KR20080006908A - Remover of dust from the bottoms of footwear - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 고안에 의한 전체 신발털이 장치를 도시한 완제품 사시도1 is a perspective view of a finished product showing the entire shoe fur device according to the present invention
도 2는 본 고안에 의한 신발털이장치를 정면도 및 평면도로 도시한 구성요소에 대한 사시도Figure 2 is a perspective view of the component showing the shoe slipper according to the present invention in a front view and a plan view
도 3은 본 고안에 의한 신발털이 장치의 핵심요소인 초음파 진동 모델을 도시한 부품 사시도Figure 3 is a perspective view of the part showing the ultrasonic vibration model which is a key element of the shoe fur device according to the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Explanation of symbols on the main parts of the drawing *
11. 초음파 발진 자( 피에조 세라믹) 12.초음파 발진 자 고정 구멍11. Ultrasonic oscillator (piezo ceramic) 12. Ultrasonic oscillator fixing hole
13. 피동 축 고정 너트 14. 흙 털이 스프링13. Driven
15. 구동축 16. 피동 축15.
17. 후 레임 18. 동력 공급선17. After
19 접지선 20. 타임머19
21. 발진회로 22. 전원 공급선21.
23. 근접스위치 트랜스미터 24. 근접 스위치 레시버23.
25. 흙 털이 장치 발판 콘크리트 26. 우측 발진 자 동력 공급선25. Concrete
27. 흙 털이 장치 바닥 판 28. 흙 받이27. Trowel
29. 전원 공급 장치 30. 초음파 발진 자 고정 볼트29.
31. 발진코일 32. 등가 저항31. Oscillating
33. 가변 콘덴서 34. 전원 공급 및 주파수33.
잔디가 생활화 되지 않은 국내 실정에서 건물 및 가정내부에 신발바닥에 붙어 들어오는 이물질 자주 제거 해주야 한다. 건물 내부에 잔존하는 이물질이 건조될 경우 실내 공기에 의해 분진으로 변하여 건강에 많은 해를 준다. 그래서 거의 대부분 건물입구에는 신발 털이 장치를 비치하고 있다. 그러나 그 기능이 너무 약하여 습기가 많은 날에는 신발에 묻어있는 흙이 털리지 않은 채 건물 안으로 들어간다.In the domestic situation where the grass is not domesticized, foreign matters attached to the soles of shoes inside buildings and homes should be removed frequently. If the foreign matter remaining inside the building is dried, it is converted into dust by the indoor air, which is harmful to health. So almost all of the building entrances are equipped with a shoe fur device. However, its function is so weak that on wet days, the dirt on the shoes enters the building without being shaken.
이유는 기존의 신발 털이 장치는 신발에 묻어있는 흙먼지가 제거되도록 어떤 작용을 하지 않기 때문이다. 물론 지금까지 모터 진동을 사용하여 털이장치 스프링을 주어 털리게 하는 방법도 있었으나 동력도 많이 요구되고 일정하고 균일한 진동을 형성할 수 없었다. 그리고 모터 진동으로 매우 높은 주파수를 발생시키는데 한계가 있고 가격도 고가이므로 사용상 판매상 많은 문제점이 있었다.The reason is that the existing shoe hair device does not have any action to remove the dirt on the shoes. Of course, until now, there was a method of giving a hair device spring by using a vibration of the motor, but a lot of power was required, and it was not possible to form a constant and uniform vibration. And because there is a limit to generate a very high frequency by motor vibration and the price is too expensive, there were a lot of problems in sales.
높은 효율과 저 동력으로 신발 바닥에 묻어 있는 먼지 및 이물질을 털어 내기 위하여 기존의 신발털이 장치에 구성된 고정스프링에 능동 작동 기능을 주어 진 동으로 신발 바닥에 묻어있는 흙먼지를 털어내고 저 하였다. 이 털어내는 작동은 높은 진폭 과 큰 강도가 요구되는 것이 아니고 적은 에너지의 높은 진폭으로 흙먼지를 접촉하였을 때 붙어있는 면에서 이탈되게 하는 기술이 필요했다. 그래서 흙먼지를 털어낼 수 있는 에너지를 초음파에 결합시키고 그리고 초음파와 구동축의 고유 진동수간 공진 진동수로 짧은 시간에 견고히 붙어있는 응집성 흙먼지를 털어내면서 많은 동력과 무리한 힘이 신발 밑바닥에 가해지지 않도록 하였다. 그리고 사람이 신발털이 장치 판위에 없으면 공회전 동력 소모가 발생하므로 사용되지 않을 때는 자동적으로 신발털이 장치가 멈추어지는 자동 시동 및 정지 기능이 필요했다. 또 적은 에너지로 큰 진폭의 진동을 발생하기 위해 초음파 발진 자에서 발생되는 진동수와 구동축의 고유진동수간 공진이 일어나게 만들어야 하지만 구동축의 고유진동수는 사용조건에 따라 기하학적 형상과 중량이 달라지므로 사용되어질 구동축의 형상과 무게 범위를 고려하여 초음파 발진 자 진동수를 조절하는 기능이 필요하였다. 그런데 구동축의 고유 진동 범위는 초음파 진동범위 이하인 저주파 (1000Hz~2000Hz)로 예상되어 초음파 발진 자에서 발생되는 진동수도 저주파 쪽으로 가도록 하면서 떨림이 많이 일어나도록 하는 것이 필요했다.In order to shake off the dust and foreign substances on the soles of shoes with high efficiency and low power, the existing shoe hairs are provided with active operation function to the fixed springs of the device, and the dusts on the soles of the shoes are shaken off. This dusting operation does not require high amplitudes and high strengths, but requires a technique that allows the dust to come off when it comes in contact with dust at high amplitudes of low energy. Therefore, the energy that can shake off the dust is combined with the ultrasonic wave and the coherent dust that is firmly attached in a short time by the resonance frequency between the ultrasonic wave and the natural frequency of the drive shaft is prevented from applying much power and excessive force to the bottom of the shoe. In addition, when the human hair is not on the device board, idling power consumption occurs, so the automatic hair start and stop function is required to automatically stop the shoe hair when not in use. In addition, in order to generate a large amplitude vibration with little energy, resonance must be made between the frequency generated by the ultrasonic oscillator and the natural frequency of the drive shaft, but the natural frequency of the drive shaft is different depending on the operating conditions. Considering the shape and weight range, it was necessary to adjust the ultrasonic oscillator frequency. However, the natural vibration range of the drive shaft is expected to be low frequency (1000Hz ~ 2000Hz) which is below the ultrasonic vibration range, so that the vibration generated by the ultrasonic oscillator also needs to move toward the low frequency, causing a lot of vibration.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은 건물 내 청결을 유지하여 분진으로 인한 위생건강에 해를 주지 않기 위한 것이다. 기존의 신발털이 장치에 동력을 공급하여 좀더 효율적이고 능동적으로 신발바닥에 붙어있는 흙먼지를 제거하기위한 것으로 공진 진동수와 높은 진폭으로 흙먼지를 털어내기 위해 이와 같은 진동을 발생 시키는 장치를 고안하였다. 또 본 고안 장치를 장시간 운전하는데 요구되는 동력을 최저로 하기위해 피에조 전기 소자의 발진 세라믹(11)을 사용하고 결정축 모드 33에서 60HZ의 전압을 인가했을 때 결정축 모드13에서 기계적 진동이 발생하도록 하였다. 이와 같이 발생된 진동은 발진 세라믹(11)에 단단히 결합되어있는 구동축(15)에 전달되며 구동축(15)은 발진세라믹 (11)과 동일 진동수로 진동하여 공진 운동하기위해서는 발진 세라믹(11)의 진동수와 구동축 고유진동수 (15)가 공진 범위내에서 동일하여야 한다. 그러나 구동축(15)은 사용조건과 용량에 따라 기하학적 형상이 달라지고 중량과 재료탄성계수가 달라져서 다양한 고유진동수를 제품마다 다르게 될 것이다. 그러므로 공진 운동을 만들기 위해 초음파 발진세라믹(15)의 발진 진동수를 조절하여 구동축(15)과 공진이 되도록 하였다. 이를 행하기 위해 발진회로(21)에 구성된 가변콘덴서 (33)와 가변저항 장치 (32)를 활용할 수 있는데 가변 저항 장치에는 여러 가변 저항요소 및 리액턴스, 임피던스의 가변요소가 포함되어 상수 값을 만들기 어렵다. 그래서 진동의 가변 요소를 가변 콘덴서 (33)로 설정 하였다. 여기 진동의 가변 범위는 구동축의 진동수와 동일한 범위가 되도록 발진구성요소 (전원 공급 주파수 (34), 등가 발진코일(31), 등가 저항(32)들을 설계하였다.The present invention for achieving the above object is to maintain the cleanliness in the building so as not to harm the hygiene health caused by dust. Existing shoe hair is used to power the device to remove dirt from the soles of shoes more efficiently and actively, and devises a device that generates such vibrations to shake off dirt with resonant frequency and high amplitude. In order to minimize the power required to operate the device for a long time, the oscillation ceramic 11 of the piezoelectric element was used and mechanical vibration occurred in the
그러나 이들 등가 값을 수학적 모델로 구성하는 것은 결코 용이한 일이 아니며 관련 parameter가 대단히 많아 경험상 수치를 적용하여 설계가 이루어 졌다. 기계구조를 가진 구동축(15)의 고유 진동수 범위는 900Hz에서 2000Hz까지 예상되므로 초음파 세라믹 발진 자(11)의 진동수도 그 범위로 들어가도록 진동 소자 특성 값을 설계하였다. 구동축 (15)가 진동을 하면 주위에 부착되어있는 흙 털이 스프링 (14)도 구동축의 진동에 따라 떨림 운동을 하게 되고 상하 및 좌우로 움직이면서 위쪽에 있는 신발 바닥의 흙먼지와 접촉하게 된다. 구동축(15)에서 발생한 진동을 수평으로 전달하기위해 피동 축(16)을 삽입하였으며 구동축(15)의 진동운동을 전달받아 피동적으로 진동하여 흙 털이 효율을 높이도록 하였다. 또한 구동 축(15)에서 발생한 진동을 외부로 방출하여야 제품의 수명을 길게 할 수 있는 효과도 되고 있다. 구동축 (15)은 세라믹 발 진자(11)에 거의 일체형태로 결합되고 고정 볼트(30)를 사용 단단히 고착을 시킨다. 피동 축(16)은 후레임 (17)에 고정너트 (17)을 사용하여 고정이 된다. 세라믹 발진 자 (11)는 최소 한 설치 면에 3개 이상 부착되며 다른 반대면도 동일수량의 세라믹 발진 자가 필요하다. 그리고 이 들에게 전원을 공급하기위해 동력 공급선 (18)을 이용하여 각 설치 세라믹(11)에 동력을 공급하게 된다. 신발털이 장치에 전원 및 주파수(34)가 공급되어 진동운동을 하게 되고 끊임없이 진동하게 된다. 그러므로 많은 동력의 낭비를 가져오게 된다. 그래서 흙 털이 장치의 판(27)에 사람이 올라서게 되면 자동으로 일정시간 가동하도록 근접스위치의 트랜스미터 (23)와 레시버(24)를 두어 hold 접점을 활용하였다. 이때 흙 털이장치의 가동시간을 타임 머 (20)를 이용하여 조절하도록 하였으며 가동시간은 대기의 습도 및 바람 조건에 따라 시간간격을 결정할 수 있다. 옵션으로 흙먼지 부착에 많은 영향을 줄 수 있는 습도를 이용하여 흙 털이 장치의 가동여부를 결정할 수 있다. 설치 시 흙 털이 장치를 안정시키는 발판 콘크리트(25)가 있으며 사용자 요구 시 공급된다. 초음파 발진 자 (11)의 진동 작용으로 털어낸 흙먼지는 흙 받이(28) 에 모여지며 일정량이 모여지면 외부로 버려지게 된다.However, it is never easy to construct these equivalent values into mathematical models, and there are many related parameters. Since the natural frequency range of the
기존의 모터 회전 운동에 의한 진동 발생 장치가 소개 되었으나 큰 동력 비용과 회전운동을 진동으로 전환하는데 효율이 대단히 낮았다. 그리고 균일한 진폭을 얻기 어려운 반면 본 초음파 진동 발진 자는 피에조 전기 결정체의 자연 발생적으로 전기력을 진동으로 변환시키기 때문에 동력비용도 대단히 적게 들고 효율도 대단히 높다. 또 공진을 이용하여 적은 동력을 큰 진폭의 진동운동을 만들기 때문에 운전비용이 대단히 저렴하게 된다. 더욱이 필요 없는 가동시간을 없애기 위한 조처로 사람이 흙 털이 판에 올라갔을 때 작동이 되는 근접 스위치를 부착하여 근본적으로 요구되는 적은 동력을 좀더 절감토록 하였다. 그리고 초음파 발진세라믹은 시동 회수가 많아짐에 따라 온도가 높게 올라가는 모터 진동 방식과 다르게 시동회수에 무관한 작동을 한다.The existing vibration generating device by the motor rotational motion was introduced, but the cost of converting the rotational motion to vibration was very low. In addition, while it is difficult to obtain a uniform amplitude, the ultrasonic vibration oscillator converts the electric force of the piezoelectric crystals into vibrations naturally, so the power cost is very low and the efficiency is very high. In addition, the operating cost is very low because the vibration is made of a large amplitude vibration movement using a small power. Furthermore, as a measure of eliminating unnecessary uptime, a proximity switch, which is activated when a person climbs on a dirt board, was used to further reduce the fundamentally small power requirements. Ultrasonic oscillation ceramics operate independently of the number of start-ups, unlike the motor vibration method, where the temperature rises as the number of start-ups increases.
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KR101278518B1 (en) * | 2013-03-13 | 2013-06-25 | 김기운 | Suction board |
CN104821741A (en) * | 2015-05-27 | 2015-08-05 | 哈尔滨工业大学 | Large-load, high-precision and trans-scale piezoelectric rotation driver and method for driving the same |
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