KR101475927B1 - 랙기어 구동방식을 적용한 플로어 힌지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 랙기어 구동방식의 플로어 힌지에 관한 것으로서 도어의 회전축에 결합되는 피니언기어부와 피스톤의 랙기어부에 의한 피스톤 작동방식을 적용하였기 때문에 캠방식에 비해 내구성이 현저히 향상되고 오랜시간 사용하여도 정밀한 작동이 보장되는 것이며, 도어를 양방향으로 오픈하는 구조에 적용이 가능하다.

Description

랙기어 구동방식을 적용한 플로어 힌지{floor hinge with rack gear mechanism}

본 발명은 랙기어의 작동방식을 사용하여 내구성과 작동의 정밀성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지에 관한 것이다.

플로어 힌지는 건축물의 각종 출입구 도어의 바닥면이나 도어의 내부, 문틀의 윗부분 내부에 설치되어 도어의 개폐 작동시 닫히는 힘의 완충력을 제어하는 것을 목적으로 한다.

종래의 플로어 힌지는 도어의 개폐시에 도어의 회전축에 결합된 캠이 회전하면서 피스톤을 당기고 캠과 피스톤 사이에 압축된 스프링의 장력이 유체의 이동에 의해 완충되면서 완충력을 제어하는 방식을 사용하였다.

그러나 종래의 캠을 사용한 플로어 힌지는 캠이 피스톤을 당기는 과정에서 캠과 롤러의 사이에서 강한 힘에 의한 마찰이 발생하기 때문에 일정기간 사용하면 캠과 롤러의 마모가 진행되어 작동의 정확성이 떨어지고 내구성이 저하하는 문제가 있다.

종래의 플로어 힌지에 관한 기술로는 한국등록특허 제10-1109574호가 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 캠에 의한 작동방식이 아닌 랙기어의 작동방식을 채택하여 플로어 힌지의 내구성을 크게 향상시키고 오랜시간 사용하여도 정밀한 작동이 보장되도록 하는 플로어 힌지를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 과제는 내부에 공간을 구비하여 작동유체가 채워지고 일측에 상기 내부 공간의 2개 지점을 연결시키는 속도제어유로가 형성된 본체와, 상기 본체의 상기 내부 공간의 일측에 설치되는 스프링과, 일측이 상기 스프링에 의해 지지되며 양단에 상기 내부공간을 폐쇄시키는 원통형폐쇄부들이 형성되고 상기 원통형페쇄부들의 사이에 상기 원통형폐쇄부보다 작은 단면적을 가지는 연결부가 형성되며 연결부에는 관통된 구조의 양측에 상부랙기어부 및 하부랙기어부가 형성되는 피스톤 및 일단이 상기 본체에 힌지고정되고 타단이 도어의 결합부에 결합되며, 상기 피스톤의 관통된 구조에 삽입되어 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부와 선택적으로 기어물림이 가능한 기어치들이 형성된 피니언부를 포함하여 구성되며, 상기 피니언부의 둘레에 형성되는 기어치들 중의 양단의 기어치들은 각각 전기어부와 상기 전기어부보다 작은 높이를 갖는 반기어부를 갖는 반기어치로 형성되며 상기 반기어치들을 제외한 나머지 기어치들은 전기어치들로 형성되고, 상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 기어치들 중의 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 기어치들 중의 일단의 기어치는 상대적으로 작은 높이를 갖는 안내부와 상기 안내부보다 높은 높이를 갖는 돌출부가 형성되며, 상기 피니언부의 상기 기어치들이 상기 상부랙기어부의 기어치들과 기어물림할 때에 상기 피니언부의 상기 기어치들은 상기 하부랙기어부의 상기 기어치들과 저촉되지 않으며, 상기 피니언부의 상기 기어치들이 상기 하부랙기어부의 상기 기어치들과 기어물림할 때에 상기 피니언부의 상기 기어치들은 상기 상부랙기어부의 상기 기어치들과 저촉되지 않는 것을 특징으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 플로어 힌지에서 상기 피스톤은 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부의 일측에 피니언부안착홈이 형성되고 상기 피니언부안착홈의 양측에는 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부의 기어치들 중의 가장 최외측의 기어치가 일체로 형성되고, 상기 피니언부는 상기 기어치들이 형성된 영역을 제외한 영역에 곡면부가 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 플로어 힌지에서 상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 상기 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 상기 일단의 기어치의 상기 돌출부에는 경사면이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 상기 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 상기 일단의 기어치의 상기 안내부와 상기 돌출부는 서로 동일한 폭을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 랙기어 구동방식의 플로어 힌지에 의하면 도어의 회전축에 결합되는 피니언기어부와 피스톤의 랙기어부에 의한 피스톤 작동방식을 적용하였기 때문에 캠방식에 비해 내구성이 현저히 향상되고 오랜시간 사용하여도 정밀한 작동이 보장되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 평면도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 측면도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부의 사시도이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피스톤의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어회전정지부를 도시한 측면도이고,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 스프링장력조절부의 작동을 도시한 부분 측면도이고,
도 10의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 회전을 시작하기 이전의 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고,
도 11의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 30도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고,
도 12의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 60도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고,
도 13의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 90도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고,
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 시계방향으로 0도에서 27도 회전할 때에 피니언부와 피스톤부의 상부랙기어부와 하부랙기어부의 기어치들의 1도마다의 이동궤적을 도시한 도면이고,
도 15 및 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어개방시의 유체의 이동경로를 도시한 부분 평면도이고,
도 17 및 도 18는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어폐쇄시의 유체의 이동경로를 도시한 부분 평면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 랙기어 구동방식의 플로어 힌지의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 측면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부의 사시도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피스톤의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어회전정지부를 도시한 측면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 스프링장력조절부의 작동을 도시한 부분 측면도이다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 랙기어 구동방식의 플로어 힌지(이하 '플로어 힌지'라고 함)는 피스톤(20)과 스프링(10)이 내장되며 내부에 작동유체가 채워지는 본체(1)와 본체(1)의 피스톤(20)을 작동시키는 피니언부(50)와 피니언부(50)의 상부를 덮는 마개(2)를 포함하여 구성된다.

본체(1)는 내부에 스프링(10)과 피스톤(20)이 설치되는 원통형 공간이 마련되고 이 공간에 피스톤(20)의 작동을 제어하는 작동유체가 주입된다. 본체(1)의 피스톤(20)이 설치되는 부분에는 피스톤(20)의 이동속도를 제어하기 위한 1차속도제어유로(4) 및 2차속도제어유로(5)가 형성된다.

스프링(10)은 본체(1)의 원통형 공간에 설치되며 스프링(10)의 일단은 본체(1)의 스프링 장력조절부(12)의 지지판(14)에 밀착되고 스프링(10)의 타단은 피스톤(20)의 일단에 밀착하게 설치된다. 스프링 장력조절부(12)는 엔드플러그(15)와 파워조정볼트(13) 및 지지판(14)으로 구성되며, 엔드플러그(15)는 본체(1)의 일단에 나사결합되고, 파워조정볼트(13)는 기밀유지를 위해 엔드플러그(15)에 오링을 삽입한 상태에서 관통결합되는 것으로서 일단에는 랜치와 결합하기 위한 랜치삽입너트가 형성되고 타측으로는 나사산이 형성되며, 지지판(14)은 관통된 중앙이 파워조정볼트(13)에 나사결합되고 일면이 스프링(10)의 일단에 밀착되며 스프링(10)의 일단의 끝부분이 지지판(14)의 구멍(미도시)에 결합되어 스프링(10)에 대하여 회전이 방지되도록 설치됨으로써 파워조정볼트(13)의 회전에 의해 직선이동이 가능한 구조이다. 여기서 파워조정볼트(13)를 회전시키면 파워조정볼트(13)에 나사결합된 지지판(14)이 피스톤(20) 방향으로 전진하면서 스프링(10)을 압축시켜서 스프링(10)의 장력을 증가시키게 되며 스프링(10)의 장력을 감소시키려면 파워조정볼트(13)를 반대방향으로 돌려주면 된다.

피스톤(20)은 양단부분에는 본체(1)의 원통형 공간을 폐쇄하는 원통형폐쇄부(21)가 각각 형성되고 원통형폐쇄부(21)의 사이에는 본체(1)의 원통형 공간과 틈새를 발생시키기 위한 공간이 마련되도록 본체(1)의 원통형 공간보다 작은 단면적을 가지는 연결부(22)가 형성된다. 연결부(22)의 일측이 상하방향으로 관통된 구조를 가지며 관통된 구조의 내측에는 후술할 피니언부(50)와 기어물림을 하기 위한 상부랙기어부(40)와 하부랙기어부(30)가 형성되고 상부랙기어부(40)와 하부랙기어부(30)의 좌측으로는 대략 반원형홈의 구조를 가지는 피니언부안착홈(23)이 형성된다. 편의상 도 2를 기준으로 위쪽을 상부랙기어부(40)라 하고 아래쪽을 하부랙기어부(30)라고 하였다. 피스톤(20)은 작동유체가 피스톤(20)을 통과하여 이동할 수 있도록 하기 위해 좌측에서부터 우측까지 축방향으로 관통된 유로(26)가 형성되고 우측의 유로(26) 끝에는 체크밸브 역할을 하는 볼(29)이 수용되는 볼수용부(27)가 형성된다. 볼수용부(27)는 유로(26)와 연결되며 유로(26)의 면적보다 큰 단면적을 가지고 볼수용부(27)에는 유로(26)를 막을 수 있는 크기의 볼(29)이 볼수용부(27)를 이탈하지 않도록 내장된다. 피스톤(20)의 연결부(22)의 표면의 일영역에는 후술할 도어회전정지부(70)의 강구(72)가 삽입되는 강구삽입홈(25)이 형성된다.

하부랙기어부(30)는 다수의 기어치들을 가지며 도면을 참조하면 가장 좌측부터 제1시작기어치(31), 제2기어치(32), 제3기어치(33), 제4기어치(34), 제5기어치(35) 및 제6종단기어치(36)가 형성된다.

제1시작기어치(31)는 피니언부안착홈(23)에 바로 인접하게 형성되는 것으로서 도면에서 보면 좌측면은 없고 우측면(31a)만 가지고 있다.

제2기어치(32)는 일측은 공간을 형성하기 위해 절개된 안내부(32a)가 형성되고 타측에는 안내부(32a)에 비해서 돌출된 돌출부(32b)가 형성된다. 안내부(32a)와 돌출부(32b)를 서로 동일한 폭으로 형성함으로써 기어치의 접촉면적을 최대한 증대시켜서 내구성이 향상되게 하였다. 돌출부(32b)의 상단에는 경사면(32c)이 형성되어 있다. 제2기어치(32)의 안내부(32a)는 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 전기어부(61a)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위한 것이고, 제2기어치(32)의 돌출부(32b)의 경사면(32c)은 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 반기어부(61b)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위한 것이다.

제3기어치(33)는 제2기어치(32)와 마찬가지로 일측은 안내부(33a)가 형성되고 타측에는 돌출부(33b)가 형성된다. 제3기어치(33)의 안내부(33a)는 제2기어치(32)의 그것보다는 다소 높게 형성되는데, 그 이유는 피니언부(50)가 반시계방향으로 회전할 때에 제1반기어치(61)의 전기어부(61a)의 가장자리의 궤적곡선의 바로 아래까지 안내부(33a)를 형성하면 제3기어치(33)의 강성을 최대한으로 확보하면서도 제1반기어치(61)가 제3기어치(33)에 저촉되지 않게 할 수 있기 때문이다. 즉 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 전기어부(66a)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위해 상기 궤적곡선의 아래쪽에 인접하게 안내부(33a)를 형성한 것이다. 제3기어치(33)의 돌출부(33b)는 제2기어치(32)와는 다르게 경사면이 형성되지 않고 평면으로 형성된다.

제4기어치(34) 및 제5기어치(35)는 통상적인 치형으로 형성된다.

제6종단기어치(36)는 좌측면(36a)만 구비하며 우측면은 형성되지 않는다.

상부랙기어부(40)는 도면을 참조하면 좌측에서부터 제7시작기어치(41), 제8기어치(42), 제9기어치(43), 제10기어치(44), 제11기어치(45) 및 제12종단기어치(46)가 형성된다.

제7시작기어치(41)는 피니언부안착홈(23)에 바로 인접하게 형성되는 것으로서 도면에서 보면 좌측면은 없고 우측면(41a)만 가지고 있다.

제8기어치(42)는 일측은 공간을 형성하기 위해 절개된 안내부(42a)가 형성되고 타측에는 안내부(42a)에 비해서 돌출된 돌출부(42b)가 형성된다. 안내부(42a)와 돌출부(42b)를 서로 동일한 폭으로 형성함으로써 기어치의 접촉면적을 최대한 증대시켜서 내구성이 향상되게 하였다. 돌출부(42b)의 상단에는 경사면(42c)이 형성되어 있다. 제8기어치(42)의 안내부(42a)는 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 전기어부(66a)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위한 것이고, 제8기어치(42)의 돌출부(42b)의 경사면(42c)은 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 반기어부(66b)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위한 것이다.

제9기어치(43)는 제8기어치(42)와 마찬가지로 일측은 안내부(43a)가 형성되고 타측에는 돌출부(43b)가 형성된다. 제9기어치(43)의 안내부(43a)는 제8기어치(42)의 안내부(42a)보다는 다소 높게 형성되는데 이는 피니언부(50)가 반시계방향으로 회전할 때에 제6반기어치(66)의 전기어부(66a)의 가장자리의 궤적곡선을 고려한 것이다. 즉 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 전기어부(66a)가 걸리지 않고 통과할 수 있는 공간을 형성하기 위해 상기 궤적곡선의 아래쪽에 인접하게 안내부(32a)들을 형성한 것이다. 제9기어치(43)의 돌출부(43b)는 제8기어치(42)와는 다르게 경사면이 형성되지 않고 평면으로 형성된다. 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42) 및 제9기어치(43)의 안내부들(42a, 43a) 및 돌출부들(42b, 43b)은 하부랙기어부(30)의 제2기어치(32) 및 제3기어치(33)의 안내부들(32a, 33a) 및 돌출부들(32b, 33b)들과 반대방향에 형성된다.

제10기어치(44) 및 제11기어치(45)는 통상적인 치형으로 형성된다.

제12종단기어치(46)는 좌측면(46a)만 구비하며 우측면은 형성되지 않는다.

피니언부(50)는 일단에 본체(1)에 힌지결합되기 위한 결합용축(51)이 형성되고 일측의 둘레를 따라 기어치들(61~66)과 곡면부(53)가 형성되며 타단에는 도어(100)의 결합부(110)에 결합되는 것으로서 원통부(51)에서 연장된 결합돌기(54)가 형성되어 있다. 피니언부(50)가 도어(100)의 결합부(110)에 결합되어 있고 동시에 피니언부(50)는 본체(1)에 제자리에서 회전만 가능하게 힌지결합되어 있기 때문에 도어가 회전하면 피니언부(50)는 제자리에서 회전을 하고 피니언부(50)와 기어물림하고 있는 피스톤(20)이 직선이동을 하게 된다.

피니언부(50)의 일측 둘레면의 대략 180도 범위의 영역에는 후술할 기어치들(61~66)이 형성되고 둘레면의 나머지 영역에는 매끄러운 표면의 곡면부(53)가 형성된다. 본 실시예에서 피니언부(50)의 기어치들은 제1반기어치(61), 제2전기어치(62), 제3전기어치(63), 제4전기어치(64), 제5전기어치(65) 및 제6반기어치(66)의 총 6개가 형성되며, 제1반기어치(61)와 제6반기어치(66)는 각각 절반은 전체높이에 걸쳐 치형이 형성된 전기어부(61a, 66a)가 형성되고 나머지 절반은 대략 절반의 높이까지만 치형이 형성된 반기어부(61b, 66b)가 형성된다. 제2전기어치(62) 내지 제5전기어치(65)는 통상적인 치형으로 형성된다.

도어회전정지부(70)는 본체(1)의 일측에 형성된 구멍(6)의 안에 강구(72)와 스프링(73)을 위치시킨 후 구멍(6)에 볼트(74)를 결합하여 스프링(73)을 눌러줌으로써 강구(72)가 스프링(73)에 의해 탄성지지되면서 피스톤(20)의 표면을 강하게 누르게 되는 것이며 피스톤(20)이 이동하여 피스톤(20)의 강구삽입홈(25)이 강구(72)의 위치에 도달하면 강구(72)는 피스톤(20)의 강구삽입홈(25)에 삽입되어 피스톤(20)의 좌우이동을 저지시킨다. 즉 강구(72)가 피스톤(20)의 강구삽입홈(25)에 삽입된 상태에서는 외력을 주지 않으면 피스톤(20)이 그 위치에 고정되며 피니언부(50)를 통해서 일정 수준 이상의 외력이 피스톤(20)에 가해지면 강구(72)가 강구삽입홈(25)에서 이탈하면서 피스톤(20)은 다시 이동하게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 플로어 힌지의 작동 및 작용효과에 대하여 설명한다.

도 10의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 회전을 시작하기 이전의 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고, 도 11의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 30도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고, 도 12의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 60도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고, 도 13의 a 내지 c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 90도 회전한 상태를 도시한 평면도 및 사시도들이고, 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 피니언부가 시계방향으로 0도에서 27도 회전할 때에 피니언부와 피스톤부의 상부랙기어부와 하부랙기어부의 기어치들의 1도마다의 이동궤적을 도시한 도면이다. 도 11 내지 도 14는 복잡성을 피하기 위해 피니언부(50)를 기어치들과 곡면부가 형성된 부분만을 도시하고 나머지는 생략하였다.

도 10 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 도어를 일방향으로 오픈시킬 때에 피니언부(50)가 시계방향으로 회전한다고 가정하면, 도어를 일방향으로 오픈시킬 때에 피니언부(50)가 시계방향으로 회전하고 피니언부(50)의 기어치들(61, 62, 63, 64, 65, 66)이 피스톤(20)의 하부랙기어부(30)의 기어치들(31, 32, 33, 34, 35)과 기어물림을 한다.

피니언부(50)의 기어치들이 피스톤(20)의 하부랙기어부(30)의 기어치들과 기어물림을 하는 구체적인 과정은 다음과 같다.

도어를 오픈하기 이전의 초기상태에서 피니언부(50)의 곡면부(53)는 피스톤(20)의 피니언부 안착홈(23)에 위치하고 있다. 도어를 오픈시킴에 따라 피니언부(50)가 시계방향으로 회전하면 피니언부(50)의 하단의 제1반기어치(61)는 하부랙기어부(30)의 제1시작기어치(31)의 우측면(31a)을 밀면서 회전하고 이 때 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 전기어부(66a)는 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42)의 안내부(42a)의 아래쪽 공간으로 지나가며 제6반기어치(66)의 반기어부(66b)는 제8기어치(42)의 돌출부(42b)의 경사면(42c)의 아래쪽 공간으로 지나간다. 따라서 피니언부(50)의 제6반기어치(66)는 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42)에 걸리지 않고 회전할 수 있다.

피니언부(50)가 회전을 계속하면 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 다음에 위치하는 제2전기어치(62)가 하부랙기어부(30)의 제2기어치(32)의 우측면을 밀면서 회전하고 피니언부(50)가 회전할 때에 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 전기어부(66a)는 상부랙기어부(40)의 제9기어치(43)의 안내부(43a)의 아래쪽의 공간으로 지나가고 제6반기어치(66)의 반기어부(66b)는 상부랙기어부(40)의 제9기어치(43)의 돌출부(43b)의 아래쪽 공간으로 지나간다. 따라서 피니언부(50)의 제6반기어치(66)는 상부랙기어부(40)의 제9기어치(43)에 걸리지 않고 회전할 수 있다.

피니언부(50)가 시계방향으로 회전할 때의 궤적을 도시한 도 14를 참조하면 피니언부(50)가 시계방향으로 회전할 때에 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 반기어부(66b) 및 전기어부(66a)가 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42) 및 제9기어치(43)의 안내부(42a, 43a)와 돌출부(42b, 43b)에 간섭하지 않고 회전하는 것을 확인할 수 있다.

이후의 회전에서는 피니언부(50)의 제3전기어치(63)와 하부랙기어부(30)의 제3기어치(33) 그리고 피니언부(50)의 제4전기어치(64)와 하부랙기어부(30)의 제4기어치(34)의 순서로 순차적으로 기어물림을 하면서 피니언부(50)가 회전을 계속하며 이 때부터는 상부랙기어부(40)의 아래쪽 에는 피니언부(50)의 기어치가 형성되지 않은 곡면부(53)가 위치하기 때문에 피니언부(50)의 곡면부(53)가 상부랙기어의 기어치들(41, 42, 43, 44, 45, 46)의 아래로 걸리지 않고(저촉하지 않고) 그대로 지나가게 된다.

요약하면 피니언부(50)가 시계방향으로 회전할 때에 피니언부(50)의 기어치들(61~66)은 피스톤(20)의 하부랙기어부(30)의 기어치들(31~36)과 기어물림을 하게 되지만 피니언부(50)의 기어치들이 상부랙기어부(40)의 기어치들(41~46)에는 걸리지는 않으므로 회전에 방해를 받지 않는다.

또한 피니언부(50)는 본체(1)에 회전만 가능하게 힌지고정 되어 있기 때문에 피니언부(50)가 시계방향으로 회전하면 피니언부(50)는 제자리에서 회전만 하게 되고 피스톤(20)은 좌측으로 이동하게 된다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어개방시의 유체의 이동경로를 도시한 부분 평면도이다.

도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 피스톤(20)이 좌측으로 이동할 때에 피스톤(20)의 좌측공간과 피스톤(20)의 연결부(22)에 채워져 있던 작동유체가 피스톤(20)의 우측의 원통형폐쇄부(21)에 형성된 유로(26)를 통과하면서 체크밸브의 역할을 하는 볼(29)을 밀어낸 후 피스톤(20)의 우측으로 빠져나간다. 원통형폐쇄부(21)에 형성된 유로(26)는 단면적이 작고 볼(29)이 유로(26)의 가운데 위치하기 때문에 작동유체가 이동할 수 있는 유로(26)의 면적이 작아서 작동유체가 서서히 빠져나가고 따라서 댐퍼의 기능을 하게 된다.

피스톤(20)이 좌측으로 이동하는 과정에서 도어에서 외력을 제거하면 스프링(10)의 복원력에 의해 피스톤(20)은 다시 우측으로 이동하게 된다.

다음은 상기 일방향으로 오픈시킨 도어를 다시 폐쇄하는 경우에 대하여 설명한다.

일방향으로 도어가 오픈된 상태에서 피니언부(50)의 기어치들은 피스톤(20)의 하부랙기어부(30)의 기어치들과 기어물림하고 있는 상태에 있다.

따라서 도어를 폐쇄시키게 되면 도 13c에서와 같은 물림 상태에서, 피니언부(50)가 반시계방향으로 회전을 하고 피니언부(50)의 제4전기어치(64)는 피스톤(20)의 하부랙기어부(30)의 제5기어치(35)와 피니언부(50)의 제3전기어치(63)는 하부랙기어부(30)의 제4기어치(34)와 피니언부(50)의 제2전기어치(62)는 하부랙기어부(30)의 제3기어치(33)와 피니언부(50)의 제1반기어치(61)는 하부랙기어부(30)의 제2기어치(32)와 순서대로 치합이 이루어지면서 피스톤(20)은 우측으로 이동한다.

이 때 피니언부(50)의 기어치들은 피스톤(20)의 상부랙기어부(40)의 기어치들에 저촉되거나 걸리지 않으므로 회전을 방해받지 않는다. 도어를 폐쇄할 때의 피니언부(50)의 기어치들과 상부랙기어부(40)의 기어치들의 상호간의 궤적이 도어를 일방향으로 오픈시킬 때의 상호간의 궤적과 방향만 반대이면서 동일하기 때문이다.

도 17 및 도 18는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플로어 힌지의 도어폐쇄시의 유체의 이동경로를 도시한 부분 평면도이다.

도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 도어가 폐쇄되면서 피스톤(20)은 우측으로 이동하며, 피스톤(20)이 우측으로 이동할 때에 피스톤(20)에 형성된 중앙유로(26)는 유체의 이동압력을 받은 볼(29)에 의해 막히게 된다. 따라서 피스톤(20)의 우측공간에 채워져 있던 작동유체는 초기에는 1차속도제어유로(4)를 통해 피스톤(20)의 연결부(22)로 빠져나가게 된다. 피스톤(20)이 우측으로 이동하는 초기에는 피스톤(20)의 원통형폐쇄부(21)가 2차속도제어유로(5)의 유출구(5b)를 막고 있기 때문에 1차속도제어유로(4)를 통해서만 작동유체가 이동하게 되는 것이다.

피스톤(20)이 우측으로 어느정도 이동한 상태가 되면 피스톤(20)의 원통형폐쇄부(21)가 1차속도제어유로(4)의 유출구(4a)를 막게 되고 2차속도제어유로(5)의 유출구(5b)는 피스톤(20)의 연결부(22)로 열려진 상태가 되기 때문에 작동유체는 유출구(5a)로 유출되어 2차속도제어유로(5)를 통해서 유출구(5b)로 이동하게 된다.

유로면적 조정볼트(4c, 5c)를 통해 1차속도제어유로(4) 및 2차속도제어유로(5)의 유로(26)면적을 조정하면 작동유체의 이동속도가 달라지게 되어 피스톤(20)의 완충기능의 강약을 조정할 수 있다.

다음은 도어를 상기 일방향과 반대방향으로 오픈하는 경우에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 10a와 같은 상태에서, 도어를 반대방향으로 오픈시키면 피니언부(50)는 반시계방향으로 회전하고 피니언부(50)의 상단의 제6반기어치(66)는 상부랙기어부(40)의 제7시작기어치(41)의 우측면(41a)을 밀면서 피스톤(20)을 이송시킨다. 이 때 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 전기어부(61a)는 하부랙기어부(30)의 제2기어치(32)의 안내부(32a)의 위쪽 공간으로 지나가며 제1반기어치(61)의 반기어부(61b)는 제2기어치(32)의 돌출부(32b)의 경사면(32c)의 위쪽 공간으로 지나간다. 따라서 피니언부(50)의 제1반기어치(61)는 하부랙기어부(30)의 제2기어치(32)에 걸리지 않고 회전할 수 있다.

피니언부(50)가 회전을 계속하면 피니언부(50)의 제6반기어치(66)의 다음에 위치하는 제5전기어치(65)가 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42)의 우측면을 밀면서 회전하고 피니언부(50)가 회전할 때에 피니언부(50)의 제1반기어치(61)의 전기어부(61a)는 하부랙기어부(30)의 제3기어치(33)의 안내부(33a)의 위쪽의 공간으로 지나가고 제1반기어치(61)의 반기어부(61b)는 하부랙기어부(30)의 제3기어치(33)의 돌출부(33b)의 위쪽 공간으로 지나간다. 따라서 피니언부(50)의 제1반기어치(61)는 하부랙기어부(30)의 제3기어치(33)에 걸리지 않고 회전할 수 있다.

이후의 회전에서는 피니언부(50)의 제4전기어치(64)와 상부랙기어부(40)의 제9기어치(43) 그리고 피니언부(50)의 제3전기어치(63)와 상부랙기어부(40)의 제10기어치(44)의 순서로 순차적으로 기어물림을 하면서 피니언부(50)가 회전을 계속하며 이 때부터는 하부랙기어부(30)의 위쪽 에는 피니언부(50)의 기어치가 형성되지 않은 곡면부(53)가 위치하기 때문에 피니언부(50)의 곡면부(53)가 하부랙기어의 기어치들의 위쪽으로 걸리지 않고 지나가게 된다.

요약하면 피니언부(50)가 반시계방향으로 회전할 때에 피니언부(50)의 기어치들(61~66)은 피스톤(20)의 상부랙기어부(40)의 기어치들(41~46)과 기어물림을 하게 되지만 피니언부(50)의 기어치들이 하부랙기어부(30)의 기어치들(31~36)에는 걸리지는 않으므로 회전에 방해를 받지 않는다.

피니언부(50)가 반시계방향으로 회전하면 피니언부(50)는 제자리에서 회전만 하게 되고 피스톤(20)은 좌측으로 이동하게 된다.

피스톤(20)이 좌측으로 이동할 때에 피스톤(20)의 좌측공간과 피스톤(20)의 연결부(22)에 채워져 있던 작동유체가 피스톤(20)의 우측으로 이동하는 과정은 앞서 설명한 것과 동일하다.

본 발명에 따른 플로어 힌지는 완충을 위한 피스톤(20)의 작동을 내구성이 우수한 기어물림방식에 의해 수행하기 때문에 장시간 사용하여도 마모가 거의 일어나지 않아 플로어 힌지의 내구성이 현저히 향상된다. 종래의 캠 구동 방식의 피스톤(20) 작동은 캠과 롤러의 접촉에 따른 마모가 발생할 수 밖에 없어서 플로어 힌지의 내구성을 향상시키는데 한계가 있을 수 밖에 없었다. 그러나 본 발명에 따른 플로어 힌지는 기어물림방식으로 피스톤(20)을 작동시키기 때문에 캠 구동방식에 비해 플로어 힌지의 내구성을 현저히 향상시킬 수가 있다. 또한 기어물림방식은 마모가 거의 일어나지 않기 때문에 마모에 따른 피스톤(20) 구동의 어긋남이 발생하지 않아서 피스톤(20) 작동의 정확성이 보장된다.

플로어 힌지는 양방향으로 오픈하는 도어에 사용되어야 하기 때문에 피스톤(20)을 이송시키는 작동수단이 양방향으로 회전가능해야 한다. 본 발명에 따른 플로어 힌지는 피니언부(50)에 반기어치(61, 66)를 사용하고 동시에 피스톤(20)의 랙기어부의 기어치들의 일부를 반기어치에 유사한 안내부(32a, 33a, 42a, 43a)를 갖는 기어치들(32, 33, 42, 43)을 사용하기 때문에, 도어를 일방향으로 오픈시키는 과정에서 피니언부(50)와 하부랙기어부(30)가 기어물림을 할 때에 피니언부(50)의 기어치들(61~66)이 상부랙기어부(40)의 기어치들(41~46))과 간섭을 일으키지 않으며 이와 반대로 도어를 반대방향으로 오픈시키는 과정에서 피니언부(50)와 상부랙기어부(40)가 기어물림을 할 때에 피니언부(50)의 기어치들(61~66)이 하부랙기어부(30)의 기어치들(31~36)과 간섭을 일으키지 않기 때문에 양방향으로 도어를 오픈시켜야 하는 플로어 힌지에 적용이 가능한 것이다.

또한 피니언부(50)의 양단에 위치한 기어치들이 반기어치들(61, 66)로 형성되더라도 하부랙기어부(30)와 상부랙기어부(40)의 시작기어치들(31, 41)의 우측면(31a, 41a)을 반기어치(61, 66)의 전기어부(61a, 66a)로 밀어낼 수 있기 때문에 피니언부(50)와 피스톤(20)의 상부랙기어부(40) 또는 하부랙기어부(30)와의 기어물림의 시작이 가능하다.

또한 피니언부(50)의 양단에 위치한 기어치들(61, 66)을 제외하고는 피니언부(50)의 기어치들이 전기어치들(62~65)로 형성되기 때문에, 도어를 오픈시키는 경우에 피니언부(50)의 제2전기어치(62)가 하부랙기어의 제2기어치(32)의 안내부(32a)와는 부분적으로 접촉하지만 제2기어치(32)의 돌출부(32b)는 상대적으로 높게 형성되기 때문에 충분한 면적에서 제2기어치(32)의 돌출부(32b)와는 기어접촉을 한다. 따라서 피스톤(20)을 작동시키는데 충분한 접촉면적을 가지게 되어 기어치의 내구성이 보장되며 작동의 정확성도 보장된다. 피니언부(50)의 제5전기어치(65)와 상부랙기어부(40)의 제8기어치(42)와의 경우에도 마찬가지이다.

또한 본 발명에 따른 플로어 힌지는 스프링 장력조절부(12)를 가지고 있기 때문에 피스톤(20)의 탄성지지력을 조절할 수 있어서 도어를 여닫을 때의 저항력을 조절할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 플로어 힌지는 1차속도제어유로(4) 및 2차속도제어유로(5)의 단면적을 조정할 수 있는 유로면적조정볼트(4c, 5c)가 각각 구비되기 때문에 피스톤(20)의 위치에 따라 선택적으로 작동하는 1차속도제어유로(4) 및 2차속도제어유로(5)의 단면적을 조정하여 의도한 완충기능을 부여할 수 있으며, 1차속도제어유로(4) 및 2차속도제어유로(5)의 단면적을 달리하여 피스톤(20) 이동시 완충의 수준을 2단계로 구현할 수도 있다.

앞서 본 발명의 실시예의 설명에서는 도어가 오픈될 때에 피니언부가 시계방향으로 회전하는 것 등으로 피니언부의 회전방향을 가정하였지만, 도어의 설치위치 등에 따라 피니언부의 회전방향은 물론 달라질 수 있는 것이므로 앞서 설명한 실시예에서 피니언부의 회전방향을 특정한 것은 단지 예를 든 것에 불과하며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 않된다.

상기 본 발명의 실시예에서는 피니언부의 제1반기어치와 제6반기어치의 반기어부 및 전기어부가 서로 반대방향에 형성되는 것을 예를 들었지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 피니언부의 제1반기어치와 제6반기어치의 반기어부 및 전기어부가 서로 같은 방향에 형성되는 것도 가능하다. 이 경우 물론 상부랙기어부와 하부랙기어부의 안내부와 돌출부도 역시 동일한 방향에 형성되어야 한다.

상기 본 발명의 실시예에서는 본체의 내부공간이 원통형 공간이고 이에 따라 피스톤의 형상이 원형의 단면을 가지는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본체의 내부공간이 사각의 공간이고 피스톤의 형상이 사각의 단면을 가지도록 형성하는 것도 가능하다. 본체의 내부공간과 피스톤의 형상을 사각의 형상으로 형성하는 것은 본체의 높이를 낮게 형성하고자 하는 경우에 적용된다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 본체, 10 스프링, 12 스프링 장력조절부, 20 피스톤, 30 하부랙기어부, 40 상부랙기어부, 50 피니언부, 4c/5c 유로면적조정볼트

Claims (4)

1. 내부에 공간을 구비하여 작동유체가 채워지고 일측에 상기 내부 공간의 2개 지점을 연결시키는 속도제어유로가 형성된 본체;
   상기 본체의 상기 내부 공간의 일측에 설치되는 스프링;
   일측이 상기 스프링에 의해 지지되며 양단에 상기 내부공간을 폐쇄시키는 원통형폐쇄부들이 형성되고 상기 원통형페쇄부들의 사이에 상기 원통형폐쇄부보다 작은 단면적을 가지는 연결부가 형성되며 연결부에는 관통된 구조의 양측에 상부랙기어부 및 하부랙기어부가 형성되는 피스톤; 및
   일단이 상기 본체에 힌지고정되고 타단이 도어의 결합부에 결합되며, 상기 피스톤의 관통된 구조에 삽입되어 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부와 선택적으로 기어물림이 가능한 기어치들이 형성된 피니언부를 포함하여 구성되며,
   상기 피니언부의 둘레에 형성되는 기어치들 중의 양단의 기어치들은 각각 전기어부와 상기 전기어부보다 작은 높이를 갖는 반기어부를 갖는 반기어치로 형성되며 상기 반기어치들을 제외한 나머지 기어치들은 전기어치들로 형성되고,
   상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 기어치들 중의 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 기어치들 중의 일단의 기어치는 상대적으로 작은 높이를 갖는 안내부와 상기 안내부보다 높은 높이를 갖는 돌출부가 형성되며,
   상기 피니언부의 상기 기어치들이 상기 상부랙기어부의 기어치들과 기어물림할 때에 상기 피니언부의 상기 기어치들은 상기 하부랙기어부의 상기 기어치들과 저촉되지 않으며, 상기 피니언부의 상기 기어치들이 상기 하부랙기어부의 상기 기어치들과 기어물림할 때에 상기 피니언부의 상기 기어치들은 상기 상부랙기어부의 상기 기어치들과 저촉되지 않는 것을 특징으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤은 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부의 일측에 피니언부안착홈이 형성되고 상기 피니언부안착홈의 양측에는 상기 상부랙기어부 및 상기 하부랙기어부의 기어치들 중의 가장 최외측의 기어치가 일체로 형성되고,
   상기 피니언부는 상기 기어치들이 형성된 영역을 제외한 영역에 곡면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지.
3. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 상기 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 상기 일단의 기어치의 상기 돌출부에는 경사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지.
4. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤의 상기 상부랙기어부의 상기 일단의 기어치와 상기 하부랙기어부의 상기 일단의 기어치의 상기 안내부와 상기 돌출부는 서로 동일한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 랙기어 구동방식의 플로어 힌지.

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