KR101276245B1 - 팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조 - Google Patents

팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조 Download PDF

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Abstract

전동식 팝업 모니터의 수직 방향 운동을 지지하기 위한 기어 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조가 개시된다. 본 발명의 일면에 따른 팝업 모니터의 랙기어 구조는, 모니터 프레임의 측부에서 결합되어 상기 모니터 프레임과 일체로 동작하며, 상승 또는 하강 운동을 통해 상기 모니터 프레임의 수직 방향 운동을 가능하게 하는 아우터 기어(Outer gear)와, 상기 아우터 기어 내부에 수용되고, 상기 아우터 기어와 동시에 수직 또는 하강 운동을 하여 상기 아우터 기어가 최대로 상승하였을 때, 상기 아우터 기어와 겹쳐지는 부분을 최대화함으로써, 아우터 기어에 발생할 수 있는 전후/좌우 방향의 유동을 지지하는 이너 기어(Inner gear)를 포함한다.

Description

팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조{Double Rack gear structure for sustain Pop-Up Monitor}
본 발명은 전동식 팝업 모니터의 수직 방향 운동을 지지하기 위한 기어 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조에 관한 것이다.
최근 자동차 고급화의 일환으로 차내에 공조장치, 네비게이터, 액정 TV 등의 제어를 위한 각종 모니터가 설치된다. 이 모니터는 리어(rear) 모니터와 프론트(front) 모니터로 나뉘어지는데, 리어 모니터는 운전석 시트 또는 콘솔의 후방에 설치되어 뒷좌석에 앉은 탑승자에 의해 작동될 수 있도록 마련된 것이며, 상기 프론트 모니터는 차체의 전방 디스플레이 패널 상에 설치되어 운전석 또는 보조석과 같이 앞좌석에 앉은 탑승자에 의해 작동될 수 있도록 마련된 것이다.
디스플레이 패널 상에 장착되는 상기 프론트 모니터는 운전자 등이 보다 쉽게 볼 수 있도록 모니터가 장착된 프레임이 팝업(pop up)될 수 있게 구성된다. 이 팝업 방식은 상기 모니터 프레임이 수직하게 팝업되는 것, 모니터 프레임이 회전되면서 팝업되는 것 및 모니터 프레임이 수평하게 이동한 후 수직하게 회전되면서 팝업되는 것 등이 있다.
이 중에서 수직하게 팝업되는 형태가 도 1에 예시되어 있다. 도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 전동식 팝업 모니터의 작동에 대한 일부 절개 배면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 자동차용 전동식 팝업 모니터(1)는 자동차의 크러쉬패드 일 측에 장착되는 본체(3), 본체(3) 내에 내재되는 모니터(4), 그리고 본체(3)에 대해 모니터(4)를 상승 및 하강 시키는 구동부(5) 등을 구비한다.
즉, 본체(3)의 내측에 형성된 공간부에 대해 모니터(4)가 상승 및 하강되도록 하는 가이드인 안내돌기(6)가 본체(3) 일 측면에서 내측방향으로 돌기형태로 하여, 상하로 길게 형성하였으며, 이러한 안내돌기(6)와 결합되는 안내홈(7)을 모니터 (4) 일측 측면에 형성하였다.
이와 함께 모니터(4)의 전면의 화면(8) 형성 부분의 반대측인 배면과 본체(3) 사이에 구동부(5)를 구비하였다. 이때 구동부(5)는 회전력을 발생시키는 모터(9), 모터(9)의 회전력을 전달하는 종동기어(10) 등의 기어들로 구비되어 있다. 그리고 모터(9)의 회전축에는 웜기어(11)를 구비하며, 종동기어(10)와 연동되는 종동축(12)에는 웜휠기어(13)를 구비하였다. 그리고 종동기어(10)와 기어 결합되는 피니언기어(14)를 피니언축(15)에 회전되도록 하였다. 이때 피니언축(15) 및 종동축(12)은 본체(3) 일측에 지지되도록 하였다. 그리고 모니터(4)의 배면에는 평기어(16)가 상하방향으로 형성된 랙기어(17)를 구비하였다.
이와 같이, 종래 기술에 따른 팝업 모니터는 피니언기어와 랙기어에 형성된 평기어와의 기어 결합에 의해 모니터를 상/하 방향으로 구동하고, 본체에 대해 상 측 방향으로 완전히 상승된 모니터는 기어물림에 의해 지지되는데, 이 경우 상승된 모니터를 지지하는 부위가 협소하기 때문에 차량 운행 시 발생하는 진동에 의해 모니터가 상하 또는 좌우 방향으로 쉽게 흔들리는 문제점이 발생하였다.
또한, 상술한 종래 기술에 따르면 랙기어에 형성된 평기어는 외부에 노출되어 있으므로 이물로 인한 구동 불량 발생 가능성이 높은 문제점도 존재하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 모니터의 상하 방향의 구동이 모니터의 양 측면에 구비되는 내접된 이중 랙기어에 의해 작동되게 함으로써 모니터가 본체에 대하여 최대한 상승하였을 때 모니터에 대한 지지력을 증강할 수 있는 팝업 모니터를 지지하기 위한 이중 랙기어 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 팝업 모니터의 랙기어 구조는, 모니터 프레임의 측부에서 결합되어 상기 모니터 프레임과 일체로 동작하며, 상승 또는 하강 운동을 통해 상기 모니터 프레임의 수직 방향 운동을 가능하게 하는 아우터 기어(Outer gear)와, 상기 아우터 기어 내부에 수용되고, 상기 아우터 기어와 동시에 수직 또는 하강 운동을 하여 상기 아우터 기어가 최대로 상승하였을 때, 상기 아우터 기어와 겹쳐지는 부분을 최대화함으로써, 아우터 기어에 발생할 수 있는 전후/좌우 방향의 유동을 지지하는 이너 기어(Inner gear)를 포함한다.
아우터 기어 내부의 일 면에는 길이 방향을 따라 레일 홈이 형성되고, 이너 기어의 일 면에는 길이 방향을 따라 레일이 형성되어, 상기 이너 기어는 상기 레일과 상기 레일 홈 사이의 결합을 통해 상기 아우터 기어 내부에 수용된다.
또한, 아우터 기어의 내부 일 측면에는 평기어 치열이 길이 방향을 따라 일자로 형성되고, 이너 기어의 내부 일 측면에는 평기어 치열이 길이 방향을 따라 일자로 형성된다.
또한, 이너 기어에는 관통공이 형성되며, 상기 관통공에는 가이드 축 구비되어 가이드 축을 따라서 이너 기어의 수직 방향의 운동이 지지될 수 있다.
또한, 아우터 기어 및 이너 기어는 각각 모터에서 발생하는 제1 회전운동 및 제2 회전운동을 제1 직선운동 및 제2 직선운동으로 변환하는데, 이를 위해 아우터 기어 및 이너 기어는 모터에서 발생하는 회전운동을 전달하는 구동 유닛과 기어 결합고, 구동 유닛은 제1 및 제2 스퍼 기어로 구성되는 스퍼 기어 셋트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스퍼 기어는 각각 상기 아우터 기어 및 상기 이너 기어와 기어 결합한다.
여기서, 제1 스퍼 기어와 상기 제2 스퍼 기어는 일체로 결합하여 회전하며, 상기 제1 스퍼 기어의 직경은 상기 제2 스퍼 기어의 직경보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 구동 유닛은 모터와, 상기 모터의 회전력을 회전 축에 전달하는 제1 기어 셋트와, 상기 제1 기어 셋트와 기어 결합하는 제2 기어 셋트를 구비하여 상기 모터의 출력에 따라 회전 구동하는 회전축으로 구성되며, 상기 제1 및 제2 스퍼 기어는 상기 회전축의 양단에 각각 고정 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제1 기어 셋트는 상기 모터의 구동 축에 설치되는 웜 기어와 결합되는 클러치 기어 및 상기 클러치 기어에 기어 결합되는 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어로 구성된다.
클러치 기어는 샤프트와, 상기 샤프트를 중심으로 상부에 위치하는 헬리컬 기어와, 상기 샤프트를 중심으로 하부에 위치하는 스퍼 기어와, 상기 헬리컬 기어 내부에 매설된 인장 스프링과, 상기 헬리컬 기어와 상기 스퍼 기어 사이에 매설된 마찰 패드로 구성되고, 상기 상부의 헬리컬 기어는 상기 구동 축에 설치되는 웜 기어와 기어 결합하여 상기 모터로부터 동력을 전달 받고, 상기 하부의 스퍼 기어는 상기 상부의 헬리컬 기어와 일체로 회전하면서 상기 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어와 기어 결합하여 동력을 전달한다.
헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어는 상단이 헬리컬 기어 하단이 스퍼 기어로 구성되고, 상기 하단의 스퍼 기어는 상기 클러치 기어 하단의 스퍼 기어와 기어 결합하여 상기 클러치 기어로부터 동력을 전달받으며, 상기 상단의 헬리컬 기어는 상기 회전 축에 구비되는 상기 제2 기어 셋트와 기어 결합하여 상기 회전 축에 동력을 전달한다.
제2 기어 셋트는 상기 회전 축에 고정 결합되며 헬리컬 기어와 스퍼 기어가 상기 회전 축과 일체로 회전하는 복합 기어로 구성되고, 상기 제2 기어 셋트의 헬리컬 기어는 상기 헬리켈 기어/스퍼 기어 복합 기어 상단의 헬리컬 기어와 기어 결합하여 동력을 전달받는다.
본 발명에 따르면, 모니터 프레임의 수직 방향의 운동은 랙기어 셋트에 의해 지지되고, 랙기어 셋트는 모니터 프레임과 고정 결합되어 모니터 프레임의 수직 방향의 운동을 직접 유도하는 아우터 기어와, 상기 아우터 기어와 레일 결합을 통해 내부 공간에 수용되는 이너 기어로 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 랙기어 셋트는 아우터 기어와, 이너 기어의 이중 랙기어 구조를 가지는 것을 특징으로 하는데, 여기서 이너 기어는 모니터 프레임의 수직 방향의 운동에 직접적으로 관여하지 않고, 아우터 기어와 동시에 상승하여 아우터 기어가 최대로 상승하였을 때, 아우터 기어와 겹쳐지는 부분을 최대화함으로써, 아우터 기어에 발생할 수 있는 전후/좌우의 흔들림을 지지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 본체 하우징에는 휴대용 기기 등을 수납할 수 있는 수납 공간이 형성되어 있고, 그 일면에는 휴대용 기기에 전원을 공급하거나 휴대용 기기와 통신을 할 수 있는 커넥터 및 USB 포트 등이 형성되어 있어 사용자 편의성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 전동식 팝업 모니터의 작동에 대한 일부 절개 배면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 랙기어 구조를 갖는 팝업 모니터의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랙기어 셋트의 개략적인 정단면도이고,
도 4는 랙기어 셋트의 개략적인 평단면도이고,
도 5는 랙기어 셋트의 개략적인 사시도이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 기어의 내부 상세 구조를 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 랙기어 셋트의 수직방향 운동을 지지하기 위한 댐핑(Damping) 스프링을 구비한 본체 하우징을 도시한 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 랙기어 구조를 갖는 팝업 모니터의 사시도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 차량 실내의 전면에 장착되는 크래쉬 패드에 수납되는 본체 하우징(10)과, 본체 하우징(10)에 수직 방향으로 이동 가능하게 설치되는 모니터 프레임(20) 및 모니터 프레임(20)을 수직 방향으로 이동 가능하게 설치되는 구동 유닛(도 5에 도시됨)을 포함하여 구성된다.
본체 하우징(10)은 차량의 실내 전방의 센터 페이시아(center facia)에 설치되는 크래쉬 패드에 수납되는 것으로서, 모니터 프레임(20)이 크래쉬 패드 상에서 수직 방향으로 출몰 가능할 수 있도록 모니터 프레임(20)을 지지하는 역할을 수행한다.
본체 하우징(10)은 내부가 비어 있어, PDA, MP3 플레이어, 이동통신 단말 등 휴대용 기기를 수납할 수 있는 공간이 확보되며, 일 단면에는 휴대용 기기에 전력을 공급할 수 있는 커넥터(11)가 형성되어 있다.
또한, 본체 하우징(10) 내부의 일 단면에는 휴대용 기기와 통신을 가능하게 하는 USB 포트가 형성될 수 있다.
또한, 본체 하우징(10)의 양 측부에 각각 돌출 형성된 결합부(12)를 이용하여 크래쉬 패드에 나사(도시하지 않음) 결합시켜 본체 하우징(10)을 크래쉬 패드에 고정시킬 수 있다.
모니터 프레임(20)은 본체 하우징(10)에 수직 방향으로 이동 가능하게 설치되는 것으로서, 모니터(21)와 모니터(21)의 후측에서 결합하여 모니터(21)를 지지하는 케이스(23)와, 케이스(23) 후측에서 결합하여 케이스(23)의 수직 방향 이동을 지지하는 지지 프레임(25)으로 구성된다.
지지 프레임(25)은 케이스(23) 후측에서 나사 결합을 통해 케이스(23)에 고정되며, 케이스(23) 양 측면에서 돌출되어 형성된 날개 형상의 결합부재(25_1)를 구비한다.
또한, 모니터 프레임(20)은 본체 하우징(10)에 대하여 수직 방향으로 슬라이딩함으로써 모니터 프레임(20)의 수직 방향 이동을 유도하는 랙기어 셋트(27)를 더 포함할 수 있으며, 랙기어 셋트(27)는 지지 프레임(25)의 양 측면에서 돌출되어 형성된 결합부재(25_1)에 각각 나사 결합 등을 통해 고정될 수 있다.
한편, 본 발명에서의 랙기어 셋트(27)는 상기 결합부재(25_1)에 고정 결합되어 모니터 프레임(20)의 수직 운동을 지지하는 아우터(Outer) 기어와 아우터 기어의 내측에 수용되어 아우터 기어와 레일(Rail) 결합을 통해 아우터 기어의 수직 운동을 지지하는 이너(inner) 기어로 구성된 것으로서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 랙기어 셋트의 개략적인 정단면도를 도시한 것이고, 도 4는 랙기어 셋트의 개략적인 평단면도를 도시한 것이고, 도 5는 랙기어 셋트의 개략적인 사시도를 도시한 것이다.
랙기어 셋트(27)는 도시된 바와 같이 아우터 기어(210)와 이너 기어(220) 및 가이드 축(230)으로 구성된다.
아우터 기어(210)는 모니터 프레임(20)의 양 측면에 설치되는 것으로서 지지 프레임(25)의 결합부재(25_1)에 나사 결합 등을 통해 고정되어 모니터 프레임(20)과 일체로 동작한다.
아우터 기어(210)는 내부에 공간이 형성되어 있는 'ㄷ' 형상을 가지고, 내부 일 측면에는 평기어 치열(211)이 길이방향을 따라 일자로 형성되어 있다. 이때, 평기어 치열(211)은 구동 유닛(30)의 제1 스퍼 기어(도 5를 참조하여 후술 함)와 기어 결합되어, 제1 스퍼 기어를 통해 전달되는 제1 회전운동을 제1 직선운동을 변환하여 아우터 기어(210)와 고정 결합된 모니터 프레임(20)의 수직 방향 운동을 가능하게 한다.
또한, 아우터 기어(210)의 내부의 일 단면에는 길이 방향을 따라 레일 홈이 형성되어 있으며, 후술할 이너 기어(220)는 레일 홈을 따라 수직 방향으로 슬라이딩되어 수직 방향의 운동이 지지될 수 있다.
이너 기어(220)는 아우터 기어(210) 내부 공간에 수용되는 것으로서, 일 단면에 길이방향을 따라 레일(221)이 형성되어 있다. 이 때, 레일(221)은 상기 레일 홈에 삽입될 수 있고, 이너 기어(220)의 수직 방향의 운동은 아우터 기어(210)의 레일 홈과 레일(221) 사이의 레일(Rail) 결합을 통해 지지되는 것이다.
또한, 이너 기어(220)의 내부 일 측면에도 길이방향을 따라 평기어 치열(223)이 형성되어 있으며, 상기 평기어 치열(223)은 구동 유닛(30)의 제2 스퍼 기어(도 5를 참조하여 후술 함)와 기어 결합되어, 제2 스퍼 기어를 통해 전달되는 제2 회전운동을 제2 직선운동으로 변환하여 이너 기어(220)의 수직 방향 운동을 가능하게 한다.
가이드 축(230)은 이너 기어(220)에 형성된 관통공(225)에 삽입되어 있으며, 이너 기어(220)의 수직 방향의 운동을 가이드하며, 이너 기어(220)가 상승할 때 발생할 수 있는 전후/좌우 방향의 흔들림으로부터 이너 기어(220)를 지지한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 모니터 프레임(20)의 수직 방향의 운동은 랙기어 셋트(27)에 의해 지지되고, 랙기어 셋트(27)는 모니터 프레임(20)과 고정 결합되어 모니터 프레임(20)의 수직 방향의 운동을 직접 유도하는 아우터 기어(210)와, 상기 아우터 기어(210)와 레일 결합을 통해 내부 공간에 수용되는 이너 기어(220)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에서 랙기어 셋트(27)는 아우터 기어(210)와, 이너 기어(220)의 이중 랙기어 구조를 가지는 것을 특징으로 하는데, 여기서 이너 기어(220)는 모니터 프레임(20)의 수직 방향의 운동에 직접적으로 관여하지 않고, 아우터 기어(210)와 동시에 상승하여 아우터 기어(210)가 최대로 상승하였을 때, 아우터 기어(210)와 겹쳐지는 부분을 최대화함으로써, 아우터 기어(210)에 발생할 수 있는 전후/좌우의 흔들림을 지지할 수 있는 더미(dummy)기어의 역할을 수행한다.
또한, 모니터 프레임(20)의 하단에는 하나 이상의 포토 센서(29)가 더 구비될 수 있다. 포토 센서는 일반적으로 발광부와 수광부로 구성되어 발광부에서 출력되는 광을 수광부에서 수신하여 그 통로 상에 물체가 존재하는지를 검출하는 센서를 의미한다.
본 발명에서 모니터 프레임(20)의 하단에 구비되는 하나 이상의 포토 센서(29)는 모니터 프레임이 본체 하우징(10)에 대하여 수직 방향으로 상승된 상태(open)에서 하강할 시(close), 본체 하우징(10) 내부에 형성되어 있는 수납 공간에 장애물(사람의 손, 기타 다른 물건 등)이 있을 경우, 이를 감지하기 위함이다.
포토 센서(29)에 의해서 수집된 감지 신호는 내부 회선을 통해 후술할 모터(310) 제어부 및 전원단의 회로가 구성되어 있는 인쇄회로기판으로 전송되고, 제어부는 감지 신호에 따라 모터(310)의 회전 방향을 역방향으로 바꾸어 모니터 프레임(20)을 다시 상승시킨다.
일 실시예로서, 장애물 감지에 대한 오류를 방지하기 위해, 모니터 프레임(20)의 하단에는 복수의 포토 센서(29)가 설치될 수 있고, 복수의 포토 센서(29) 중에서 기 설정된 개수 이상의 장애물 감지 신호를 수신하는 경우에만(예를 들어, 총 5개의 포토 센서가 설치되어 있고, 이 중 3개 이상의 포토 센서로부터 감지 신호가 수신되는 경우), 제어부는 모터(310)의 회전 방향을 역방향으로 전환하는 제어신호를 출력한다.
다른 실시예로서, 포토 센서(29)는 모니터 프레임(20)의 하면에 존재하는 장애물을 감지하여, 장애물과 모니터 프레임(29)의 하면 사이의 거리를 측정한 결과를 제어부로 전달한다. 이 때, 제어부는 측정한 결과에 따라 모터(310)의 회전 방향에 대한 제어를 달리 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 측정된 결과가 기 설정된 수치를 초과하는지 여부를 판단하고, 측정된 결과가 수치를 초과하는 경우에는 모터(310)의 회전 방향을 그대로 유지하고, 그렇지 않은 경우에는 모터(310)의 회전 방향을 역방향으로 전환하는 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 경고음 등을 발생하는 경고 수단을 더 포함할 수 있는데, 제어부는 모니터 프레임(20)이 하강할 때, 포토 센서(29)로부터 장애물의 감지신호를 수신하면 경고 수단이 동작하도록 제어하고, 측정된 결과가 기 설정된 수치를 초과하는지 여부를 판단하여, 상기 측정된 결과가 상기 수치를 초과하는 경우에는 모터(310)의 회전 속도를 감속시키고, 그렇지 않은 경우에는 모터(310)의 회전 방향을 역방향으로 전환하는 제어신호를 출력할 수도 있다.
한편, 구동 유닛(30)은 모터(310)와, 제1 기어 셋트(320)와, 회전 축(330)과, 제2 기어 셋트(340)와, 스퍼 기어 셋트(350, 360)로 구성된 것으로서, 이하 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 구동 유닛의 단면도를 도시한 것이다.
구동 유닛(30)은 본체 하우징(10)의 내부에 구비되는 것으로서, 본체 하우징(10) 상부를 가로질러 형성된 브라켓(370) 상에 설치된다.
모터(310)는 브라켓(370)의 일 단면에 설치되는 것으로서, 브라켓(370) 상에는 모터(310) 제어 및 전원단의 회로가 구성되어 있는 인쇄회로기판(PCB; 미도시)가 설치되어 있다.
모터(310)에서 발생하는 회전 운동은 브라켓(370)에 설치된 제1 및 제2 기어 셋트(320, 340)에 의해 회전 축(330)으로 전달된다.
여기서, 제1 기어 셋트(320)는 모터(310)의 구동축(311)의 단부에 설치된 웜 기어(321)와, 웜 기어(321)에 기어 결합되는 클러치 기어(323)와, 클러치 기어(323)와 기어 결합되는 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)로 구성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 클러치 기어의 내부 상세 구조를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 클러치 기어(323)는 샤프트(323_1)를 중심으로 상단에 헬리컬 기어(323_2)와 하단에 스퍼 기어(323_3)가 위치하는 복합 기어 구성을 가진다.
헬리컬 기어(323_2) 내부에는 인장 스프링(323_4)이 위치하고 있어, 헬리컬 기어(323_2)의 회전력 및 헬리컬 기어(323_2)에 가해지는 외력을 지지하고, 상단의 헬리컬(323_2)와 하단의 스퍼 기어(323_3) 사이에는 마찰 패드(323_5)가 매설되어 있어 헬리컬 기어(323_2)와 스퍼 기어(323_3)를 공간적으로 분리시킨다.
모터(310)에서 발생되는 동력은 구동축(311)의 단부에 설치된 웜기어(321)와 클러치 기어(323)와의 기어 결합에 의해 클러치 기어(323)로 전달되고, 클러치 기어(323)를 구성하는 상단의 헬리컬 기어(323_2)와 하단의 스퍼 기어(323_3)는 마찰 패드(323_5)에서 발생하는 마찰력에 의해 일체로 회전하면서 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)에 동력을 전달한다. 이 때, 클러치 기어(323) 상단의 헬리컬 기어(323_2)와 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)의 헬리컬 기어는 서로 이격되게 설치되며, 클러치 기어(323) 하단의 스퍼 기어(323_3)와 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)의 스퍼 기어가 서로 기어 결합되어 동력 전달이 이루어지게 된다.
만약 모니터 프레임(20)에 가해지는 외력으로 인하여, 클러치 기어(323)에 외력이 인가되면, 클러치 기어(323) 내부에 매설되어 있는 마찰 패드(323_5)에서는 미끄러짐이 발생하게 되고, 이로 인해 클러치 기어(323) 하단의 스퍼 기어(323_3)는 상단의 헬리컬 기어(323_2)로부터 동력을 전달받지 못한다.
즉, 외력 등이 가해지면 모터(310)는 정상적으로 동작하지만, 마찰 패드(323_5)에서 발생하는 미끄러짐으로 인해 모터(310)의 동력은 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324), 회전 축(30) 등으로 전달되지 않는다. 이와 같은 상황은 로터리 센서가 감지하며 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)는 동일한 축을 기준으로 하여 상단에 헬리컬 기어가 하단에는 스퍼 기어가 일체로 결합되어 동시에 회전하며, 클러치 기어(323)에서의 동력은 하단의 스퍼 기어로 전달되어, 상단의 헬리컬 기어는 동시에 회전할 수 있게 된다.
회전 축(330)에는 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)를 구성하는 상단의 헬리컬 기어와 기어 결합을 하여 회전 가능하게 설치되는 헬리컬 기어(341)와 상기 헬리컬 기어(341)와 고정 결합되어 이와 동시에 회전하게 되는 스퍼 기어(342)로 구성된 제2 기어 셋트(340)가 구비되어 있다.
즉, 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)에 전달된 동력은 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)를 구성하는 상단의 헬리컬 기어와 제2 기어 셋트(340)를 구성하는 헬리컬 기어의 기어 결합을 통해, 제2 기어 셋트(340)로 전달되고, 이에 따라 제2 기어 셋트(340)와 회전 축(330)은 일체로 결합되어 동시에 회전하게 된다.
한편, 회전 축(330)의 양 단에는 회전 축(330)과 일체로 회전 가능하게 설치된 스퍼 기어 셋트(350, 360)가 구비된다.
스퍼 기어 셋트(350, 360)는 회전 축(330)의 양 단에 고정 결합되고, 상술한 아우터 기어(210) 및 이너 기어(220)의 일부 내 측면에 형성된 평기어 치열(211, 223)에 각각 맞물리게 결합된다.
따라서 모터(310)에서 발생하는 회전운동은 스퍼 기어 셋트(350, 360)에 의해서 아우터 기어(210) 및 이너 기어(220)로 각각 전달되고, 아우터 기어(210) 및 이너 기어(220)는 이를 각각 직선 운동으로 변환하여 본체 하우징(10)에 대하여 수직 방향으로 상승 또는 하강할 수 있게 된다.
스퍼 기어 셋트(350, 360)는 직경을 달리하여 형성된 제1 스퍼 기어(350)와 제2 스퍼 기어(360)로 구성된다. 제1 스퍼 기어(350)는 직경이 제2 스퍼 기어(360)보다 크며, 아우터 기어(210) 내 측면에 형성된 평기어 치열(211)가 맞물리게 결합되고, 제2 스퍼 기어(360)는 이너 기어(220)의 내 측면에 형성된 평기어 치열(223)에 맞물리게 결합된다.
직경을 달리하여 형성된 스퍼 기어 셋트(350, 360)는 회전 축(330)과 일체로 회전하여 동일한 각속도를 가지면서도 아우터 기어(210) 및 이너 기어(220) 각각에는 서로 다른 선속도를 제공하게 된다. 이에 따라 아우터 기어(210)는 이너 기어(230)에 비해 더 큰 선속도를 가지고 수직 방향으로 상승 또는 하강할 수 있게 된다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 본체 하우징(10) 상부를 가로질러 형성된 브라켓(370) 상에는 구동 유닛(30)의 동력 전달 상황을 감지하는 로터리(Rotary) 센서(40)가 더 구비될 수 있다.
로터리 센서(40)는 브라켓(370) 상에서 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어(324)와 일정 공간을 두고 이격되게 설치되는 것으로서, 회전 축(330)과 일체로 구동하는 제2 기어 셋트(340)의 스퍼 기어와 기어 결합되어 있어, 회전 축(330)과 동일하게 회전 구동을 한다.
정상적인 동력 전달 상황 하에서는 모터(310)의 동력은 회전 축(330)에 그대로 전달되어 모터(310)의 회전 방향에 따라 회전 축(330)도 회전하게 된다. 이 때, 로터리 센서(40)도 회전 축(330)과 같이 회전하여 정상 상태 신호를 출력한다.
만약 비정상적인 동력 전달 상황이 발생한 경우, 예를 들어 모니터 프레임(20)에 기 설정된 한도를 넘는 외력이 발생한 경우에는 상술한 클러치 기어(323)의 구조적인 특징으로 인해, 모터(310)의 동력이 회전 축(330)으로 전달되지 않는다.
이에 따라, 모터(310)는 회전함에도 불구하고, 회전 축(330)은 회전하지 않고, 회전 축(330)가 기어 결합된 로터리 센서(40)도 회전하지 않게 된다. 즉, 모터(310)는 회전함에도 불구하고, 로터리 센서(40)는 회전하지 않는 상황인 경우, 로터리 센서(40)는 이를 비정상적인 상태로 파악하여 비정상 상태 신호를 출력한다.
로터리 센서(40)로부터 출력되는 정상 또는 비정상 상태 신호는 내부 회선을 통해 모터(310) 제어부 및 전원단의 회로가 구성되어 있는 인쇄회로기판으로 전송되고, 제어부는 감지 신호에 따라 모터(310)의 회전 방향을 역방향으로 제어하는 제어신호를 출력한다.
즉, 제어부는 회전 축(330)의 회전 여부에 대한 상태정보와 모터(310)의 회전 여부에 대한 상태정보에 따라 모터(310)의 회전방향에 대한 제어를 수행하는데, 구체적인 실시예는 아래와 같다.
일 실시예로서, 모니터 프레임(20)에 본체 하우징(10)에 대하여 수직 방향으로 상승 또는 하강 중인 경우, 정상적인 동력 전달 상황인 경우에는 모터(310)와 회전 축은 같이 회전하게 된다. 만약 비정상적인 동력 전달 상황이 발생한 경우에는 모터(310)는 회전하지만 회전 축(330)은 회전하지 않게 되고, 이와 같은 모터(310) 및 회전 축(330) 각각의 회전여부에 대한 상태정보를 수신한 제어부는 이를 외력이 가해진 상태로 해석하여, 모터(310)가 원래의 회전방향에 대하여 역방향으로 회전하게끔 제어한다. 즉, 모니터 프레임(20)이 상승 시, 외력이 가해지면, 모니터 프레임(20)이 하강하게끔 모터(310)의 회전방향을 역방향으로 제어하고, 모니터 프레임(20)이 하강 시, 외력이 가해지면, 모니터 프레임(20)이 상승하게끔 모터(310)의 회전방향을 역방향으로 제어한다.
다른 실시예로서, 모니터 프레임(20)에 본체 하우징(10)에 대하여 최대로 상승하여 정지된 상태일 때, 외력이 가해지는 경우에는 모터(310)는 정지된 상태이지만, 회전 축(330)은 외력에 의해 회전할 수도 있다.
즉, 제어부는 모니터 프레임(20)이 열린 상태에서 회전 축(330)이 회전하고 있다는 상태 정보를 수신하고, 모터(310)는 회전하고 있지 않다는 상태정보를 수신하면 모니터 프레임(20)이 하강하는 방향으로 모터(310)의 회전 방향을 제어한다.
이상, 회전 축(330)의 회전여부에 대한 상태 정보는 로터리 센서(40)의 감지신호로부터 획득되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위는 회전 축(330)의 회전여부에 대한 상태정보를 획득할 수 있는 모든 다른 구성도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
한편 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예로서, 본체 하우징(10) 양 측면에는 면에는 랙기어 셋트(27)의 수직방향 운동을 지지하기 위한 댐핑(Damping) 스프링(13)이 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 랙기어 셋트(27)는 구동 유닛(30)의 스퍼 기어 셋트(350, 360)와 기어 결합을 통해 모터(310)의 동력을 전달 받는다. 이 때, 스퍼 기어와 랙기어 사이에는 유격이 존재하고, 이로 인해 모니터 프레임(20)이 상승 또는 하강할 때 그 유격만큼의 유동이 발생한다. 또한, 차량의 진동에 의한 모니터 유동으로 인하여 래틀 노이즈(Rattle noise)가 발생하는 문제가 있다.
기어 간의 유격으로 인하여 발생하는 모니터의 유동 및 이로 이한 노이즈 등의 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예에서는 랙기어 셋트(27)의 수직방향 운동을 지지하기 위한 댐핑 스프링(13)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 댐핑 스프링(13)은 본체 하우징(10)의 양 측면에 설치되는 것으로서, 케이스-댐핑 스프링(Case Damping Spring; 13_1)과 토션 스프링(Torsion Spring; 13_2)으로 구성된다.
랙기어 셋트(27)의 아우터 기어(210) 외면에는 길이 방향을 따라 일정한 폭을 가지는 홈(212)이 형성되어 있으며, 모니터 프레임(20)이 상승 또는 하강할 때, 댐핑 스프링(13)은 상기 홈(212)을 따라 아우터 기어(210)의 수직 거동을 지지한다.
도 7은 모니터 프레임(20)이 수직 방향으로 최대로 상승했을 때, 모니터 프레임(20)과 댐핑 스프링(13) 사이의 구조적인 관계를 보여준다. 전술한 바와 같이, 모니터 프레임(20)의 상하 거동은 랙기어 셋트(27)와 스퍼기어 셋트(350, 360) 사이의 기어 결합에 의존한다. 스퍼기어 셋트(350, 360)의 회전운동을 랙기어 셋트(27)가 직선운동으로 전환하여 랙기어 셋트(27)에 고정된 모니터 프레임(20)이 수직방향으로 거동할 수 있게 하는 것이다. 이때, 모니터 프레임(20), 즉 랙기어 셋트(27)의 수직방향 운동을 지지할 수 있는 수단이 필요한데, 1차적으로 이와 같은 역할은 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 가이드 축(230)에 의해 수행된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가이드 축(230)은 이너 기어(220)에 형성된 관통공(225)에 삽입되어 있으며, 이너 기어(220)의 수직 방향의 운동을 가이드하며, 이너 기어(220)가 상승할 때 발생할 수 있는 전후/좌우 방향의 흔들림으로부터 이너 기어(220)를 지지한다.
한편, 이너 기어(220)의 수직 방향 운동을 지지하는 가이드 축(230)과 같은 역할은 아우터 기어(230)에서는 이너 기어(220)가 수행하게 되는데, 상기 가이드 축(230) 및 이너 기어(220)에도 불구하고, 랙기어 셋트(27)가 수직방향으로 운동할 때에는 수직 이동 방향에 대해 전후 또는 좌우 방향으로 흔들림이 발생할 수 있다. 즉, 상기 가이드 축(230) 및 이너 기어(220)에 보조하여 상기 랙기어 셋트(27)의 수직 거동을 지지할 수단이 필요한데, 댐핑 스프링(13)이 이와 같은 역할을 수행한다.
구체적으로, 댐핑 스프링(13) 일 면에 형성된 돌기는 아우터 기어(210) 외면에 형성된 홈(212)에 수용되어 아우터 기어(210)가 수직 거동을 할 때 좌우 방향으로 발생할 수 있는 흔들림으로부터 아우터 기어(210)를 지지할 수 있다. 또한, 아우터 기어(210)가 상승 또는 하강 시 수직 이동 방향에 대해 전후 방향으로 흔들림이 발생할 수 있는데, 이때 댐핑 스프링(13)은 복원력을 이용하여 아우터 기어(210)를 지지한다.
탄성 재질인 토션 스프링(13_2)은 케이스-댐핑 스프링(13_1)과 조립될 때, 케이스-댐핑 스프링(13_1)에 일정한 모멘트를 발생시키고, 이러한 모멘트로 인하여 댐핑 스프링(13)은 외력에 대해 복원력을 가지게 된다.
댐핑 스프링(13)의 복원력에 의해 랙기어 셋트(27)의 수직 거동은 지지될 수 있으며, 이로 인해 전후/좌우 흔들림으로 발생하는 랙기어 셋트(27)와 스퍼 기어 셋트(350, 360) 사이의 유격은 제거된다.
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댐핑 스프링(13)으로부터 가해지는 압력은 랙기어 셋트(27)와 스퍼 기어 셋트(350, 360) 사이에 발생하는 기어 간의 유격을 제거할 수 있고, 이로 인해 모니터 프레임(20)이 상승 또는 하강할 때 발생하는 유동은 방지된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 팝업 모니터의 모니터 프레임과 연결되어 상기 모니터 프레임의 수직 방향의 운동을 가능하게 하는 랙기어 구조에 있어서,
    상기 모니터 프레임의 측부에서 결합되어 상기 모니터 프레임과 일체로 동작하며, 상승 또는 하강 운동을 통해 상기 모니터 프레임의 수직 방향 운동을 가능하게 하는 아우터 기어(Outer gear); 및
    상기 아우터 기어 내부에 수용되고, 상기 아우터 기어와 동시에 수직 또는 하강 운동을 하여 상기 아우터 기어가 최대로 상승하였을 때, 상기 아우터 기어와 겹쳐지는 부분을 최대화함으로써, 아우터 기어에 발생할 수 있는 전후/좌우 방향의 유동을 지지하는 이너 기어(Inner gear)
    를 포함하는 팝업 모니터의 이중 랙기어 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 기어 내부의 일 면에는 길이 방향을 따라 레일 홈이 형성되며,
    상기 이너 기어의 일 면에는 길이 방향을 따라 레일이 형성되어, 상기 이너 기어는 상기 레일과 상기 레일 홈 사이의 결합을 통해 상기 아우터 기어 내부에 수용되는 것
    인 팝업 모니터의 이중 랙기어 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 기어의 내부 일 측면에는 평기어 치열이 길이 방향을 따라 일자로 형성되고, 상기 이너 기어의 내부 일 측면에는 평기어 치열이 길이 방향을 따라 일자로 형성되는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이너 기어에는 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공에는 가이드 축 구비되는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 기어 및 상기 이너 기어는 각각 모터에서 전달되는 제1 회전운동 및 제2 회전운동을 제1 직선운동 및 제2 직선운동으로 변환하는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 기어 및 상기 이너 기어는 모터에서 발생하는 회전운동을 전달하는 구동 유닛과 기어 결합하는 것이고,
    상기 구동 유닛은 제1 및 제2 스퍼 기어로 구성되는 스퍼 기어 셋트를 포함하고, 상기 제1 및 제2 스퍼 기어는 각각 상기 아우터 기어 및 상기 이너 기어와 기어 결합하는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 스퍼 기어와 상기 제2 스퍼 기어는 일체로 결합하여 회전하며, 상기 제1 스퍼 기어의 직경은 상기 제2 스퍼 기어의 직경보다 더 크게 형성된 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  8. 제6항에 있어서, 상기 구동 유닛은,
    모터와, 상기 모터의 회전력을 회전 축에 전달하는 제1 기어 셋트와, 상기 제1 기어 셋트와 기어 결합하는 제2 기어 셋트를 구비하여 상기 모터의 출력에 따라 회전 구동하는 회전축으로 구성되며,
    상기 제1 및 제2 스퍼 기어는 상기 회전축의 양단에 각각 고정 결합되는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 기어 셋트는,
    상기 모터의 구동 축에 설치되는 웜 기어와 결합되는 클러치 기어 및 상기 클러치 기어에 기어 결합되는 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어로 구성되는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  10. 제9항에 있어서, 상기 클러치 기어는,
    샤프트와, 상기 샤프트를 중심으로 상부에 위치하는 헬리컬 기어와, 상기 샤프트를 중심으로 하부에 위치하는 스퍼 기어와, 상기 헬리컬 기어 내부에 매설된 인장 스프링과, 상기 헬리컬 기어와 상기 스퍼 기어 사이에 매설된 마찰 패드를 포함하여 구성되는 것이고,
    상기 상부의 헬리컬 기어는 상기 구동 축에 설치되는 웜 기어와 기어 결합하여 상기 모터로부터 동력을 전달 받고, 상기 하부의 스퍼 기어는 상기 상부의 헬리컬 기어와 일체로 회전하면서 상기 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어와 기어 결합하여 동력을 전달하는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 헬리컬 기어/스퍼 기어 복합 기어는 상단이 헬리컬 기어 하단이 스퍼 기어로 구성되는 것이고,
    상기 하단의 스퍼 기어는 상기 클러치 기어 하단의 스퍼 기어와 기어 결합하여 상기 클러치 기어로부터 동력을 전달받으며,
    상기 상단의 헬리컬 기어는 상기 회전 축에 구비되는 상기 제2 기어 셋트와 기어 결합하여 상기 회전 축에 동력을 전달하는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 기어 셋트는,
    상기 회전 축에 고정 결합되며 헬리컬 기어와 스퍼 기어가 상기 회전 축과 일체로 회전하는 복합 기어로 구성되고, 상기 제2 기어 셋트의 헬리컬 기어는 상기 헬리켈 기어/스퍼 기어 복합 기어 상단의 헬리컬 기어와 기어 결합하여 동력을 전달받는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 기어의 수직 이동을 지지하기 위한 지지 부재
    를 더 포함하는 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 아우터 기어 외면에는 길이 방향을 따라 일정한 폭을 가지는 홈이 형성되고, 상기 모니터 프레임이 수직 방향으로 상승/하강 시, 상기 지지 부재는 상기 홈을 따라 상기 아우터 기어의 수직 이동을 지지하는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  15. 승강 가능한 모니터 프레임을 포함하는 팝업 모니터의 랙기어 구조에에 있어서,
    상기 모니터 프레임에 결합되는 선형 아우터 기어(Outer gear)와, 상기 아우터 기어 내부에 위치하는 선형 이너 기어(Inner gear)를 포함하되,
    상기 이너 기어는 상기 아우터 기어의 상승/하강 동작에 맞춰 상승/하강 동작을 하도록 구성되는 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서,
    상기 아우터 기어의 수직 이동을 지지하기 위한 지지 부재
    를 더 포함하는 팝업 모니터의 랙기어 구조.
  20. 제19항에 있어서, 상기 지지 부재는,
    상기 아우터 기어와 외접하게 설치되는 케이스-댐핑 스프링과, 상기 케이스-댐핑 스프링과 조립되어 상기 케이스-댐핑 스프링에 모멘트를 발생시키는 토션 스프링으로 구성되는 댐핑 스프링인 것
    인 팝업 모니터의 랙기어 구조.

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