KR101318100B1 - 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치 - Google Patents

Abstract

본 장치는 가정에서 사용되는 가스밸브에 부착하여 설정시간이 지난 후 자동으로 가스밸브를 잠그게 하는 가스타이머장치에 관한 것이다.
일반적으로 모터구동으로 작동되는 종래의 전자식 가스타이머장치는 가스밸브를 개폐시키는데 있어서 가스밸브의 빡빡한 부하로 인하여 전기모터의 수명이 짧고 또한 건전지의 사용시간이 짧을 수밖에 없었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 가스타이머장치의 내부에 태엽스프링과 기어드모터를 동시에 구비하여 가스밸브를 열고자 할 때에는 손으로 돌려 시간을 설정하고, 설정시간이 지나면 기어드모터와 태엽스프링에 의하여 가스밸브가 닫혀 지도록 함으로써 가스타이머에 사용되는 건전지의 사용시간이 늘리고 전기모터의 고장을 줄이는 전자식 가스타이머장치를 제공하기 위한 것이다.
본 장치는 태엽스프링이 감긴 주축기어와 한쪽 방향으로만 회전하는 중간기어부와 일정한 감속비를 갖추어 태엽스프링의 복원력에도 회전하지 않는 기어드모터로 구성됨을 특징으로 하며 종래의 전자식 가스타이머장치에 비하여 건전지의 사용시간이 길고, 전기모터의 고장률이 낮으며, 누구나 쉽게 설치가 가능하여 가스로 인한 불안감을 해소하고 특히 건망증으로 인하여 발생하는 과열사고를 사전에 예방할 수 있게 하는 효과가 있다.

Description

태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치{Electronic gastimer using a restoring spring}

본 장치는 가정에서 사용되는 가스밸브에 부착하여 가스 사용시간을 설정하고 설정시간이 지나면 자동으로 가스밸브를 잠그게 하는 전자식 가스타이머장치에 관한 것이다.

가스타이머장치는 설정시간이 지난 후 태엽스프링에 의하여 복원되는 기계식 가스타이머장치와 전기모터에 의하여 복원되는 전자식 가스타이머장치로 구분되는데 각각 장단점이 있어 소비자의 연령 또는 선호도에 따라 선택적으로 사용된다.

기계식 가스타이머 장치는 태엽스프링에 의하여 복원되기 때문에 한번 설치가 되면 영구적인 사용이 가능하나 정확한 시간제어가 어렵고, 전자식 가스타이머장치는 설정시간을 정확히 제어하고 가스누출을 감지하거나 혹은 통신선로와 맞물려 실내 및 실외에서 얼마든지 제어할 수 있는 장점이 있는 반면 전원을 공급해 주어야 하기 때문에 어댑터와 같은 전기시설이 필요하거나 혹은 건전지를 교환해 주어야 하는 불편을 초래하였다.

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 특허 등록제 10-0468565호의 '볼밸브 차단용 전자식 타이머장치'에서는 태엽스프링을 이용하여 가스밸브를 복원시키는 방법을 제시하였으나, 가스타이머의 핸들을 90도 이상 돌려야 하기 때문에 간헐운동기구 및 조속기 등의 구성을 필요로 하여 장치의 구성이 복잡하였고, 가스타이머의 핸들과 가스밸브의 핸들이 일축 상에 위치하지 않아 설치 및 사용이 불편할 뿐만 아니라 래칫이 강제로 태엽스프링을 잡고 있어서 수동으로는 가스밸브를 돌려 잠글 수 없는 단점이 있었다.

또한 특허 등록제 10-0359624호의 '전자식 타이머에 의한 개방시간이 조절가능한 밸브 조립체'에서는 복원스프링이 구비된 가스밸브에 레버부재가 형성된 전자식 가스타이머를 일체형으로 부착한 형태의 가스타이머장치를 소개하였으나 반드시 복원스프링이 내장된 가스밸브가 있어야 하고, 레버부재에 의한 락에 의하여 수동으로는 가스밸브를 잠글 수가 없었으며, 통상적으로 사용되는 가스밸브에는 사용할 수 없는 단점이 있었다.

이에 본 발명에서는 장치의 복잡성을 개선하고, 수동으로 개폐가 가능하며, 건전지의 사용시간이 길고, 통상적으로 사용하는 가스밸브에 간단히 설치하여 사용할 수 있는 전자식 가스타이머장치를 제시하고자 한 것이다.

일반적으로 모터구동에 의한 종래의 전자식 가스타이머장치는 가스밸브를 개폐시키는데 있어서 가스밸브의 빡빡한 부하를 이기면서 회전하는 전기모터로 인하여 모터의 수명이 짧고 또한 건전지의 사용시간이 짧을 수밖에 없었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 가스타이머장치의 내부에 태엽스프링과 기어드모터를 동시에 구비하여 가스밸브를 열고자 할 때에는 손으로 돌려 시간을 설정하고, 설정시간이 지나면 기어드모터와 태엽스프링에 의하여 가스밸브가 닫혀 지도록 함으로써 가스타이머에 사용되는 건전지의 사용시간을 늘리고 전기모터에 무리가 가지 않아 고장의 염려가 없는 전자식 가스타이머장치를 제공하기 위한 것이다.

태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치는 종래의 전자식 가스타이머장치에 비하여 건전지의 사용시간이 길고, 전기모터에 무리를 주지 않음으로써 타이머장치의 고장률을 줄이며, 일반적으로 가정에 설치된 가스밸브에 누구나 탈부착을 할 수 있어 가스를 사용하는 주부 혹은 사용자들에게 유효히 사용되어 가스로 인한 불안감을 해소하고 특히 건망증으로 인하여 발생하는 과열사고를 사전에 예방할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1: 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 측면도
도 2: 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 부품도
도 3: 본 장치의 내부 부품 조립도
도 4: 주축기어의 구조 및 구성도
도 5: 중간기어부의 편회전 피니언과 편회전 기어의 사시도 및 정면도
도 6: 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 작동 예시도

본 장치는 기존의 기계식 가스타이머장치의 단점인 가스사용시간의 제어가 용이하지 못한 점을 개선하고, 전자식 가스타이머 장치의 단점인 건전지 소모가 빠르고 무리한 작동에 의하여 발생하는 전기모터의 고장 발생률 등을 개선하기 위한 기계적 구성을 제시하기 위한 것이다.

이에 PCB 전자기판에 부착되어 구현되는 가스감지 및 기타 유비쿼터스 기능 등에 대한 기능적인 첨부에 대하여는 시대에 따라 얼마든지 변형가능하기 때문에 본 명세서에는 기술하지 아니하며 오직 기계적인 구성에 대하여만 설명키로 한다.

본 장치는 태엽스프링이 감긴 주축기어와, 클러치기능을 갖는 중간기어부와, 일정비율의 감속비를 갖는 기어드모터를 이용하여 가스타이머를 제어하는 방법을 특징으로 한다.

이러한 구성의 궁극적인 목적은 전자식 가스타이머가 갖는 건전지의 빠른 소모성 및 무리한 작동에 의한 전기 모터의 고장을 줄이기 위한 것으로 나아가서는 선원기술에 나타난 기계적 결함 및 장치의 복잡성을 개선하기 위한 것이다.

본 장치의 구성을 첨부된 도면을 통하여 상세히 알아보면 다음과 같다.

도 1은 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 측면도이다.

상기 도면에서와 같이 본 구성은 통상적으로 사용되는 가스밸브(200)에 덧씌워져 사용되며, 외부적 구성은 타이머핸들과 몸체와 브라켓으로 구성된다.

도 2는 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 부품도이다.

상기 부품 중 타이머핸들, 상 하측 커버, 브라켓, PCB기판 등 일반적인 기능을 수행하는 부수 부품들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하고, 본 명세서에서는 본 장치의 가장 핵심적인 역할을 하는 태엽스프링이 감긴 주축기어(4)와, 중간기어부(5)와 기어드모터(6) 등에 대한 구조적 특징과 작용에 대하여만 설명키로 한다.

도 3은 본 장치의 내부 부품 조립도이다.

그림에서와 같이 타이머핸들(1) 하부에는 일축으로 연결된 주축기어(4)가 형성되고, 주축기어와 타이머핸들을 연결하는 주축에는 태엽스프링(3)이 감기며, 주축기어 하단에는 가스밸브(200)의 핸들이 삽입되며, 주축기어 측면으로는 중간기어부(5)와, 기어드모터(6)와, 각종 전자부품이 삽입된 PCB 기판이 구성된다.

도 4는 주축기어의 구조 및 구성도이다.

주축기어에는 반드시 태엽스프링이 감길 수 있는 주축(4-1)과, 가스타이머의 온(on)-오프(off)를 제어하는 스위치 제어부(4-2)와, 일부 기어 이가 형성된 기어부(4-3)가 필수로 형성되며, 부수적으로 주축기어의 원통 내부에는 가스밸브(200)의 핸들을 눌러 돌릴 수 있는 소켓스프링(7)과 밸브소켓(8)을 구성시키게 된다.

가스타이머 장치의 온(on)-오프(off)를 제어하는 스위치 제어부(4-2)는 PCB 기판의 스위치 구조에 따라 접촉식과 비접촉식으로 사용될 수 있으며, 본 장치에서는 태엽스프링의 충격이 직접적으로 PCB 기판의 스위치에 가해지지 않도록 영구자석과 리드스위치 또는 포토센서 등을 활용한 비접촉식 스위치 제어부를 권장한다.

도 5는 중간기어부(5) 사시도 및 정면도이다.

중간기어부(5)는 편회전 피니언(5-1)과 편회전 기어(5-2)가 클러치 형태로 맞물려 구성되며, 편회전 피니언(5-1)은 타이머핸들을 돌려 가스밸브가 완전히 열리는 순간 주축기어의 기어부(4-3)와 맞물려 주축기어를 구속하는 기능을 하며 그 구조적 형태는 가스밸브가 열리는 방향으로만 회전하고 역방향으로는 회전하지 못하도록 하는 삼발이 형태의 편회전 다리(5-a)가 구성된다.

중간기어부의 편회전 기어(5-2)는 기어드모터(6)의 모터기어(6-1)에 맞물려 회전하며, 가스밸브가 닫히는 방향으로만 회전하고 열리는 방향으로는 헛돌도록 편회전 피니언의 편회전 다리가 삽입되어 회전하는 래칫기어(5-b)가 형성된다.

이상으로 중요부품의 구조 및 구성에 대하여 살펴보았고 다음은 본 발명이 실시하고자 하는 구체적 기술을 도면을 통하여 상세히 알아보고자 한다.

도 6은 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 작동 예시도이다.

도 6[A]는 가스밸브가 닫힌 상태에서의 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치의 내부 작동도이다.

그림에 나타낸 바와 같이 주축기어의 스위치 제어부(4-2)는 PCB 기판(9)의 닫힘스위치(9-1)에 위치하여 전원을 차단한 상태이며, 주축에 감긴 태엽스프링(3)은 풀려있는 상태이다.

도 6[B]는 사용자가 가스타이머의 핸들을 반 시계 방향으로 돌려 가스밸브를 열고자 하는 상태의 그림으로, 주축기어의 스위치 제어부(4-2)가 열림스위치(9-2)의 방향으로 회전하여 PCB 기판의 시간표시창(9-3)에 전원을 공급하기 직전의 상태이며, 더불어 태엽스프링(3)은 점차적으로 복원력을 비축하게 된다.

이때 사용자가 가스타이머의 핸들을 놓게 되면 주축기어의 기어부(4-3)가 편회전 피니언(5-1)과 맞물리지 않은 상태이므로 주축기어(4)는 태엽스프링의 복원력에 의해 가스밸브를 닫힘과 동시에 즉시 원위치로 복귀하게 된다.

도 6[C]는 가스타이머의 핸들을 90도 이상 완전히 돌려 가스밸브를 열게 된 상태로, 주축기어의 스위치 제어부(4-2)는 열림스위치(9-2)의 지점을 지나 전원을 공급하여 시간표시창(9-3)에 초기 셋팅시간을 설정하고, 주축기어의 기어부(4-3)는 편회전 피니언(5-1)에 맞물려 고정되며, 태엽스프링(3)은 완전히 감겨 복원력을 비축하게 된다.

이 과정에서 본 장치의 가장 특징적인 점이 나타나는데 상기의 압축된 태엽스프링의 복원력을 래칫 혹은 레버부재가 없이 어떻게 복귀하지 못하도록 구속하여 잡고 있느냐 하는 점이다.

본 장치에서는 이를 목적으로 어떠한 기계적 구성도 필요로 하지 않으며 도면에서와 같이 오직 중간기어부(5)와 기어드모터(6)로만 구성된다.

즉, 복원스프링 또는 태엽스프링의 복원력을 구속하여 잡기 위한 래칫 또는 레버부재가 본 장치에는 구비되지 않는다는 것이다.

통상적으로 기어드모터는 감속비에 의하여 일정한 부하를 갖는데 감속비가 크면 클수록 회전토르크를 많이 필요로 하여 감속비에 따라 일정 이하의 힘에서는 모터기어(6-1)가 회전하지 못하는 특성을 나타낸다.

즉, 전기가 아닌 외부적인 힘으로 모터기어(6-1)를 회전시키기엔 감속비에 따라 상당한 회전력을 필요로 하는데 본 장치에서는 태엽스프링에 의하여 회전되지 못할 만큼의 기어비를 갖는 기어드모터를 사용하여야 하며, 실험적으로 분당 20,000회 정도 회전하는 모터를 사용할 경우 1/350 이상의 감속비를 갖는 기어드모터는 통상적으로 선풍기 등에 사용되는 5Kg.Cm의 회전토르크를 갖는 태엽스프링의 복원력에도 회전하지 않았다.

그러므로 본 장치에 사용되는 기어드모터는 전원이 공급되기 전까지는 태엽스프링의 복원력에 대응하여 견딜 수 있는 감속비를 갖추어야 하며 필요시에는 중간기어부(5)의 기어비에 의하여 이를 조정할 수도 있다.

즉, 중간기어부(5)는 주축기어(4)를 모터기어(6-1)에 연결하는 역할도 수행하지만 태엽스프링의 복원력에도 기어드모터가 회전하지 못하도록 기어비를 보정하는 기능을 포함한다.

또한 기어드모터에 고정되는 모터기어(6-1)는 편회전기어(5-2)에 맞물려 회전하기 때문에 평기어인 것을 특징으로 한다.

이렇게 선원기술에서 필수적으로 사용되어 진 태엽스프링 또는 복원스프링을 구속하기위한 래칫 또는 래버부재를 본 장치에서는 사용하지 않고, 오직 중간기어부(5)와 기어드모터(6)의 감속비에 의하여 자연적으로 발생한 부하만을 이용하여 태엽스프링의 복원력을 잡고 있기 때문에 건전지의 유무와 상관없이 손으로 가스 타이머핸들(1)을 돌려 가스를 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 건전지에 래칫 또는 레버부재를 해제시킬만한 전류가 남아있지 않고 기어드모터를 조금이라도 회전시킬 수 있는 미세 전류만으로도 가스를 차단할 수 있어 그만큼 안전하며, 건전지의 효율이 좋아지고 기어드모터에 무리가 가지 않아 고장도 줄어드는 효과가 발생한다.

설정시간이 지나면 기어드모터는 태엽스프링이 풀리는 방향으로 잠깐 회전하게 되고 주축기어는 편회전 피니언에서 풀리면서 태엽스프링의 복원력에 의하여 가스밸브를 닫힘과 동시에 원위치로 복귀하여 전원을 차단하게 된다.

1: 타이머핸들 2: 상측커버 3: 태엽스프링
4: 주축기어 (4-1: 주축 4-2: 스위치 제어부 4-3: 주축기어부)
5: 중간기어부 (5-1: 편회전 피니언, 5-2: 편회전 기어)
6: 기어드모터 (6-1: 모터기어) 7: 소켓 스프링 8: 밸브소켓
9:PCB 기판 (9-1: 열림스위치 9-2: 닫힘스위치 9-3: 시간표시창)
10: 타임조절버튼 11: 닫힘버튼 12: 하측커버
13: 건전지 14: 건전지 케이스 25: 브라켓
100: 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치 200: 가스밸브

Claims (6)

1. 가스의 사용시간을 설정하여 가스밸브를 자동으로 닫히도록 하는 가스타이머 장치에 있어서,
   가스 타이머핸들(1)의 일축에 연결되어 태엽스프링이 감기는 주축기어(4)와, 상기 주축기어의 측면에는 주축기어에 감긴 태엽스프링의 복원력을 구속하고 기어드모터의 감속비를 보정하며 가스밸브가 열리는 방향으로만 회전되는 편회전 피니언(5-1)과 편회전 기어(5-2)로 구성된 중간기어부(5)와,
   상기 편회전 기어에 맞물리며 상기 주축기어에 감긴 태엽스프링의 복원력에도 회전되지 않을 만큼의 감속비를 갖는 기어드모터(6)가 구비된 것을 특징으로 하는 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치.
   
2. 제 1항에 있어서 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치는 태엽스프링을 구속하는 래칫 또는 레버부재가 없이 기어드모터와 중간기어부의 감속비에 의하여 태엽스프링을 구속함으로써, 사용자가 손으로 타이머핸들을 돌려 가스밸브를 개폐시킬 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 태엽스프링이 내장된 전자식 가스타이머장치.
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