6조-육뇽

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 침수 시 비상탈출을 위한 유압식 문 개방장치

영문 : Hydraulic door opening device for emergency escape in case of flooding

과제 팀명

육뇽

지도교수

나영승 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX028 이재원(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX015 류제환

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX008 김태우

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX015 박재경

서울시립대학교 기계정보공학과 20XXXXX038 편인애

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제는 침수 시 비상탈출을 위한 유압식 문 개방 장치(이하 문 개방 장치)를 개발하는 것이다. 반지하 건물 침수 시 문 안팎의 정수압차로 거주자가 쉽게 현관문을 열지 못하는 상황에서 장치를 이용하여 적은 힘으로도 문을 열어 거주자의 탈출을 도울 수 있도록 한다.

개발 과제의 배경

1. 개발 배경

1-1. 사회적 배경

올해 115년만의 기록적인 폭우로 인해 침수사고에 따른 사망인원이 13명이나 발생했다. 그 중 반지하 침수로 인해 4명이 사망하였다. 수위로 인한 내·외부 압력차로 거주자가 현관문을 열지 못해 탈출하지 못했기 때문이다. 통계청에 따르면 전국의 지하·반지하 가구·인구는 32만 7천 가구·59만 9천명으로, 우리나라 국민 중 지하 및 반지하에 거주하는 비중은 적지 않다. 서울시는 침수사고 이후 주거 용도의 반지하주택 건축허가를 금지한다고 발표했으나 아직까지 반지하 거주자가 많으며, 기존 주택에서 반지하 건축물을 없애는 데에도 10~20년이 걸리기 때문에 반지하라는 건축구조가 완벽히 사라지기까지는 오랜 시간이 걸린다. 또한 지구온난화 등에 의한 이상기후 현상으로 폭우, 침수 등의 사고위험은 꾸준히 제기되므로, 반지하 침수 사망사고의 근본적 원인은 해결할 수 없다. 국립재난안전연구원에 따르면 물이 가하는 압력은 제곱미터 당 116kgf의 무게에 해당한다. 이에 따르면, 수위 30cm에서 평균적으로 여성은 출입문을 열기 힘들어하며 40cm가 되면 열 수가 없고, 남성은 50cm부터 출입문을 열 수 없다. 따라서 침수 시 자력 외에도 힘을 증폭하여 문을 개방할 수 있는 장치의 필요성이 대두된다. 

1-2. 기술적 배경

지하주거공간의 침수상황 탈출과 관련하여 현존하는 기술은 침수예방 및 방지 장치와 시스템이 대부분이다. 하지만 침수상황 그 자체를 벗어날 수 있는 장치는 없고 단지 예방적 차원에 그치며 침수를 지연시키는 방식을 이용하고 있다. 침수를 지연시키는 것이 탈출에 근본적인 해결책이 아니며, 침수 지연에 실패할 경우 지하주거공간의 특성상 유리창을 통한 탈출이 어려워 생존 가능성이 희박하다. 이러한 점을 통해서, 지하주거공간 침수상황을 능동적이고 확실하게 탈출할 수 있는 장치의 필요성이 대두된다. 

1-3. 결론

상기와 같은 사회 및 기술적 배경에 따라 본 프로젝트는 침수 시 적은 힘으로 큰 힘을 낼 수 있는 유압식 문 개방장치의 개발을 제안한다.

2. 기대효과

2-1. 반지하 침수 시 탈출 및 생존 가능성 증대

기존에는 홍수가 발생하여 수압에 의해 문이 막히면 유일한 탈출구는 창문이었다. 하지만 대부분의 반지하 창문에는 방범창이 설치되어 있어 이를 뜯어내거나 굽히지 못하면 일반 성인은 나갈 수 없고, 반지하 특성상 창문의 높이가 지상의 집들보다 높게 위치하여 창문을 통한 탈출은 쉽지 않다. 하지만 본 과제에서 제작한 문 개방 장치를 사용하면 탈출에 더 용이한 현관문을 이용함으로써 거주민의 탈출 가능성을 높일 수 있다.  

2-2. 비상 상황을 대비한 필수 도구로 인식

화재 진화를 위한 소화기는 어느 건물에 가더라도 구비되어 있고, 폭설을 대비한 제설제 역시 도로에 배치되어 있다. 하지만 홍수를 대비한 장치는 아직까지 부족한 실정이며, 이상 기후에 따른 큰 홍수의 빈도는 점점 잦아질 것으로 예상된다. 따라서 이제는 예기치 못한 상황에 폭우로 집 안에 갇혔을 때 탈출하기 위한 장치가 필수품으로 자리잡아야 한다. 본 과제에서 제작된 문 개방 장치의 안정성과 기능을 확실하게 검증한다면 실질적인 침수 피해사고를 줄일 수 있는 도구가 될 것이다. 위 장치를 이용해 탈출한 사례가 증가한다면 누구든 침수를 대비하여 하나씩 구비하는 필수 도구로 인식되는 효과를 기대할 수 있다. 

2-3. 유압잭 제조사의 사업 확장 및 이미지 제고

본 과제에서 제작한 침수 시 비상탈출을 위한 유압식 문 개방 장치의 가장 주요 부품은 유압잭이다. 기존 유압잭 회사에서 생산하는 제품들은 물체를 들어올리는 것에 한정되어 있어 시장이 넓지 않다. 만약 유압잭 회사가 본 아이디어를 채택하여 여러 각도로 힘을 작용하는 제품을 제작하고 지지 구조도 함께 설계하여 판매한다면 반지하 가구들이 새로운 잠재적 고객이 될 수 있고, 생활용품이라는 더 넓은 시장을 공략할 수 있다. 또한, 본 제품이 자연재해에 의한 피해자를 줄이고자 하는 공익적 목적을 띠고 있으므로 기업 이미지 역시 제고할 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

1. 개발 과제 목표

본 과제의 목표는 반지하 현관 복도 침수 시에 거주자가 탈출하기 어려운 상황을 해결하기 위해 현관 턱과 지지대, 유압 장치로 구성된 문 개방 장치를 개발하여 적은 힘으로도 문을 열 수 있도록 하는 것이다. 장치를 사용하기 위한 문은 일반 가정 현관문으로 가장 많이 사용하고 있는 알루미늄제 외여닫이문으로 그 범위를 제한한다. 과제의 목표를 달성하기 위한 세부 목표는 다음과 같다. 

(1) 침수 상황에서 수압에 의해 문을 열 수 없을 때, 적은 힘으로 15° 이상 문을 개방할 수 있는 장치를 개발한다. 15°는 사람이 탈출하기 위한 최소한의 적정 각도로써 선정하였고, 이를 위해 유압잭(Hydraulic Jack)을 이용하여 문을 열기 위한 동력을 확보한다. 

(2) 또한, 신발장 턱을 활용해 큰 힘을 지지할 수 있고, 문이 열리는 동안에도 균일한 위치에 힘을 전달할 수 있는 구조를 고안한다. 

2. 개발 과제 내용

2-1. 문을 열기위한 유압잭 설계

힘을 증폭시키는 장치에는 대표적으로 압축된 공기를 사용하는 공압식, 모터를 사용하는 전동 액츄에이터, 압력 변동성이 작은 오일을 사용하는 유압식 장치가 있다. 공압 시스템의 경우 공기를 재사용하지 않아 구조가 간단하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있다. 하지만 압력변동성이 커 주위 환경에 많은 영향을 받고, 낮은 압력을 사용하기 때문에 큰 힘을 발생시키는 작업에 사용되지 않는다. 전동 액츄에이터는 폭우 상황에서 정전으로 인하여 전기를 사용하지 못할 수 있고, 침수 시에는 감전의 위험이 있다. 

이에 비해 유압 시스템은 정밀하고, 높은 압력으로 작동하기 때문에 크기에 비해 큰 힘을 낼 수 있다. 또한, 전기 없이 기계식으로 작동할 수 있으므로 폭우 시에 사용하기 적합하다. 이러한 점들을 고려하여 본 과제에서는 문을 열기위한 힘 증폭 장치로 유압장치를 채택하였다. 시중 유압잭의 경우 물건을 들어올리는 용도로 쓰이므로 수직 방향으로만 힘을 가할 수 있다. 하지만 본 과제의 경우 문을 밀기 위한 용도이므로 수평 혹은 90° 이하 특정 각도를 이루는 방향으로 힘을 가해야 한다. 이러한 기능을 구현하는 유압잭이 현재 존재하지 않으므로 이에 대한 고안이 필요하다.  

물의 수위에 따라 문에 가해지는 압력이 달라지고, 유압잭에 요구되는 하중 역시 달라진다. 구조해석을 통해 수위 별로 문을 15°이상 열기 위해 필요한 힘을 계산하고, 이를 기반으로 유압잭의 규격을 정한다. 목표 하중을 설정한 뒤 유압잭이 수직이 아닌 방향에 힘을 효과적으로 작용할 수 있고, 전체 문을 밀어낼 때 이를 버틸 수 있는 받침대 구조를 고안한다. 본 과제에 사용하는 유압잭은 시중의 제품을 변형하여 제작한다. 

2-2. 현관 턱을 이용한 지지구조 설계

유압잭을 이용해 문을 열게 되면 작용 반작용에 의해 문이 유압잭을 미는 힘이 발생한다. 이때, 유압잭을 지지하는 힘이 충분히 커야 문을 열 수 있다. 만약 지지력이 약하면 문이 열리는게 아니라 지지대 및 유압잭이 움직이게 되고, 장치가 부서질 수 있다. 따라서 어느 가정집에서나 찾아볼 수 있고, 현관문 주위에 있는 구조를 이용하여 이를 강하게 지지해야 한다.  

Fig.6과 같이 대부분의 가정집에는 신발을 신고 벗을 수 있는 현관이 존재한다. 일반적인 원룸 현관의 크기는 1000*600mm이다. 가천대학교 실내 건축학과 김용성 교수에 따르면 주거공간의 현관 바닥과 방의 높이 차이는 50~100mm가 일반적이다. 만약 현관 바닥과 홀이 맞닿는 모서리에 임의의 각도로 힘이 가해지면 힘은 수평방향과 수직방향으로 분리된다. 수평방향 힘은 현관 턱이 버텨주고, 수직방향 힘은 바닥이 버티므로 현관문 주위 구조물 중 가장 강하게 힘을 지지할 수 있다. 따라서 유압잭의 지지대를 현관 턱을 이용하여 효과적으로 지지할 수 있는 구조를 설계한다.  

2-3. 균일 위치 가압

일반적으로 문을 열 때 가장 효과적인 힘 작용 위치는 손잡이 위치이다. 하지만 물에 의해 추가적인 압력이 가해질 때는 그 위치가 변할 수 있다. 위치 변화는 수평 방향보다 수직 방향에서 크게 나타난다. 사용자가 적은 힘으로 문을 열기 위해서는 힘이 작용하는 위치 역시 중요한 요소이다. 따라서 구조해석을 통해 물 수위 별로 가장 효과적인 작용점의 위치를 확인한다. 이때, 사용자는 문 밖의 물이 어느 높이까지 올라왔는지 알 수 없으므로 30cm부터 50cm 이하까지 모든 경우에 적용할 수 있는 최적위치를 선정하여 사용자들에게 제시한다. 

현관 턱으로부터 직선으로 뻗어 나간 유압잭에 의해 문을 열었을 때 아무런 고정장치가 없다면 문의 회전에 따라 힘 작용위치가 변하게 된다. Fig.8에서 X는 문과 유압잭의 접촉점, O는 유압잭 지지점이다. Fig.8와 Fig.9에서 문에서의 X와 현관 턱에서의 O 위치는 각각 동일하다. 문이 회전하면 문과 유압잭 끝의 접촉점 각이 90° 이상이 되면서 X는 문 바깥쪽으로, O는 안쪽으로 미끄러진다. X가 계속해서 변하면 힘이 분산되어 효율적으로 일할 수 없다. 그보다 더 중요한 것은 X가 문을 벗어나게 되면 더 이상 문이 열린 상태를 유지시키는 힘이 사라지므로 수압에 의해 문이 강하게 닫히면서 유압잭이 파손되거나, 신체의 일부가 끼는 등 2차 피해가 발생할 수 있다는 점이다. 따라서 문을 연 뒤, 탈출하는 모든 과정이 안전하게 진행되기 위해서는 접촉점과 지지점의 위치가 고정돼야 한다. 

이를 위해 장치 탈부착이 가능하면서 유압잭의 지지점을 단단히 고정할 수 있고, 문이 회전해도 작기 끝과 접촉면이 일정하게 맞닿아 있을 수 있는 추가 구조를 설계한다. 또한, 물이 들어오는 상황을 함께 고려하여 적절한 소재를 사용한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

1. 다각도 작동 유압잭 유압잭은 유압을 이용하여 무거운 물체를 들어올리는 장치를 말한다. 기존의 유압잭은 Fig.10과 같이 수평의 바닥에 장치를 두고 펌프 동작을 통해 수직으로 물체를 들어올리는 방식이 대부분이다. 다만 본 프로젝트는 현관턱에 유압잭을 고정하여 동작한다. 동작상태의 평면도(Fig.12)를 보면 유압잭 고정부와 작동부를 연결하는 직선이 회전하는 형태가 되어 회전각 발생이 불가피 하고, 측면도(Fig.13)를 보면 고정부와 작동부를 연결하는 직선이 지면과 이루는 각이 점점 작아지는 형태를 취한다. 이처럼 각도의 변동이 발생하는 유압잭과 관련한 배경기술은 아래와 같다.

1-1. 각도 조절용 잭램 위 유압잭은 유압잭 고정부와 작동부가 항상 수직일때만 작동 가능한 문제를 해결하기 위해 지면(고정부)이 경사져있더라도 상부 베이스(상방 원뿔대)를 회전시켜 작동부가 수평을 이뤄 잭이 물체를 안정적으로 들어올릴 수 있게 고안된 장치이다.

자세하게는, 원뿔을 비스듬히 자른 입체를 상부베이스, 같은 크기 원뿔을 똑 같은 각도로 비스듬히 자른 입체를 하부베이스로 구성하며 경사부(베이스 접합면)의 중심에는 회전축과 상부베이스가 회전할 수 있도록 볼을 고리 형태로 장착한다. 이때, 하부베이스는 지면에 고정되어 있고 상부베이스는 하부베이스에 맞닿아 회전축을 기준으로 회전 가능하다. 같은 각도로 비스듬히 잘린 두 베이스들은 모선의 길이가 다르므로 회전시키면 지면에 대해 상부베이스 단면을 수평에서부터 특정 각도까지 변화시킬 수 있는 점을 이용하였다.

이 장치는 특정 각도에 대해 일일이 수동으로 베이스를 회전시켜 적정상태에서 고정시켜야 하므로 시시각각 각도가 변하는 본 프로젝트에는 적합하지 않다. 다만, 비스듬한 두 원뿔대를 회전시켜 각도를 조정하는 아이디어를 고려할 수 있다.

1-2. 각도 자동조절수단이 구비된 유압잭용 램 베이스 위 유압잭은 램에 연결되어 회전가능한 볼, 볼을 감싸는 형태의 베이스, 베이스가 볼을 기준으로 오므려지거나 벌어지도록 작동시키는 힌지, 스크류샤프트 및 기어로 구성된다. 볼은 무게중심을 아래쪽에 두는 방식으로 제작되어 연결된 램이 항상 직립될 수 있도록 설계되어 있다.

작동 방식을 살펴보면 지면이 특정 각도로 경사져 있을 때 작업자는 기어를 회전시켜 연결된 스크류샤프트를 전진시키고, 전진된 샤프트에 의해 베이스는 벌어지게 되어 내부의 볼이 유동성을 갖게 된다. 이때, 볼의 무게중심은 아래쪽에 위치하여 무게중심이 아래를 향하도록 이동(회전)되며, 램은 직립방향(중력방향)으로 자동으로 서있게 된다. 위 상태에서 작업자는 다시 기어를 반대로 돌려 스크류샤프트를 후진시켜 베이스를 오므릴 수 있고 볼이 고정된다. 따라서 경사진 지면에서도 직립(중력)방향으로 물체를 안전하게 들어올릴 수 있다.

이 장치 역시 특정각도에서 사용자가 일일이 기어를 움직여줘야 하므로 시시각각 각도가 변하는 본 프로젝트에 있어서 적합하지 않으나, 각도 조정에 있어 볼 형태를 이용하면 상하좌우 각도 변화에 대응할 수 있음을 알 수 있다.

1-3. 부재 취부용 유압잭 본 유압잭은 각도조정과 길이조정이 가능한 장치로써 유압잭과 상방으로 길이가 신장되는 제1로드, 하방으로 길이가 신장되는 제2로드, 회전에 대응할 수 있는 각 로드 말단에 구비된 볼 및 볼을 감싸는 소켓과 회전 시 볼 이탈을 방지하는 캡너트로 구성된다. (볼과 소켓 및 캡너트를 이하 헤드부라고 한다.)

작동 방식을 살펴보면 유압잭의 작동을 통해 제1,2로드를 신장시킬 수 있고, 각 로드 말단의 헤드부는 볼의 움직임에 의해 어느 각도로든 회전 가능하여 작동이 필요한 위치에 고정될 수 있다. 따라서 지면과 작동위치의 각도에 상관없이 본 유압잭을 적절히 신장시켜 고정한 후 램을 통해 물체를 들어올릴 수 있다.

이 장치는 수동으로 일일이 각도조정을 하지 않아도 상황에 맞게 가변적으로 각도가 맞춰질 수 있는 장점을 가진다. 다만, 헤드부가 지면 및 작동 위치에 고정되기 위해 요철 형태를 이용하는데, 본 프로젝트에서 현관 턱과 문은 요철없이 비교적 매끄럽게 제작되므로 위 메커니즘을 이용하되 다른 방식으로 고정 또는 미끄럼 방지를 구현함이 바람직하다.

1-4. 상하부 각도 조절기능을 갖는 유압 램 장치 위 유압잭 역시 각도조정과 길이조정이 가능한 장치로써, 상하방이 모두 신장되고 볼 형태의 작동을 통해 회전에 대응하여 각도 조절 기능을 갖는다. 상기 ‘부재 취부용 유압잭’과 비슷한 메커니즘을 보이지만 헤드부를 볼, 소켓, 캡너트 등으로 구성하는 것이 아닌 반구형의 자성체 및 자성체에 결합하는 수용홈으로 구성된 것이 특징이다.

2. 접촉면 미끄러짐 방지 유압잭을 동작 시킬 때 문이 회전하면서 유압잭 작동부에 가해지는 힘으로 인해 작용점에서 벗어날 가능성이 있어 문과 유압잭 작동부(램)을 고정한다. 이러한 문과 유압잭 작동부에 적용할 수 있는 고정방식 관련 배경기술은 아래와 같다.

2-1. 슬라이딩 회전 고정방식 데크로드 시스템 위 고정방식은 목재 데크를 견고히 지지 및 고정하는 끼움 조립 방식으로 시공하여 설치 및 시공이 간편하게 이루어지도록 하였다. 데크클립의 라운드턱을 이용하여 가해지는 힘에 대비한 지지력을 만들어주는 장치이다. 끼움턱과 슬라이딩턱을 이용하여 상하로 견고하게 목재를 장착하며, 체결 나사를 통해 데크클립이 빠져나가지 않도록 고정한다.

위 장치는 데크클립을 목재에 끼워주어야 하기에 간편하고 간단히 설치해야 하는 본 프로젝트에 있어 적합하지 않지만, 문에 홈을 만들고 유압잭 작동부에 라운드턱을 만들어 슬라이딩 시키는 방식으로 고정하는 방법을 생각해 볼 수 있다.

2-2. 자석을 이용한 고정장치 위 장치는 중심 내부에 영구자석인 이동자석과 고정자석이 상,하로 순차적으로 마련된 케이싱과 케이싱 상부에 위치하여 이동자석을 회전시키면서 고정자석과의 자력과 척력을 선택적으로 변환하는 회동수단을 포함한다. 손잡이를 회전시키는 것을 통해 케이싱 상의 이동자석과 고정자석 사이에 척력과 자력을 선택적으로 발휘할 수 있도록 함으로써 고정을 원활하게 수행할 수 있다.

자성을 이용한 고정방식으로 간단하면서 고정하는 힘이 강한 방식이기 때문에 본 프로젝트에 참고할 수 있다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

본 프로젝트의 기술적 핵심은 다각도에서 작동 가능한 유압잭과 접촉면 고정에 있으므로 키프리스(KIPRIS)에서 검색한 결과 근접한 공지기술 및 특허는 위 가. I. 2에서 정리한 결과이다. 이하 결과 데이터들의 법적 상태와 구성 특징을 표로 정리하면 아래와 같다.

1. 특허전략 본 프로젝트의 기본적 구성요소는 유압잭, 상/하방향로드(길이 신장), 회전가능한 헤드부(볼 또는 반구형 자성체), 미끄럼방지부재(또는 고정부재)이다. 상방헤드부를 문에 부착, 하방헤드부는 현관 턱에 힌지 또는 볼 형태를 고정하여 유압잭을 작동시키면 상/하방향로드의 길이가 신장되어 문을 여는 메커니즘으로 작동한다.

특허 심사에 있어서 출원이 등록가능한지는 목적(용도), 효과보다 구성을 중심으로 판단한다. 따라서 위 1,2,5,6번 특허는 공지기술이지만 본 프로젝트와 구성이 동일하지 않아 특허권 취득에 있어 방해되는 대상이 아니므로 배제하고, 3번 실용신안과 4번 특허를 중점으로 전략을 수립한다.

1-1. 부재 취부용 유압잭 실용신안 대비 전략 본 프로젝트 상하부 헤드부를 모두 볼, 소켓을 결합한 형태로 구성하여 미끄럼방지패드를 부착하면 3번 실용신안(공지기술)과 구성이 동일하여 신규성이 없다. 신규성 제고를 위해 하방 헤드부는 현관 턱에 고정되는 고정장치를 부가하고, 상방 헤드부는 문에 탈부착 가능한 형태의 구성을 부가하는것이 바람직하다. 하방 헤드부가 현관 턱에 고정되는 방식은 구성의 곤란성이 인정되지 않을 우려가 있으므로 상방 헤드부가 문에 탈부착되는 방식을 개발하여 진보성까지 인정받음이 바람직하다.

1-2. 상하부 각도 조절 기능을 갖는 유압 램 장치 특허 대비 전략 본 프로젝트 상하부 헤드부를 모두 또는 어느 하나라도 반구형 영구자석 및 강자성체 수용홈을 통해 구성하면 4번 특허와 구성이 동일하여 신규성이 없다. 따라서 어느 하나라도 영구자석을 통해 구현하려면 반드시 별도의 구성을 추가하여 신규성을 확보해야 한다. 이때 역시 상방 헤드부가 문에 탈부착되는 방식을 개발하여 진보성까지 인정받는 것이 바람직하다.

1-3. 결론 현관 턱에 조립식으로 고정할 수 있도록 볼과 소켓으로 구성된 하부헤드부, 문에 조립식으로 고정할 수 있도록 볼과 소켓으로 구성된 상부헤드부, 상부헤드부가 조립될 수 있도록 미리 설치하는 고정장치를 부가하면 특허권 취득이 가능할 것으로 예상된다.

2. 특허 침해 방지를 위한 전략 내 특허권이 존재하는지 여부와는 관계없이 상대방 특허발명을 실시하면 특허권 침해가 성립한다. 위 1,2,3,6번 특허 및 실용신안은 이미 소멸하였으므로 특허권 침해가 성립할 수 없어 배제하고, 현재 등록되어 있는 4,5번 특허를 중심으로 침해방지 전략을 수립한다.

2-1. 상하부 각도 조절 기능을 갖는 유압 램 장치 특허 침해여부 특허의 청구항1은 하부, 청구항2는 상부에 반구형 영구자석과 강자성체 수용홈을 구성으로 갖추는 것을 기술사상핵심으로 한다. 따라서 유압잭의 상하부 중 하나라도 위 구성을 통해 각도조절수단을 구현하게 되면 구성요소 완비에 의해 침해가 성립할 위험이 있다. (위 특허는 별도 구성이 존재하긴 하지만 이 부분을 생략한 채 실시한다고 해도 균등침해가 성립할 위험이 있다.)

2-2. 슬라이딩 회전 고정방식 데크로드 시스템 특허 침해여부 특허의 구성은 두개의 목제 데크와 이를 연결하는 데크클립, 이때 데크와 클립은 홈이 파여 있는 것은 구성으로 한다. 본 프로젝트는 목재 및 데크클립 등을 구성으로 하지 않는 바, 침해의 위험이 없다.

2-3. 결론-전략 만약 상하부 어느 하나라도 자석 방식을 통해 헤드부를 구성하고자 한다면,

① 4번 특허를 대상으로 무효심판을 청구하여 특허를 소멸시킨 후 실시하는 방안

② 위 특허에 대한 통상실시권을 설정 받아 실시료 지급 후 특허발명을 실시하는 방안

③ 위 특허를 이용하되 별도의 구성을 더 갖춘 특허권을 취득한다면 강제실시권(특허법 제138조) 또는 크로스 라이선스를 제안하는 방안

위 세가지 방안을 고려해볼 수 있다. 적절한 선택을 위해 소요기간, 비용 등을 고려하는 것이 바람직하다. 이와 달리 상하부 모두를 볼과 소켓을 통해 헤드부를 구성한다면 특허 침해의 위험이 없으므로 자유로이 실시할 수 있다.

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

• 마케팅 전략 제시

1. SWOT 분석

[SO 전략]

• 침수 피해를 대비하는 것뿐만 아니라, 침수 공간 탈출에 직접적인 해결책 제공

• 경쟁 제품에 비해 우수한 가격 경쟁력

• 기존에 없던 방식의 침수 대비 물품으로 독점적 공급 가능

• 이상 기후로 인한 폭우 침수 피해가 증가하여, 침수 대비 물품에 대한 수요 증가

• 유압잭의 활용 영역을 확장하는 것을 유인으로 제조사 설득 가능성 증대

[Weakness 대응]

• 반지하 주거공간 그리고 현관 턱이 존재하는 국내 시장에 한정되어 적용 가능하다.

• 하지만, 확실한 사용자 집단이 존재하므로 초기 시장 진입에 용이하다.

• 추후 사업 확장 시, 현관 턱과 같은 한계 요소를 보완, 개발하여 다양한 시장으로 진출 가능하다.

• (ex. 선박 지하실, 외국 주택 지하실)

• 경쟁 제품과 달리 제품을 사용할 때 별도 동작(펌프질)을 요구하는데, 쉽고 간편한 사용법으로 남• • 녀노소가 사용하는데 어려움이 없어야한다.

[Threat 대응]

• 문화적, 지리적 특성으로 인해 반지하 주거공간에 대한 수요는 최소 향후 10년간 필요불가결적이므로 이를 대체하고자 하는 대응은 10~20년 후에 실현될 수 있다. 따라서, 초기 시장 진입에 큰 어려움은 없을 것으로 예상된다.

2. STP 분석

1. Segmentation 침수 대비 물품의 국내 시장은 형성된 지 얼마 안 된 초기 시장이며, 특히 침수 상황에서 현관문을 밀어내어 탈출 가능성을 높이는 제품은 전무하다. 이때의 시장 세분화 전략은 Undifferentiated Strategy, 즉 표적 소비자 집단을 세분화하지 않는 것이다.

따라서, 별도의 집단을 세분화하지 않고 3.가.경쟁 제품 조사에서 설정한 편익을 공통적으로 충족시킬 수 있는 마케팅 전략을 취하고자 한다.

2. Targeting 별도로 시장 세분화를 하지 않지만 침수 대비 물품 특성 상 이를 필요로 하는 소비자의 특성이 명확하므로 이에 주목하고자 한다.

3. Positioning 침수 취약 지역의 반지하에 1인 또는 거동불편자와 함께 거주하며, 재난대비물품 구매에 경제적 부담을 느끼는 집단을 대상으로 본 제품이 제공할 수 있는 편익인 가격 경쟁력, 탈출 가능성, 설치 간편성, 사용 편의성, 보관 용의성을 모두 충족하는 방향으로 포지셔닝 전략을 취한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

1. 비상 탈출 장치의 초기 모델 제시

현재 반지하 침수 상황에서 거주민이 탈출할 수 있는 도구는 방범창을 뜯어내는 절단기나 유리창을 깨는 망치 등이 전부이다. 하지만 절단기나 망치는 탈출하려는 거주민들에게 많은 힘을 요구하고, 창문이 머리 높이 이상에 위치한 반지하 특성상 창문으로의 탈출은 쉽지 않다는 단점들이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 침수 취약 지역 반지하 가구에 비치하여 적은 힘으로 현관문을 통해 탈출할 수 있는 본 제품을 비상 탈출 장치의 초기 모델로 제시하여 제품 사용자에게 다양한 비상 탈출 장치 개발에 대한 의견을 종합할 수 있다. 이러한 의견을 기반으로 더 안전하고 간편한 제품을 설계할 수 있다.

2. 유압 장치 활용 분야의 다양화

유압잭은 작은 부피로도 큰 힘을 낼 수 있는 장치이다. 그러나 이러한 유압 장치는 아직 산업 현장에서 무거운 물건을 드는 분야에만 국한되어 사용하고 있다. 반지하 침수 상황에 유압 장치를 이용하여 문을 여는 본 제품을 통해 위급한 상황에서 인간의 힘을 보조하는 역할로 사용한다면 많은 사람을 위기에서 구할 수 있다. 가정집 현관문에서 더 나아가 옥상 문이나 차량 설계 시 소형화된 해당 장치를 내재하여 옥상 화재, 차량 침수 사고 시에 사용하는 경우까지 기대할 수 있다.

3. 힘 전달 및 지지구조 분야의 발전

본 제품은 유압잭, 파이프, 조인트와 레버 정도로만 구성된 장치이다. 하지만 본 장치가 외부의 수압을 이기기 위해서는 단순한 구조로 많은 힘을 전달하면서 파괴되지 않아야 한다. 기존의 토목 및 건축 분야에서 최소한의 부재로 안정적인 건축 구조물을 만드는 학문이 발전했던 것처럼 본 제품을 설계하면서 효율적으로 힘을 집중하고 그 하중을 잘 분산시키는 구조에 대한 연구 역시 진행할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

1. 새로운 분야의 제품으로 새 시장과 고객 유치

앞서 관련 기술 현황에서 살펴보았던 것처럼 본 프로젝트는 재난 시 인력을 증강시키는 새로운 관점으로 탈출을 돕는 제품을 제작하기 때문에 기존 시장에서 경쟁제품이 전무하다. 마케팅 전략을 통해 알맞은 소비자층을 선정하여 공략한다면 본 제품이 필요한 가구마다 하나씩 판매할 수 있는 고객을 유치할 수 있을 것이다. 기존에 구매하지 않고 있다가 필요한 장소마다 하나씩 준필수적으로 구비하고 있는 제품의 예시로 체온측정기가 있다. 의약품유통업계가 조사한 '국내 체온계 시장 현황'에 따르면 국내 체온계 시장은 메르스와 코로나 등의 이유로 시장이 각각 60%, 100% 이상의 큰 성장세를 보였다. 기후이상에 따른 잦은 침수를 대비하여 구매해두는 제품으로 본 프로젝트 제품이 자리잡는다면 많은 판매량을 꾀할 수 있을 것이다.

2. 반지하 거주민(특히 취약계층 및 노약자) 탈출 확률 증대

통계청 인구 주택 총조사에 따르면 60세 이상 고령인구의 거주율이 전체 가구 23.7%보다 반지하에서 29.5%로 높고, 장애인 거주율이 전체 가구 10.7%보다 반지하에서 14.6%로 높다. 사회적 약자 계층이 반지하 거주율이 높고, 이는 반지하 침수 사고시에 탈출이 상대적으로 어렵다는 문제를 낳는다. 이러한 계층의 거주민들에게 화재 시 경보기나 소화기 등의 안전장치처럼 본 프로젝트 제품이 적은 힘으로 동작하는 침수 시 인명구조장치로 자리매김한다면 탈출 확률을 크게 증대시킬 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

• 목적 계통도

설계 사양

아래는 제품이 요구사항을 충족하기 위해 갖추어야 하는 설계사양이다.

1) 장치가 70센티미터 이상의 길이까지 신장

사람이 현관문을 통해 탈출하기 위한 최소한의 공간을 만들기 위해서는 문이 15도 이상 열려야 한다. 따라서 70센티미터 이상으로 장치가 길어질 수 있어야 사람이 탈출할 수 있는 공간을 만들 수 있다.

2) 최대 80센티미터의 침수 상황에서도 문 개방

무릎 높이만큼만 물에 잠겨도 일반인은 탈출이 쉽지 않다. 다양한 침수 수위에 능동적으로 대처하기 위해서 장치는 문 밖 80센티미터까지 물에 잠겨도 현관문을 열 수 있어야 한다.

3) 실제 상황에서 탈출까지의 시간이 5분 이내

침수 상황에서 문이 열리지 않으면 거주자는 혼란에 빠지게 된다. 이러한 상황에서도 거주자가 장치를 사용하여 탈출할 수 있도록 장치는 충분히 빠르고 쉽게 사용할 수 있어야 한다.

4) 문과 함께 회전

현관 턱에 설치한 장치는 문이 열리고 각도가 바뀌면서 문과의 각도도 어긋나게 된다. 문을 끝까지 열기 위해서 장치 역시도 문이 열리는 각도만큼 회전하여야 한다.

5) 장치와 문, 장치와 받침점이 미끄러지지 않음

장치가 문과 수직을 계속 유지하기 위해서는 회전도 중요하지만 미끄러지지 않는 것 역시도 중요하다. 문이 열리며 장치의 각도가 변할 때 장치는 앞, 뒤의 지지점과 미끄러지지 않아야 한다.

6) 140kPa 이상의 압축응력을 견딤

장치는 문 밖의 수위를 이겨내는 과정에서 상당한 압축응력을 받는다. 작동 도중에 파손되지 않기 위해서는 설계 목표로 정의했던 50센티미터 수위와 출입문의 무게에 해당하는 140kPa 이상의 압축응력을 견뎌야 한다.

7) 무게 10kg 이내

외부에서 가해지는 응력을 충분히 견디는 동시에 장치는 사용자가 양 손을 이용하여 작동하기에 가벼워야 한다. 본래의 주요 소비자 층이 노약자 및 여성 반지하 거주민이었던 만큼 그들이 충분히 사용할 수 있도록 장치의 무게는 10kg 이내로 한정된다.

8) 보관시 부피가 1000*400*400 이내

본 장치는 버스의 비상 해머나 자동차의 에어백과 같이 비상 상황에서는 반드시 필요하지만 평상시에는 그 필요를 잘 느끼지 못한다. 사용하지 않을 때에는 적당한 크기 이내로 보관이 용이하여야 한다.

9) 생산가가 100천원 이내

주요 소비자층에 맞추어 장치를 쉽게 구비하여 가정에 비치할 수 있고 시장에서의 가격 경쟁력을 갖추기 위하여 생산 단가를 100천원 이내로 정한다.

개념설계안

가. 평가기준 및 평가표

나. 개념설계 결과

이론적 계산 및 시뮬레이션

제품 제작을 위해 두가지 시뮬레이션을 진행하였다. 먼저 수위별로 문을 15° 이상 개방하기 위해 필요한 수직 방향의 힘을 구하고, 문이 열리는 과정에서 각도별로 문과 접촉한 면이 미끄러지지 않는지 확인하였다. 아래는 각 해석들에 대해 정리하였다.

가. 문 15° 개방을 위해 수위별 필요한 힘과 작용면 높이에 따른 영향 관찰

Ⅰ. 해석 모델 형상 

해석에 사용된 모델은 실제 원룸 문을 기준으로 치수를 측정하여 설계하였으며, 해석에 필요하지 않은 요소(ex. 손잡이, 벽 등)는 제거하여 단순화하였다. 또한, 해석의 용이성을 위해 수압과 유압 장치의 힘이 가해지는 곳은 body를 분리하였으나 share topology를 사용하여 해석 시에는 하나의 body로 인식되도록 하였다.

본 형상은 크게 문, 프레임, 힌지 3가지 파트로 구분할 수 있다. 각 파트에 대한 설명은 아래와 같다.

Fig.27와 Fig.28은 실내/외에서 바라본 문의 모습을 나타낸 것이다. 문의 크기는 일반적인 원룸에 사용되는 800*2000*4(mm)이다. 실내에서는 문을 열기위해 유압 장치로 힘을 가하게 된다. 이때 힘의 작용 위치를 1번부터 5번까지 5가지로 선정하고, 해석을 위해 영역을 분리하였다. 작용 영역의 면적은 100*100이다. 실제 장치의 작용 영역 면적은 160*100이지만, 본 해석은 힘 작용의 높이에 따른 문 개방 각도를 통해 최적의 작용 위치를 선정하고자 하는 목적을 가지기 때문에 가로 넓이는 크게 영향을 미치지 않는다. 따라서 100*100으로 해석을 진행하였다.

실외에서는 침수 상황이므로 물이 문을 밀게 된다. 수위에 따라 힘이 작용하는 면적이 달라진다. 본 해석에서는 510, 610, 710, 810 총 4가지 수위에 대해 분석하였다.

현관문은 실내와 실외를 구분하는 것뿐만 아니라 단열의 역할도 수행한다. 또한, 문을 사람이 쉽게 여닫을 수 있기 위해서는 어느정도 가벼워야 한다. 만약 문이 모두 철로 되어 있다면 매우 무겁고, 열전도도 막지 못할 것이다. 따라서 일반적으로 현관문은 외부에 얇게 철을 사용하고, 내부는 가벼운 단열재를 사용한다. 따라서 본 해석에서도 이를 반영하여 문 안과 밖의 각 3mm에는 Aluminum Alloy, 중앙에 단열재에는 Foam, expanded polystyrene를 사용하였다.

② 프레임

실제 현관에는 벽과 문 사이에 프레임이 있다. 프레임은 벽과 함께 강하게 고정되어 있으며, 문을 여닫을 때 실외의 이물질 등이 실내로 들어오지 않도록 하는 역할이다. 해석의 간편성과 속도 향상을 위해 벽을 제거하고, 대신 고정 장치로써 프레임은 남겨두었다. 실제 문에서 프레임 상부와 하부의 높이가 달라 이를 반영하였으며, 돌출된 부분이 실외를 향하는 구조이다. 높이가 낮은 면이 문과 마찰하며 문이 열린다. 조금 더 높은 턱은 밖에서 힘을 가해도 문이 안쪽으로 열리지 못하게 한다. 프레임의 경우 움직이지 않고 고정되어야 하므로 무겁고 튼튼한 Structural steel을 사용하였다.

③ 힌지

대부분의 현관문은 힌지를 통해 벽과 연결된다. 고정된 힌지와 문에 연결된 힌지가 마찰하며 문이 돌아가는 형태이다. 고정 힌지는 프레임과 동일하게 Structural steel, 문에 연결된 힌지는 Aluminum alloy를 적용하였다. 고정 힌지는 프레임에 붙어있어야 하지만 fix 조건이므로 mesh 생성을 용이하게 하기 위해 분리하였고, 이는 해석에 영향을 미치지 않는다. 또한, 실제 현관문에서 하부 힌지의 경우 각 힌지 사이에 베어링이 존재하지만 이는 접촉 조건으로 대신하였다.

④ 전체 형상

Ⅱ. 물성치

Ⅲ. 메쉬 조건

Ansys mesh의 MultiZone과 Edge sizing 기능을 이용하여 5*5*5(mm)의 정육면체 메쉬로 구성하였다. 힌지의 경우 같은 기능을 이용하였으나 응력을 받는 부분이므로 조금 더 조밀하게 구성하였다. 총 노드 수는 2,847,144개이며 평균 0.96577의 Orthogonal quality를 가진다.

Ⅳ. 접촉 조건

Ansys Mechanical에는 총 다섯가지의 접촉 조건이 있다. 각 조건의 특성은 Table과 같다.

본 해석 모델에는 접촉면은 크게 두 종류로 나눌 수 있다.

(1) 문 힌지 – 프레임 힌지

프레임 힌지와 문 힌지는 서로 다른 body이고, 문 힌지가 회전하면서 문이 열린다. 쉽게 문을 열 수 있도록 실제 문에서는 힌지 사이의 마찰이 크지 않다. 따라서 접촉면은 tangential 방향으로 아주 매끄럽게 이동할 수 있어야 한다. 반면, 두 힌지가 맞닿아 있지 않으면 문을 열 때 덜컹거리게 되므로 회전하는 동안 완전히 접촉한 상태를 유지해야 한다. 따라서 위 조건에 적합한 접촉 조건은 No separation이다. 상부 힌지와 하부 힌지 모두 No separation을 적용하였다.

(2) 문 – 프레임

문이 안쪽으로 열리지 않도록 돌출되어 있는 프레임과 문은 닫힌 상태에서 접촉하고 있다. 힌지와 마찬가지로 문이 프레임에 대해 tangential 방향으로 미끄러지며 문이 열린다. normal 방향으로의 움직임은 필요하지 않지만, 문이 열리는 과정에서 약간 들릴 수도 있으므로 Frictionless를 적용하였다.

Ⅴ. 경계 조건

경계 조건을 설정하기 위해서는 어떠한 것을 관찰하고자 하는지 확실하게 정해야 한다. 본 해석을 통해 얻고자 하는 것은 힌지를 통해 열리는 문이 외부에서 정수압을 받을 때 수위별로 15° 개방을 위해 필요한 힘과 최적 작용 위치이다. 따라서, 먼저 고정할 물체와 운동할 물체를 구분하고, 힌지를 중심으로 문이 회전할 수 있도록 해야 한다. 그리고 실외에는 정수압 조건을, 실내에는 압력 조건을 설정해야 한다.

위 내용을 기반으로 본 해석에서 선정한 경계 조건은 아래와 같다.

Ⅵ. 해석 결과

① 수위별 15°이상 문을 개방하기 위해 필요한 수직 방향 힘 (❸ 접촉면)

해석 결과, 50cm에선 100kPa, 60cm에서는 120kPa의 힘이 있어야 문을 15° 이상 열 수 있다. 70cm와 80cm는 각각 150kPa, 190kPa이 필요하다. 접촉면의 작용면적이 0.01m2이므로 80cm 기준 1900N이 필요하고, 이를 무게로 환산하면 약 193.68kg이다. 본 프로젝트에서 사용하는 유압잭이 최대 5ton까지 견딜 수 있으므로 80cm의 물도 충분히 밀어낼 수 있음을 확인할 수 있다.

② 같은 수위, 같은 힘에서 접촉면 높이에 따른 개방 각도 변화

해석 결과, 같은 힘을 가할 때 접촉면에 높이에 따른 차이는 크게 없는 것으로 나타났다. 수압이 문의 아래쪽을 향하기 때문에 아래쪽에 힘을 줄수록 문이 더 잘 열릴 것으로 예상하였으나 그렇지 않다. 그 이유는 접촉면 높이가 바뀌어도 회전축까지의 거리가 바뀌지 않으므로 회전하는 데에 크게 영향을 미치지 않기 때문이다. 하지만 이것은 힘이 문에 대해 수직방향일 때만 해당된다. 실제 유압 장치는 문에 비스듬하게 힘을 주므로 실제 상황과 다르다. 때문에 아래 해석을 추가 진행하였다.

나. 문 개방 중 회전 각도별 접촉면의 미끄러짐 여부 확인

Ⅰ. 해석 모델 형상 

Fig.41에서 ⓑ는 문(ⓐ)과 직접 맞닿는 미끄럼 방지 패드이고, 그 위의 ⓒ는 유압잭과 연결하기 위한장치이다. 유압잭의 힘은 상부 고무블럭을 통해 미끄럼 방지 패드로 전달된다. 이 고무블럭 및 패드에 힘이 가해질 때 얼마나 미끄러지는지 확인하기 위해 최대한 모델을 단순화하였다.

문은 3.가에서 사용한 Aluminum alloy를 그대로 사용하되, 비선형 접촉 해석이므로 NL(non linear) 물성치를 사용한다. 미끄럼 방지 패드의 경우 판매 정보에 PVC Foam을 사용하였다고 하므로 그대로 사용한다. 마지막으로 상부 고무블럭의 경우 다양한 고무 재질 중 사용 모델과 가장 유사한 특성을 가진 재료인 Neoprene 고무를 사용한다.

Ⅱ. 물성치

Ⅲ. 메쉬 조건

Ansys mesh의 MultiZone과 Edge sizing 기능을 이용하여 문은 5*5*8(mm)의 직육면체 메쉬로 구성하였다. 미끄럼방지 패드와 상부 고무블럭 모두 같은 기능을 이용하였고, 둘 다 힘에 의해 변형될 수 있으므로 종방향으로 더 조밀하게 구성하였다. 미끄럼방지 패드는 5*5*1(mm), 고무블럭은 5*5*2(mm)이다.

총 노드 수는 169,935개이며 평균 1의 Orthogonal Quality를 가진다.

Ⅳ. 접촉 조건

본 해석 모델에는 총 2개의 접촉면이 있다. 문-미끄럼방지패드와 미끄럼방지패드-고무블럭이다. 후자의 경우 접착제를 통해 강하게 부착할 예정이므로 Bonded 조건을 적용하였다. 문-미끄럼방지패드는 마찰계수를 갖고 분리와 미끄러짐이 가능한 Frictional 조건을 적용하였고, 마찰계수는 SH서울주택도시공사에서 규정한 미끄럼저항계수(습윤 조건)인 0.9로 설정하였다.

Ⅴ. 경계 조건

경계조건을 정하기 위해서는 실제 장치의 접촉면의 최소 높이와 각도에 따른 압력에 대한 이론적 계산이 필요하다.

① 접촉면 최소 높이

상하부 고무블럭을 제외한 장치의 총 길이는 692.4mm이다. 마찬가지로 현관의 총 길이인 600mm에서 각 고무블럭을 제외하면 530mm이다. 따라서 유압작기를 당기지 않아도 515.553mm 아래로는 접착면을 댈 수 없다. 3.가에서는 수직방향으로의 힘만 구했으므로 높이에 따른 힘 효과가 큰 차이가 없었지만, 각도가 생기면 힘이 분산되어 문을 열기위해 더 큰 힘이 필요하다. 따라서 접촉면의 높이는 낮을수록 좋다. 하지만 본 프로젝트에는 접촉면의 최소 높이가 제한되어 있으므로 해당 높이에서 미끄러지지 않고 문을 열수 있는지 확인이 필요하다.

이를 확인하기 위해 문 개방각도가 0°, 5°, 10°, 15°에서 필요한 대각선 방향 힘의 크기와 접촉면의 미끄러짐을 관찰하였다.

(3) 문 개방각도별 힘 계산

미끄러짐을 관찰하기 위해서는 고무블럭에 실제 유압잭의 연결방향과 동일하게 압력을 주어야 한다. 본 계산은 3.가에서 구한 수위 70cm에서 수직방향 힘 150k을 기준으로 구하였으며, 고무블럭의 수직방향에 150k를 가할 수 있는 대각선 방향 힘을 구하였다. Fig.43은 5° 개방 시 계산 과정의 예시를, 아래의 Table은 이를 통해 구한 개방각도별 좌표방향 힘을 나타낸다.

위 계산을 기반으로 선정한 경계조건은 다음과 같다.

Ⅵ. 해석 결과

해석결과, 본 조건에서 문을 여는 동안 접촉면의 미끄러짐은 발생하지 않는 것으로 나타났다. 0°에서 최대 약 5mm의 미끄러짐이 발생하기는 하나 매우 작은 값이고, 힘을 직접적으로 받는 고무블럭의 변형일 뿐 실제 접촉하고 있는 미끄럼방지 패드에서 발생하는 변형이 아니다. 따라서 접촉면적의 최소 높이에서 힘을 주어 문을 열어도 미끄럼 없이 문을 열 수 있다.

상세설계 내용

가. 조립도

Ⅰ. 제품 최종 모델

Ⅱ. 조립도

나. 조립순서

다. 부품도

1) 하부 고무블럭

가로160 X 세로100 X 두께60 의 크기를 갖는 위 고무블럭은 직경31의 구멍이 뚫려 하부 유니버셜 조인트와 결합된다. 결합된 고무블럭은 하부지지대로 사용되어 유압잭 동작시 현관턱 방향으로 밀리는 충격을 흡수함과 동시에 유압잭이 뒷방향으로 밀리는 상황을 방지한다.

2) 하부 유니버셜 조인트

외경33 X 내경18 X 전체 길이81 X 핀 직경17의 크기를 갖는 하부 유니버셜 조인트는 아래쪽은 하부 고무블럭과 끼워지고, 윗쪽은 유압잭의 하부 브라켓에 고정되어 유압잭 작동시 하부의 각도변화에 대응하는 하부연결부의 역할을 수행한다.

3) 하부 볼트&너트

직경 16의 크기를 갖는 하부 볼트와 하부 너트는 하부 유니버셜 조인트와 유압잭 하부 브라켓의 핀 구멍(직경17)에 끼워져 하부연결부를 고정시키는 역할을 한다.

4-1) 유압잭 하부 브라켓

가로120 X 세로120 X 돌출부 안쪽거리34 X 돌출부 직경17의 크기를 갖는 유압잭 하부 브라켓은 하부 유니버셜 조인트가 삽입되고 하부볼트와 하부너트로 결합되어 유압잭과 하부연결부를 연결하는 역할을 한다.

4-2) 유압잭

유압잭의 최소길이는 610이며 최대길이는 1110이다. 유압잭의 상부 램은 직경28이며, 측면 구멍의 직경은 17이다. 상부 램은 상부 유니버셜 조인트와 결합되어 문을 미는 힘을 전달한다.

5) 상부 볼트&너트

직경 6 (또는10)의 크기를 갖는 상부볼트와 상부너트는 상부 유니버셜 조인트와 유압잭 상부 램의 핀구멍(직경6)에 끼워져 상부연결부를 고정시키는 역할을 한다.

6) 상부 유니버셜 조인트

외경51 X 내경30 X 전체 길이122 X 핀 직경11.5의 크기를 갖는 상부 유니버셜 조인트는 아래쪽은 유압잭 상부 램에 끼워지진 채 상부볼트와 상부너트로 결합되고, 위쪽은 상부 고무블럭에 끼워지게 되어 유압잭 작동시 상부의 각도변화에 대응하는 상부연결부의 역할을 수행한다.

7) 상부 고무블럭

가로160 X 세로100 X 두께60의 크기를 갖는 위 고무블럭은 직경49의 구멍이 뚫려 상부 유니버셜 조인트와 결합된다. 결합된 고무블럭은 상부지지대로 사용되어 유압잭 동작시 상부 램이 신장됨에 따라 같이 신장되어 문을 밀게되는 역할을 수행한다.

8) 미끄럼방지 패드

가로80 X 세로80의 크기를 갖는 미끄럼방지판은 상부 고무블럭에 본드로 부착되어 유압잭 작동시 문을 미는 과정에서 발생할 수 있는 미끄러짐에 대응한다.

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

가. 프로토타입 사진

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

[경량화]

현재 프로토타입의 경우, 시중의 유압잭을 사용하여 무게가 약 10kg으로 힘이 약한 노인이 사용하기에는 어려울 수 있다. 유압잭을 본 목적에 맞게 경량화 하여 제작한다면, 좀 더 다양한 사람이 사용할 수 있을 것으로 예상된다.

[효율적인 힘의 전달]

길이가 긴 유압잭을 사용하기 때문에 기울어진 채로 문에 부착하여 작동한다. 이에 따라, 힘의 전달이 문을 미는 방향과 문의 수직 방향으로 분산된다. 특히 문의 수직 방향으로의 힘 때문에 제품의 접촉면이 들뜨는 부작용이 발견되었으며, 이를 방지하기 위해 사용자가 제품을 아래로 누르는 힘을 가하며 작동하였다.

이와 관련하여, 제품이 문을 미는 것과 동시에 접촉면이 아래로 수직 이동하는 구조를 추가하거나, 유압잭 본체의 길이를 적절하게 줄여서 기울어진 각도를 최소화 한다면 힘의 전달을 보다 효율적으로 할 수 있을 것이다.

특허 출원 내용