"2조-The mechanics"의 두 판 사이의 차이

2025년 3월 12일 (수) 05:32 기준 최신판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 스프링을 활용한 우산빗물제거기

영문 : Appratus for removing raindrops of umbrella by using spring

과제 팀명

The mechanics

지도교수

황면중 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 2015XXX0** 이**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 2015XXX0** 신**

서울시립대학교 기계정보공학과 2016XXX0** 이**

서울시립대학교 기계정보공학과 2018XXX0** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

우산을 펼친 상태에서 이용자가 우산을 기기 정중앙에 고정한 후 우산을 위아래로 쓸어내리면서 타올이 물기를 제거하는 방식의 빗물제거기를 개발한다. 2,3단 우산도 접히는 부분의 물기를 제거할 수 있고 한 번에 많은 물기를 제거하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

지난 2020년 정부는 환경보호를 위해 대규모 시설에서 일회용 비닐 우산 커버 사용을 금지하였다. 이로 인해 시설 관리자들은 우산 빗물제거기를 도입해야 하였다. 하지만 우산빗물제거기는 물기를 잘 제거하지 못해 이용자들도 잘 사용하지 않고 관리자들도 비싼 제품 비용과 물기 제거능력 부족으로 도입을 꺼리고 있는 상황이다. 따라서 효율적이면서 가격이 저렴한 우산빗물제거기 도입이 필요하다.

기존 제품의 문제점과 해결방안

첫번쨰, 기존 빗물제거기는 접는 우산을 닦지 못한다. 기존 제품은 우산을 접은 상태로 물기를 제거한다. 즉 접힌 안쪽 면은 빗물을 제거할 수 없다. 특히 2,3단우산의 경우 안으로 접힌 절반가량의 면적은 물기제거가 절대 불가능하다. 장우산의 경우에는 우산을 회전하며 닦는다면 물기 제거는 할 수 있으나 시간이 많이 소모되게 된다. 바쁜 출근 시간에 그런 불편함을 감수할 사람은 많지 않을 것이다. 사진에서 파랑색 부분이 전체 우산 면적 중 물기제거 가능한 부분, 빨강색 부분이 물기제거가 불가능한 부분이다.

따라서 우산을 펼친 상태에서 물기를 제거할 수 있다면 한 번에 넓은 면적의 물기를 제거할 수 있다.

두번째, 기존 제품은 한번에 물기 제거하는 면적이 너무 적다. 물기제거 타올이 좌우에만 설치되어 있어 앞뒤는 물기제거가 불가능하다. 또한 우산의 접힌 크기에 비해 양 타올 간 간격이 넓어서 한쪽면만 실질적으로 기능하며 우산 손잡이 부근의 일부분만 물기제거가 가능하고 아래쪽은 거의 물기 제거를 못하게 된다. 잉여부분이 많이 발생하게 되는 것이다. 사진에서 파랑색 부분이 전체 타올 면적 중 물기제거역할을 하는 부분, 빨강색 부분이 물기제거 역할을 못하는 부분이다.

따라서 우산 전체 면적을 타올이 밀착하여 감싼다면 한번에 많은 면적의 물기제거가 가능하다.

마지막으로, 기존 제품은 가격이 너무 비싸다. 우산빗물제거기의 가격은 네이버 쇼핑기준 최저가 30만원 보통 40만원에 가격이 형성되어 있다. 그 이유는 타올의 가격이 비싸기 때문이다. 타올의 경우 네이버 쇼핑기준 80cmx80cm 크기가 15만원 대로 형성되어 있다. 이로인해 시설 관리자들은 물기제거기 도입에 부담감을 느낄 수밖에 없다. 따라서 잉여 부분을 줄일 수 있다면 비용 절감이 가능하다. 필요한 면적의 타올만 설치한다면 저렴하게제품을 만들 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

1. 한번동작시 물기를 제거하는 양을 전체 면적의 80% 이상으로 한다.

타올이 우산에 최대한 많이 접해야 한다. 우산을 펼친 상태에서 이용하는 것을 목표로 하였으므로 우산과 형태가 유사한 반구 형태의 타올을 만든다면 물기제거능력을 높일 수 있다.

2. 2,3단 우산과 같이 접는 우산도 물기 제거가 가능토록 한다.

우산을 펼친 상태에서 물기를 제거해야 2,3단 우산도 물기 제거가 가능하다. 또한 장우산과 2,3단 우산은 우산을 펼쳤을 때 곡률이 다르므로 우산 종류와 상관없이 물기제거가 가능하려면 타올이 곡면에 맞게 자유롭게 구부러질 수 있어야 한다.

3. 제품 생산에 30만원 미만의 비용이 소모되도록 한다.

비용 상승의 주 원인이 되는 극세사 타올의 면적을 줄이면 제품 비용을 줄일 수 있다. 또한 타올을 탈부착 가능케하여 리필을 통해 장치 유지보수 비용을 줄이도록 한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

*전 세계적인 기술현황

1) 제품현황

해외에선 우산빗물제거기는 잘 사용하지 않는 것으로 보인다. 그 이유는 우리나라와 달리 일회용품 규제가 이루어지지 않아 우산 비닐을 주로 사용하여 제품 개발의 동기가 부족하기 때문으로 생각된다. 실제로 Google Patents 을 통해 특허 등록건수를 살펴보면 우리나라가 과반수를 차지한다. 우리나라의 경우 사진과 같은 형태의 우산빗물제거기가 대부분을 차지한다. 양쪽판에 타올을 달아 이용자가 우산을 쓸면서 물기를 제거하는 방식이다. 초기에는 타올로 스펀지 등을 이용했으나 수분 흡수력이 떨어져 최근 제품들은 극세사 타올를 이용하여 수분 흡수력을 높이는 추세이다.

2) 빗물 제거 방식 비교

1. 닦는 방식

천으로 표면을 닦아내어 물기를 제거하는 방식이다. 전체 표면을 닦는다면 물기를 확실히 제거할 수 있으나 다소 시간이 걸리고 닦을수록 천의 물기를 머금는 능력이 떨어지게 되어 효과가 떨어진다.

2. 말리는 방식

바람으로 물기를 날려버리면서 열기로 기화를 유도하여 물기를 제거하는 방식이다. 확실하게 물기를 제거할 수 있으나 전원공급 장치가 필요하며 다소 시간이 걸린다.

3. 털어내는 방식

우산을 접었다 펴는 것을 반복하여 물기를 제거하는 방식이다. 별다른 도구 없이 이용자 스스로 물기를 제거할 수 있으나 제거능력이 다소 떨어진다.

*특허조사 및 특허 전략 분석

특허조사

우리나라가 제품개발에 가장 적극적인 나라이기 때문에 Google Patets 검색결과 유의미한 해외 특허는 찾을 수 없었다. 특허청 특허정보검색서비(KIPRIS)를 통해 개발 제품과 관련 있는 특허를 조사하였다.

특허전략

1) 특허 등록 가능성 검토

1. 산업상 이용가능성 검토 개발과제는 현재 기술로 충분히 제작할 수 있어 산업상 이용가능성을 만족한다

2. 신규성 만족여부 신규성은 개발과제와 동일한 발명이 출원전에 공지되지 않으면 만족한다. 개발 과제는 우산을 펼친 상태에서 물기를 제거하는 방식이므로 우산을 접어서 물기를 제거하는 1,2번 특허와 기술적 구성이 다르다. 또한 수직왕복운동으로 물기를 제거하는 개발과제와 달리 3번 특허는 회전운동으로 물기를 제거하는 장치이고 4번 특허는 우산이 고정된 상태이므로 양 발명이 동일하다고 볼 수 없어 신규성을 만족한다.

3. 진보성 만족여부 진보성은 구성의 곤란성을 중심으로 효과를 참작하여 판단한다. 구성의 곤란성은 시중에 알려진 선행 발명을 가지고 개발과제를 통상의 기술자가 쉽게 고안할 수 없어야 한다는 의미이다. 1,2번 특허는 천으로 표면을 닦는다는 점에서 개발과제와 유사하지만 개발과제와 달리 천이 고정되어 있다. 3번 특허는 브러쉬가 회전하는 반면 개발과제는 브러쉬가 표면을 쓸게 되며 4번 특허는 히터와 송풍팬을 이용하여 개발과제와는 구성이 완전 다르다. 따라서 선행특허를 통해 개발과제를 떠올릴 수 없을 것이므로 진보성을 만족한다.

따라서 개발과제는 신규성 및 진보성을 만족하여 특허등록에는 문제가 없을 것으로 예상된다.

2) 침해주장시 조치

만약 표에 있는 선등록 특허권자가 침해를 주장한다면 전략은 다음과 같다.

1. 비침해 답변서 제출: 개발과제는 신규성 진보성을 갖추어 선행특허의 권리범위에 속하지 않아 비침해임을 주장한다.

2. 통상실시권 설정: 로열티를 지불하고 통상실시권 계약을 체결하여 특허를 실시한다

3. 이용관계주장: 개발 과제는 선등록 특허권의 요지를 포함하고 새로운 기술적요소를 부가한 이용관계(특허법 제 98조)임을 입증하여 상호 라이선스 및 통상실시권허락심판(특허법 제 138조)을 청구한다.

4. 선등록 특허권 소멸: 무효, 취소심판 청구로 특허권을 소멸시킨다.

5. 특허권 양수: 선등록 특허권을 양수한다.

• 기술 로드맵

1. 초기 수동형 방식 (2000년대 이전) 바닥 매트와 걸레 방식: 대부분의 초기 빗물 제거기는 건물 입구나 출입구 근처에 깔린 바닥 매트를 사용해 우산의 빗물을 흡수하는 방식이었다. 사용자들이 우산을 직접 매트에 비비거나 걸레로 닦는 방식이 대중적이었다.

우산 털이통: 대형 원통에 우산을 흔들어 물기를 제거하는 방식이다. 지하철역에서 주로 볼 수 있었으며 별도의 물기 흡수 기능이 없어 물기 제거 능력 부족으로 자취를 감추게 되었다.

2. 자동 비닐 포장기 (2000년대 ~2010년대) 비닐 포장기: 2000년대 초반부터 등장한 자동 우산 비닐 포장기는 대형 마트, 쇼핑몰, 오피스 빌딩 등의 입구에서 흔히 볼 수 있었다. 사용자가 우산을 비닐 포장기에 넣으면 자동으로 얇은 비닐이 씌워지며 빗물을 방지하는 방식이다. 이 방법은 비교적 저렴하면서도 손쉬워 널리 확산되었다.

단점: 비닐 포장 방식은 1회용 플라스틱 사용으로 환경 문제를 유발하여 점점 비판을 받게 되었고, 지속 가능한 대체 기술의 필요성이 대두되었다.

3. 타올로 닦아내는 방식(2010년대 중반 이후) 현재 공공시설에서 가장 많이 볼 수 있는 방식이다. 양쪽 판에 붙은 타올에 우산을 앞뒤로 쓸어서 물기를 닦아내는 방식이다.

단점: 꽤 비싼 비용과 물기를 효과적으로 제거하지 못한다.

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

• 마케팅 전략 제시

1) SWOT 분석

2) SWOT 전략

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

기존 제품은 접는 우산의 경우 접힌 부분은 못 닦는 경우가 많았는데 개발과제를 통해 2,3단 우산도 물기제거를 가능케하여 장치의 범용성을 넓힌다. 물기제거 능력의 향상을 도모하여 이용자들의 적극적인 제품 사용을 유도한다. 이를 통해 물기제거 방식의 다양화를 고려한 제품 개발을 유도한다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

경제적 파급효과

정부의 일회용품 규제정책으로 대규모 시설에선 우산 비닐 대신 빗물제거기를 의무적으로 구비해야 한다. 따라서 도서관이나 대형마트 등에서 수요가 많을 것으로 기대된다. 기존의 우산빗물제거기는 과도한 비용으로 구매를 꺼리는 경우가 많았다. 개발과제는 비용을 절감하여 경쟁제품의 가격 절감을 유도한다. 또한 뛰어난 물기 제거력으로 우산이 바닥에 물을 흘리고 다니는 경우를 방지하여 바닥을 닦는 노동력을 절감하게 한다. 타올을 벨크로로 고정하여 탈부착 가능하게 하여 유지비용을 절감한다.

사회적 파급효과

물기제거 기능 강화로 이용자들이 깔끔하게 우산을 들고 이동할 수 있게 되어 불쾌지수가 높은 습한 환경에서도 쾌적함을 누릴 수 있게 한다. 빗물제거기의 가격 절감 유도로 빗물제거기를 의무적으로 구비할 필요 없는 소형 시설들도 제품 구매를 유도한다. 이를 통해 우산 비닐 사용 억제로 환경 보호에 보탬이 되도록 한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

목적계통도

설계 사양

개념설계안

가. 평가 기준 및 내용

1) 닦는 방식 선정(빨간선은 타올, 파란선은 작동반경을 의미함)

평가기준: 3단우산 및 우산 곡률과 무관하게 물기 제거 가능해야함.

우산 손상 염려가 적으며 곡률에 맞게 면이 회전하여 3단 우산도 어느정도 닦을 수 있는 반구형을 선택한다

(2) 반구형태선정

평가기준: 곡률에 상관없이 우산표면을 닦을 수 있어야 한다.

완전한 구는 장치보다 지름이 큰 우산 사용시 아래 그림과 같이 우산이 중간에 막혀서 우산과 장치의 간격이 굉장히 커져서 우산에 타올이 닿지 못할 수 있다. 따라서 너비를 줄일 수 있고 곡률에 맞게 타올면이 회전가능한 잘라진구를 선택한다.

(3) 타올종류

평가기준: 물기제거력 및 빨리 마르는 능력을 고려한다.

물기제거력이 좋고 빨리 마르는 극세사털을 선택한다.

나. 평가 결과

이론적 계산 및 시뮬레이션

가. 이론적 계산

우산 안정성 평가 우산살이 견디는 하중을 측정하기 위한 실험을 진행하였다. 프레임간 연결부위에 하중을 달아 우산살이 파손이 일어나는 하중을 측정한 결과 우산살은 하중이 2kg 초과시 파손이 일어났다.

한쪽 곡면에 부착하는 스프링의 수는 18개이고 스프링 상수는 0.2(N/mm)이다. 따라서 스프링의 반발력을 계산하면 사람이 우산을 누르는 힘에 의해 스프링 하나에 전달되는 힘은 7.8/18=0.43kgf이고 스프링에 의한 반발력은 후크의 법칙을 통해 구한다

따라서 용수철에 의한 반발력은 용수철이 최대로 압축한다고 가정해도 그 최대값이 스프링상수를 곱한 0.086kg/f이다. 따라서 2kgf보다 작으므로 제품 사용시 우산살이 파손될 염려는 없다.

나. 시뮬레이션

장치 안정성 평가 Ansys 2024 버전으로 해석을 진행하였다.

1) 전처리 과정

1.물성치

2. mesh 조건

곡면의 경우 5*5*5(mm)의 element size로 설정하였다. 힌지는 하중을 집중해서 받으므로 더 조밀하게 구성햐였다. 총 mesh수는 510943개 mesh의 품질을 나타내는 skewness는 0.357로 신뢰할 만하다.

3. 경계조건

곡면: pressure(균일 분포 하중을 가정) 힌지: cylindrical support(radial: fixed, axial: fixed, tangential: free) 지지대: displacement(x,y component=0) 판: fixed support

2) 해석진행

성인 남성이 우산을 누르는 힘을 체중계로 측정했을 때 약 7.8kgf으로 측정되었다. 따라서 한 곡면에 작용하는 힘은 7.8kgf이다. 균일분포하중을 가정하여 7.8kgf이 한쪽 곡면 전체 면적(3505〖cm〗^2)에 작용하는 평균 압력은 0.00228(kgf/cm2)=223.6(Pa)이다.

최대응력은 51826pa(=0.052Mpa)에 불과하여 취약부에서도 매우 미미한 응력이 발생하였다. 안전계수는 모든 부분에서 10 이상으로 예상되어 안정성을 확보하였다. 최대변형률의 경우도 3.54x10^(-9)m 로 매우 미미하였다.

상세설계 내용

가. 곡면 설계

1. 표본선정 및 치수 측정

우산의 크기는 3단우산(90~100cm), 일반우산(95~105), 대형우산(110~120)으로 다양하다. 대형우산 크기에 맞춘다면 제품의 크기가 너무 커져 사용하기 불편해진다. 따라서 일반적으로 가장 많이 사용하는 3단우산 및 일반우산의 크기를 기준으로 표본을 선정하였다. 표본 중 3단우산의 직경(95cm), 일반우산의 직경(105cm)을 선정하였다. 각 우산종류마다 곡률의 각도가 다른 2개의 모델을 선정하였다.

우산의 치수는 일반 우산의 경우 곡선 그래프 2개로 표현하여 함수로 나타내었고 3단우산의 경우 직선 2부분으로 나누어 각도기로 각도를 측정하고 비례식을 통해 길이를 구하였다.

아래는 한 표본의 예시이다.

일반우산: x=-28.28427~28.28427) y= -0.007x², x=그외) y= -0.0095x²+ 2

3단우산: 중심부) 길이65cm 각도 8도, 바깥부) 길이 42cm 각도 46도

2. 장치 직경 및 각도 결정

앞서 언급한 바와 같이 가장 많이 사용하는 3단우산 및 일반우산의 직경을 모두 수용할 수 있는 106cm로 결정하였다. 물론 후에 언급할 힌지의 역할로 그보다 큰 우산도 수용가능하다. 각도는 일반우산의 경우 완만한 곡선으로 닦는데 큰 어려움이 없으나 3단우산은 곡면이 꺾이는 부분의 존재로 각도가 급격히 변한다. 그 부분을 해결해야한다. 따라서 3단 우산 표본의 각도는 중심부 8도 바깥면 46도 이므로 표본을 완전히 포함할 수 있는 각도를 선정하였다. 중심부 6도 바깥면 45도이다.

3. 우산과의 간격 측정

우산마다 크기와 곡률이 다르므로 관건은 장치의 타올을 설치했을 때 타올이 모든 우산에 닿아서 물기를 닦을 수 있느냐이다. 장치와 우산의 간격이 가장 큰 경우에도 충분히 타올이 닿을 수 있다면 성공적인 설계일 것이다. 표본으로 선정한 우산을 3d로 모델링하여 간격을 측정하였다. 일반적으로 3단우산이 일반우산의 비해 크기가 작고 각도가 가파르므로 3단우산이 일반우산 안으로 들어가는 형태이다. 3단우산 중 각도가 가장 가파른 표본과 일반우산 중 각도가 가장 완만한 조합에서 우산간 간격이 최대가 될 것이다. 다른 경우들은 이 조합보다는 간격이 작을 수밖에 없으므로 이 조합을 기준으로 타올이 우산 곡면을 닦을 수 있게 설계하였다. 곡면의 중심부길이는 29cm 가장자리 길이는 34cm였을 때 우산과의 최대 간격이 가장 작았고 그 값은 약 4.2cm였다. 이정도 간격은 타올과 스프링으로 메꿀 수 있다.

4. 곡면 면적 각도 선정

곡면 면적의 각도에 의해 장치가 한 번에 닦을 수 있는 우산면적이 정해진다. 또한 장치의 가로 너비도 정해진다. 곡면 면적 각도가 작을수록 너비와 타올면적이 주는 장점이 있지만 한번에 물기를 닦는 면적이 주는 단점이 발생하기 때문에 한번에 최소한 전체면적의 1/4을 닦을 수 있도록 선정한다

너비와 타올면적을 줄이면서도 한 번에 1/3가량 닦을 수 있는 120도를 선택한다

5. 곡면 기울어진 각도 선정

0도일 경우 팔을 90도로 들면서 중력에 의한 우산의 모멘트의 크기가 최대가 되므로 장치 사용시 힘이 많이 들어가야 한다. 90도의 경우 우산이 이용자 다리에 닿아 불편하다. 가장 편하게 장치를 이용할 수 있는 각도는 45도 근방이다.

나. 타올 설계

1. 털길이

기존 제품에 사용되는 타올은 털 길이 4cm로 긴 편이지만 80cm x 80cm 크기의 가격이 15만원으로 고가이다. 털길이가 길수록 물기제거에 용이 하지만 제작비의 제한으로 40cm x 12cm 크기에 1000원으로 가격이 저렴한 털 길이 2cm 타올을 사용하기로 한다.

2. 타올크기

타올은 원형의 가까울수록 우산과 밀착하여 물기를 잘 닦을 수 있다. 따라서 타올을 크게 잘라서 붙이기 보다는 직사각형으로 얇게 잘라 붙여 원형에 가깝게 만든다.

3. 부착방식

우산이 완전한 구형이 아니기 때문에 타올의 모든 면이 골고루 물기를 흡수하는 것이 아니라 우산에 가장 밀착된 부분이 물기를 대부분 흡수하게된다. 따라서 벨크로를 통해 타올을 탈부착 할 수 있게 하여 많이 젖은 부분만 따로 타올을 교체할 수 있게 한다. 스프링타올이 비싼데도 전체 타올을 한꺼번에 갈아줘야 했던 기존제품에 비해 필요한 부분만 바꿀 수 있기 때문에 유지보수 비용이 적다는 장점이 있다. 타올 양끝에 벨크로를 부착하여 스프링위에 얹어 곡면을 감싼 후 곡면 뒤 벨크로에 붙여 고정한다.

다. 스프링 설계

1. 스프링 상수

스프링 상수가 크다면 스프링의 반발력에 의해 우산이 받는 힘이 커져 우산이 망가질 수 있으므로 스프링상수는 최대한 낮은 0.2N/mm, 0.4N/mm 제품을 선택한다.

2. 스프링 길이

곡면과 우산과의 최대간격은 4.2cm이고 타올 털의 길이는 2cm, 털이 구부러질 경우 1cm 이기 때문에 털이 구부러질 경우를 대비하여 높이 최소 3.2cm이상의 스프링이 필요하다. 간격이 작은 부분은 3.5cm 큰 부분은 5.5cm의 스프링을 사용하였다.

3. 스프링 위치

곡면 중 간격이 큰 부분은 긴 스프링을, 간격이 작은 부분은 짧은 스프링을 부착하여 최대한 우산에 타올이 밀착할 수 있도록 한다. 또한 스프링의 개수가 늘어날수록 반발력이 커지기 때문에 개수는 최소한으로 선정하여 18개를 부착하였다.

다. 힌지 설계

1. 힌지 역할

힌지를 부착한다면 곡면이 축회전하며 힌지 양쪽의 간격을 거의 동등하게 만들 수 있다. 따라서 힌지를 부착하지 않을 때 보다 타올과 우산의 최대간격을 줄이는 효과가 있다.

2. 힌지 위치

힌지의 위치는 곡면의 무게중심 부근에 위치하도록 한다.

3. 작동방식

사진에 파란색으로 표시한 맨위 볼트는 스토퍼의 역할을 한다. 빨간색으로 표시한 건 스프링이다. 힌지 내부에 스프링 상수가 강한 대형 스프링 1개, 외부에 소형 스프링 1개를 부착하여 우산을 쓸어내리는 힘에 의해 곡면이 아래로 회전한 후 원래 위치로 복귀할 수 있도록 하였다.

라. 지지대 설계

지지대의 높이는 곡면의 중심부(우산 끝부분)의 위치에 의해 결정된다. 성인 남성 기준으로 우산을 45도로 들었을 때 평균적인 우산 끝부분의 위치는 지면에서 55cm 였다. 따라서 곡면중심부가 55cm 떨어져 있고 곡면이 45도 기울어 졌다고 본다면 지지대의 높이를 결정할 수 있다

마. 밑판 설계

지지대 고정 방안은 A안, B안 2가지가 있다. 사람이 우산을 누르는 힘은 E-W 방향이기 때문에 지지대에 전달되는 힘도 E-W 방향이다. B안의 경우 밑판에 E-W 방향의 브라켓이 존재하지 않으므로 하중을 제대로 지탱하기 어렵다. 따라서 A안을 선택한다.

조립/부품도

조립도

가. 조립도

나. 조립순서

1. 알루미늄 프로파일을 브라켓으로 연결하여 밑판을 만든다

2. 지지대와 밑판을 브라켓으로 연결한 후 너트로 고정시킨다

3. 지지대에 힌지를 볼트 너트로 고정시킨다

4. 힌지에 곡면을 볼트 너트로 고정시킨다.

5. 곡면에 스프링을 부착한다

6. 스프링 위에 타올을 얹어 곡면을 전체적으로 감싼 후 벨크로로 고정한다.

부품도

자재소요서

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

1. 물기제거정도 측정방법

물방울의 면적을 측정하기는 어려우므로 장치로 우산을 닦은 후 휴지를 얹어 물방울의 분포를 파악한 후 휴지를 작은 정사각형으로 나누어 물방울이 절반 이상 사라진 사각형의 수로 면적을 대신 파악하였다.

사람들이 제품을 이용할 떄 평균적으로 우산을 터는 횟수인 3회 작동 후 기존제품의 경우 약 30%(=45/150), 제작제품은 약 93%(=140/150)의 물기제거력을 보여주었다.

2. 종합평가

한번 작동시 물기제거정도를 제외한 항목은 모두 목표를 달성하였다. 기존 제품 대비 물기제거력은 훨씬 뛰어난 모습을 보였다. 또한 물기 제거를 위한 작동횟수도 3회/10초 정도로 큰 시간이 소요 되지 않아 실사용에 충분한 수준을 보여줬다. 또한 기존보다 타올 면적을 절반이상 줄인 것은 비용 절감에 큰 도움이 될 것이다.

하지만 기존 계획인 손목을 돌리는게 아닌 위아래로 쓸어내리는 방식일 경우 아래로 쓸어내릴 때 우산 꼬투리에 아랫 곡면이 걸리게 되어 작동반경이 제한되고 소음이 나는 등 사용감이 떨어지게 되었다. 불가피하게 곡면을 한쪽 밖에 달 수 없게 되었다. 결국 한번에 닦을 수 있는 면적이 절반으로 줄어든 것은 아쉬움으로 남는다

향후계획

길이가 길면서도 낮은 스프링 상수를 갖는 스프링을 찾아낸다면 우산과 타올이 더욱 접할 수 있어 물기제거력을 향상시킬 수 있다. 그러한 스프링을 우산과 타올의 간격이 큰 부분에 기존 스프링 대신 설치할 계획이다.

원래 계획인 손목을 돌려서 물기를 닦는 방식도 가능하도록 하여 이용자 기호에 맞게 쓸어내리거나 손목을 돌려서 닦는 등 닦는 방식을 선택할 수 있게 만들 것이다.

특허 출원 내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

1.“우산빗물제거기 취지는 좋지만 효율성 떨어져”, 류밀희, TBS, http://tbs.seoul.kr/news/newsView.do?seq_800=10356853&typ_800=7

2. “1회용 비닐 대신 우산빗물제거기 설치한 서울시, 성능 때문에 고민”, 뉴데일리, 김태영, https://www.newdaily.co.kr/site/data/html/2018/04/23/2018042300059.ht

3.” 우산 빗물제거기, 외면받는 이유”, 김지현, 금강일보, https://www.ggilbo.com/news/articleView.html?idxno=92449

4. 앞으로 야구장 플라스틱 응원봉·백화점 우산 비닐금지, 김백상, 부산일보, https://www.busan.com/view/busan/view.php?code=2022082417221416791

5. Google Patents, https://patents.google.com/

6. 특허정보검색사이트, KIPRIS http://www.kipris.or.kr/

7. 온라인각도측정사이트 https://www.ginifab.com/feeds/angle_measurement/online_protractor.ko.php

8. 온라인그래프그리기사이트 https://www.desmos.com/calculator

9. 테마특허법, 2023, 박지환, 메가엠디

10. 핵심재료역학, 2022, James. M. Gere

11. Ansys workbench를 활용한 유한요소법 이해 및 활용, 2018, 신광복

관련특허

1. 우산 빗물 제거기(등록번호: 1011732370000)

2. 접이식우산용 빗물제거장치(등록번호: 1011412870000)

3. 우산 빗물 제거 장치(등록번호: 1023244230000)

설계구성요소 및 제한요소