방법론
자동차 주유구 뚜껑을 간편하게 동작시키는 형상 기억 재료
design
2008. 7. 28. 22:57
트리즈 마스터들이 주로 도출하는 아이디어 중 하나로 형상기억합금을 활용한 것이 있다.
형상기억합금을 활용하면 온도라는 속성을 이용해서 발명원리 25번 셀프 서비스를 자연스레 구현할 수 있기 때문이다. 물리적 모순 측면에서 바라보면, 시간적 분리를 적용한 것으로도 해석할 수 있다.
하지만, 실제 이러한 아이디어를 적용하는데에는 난관이 하나 존재하는데 그것은 원가라는 것이다.
아이디어는 훌륭하지만 형상기억합금이 대체로 비싸기 때문에 생각보다 그리 널리 적용되어있지는 않은 형편이다.
다음에 소개하는 사례는 형상기억합금 와이어 하나로 주유구 뚜껑을 열 때 사용하는 여러 메커니즘을 대체하는 사례에 해당한다. 아직 완벽한 해결책이라고 볼 수 없지만(본문 마지막에도 몇 가지 단점이 열거되어 있고, 우리나라의 경우 8월의 찜통더위 상황에서는 주유 뚜껑이 저절로 열려버리는 문제가 발생할 수도 있지 않을까하는 생각도 든다.) 신선한 아이디어 중 하나로 생각한다.
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자동차의 연료 탱크를 채우기 위해 운전자는 통상적으로 차량 내부에 있는 버튼을 눌러서 주유구 뚜껑을 열어야 한다. 실제적인 해제는 소형 서보 모터, 몇 개의 톱니바퀴, 여러 가지 스프링 등을 포함하여 10여 개 이상의 부품들이 모여서 수행되고 있다.
그런데 이러한 복잡한 메커니즘은 앞으로 크게 단순화될 것으로 보인다. 독일 프라운호퍼 공작기계 및 성형 기술 연구소(Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology)의 귄터 나우만(Gunther Naumann) 박사 연구팀은 하나의 와이어만 있으면 충분히 주유구 뚜껑을 해제할 수 있는 메커니즘을 개발하여 주목을 받고 있다.
이러한 특별한 특징은 형상 기억 합금(SMA: Shape Memory Alloy)으로 만들어졌기 때문에 가능하다. 만약 형상 기억 합금이 최초로 변형되고, 후속하여 자기장에 노출되거나, 광 노출이 유지되면 원래의 형태로 돌아간다.
작동원리를 살펴 보면, 주유구 뚜껑이 잠긴 경우에 와이어를 통해 전류를 보내어 가열한다. 이렇게 상승된 온도는 형상 기억 합금이 원래의 형상을 기억하게 만들어 수축하게 되고, 결국 주유구 뚜껑이 열리게 된다.
개발된 시스템은 여러 가지 장점을 가진다. 우선 기존의 시스템보다 평균 80% 정도 저렴하다. 와이어가 5g정도 나감에 따라 무게도 90%정도 절감될 수 있다. 보통의 서보 모터 하우징은 6cm×4cm×3cm 의 공간을 차지하지만, 와이어는 기존의 타이 로드(tie rod: 자동차를 조종하기 위해 앞 바퀴와 연결되어 방향을 바꿀 수 있는 막대)와 통합될 수 있기 때문에 실질적으로 추가 공간을 필요로 하지 않는다.
시작품이 이미 제작되었으며, 니켈-타이타늄 합금인 와이어는 미터 단위로 판매되고 있다. 이러한 와이어는 비록 하루에 두 번씩 10년간 주유구 뚜껑을 연다고 하더라고 이 시스템은 마모되지 않을 것이다.
이와 같이 형상 기억 합금을 이용하는 주유구 뚜껑 개폐장치는 기존의 모터 구동 장치가 가지는 복합한 구성의 단점을 극복하여 그 구조가 간단하고, 작동 소음이 없고, 경량 소형화가 가능하며, 경제성이 뛰어난 주유구 뚜껑 개폐 장치를 가능하게 할 것으로 기대된다.
그러나 트렁크나 차체의 시건 장치에 있어 형상 기억 합금의 정방향 구동에 의한 개문 작동은 가열에 의해 쉽게 구현될 수 있으나, 역방향 구동에 해당하는 폐문 작동은 냉각이 이루어지는 일정한 시간이 지난 후에 가능하기 때문에 이를 구조적으로 해결하거나 형상 기억 합금에 대항하여 탄성영역에서 변형되는 대항 물질을 이용하는 등의 방법으로 극복되어야 할 것이다.
http://radar.ndsl.kr/tre_ViewPop.do?ct=TREND&lp=SI&cn=GTB2008070434
형상기억합금을 활용하면 온도라는 속성을 이용해서 발명원리 25번 셀프 서비스를 자연스레 구현할 수 있기 때문이다. 물리적 모순 측면에서 바라보면, 시간적 분리를 적용한 것으로도 해석할 수 있다.
하지만, 실제 이러한 아이디어를 적용하는데에는 난관이 하나 존재하는데 그것은 원가라는 것이다.
아이디어는 훌륭하지만 형상기억합금이 대체로 비싸기 때문에 생각보다 그리 널리 적용되어있지는 않은 형편이다.
다음에 소개하는 사례는 형상기억합금 와이어 하나로 주유구 뚜껑을 열 때 사용하는 여러 메커니즘을 대체하는 사례에 해당한다. 아직 완벽한 해결책이라고 볼 수 없지만(본문 마지막에도 몇 가지 단점이 열거되어 있고, 우리나라의 경우 8월의 찜통더위 상황에서는 주유 뚜껑이 저절로 열려버리는 문제가 발생할 수도 있지 않을까하는 생각도 든다.) 신선한 아이디어 중 하나로 생각한다.
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자동차의 연료 탱크를 채우기 위해 운전자는 통상적으로 차량 내부에 있는 버튼을 눌러서 주유구 뚜껑을 열어야 한다. 실제적인 해제는 소형 서보 모터, 몇 개의 톱니바퀴, 여러 가지 스프링 등을 포함하여 10여 개 이상의 부품들이 모여서 수행되고 있다.
그런데 이러한 복잡한 메커니즘은 앞으로 크게 단순화될 것으로 보인다. 독일 프라운호퍼 공작기계 및 성형 기술 연구소(Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology)의 귄터 나우만(Gunther Naumann) 박사 연구팀은 하나의 와이어만 있으면 충분히 주유구 뚜껑을 해제할 수 있는 메커니즘을 개발하여 주목을 받고 있다.
이러한 특별한 특징은 형상 기억 합금(SMA: Shape Memory Alloy)으로 만들어졌기 때문에 가능하다. 만약 형상 기억 합금이 최초로 변형되고, 후속하여 자기장에 노출되거나, 광 노출이 유지되면 원래의 형태로 돌아간다.
작동원리를 살펴 보면, 주유구 뚜껑이 잠긴 경우에 와이어를 통해 전류를 보내어 가열한다. 이렇게 상승된 온도는 형상 기억 합금이 원래의 형상을 기억하게 만들어 수축하게 되고, 결국 주유구 뚜껑이 열리게 된다.
개발된 시스템은 여러 가지 장점을 가진다. 우선 기존의 시스템보다 평균 80% 정도 저렴하다. 와이어가 5g정도 나감에 따라 무게도 90%정도 절감될 수 있다. 보통의 서보 모터 하우징은 6cm×4cm×3cm 의 공간을 차지하지만, 와이어는 기존의 타이 로드(tie rod: 자동차를 조종하기 위해 앞 바퀴와 연결되어 방향을 바꿀 수 있는 막대)와 통합될 수 있기 때문에 실질적으로 추가 공간을 필요로 하지 않는다.
시작품이 이미 제작되었으며, 니켈-타이타늄 합금인 와이어는 미터 단위로 판매되고 있다. 이러한 와이어는 비록 하루에 두 번씩 10년간 주유구 뚜껑을 연다고 하더라고 이 시스템은 마모되지 않을 것이다.
이와 같이 형상 기억 합금을 이용하는 주유구 뚜껑 개폐장치는 기존의 모터 구동 장치가 가지는 복합한 구성의 단점을 극복하여 그 구조가 간단하고, 작동 소음이 없고, 경량 소형화가 가능하며, 경제성이 뛰어난 주유구 뚜껑 개폐 장치를 가능하게 할 것으로 기대된다.
그러나 트렁크나 차체의 시건 장치에 있어 형상 기억 합금의 정방향 구동에 의한 개문 작동은 가열에 의해 쉽게 구현될 수 있으나, 역방향 구동에 해당하는 폐문 작동은 냉각이 이루어지는 일정한 시간이 지난 후에 가능하기 때문에 이를 구조적으로 해결하거나 형상 기억 합금에 대항하여 탄성영역에서 변형되는 대항 물질을 이용하는 등의 방법으로 극복되어야 할 것이다.
http://radar.ndsl.kr/tre_ViewPop.do?ct=TREND&lp=SI&cn=GTB2008070434