KR20090113348A - 형상기억합금을 이용한 연결부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장식품 혹은 연결장치에 있어서, 기존 금속, 플라스틱 등의 소재를 사용 시에 1% 내외의 변형에서도 응력이 크게 증가하여 사용용도에 적합하지 않은 경우가 많다. 그러나 본 발명에서 사용하고자 하는 형상기억합금은 필요한 응력구간에서 8%의 변형량 구간까지는 일정한 응력을 유지시킬 수 있으며, 이를 이용하면 신체에 장착하는 제품의 경우 사용자가 느끼는 접촉압력을 일정하게 하여 피부에서 느낄 수 있는 통증을 최소화할 수 있으며 이를 통해 장착성 및 연결구조를 개선하고자 한다.

초탄성, 형상기억합금, 연결부재

Description

형상기억합금을 이용한 연결부재 {Connection Member Using Shape Memory Alloy}

본 발명은 상온에서 초탄성 특성을 나타내는 형상기억합금을 사용하여 신체 혹은 응용되는 제품에 장착 시 사용자가 느끼는 접촉력을 일정하게 유지하여 장착성 및 장치의 구조를 간단하게 하는 형상기억합금을 이용한 연결부재에 대한 것이다.

종래에는 시계밴드 혹은 팔찌 등의 제품에 금속, 플라스틱 소재를 적용할 경우 소재가 가지는 응력-변형량 특성에 의해 사용자가 불편함을 보이는 경우가 있다. 일례로 머리띠를 들면, 하나의 소재로 전체 형상을 이루기 때문에 그 소재가 가지는 응력-변형량 특성에 의해 작은 변형에도 탄성응력이 급격하게 증가하기 때문에 제품이 착용되는 사용자의 머리 중 양쪽 귀 뒷부분에 큰 접촉압력이 작용하여 통증을 유발할 수 있다. 또한 사용자의 머리 크기에 따라 변형량과 탄성응력도 달라지기 때문에 제품의 특성을 일정하게 유지시킬 수가 없으며, 사용자가 느끼는 불편함의 정도도 다양할 수밖에 없다.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은,다양한 자유도를 가지고 스스로 원형을 회복하는 힘을 지니고, 일정 변형구간에서도 응력이 일정한 소재를 적용하여, 머리 혹은 신체 일부에 착용하는 제품들의 장착 및 탈착을 용이하게 하고, 접촉압력을 일정하게 하여 장시간 착용 시에도 사용자가 느끼는 피로를 최소화할 수 있도록 하며, 신체 곡선에 알맞은 형상으로 가공하여 사용함으로써 다수의 부품들의 연결로 이루어진 기존의 연결체들의 구조적 복잡성을 해결하여 편안함과 편리함을 동시에 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 종래에 탄성체를 연결부재로 사용하거나 곡선형상을 표현하기 위해 다수의 부품을 이용한 연결체를 대체하고자, 넓은 변형량 구간에서도 정압특성을 나타내는 형상기억합금 소재를 이용하고자 한다.

본 발명의 제일 큰 특성 개선 효과는 변형력을 장착력으로 가져가는 연결부재에서 그 장착력을 사용자에게 적합한 값으로 일정하게 유지할 수 있도록 하는 데 있다. 두상, 손목, 목, 발목, 허리 등 그 형상이나 크기에 상관없이 일정한 장착력을 구현할 수 있어, 기존구조물에서 갖는 최대의 단점을 해결할 수 있도록 한다.

또한 본 발명을 시계밴드, 팔찌, 머리띠에 적용하게 되면 초탄성 형상기억합금의 성질에 의해 무리하게 제품이 휘어져도 원래 형상을 유지할 수 있고, 부품수가 많은 시계밴드와 같은 경우에 초탄성 선재를 단독으로 사용하거나 별도의 잠금 장치만을 추가함으로써 기존의 연결부재의 기능을 충실히 수행할 수 있다.

또한 초탄성 선재의 개수, 선경, 형상을 다양하게 하여 탄성의 정도를 조절함으로써 제품에 적절한 용도로 적용할 수 있다.

본 발명에서 사용하고자 하는 형상기억합금은 Af온도가 섭씨 10도 이하의 소재를 사용하며, 상온에서 오스테나이트조직으로 유지하게 된다. 두상, 손목 등의 상대물에 장착이 될 시에 외력, 변형이 일어날 때 조직은 오스테나이트와 마르텐사이트 사이를 상변이를 하여, 초탄성 특성을 나타냄과 동시에 변이량과 상관없이 일정한 장착력을 낼 수가 있다.

기존에 사용되는 소재들의 Stress-Strain 그래프를 통해서 볼 때 이들은 탄성한계 범위의 변형률 이내에서 변형량에 따른 응력(장착력)의 변화를 가져온다.

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(그래프 1-1)

특히 초기 1%정도의 변형에서도 응력이 900MPa정도로 증가가 급격하기 때문에 장착되는 상대물의 형상, 크기에 따라 응력(장착력)은 큰 차이를 나타내게 된다. 탄성을 이용한 고정용 연결장치의 경우, 장, 탈착에 필요한 적절한 탄성력은 B구간이지만 제품 자체의 변형에 따라 탄성력이 변하기 때문에 A구간에서는 장착력이 모자라게 되어 제품으로서 실효성이 떨어지며, C구간에서는 필요이상의 탄성력에 의해 장착부위에 피로감을 줄 수 있으며 탄성구간 이상의 변형 시에는 제품의 소성을 가져와 제품기능의 상실을 가져올 수 있다. (그래프 1-1 참조)

이에 상온에서 오스테나이트 조직의 형상기억합금을 연결장치로 사용할 경우, 기존 탄성영역보다 10배 이상인 8% 변형영역까지 사용을 할 수 있으며, 이때 0.8~8%의 변형시의 장착력은 설계자가 설정한 값에서 20% 편차 이내의 정압으로 유 지될 수 있다. 즉 장착되는 상대물의 크기, 형상에 상관없이 일정한 장착성의 특성으로 개선시킬 수 있다.

(그래프 1-2)

이는 위 그래프 1-2에서 볼 수 있듯이, 1% 미만의 변형 시에 500MPa까지 응력이 증가하고 변형률8%까지는 응력수준을 유지하기 때문에 일정한 외력을 사용자가 느끼게 된다. 머리띠 사용에 있어서 사용자가 장착시간에 따른 머리의 통증을 호소하는 경우가 많은데, 이를 적용할 시 통증을 느낄 수 있는 영역인 C영역까지 변형되지 않은 상태로 제품의 기능을 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 곡선 형상의 초탄성 줄을 사용한 연결부재의 실시예에 대한 구조도이고, 도 2와 3은 본 발명에 따른 직선 형상의 초탄성 줄을 사용한 연결부재의 실시예에 대한 구조도이다.

본 발명의 구성은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 초탄성 성질을 가진 선재가 연결부재로서의 역할을 하기 위한 구조의 구성을 개진한다.

도 1은 곡선 형상의 초탄성 선재(30)를 사용하여 기존의 시계밴드과 같은 연결부재의 역할을 대신하는 구조로서, 초탄성 선재를 그대로 적용하기 위해서 초탄성 선재를 구속하기 위한 부품(20)을 사용하며, 연결부재가 결합되는 주부품(10)에는 연결체 고정부품(20)이 안착되기 위한 공간이 마련되어 있어야 한다. 또한 주부품(10)과 연결체 고정부품(20)을 구속하기 위해 고정용 shaft(40)를 사용한다. 연결체 고정용 shaft(40)는 case(401)안에 인장스프링(403)이 삽입되어 있어서 양끝의 돌기(402)를 밀고 있도록 되어 있다. 연결체 고정부품(20)과 주부품(10)의 연결 시 고정용 shaft(40)의 스프링 구조를 이용하여 쉽게 연결할 수 있다. 또한 고정용 shaft(40)대신 나사 혹은 후크구조를 이용할 수도 있다.

도 2는 도 1과 비슷한 구조를 가지는 연결부재의 구조로, 직선 형상의 초탄성 선재를 이용한 연결부재를 구성하기 위한 구조이다. 주부품(10)과 연결체 고정부품(20)을 고정용 shaft(40)를 이용하되 부품의 면적을 고려하여 직선 형상의 초탄성 선재(50)의 개수를 1개 내지 다수로 할 수 있으며, 고정용 shaft(40)대신 나사 혹은 후크구조를 이용할 수도 있다.

도 3은 머리띠와 같은 구조의 경우 전체를 한 종류의 소재를 사용하게 되면 변형량에 따라 응력이 증가하여 머리띠 착용 시 접촉에 의한 피로도가 증가하여 통증을 겪을 수 있다. 초탄성 소재를 머리띠의 중앙 또는 양 측면에, 일부 혹은 전체 적으로 사용하게 되면 소재가 가지는 특성(변형량에 따른 일정한 응력분포)에 의해 착용감이 좋아질 수 있다. 이때 직선 형상의 끝단을 가지는 연결부재의 조립구조가 필요하며, 사출물 부품(60)의 경우 사출금형 안에 미리 초탄성 선재(50)를 삽입하여 사출을 하는 인서트사출의 방법을 이용할 수 있다.

도 4는 손목시계와 같은 구조에서 신체에 착용되는 밴드부분을 형상기억합금의 선재를 이용하여 대체한다. 착용방법 및 디자인에 따라 원형, 타원형 및 그 응용형상으로 선재를 가공하여 별도의 잠금장치 없이 소재의 탄성력 및 선재의 형상에 의해 연결 장치의 기능을 수행할 수 있다.

도 5는 도 4의 구조에 잠금장치(70)를 추가한 구조로서, 장착 및 탈착 시 요구되는 부분에만 형상기억합금을 사용하며, 잠금장치(70)를 사용하여 더욱 안전한 연결이 요구될 시 그 기능을 수행할 수 있다.

도 6은 1개 혹은 다수의 몸체를 형상기억합금 선재를 이용하여 연결하고 초탄성 특성을 이용하여 연결장치의 기능을 수행할 수 있다. 그림 10과 12는 양 측면의 2개의 몸체를 가운데부분의 곡선형 형상기억합금 선재를 이용하여 연결한 실시 예이며, 필요한 경우 직물, 피혁류로 외관처리를 하거나 선재를 직접 피복하고, 장식을 추가할 수도 있다.

도 7은 형상기억합금 선재를 제품의 형상유지용 뼈대로 사용함으로써 제품 자체의 기능을 수행한다. 제품 형상에 따라 1개의 선재를 곡선 가공하거나 다수의 선재를 병렬로 하여 초탄성 특성을 이용한다. 도 7의 그림 13, 14, 15는 실시 예로서 선재의 병렬사용 시 각 끝단을 고정 시켜주는 별도의 부재를 사용하며 동시에 장식의 역할도 할 수 있다. 또한 각 선재는 피복이나 별도 장식에 의한 외관처리가 가능하다.

도 8은 형상기억합금 판재를 제품의 형상유지용 뼈대로 사용함으로써 제품 자체의 기능을 수행한다. 제품이 요구하는 바에 따라 판재를 가공하여 장식을 부착할 수 있으며 표면처리에 의한 외관처리를 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 꺾인 형상의 끝단을 가진 형상기억합금 선재를 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 2는 본 발명에 따른 직선 형상의 끝단을 가진 형상기억합금 선재를 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 3은 본 발명에 따른 직선 형상의 끝단을 가진 형상기억합금 선재를 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 4는 본 발명에 따른 원형, 타원형 및 그 응용형상에 의한 선재를 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 5는 본 발명에 따른 원형, 타원형 및 그 응용형상에 의한 선재와 잠금장치를 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 6은 본 발명에 따른 0개∼다수의 몸체를 1개∼다수의 형상기억합금 선재로 연결하여 사용한 연결 장치의 실시 예.

도 7은 본 발명에 따른 형상기억합금의 선재를 제품의 형상유지용 뼈대로 사용하는 연결 장치의 실시 예.

도 8은 본 발명에 따른 형상기억합금의 판재를 제품의 형상유지용 뼈대로 사용하는 연결 장치의 실시 예.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10: 주 부품 101: shaft 돌기 삽입 홈,

20: 연결체 고정부품 201: 초탄성 줄 고정 홈,

202: 고정용 shaft 삽입 홈 30: 곡선 형상 초탄성 선재,

40: 연결체 고정용 shaft 401: shaft case

402: shaft 돌기 403: shaft 스프링

50: 직선 형상 초탄성 선재 60: 플라스틱, 고무 및 금속 부품

70: 잠금장치

Claims (2)

1. 연결부재의 역할을 대신하는 초탄성 선재(30,50)가 있고;

   초탄성 선재(30,50)를 구속하기 위한 부품(20)이 있고;

   연결부재가 결합되는 주부품(10)에는 연결체 고정부품(20)이 안착되기 위한 공간이 있으며;

   주부품(10)과 연결체 고정부품(20)을 구속하기 위해 고정용 shaft(40)가 있는 것을 특징으로 하는 신체 장탈착식 악세사리 구조.
2. 플라스틱, 고무 및 금속 부품(60)의 몸체가 있고;

   몸체의 탄성력을 효율적으로 하기 위해 전체 혹은 부분적으로 직선 또는 곡선 형상의 초탄성 선재(50)를 삽입하는 것을 특징으로 하는 신체 장탈착식 악세사리 구조.

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