KR101413356B1

KR101413356B1 - 쐐기를 이용한 면진장치

Info

Publication number: KR101413356B1
Application number: KR1020140018521A
Authority: KR
Inventors: 조영철; 이유인; 지용수; 백준호; 방인석
Original assignee: 조영철
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2014-07-01
Also published as: US20160348751A1; WO2015125996A1; US9829063B2

Abstract

수직방향 완충성능이 뛰어나면서도 수직방향 진동감쇠력도 뛰어나고, 필요에 따라 수평방향의 진동감쇠 능력과 복원성능 및 부반력 저항기능을 더 가지며, 현장에서 지지설비의 수평을 맞추어가면서 설치하기에 편리하고, 현장에 설치된 상태에서도 지지구조물의 높낮이를 조정할 수 있는 면진장치가 개시된다. 상기 면진장치는 로드, 상기 로드를 따라 이동 가능케 설치된 한 쌍의 쐐기, 상기 로드에 결합하여 상기 한 쌍의 쐐기가 지지하는 수평탄성체, 상기 수평탄성체를 지지하는 지지수단을 갖추고 있는 쐐기유닛과, 상기 한 쌍의 쐐기의 상기 쐐기면의 쐐기저면에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기를 지지하는 쐐기저면부재 및 상기 한 쌍의 쐐기의 상기 쐐기면의 쐐기상면에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기에 지지되는 쐐기상면부재를 포함하는 구성을 가진다.

Description

쐐기를 이용한 면진장치{Seismic isolator utilizing wedge}

본 발명은 쐐기를 이용한 면진장치의 개선에 관한 것으로, 특히 전력설비 등의 중량구조물을 지지하는 데 적합하게 사용될 수 있고 때에 따라 경량구조물의 지지에도 적합하게 활용할 있는 쐐기를 이용한 면진장치의 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 전력설비, 가스탱크, 차량이 통과하는 교량, 건물 상부로 고속열차가 통과하는 고속열차의 역사, 일반 건축구조물 등의 중량구조물에는 지진이나 진동에 대한 구조물의 안정성을 보장하기 위해 상부구조물과 하부구조물이 분리되어 구성되고, 상부구조물과 하부구조물 사이에 상부구조물의 하중을 탄력적으로 지지하여주면서 수직방향 및/또는 수평방향의 진동을 감쇠시키는 기능을 갖는 면진장치가 설치된다.

기존에 알려진 면진장치로는 등록번호 10-1210656호(발명의 명칭: 3축 방향 진동제어를 위한 전기설비용 면진장치, 발명자: 오상훈)의 등록특허공보에 개시된 것이 있다. 이 오상훈 특허는 상부구조물의 하중을 스프링의 힘으로만 지지하므로 수직방향 진동감쇠가 적고, 큰 압축상태를 오랫동안 유지하여야 하므로 장기간 사용 시 성능에 문제가 생길 수 있고, 지진에 의해 수평이동 후에는 수평방향으로 복원되지 않는다는 문제점이 있다.

그리고 쐐기를 이용한 다른 형태의 기존의 면진장치로는 등록번호 10-0716088호(발명의 명칭: 마찰을 이용한 수직진동 감쇠베어링, 발명자: 조영철)의 등록특허공보에 개시된 것이 있다. 이 조영철 특허에 개시된 면진장치는 교량의 상부구조물 등 중량이 매우 큰 고중량 구조물을 지지하는 데에는 적합하지만, 고중량 구조물에 비해 무게가 적게 나가며 상대적으로 강도가 약한 재료들을 가지는 전기설비부품의 보호를 위해 어느 정도 상하방향 및/또는 수평방향의 완충작용이 필요한 전력설비 등을 지지하는 데에는 부적합한 측면이 있다.

본 발명의 목적은 전기설비 등의 중량구조물을 지지하여 지진에 의해 구조물에 설치된 부품이 파손되는 것을 방지하는 데 적합하게 사용될 수 있는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능이 뛰어나면서도 수직방향 진동감쇠력도 뛰어난 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능과 진동감쇠력이 모두 뛰어나면서도 수평방향의 진동감쇠 능력을 가지는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능과 진동감쇠력이 모두 뛰어나면서도 수평방향 복원성능을 가지는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능과 진동감쇠력, 수평방향 복원성, 수평방향의 진동감쇠력이 뛰어나고 부반력에 저항하는 기능을 가지는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능과 진동감쇠력, 수평방향 복원성, 수평방향의 진동감쇠력이 뛰어나고 부반력에 저항하는 기능을 가지면서도 매우 큰 하중을 가지는 구조물을 지지하는 데에도 사용할 수 있는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조물의 수직방향 완충성능과 진동감쇠력, 수평방향 복원성, 수평방향의 진동감쇠력이 뛰어나고 부반력에 저항하는 기능을 가지면서 지지구조물의 지지높이를 쉽게 조정할 수 있어 현장에서 지지설비의 수평을 맞추어가면서 설치해야하는 설비의 면진장치로 적합하게 사용할 수 있는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 경량구조물의 면진장치로도 적합하게 활용될 수 있는 쐐기를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치는 로드, 상기 로드를 따라 이동 가능케 설치되고 쐐기면이 마주 보게 배치된 한 쌍의 쐐기, 상기 로드에 결합하여 상기 한 쌍의 쐐기가 서로 가까워지는 방향으로 지지하는 수평탄성체, 상기 수평탄성체를 상기 쐐기를 향해 지지하는 지지수단을 갖추고 있는 쐐기유닛; 상기 한 쌍의 쐐기의 상기 쐐기면의 쐐기저면에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기를 지지하고 상기 쐐기가 상기 로드를 따라 이동할 때 상기 쐐기저면과 마찰을 일으키는 쐐기저면부재; 및 상기 한 쌍의 쐐기의 상기 쐐기면의 쐐기상면에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기에 지지가 되어 작용하는 하중의 변화에 따라 승하강하면서 상기 쐐기상면과 마찰을 일으키고, 상기 쐐기를 통해 상기 수평탄성체의 탄성력을 받는 쐐기상면부재를 포함하는 구성을 한다.

상기 쐐기저면부재와 상기 쐐기상면부재 사이에는 상기 쐐기저면부재와 상기 쐐기상면부재 상호 간에 작용하는 힘을 완충 또는 지지하여주기 위한 수직탄성지지구가 설치된 것이 바람직하다.

상기 수직탄성지지구는 하단은 상기 쐐기저면부재에 지지가 되고 상단은 상기 쐐기상면부재에 형성된 구멍 또는 홈에 삽입되어 상기 쐐기상면부재의 승하강을 허용하는 축부재와 상기 축부재의 외주면에 결합하여 상기 쐐기저면부재와 상기 쐐기상면부재 사이를 탄성적으로 지지하는 수직탄성체를 갖추고 있는 것이 바람직하다.

상기 쐐기상면부재에는 상기 구멍 또는 홈 위쪽에 걸림턱이 형성되어 있고, 상기 축부재의 하단은 상기 쐐기저면부재에 고정되어 있고, 상기 축부재의 상단에는 상기 걸림턱에 걸려서 상기 쐐기상면부재가 일정 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 부반력 저항턱이 설치된 것이 좋다.

상기 쐐기저면부재와 상기 쐐기상면부재 및 상기 쐐기의 대응 접촉면에는 서로 면접촉된 상태로 이동하는 것을 안내하고 안내받으며 상기 쐐기가 상기 쐐기저면부재와 상기 쐐기상면부재에 대해 옆으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 안내부와 피안내부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 쐐기상면부재에는 구멍과 상기 구멍 위쪽에 설치된 걸림턱이 형성되어 있고, 상기 쐐기상면부재와 상기 쐐기저면부재 사이에는 하단은 상기 쐐기저면부재에 고정되어 있고, 상기 구멍을 통과한 상단에는 상기 걸림턱에 걸려서 상기 쐐기상면부재가 일정 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 부반력 저항턱이 설치될 수 있다.

때에 따라, 상기 쐐기상면부재 위에는 상부구조물에 결합하여 상기 상부구조물이 상기 쐐기상면부재에 대해 전후와 좌우 중 어느 한 방향 또는 전후와 좌우의 양 방향으로 이동하는 것을 허용하는 수평방향 면진기구가 설치될 수 있다.

상기 수평방향 면진기구는 상기 쐐기상면부재에 설치되고 상면에 제1오목구면이 형성되어 있는 오목구면부재, 저면에는 상기 제1오목구면에 면접촉 되는 제1볼록구면이 형성되어 있고 상면에는 제1볼록구면보다 큰 곡률의 제2볼록구면이 형성되어 있는 구면블록 및 저면에 상기 제2볼록구면에 면접촉 상태로 지지가 되어 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있는 상부부재를 갖추어 구성된 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 쐐기, 상기 쐐기저면부재, 상기 쐐기 상면부재 및 상기 수평탄성체는 좌우 대칭을 이루게 배치되어 있고, 상기 쐐기의 쐐기상면과 쐐기저면은 상하대칭을 이루고 있는 는 것이 바람직하다.

상기 지지수단은 상기 로드를 따라 이동 가능케 설치되고 상기 수평탄성체를 받쳐주는 지지체 상기 지지체 바깥쪽에서 상기 로드에 나사결합 되어 상기 지지수단의 위치를 조정하여 상기 수평탄성체가 상기 쐐기를 가압하는 정도를 조정할 수 있는 너트를 구비하여 구성된 것이 좋다.

때에 따라, 상기 쐐기는 UHMW-PE(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene) 또는 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 것이고, 상기 쐐기저면부재와 쐐기상면부재는 금속으로 만들어진 것일 수 있다.

때에 따라, 상기 수평방향 면진기구는 상기 쐐기상면부재에 설치되고 상면에 제1오목구면이 형성되어 있는 오목구면부재, 상기 제1오목구면에 설치된 볼 및 저면에 상기 제1오목구면보다 큰 곡률을 가지는 제2오목구면을 갖추어 상기 볼에 지지가 되어 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있는 상부부재를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 수직방향 완충성능이 뛰어나면서도 수직방향 진동감쇠력도 뛰어나고, 필요에 따라 수평방향의 진동감쇠 능력과 복원성능 및 부반력 저항기능을 더 가지는 면진장치를 쉽게 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 위와 같은 여러 가지 장점을 가지면서도 지지구조물의 지지높이를 쉽게 조정할 수 있어 현장에서 지지설비의 수평을 맞추어가면서 설치하기에 편리한 면진장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 현장에 설치된 상태에서도 지지구조물의 높낮이를 조정할 수 있고, 때에 따라 완충성능을 가지는 높이 조절장치로 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 수직탄성지지구와 쐐기부재가 분담하여 상부구조물의 하중을 지지하므로 큰 수직하중을 지지하는 데에도 사용될 수 있고, 수직탄성지지구가 수직하중을 분담함에 따라 수직탄성지지구가 없는 경우에 비해 쐐기상면과 쐐기저면간의 각도를 크게 할 수 있어 상하방향의 완충효과 및 마찰에 의한 진동감쇠효과를 크게 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치의 일례를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1 면진장치의 분리 사시도,
도 3은 도 1 면진장치의 내부구조를 나타낸 반폭절단 사시도,
도 4는 도 1 면진장치의 부분파단 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치의 다른 예를 나타낸 반폭절단 사시도,
도 6은 도 5 면진장치의 변형 예를 나타낸 사시도,
도 7은 도 6에 나타낸 면진장치의 단면도,
도 8은 도 7의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 9는 도 3에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 반폭절단 사시도,
도 10은 도 7에 나타낸 실시 예의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1 면진장치의 분리 사시도, 도 3은 도 1 면진장치의 내부구조를 나타낸 반폭절단 사시도, 도 4는 도 1 면진장치의 부분파단 사시도이다.

도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 면진장치(100)는 쐐기유닛(110)을 갖춘다. 쐐기유닛(110)은 간격을 두고 평행하게 배치된 한 쌍의 로드(111)와 로드(111)에 결합하여 로드(111)를 따라 좌우 이동 가능케 설치된 한 쌍의 쐐기(120), 쐐기(120)를 내측으로 지지하는 수평탄성체(113)와 수평탄성체(113)를 지지하는 지지수단(115)을 가지고 있다.

한 쌍의 쐐기(120)는 쐐기저면(121)과 쐐기상면(122)으로 이루어진 쐐기면(120a)이 서로 마주 보는 상태로 좌우로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 쐐기(120)의 쐐기저면(121)과 쐐기상면(122)은 바람직하게 상하 대칭을 이루고 있다. 때에 따라, 쐐기저면(121)과 쐐기상면(122)은 상하 비대칭으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 쐐기저면(121)의 경사를 쐐기상면(122)의 경사보다 완만하게 하거나 그 반대로 할 수 있다. 쐐기저면(121)과 쐐기상면(122)에는 뒤에서 설명되는 쐐기저면부재(130) 및 쐐기상면부재(140)와 서로 면접촉된 상태로 이동하는 것을 안내하거나 안내받고 쐐기(120)가 옆으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 안내부(125)와 피안내부(126)가 형성되어 있다. 이러한 쐐기(120)에는 로드(111)에 결합하여 로드(111)를 따라 좌우 이동할 수 있게 하는 통공(123)이 형성되어 있고, 통공(123) 주변의 바깥쪽 표면에는 홈(124)이 형성되어 있다.

위와 같은 쐐기(120)로는, 쐐기(120)에 작용하는 하중이 그리 크지 않은 경우, 플라스틱으로 만든 것이 사용될 수 있다. 플라스틱으로는 압축강도가 큰 UHMW-PE(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)나 엔지니어링 플라스틱이 적당하다. 플라스틱을 이용하는 경우, 가공하기가 쉽고, 제품 단가로 낮출 수 있고, 때에 따라 미끄럼재를 부착하지 않을 수도 있다. 쐐기(120)에 작용하는 하중이 매우 큰 경우에는 스틸(Steel) 재질에 미끄럼재를 붙여 사용하면 된다.

쐐기(120) 바깥쪽으로, 로드(111)에는 수평탄성체(113)가 각각 설치되어 있고, 수평탄성체(113) 바깥쪽으로 수평탄성체(113)를 받쳐주는 지지수단(115)이 설치되어 있다. 수평탄성체(113)의 안쪽 끝 부분은 홈(124)에 삽입되어 있다.

이 수평탄성체(113)로는 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 디스크 여러 장을 차례대로 로드(111) 외주면에 결합한 형태의 디스크 스프링이 적당하다. 디스크 스프링은 작은 직경으로 큰 강성을 발휘할 수 있다. 면진장치의 용도에 따라, 디스크 스프링 대신 코일 스프링이나 탄성고무를 이용한 머 스프링(MER spring) 등 여타의 스프링이 이용될 수 있음은 물론이다.

지지수단(115)으로는 로드(111)를 따라 이동 가능케 설치되고 수평탄성체(113)를 받쳐주는 지지체(115a)와 지지체(115a) 바깥쪽에서 로드(111)에 나사결합 되어 지지수단(115)의 위치를 조정하여 수평탄성체(113)가 쐐기(120)를 가압하는 정도를 조정할 수 있는 너트(115b)를 가진다. 너트(115b)는 풀림방지를 위해 로드(111)의 각 단부에 이중으로 체결한다.

이 실시 예에서 로드(111)로는 좌우 양 단부에 나선이 형성되어 있고, 양 단부에 모두 너트(115b)가 결합하여 있는 것을 예시하고 있으나 때에 따라 머리가 있는 볼트와 볼트의 타단에서 나사결합 되는 너트로 구성될 수 있다. 또 때에 따라 지지수단(115)의 위치조정이 필요치 않은 경우 지지체(115a) 또는 너트(115b)가 로드(111)에 고정된 상태로 지지수단(115)을 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치(100)는 쐐기저면부재(130)를 갖추고 있다. 쐐기저면부재(130)의 상면 쪽에는 좌우 양측으로 제1경사면(131)을 가진다. 양측 제1경사면(131)은 한 쌍의 쐐기(120)의 쐐기저면(121)에 면접촉된 상태로 양측 쐐기(120)를 지지하며, 로드(111)를 따라 이동되는 쐐기(120)와 마찰을 일으킨다.

제1경사면(131)에는 돌기형상을 하는 안내부(132)가 형성되어 있다. 이 안내부(132)는 쐐기저면(121)에 홈으로 형성된 피안내부(126)와 결합하여 쐐기(120)의 이동을 안내하고, 쐐기(120)가 옆으로 벗어나는 것을 방지한다. 이 쐐기저면부재(130)의 제1경사면(131)은 쐐기(120)의 쐐기저면(121)을 통해 수평탄성체(113)의 힘을 받는다.

위와 같은 쐐기저면부재(130)의 양측 제1경사면(131) 사이의 중앙부에는 스프링홈(133)이 형성되어 있고, 하측부 4모서리 부근에는 기초나 하부구조물에 설치된 기초볼트나 기초너트에 고정할 수 있도록 하기 위한 고정부(134)가 형성되어 있다.

본 발명에 따른 면진장치(100)는 쐐기상면부재(140)를 갖춘다. 이 쐐기상면부재(140)에는 저면 쪽에 좌우 양측으로 제2경사면(141)이 형성되어 있다. 양측 제2경사면(141)은 한 쌍의 쐐기(120)의 쐐기상면(122)에 면접촉된 상태로 양측 쐐기(120)에 지지가 되며, 로드(111)를 따라 이동되는 쐐기(120)의 쐐기상면(122)과 마찰을 일으킨다. 양측 제2경사면(141)은 좌우 대칭으로 배치되어 있고, 바람직하게 양측 제1경사면(131)과는 상하로도 대칭을 이룬다.

제2경사면(141)에는 쐐기상면(122)에 형성된 안내부(125)에 결합하여 승하강 시 안내부(125)의 안내를 받는 돌기형상의 피안내부(142)가 형성되어 있다. 이 피안내부(142)는 쐐기(120)가 옆으로 이탈되는 것을 방지하는 역할도 한다.

쐐기상면부재(140)에는 양측 제2경사면(141) 사이 중앙부에 구멍(143)을 뚫어서 걸림턱(144)을 형성하고, 뒤에서 설명되는 부반력 저항턱(153)이 상하로 이동할 수 있도록 하기 위한 홈(145)이 형성되어 있다. 또한, 상측부 4모서리 부근에는 상부구조물의 저부에 고정할 수 있도록 하기 위한 고정부(146)가 형성되어 있다.

위와 같은 쐐기상면부재(140)는 한 쌍의 쐐기(120)의 쐐기상면(122)에 면접촉된 상태로 지지가 되어 쐐기저면부재(130)와의 상호 간에 상하로 작용하는 하중의 변화에 따라 승하강하면서 쐐기상면(122)과 마찰을 일으킨다. 이 쐐기상면부재(140)는 쐐기(120)의 쐐기상면(122)을 통해 수평탄성체(113)의 지지를 받는다.

바람직하게, 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140) 사이에는 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140) 상호 간에 작용하는 힘을 완충 또는 지지하여주기 위한 수직탄성지지구(150)가 설치되어 있다. 이 수직탄성지지구(150)로는 도 3과 4에 나타낸 바와 같이 하단은 쐐기저면부재(130)에 지지가 되고 상단은 쐐기상면부재(140)에 형성된 구멍(143)에 삽입되어 쐐기상면부재(140)의 승하강을 허용하는 축부재(151)와 축부재(151)의 외주면에 결합하여 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140) 사이를 탄성적으로 지지하는 수직탄성체(152)를 갖춘 것이 바람직하다.

수직탄성지지구(150)는 상부구조물의 하중을 쐐기부재(120)와 분담하여 지지함으로써 사용하는 스프링의 종류에 따라 큰 하중의 구조물을 지지하는 데에도 사용할 수 있게 하고, 특히 쐐기부재(120)가 부담해야 하는 하중의 크기를 감소시켜주기 때문에 쐐기상면과 쐐기하면 간의 각도를 상대적으로 크게 할 수 있도록 하여 상하방향 완충성능을 증가시켜 전기설비 등 충격에 민감한 부품을 가지는 구조물을 보다 안전하게 지지하는 데 적합하다.

위와 같은 수직탄성지지구(150)의 수직탄성체(152)로는 디스크 스프링, 머 스프링, 코일 스프링 등 다양한 종류의 스프링이 사용될 수 있다.

바람직하게, 축부재(151)의 하단은 쐐기저면부재(130)에 고정하고, 축부재(151)의 상단에는 걸림턱(144)에 걸려서 쐐기상면부재(140)가 일정 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 부반력 저항턱(153)을 설치할 수 있다.

때에 따라 수직탄성체(152)의 설치 없이 축부재(151)와 축부재(151) 상단부에 설치된 부반력 저항턱(153)만 설치하여 본 발명에 따른 면진장치를 구성할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 면진장치(100)는 수직방향 지진이나 진동 때문에 쐐기상면부재(140)가 쐐기저면부재(130)에 대해 상대적인 승하강운동을 하면 쐐기(120)는 수평탄성체(113)의 지지를 받으면서 로드(111)를 따라 좌우로 이동하면서 쐐기저면부재(130) 및 쐐기상면부재(140)와 마찰을 일으켜 쐐기상면부재(140)의 상하 진동을 감쇠시키고, 상하방향 충격력을 완충하여 준다.

한편, 평상시에 수직탄성지지구(150)는 쐐기상면부재(140)에 작용하는 상부구조물의 하중을 분담하여 지지하다가, 상하방향으로 진동 발생 시 쐐기상면부재(140)를 쐐기저면부재(130)에 대해 탄성적으로 지지하여 쐐기상면부재(140)와 쐐기저면부재(130) 상호 간에 작용하는 충격력을 완충하면서 진동에너지를 감쇠시킨다.

부반력 저항턱(153)은 쐐기상면부재(140)가 일정 이상 상승되는 것을 방지한다.

추가구조물의 설치 등의 원인으로 상부구조물의 좌우 균형이나 높이를 조정할 필요가 있는 경우 또는 수평탄성체(113)의 지지력이 저하되는 경우, 너트(115b)를 조정하여 지지체(115a)를 전진 또는 후퇴시켜 고정하여 구조물의 균형이나 높이 또는 탄성지지력을 조정할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치의 다른 예를 나타낸 반폭절단 사시도이다.

때에 따라 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140)의 마주 보는 중앙부에 앞 실시 예에서보다 넓은 스프링홈(133, 146)을 각각 형성하고, 걸림턱(144)은 쐐기상면부재(140)에 중공부재(147)를 스프링홈(146) 내부로 돌출시켜 중공부재(147) 하단에 설치할 수 있다.

마주 보는 스프링홈(133, 146)에는 수직탄성지지구(150)로 코일스프링을 설치할 수 있다. 코일스프링을 이용하는 경우, 직경을 크게 할 수 있어 두 부재 간의 지지가 안정적이고, 신축에 따른 지지강성의 변화가 선형적이어서 설계가 수월하고 반발력 및 복원력도 좋아서 수직탄성지지구(150)로 사용하기에 적합하다. 그리고 코일스프링은 도 5에 나타낸 바와 같이 그 직경을 달리하여 복수 개를 설치할 수 있기 때문에 현장의 사정변경에 따라 수직탄성지지구(150)의 지지강성을 증가 또는 감소시킬 필요가 있을 때, 전체를 교체할 필요 없이 작은 코일스프링을 하나 더 추가하거나 교체 또는 제거하는 것에 의해 수직탄성지지구(150)의 지지강성을 쉽게 증가 또는 감소시킬 수 있다.

그리고 쐐기(120)에 설치되는 안내부(125)와 피안내부(126)는 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140)의 전후방향 폭만큼 넓게 형성할 수 있다. 이렇게 할 때, 쐐기저면부재(130)의 전후 양 측면이 쐐기(120)의 승하강을 안내하는 안내부(132)의 역할을 하고, 쐐기상면부재(140)의 전후 양 측면이 쐐기상면(122)에 형성된 안내부(125)의 안내를 받는 피안내부(142)의 역할을 한다.

도 5에 나타낸 면진장치(100)는 쐐기저면부재(130) 또는 쐐기상면부재(140)에, 앞 실시 예에서처럼, 고정부를 설치하고 이 고정부를 통해 상부구조물과 하부구조물에 직접 고정하여 상하진동을 감쇠시키는 면진장치 또는 높이조절장치로 사용할 수 있도록 하거나, 쐐기저면부재(130)와 쐐기상면부재(140)의 한쪽 또는 양쪽에 다른 기능을 하는 장치를 더 설치하여 복합기능의 면진장치로 구성할 수 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 6은 도 5 면진장치의 변형 예를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 면진장치의 단면도이다.

때에 따라, 쐐기저면부재(130)는 하단부에 고정부(134)를 설치하여 기초나 하부구조물에 설치된 기초볼트나 너트에 고정될 수 있도록 하고, 쐐기상면부재(140)에는 수평방향 면진기구(160)를 더 설치하여 면진장치를 구성할 수 있다. 이 수평방향 면진기구(160)는 쐐기상면부재(140) 위에서 상부구조물에 결합하여 상부구조물의 수평방향 변위를 허용하면서 수평방향 지진에 대한 면진기능을 가지도록 하기 위한 것이다.

이 실시 예의 수평방향 면진기구(160)는 쐐기상면부재(140)에 설치되고 상면에 제1오목구면(161a)이 형성되어 있는 오목구면부재(161)와, 저면에는 제1오목구면(161a)에 면접촉 되는 제1볼록구면(163a)이 형성되어 있고 상면에는 제1볼록구면(163a)보다 큰 곡률의 제2볼록구면(163b)이 형성되어 있는 구면블록(163) 및 저면에 제2볼록구면(163b)에 면접촉 되는 제2오목구면(165a)을 갖추어 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있는 상부부재(165)를 갖추고 있다. 상부부재(165)에는 상부구조물의 저면에 고정하기 위한 고정부(165b)가 설치되어 있다.

나머지 구성은 도 5에서 설명한 것과 같다.

도 6과 7에 나타낸 바와 같은 면진장치(100)는 전후와 좌우의 전체 수평방향 및 상하방향의 지지구조물의 변위를 받아주면서 마찰 및 스프링의 신축에 의해 지지구조물의 진동에너지를 감쇠시키고, 완충하는 역할을 한다.

이 실시 예에서도, 좌우 한 쌍의 쐐기(120), 쐐기저면부재(130), 쐐기상면부재(140) 및 수평탄성체(113)는 바람직하게 좌우 대칭을 이루도록 배치되어 있고, 쐐기(120)의 쐐기상면(122)과 쐐기저면(121)은 상하대칭을 이루고 있다.

도 8은 도 7의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라 수평방향 면진기구(160)로는 쐐기상면부재(140)에 설치되고 상면에 제1오목구면(161a)이 형성되어 있는 오목구면부재(161)와, 저면에는 제1오목구면(161a)에 면접촉 되는 제1볼록구면(163a)이 형성되어 있고 상면에는 PTFE 등의 미끄럼재(163c)가 설치된 평면(163d)으로 이루어진 베어링블록(164), 저면에 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼재(166)가 부착되고 베어링블록(164)과 이격한 좌우 및/또는 전후의 위치에서 하방으로 돌출된 돌출부(167)가 설치된 상부부재(168) 및 돌출부(167)와 베어링블록(164) 사이에 설치되어 수평방향 복원력을 제공하는 수평탄성기구(169)로 이루어진 것을 설치하여 사용할 수 있다.

쐐기상면부재(140) 위에 설치되는 수평방향 면진기구(160)로는 위에서 설명한 형태의 것 외에 기존에 알려진 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다.

도 9는 도 3에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 반폭절단 사시도이다.

때에 따라, 수평탄성체(113)와 수직탄성지지구(150)의 수직탄성체(152)로는 폴리우레탄 등의 고무를 이용한 머 스프링이 이용될 수 있다. 머 스프링은 작은 단면에 큰 압축응력을 허용할 수 있어 아주 큰 구조물(토목구조물 등)에 적합하고, 변위가 매우 큰 것을 필요로 하는 곳에 적합하다.

때에 따라 수직탄성지지구(150)의 수직탄성체(152)로는 코일스프링을 이용하고, 수평탄성체(113)만 머 스프링을 그대로 이용할 수 있고, 그 반대로 가능하다.

이상의 설명에서 수평탄성체(113)와 수직탄성지지구(150)의 수직탄성체(152)로는 용처에 따라 코일스프링, 접시스프링, 머 스프링 중 적합한 것을 선택하여 설치할 수 있음을 알 수 있다. 코일스프링, 접시스프링, 머 스프링과 같은 정도의 역할을 하는 것이라면, 여타의 스프링도 이용될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 10은 도 7에 나타낸 실시 예의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

이 실시 예에서, 수평방향 면진기구(160)는 쐐기상면부재(140)에 설치되고 상면에 제1오목구면(161a)이 형성되어 있는 오목구면부재(161)를 가진다. 이 오목구면부재(161)로는 제1오목구면(161a) 표면에 미끄럼재가 설치된 금속재 또는 미끄럼재가 설치되어 있지 않은 플라스틱으로 만들어 진 것이 이용될 수 있다. 플라스틱으로는 엔지니어링 플라스틱이 적당하다.

수평방향 면진기구(160)는 제1오목구면(161a)에 설치된 볼(163e) 및 저면에 제1오목구면(161a)보다 큰 곡률을 가지는 제2오목구면(165a)을 갖추어 볼(163e)에 지지된 상부부재(165)를 가진다.

볼(163e)로는 스틸 볼이 적당하지만, 가벼운 장비를 지지하는 곳에 사용되는 것이라면 플라스틱으로 된 것이 이용될 수도 있다. 이는 상부부재에 대해서도 마찬가지이다.

나머지 구성은 도 7에서 설명한 것과 같다.

도 10에 나타낸 바와 같이 구성된 면진장치(100)는, 상부부재(165)와 그 위에 지지되는 구조물이 볼(163e)의 구름에 의해 매우 적은 마찰력으로 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있게 하므로, 상부부재(165) 위에 지지되는 지지구조물에 전달되는 응답가속도를 작게 할 수 있어서 중량물에 비해 가벼운 전자장치와 같이 아주 민감한 장비를 지지하는 데 적합하게 이용될 수 있다.

그 외의 설명은 도 6과 7을 통해 설명한 것과 같다.

때에 따라 위에서 설명한 실시 예들은 상하로 뒤집힌 상태로 설치되어 사용될 수 있다.

또한, 위에서 설명한 실시 예들은 이 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 로드 개수의 증감, 수평방향 면진기구를 기존에 알려진 다른 형태의 것으로의 변경 등 다양한 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치는 전기설비 등 중요 산업설비를 지진으로부터 보호하는 데 적합하게 이용될 수 있고, 교좌장치나 일반 구조물의 면진장치로 이용될 가능성이 있다. 또한, 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치는 크기를 소형화하여 정밀장비의 진동을 완충하는 데에도 이용될 수 있고, 무진동차량의 완충장치로도 이용될 수 있다. 더 나아가 본 발명에 따른 쐐기를 이용한 면진장치는 수평탄성체의 지지강성을 크게 하여 완충기능이 있는 높이 조절장치로 활용될 수 있다. 때에 따라 본 발명은 경량의 전자장비 등을 지지하는 용도의 면진장치를 만드는 데에도 이용될 수 있다.

100: 면진장치 110: 쐐기유닛
111: 로드 113: 수평탄성체
115: 지지수단 115a: 지지체
115b: 너트 120: 쐐기
123: 통공 125, 132: 안내부
126, 142: 피안내부 130: 쐐기저면부재
140: 쐐기상면부재 144: 걸림턱
150: 수직탄성지지구 151: 축부재
152: 수직탄성체 153: 부반력 저항턱
160: 수평방향 면진기구 161: 오목구면부재
163: 구면블록 165: 상부부재

Claims

로드(111), 상기 로드(111)를 따라 이동 가능케 설치되고 쐐기면(120a)이 마주 보게 배치된 한 쌍의 쐐기(120), 상기 로드(111)에 결합하여 상기 한 쌍의 쐐기(120)가 서로 가까워지는 방향으로 지지하는 수평탄성체(113), 상기 수평탄성체(113)를 상기 쐐기(120)를 향해 지지하는 지지수단(115)을 갖추고 있는 쐐기유닛(110);
상기 한 쌍의 쐐기(120)의 상기 쐐기면(120a)의 쐐기저면(121)에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기(120)를 지지하고 상기 쐐기(120)가 상기 로드(111)를 따라 이동할 때 상기 쐐기저면(121)과 마찰을 일으키는 쐐기저면부재(130); 및
상기 한 쌍의 쐐기(120)의 상기 쐐기면(120a)의 쐐기상면(122)에 면접촉된 상태로 상기 한 쌍의 쐐기(120)에 지지가 되어 상기 쐐기(120)를 통해 상기 수평탄성체(113)의 탄성력을 받고, 작용하는 하중의 변화에 따라 승하강하면서 상기 쐐기상면(122)과 마찰을 일으키는 쐐기상면부재(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항에서, 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140) 사이에는 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140) 상호 간에 작용하는 힘을 완충 또는 지지하여주기 위한 수직탄성지지구(150)가 설치된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제2항에서, 상기 수직탄성지지구(150)는 하단은 상기 쐐기저면부재(130)에 지지가 되고 상단은 상기 쐐기상면부재(140)에 형성된 구멍 또는 홈에 삽입되어 상기 쐐기상면부재(140)의 승하강을 허용하는 축부재(151)와 상기 축부재(151)의 외주면에 결합하여 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140) 사이를 탄성적으로 지지하는 수직탄성체(152)를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제3항에서, 상기 쐐기상면부재(140)에는 상기 구멍 또는 홈 위쪽에 걸림턱(144)이 형성되어 있고, 상기 축부재(151)의 하단은 상기 쐐기저면부재(130)에 고정되어 있고, 상기 축부재(151)의 상단에는 상기 걸림턱(144)에 걸려서 상기 쐐기상면부재(140)가 일정 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 부반력 저항턱(153)이 설치된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140) 및 상기 쐐기(120)의 대응 접촉면에는 서로 면접촉된 상태로 이동하는 것을 안내하고 안내받으며 상기 쐐기(120)가 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140)에 대해 옆으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 안내부(125, 132)와 피안내부(126, 142)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 또는 제2항에서, 상기 쐐기상면부재(140)에는 구멍과 상기 구멍 위쪽에 설치된 걸림턱(144)이 형성되어 있고, 상기 쐐기상면부재(140)와 상기 쐐기저면부재(130) 사이에는 하단은 상기 쐐기저면부재(130)에 고정되어 있고, 상기 구멍을 통과한 상단에는 상기 걸림턱(144)에 걸려서 상기 쐐기상면부재(140)가 일정 이상 상승하는 것을 방지하기 위한 부반력 저항턱(153)이 설치된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 쐐기상면부재(140) 위에는 상부구조물에 결합하여 상기 상부구조물이 상기 쐐기상면부재(140)에 대해 전후와 좌우 중 어느 한 방향 또는 전후와 좌우의 양 방향으로 이동하는 것을 허용하는 수평방향 면진기구(160)가 설치된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제7항에서, 상기 수평방향 면진기구(160)는 상기 쐐기상면부재(140)에 설치되고 상면에 제1오목구면(161a)이 형성되어 있는 오목구면부재(161), 저면에는 상기 제1오목구면(161a)에 면접촉 되는 제1볼록구면(163a)이 형성되어 있고 상면에는 상기 제1볼록구면(163a)보다 큰 곡률의 제2볼록구면(163b)이 형성되어 있는 구면블록(163) 및 저면에 상기 제2볼록구면(163b)에 면접촉 상태로 지지가 되어 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있는 상부부재(165)를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 한 쌍의 쐐기(120), 상기 쐐기저면부재(130), 상기 쐐기상면부재(140) 및 상기 수평탄성체(113)는 좌우 대칭을 이루게 배치되어 있고, 상기 쐐기(120)의 상기 쐐기상면(122)과 상기 쐐기저면(121)은 상하대칭을 이루고 있는 는 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 지지수단(115)은 상기 로드(111)를 따라 이동 가능케 설치되고 상기 수평탄성체(113)를 받쳐주는 지지체(115a) 상기 지지체(115a) 바깥쪽에서 상기 로드(111)에 나사결합 되어 상기 지지체(115a)의 위치를 조정하여 상기 수평탄성체(113)가 상기 쐐기(120)를 가압하는 정도를 조정할 수 있는 너트(115b)를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서, 상기 쐐기(120)는 UHMW-PE(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene) 또는 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 것이고, 상기 쐐기저면부재(130)와 상기 쐐기상면부재(140)는 금속으로 만들어진 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.
제7항에서, 상기 수평방향 면진기구(160)는 상기 쐐기상면부재(140)에 설치되고 상면에 제1오목구면(161a)이 형성되어 있는 오목구면부재(161), 상기 제1오목구면(161a)에 설치된 볼(163e) 및 저면에 상기 제1오목구면(161a)보다 큰 곡률을 가지는 제2오목구면(165a)을 갖추어 상기 볼(163e)에 지지가 되어 전후와 좌우의 양 방향으로 이동할 수 있는 상부부재(165)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 쐐기를 이용한 면진장치.