KR100891163B1 - 클린룸용 무진자동 경첩장치 - Google Patents

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KR100891163B1
KR100891163B1 KR1020090001147A KR20090001147A KR100891163B1 KR 100891163 B1 KR100891163 B1 KR 100891163B1 KR 1020090001147 A KR1020090001147 A KR 1020090001147A KR 20090001147 A KR20090001147 A KR 20090001147A KR 100891163 B1 KR100891163 B1 KR 100891163B1
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류일호
김재덕
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주식회사 원플러스
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Abstract

본 발명은 청정환경을 유지해야 하는 클린룸의 문에 장착되는 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치에 관한 것이다.
본 발명은 문틀에 장착되는 문이 그 상부측에서 상부 베어링 수단이 구비된 상단 지지부를 통하여 무마찰로 회전지지되고, 문 프레임의 하부측에는 제1 하부 베어링 수단과 제2 하부 베어링 수단이 구비된 하단 지지부를 통하여 무마찰로 회전지지되며, 문이 회전할 때, 문을 문틀(외부 틀, 이하 '문틀')에 대해 닫힌 상태로 유지하려는 자동 닫힘부를 상기 상단 지지부에 구비함으로써 문이 무마찰 회전을 하며 항상 자동으로 닫히게 된다. 본 발명에 의하면 문의 무마찰회전으로 인하여 클린룸에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 방지할 수 있고, 외부노출을 최소화하여 이물질이 쌓이는 것을 막으며, 문이 열린 뒤에는 자동으로 닫혀 문 고유의 기능인 차단, 구획 및 이물질의 침입금지를 이루고, 문의 수직하중 및 무게중심의 편심에 따른 모멘트에 안정적인 지지가 가능하여 기존보다 강화된 내구성을 확보할 수 있다.
클린룸, 경첩장치, 니들 베어링, 스러스트 베어링, 문 힌지

Description

클린룸용 무진자동 경첩장치{AUTO-CLOSING HINGE APPARATUS FOR A CLEAN ROOM WITHOUT CAUSING DUST PARTICLES}
본 발명은 청정환경을 유지해야 하는 클린룸의 문에 장착되는 경첩장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 클린룸의 문에 장착되는 경우, 외부노출을 최소화하여 이물질이 쌓이는 것을 막고, 문이 회전할 때 마찰을 최소화하여 이물질의 발생을 원천적으로 방지하며, 문이 열린 뒤에는 자동으로 닫히고, 문의 수직하중 및 무게중심의 편심에 따른 모멘트에 안정적으로 지지, 문의 처짐을 방지하는 등 기존보다 내구성이 강화된 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치에 관한 것이다.
일반적으로 클린룸(Cleanroom)은 어떠한 구획의 내부에 먼지나 이물질이 전혀 없는 방을 의미하기 때문에 청정실(淸淨室)이라고도 하며, 이러한 클린룸은 초고정밀 직접회로나 유전자 조작 및 청정한 상태에서 약품이나 화학약품을 취급하는 곳에서와 같이 오염에 의하여 품질에 상당한 영향을 미치는 경우에 설치한다.
이와 같은 클린룸은 깨끗한 상태로 유지하고자 작업자의 피복이나 신체 또는 외부에서 함께 유입되는 먼지를 제거하기 위한 많은 클리닝 장치를 설치하고 있으며, 클린룸의 내부에도 지속적으로 먼지가 제거된 깨끗한 공기를 공급하고, 실내의 먼지를 함유한 공기를 신속하게 외부로 배출하기 위한 기류제어 시스템도 구비하고 있다.
특히 이와 같은 클린룸에 설치한 종래의 문을 보면, 작은 물건의 이동통로로 사용되는 소형 구조의 경우에는 분진이 많이 발생되지 않으나, 사람 또는 대형화물 등의 이동용으로 사용되는 도 1a에 도시된 바와 같은, 대형구조의 경우에는 문이 회전하도록 연결하는 경첩(10) 부분에서 구동부의 마찰로 마모가 일어나고, 여닫을 때의 충격으로 나사풀림 등의 문제가 대두된다.
따라서 종래의 클린룸(5)에 설치된 경첩(10)들이 동작할수록 이물질이 생기고 유격이 커져서 소음, 문의 처짐 등이 생길 수 있다. 그리고, 사용자의 부주의로 지나간 뒤 문을 닫지 않아 차단 및 구획이라는 본래의 목적에 부합하지 못하는 경우가 많으며, 종래의 경첩(10)은 대부분 외부에 노출된 것으로 첫째 클린룸(5)내 이물질 발생금지, 둘째 발생 이물질 신속배출, 셋째 클린룸(5) 내에 이물질 침입금지, 넷째 이물질 적체금지의 4원칙 중 "적체 금지" 측면에서 보면 바람직하지 않다.
종래의 클린룸(5)에 설치되는 종래의 경첩(10)의 구조가 도 1b에 도시되어 있다. 이와 같은 종래의 경첩(10)은 일반적인 '축관통형'으로서 문틀(20)에 일측 고정판(22)이 나사(24)로 고정되고, 타측 고정판(32)은 문 (자체)프레임(이하 '문 프레임')프레임(1)의 전면에 나사(34) 고정되며, 상기 일측 고정판(22)과 타측 고정판(32)의 사이에는 원통형 절곡부(36)를 통해서 축(40)이 회전하도록 끼워져 있다.
그러나 이와 같은 종래의 축관통형 경첩(10)은 회전작동시에 축(40)과 원통형 절곡부(36)의 구멍(36a), 그리고 축(40)과 와샤(50)가 면접촉을 하며 마찰이 심하여 일반 환경 및 경하중에 적합한 구조이며 클린룸(5)에는 적합하지 못하다.
이와는 다르게 축(40)과 구멍(36a)사이에서 마찰력을 감쇠시킨 다른 종래의 경첩(60)(70)(80)들이 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시되어 있다.
도 2a에 도시된 종래의 경첩(60)은 레이디얼 베어링 삽입형으로서, 문틀(20)에 일측 고정판(22)이 나사(24)로 고정되고, 타측 고정판(32)은 문 프레임(1)의 전면에 나사(34) 고정되며, 상기 일측 고정판(22)과 타측 고정판(32)의 사이의 내부에는 복수의 레이디얼 베어링(62)을 삽입하고, 쐐기 볼트(64)로 각각 중심을 잡아서 상기 레이디얼 베어링(62)을 통해서 마찰을 없애는 구조이다.
그러나 이러한 종래(60)의 경첩 구조는 레이디얼 베어링(62)의 특성상 수직방향의 고하중에는 적합하지 않는 구조이다.
도 2b에 도시된 다른 종래의 경첩(70)은 구슬(Ball) 삽입형으로서, 문틀(20)에 일측 고정판(22)이 나사(24)로 고정되고, 타측 고정판(32)은 문 프레임(1)의 전면에 나사(34) 고정되며, 상기 일측 고정판(22)과 타측 고정판(32)의 사이의 내부에는 복수의 구슬(72)을 내장하고 쐐기볼트(74)로 고정한 것이다. 그리고 이와 같은 구슬(72)이 쐐기볼트와 점접촉을 하여 마찰을 최소화하도록 된 것이나, 이와 같은 종래의 경첩(70) 구조는 구슬(72)과 쐐기볼트(74)의 재질에 따라서 견디는 하중 정도가 달라지게 된다.
도 2c에 도시된 또 다른 종래의 경첩(80)은 스러스트 베어링 삽입형으로서, 문틀(20)에 일측 고정판(22)이 나사(24)로 고정되고, 타측 고정판(32)은 문 프레임(1)의 전면에 나사(34) 고정되며, 상기 일측 고정판(22)과 타측 고정판(32)의 사이의 내부에는 스러스트 베어링(82)을 장착하고 쐐기볼트(84)로 고정하며, 그리고 이와 같은 스러스트 베어링(82)이 고하중을 견디면서 마찰을 최소화하도록 된 것이다.
이와 같은 종래의 경첩(10)(60)(70)(80)들의 공통적인 문제점은 모두 마찰력을 크게 줄이기는 했지만, 각각의 구조에 따라서 견디는 하중 정도가 다르며, 특히 문 프레임(1)이 개방된 다음, 다시 자동으로 닫히는 기능은 전혀 없는 것이었다. 따라서 문 프레임(1)을 연 다음 제대로 닫지 않게 되면 외부로부터 클린룸(5)의 내부로 이물질이 유입되는 것을 피할 수 없는 문제점이 있었다.
그리고 종래의 경첩(10)(60)(70)(80)들은 모두 고정판(22)(32), 축(40) 및 쐐기볼트(64)(74)(84)들이 모두 문 프레임(1)과 문틀(20)의 전면 외부에 노출되어 나사(24)(34)로 고정되는 구조이어서 외부 이물질이 축적되기 쉬우며, 문 프레임(1)을 열고 닫는 충격으로 인하여 나사(24)(34)가 풀리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 외부노출을 최소화하여 이물질의 적체를 막고, 회전시 마찰을 최소화하여 이물질의 발생을 원천적으로 방지하는 클린룸의 문에 적합한 클린룸용 무진자동 경첩장치를 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적은 문이 열린 뒤에는 자동으로 닫혀 문 고유의 기능인 차단, 구획 및 이물질의 침입방지를 이루며, 문의 수직하중 및 무게중심의 편심에 따른 모멘트에 대해 안정으로 지지하여 문의 처짐을 방지하는 등 내구성을 강화한 클린룸용 무진자동 경첩장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 클린룸용 무진자동 경첩장치는 아래와 같은 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 클린룸용 무진자동 경첩장치는 문틀(101)의 하부에 축 상단부가 끼워져서 고정되고, 축 하단부는 문 프레임의 상부모서리(102)로 삽입되는 상부축을 구비하는데 상기 상부축에는 문틀(101)에 대해 문이 마찰없이 회전하면서 모멘트 반력(RM1)을 담당하는 상부 베어링 수단이 구비된 상단 지지부; 상기 문틀(101)의 하부측에 축 하단부가 끼워져서 고정되고, 축 상단부는 문 프레임의 하부모서리(102)로 삽입되는 하부축(310)을 구비하는데 상기 하부축(310)에는 문틀(101)에 대해 문이 마찰 없이 회전하면서 모멘트 반력(RM2)을 담당하는 제1 하부 베어링 수단이 구비되고, 상기 문의 수직하중을 마찰 없이 지지하는 제2 하부 베어링 수단이 구비된 하단 지지부; 및 상기 상단 지지부의 내부에 내장되고, 상기 문틀에 대한 문의 회전 개방시, 문을 문틀(101)에 대해 닫힌 상태로 유지하도록 탄성 복원력을 축적하는 비틀림 탄성체(410)를 구비하여 문이 열린 뒤에는 상기 비틀림 탄성체의 탄성 복원력으로 문을 자동으로 닫는 자동 닫힘부;를 구비하여 회전작동시, 문이 마찰 없이 회전하여 클린룸에 유해한 이물질이 생기지 않도록 한 것이다. 따라서 본 발명은 문이 마찰 없이 회전하여 클린룸에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 막고, 상부축과 하부축이 문 프레임에 내장되는 상태로 연결되기 때문에 외부로 노출을 최소화하여 이물질이 쌓이지 않으며, 문이 자동으로 닫히고, 문의 처짐을 효과적으로 방지한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 상단 지지부는 상부 베어링 수단이 니들 베어링으로 이루어지고, 상기 니들 베어링의 내측에는 상부축이 끼워져 회전하고, 외측에는 원통형 상부 베어링 케이싱을 씌운 다음 문 프레임의 상부모서리(102) 홈에 케이싱이 고정되며, 상기 자동 닫힘부는 비틀림 탄성체(410)가 상기 상부축의 외면에 동축으로 끼워진 코일 스프링으로 이루어지고, 그 상단은 상기 원통형 상부 베어링 케이싱(230)에 고정되며, 그 하단은 상부축의 하단에 고정되어 문틀에 대해 문이 회전할 때, 상기 상부축과 원통형 상부 베어링 케이싱과의 사이에서 비틀리면서 탄성 복원력을 축적하는 것이다. 따라서 문은 열린 뒤에는 항상 자동으로 닫혀 개방시간을 최소화하고 외부로부터 이물질의 침입을 효과적으로 차단한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 하단 지지부는 제1 하부 베어링 수단이 서로 인접한 복수의 니들 베어링으로 이루어지고, 상기 복수의 니들 베어링의 내측에는 하부축이 끼워져 회전하고, 외측에는 원통형 하부 베어링 케이싱을 씌워 문틀의 하부모서리 홈에 고정하며, 상기 제2 하부 베어링 수단은 상기 하부축에 끼워진 스러스트 베어링으로 이루어지고, 상기 스러스트 베어링의 상부면은 상기 원통형 하부 베어링 케이싱을 지지하며, 하부면은 문틀의 하부측 축받이에 지지되어 문의 수직하중을 마찰 없이 지지하는 것이다. 따라서 문이 마찰없이 회전하여 클린룸에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 방지하고 클린룸의 오염을 방지할 수 있는 것이다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 상단 지지부는 상부 베어링 수단이 상부축의 상하부에 일정 간격을 유지하면서 배치된 복수의 니들 베어링으로 이루어지고, 상기 복수의 니들 베어링의 내측에는 상부축이 끼워져 회전하고, 외측에는 문 프레임의 상부모서리 홈이 직접 면접하여 고정되며, 상기 자동 닫힘부는 비틀림 탄성체가 토션 바(torsion bar)로 이루어진 상부축으로 이루어지고, 그 상단은 사각 모서리를 형성하여 상부 축받이를 통하여 문틀의 하부에 고정되며, 그 하단은 다수의 걸림홈을 형성하고 문 프레임의 상부모서리 홈 하단에 형성된 다수의 돌기에 끼워 맞춤으로써 상기 문틀에 대한 문의 회전시, 상기 토션 바(torsion bar)로 이루어진 상부축의 비틀림 탄성체가 비틀리면서 탄성 복원력을 축적하는 것이다. 이와 같은 구조를 통하여 더욱더 간결하게 상단 지지부를 구축할 수 있고, 문이 열린 뒤에는 항상 자동으로 닫힌다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 하단 지지부는 제1 하부 베어링 수단이 서로 인접한 복수의 니들 베어링으로 이루어지고, 상기 니들 베어링의 내측에는 하부축이 끼워져 회전하고, 외측에는 문 프레임의 하부모서리 홈이 직접 면접하여 고정되며, 상기 제2 하부 베어링 수단은 상기 하부축에 끼워진 스러스트 베어링으로 이루어지고, 상기 스러스트 베어링의 상부면은 문 프레임의 하부모서리 홈 상단면을 지지하며, 하부면은 문틀의 하부측 축받이에 지지되어 문의 수직하중을 마찰 없이 지지하는 것이다. 이와 같은 구조를 통하여 더욱 간결하게 하단 지지부를 구축 할 수 있고 문이 마찰 없이 회전할 수 있다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 하단 지지부는 복수의 니들 베어링과 스러스트 베어링이 일체형 구조로 이루어진 것이어서 보다 간단한 구조로 하단 지지부를 구축할 수 있다.
본 발명에 의하면 문틀에 장착되는 문은 그 상부측에서 상부 베어링 수단이 구비된 상단 지지부를 통하여 마찰 없이 회전/지지되고, 문의 하부측에는 제1 하부 베어링 수단과 제2 하부 베어링 수단이 구비된 하단 지지부를 통하여 마찰 없이 회전/지지되며, 문의 회전 개방시, 문을 문틀에 대해 닫힌 상태로 유지하려는 탄성 복원력을 축적하는 비틀림 탄성체를 상기 상단 지지부에 구비함으로써 문은 마찰 없이 회전하며 항상 자동으로 닫히게 된다. 따라서 본 발명은 문이 마찰 없이 회전하게 하므로 클린룸에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 방지할 수 있다.
그리고 상단 지지부의 상부축과 하단 지지부의 하부축은 문 프레임과 문틀에 내장되기 때문에 외부노출을 최소화하여 이물질의 쌓임을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한 문이 열린 뒤에는 내장된 비틀림 탄성체로 인하여 문이 자동으로 닫히므로 문 고유의 기능인 차단, 구획 및 이물질의 침입방지에 효과적이며, 문의 수직하중 및 무게중심의 편심에 따른 모멘트에 대해 안정적으로 지지하여 문의 처짐을 효과적으로 방지할 수 있고, 내구성이 강화되는 등 우수한 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 도 3에 전체적으로 도시된 바와 같이, 이물질의 발생 및 유입이 방지되는 클린룸에 마련된 문 프레임(102)과 문틀(101)의 사이에 장착되는 구조이다.
본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 문틀(101)의 하부측에 문 프레임(102)을 고정하기 위한 상단 지지부(200)를 구비한다.
이와 같은 상단 지지부(200)는 도 4에 단면으로 도시된 바와 같이, 문틀(101)의 하부측 홈(205)에 상부 축받이(207)를 통해서 회전이 방지된 상태로 끼워 고정되는 상부축(210)을 갖는데, 이와 같은 상부축(210)은 그 상단모서리(212)의 단면이 사각으로 이루어져서 문틀(101)에 대해서 회전이 방지된 구조이다. 그리고 이와 같은 상부축(210)은 그 하단부가 문 프레임(102)의 상부모서리에 형성된 홈(216)으로 삽입되는데, 이와 같은 상부축(210)에는 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전시, 무마찰 회전을 이루면서 문 프레임(102)의 회전이 이루어지고, 문 프레임(102)의 회전시 발생하는 문 프레임(102)의 상부 회전 모멘트를 지지하는 상부 베어링 수단(220)이 장착된다.
이와 같은 상부 베어링 수단(220)은 바람직하게는 니들 베어링(needle bearing)(222)으로 이루어지고, 상기 니들 베어링(220)의 내측에는 상부축(210)이 끼워 고정되며, 외측에는 상부 원통형 베어링 케이싱(230)이 끼워져서 문 프레임(102)의 상부모서리 홈(216)에 고정된다.
따라서 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전이 이루어지면 상단 지지부(200)는 니들 베어링(222)을 매개로 상부축(210)에 대해서 상부 원통형 베어링 케이싱(230)의 무마찰 회전이 이루어진다.
또한 이와 같은 상부축(210)에는 이후에 설명되는 자동 닫힘부(400)의 비틀림 탄성체(410)가 장착되어 문 프레임(102)의 회전이 이루어진 다음에는 문 프레임(102) 스스로 문틀(101)에 닫히도록 작동한다.
그리고 본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 상기 문틀(101)의 하부측에 문 프레임(102)을 고정하기 위한 하단 지지부(300)를 구비한다.
이와 같은 하단 지지부(300)는 문틀(101)의 하부측 홈(305)에 나사(307a) 고정된 하부 축받이(307)를 통해서 끼워 고정되는 하부축(310)을 갖는데, 이와 같은 하부축(310)은 그 단면이 원형으로 이루어져서 문틀(101)에 끼워진다.
이와 같은 하부축(310)은 그 상단부가 도 4에 도시된 바와 같이, 문 프레임(102)의 하부모서리에 형성된 홈(316)으로 삽입되는데, 이와 같은 하부축(310)에는 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전시, 문 프레임(102)의 무마찰 회전을 이루면서 문 회전시 발생하는 하부 회전 모멘트를 지지하는 제1 하부 베어링 수단(320)이 구비되고, 또한 상기 문 프레임(102)의 수직하중(V)을 무마찰로 지지하는 제2 하부 베어링 수단(330)이 구비된 구조이다.
이와 같은 제1 하부 베어링 수단(320)은 바람직하게는 서로 인접한 복수의 니들 베어링(322)으로 이루어지고, 제2 하부 베어링 수단(330)은 바람직하게는 스 러스트 베어링(Thrust bearing)(332)으로 이루어진다.
즉 상기 하단 지지부(300)는 도 4에 단면으로 도시된 바와 같이, 상기 복수의 니들 베어링(322)의 내측에는 하부축(310)이 끼워 고정되며, 외측에는 하부 원통형 베어링 케이싱(340)이 끼워져서 문 프레임(102)의 하부모서리 홈(316)에 고정되며, 상기 스러스트 베어링(332)의 상부면은 상기 하부 원통형 베어링 케이싱(340)을 지지하며, 하부면은 문틀(101)의 하부 축받이(307)에 지지되어 문 프레임(102)의 수직하중(V)을 지지한다.
따라서 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전이 이루어지면 상기 하단 지지부(300)는 복수의 니들 베어링(322)을 매개로 하부축(310)에 대해서 하부 원통형 베어링 케이싱(340)의 무마찰 회전이 이루어지고, 동시에 스러스트 베어링(332)을 통해서 문 프레임(102)의 수직하중(V)이 지지되어 문틀(101)의 하부 축받이(307)상에서 무마찰 회전한다.
그리고 본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 상기 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전 개방시, 문 프레임(102)을 문틀(101)에 대해 닫힌 상태로 유지하려는 자동 닫힘부(400)를 구비하는데, 이와 같은 자동 닫힘부(400)는 상단 지지부(200)의 상부축(210)에 탄성 복원력을 축적하는 비틀림 탄성체(410)를 구비하여 문 프레임(102)의 열림후에는 상기 비틀림 탄성체(410)의 탄성 복원력으로 문 프레임(102)을 문틀(101)에 대해 닫는 구조이다.
즉 상기 자동 닫힘부(400)는 도 4에 도시된 바와 같이, 비틀림 탄성체(410)가 상기 상부축(210)의 외면에 동축으로 끼워진 코일 스프링으로 이루어지고, 그 상단(412)은 상기 상부 원통형 베어링 케이싱(230)에 고정되며, 그 하단(414)은 상부축(210)의 하단에 고정되어 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전시, 상기 상부축(210)과 상부 원통형 베어링 케이싱(230)과의 사이에서 비틀려지면서 탄성 복원력을 축적하고, 이와 같은 탄성 복원력을 이용하여 문 프레임(102)을 열린 상태로부터 닫힌 상태로 복귀시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 클린룸의 문틀(101)상에서 문 프레임(102)의 회전이 이루어지는 경우, 문 프레임(102)의 상부측에서 상부 베어링 수단(220)이 구비된 상단 지지부(200)를 통하여 무마찰로 회전지지되고, 문 프레임(102)의 하부측에서는 제1 하부 베어링 수단(320)과 제2 하부 베어링 수단(330)이 구비된 하단 지지부(300)를 통하여 무마찰로 회전지지되며, 문 프레임(102)의 회전 개방시, 자동 닫힘부(400)를 통해서 문 프레임(102)의 무마찰 회전작동을 이루면서 자동으로 항상 닫히게 된다.
이와 같은 문(102)의 회전작동이 발생되는 작용력이 도 5에 도시되어 있다.
먼저 문틀(101)에 장착된 문 프레임(102)은 그 자중(自重)(V)으로 인하여 수직반력(V)이 발생되며, 무게중심이 축과 떨어져 있어 문 프레임(102)의 상단 지지부(200)와 하단 지지부(300) 지점에서 각각 모멘트(M) 반력(RM1, RM2)을 발생시킨다.
즉 문 프레임(102)은 상단 지지부(200)와 하단 지지부(300) 지점에서 문틀(101)에 연결되어 있으므로, 도 5에서 도시된 바와 같이, 상단 지지부(200)와 하 단 지지부(300) 지점을 중심으로 한 모멘트반력(RM1, RM2)이 발생된다.
이와 같은 수직반력과 모멘트 반력들은 각각 상단 지지부(200)에 구비된 니들 베어링(222)과 하단 지지부(300)에 구비된 니들 베어링(322)및 스러스트 베어링(332)들에 의해서 무마찰로 지지된다. 즉 문 프레임(102)의 수직하중(V)은 문 프레임(102)의 하부측에 장착된 스러스트 베어링(332)의 수직하중 반력(RV)에 의해서 지지되고, 상단 지지부(200)에 구비된 니들 베어링(222)은 모멘트(M)의 상부 모멘트 반력(RM1)을 담당하게 되며, 하단 지지부(300)에 구비된 복수의 니들 베어링(322)들은 모멘트(M)의 하부 모멘트 반력(RM2)를 각각 담당하여 문 프레임(102)의 회전시, 무마찰로 회전지지하게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)는 문 프레임(102)의 회전작동시 발생되는 수직하중(V)과 모멘트(M)를 각각 니들 베어링(222)(322)과 스러스트 베어링(332)들이 무마찰로 지지하여 원활한 회전이 이루어지도록 하고, 이러한 무마찰회전으로 인하여 클린룸(5)에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 방지한다.
한편 도 6에는 본 발명에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100)의 변형 구조가 도시되어 있다.
이와 같은 본 발명의 변형 구조는 도 3 및 도 4에 도시된 구조에 비하여 보다 구조적으로 간단하게 구성되어 제작하기 쉽도록 된 것이며, 이하에서는 설명상의 편의를 위해서 도면의 각 구성 부품에는 첨자(')를 부여하여 표시하기로 한다.
본 발명의 변형 예에 따른 클린룸용 무진(無塵) 자동 경첩장치(100')는 도 6 에 도시된 바와 같이, 상단 지지부(200')는 상부 베어링 수단(220')이 상부축(210')의 상하부에 일정 간격을 유지하면서 배치된 복수의 니들 베어링(222')으로 이루어진다.
그리고 상기 복수의 니들 베어링(222')의 내측에는 상부축(210')이 끼워 고정되는데, 상기 상부축(210')은 그 상단부가 사각 단면으로서 상부 축받이(207')를 통해서 문틀(101')의 홈(205')에 회전이 방지된 상태로 고정되고, 상기 복수의 니들 베어링(222')은 그 외면이 직접 문 프레임(102')의 상부모서리 홈(216') 내측에서 면접(面接)하여 지지된다. 또한 상기 상부축(210')은 비틀림 탄성체(410')의 역할도 하게 되는데, 상부축(210')은 바람직하게는 토션 바(torsion bar)로 이루어져서 그 상단이 문틀(101')의 상부에 고정되고, 그 하단은 다수의 걸림홈(218')을 형성하여 문 프레임(102')의 상부모서리 홈(216') 하단으로 끼워진다. 그리고 문 프레임(102')의 상부모서리 홈(216') 내측 하단에서 다수의 돌기(216a')에 끼워 맞추는 구조이다.
이와 같은 본 발명의 구조에서는 도 3 및 도 4에 도시된 구조에 비하여 상부 원통형 베어링 케이싱(230)이 생략된 구조이고, 상기 문틀(101')에 대한 문 프레임(102')의 회전시, 상기 토션 바(torsion bar)로 이루어진 상부축(210')의 비틀림 탄성체(410')가 비틀리면서 탄성 복원력을 축적한 다음, 그 탄성 복원력을 이용하여 문 프레임(102')이 닫히도록 작동하는 것이다.
또한 상기 하단 지지부(300')는 제1 하부 베어링 수단(320')이 서로 인접한 복수의 니들 베어링(322')으로 이루어지고, 상기 복수의 니들 베어링(322')의 내측 에는 하부축(310')이 끼워 고정되며, 외측에는 문틀(102')의 하부모서리 홈(316')이 직접 면접하여 고정된다. 그리고 상기 제2 하부 베어링 수단(330')은 하부축(310')에 끼워진 스러스트 베어링(332')으로 이루어진다.
이와 같은 구조에서 상기 하단 지지부(300')는 복수의 니들 베어링(322')과 스러스트 베어링(332')이 일체형 구조로 이루어진 단일 제품으로 구성될 수 있고, 이와 같은 구조를 통해서 더욱 간결하게 하단 지지부(300')를 구축할 수 있으며, 문 프레임(102')의 무마찰회전이 가능한 것이다.
상기와 같이 본 발명은 문틀(101)(101')에 장착되는 문 프레임(102)(102')이 그 상부측에서 상부 베어링 수단(220)(220')이 구비된 상단 지지부(200)(200')를 통하여 무마찰로 회전지지되고, 문틀(101)(101')의 하부측에는 제1 하부 베어링 수단(320)(320')과 제2 하부 베어링 수단(330)(330')이 구비된 하단 지지부(300)(300')를 통하여 무마찰로 회전지지되며, 문의 회전 개방시, 문 프레임(102)(102')을 문틀(101)(101')에 대해 닫힌 상태로 유지하려는 자동 닫힘부(400)(400')를 상기 상단 지지부(200)(200')에 구비함으로써 문 프레임(102)(102')의 무마찰 회전작동을 이루면서 자동으로 항상 닫히게 된다.
따라서 본 발명은 문 프레임(102)(102')의 무마찰회전으로 인하여 클린룸(5)에 유해한 이물질의 발생을 원천적으로 방지할 수 있다.
그리고 상단 지지부(200)(200')의 상부축(210)(210')과 하단 지지부(300)(300)'의 하부축(310)(310')은 문 프레임(102)(102')와 문틀(101)(101')에 내장되는 상태이기 때문에 외부로 노출을 최소화하여 이물질의 적체를 효과적으로 방지한다.
뿐만 아니라 본 발명은 문 프레임(102)(102')의 열림 후에는 비틀림 탄성체(410)(410')가 내장된 자동 닫힘부(400)(400')로 인하여 문 프레임(102)(102')의 자동닫힘이 가능함으로써 문 고유의 기능인 차단, 구획 및 이물질의 침입방지를 효과적으로 이루며, 문 프레임(102)(102')의 수직하중(V) 및 무게중심의 편심에 따른 모멘트(M)에 대해 안정적으로 지지하여 문 프레임(102)(102')의 처짐을 효과적으로 방지할 수 있고, 안정된 내구성을 확보할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 경첩이 클린룸의 문에 장착된 구조를 도시한 상세도;
도 1b는 종래의 기술에 따른 축 관통형 경첩장치를 도시한 상세도;
도 2a는 종래의 기술에 따른 레이디얼 베어링 삽입형 경첩장치를 도시한 상세도;
도 2b는 종래의 기술에 따른 구슬 삽입형 경첩장치를 도시한 상세도;
도 2c는 종래의 기술에 따른 스러스트 베어링 삽입형 경첩장치를 도시한 상세도;
도 3은 본 발명에 따른 클린룸용 무진자동 경첩장치를 도시한 분해 사시도;
도 4는 본 발명에 따른 클린룸용 무진자동 경첩장치를 도시한 단면도;
도 5는 본 발명에 따른 클린룸용 무진자동 경첩장치를 장착한 문의 회전작동시 발생되는 수직하중과 모멘트를 도시한 설명도;
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 클린룸용 무진자동 경첩장치를 도시한 상세도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1...... 문 프레임 5..... 클린룸
10,60,70,80..... 종래의 경첩 20,101.... 문틀
22,32..... 고정판 24,34..... 나사
36..... 원통형 절곡부 40..... 축
50..... 와샤 62..... 레이디얼 베어링
64,74,84.... 쐐기 볼트 72..... 구슬(Ball)
82..... 스러스트 베어링
100,100'.... 클린룸용 무진자동 경첩장치 101,101'.... 문틀
102,102'.... 문 프레임 200,200'.... 상단 지지부
210,210'.... 상부축 220,220'.... 상부 베어링 수단
222,222',322,322'..... 니들 베어링 230.... 상부 원통형 베어링 케이싱
300,300'.... 하단 지지부 310,310'.... 하부축
320,320'.... 제1 하부 베어링 수단 330,330'.... 제2 하부 베어링 수단
340.... 하부 원통형 베어링 케이싱 400,400'.... 자동 닫힘부
V..... 수직하중 RV..... 수직하중 반력
M..... 모멘트 RM1.... 상부 모멘트 반력
RM2.... 하부 모멘트 반력

Claims (6)

  1. 문 프레임(102)과 문틀(101)의 사이에 장착되는 경첩장치에 있어서,
    문틀(101)의 하부에 축 상단부가 끼워져서 고정되고, 축 하단부는 문 프레임(102)의 상부모서리로 삽입되는 상부축(210)을 구비하고, 상기 상부축(210)에는 문틀(101)에 대하여 문이 마찰 없이 회전하면서 문 회전시 발생하는 상부 회전 모멘트 반력(RM1)을 담당하는 상부 베어링 수단(220)이 구비된 상단 지지부(200);
    상기 문틀(101)에 축 하단부가 끼워져서 고정되고, 축 상단부는 문 프레임(102)의 하부모서리로 삽입되는 하부축(310)을 구비하고, 상기 하부측에는 문틀(101)에 대해 문이 마찰 없이 회전하면서 문 회전시 발생하는 하부 회전 모멘트 반력(RM2)을 담당하는 제1 하부 베어링 수단(320)이 구비되고, 상기 문의 수직하중(V)을 마찰 없이 지지하는 제2 하부 베어링 수단(330)이 구비된 하단 지지부(300); 및
    상기 상단 지지부(200)의 내부에 내장되고, 상기 문틀(101)에 대한 문의 회전 개방시, 문을 문틀(101)에 대해 닫힌 상태로 유지하려는 탄성 복원력을 축적하는 비틀림 탄성체(410)를 구비하여 문 프레임(102)의 열림 뒤에는 상기 비틀림 탄성체(410)의 탄성 복원력으로 문을 자동으로 닫는 자동 닫힘부(400);를 구비하여 회전작동시, 문이 마찰 없이 회전하여 클린룸(5)에 유해한 이물질이 생기지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 상단 지지부(200)는 상부 베어링 수단(220)이 니들 베어링(222)으로 이루어지고, 상기 니들 베어링(222)의 내측에는 상부축(210)이 끼워져 회전하고, 외측에는 원통형 상부 베어링 케이싱(230)을 씌운 다음 문 프레임(102)의 상부모서리 홈(216)에 케이시이 고정되며, 상기 자동 닫힘부(400)는 비틀림 탄성체(410)가 상기 상부축(210)의 외면에 동축으로 끼워진 코일 스프링으로 이루어지고, 그 상단(412)은 상기 상부 원통형 베어링 케이싱(230)에 고정되며, 그 하단(414)은 상부축(210)의 하단에 고정되어 문틀(101)에 대한 문 프레임(102)의 회전시, 상기 상부축(210)과 상부 원통형 베어링 케이싱(230)과의 사이에서 비틀려지면서 탄성 복원력을 축적하는 것임을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100).
  3. 제1항에 있어서, 상기 하단 지지부(300)는 제1 하부 베어링 수단(320)이 서로 인접한 복수의 니들 베어링(322)으로 이루어지고, 상기 복수의 니들 베어링(322)의 내측에는 하부축(310)이 끼워 고정되며, 외측에는 하부 원통형 베어링 케이싱(340)이 끼워져서 문 프레임(102)의 하부모서리 홈(316)에 고정되며, 상기 제2 하부 베어링 수단(330)은 상기 하부축(310)에 끼워진 스러스트 베어링(332)으로 이루어지고, 상기 스러스트 베어링(332)의 상부면은 상기 하부 원통형 베어링 케이싱(340)을 지지하며, 하부면은 문틀(101)의 하부 축받이(307)에 지지되어 문 프레임(102)의 수직하중(V)을 무마찰로 지지하는 것임을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100).
  4. 제1항에 있어서, 상기 상단 지지부(200')는 상부 베어링 수단(220')이 상부축(210')의 상하부에 일정 간격을 유지하면서 배치된 복수의 니들 베어링(222')으로 이루어지고, 상기 복수의 니들 베어링(222')의 내측에는 상부축(210')이 끼워 고정되며, 외측에는 문 프레임(102')의 상부모서리 홈(216')이 직접 면접하여 고정되며, 상기 자동 닫힘부(400')는 비틀림 탄성체(410')가 토션 바(torsion bar)로 이루어진 상부축(210')으로 이루어지고, 그 상단은 사각 모서리(212')를 형성하여 상부 축받이(207')를 통하여 문틀(101')의 상부에 고정되며, 그 하단은 다수의 걸림홈(218')을 형성하고 문 프레임(102')의 상부모서리 홈(216') 하단에 형성된 다수의 돌기(216a')에 끼워 맞춤됨으로써 상기 문틀(101')에 대한 문 프레임(102')의 회전시, 상기 토션 바(torsion bar)로 이루어진 상부축(210')의 비틀림 탄성체(410')가 비틀려지면서 탄성 복원력을 축적하는 것임을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100').
  5. 제1항에 있어서, 상기 하단 지지부(300')는 제1 하부 베어링 수단(320')이 서로 인접한 복수의 니들 베어링(322')으로 이루어지고, 상기 니들 베어링(322')의 내측에는 하부축(310')이 끼워 고정되며, 외측에는 문 프레임(102')의 하부모서리 홈(316')이 직접 면접하여 고정되며, 상기 제2 하부 베어링 수단(330')은 상기 하부축(310')에 끼워진 스러스트 베어링(332')으로 이루어지고, 상기 스러스트 베어링(332')의 상부면은 문 프레임의 하부 모서리 상단면을 지지하며, 하부면은 문 틀(101')의 하부 축받이(307')에 지지되어 문의 수직하중(V)을 마찰 없이 지지하는 것임을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100').
  6. 제5항에 있어서, 상기 하단 지지부(300')는 복수의 니들 베어링(322')과 스러스트 베어링(332')이 일체형 구조로 이루어진 것임을 특징으로 하는 클린룸용 무진자동 경첩장치(100').
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