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톱니바퀴의 발명
기원전 발명으로 아리스토텔레스 등도 발명
바퀴주위에 일정한 간격으로 톱니를 깎고, 그 톱니의 맞물림으로 두 축 간에 동력을 전달하는 도구로서 기원전에 발명되었다. 그러다 보니 언제 누가 발명했는지는 알 수 없다.
사실 어떤 하나의 회전축에서 또 하나의 회전축으로 회전과 동력을 전달하는 데는 여러 가지 방법이 있으나 가장 확실한 방법은 톱니바퀴라 할 수 있다.
그리스의 과학자였던 아리스토텔레스와 아르키메데스도 톱니바퀴를 발명했으며, 그리스의 발명가였던 쿠테시비오스는 원반 둘레에 바늘을 꽂고, 이것이 서로 맞물리게 하는 톱니바퀴를 물시계에 사용한 것으로 전해지고 있다. 이것은 기원전 150년경의 일이다. 이어서 기원전 100년경에는 알렉산드리아의 발명가 헤론이 이정계라는 것을 발명하는데, 이것에도 톱니바퀴가 사용되었다. 이정계란 끌고 다니면 바퀴가 돌고, 그 바퀴 회전 횟수로 거리를 측정하는 도구였다.
기원후 1세기경에는 로마 시대 건축가인 비트루브가 물레방아식 제분기를 발명했을 때도 톱니바퀴를 사용했다.
이후 14세기에는 시계를 발명하는데 사용되었고, 15세기에는 다 빈치도 톱니바퀴를 사용하여 각종 기계를 발명하기에 이르렀다. 그러나 당시까지의 톱니바퀴는 이와 이 사이에 커다란 틈이 있었고, 이러한 틈이 있는 톱니바퀴로는 회전력을 충분히 전달할 수 없었다. 이에 따라 17세기가 열리면서 수학자들도 톱니바퀴 발명에 뛰어들었고, 그 결과 톱니바퀴는 새로운 전기를 맞게 되었다.
영국의 사업혁명에도 크게 기여
1672년 물리학자이자 수학자인 로버트 후크가 발명한 톱니바퀴 절삭기가 대표적인 사례로, 이 발명은 정밀시계에 필요했던 정밀한 톱니바퀴 제작이 가능하게 하였다.
이어 1674년에는 덴마크의 천문학자 레멜이 톱니바퀴의 이틀을 만드는 기준이 되는 사이클로이드 곡선의 연구결과를 발표했고, 1776년에는 프랑스의 수학자 카뮤가 사이클로이드 곡선에 대해서 더욱 상세한 연구결과를 발표하기에 이르렀다.
때를 같이하여 철의 이용이 활발해지면서 톱니바퀴도 목제에서 철제로 바뀌었고, 드디어 영국에서 철제 톱니바퀴가 생산되기 시작했다.
톱니바퀴는 영국의 사업혁명에도 크게 기여하며 그 수요가 크게 늘면서 그 기술 또한 크게 발전하였다.
톱니바퀴의 수요가 가장 급격하게 증가한 것은 산업화시대가 열리면서 부터였다. 수요가 급증하면서 수많은 과학자와 발명가들도 새로운 톱니바퀴 발명에 도전하였다.
대표적인 과학자로 1875년 톱니의 형태를 크게 개선한 기계공학자 프란츠 뢸로를 들 수 있다.
이후 1892년에는 스웨덴 출신의 기술자 칼 드 라발이 톱니가 엇갈리며 맞물리는 전동장치를 발명했고, 이 전동장치는 오늘날 자동차 제조에도 쓰이고 있다.
왕연중(한국발명문화교육연구소장/前유원대학교 발명특허학과 교수)
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왕연중의 발명이야기
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