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	===관련 기술의 현황===		===관련 기술의 현황===
	====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====		====관련 기술의 현황 및 분석(State of art)====
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	*전 세계적인 기술현황		*전 세계적인 기술현황
−	내용	+
		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	자성을 이용한 고정방식으로 간단하면서 고정하는 힘이 강한 방식이기 때문에 본 프로젝트에 참고할 수 있다.
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	*특허조사 및 특허 전략 분석		*특허조사 및 특허 전략 분석
−	내용	+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.
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		+	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.)
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		+	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.
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		+	2-3. 결론-전략
		+	만약 상하부 어느 하나라도 자석 방식을 통해 헤드부를 구성하고자 한다면,
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		+	① 4번 특허를 대상으로 무효심판을 청구하여 특허를 소멸시킨 후 실시하는 방안
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		+	② 위 특허에 대한 통상실시권을 설정 받아 실시료 지급 후 특허발명을 실시하는 방안
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		+	③ 위 특허를 이용하되 별도의 구성을 더 갖춘 특허권을 취득한다면 강제실시권(특허법 제138조) 또는 크로스 라이선스를 제안하는 방안
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		+	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.
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	*기술 로드맵		*기술 로드맵
−	내용	+	[[파일:Example.jpg]][[파일:Example.jpg]]
	====시장상황에 대한 분석====		====시장상황에 대한 분석====

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2022년 12월 19일 (월) 21:41 판

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.

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

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

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경제적, 사회적 기대 및 파급효과

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기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

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구성원 및 추진체계

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설계

설계사양

제품의 요구사항

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설계 사양

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개념설계안

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이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

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결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

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포스터

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관련사업비 내역서

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완료작품의 평가

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향후계획

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특허 출원 내용

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