KR20050090105A

KR20050090105A - 천구의 및 지구본 자동 구동장치

Info

Publication number: KR20050090105A
Application number: KR1020050076589A
Authority: KR
Inventors: 김동봉
Original assignee: 김동봉
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2005-09-12
Also published as: CN101243480A; WO2007024071A1; JP2009505165A; US20080227061A1; CN101243480B; KR100665501B1

Abstract

본 발명은 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양과 별에서 본 지구의 위치를 완벽하게 재현하여 일몰 및 일출시간을 정확하게 보여주고, 계절별, 시간별 태양고도를 수리적으로 쉽게 인지할 수 있도록 하며, 현재 시각 황도상 태양위치와 현재 시각 관측자의 수평면에서 관찰할 수 있는 별의 위치를 정확하고 완벽하게 재현함으로서 밤낮의 변화, 계절의 변화, 황도, 별의 운동 등을 소단원별로 암기 위주로 이해하는 학습에 익숙한 학생들에게 전 우주의 운동원리를 공간적, 입체적으로 이해할 수 있도록 하여 과학적 사고력을 향상시킬 수 있는 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치는 공전축에 의해 회전되는 공전판 상면에 고정 설치되며 별자리가 표시된 투명천구의와, 상기 투명천구의내부에는 수평면과 66.5° 각도로 설치된 자전축에 의해 회전되며 세계지도가 표시되는 투명지구본이 각각 설치되고, 상.하부커버 내부에는 상기 공전축을 회전시키는 공전장치가 설치되고, 상기 공전판 내부 일측에는 상기 자전축을 회전시키는 자전장치가 구비된 천구의 및 지구본 구동장치에 있어서, 상기 공전장치는 하부커버의 바닥면의 높이조절부에 설치되어 12시간 마다 공전시침기어를 1회전시키는 공전무브먼트와, 상기 공전시침기어 일측에 설치되며 상기 공전시침기어 보다 나사수가 10배이고 중앙부에 웜기어가 형성된 확장기어와, 상기 웜기어와 연동되며 상기 공전시침기어 보다 730배 느리게 회전하여 상기 공전축을 365일 주기로서 시계 방향으로 1회전시키는 공전기어로 이루어지고, 상기 자전장치는 공전판의 내부 일측에 고정된 지지체에 설치되어 11시간 58분 마다 자전시침기어를 1회전시키는 자전무브먼트와, 상기 자전시침기어의 일측에 설치되어 상기 자전시침기어 기어수 보다 2배로서 지구의 실제 자전 시간인 23시간 56분 마다 상기 자전축을 반시계 방향으로 1회전시키는 확장기어로 이루어지고, 상기 투명지구본 내부에는 관측자의 지평면을 나타내는 천구관점지평면이 설치되고, 상기 천구관점지평면의 중앙부에는 관측자의 위치를 나타내는 천정표시부가 수직 설치되고, 상기 자전축의 타측 끝단부에는 투명지구본을 수동으로 회전시키기 위한 수동조작노브가 설치된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

천구의 및 지구본 자동 구동장치{Automatic revolution apparatus of a globe and lelestial globe}

일반적으로 초등학교, 중학교의 교육 과정 중 지구의 운동에 관한 수업을 진행할 경우 지구본, 천구의, 삼구의 등을 이용하여 강의할 때 공간적이고 입체적인 개념에서 이해시키기가 무척 어려운 것이 현실이다.

또한, 많은 가정의 부모들이 자녀 교육용으로 지구본을 가정에 비치하고 있으며, 1년에 우리나라에서 약 150만개의 지구본이 생산 소비되는 것으로 조사되었고, 많은 아이들이 초등학교 때부터 지구의 자전 방향이나 공전 등에 대하여 배워왔음에도 불구하고, 공전과 자전이라는 말의 뜻만 이해할 뿐, 지금 시각에 태양 등의 위치를 공간적인 입장에서 설명할 수 있는 학생은 매우 적은 것으로 나타났다.

따라서 지구의 자전 방향이나 공전, 밤낮의 변화, 계절의 변화, 황도, 별의 운동 등을 보다 효과적으로 이해시키기 위하여 지금까지 많은 천구의 및 지구본 등의 교재가 제안된 바 있다.

그 일예로서 대한민국 특허출원 제2002-0096019호에서는 적어도 하나 이상의 지지로드의 일단이 고정되고 공전축의 일단이 회전 가능하게 고정되는 베이스와, 지지로드에 결합 고정되는 지지암과, 서로 대향하는 두 지점이 지지암에 회전 가능하게 결합하되 일정 각도 기울어지도록 결합되어 자전하는 지구본와, 상기 지구본의 내부에 수납되어 공전축과 결합되어 지구본의 두 지점을 중심으로 공전 원운동을 하며, 상기 지구본의 자전에 따라 주야를 구분하여 보여주는 공전유닛을 포함하는 자전과 공전을 동시에 수행하도록 하는 장치가 제안되었다.

이러한 종래 기술은 자전과 공전을 수행하는 지구본은 내부에 전구로 밤낮을 표시하며, 전구의 각도를 바꾸어주면서 공전을 설명하는 시스템으로 과학적 원리 해석에 의한 우주운동을 표현한 것이 아니라, 실제 상황을 표시하기 위한 기계 장치적인 발명으로 구조가 매우 복잡하고, 일몰 및 일출시간을 정확하게 보여주고, 계절별, 시간별 태양고도를 수리적으로 쉽게 인지할 수 없으며, 또한 현재 시각 황도상 태양위치와 현재 시각 관측자의 수평면에서 관찰할 수 있는 별의 위치를 정확하고 완벽하게 재현할 수 없을 뿐만 아니라, 계절변화에 따른 상황을 정량적인 수치로 표현할 수 없어 효과적인 교재로 사용하기에는 부적합 관계로 실용화하기에는 많은 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 수 많은 별자리와 태양의 이동경로를 나타내는 황도, 날짜가 표면에 새겨진 투명천구의와, 세계지도가 표면에 표시되고 내부에 관측자의 지면을 나타내는 천구관점지평면 및 관측자의 위치를 나타내는 천정표시부가 내부에 설치된 투명지구본을 구비하되, 상기 투명지구본을 투명천구의 내부에 설치되도록 하는 한편, 투명천구의는 365일 주기로 시계 방향으로 1회전(공전)하도록 하고, 투명지구본은 실제 자전시간인 23시간 56분의 주기로 반시계 방향으로 1회전(자전)하도록 하는 공전장치와 자전장치를 구비함과 동시에 상기 투명지구본은 수평면과 66.5°의 각도로 설치하되, 투명지구본 구의 중심은 공전축의 연장선상에 오도록 설치되며, 상기 투명천구의의 북극성은 자전축과 일치시키고, 투명천구의 구의 중심은 공전축과 자전축이 만나는 지점에 설치하는 구성을 이루어진다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 태양과 별에서 본 지구의 위치를 완벽하게 재현하여 세계 모든 나라의 일몰 및 일출시간을 정확하게 보여주고, 계절별, 시간별 태양고도를 수리적으로 쉽게 인지할 수 있도록 하며, 현재 시각 황도상 태양위치와 현재 시각 관측자의 수평면에서 관찰할 수 있는 별의 위치를 정확하고 완벽하게 재현함으로서 소단원 별로 암기식을 우주의 운동을 이해하는 학생들이 전체 우주의 운동을 종합적으로 이해하는 종합적 사고력과, 지구의 자전, 지구의 공전, 태양과 별의 시운동이 생기는 입체적인 상황의 변화를 몸으로 느끼면서 생각하는 입체적, 공간적 사고력 능력을 높일 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치는 공전축에 의해 회전되는 공전판 상면에 고정 설치되며 별자리가 표시된 투명천구의와, 상기 투명천구의내부에는 수평면과 66.5°의 각도로 설치된 자전축에 의해 회전되며 세계지도가 표시되는 투명지구본이 각각 설치되고, 상.하부커버 내부에는 상기 공전축을 회전시키는 공전장치가 설치되고, 상기 공전판 내부 일측에는 상기 자전축을 회전시키는 자전장치가 구비된 천구의 및 지구본 구동장치에 있어서, 상기 공전장치는 하부커버의 바닥면의 높이조절부에 설치되어 12시간 마다 공전시침기어를 1회전시키는 공전무브먼트와, 상기 공전시침기어 일측에 설치되며 상기 공전시침기어 보다 나사수가 10배이고 중앙부에 웜기어가 형성된 확장기어와, 상기 웜기어와 연동되며 상기 공전시침기어 보다 730배 느리게 회전하여 상기 공전축을 365일 주기로서 시계 방향으로 1회전시키는 공전기어로 이루어지고, 상기 자전장치는 공전판의 내부 일측에 고정된 지지체에 설치되어 11시간 58분 마다 자전시침기어를 1회전시키는 자전무브먼트와, 상기 자전시침기어의 일측에 설치되어 상기 자전시침기어 기어수 보다 2배로서 지구의 실제 자전 시간인 23시간 56분 마다 상기 자전축을 반시계 방향으로 1회전시키는 확장기어로 이루어지고, 상기 투명지구본 내부에는 관측자의 지평면을 나타내는 천구관점지평면이 설치되고, 상기 천구관점지평면의 중앙부에는 관측자의 위치를 나타내는 천정표시부가 수직 설치되고, 상기 자전축의 타측 끝단부에는 투명지구본을 수동으로 회전시키기 위한 수동조작노브가 설치된 구성으로 이루어지는 것에 특징이 있다.

이하 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치(100)를 도 1 내지 도 10에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 정단면도이며, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.

즉, 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치는 수 많은 별자리(12)와 태양의 이동경로를 나타내는 황도(13)가 표시된 투명천구의(10)와, 이 투명천구의(10) 내부의 중심부에 위치하며 세계지도가 표시되는 투명지구본(20)과, 상기 투명천구의(10)를 회전시키는 공전판(1)과, 상기 공전판(1)을 시계방향(동쪽에서 서쪽방향)으로 1년에 1회전시키는 공전장치(40)와, 상기 투명지구본(20)을 실제 자전시간인 23시간 56분의 주기로 투명천구의(10)의 회전방향과 반대인 반시계 방향으로 1회 회전시키는 자전장치(30)로 구분된다.

상기 공전판(1)은 상면에 투명천구의(10)가 수평면에 기울게 고정 설치되고, 내측면 중앙부에는 일정 길이의 공전축(50)이 볼트(7)에 의해 하향 설치되며, 내부 일측에는 자전장치(30)가 설치되어 있다.

상기 공전장치(40)는 하부커버(6)의 상면에 설치된 높이조절부(41) 상측에 설치되어 12시간 마다 공전시침기어(44)를 1회 회전시키는 공전무브먼트(43)가 설치되고, 상기 공전시침기어(44) 일측에는 나사수가 10배이며 중앙부에 웜기어(46)가 형성된 확장기어(45)가 연동되게 설치되며, 상기 웜기어(46)의 일측에는 73개의 나사산으로 형성되어 웜기어(46)가 1회 회전시 1개의 나사산을 이동시켜 전체적으로 공전시침기어(44) 보다 730배 느리게 회전하게 하여 공전판(1)을 1년에 1회 시계방향으로 연동 회전시키는 공전기어(42)가 설치되고, 상기 공전기어(42)의 상측에는 공전축(50)과 공전기어(42)를 서로 연동 회전시키기 위한 커플링(41a)이 설치된다.

또한, 상기 공전무브먼트(43)의 일측에는 높이조절부(41)와 결합된 힌지부(47)를 갖는 지지체(48)가 고정 설치되고, 이 지지체(48)에 핸들(49)이 설치되어 상기 핸들(49)의 조작에 따라 웜기어(46)와 공전기어(42)를 결합 및 분리되도록 구성되며, 이는 공전판(1)을 수동으로 회전시킬 경우 웜기어(46)가 파손되는 현상을 방지하기 위한 것이다.

상기와 같이 구성되는 공전장치(40)는 하부커버(6)의 상부에 결합되며, 중앙부에 공전축(50)이 유입되는 공전축유입부(3)가 돌출 형성되고, 일측에 동작 기준시점을 설정하는 기준설정부(4)가 형성되며, 타측에 핸들(49)이 외부로 노출 및 고정시키기 위한 통공(8)과 단턱(5)이 형성된 상부커버(2)에 의해 보호되고 있으며, 상기 공전판(1)과 상부커버(2)는 공전축유입부(3)의 높이만큼 일정한 간격을 두고 설치되며, 상기 공전판(1)의 중앙부에는 베어링(51)이 설치되어 원활한 회전이 이루어지도록 하고 있다.

상기 자전장치(30)는 공전판(1)의 일측에 고정된 지지체(37)에 11시간 58분 마다 자전시침기어(32)를 1회전시키는 자전무브먼트(31)가 설치되고, 상기 자전시침기어(32)의 일측에는 기어수가 2배로서 지구의 실제 자전시간인 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전시키는 확장기어(33)가 설치되며, 상기 확장기어(33)의 중심부에는 투명지구본(20)을 자전시키는 자전축(35)이 설치되고, 이 자전축(35)의 타측 끝단부에는 수동으로 회전시킬 수 있는 수동조작노브(36)가 설치되어 구성된다.

상기 자전축(35)은 수평면과 66.5°의 각도로 설치하되, 투명지구본(20) 구의 중심은 공전축(50)의 연장선상에 오도록 설치되며, 상기 투명천구의(10)의 북극성은 자전축(35)과 일치시키고, 투명천구의(10) 구의 중심은 공전축(50)과 자전축(35)이 만나는 지점에 설치하고, 상기 투명지구본(20) 내부 구의 중심에는 실제 관찰자가 위치한 지면을 나타내는 원판형의 천구관점지평면(21)을 설치하고, 이 천구관점지평면(21)의 중앙부에는 실제 관측자의 위치를 나타내는 천정표시부(22)가 설치된다.

여기에서 상기 천정표시부(22)는 설명의 편의상 대한민국 서울을 관통하도록 하여 서울지역에서 천구를 관측하도록 고정하였다.

상기 투명천구의(10)에는 다수의 별자리(12)와 적도선(13), 그리고 도 5에서와 같이 태양의 이동경로인 황도(11)와, 태양의 이동경로 마다 1년 365일의 월, 일이 표시된 날짜표시부(14)가 형성되어 있다.

상기 공전장치(40) 및 자전장치(30)의 공전무브먼트(43)와 자전무브먼트(31)의 구동전원은 건전지이며, 상기 건전지는 상부커버(2)와 공전판(1) 내측에 설치되며, 이러한 구조는 통상적인 것이므로 도면상에서 생략한다.

도 5는 천구의에 새겨진 태양의 이동경로(황도)와 날자를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 공전무브먼트와 공전축의 분리상태를 나타낸 동작상태도이며, 도 7은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 공전장치의 동작상태도이고, 도 8은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 자전장치의 동작상태도이며, 도 9는 일반적인 황도 및 별의 연주운동 원리를 설명한 예시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 지구의 자전과 공전에 의한 일주운동 및 연주운동의 설명 원리도이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 조립과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하부커버(6)의 상면에 1년에 1회 시계 방향으로 연동 회전시키는 공전장치(40)를, 그리고 66.5° 각도를 유지하는 공전축(50)을 포함하며 실제 자전시간인 23시간 56분의 주기로 반시계 방향으로 1회 회전시키는 자전장치(30)를 각각 설치한다.

그리고 상기 공전축(50)에는 천구관점지평면(21)과 천정표시부(22)가 설치된 투명지구본(20)을 설치한 후, 상기 투명지구본(20)의 외측에는 공전판(1) 상면에 고정 설치되며 별자리(12), 적도선(13), 황도(11), 날짜표시부(14)가 형성된 투명천구의(10)를 설치하되, 상기 투명지구본(20) 구의 중심은 공전축(50)의 연장선상에, 그리고 별자리(12)의 북극성은 자전축(35)과 일치되도록 하며, 자전축(35)의 끝단부에는 수동조작노브(36)를 투명천구의(10) 외부로 노출되게 나사 결합시킨다.

그 다음, 상부커버(2)를 하부커버(6) 상부에 안치시켜 미도시된 나사로 결합시켜 공전장치(40)를 보호하도록 하고, 이때 공전장치(40)의 핸들(49)은 상부커버(2)에 형성된 통공(8)을 통하여 외부로 노출되도록 한다.

상기와 같이 공전판(1)에는 자전장치(30), 투명천구의(10), 투명지구본(20)이 조립되고, 또한 하부커버(6)에는 공전장치(40)와 상부커버(2)가 결합된 상태에서 공전판(1)에 결합된 공전축(50)을 상부커버(2)의 중앙부에 설치된 베어링(51)과 공전기어(42)와 맞물려 연동하는 커플링(41a)을 통해 공전장치(40)에 연결시킴으로써 조립을 완료하게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 조립 완료된 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 작용관계를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치를 구동하기 위해서는 상부커버(2)에 형성되어 있는 기준설정부(4)에 투명천구의(10)와 투명지구본(20)을 현재의 날짜와 시간에 맞도록 개략적으로 맞도록 설정하여 한다.

즉, 투명천구의(10)를 현재의 날짜에 맞추기 위해 하부커버(6)에 설치된 공전장치(40)의 핸들(49)을 들어올려 상부커버(2)에 형성된 단턱(5)에 안치시키게 되면 도 6에서와 같이 공전무브먼트(43)에 설치된 웜기어(46)와 공전기어(42)가 서로 분리되어 연동하지 않는 상태가 됨으로서 공전축(50)이 설치된 공전판(1)을 수동으로 회전 조작할 수 있는 상태가 된다.

이러한 상태에서 공전축(50)과 연결되며 투명천구의(10)가 설치된 공전판(1)을 수동으로 회전시켜 도 5에 도시된 바와 같이 투명천구의(10)에 새겨진 태양의 이동경로(황도)에 표시된 날짜(월,일)를 현재의 날짜와 거의 근접하는 위치에 상부커버(2)에 형성된 기준설정부(4)와 일직선상에 있도록 한 후, 공전장치(40)의 핸들(49)을 내려 원래의 상태로 복귀시키게 되면 웜기어(46)와 공전기어(42)가 서로 결합되어 공전무브먼트(43) 만의 구동으로 공전판(1)을 회전할 수 있는 상태가 된다.

그 다음 수동노브(36)를 조정하여 자전축(35)에 설치된 투명지구본(20)을 회전시켜 투명천구의(10)에 표시된 대략적인 현재 시간에 해당하는 태양의 고도에 천정표시부(22)가 위치되도록 한다.

즉, 수동노브(36)를 조작 회전하면 상기 수동노브(36)에 설치된 투명지구본(20)이 연동 회전하게 되고, 이에 따라 상기 투명지구본(20) 중앙부의 천구관점지평면(21)에 수직으로 설치된 천정표시부(22)의 이동됨에 따라 상기 천정표시부(22)를 태양의 이동경로에서 현재 시각에 개략적으로 대응되는 태양의 위치에 있도록 조정한다.

이와 같이 조정된 상태에서 미도시된 배터리로부터 공전장치(40)의 공전무브먼트(43)와, 자전장치(30)의 자전무브먼트(31)에 전원을 공급하게 되면 공전축(50)과 자전축(35)를 구동시키게 된다.

상기 공전장치(40)의 공전무브먼트(43)에 전원이 공급되면 상기 공전무브먼트(43)는 12시간 마다 공전시침기어(44)를 1회 회전시키게 되고, 이 공전시침기어(44)기 1회전 할 때 상기 공전시침기어(44)의 피치수가 10배인 웜기어(46)가 1회 연동 회전함과 동시에 상기 웜기어(46)가 1회 회전하게 되면 이와 맞물리며 73개의 나사산으로 형성되어 있는 확장기어(45)의 1개 피치를 시계 방향으로 회전시키게 된다.

즉, 확장기어(45)를 공전시침기어(44) 보다 730배 느리게 회전하도록 하여 상기 공전시침기어(44)가 24시간 마다 2회전할 경우 확장기어(45)의 2개 피치를 이동시킴으로서 결과적으로 365일 주기로 시계 방향으로 1회전 하게 된다.

이와 같이 공전시침기어(44)가 24시간 마다 2회전하여 확장기어(45)의 2개 피치를 이동시키게 될 경우 커플링(41a)에 의해 확장기어(45)와 결합된 공전축(50)은 시계 방향으로 1° 회전하게 되며, 상기 공전축(50)이 1° 회전할 경우 볼트(7)에 의해 공전축(50)과 고정 설치된 공전판(1)이 시계 방향으로 1° 회전하며, 이는 상기 공전판(1) 상면의 수평면 기울게 설치된 투명천구의(10)를 시계 방향으로 1° 회전시키는 것이다.

결과적으로 공전장치(40)는 공전무브먼트(43)의 동작으로 공전시침기어(44)가 24시간 마다 2회전 할 경우 공전판(1)을 1°씩 이동시키게 되어 투명천구의(10)는 365일 주기로 시계 방향으로 1회전 하게 되는 것이다.

또한, 상기 자전장치(30)의 자전무브먼트(31)에 전원이 공급되면 상기 자전무브먼트(31)는 11시간 58분 마다 자전시침기어(32)를 1회전 시키게 되고, 이 자전시침기어(32)와 연동되며 기어수가 2배인 확장기어(33)는 지구의 실제 자전시간인 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전시키게 된다.

즉, 상기 확장기어(33)가 지구의 실제 자전시간인 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전 하게 되면, 수평면과 66.5°의 각도로 설치된 자전축(35)이 반시계 방향으로 1회전하게 함을 의미하게 되고, 이는 결국 투명지구본(20)을 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전 하게 되는 것이다.

이와 같이 공전장치(40)에 의해 투명천구의(10)는 24시간 마다 1°씩 시계 방향으로 회전함과 동시에 자전장치(30)에 의해 투명지구본(20)이 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전 하게 됨으로써 천정표시부(22)가 지시하는 투명천구의(10)에 표시된 오늘의 별자리가 되며, 또한 천정표시부(22)가 지시하는 황도(11)가 현재시각의 태양의 위치를 나타내게 되는 것이다.

도 7의 (가) 내지 (라)는 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 공전장치(40)의 동작에 의한 투명천구의(10)의 회전상태를 나타낸 것으로서, (가)는 춘분 때의 공전판(1) 위치를 나타낸 것이며, (나)는 동지 때의 공전판(1) 위치를 나타낸 것이며, (다)는 추분 때의 공전판(1) 위치를 나타낸 것이고, (라)는 하지 동지 때의 공전판(1)의 위치를 나타낸 것이다.

상기 도 7에서 보는 바와 같이 (가)의 춘분날 정오 때에는 자전축(35)이 지구상황으로 오른쪽으로 23.5°오른쪽으로 기울어져 있으며, (라)의 동지 정오 때에는 자전축(35)이 지구상황으로 왼쪽으로 23.5°기운상태에서 지구본이 1회 자전하게 되는 것이다.

이와 같이 공전판(1) 위에 설치된 투명천구의(10)는 365일 주기로 1회전 하게 되며, 천정표시부(22)가 지시하는 별자리가 오늘 현재의 별자리가 되는 것이다.

도 8의 (가) 내지 (라)는 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 자전장치(30)의 동작에 의한 투명지구본(20)의 회전상태를 나타낸 것으로서, 약 6시간 마다 천정표시부(22)가 지시하는 위치의 변화를 예를 든 것이다.

즉, 도 8의 (가)는 현재 시간이 자정(0시)일 때 천정표시부(22)의 위치라고 가정하면 6시간 지난 후에는 자전장치(30)에 의해 투명지구본(20)이 반시계 방향으로 90° 회전한 상태이므로 (나)에서와 같이 천정표시부(22)가 반시계 방향으로 이동하였음을 알 수 있다.

또한, 도 8의 (다)는 (나)의 시간에서 다시 6시간이 후(12시)에는 자전장치(30)에 의해 투명지구본(20)이 반시계 방향으로 90° 더 회전한 상태로서 천정표시부(22)가 반시계 방향으로 더 이동한 것이며, 도 8의 (라)는 (다)의 시간에서 다시 6시간이 지난 후(18시)에는 자전장치(30)에 의해 투명지구본(20)이 반시계 방향으로 90° 더 회전한 상태로서 천정표시부(22)가 반시계 방향으로 더 이동한 것이며, 다시 6시간이 지난 후에는 투명지구본(20)이 반시계 방향으로 90° 더 회전하여 천정표시부(22)의 위치는 (가)의 위치에 도달하게 된다.

이와 같이 자전축(35)에 설치된 투명지구본(20)은 지구의 실제 자전시간인 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전 함에 따라 천정표시부(22)가 지시하는 투명천구의(10)의 지점이 변화됨으로서 상기 천정표시부(22)가 지시하는 별자리 및 태양이 오늘 현재의 별자리임와 태양의 위치가 되는 것이다.

다음은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.

도 9는 일반적인 황도 및 별의 연주운동 원리를 설명한 예시도로서, 지구는 서에서 동(① → ④)으로 1일 약 1°씩 공전하므로 태양이 별자리 사이를 움직이는 황도와 자정 때 태양 반대쪽 별자리가 하루에 약 1°씩 이동한 상태에서 지구가 자전하므로 모든 별들은 북극성을 중심으로 1회전하는 별의 일주운동과 연주운동이 나타나게 된다.

도 10은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 지구의 자전과 공전에 의한 일주운동 및 연주운동의 설명 원리도로서, 투명천구의(10)가 고정되어 있으므로 현 시각에 황도상 태양 S1과 남중하는 천정표시부(22)는 자전장치(30)의 자전주기(23시간56분) 후에는 별 S1이 나타나며, 1일 공전각도(θ1)만큼 더 자전한 24시간 후에는 S2가 남중할 것이므로 하루에 약 1도씩 서에서 동(S1→S2→S3)으로 연주운동을 하게 될 것이다.

따라서 상부커버(2)에 형성된 기준설정부(4)에 현재의 황도상 태양 S1이 위치되도록 하면, 공전판(1)이 1일 약 1°씩 서에서 동(S3→S2→S1)으로 회전하고, 투명지구본(20)은 23시간 56분에 1회전하므로 23시간 56분에는 P1 지점에서 S1을 보게 되고, 24시간 후에는 기준설정부(4) 지점에서 S2를 보게 되므로, 황도상 태양의 위치와 지구본이 24시간 마다 기준설정부(4)에 오게 된다.

이러한 요인에 의해 투명천구의(10)는 24시간 마다 시계 방향으로 1°씩 회전하게 되며, 투명지구본(20)은 23시간 56분 마다 반시계 방향으로 1회전하도록 한 것이다.

그러므로 태양과 별이 무한대의 거리에 있다고 가정하면, 천구관점지평면(21) 위의 천정표시부(22)가 현재 관측자의 위치이므로 현재 관측자의 수평면과 동일한 상황이 재현되므로, 실제 지구에서 느끼는 태양의 위치변화에 따른 밤낮의 길이변화, 계절별 고도변화, 그리고 태양과 별의 방향 및 우주의 운동원리를 오차 없이 정확하게 보여주게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치는 태양과 별에서 본 지구의 위치를 완벽하게 재현하여 세계 모든 나라의 일몰 및 일출시간을 정확하게 보여주고, 계절별, 시간별 태양고도를 수리적으로 쉽게 인지할 수 있도록 하며, 현재 시각 황도상 태양위치와 현재 시각 관측자의 수평면에서 관찰할 수 있는 별의 위치를 정확하고 완벽하게 재현함으로서 소단원 별로 암기식을 우주의 운동을 이해하는 학생들이 전체 우주의 운동을 종합적으로 이해하는 종합적 사고력과, 지구의 자전, 지구의 공전, 태양과 별의 시운동이 생기는 입체적인 상황의 변화를 몸으로 느끼면서 생각하는 입체적, 공간적 사고력 능력을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 분해사시도.

도 3은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치의 정단면도.

도 4는 도 3의 A-A선 단면도.

도 5는 천구의에 새겨진 태양의 이동경로(황도)와 날자를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 공전무브먼트와 공전축의 분리상태를 나타낸 동작상태도.

도 7은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 공전장치의 동작상태도.

도 8은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 자전장치의 동작상태도.

도 9는 일반적인 황도 및 별의 연주운동 원리를 설명한 예시도.

도 10은 본 발명에 따른 천구의 및 지구본 자동 구동장치에 있어 지구의 자전과 공전에 의한 일주운동 및 연주운동의 설명 원리도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 공전판 2 : 상부커버 3 : 공전축유입부

4 : 기준설정부 5 : 단턱 6 : 하부커버

10 : 투명천구의 11 : 황도 12 : 별자리

13 : 적도 20 : 투명지구본 21 : 천구관점지평면

22 : 천정표시부 30 : 자전장치 31 : 자전무브먼트

32 : 자전시침기어 33 : 확장기어 34 : 베어링

35 : 자전축 36 : 수동조작노브 40 : 공전장치

41 : 높이조절부 42 : 공전기어 43 : 공전무브먼트

44 : 공전시침기어 45 : 확장기어 46 : 웜기어

47 : 힌지 48 : 지지체 49 : 핸들

50 : 공전축 51 : 베어링

100 : 천구의 및 지구본 자동 구동장치

Claims

공전축(50)에 의해 회전되는 공전판(1) 상면에 고정 설치되며 별자리(12)가 표시된 투명천구의(10)와, 상기 투명천구의(10) 내부에는 수평면과 66.5° 각도로 설치된 자전축(35)에 의해 회전되며 세계지도가 표시되는 투명지구본(20)이 각각 설치되고, 상.하부커버(2)(6) 내부에는 상기 공전축(50)을 회전시키는 공전장치(40)가 설치되고, 상기 공전판(1) 내부 일측에는 상기 자전축(35)을 회전시키는 자전장치(30)가 구비된 천구의 및 지구본 구동장치에 있어서,

상기 공전장치(40)는 하부커버(6)의 바닥면의 높이조절부(41)에 설치되어 12시간 마다 공전시침기어(44)를 1회전시키는 공전무브먼트(43)와, 상기 공전시침기어(44) 일측에 설치되며 상기 공전시침기어(44) 보다 나사수가 10배이고 중앙부에 웜기어(46)가 형성된 확장기어(45)와, 상기 웜기어(46)와 연동되며 상기 공전시침기어(44) 보다 730배 느리게 회전하여 상기 공전축(50)을 365일 주기로서 시계 방향으로 1회전시키는 공전기어(42)로 이루어지고,

상기 자전장치(30)는 공전판(1)의 내부 일측에 고정된 지지체(37)에 설치되어 11시간 58분 마다 자전시침기어(32)를 1회전시키는 자전무브먼트(31)와, 상기 자전시침기어(32)의 일측에 설치되어 상기 자전시침기어(32) 기어수 보다 2배로서 지구의 실제 자전 시간인 23시간 56분 마다 상기 자전축(35)을 반시계 방향으로 1회전시키는 확장기어(33)로 이루어지고,

상기 투명지구본(20) 내부에는 관측자의 지평면을 나타내는 천구관점지평면(21)이 설치되고,

상기 천구관점지평면(21)의 중앙부에는 관측자의 위치를 나타내는 천정표시부(22)가 수직 설치되고,

상기 자전축(35)의 타측 끝단부에는 투명지구본(20)을 수동으로 회전시키기 위한 수동조작노브(36)가 설치된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천구의 및 지구본 자동 구동장치.
제 1항에 있어서 상기 공전무브먼트(43)의 일측에는 상기 높이조절부(41)와 결합된 힌지부(47)를 갖는 지지체(48)가 고정 설치되고,

상기 지지체(48)에는 상기 공전무브먼트(43)와 공전기어(42)를 상기 힌지부(47)에 의해 분리시켜 상기 투명천구의(10)를 수동으로 조작하기 위한 핸들(49)이 설치된 것을 특징으로 하는 천구의 및 지구본 자동 구동장치.
제 1항에 있어서 상기 투명천구의(10)의 표면에는 태양의 이동경로인 황도(11)와, 상기 황도의 각 태양 마다 월, 일이 표시된 날짜표시부(14)가 형성된 것을 특징으로 하는 천구의 및 지구본 자동 구동장치.
제 1항에 있어서 상기 투명지구본(20)은 상기 자전축(35)과 동일하게 수평면과 66.5° 각도로 설치하고, 상기 투명지구본(20) 구의 중심은 상기 공전축(50)의 연장선상에 오도록 설치하며, 상기 투명천구의(10)의 북극성은 상기 자전축(35)과 일치시키고, 상기 투명천구의(10) 구의 중심은 공전축(50)과 자전축(35)이 만나는 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 천구의 및 지구본 자동 구동장치.