KR100744049B1 - 힌지 유닛 및 이를 구비한 화상형성장치 - Google Patents

Abstract

커버의 개폐각도에 따라 다른 탄성력이 작용하는 힌지 유닛 및 이를 구비한 화상형성장치가 개시된다. 상기 힌지 유닛은 본체의 스캔 유닛에 결합되는 하부 프레임; 상기 하부 프레임과 힌지축을 통하여 연결되며, 커버와 결합되는 상부 프레임; 및 상기 상부 프레임 내에 직렬로 설치되며 서로 다른 탄성력을 가지는 제1, 제2탄성부재;를 포함한다. 상기 커버가 상기 스캔 유닛 쪽으로 회동할 때 일정 각도까지는 작은 탄성력이 작용하고, 일정 각도 이상에서는 더 큰 탄성력이 작용한다. 따라서 커버 자중에 의한 모멘트에 적절히 대응하여, 사용자가 커버를 열고 닫았을 때 느끼는 힌지 유닛의 품질을 개선한다.

화상형성장치, 커버, 개폐, 힌지, 스프링

Description

힌지 유닛 및 이를 구비한 화상형성장치{Hinge Unit and Image Forming Apparatus Having the Same}

도 1은 일반적인 복합기의 외관도,

도 2는 종래의 힌지 유닛에 대한 단면 구성도,

도 3은 본 발명의 힌지 유닛에 대한 결합 사시도,

도 4는 도 3의 분해 사시도,

도 5는 도 3의 측단면도,

도 6은 도 3의 탄성부재들에 대한 상세한 구조를 도시한 정면도,

도 7은 본 발명의 다른 힌지 유닛에 대한 구성도,

도 8a 내지 도 8b는 도 7의 힌지 유닛에 대한 작동 상태도,

도 9는 본 발명의 힌지 유닛에 대한 커버 개폐각도에 따른 하중의 관계를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200: 힌지 유닛 110: 하부 프레임

120: 상부 프레임 121, 122: 제1, 제2가동홀더

123: 고정홀더 125: 연결부재

131, 132: 탄성부재 P: 힌지축

본 발명은 힌지 유닛과 이를 구비한 화상형성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커버의 개폐각도에 따라 탄성력을 달리 작용시켜 커버의 부드러운(smooth) 개폐가 가능한 힌지 유닛 및 이를 구비한 화상형성장치에 관한 것이다.

일반적으로 복사기, 스캐너(scanner), 복합기 등과 같이 원고 스캔 기능을 가지는 화상형성장치는, 원고(document)를 스캔하여 스캔된 화상을 데이터로 저장하거나 용지에 출력하는 기기이다.

도 1은 그러한 화상형성장치 중 하나인 일반적인 복합기에 대한 일례를 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 상기 복합기는 원고를 읽기 위해 장치의 본체(1)에 구비되는 원고 스캔 유닛(2)과, 스캔 유닛(2)에 놓인 원고를 덮는 커버(3)와, 스캔 유닛(2)과 커버(3)를 연결하는 힌지 유닛(10)을 포함한다. 상기 커버(3)에는 다수의 원고를 스캔 유닛(2)의 영역에 자동으로 공급하는 원고자동이송장치(4)가 더 설치될 수 있다. 가정용 소형 복합기가 아닌 고속 복합기 또는 복사기에서는 상기 커버에 자동양면급지장치가 장착되는 추세이다. 이러한 복합기의 커버(3)는 사용자가 열고 닫기에는 상당히 무겁다.

통상 화상형성장치의 커버가 열고 닫히는 각도는 보통 0~80도 정도이다. 각 각도에 따라 커버가 회전하면서 유발하는 모멘트는 일정하게 증가하지 않는다. 커버가 닫히면 닫힐수록 즉, 0도에 가까울수록 모멘트는 증가하게 되고, 평형을 이루 기 위한 탄성력은 증가하게 된다. 따라서, 스프링 1개만으로는 커버의 개폐 각도(open angle)에 따른 모멘트 평형을 유지하기는 힘들다. 통상적으로 힌지 유닛에 스프링을 1개 설치하지만, 큰 힘을 요구할 때에는 2개의 스프링을 병렬로 설치하기도 한다. 그러나 스프링을 1개 또는 2개를 병렬로 사용하는 경우, 설계 상 자유도가 없어 모든 개폐 각도에 맞는 스프링력을 작용하기 위해서는 과스펙(overspec)의 스프링을 선정할 수밖에 없다. 이 경우 커버를 열고 닫을 때, 사용자가 느끼는 품질도 좋지 못하다. 그러므로 사용자가 스캔이나 복사를 위해서 커버를 열고 닫을 때 적은 힘으로도 부드럽게 열고 닫게 하려면, 커버와 본체의 스캔 유닛을 연결하는 힌지 유닛의 스프링 설계가 중요하다.

도 2는 종래의 화상형성장치에 장착된 힌지 유닛에 대한 단면 구성을 도시하고 있다. 도 2의 힌지 유닛은 일본 특허공개 2003-129739호에 개시된 기술로서, 2개의 스프링(11, 12)을 직렬로 연결한 힌지 유닛(10)이다.

도면을 참조하면, 상기 힌지 유닛(10)은, 커버(3)에 결합된 캠 베이스(cam base, 30); 힌지 하우징(hinge housing, 20)에 자유롭게 왕복 이동하도록 수용되며 경사면(22)을 가지는 플런저(plunger, 21); 힌지 하우징(20)에 수용되고 플런저(21)를 누르는 제1, 제2스프링(11, 12); 및 캠 베이스(30)와 동시에 회동하며 경사면(22)에 접하는 제1, 제2캠(31, 32)을 포함한다. 이러한 힌지 유닛(10)은 플런저(21)의 경사면(22)에는 제1캠(31)으로부터 반작용으로서의 항력이 접촉점의 공통 법선 방향으로 가해져, 이 항력이 플런저(21)를 제1캠(31)으로부터 빗나가도록 회전 방향(화살표 방향)의 뒤쪽으로 경사지는 모멘트로서 작용하여, 힌지축(P) 주위 의 열린 방향(direction to open)으로의 토크(torque)를 증대시킨다. 이에 따라 커버(3)을 팝업(pop-up)시키는 힘을 충분히 얻을 수 있으며, 캠 베이스(30) 및 플런저(21)의 변형을 방지할 수 있다. 그러나 상기 힌지 유닛(10)은 제1, 제2캠(31, 32)과 플런저(21)의 경사면(22) 사이의 마모가 발생하며, 특히 무거운 커버를 열고 닫을 때 사용자가 여전히 큰 힘을 가하게 되어 커버가 부드럽게 작동하지 못한다.

본 발명의 목적은 일반적인 화상형성장치에서 커버의 개폐각도에 따라 탄성부재의 힘을 달리 작용시킴으로써, 커버를 열고 닫을 때 사용자가 적은 힘으로도 커버를 부드럽게 열고 닫을 수 있는 힌지 유닛을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 그러한 힌지 유닛이 구비된 화상형성장치를 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 힌지 유닛은, 본체의 스캔 유닛에 결합되는 하부 프레임; 상기 하부 프레임과 힌지축을 통하여 연결되며, 커버와 결합되는 상부 프레임; 및 상기 상부 프레임 내에 직렬로 설치되는 제1, 제2탄성부재;를 포함하고, 상기 커버가 상기 스캔 유닛 쪽으로 회동할 때 상기 제1탄성부재가 변위(變位)되고나서, 제2탄성부재가 변위되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 프레임은, 바람직하게는 그 한쪽 단부에 설치되며, 상기 제1탄성부재를 안치하는 고정홀더; 상기 고정홀더에 대향하여 설치되며, 상기 제2탄성부재를 안치하고, 상기 상부 프레임의 길이방향을 따라 이동되는 제1가동홀더; 및 상기 상부 프레임의 길이방향을 따라 이동되도록 상기 제1탄성부재와 제2탄성부재 사이에서 위치한 제2가동홀더;를 포함한다.

상기 상부 프레임은 상기 제1, 제2가동홀더를 상기 상부 프레임의 길이방향을 따라 슬라이딩되도록 안내하기 위한 가이드 레일(guide rail)을 구비할 수 있다.

상기 상부 프레임은 상기 고정홀더가 바깥쪽으로 밀리지 않도록 고정부재를 더 구비할 수 있다.

상기 하부 프레임은, 바람직하게 상기 제1가동홀더와 접촉되도록 상기 힌지축의 앞쪽에 고정 설치되는 링크(link)를 구비한다.

상기 고정홀더와 제2가동홀더는 서로 마주보는 어느 한쪽면 또는 양쪽면의 둘레에 측벽이 마련될 수 있다. 상기 고정홀더의 측벽은 하방으로 연장될 수 있다. 상기 제2가동홀더는 상방 및/또는 하방으로 측벽이 연장되는 것이 바람직하다. 상기 측벽의 총 높이는 제1탄성부재가 완전 압축된 높이와 같거나 긴 것이 바람직하다. 상기 각 홀더에는 제1, 제2탄성부재를 안치하기 위한 장착부들을 형성할 수 있다.

상기 제1탄성부재와 제2탄성부재는 스프링이고, 상기 제1탄성부재의 스프링 상수(K1)은 상기 제2탄성부재의 스프링 상수(K2)보다 작은 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 화상형성장치는, 스캔 유닛을 포함하는 본체; 및 상기 본체의 스캔 유닛과 상기한 힌지 유닛에 의해 연결되는 커버;를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 힌지 유닛과 이를 구비한 화상형성 장치에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 힌지 유닛에 대한 일례로서, 도 3은 그 결합도, 도 4는 그 분해 사시도, 도 5는 그 측단면도이고, 도 6은 그 탄성부재에 대한 상세 구조를 도시한 정면 외관도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 힌지 유닛(100)은 하부 프레임(110); 및 하부 프레임(110)과 힌지축(P)을 통하여 연결되는 상부 프레임(120);을 포함한다.

상기 하부 프레임(110)은 화상형성장치의 본체(1, 도 1 참조)에 장착되는 스캔 유닛(2)에 결합된다. 상기 하부 프레임(110)은 미도시된 체결부재에 의해 스캔 유닛(2)에 결합될 수 있도록 바닥면(114)에 체결구멍(114a)이 형성될 수 있다. 하부 프레임(110)은 상단에 형성된 구멍(116a)을 통하여 힌지축(P)이 설치되고, 그 힌지축(P)의 앞쪽에 형성된 구멍(112a)를 통하여 링크(112)가 고정 설치된다. 상기 힌지축과 링크는 각각 둥근 바(bar) 형태일 수 있다. 상기 링크(112)는 상부 프레임(120)의 제1가동홀더(121)에 접촉되며, 제1가동홀더(121)가 링크(112)에 의해 걸려서 상부 프레임(120)의 상부로 밀리게 된다.

상기 상부 프레임(120)은 화상형성장치의 커버(3)와 결합되며, 하부 프레임(110)과 일측의 구멍(120a)를 통하여 힌지축(P)에 의해 연결된다. 상부 프레임(120)은 연결부재(125)를 통하여 커버(3)에 고정 설치될 수 있다.

상부 프레임(120)에는 제1, 제2탄성부재(131, 132)가 직렬로 배치된다. 본 발명에서 탄성부재는 그 개수를 한정하지 않으나, 2개의 탄성부재(131, 132)가 직렬로 배치되는 것이 좋다.

상부 프레임(120)은 그 한쪽 상단부에 고정홀더(123)가 설치되며, 고정홀더(123)에 대향하여 다른 쪽 하단부에 제1가동홀더(121)가 설치된다. 고정홀더(123)는 제1탄성부재(131)가 밀리지 않도록 지지한다. 고정홀더(123)가 바깥쪽으로 밀리지 않도록 상부 프레임(120) 또는 연결부재(125)에 고정부재(126a, 126b)가 구비될 수 있다.

상기 고정홀더(123)와 제1가동홀더(121) 사이에는 제1, 제2탄성부재(131, 132)가 직렬로 안치된다. 제1가동홀더(121)는 바람직하게 제2탄성부재(132)를 안치하기 위하여 그 바닥면의 측벽으로 이루어진 장착부(121e)가 마련될 수 있다. 제1가동홀더(121)의 장착부(121e)에 의해 제2탄성부재(132)가 제1가동홀더(121)에 정치(定置)될 수 있다. 고정홀더(123)에도 상기와 같은 장착부가 형성될 수있다.

또한 제1탄성부재(131)와 제2탄성부재(132) 사이에는 제2가동홀더(122)가 마련된다.

상부 프레임(120)은 그 길이방향을 따라 제1가동홀더(121)와 제2가동홀더(122)가 슬라이딩(sliding)되도록 양쪽 측부에 가이드 레일(guide rail, 124a, 124b)이 설치될 수 있다. 제1, 제2가동홀더(121, 122)는 각각의 가이드 홈(121a, 121b, 122a, 122b)이 형성되며, 이 가이드 홈들에 의해 제1, 제2가동홀더(121, 122)는 상기 가이드 레일(124a, 124b)을 따라 부드럽게 이동될 수 있다.

도면에서의 힌지 유닛(100)은 제1탄성부재(131)와 제2탄성부재(132)로서 스프링을 예시한다. 본 발명의 힌지 유닛에서는 제1탄성부재(131)가 먼저 동작된 후 제2탄성부재(132)가 동작되도록 제1탄성부재(131)의 스프링 상수(K1)는 제2탄성부 재(132)의 스프링 상수(K2)보다 작은 것이 바람직하다. 이러한 동작을 더욱 확실하게 하기 위하여, 각 홀더(221-223)에 측벽들을 마련할 수도 있다. 도 7은 그러한 실시예에 따른 힌지 유닛을 도시하고 있다.

도 7은 본 발명의 다른 힌지 유닛에 대한 구성도이다. 도면을 참조하면, 상기 힌지 유닛(200)은 각 홀더(221-223)에 측벽들이 형성된 것을 제외하고는 도 3의 힌지 유닛(100)과 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다. 설명의 편의상 도 7에서는 상부 프레임에 내재되는 각 홀더(221-223)와 탄성부재(131, 132)들만을 도시한다.

상기 힌지 유닛(200)은 제2가동홀더(221)와 고정홀더(223) 중 대향하는 어느 한쪽면 또는 양쪽면에 측벽을 구비한다. 도면에 도시된 제2가동홀더(222) 및 고정홀더(223)는 각각의 둘레를 따라 측벽(222c, 223c)이 서로 마주보며 형성된 경우를 보이고 있다. 고정홀더(223)의 측벽(223c)과 제2가동홀더(222)의 측벽(222c)의 총 높이는 제1탄성부재(131)가 완전 압축된 높이와 같거나 더 긴 것이 바람직하다. 이것은 제1탄성부재(131)가 먼저 작동한 후 제2탄성부재(132)가 작동하도록 하기 위함이다. 즉 제1탄성부재(131)가 압축되면, 제2가동홀더(222)의 측벽(222c)과 고정홀더(223)의 측벽(223c)의 접촉에 의해 제1탄성부재(131)가 더 이상 작동되지 않고 제2탄성부재(132)가 작동하게 된다.

각 홀더(221-223)의 측벽(221c-223c)들은 탄성부재(131, 132)들을 정치(定置)하기 위한 장착부(221e-223e)를 제공한다. 제2가동홀더(222)는 그 하방으로도 다른 측벽(222'c)이 마련될 수도 있다.

이러한 힌지 유닛들은 커버를 구비한 여러 장치에 부착될 수 있으나, 본 발 명의 경우 스캔 유닛을 포함하는 본체(1) 및 본체(1)의 스캔 유닛(2)과 힌지 결합되는 커버(3)를 포함한 화상형성장치에 적용 가능하다. 특히 본 발명의 힌지 유닛들은 커버의 상부에 자동급지장치(ADF, 4, 도 1 참조)가 장착되어 커버가 상대적으로 무거운 화상형성장치에 더 적합하다.

이하 본 발명의 화상형성장치에 장착된 힌지 유닛에 대한 작용 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 화상형성장치에 장착된 힌지 유닛에 대한 작동 상태도로서, 설명의 편의상 상부 프레임에 내재되는 각 홀더(221-223)와 두 개의 스프링(131, 132)만을 도시한 것이다. 물론 상기 힌지 유닛(200)의 상부 프레임은 화상형성장치의 커버에 고정되고, 하부 프레임은 본체의 스캔 유닛에 부착되어 고정될 것이다.

통상 화상형성장치의 커버가 열고 닫히는 각도는 보통 0~80도 정도이다. 각 각도에 따라 커버가 회전하면서 유발하는 모멘트는 일정하게 증가하지 않는다. 커버가 닫히면 닫힐수록 즉, 0도에 가까울수록 모멘트는 증가하게 되고, 평형을 이루기 위한 탄성력은 증가하게 된다. 본 실시예에 따른 도 8의 힌지 유닛은 2개의 스프링을 직렬로 배열하여 커버의 개폐 각도에 따른 모멘트 평형을 유지할 수 있다.

본 실시예에서 제1스프링(131)의 스프링 상수를 K1이라 하고, 제2스프링(132)의 스프링 상수를 K2라 할 때, K1이 K2보다 작은 스프링을 사용하여, 제1스프링(131)이 제2스프링(132)보다 먼저 변위하도록 하였다.

도 8a는 상부 프레임 또는 커버에 아무런 힘이 가해지지 않은 상태이다. 도 8a와 같은 상태에서 커버를 닫으면, 제2가동홀더(222)와 고정홀더(223)가 아래로 밀리기 시작하고, 힌지축을 회전 중심으로 상부 프레임(120)이 회전하게 된다(도 8b). 상기 커버는 자중(自重)에 의해 힌지축(P)에 대해 큰 모멘트를 유발하고, 이 모멘트에 상응하는 탄성력이 도 3의 링크(112)에 의해 발생된다. 상기 링크(112)는 제1가동홀더(221)가 밀리지 못하도록 함으로써, 커버가 닫히는 것을 방해한다. 도 8b와 같은 상태에서 제1스프링(131)과 제2스프링(132)이 직렬로 배열되어 있기 때문에, 전체 스프링 상수(K_tot)는 (K1×K2)/(K1+K2)가 될 것이다.

그 다음, 상기 커버가 일정각도 이상 닫히게 되면, 도 8c에서 보는 바와 같이 제1스프링(131)은 완전히 압축되고, 고정홀더(223)의 측벽(223c)과 제2가동홀더(222)의 측벽(222c)이 접촉된다. 따라서 제1스프링(131)은 더 이상 스프링 역할을 하지 못하게 되며, 도 8d에서와 같이, 제2스프링(132)에 의해서만 탄성력이 발생한다. 도 8d와 같은 상태에서 전체 스프링 상수(K_tot)는 K1이 될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 힌지 유닛은 일정 각도 이전에는 약한 제1스프링이, 일정 각도 이상에서는 더 큰 제2스프링이 작용하여 커버 자중에 의한 모멘트를 적절히 상쇄한다. 이러한 힌지 유닛의 탄성력을 커버의 개폐각도에 따라 도시하면 도 9와 같다.

도 9는 2개의 스프링이 직렬로 배치된 상기 힌지 유닛에 대한 커버의 개폐 각도에 따른 하중의 관계를 도시한 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 힌지 유닛에 따르면, 커버가 닫히기 시작할 때 즉, 커버의 개폐각도가 큰 경우 커버에 작은 힘이 필요하다. 그러나 커버가 거의 닫힐 때 즉, 커버의 개폐각도가 작은 경우 커버에 큰 힘을 주어야 함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 힌지 유닛의 각 탄성부재들의 스프링 상수를 적절히 선택하여 스프링을 설계하면, 커버가 자중에 의해 자동으로 닫히는 것을 막을 수 있고, 스캔이나 복사 시 사용자가 열고 닫는 데 불편함을 없게 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 힌지 유닛에 따르면, 복수의 탄성부재를 직렬로 연결함으로써 어느 정도의 커버 개폐 각도까지는 작은 탄성력을 작용하고, 일정 각도 이상에서는 더 큰 탄성력을 작용시킴으로써, 커버 자중에 의한 모멘트에 적절히 대응하여, 사용자가 커버를 열고 닫았을 때 느끼는 힌지 유닛의 품질을 개선한다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형예가 가능하다. 예컨대, 상기 고정홀더와 제1가동홀더 사이에는 제1, 제2탄성부재 이외에 서로 다른 스프링 상수를 가지는 복수의 탄성부재들와, 이 복수의 탄성부재들을 안치하기 위한 가동홀더들이 더 마련될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (21)

1. 삭제
2. 본체의 스캔 유닛에 결합되는 하부 프레임;

   상기 하부 프레임과 힌지축을 통하여 연결되며, 커버와 결합되는 상부 프레임; 및

   상기 상부 프레임 내에 직렬로 설치되는 제1, 제2탄성부재;를 포함하며,

   상기 상부 프레임은,

   그 한쪽 단부에 설치되며, 상기 제1탄성부재를 안치하는 고정홀더;

   상기 고정홀더에 대향하여 설치되며, 상기 제2탄성부재를 안치하고, 상기 상부 프레임의 길이방향을 따라 이동되는 제1가동홀더; 및

   상기 상부 프레임의 길이방향을 따라 이동되도록 상기 제1탄성부재와 제2탄성부재 사이에서 위치한 제2가동홀더;를 포함하며,

   상기 커버가 상기 스캔 유닛 쪽으로 회동할 때 상기 제1탄성부재가 변위되고나서, 제2탄성부재가 변위되는 것을 특징으로 하는 힌지 유닛.
3. 삭제
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