한국트리즈협회에서 제공하는 트리즈 표준교재입니다.

1. 단원명 : 트리즈 - Tool for Best Design
중단원 :
차시명 : 7. 발명원리 40 - 15,29,30,31 & 23
학습개요
1. 유연성과 관련 된 발명원리 학습
2. 피드백과 관련 된 발명원리 학습
학습목표
1. 발명원리 15,29,30,31의 이해 및 활용
2. 발명원리 23의 이해 및 활용
들어가기
사진 1. 유리병 사진 2. PET 병
강한 것과 약한 것이 강한 힘을 받을 때 어느 것이 부서질까요? 당연히 약한 것이 부서질
것이라고 대답할 것입니다. 그러면 사진 1의 유리병과 사진 2의 PET병중에 어느 것이 강할
까요? 아마도 유리병이 강하다고 대답할 것입니다. 그런데 2층에서 이 둘을 떨어뜨릴 때
어느 것이 부서질까요? 당연히 유리병이 깨집니다. 논리가 이상하죠? 강한 것이 깨진다니.
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2. 그 이유는 잘 아실 것입니다. 유리병은 단단하기 때문에 충격을 흡수하지 못하고 그래서 유
리가 깨집니다. 하지만 PET는 유연하기 때문에 충격을 받으면 변형이 일어나 충격을 분산
하기 때문에 깨지지 않는 것입니다. 이렇게 유연하지 못한 것은 기술적 모순을 만들어 냅니
다. 또한 피드백이 없을 때도 기술적 모순이 생깁니다. 이번 차시에서는 이 두 가지 유형의
기술적 모순에 대해 알아보도록 합시다.
학습하기
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1. 유연성과 관련 된 발명원리
기술모순이 생기는 원인 중에 유연성이 부족하기 때문에 생기는 것이 있다. 집에서도 가끔 사
용하는 공구 중에 사진 3과 같은 렌치(wrench)가 있다. 이 렌치가 가진 기술적 모순은 무엇일
까? 렌치의 용도는 육각 나사를 조이기 위한 것이다. 나사를 힘 있게 조이기 위해서는 렌치의
입은 단단해야 한다. 입이 단단하지 않으면 나사의 머리를 강하게 잡을 수 없기 때문에 나사를
조일 수 없다. 하지만 이렇게 단단한 입으로 인해 나사의 크기가 조금만 다르면 렌치를 쓸 수가
없다. 즉 렌치의 용도에 제약이 생기는 것이다. 이 기술적 모순은 발명원리 15를 통해 해결되었
다. 사진 4의 ‘Grip Wrench'라는 제품은 고무 밴드를 이용해 조여야 하는 나사의 직경을 조절할
수 있다. 나사의 머리에 고무 밴드를 맞춘 후엔 움직이지 않도록 고정할 수 있다. 그래서 여러
종류의 나사를 한 개의 렌치만으로 조이고 풀 수 있는 것이다.
사진 3. 렌치 사진 4. 그립 렌치
이렇게 유연성이 부족하여 기술모순이 발생할 때 사용할 수 있는 발명원리는 발명원리 15 동
력학(Degree of Dynamism), 발명원리 29 공기 및 유체 시스템(Pneumatics and
hydraulics system), 발명원리 30 유연한 얇은 막 및 필름(Flexible Membrane and Thin
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3. Films), 발명원리 31 다공성 물질(Porous Materials)이 있다.
발명원리 15는 물체의 특성이나 외부환경을 각 동작단계마다 최상이 되도록 가변시키거
나, 물체를 서로 상대적으로 움직이도록 분리하거나, 물체를 가변되게 또는 움직이게 하는
것이다. 예를 들면 자동차 전동 거울, 위장 검진을 위한 유연한 내시경 등이 이 발명원리를
응용한 사례이다. 길에서 자주 보는 사진 4와 같은 입간판의 경우 기술적 모순이 있다. 입
간판이 넘어지지 않기 위해서 다리는 튼튼하게 고정되어 있어야 한다. 이렇게 되면 잘 넘어
지지 않으므로 안정성이 확보된다. 하지만 바람이 분다든지 무엇과 충돌하든지 할 때 튼튼
하게 고정되어 있는 입간판의 다리는 부러지기 쉽다. 따라서 신뢰성이나 수명이 악화되는
것이다. 이 기술적 모순은 발명원리 15를 이용해 해결되었다. 사진 4에 나온 것처럼 다리를
스프링으로 만든 것이다. 이 스프링은 일정 수준 이상의 힘이 걸릴 때 휘어져 다리가 부러
지는 것을 막아준다.
사진 5 유연 입간판
발명원리 29는 물체의 고체부품을 가스 또는 액체부품으로 대체하는 것이다. 예를 들면
라텍스 침대, "젤Gel"이 든 신발 깔창(사진 6) 등이 이 발명원리를 이용한 것이다. 건물을
세우기 위해서는 벽만이 아니라 기둥이 필요하다. 하지만 기둥은 벽을 지탱해주는 도구로
공간을 확보하기 위한 벽에 비해 소용이 적다. 여기에서 기술적 모순은 무엇일까? 기둥이
있으면 강도라는 유익기능이 확보되지만, 기둥으로 인해 건물의 무게가 늘어나고, 유효 공
간이 감소하는 유해기능이 생기는 것이다. 이 기술적 모순은 발명원리 29를 이용해 해결되
었다. 사진 7과 같은 공기 기둥을 가진 구조물은 무게가 그다지 증가하지 않으면서 벽이 설
수 있도록 강도를 보장해준다. 그리고 사진 8과 같은 도쿄돔은 이 원리를 응용한 것으로 크
기가 길이가 140m 이상, 높이가 61m 이상인 거대 구조물까지 세워졌다.
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4. 사진 6. 공기 깔창 운동화 사진 7. 공기 기둥 건물
사진 8. 에어돔(도교 돔)
발명원리 30은 통상의 구조물 대신에 유연한 얇은 막 및 필름을 사용하거나, 유연한 얇은
막 및 필름으로 물체를 격리시키는 것이다. 이스라엘의 농장에서 물 사용량을 줄이기 위해
식물 잎 윗면에 수분증발을 막기 위해 폴리스티렌 스프레이를 한 것도 이 발명원리를 응용
한 것이다.
사진 9. 백열 전구 사진 10. 테프론 박막 코팅 백열전구
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5. 백열전구가 가진 기술적 모순은 무엇일까? 백열전구는 필라멘트에서 고온이 발생하기 때문
에 열에 견디고, 투명성을 가지기 위해서는 유리를 사용해야 한다. 투명성과 내열성이 유익
기능이다. 하지만 유리는 깨지기 쉽다는 문제를 가지고 있다. 그리고 깨지면서 유리가 비산
해 상처를 낼 위험성이 있다. 즉 안정성이 부족하다는 유해요인이 있는 것이다. 발명원리
30을 이용해 테플론 박막 필름 코팅을 한 백열전구가 개발되었다. 이것은 전구 표면에 테
플론 박막이 코팅되어 있다. 유리가 깨지기는 하지만 깨지더라도 유리가 비산되지 않기 때
문에 안정성이 증가한다.
발명원리 31은 물체를 다공성으로 만들거나 다공성물질(삽입물, 코팅)을 사용하거나, 물
질에 있는 구멍을 이용하는 것이다. 다공재료는 말 그대로 재료에 많은 구멍이 있는 것이
다. 이렇게 되면 동일한 체적을 가지면서도 표면적이 증가하고, 무게가 줄어든다는 장점이
생긴다. 미 우주왕복선을 설계할 때 있었던 기술적 모순 중에 하나는 단열재의 사용이었다.
우주왕복선이 지구로 진입할 때 공기와의 마찰에 의해 표면이 수천도까지 올라간다. 이렇게
되면 우주선이 타버리기 때문에 단열재를 사용해야 한다. 여기에서 생기는 기술적 모순은
단열재를 사용하면 열의 차단이라는 유익장용이 생기지만, 무게의 증가라는 유해작용이 생
기는 것이다. 이 기술적 모순은 사진 11과 같은 초경량 단열재가 개발되어 해결되었다. 이
것은 ‘Aerogel'이라는 실리카 계열의 단열재로 무기물인 실리카를 재료로 개발되어 내열 온
도가 높다. 하지만 무게는 공기보다 4% 밖에 무겁지 않아 거의 무게가 존재하지 않는 물질
이다. 이것도 발명원리 31을 응용한 것이라 할 수 있다.
사진 11. Aero Gel
2. 피드백과 관련 된 발명원리
기술모순이 생기는 또 다른 이유로 피드백이 없거나 과다하기 때문에 생기는 것이 있다. 피드
백이란 어떤 원인에 의해 나타난 결과가 다시 원인에 작용해 그 결과를 줄이거나 늘리는 '
자동 조절 원리'를 말한다. 조건이 바뀌면 작용을 바뀌어야 하는데 피드백이 되지 않아 바
꾸지 않기 때문에 문제가 생기는 것이다. 환기를 위해 팬을 이용해 실내의 공기를 뺄 경우
어느 이상이 되면 실내의 압력이 마이너스가 되기 때문에 환기가 잘 되지를 않는다. 그림 1
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6. 의 feedback 형 환풍기는 발명원리 23을 이용해 외부의 공기를 빨아들이면서 외부로 배출
하도록 설계되었다. 이렇게 되면 실내의 압력이 대기압을 유지하기 때문에 더 공기 순환이
잘된다. 이렇게 피드백이 잘 되지 않을 때 사용하는 발명원리가 23번이다.
그림 1. 피드백형 환풍기
발명원리 23은 피드백을 도입하거나, 이미 피드백이 있으면 그 크기나 영향을 바꾸는
것이다. 예를 들면 히터의 온도를 정확히 유지하기 위해 온도센서를 통해 히터에 흐르는 전
류를 조절하는 것이 여기에 해당한다. 항공전의 양상을 바꾼 무기인 미사일의 경우 피드백
이란 발명원리를 도입한 것이다. 적외선 유도 미사일의 경우 적기의 엔진에서 나오는 열을
통해 비행기의 정보를 피드백 받는다. 전파 유도 미사일은 공격기의 레이더에서 제공하는
피드백 정보를 통해 적기의 위치 정보를 피드백 받아 추적하는 것이다.
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7. ․
평가하기
1. 대기 온도에 따라 냉각 컴프레서의 출력이 변하는 아래의 제품은 어떤 발명원리를 이용
한 것인가?
① 발명원리 1 분할
② 발명원리 23 피드백
③ 발명원리 4 비대칭
④ 발명원리 5 결합
정답) ②
해설) ② 부하에 따라 출력을 변하게 하여 문제를 해결하고 있다.
2. 아래의 자전거는 도로의 굴곡에 적절하게 대응하여 사람들이 승차하기 편하게 한 것이
다. 이것은 어떤 발명원리를 이용한 것인가?
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8. ① 발명원리 1 분할
② 발명원리 40 복합재료
③ 발명원리 15 동력학
④ 발명원리 6 다용도
정답) ③
해설) ③ 자전거에 충격 흡수기를 장착하여 도로에서 오는 충격을 흡수하고 있다.
3. 제품의 포장에 많이 사용하는 아래의 사진과 같은 에어캡은 어떤 발명원리를 이용한 것
인가?
① 발명원리 1 분할
② 발명원리 24 중간 매개물
③ 발명원리 4 비대칭
④ 발명원리 29 공기 및 유체 시스템
정답) ④
해설) ④ 두 개의 비닐 사이에 공기층을 넣어 충격을 흡수하고 있다.
정리하기
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9. 1) 발명원리 15,29,30,31 은 어떻게 문제를 해결하는가?
- 발명원리 15는 물체의 특성이나 외부환경을 각 동작단계마다 최상이 되도록 가변시키
거나, 물체를 서로 상대적으로 움직이도록 분리하거나, 물체를 가변되게 또는 움직이게 하
는 것이다.
- 발명원리 29는 물체의 고체부품을 가스 또는 액체부품으로 대체하는 것이다.
- 발명원리 30은 통상의 구조물 대신에 유연한 얇은 막 및 필름을 사용하거나, 유연한
얇은 막 및 필름으로 물체를 격리시키는 것이다.
- 발명원리 31은 물체를 다공성으로 만들거나 다공성물질(삽입물, 코팅)을 사용하거나,
물질에 있는 구멍을 이용하는 것이다.
2) 발명원리 23은 어떻게 문제를 해결하는가?
- 발명원리 23은 피드백을 도입하거나, 이미 피드백이 있으면 그 크기나 영향을 바꾸는
것이다.
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