작품번호 327 제31회 전국학생과학발명품경진대회 1+1 믹스포장지 출품분야 학생작품 출품부문 생활과학2 2009. 6. 11. 출품학생 지도교사 권 혁 준 유 미 아
목 차 1. 작품 제작의 동기 1 2. 발명의 목적 1 3. 작품 내용 2 가. 관련지식 탐구 2 1) 환경호르몬 2 2) 장력 3 3) 쐐기의 원리 3 나. 선행기술 조사 및 비교 4 다. 작품 내용 6 1) 착안점 6 2) 선행 발명품과의 차별성과 우수성 6 3) 작품 전개도와 대략적인 설명 7 4) 발명 기법 7 4. 작품 제작 과정 9 가. 1차 작품 제작 9 나. 2차 작품 제작 9 다. 3차 작품 제작 10 라. 4차 작품 제작 11 마. 5차 작품 제작 12 바. 6-1차 작품 제작 12 사. 6-2차 작품 제작 13 바. 제작과정 15 1) 각 과정별 사진자료 15 1) 실험 및 검증 16 5. 작품의 전망 및 효과 18 6. 참고 자료 및 유사아이디어 목록 18
1. 작품제작의 동기 우리 식구들은 가끔 야외로 소풍을 가거나 캠핑 가는 것을 즐긴다. 다행스럽게 내가 살고 있는 태백시는 조금만 교외로 나가면 산과 계곡의 풍경이 너무 좋아서 자리 펴 놓고 소풍을 즐길 만한 장소가 많은 편이다. 그렇게 소풍을 나가서 식사를 하신 후에 는 부모님들께서 일회용 커피믹스로 커피를 타 드시곤 하는데, 이때부터 영 개운치 않 은 장면들이 연출되곤 한다. 티스푼을 가져가는 것이 번거롭기 때문인지 아무렇지도 않게 믹스포장지를 부여잡고 커피를 저으시는 것이다. 위생상의 문제는 차치하고라도 환경호르몬 생각이 막 나면서 걱정이 되는 것이다. 어머니는 성격이 털털하셔서 그런 이야기를 입에 올리면 그렇게 생각하면 요새 세 상에 먹을 수 있는 것이 없다고 대답하시곤 한다. 그리고 본인은 맛있는 커피를 마시 기 위해 다른 음식물이 묻어 있는 스푼이나 젓가락으로 저을 생각은 없으시다고... 어머님과의 대화 이후 생각보다 많은 장소에서 이런 장면이 연출되는 것을 보게 되 었다. 3월에 우리 학교에서 관내 선생님들을 대상으로 한 연수가 있었다. 그 때 여러 선생님들이 몇 개 안되는 티스푼을 돌려가면서 쓰시게 되고 그 차례를 기다리기 귀찮 으신 선생님들께서 에이! 하시면서 역시 커피믹스봉지로 커피를 저으시는 것이었다. 몇몇 선생님들은 여러 사람이 쓰는 티스푼의 위생이 더 걱정스럽다는 말씀도 하셨다. 그래서 흔히 많은 사람들이 즐겨 마시는 일회용 믹스포장지에 그것을 저을 수 있 는 스푼이나 환경호르몬이 나오지 않는 바 같은 것이 위생적으로 내부에 들어가 있는 발명품을 고안해보려고 마음먹게 되었다. 아이디어가 떠오를 때마다 메모를 하 였고 얼마 후 교내 발명품 대회에 이에 대한 아이디어 제안서를 제출하였다. 선생님께 서는 웃으시면서 자신도 여러 번 겪은 일이시라며 발상 자체는 훌륭하니, 그 아이디어 를 더 다듬어보자고 격려해 주셨다. 2. 발명의 목적 첫째, 티스푼이 갖춰지지 않은 야외나 혹은 많은 사람들이 모여 있는 장소에서 티스 푼 대용으로 사용할 수 있고, 둘째 위생상 문제가 없어야 하며, 셋째 환경호르몬도 검 출되지 않는 소재로 되어 있는 저을 수 있는 도구가 포함되어 있는 일회용 믹스봉지 를 고안해보고자 하였다. 즉, 믹스를 사면 안전하고 편리하게 사용할 수 있는 젓는 도구까지 덤으로 들어가 있는 1+1믹스포장지의 발명이다. - 1 -
3. 작품 내용 가. 관련지식 탐구 1) 환경호르몬 1962년에 출판된 침묵의 봄(Silent Spring) 에서부터 DDT를 비롯한 화학물질의 위험성은 알려져 왔다. 그러다 본격적으로 화학물질이 내분비계에 미치는 악영향이 알려진 것은 잃어버린 미래(Our Stolen Future) 가 1997년에 출판되면서부터이다. 이후 일본 NHK 방송에서 처음 환경호르몬이라는 단어가 사용되면서 일반인에게도 잘 알려지게 되었다. 하지만 정확히 말하자면 호르몬이라는 단어는 몸 속에서 합성된 물질을 의미하기 때문에 환경호르몬이라는 신조어에는 오류가 있다. 또한 미국에서도 내분비계 혼란을 일으킨다는 의미의 'endocrine disruptor'라는 명칭을 사용하고 있기 때문에 현재는 일본, 한국에서 모두 내분비계교란물질이라는 명칭을 사용하도록 권장 하고 있다. 관련물질 현재 내분비계교란물질로 인식되는 화학물질은 세계야생동물보호기금(WWF: World Wildlife Foundation)에서 규정한 67종이 가장 유명하다. 여기에는 DDT 등 농 약 41종과 음료수 캔의 코팅에 쓰이는 비스페놀A, 쓰레기 소각장에서 발생하는 다이 옥신 등이 포함되어 있다. 미국은 주( 州 )마다 그 규정이 다르며 일리노이주의 EPA는 74종을 내분비계교란물질로 분류한다. 한국은 WWF의 분류를 따르고 있다. 이외에도 여기에는 지정되어 있지 않으나 컵라면 용기에 사용되는 스티로폼의 주성분인 스티렌 이성체도 환경호르몬으로 의심받고 있다. 내분비교란물질이 끼치는 영향 생물의 내분비계는 몸 속에서 각 세포에 신호를 전달하기 위한 수단이다. 신경을 통 한 신호 전달에 비해서는 매우 느리지만 광범위한 영향을 주고자 할 때 주로 사용된 다. 때문에 주로 성장, 성( 性 ), 영양 관계의 신호 전달에 관여한다. 내분비계의 구성은 호르몬을 만들어내는 내분비선, 그리고 실제로 분비되는 호르몬, 마지막으로 이 호르 몬과 결합하여 세포에 신호를 전달하는 수용체(receptor)로 이루어진다. 내분비계교란 물질은 호르몬 중에서도 스테로이드 호르몬과 비슷한 벤젠 고리 구조를 가지고 있어 서, 수용체를 자극하는 등의 현상이 나타난다. 특히 성호르몬에 스테로이드 호르몬이 많기 때문에 성적인 부분에 문제가 나타날 수 있다. 예를 들어 화학물질 중 다이옥신 은 사람의 몸 속에 있는 에스트로겐과 비슷한 효과를 나타내는데 이 때문에 여성화 문제가 발생할 수 있다. 실제 오염된 환경에 사는 물고기, 조개, 악어 등을 조사한 결 과 성기의 여성화가 진행되었음을 알게 되어 이러한 우려는 어느 정도 사실로 드러났 다. - 2 -
연구와 대책 과거 독성물질 연구는 높은 농도에서 짧은 시간에 일어나는 효과에 집중되었다. 그 러나 내분비계교란물질은 낮은 농도에서 긴 시간에 걸쳐 효과가 나타나기 때문에 그 영향을 확인하고 대비하기 어렵다. 이에 경제협력개발기구(OECD)는 1998년에 내분 비계교란물질에 대한 회의를 거쳐 대책 마련에 나섰다. 현재는 연구가 진행됨에 따라 처음 규정된 67종 물질의 대부분이 포유류에서 내분비계를 교란하지 않는 것으로 파 악되었다. 또한 물고기나 조개, 악어에서 나타난 여성화는 인간 여성의 오줌에 포함되 어 있는 에스트로겐 때문일 가능성도 제기되고 있다. 호주에서 관찰된 양( 羊 )의 불임 에 대해 연구한 결과, 클로버에 포함되어 있는 식물 에스트로겐 때문에 불임이 유도된 다는 것을 확인, 천연화학물질에서도 이와 같은 내분비계 교란작용이 있다는 것을 알 게 되었다. 이러한 여러 가지 이유로 현재 내분비계교란물질에 대한 더욱 깊은 연구가 필요한 상황이다. 일회용 커피봉투의 소재는 폴리에틸렌 수지라고 하는 고분자 물질이다. 현재 식약 청 등에서는 안전한 소재라고 발표하고는 있지만, 이것을 커피를 저을 때 사용하게 되 면 100 가까운 온도의 물과 닿게 되고 환경호르몬 물질이 정확히 어떤 종류가 있는 지 밝혀지지 않은 상황에서 위험천만한 선택이라고 생각된다. 2) 장력 줄에 추를 매달았을 때 추에 중력(mg)이 작용하여, 추는 실을 아래 쪽으로 당기고 줄은 그 반작용으로 추를 위쪽으로 당긴다. 이때 줄의 어느 부분에서도 줄의 각 부분이 서로 이웃한 부분을 잡 T mg 다. 그림1. 장력 아당기는 힘이 작용하게 되며 이 힘을 장력(T)라고 한다. 줄의 무게를 무시하면 장력의 크기는 줄의 어느 점에서도 외력의 크기(중력 또는 당기는 힘)과 같다. 장력은 줄을 이루는 원자들이 서로 잡아당기는 전 자기력 때문에 생기는 것이다. 물체에 연결된 줄을 팽팽하게 잡아당 기면 줄은 물체에서 멀어지려는 방향으로 줄을 따라 물체를 잡아당긴 이 원리를 이용하면 커피 봉투를 개봉할 때 모든 면에 균일한 힘을 주는 것이 가능해지며 그로인해 깔끔하게 커피봉투를 뜯어낼 수 있다. 3) 쐐기의 원리 쐐기란 앞 끝의 각도가 작으며 단면이 V형을 이루도록 나무나 쇠붙이를 깎아 만든 것이다. 나무 또는 돌을 가르거나 무거운 물체를 들리게 하거나 단단히 결합시키고자 할 때 사용하는 것으로, 역학적으로는 빗면의 원리를 이용한 것이다. 물체의 틈새에 쐐기를 밀어넣고 그림2과 같이 쐐기방향으로 P라는 힘을 가하면 쐐 - 3 -
기의 빗면에 수직인 방향의 분력 R, 쐐기 끝의 꼭지각을 ψ라 할 때 다음 관계식이 성 립한다. 따라서 ψ가 작을수록, 즉 쐐기의 끝이 좁을수록 작은 힘으로 큰 효과를 얻을 수 있 게 된다. 원시시대에는 바위 틈새에 밀어 넣은 나무쐐기를 물로 불려서 그 팽창하는 힘으로 바위를 갈랐다고도 한다. 못 핀 침 등은 모두 쐐기의 일종이다. 그림2. 쐐기의 원리 커피포장지의 일부에 쐐기모양의 흠집을 내어 놓으면 가한 힘이 꼭지점으로 집 중되게 되고 이로 인해 적은 힘으로도 손쉽게 뜯어낼 수 있게 된다. 나. 선행기술조사 및 비교 각종 발명품 경진대회에 출품되었던 작품들을 검색하여 혹시 학생의 것과 유사한 작품이 있는지 확인해 보았다. 또한 특허 등록된 아이디어들을 검색하여 유사한 아이 디어가 있는지 있다면 현재 개발되어 쓰이고 있는 기술인지, 관련된 상품이나 기술이 어떻게 활용되고 있는지 모든 것들을 종합적으로 알아보았다. 참고한 사이트 한국특허정보원(http://www.kipris.or.kr/) 국립중앙과학관(http://www.science.go.kr/) 대한민국학생발명전시회(http://www.ipacademy.net/) 조사결과(국립중앙과학관 - 발명품 경진대회 DB) 일회용 커피봉투 로 검색 결과 : 검색결 과가 존재하지 않았다. 커피믹스 봉투 로 재검색을 시도해보아도 역시 검색결과는 존재하지 않았다. 커피봉투라는 발명주제가 학생들이 접근 하기에는 낯설거나 혹은 관련 과학적 원리를 찾기 힘들기 때문일 것이다. - 4 -
조사결과(한국특허정보원) 일회용 커피믹스 로 검색한 결과 전체 76건의 아이디어가 등록되어 있었다. 일회용 커피봉투 로는 28건의 검색결과 가 나타났다. 다만 내용을 숙지하여 보면 대 부분 일회용 커피믹스 의 검색결과와 중복되 고 있었다. 그 중 나의 아이디어와 유사한 14건 정도 가 있었다. 1 2 3 4 커피포장의 겉부분에 스푼을 부착 : 김미 화(2006), 박순희(2006), 송선영(2007) 커피포장의 내부에 들어 있으나 개봉하였 을 때 일부분이 나와 스푼으로 활용 : 이주 교(2005), 황선용(1999), 박진웅(2005) 커피봉투의 외부에 별도로 커피 스푼을 포장하여 활용 : 하체웅(2000), 김민성 (2005) 커피포장의 내부에 젓는 막대나 스푼을 내장 : 임종팔(2000), 김다한슬(2006), 김종 수(2006), 이한구(2004) 1에서 4까지의 유형으로 크게 나누어 보 았을 때, 1유형은 제작이 간단하나 스푼이 노출되어 있어 위생상 문제가 있을 수 있다. 2유형은 스푼과 내용물이 아래의 좁은 틈으 로 나와줘야 하는데, 이 때 내용물이 흩어지 거나 시간이 너무 오래 걸릴 것이라는 생각 이 든다. 3유형은 포장을 이중으로 해야 하 기 때문에 복잡하고 비경제적이다. 4유형이 가장 나의 아이디어와 유사하나 쐐기 모양의 절단부로 커피봉투를 뜯을 때 안에 부착되어 있는 바가 방해가 될 것으로 예상된다. - 5 -
조사결과(대한민국학생발명전시회) 국제지식재산연수원 발명교육센터의 대한 민국학생발명전시회는 기계/금속/건설, 전 기전자/정보통신, 화학/섬유/바이오 의 분 야로 나뉘어져 있었다. 믹스포장지, 일회용 봉투, 커피믹스 봉 투 등 어떤 연관 검색어에도 등록자료가 존 재하지 않았다. 다. 작품내용 1) 착안점 우선 일회용 믹스포장의 부피를 늘리지 않으면서 위생적이고 환경호르몬 걱정이 없 는 스푼이나 젓는 막대를 포장 내부에 넣어보고 싶었다. 젓는 막대는 휴게소에서 흔히 커피를 젓는 막대로 쓰는 조그마한 플라스틱 바를 활용해보기로 하였다. 다만 이것을 내부에 단순히 넣으면 고정되지 않아 커피 내용물을 쏟을 때 같이 쏟아지며 그 내용 물이 묻어 있게 될 것이므로 이것이 손에 약간의 물기라도 있으면 불쾌한 끈적임이 남을 수도 있다. 다른 한편으로는 플라스틱 바를 커피봉투의 한 면에 고정시켰을 때 커피봉투를 개 봉할 때 고정되어 있는 플라스틱 바가 당연히 방해가 될 것이라는 것이다. 따라서, 고 정되어 있는 플라스틱 바에 의해 개봉시 불편함이 생겨서는 안되며 동시에 깔끔하고 도 손쉽게 개봉하는 아이디어를 생각해내는 것이 문제였다. 나는 주변의 여러 물건들 의 포장지를 유심히 보기 시작하였다. 그러다가 아버지께서 피시는 담배의 포장지를 보고는 아! 하는 감탄사가 절로 나왔다. 저런 방법으로 하면 되겠구나! 나는 선생님께 이 아이디어에 대하여 의논을 드린 후 거기에 담겨 있는 과학적 원 리, 그리고 이 아이디어가 다른 커피포장지에 응용이 된 것이 있나 검색해 보았다. 2) 선행발명품과의 차별성과 우수성 위의 표에서 정리하였듯이 특허청에서 검색해 본 커피포장에 대한 여러 아이디어들 은 크게 4가지 유형으로 나누어 볼 수 있었다. 나의 아이디어는 1유형에 비하여 포장 지 내부에 젓는 막대가 들어가 있으므로 위생상 아무런 문제가 생기지 않는다. 또한 2, 3유형에 비하여 간단하면서도 부피가 증가될 필요도 없이 편리할 수 있다. 나의 아 이디어와 가장 근접한 4유형과 비교해 보았을 때도 내부에 플라스틱 바가 고정되어 있으면서도 동시에 개봉하기 편리하다는 우수성을 가지고 있다. - 6 -
3) 작품 전개도와 대략적인 설명 1 2 3 3 4 그림 3. 작품 전개도 3과 같이 포장의 한쪽 끝에 고정시킨 플라스틱 바를 내장한 후, 2와 같이 장력의 원 리를 이용하여 돌려서 포장지를 개봉할 수 있도록(담뱃갑이나 껌포장지에 쓰이는 것 처럼) 실을 내부에 부착시켜 놓는다. 이 때 작은 힘으로도 잘 뜯길 수 있도록 1과 같 은 쐐기 모양을 실의 위와 아래 부분에 내어 놓는다. 실을 잡아 돌려서 포장을 뜯고 나면 바에 부착되어 있는 4부분을 손잡이로 활용하여 쉽게 커피를 저으면 된다. 저을 수 있는 도구와 믹스포장지가 결합되어 있는 1+1믹스포장지 의 완성이다. 4) 발명기법 가) 관련 발명기법 10대 발명기법 트리즈의 발명원리 더해보자 물건+물건/방법 믹스포장지에 젓는 도구를 포함(믹 +방법 스포장지+젓는 도구) 아이디어를 빌 아이디어를 빌려보 담배나 껌봉지의 개봉방식을 빌려 려 새로운 발 자 옴 명 재료를 바꾸어보자 편리함을 위해 티스푼을 플라스틱바나 플라스틱 재료 바꾸기 스푼으로 재료를 바꿈 물체의 각 부 국 소 품 질 ( L o c a l 분이 다른 기 젓는 도구가 달린 믹스포장지 quality) 능을 수행하도 록 함 범용성(University) 포장지의 내부에 젓는 도구가 포 시스템이 여러 함됨으로써 내용물의 보관과 혼합 기능을 수행하 을 돕는 역할을 같이 수행할 수 도록 한다. 있음 포개기(Nesting) 하나의 물체를 믹스 포장지에 젓는 도구를 넣는 다른 물체 속 다. 에 넣는다. - 7 -
나) 마인드 맵 마인드맵이란, 말 그대로 마음의 지도라는 뜻이다. 사고력과 창의력을 신장시 킬 수 있으며 내가 생각을 정리할 때 자주 사용하는 방법이다. 그림 4. 씽크와이즈 프로그램으로 그려 본 마인드 맵 마인드 맵 외에도 아이디어가 떠오르지 않거나 혹은 생각의 정리가 잘 되지 않을 때에는 주변의 사람들이나 도구들을 유심히 관찰하기도 한다. 노벨도 니트로글리세린 액이 뚝뚝 떨어져서 모래에 스며드는 것을 관찰하던 중 다이너마이트의 아이디어를 떠올렸다고 한다. 또한 아이디어가 떠오를 때마다 메모를 하고는 한다. 링컨은 그 큰 모자 속에 항상 종이와 연필을 넣어 두고 언제든지 기록하였다고 하며 세계의 뛰어난 발명인들은 모 두 기록광 들이었다고 한다. 아이디어가 떠오르면 정리하고 또 보완하는 과정을 거치는 것은 물론이고 이것을 직접 만들어서 사용해보고 여러 사람들에게 사용을 권해보기도 한다. 특히 발명반 선 생님께서 강조하신 점이기도 하다. 여러 사람들이 사용해볼 수록 나는 다른 사람들의 - 8 -
의견을 종합하여 아이디어를 더욱 발전시키는 기회를 얻을 수 있다. 4. 작품제작과정 가. 1차 작품 제작 도 면 사 진 1 2 착안점 - 스푼이 달린 커피봉투를 제작하고자 함 - 2의 스푼 부분은 겉으로 돌출되어 있으며 잡아당기면 1부분이 나와서 커피스 푼의 길이가 길어짐 - 커피스푼은 코팅된 종이컵을 잘라서 제작 불편한 점 - 환경호르몬에 대한 염려에서는 벗어날 수 있었으나, 스푼이 밖으로 나와 있어 비위생적 - 스푼을 더 잡아뺄 수 있도록 제작하자, 그 부분의 접착에 문제가 생기고 내용 물이 빠져나오기도 함 나. 2차 작품 제작 관찰한 다른 제품 사 진 - 9 -
착안점 - 보통 음료수나 우유에서 볼 수 있듯이 플라스틱 바를 포장한 뒤 믹스 포장지 겉에 부착 - 1차 작품의 여러 가지 문제점을 해결할 수 있으며 동시에 제작이 간편하다는 장점이 있음 - 믹스 포장지가 작은 관계로 휴게소의 커피코너에 가면 흔히 접할 수 있는 플 라스틱 바로 스푼을 대체 불편한 점 - 제작은 간편하지만 커피를 한 잔 타기 위해 뜯어야 할 과정이 복잡해짐 - 음료수와는 다르게 플라스틱 바를 부착시켜 야 하는 면이 곡선이라서 쉽게 접착면이 뜯길 염려가 있음 - 믹스포장지가 워낙 작아서 플라스틱 바를 부 착하여도 부피가 많이 증가된 감이 있음 다. 3차 작품 제작 도 면 사 진 1 2 착안점 - 부피감을 줄이기 위해 스푼을 커피봉투 내부로 넣어 봄 - 커피가 쉽게 개봉될 수 있도록 도면의 2와 같이 약간의 흠집을 냄 - 비교해보기 위해 종이와 플라스틱 재질로 모두 제작해서 비교해 봄 - 10 -
불편한 점 - 일단 종이의 경우 제작의 미숙함 때문인지 부피가 증가하는 결과를 보임 - 두 경우 모두 개봉 후 내용물을 쏟을 때 같이 떨어져 내림 - 내용물이 스푼에 묻어 있어 손에 물기가 조금이라도 있으면 끈적이는 불쾌한 느낌이 남 라. 4차 작품 제작 도 면 사 진 3 2 1 4 착안점 - 부피를 줄이기 위해 스푼은 플라스틱 바1로 유지 - 내용물을 쏟을 때 바가 흘러내리는 것을 막기 위해 3의 포장면에 고정 - 2와 같은 쐐기 모양을 작은 흠집을 내어서 쉽게 포장지가 뜯어지도록 함 - 플라스틱 바가 고정된 면의 남은 포장지를 손잡이로 활용하여 저을 수 있어 편리함 불편한 점 - 2부분에 힘을 가하여 포장지를 뜯을 때 내부의 플라스틱 바가 방해 - 3이나 4로 포장지를 개봉하게 되면 포장지를 뜯는 것에는 문제가 없으나 내 부의 플라스틱 바를 활용하기 위해서는 나머지 포장지를 차례대로 모두 뜯어 내거나 혹은 걷어내야 함 - 11 -
마. 5차 작품 제작 관찰한 다른 제품 사 진 착안점 - 녹차 티백을 보고 떠오른 아이디어 - 3차와 4차 작품의 보완작이라고 할 수 있음 - 3차와는 달리 바에 실을 연결시켜놓았기 때문에 포장지를 개봉한 후 실을 잡 아당기면 쉽게 바를 먼저 분리해낼 수 있음 - 개봉시에 바와는 달리 실은 그다지 방해가 되지 않음 - 개봉이 쉽게 가능하도록 쐐기 모양은 계속 유지 불편한 점 - 여전히 바에 내용물이 묻어 있어 불쾌하게 끈적이는 느낌이 남 - 과정이 복잡해짐 개봉하기 실을 잡아당겨 바를 내용물과 분리하기 내용물을 껍에 쏟기 젓기 바. 6-1차 작품 제작 도 면 사 진 2부분을 이용해서 돌려서 포장지 뜯기 1 2 3-12 -
착안점 - 5차 작품에서 이용하였던 실을 다른 방식으로 활용하도록 함 - 장력의 원리를 이용하여 돌려서 포장지를 개봉할 수 있도록 2처럼 실을 내부 에 부착 - 작은 힘으로도 잘 뜯길 수 있도록 쐐기모양의 흠집을 실의 위와 아래에 내어 놓음 - 실을 잡아 돌려서 포장을 뜯고 나면 바에 부착되어 있는 포장용지는 손잡이의 역할을 하게 됨(손에 내용물이 묻을 필요가 없음) 사. 6-2차 작품 제작 친구들의 행동을 관찰하던 중 6-2차 작품의 제작을 시도해보기로 하였다. 일부 친 구들은 학교에서 나오는 흰 우유가 먹기 싫다며 딸기맛이나 쵸코맛이 나는 제티 등 을 집에서 일부러 가져오기도 한다. 가만히 관찰해 보면 우선 우유를 개봉해서 가루 를 넣고 마구 흔들다가 만족스럽지 않을 때는 믹스포장지를 이용하거나 심지어 성격 이 급한 친구들은 각종 필기구로 젓기도 하는 것이다. 이 친구들에게도 1+1믹스포장 지가 필요할 것 같았다. 사용가능한 믹스포장 예 스푼 내장 플라스틱 바 내장 - 13 -
착안점 - 편리하고 좋은 아이디어를 적용하는 범위를 넓혀보기로 함 - 요사이 다양한 종류의 믹스가루제품이 나오고 있으며 그 편리함 때문에 사람 들의 수요가 늘어나고 있음 - 내용물이 많거나 물에 잘 녹지 않는 경우 스푼을 내장하기로 함 - 포장지의 재질은 모두 폴리에틸렌 수지로 개봉방식은 동일하게 유지 - 발명의 범위를 넓혔기 때문에 다시 한번 선행지식을 조사하는 과정을 거치기 로 함 - 내가 발명한 포장지에 제티를 담아서 몇몇 친구들에게 선물해 주었다. 그때 내가 생각못했던 용도로 학생들이 플라스틱바를 쓰는 것을 보게 되었다. 흔히 휴게소의 커피코너에 있는 플라스틱바를 넣었는데, 그것으로 열심히 젓더니 빨대로 사용하는 것이었다. 아! 이래서 하나보다는 둘이 낫다고 하는구나 하고 깨달았다. 선행지식 조사 - 학생과학발명품경진대회(국립중앙과학관의 DB)에는 선행지식이 전혀 없음 - 대한민국학생발명전시회에도 등록된 자료가 없음 - 특허청정보검색시스템의 검색결과도 기존의 일회용커피봉투와 별반 다를 바 가 없음 - 아직은 믹스포장으로 가장 많이 팔리고 사용되는 것이 커피이기 때문으로 생 각됨 - 14 -
바. 제작과정 1) 각 과정별 사진 자료 1차 작품-종이컵을 잘라 스푼으로 2차 작품-바를 간단하게 포장하기 3차 작품-종이스푼을 안으로 4차 작품-완성작 5차 작품-실과 바를 연결하기 6차 작품-실제 개봉해보기 - 15 -
2) 실험 및 검증 가) 개봉시 소요되는 힘의 측정 - 용수철 저울과 실제 믹스포장지(폴리에틸렌 소재)를 이용하여 실험 - 5회 실험을 실시하여 그 평균값을 기록 그림5. 힘의 측정 실험 장면 나) 개봉시 소요되는 힘 힘 개봉방식 1회 2회 3회 4회 5회 평균(N) 장치 없음 9 9.1 8.5 9.5 8.7 8.96 쐐기(흠집 냄) 2 2.4 2.3 1.9 1.8 2.08 손잡이+쐐기 1.9 1.7 2 1.5 1.6 1.74 실+쐐기 2.2 1.9 2.1 1.9 1.7 1.96 실+쐐기 1.9 1.7 1.9 2.2 2.3 2.00 실+쐐기 2.1 2 1.9 1.9 2.2 2.02 실+쐐기 1.8 1.9 1.9 2.1 2 1.94 - 개봉시 소요되는 힘을 용수철저울을 사용하여 측정해 본 결과, 아무런 장치도 없는 경우를 제외하고는 유의미한 차이를 보이지 않았다. - 즉, 쐐기 모양의 흠집을 내게 되면 내가 준 힘이 꼭짓점의 아주 좁은 면적에 집중됨으로써 압력이 높아지게 되고 그로 인해 쉽게 봉지를 개봉할 수 있게 됨을 알 수 있었다. - 힘이 너무 많이 들어 사용하기 힘든 장치없음 을 제외한 다른 개봉방식에 대 해서는 다시 개봉면을 관찰하는 실험을 실시하였다. - 16 -
다) 개봉면의 관찰 쐐기(흠집 냄) 손잡이+쐐기 실+쐐기 실+쐐기 실+쐐기 실+쐐기 - 위 사진자료에서 보는 바와 같이 단순히 쐐기 모양의 흠집만 낸 것은 중간에 끊어져서 개봉방식으로는 적절하지 못하다. 또한 손잡이 + 쐐기의 방식도 너무 가 늘어지거나 혹은 단순히 흠집을 내는 것과 마찬가지로 중간에 끊어져 버리는 경우 가 많았다. - 17 -
- 실 + 쐐기의 방식은 포장지의 끝까지 개봉되는 점은 공통적이었으나, 그림과 같이 나란히 놓고 비교해보면 그 양상은 모두 다르다는 것을 알 수 있다. 그림 6. 쐐기모양에 따른 개봉면 - 쐐기의 빗면 방향에 따라 처음 개봉면의 모양이 결정됨을 알 수 있다. - 개봉면으로 판단했을 때 실+쐐기 나 실+쐐기 '가 가장 적당함을 알 수 있다. 라) 실험 결론 - 우선 개봉시 소요되는 힘을 비교하였을 때 쐐기를 사용하는 것이 바람직하였 으며 또한 끝까지 개봉되기 위해서는 내부에 실(띠)을 장치해서 장력의 원리를 활 용해야 함을 알 수 있었다. - 또한 개봉면을 관찰하는 실험을 수행한 결과 실+쐐기 나 실+쐐기 '가 여러 가지 면에서 최적의 방법임을 알 수 있었다. 5. 작품의 전망 및 효과 작품의 제작 결과를 가장 좋아해 주신 분은 발명반의 선생님과 어머니셨다. 이 아이 디어가 상용화가 되면 많은 어른들의 나쁜 버릇 중 하나가 사라질 것이라는 것이었다. 물론 나도 이 아이디어로 태백시발명품경진대회에서 특상을 차지하고 도대회, 전국대 회에까지 참가할 수 있게 되어 기쁘고 자랑스러웠다. 일일이 손으로 제작하는 것이 힘 들기는 하였지만, 어머니를 위해서 몇 개를 샘플로 만들어 혹시 불편하신 점이 또 없 는지 여쭈어 보았다. 어머니께서는 웃으시면서 이 거 만들때 손은 씻었겠지? 라는 질 - 18 -
문을 던지신 후 바로 친구분들과의 모임에 가지고 나가셨다. 모임이 끝나고 돌아오셔 서 친구분들 앞에서 자랑 좀 하셨다고, 그나마 지적사항이 기존의 일회용 커피봉투에 비하여 제작비가 많이 들지 않겠냐는 것이었다고 한다. 우리나라도 이제는 경제규모에서 세계 10위권 수준이고 선진국 진입의 바로 문턱에 있는 국가이다. 커피 한 봉지에 몇 십원이 더 비싸진다 하더라도 건강과 편리함을 위 해서는 충분히 지불할 수 있을 것이라고 예상된다. 또한 이렇게 플라스틱 바가 들어가 있는 믹스봉지는 가정 내에서 보다는 야외로 놀러가거나 많은 사람들이 모여 있어서 위생상 문제가 될 거라고 생각되는 장소에서 사용하는 것이 더 효과적일 것이라는 생 각도 해 보았다. 이 아이디어의 출발점도 가족 야유회때 어머니께서 커피봉투로 일회 용 커피를 젓는 것을 보고 걱정스런 마음에서 비롯된 것이다. 처음 생각했던 이 발명품의 목적 첫째, 티스푼이 갖춰지지 않은 야외나 혹은 많은 사람들이 모여 있는 장소에서 티스푼 대용으로 사용할 수 있고, 둘째 위생상 문제가 없어야 하며, 셋째 환경호르몬도 검출되지 않는 소재로 되어 있는 저을 수 있는 도구 가 포함되어 있는 1 + 1 믹스포장지의 발명이다 는 모두 달성이 되었다. 현재 믹스포 장지에 젓는 도구가 내장되어 있는 제품은 판매되고 있지 않다. 검색했던 나와 유사 한 아이디어 중 이런 점이 불편하겠구나 라고 짐작되는 상당수의 아이디어는 등록취 소, 특허소멸 등의 조치를 당하고 있었다. 현재까지는 나의 4차 작품에 만족한다. 하지 만 수공으로 더 만들어서 사용해보고 불편한 점은 없나, 개선해야 할 점은 없나 친구 들, 선생님, 가족들과 더 생각해 본 후 나도 지식재산권자의 한 명이 되는 것을 시도해 보려고 한다. 이 발명품의 전망 및 효과를 간단히 정리하면 다음과 같다. 가. 간단하고 맛있어서 많이 찾게 되는 커피믹스의 봉투에 저을 수 있는 바까지 들 어가 있으면 더욱 편리할 수 있다. 나. 환경호르몬이 나오지 않는 소재를 이용하였으므로 안전하다. 다. 바가 내장되어 있기 때문에 위생적이다. 라. 개봉하기 쉽고 개봉면이 깔끔하다. 마. 제작이 간편하며 기존의 봉투에 비하여 부피가 증가하지 않는다. 바. 야외나 여러 사람이 모이는 장소에서 활용하기 좋다. 발명반에서 수업을 들었던 발명기법 중 더하기, 용도 바꾸기 등을 실제로 활용한 것 이나, 몇 개월에 걸쳐 하나의 문제에 집중하여 생각을 정리한 점, 여러 사람의 도움을 받았지만 처음 세웠던 발명의 목적을 모두 이룬 발명품을 고안한 경험, 그 과정에 길 러졌던 메모의 습관 등은 나를 한층 성장하게 하였고 앞으로도 나의 성장에 밑거름이 될 것이라고 기대해 본다. - 19 -
더불어 이 발명품이 상용화되어서 우리 어머니처럼 환경호르몬이 나올 지도 모르는 커피봉투로 커피를 저어서 드시는 분이 없어졌으면 좋겠다. 6. 참고자료 및 유사 아이디어 목록 네이버 백과사전 김종권 김성진, 하이탑 고등학교 물리Ⅰ 김효준, 창의성의 또 다른 이름 트리즈, 인피니티북스, 2009 주니어발명리더과정(고급), 국제지식재산연수원, 2006 아이디어 착상 및 발명기법, 한국발명진흥회 특허청, 2005 강충인, 아이디어 창출 백과, 홍문관, 2004 발명과 특허, 특허청, 2006 유사 아이디어 목록 출원 년도 출원인 제 목 요 약 2007 송선영 스틱부착 커피믹스 포장지 옆쪽에 스틱 부착 출원 실용신 년도 안권자 제 목 요 약 2006 스푼이 구비된 일회용 커 김미화 포장지 일측부에 스푼의 일측면을 부착 피믹스 2006 티스푼이 구비된 일회용 박순희 포장지 일측면을 티스픈 형상으로 구성 커피믹스 2005 이주교 스푼을 구비한 포장용기 포장용기 내에 저을 수 있는 스푼 구비 1999 황선용 2005 박진웅 2000 하체웅 일회용 스푼이 삽입된 인 코팅된 종이 스푼을 포장용 봉지에 융 스턴트 식품의 포장봉지 착하여 봉함 1회용 커피믹스 내 스푼 바형태의 손잡이와 타원형의 스푼부를 결합 구조 포장지 내측 하부에 열접착 스푼이 내장된 일회용 커 일회용 스푼을 내장시킨 상태에서 첨가 피용기 물과의 사이를 분리 내용물 포장부의 측면에 스틱포장부 부 2005 김민성 일회용 포장재 착 차수저 기능을 구비한 일 내용물의 내부 포장부와 외부포장지를 2006 김종수 회용 포장봉지 벗겨서 차수저기능을 하도록 함 - 20 -
플라스틱 막대가 들어 있 커피믹서 하나 하나에 바가 들어가 있 2006 김다한슬 는 일회용 커피믹서 음 2000 임종팔 저을 수 있는 프라스틱 바 포장지 안에 프라스틱 바 혹은 종이바 가 들어 있는 일회용 커피 를 삽입 믹스 2004 이한구 젖는 막대가 내장된 포장 포장대의 절단홈을 잘라 포장물과 젖는 대 막대가 분리 - 21 -