KR100472291B1 - 마찰 스프링형 진동저감 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향 성분에 대해서도 감쇠의 효과를 가지며 따로 댐퍼가 필요치 않는 마찰 스프링형 진동저감 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치하는 진동저감 장치로서, 지진하중을 수용하기 위한 수평방향으로 설치된 스프링(5)과 힌지 결합된 경사 부재(3)의 완충 작용으로 수평과 수직 양 방향으로 운동할 수 있으며, 감쇄는 경사 부재(3)와 힌지 연결부(4)에 의해 힌지 결합된 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)과의 접촉 마찰로 수행하는 스프링(5)을 이용한 마찰 진동저감 시스템인 것이다.

본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 수직과 수평의 양 방향 모두에 대하여 거동할 수 있으며 PTFE 수지판에 의하여 감쇄할 수 있어 소규모 기기의 효율적인 진동 저감 시스템으로 사용할 수 있다.

Description

마찰 스프링형 진동저감 시스템{Friction spring vibration isolation system}

본 발명은 마찰 스프링형 진동저감 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치할 수 있는 마찰 스프링형 진동저감 시스템에 관한 것이다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 진동저감 장치로는 첨부도면 중 도 9에 나타낸 바와 같이, 적층고무 베어링의 중앙부에 납봉(91)을 삽입하여 적층고무 베어링의 저 감쇠의 단점을 개선한 납삽입 베어링(Lead Rubber Bearing: LRB)이 있다.

도 9에서 부호 92는 고무 덮개이고, 93은 스틸탑재판이며, 94는 스틸보강판이고, 95는 내부고무층이다.

납삽입 베어링은 적층고무의 낮은 강성에 따른 진동절연 효과와 납봉(91)의 높은 에너지 흡수성질 및 납봉(91)의 높은 초기의 강성에 의해 풍 또는 교통하중 등에 의한 강도가 낮은 외부교란에 대한 저항능력 등 설계조건상 매우 좋은 성질을 갖고 있으며, 제작 공정이 단순하고 비용이 저렴한 장점이 있다.

그러나, 고무가 가진 기본적인 단점, 즉 경년에 따른 특성의 변화 및 내구성 저하뿐만 아니라 납의 변형에 따른 용융 및 재결정화 과정에 의한 강성의 변화 등 지진 응답 예측을 위한 설계에 많은 불확실한 인자들이 존재하고 있다.

또한, 과도한 변형시 수직하중에 의한 좌굴도 우려되어 구조물의 최저차 고유진동수를 어느 한도 이하로 낮출 수 없으며, 액체 저장 탱크와 같이 재하 하중이 일정치 않는 경우는 최저차 고유 진동수가 하중의 크기에 따라 변하기 때문에 효과적인 진동저감 주파수를 설정하기 어려운 점이 있다.

이에 따라, 진자의 성질을 응용하여 구조물의 최저차 고유 진동수를 결정할 수 있는 진동저감 장치가 개발되고 있다. 진자를 이용한 진동저감 장치는 진자의 특성상 고유진동수를 재하 하중에 관계없이 일정하게 설계할 수 있으며, 감쇠에너지를 동시에 고려하여 지진에 의한 구조물의 동적 응답을 감소시키도록 하고 있다. 이중 대표적인 것으로서 도 10에 도시한 바와 같은 구면(101)을 따라 구조물의 지지부가 움직이도록 하고, 접촉부에 PTFE(Polytetrafluoro ethylene) 수지를 삽입한 마찰진자 베어링(102)을 이용한 진동저감 장치와 접촉부에 볼베어링을 이용한 TEKTON N-베어링 등이 있다. 도면에서 미설명부호 103은 관절형 마찰 슬라이더이다.

이 시스템의 장점은 수직하중의 지지능력과 수평 복원강성이 서로 독립적이어서 대변형에 따른 좌굴발생의 우려가 없고 안정적으로 구조물을 지지할 수 있으며, 곡률을 임의로 설계할 수 있기 때문에 고유 진동수를 가능한 낮게 설계할 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 이 시스템의 단점은 수직 방향 성분에 대하여 감쇠가 없으며 볼베어링 형식의 경우에 댐퍼가 필수적으로 필요하다는 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향 성분에 대해서도 감쇠의 효과를 가지며 별도로 댐퍼가 필요치 않는 주로 소형 기기의 기초에 사용할 수 있는 마찰 스프링형 진동저감 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 기기의 기초 바닥에 고정되는 하부 하우징; 기기 구조물을 실질적으로 받치게 되며 상하 및 좌우로 이동이 가능한 상판 하우징; 상기 하부 하우징과 상기 상판 하우징 사이에서 이들의 변형에 거동하고 먼지나 이물질의 유입을 방지하기 위한 고무 막; 상기 하부 하우징에 힌지에 의해 고정되고, 상기 상판 하우징을 받치면서 수직 방향으로의 진동에 의해 경사 각도가 변하도록 된 V자형 경사 부재; 상기 경사 부재의 상단과 상기 상판 하우징의 밑면의 중앙 부위에 형성되어 있는 힌지 고정점에 수평 방향으로 연결 설치되어 있으며, 지진 하중을 수용하고 상기 경사 부재의 완충 작용으로 수평 및 수직 방향으로 운동할 수 있도록 탄성 인장력을 갖는 한 쌍의 스프링; 상기 경사 부재의 다른 상단에 설치되어 있으면서 상기 경사부재의 작용에 따라 상기 상판 하우징의 밑면과 마찰 접촉하면서 움직이도록 된 PTFE 수지판; 상기 PTFE 수지판과 상기 상판 하우징과의 접촉 상태를 유지하기 위한 판형 스프링; 및 상기 PTFE 수지판과 상기 판형 스프링을 고정하기 위한 하우징으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 상기 스프링은 기기 밑에 대각선으로 설치되어 있으면서, 상기 스프링을 탄성 복원력에 의해 원 위치로 복원시키게 되는 4쌍의 마찰 스프링을 추가로 가지며, 상기 경사 부재의 양쪽 선단과 상기 하부 하우징의 표면에 수직 방향으로 설치되어 있으면서 상기 기기의 하중을 일부 부담하고 작은 규모의 지진 하중에 대한 수평방향의 운동을 수용하도록 된 인장 스프링도 추가로 갖고 있다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 중 도 1은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 평면도 이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 개략적인 측단면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치하는 진동저감 장치로서, 지진하중을 수용하기 위한 수평방향으로 설치된 스프링(5)과 힌지 결합된 경사 부재(3)의 완충 작용으로 수평과 수직 양 방향으로 운동할 수 있으며, 감쇄는 경사 부재(3)와 힌지 연결부(4)에 의해 힌지 결합된 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)과의 접촉 마찰로 수행하는 스프링(5)을 이용한 마찰 진동저감 시스템인 것이다.

본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링(5)이 탄성 인장력의 작용으로 수평과 수직의 양 방향의 지진하중에 대하여 모두 작용하게 한 것으로 각 기기에 설치되는 진동저감 시스템의 최소수량은 4개이며, 도3과 같이 기기 기초판의 각 꼭지점에 배치된다.

본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 작용원리는 도 1에서 마찰 진동저감 시스템의 하부 하우징(2)은 기기 기초바닥에 고정되며, 경사부재(3)는 힌지 결합부(4)에 의해 하부 하우징(2)에 고정되어 있다.

경사부재(3)는 평상시 기기의 무게와 스프링(5)의 탄성 인장력이 평형을 이루는 점에 수평면과 경사를 유지하고 위치하고 있다. 기기의 무게가 스프링에 작용하였을 때 경사 부재(3)가 45도를 이루어 위치할 수 있도록 강성이 맞는 스프링을 이용한다.

기기의 무게와 스프링의 인장력이 평형을 이루고 있는 상태에서 수직방향의 지진 하중이 기기에 작용하면 스프링(5)의 작용에 의하여 위아래로 움직이며 이때 스프링(5)과 힌지 연결부(4)에 의해 연결된 경사부재(3)의 작용으로 상판 하우징(9) 아래 면에 접촉하고 있는 PTFE 수지판(6)이 상판 하우징(9)과 접촉하면서 움직이므로 진동저감 시스템에 감쇄의 효과를 나타낸다. 첨부 도면 중 도 6은 상향으로 이동한 상태를 나타내고, 도 7은 하향으로 이동한 상태를 나타낸다.

상기의 운동에서 감쇄의 효과를 나타내는 부분은 상판 하우징(9)과 마찰 접촉하는 PTFE 수지판(6)과, 상시 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)의 접촉 상태를 유지할 수 있는 판형 스프링(7)과, 상기 판형 스프링(7)과 PTFE 수지판(6)을 고정하는 하우징(8)으로 구성되어 있다.

마찰 스프링형 진동저감 시스템의 수평 방향의 운동은 수직 방향의 운동과 마찬가지로 수평 방향의 지진 하중이 기기에 작용하면 상판 하우징(9)에 고정된 힌지 고정점(10)에서 스프링(5)이 고정되고 스프링(5)의 인장력을 초과하는 수평방향의 지진하중이 작용하였을 때 상판 하우징(9)이 전후 좌우로 운동하게 된다. 도 4는 4는 좌측으로 운동하고 있는 상태를 나타내고, 도 5는 우측으로 운동하고 있는 상태를 나타낸다. 진동 저감 시스템의 감쇄는 수직방향의 운동과 마찬가지로 PTFE 수지판(6)의 상판 하우징(9)과의 접촉에 의한 감쇄효과에 의하여 달성된다.

지진하중 작용 후의 기기의 복원은 기기 밑에 설치된 4개의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 스프링의 탄성 복원력에 의하여 제자리로 복원된다. 즉, 도 3과 같이 기기 밑에 대각선 방향으로 설치되어 각 방향으로 이동한 후 각각의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 탄성 복원력에 의하여 원위치로 복원된다.

본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템에서 복원력이 향상되는 요소는 인장 스프링이 기기의 무게에 의하여 인장력(Pretension)이 가해진 상태이므로 보다 정확하게 기기의 원래자리로 복원되는 구조를 제공할 수 있다.

상판 하우징(9)과 하부 하우징(2) 사이는 주름진 고무 제품 등으로 고무막(1)을 설치하여 상판 하우징(9)과 하부 하우징(2)의 변형에 거동하게 하고 먼지나 이물질이 진동 저감 시스템 내부로 유입되는 것을 방지한다.

진동 저감 시스템의 기기 기초와의 고정 방법은 하부 하우징에 천공된 홀에 콘크리트 익스팬션 앵커볼트 등의 방법에 의하여 고정한다.

본 발명의 다른 실시예로서는 기기의 하중을 인장 스프링(5)만으로 부담하는 것이 스프링 특성상 문제가 있는 경우 기기의 하중을 압축 스프링(11)이 일부 부담하는 것으로 도 10에 나타내었으며 이 경우 보다 작은 규모의 지진하중에 대한 수평방향의 운동을 수용할 수 있게 되는 잇점이 있다.

본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실제예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 수직과 수평의 양 방향 모두에 대하여 거동할 수 있으며 PTFE 수지판에 의하여 감쇄할 수 있어 소규모 기기의 효율적인 진동 저감 시스템으로 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 평면도 이다.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 개략적인 측단면도 이다.

도 3은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 설치도 이다.

도 4는 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 좌향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 우향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 상향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 하향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 다른 구현예의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 측면도이다.

도 9는 종래의 납삽입 베어링의 진동저감 시스템의 입체도 이다.

도 10은 종래의 마찰진자 베어링의 진동저감 시스템의 단면도이다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

1 : 고무막 2 : 하부 하우징

3 : 경사부재 4 : 힌지 연결부

5 : 스프링 6 : PTFE 수지판

7 : 판형 스프링 8 : 스프링 하우징

9 : 상판 하우징 10 : 스프링 고정부

11 : 압축용 스프링

Claims (3)

1. 기기의 기초 바닥에 고정되는 하부 하우징(2);

   기기 구조물을 실질적으로 받치게 되며 상하 및 좌우로 이동이 가능한 상판 하우징(9);

   상기 하부 하우징(2)과 상기 상판 하우징(9) 사이에서 이들의 변형에 거동하고 먼지나 이물질의 유입을 방지하기 위한 고무 막(1);

   상기 하부 하우징(2)에 힌지연결부(4)에 의해 고정되고, 상기 상판 하우징(9)의 수직 방향으로의 진동에 의해 경사 각도가 변하도록 된 V자형 경사 부재(3);

   상기 경사 부재(3)의 상단과 상기 상판 하우징(9)의 밑면의 중앙 부위에 형성되어 있는 힌지 고정점(10)에 수평 방향으로 연결 설치되어 있으며, 지진 하중을 수용하고 상기 경사 부재(3)의 완충 작용으로 수평 및 수직 방향으로 운동할 수 있도록 탄성 인장력을 갖는 한 쌍의 스프링(5);

   상기 경사 부재(3)의 다른 상단에 설치되어 있으면서 상기 경사부재(3)의 작용에 따라 상기 상판 하우징(9)의 밑면과 마찰 접촉하면서 움직이도록 된 PTFE 수지판(6);

   상기 PTFE 수지판(6)과 상기 상판 하우징(9)과의 접촉 상태를 유지하기 위한 판형 스프링(7); 및

   상기 PTFE 수지판(6)과 상기 판형 스프링(7)을 고정하기 위한 하우징(8)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 스프링형 진동저감 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스프링(5)은 기기 밑에 대각선으로 설치되어 있으면서, 상기 스프링을 탄성 복원력에 의해 원 위치로 복원시키게 되는 4쌍의 마찰 스프링을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 마찰 스프링형 진동저감 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 경사 부재(3)의 양쪽 선단과 상기 하부 하우징(2)의 표면에 수직 방향으로 설치되어 있으면서 상기 기기의 하중을 일부 부담하고 작은 규모의 지진 하중에 대한 수평방향의 운동을 수용하도록 된 인장 스프링(5)을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 마찰 스프링형 진동저감 시스템.