- Dynamicity (Increasing Freedom of Movement): Adjusting structures dynamically for adaptability, such as articulated buses or rotating vehicle centers, enhances functionality in specific environments.
- Partial or Excessive Actions: Avoid perfect precision; apply over- or under-doing principles to solve problems, like retractable car mirrors or simplified etching processes.
- Dimension Change: Alter spatial dimensions or orientations for efficiency, e.g., layered semiconductor designs or upright coal cart exchanges.
- Vibration: Utilize or amplify vibrations to enhance functionality, as in cleaning through ultrasonic waves or reducing mechanical vibrations.
- Continuity of Useful Action: Ensure operations proceed without interruption, such as integrated smelting or real-time impurity removal in lasers.
15. 부분, 단계마다 자유롭게 움직이기.
자유도증가 [Dynamicity]
.물체의 특성이나 외부환경을 동작단계마다 최상이 되도록 가변시킨다.
.물체를 서로 상대 적으로 움직이도록 분리한다.
.물체를 가변되게 또는 움직이게 한다.
1) 바퀴를 하나 더 만들게 되면 험한 지형도 다닐 수 있는 트랙터를 만들 수 있다. 자유도의 증가는 결과적으로 유연성을 증가시켜 좋은 결과를 이끌어 내 는 원리이다. 2003년 상반기부터 서울 시내에서 운행되는 굴절버스도 15번 원리를 이용한 것이다.
2) 자동차의 중심에 회전축을 설정함으로써 자유도를 증가시키고 있다. 이렇게 유연성을 증가시켜 자동차의 문을 처음부터 만들지 않아도 되는 구조를 가지고 있다. 물론 이러한 자동차가 일반적인 자동차 의 구조에 채택되기에는 많은 문제들이 있다. 하지만 산업용이나 군사용등 특수 목적에 사용되는 차량의 경우 한번 고려 될 만하다. 이 특허는 미국의 GM 에 의해 등록된 것인데, 아이디어가 형편없어서 아직 이 런 차량이 없는 것일까? 아니면 있는데 보지를 못했을 까? 아니면 아직까지 누구도 도전해 보지 않았을 뿐일까?[미국 특허 번호 4 671 563, General Motors Corporation]
3) 미 해군에서 실전에 338대가 배치되어 사용되는 F14 톰캣이다. 초음속 비행 시에는 날개가 접히고 저속 비행 시에는 날개를 편다. 실제로는 그 효과가 기대만 못하여 이 후 F-15, F-18등에서는 이와 같은 아이디어가 채용되지 않았다. 제작 단가가 너무 비 싸기 때문이다.
4) 12톤 이상의 화물 차나 대형 버스는 차량의 길이가 길어서 코너를 돌아가거나 U턴 을 할 때 커다란 반경을 필요로 하게 된다. 부분으로 나누는 운반 차량은 화물차나 대형버스보다 길이가 훨씬 더 크기 때문에 자유 도를 증가시키는 구조를 가지고 있다.
16. 지나치게 해버리거나 부족하게 한다.
초과나 부족 [Partial or Excessive]
.원하는 것을 얻기 위해 비싼 대가를 치르기 보다 '조금 더' 혹은 '조금 덜 하는 방법으로 해결한다.
1) 언제나 적당한 값이 있고 그 값을 구해야 한다. 하지만 가끔 그러기가 어렵기도 하고 실제로 그럴 필요가 없 는 경우에도, 계속 최적의 값을 구하기 위해 노력한다. 일종의 심리적 관성(Mental Inertia)이 작용하는 경 우이다. 모두가 온건한 생각을 할 때, 한 번쯤 과격한 혹은 바보 같은 생각을 해 보는 것이 도움이 된다. 그러한 과격한 생각 혹은 바보 같은 생각을 하여 문제를 해결한사람이 똑똑한 것은 아 니다. 다만 모두가 온건한 생각으로 최선을 다해 보았다면 이미 그 곳에는 해결책이 없는 경우가 많다. 해결책이 전혀 다른 곳에 있었고 그것을 가장 빨리 만난 것 뿐이지 똑똑한 것이 아니다. 반드시 성실한 것은 아니었다. 자동차 문짝에 있는 사이드미러는 세게 밀면 부러지지 않고 뒤로 젖혀져 버린다. 16번 원리가 적용되었다.
2) 자기 기억 장치의 핵심 부분으로서 세라믹 웨이퍼 위에 길다란 홈을 파 내고 그 홈에 강자성 물질과 전도성 물질이 정확한 두께로 층을 이루고 있어야 한다. 일반적인 식각 공정을 통하여 제작한다면 두 번의 식 각 공정과 적층 공정이 번갈아 가면서 이루어져야 한 다. 그림과 같이 처음부터 식각 공정에 사용하는 마스 크 없이 두개의 층을 적층한 후 갈아내는 장비를 이용하여 필요 없는 부분을 갈아내어 버린다.[SU A.c. N 257633]
3) 플라즈마 아크 절단방법으로 다양한 두께의 금속 쇠파이프를 잘라 낼 수 있다. 금속 의 두께가 두꺼워 질수록 플라즈마 아크 절단기에 가해져야 할 전압이 높아져서 절 단면에 흠집이 발생하지 않는다. 절단 공정 중에 눈으 로 이를 확인하고 조절하는 것이 쉽지가 않다. 사용되는 전기 사용량이 문제가 되지 않으면 제일 두 꺼운 쇠파이프절단에 필요한 전압을 적용하여 모든 두께의 쇠파이프를 절단한다. [SU A.c. N 239 458]
4) 쇳가루가 일정한 분량으로 계속 뿜어져 나와야 하는 장비가 있다. 일반적으로 쇳가 루가 가득 차 있으면 쇳가루가 빠져 나오는 속도가 빠르고 반대의 경우는 느리다. 언 제나 일정한 속도(분량)로 나와야 한다. 투입구가 있는 저장창고에서 전자석 펌프로 투입 구멍에 투입해 주고 넘치는 경우 저장 창고로 넘치는 구조를 만든 후 계속 쇳가루를 부어서 넘 치게 하면 언제나 일정한 쇳가루의 압력만으로 쇳가루를 공급할 수 있게 한다. [SU A.c. N 262333]
17. X, 혹은 Y 축 등으로 차원을 바꾼다.
차원변화 [Dimension Change]
.물체의 배치나 운동을 1차원에서 2차원, 3차원으로 바꾼다.
.물체를 기울이거나 돌린다.
.물체의 반대면을 이용한다
1) 막대를 가게에서 쌓아 두고 판다고 할 때, 대개는 옆으로 눕혀서 끈으로 묶어 팔게 된다. 세로로 세워서 놓으면 훨씬 더 느슨하게 막대를 묶어도 괜찮을 것이다. 옛 조선 시대 시골 장터에서 장작개비를 파는 상인이 있다고 가정해 보자. 눕혀 놓고 팔지 이렇게 세워서 파는 사람은 거의 없을 것이다. 그만큼 눕혀 놓고 보관하는 것이 일종의 심리적 관성(Mental Inertia)인 것으로 생각된다.
2) 탄광의 갱도 마지막 끝 부분에서 탄을 캐내면 그것을 실어 나를 화차는 갱도의 끝부 분까지 진입해야 한다. 하지만 갱도의 끝 부분은 석탄을 파내고 있는 부분이므로 대 개는 좁은 공간이다. 이러한 좁은 공간에서 두 개의 화차가 평행하게 회전하기는 어렵다. 화차를 옆으로 돌려서 교대하는 것이 아니라 아래 위로 화차를 들어서 교환하고 있다. 12번 원리와 상충된다고 생각할 수 있지만, 여기에서는 두개의 화차를 평행하게 옆으로 돌리는 심리적 관성을 극복 하여 아래 위로 화차를 교대한다는 점에서 똑같이 심 리적 관성을 극복하고 있다. SU A.c. N 180555]
3) 집적회로에 사용되는 인덕턴스 코일은 표면에서 구부러지는 직각이나 뱀의 모양을 하고 있다.수평으로 구부러지는 모양에 수직으로도 구부러지는 형태를 첨가하여 인덕턴스 용량이 증가 하거나 더 작은 표면적에 인덕턴스를 만들 수 있다. [미국 특허 5372 967 특허일: 1994년 12월 13일 Motorola Inc, Schaumburg, III., USA]
4) 일반적인 식각 공정에서는 마스크를 씌운 후에 마스크의 보호를 받지 않는 부분을 제거하고 마스크 아래의 면을 회로로 사용한다. 마스크와 같은 재질의 물질을 마스크 개념 대신 스페이스로 먼저 적 층 한 후 회로로 사용할 물질을 도포 한다. 그런 후에 스페이스를 제거함과 동시에 이미 도포한 물질의 세로 부분만을 사용한다. [미국 특허 5 202 272 특허일: 1993년 4월 13일]
18. 진동을 이용한다.
진동 [Vibration]
.물체가 진동 운동하게 한다.
.물체의 고유 진동수 및 공진을 이용한다.
.물체의 진동 주파수를 초음파대역까지 증가시킨다.
1) 자연계에서 널리 존재하는 진동의 운동 원리를 이용한 다. 가장 대표적인 진동 운동으로는 시계추의 진자 운 동 등이 있을 것이다. 이러한 진동 원리가 어떻게 발명에 이용되는지 알아 보자.
2) 잡지사나 신문사, 출판사에서 인쇄되는 부수를 정확히 측정할 필요가 있다. 탄력이 있는 막대를 이용하여 막대를 스쳐 지나가는 횟수를 측정하는 방법이 있는데 막대가 마모되면 교체를 해 주어야 한 다. 그림과 같이 바람을 불어주고 이 바람 때문에 평평한 종이로 된 물체는 진동을 일으킬 것이다. 이렇게 야기된 진동은 소리를 만들어 낼 것이고 이 소리를 마이크로 수신하여 인쇄되는 부수를 정확히 예측해낼 수 있다. [미국 특허 5 031 156 특허일: 1991년 7월 9일 EDS Technologies, Inc., Hialeah, Fla., USA]
3) 회전하는 막대는 대개 그 끝 부분이 고속으로 회전할수록 심하게 떨리게 된다. 이러 한 떨림을 막기 위해서 그림에서는 기계적 진동의 원리를 이용하고 있다. 회전하는 막대의 끝 부분에 두개의 구슬을 그 구슬의 직경보다 약간 더 큰 공간에 놓아 둔다. 막대가 회전하면서 구슬 두개도 벽에 부딪히면서 심하게 요동치는데 그 요 동치는 주파수가 회전하는 막대의 흔들리는 주파수와 교묘히 맞아 떨어져서 회전하는 막대의 떨림을 상쇄 시켜 주고 있다. [SU A.c. N 314 829]
3) 반도체 공정에서 여러 식각 공정을 거치게 되면 PR(photo register)이나 혹은 에칭 용액과 같은 불순물들이 표면이나 홈에 남아 있게 된다. 특정 화학물질을 용매로 사용하여 제거하지만 깊은 홈 등에 파여져 있는 불순 물들을 제거하기가 어렵다. 특정 용액 속에 부품을 놓고 초음파를 제공하면 깊은 홈 속에 파여 진 작은 불순물들이라도 쉽게 제거 된다. 일반 안경점에서 초음파를 이용하여 안경을 청소하는 원리와 동 일한 원리이다.[미국 특허 5 339 842 특허일: 1994년 8월 23일]
19. 연속적으로 하지 않고 주기적으로 한다.
주기적 작용 [Periodic Action]
.지속적 작용은 주기적 작용으로 바꾼다.
.작용이 이미 주기적이면 주파수를 바꾼다.
.작용과 그 다음 작용사이의 시간 터울을 이용한다.
1) 계속, 연속적으로 하지 않고 주기적으로 하는 것은 가 끔은 전혀 생각치 못했던 해결책을 제공한다. 연속적 으로 하는 것은 너무나 당연한 것이고 원래 그래야만 한다. 다만, 시간이 충분히 지나면 '혹시, 띄엄 띄엄 주기적으로 하면 어떻게 될까?' 라는 의문을 가지면서 문제를 해결하는 경우가 많다.
2) 기온이 낮은 환경에서 땅을 파는 특수 장비이다. P 드릴링과 함께 강한 공기의 압력을 분출하여 굳어 있는 땅을 파헤친다. 우선 어느 정도 드릴로 파 내려간 다음 첫번째 공기의 압력을 분출하여 큰 구멍을 낸다. 그리고 다시 압력은 작지만 조금 더 길게 공기 압력을 분출하 여 좀 더 작은 알갱이로 만들게 된다. 그래서 드릴링 의 효과도 커지게 된다. 여기에는 여러 가지 원리가 적용되고 있다. 3번 국부적 품질, 19번 주기적 작용, 1번 분할, 29번 공기 및 유압사용의 원리들이 사용되 었다. [SU A.c. N 1 104 216]
3) 스프링 쿨러는 넓은 면적에 물을 골고루 뿌려주는 장비이다. 문제는 넓은 면적에 물을 뿌리려면 물의 압력이 높아야 한다. 높은 압력을 위해 성능 좋은 펌프를 써야 한다면 많은 비용과 수고가 따라야 한다. 가정에서 일반적으로 사용하는 수돗물의 압력으로도 물을 멀리 뿌리기 위해 물을 가두었다가 뿜어 내는 방법, 주기적인 방법을 사용한다.
4) 산화막 마스크를 이용하여 원하는 부분에만 단결정을 성장시키고자 한다. 그런데 단결정 성장시에 산화막 마스크 위에도 조금씩 성장이 이루어져 공정이 마쳐지고 나면 산화막 마스크를 제거하기 힘들 정도로 단결정이 군데 군데 생성된다. 우선, 단결정을 성장시키고 다시 식각(에칭)을 통하여 산화막 위의 단결정을 제거하고 다시 또 단결정을 성장시키는 공정을 반복한다. 적층 공정에 사용되는 가스의 성분을 주기적으로 변화시키면 쉽게 가능하다. 산화막 위의 단결정을 제거하면서 원하는 곳에만 순수한 단결정을 적층할 수 있다. 이것도 특허냐고 하겠지만, 실제 해당 부서에서는 산화막 위의 단결정 성장을 최대한 억제시키는 적층 방법만을 찾고 있었다. [미국 특허 5201 995 특허 날짜: 1993년 4월 13일 MCNC,]
20. 유용한 작용을 쉬지 않고 지속한다.
유용한 작용의 지속 [Continuity of Useful Action] : 최대한의 효율을 달성하기 위한 원리이다.
.지속적으로 유용한 작용을 가능하게 한다.
.작용이 쉬지 않고 진행되도록 한다.
.작용과 그 다음 작용사이의 시간 터울을 이용한다. nidos)
1) 제련소에서는 원석을 녹이고 그 후 뜨거운 원석 용액을 전기 로에 옮겨서 전기 처리를 한다. 이와 같은 작업을 한번에 연속적으로 처리함으로써 효율을 극대화 하고 있다. 또 하나의 중요한 원리는 4번 비대칭 원리이다. 원석이 용광로에 투입되 면 비대칭인 용광로의 바닥으로 인해 바닥의 우측에 서 용해가 이루어 진다. 바닥이 비대칭이므로 용광로 바닥의 왼편에는 원석이 녹은 용액만 모이게 되고 여 기서 전기 처리를 실시한다. 4번 원리와 20번 원리가 함께 적용되고 있다. 어떤 비정상적인 엔지니어가 처 음부터 용광로 바닥을 평평하게 만들지 않고, 비대칭 적으로 만들것인가? 사람은 언제나 평평한 것, 대칭적 인 것을 당연히 선호하기 때문이다. [SU A.c. N 242325]
2) 금속 증기 레이저(metal vapor laser)는 작동 중에 오염 원자들이 계속 발생한다. 오염 원자들은 레이저의 성능을 저하시키기 때문에 가끔씩 레이저 작동을 멈추고 정제 공정을 실시해야 한다. 레이저 작동과 동시에 불활성 가스가 통 과하여 오염 원자들을 밖으로 배출시키고 있다. 레이 저 작동을 멈출 필요 없이 레이저 내부를 정제하고 있는 것이다. [미국 특허 5 166 947 특허일: 1992년 11월 24일 미국 에너지부(워싱턴 D.C.)]
3) 실리콘 웨이퍼 위에 폴리-실리콘을 적층 하는 공정이다. 실리콘 웨이퍼 위의 산화막을 제거한 후 곧 바로 폴리-실리콘 적층 공정을 위해 운반 되어 지는 사이에 실리콘 웨이퍼 위에 산화 막이 순식간에 형성된다. 이 산화막은 웨이퍼의 전기적 특성을 급격히 저하시킨다. 낮은 압력에서 HF 가스를 이 용하여 산화막을 제거하고 곧 바로 폴리-실리콘 적층을 위한 가스와 함께 동시에 압력을 올려 한 번의 공 정으로 산화막 없는 폴리-실리콘을 적층 할 수 있다. [미국 특허 4 981 811 특허 날짜: 1991년 1월 1일 AT&T Bell]
[생각의 창의성 TRIZ]
저자 김효준
