KR100434586B1 - 스템프 나침반 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스템프 나침반에 관한 것으로서, 양측면에 안내장공이 형성되며 하단 내측 중심에 인쇄공이 형성된 밑받침을 갖는 외형틀과, 양측단이 안내장공을 통해 외부로 돌출된 안내바가 형성되며 중심측에 결합공을 갖는 중심축받침과, 하단이 중심축받침의 상단에 접촉되는 투명한 재질의 나침반뚜껑과, 중심축받침을 상측으로 탄발시키는 탄발스프링과, 중심축받침의 결합공 내주연에 장착되는 볼베어링과, 상단부에 핀공이 형성되어 상단에 삽입홈이 형성된 자침끼우개의 하단이 체결핀에 의해 핀결합되며 하단부에 결합요부가 형성되어 자유롭게 회동되는 회동중심축과, 회동중심축의 하단 결합요부에 끼움결합되고 내측에는 잉크가 충진되며 그 하단에 잉크가 묻혀져 인쇄되는 인쇄부를 갖는 만년도장 및 자침끼우개의 삽입홈에 고정되는 자석을 구비하여 손쉽게 유실되는 쇳가루의 필요없이 자기장 방향을 정확하게 기록할 수 있고, 자기장 방향을 쉽게 확인할 수 있으며, 자기력선의 성질을 쉽게 이해할 수 있고, 재미있게 자기장 실험을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

스템프 나침반{stamp compass}

본 발명은 스템프 나침반에 관한 것으로서, 손쉽게 유실되는 쇳가루의 필요없이 자기장 방향을 정확하게 기록할 수 있게 되고, 자기장 방향을 쉽게 확인할 수 있으며, 자기력선의 성질을 쉽게 이해할 수 있고, 재미있게 자기장 실험을 할 수 있게 되는 스템프 나침반에 관한 것이다.

일반적으로, 나침반(羅針盤, compass)은 방위를 알 수 있도록 만든 기구로, 나침의(羅針儀) 또는 컴퍼스라고 한다. 지구의 자기(磁氣)를 이용하여 자침(磁針)으로 방위를 지시하는 자기나침반(마그네틱 컴퍼스)과, 자이로스코프를 응용하여 지북성(指北性)을 가지는 전륜(轉輪)나침반(자이로컴퍼스)의 2종류가 있다.

동양에서는 자침을 지남철(指南鐵) 또는 지남차(指南車)라고 하였는데, 자침이 대략 남북을 지시하고 그 남북 방향이 진남북(眞南北)과 약간 다르다는 것을 최초로 기술한 것은 11세기 중국 송나라 사람 심괄(沈括)의 《몽계필담(夢溪筆談)》이다. 그 당시 중국에서는 자침을 가벼운 갈대 또는 나무 등에 붙여서 물에 띄워 주택의 방향을 보는 데 사용하였다. 심괄은 명주실에 자침을 달아매어 사용하는 방법도 기술하고 있다. 그리고 방향을 더욱 상세히 알기 위하여 24방위로 분할하였다. 바다를 항해할 때 자침을 사용한 것은 심괄의 시대 이후이다. 아랍의 선원이 자침을 항해에 사용하는 기술을 유럽에 전달하였으며, 이것을 계기로 전세계에 보급되었다.

자기나침반의 자침은 약 1,000년 전 중국에서 처음으로 제작되었으며, 1302년 이탈리아의 조야가 현재와 같은 모양의 나침반을 만들었다고 한다. 자기나침반에는 건식(乾式)과 액체식(液體式)이 있다. 건식은 속이 빈 컴퍼스볼(compass bowl) 안에 종이로 만든 컴퍼스카드(compass card)를 지축(支軸) 위에 올려놓은 원시적인 것인데, 19세기 후반 영국의 켈빈이 발명한 것이 널리 사용되고 있다. 액체식은 알코올과 증류수를 넣은 컴퍼스볼 안에 경금속제의 컴퍼스카드를 뜨게 한 것인데, 현재는 이것이 주로 사용되고 있다. 자기나침반의 결점은 지구의 자축(磁軸)과 자축이 일치하지 않음으로써 생기는 오차인 편차(偏差)나, 선체의 자기장(磁氣場)과 나침반의 자침과의 상관오차(相關誤差)인 자차(自差)를 수정하지 않으면 진방위(眞方位)를 얻을 수 없다는 것과, 위도가 높은 지역에서는 지력(指力)이 약화된다는 점이다.

전륜나침반은 자이로의 원리를 응용한 것으로 자이로컴퍼스라고도 한다. 고속으로 회전하는 자이로스코프의 축에 추를 달면, 지구의 자전에 영향을 받아 자이로스코프의 축은 자동적으로 지구의 자전축, 즉 진북방향(眞北方向)을 지시하게 된다. 이 진북을 지시하는 힘이 강하므로, 상당히 고위도지역의 항해에도 사용할 수 있으며, 자기나침반과 같은 편차도 없다. 또 배가 철강이기 때문에 생기는 자차도 발생하지 않는다. 프랑스의 물리학자 J.B.L.푸코의 팽이에 의한 지구자전의 관측이 단서가 되어, 1906년에 독일인 H.안쉬츠가 창안하였다. 이어서 미국인 E.A.스페리는 스페리식을, 영국인 S.G.브라운은 브라운식을 발명하여 현재 이 세 가지가 세계에 널리 보급되어 있다. 전륜나침반이 실용화된 것은 1911년이지만, 한국에 도입된 것은 1945년 광복 이후이며, 현재 대형 선박은 거의 전륜나침반을 사용하고 있다. 자기나침반에 비해서 장점이 있다는 것은 위에서 설명한 바 있으나, 법규에 의하여 선박의 원기나침의(原基羅針儀)로서는 자기나침반을 장치하도록 규정되어 있다.

이런 나침반 중에서 학생들의 학습용으로 사용되는 것은 직사각형의 막대자석이나 원형자석으로, 학습교재로서 사용할 때에는 자석의 자장에 따른 그 모양과 형태가 어떻게 형성되는 지를 알기 위해서 자장에 반응하는 많은 양의 쇳가루를 구입하여 자석의 주위에 흩뿌리면 자석의 자력에 의해 형성된 주변의 자기력선을 따라 쇳가루가 변화된 모양을 보고 자기장내에 분포된 자기력선의 모양을 관찰할 수 있었다.

자기장에 놓인 종이 위에 쇳가루를 뿌려 가볍게 두드리면 자기력선을 따라 쇳가루가 배열된다. 선의 방향은 공간의 각 점에서 자기장 방향과 평행하며, N극에서 S극으로 뻗는다.

자기력선이 밀집해 있는 곳일수록 자기장이 센데, 자석의 N극에서 자하(磁荷) m(CGS전자기단위)에 비례하는 4πm개의 자기력선이 생겨 S극으로 4πm개가 들어간다고 가정하면, 자기력선에 수직인 임의의 단위면적(1㎠)을 통과하는 자기력선의 수는 그대로 자기장의 세기(단위 Oe)가 된다.

전기력선과 마찬가지로 자기장 안의 임의의 점에서 자기력이 작용하는 방향은 하나밖에 없으므로, 자기력선은 도중에서 분기하거나 2개의 자기력선이 만나는 일은 없다. 또한 양극에서 나온 자기력선은 반드시 음극에서 끝나며, 도중에서 소멸되거나 발생하지 않는다.

그러나, 이렇게 쇳가루를 이용한 자석 자기력선의 관찰학습은 많은 양의 쇳가루를 필요로 하는 바, 쇳가루는 쉽게 구입하거나 얻기가 쉽지 않고 사용중 바람 등에 의한 외부 충격에 손쉽게 유실될 수 있는 것이기 때문에 사용이 불편한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 손쉽게 유실되는 쇳가루의 필요없이 자기장 방향을 정확하게 기록할 수 있게 되고, 자기장 방향을 쉽게 확인할 수 있으며, 자기력선의 성질을 쉽게 이해할 수 있고, 재미있게 자기장실험을 할 수 있게 되는 스템프 나침반을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상단 내주연이 좁게 형성되고 상단하부의 대응되는 양측면에 길이방향으로 안내장공이 형성되며 하단에 한몸으로 결합되어 몸체를 지지하는 판체로 내측 중심에 인쇄공이 형성된 밑받침을 갖는 외형틀과;

외형틀의 상단 하부 내주연에 삽입되어 승강되고 양측단이 안내장공을 통해 외부로 돌출된 안내바가 형성되며 중심측에 결합공을 갖는 중심축받침과;

외형틀의 상단 내주연에 승강가능하도록 위치되어 하단이 중심축받침의 상단에 접촉되는 투명한 재질의 나침반뚜껑과;

외형틀의 내주연에서 중심축받침과 밑받침사이에 장착되어 중심축받침을 상측으로 탄발시키는 탄발스프링과;

중심축받침의 결합공 내주연에 장착되는 볼베어링과;

볼베어링의 내주연에 고정되게 축설되고 상단부에 핀공이 형성되어 상단에 삽입홈이 형성된 자침끼우개의 하단이 체결핀에 의해 핀결합되며 하단부에 결합요부가 형성되어 자유롭게 회동되는 회동중심축과;

회동중심축의 하단 결합요부에 끼움결합되고 내측에는 잉크가 충진되며 그 하단에 잉크가 묻혀져 인쇄되는 인쇄부를 갖는 만년도장 및

회동중심축 자침끼우개의 삽입홈에 삽입되어 고정되는 자석을 구비하는 특징을 갖는다.

상기 만년도장의 상부 일측에는 내측으로의 유입은 가능하나 외부로의 유출을 차단하는 일방향밸브가 장착되어 수시로 잉크를 충전시킬 수 있는 충전공이 형성되는 특징을 갖는다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 모습을 보인 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예로, 회동중심축의 모습을 보인 분리사시도,

도 3a는 본 발명 일 실시예로, 자석에 의해 회동중심축이 회동되는 모습을 보인 작동상태 측단면도,

도 3b는 본 발명 일 실시예로, 자석의 회동이 정지된 후 사용자가 나침반뚜껑을 하측방향으로 누르는 모습을 보인 측단면도,

도 3c는 본 발명 일 실시예로, 만년도장에 의해 지면에 도장을 찍은 후 탄발스프링에 의해 중심축받침이 탄발되어 원위치된 모습을 보인 측단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 스템프 나침반 10,10a : 자석

12 : 지지대 20 : 만년도장

21 : 충전통 22 : 인쇄부

24 : 충전공 25 : 일방향밸브

26 : 잉크 30 : 회동중심축

31 : 핀공 32 : 결합요부

34 : 체결핀 36 : 자침끼우개

37 : 삽입홈 38 : 슬라이딩링

39 : 체결공 40 : 볼베어링

42 : 볼 50 : 탄발스프링

60 : 중심축받침 62 : 결합공

64 : 안내바 70 : 외형틀

72 : 밑받침 73 : 인쇄공

74 : 안내장공 80 : 나침반뚜껑

90 : 화살표모양

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 모습을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예로, 회동중심축의 모습을 보인 분리사시도이며, 도 3a는 본 발명 일 실시예로, 자석에 의해 회동중심축이 회동되는 모습을 보인 작동상태 측단면도이고, 도 3b는 본 발명 일 실시예로, 자석의 회동이 정지된 후 사용자가 나침반뚜껑을 하측방향으로 누르는 모습을 보인 측단면도이며, 도 3c는 본 발명 일 실시예로, 만년도장에 의해 지면에 도장을 찍은 후 탄발스프링에 의해 중심축받침이 탄발되어 원위치된 모습을 보인 측단면도이다.

본 고안의 스템프 나침반(1)은 외형틀(70)과, 외형틀(70)의 내주연에서 승강되는 중심축받침(60)과, 중심축받침(60)을 상측으로 탄발 복원시키는 탄발스프링(50)과, 중심축받침(60)의 중심에서 회동중심축(30)을 자유롭게 회동시키는 볼베어링(40)과, 볼베어링(40) 내주연에서 자석(10)(10a)의 자력에 의해 자유롭게 회동되는 회동중심축(30)과, 회동중심축(30)의 하단에 결합되어 충전된 잉크(26)에 의해 인쇄부(22)로 잉크(26)가 묻어나는 만년도장(20)과, 회동중심축(30)의 상단에 끼움결합되는 자석(10)(10a)과, 외형틀(70) 상단 내주연에 위치되어 하단이 중심축받침(60)의 상단에 고정되고 자석(10)(10a)에로의 외부근접을 차단시키는 투명한 재질의 나침반뚜껑(80)으로 구성된다.

외형틀(70)은 합성수지 재질로, 원통형 또는 각통형으로 구성시킬 수 있고, 상단 내주연은 중심부 내주연보다 좁게 형성되며, 상단하부의 양측면에는 서로 대응되어 길이방향으로 형성된 안내장공(74)을 갖고, 하단에 한몸으로 결합되어 몸체를 지지하는 판체로 내측 중심에 만년도장(20)이 승강되는 인쇄공(73)이 형성된 밑받침(72)으로 구성된다.

중심축받침(60)은 금속 또는 합성수지 재질로 구성되어, 외형틀(70)의 상단 하부 내주연에 삽입되어 탄발스프링(50)에 의해 승강 복원되는 것으로, 양측단이 안내장공(74)을 통해 외부로 돌출된 안내바(64)를 갖고, 중심측에 볼베어링(40)이 장착 고정되는 결합공(62)이 상하방향으로 형성된다.

탄발스프링(50)은 금속재질로, 외형틀(70)의 내주연에서 중심축받침(60)과 밑받침(72)사이에 장착되어 중심축받침(60)을 상측으로 탄발시켜 복원시키는 것이다.

볼베어링(40)은 다수 개의 볼(42)이 장착되어 회동중심축(30)의 회동을 자유롭게 유도하는 것으로, 중심축받침(60)의 결합공(62) 내주연에 장착 고정된다.

회동중심축(30)은 금속 또는 합성수지 재질로 이루어진 것으로, 가능한 가벼운 재질로 구성시키는 것이 바람직하고, 볼베어링(40)의 내측에서 자석(10)(10a)의 자력에 의해 자유롭게 회동되는 것으로, 볼베어링(40)의 내주연에 고정되게 축설되고, 상단부에 핀공(31)이 형성되어 상단에 삽입홈(37)이 형성된 자침끼우개(36)의 하단이 체결핀(34)에 의해 핀결합되며, 하단부에 결합요부(32)가 형성된다.

만년도장(20)은 합성수지 재질의 충전통(21)과 고무재질의 인쇄부(22)로, 내측에 충진된 잉크(26)에 의해 계속적으로 인쇄부(22)에 잉크(26)가 묻는 것인 바, 회동중심축(30)의 하단 결합요부(32)에 끼움결합되어 내측에는 잉크(22)가 충전되는 충전통(21)을 갖고, 충전통(21) 일측에는 일방향밸브(25)를 갖는 충전공(24)을 갖으며, 충전통(21) 하단에는 잉크(26)가 묻혀져 인쇄되는 인쇄부(22)가 형성된다.

자침끼우개(36)는 하단에 체결공(39)을 갖는 슬라이딩링(38)이 형성되어 회동중심축(30)의 상단에 끼워져 체결핀(34)에 의해 핀공(31)의 연장선상에 체결공(39)을 일치시켜 체결고정시키며, 상단에는 내측에 삽입홈(37)이 형성되어 자석(10)(10a)이 결합 고정된다.

자석(10)(10a)은 회동중심축(30) 자침끼우개(36)의 삽입홈(37)에 삽입되어 고정되는 것으로, 하나의 막대자석을 사용할 수도 있으나, 회동중심축(30)의 회동을 원활하게 하기 위해서 무게가 가벼운 두개의 자석(10)(10a)을 금속재질인 지지대(12)의 양단에 각각 고정시킴이 바람직하다.

외형틀(70)의 상단 내주연에 승강가능하게 위치된 투명한 재질의 나침반뚜껑(80)은 하단이 중심축받침(60)의 상단에 고정되면서 내측에서 회동되는 자석(10)(10a)을 외부의 접근으로부터 근본적으로 차단시킨는대, 나침반뚜껑(80)의 하단은 중심축받침(60)과 고정되지 않고 외형틀(70) 내주연에서 손쉽게 분리되지 않도록 구성시킬 수도 있다.

이와 같은 본 발명의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.

막대자석(도시않음)의 주위에 발생되는 자기력선의 방향을 관찰하기 위해서사용자는 본 발명의 스템프 나침반(1)을 막대자석 위치된 주변부위의 지면에 위치시키면, 도 3a와 같이, 막대자석의 자기장 내에서 자력의 영향을 받은 자석(10)(10a)은 회동중심축(30)을 축으로 볼베어링(40) 상에서 회동되면서 자기력선의 방향에 따라 일직선상으로 멈추게 된다.

이때, 사용자는 스템프 나침반(1)의 외형틀(70) 상측으로 돌출된 나침반뚜껑(80)을 하측방향으로 눌러서 나침반뚜껑(80) 하단이 중심축받침(60)을 외형틀(70) 내측면에서 하강시키면, 중심측받침(60)의 안내바(64)는 외형틀(70)의 안내장공(74)내에서 회동되지 않게 안내받아 직하방으로 하강하면서 도 3b와 같이, 회동중심축(30) 하단에 결합된 만능도장(20)의 하단부의 인쇄부(21)를 바닥면의 지면과 접촉시켜 인쇄부(22)에 표기된 화살표모양(90)을 지면상에 찍게 된다.

인쇄부(22)의 화살표모양(90)은 자석(10)(10a)의 N극방향과 일직선상으로 형성되어 자기력선의 방향을 지면상에 선명하게 표시하게 된다.

그 다음, 사용자가 손으로 누르고 있는 나침반뚜껑(80)에서 손을 떼어 놓으면 나침반뚜껑(80)과 중심축받침(60)은 도 3c와 같이, 탄발스프링(50)의 탄발력에 의해 상승되어 원위치로 복귀된다.

이렇게 외형틀(70) 내에서 중심축받침(60)을 하강시켜 만능도장(20)에 의해 찍혀진 화살표모양(90)을 막대자석 주변부위의 다수 곳에 형성시킴으로써 보다 뚜렷한 자기력선의 방향을 관찰할 수 있게 된다.

사용중 만년도장(20)의 잉크(26)가 떨어지면 사용자는 주사기 등의 기구를 이용하여 잉크(26)를 충전통(21) 일측의 충전공(24)을 통해 잉크(26)를 보충시키면된다.

사용중 만년도장(20)을 옆으로 기울여도 충전통(21)의 충전공(24) 내측에 형성된 일방향밸브(25)에 의해 충전통(21) 내부의 잉크(26)는 외부로 유출되지 않게 되고, 충전통(21)에서 유출된 잉크(26)의 양만큼 충전공(24)을 통해 외부 공기가 내부로 원활하게 유입되기 때문에 잉크(26)는 충전통(21)에서 미세한 통로를 통해 하단의 인쇄부(22)로 원활하게 공급되어 인쇄부(22)를 적시게 된다.

이런 본 발명의 스템프 나침반(1)은 막대자석 주변의 자기장, N극과 S극 사이의 자기장, N극과 N극 사이의 자기장, S극과 S극 사이의 자기장, 평행한 자극 사이의 자기장에서의 자기력선 방향을 관찰하고, 자기력선은 끊어지지 않고 교차하지도 않는 것을 손쉽게 관찰 할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은 손쉽게 유실되는 쇳가루의 필요없이 자기장 방향을 정확하게 기록할 수 있게 되고, 자기장 방향을 쉽게 확인할 수 있으며, 자기력선의 성질을 쉽게 이해할 수 있고, 재미있게 자기장 실험을 할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상단 내주연이 좁게 형성되고 상단하부의 대응되는 양측면에 길이방향으로 안내장공(74)이 형성되며 하단에 한몸으로 결합되어 몸체를 지지하는 판체로 내측 중심에 인쇄공(73)이 형성된 밑받침(72)을 갖는 외형틀(70)과;

   외형틀(70)의 상단 하부 내주연에 삽입되어 승강되고 양측단이 안내장공(74)을 통해 외부로 돌출된 안내바(64)가 형성되며 중심측에 결합공(62)을 갖는 중심축받침(60)과;

   외형틀(70)의 상단 내주연에 승강가능하도록 위치되어 하단이 중심축받침(60)의 상단에 접촉되는 투명한 재질의 나침반뚜껑(80)과;

   외형틀(70)의 내주연에서 중심축받침(60)과 밑받침(72)사이에 장착되어 중심축받침(60)을 상측으로 탄발시키는 탄발스프링(50)과;

   중심축받침의 결합공 내주연에 장착되는 볼베어링(40)과;

   볼베어링(40)의 내주연에 고정되게 축설되고 상단부에 핀공(31)이 형성되어 상단에 삽입홈(37)이 형성된 자침끼우개(36)의 하단이 체결핀(34)에 의해 핀결합되며 하단부에 결합요부(32)가 형성되어 자유롭게 회동되는 회동중심축(30)과;

   잉크(26)가 충진되는 충전통(21)이 회동중심축(30)의 하단 결합요부(32)에 끼움결합되고 충전통(21)의 일측에는 충전시키는 잉크(26)가 외부 유츨되지 않도록 일방향밸브(25)가 장착된 충전공(24)이 형성되며 그 하단에 잉크(26)가 묻혀져 인쇄되는 인쇄부(22)를 갖는 만년도장(20)과;

   회동중심축(30) 자침끼우개(36)의 삽입홈(37)에 삽입되어 고정되는 자석(10)(10a)을 구비함읕 특징으로 하는 스탬프 나침반.
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