KR20110002259A - 자유단 단순보 스탑퍼가 장착된 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전축을 중심으로 회전하는 조명기구에 있어 그 회전을 정지시키는 스탑퍼의 구조에 관한 것이다. 본 발명에서 제시하는 스탑퍼는 양쪽 끝 지지단이 어느정도 이동이 가능한 단순보의 형태를 갖고 있고 상기 지지단을 지지하는 지지면이 하중 방향과 수직이 아니고 어느정도 경사각을 같는 지지면으로 되어 있어 외팔보의 원리를 이용한 스탑퍼보다 응력집중이 감소되어 내구성이 향상된다.

조명, 광원, 회전, 스탑퍼

Description

자유단 단순보 스탑퍼가 장착된 조명장치{ILLUMINATOR WITH SIMPLE BEAM STOPPER}

빛을 비추는 방향을 바꾸거나 광원으로의 전류공급을 연결 또는 차단하기 위하여 회전축을 중심으로 회전하는 조명기구는 일정기간 그 회전을 정지시키는 스탑퍼가 필요하게 된다. 본 발명은 조명기구에 있어 그 회전을 일시적으로 정지시킬 수 있는 스탑퍼의 구조에 관한 것이다.

탐조등, 헤드램프 등은 빛을 모아서 특정부위를 비춘다. 이러한 조명기구 중에는 빛의 조사 방향을 바꾸기 위하여 광원을 회전축을 중심으로 회전시키는 경우가 있는데 이러한 경우 필요에 따라 광원의 회전을 일시적으로 정지시킬 필요가 있다. 이때 광원의 회전을 일시적으로 정지시키는 장치, 즉 스탑퍼는 지금까지 주로 외팔보의 원리를 이용하고 있었다.

회전축을 중심으로 회전하는 광원의 회전운동을 일시적으로 정지시키기 위하여 외팔보의 탄성 및 처짐을 이용한 종래의 스탑퍼는 다음과 같은 몇가지 문제점이 있었다. 첫째는 외팔보의 고정단에서 응력집중이 발생하기 쉽다는 점이다. 두번째로 외팔보의 자유단의 처짐에 따른 보의 최대 응력은 자유단의 이동 거리와 정비례적으로 증가하게 된다는 점이다. 이러한 응력집중과 최대 응력의 정비례적 증가는 보의 파괴를 촉진할 수 있다. 본 발명은 보의 탄성과 처짐을 이용한 스탑퍼에 있어서 보에 발생되는 응력집중 현상을 줄이고 최대응력을 줄임으로써 스탑퍼의 내구성을 향상시키는데 그 목적이 있다.

본 발명에서 제시하는 스탑퍼는 양쪽 끝 지지단이 경사진 면에 의하여 지지를 받아 보의 길이가 변함에 따라 어느정도 이동이 가능한 단순보의 형태를 하고 있다. 이러한 단순보의 길이 방향의 중앙부 부근에 돌기를 만들어 이 돌기가 광원의 회전운동을 제한한다.

이러한 형태의 스탑퍼는 외팔보의 형태를 갖는 스탑퍼보다 응력집중이 감소되며, 단순보의 지지단이 처짐방향으로 어느정도 이동할 수 있으므로 스탑퍼 부재가 받는 응력이 줄어든다. 결국 이러한 형태의 스탑퍼는 외팔보 형태의 스탑퍼 보다 내구성이 향상된다.

이하에서는 도면을 통하여 본 발명의 상세한 내용을 설명한다.

도 1은 외팔보의 원리를 이용한 종래의 스탑퍼가 장착된 조명기구의 단면도이다. 광원(11)은 빛을 발생시키고, 빛을 모아서 한 방향으로 빛을 비추는 부분이다. 광원은 머리(12)와 결합되어 있다.

머리(12)는 둥근 원기둥 모양에 두 쌍(4개)의 턱(14)이 원주면(15)으로 부터 돌출된 모양이며 그 중심에 회전축(13)이 있다.

회전축(13)은 머리(12)의 원기둥 모양의 중심에 있으며 이 회전축을 중심으로 머리와 광원(11)이 한 몸이 되어 회전이 가능하다.

원주면(15)은 원기둥 모양의 머리(12)의 바깥쪽 원주상 표면으로 머리(12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 때 외팔보(20)의 돌기(24)와 접촉하며 상대운동을 하게 된다.

턱(14)은 머리(12)의 원주면(15)상에 두 쌍이 있다. 광원(11)과 머리(12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 때 이 턱(14)과 외팔보(20)의 자유단(23)에 돌출되어 있는 돌기(24) 사이의 마찰에 의하여 그 회전운동이 제한된다. 한 쌍의 턱 사이에는 골짜기(16)가 있다.

골짜기(16)는 한쌍의 턱(14) 사이에 있는 옴폭 들어간 부분으로 2개가 있다. 이곳 에 돌기(24)가 위치할 때 광원(11)과 머리(12)는 일시적으로 회전운동을 멈추고 정지해 있을 수 있다.

외팔보(20)는 위로부터 고정단(22), 기둥(21), 자유단(23) 그리고 돌기(24)로 구성된다.

고정단(22)은 지지대(30)에 고정되어 움직일 수 없게 고정된다.

기둥(21)은 고정단(22)으로부터 자유단(23)까지의 부분이다.

자유단(23)은 외팔보(20)의 고정단(22) 반대쪽이고 이 자유단의 한쪽 면에는 돌기(24)가 돌출되어 있다.

돌기(24)는 외팔보(20) 자유단(23)의 한쪽 면에 돌출되어 있으며 이 돌기의 표면은 머리(12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 때 머리의 원주면(15) 또는 턱(14)의 표면과 접촉한다.

이러한 형태의 스탑퍼의 작동 과정을 설명하면, 빛의 방향을 바꾸기 위하여 광원(11)과 머리(12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 때 외팔보(20)의 돌기(24)는 원기둥 모양의 머리의 원주면(15)과 접촉하여 원주면에 대하여 상대운동을 하게 된다. 이러한 운동은 경우에 따라서는 빛의 방향을 바꿈과 동시에 광원으로 전류를 공급하거나 차단하는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 머리(12)의 원주면(15) 일부에 전기적 단자를 설치하고, 돌기(24)에도 전기적 단자를 설치하여 이 두 단자가 접촉할 때만 광원으로 전기가 공급될 수 있게 하면 이러한 일은 쉽게 가능하다. 이때 턱(14)이 없는 원주면(15)에서는 상대적으로 마찰이 적고 항력이 없어 광원(11)과 머리(12)의 회전운동은 비교적 쉽게 이루어지지만 돌기(24)가 턱(14)을 넘기 위하여는 상당한 마찰력과 항력이 발생하게 되어 외부에서 힘을 가하지 않는 상태에서는 광원(11)과 머리(12)의 회전운동이 제한받을 수 밖에 없게 된다. 그런데 이때 돌기(24)가 턱(14)의 정점, 즉 회전축으로부터 가장 먼 지점을 지날때 외팔보(20)에는 최대 하중이 가해지게 되고 이때 외팔보의 고정단(22)에는 최대 모멘트가 유발되게 되며 외팔보 내부의 응력 또한 최대로 된다. 특히 이러한 경우 외팔보(20)의 고정단(22)에서는 응력 집중현상이 발생하여 재료의 파괴가 쉽게 발생될 수 있다.

다음으로는 본 발명에서 제시하는 단순보의 원리를 응용한 스탑퍼가 장착된 조명장치에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명에서 제시하는 단순보의 원리를 응용한 스탑퍼가 장착된 조명장치의 한 실시예의 단면도이다.

광원(11), 머리(12), 회전축(13), 턱(14), 원주면(15), 골짜기(16)는 도 1에서의 조명장치와 동일하다. 그러므로 이부분에 대한 설명은 전술한 내용과 중복이 되므로 생략한다. 다만, 스탑퍼가 외팔보(20) 대신 단순보(40)의 형태를 취하고 있으며 또한 단순보의 지지단(42)을 지지하는 지지 장치(50)가 어느정도 경사진 지지면(52)으로 구성되어 단순보의 지지단(42)이 지지면을 따라 다소간 이동할 수 있는 점이 차이점이다.

단순보(40)는 보의 중앙 부근에 돌출된 돌기(41)가 있고 양쪽 끝에 지지단(42)이 있다. 돌기(41)는 본 실시예에서 한 개로 그렸지만 반드시 한 개일 필요는 없고 두 개 이상의 돌기가 형성되어 있어도 상관없다. 지지단(42)을 지지하는 지지장치(50)는 도면에서 처럼 보를 수직방향으로 이동할 수 없도록 제한하는 수평벽(51)이 있 고 상기 수평벽으로부터 이어지는, 수직방향(본 실시예에서 하중 방향과 직각방향)과 어느정도 경사각을 갖는 지지면(52)으로 구성된다. 이때 실제로는 단순보(40)의 하중을 지지하는 부분은 지지면(52)이다. 이 지지면(52)에서의 반력은 지지단(42)과 지지면(52)이 접촉하는 점에서 발생하며 그 점에서 지지면의 법선 방향이다. 본 실시예에서는 단순보(40)의 양쪽 지지단(42)을 지지하는 두 지지면(52) 모두 수직이 아닌 경사진 면으로 되어 있으나 반드시 그럴 필요는 없다. 즉, 한 쪽은 힌지 결합으로 하고 다른 쪽은 경사진 면으로 되어 있을 수도 있다.

이하에서는 이러한 단순보의 원리를 적용한 스탑퍼의 작동과정을 설명한다. 광원(11)과 머리(12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 때 돌기(41)는 머리(12)의 원주면(15)과 턱(14)의 바깥쪽 면과 접촉하며 상대운동한다. 이때, 외팔보의 경우에서와 마찬가지로 돌기(41)가 턱(14)의 정점, 즉 회전축(13)으로 부터 가장 먼 지점을 지날때 단순보(40)의 처짐이 최대로 되고 단순보에 가해지는 하중도 최대가 된다. 이 경우를 다시 보를 중심으로 상세히 그린 그림이 도 3이다. 도 3은 두 부분으로 그렸는데 왼쪽 그림은 보의 돌기(41)가 턱(14)의 정점에 있을때 보가 변형되는 전체적인 모양을 그린 것이고, 오른쪽 원 안의 그림은 이때 보의 변형으로 보의 수직 길이가 줄어들면서 보의 지지단(42)이 지지장치(50)의 지지면(52)을 따라 미끄러져 이동하는 모양을 확대하여 그린 그림이다. 왼쪽 그림에서 점선은 돌기(41)가 원주면(15) 또는 골짜기(16)에 위치할 때, 즉 단순보(40)에 하중이 가해지지 않을 때 단순보의 모양이고, 실선은 돌기가 턱(14)의 정점에 있을 때, 즉 단순보에 수평하중이 가해질 때 단순보가 변형된 모양이다. 이러한 단순보(40) 형 태의 스탑퍼가 광원(11)과 머리(12)의 회전운동을 제한하는 기전은 외팔보에서의 경우와 같다.

그러나 외팔보 형태의 스탑퍼에 비하여 이러한 단순보 형태의 스탑퍼에서는 다음과 같은 두 가지 잇점이 있다. 첫째, 외팔보의 경우에 비하여 응력집중현상이 적다. 외팔보의 경우에는 고정단에서 보 단면의 급격한 변화가 불가피하므로 응력집중현상이 클 수밖에 없다. 그러나 단순보의 경우에는 외팔보의 고정단에서와 같은 단면의 급격한 변화가 없다. 단순보의 경우 최대 모멘트는 하중이 작용하는 부분에 생기게 되는데 본 실시예의 경우 그 위치는 돌기(41) 위치이다. 그런데 단순보의 경우 돌기(41) 위치에서 보의 단면의 변화는 외팔보의 고정단에 비하여 훨씬 적다. 그러므로 단순보(40)의 경우 응력집중현상이 적다. 둘째, 본 실시예의 경우 단순보(40)를 지지하는 지지장치(50)는 수평벽(51)과 지지면(52)으로 구성되는데, 하중에 의하여 단순보가 변형이 될때 단순보의 길이가 다소간 짧아지므로 단순보의 지지단(42)은 지지면을 따라 다소간 이동하게 된다. 이러한 지지단(42)의 이동은 결국 단순보 전체가 하중방향으로 이동하는 효과를 초래하게 되어 상대적으로 단순보의 변형이 적더라도 돌기의 이동거리는 더 커질 수 있다. 이러한 관계를 수식화 하면 다음과 같다. 돌기(41)의 이동거리를 M 이라하고, 지지단(42)이 지지면(52)을 따라 이동하므로써 발생되는 수평 변위를 m이라고 하고, 하중에 의한 단순보(40)의 처짐에 의한 돌기(41)의 변위를 d라고 하면, M=m+d가 된다. 여기서 지지면(52)은 반드시 직선일 필요는 없고 여러가지 형태의 곡선도 가능하다. 그 곡선의 형태에 따라 하중을 받는 단순보(40) 전체의 이동 양상은 달라질 수 있을 것이다. 즉, 지 지면(52)의 곡선의 형태를 변화시킴으로써 하중을 받는 단순보(40)의 이동양상을 통제할 수 있게 된다. 간단히 말하면 턱(14)의 높이가 높더라도 단순보의 변형은 상대적으로 적게 한 상태에서 스탑퍼로서의 소기의 목적을 달성할 수 있으므로 내구성이 향상된다.

도 1은 외팔보의 탄성을 이용한 스탑퍼가 장착된 조명장치 단면도.

도 2는 본 발명에서 제시하는 단순보의 탄성을 이용한 스탑퍼가 장착된 조명장치 단면도.

도 3은 단순보 스탑퍼가 턱에 의하여 하중을 받아 변형되는 모습을 나타낸 단면도와 이 때 단순보 지지단의 위치가 이동하는 모양을 확대하여 나타낸 단면도.

Claims (2)

1. 회전축을 중심으로 회전하는 광원을 포함하는 조명장치에 있어서;

   상기 회전축을 중심축으로 하는 원기둥 모양이면서 상기 원기둥 모양의 원주면 표면에 외부로 돌출된 적어도 하나 이상의 턱이 설치된 머리를 포함하고;

   일 측면에 상기 원주면 쪽으로 돌출되어, 상기 머리가 상기 회전축을 중심으로 회전운동을 할 때, 상기 머리의 원주면 또는 상기 턱의 표면과 접촉하도록 위치되는 적어도 하나 이상의 돌기가 설치되는 단순보를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단순보의 양쪽 지지단을 지지하는 지지면 중 적어도 한쪽은 하중 방향과 수직이 아닌 다른 각도를 갖는 지지면인 것을 특징으로 하는 조명장치.

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