 상기 제 1 연소 챔버와 연관된 여과/냉각 챔버(36)와,
    (f) 상기 제 2 연소 챔버 내의 가스 생성 재료를 점화하기 위한 제 2 점화 수단(21)과,
    (g) 상기 제 2 연소 챔버(32)와 연관된 여과/냉각 챔버(38)와,
    (h) 상기 제 1 및 제 2 여과/냉각 챔버(36, 38)의 구멍(16, 18)으로서 포일(42)로 밀봉된 구멍을 포함하는
    팽창기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포일(42)은 스테인리스 스틸 포일인
    팽창기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스테인리스 스틸 포일(42)은 0.091 mm 내지 0.20 mm의 두께를 가지며, 상기 포일의 적어도 한 면에 접착제가 인가되는
    팽창기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 생성 재료는 15 내지 17 중량%의 연료 및 2 내지 80 중량%의 산화제를 포함하는
    팽창기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연료는 알카리 금속 아지드화물, 알카리 토금속 아지드화물, 아미노테트라졸 및 그것의 금속염, 테트라졸 및 그것의 금속염, 바이테트라졸 및 그것의 금속염, 트리아졸 및 그것의 금속염, 니트로구아니다인, 질산 구아니다인, 질산염과 그것들과의 혼합물로부터 선택되는
    팽창기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    산화제는 전이금속 산화물, 알카리 금속 질화물, 염소산 및 과염소산, 알카리 토금속 질화물, 질산암모늄 및 그것들의 혼합물로부터 선택되는
    팽창기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구멍(16, 18)은 상기 팽창기의 외주를 따라 배치되는
    팽창기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    두 개의 챔버로 구성되는 팽창기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구멍(16, 18), 상기 격벽(40) 및 상기 연소 챔버(30, 32)는 상기 고체상의 가스 생성 재료에 의한 가스가 상기 격벽에 부딪쳐 상기 구멍을 빠져나가기 전에 방향을 전환하도록 요하는 위치 관계에 있는
    팽창기.
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