작품번호

119

제32회 전국학생과학발명품경진대회

밀어서 열고 닫는양방향 문고리

출품분야 학생작품 출품부문 생활과학1

2010. 6. .

출품학생 최 유 경

지도교사 장 경 동

< 차 례 >

Ⅰ. 제작동기 ··················································································· 1

Ⅱ. 제작목적 ··················································································· 1

Ⅲ. 과학적 원리 탐구 및 선행연구 분석 ································· 2

1. 과학적 원리 탐구 ·················································································· 2

2. 선행연구 ·································································································· 4

3. 탐구과정 ·································································································· 8

Ⅳ. 작품의 제작 과정과 내용 ··················································· 13

1. 작품의 제작 기간 : 2009.11～2010.6(8개월) ····························· 13

2. 제작과정 ································································································ 14

Ⅴ. 제작결과 ················································································· 17

1. 작품의 특징 ·························································································· 17

2. 작품 후기 ······························································································ 18

Ⅵ. 활용 및 전망 ········································································· 19

<표 차례>

<표 1> 돌려서 여는 문고리의 원리 ······································································· 2

<표 2> 국립중앙과학관 검색 작품(여닫기 편리한 문고리) ······························ 7

<표 3> 특허정보 검색 작품(도어록) ······································································ 8

<표 4> 걸쇠의 방향과 손잡이 방향 구현 ··························································· 10

<표 4> 기어와 빗면을 이용한 힘의 방향 바꾸기 ············································· 11

<표 5> 걸쇠가 충분히 움직이게 하는 축의 모양 ············································· 11

<표 6> 작품 제작 기간 및 과정 ··········································································· 13

<표 7> 1차 작품 ······································································································· 14

<표 8> 2차 작품 ······································································································· 15

<표 9> 2차 작품 투시도와 설명 ··········································································· 16

<표 10> 최종 작품과 설치예 ················································································· 16

<그림 차례><그림 1> 탑블레이드 ································································································· 3

<그림 2> 돌려서 여는 문고리 ················································································· 4

<그림 3> 국립중앙과학관-검색어 ‘문고리’ ··························································· 4

<그림 4> 국립중앙과학관-검색어 ‘손잡이’ ··························································· 5

<그림 5> 국립중앙과학관-검색어 ‘현관문’ ··························································· 5

<그림 6> 네이버 전문정보 검색>특허/KS표준/특허실용-검색어‘도어래치’ ·· 6

<그림 7> 네이버 전문정보 검색>특허/KS표준/특허실용-검색어‘도어록’ ······ 7

<그림 8> 문고리의 구성 부품 ················································································· 9

<그림 9> 축바퀴의 원리 ··························································································· 9

<그림 10> 빗면 구조 ······························································································· 12

<그림 11> 최종 작품 설치 ····················································································· 17

1

Ⅰ. 제작동기

우리학교에는 농구부가 있어 나는 농구부 선수로 활동하고 있다. 어느 날 감독 선

생님 집에 초대받아 갔는데, 3살인 딸 쌍둥이의 아버지인 감독님은 쌍둥이를 두 팔

에 안고 현관문을 열려고 안간힘을 쓰셨다. 비밀번호를 입력하도록 되어있는 감독

님 댁의 현관문은 비밀번호를 입력한 후 곧바로 문을 열어야지 그렇지 않으면 곧

다시 잠기도록 되어있었다.

쌍둥이는 아빠한테서 내리려고 하지 않았고, 하는 수 없이 감독님께서는

“유경아 문 좀 열어줄래?” 하셨다. 결국 우리가 문을 열어드리고 나서야 쌍둥이를

안으신 감독님은 현관으로 들어설 수 있었다.

감독님 댁에서 재미있는 시간을 보냈지만, 머릿속에서는 계속 현관문이 맴돌았다.

‘현관문은 왜 돌려서 당기거나 밀어야 열릴까?’

‘두 손에 짐을 들고 있어도 편리하게 열 수 있는 현관문은 없을까?’

‘어떻게 하면 두손에 짐을 들고도 현관문을 편하게 열 수 있을까?’

온통 현관문 생각에 도대체 집중할 수가 없었다. 언젠가 농구공을 한꺼번에 여러

개를 들고서 운동기구 창고를 열려고 갖은 방법을 쓰다가 결국 농구공을 내려놓다

가 여기저기로 굴러간 농구공 때문에 힘들었던 생각도 났다.

그래서, 다음 날 발명교실을 운영하고 계시는 감독선생님께 여쭈어 보았다.

“선생님, 문고리는 왜 돌려서 열어야 돼요? 돌리지 않고 여는 문고리는 없어요?”

“문고리에는 걸쇠가 있어. 그런데, 그 걸쇠가 문을 문틀에 고정시켜주는 역할을 하

지. 그 걸쇠가 들어갔다 나왔다 하고 그 걸쇠를 움직이게 하는 데 아마 기어가 사

용될 것 같아. 그것은 유경이가 조사를 한번 해볼래? 만약, 돌리지 않고 여는 문고

리가 있다면 무척 편리하겠구나. 좋은 아이디어네!”

집에 와서 인터넷으로 문고리를 조사해보았더니, 기어가 사용되고 있고 그 기어를

‘래크와 피니언 구조’라는 어려운 이름으로 부른다는 것을 알게 되었다. 결국 그 기

어 때문에 문고리는 돌려서 열 수밖에 없었다.

궁금증은 풀렸지만, ‘돌리지 않고 문을 열 수만 있다면 얼마나 편리할까?’하는 생

각이 머릿속을 떠나지 않았다.

Ⅱ. 제작목적

시중에 나와 있는 문고리는 ‘래크와 피니언’기어를 사용하고 있어, 돌려서 여는 구

조로 밖에 만들 수 없다. 만약 두 손에 짐이 있거나, 어떤 이유로든 문고리를 돌리

는데 손을 사용할 수 없다면 문을 열 수 없게 되어 불편하게 된다.

이러한 불편은 돌려서 여는 문고리를 단지 밀거나 당기는 하나의 작용으로 작동하

도록 함으로써 해결할 수 있다. 이 발명은 문고리를 돌리지 않고 밀거나 당겨 열리

2

게 함으로써, 양손에 짐을 들고 있는 상태이거나, 팔이 불편한 장애인이거나, 손아

귀의 힘이 없는 노약자들이 손쉽게 문을 열수 있도록 하는 것이 목적이다.

첫째, 문고리를 돌리지 않고 밀거나 당기는 것으로 문을 열 수 있어야 한다.

둘째, 문고리는 어린 아이나 노약자의 작은 힘으로도 자연스럽게 작동되어야 한다.

셋째, 문고리는 기존의 문에 그대로 적용할 수 있어 그 활용성을 높일 수 있어야

한다.

Ⅲ. 과학적 원리 탐구 및 선행연구 분석

1. 과학적 원리 탐구

가. 돌려서 여는 문고리의 작동 원리

핵심부품

㉠

㉡

㉡

㉠

㉮ 문고리 사진 ㉯ 래크와 피니언 기어

작동원리

위 그림 ㉮의 점선 모양의 구조를 살펴보면 ㉯와 같은 래크와 피니언 기어구조로 ㉡(손잡이)이 회전운동을 하면 ㉠(걸쇠)이 수평으로 왕복운동을 하게 된다.

<표 1> 돌려서 여는 문고리의 원리

1) 걸쇠의 작동

걸쇠 ㉠은 위 <표 1>의 ㉯와 같이 손잡이와 연결된 ㉡이 회전함으로써 앞뒤로 나

오거나 들어가게 됨으로써, 문이 문틀에 걸리거나 혹은 풀려 열리거나 하게 된다.

2) 손잡이와 회전운동

손잡이는 문고리 제작을 편리하게 하고, 설치가 쉽도록 하기 위해 작게 만들어진

㉡축의 얇은 점을 보완하는 기능을 함께 하고 있는데, 손잡이와 ㉡축은 축바퀴의

원리에 의해 손잡이에 힘을 조금만 주어도 ㉡축에는 큰 힘이 작용하게 된다. 그리

하여 얇고 잡기도 불편한 ㉡축이 손쉽게 돌아가게 되는 것이다.

3

<그림 1> 탑블레이드

나. 래크와 피니언 기어

1) 래크와 피니언 기어

말도 너무 어려운 래크와 피니언 기어는 발명 선생님 말씀을 듣고 인터넷을 조사

하다 알게 된 것이다. 래크와 피니언은 회전하는 동그란 원 모양의 톱니바퀴(피니

언)와 톱니바퀴가 달린 직선모양의 막대기(래크)를 서로 연결해서 회전운동을 직선

운동으로 바꾸는 장치이다.

래크와 피니언을 이용해 손잡이의 회전운동을 걸쇠의 직선운동으로 바꿀 수 있으

며, 다시 걸쇠의 직선운동을 손잡이의 회전운동으로도 바꿀 수 있다.

2) 래크와 피니언의 원리가 사용되는 곳

말이 어려워 문고리에 쓰이는 것이 전부일 것 같았는데, 생각보다 많은 곳에 사용

되고 있었다.

우선, 동생들이 가지고 노는 탑블레이드라고 하는 팽이가 있었다. 탑블레이드의 팽

이를 연결하는 부분이 피니언이었고, 당기는 손잡이에 있는 톱니바퀴가 바로 래크

였던 것이다.

다. 돌려서 여는 문고리의 문제점

돌려서 여는 문고리의 문제점을 찾아보고, 그것을 해결해 보다 편리한 문고리를

제작하고자 하였다.

1) 문을 열기 전에 일단 돌려야 한다.

기존의 문고리는 문을 열기 위해 반드시 손잡이를 잡고 돌려야 한다. 물이 묻거나

미끄러워 손잡이를 돌리지 못할 경우 때문에 옆으로 긴 손잡이까지 개발되었지만

여전히 돌려서 밀거나 당기는 과정에서 가정 먼저 해야 하는 일은 손잡이를 돌리는

일이다.

힘의 방향을 바꾸는 요령을 모르는 어린아이의 경우에는 문을 열 수 없으며, 손에

무엇이든 들어서 두 손을 모두 쓸 수 없는 경우에도 문을 열 수 없다. 손가락이나

팔에 문제가 있는 장애인의 경우 이 돌리는 과정 때문에 문 열기를 아예 포기하기

도 한다.

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<그림 2> 돌려서 여는 문고리

2) 문고리 제작이 어렵다.

문고리의 핵심부품인 걸쇠에 기어구조가 들어가기 때문에 만들기 어렵고, 복잡한

구조로 인해 고장이 쉽게 난다. 또, 걸쇠와 손잡이의 연결이 비교적 복잡해 설치가

어려워 불편하다. 그래서, 잠금 장치 등을 추가할 경우에도 복잡하고 추가하기 어려

워 진다.

3) 문고리 제작에 들어가는 비용이 비싸다.

복잡한 문고리의 구조로 인해 문고리를 생산하는데 드는 비용이 비싸고 고장의 염

려는 여전히 있어 가격에 있어서는 여러 가지 문제를 안고 있다.

2. 선행연구

가. 국립중앙과학관 검색

국립중앙과학관 홈페이지를 통해 전국학생발명품경진대회에 출품된 역대 작품 중

비슷한 생각을 가진 것이 있나 알아보기 위해, ‘문고리’, ‘손잡이’, ‘현관문’ 등으로 검

색을 해보았다.

1) 문고리

검색어 ‘문고리’로 검색한 결과 문고리는 문의 잠금장치를 의미하는 경우가 있어

잠금장치를 자석으로 붙여 덜렁거리지 않도록 한 것이 있었고, 1985년 작품에 ‘여닫

기 편리한 문고리’가 나와 비슷한 목적으로 개발을 시도한 작품이었으나, 지렛대를

이용해 지렛대의 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 손잡이를 돌린다는 생각이었다.

설계도가 자세하지 않고 설명서가 너무 간단해 자세히 알 수는 없었다.

<그림 3> 국립중앙과학관-검색어 ‘문고리’

하지만, 문고리 자체를 바꾸는 것이 아니라 외부장치를 덧달아 문고리의 손잡이를

회전하도록 한다는 생각이 내 생각과는 달랐다.

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2) 손잡이

검색어 손잡이로 검색한 결과 다양한 손잡이가 나왔으며, 재미있는 것은 손잡이의

회전을 이용해 문고정 말굽을 열도록 하는 장치도 있었다. 손잡이라는 검색어로는

나와 비슷한 생각의 문고리를 찾을 수 없었다.

<그림 4> 국립중앙과학관-검색어 ‘손잡이’

3) 현관문

현관문 검색어로 검색한 결과 주로 현관문의 잠금장치와 도둑으로부터 지키는 현

관문에 대해 나왔으며, 내 생각과 비슷한 현관문 손잡이에 대해서는 검색할 수 없

었다.

<그림 5> 국립중앙과학관-검색어 ‘현관문’

4) 그밖의 검색어

그밖에 문고리와 관련이 있는 ‘도어록’, ‘잠금장치’나 ‘열쇠고리’등을 검색해보았지

만, 편리하게 열리도록 고안한 문고리에 대한 생각은 검색할 수 없었다.

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나. 특허정보 검색

국립중앙과학관의 전국학생발명품경진대회 출품작을 중심으로 한 검색에서 내 아

이디어와 비슷한 아이디어들은 찾아볼 수가 없어 특허검색을 해보기로 하였다. 특

허청의 정보는 방대하고 너무 어려운 말들로 설명되어있어 찾기가 무척 어려웠지

만, 문고리에 대한 정보들을 많이 접할 수 있어 좋았던 것 같다.

특허정보 검색에는 ‘문고리’, ‘잠금장치’, ‘걸쇠’, ‘래치’, ‘도어록’, ‘도어래치’ 등으로

검색했지만, 너무나도 많은 특허와 실용신안들이 검색되어 찾기가 무척 어려웠다.

1) 도어래치(문 걸쇠)

먼저 문 걸쇠에 대한 특허정보를 검색해보기 위해 다양한 검색어를 입력했지만,

너무 많은 결과 값이 나와서 당황했다. 결국, 선생님의 도움으로 ‘도어래치’라는 검

색어를 입력하자 겨우 기존 돌려서 여는 문의 구조를 알아낼 수 있었다.

<그림 6> 네이버 전문정보 검색 > 특허/KS표준/특허실용 - 검색어‘도어래치’

2) 도어록

검색 결과가 너무 많아 찾기가 어려웠지만, 나와 비슷한 생각을 가진 것도 있었는

데, 기존의 돌려서 여는 문고리의 구조가 래크와 피니언 기어를 이용하기 때문에

갖는 복잡하고 고장이 많으며 제작이 쉽지 않은 문제가 있어, 기어구조를 이용하지

않고 걸쇠에 직접 연결된 손잡이를 열고 닫는 방향으로 움직여 작동하도록 되어있

는 것이 있었다.

이 제품의 경우, 손잡이를 돌리는 불편은 해결되었고 래크와 피니언의 기어구조를

사용하지 않아도 되는 장점이 있지만, 힘을 주는 방향이 문을 여는 방향과 다른 방

향이기 때문에 손잡이에 따라 또 다른 어려움이 생길 수 있는 가능성이 있다.

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<그림 7> 네이버 전문정보 검색 > 특허/KS표준/특허실용 - 검색어‘도어록’

다. 선행작품 분석

1) 국립중앙과학관 검색 작품 분석

작품제목 여닫기 편리한 문고리 출품연도 1985출품자 송정은

지도교사 김한경

사진 및 내용

지렛대를 ‘Π’자 모양으로 만들

어 붙이고, 지렛대의 상하 운동

을 문고리의 회전운동으로 바꾸

어, 지렛대가 상하 운동을 하게

되면 문이 열리게 된다.

<표 2> 국립중앙과학관 검색 작품(여닫기 편리한 문고리)

2) 특허정보 검색 작품 분석

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작품제목 도어록 출원연도 1997출원인 정소영

출원번호 2019970014234

사진 및 내용

작동막대(7)를 당기면 함께 연

결된 걸쇠가 뒤로 당겨져 문이

열리고, 작동막대를 다시 놓으

면 스프링(61)의 탄력을 이용해

다시 원래 위치로 돌아가도록

설계되어있는 문 잠금장치이다.

<표 3> 특허정보 검색 작품(도어록)

라. 선행작품 분석 결과

문고리에 대한 발명품은 문고리가 적용된 분야가 다양하기 때문에 그만큼 많았다.

문고리는 우리 집의 현관문에도 있지만, 손잡이가 필요한 거의 모든 문에 설치되어

있다고 할 수 있고, 심지어 자동차와 금고 등에도 설치되어있고 냉장고와 전자레인

지에도 설치되어있어 그야말로 그 종류도 너무 많았다.

하지만, 가정에서 사용되는 문고리는 의외로 앞에서 검색한 특허정보 중 도어래치

(<그림 6>)와 같이 래크와 피니언 구조를 사용한 것이 대부분이고 다른 구조는 찾

아보기 어려웠다. 다만, 여는 방식이 긴 막대기와 같은 손잡이를 이용한 것인지 동

그란 공같은 원형의 손잡이를 이용한 것인지 구별될 뿐이었다.

앞에서도 말했지만, 이러한 래크와 피니언 구조의 문고리는 열어서 밀고 당기는

방식이기 때문에 불편하다. 내가 생각한 밀어서 여는 문고리는 돌릴 필요가 없이

밀거나 당기는 한 번의 조작으로 문을 열고 닫을 수 있는 것이기 때문이 그 구조와

작동원리가 매우 다르다.

3. 탐구과정

가. 문고리(도어래치)의 탐구

1) 문고리 구성 부품

기존 문고리의 원리를 알기 위해 문고리를 사다가 분해할 필요는 없었다. 왜냐하

면 문고리를 파는 인터넷 사이트로부터 다양한 정보를 얻을 수 있었기 때문이다.

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<그림 8> 문고리의 구성 부품

문고리는 ① 걸쇠(래크와 피니언 기어구조가 적용된 부분) ② 손잡이와 손잡이를

문에 고정시켜주는 장치, ③ 문에 붙이기 위한 부품 등으로 구성되어있다.

위의 사진은 문고리를 샀을 때 같이 들어있는 부품들을 한군데 모아 찍은 것인데,

이중 가운데 있는 것이 바로 걸쇠인 핵심부품이다.

2) 손잡이의 종류와 손잡이의 과학적 원리

<그림 8>에서 보는 문고리의 구성부품 중 손잡이를 보면 긴 막대 모양으로 구성

되어있는데 손잡이는 <그림 2>와 같이 크게 막대형과 공형이 있다. 모양이 막대형

이든 공형이든 <그림 8>과 <표 1>의 ㉯-㉡와 같이 얇은 회전축에 연결되게 되는

데, 여기에는 축바퀴의 원리가 적용되게 된다.

축바퀴의 원리는 야구방망이의 두꺼운 쪽 끝부분과 얆은 쪽 손잡이 부분을 두 사람

이 서로 잡고 힘겨루기를 했을 때 넓은 쪽 끝부분을 잡은 사람이 힘이 들 들기 때

문에 항상 이기는 원리와 같다.

㉠

㉡

㉠

㉡

㉮ 공형 손잡이 ㉯ 막대형 손잡이

<그림 9> 축바퀴의 원리

위의 그림에서 ㉮ 공형 손잡이나 ㉯ 막대형 손잡이에서 ㉠부분에 힘을 조금만 주

어도 ㉡부분에는 훨씬 많은 힘이 작용하여 쉽게 축이 돌아가게 된다.

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나. 문고리 구조의 탐구 결과와 대안 탐색

문고리의 부품에서 걸쇠(래치)는 래크와 피니언이라는 기어 구조로 구성되어있어

문고리를 돌렸을 때, 걸쇠의 끝부분이 들어갔다 나왔다 하게 된다는 것을 알게 되

었다.

래크와 피니언은 톱니바퀴 모양으로 되어있기 때문에 힘이 정확하게 전달되고 걸

쇠가 틀림없이 움직이게 된다는 것이 신기했다.

또, 손잡이에는 아무 과학적 원리라 없을 줄 알았는데, 선생님과 야구방망이를 서

로 잡고 시합을 해보니 방망이의 두꺼운 끝부분을 잡은 내가 얇은 손잡이 부분을

잡은 선생님을 항상 이기는 것이 너무 신기했고, 그것이 축바퀴의 원리라고 선생님

께서 설명해주셔서 너무 재미있었다.

문고리의 구조에서 돌리는 것을 없애려면 어떻게 해야 할까 고민했는데, 그저 밀

거나 당기는 것으로 걸쇠 부분이 들어갔다 나왔다 하며 움직일 수 있어야 한다. 또,

손잡이는 어떻게 고안 할 것인지 고민이 되었다.

문고리의 핵심 부품이라 할 수 있는 래크와 피니언 기어 구조를 없애고 다른 구조

로 한다면 어떤 구조가 있을까? 일단 힘의 방향을 바꿔 줄 수 있어야 한다. 돌리고

밀거나 당기는 과정에서 밀거나 당기는 과정으로 바꾸면서 힘의 방향을 바꾸는 구

조를 가장 먼저 생각하게 되었다. 하지만, 얼른 생각이 나지 않았다.

그런데 발명공작실에서 발명수업이 끝나고 조각이 난 MDF판들을 청소하다가 우

연히 빗자루 방향과 다른 방향으로 진행하는 조각을 보았는데, 잘라진 판의 경사면

을 타고 다른 면으로 가는 것이었다.

발명 선생님께 발견한 사실을 말씀드렸더니, ‘빗면’이라는 것을 말씀해주셨다. 빗면

을 이용하면 힘도 절약할 수 있고 힘의 방향도 바꿀 수 있다고 하셨다. 내 문고리

의 걸쇠에는 ‘빗면’을 적용해보기로 하였다.

다. 문제와 해결

1) 문고리의 구조 알기

말로만 문고리, 문고리 하면서 머릿속으로만 생각을 하고 있자니 더 이상 생각의

발전도 없고 일의 진척도 없었다. 그래서, 일단 문고리에 대한 아이디어를 구체적으

로 만들어보기로 하였다.

빗면의 원리를 이용해 최초로 걸쇠가 움직

이는 방향과 손잡이가 움직이는 방향을 구

체적으로 구현해 본 것이다.

<표 4> 걸쇠의 방향과 손잡이 방향 구현

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2) 힘의 방향 바꾸기 Ⅰ

일단 간단한 구현을 해보니 생각이 빠르게 진행해 좋은 생각들이 막 떠올랐다. 일

단 걸쇠와 수직인 방향으로 움직이는 축을 어떻게 움직여줄 것인가 하는 고민을 하

다보니, 다시 래크와 피니언 구조를 생각하게 되었다. 손잡이에 달린 피니언을 회전

시키면, 축이 위와 아래로 움직이면서 걸쇠를 작동시키는 구조였다.

기어를 이용해 상하 운동을 만들고 걸쇠의

좌우 운동은 빗면으로 구현하여 힘의 방향

을 바꾼 것이다.

<표 4> 기어와 빗면을 이용한 힘의 방향 바꾸기

하지만, 기어는 만들기 어려울 뿐 아니라 손잡이가 충분한 각도로 꺾이기 전에는

가운데 있는 축도 충분히 올라가거나 내려오지 않아 걸쇠가 충분히 움직여주지 않

았다.

3) 걸쇠가 충분히 움직이게 하는 축의 모양

힘들여 만든 톱니구조가 정확하게 동작하고 힘을 전달했지만, 대신 손잡이가 큰

각도로 움직여야 했다. 또, 톱니 구조는 만들기 어려웠으며 걸쇠가 충분히 앞뒤로

움직이지 않았다. 그래서 다양한 모양의 축을 생각해 보았다.

<표 5> 걸쇠가 충분히 움직이게 하는 축의 모양

하지만, 축을 만든다 하더라도 축도 언제나 가운데 와 있어야 하고 걸쇠도 다시

본래 모양으로 돌아가 있어야 했다. 그래서, 결국 다시 발명은 어려움에 부딪히게

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되었고, 문제가 발생하고 해결되지 않으니 시간만 흘러가게 되었다. 결국 축을 버리

고 손잡이가 직접 걸쇠를 작동시키도록 해보기로 하였다.

4) 힘의 방향 바꾸기 Ⅱ

㉮ ㉯

<그림 10> 빗면 구조

빗면의 원리를 이용하여 힘의 방향을 한 번에 전환하는 방법을 생각하게 되었다.

또, 축을 없애고 대신 걸쇠와 닿는 부분을 손잡이의 끝에서 바로 걸쇠로 연결되게

하고 원형의 빗면 구조를 생각해냈다. 이 빗면은 문을 열거나 당길 때 회전운동을

하게 되는데 이 회전운동은 빗면을 통해 자연스럽게 <그림 10>의 ㉯와 같이 힘의

방향을 바꾸어 작품 개발을 진행하게 되었다.

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Ⅳ. 작품의 제작 과정과 내용

1. 작품의 제작 기간 : 2009.11～2010.6(8개월)

순 기간 과정 내용

1 2009.11～2010.12 기존 제품 찾기 인터넷을 통한 조사

2 2010.12～2010.01 기존 제품 탐구 문고리의 작동 원리 탐구

3 2010.01～2010.02아이디어 단순하게구체화 해보기

아이디어 단순하게 구체화 해보기

4 2010.02～2010.03과학적 원리 탐구 및비슷한 원리 제품 탐구

과학적 원리 탐구 및비슷한 원리 제품 탐구

5 2010.02～2010.03문제와 해결

-힘의 방향바꾸기 Ⅰ힘의 방향을 바꾸기 위해아이디어 구하고 구현

6 2010.03～2010.04문제와 해결

-걸쇠가 충분히 움직이게하는 축의 모양

걸쇠와 축의 문제 해결

7 2010.03～2010.04문제와 해결

-힘의 방향 바꾸기 Ⅱ빗면의 모양 결정

8 2010.03～2010.041차 작품 제작(도대회 최종작품)

빗면의 원리를 이용한 문고리 제작

9 2010.04～2010.05 도대회 준비 및 출품 도대회 출품

10 2010.05～2010.062차 작품 제작(모형제작)

빗면의 모양 변경

11 2010.05～2010.06 최종작품 제작

12 2010.05～2010.06최종작품 실제 문에 적용

제작

13 2010.06～2010.06 보고서 작성

14 2010.06～ 최종작품 수정 및 보완 전국대회 출품

<표 6> 작품 제작 기간 및 과정

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2. 제작과정

가. 1차 작품

구분 1차작품

설명사진

작품사진㉠

㉡

작품설명

이 작품은 위의 설명사진의 3번째 사진에서 보는 바와 같이 둥근 원통형에 빗면(㉠)을 적용하고, 역시 마찬가지로 걸쇠(㉡)에도 빗면을 적용하여 손잡이를 누르거나 당기면 두 개의 빗면에의해 걸쇠가 움직이고 결국 문이 열리도록 구현한 것이다. 이빗면 구조를 통해 기존 문고리와 같이 걸쇠를 누르면 자유롭게움직이고 실제 문고리의 기능이 모두 구현되도록 제작하였다.

<표 7> 1차 작품

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나. 2차 작품

구분 2차작품

설명사진

작품사진

㉠

㉡

작품설명

1차 작품의 빗면을 아예 보통의 빗면으로 만들어 원통형에 빗면

을 만들면서 곤란한 점을 없애고, 손잡이의 축을 미는 힘이 빗면

을 통해 곧바로 걸쇠에 전달되도록 구현한 구조물이다. 1차 작

품에서 걸쇠를 손잡이 축이 가운데로 지나가야 되기 때문에 새

로운 방식으로 제작하였다. 윗면은 1차 작품과 같이 투명한 아

크릴로 처리해서 원리를 설명하기 쉽도록 만들었다.

<표 8> 2차 작품

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다. 2차작품 투시도와 설명

㉠

㉡

㉢

㉣작품의 전체적인 모습을 나타낸 것으로 ㉠

은 손잡이와 연결된 축, ㉡은 걸쇠, ㉢은

걸쇠와 함께 움직이며 스프링과 연결된 곳,

㉣은 전체를 담는 틀이다.

<표 9> 2차 작품 투시도와 설명

라. 최종작품

구분 최종작품

설명사진

작품설명

2차 작품으로 제작한 모형을 다시 정리하여 제작하고 실제 문에

설치하여 문이 잘 열리는지 확인해보았다. 문은 잘 열리는데, 문

고리 모양을 문이 더 쉽게 열리도록 지렛대의 원리를 적용할 예

정이다.

<표 10> 최종 작품과 설치예

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Ⅴ. 제작결과

1. 작품의 특징

<그림 11> 최종 작품 설치

가. 독창성

1) 편리한 양방향 문고리

기존의 문고리는 돌려서 여는 구조로 되어있어 손잡이를 잡기가 불편한 짐을 든

사람이나 장애인 그리고 노약자와 돌려서 미는 힘의 원리를 이해하지 못하는 어린

아이의 경우 문을 열지 못한다. 이러한 단점을 보완하고 래크와 피니언이라는 복잡

한 기어 구조를 빗면이라는 간단한 구조로 대신하고 적용해 만들었다는 점이 매우

우수하다.

2) 양방향 문고리의 작동법과 기존 제품과의 차별성

양방향 문고리는 문고리를 돌릴 필요 없이 열고자 하는 방향으로 문고리를 밀거나

당기면 열리게 되어있다. 돌리는 과정을 생략함으로써 장애인이나 노약자 등과 손

이 자유롭지 못한 어떠한 상황에도 손쉽게 문을 열고 닫을 수 있도록 고안하여 매

우 편리하다.

나. 창의성

기존의 문고리를 한결같이 돌려서 열도록 만들어져있어 대부분의 경우 문고리의

모양을 공모양과 막대 모양의 범주 안에서 변형하는데 그친 반면 이 작품의 경우

문고리를 돌리지 않고 문을 열 수 있기 때문에, 문고리의 모양과 관계없이 문을 여

는 것이 가능하게 되었다. 그러므로, 문고리를 돌리지 않고 곧바로 원하는 방향으로

밀거나 당겨 열도록 고안한 이 작품은 새롭게 만들어 진 것이다. 이 작품은 손잡이

에 의해 작동에 전혀 영향을 받지 않기 때문에 손잡이의 모양 역시 다양하고 화려

하게 디자인 할 수 있게 될 것이다.

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또, 기존의 돌려서 여는 구조를 밀거나 당기는 구조로 변경하였고, 그 구조가 래크

와 피니언 기어 구조에서 굉장히 단순한 빗면 구조로 변경되어 극한 상황에서도 그

구조가 안정적일 것이므로, 방화벽 등의 극한 상황에 적용할 수 있을 것이다.

다. 경제성

기존의 돌려서 여는 문이 그 구조가 복잡하고 복잡한 만큼 고장나기 쉬워 상품으

로 제작하는데 많은 비용이 들었다면 밀어서 여는 양방향 문고리는 그 구조가 단순

하고 쉬워 대량 생산이 쉽고, 생산에 들어가는 비용을 절약할 수 있을 것이다.

라. 실용성

개발 단계에서부터 돌려서 여는 기존의 문고리를 대체하기 위해 아이디어를 산출

했으므로, 기존의 문고리가 있는 곳에는 곧바로 이 문고리로 바꾸어 달아도 될 것

이다. 이 문고리는 방문 등 기존의 돌려 여는 문고리가 적용된 곳에 그대로 적용될

수 있을 것이므로 실용적이다.

2. 작품 후기

불편한 점을 찾아 개선하려는 노력에서 시작된 나의 발명은 처음에는 그냥 생각이

었는데, 결국 이렇게 새로운 작품으로 아이디어도 성장하고 실제 작품으로도 나오

게 되었다. 작품으로 만들기까지 과정을 겪으면서 몇 가지 배운 점이 있다.

첫째, 생활속의 아주 사소한 물건이라도 그 속에는 과학적인 원리가 적용되어있는

경우가 많다.

둘째, 사물을 주의 깊게 관찰하는 것은 발명 뿐 아니라 많은 문제를 해결하는데 좋

은 아이디어가 생각나게 해준다.

셋째, 생활속의 불편한 점을 개선하려는 노력이 발명의 시작이고 출발점이다. 실제

로 제품을 만드는 것은 그 다음 일이다.

넷째, 어려운 과제는 일단 시작해보는 것이 도움이 된다. 생각이 정리 될 때까지 생

각만 하게 되면 결국 생각으로 끝날 것이지만, 무엇이든 가장 간단한 것부터 시도

를 해보면 결국 어려운 과제가 해결되어가고 생각도 발전해 간다.

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Ⅵ. 활용 및 전망

‘밀어서 열리는 양방향 문고리’는 돌려서 열지 않아도 되기 때문에, 장애인 시설이

나 노약자가 사용하는 시설의 다양한 문에 적용될 수 있을 것이다. 더욱이 그 구조

가 매우 간단하기 때문에 부품별로 생산할 수도 있으며, 고장이 나도 간단하게 수

리할 수 있다. 제품의 생산비를 줄일 수 있으므로, 문고리가 적용된 다양한 분야의

비용을 절약할 수 있을 것이다.

또, 뜨거운 문고리를 잡을 수 없어 피해를 볼 수 있는 방화문에도 적용될 수 있을

것이며, 무엇보다 두손에 짐을 들고도 엉덩이로 ‘툭’치면 문이 열릴 것이기 때문에

일상생활이 굉장히 편리해 질 것이다.