KR101533797B1 - 힌지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 힌지 장치는 회전축을 중심으로 회전하는 제1 부재에 토크 저항을 제공하는 복수의 저항 유니트를 포함하고, 상기 제1 부재에는 상기 각 토크 저항의 합성 저항이 적용됨으로써, 상대 회전에 요구되는 토크값을 다양하게 변화시킬 수 있다.

Description

힌지 장치{HINGE DEVICE}

본 발명의 2개의 구조물 간의 회전 지지점이 되는 힌지 장치에 관한 것이다.

2개의 구조물을 서로 회전시키기 위해 힌지가 사용된다.

사용자의 편의를 고려하여 새로운 방식으로 구조물을 회전시키는 힌지가 마련될 필요가 있다.

한국공개특허공보 제2009-0132073호에는 도어가 닫히는 경우 순간적으로 도어가 자동으로 제동되어 문틈에 손가락이나 발가락이 끼어 발생하는 안전 사고를 방지하는 기술이 개시되고 있다. 그러나, 하나의 축부를 중심으로 각 구조물을 회시키는 전통적인 힌지 구조를 취하고 있다.

한국공개특허공보 제2009-0132073호

본 발명은 새로운 방식으로 각 구조물을 회전시키는 힌지 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 힌지 장치는 회전축을 중심으로 회전하는 제1 부재에 토크 저항을 제공하는 복수의 저항 유니트를 포함하고, 상기 제1 부재에는 상기 각 토크 저항의 합성 저항이 적용될 수 있다.

본 발명의 힌지 장치는 회전축을 중심으로 회전하는 제1 부재에 토크 저항을 제공하는 저항 유니트를 포함하고, 상기 토크 저항은 상기 제1 부재의 회전 각도에 따라 변화될 수 있다.

본 발명의 힌지 장치는 회전축을 중심으로 회전하는 제1 부재에 상기 회전축의 길이 방향으로 토크 저항을 작용하는 탄성력을 제공하는 탄성부, 상기 제1 부재의 회전 각도에 따라 상기 회전축의 길이 방향으로 상기 탄성부의 길이를 변화시키는 캠부를 포함할 수 있다.

본 발명의 힌지 장치는 복수의 저항 유니트를 이용하여 제1 부재와 제2 부재의 상대 회전에 요구되는 토크값을 다양하게 변화시킬 수 있다.

이에 따르면 제1 부재와 제2 부재의 회전 각도에 따라 다른 토크값을 요구하는 사용자를 만족시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 힌지 장치에 따르면 제1 부재와 제2 부재 간의 상대 회전 방향에 따라 다른 토크값이 요구되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 힌지 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 일반적인 힌지 장치에 적용된 토크 저항을 나타낸 그래프이다.
도 3은 힌지 장치에 의해 연결된 2개의 고정물 간의 상대 회전 각도를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 힌지 장치에 적용된 토크 저항을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 각 저항 유니트로부터 제공되는 토크 저항을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 제1 저항 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 제2 저항 유니트의 동작을 나타낸 개략도이다.
도 8는 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 각 저항 유니트로부터 제공되는 다른 토크 저항을 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 힌지 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 힌지 장치는 회전축(130)을 중심으로 회전하는 제1 부재(110)에 토크 저항을 제공하는 복수의 저항 유니트를 포함할 수 있다.

힌지 장치는 2개의 구조물 간의 회전 지지점이 될 수 있다. 힌지 장치는 회전축(130), 각 구조물에 고정되고 위 회전축(130)을 중심으로 회전하는 제1 부재(110)와 제2 부재(120)로 이루어질 수 있다. 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전은 결국 각 부재가 고정된 각 구조물의 상대 회전을 의미한다. 각 구조물 간의 상대 회전을 유발하는 힘을 토크라 할 때, 토크 저항은 토크를 방해하는 힘일 수 있다. 토크 저항이 커질수록 각 구조물 간의 상대 회전은 소위 뻑뻑하게 이루어진다. 출입문에 적용되는 힌지 장치의 경우 용이하게 출입문이 개폐되도록 토크 저항이 없는 것이 좋다. 그런데 경우에 따라 각 구조물 간의 상대 회전시 토크 저항이 요구될 수 있다.

예를 들어, 노트북의 경우 디스플레이와 키보드가 서로 상대 회전하는 구조로 되어 있다. 이때, 제1 부재(110)를 키보드에 고정시키고, 제2 부재(120)를 디스플레이에 고정시킬 수 있다. 물론 반대의 경우도 가능하다. 이때, 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전을 방해하는 토크 저항이 없다면 바닥에 수평하게 놓여진 키보드에 대해 디스플레이가 적정 각도를 유지하도록 하기 어렵다. 또한, 키보드에 대해 디스플레이를 닫을 때 중력에 의해 디스플레이가 빠른 속도로 닫힐 수 있다. 그 결과 디스플레이와 키보드가 충돌하게 되고 디스플레이가 훼손될 수 있다. 따라서, 디스플레이와 키보드를 상대 회전시키는 힌지 장치에는 일정한 토크 저항이 적용될 수 있다.

도 2는 일반적인 힌지 장치에 적용된 토크 저항을 나타낸 그래프이다.

도 2에는 토크 저항(TR, Torque Resistance)으로 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전 각도(A, Angle)에 대해 일정한 값을 갖는 y₁이 적용된 경우가 개시된다. 제1 부재(110)와 제2 부재(120)를 상대 회전시키기 위해 제1 부재(110) 또는 제2 부재(120) 중 적어도 하나에 토크 저항 y₁을 극복할 수 있는 토크가 인가되어야 한다.

일정한 토크 저항 y₁이 적용된 경우 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전 각도 및 상대 회전 방향이 어떻게 변화되더라도 제2 부재(120)는 토크가 해제된 시점의 위치를 고수하게 된다. 이에 따라 제2 부재(120)가 고정된 디스플레이 역시 토크가 해제된 시점의 위치를 고수하게 된다. 또한, 디스플레이가 빠른 속도로 키보드에 충돌하는 현상을 방지할 수 있다.

그러나, 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전 각도 및 상대 회전 방향과 상관없이 일정한 토크 저항 y₁이 적용된 상태이므로 사용자는 디스플레이 또는 키보드의 상대 회전시 항상 토크 저항 y₁에 근접한 토크값을 인가하게 된다. 따라서, 도 3에서 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 상대 회전 각도의 구간 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ에서 모두 동일한 토크값을 인가하게 된다.

그런데, 사용자는 구간 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ별로 다른 토크값을 소망할 수 있다.

도 3은 힌지 장치에 의해 연결된 2개의 고정물 간의 상대 회전 각도를 나타낸 개략도이다.

바닥에 수평하게 놓여진 제1 구조물을 키보드로 상정하고, 제1 구조물을 기준으로 회전하는 제2 구조물을 디스플레이로 상정한다.

도 3의 (a)와 같이 노트북의 사용을 위해 키보드에 대해 디스플레이를 개방시키는 경우, 사용자는 디스플레이의 회전 초기 ⓑ에 적은 힘으로 디스플레이를 회전시키길 희망할 수 있다. 그리고, 디스플레이가 사용 가능한 적정 각도 ⓒ로 회전된 경우 디스플레이가 해당 위치를 고수하기를 희망할 것이다. 이를 위해서는 상대 회전 각도 구간 ⓑ와 ⓒ의 토크 저항값이 서로 달라야 한다.

또한, 도 3의 (b)와 같이 노트북의 보관을 위해 키보드에 대해 디스플레이를 폐쇄시키는 경우, 사용자는 디스플레이의 회전 초기 ⓕ에 적은 힘으로 디스플레이를 회전시키길 희망할 수 있다. 그리고, 디스플레이가 키보드에 가까워지는 적정 각도 ⓖ 부터는 디스플레이의 보호를 위해 큰 토크값을 희망할 수 있다. 이를 위해서는 상대 호전 각도 구간 ⓕ와 ⓖ의 토크 저항값이 서로 달라야 한다.

그리고 도 3의 (a)와 (b)를 참조하면 ⓑ와ⓖ, ⓒ와ⓕ의 각도 구간이 동일함에도 디스플레이의 회전 방향에 따라 다른 토크 저항값이 요구되고 있다.

이러한 사용자의 요구는 도 2와 같이 일정한 토크 저항이 적용된 구성으로 만족될 수 있다.

도 3에 설명된 사용자의 요구를 만족시키기 위해서는 도 4와 같은 토크 저항이 필요하다.

도 4는 본 발명의 힌지 장치에 적용된 토크 저항을 나타낸 그래프이다.

살펴보면, 제1 부재(110)에 연결된 제1 구조물에 제2 부재(120)에 연결된 제2 구조물이 개방(open)될 때와 폐쇄(close)될 때의 토크 저항이 다름을 알 수 있다. 또한, 개방시의 토크 저항이 제2 구조물에 대한 제1 구조물의 회전 각도에 따라 달라지고 있다.

제2 구조물이 개방될 때는 다음과 같다.

제1 구조물에 대한 제2 구조물의 회전 각도가 0~x₁ 구간은 도 3의 ⓐ에 해당한다. 그리고 x₁~x₄ 구간은 ⓑ, x₄~x₆ 구간은 ⓒ, x₆~스톱(stop) 구간은 ⓓ에 해당한다. 스톱은 힌지 또는 각 구조물에 마련된 스토퍼에 의해 제1 구조물에 대한 제2 구조물의 회전이 더 이상 이루어질 수 없는 상태일 수 있다.

x₁~x₄ 구간의 토크 저항은 음수이다. 토크 저항이 음수인 것은 곧 힌지 장치로부터 토크가 인가되는 것을 의미한다. 만약 해당 음수값이 제2 구조물의 하중을 극복한다면 외부의 토크가 인가되지 않더라도 제2 구조물은 자동으로 개방된다. 자동을 개방되지 않는다 하더라도 적은 토크만으로 개방될 것은 자명하다. 이 구간에서는 제2 구조물에만 토크를 가함으로써 제1 구조물에 대한 제2 구조물의 개방이 가능한 소위 원핸드 오픈이 가능하다. 노트북과 같은 경우 제2 구조물을 개방시키기 위해 제2 구조물인 디스플레이에만 토크를 가하게 되면 제1 구조물에 해당하는 키보드도 함께 회전하므로 상대 회전이 이루어지지 않게 된다. 따라서 한 손으로 키보드를 누른 상태에서 다른 손으로 디스플레이에 토크를 가하게 된다. 그러나 x₁~x₄ 구간에 의하면 키보드를 누를 필요 없이 디스플레이에 작은 토크만 주면 되므로 한 손만으로 개방이 가능하다.

x₁~x₄ 구간의 전에 0~x₁ 구간을 마련한 것은 제2 구조물이 의도하지 않게 개방되지 않도록 하기 위함이다. 0~x₁ 구간에 외부의 토크가 가해져서 x₁~x₄ 구간으로 진입하면 적은 토크로 제2 구조물을 개방시킬 수 있다.

x₄~x₆ 구간은 토크가 급격하게 증가하는 구간으로 회전 각도가 커짐에 따라 많은 토크를 요구한다. 따라서, 어느 정도 토크 저항이 증가된 후에는 큰 토크로만 회전을 시킬 수 있다. 제2 구조물이 노트북의 디스플레이인 경우 본 구간까지 개방된 후에 용도에 맞게 사용될 수 있다.

x₆~스톱(stop) 구간은 제1 구조물과 제2 구조물의 안전을 위한 것일 수 있다. 제1 구조물이 디스플레이인 경우 x₄~x₆ 구간에서 사용될 것이다. 이 경우 x₆ 각도 지점에 스토퍼를 형성할 수 있다. 그러나 이러한 경우 외부에 추가로 가해진 압력이 스토퍼에 바로 가해지므로 스토퍼가 훼손될 수 있다. 또한 제1 구조물과 제2 구조물의 케이스가 훼손될 수 있다. 이를 방지하기 위한 완충 기능과 사용자에 대한 경고 기능을 x₆~스톱(stop) 구간으로 발현시킬 수 있다. x₆~스톱(stop) 구간은 비록 제1 구조물에 대한 제2 구조물의 회전에 매우 큰 토크를 요구하지만 회전 가능한 구간이다. 따라서, 강한 토크가 가해진다면 x₆~스톱(stop) 구간에서 추가 회전이 가능하다. 이때의 추가 회전이 완충 기능에 해당한다. 또한 x₆~스톱(stop) 구간에는 매우 큰 토크가 요구되므로 사용자에게 회전 상태가 한계점에 인접했음을 인지시킬 수 있다.

제2 구조물이 폐쇄될 때는 다음과 같다.

제1 구조물에 대한 제2 구조물의 회전 각도가 스톱(stop)~x₅ 구간은 도 3의 ⓔ에 해당한다. 그리고 x₅~x₃ 구간은 ⓕ, x₃~x₂ 구간은 ⓖ, x₂~0 구간은 ⓗ에 해당한다.

스톱(stop)~x₅ 구간은 높은 토크 저항이 유지되는 구간이다. 따라서, 중력에 의한 제2 구조물의 자체 하중으로 제1 구조물에 대해 회전하는 현상을 방지할 수 있다.

x₅~x₃ 구간은 토크 저항이 급격하게 낮아지는 구간으로 이에 따르면 적은 토크로 제1 구조물에 대해 제2 구조물을 폐쇄시킬 수 있는 상태가 된다.

x₃~x₂ 구간은 x₅~x₃ 구간에서 낮아진 토크 저항이 다시 증가하는 구간이다. 제1 구조물에 대한 제2 구조물의 최종적인 폐쇄 상태는 제1 구조물과 제2 구조물이 서로 맞닿은 상태이다. 따라서, 빠른 속도로 제2 구조물을 폐쇄시키게 되면 제1 구조물과 제2 구조물이 서로 강하게 충돌하게 되고 이로 인해 제1 구조물 또는 제2 구조물이 훼손될 수 있다. x₃~x₂ 구간은 이를 방지하기 위해 점차 토크 저항이 증가되는 구간이다. 토크 저항이 증가함으로써 동일한 토크가 가해지는 경우 점차 폐쇄 속도가 저하되며 이로 인해 제1 구조물과 제2 구조물의 강한 충돌을 방지할 수 있다.

x₂~0 구간은 x₃~x₂ 구간의 여분 구간으로 일정한 토크 저항을 가질 수 있다. x₃, x₄는 동일해도 무방하다.

이상에서 제2 구조물의 개방, 폐쇄시의 토크 저항의 변화를 살펴보았는데, 전반적으로 개방시의 토크 저항이 폐쇄시의 토크 저항보다 낮다. 또한, 토크 저항이 일정한 구간에서도 차이를 보인다. 개방시에는 0~x₁, x₆~스톱 구간이고, 폐쇄시에는 스톱~x₅, x₂~0 구간이다. 이로 인해 x₁~x₂만큼의 차이 d₁이 발생되고, x₅~x₆만큼의 차이 d₂가 발생된다.

이는 제2 구조물의 하중을 고려한 것으로, 제2 구조물의 하중을 고려한다면 개방시의 토크 저항과 폐쇄시의 토크 저항의 실질적인 차이는 줄어들게 된다. 만약 제2 구조물의 하중을 크게 고려하지 않는다면 x₁, x₂는 같을 수 있다. 마찬가지로 x₅, x₆도 같을 수 있다.

도 4와 같이 회전 각도별로 달라지고, 개방시(제1 방향 회전)의 값과 폐쇄시(제2 방향 회전)시의 값이 달라지는 토크 저항을 갖는 힌지는 알려진 바 없다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 회전축(130)과 제2 부재(120)가 일체로 형성되고, 제1 부재(110)가 제2 부재(120)에 대해 상대 회전하는 것으로 가정한다.

다시 도 1로 돌아가서 본 발명의 힌지 장치는 회전축(130)을 중심으로 회전하는 제1 부재(110)에 토크 저항을 제공하는 복수의 저항 유니트를 포함할 수 있다. 이때, 제1 부재(110)에는 각 토크 저항의 합성 저항이 적용될 수 있다.

하나의 저항 유니트가 갖는 토크 저항을 도 4와 같이 형성하기는 힘들다. 여기에 착안하여 복수의 저항 유니트가 제1 부재(110)에 대해 작용하도록 구성할 수 있다. 이때, 각 저항 유니트의 토크 저항이 적절하게 합성되도록 함으로써 도 4와 같이 다양한 토크 저항 특성을 갖도록 할 수 있다.

저항 유니트는 다양하게 형성될 수 있다. 일예로 저항 유니트는 탄성부와 캠부를 포함할 수 있다.

탄성부는 제1 부재(110)에 토크 저항으로 작용하는 탄성력을 회전축(130)의 길이 방향으로 제공할 수 있다. 탄성력은 제1 부재(110)에 압력으로 작용하게 되고, 해당 압력으로 마찰력이 증가하고 이때의 마찰력이 토크 저항이 될 수 있다. 결과적으로 탄성부의 탄성력이 토크 저항으로 작용할 수 있다.

캠부는 회전축(130)에 대한 제1 부재(110)의 회전 각도에 따라 탄성부의 길이를 변화시킬 수 있다.

탄성력 f=kx(k는 탄성 계수, x는 변위)이므로 x에 해당하는 탄성부의 길이에 따라 변화할 수 있다. 결과적으로, 탄성부와 캠부에 의하면 제1 부재(110)에 가해지는 토크 저항이 회전축(130)을 기준으로 한 제1 부재(110)의 회전 각도에 따라 달라질 수 있다.

제1 부재(110)는 회전축(130)의 길이 방향으로 고정될 수 있다. 도면에서 탄성력의 방향은 회전축(130)의 길이 방향인 z축 방향으로 제공된다. 제1 부재(110)는 z축을 회전축(130)으로 회전하게 된다. 이때 제1 부재(110)는 z축 방향으로 탄성력을 받게 되는데 해당 탄성력에 의해 z축 방향으로 이동되지 않도록 회전축(130)에 연결된 상태일 수 있다. 이러한 상태에서 제1 부재(110)에 가해지는 탄성력은 그대로 마찰력으로 변환되고 토크 저항으로 기능하게 된다.

저항 유니트는 복수로 마련될 수 있다. 예를 들어 저항 유니트는 회전축(130)에 설치되고 제1 부재(110)의 일측에서 제1 토크 저항을 제공하는 제1 저항 유니트(150), 회전축(130)에 설치되고 제1 부재(110)의 타측에서 제2 토크 저항을 제공하는 제2 저항 유니트(170)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 저항 유니트(150)의 캠부가 회전축(130)에 대해 기울어진 방향과 제2 저항 유니트(170)의 캠부가 회전축(130)에 대해 기울어진 방향은 동일할 수 있다. 이에 따르면 제1 저항 유니트(150)의 탄성력이 증가할 때 제2 저항 유니트(170)의 탄성력은 감소하게 된다. 또는 제1 저항 유니트(150)의 탄성력이 감소할 때 제2 저항 유니트(170)의 탄성력은 증가하게 된다.

도 1에서 제1 부재(110)의 회전으로 형성되는 가상의 원에 직교하는 선 상에 제1 저항 유니트(150)와 제2 저항 유니트(170)가 마련되고 있다. 또한, 제1 저항 유니트(150)와 제2 저항 유니트(170)는 제1 부재(110)의 양측에 위치하고 있다.

제1 저항 유니트(150)는 제1 탄성부(151)와 제1 캠부(153)를 포함할 수 있으며, 제2 저항 유니트(170)는 제2 탄성부(171)와 제2 캠부(173)를 포함할 수 있다.

도면에서 제1 탄성부(151)는 코일 스프링으로 구성되고 있으며, 제2 탄성부(171)는 접시 스프링으로 구성되고 있다. 이외에도 각 탄성부는 다양한 형태, 재질의 탄성체로 형성될 수 있다.

제1 탄성부(151)의 탄성력 방향 ②와 제2 탄성부(171)의 탄성력 방향 ③은 모두 제1 부재(110)를 향할 수 있다(도 1의 굵은 화살표 방향). 그리고, 제1 탄성부(151)와 제1 부재(110)의 사이에 제1 캠부(153)가 마련되고, 제2 탄성부(171)와 제1 부재(110)의 사이에 제2 캠부(173)가 마련될 수 있다. 제1 캠부(153) 및 제2 캠부(173)에 대응하여 제1 부재(110)에는 제3 캠부(111) 및 제4 캠부(112)가 체결될 수 있다. 제1 캠부(153)와 제3 캠부(111)가 연합하여 완성된 캠을 형성하고, 제2 캠부(173)와 제4 캠부(112)가 연합하여 완성된 캠을 형성할 수 있다.

제1 저항 유니트(150)의 제1 토크 저항과 제2 저항 유니트(170)의 제2 토크 저항은 다양할 수 있으며, 이에 따라 각 토크 저항의 합성 저항 역시 다양하게 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 각 저항 유니트로부터 제공되는 토크 저항을 나타낸 그래프이다. 도 6은 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 제1 저항 유니트(150)의 동작을 나타낸 개략도이다. 도 7은 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 제2 저항 유니트(170)의 동작을 나타낸 개략도이다. 도 6과 도 7은 설명의 편의를 위해 제3 캠부(111) 및 제4 캠부(112)를 펼쳐서 나타내었다.

먼저, 제1 저항 유니트(150)에 대해 살펴본다.

도 1의 회살표 ①의 방향으로 제1 부재(110)를 회전시키는 경우 먼저 제1 부재(110)의 초기 상태는 도 6의 (a)와 같다. 제1 탄성부(151)에 의해 화살표 방향으로 제1 탄성력 ②가 가해지고 있으나 캠의 경사 구간이 아닌 상태이다. 따라서, 외부로부터 제1 부재(110)에 토크가 가해지지 않으면 도 6의 (a) 상태가 유지된다.

화살표 ④의 방향으로 토크가 가해지면 제1 부재(110)는 도 1의 ① 방향으로 제1 부재(110)가 회전된다. 제1 부재(110)의 회전으로 제3 캠부(111)가 회전된다(도 6에서는 직선 운동으로 나타냄). 제3 캠부(111)가 회전하여 경사 구간에 진입하면 탄성력에 의해 외부의 토크가 인가되지 않더라도 자동으로 제3 캠부(111)가 회전하게 된다. 이 상태가 도 6의 (b)이다. 그러다 경사 구간이 끝나는 지점에 들어서면 자동으로 회전되는 구간은 종료되고 외부 토크가 요구된다. 이때의 구간이 도 6의 (c)이다. 도 6의 (a), (c)는 모두 제1 부재(110)의 회전에 외부로부터 인가된 토크가 요구된다. 하지만 제1 탄성부(151)의 길이의 변화로 인해 도 6의 (c) 상태의 토크 저항이 (a) 상태의 토크 저항보다 작다.

이상의 제1 저항 유니트(150)의 동작으로 변화되는 토크 저항을 나타내면 도 5의 (a)와 같다. 도 5에서 (-) 토크 저항은 제1 부재(110)의 회전을 방해하는 대신 제1 부재(110)를 회전시키는 토크를 공급하는 것을 의미한다.

제2 저항 유니트(170)는 다음과 같이 동작한다.

도 1의 회살표 ①의 방향으로 제1 부재(110)를 회전시키는 경우 먼저 제1 부재(110)의 초기 상태는 도 7의 (a)와 같다. 제2 탄성부(171)에 의해 화살표 방향으로 제2 탄성력 ③이 가해지고 있으나 캠의 경사 구간이 아닌 상태이다. 따라서, 외부로부터 제1 부재(110)에 토크 ④가 가해지지 않으면 도 7의 (a) 상태가 유지된다.

화살표 ④의 방향으로 토크가 가해지면 제1 부재(110)는 도 1의 ① 방향으로 제1 부재(110)가 회전된다. 제1 부재(110)의 회전으로 제4 캠부(112)가 회전된다(도 7에서는 직선 운동으로 나타냄). 제4 캠부(112)가 회전하여 경사 구간에 진입하면 제2 캠부(173)가 제2 탄성력의 반대 방향으로 이동된다. 다시 말해 제2 탄성부(171)가 압축된다. 따라서, 제2 탄성력이 증가하게 되고 토크 저항이 증가한다. 이 상태가 도 7의 (b)이다. 그러다 경사 구간이 끝나는 지점에 들어서면 토크 저항이 증가되는 구간은 종료되고 일정한 토크 저항을 나타낸다. 이때의 구간이 도 7의 (c)이다. 도 7의 (a), (b), (c) 모두 제1 부재(110)의 회전에 외부로부터 인가된 토크가 요구된다.

이상의 제2 저항 유니트(170)의 동작으로 변화되는 토크 저항을 나타내면 도 5의 (b)와 같다.

이상에서 살펴본 제1 저항 유니트(150)의 제1 토크 저항과 제2 저항 유니트(170)의 제2 토크 저항을 합성하면 도 4에서 open시와 유사한 토크 저항이 나타난다.

도 1의 화살표 ①의 반대 방향으로 제1 부재(110)를 회전시키는 경우 위와 반대로 동작하게 된다.

도 6 및 도 7의 제3 캠부(111)와 제4 캠부(112)가 화살표 ④의 반대 방향으로 이동하므로, 제1 저항 유니트(150)는 도 6의 (c), (b), (a) 순으로 동작하고, 제2 저항 유니트(170)는 도 7의 (c), (b), (a) 순으로 동작한다. 이때의 각 저항 유니트로부터 제공되는 토크 저항은 도 8과 같다.

도 8는 본 발명의 힌지 장치를 구성하는 각 저항 유니트로부터 제공되는 다른 토크 저항을 나타낸 그래프이다.

도 8의 (a)는 제1 저항 유니트(150)로부터 제공되는 제1 토크 저항을 나타낸 것으로 큰 각도로부터 작은 각도로 회전하는 상태를 나타낸다.

도 8의 (b)는 제2 저항 유니트(170)로부터 제공되는 제2 토크 저항을 나타낸다.

위 제1 토크 저항과 제2 토크 저항의 합성 저항은 도 4에서 close시와 유사한 특성을 갖게 된다.

각 토크 저항은 제1 부재(110)의 회전 각도에 따라 토크 저항값이 일정한 제1 구간과 제3 구간, 제1 구간과 제3 구간 사이에서 토크 저항값이 변화되는 제2 구간을 가질 수 있다. 제1 구간의 토크 저항값과 제3 구간의 토크 저항값은 서로 다를 수 있다.

한편, 각 저항 유니트의 제2 구간은 서로 다를 수 있다. 다시 말해 저항 유니트 중 일부는 제1 부재(110)의 제1 회전 각도 구간에서 변화되는 제1 토크 저항을 갖고, 저항 유니트 중 다른 일부는 제1 부재(110)의 제2 회전 각도 구간에서 변화되는 제2 토크 저항을 가질 수 있다. 이때, 제1 회전 각도 구간과 제2 회전 각도 구간은 서로 다를 수 있다.

도 5 내지 도 8의 실시예에서 저항 유니트는 제1 부재(110)에 제1 토크 저항을 제공하는 제1 저항 유니트(150)와 제1 부재(110)에 제2 토크 저항을 제공하는 제2 저항 유니트(170)를 포함하고 있다. 이러한 실시예에서 제1 부재(110)가 제1 방향으로 회전할 때, 제1 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (-) 값으로부터 점진적으로 (+) 값으로 변화되며, 제2 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (+) 값으로부터 점진적으로 다른 (+) 값으로 변화될 수 있다.

제1 부재(110)가 제2 방향으로 회전할 때, 제1 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (+) 값으로부터 점진적으로 다른 (+) 값으로 변화되고, 제2 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (-) 값으로부터 점진적으로 (+) 값으로 변화될 수 있다.

또한, 제2 토크 저항이 변화되는 제1 부재(110)의 각도 구간은 제1 토크 저항이 변화되는 제1 부재(110)의 각도 구간에 포함될 수 있다.

이에 따르면, 도 5와 도 8과 같은 특성의 토크 저항을 제공할 수 있으며, 각 토크 저항의 합성을 통해 다양한 토크를 요구하는 힌지 장치를 제공할 수 있다.

제1 부재(110)가 제1 방향으로 회전할 때의 합성 저항을 제1 합성 저항이라 하고, 제1 부재(110)가 제2 방향으로 회전할 때의 합성 저항을 제2 합성 저항이라 할 때, 앞에서 살펴본 것처럼 제1 합성 저항과 제2 합성 저항이 서로 다를 수 있다. 이를 위해서 각 캠부의 경사 구간의 길이, 수평 구간의 길이 등이 적절하게 조절될 수 있다.

회전축(130)에는 돌기(131)가 형성될 수 있다. 이때 제1 부재(110)는 2개의 부분으로 나뉘어져 한 부분은 돌기(131)의 일측에 면하여 회전축(130)에 끼워지고, 다른 부분은 돌기(131)의 타측에 면하여 회전축(130)에 끼워질 수 있다. 그리고 나뉘어진 제1 부재(110)의 두 부분을 볼트 등으로 체결시킬 수 있다.

제1 부재(110)를 중심으로 제1 저항 유니트(150)와 제2 저항 유니트(170)를 양쪽에서 끼우게 되면 제1 부재(110)를 탄성력을 압박할 수 있다. 이때의 압박하는 힘이 토크 저항으로 기능하게 된다. 각 저항 유니트가 회전축(130)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 회전축(130)에는 이탈 방지부(190)가 끼워질 수 있다. 이탈 방지부(190)는 회전축(130)에 형성된 나사 홈에 체결되는 너트일 수 있다.

도 1에서 회전축(130)의 단부에 제2 부재(120)가 일체로 형성되고 있으나, 제2 부재(120)는 다양한 방식으로 회전축(130)에 설치될 수 있다.

제1 저항 유니트(150)에 마련된 제1 탄성부(151)는 캠부의 경사 구간이 긴 관계로 큰 길이 변화가 가능한 코일 스프링을 포함하고 있다. 제2 저항 유니트(170)의 제2 탄성부(171)는 짧은 경사 구간을 갖는 관계로 접시 스프링으로 구성되고 있다. 이와 같이 구성하면 제1 부재(110)를 개방할 때 (-) 토크 저항을 제공할 수 있으므로, 노트북 등에서 디스플레이의 개방을 용이하게 할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

110...제1 부재 111...제3 캠부
112...제4 캠부 120...제2 부재
130...회전축 131...돌기
150...제1 저항 유니트 151...제1 탄성부
153...제1 캠부 170...제2 저항 유니트
171...제2 탄성부 173...제2 캠부
190...이탈 방지부

Claims (14)

1. 회전축을 중심으로 회전하는 제1 부재에 토크 저항을 제공하는 복수의 저항 유니트;를 포함하고,
   상기 저항 유니트에는 상기 제1 부재의 제1 토크 저항으로 작용하는 제1 탄성력을 제공하는 제1 탄성부, 상기 제1 탄성력을 결정하는 상기 제1 탄성부의 변위를 상기 제1 부재의 회전에 따라 변화시키는 제1 캠부, 상기 제1 부재의 제2 토크 저항으로 작용하는 제2 탄성력을 제공하는 제2 탄성부 및 상기 제2 탄성력을 결정하는 상기 제2 탄성부의 변위를 상기 제1 부재의 회전에 따라 변화시키는 제2 캠부가 마련되며,
   상기 제1 캠부에 의해 상기 제1 탄성력이 증가되는 상기 제1 부재의 회전 구간 중 적어도 일부 구간에서 상기 제2 탄성력은 상기 제2 캠부에 의해 감소되거나,
   상기 제1 캠부에 의해 상기 제1 탄성력이 감소되는 상기 제1 부재의 회전 구간 중 적어도 일부 구간에서 상기 제2 탄성력은 상기 제2 캠부에 의해 증가되는 힌지 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 탄성부는 상기 제1 부재의 일측에서 상기 제1 토크 저항을 제공하고,
   상기 제2 탄성부는 상기 제1 부재의 타측에서 상기 제2 토크 저항을 제공하는 힌지 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 캠부가 상기 회전축에 대해 기울어진 방향과 상기 제2 캠부가 상기 회전축에 대해 기울어진 방향은 동일한 힌지 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부재에는 상기 제1 토크 저항과 상기 제2 토크 저항이 합성된 합성 저항이 적용되고,
   상기 제1 부재가 제1 방향으로 회전할 때의 상기 합성 저항을 제1 합성 저항이라 하고, 상기 제1 부재가 제2 방향으로 회전할 때의 상기 합성 저항을 제2 합성 저항이라 할 때,
   상기 제1 합성 저항과 상기 제2 합성 저항은 서로 다른 힌지 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 토크 저항 또는 상기 제2 토크 저항은 상기 제1 부재의 회전 각도에 따라 변화되는 힌지 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 토크 저항 또는 상기 제2 토크 저항은 상기 제1 부재의 회전 각도에 따라 토크 저항값이 일정한 제1 구간과 제3 구간, 상기 제1 구간과 상기 제3 구간 사이에서 토크 저항값이 변화되는 제2 구간을 갖고,
   상기 제1 구간의 토크 저항값과 상기 제3 구간의 토크 저항값은 서로 다른 힌지 장치.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부재가 제1 방향으로 회전할 때, 상기 제1 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (-) 값으로부터 점진적으로 (+) 값으로 변화되며, 상기 제2 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (+) 값으로부터 점진적으로 다른 (+) 값으로 변화되고,
   상기 제1 부재가 제2 방향으로 회전할 때, 상기 제1 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (+) 값으로부터 점진적으로 다른 (+) 값으로 변화되고, 상기 제2 토크 저항은 적어도 일부 구간에서 (-) 값으로부터 점진적으로 (+) 값으로 변화되는 힌지 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 토크 저항이 변화되는 상기 제1 부재의 각도 구간은 상기 제1 토크 저항이 변화되는 상기 제1 부재의 각도 구간에 포함되는 힌지 장치.
    
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