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엘리베이터 안전장치기술에 관한 한,미,일 3국 특허분석
 
●특허기술자료
 
월간 기계기술기자 | 2004.09.01 | 2004년 9월호
 
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지금 세계는 치열하게 전개되는 정보 전쟁 속에서 자국의 이익을 확보하기 위해 산업재산권 보호 노력을 급속히 강화하고 있다. 이러한 특허전쟁의 시대에서는 기술 경쟁력이 없이는 미래를 보장받을 수없으며, 이를 위해 가장 기본이 되는 것은 특허기술정보의 효율적인 활용이다.
 본 고에서는 한국특허정보원내 선행기술조사본부에서 전문조사원들이 각 분야별로 작성하는 기술리포트 중‘가변용량 터보차저’라는 테마의 특허동향을 소개함으로써 관련 기업체 및 국내산업발전에 미력하나마 도움이 되고자 한다.
Ⅰ. 서론
요즘 국내의 뉴스 중에는 엘리베이터 안전사 고에 관한 소식들을 많이 접할 수 있다. 점차 고층화 되어가는 현대주거 문화에서, 엘리베이터는 이미 생활의 일부로 자리 잡고 있음을 부인 할수 없다.
  이러한 엘리베이터는 역사적으로 볼 때 고대 이집트의 피라미드가 건조되었을 때 이미 실용화되 었다. BC 236년 로마의 아르키메데스는 캡스턴 (Capsten)과 레버(Lever)에 의한 드럼(Drum)식 호이스트와 같은 권상 기계를 발명하였고. BC200년 인력에 의한 엘리베이터 같은 것이 출연하였다고 전해고 있다. 우리나라에서는 1940년대 서울 종로의 화신백화점에 설치된 것이 처음이다. 이처럼 유래가 오래되고 현대생활의 필수적 운송수단인 엘리베이터에서, 부쩍 늘어가고 있는 안전사고에 대하여 실제로 발생되는 안전사고의 유형과, 엘리베 이터의 안전장치의 종류 및 엘리베이터 업계에서 어떠한 방식으로 안전장치를 연구하고 있는지를 R&D투자의 일부라 할 수 있는 특허를 통해 한국,미국, 일본의 엘리베이터 안전장치 기술을 분석해 보고자 한다.
Ⅱ. 본론
1. 엘리베이터 안전사고의 유형과 안전장치의 종류
1-1. 엘리베이터 안전사고의 유형
2003년 12월31일 현재까지 우리나라에 설치된 승강기는 승객용 219,521기, 화물용 19,156기) 가설치되어 있다. 엘리베이터의 보급증가와 함께 승강기로 인한 사고도 매년 꾸준히 증가 하고 있으 며, <표1>에서와 같이 한국승강기 안전관리원의 통계자료에 따르면, 1993년 19건의 사고건수가 대체 적으로 점차 증가하여 2003년에는 40건까지 증가 하였다.
  또한 1998년 행정자치부의 “아파트 승강기 안전 실태조사결과 ”에서 알 수 있듯이 엘리베이터 안전사고는 사고 유형별로, 전체사고 7,734건의 사고 사례중, 갇힘(문잠김)이 7,415건(95.9%)에 이르고 있어 대부분을 차지하였고, 추락이 53건((0.7%), 기타가 266건(3.4%)를 차지하였다. 이는 엘리베이터 안전사고의 상당부분이 도어관련장치 및 속도제어 부분에서 발생되는 것으로 분석 된다(<표2-1>참조). 행정자치부에서 조사한 설문조사 결과에 따르 면, <표2-2>에서와 같이 전체 설문 응답자 480명중, 19명(4%)이 매우 안전하다, 109명(23%)이 어느 정도 안전하다고 응답한 반면, 229명(47%)이 다소불 안하다, 37명(8%)이 매우불안하다는 응답을 하였다. 대부분의 승강기 이용자가 엘리베이터의 안전에 관하여 다소 불안해하고 있음을 보여 주었다.
1-2. 엘리베이터 안전장치의 종류
① 문닫힘 안전장치(SafetyShoe)
  엘리베이터 문에 승객 또는 물건이 끼었을 때, 문을 자동으로 다시 열게 하는 장치.
 
 ② 정원 초과 경보장치(OverloadFeature)
  엘리베이터의 정원초과를 방지하기 위하여 승객이 정격부하 이상으로 했을 때 부저를 울리게 하는 장치.
 
 ③ 비상호출버튼 및 인터폰(Emergency Call Button& Interphone)
  엘리베이터 내부의 운전반에 비상호출버튼 및인터폰이 내장되어 있어, 비상시 비상호출버튼을 누르고 관리실과 인터폰으로 연락할 수 있으며, 보수 점검시는 기계실과도 연락할 수 있다.
 
 ④ 비상정지 스위치(EmergencyStopSwitch)
  엘리베이터 운행 중 이상이 발생시 비상정지 시킬 수 있는 스위치로서, 방법상 운전반의 스위치 캐비넷 안에 설치하는 것을 표준으로 하며, 고객의 별도 요구가 있을 시는 비상호출버튼 좌측의 표지판 상에 설치할 수 있다.
 
 ⑤ 비상등(EmergencyCarLighting)
  정전 시에는 엘리베이터 내의 비상등이 점등하여 엘리베이터 내에 1시간 이상 일정한 밝기를 유지해 준다.
 
 ⑥ 비상구출구 스위치(EmergencyExitSwitch)
  엘리베이터의 비상구출구를 열었을 때 전원을 차단하여, 승강기가 동작하지 않도록 하는 안전장치.
 
 ⑦ 게이트스위치(GateSwitch)
  엘리베이터 도어 구동장치에 형성된 도아 안전장치로서 엘리베이터의 안전에 이상이 없을 때 카를 출발시킨다.
 
 ⑧ 인터록크스위치(InterlockSwitch)
  승장도아 구동장치에 형성된 도아 안전장치로 서, 승강장 출입문이 열렸을 때는 카가 운행할 수없도록 하며, 카가 운행 중에는 승강장 출입문을 외부에서 열 수 없도록 완전히 채우는 장치. 고장 및 보수시에는 외부에서 Key로써 인터 로크를 풀어 문을 열 수 있다.
 
 ⑨ 마그네틱 브레이크(MagneticBrake)
  직류전자식으로 운전 중에는 항상 개방되어 있고 전류가 차단됨과 동시에 작동하며, 카가 적재하중 125%를 적재하여 하강 운행할 경우에도 카를 완전히 제동할 수 있다.
 
  마그네틱 브레이크는 정전 시나 비상정지 스위 치, 리미트 스위치, 조속기, 비상구 출고 스위치, 핏트 스위치 등의 작동 시에 동시 작동한다.
 
 ⑩ 이상속도 검출장치(Pulse Generator Error Check)
  카의 시리제속도가 속도패턴보드에서 발생되는 속도패턴의 허용오차보다 클경우나 역방향으로 작동시 콘트롤레 이상이 있는 것으로 판단하여 인버터지령에 의해 카를 정지시킨다.
 
 ⑪ 이상속도 검출장치완충기(Buffer) 카가 어떤 원인으로 인하여 최하층을 통과하여 피트(pit)로 떨어졌을 때 충격을 완하하기 위한 장치이다. 똑같이 카가 위로 올려 졌을 때를 대비하여 균형추의 바로 아래에도 설치한다. 그러나 완충 기는 키나 균형추의 자유낙하를 완충하기 위한 것은 아니다.(자유낙하는 비상정지 장치의 분담기능이다.) 완충 장치에는 스프링 완충기와 유압 완충 기가 있다.
  엘리베이터가 승강로 최하부로 낙하하는 비상사 태가 발생하는 경우, 낙하시의 충격을 흡수하는 스프링 혹은 오일 완충장치가 핏트에 설치된다.
 
 ⑫ 리미트 스위치, 종점리미트 스위치(Limit Switch& FinalLimitSwitch)
  엘리베이터가 최상층 이상 및 최하층 이하로 운행되지 않도록 4단계 감속정지스위치를 장치하여, 엘리베이터의 초과운행충돌을 방지하여 준다.
 
 ⑬ 핏트 스위치(PitSwitch)
  설치보수 작업시 핏트내에서 엘리베이터의 운행을 정지시킬 수 있는 안전장치.
 
 ⑭ 비상정지장치(SafetyDevice)
  예측할 수 없는 경우의 일로 인하여 엘리베이터의 급강하 시 그 하강을 제어하는 장치로 하강속도가 정격속도를 초과하여, 고속(1.4배 이내)시에 작동되는 것이므로 타고 있는 사람에게 충격이 가하 여지지 않도록 점진식 정지 장치를 사용하여야 한다. 작동원리-조속기에서 정지된 조속기 로프는 하강하는 카의 비상정지 장치 연결구를 통하여 회전력을 발생시킨다. 당김봉은 양쪽 균등한 힘으로 클램프장치의 웨이지를 끌어 올려 고정인 가이드 레일에 카를 정지시킨다.
 
 ⑮ 조속기(Govemor)
  기계실에 설치되는 조속기는 카의 속도가 정격속도의 1.3배를 넘을 경우에 과속 스위치를 작동시켜 동력을 끊음으로써 엘리베이터를 정지시키며, 카의 속도가 계속 증대하여 정격속도의 1.4를 넘을 경우에는 조속기 로우프를 잡아 비상정지 장치가 작동되도록 한다.
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③ 비상호출버튼 및 인터폰(Emergency Call Button& Interphone)
엘리베이터 내부의 운전반에 비상호출버튼 및인터폰이 내장되어 있어, 비상시 비상호출버튼을 누르고 관리실과 인터폰으로 연락할 수 있으며, 보수 점검시는 기계실과도 연락할 수 있다.
④ 비상정지 스위치(EmergencyStopSwitch)
엘리베이터 운행 중 이상이 발생시 비상정지 시킬 수 있는 스위치로서, 방법상 운전반의 스위치 캐비넷 안에 설치하는 것을 표준으로 하며, 고객의 별도 요구가 있을 시는 비상호출버튼 좌측의 표지판 상에 설치할 수 있다.
2. 엘리베이터의 비상/안전장치 관련 특허분석
2-1. 기술분류 및 데이터의 범위
가. 엘리베이터 안전장치의 기술분류
엘리베이터 전체의 구성부분중 안전/비상시의 승객을 위한 보호 장치에 있어서 분류의 편의상 크게 4가지의 기술테마로 나누어서 분석하였다.
 
 A) 과속방지장치 : 조속기, 과속제어기 등
 B) 도어안전장치 : 출입문 잠금장치, 끼임방지장치, 도어개폐장치, 비상구출구등
 C) 안전완충장치 : 완충기, 버퍼 등
 D) 안전제동장치 : 강제정지장치, 추력방지판, 정지스위치, 전자제동장치 등
나. 데이터의 범위
데이터는 한국특허정보원의 특허/실용 DB 중1982년 1월 1일 부터 2001년 12월 31일 까지 출원된 특허를 기준으로 하였고, 한국과 일본은 공개공보상의 DB, 미국은 등록 DB를 기준으로 분석 하였다.
다. 데이터 추출 및 데이터의 가공
- 중복데이터의 처리 : 동일건이 중복하여 분류 되는 부분은 발명의 내용상 가장 유사한 분야로 재분류를 하여, 한 기술분야에 포함시켰다.
 - 출원인의 대표명화 : 출원기업의 명칭이 변경된 경우 가장 최근의 대표명으로 통일화 하였다.
  (예, 금성사, 금성산전, 엘지산전, LG산전 -> 대표명 : 엘지 오티스 )
2-2. 엘리베이터 안전장치기술에 관한 한국,9- 미국, 일본 3국의 특허동향 분석
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가. 연도별 출원분석
-<표3>에서와 같이 우리나라의 경우, 연도별로 출원동향을 보면, 안전장치 분야에 대한 국내의 출원은 1982년부터 2001년 까지 507건이 출원 되었다.
  엘리베이터 안전장치분야에 관한 특허출원은 전체 적으로 계속 증가 추세에 있으며, 완충장치분야는 1990년 초반 이후 출원이 늘기 시작하였다. 또한 1980년대 말과 1990년대 초반에 도어안전장치에 관한 다수의 출원이 있었다. 특히 우리나라는 1990년 초반이후부터 엘리베이터 안전장치 분야의 출원이 급증가 하여 국내 엘리베이터 산업의 흐름과 어느 정도 일치함을 보이고 있다.
  -미국과 일본의 경우 꾸준히 증가하다가 1990 년대 후반 출원량이 감소하는 공통점을 보였다. 미국의 경우 1982년부터 꾸준히 비슷한 비율로 증가한 반면, 일본은 1980년대 말부터 급증가 추세를 보였다. 엘리베이터 안전장치 기술에 있어서 일본이 미국에 비하여 조금 늦게 시작하였지만 이후의 출원양은 월등히 많았다.
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나. 기술 분야별 출원분석
-엘리베이터 안전장치와 관련한 기술분야별로 보면 <표6>, <표7>, <표8>과 같이 한국, 미국, 일본 3국 모두 안전제동장치분야의 출원비율(한국 44%, 미국 45%, 일본 44%)이 가장 높았고, 3국 모두 안전 제동장치, 과속방지장치, 도어안정장치, 완충장치의 순으로 출원되고 있었다. 이는 엘리베이터 분야에 있어서 다변화된 연구가 아닌 거대 엘리베이터 제작업체의 흐름을 3국 모두가 공유하는 듯한 인상을 준다.
다. 자국인 특허출원 분석
-<표10>에서와 같이 1980년대 초반 국내의 엘리 베이터 안전장치에 대한 출원은 국내의 출원보다 오히려 외국인 출원이 많았으며, 90년대 초반부터 국내 출원인이 외국 출원인을 앞지르고 있다. 이는 국내의 엘리베이터 안전장치에 관한 기술이 1980 년대는 완전히 외국의 기술에 의존 하였지만, 1990년대 이후 국내에서 꾸준히 연구가 이루어져온 것으로 분석된다.
  -자국특허출원비율을 보면, <표11>과 같이 한국의 경우 72%가 자국인 출원이었고, 외국인 출원건이 28%에 이른 반면, <표12>와 같이 일본의 경우 단7%만이 외국인 출원건이었다. 이점에 비추어 볼때, 국내의 엘리베이터 관련 출원의 상당부분이 외국에 의존하고 있음에 반하여, 일본의 경우 엘리베 이터 안전장치관련 기술의 자립도가 상당히 높은 것으로 분석된다.
라. 다출원인 분석
-우리나라 출원건의 주요 원인을 보면, 엘지 오티스가 245건으로 전체의 47%를 차지하고 있었으 며, 미쓰비시전기와 현대 엘리베이터가 7%, 히타치(5%), 오티스(5%), 도시바(3%)가 그 뒤를 잇고 있었다. 엘지 오티스가 구 엘지산전과 오티스(미국)의 합병회사임을 감안하면, 상위 6개 엘리베이터 제작 업체중 순수 국내 업체는 현대엘리베이터뿐 이고, 외국합작기업 혹은 외국업체가 대부분임을 나타낸다. 이는 국내 엘리베이터 안전장치분야의기술연구 비중이 상당부분 외국에 의존하고 있음을 보여준다.
 
  -미국의 경우, <표15>와 같이 주요 엘리베이터제작 업체가 아닌 기타의 출원이 51%로 가장 많았다.
  이는 미국 특허의 경우 특정 업체가 독점하지 않고 다양한 출원인이 분포하고 있음을 보여준다. 다출원 업체별로는 OTIS가 23%(157건)로 가장 많은 특허를 가지고 있었다. 그 뒤를 일본업체인 Mitsubishi Denki(11%, 77건)와 InventioAG(10%, 65건)가 많은 출원을 하였다.
 
  -일본의 경우 <표16>과 같이 Mitsubishi Denki가 가장 많은 출원(29%, 546건)을 하고 있으며, HITACHI BUILDING SYSTEM(20%, 373건)과TOSHIBACORP.(14%, 255건)가 많은 출원을 하고 있다. 일본의 경우 일본 자국 업체인 Mitsubishi, HITACHI와 TOSHIBA가 가장 많은 출원을 하고 있어 엘리베이터 안전장치에 관한 출원 자립도가 가장 높은 것으로 나타나고 있다.
마. 주요 출원인의 주요 출원분야
-한국의 경우 주요 출원인별 주요 집중 출원 기술분야를 보면, <표17-1>과 <표17-2>와 같이 주요 출원인 모두가 안전 제동장치분야에 대한 출원비중이 높았으며, 미국의 Otis계 업체인 엘지 오티스와 오티스는 도어안전장치에서, 일본계기업(미쓰비 시전기, 히다찌, 도시바)은 과속 방지 장치분야에서 출원의 집중비중이 각각 높게 나타났다.
 
  -우리나라에서의 출원은 <표18>과 같이 자국출원 367건을 제외하고 외국의 출원을 보면, 일본이 75건, 미국 32건, 중국 9건, 핀란드 8건, 스위스 7건 등의 순으로 출원이 많이 이루어 졌다.
  -미국에서는 <표19>와 같이 일본의 122건과 스위스 80건, 독일 19건, 핀란드 17건 등의 외국 국적 출원이 많아 상대적으로 유럽국가에서 미국으로 출원량이 많았고 등록되었음을 알 수 있다.
 
  -미국의 등록특허상에서, <표20>은 인용문헌 (Reference) 빈출도를 보여주고 있다. OTIS Elevator의 등록특허가 113회로 가장 많이 인용 되었으며, 출원양은 많지 않았지만, Westinghouse electric Co.가 42회, Delaware Capital이 25회 그리고 Montgomery Elevator가 24회로 상대적으로 많이 인용되었다. 상대적으로 볼 때 Westinghouse electric Co., Delaware Capital와 Montgomery Elevator는 미국 엘리베 이터 안전장치 출원 기술분야에 있어서 빈번히 참조 되어지는 특허를 보유하고 있다고 보여진다.
Ⅲ. 결론
- 주거문화의 고층화와 더불어 엘리베이터의 중요성이 날로 증가 하고 있으며, 이와 더불어 안전 사고의 방지를 위한 엘리베이터 안전장치의 중요 성과 기술개발 필요성이 증가하고 있다.
 - 한국의 경우, 미국과 일본에 비하여 상대적으로 늦게(1990년대) 출원이 증가하였고, 출원의 상당부분이 미국과 일본계 업체가 주도하고 있지만, 엘리베이터 안전장치에 관하여 점차 자국출원이 증가하고 있으며 보다 많은 연구와 투자가 있을 것으로 예상된다.
 
 - 미국의 경우, 1980년 이전부터 엘리베이터 안전장치에 관한 출원이 다수 있었다. 일본과, 유럽 국가를 비롯하여 출원인의 다양성이 가장 많았고, Westinghouse electric Co.와 Delaware Capital 등많은 출원은 없었지만 특허에 많이 인용되는 특허 기술을 가진 업체도 있었다.
 
  그만큼 안전장치에 관한 원천특허 또한 이들업체들이 보유하게 될 것으로 예상된다.
 - 일본의 경우, 비록 1980년대 후반부터 출원이 급증가 하였지만, 외국인 출원인 비율이 가장 적었고 상대적으로 자국의 출원이 가장 높게 나타나는 특징을 보였다. 이는 엘리베이터 안전장치 분야에서 일본 자국내의 연구와 출원이 상당히 높음을 보여주고 있다.
 
 
  <참고자료>
 → 두산대백과 사전
 → 한국승강기안전관리 (http://www.kesi.or.kr)
 → 행정자치부 아파트 승강기 안전 실태조사결과 보고서(1998)

 
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