KR20040064502A - 정하중 스파이럴 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 하중으로 작동하는 스파이럴 스프링에 관한 것으로, 정하중 스파이럴 스프링은 나선형으로 감겨있는 스프링에서, 내측에 감겨있는 내측 턴의 곡률 반경에 대하여, 외측에 감겨있는 외측 턴의 곡률비가 감소되는 것을 특징으로 한다.

Description

정하중 스파이럴 스프링{spiral spring working constant force}

본 발명은 스프링에 관한 것으로, 보다 자세하게는 스파이럴 스프링에 관한 것이다.

스프링은 물체의 탄성변형(彈性變形)을 이용해서 에너지를 흡수, 축적하여 완충(緩衝) 등의 작용을 하게 하는 기계요소이다.

스프링은 형태에 따라 다양하게 변형되어 사용되지만, 사용되는 스프링의 목적은 스프링이 가지고 있는 탄성력을 이용하고자 함이다. 이러한 스프링은 대부분 일정한 탄성계수(k)를 가지고 있어서, 스프링의 변위(變位)에 따라 힘이 k에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 한다.

그런데 이러한 일정한 탄성계수(k)를 갖는 스프링은 변위량에 따라 가해지는 힘이 커지므로, 큰 변위를 일으켜서 사용해야 하는 스프링의 경우 변위량에 따라 큰 힘을 사용해야만 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스프링의 변위에 따라 가해야 하는 힘이 증가하는 것이 아니라, 변위의 크기에 관계없이 항상 일정한 힘을 사용하여 작동하는 스프링을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 기타 다른 목적이나 효과는 발명의 상세한 설명과 첨부된 도면을 통해 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스파이럴 스프링의 정면도

도 2는 스파이럴 스프링을 제작하는 원리를 설명하기 위한 개략 정면도

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 : 내측 턴 20 : 외측 턴

30 : 끝단 P : 작용힘

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 나선형으로 감겨있는 스프링에서, 내측에 감겨있는 내측 턴(turn)의 곡률 반경에 대하여, 외측에 감겨있는 외측 턴의 곡률반경의 곡률비가 감소되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 정면도이다.

본 발명에 따른 실시예의 스파이럴 스프링은 스프링강으로 제작되었고, 내측(內側)에 감겨있는 내측 턴(10)보다 외측에 감겨있는 외측 턴(20)의 곡률 반경이 더 작다.

그러나 통상적인 스파이럴 스프링은 내측에 감겨있는 곡률 반경과 외측에 감겨있는 곡률 반경이 서로 같다. 같은 곡률 반경을 가진 스파이럴 스프링은, 감겨있는 스파이럴 스프링을 풀기 위해 스프링의 끝단(30)을 잡아당기면, 처음에 당기는 힘보다 일정구간 스프링이 풀린 후 끝단(30)을 잡아당길 때 드는 힘이 더 크다. 그 이유는 일정한 곡률 반경을 갖는 스프링은 스프링강의 재료가 갖는 탄성과 곡률 반경에 따른 종탄성계수(E)를 갖는 바, 스프링강의 변위량에 따라 종탄성계수(E)에 비례하여 힘이 증가하기 때문이다.

한편, 곡률반경과 종탄성계수에 관계된 스파이럴 스프링의 힘에 관한 식은이다. (E: 종탄성계수, b: 단면적의 밑변, h:단면적의 높이, Rn: 곡률반경) 상기 식으로 표현된 힘은 도면에 도시된 P이고, P는 원형으로 말려있는 감김턴(40)과 상기 스파이럴 스프링의 외주면에서 이탈된 풀림턴(50) 사이에서 발생하는 힘이다. 이를 보다 자세히 설명하면 상기 작용힘 P는 말려있는 감김턴(40)과 외주면에서 이탈된 풀림턴(50)의 접점부근에서 발생하는 힘이다. 그리고 상기 접점을 부근을 벗어난 풀림턴(50)은 제작 당시에 형성되어진 곡률 반경에 비해 훨씬 큰 곡률반경을 가지기 때문에, 제작 당시에 형성된 탄성력을 제공하지 못한다.

상기 식의 개략적인 의미는 스파이럴 스프링의 곡률 반경이 작아질수록 힘의 크기가 커지는 것을 의미하는 식이고, 종래에는 이 식에서 밝혀진 바와 같이 곡률 반경이 커지면 작용하는 힘은 작아진다는 의미로만 이해되고 있었다.

반면에 본 발명자는 일정한 힘으로 작동하는 스프링을 발명하기 위하여 상기 식의 변수인 곡률 반경을 변화시킨 스프링을 제작하게되었다.

예를 들어 설명하면, 제일 안쪽에 감겨있는 내측턴의 곡률 반경이 8로 제작되었다면, 다음 번에 감기는 턴의 곡률 반경은 7.6으로 제작하고, 그 다음 턴의 곡률 반경은 7.2가 되는 순서로 제작한다. 이러한 순서로 곡률 반경을 줄여가며 제작되는 스파이럴 스프링은 상기 식 이외에도 경도, 초장력, 두께 편차 등을 실험을 통해 고려하여 순차적인 곡률 반경 값을 얻을 수 있다.

도 2는 스파이럴 스프링을 제작하는 원리를 설명하기 위한 개략 정면도이다. 스파이럴 스프링을 제작하는 성형기는 통상적으로 롤러를 통해 이동하는 재료에 곡률반경을 형성시킨다. 그 원리는 도시된 바와 같이 마주하고 있는 롤러(60)(70) 사이를 가공하고자 하는 재료(100)가 지나갈 때, 두 개의 롤러(60)(70) 중 한 개의 롤러(60) 속도가 더 크면 이동하는 재료(100)는 롤러(60)(70)에 의해 형성된 속도차에 의해 속도가 작은 롤러(70) 쪽으로 휘면서 곡률반경이 형성되게 된다. 본 발명에 의한 스파이럴 스프링을 제작하는 과정도 상기의 성형기를 통해 제작될 수 있는 바, 롤러(60)(70) 각각의 속도를 얻고자 하는 곡률반경에 따라 순차적으로 변화시키면 된다.

도 3은 본 발명의 실시예가 사용되는 평판 디스플레이 패널의 스탠드에 대한분해 사시도이고, 상기 스파이럴 스프링(90)은 일정한 하중으로 작용하는 탄성력을 갖고 있기 때문에 수직방향으로 슬라이딩되는 스탠드에서 사용자가 원하는 위치에 슬라이드(80)를 세우는데 사용된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예를 설명하였으나, 이는 예시이며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양한 변화와 변형이 가능할 것이나, 이러한 변화와 변형은 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 청구범위를 통해 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 스파이럴 스프링은, 감겨있는 스프링강을 풀 때 스파이럴 스프링의 끝단을 잡아당기는 길이에 따라 힘이 증가하는 것이 아니라, 잡아당기는 길이에 상관없이 항상 일정한 힘으로 작동시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims (1)

1. 나선형으로 감겨있는 스프링에서,

   내측에 감겨있는 내측 턴의 곡률 반경에 대하여, 외측에 감겨있는 외측 턴의 곡률반경의 곡률비가 감소되는 정하중 스파이럴 스프링