[발명의 명칭】

에어백 및 그의 제조 방법

【기술분야】

본 발명은 자동차 전복시 자동차 측면 유리창이나 구조물에 의해 탑승자가 부상당하는 것을 방지하는 에어백 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

【발명의 배경이 되는 기술】

일반적으로 에어백 (ai r bag)은， 주행중인 차량이 약 40 km/h 이상의 속도에서 정면 또는 측면 충돌시， 차량에 가해지는 충돌충격을 층격감지센서에서 감지한 후, 화약을 폭발시켜 에어백 쿠션 내부로 가스를 공급하여 팽창시킴으로써， 운전자 및 승객을 보호하는 장치를 말하는 것이다.

최근 들어， 자동차의 기능성 및 편의성과 더불어 탑승객의 안전에 대한 관심이 높아지면서, 자동차의 사고시 탑승객을 안전하게 보호할 수 있는 안전과 관련된 장치들의 중요성이 점차 증대되고 있는 추세이다. 이러한 안전장치들 중에서， 특히 에어백 시스템은 안전벨트와 함께 사용되어 자동차의 정면충돌이나 측면충돌시 탑승객이 상해를 입는 것을 방지 하는 기능을 수행하고 있다. 한편， 상기 에어백 시스템 중， 특히 자동차의 측면충돌과 관련된 에어백 시스템은 통상 탑승객의 머리부 보호를 위한 커튼 에어백 (Curtain Ai r-Bag)과， 탑승객의 옆구리부 보호를 위한 사이드 에어백 (Side Ai r-Bag)으로 구분되어 사용되고 있다. 여기서， 상기 커튼 에어백은 보통 차실내의 측상단을 따라 설치되어 자동차의 층돌시 커튼식으 전개되는 구조를 취하고 있으며， 상기 사이드 에어백은 도어나 시트 측면에 장착되어 탑승객의 옆구리부가 도어를 비롯한 차체에 직접적으로 부딪혀 상해를 입게 되는 것을 방지하도록 하고 있다.

특히， 사이드 커튼형 ^■ 에어백은 자동차 전복시 탑승자가 자동차 측면 유리창이나 구조물과 층돌하는 것을 방지할 목적으로 자동차 측면 유리창 또는 측면 구조물에 설치하는 에어백을 말하는 것이다. 자동차 정면에 설치되는 통상의 쎄어백은 자동차 충돌시 폭발성 가스에 의해 신속하게 부풀려졌다가 .다시 짧은시간 내에 에어백 내의 가스가 배출되어야만， 에어백에 의해 가해지는 탑승자의 2차 층격을 방지할 수 있고 운전자의 시야도 확보할 수 있었다. 이를 위해 자동차 정면에 설치되는 종래 에어백 대부분에는 공기를 배출하는 구멍이 설치되어 있다. 그러나 사이드 커튼타입의 에어백은 자동차가 전복 또는 구를 경우 자동차의 측면 유리창 또는 측면 구조물로부터 승객의 머리를 보호하는 장치이므로， 자동차가 뒤집혀 구르는 적어도 6초 동안에도 사이드 커튼타입의 에어백이 계속 부풀려 있어 승객의 머리부근을 안전하게 바쳐 주어야 한다. 이를 위해서는 에어백의 봉제부위 및 원단으로부터 가스가 필요 이상으로 새어나가는 일이 없어야 한다. 따라서， 일반적으로 사이드 커튼타입의 에어백에는 공기배출 구멍을 형성하지 않는다.

따라서， 자동차 전복 등의 사고시 탑승자를 안전하게 보호할 수 있을 정도로 우수한 내압유지 성능 및 우수한 에어백 전개 성능이 발휘될 수 있도록 하기 위하여， 즉， 인플레이터 가스가 에어백 쿠션에 효과적으로 전달될 수 있도록 우수한 기계적 물성 및 전개 성능을 갖는 에어백 개발에 대한 연구가 필요하다.

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

본 발명은 차량의 층돌시 인플레이터로부터 분출되는 고온 고압 가스에 의해 에어백 쿠션의 파열을 방지하며 우수한 내압 유지 성능 및 전개 성능을 갖는 에어백을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한， 상기 에어백의 제조 방법을 제공하고자 한다.

【과제의 해결 수단】

본 발명은 기체에 의해 부품성을 갖는 팽창부， 상기 팽창부를 지지하는 비팽창부， 및 상기 팽창부와 비팽창부의 경계를 이루는 접결부를 포함하며, 차량의 충돌시 고압의 가스를 분출하는 인플레이터의 말단부와 상기 접결부 사이에 위치하는 초음파 융착부를 포함하는 에어백을 제공한다. 본 발명은 또한， 기체에 의해 부품성을 갖는 팽창부， 상기 팽창부를 지지하는 비팽창부， 및 상기 팽창부와 비팽창부의 경계를 이루는 접결부를 포함하는 이중직물을 제직하는 단계; 및 상기 이중직물에서 차량의. 층돌시 고압의 가스를 분출하는 인플레이터의 말단부와 상기 접결부 사이에 위치하는 초음파 융착부를 형성하는 단계;를 포함하는 에어백의 제조 방법을 제공한다. ^'

이하， 발명의 구체적인 구현예에 따라 에어백 및 그의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다 . 다만 , 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로， 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며， 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다.

추가적으로， 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함 " 또는 "함유 "라 함은 어떤 구성 요소 (또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소 (또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.

본 발명자들의 실험 결과, . 순간 고온 고압의 인플레이터 전개 상황에서 강한 압력에 대한 층분한 내구성을 보유할 수 있도록 에어백 제조시에 쉽게 파열이 발생되는 접합부 부근에 초음파 융착부를 형성함으로써， 우수한 내구성 및 기계적 물성을 나타내며 에어백 작동시 우수한 전개 성능 및 향상된 안정성을 확보할 수 있음이 밝혀졌다.

이에 발명의 일 구현예에 따라, 본 발명은 소정의 특성을 갖는 초음파 융착부를 포함하는 에어백이 제공된다. 이러한 에어백은 기체에 의해 부품성을 갖는 팽창부， 상기 팽창부를 지지하는 비팽창부， 및 상기 팽창부와 비팽창부의 경계를 이루는 접결부를 포함하며， 차량의 층돌시 고압의 가스를 분출하는 인플레이터의 말단부와 상기 접결부 사이에 위치하는 초음파 융착부를 포함한다.

특히， 본 발명의 에어백은 접합부 부근에 초음파 융착부를 형성함으로써， 우수한 내구성 및 기계적 물성을 나타내며 에어백 작동시 우수한 전개 성능 및 향상된 안정성을 확보하는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파 융착부는 상기 접결부와의 최단거리가 0. 1 내지 30 cm , 바람직하게는 0.5 내지 25 cm , 좀더 바람직하게는 1 내지 20 cm가 될 수 있다. 상기 최단 거리는 융착부 형성에 따른 접결부의 손상을 방지하는 측면에서 0. 1 cm 이상이 될 수 있으며， 에어백 전개시 접결부의 효과적인 보호 기능을 향상시키는 측면에서 30 cm 이하가 될 수 있다.

또한， 상기 초음파 융착부의 폭은 0. 1 내지 2 cm , 바람직하게는 0. 15 내지 1 cm , 좀더 바람직하게는 0.2 내지 0.5 cm가 될 수 있다. 상기 초음파 융착부의 길이는 1 내지 30 cm , 바람직하게는 2 내지 20 cm , 좀더 바람직하게는 3 내지 15 cm가 될 수 있다. 상기 초음파 융착부는 차량의 층돌시 인플레이터로부터 분출되는 고온 고압의 가스로부터 접합부를 보호 성능을 향상시키는 측면에서 폭과 길이는 각각 0.2 cm 이상 및 1 cm 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 초음파 융착부의 폭과 길이는， 자동차 전복이나 층돌시 에어백의 효과적인 전개 단계에서 탈착시 원단 손상을 방지하는 측면에서 각각 0.5 cm 이하 및 30 cm 이하가 될 수 있다. 본 발명의 에어백에서 상기 초음파 융착부는 실선형， 점선형， 곡선형， 지그재그형， 화살촉형， 다선형 등의 형태를 갖는 것이 될 수 있으며， 에어백의 접합부 ( _sea m)의 형상에 따라 다양한 형태로 복합하여 형성될 수도 있다. 한편， 상기 초음파 융착부는 접합부 보호 성능을 향상시키는 측면에서 곡선형， 지그재그형， 화살촉형， 다선형이 바람직하고， 탈착시 원단 손상을 방지하는 측면에서는 실선형， 점선형 등이 바람직하다.

상기 초음파 융착부는 미국재료시험협회규격 ASTM D 1683의 방법으로 측정한 접착강도가 5 내지 50 kgf/ inch , 바람직하게는 10 내지 40 kgf/inch , 좀더 바람직하게는 15 내지 30 kgf/ inch가 될 수 있다. 상기 초음파 융착부의 접착강도는 접합부 보호 효과를 증진시키는 측면에서 5 kgf/inch 이상이 될 수 있으며， 탈착시 원단 손상을 방지하는 측면에서 50 kgf/inch 이하가 될 수 있다.

한편， 본 발명에서 접합부라 함은 자동차용 에어백에 있어서 기체에 의해 부품성을 갖는 팽창부와 상기 팽창부를 지지하는 비팽창부의 사이에서 경계를 이루는 부분을 말하는 것으로， 접합부는 에어백 전개시 부품을 발생시키는 기체를 팽창부에서 빠져 나가지 못하게 하며, 팽창하는 기체의 압력에 견디는 역할을 한다.

먼저， 본 발명의 에어백용 원단은 통상적으로 제직을 통해 형성된 직물이 주로 사용된다. 상기 직물로는 나일론계 원단， 폴리에스테르계 원단， 폴리페닐렌설파이드 (PEN; polyphenylene sul f ide)계 원단， 및 아라미드계 원단으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원단을 포함하는 직물을 사용할 수 _. 있다. 본 발명에서 사용되는 직물의 종류 또한 크게 한정되지는 않으나， 에어백용 원단으로써 요구되는 항목인 저통기성, 고강력， 고내열성， 폴딩성 및 고온-고습에서 장시간 방치될 때의 우수한 인장강력 유지율과 내열노화성 그리고 에어백 전개시 2차 피해를 막는 우수한 자기소화성과 우수한 에너지 흡수성 등을 고려하였을 때， 나일론 66 원단을 사용하는 것이 바람직하다. 또한， 상기 원단에는 필요에 따라， 내열 향상제， 산화 방지제， 난연제， 및 대전 방지제 등을 포함할 수도 있다.

상기 에어백용 원단에 사용되는 원사로는 총섬도가 210 내지 840 데니어， 바람직하게는 315 내지 525 데니어이며， 필라멘트 수는 60 내지 200 , 바람직하게는 60 내지 150이며， 인장강도는 7.0 내지 10.0 g/d , 바람직하게는 8.2 내지 9.5 g/d이며， 열수축율은 &~Ί% 수준인 것을 사용할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 에어백용 원단은 통상적인 방법으로 위사 및 경사의 비밍 (beaming) , 제직， 정련， 및 텐터공정을 거쳐 제조된 것을 사용할 수 있다. 특히， 사상기 원단은 일체형 직조 방식 (OPW , One Pi ece Woven)으로 분리된 두 개층의 직물을 동시에 직조하며 상기의 두 개 층의 직물이 접결점에 의해 부분적으로 접결되어 있는 이중직물을 사용할 수 있다. 이러한 이중직물， 즉， 공기와 같은 기체에 의한 부품성이 있는 직물은 분리된 2개층의. 직물과 이 2개층의 직물간의 접결점을 가지고 있다. 접결점에 의해 폐쇄된 계를 가지는 직물은 각 단일층이 공기 등에 의해서 급격히 팽창할 때 두 개의 층을 견고하게 결속시키는 역할을 하며 두 개의 층이 이어지는 부분의 기체의 유출현상이 없어야 한다. 이를 위하여， 이중직물에서 접결부분의 조직으로 3X3 바스켓직이나 2X2 바스켓직을 주로 사용될 수 있다. 또한， 상기 접결부를 경계로 하는 비팽창부는 상기 팽창부를 지지하기 위한 것으로， 접결점을 중심으로 분리된 2개층의 이중직물부 형태가 유지되거나 평직 형태의 조직 등이 사용될 수 있다

상기 에어백용 원단은 외부의 인장력에 대하여 신장의 저항력이 높은 평직을 직물층으로 사용하며， 동시에 직조된 팽창부의 윗면 및 아랫면 직물층을 각각 상이한 조직으로 제직함으로써， 이와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 바람직하기로는， 상기 팽창부에서ᅳ동시에 직조된 윗면 및 아랫면 직물층의 커버팩터 값이 하기 계산식 1에 의해 1 , 900 이상의 고밀도 제직에 의하여 공기주머니의 기밀성을 더욱 좋게 할 수 있다. 상기에서 커버팩터가 1 , 900 미만일 때는 공기팽창시 공기가 외부로 쉽게 배출되는 문제가 발생할 수도 있다.

[계산식 1] 커버팩 E CF) = ¾사¾도 X Ϊ경 섬도+위사일도 X I위시섬도 특히， 상기 에어백용 원단의 제직 밀도는， 즉， 경사밀도 및 위사밀도는 각각 80 본 /인치 이하 또는 40 내지 80 본 /인치 (th/inch) , 바람직하게는 75 본 /인치 이하 또는 45 내지 75 본 /인치， 좀더 바람직하게는 72 본 /인치 이하 또는 49 내지 72 본 인치가 될 수 있다. 상기 팽창부 직물층의 제직 밀도는 제직 생산 효율 측면에서 80 본 /인치 이하가 될 수 있다. 또한， 경사섬도 및 위사 섬도는 각각 210 내지 840 데니어, 바람직하게는 ₃₁₅ 내지 525 데니어가 될 수 있다. 한편， 본 발명의 다른 구현예에 따라， 상술한 바와 같은 에어백을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 에어백은 기체에 의해 부품성을 갖는 팽창부， 상기 팽창부를 지지하는 비팽창부， 및 상기 팽창부와 비팽창부의 경계를 이루는 접결부를 포함하는 이중직물을 제직하는 단계 ; 및 상기 이중직물에서 차량의 충돌시 고압의 가스를 분출하는 인플레이터의 말단부와 상기 접결부 사이에 위치하는 초음파 융착부를 형성하는 단계 ;를 포함한다.

본 발명의 에어백을 제조함에 있어서， 상기 초음파 융착부의 형성 단계는 주파수 15 내지 25 kHz의 초음파를 사용하여 수행할 수 있다. 상기 초음파의 주파수는 바람직하게는 18 내지 23 kHz , 좀더 바람직하게는 19 내 _. 지 21 kHz가 될 수 있다. 상기 초음파의 주파수는 에어백용 원단에서 초음파 융착부의 접착 강도를 향상시키는 측면에서 15 kHz 이상이 될 수 있으며, 탈착시 원단의 손상을 방지하는 측면에서 25 kHz 이하가 될 수 있다. 또한， 상기 초음파 융착부의 형성 단계는 프레스 가압력 30 내지 60 ps i , 바람직하게는 35 내지 55 psi , 좀더 바람직하게는 40 내지 50 psi의 조건 하에서 수행할 수 있다. 상기 초음파 프레스 압력은 상기 융착부가 층분한 접착 강도를 확보하는 측면에서 30 ps i 이상이 될 수 있으며， 탈착시 원단의 손상을 방지하는 측면에서 60 ps i 이하가 될 수 있다.

상기 초음파 융착부 형성 단계는 융착 시간 0.25 내지 6 초 (sec) , 바람직하게는 0.5 내지 5 초, 좀더 바람직하게는 0.75 내지 4 초로 수행할 수 있다. 상기 초음파 융착 시간은 상기 융착부가 층분한 접착 강도를 향상시키는 측면에서 0.25 초 이상으로 수행할 수 있으며, 탈착시 원단의 손상을 방지하는 측면에서 6 초 이하로 수행할 수 있다.

또한， 본 발명의 또 다른 구현예에 따라， 상술한 바와 같은 에어백을 포함하는 에어백 시스템이 제공된다. 상기 에어백 시스템은 관련 업자들에게 잘 알려진 통상의 장치를 구비할 수 있다. 상기 커튼 에어백 (Curtain Ai rbag)은 자동차 측면층돌이나 전복사고시 승객을 보호하게 된다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로， 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

【발명의 효과】

본 발명에 따르면， 일체형 직조 방식으로 동시에 직조되는 2개의 분리된 직물층에서 특정 위치에 초음파 융착부를 형성함으로써， 에어백 전개시 쉽게 파열이 발생하는 접합부의 내구성을 현저히 향상시킬 수 있다. 【도면의 간단한 설명】 ^'

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 초음파 융착을 적용한 에어백 쿠션을 나타낸 모식도이다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 에어백 내압의 측정 장치를 나타낸 개략도이다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나， 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예 1~4

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건 하에서， 자카드직기에서 일체형 직조 방식 (OPW, One Pi ece Woven)으로 사이드 커튼형 타입의 에어쌕을 제조하였다.

특히， 도 1에 도시한 바와 같은 실선형의 형태로 차량의 층돌시 고압의 가스를 분출하는 인플레이터의 말단부와 상기 접결부 사이에 위치하는 초음파 융착부를 형성하였다. 비교예 1

하기 표 1에 나타낸 바와 같이， 별도의 초음파 융착부를 형성하지 않은 것을 제외하고는， 실시예 1과 동일한 방법으로 자카드직기에서 일체형 직조 방식 (OPW, One Piece Woven)으로 사이드 커튼형 타입와 에어백을 제조하였다. 비교예 2

하기 표 1에 나타낸 바와 같이， 원사 섬도를 달리하고 별도의 초음파 융착부를 형성하지 않은 것을 제외하고는， 실시예 3과 동일한 방법으로 자카드직기에서 일체형 직조 방식 (OPW, One Pi ece Woven)으로 사이드 커튼형 타입의 에어백을 제조하였다. 실시예 1~4 및 비교예 1~2에 따라 제조된 에어백에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성 평가를 측정하고， 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 1) 내압 평가

상기 실시예 1~4 및 비교예 1~2의 에어백용 원단을 사용하여 사이드 커튼 타입으로 차량용 에어백을 제조하여, 별도의 에이징 없이 상은 조건 하에서 에어백 내압 유지 성능을 다음과 같은 방법으로 측정하였다.

먼저， 도 2에 나타낸 바와 같이， 공기 (Air )로 16 bar의 질소압축가스를 순간적으로 주입하여 에어백을 전개시킨 후에, 에어백 내압의 변화를 시간별로 관찰하여， 순간압력 주입시 최대압력 및 6초 경과후의 에어백 내압을 각각 측정하였다ᅳ

2) 융착유무평가

융착부위를 직접 당겨보고 융착 유무를 평가하고， 접합부인 Seam과 동일하게 접합되어 있는 경우 융착이 발생한 것으로 나타내었으며 ( "유"로 표시)， 접합되지 않고 분리되는 경우 융착 미발생한 것으로 나타내었다 ( "무"로 표시) . 3) 탈착시 손상유무평가

융착 부위를 시각적으로 관찰하여 탈착시 손상 유무를 평가하고， 탈착부위에 손상으로 인한 홀이 발생한 경우 탈착시 손상이 발생한 것으로 나타내었으며 ( "유 "로 표시)， 홀이 없는 경우 탈착시 손상이 미발생한 것으로 나타내었다 ( "무"로 표시) .

4) 쿠션 접합부 (seam) 손상유무 평가

에어백 전개 후 접합부 (seam) 부위를 시각적으로 관찰하여 쿠션 접합부 (seam) 부위 손상 유무를 평가하고, 접합부 (seam) 부위의 조직이 벌어지거나 조직내 원사가 찢어진 경우 쿠션 접합부 ( seam) 부위 손상이 발생한 것으로 나타내었으며 ( "유"로 표시)， 전개 전과 동일하게 조직에 어떠한 변화도 없는 경우 쿠션 접합부 ( seam) 부위 손상이 미발생한 것으로 나타내었다 ( "무 ¹ '로 표시) .

【표 1】

구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 원사종류 Nylon Nylon PET PET Nylon PET 경사섬도 (de) 420 420 420 420 420 500 위사섬도 (de) 420 420 420 420 420 500 경사밀도 ( th/ inch) 57 57 57 57 57 57 위사밀도 ( th/ inch) 49 . 49 49 49 49 49 코팅량 (gsm) 75 75 75 75 75 75 초음파 가 z「안ᄇ ᄀ 50 50 50 50 ― 융착 (psi)

조건 DELAY(sec) 0.5 0.5 0.5 0.5 -

HOLD(sec) 0.5 0.5 0.5 0.5 - -

TIME(sec) 0.75. 1 0.5 1 - - 접착강도 (kgf) 26.29 24.07 10.38 13.12 - - 내압 Max. (Kpa) . 59.6 56.6 64.8 ' 64.7 56.6 66.7 평가 6초후 52.5 44.7 49.0 47.7 38.6 . 32.5 (N ₂ gas) 내압 (Kpa)

ᄋ 1— o o ᄋ ᄋ o

"Θ ^"3 ! ΤΓ ΤΓ ΤΓ ΤΓ Γ - ― 탈착시 손 ^' 상유무 - - 쿠션 seam 부위 ᄋ ᄋ

ΤΓ Γ

손상 유무

(인플레이터)

상기 표 1에 나타난 바와 같이， 본 발명에 따른 실시예 1~4의 에어백은 인플레이터를 이용하여 전개시 손상이 발생하는 접합부 부근에 효과적으로 초음파 융착부를 형성되었으며， 에어백 전개시 융착 부위의 탈착으로 인한 원단의 어떠한 손상도 나타나지 않았다. 그리고， 에어백 전개시 발생하는 기체가 접결부와 층돌하기 전에 융착되어 있는 부위와 먼저 충돌하여 층격을 완화시켜 층격으로부터 접결부를 보호하여 손상이 발생하지 않도록 하고 이로 인해 쿠션 내부의 압력을 오랫동안 유지할 수 있게 하는 등 우수한 특징을 갖는 것을 알 수 있다.

반면에, 기존의 방법에 따라 초음파 융착을 하지 않은 비교예 1~ ₂ 의 경우에 인플레이터로 전개시 접결부에 손상이 발생하였음이 확인되었으며， 이에 따라 자동차 전복 등의 사고시 탑승자를 안전하게 보호할 수 있을 정도로 우수한 내압유지 성능 및 우수한 에어백 전개 성능이 발휘될 수 없는 문제가 발생할 수 있다.