KR100439180B1 - 자기식 플로어 힌지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출입문의 바닥면에 설치되어 출입문의 개폐속도를 일정하게 유지시키는 플로어 힌지를 개시한 것으로, 힌지 작동부와 자기 작동부로 구분되어 힌지 작동부의 일단에 가이드 레일이 설치되는 설치 브라켓과; 가이드 레일 상에 직선운동 가능하도록 설치되는 이송판과; 이송판과 설치 브라켓 사이에 이송판의 운동방향으로 설치되는 압축 스프링과; 이송판 상부에 회동가능하도록 설치되어 출입문의 힌지축과 결합되어 회동하는 주축 캠과; 주축 캠의 캠 형상면과 접촉되는 이송판의 일단에 설치되는 롤러와; 설치 브라켓의 자기 작동부 일단에 회전가능하도록 설치되는 디스크와; 디스크의 상하면으로 반발력을 발생시킬 수 있도록 영구자석이 부착되어 설치 브라켓의 자기 작동부에 설치되는 요크와; 주축 캠의 저속회전 운동을 디스크의 고속회전운동으로 전달할 수 있도록 주축 캠의 회전축과 디스크의 회전축 사이에 설치되는 복수의 기어가 내장된 기어박스를 포함한다.

따라서, 본 발명은 자기식 댐퍼를 플로어 힌지에 적용하여 비접촉식으로 감쇠력을 발생시켜 마찰력을 제거하였으며 기온 변화에도 출입문의 일정한 개폐속도를 유지할 수 있다.

Description

자기식 플로어 힌지{MAGNETIC FLOOR HINGE}

본 발명은 출입문의 개폐 속도를 일정하게 유지할 수 있는 플로어 힌지에 관한 것으로, 더욱 상게하게는 자기식 댐퍼를 이용하여 비접촉식으로 된 자기식 플로어 힌지에 관한 것이다.

플로어 힌지는 각종 출입문의 바닥면에 설치되어 출입문이 완만한 속도로 열리고 닫힐 수 있도록 완충력을 부여하는 출입문 보조장치이다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 플로어 힌지는 도 1에 도시된 바와 같이, 유압식 플로어 힌지로서, 본체(1), 피스톤(2), 압축 스프링(3), 이송판(4), 로드(5), 핀(6) 및 캠(7)으로 이루어져 있다. 두 개의 이송판(4) 사이에는 두 개의 핀(6)과 로드(5)가 연결되어 있으며 로드(5)의 일단이 피스톤(2)에 고정되어 이송판(4), 핀(6), 로드(5) 및 피스톤(2)이 일체로 움직인다. 압축 스프링(3)의 일단은 피스톤(2)에 고정되며 다른 끝단은 본체(1)의 내부에 고정된다. 본체(1) 내부는 힌지 작동부(8)와 유압 작동부(9)로 구분되며, 유압 작동부(9)에는 오일이 충진되어 있으며, 밀폐된 구조를 이루고 있다. 유압 작동부(9) 일단에는 피스톤(2)의 직진운동에 따라 서로 반대로 개폐되는 한 쌍의 오리피스(10, 11)가 형성되어 있다.

이와 같이, 구성된 종래의 유압식 플로어 힌지는 출입문을 열게되면 출입문의 회전축에 연결된 캠(7)이 회전운동을 하며 캠(7)에 맞닿아 있는 핀(6)이 직선운동을 한다. 핀(6)이 직진운동을 함에 따라 로드(5)와 연결된 피스톤(2)이 직진운동을 하게 압축된다. 이때 피스톤(2)에 의해 한 쌍의 오리피스(10,11)가 개폐되면서오일이 압축된 유압 작동부의 고압 영역에서 부압이 형성된 저압 영역으로 한 쌍의 오리피스(10, 11)를 통해 흐르면서 감쇠력을 발생시킨다. 이와 같이 발생된 감쇠력은 직진하는 피스톤(2)의 이동속도를 감소시켜 출입문이 열리거나 닫힐 때 일정한 속도로 서서히 열리거나 닫히도록 한다. 압축 스프링(3)은 출입문이 열릴 때 피스톤(2)의 전진이동에 의해 압축되었다가 출입문에 가해지는 힘이 없더라도 압축 스프링(3)의 복원력에 의해 피스톤(2)을 후퇴시켜 출입문이 닫히도록 한다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 유압식 플로어 힌지는 캠(7)이 핀(6)을 밀 때 캠(7)의 회전중심축을 기준으로 핀(6)에 토크를 발생시키므로 피스톤(2)이 본체(1) 내벽에 밀착하도록 하는 외란을 발생시킨다. 이로 인해 피스톤(2)과 본체(1) 내벽 사이에 마모가 발생하게 된다. 피스톤(2)과 본체(1)의 내벽 사이에 마모로 인한 오일 리크(leak)가 발생되면 유압 작동부의 감쇠력이 저하되어 출입문의 개폐속도가 설계된 속도보다 더 빠르게 닫혀지거나 더 쉽게 열려지는 문제가 생긴다.

또한, 종래의 압축 스프링(3)은 실제 출입문을 닫히도록 하기 위한 힘과 더불어 피스톤(2)과 본체(1) 내벽에서 발생하는 마찰력과 캠(7)과 핀(6) 사이에서 발생하는 마찰력까지 고려하여 설계되어야 하므로 압축 스프링(3)의 스프링 상수의 증가 및 이로 인한 압축 스프링(3)의 수명이 단축되는 문제가 발생된다.

그리고, 종래의 유압식 플로어 힌지는 온도에 따른 오일의 점성계수 변화가 심하여 기온변화에 따라 출입문의 개폐속도의 차이가 발생되는 문제가 있었다. 한편, 출입문의 개폐속도를 조절하기 위한 조절 스위치를 부착한 플로어 힌지가 개시되어 있으나, 이는 장치의 추가에 따른 비용 상승의 문제와 매번 사용자가 조절 스위치를 조절해야 하는 사용상의 불편함이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 자기식 댐퍼를 플로어 힌지에 적용하여 비접촉식으로 감쇠력을 발생시켜 마찰력을 최소화하였으며 기온 변화에도 출입문의 일정한 개폐속도를 유지할 수 있는 자기식 플로어 힌지를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 출입문의 바닥면에 설치되어 출입문의 개폐속도를 일정하게 유지시키는 플로어 힌지를 개시한 것으로, 힌지 작동부와 자기 작동부로 구분되어 힌지 작동부의 일단에 가이드 레일(33)이 설치되는 설치 브라켓과; 가이드 레일(33) 상에 직선운동 가능하도록 설치되는 이송판과; 이송판과 설치 브라켓 사이에 이송판의 운동방향으로 설치되는 압축 스프링과; 이송판 일단에 회동가능하도록 설치되어 출입문의 힌지축과 결합되어 회동하는 주축 캠과; 주축 캠의 캠 형상면과 접촉되는 이송판의 일단에 설치되는 롤러와; 설치 브라켓의 자기 작동부 일단에 회전가능하도록 설치되는 디스크와; 디스크의 상하면으로 반발력을 발생시킬 수 있도록 영구자석이 부착되어 설치 브라켓의 자기 작동부에 설치되는 요크와; 주축 캠의 저속회전 운동을 디스크의 고속회전운동으로 전달할 수 있도록 주축 캠의 회전축과 디스크의 회전축 사이에 설치되는 복수의 기어가 내장된 기어박스를 포함한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래의 유압식 플로어 힌지를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 분해 도시한 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 다른 자기식 플로어 힌지를 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 도시한 횡단면도,

도 5는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 도시한 측단면도,

도 6은 본 발명에 따른 영구자석과 디스크에서 반발력이 발생하는 원리도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 기어박스 21 : 저속 기어

22 : 고속기어 30 : 설치 브라켓

31 : 힌지 작동부 32 : 자기 작동부

33 : 가이드 레일 34 : 구분벽

40 : 이송판 41 : 압축 스프링

42 : 압축 스프링 안내봉 50 : 주축 캠

51 : 롤러 60 : 디스크

61 : 요크 62 : 영구자석

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 분해 도시한 분해사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 도시한 횡단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지를 도시한 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지는 출입문의 바닥면에 설치되어 출입문의 개폐속도를 일정하게 유지시키는 것으로, 기어박스(20) 상면은 설치 브라켓(30)으로 이용된다.

본 발명에 따른 설치 브라켓(30)은 중앙부에 형성된 구분벽(34)을 기준으로 힌지 작동부(31)와 자기 작동부(32)로 구분되어 있으며, 힌지 작동부(31)의 일단에 가이드 레일(33)이 일체형으로 설치되어 있다. 가이드 레일(33) 상에는 이송판(40)이 슬라이딩되면서 직선운동 가능하게 설치되어 있으며, 이송판(40)과 설치 브라켓(30)의 구분벽 사이에는 압축 스프링(41)이 설치된다. 압축 스프링(41)은 이송판(40)의 직선운동에 의해 압축된다. 압축 스프링(41) 내부에는 압축 스프링(41)의 작용을 안내하기 위한 압축 스프링 안내봉(42)이 마련되며, 이 압축 스프링 안내봉(42)의 일단은 이송판(40)에 고정되어 있으며 다른 일측은 구분벽(34)에 관통되어 이송판(40)의 운동에 따라 슬라이딩된다.

본 발명에 따른 이송판(40)은 한쌍의 이송판(40)이 일체형으로 조립되며, 이송판(40) 사이에 출입문의 회전축과 결합되어 회동하는 주축 캠(50)이 회동가능하도록 설치되어있다.

이송판(40)의 슬라이딩 운동 방향으로 장공(43)이 형성되며, 주축 캡(50)의 회동축은 장공(43)에 회동가능하도록 결합된다.

주축 캠(50)은 외주면이 기하학적인 캠 형상을 이루고 있으며, 이 캠 형상의 외주면은 이송판(40)의 일단에 설치된 롤러(51)와 항상 접촉된 상태를 유지한다.

즉, 롤러(51)와 접촉되는 주축 캠(50)의 기하학적 형상에 따라 이송판(40)이 직선운동하게 되는데 예를 들어 캠 형상의 장축부분으로 회동되면서 롤러(51)와 접촉되는 경우에는 이송판(40)이 구분벽쪽으로 천천히 슬라이딩 이동하게 되며 이때 압축 스프링(41)이 압축된다. 또한, 캠 형상의 외주면과 접하는 롤러(51)가 최대의 장축부분을 통과하여 그 접촉면이 단축부분으로 회동되는 경우에는 압축된 압축 스프링(41)의 복원력에 의해 이송판(40)이 구분벽으로부터 떨어지는 방향으로 밀려나면서 주축 캠(50)의 외주면과 롤러(51)는 항상 접촉된 상태를 유지하게 되는 것이다.

본 발명에서 롤러(51)는 베어링 구조를 이루어 접촉되는 주축 캠(50)의 외주면과 항상 구름마찰이 이루어지도록 하여 마찰로 인한 에너지의 손실을 최소화하였으며, 주축 캠(50)과 한 쌍의 롤러(51)를 사용한다.

지금까지는 설명한 압축스프링(41)에 의한 이송판(40)의 역할은 실질적으로 사용자가 출입문을 개방한 다음 그대로 놓더라도 최초의 닫혀진 상태로 돌아가도록하는 것이다.

본 발명에서 출입문의 개폐속도를 실질적으로 감속시키는 역할은 다음에 설명하는 자기 작동부(32)에서 이루어진다.

앞서 설명한 바와 같이, 설치 브라켓(30)의 자기 작동부(32) 일단에 원판형상의 디스크(60)가 회전가능하도록 설치되며, 이 디스크(60)중 대략 반원부에 해당하는 정도의 상하면과 대면하는 요크(61)가 설치된다. 그리고, 디스크(60)의 상하면과 대면하는 요크(61)의 일단에 다수의 영구자석(62)이 일정한 간격으로 배열되어 설치되며 영구자석(62)의 모양 및 크기는 당업자라면 소정의 반발력을 얻기 위해 다양하게 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 디스크(60)는 도전율이 우수한 순동 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 순동의 저항온도계수(TCR)는 4000ppm으로 이론적으로 10℃의 온도 증감마다 도전율이 4%씩 증감한다고 하더라도 오일의 점성계수의 온도변화에 따른 증감에 비해 매우 작은 값으로 실제적으로 반발력에 미치는 영향은 거의 없다고 볼 수 있다.

디스크(60)상면 또는 하면과 대면하는 영구자석(62)들은 N극과 S극이 교차되는 방식으로 부착되며, 디스크(60)상하면을 기준으로 서로 대면하는 영구자석(62)들은 서로 다른 극성, 즉 N극과 S극 또는 S극과 N극을 유지하도록 부착된다. 이처럼 서로 다른 극성으로 마주보도록 부착된 한 쌍의 영구자석(62)에서 형성되는 자기력선의 방향은 이웃하는 다른 한 쌍의 영구자석(62)에서 형성되는 자기력선의 방향과 반대되게 된다.

한편, 디스크(60)가 회전함에 따라 영구자석(62)과 디스크(60)사이에서는 디스크(60)내부에 유도되는 와전류와 자석으로부터 나오는 자기장 사이의 상호작용(Lorentz force)에 의한 반발력이 발생되는데 이 반발력에 의해 실질적으로 출입문의 개폐속도가 감속되며 제어될 수 있다.

따라서, 영구자석(62)과 디스크(60)사이에서 발생되는 반발력을 증가시키기 위해서는 출입문의 회전속도보다 디스크(60)의 회전속도를 빠르게 하는 것이 바람직한데 본 발명에서는 기어박스(20)를 통해 출입문의 저속회전 운동을 디스크(60)의 고속회전운동으로 변환시킨다.

예시된 도면에서 기어박스(20)는 출입문의 회전축 상에 설치되는 저속기어(21)와 디스크의 회전축 상에 설치되는 고속기어(21)와 이들을 일정한 기어비로 연결하는 가속기어 및 체인으로 이루어지며, 기어박스(20) 내부는 당 업자라면 소정의 기어비를 얻기위해 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

반발력은 출입문의 회전속도(θ')와 기어박스(20)의 감속비(n) 및 도 6에 도시된 각종 설계변수의 함수로 정리되는 자기 댐핑계수(magnetic damping coefficient) c 에 비례한다.

출입문이 열린 상태에서 손을 놓으면 이미 압축된 스프링(41)의 복원력(T(θ))에 의해 주축 캠(50)에 복원 토크가 전달되고 영구자석(62)과 디스크(60)및 기어박스(20)에 의해 출입문의 회전속도()가 감소한다.

이러한 관계를 나타내는 동역학 관계식을 수학적으로 표현하면 다음과 같이 정리된다.

여기서 I는 출입문의 회전 관성 모멘트 및 디스크의 등가관성 모멘트이며,

θ' : 출입문의 회전 각도,: 출입문의 회전 각가각속도, n : 기어박스의 기어비이다.

출입문의 회전운동 특성은 수학식 1에 의해서 결정되므로 기어비와 스프링(41) 및 캡 부재의 형상, 자기 댐핑 계수를 설계하는 것은 제품의 특성을 결정짓게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 자기식 플로어 힌지의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 주축 캠(50)은 출입문의 회전축과 연결되어 회전운동되며 회전토크를 전달한다. 주축 캠(50)의 회전운동은 기하학적인 주축 캠(50)의 형상에 의해 이송판(40)을 직진운동시키면서 동시에 기어박스(20)의 저속기어(21)를 회전시킨다. 이때, 본 발명에 따른 롤러(51)는 주축 캠(50)의 외주면과 구름접촉되면서 롤링(Rolling)되므로 기존의 유압식 플로어 힌지에서 핀(6)과 캠(4) 사이의 미끄러짐 운동에 비해 발생되는 마찰력이 감소된다.

본 발명에 따른 이송판(40)의 이동은 압축 스프링(41)을 압축시키게 되며, 압축된 스프링(41)은 출입문에 가해는 힘이 없을 때, 출입문을 최초의 닫혀진 상태로 복원시키는 복원력을 발생시킨다. 이때 압축 스프링 안내봉(42)은 압축스프링(41)의 압축 및 복원운동이 원활하게 이루어지도록 안내하는 역할을 한다.

한편, 기어박스(20)의 저속기어(21)는 앞서 언급한 바와 같이 주축 캠(50)에 의해 저속으로 회전되며, 다수의 기어들에 의해 미리 설계된 기어비로 변환되어 고속기어(22)를 고속으로 회전시킨다.

따라서, 고속기어(22)는 출입문의 회전속도보다 더 빠른 속도로 자기 작동부(32)에 설치된 디스크를 회전시킨다.

본 발명에 따른 디스크(60)가 영구자석(62)이 배열된 요크(61) 사이를 고속으로 회전하면 디스크(60)에 와전류가 발생하여 영구자석(62)들과의 상호작용에 의해 앞서 설명한 바와 같이 디스크(60)의 회전을 방해하는 반발력이 발생한다. 반발력은 디스크(60)의 회전속도가 빠를수록 커지기 때문에 적절한 반발력을 얻기 위해서는 기어박스(20) 내부의 기어비를 설정하여 설계할 수 있다.

이와같은 반발력은 출입문을 열거나 닫힐 때 출입문의 회전속도를 일정하게 유지시킨다.

출입문을 개방할 때에 출입자가 가하는 힘이 비록 일정하지 않아 필요이상으로 큰 힘이 가해질 때에는 디스크(60)의 회전속도가 빨라지게 되어 그만큼 반발력이 커지게 되므로 개방속도는 일정하게 유지된다.

개방된 상태에서 출입문을 그대로 놓더라도 출입문은 압축 스프링(41)의 복원력에 의해 복원되는 방향 즉, 출입문을 자동적으로 닫히게 하며 이때 압축 스프링(41)에 의한 복원력만으로 출입문이 닫혀진다면 압축 스프링(41)에 의해 그 속도는 가속될 것이다. 하지만 본 발명에서는 디스크(60)와 요크(61) 사이에서 발생되는 반발력에 의해 디스크(60)의 회전이 억제됨으로써 압축 스프링(41)의 복원력에 의한 출입문의 닫히는 과정이 일정한 회전속도로 유지되는 것이다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 자기식 댐퍼를 플로어 힌지에 적용하여 비접촉식으로 감쇠력을 발생시켜 마찰력을 최소화하였으며 기온 변화에도 출입문의 일정한 개폐속도를 유지할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (7)

1. 출입문의 바닥면에 설치되어 출입문의 개폐속도를 일정하게 유지시키는 플로어 힌지에 있어서,

   힌지 작동부와 자기 작동부로 구분되어 힌지 작동부의 일단에 가이드 레일이 설치되는 설치 브라켓과;

   상기 가이드 레일 상에 직선운동 가능하도록 설치되는 이송판과;

   상기 이송판과 상기 설치 브라켓 사이에 상기 이송판의 운동방향으로 설치되는 압축 스프링과;

   상기 이송판 상부에 회동가능하도록 설치되어 출입문의 힌지축과 결합되어 회동하는 주축 캠과;

   상기 주축 캠의 캠 형상면과 접촉되는 상기 이송판의 일단에 설치되는 롤러와;

   상기 설치 브라켓의 상기 자기 작동부 일단에 회전가능하도록 설치되는 디스크와;

   상기 디스크의 상하면으로 반발력을 발생시킬 수 있도록 영구자석이 부착되어 상기 설치 브라켓의 상기 자기 작동부에 설치되는 요크와;

   상기 주축 캠의 저속회전 운동을 디스크의 고속회전운동으로 전달할 수 있도록 상기 주축 캠의 회전축과 상기 디스크의 회전축 사이에 설치되는 복수의 기어가 내장된 기어박스를 포함하는 자기식 플로어 힌지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 롤러는 베어링 구조로 이루어져 상기 주축 캠의 외주면과 구름마찰되는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 주축 캠에 상기 한 쌍의 롤러가 설치되는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 요크는 상기 디스크의 대략 반원부에 해당하는 만큼의 상하면을 에워쌓는 구조로 이루어지며, 상기 디스크의 상하면과 대면하도록 상기 요크의 일단에 영구자석이 일정한 간격으로 배열되어 설치되는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스크는 순동 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 디스크의 상하면을 기준으로 서로 대면하는 상기 영구자석들은 서로 다른 극성으로 배열되는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 기어박스는 상기 출입문의 회전축 상에 설치되는 저속기어와, 상기 디스크의 회전축 상에 설치되는 고속기어와, 이들을 일정한 기어비로 연결하는 가속기어 및 체인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기식 플로어 힌지.