KR101815654B1

KR101815654B1 - 면진장치 및 이를 위한 스포크 스프링

Info

Publication number: KR101815654B1
Application number: KR1020170034954A
Authority: KR
Inventors: 방인석; 백준호
Original assignee: 주식회사 케이이테크
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-01-09

Abstract

장대 교량 등 교량 상판의 변위(Displacement)가 큰 교량에 적합하게 사용될 수 있고, 현장의 다양한 요구에 부응할 수 있으며 베어링 블록의 측면이나 벽부에 탄성체의 신축을 안내하기 위한 축을 장착하기 위한 구멍을 형성할 필요가 없어 강도저하의 우려가 없는 면진장치가 개시된다. 상기 면진장치는 미끄럼면이 설치된 슬라이딩지지부, 상기 미끄럼면에 대한 상대적인 미끄럼 운동이 가능하고 전 둘레에 걸쳐서 상기 슬라이딩지지부와 간격을 두고 마주보고 배치되는 부분을 가지는 슬라이딩부 및 상기 슬라이딩지지부와 상기 슬라이딩부의 상기 마주보는 부분 사이에 배치되어 상기 마주보는 부분을 탄성적으로 지지하며 중앙부가 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 외주면에 결합되는 스포크 스프링을 포함하는 구성을 한다.

Description

면진장치 및 이를 위한 스포크 스프링{Seismic isolator and spoke spring for the same}

본 발명은 면진장치 및 면진장치에 적합하게 사용될 수 있는 스프링의 개선에 관련된 것으로, 특히 마찰에 의한 진동 감쇠기능과 복원기능을 가지는 면진장치 및 이에 적합하게 사용될 수 있는 스프링의 개선에 관련된 것이다.

마찰을 이용하여 지진 등에 의한 구조물의 진동을 감쇠시키고 지진 등에 의한 외력이 제거되면 처음 위치로 복원되도록 하는 면진장치가 많이 알려져 있다.

종래의 면진장치는 교각 등에 설치된 베어링 블록, 베어링 블록에 탑재된 상태로 전후 및/또는 좌우의 옆 방향으로 미끄럼 운동하며 가장자리를 따라 베어링 블록을 4방향에서 둘러싸는 사각형 벽부를 가지는 슬라이딩부재를 갖추며, 4방향 각각에 벽부와 베어링 블록의 측면 사이에 탄성기구가 설치된다. 4방향 각각에 설치된 탄성기구는 지진 등의 외력에 의한 슬라이딩부재와 베어링 블록 간의 충격력을 완충하고, 외력이 제거되면 슬라이딩부재를 원위치로 복원시키는 역할을 한다.

이와 관련된 면진장치의 일례는 등록번호 20-0262491호(발명의 명칭: 큰 수직완충력을 갖는 교좌장치, 발명자: 조영철, 이하, 선행기술이라 함)의 등록공보에 개시되어 있다.

위와 같은 종래의 면진장치에서는 4방향 모두에 탄성기구를 별도로 각각 설치해야하기 때문에 시간이 많이 걸리고, 조립이 까다롭고, 베어링의 측면이나 벽부에 탄성체의 신축을 안내하기 위한 축을 장착하기 위한 구멍을 각각 형성해야 하므로 면진장치의 제작과정이 복잡하고 베어링 블록 또는 벽부의 강도저하의 문제가 생긴다. 그뿐만 아니라 탄성기구는 여러 개의 부품으로 만들어지므로 제작하기가 까다롭고 제작단가가 비싸다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 장대 교량 등 교량 상판의 변위(Displacement)가 큰 교량에 적합하게 사용될 수 있는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 현장의 다양한 요구에 부응할 수 있는 면진장치의 선택의 폭을 넓힐 수 있도록, 기존에 없는 새로운 형태의 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 4방향 모두에 탄성기구를 별도로 각각 설치할 필요가 없는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 베어링 블록의 측면이나 벽부에 탄성체의 신축을 안내하기 위한 축을 장착하기 위한 구멍을 형성할 필요가 없는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제작 과정이 복잡하지 않고 베어링 블록 또는 벽부의 강도저하의 문제가 생기지 않는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 개의 부품으로 만들어지는 선행기술에서 완충부재(400~400c)로 언급된 탄성기구 없이도 우수한 면진기능을 제공하는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 면진장치에 적합하게 사용될 수 있는 스프링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 큰 변위를 수용할 수 있는 스프링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제작과정이 복잡하지 않고, 사출, 인서트 사출, 3D 프린팅 등의 방식으로 대량 생산이 가능한 면진장치용 스프링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스포크의 재료와 형상 및 배치 위치 등을 조정함으로써 다양한 특성으로 만들 수 있는 면진장치용 스프링을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 미끄럼면이 설치된 슬라이딩지지부; 상기 미끄럼면에 대한 상대적인 미끄럼 운동이 가능하고 상기 미끄럼면 둘레에 상기 슬라이딩지지부와 간격을 두고 마주보는 부분을 가지는 슬라이딩부; 및 상기 슬라이딩지지부와 상기 슬라이딩부의 상기 마주보는 부분 사이에 배치되어 상기 마주보는 부분을 탄성적으로 지지하며 중앙부가 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 외주면에 결합되는 스포크 스프링을 포함하는 구성을 한다.

상기 스포크 스프링은 외곽 프레임, 상기 외곽 프레임 내부에 상기 외곽 프레임 내면과 간격을 두고 배치된 내부 프레임 및 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 설치되어 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 살대부(elastic spoke portion)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 내부 프레임의 중앙부에 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 외주면에 결합하기 위한 구멍이 형성되고, 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임은 원형, 타원형 또는 다각형 모양을 하고 있고, 상기 탄성 살대부는 상기 내부 프레임의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 탄성 스포크(elastic spoke)들이 이웃하는 것끼리 서로 연결되어 구성되고, 상기 탄성 살대부는 상기 외곽 프레임 및 상기 내부 프레임에 각각 고정된 구성을 할 수 있다.

때에 따라, 상기 탄성 살대부는 일단은 상기 외곽 프레임에 각각 고정되고 타단은 상기 내부 프레임에 각각 고정된 복수 개의 탄성 스포크들로 이루어질 수 있다.

상기 외곽 프레임의 바깥면과 상기 내부 프레임의 안쪽면 중 적어도 하나는 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 마주보는 부분에 고정되어 있을 수 있다.

상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지는 상부 베어링 플레이트, 상기 상부 베어링 플레이트 하부에 간격을 두고 배치된 하부 베어링 플레이트, 상기 상부 베어링 플레이트와 상기 하부 베어링 플레이트 사이에 설치된 탄성패드 및 상기 상부 베어링 플레이트와 상기 하부 베어링 플레이트 중 하나에 일단이 고정되고 상기 탄성패드를 관통하며 타단은 나머지 하나에 형성된 핀구멍에 삽입된 전단핀을 구비하여 구성된 것일 수 있다.

상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지는 베어링 블록 및 상기 베어링 블록을 구조물에 고정하기 위한 플레이트를 구비하는 것일 수 있다.

때에 따라, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 상부 블록 및 상면에 상기 상부 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 이동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성된 하부 블록을 구비하여 구성될 수 있다.

때에 따라, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 베어링 블록, 상면에 상기 베어링 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성되고 구조물에 고정되어 상기 베어링 블록을 지지하는 플레이트를 구비하여 구성될 수 있다.

상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 상부 블록, 상면에 상기 상부 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성되고 하면에 오목하거나 볼록한 구면으로서 상면의 구면보다 큰 곡률을 가지는 미끄럼면이 형성된 하부 블록을 갖추는 것이고,

상기 슬라이딩지지부 저면에는 상면에 상기 하부 블록 저면의 상기 미끄럼면과 면접촉하며 상기 하부 블록의 이동을 허용하는 볼록하거나 오목한 구면을 구비하여 상기 슬라이딩지지부에 대한 상대적인 슬라이딩 운동을 하는 슬라이딩부를 더 구비할 수 있다.

상기 슬라이딩지지부는 상기 슬라이딩를 통해 전달되어오는 하중을 지지하는 베어링 블록이고, 상기 스포크 스프링의 상기 내부 프레임은 상기 베어링 블록의 외주면에 일체로 형성될 수 있다.

어떤 경우에는, 상기 탄성 살대부는 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치된 중간 프레임, 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 내측 탄성 스포크 및 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 외측 탄성 스포크를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 스포크 스프링은 외곽 프레임; 상기 외곽 프레임 내부에 상기 외곽 프레임 내면과 간격을 두고 배치된 내부 프레임; 및 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 설치되어 상기 외곽 프레임 내면과 상기 내부 프레임 외면 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 살대부를 포함하는 구성을 한다.

상기 탄성 살대부의 외면은 상기 외곽 프레임의 내면에 고정되고, 상기 탄성 살대부의 내면은 상기 내부 프레임의 외면에 고정될 수 있다.

상기 내부 프레임은 중앙부에 구멍이 형성된 것이고, 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임은 원형, 타원형 또는 다각형 모양을 하고 있고, 상기 탄성 살대부는 상기 내부 프레임의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 탄성 스포크들이 이웃하는 것끼리 서로 연결되어 구성된 것일 수 있다.

상기 탄성 살대부는 벌집모양을 하는 것 또는 반경방향 또는 상기 구멍을 향하는 방향으로 지그재그의 경로로 배치되며 원주방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1살대와 상기 복수의 제1살대들을 원주방향으로 연결하는 복수의 제2살대들을 구비하여 구성된 것일 수 있다.

상기 탄성 살대부는 일단은 상기 외곽 프레임에 각각 고정되고 타단은 상기 내부 프레임에 각각 고정된 복수 개의 탄성 스포크들로 이루어진 것이 좋다.

상기 탄성 스포크는 직선형으로 된 것, 굴곡된 것, C자 모양의 것 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합 한 것이 바람직하다.

때에 따라, 내부 프레임은 교량 또는 건축구조물의 상부 하중을 지지하기 위한 면진장치의 베어링 블록의 역할을 할 수 있다.

상기 탄성 살대부는 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치된 중간 프레임, 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 내측 탄성 스포크 및 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 외측 탄성 스포크를 포함하는 구성을 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 장대 교량 등 교량 상판의 변위(Displacement)가 큰 교량에 적합하게 사용될 수 있는 면진장치를 다양하게 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 현장의 다양한 요구에 부응할 수 있는 면진장치를 쉽게 제공할 수 있고, 4방향 모두에 탄성기구를 별도로 각각 설치할 필요가 없어 조립공정이 매우 쉽다.

또한, 본 발명에 따르면 베어링 블록의 측면이나 벽부에 탄성체의 신축을 안내하기 위한 축을 장착하기 위한 구멍을 형성할 필요가 없어 강도저하의 우려가 없고, 기존의 탄성기구 없이도 전 방향에 대해 면진기능을 가지는 면진장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 스포크 스프링은 그 제작과정이 복잡하지 않고, 사출, 인서트 사출, 3D 프린팅 등의 방식으로 대량 생산이 가능하고, 재료와 형상 및 배치 위치 등을 조정함으로써 다양한 특성의 면진장치용 스프링을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 일례를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1 스포크 스프링의 평면도,
도 3은 도 1에 나타낸 스포크 스프링이 설치된 면진장치의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 면진장치의 다른 예를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 다른 예를 설명하기 위한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 힘-변위 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 또 다른 예를 나타낸 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 변형 예들을 나타낸 평면도이다.

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

도 1은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 일례를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1 스포크 스프링의 평면도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 스포크 스프링이 설치된 면진장치의 단면도이다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 면진장치(100)는 슬라이딩지지부(110)와 슬라이딩부(130) 및 스포크 스프링(150)을 갖춘다.

슬라이딩지지부(110)의 상면에는 미끄럼면(111)이 설치되어 있다.

이 실시 예의 슬라이딩지지부(110)는 상면에 미끄럼면(111)을 가지는 상부 베어링 플레이트(112), 상부 베어링 플레이트(112) 하부에 간격을 두고 배치된 하부 베어링 플레이트(114), 상부 베어링 플레이트(112)와 하부 베어링 플레이트(114) 사이에 설치된 탄성패드(116) 및 상부 베어링 플레이트(112)와 하부 베어링 플레이트(114)의 이동을 제한하는 전단핀(118)을 갖추고 있다.

미끄럼면(111)은 PTFE 등으로 된 미끄럼부재(111a)를 설치하여 구성하고, 여기에 지지되는 슬라이딩부(130)의 저면에는 스테인리스 스틸판 등의 미끄럼부재(131)를 설치하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 전단핀(118)의 상부 끝단은 상부 베어링 플레이트(112)에 고정되어 있고, 하부 끝단은 하부 베어링 플레이트(114)에 형성된 핀구멍(115)에 삽입되어 있다. 핀구멍(115)은 슬라이딩부(130)의 경사를 허용하도록 전단핀(118)의 단면보다 조금 큰 단면으로 형성된다. 때에 따라, 전단핀(118)의 하부 끝단이 하부 베어링 플레이트(114)에 고정되고, 상부 끝단은 상부 베어링 플레이트(112)에 형성되는 핀구멍에 결합될 수 있음은 물론이다.

즉, 전단핀(118)은 상부 베어링 플레이트(112)와 하부 베어링 플레이트(114) 중 하나에 일단이 고정되고 탄성패드(116)를 관통하며 타단은 나머지 하나에 형성된 핀구멍(115)에 삽입된다.

위와 같은 슬라이딩지지부(110)는 직접, 또는 다른 부재를 통해 하중을 지지하기 위한 교각 등의 지지구조물에 설치된다.

슬라이딩부(130)는 교량 상판 등 지지하기 위한 구조물의 저면 쪽에 설치되어 지지하기 위한 구조물의 하중을 슬라이딩지지부(110)에 전달하는 역할을 하면서도 미끄럼면(111)에 미끄럼 운동 가능케 탑재되어 지진 등에 의한 수평방향하중은 교량 상판 등 지지하기 위한 구조물로 직접 전달되는 것을 차단하여 지지하기 위한 구조물을 지진으로부터 격리하는 역할을 한다. 이러한 슬라이딩부(130)는 미끄럼면(111)에 활주 가능케 장착되며, 바람직하게, 미끄럼면(111) 둘레에 슬라이딩지지부(110), 바람직하게 슬라이딩지지부(110)의 측면과 간격을 두고 마주보고 배치되는 벽부(133)를 가진다. 벽부(133)는 미끄럼면에 대략 수직인 방향으로 배치된다. 슬라이딩지지부(110)와 벽부(133)에는 스포크 스프링(150)의 저부를 받쳐주기 위한 걸림부(114a, 133a)가 각각 설치된다.

스포크 스프링(150)은 슬라이딩지지부(110)의 측면 및 이 측면과 마주보는 슬라이딩부(130)의 벽부(133) 사이에 배치되어 서로 마주보는 부분을 탄성적으로 지지한다. 이러한 스포크 스프링(150)은 바람직하게, 중앙부가 슬라이딩지지부(110)의 외주면에 결합되는 구조를 가진다.

때에 따라, 스포크 스프링(150)은 슬라이딩부의 외주면에 결합되는 구성도 가능하다. 도 3 면진장치(100)를 상하로 뒤집힌 상태에서 슬라이딩지지부(110)와 슬라이딩부(130)의 역할이 서로 바뀌는 것을 생각해보면 알 수 있다.

도 1 내지 3에서 알 수 있는 바와 같이, 스포크 스프링(150)은 링 형상의 외곽 프레임(151), 외곽 프레임(151) 내부에 외곽 프레임(151) 내면과 간격을 두고 배치된 링형상의 내부 프레임(153) 및 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 설치되어 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 살대부(155 ,elastic spoke portion)를 갖춘다.

이 실시 예에서, 내부 프레임(153)의 중앙부에 슬라이딩지지부(110)의 외주면에 결합하기 위한 구멍(154)이 형성되어 있다.

외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153)은 이 실시 예에서와 같이, 외곽 모양이 원형인 것이 바람직하지만, 때에 따라 사각형, 팔각형 등의 다각형 모양을 할 수 있고, 특수한 경우, 타원형으로 구성하는 것도 가능하다.

외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153)은 탄성 살대부(155)를 구성하는 탄성 스포크(156, elastic spoke)보다 두께를 두껍게 하거나 견고한 재료를 사용하여 만드는 것이 좋다. 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153)은 탄성 살대부(155)와 같은 재질의 것으로 일체로 만들어질 수도 있고, 다른 재질의 것으로 별도로 만들어진 후 조립될 수 있다.

이 실시 예에서, 탄성 살대부(155)는 일단은 외곽 프레임(151)에 각각 고정되고 타단은 내부 프레임(153)에 각각 고정된 복수 개의 탄성 스포크(156)들로 이루어져 있으며, 이웃하는 탄성 스포크(156)는 V자 모양을 이루고 있다. 탄성 스포크(156)는 바람직하게, 내부 프레임(153)의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 것이 바람직하다. 여기에서의 탄성 스포크(156)는 판 모양을 하고 있다.

위와 같은 면진장치(100)는 폴리우레탄으로 된 폴리트론 디스크(Polytron Disk) 등을 통해 교량 상판 등의 상부구조물의 하중을 탄성적으로 지지하면서, 상부구조물이 회동되어 전후, 좌우로 경사지는 것을 허용하고, 전단핀(118)을 통해 수평방향 변위를 제한하며, 스포크 스프링(150)에 의한 수평방향 또는 옆방향으로의 충격완충 및 복원 성능을 가진다.

도 1 내지 3에 나타낸 바와 같은 스포크 스프링(150)을 이용하는 경우, 종래에서와 같은 복잡한 구성의 탄성기구가 필요치 않고, 베어링 블록 등에 탄성기구의 축을 결합하기 위한 축구멍을 형성하지 않아도 되고, 슬라이딩지지부(110) 외주면에 결합한 상태에서 걸림부(133a)를 용접하기 전에 벽부(133) 내부로 삽입하기만 하면 되므로 스포크 스프링의 설치가 매우 간편하다.

특히, 측방향에서 작용하는 하중에 대해, 본 발명에 따른 면진장치(100)에 사용되는 스포크 스프링(150)의 전체 둘레의 적어도 반 이상에 배치된 탄성 스포크(156)에서 각각 수평력에 저항하는 탄성력을 작용시키므로 작은 크기의 스포크 스프링(150)도 큰 수평력을 받아줄 수 있다. 그뿐만 아니라 외곽 프레임(151)도 수평력에 저항하는 탄성력을 작용시킨다.

또한, 탄성 스포크(156)의 재질, 두께, 넓이, 구멍 형성여부, 구멍의 크기 등을 조절하여 다양한 성능을 가지는 스프링을 구현할 수 있다.

앞에서도 언급하였지만, 도 3에 나타낸 면진장치(100)는 상하로 뒤집힌 형태로 구성될 수 있고, 이 경우, 슬라이딩지지부(110)는 슬라이딩부가 되고, 슬라이딩부(130)는 슬라이딩지지부가 되어 그 역할이 서로 바뀐다. 이는 도 4와 5 및 도 8을 통해 뒤에서 설명되는 여타의 면진장치에 대해서도 마찬가지이다.

도 4는 본 발명에 따른 면진장치의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 슬라이딩지지부(110)는 상면에 미끄럼면(111)을 가지는 베어링 블록(BB)과 베어링 블록(BB)을 구조물에 고정하기 위한 플레이트(BP)를 구비하는 구성을 할 수 있다.

이 실시 예에서의 베어링 블록(BB)으로는 폴리아미드 등의 엔지니어링 플라스틱으로 된 것(특허 등록번호 10-1256829호, 발명의 명칭: 스페리컬 베어링 및 이를 위한 플라스틱 구면블록 참조)이 적당하다. 폴리아미드 등 마찰계수가 작은 엔지니어링 플라스틱으로 된 베어링 블록(BB)은 별도의 미끄럼부재 설치 없이 슬라이딩부(130) 저면에 설치되는 스테인리스 스틸판 등으로 된 미끄럼부재(131)에 직접 면접촉되게 구성할 수 있다.

스포크 스프링(150)의 탄성 스포크(156)로는 탄성을 가지는 판에 구멍을 형성한 것이 이용될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 슬라이딩지지부(110)를 상하의 2개의 블록으로 구성할 수 있다. 더 자세하게 설명하면, 슬라이딩지지부(110)는 상면에 미끄럼면(111)을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면(S1)이 형성된 상부 블록(112b) 및 상면에 상부 블록(112b)의 오목하거나 볼록한 구면(S1)과 면접촉하면서 이동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면(S2)이 형성된 하부 블록(114b)을 구비하여 구성될 수 있다. 이 실시 예에서, 스포크 스프링(150)은 하부 블록(114b)의 외주면에 결합되어 있다. 이 실시 예의 스포크 스프링(150)은 직선부재가 격자 모양으로 연결된 형태의 탄성 스포크를 가지는 것을 보여준다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.

때에 따라, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 설치되는 탄성 살대부(155)의 탄성 스포크(156)는 내부 프레임(153)의 둘레를 따라 일부씩 부분적으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 하중이 집중적으로 작용하는 쪽으로 탄성 스포크(156)을 설치할 수 있다.

탄성 스포크(156)로는 금속이나 플라스틱 뿐만 아니라 탄성중합체, 폴리우레탄 등의 합성고무나 천연고무도 사용될 수 있다.

또, 때에 따라, 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)은 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 설치되는 탄성 살대부(155)로 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이의 전체 둘레를 채우는 탄성중합체, 폴리우레탄 등의 합성고무나 천연고무가 사용될 수 있다. 이 경우에도, 탄성 스포크(156)는 도 6(a)에서와 같이 탄성중합체 등이 일부씩 부분적으로 설치되거나 부분적으로 구멍 또는 홈이 형성될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 힘-변위 그래프이다.

때에 따라, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 설치되는 탄성 살대부(155)는 중간 프레임(158)과 내측 탄성 스포크(158a) 및 외측 탄성 스포크(158b)로 구성될 수 있다.

중간 프레임(158)은 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 배치되고, 중간 프레임(158)과 내부 프레임(153) 사이에 내측 탄성 스포크(158a)가 설치되고, 중간 프레임(158)과 외곽 프레임(151) 사이에 외부 탄성 스포크(158b)가 설치된다.

이 실시 예에서, 외부 탄성 스포크(158b)는 이웃하는 것끼리 V자 모양을 이루며 배치되어 있고, 내부 탄성 스포크(158a)는 방사상으로 배치되어 있다.

내측 탄성 스포크(158a)는 중간 프레임(158)과 내부 프레임(153) 사이를 탄성적으로 지지하고, 외부 탄성 스포크(158b)는 중간 프레임(158)과 외곽 프레임(151) 사이에 배치되어 중간 프레임(158)과 외곽 프레임(151) 사이를 탄성적으로 지지한다.

여기에서, 내부 탄성 스포크(158a)와 외부 탄성 스포크(158b)는 그 배치 모양을 달리하거나 재료를 달리하여 구성할 수 있다. 이렇게 하여 한쪽의 강성을 상대적으로 크게 하는 경우, 도 7(b)의 그래프에 나타낸 바와 같이 초기 압축 시의 1차 강성과 일정 이상 변형된 상태에서의 2차 강성이 달라지도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 도 8에 나타낸 바와 같이, 슬라이딩지지부(110)는 상면에 미끄럼면(111)을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면(S1)이 형성된 베어링 블록(BB), 상면에 베어링 블록(BB)의 오목하거나 볼록한 구면(S1)과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면(S2)이 형성되고 구조물에 고정되어 베어링 블록(BB)을 지지하는 플레이트(PL)를 구비하여 구성될 수 있다.

여기에서, 외곽 프레임(151)의 외면은 벽부(133)에 접착, 용접 등에 의해 고정되고, 내부 프레임(153)의 내면은 슬라이딩지지부(110)에 접착, 용접 등에 의해 고정될 수 있다. 이 경우, 슬라이딩부(130)가 슬라이딩지지부(110)에 대해 옆쪽의 한 방향으로 이동할 때, 스포크 스프링(150)의 한쪽은 압축되고 그 반대편 쪽은 인장되는 상태로 된다. 이 상태에서, 외력이 제거되면 압축된 쪽의 스포크 스프링(150)은 팽창에 의해 복원력을 제공하고 인장된 쪽의 스포크 스프링(150)은 수축하면서 복원력을 제공한다. 탄성 스포크(156)로 경도가 낮고 탄성력이 큰 것을 사용하면, 복원력은 주로 반대편 쪽의 인장된 부분에 의해 제공될 것이다. 압축되는 쪽은 탄성 스포크(156)의 경도가 낮으므로 쉽게 벤딩될 것이므로 압축저항력에 의한 복원력은 인장 쪽보다 상대적으로 작을 것이다.

한편, 외곽 프레임(151)의 외면은 벽부에 고정되지 않고, 내부 프레임(153)의 내면은 중앙에 있는 슬라이딩지지부(110)에 고정되지 않을 수 있다. 이러한 구조는 탄성 스포크(156)로 그 경도가 비교적 큰 것을 사용하여 주로 압축저항력에 의해 복원력을 제공하도록 만들 수 있다. 면진장치(100)의 슬라이딩부(130)에 변위가 발생할 때 스포크 스프링(150)의 압축되는 쪽의 반대편은 고정되지 않았으므로 인장저항력이 생기지 않는다. 압축되는 쪽의 외곽 프레임(151)은 압축 방향으로 끌려가면서 변형된다. 외력이 제거된 후에, 스포크 스프링(150)의 압축된 쪽이 팽창하면서 복원력을 제공한다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 9는 본 발명에 따른 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 슬라이딩지지부(110)는 상면에 상기 미끄럼면(111)을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 상부 블록(112b), 상면에 상부 블록(112b)의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성되고 하면에 오목하거나 볼록한 구면으로서 상면의 구면보다 큰 곡률을 가지는 미끄럼면(111)이 형성된 하부 블록(114b)을 갖추는 구성을 할 수 있다.

이 경우, 슬라이딩지지부(110) 하부에는 상면에 하부 블록(114b)의 저면에 형성된 미끄럼면(111a)과 면접촉하며 하부 블록(114b)의 이동을 허용하는 볼록하거나 오목한 구면이 형성된 하부 쪽 슬라이딩부(130a)을 더 갖춘다.

도 9의 실시 예 역시 상하로 뒤집힌 상태로 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.

때에 따라, 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 탄성 살대부(155)를 설치하되, 내부 프레임(153)의 내측에 하중을 지지할 수 있는 베어링 블록(BB)을 일체로 형성하여 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)을 구성할 수 있다. 이 베어링 블록(BB)의 상면에 평면을 이루는 미끄럼면(111)이 형성되어 있다. 미끄럼면(111)은 볼록구면이나 오목구면으로 형성될 수 있음은 물론이다. 이 베어링 블록(BB)은 슬라이딩지지부(110)의 한 구성요소로서 슬라이딩부를 통해 전달되어오는 하중을 지지하는 역할을 할 수 있다.

도 10에 나타낸 스포크 스프링(150)은 그 전체를 일반 플라스틱이나 엔지니어링 플라스틱으로 일체로 만들 수 있다. 때에 따라, 외곽 프레임(151), 내부 프레임(153) 및 탄성 살대부(155)는 플라스틱으로 구성하되, 금속으로 된 베어링 블록(BB)을 인서트 사출로 내부 프레임(153)에 일체화시켜 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)을 구성할 수 있다. 베어링 블록(BB)의 일부 또는 전체가 그 저면으로도 돌출될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 11은 본 발명에 따른 스포크 스프링의 변형 예들을 나타낸 평면도이다.

도 11(a)에서 (f)에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)은 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 설치되는 탄성 살대부(155)를 다양하게 구성할 수 있다. 이 실시 예에서의 탄성 살대부(155)의 안쪽 끝부분과 바깥쪽 끝부분은 외곽 프레임(151) 및 내부 프레임(153)에 각각 고정된다.

도 11(a)와 (b)에 나타낸 바와 같이, 탄성 살대부(155)는 내부 프레임(153)의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 탄성 스포크(156)들이 이웃하는 것끼리 서로 연결되어 법집모양의 육각형 등으로 형성하도록 구성할 수 있고, 마름모, 타원형, 원호를 마주보고 연결한 모양이나 여타의 다각형 모양 등 다양한 모양을 형성하게 구성할 수 있다. 물론, 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향으로 배치된 탄성 스포크(156)들이 이웃하는 것끼리 서로 연결되어 탄성 살대부(155)를 구성할 수 있다.

때에 따라, 도 11(c)에 나타낸 바와 같이 탄성 살대부(155)는 반경방향 또는 내부 프레임(153) 안쪽의 구멍(154)을 향하는 방향으로 지그재그의 경로로 배치되며 원주방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 제1살대(156a)와 복수의 제1살대(156a)들을 원주방향으로 연결하는 복수의 제2살대들(156b)을 구비하여 구성될 수 있다.

어떤 경우에는, 도 11(d)에 나타낸 바와 같은 직선을 이루는 탄성 스포크(156), 도 11(e)에 나타낸 바와 같이 활모양 등으로 굴곡된 굴곡된 모양의 탄성 스포크(156), 도 11(f)에 나타낸 바와 같은 C자 모양의 탄성 스포크(156)를 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 각각 설치하여 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)을 구성할 수 있다.

또, 때에 따라, 도 11(g)에 나타낸 바와 같이, 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153)을 4각형으로 형성하되, 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 탄성 스포크(156)들에 의한 탄성 살대부(155)를 설치하여 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)을 구성할 수 있다.

도 11(h)에 나타낸 바와 같이, 외곽 프레임(151)은 팔각형 등의 다각형으로 형성하고, 내부 프레임(153)은 원형으로 형성하고, 외곽 프레임(151)과 내부 프레임(153) 사이에 탄성 스포크(156)들을 설치하여 탄성 살대부(155)를 가지는 본 발명에 따른 스포크 스프링(150)을 구성할 수 있다.

그리고 탄성 살대부(155)는 위에서 설명된 바와 같은 여러 형태의 것 2개 이상을 혼용하여 구성할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 복원력을 갖는 면진장치와 이에 적합하게 사용될 수 있는 스포크 스프링을 만드는 데 이용될 가능성이 있다.

100: 면진장치 110: 슬라이딩지지부
111, 111a: 미끄럼면 130: 슬라이딩부
133: 벽부 150: 탄성 살대부
151: 외곽 프레임 153: 내부 프레임
155: 탄성 살대부 156: 탄성 스포크

Claims

미끄럼면이 설치된 슬라이딩지지부;
상기 미끄럼면에 대한 상대적인 미끄럼 운동이 가능하고 상기 미끄럼면 둘레에 상기 슬라이딩지지부와 간격을 두고 마주보는 부분을 가지는 슬라이딩부; 및
상기 슬라이딩지지부와 상기 슬라이딩부의 상기 마주보는 부분 사이에 배치되어 상기 마주보는 부분을 탄성적으로 지지하며 중앙부가 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 외주면에 결합되는 스포크 스프링을 포함하고,
상기 스포크 스프링은 외곽 프레임, 상기 외곽 프레임 내부에 상기 외곽 프레임 내면과 간격을 두고 배치된 내부 프레임 및 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 설치되어 상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 살대부(elastic spoke portion)를 구비하는 면진장치에 있어서,
상기 탄성 살대부는,
상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치된 중간 프레임;
상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 내측 탄성 스포크들; 및
상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 외측 탄성 스포크들을 포함하여 구성되고,
상기 외곽프레임의 바깥면은 상기 외곽프레임의 바깥면과 마주보는 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부에 고정되지 않은 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 내측 탄성 스포크들의 강성과 상기 외측 탄성 스포크들의 강성 중 어느 하나의 강성을 나머지 하나의 강성보다 크게 하여 초기 압축 시의 1차 강성과 일정 이상 변형된 상태에서의 2차 강성이 달라지도록 구성한 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 내부 프레임의 중앙부에 상기 슬라이딩지지부 또는 상기 슬라이딩부의 외주면에 결합하기 위한 구멍이 형성되고,
상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임은 원형, 타원형 또는 다각형 모양을 하고 있고, 상기 탄성 살대부는 상기 내부 프레임의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 상기 외측 탄성 스포크들 또는 상기 내측 탄성 스포크들이 이웃하는 것끼리 서로 연결된 것을 포함하여 구성되고, 상기 탄성 살대부는 상기 외곽 프레임 및 상기 내부 프레임에 각각 고정된 것을 특징으로 하는 면진장치.
삭제
삭제
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지는 상부 베어링 플레이트, 상기 상부 베어링 플레이트 하부에 간격을 두고 배치된 하부 베어링 플레이트, 상기 상부 베어링 플레이트와 상기 하부 베어링 플레이트 사이에 설치된 탄성패드 및 상기 상부 베어링 플레이트와 상기 하부 베어링 플레이트 중 하나에 일단이 고정되고 상기 탄성패드를 관통하며 타단은 나머지 하나에 형성된 핀구멍에 삽입된 전단핀을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지는 베어링 블록 및 상기 베어링 블록을 구조물에 고정하기 위한 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 상부 블록 및 상면에 상기 상부 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 이동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성된 하부 블록을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 베어링 블록, 상면에 상기 베어링 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성되고 구조물에 고정되어 상기 베어링 블록을 지지하는 플레이트를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상면에 상기 미끄럼면을 가지며 저면에 오목하거나 볼록한 구면이 형성된 상부 블록, 상면에 상기 상부 블록의 오목하거나 볼록한 구면과 면접촉하면서 회동 가능케 지지하기 위한 볼록하거나 오목한 구면이 형성되고 하면에 오목하거나 볼록한 구면으로서 상면의 구면보다 큰 곡률을 가지는 미끄럼면이 형성된 하부 블록을 갖추는 것이고,
상기 슬라이딩지지부 저면에는 상면에 상기 하부 블록 저면의 상기 미끄럼면과 면접촉하며 상기 하부 블록의 이동을 허용하는 볼록하거나 오목한 구면을 구비하여 상기 슬라이딩지지부에 대한 상대적인 슬라이딩 운동을 하는 슬라이딩부를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
제1항에서, 상기 슬라이딩지지부는 상기 슬라이딩부를 통해 전달되어오는 하중을 지지하는 베어링 블록이고, 상기 스포크 스프링의 상기 내부 프레임은 상기 베어링 블록의 외주면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 면진장치.
삭제
외곽 프레임;
상기 외곽 프레임 내부에 상기 외곽 프레임 내면과 간격을 두고 배치된 내부 프레임; 및
상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 설치되어 상기 외곽 프레임 내면과 상기 내부 프레임 외면 사이를 탄성적으로 지지하는 탄성 살대부(elastic spoke portion)를 포함하는 면진장치용 스포크 스프링에 있어서,
상기 탄성 살대부는,
상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치된 중간 프레임;
상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 내부 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 내측 탄성 스포크들; 및
상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이에 배치되어 상기 중간 프레임과 상기 외곽 프레임 사이를 탄성적으로 지지하는 외측 탄성 스포크들을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치용 스포크 스프링.
제13항에서, 상기 내측 탄성 스포크들의 강성과 상기 외측 탄성 스포크들의 강성 중 어느 하나의 강성을 나머지 하나의 강성보다 크게 하여 초기 압축 시의 1차 강성과 일정 이상 변형된 상태에서의 2차 강성이 달라지도록 구성한 것을 특징으로 하는 면진장치용 스포크 스프링.
제13항에서, 상기 내부 프레임은 중앙부에 구멍이 형성된 것이고,
상기 외곽 프레임과 상기 내부 프레임은 원형, 타원형 또는 다각형 모양을 하고 있고, 상기 탄성 살대부는 상기 내부 프레임의 반지름 방향 또는 중심을 향하는 방향에 대해 경사지게 배치된 상기 내측 탄성 스포크들 또는 상기 외측 탄성 스포크들이 이웃하는 것끼리 서로 연결된 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 면진장치용 스포크 스프링.
삭제
삭제
제13항에서, 상기 내측 탄성 스포크들 또는 상기 외측 탄성 스포크들은 직선형으로 된 것, 굴곡된 것, C자 모양의 것 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합 한 것을 특징으로 하는 면진장치용 스포크 스프링.
제13항에서, 상기 내부 프레임은 교량 또는 건축구조물의 상부 하중을 지지하기 위한 면진장치의 베어링 블록의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 면진장치용 스포크 스프링.
삭제