[첨부4] : 작품설명서 표지

작품번호

173

제30회 전국학생과학발명품경진대회

1회용 종이컵 배출기

출품분야 학생작품 출품부문 생활과학Ⅰ

2008. 05. 28.

출품학생 김대환

지도교사 조 경

비고 : 출품부문은생활과학Ⅰ, 생활과학Ⅱ, 학습용품, 과학완구, 자원재활용으로구분명기

A4규격 30쪽 이내로 하되 좌철 제본으로 할 것.

작품제작의동기, 목적, 작품내용, 제작과정, 전망, 효과, 활용성을 체계적으로 기술할 것.

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목 차

1. 작품 제작의 동기 및 목적 ·······································································1

2. 선행작품 검색 지도 ···················································································1

3. 발명품 제작 과정과정 지도 ·····································································2

가. 불편한 점과 개선 방향 정리하기 지도 ························································2

나. 개선 방법 생각하기 지도 ················································································3

다. 부품 제작 아이디어와 설계도 그리기 지도 ················································3

라. 부품 가공 및 제작 지도 ··················································································5

마. 가공한 부품의 결합 ··························································································5

바. 1차 작품의 모습 ································································································6

사. 1차 작품의 제작 결과 분석 지도 ··································································7

아. 2차 작품의 제작 지도 ······················································································7

4. 작품 제작 결과 분석 ·················································································8

5. 전망, 효과, 활용성 ·····················································································9

6. 참고 자료 ······································································································9

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그림 차례

그림 1 중앙과학관 발명품 검색 결과 ··························································1

그림 2 키프리스 검색 결과 ············································································2

그림 3 상, 하의 회전속도가 같은 경우 ·······················································3

그림 4 위 롤러의 회전속도가 큰 경우 ························································3

그림 5 끝이 붙어 있는 종이를 넣었을 때 ··················································3

그림 6 컵통 밑면의 구멍 뚫기 ······································································3

그림 7 컵통 밑면의 롤러 ················································································3

그림 8 컵통과 밑면 롤러를 옆에서 본 보습 ··············································3

그림 9 종이컵 1장씩 보내는 장치 설계도 ··················································4

그림 10 기어의 톱니 수가 다른 모습 ··························································4

그림 11 구동 레버의 설계도 ··········································································4

그림 12 종이컵을 만들기 위해 가공한 아크릴 부품 ································5

그림 13 톱니수가 다른 기어와 기어의 회전축 ··········································5

그림 14 아크릴을 아크릴본드로 붙이는 모습 ············································6

그림 15 1차 작품 측면 모습 ··········································································6

그림 16 1차 작품 정면 모습 ··········································································6

그림 17 1차 작품 손잡이를 돌리기 전 모습 ··············································6

그림 18 1차 작품 종이컵이 나온 모습 ························································6

그림 19 1차 작품 작동 모습 1 ······································································7

그림 20 1차 작품 작동 모습 2 ······································································7

그림 21 종이컵 배출구의 걸림턱 ··································································7

그림 22 종이컵 누름판 ····················································································8

그림 23 종이컵의 구부러짐 방지 장치 ························································8

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1. 동기 및 목적

정수기에서 물을 받아먹을 때 사용하는 1회용 종이컵이 벌어지지 않아서 손으로 종이컵

을 벌릴 때 종이컵의 입구가 더러워진 경험을 한 적이 있었다. 이 불편한 점을 개선하여

깨끗한 종이컵으로 정수기 물을 먹게 하고 싶다.

2. 선행작품 검색

가. 국립중앙과학관 자료 검색(1개)

․ 편리한 일회용 종이팩 컵 배출기 김형준 2001 은상 수상

1) 작품 내용 : 우선 컵의 상자를 플라스틱으로 대체하고 전동기, 릴레이, 타이밍

릴레이 등의 전자부품과 고무 롤러를 활용한다. 작동원리는 종이컵 받침대에 종이컵을 경

사지게 쌓아 놓고 누름 추로 눌러 놓고 전원을 연결하면 종이 팩 컵이 한 장씩 자동으로

앞면에 있는 구멍으로 나오게 된다.

2) 작품 그림

그림 1 중앙과학관 발명품 검색 결과

3) 검색 결과

본 발명품과 비슷한 기능을 목표로 하지만, 다른 점은 모터에 의한 작동, 전자회

로 부착, 스위치 조작으로 전기를 공급하는 방법, 그리고 가장 다른 점은 종이컵의 입구가

벌어지지 않는 점이다.

나. 특허청 자료 검색(1개)

․2020030015623 20030521 정수기용 종이컵 인출기 김성식, 소멸특허 (등록료불납)

1) 작품내용

손잡이로 돌릴 수 있는 한쪽 풀리축과 다른 쪽 풀리축이 가동판의 전후에 설치되고 그

중간에 벨트가 설치되며 일방향으로 회전을 구속할 수 있는 래칫장치가 한쪽 풀리 축에

설치된 가동장치와, 투입부의 하부에 상기 가동장치의 한쪽 풀리축을 중심으로 다른 쪽

풀리 축이 상하로 탄력 회전 가능하게 설치되며 상기 가동장치의 상면에 올려 지는 종이

컵이 벨트를 따라 낱장씩 전방으로 인출될 수 있는 인출 홈이 형성된 컵통으로 구성한 것

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을 특징으로 하는 정수기용 종이컵 인출기.

2) 작품 그림

그림 2 키프리스 검색 결과

3) 본 발명품과 차이점

벨트로 종이컵을 한 장씩 배출시키는 방법이 다르고, 종이컵의 입구를 벌리는 기능이

없다. 또한 상자 속의 종이컵을 눌러 주는 장치도 없다.

3. 발명품 제작 과정

가. 불편한 점과 개선 방향

1) 1회용 종이컵을 사용하기에 불편한 점과 개선을 위한 요구사항

․ 종이컵이 종이 상자에서 나오지 않거나 여러 장이 나와서 종이컵의 낭비가 심

하다.

→ 종이컵이 1장씩 배출되면 편리하겠다.

․ 종이컵의 입구가 열리지 않아서 종이컵을 비빈 후 손가락으로 입구를 벌려서

물을 받아먹는다.

→ 종이컵이 배출되면서 입구를 약간 벌어지게 만들면 편리하겠다.

․ 종이컵 저장 박스

→ 식당의 종이 티슈를 넣어 두는 상자처럼 네모지게 만들고 뚜껑을 달아서 종

이컵을 위에서 넣을 수 있도록 만든다.

정리 : 종이컵을 1장씩 배출하고, 종이컵의 입구가 벌어지게 만들고 싶다.

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나. 개선 방법

1) 종이컵을 1장씩 배출시키기

․수직 방향으로 쌓여 있는 종이컵을 위에서 누름판이 눌러주면 가장 밑에 있는

종이컵이 회전하는 롤러의 마찰력에 의해서 1장씩 배출구로 밀려 나가게 한다.

․종이컵이 2장씩 나가지 않도록 배출구의 높이를 종이컵 두께의 1.5배 이하로 하

고 밑에서 2번째 종이컵은 배출되다가 배출구에 있는 걸림턱에 걸리도록 한다.

2) 종이컵의 입구를 벌리기

․종이컵의 위, 아래의 양면을 회전하는 실리콘 롤러가 비벼주어서 종이컵이 벌어

지게 한다.

그림 3 상, 하의 회전속

도가 같은 경우

그림 4 위 롤러의 회전

속도가 큰 경우

그림 5 끝이 붙어 있는

종이를 넣었을 때

다. 부품 제작 아이디어 및 설계도 그리기

1) 종이컵 통

․종이컵 전진 장치

통 밑면의 앞 부분에 사각 홈을 파고 밑에 실리콘 롤러를 돌아가게 하여 종이컵

을 전진시킨다.

그림 6 컵통 밑면의 구멍 뚫기그림 7 컵통 밑면에 롤러 붙이

기

그림 8 컵통과 밑면 롤러

를 옆에서 본 보습

․종이컵 1장씩 보내는 장치

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통 앞면의 아래 부분에 종이컵 두께의 1.5배 정도의 홈을 파고 종이컵이 1장만

통과하도록 한다.

그림 9 종이컵 1장씩 보내는 장치 설계도

2) 종이컵을 비비는 롤러 및 기어 장치

※ 본 발명품의 핵심 기술

․상, 하 롤러의 회전속도를 다르게 하기 위하여 기어의 톱니 수를 다르게 만

든다.

한 기어는 톱니 수를 10개로 만들고, 다른 기어는 톱니 수를 11개로 만들어서 맞물

리게 하여 돌리면 톱니 수가 11개인 회전축이 톱니 1개만큼 더 회전하게 된다.

(그림은 인터넷에서 설명을 위해 화면을 캡쳐했음)

그림 10 기어의 톱니 수가 다

른 모습

3) 기어 장치를 돌리는 레버(손잡이)

종이컵 통의 왼쪽에 붙여서 왼손으로 돌리고 배출되는 종이컵을 오른손으로 잡게

한다.

그림 11 구동 레버의 설계도

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라. 부품 제작

1) 아크릴 가공

아크릴은 역앞에 있는 ‘한들’ 아크릴 가공점과 우편물류센테 뒤에 있는 ‘다다’ 아크릴 가

공점에 찾아가서 직원에게 내용을 설명하고 제작을 부탁하였다. 두 곳을 방문한 이유는

처음 소개 받은 곳이 먼 곳이었고, 나중에 가까운 ‘다다’ 가공점을 알게 되었기 때문이다.

어머니께서 다녀오셨다.

그림 12 종이컵을 만들기 위해 가공한 아크릴 부품

2) 기어와 기어축 가공

기어의 가공은 선생님께 부탁하여 가공을 의뢰하였다.

광주광역시 동운고가옆 공구 상가 근처의 ‘현대산업개발’이라는 선반으로 부품을 깎는

공업사에 부탁하여 알루미늄으로 가공하였다.

그림 13 톱니수가 다른 기어와 기어의 회전축

3) 실리콘 롤러

‘현대산업개발’ 공업사에서 우연히 고무 원통을 보고 무료로 사용하였다.

마. 가공한 재료의 결합

선생님과 같이 부품을 결합을 하였다.

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그림 14 아크릴 접착 모습

바. 1차 작품의 모습

그림 15 1차 작품 측면 모습 그림 16 1차 작품 정면 모습

그림 17 1차 작품 손잡이를 돌리기 전 모습 그림 18 1차 작품 종이컵이 나온 모습

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그림 19 1차 작품 작동 모습 1 그림 20 1차 작품 작동 모습 2

사. 1차 작품의 제작 결과 분석

잘 작동할 때도 있지만 종이컵이 나오지 않거나 벌어지지 않는 경우가 발생하였다.

아. 2차 작품의 제작

1차 작품의 문제점에 대하여 해결 방법을 생각해 보았다.

․문제점 1) 종이컵이 2장이 나오는 경우가 있었다.

해결방법) 종이컵의 배출구를 아래의 그림과 같이 계단 모양으로 만들어서 2장

이 동시에 밀려 나갈 경우에 1장은 배출구의 턱에 걸리게 만든다.

그림 21 종이컵 배출구의 걸림턱

․문제점 2) 어떤 경우에는 종이컵의 입구가 벌어지지 않는다.

해결방법) 두 개의 고무 롤러가 종이컵을 비비는 마찰력이 종이컵을 손으로 비

비는 마찰력보다 작았다. 실리콘 롤러를 구하고 반짝거리는 표면을 사

포로 갈아서 울퉁불퉁하게 만들어 마찰력을 크게 만든다.

․문제점 3) 통 속에 종이컵이 조금 있으면 종이컵이 눌리지 않아서 종이컵이 나

오지 않았다.

해결방법) 종이컵을 눌러주는 압력판을 부착한다.

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종이컵 누름 판

용수철

종이컵

롤러

종이컵

배출구

그림 22 종이컵 누름판

․문제점 4) 종이컵의 입구가 벌어지지 않는다.

해결방법) 두 개의 고무 롤러가 종이컵을 비비는 마찰력이 종이컵을 손으로 비

비는 마찰력보다 작았다. 실리콘 롤러를 구하고 반짝거리는 표면을 사

포로 갈아서 울퉁불퉁하게 만들어 마찰력을 크게 만든다.

․문제점 5) 종이컵이 회전속도가 빠른 롤러쪽으로 말린다.

해결방법) 종이컵 받침대를 부착하여 종이컵의 구부러지는 현상을 방지한다.

그림 23 종이컵의 구부러짐 방지 장치

4. 작품 제작 결과

1회용 종이컵이 1장씩 배출되고, 배출되면서 입구가 벌어지므로 손으로 벌리거나, 입김

을 불어서 벌려 물을 받아먹으면 되므로 손가락을 사용하지 않아도 되어 위생적이다.

5. 전망 및 효과, 활용성

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․ 공공장소 즉 병원이나 고속도로 휴게소, 관공서에 있는 정수기 또는 냉온수기에 본

발명품을 설치하면 종이컵을 꺼내기 쉽고 입구를 손가락으로 크게 벌리지 않아도 되

기 때문에 위생적으로 물을 마실 수 있다.

․ 가공비를 제외한 재료비를 계산하면 5,000원도 되지 않으므로 경제성이 있다.

․ 본 발명품을 사용하면 종이컵이 2장씩 배출되는 일이 없으므로 정수기 주변을 깨끗

하게 사용할 수 있다.

6. 참고 자료

․특허청 자료 검색 사이트

http://www.kipo.go.kr/kpo2/kor/index.jsp

․국립중앙과학관 자료 검색 사이트

http://www.science.go.kr/