KR20100013236A - 슬라이드 힌지용 탄성 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라이드 방식으로 개폐되는 휴대폰의 전면부와 본체부 사이에 개재되어 슬라이드 개폐시 탄성력을 제공하는 슬라이드 힌지에 사용되는 스프링에 관한 것으로서, 상대적으로 적은 스프링 적용만으로도 작동력을 보다 효과적으로 높일 수 있을 뿐만 아니라 하중의 집중을 보다 효과적으로 분산하여 내구성이 향상되어 이를 바탕으로 긴 스트로크(stroke) 및 사점(dead point) 변경을 통한 개폐 시의 편의성을 증대시키는 기능을 제공한다.

토션(Torsion) 타입의 스프링이 2층 나선부로 구성되어 나선부의 내외경 또는 피치의 변경을 통하여 작동력을 제어함과 동시에 내구성을 향상시킬 수 있고, 2개 양단을 별도의 부품으로 성형된 로드(rod) 형태의 암(arm)을 열융착이나 스냅핏(Snap-Fit) 조립 등 다양한 공법으로 결합시키거나 인서트 사출 형태로 일체화시켜 상대물에 결합 가능한 형태로 성형한 후 반대 방향으로 탄성 운동을 시킬 수 있는 슬라이드 힌지용 스프링에 관한 것이다.

탄성유닛

Description

슬라이드 힌지용 탄성 스프링 {Springs for Slide Hinge}

본 발명은 슬라이드 힌지용 스프링에 관한 것으로서, 슬라이드 방식으로 개폐되는 휴대폰의 전면부와 본체부 사이에 개재되어 슬라이드 개폐 시 탄성력을 제공하는 슬라이드 힌지용 스프링에 관한 것이다.

이동통신 단말기나 카메라 등의 휴대용 기기는 기능성 및 디자인을 고려한 다양한 종류의 개폐 방식을 선보이고 있다. 이 중에서 슬라이드 개폐 방식은 일반적으로 직선 방향 또는 곡선 방향으로 인장 압축력을 발생시키는 코일 스프링(2)의 배열과 이 힘을 지지하여 타 기구물에 작동력을 전달하는 로드 구조체(1, 4)로 구성되어 있다.(도 1 참조)

실제로 슬라이딩을 위한 구동력을 발생시키기 위하여 사용되는 코일 스프링(2)은 도 1과 같이 4개가 소요된다 해도 하나의 외경이 1.2mm 이상이 되며, 여기에 수반하는 기구물(3, 3a)을 포함하면 그 두께가 1.5mm 이상을 차지하므로, 슬림 슬라이딩형 단말기 구현을 위한 최소실장 공간인 1.2mm 이내로 모듈을 구성하기가 불가능하다. 또한 스프링이 최소 2~4개, 로드가 최소 2~4개, 각 부품 간의 조립을 위한 용접이나, 체결 지점이 최소 4~6개가 요구되므로 제품가격 인하 및 두께감소에 있어서 한계가 있으며, 먼지와 같은 이물이 코일 스프링에 침투 후 배출되기가 힘들어져 기구부와의 마찰로 인한 파손이 우려되고 복잡한 스프링 구조로 인하여 개폐수 증가에 따른 개폐감 저하 및 구동력 감소폭이 상대적으로 크다는 문제점이 있다.

본 발명에서는 스프링의 구조 개선을 통하여 종래 슬라이드 힌지의 성능 및 공간 제약적 문제점과 한계를 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여,

일단을 중심으로 동일 평면상에서 내측 방향으로 경이 감소되는 방향으로 감기다가 중심에 이르면서 층을 달리하게 되고, 층이 달리 된 상태에서 외측 방향으로 지름이 증가되는 방향으로 감기면서 양단부는 서로 방향을 달리하여 벌어지도록 함으로서, 제한된 스프링 설계 조건에서 두 개의 토션 스프링이 하나로 합쳐진 효과를 가지면서 이중탄성 운동하도록 제공되는 슬라이드 힌지용 스프링을 제공한다.

두 개의 스프링이 한정된 공간에서 병렬 연결 형태로 하나의 스프링으로 구성되기 때문에 스프링 하중은 배가되면서, 하중을 스프링에서 전체적으로 분산하여 받을 수 있어, 제품은 하나지만 두 개의 스프링이 하중을 나누어 받는 것과 동일한 효과를 가질 수 있어 내구성이 향상될 수 있으며, 스프링 수 감소에 따른 실장 공간 감소에 획기적인 기여를 할 수 있다. 또한, 스프링 수 감소를 통하여 스프링 가격 감소(<2배), 인서트 사출에 따른 작업 공수 감소, 조립 비용 감소 등 최소 10% 이상의 단가 인하 효과를 가져 올 수 있다.

토션 스프링 작동 특성상, 평탄도 확보 및 스프링의 궤도 이탈 방지에 따른 조립성 및 실장성 향상에 보다 유리하므로 한정된 공간에 장착하여도 충분한 구동력을 발휘할 수 있다. 즉, 동일 공간에서 이동하는 FPCB와의 간섭 회피를 위한 실장 공간 확보가 용이하고 기기의 슬림화에 크게 기여할 수 있다. 또한, 보다 많은 작동력을 부여할 수 있기 때문에 기능 집적을 위한 60 mm 이상의 긴 스트로크 구현과 사점 변경을 위한 성능 제공에 필요한 적용에 매우 효과적이다.

도 2는 본 발명에 따른 슬라이드 힌지용 스프링으로서, 일단을 중심으로 동일 평면상에서 내측 방향으로 경이 감소되는 방향으로 감기다가 중심에 이르면서 층을 달리하는 제 1 스프링의 내경단과, 층이 달리 된 상태에서 외측 방향으로 경이 증가되는 방향으로 감기면서 양단부를 서로 방향을 달리하여 벌어지도록 형성되는 제 2 스프링의 내경단이 서로 마주보도록 하면서 취주부의 방향을 서로 달리하여 벌어지도록 연속으로 성형함으로서 제품이 형성되는 것을 보여주고 있다.

상기와 같은 방식으로 제작된 스프링은 두 개의 토션 스프링이 하나로 합쳐진 효과를 가지면서 차지하는 공간이 절반 수준으로 감소하고, 하중은 중첩되며 내구성은 향상되는 특징을 가지면서 탄성 운동이 이루어진다.

본 발명은 한정된 공간에 스프링을 중첩시키기 때문에, 스프링 선재 간의 공간인 피치가 감소하여 탄성 운동에 따른 간섭이 발생될 가능성이 높아지게 되는데, 스프링의 압축 시에 이러한 간섭이 발생하게 되면 스프링 양단의 취주부가 외경부에 올라타는 현상이 발생하여 작동 시에 제품의 두께를 증가시키는 요인으로 작용하게 되거나, 스프링 턴부 간의 간섭 현상으로 인하여 스프링의 벌어짐 현상이 발생하여 제품으로서의 기능 불능 현상이 발생할 수 있다.

상기와 같은 문제는 스프링의 압축 시 턴부가 벌어지는 현상의 방지를 위하여 제 1 스프링의 외경과 제 2 스프링의 외경을 다르게 하는 구조를 가지게 하거나, 간섭 방지 및 평탄도 유지를 위하여 제 1 스프링과 제 2 스프링 간의 피치를 다르게 하는 구조를 가지게 함으로서 해결이 가능해진다.

그러나, 스프링의 크기가 IT 부품과 같은 모바일기기에 실장이 되는 만큼, 0.1mm의 증가에도 대단히 큰 영향을 미치므로 스프링의 크기를 무조건 크게 가지고 갈 수 없다. 이에 따라, 스프링 사이즈의 감소를 위하여 제 1 스프링의 내경 중심과 제 2 스프링의 내경 중심의 위치를 서로 다르게 하되(도7), 압축 하중 시에는 종전과 동일한 압축 형상이 이루어질 수 있도록 스프링 주요 부위에 대한 피치를 조절함으로서 하중 분산 효과를 극대화 함으로서 내구성 확보와 동시에 스프링의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다(도8).

한편, 두께, 구동력, 사용 환경, 단가 등 적용 조건에 따라서 스프링 선재의 단면 타입을 원형, 사각형, 마름모형, 사다리꼴형 또는 다각형의 단면 형상을 자유롭게 선택할 수 있는데, 두께의 감소를 위해서는 원형보다는 사각형 단면을 사용해야 한다.

스프링과 같이 '구부러진 물체의 휨(Deflection of Curved members)'은 다음 식을 따르며,(도9)

(식1)

F:applied force,

R:radius of centroidal axis,

E:Young's modulus,

I:second moment of area

I는 스프링 단면의 형상에 따라 결정되므로 다음 식을 따른다.

Rectangular cross section :

(식2),

(식3)

b=width (x-dimension),

h=height (y-dimension)

Circular cross section :

(식4)

r=radius of wire

이때 사각형 단면의 한변이 원형단면의 지름(2r)과 같다면 b=h=2r 이므로,(식2)와 (식3)은 다음과 같이 동일해진다.

(식5)

(식1)은 (식5)와 (식4)에 의해서,

(식6)

(식7)

과 같고, 사각형 단면의 스프링이 원형 단면의 스프링보다 휨(deflection)이 작음을 알 수 있다. 또한 같은 크기의 힘에 의한 휨이 작다는 것은 같은 양을 휘기 위해서 더 큰 힘이 필요함을 의미하며, 슬라이드 힌지에 사용되는 스프링의 경우 일정한 각도로 휘기때문에 사각형 단면의 스프링이 같은 공간을 차지함에 있어서 더욱 큰 탄성력을 발휘할 수 있으며, 원형 단면과 같은 탄성력을 낼 경우 공간적으로 보다 효율적임을 알 수 있다.

슬라이드 힌지용 스프링은 구동 제품과의 결합을 위하여 스프링 취주 양단부에 회전구속 결합부가 반드시 필요하다. 그 이유는 종래에는 스프링 양단부를 상대물에 형성된 공에 삽입하여 회전이 용이하도록 굽힘 가공 처리가 되어 적용되어 왔으나, 반복 작동에 따라 발생하는 굽힘부의 스프링백 현상으로 인하여 수직 방향으로의 유동이 발생하게 되어 평탄도 저하를 가져오면서 상대물의 긁힘(scratch) 현상을 야기하고, 금속간 마찰로 인한 이음 문제 및 경도 차이로 인한 마모 문제 등이 발생시켜, 인서트 사출 방식, 열융착 방식, 스냅핏(Snap-fit) 방식 등으로 제공 될 수 있는 회전구속 결합부가 반드시 필요하다.

한편, 슬라이드 힌지용 스프링의 압축 시, 스프링 양단에 하중이 집중되므로 리벳 결합부와의 결합력 보강을 위한 구조가 필요하다. 이를 위해서 스프링 구동 특성 상, 6축(x, y, z, Mx, My, Mz) 하중이 걸릴 수 있어 사실상 모든 방향에서의 하중을 지탱해야 하므로 스프링 단부를 사출부로 전체적으로 최대한 많이 감싸게 하는 형상이 가장 이상적이다. 이를 위하여, 도 3과 같이 다양한 형태의 스프링 단부를 꺾은 형태로 회전구속 결합부에 수용케 함으로서 사출물과의 접촉 면적을 최대화할 수 있다. 또한, 접촉 면적을 증가시키는 하는 방법으로서 스프링 제품면을 거칠게(Rough)하는 방법이 있다. 에칭(Etching) 표면과, 샤프엣지(Sharp Edge) 등을 발생시킴으로서, "-"자 형태의 스프링 취주에서도 회전 하중에 대한 저항 하중을 발생시킬 수 있으나, 그 효과가 실제 제품에 적용하기에는 부족하므로 꺾임 구조와 병행하여 적용하였을 때 마찰 효과까지 더해져 더 큰 하중 지지가 가능하다.

본 발명의 경우에는 스프링 포밍머신 고유의 제조 방식 및 단면 형태로 인하여 스프링에 방향성이 부여될 수 있으나, 이를 작업자가 육안으로 단번에 구분하는 것이 대단히 어려워 작업성이 현저히 저하되어 구동 제품과의 결합을 위하여 스프링의 양단부에 인서트 방식으로 제공될 수 있는 회전구속 결합부의 성형 공정에서 작업성 향상을 위하여 방향성을 부여하기 위한 스프링의 꺾임 방향 구조가 반드시 필요하다. 실제 예는 도 4와 같으며, 반대 방향으로 성형 되어도 문제가 없다.

또한, 슬라이드 힌지의 구동 시 2개의 스프링 직선부가 이루는 내각에 제 1,2 스프링이 포함되는 형상으로 압축이 자연스럽게 유도될 수 있도록, 2개의 스프 링 직선부가 이루는 상기 내각의 범위가 100도 이상, 170도 이하로 구성되면, 스프링이 압축될 때 미리 방향성이 부여되어 슬라이드 힌지의 반복 구동 시 오작동을 방지할 수 있다.

이때 본 발명의 스프링을 슬라이드 힌지에 적용하되 하나의 스프링만으로 구동체로서 요구되는 기능을 수행하기 위해서는,

제 1 스프링과 제 2 스프링의 외경은 약 5.5~7.0 mm, 내경은 약 1.5~3.0 mm, turn수는 약 3~6회로 구성되어야 하며, 슬라이드 휴대폰에 실장하는 경우, 구동면과 평행하고 슬라이드 방향(y방향)에 수직인 방향(x방향)으로 5~15mm의 회전고정축 거리를 유지하여야 한다.

상기에서 언급된 바와 같이 스프링의 양단은 다양한 방법으로 구현이 가능할 뿐만 아니라 스프링의 양단을 단조작업에 의해 스프링 단면의 두께가 원래 단면 두께보다 얇게 된 끝단을 형성한 후, 결합공을 생성하여 사용 조건과 상대물의 결합공과의 결합 조건에 따라서 다양한 형태의 결합부 형성이 가능하다.

또한 본 발명은 스프링이 압축되었을 때 각 나선부 간의 간섭을 피하기 위해서 스프링 내경의 중심을 전체 원호의 중심을 기준으로 취주 위치의 반대방향으로 편심되게 위치한 것을 특징으로 하고 있으며.

내측원부의 피치 간격이 외측으로 가면서 점점 커지게 함으로써 스프링 압축 시 간섭의 위험을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 푸쉬로드 방식의 슬라이드 힌지의 예시도.

도 2는 본 발명에 따른, 슬라이드 힌지용 스프링 예시도.

도 3는 본 발명에 따른, 슬라이드 힌지의 강도 보강을 위한 스프링 꺾임구조.

도 4는 본 발명에 따른, 슬라이드 힌지의 작업성 향상을 위한 스프링 꺾임구조.

도 5는 본 발명에 따른, 스프링의 양 끝단을 단조 작업하여 끝단의 두께를 줄인 스프링을 사용한 슬라이드 힌지의 예시도 및 단조 스프링 형상의 예시도.

도 6는 본 발명에 따른, 슬라이드 힌지의 기기결합부의 형상 예시도.

도 7는 본 발명에 따른, 제1, 제2 스프링의 중심이 편심된 구조.

도 8는 본 발명에 따른, 내부에서 외부로 갈수록 증가하는 피치를 가지는 구조.

도 9는 구부러진 물체의 휨에 대한 수식 참고도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10 : 제 1 스프링 20 : 제 2 스프링

Claims (10)

1. 구동면과 평행한 변을 가지는 사각 단면의 스프링으로 구성되며, 일단을 중심으로 동일 평면상에서 내측 방향으로 경이 감소되는 방향으로 감기다가 중심에 이르면서 층을 달리하는 제 1 스프링;

   구동면과 평행한 변을 가지는 사각 단면의 스프링으로 구성되며, 층이 달리 된 상태에서 외측 방향으로 지름이 증가되는 방향으로 감기면서 양단부를 서로 방향을 달리하여 벌어지도록 형성되는 제 2 스프링;

   제 1 스프링의 내경단과 제 2 스프링의 내경단이 서로 마주보도록 하면서 양단부를 서로 방향을 달리하여 벌어지도록 연속으로 성형함으로써 두 개의 토션 스프링이 하나로 합쳐진 효과를 가지면서 하중은 중첩되고 내구성은 향상되는 특징을 가지면서 탄성 운동하도록 제공되는 슬라이드 힌지용 스프링.
2. 제 1 항에 있어서,

   스프링의 압축 시 턴부가 벌어지는 현상을 방지하기 위하여 제 1 스프링의 외경과 제 2 스프링의 외경을 다르게 하는 구조를 가지는 슬라이드 힌지용 스프링.
3. 제 1 항에 있어서,

   스프링의 압축 시 간섭 방지 및 평탄도 유지를 위하여 제 1 스프링과 제 2 스프링 간의 피치를 다르게 하는 구조를 가지는 슬라이드 힌지용 스프링.
4. 제 1 항에 있어서,

   스프링 크기의 감소를 위하여 제 1 스프링의 내경 중심과 제 2 스프링의 내경 중심의 위치를 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 슬라이드 힌지용 스프링.
5. 제 1 항에 있어서,

   구동 제품과의 결합을 위하여 스프링의 양단부에 인서트사출 방식으로 제공될 수 있는 회전구속 결합부와의 결합력 보강을 위한 스프링의 수평 또는 수직 방향으로의 꺾임 구조를 특징으로 하는 슬라이드 힌지용 스프링.
6. 제 1항에 있어서

   구동 제품과의 결합을 위하여 스프링의 양단부에 인서트 방식으로 제공될 수 있는 회전구속 결합부의 성형 공정에서 작업성 향상을 위하여 방향성을 부여하기 위한 스프링의 꺾임 구조를 특징으로 하는 슬라이드 힌지용 스프링.
7. 제 1항에 있어서,

   스프링 내경의 중심을 전체 원호의 중심을 기준으로 취주 위치의 반대방향으로 편심되게 위치한 것을 특징으로 하는 슬라이드 힌지용 스프링.
8. 제 1항에 있어서,

   내측원부의 피치 간격이 외측으로 가면서 점점 커지는 것을 특징으로 한 슬라이드 힌지용 스프링.
9. 제 1항에 있어서,

   슬라이드 힌지의 구동 시 2개의 스프링 직선부가 이루는 내각에 제 1,2 스프링이 포함되는 형상으로 압축이 유도되도록 하되, 2개의 스프링 직선부가 이루는 상기 내각의 범위가 100도 이상, 170도 이하로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 슬라이드 힌지용 스프링.
10. 제 9항에 있어서,

    스프링의 양단을 단조작업에 의해 스프링 단면의 두께가 원래 단면 두께보다 얇게 된 끝단을 형성한 후, 결합공을 생성하여 다양한 형태의 결합부 형성이 가능한 슬라이드 힌지용 스프링.

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