KR101351548B1 - 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치 - Google Patents

Abstract

금속재로 된 구면블록의 표면에 바닥이 구면으로 되고 얕은 구면바닥홈을 형성하지 않아도 되고, 구면으로 휘어진 미끄럼재를 만들지 않아도 되고, 구면으로 휘어진 미끄럼재를 깊이가 얕은 구면바닥홈에 장착하는 힘들과 어려운 과정을 제거할 수 있는 구면블록조립체가 개시된다. 상기 구면블록조립체는 상면과 하면 중 적어도 일면에 볼록구면이 형성되어 있고 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 구면블록; 및 상기 플라스틱 구면블록의 측면둘레, 저면, 상면 및 상면과 하면 사이 중 적어도 어느 하나에 결합되어 상기 플라스틱 구면블록의 압축강도가 증가되도록 상기 플라스틱 구면블록을 보강하는 금속보강부재를 포함하여 구성되고, 상기 엔지니어링 플라스틱으로는 경도 75D 내지 95D인 것이 사용된다.

Description

구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치{Spherical block assembly and isolator using the assembly}

본 발명은 교량의 상부구조물 등 중량구조물을 교각 등의 하부구조물에 지지하는 데 사용되는 구면블록과 이를 이용한 면진장치의 개선에 관련된 것이다.

일반적으로, 면진장치는 교량의 상부구조물과 교각 사이에 설치되어 상부구조물로부터 전달되어 오는 하중을 교각에 전달할 뿐만 아니라 상부구조물의 열팽창이나 수축 허용, 열차나 자동차의 시동 또는 제동 시의 동하중지지 및 지진 시의 충격력 흡수가 필요한 일반 교량이나 철도교 등에 많이 설치되고 있다. 이러한 면진장치에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 면진장치의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같은 면진장치(10)는 교량 상판 등의 상부구조물과 교각 등의 하부구조물 사이에 설치되어 상부구조물을 하부구조물에 지지하면서 면진기능을 하는 구조물 지지장치이다. 도 1에 나타낸 면진장치(10)는 상면에 구면홈(11)이 형성되어 있는 하부부재(12)와 하부부재(12)의 구면홈(11)보다 큰 곡률의 구면홈(13)이 저면에 형성되어 있는 상부부재(14) 및 하면에는 하부부재(12)의 구면홈(11)에 면접촉되는 볼록구면(15)이 형성되어 있고 상면에는 상부부재(14)의 구면홈(13)에 면접촉되는 볼록구면(16)이 형성되어 있는 구면블록(17)으로 이루어져 있다. 이 구면블록(17)은 상부구조물의 하중을 하부구조물에 대해 지지하는 하중지지부의 역할을 한다. 하부부재(12)는 교각 등 하부구조물에 설치되고, 상부부재(14)는 교량 상판 등의 상부구조물 저면에 설치된다.

도 1에 나타낸 바와 같은 면진장치(10)는 등록번호 10-0660035호(등록일자: 2006년 12월 14일, 발명자: 조영철) “교좌장치”의 등록특허공보에 개시되어 있다.

상기와 같은 종래의 면진장치(10)에서 구면블록(17)의 상면에는 바닥이 구면으로 된 구면바닥홈(18)을 형성하고, 이 구면바닥홈(18)에 PTFE와 같은 만곡된 미끄럼재(19)를 장착하여 구면블록(17)과 상부부재(14) 간의 마찰력을 줄여서 상부부재(14)가 구면블록(17)에 대해 잘 미끄러지도록 한다. 바람직하게, 미끄럼재(19)와 접촉하는 대응 구면홈(13)의 표면에는 스테인리스 스틸판을 부착하거나 크롬도금을 하기도 한다. 또한, 구면블록(17)의 볼록구면(15) 하면에 크롬도금을 하기도 한다.

위와 같은 종래의 면진장치(10)는 구면블록(10)에 미끄럼재(19) 장착을 위한 구면바닥홈(18)을 형성하여야 하고 또 구면형상으로 구부러진 미끄럼재(19)가 필요하므로 그 제작이 매우 까다롭고 어렵다는 문제점을 안고 있다.

일반적으로 도 1에 나타낸 것과 같이 PTFE와 같은 미끄럼재(19)를 가지는 스페리컬 받침의 구면블록(17)과 하부부재(12) 및 상부부재(14)로는 강철, 주철 등 압축강도와 내마모성이 큰 금속재로 만들어지는 데, 이러한 금속재로 된 것의 표면을 매끄럽고 정밀한 구면으로 만드는 것은 매우 어렵고 힘든 일이다. 시간과 비용도 많이 소요된다. 그리고 PTFE와 같은 미끄럼재(19)를 구면바닥홈(18)에 견고하게 설치하는 것도 또한 매우 어렵고 숙련된 기술이 필요한 작업이다.

그리고 금속재로 된 종래의 면진장치(10)의 구면블록(17)과 하부부재(12) 및 상부부재(14)는 눈을 녹이기 위해 교량 상면에 뿌리는 염화칼슘의 침투에 의한 부식문제, 바다 또는 해안에 근접한 곳의 소금에 의한 부식문제, 기후에 의한 부식문제, 수분에 의한 부식문제, 화학적 오염에 의한 부식문제, 공기오염에 의한 부식문제에 의해 내구성이 떨어지고 자주 유지보수를 해주어야 한다.

경우에 따라, 구면블록(17)으로는 고력 황동으로 만든 것이 사용되기도 한다. 이 경우에는 구면블록(17)의 표면에 홈을 내고 이 홈에 고체윤활재인 흑연 (Graphite)이나 그리스 등을 충전하여 마찰을 줄이는 방식이 이용된다.

황동은 내마모성이 뛰어나지만 일반 베어링 재료들에 비해 값이 월등히 비싸기 때문에, 황동으로 된 구면블록(17)을 사용하는 기존의 면진장치(10)는 그 단가가 매우 높다.

또한, 황동으로 된 구면블록(17)은 설치 후 어느 정도 시일이 지나면 하부부재(12) 또는 상부부재(14)와 고착현상을 일으켜서, 면진장치(10)가 제 기능을 다하지 못하게 되는 문제점을 가지고 있다.

그리고 황동으로 된 구면블록(17)은 통상 구면블록(17)의 표면에 흑연 등을 주입하기 위한 홈들을 형성하여야 하므로 제작하기가 매우 어렵다.

그 외에도 종래의 면진장치(10)는 구면블록(17), 하부부재(12) 및 상부부재(14) 모두 금속으로 만들어지기 때문에 중량이 많이 나가고, 특히 구면블록(17)이나 오목구면을 갖는 하부부재(12)는 주로 고온으로 용융시켜 주조로 만들어야 하기 때문에 그 제작이 매우 까다롭다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 것에 비해 내부식성이 뛰어나 장기적인 중요 성능에 문제가 발생되지 않고 가벼우면서도 그 제작이 용이한 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 마찰진자베어링(FPS: Friction Pendulum Systems), 수평탄성기구를 통해 수평복원력을 제공하는 면진장치(일명 EQS: Eradi Quake System), 전방향 가동 마찰받침 등 주로 수평력이 작게 걸리는 면진받침의 내부식성을 향상시키고, 경량화를 이루고, 유지보수가 불필요하도록 하면서도 제작을 용이하게 할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 플라스틱 구면블록의 지지성능을 보강할 수 있도록 해주는 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구면바닥홈 형성 및 구면바닥홈에 만곡된 미끄럼재 설치의 어려움을 해소할 수 있는 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 면진장치에 비해 월등히 가볍고 크기를 작게 하여 만들 수 있는 면진장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 구면블록조립체는 상면과 하면 중 적어도 일면에 볼록구면이 형성되어 있고 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 구면블록; 및 상기 플라스틱 구면블록의 측면둘레, 저면, 상면 및 상면과 하면 사이 중 적어도 어느 하나에 결합되어 상기 플라스틱 구면블록의 압축강도가 증가되도록 상기 플라스틱 구면블록을 보강하는 금속보강부재를 포함하여 구성되고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것을 포함하고, 경도 75D 내지 95D인 것을 특징으로 한다.

상기 플라스틱 구면블록의 타면은 평면이고, 상기 금속보강부재에는 상기 타면이 있는 쪽의 상기 플라스틱 구면블록의 단부가 삽입되어 설치될 수 있고 바닥이 평면인 평면바닥홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 평면바닥홈은 상기 금속보강부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상면과 하면에 각각 결합되어 있는 것이 좋다.

상기 평면바닥홈은 상기 금속보강부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상면과 하면 중 하나에 형성된 상기 평면바닥홈에 결합되어 있고, 상기 금속보강부재의 상면과 하면 중 나머지 하나에 형성된 상기 평면바닥홈에는 상면과 하면이 모두 평면이고 상기 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 블록이 결합되어 있을 수 있다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록의 타면에는 바닥이 평면인 평면바닥홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재의 일단은 상기 평면바닥홈에 삽입되어 설치되어 있고 상기 금속보강부재의 상기 평면바닥홈의 바닥과 접촉되는 면은 평면으로 되어 있는 것일 수 있다.

상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상단과 하단에 각각 결합되어 있을 수 있다.

또, 경우에 따라, 상기 금속보강부재에는 상하로 통공이 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 통공에 삽입되어 상기 금속보강부재를 상하로 관통하고 있는 것일 수 있다.

상기 플라스틱 구면블록에는 상면과 하면 사이에 수평으로 배치된 통공 또는 홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재는 상기 수평으로 배치된 통공 또는 홈에 결합되어 있을 수 있다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록의 타면도 구면이고, 상기 금속보강부재에는 상기 타면이 있는 쪽의 상기 플라스틱 구면블록의 단부가 삽입되어 설치될 수 있고 바닥이 구면인 구면바닥홈이 형성되어 있는 것을 포함하는 것일 수 있다.

어떤 경우에는, 상기 플라스틱 구면블록의 타면에는 바닥이 구면인 구면바닥홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재의 적어도 일단은 상기 구면바닥홈에 삽입되어 설치될 수 있고 상기 금속보강부재의 상기 구면바닥홈의 바닥과 접촉되는 면은 상기 구면바닥홈과 면접촉되는 구면으로 되어 있는 것을 포함하는 것일 수 있다.

상기 엔지니어링 플라스틱의 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상이고, 밀도는 1.14 ~ 1.15 g/㎤이고, 압축강도는 950 ~ 1,100 ㎏/㎠ 인 것이 바람직하다.

상기 엔지니어링 플라스틱의 경도는 83D 내지 85D이고, 상기 엔지니어링 플라스틱의 정적 마찰계수는 0.1보다 작은 것이 좋다.

경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록과 상기 금속보강부재의 상하로 마주보는 표면 사이에는 고무시트가 삽입되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재에 대해 경사를 허용하지 않고 상하 승강 가능케 설치되어 있을 수 있다.

또 경우에 따라, 상기 플라스틱 구면블록과 상기 금속보강부재의 상하로 마주보는 표면 사이에는 고무시트가 삽입되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재에 대해 경사 및 상하 승강 가능케 설치되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 면진장치는 하부구조물의 상면에 설치되는 하부부재, 상부구조물의 저면에 설치되는 상부부재 및 상기 하부부재와 상기 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부부재를 통해 전달받은 상기 상부구조물의 하중을 상기 하부부재를 통해 상기 하부구조물로 전달하는 하중지지부를 포함하고, 상기 하중지지부는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 적어도 하나에 대해서는 미끄럼 접촉되어 좌우, 또는 전후, 또는 좌우 및 전후로 이동하는 것을 허용하는 강체로 된 구면블록을 구비하여 구성되는 면진장치에 있어서, 상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면 중 적어도 하나에는 구면홈이 형성되어 있고, 상기 구면블록은 상기 구면홈과 면접촉되는 볼록구면을 구비하는 본 발명에 따른 구면블록조립체인 구성을 가진다.

상기 하부부재 또는 상기 상부부재가 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지고, 상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것을 포함하고, 경도 75D 내지 95D인 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면에 구면홈이 각각 형성되어 있고, 상기 하중지지부는 상기 구면블록조립체로 이루어지고, 상기 구면블록조립체의 상면과 하면 모두에 상기 구면홈에 면접촉되는 볼록구면이 형성되어 있을 수 있다.

경우에 따라, 상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면 중 하나에 구면홈이 형성되어 있고 나머지 하나에는 평면이 형성되어 있고, 상기 하중지지부는 상기 구면블록조립체로 이루어지고, 상기 구면블록조립체의 상면과 하면 중 하나에는 상기 구면홈에 면접촉되는 볼록구면이 형성되어 있고 나머지 하나에는 상기 평면에 면접촉되는 평면으로 형성되어 있을 수 있다.

이 경우, 상기 하부부재와 상기 상부부재 중 상기 평면이 형성되어 있는 것에는 상기 구면블록조립체와 전후로 또는 좌우로 또는 전후와 좌우로 이격한 위치에 돌출지지부가 설치되어 있고, 상기 돌출지지부와 상기 구면블록조립체 사이에는 상기 구면블록조립체와 상기 돌출지지부 사이를 탄성적으로 지지하는 수평탄성기구가 설치되어 있을 수 있다.

경우에 따라, 상기 하중지지부는, 상기 구면블록조립체의 평면 및 상기 하부부재의 사이 또는 상기 구면블록조립체의 평면 및 상기 상부부재의 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상하 방향으로 탄성적으로 지지하여주는 탄성패드를 더 포함하고, 상기 구면블록조립체는 상기 하부부재와 상기 상부부재 중 상기 평면이 형성되어 있는 것에 대해 상기 탄성패드를 통과하는 전단핀을 통해 수평이동이 제한되어 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면 마찰진자베어링 형태의 면진장치를 만드는 데 있어서, 금속재의 표면에 바닥이 구면으로 되고 얕은 구면바닥홈을 형성하지 않아도 되고, 구면으로 휘어진 미끄럼재를 만들지 않아도 되고, 구면으로 휘어진 미끄럼재를 깊이가 얕은 구면바닥홈에 장착하는 힘들과 어려운 과정을 제거할 수 있다.

본 발명에 따르면 가볍고 미끄럼 성능이 뛰어나고 부식에 강하면서도 높이가 높은 구면블록 및 이를 이용한 면진장치를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면 겨울에 눈을 녹이기 위한 염화칼슘에 의한 부식문제, 바다 또는 해안에 근접한 곳의 소금에 의한 부식문제, 기후에 의한 부식문제, 수분에 의한 부식문제, 화학적 오염에 의한 부식문제, 공기오염에 의한 부식문제를 일으키기 쉬운 위치에 설치되는 부품들 엔지니어링 플라스틱으로 된 부품으로 대체하여 설치할 수 있도록 함으로써, 종래 금속으로 된 면진장치 부품의 부식문제를 해결 또는 억제할 수 있어, 면진장치 전체의 내구적인 측면에서 뛰어난 효과를 얻을 수 있고, 특히 장수명(공용 연한이 약 100년 이상) 교량 등의 구조물을 만들 수 있고, 면진장치의 유지보수가 거의 필요치 않다는 효과를 누릴 수 있다.

본 발명에 따르면 구면블록과 구면블록에 미끄럼접촉되는 면진장치의 주요 부품을 엔지니어링 플라스틱으로 만들 수 있어 기존의 면진장치에 비해 월등히 가볍고 크기가 작은 면진장치의 구성이 가능하다.

본 발명에 따르면 슬라이딩 접촉되는 주요 부품을 엔지니어링 플라스틱으로 구성함으로써 미끄럼면의 고착현상을 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면 베어링 블록 등 주요 면진장치 부품의 정적 마찰계수를 작게 할 수 있기 때문에 미끄럼 특성이 좋고 내마모성도 PTFE보다 월등히 뛰어나므로 수명이 길고 초기의 설치상태를 오래 유지한다.

본 발명에 따르면 평면바닥홈의 바닥과 금속보강재 사이에 고무시트를 설치하는 것에 의해 상부부재와 하부부재의 변형 등에 의한 불균등한 응력분포의 조정과 구조물의 수직진동을 완충하는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 면진장치의 일례를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 일례를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 다른 예를 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도,
도 8과 도 9는 도 5의 변형 예를 각각 나타낸 단면도이다.

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

도 2는 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 일례를 나타낸 단면도이다.

도 2에 나타낸 면진장치(100)는 하부부재(110)와 상부부재(130) 및 하중지지부(150)를 구비하고 있다.

하부부재(110)는 기초볼트(B)와 너트(N) 등을 통해 교각 등 하부구조물(10) 상에 고정되는 것으로, 상면에 구면홈(112)을 구비하고 있다.

상부부재(130)는 용접 등을 통해 교량상판 등의 상부구조물(20)의 저면에 고정되는 것으로, 저면에 구면홈(132)이 형성되어 있다.

하부부재(110)와 상부부재(130) 사이에 설치된 하중지지부(150)는 플라스틱 구면블록(151)과 플라스틱 구면블록(151)의 압축강도를 보강하는 금속보강부재(156)로 된 구면블록조립체(150a)를 구비하고 있다. 이 실시 예의 하중지지부(150)는 강체(剛體)로 이루어진 구면블록조립체(150a)로만 구성되어 있고, 구면블록조립체(150a)는 그 자신만으로 하중지지부(150)의 역할을 한다.

이 실시 예에서, 플라스틱 구면블록(151)은 1개로 통째로 이루어져 있어 높이가 높다. 이러한 플라스틱 구면블록(151)의 하면과 상면에는 하방 또는 상방으로 볼록하게 형성되어 구면홈(112, 132)에 면접촉되는 볼록구면(153, 154)이 각각 형성되어 있다. 이러한 플라스틱 구면블록(151)은 엔지니어링 플라스틱으로 이루어져 있다.

위와 같은 플라스틱 구면블록(151)의 측면 둘레에는 링 형태의 금속보강부재(156)가 설치되어 있다. 이 금속보강부재(156)는 플라스틱 구면블록(151)의 측면 둘레를 둘러싸고 있다. 금속보강부재(156)에는 상하로 통공(157)이 형성되어 있고, 플라스틱 구면블록(151)은 통공(157)에 삽입되어 금속보강부재(156)를 상하로 관통하고 있다. 바람직하게, 플라스틱 구면블록(151)은 금속보강부재(156)의 통공(157)에 압입된다.

이와 같이 금속보강부재(156)를 플라스틱 구면블록(151) 둘레에 설치하면, 금속보강부재(156)가 플라스틱 구면블록(151)의 측면을 감싸면서 내측으로 가압하여주기 때문에 플라스틱 구면블록(151)의 압축강도를 증가시킬 수 있다. 즉, 금속보강부재(156)는 플라스틱 구면블록(151)의 압축강도가 증가되도록 플라스틱 구면블록(151)을 보강하는 역할을 한다. 플라스틱 구면블록(151)의 외주면에는 금속보강부재(156)의 하단이 걸려 있을 수 있도록 하기 위한 걸림턱을 형성할 수 있다.

본 발명을 이용하는 경우, 높이가 높은 플라스틱 구면블록(151)을 이용한 구면블록조립체(150a)도 압축에 의해 파괴되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 면진장치(100)의 하중지지부(150)는 도 3에 나타낸 바와 같은 탄성패드(160)를 더 구비할 수 있는 데, 이에 대해서는 뒤에서 도 3을 참조하여 더 자세히 설명한다.

상기와 같은 하중지지부(150)는 하부부재(110)와 상부부재(130) 사이에 개재되어 있다. 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 실시 예에서는 플라스틱 구면블록(151)에 PTFE와 같은 미끄럼재가 설치되어 있지 않다. 이는 앞에서 도 1을 통해 설명한 바와 같은 종래 면진장치의 슬라이딩 접촉면에 PTFE와 같은 미끄럼재를 설치하던 것과는 크게 차별되는 점이다.

하부부재(110) 또는 상부부재(130)는 통상 강철 또는 주철과 같은 금속으로 만들어지지만, 본 발명에 따른 면진장치(100)에서 하부부재(110) 또는 상부부재(130)도 엔지니어링 플라스틱으로 만들어 질 수 있다. 하부부재(110) 또는 상부부재(130)가 금속재로 만들어지는 경우, 플라스틱 구면블록(151)과의 마찰력을 줄이고 부식을 방지하기 위해 구면홈(112)의 표면에는 크롬도금을 하는 것이 좋다. 경우에 따라, 구면홈(112)의 표면에 스테인리스 스틸판을 설치할 수 있음은 물론이다.

이러한 하부부재(110) 또는 상부부재(130)의 가장자리에는, 경우에 따라 기초볼트나 너트 또는 여타의 도구를 이용해 필요한 곳에 고정할 수 있도록 하기 위한 체결공(113)을 형성해둘 수 있다. 체결공(113)은 반드시 필요한 것은 아니고, 하부부재(110)와 상부부재(130)의 고정방식에 따라 형성하지 않을 수 있다. 또한 하부부재(110)와 상부부재(130)의 외측부 형상은 다양하게 바뀔 수 있다.

하중지지부(150)는 상부부재(130)를 통해 전달받은 상부구조물(20)의 하중을 하부부재(110)를 통해 하부구조물(10)로 전달 또는 하부구조물에 지지하는 역할을 한다.

상기와 같은 구면블록조립체(150a)는 상부부재(130)와 하부부재(110) 각각에 대해 미끄럼 접촉되어 좌우, 또는 전후, 또는 좌우 및 전후로 이동하는 것을 허용한다. 전후 또는 좌우의 한 방향으로만 이동을 허용하고자 하는 그 경우 그 이동방향에 수직한 방향으로는 움직이지 못하도록 홈 또는 돌기 형태로 이동방향을 따라 안내부를 설치하여야 한다. 본 발명에서 좌우 및 전후로 이동하는 것을 허용한다는 의미는 좌우이동과 전후이동의 조합에 의해 모든 방향으로 이동을 허용한다는 의미이다.

경우에 따라, 구면블록조립체(150a)는 하부부재(110)와 상부부재(130) 중 하나에 대해서는 고정되어 있을 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 도 3을 통해 설명한다.

본 발명에서, 하중지지부(150)는 강체(剛體)로 된 구면블록조립체(150a)로만 구성되거나 강체(剛體)로 된 구면블록조립체(150a)와 탄성체가 조합되어 구성될 수 있다. 이 실시 예는 하중지지부(150)가 강체로 된 구면블록조립체(150a)만으로 구성되어 있는 것을 보여준다.

구면블록조립체(150a)는 위에서 설명한 바와 같은 구성을 가지면서도, 그의 플라스틱 구면블록(151)을 형성하는 엔지니어링 플라스틱이 이하에서 설명되는 바와 같은, 면진장치에 적합한 많은 기술적 사항들도 만족하는 것이어야 한다.

본 발명자는, 면진장치(100)의 부품들 중 슬라이딩 접촉면을 가지는 부품을 다음과 같은 엔지니어링 플라스틱으로 만듦으로써, 도 1을 통해 설명한 종래 면진장치의 많은 단점을 해소할 수 있음을 알 수 있었다.

본 발명은 특히, 상대적으로 작은 수평력을 받는 양방향 가동단, 즉, 전방향 가동단의 받침에 적용하기에 가장 적합하며, 전방향 가동단의 면진장치에서 뛰어난 효과를 발휘한다.

본 발명이 수평력이 상대적으로 크게 걸리는 고정단 및 일방향 가동단에 적용되는 경우, 수평력을 저항하기 위한 단면이 많이 커져야 하는 불리한 점이 생길 수 있으나, 본 발명은 이러한 불리한 점을 상쇄하고도 남는 뛰어난 장점을 많이 가지고 있다.

본 발명의 면진장치(100)에서 상기와 같은 효과를 발휘하기 위해서는, 면진장치(100)의 부품을 만드는 데 사용되는 엔지니어링 플라스틱이, 그 쇼어(shore) 경도가 최소한 75D 이상 되는 것이어야 한다. "D"는 경도가 D타입 쇼어 경도임을 의미한다. 이 쇼어 경도는 듀로미터(durometer)로 알려진 장치로 측정된다. 경도가 75D 미만인 너무 작은 것을 사용하는 경우, 기존의 금속재 베어링 블록의 기준대로 만들어진 엔지니어링 플라스틱으로 된 베어링 블록은 기존 PTFE의 설계 압축강도인 약 450㎏/㎠ 정도의 하중에 대해서도 처짐이 과도하게 발생하고, 접촉대상물에 미끄럼재가 설치되어 있거나 크롬도금층이 형성되어 있는 경우 그 접촉하는 부분에서 너무 팽창되어 크랙(crack)이 발생되는 경우가 있었다.

그리고 450㎏/㎠ 정도의 하중에 대한 처짐이 전혀 발생되지 않도록 할 수는 없지만, 엔지니어링 플라스틱의 경도가 76D, 77D, 78D, 79D, 80D, 81D, 82D, 83D …와 같이 점점 높아지는 경우 처짐은 점점 줄어들고, 경도가 83D 정도에 이르면 처짐은 무시할 수 있게 된다.

하지만, 구면블록조립체(150a), 하부부재(110), 상부부재(130) 등 면진장치(100)의 부품을 경도가 95D를 초과하는 너무 큰 경도의 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 만드는 경우, 구면블록조립체(150a)나 하부부재(110) 또는 상부부재(130) 등의 면진장치 부품의 취성이 커져서 본 발명에 따른 면진장치로 사용하기에 적절하지 않게 된다.

경도범위는 75D ~ 95D인 엔지니어링 플라스틱이 본 발명에 따른 면진장치(100)의 부품으로 사용될 수 있고, 여기에 최적으로 적용될 수 있는 것은 경도범위가 83D ~ 85D인 것이다.

특히, 경도가 83D ~ 85D인 엔지니어링 플라스틱과 기존에 미끄럼재로 사용되던 PTFE에 대하여 마모율 테스트 결과 PTFE가 0.63 ~ 47.00%의 마모율을 나타내는 동안 경도가 83D ~ 85D인 엔지니어링 플라스틱은 동일조건 하에서 0.00 ~ 0.33%와 같은 매우 낮은 놀라운 마모율을 보여주었다.

이러한 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품의 정적 마찰계수(스테인리스 스틸에 대한 정적 마찰계수)는 0.1보다 작은 것이 좋다. 일반 교량에 사용하기 위한 것은 엔지니어링 플라스틱으로 된 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품의의 정적 마찰계수는 0.05 이하인 것이 더 바람직하다.

베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품의 탄성계수(modulus of elasticity)는 2,000 ~ 5,000 Mpa가 적당하고, 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상 되어야 한다.

마찰계수가 큰 것은 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품의 표면 또는 상대면에 오목홈들을 형성하고 이 홈들에 그리스 등의 윤활제를 채워서 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명자는 연구과정을 통해, 여러 종류의 엔지니어링 플라스틱들 중 위에서 설명한 본 발명에 따른 면진장치 및 이를 위한 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품을 구성하기 위한 위의 조건들을 만족하는 것은 폴리아미드(PA: Polyamide)로 된 것, 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene)로 된 것, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate)로 된 것, 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin)로 된 것, 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone)으로 된 것, 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide)로 된 것, 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide)로 된 것, 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole)로 된 것, 폴리이미드(PI: Polyimide)로 된 것 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone)으로 된 엔지니어링 플라스틱임을 알 수 있었다.

상기와 같은 엔지니어링 플라스틱 중, 본 발명에 따른 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품으로 만들기에 적합한 것은 밀도가 1.14 ~ 1.15 g/㎤이고, 압축강도가 950 ~ 1,100 ㎏/㎠ 정도인 것이다.

그리고 본 발명에 따른 면진장치 및 이를 위한 베어링 블록, 하부부재, 상부부재 등의 면진장치 부품으로 사용하기 위한 것은 0 ~ 400㎜/s의 속도범위에서, 스테인리스 스틸에 대한 플라스틱으로 된 베어링 블록 또는 베어링 블록과 미끄럼접촉되는 부품의 동적마찰계수는, 하중이 18Mpa의 경우에는 0.08 ~ 0.15, 하중이 35Mpa의 경우에는 0.04 ~ 0.10, 하중이 69Mpa인 경우에는 0.03 ~ 0.08인 것이다.

하중지지부(150)를 위에서 설명한 바와 같은 엔지니어링 플라스틱과 금속보강재를 조합하여 만드는 경우, 첫째, 종래 면진장치의 금속재 베어링 블록을 만드는 경우에 비해 월등하게 수월하고, 무게가 가볍기 때문에 운송, 보관 및 설치작업이 용이하고, 마찰부위에 PTFE와 같은 미끄럼재를 설치할 필요가 없고, 습기가 많은 곳 등에서 쉽게 부식되는 단점을 없앨 수 있다.

특히, 미끄럼재 설치를 위한 구면바닥홈을 설치할 필요가 없어 만들기 수월하다. 금속재에 구면바닥홈을 형성하는 것은 매우 어렵고 시간이 많이 걸리는 작업인 데, 본 발명에서는 이런 작업이 필요치 않다.

또한 본 발명에 따르면 플라스틱의 표면에 구면을 형성하면 되므로, 기존 면진장치의 금속재 구면블록에 구면을 형성하는 것에 비해 구면을 형성하기가 월등히 수월하다.

도 3은 도 2에 나타낸 면진장치의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상부부재(130)는 도 2에서와 동일하지만 하부부재(110)는 상면이 평면인 평판형태로 만들어질 수 있다. 이 경우, 하중지지부(150)는 구면블록조립체(150a) 및 구면블록조립체(150a)에 중첩되게 설치되는 탄성패드(160)를 구비하여 구성될 수 있다. 이를 위해, 플라스틱 구면블록(151)의 상면은 볼록구면(154)으로 형성되고, 하면은 바람직하게 평면(155)으로 형성된다. 구면블록조립체(150a)를 구성하는 탄성패드(160)로는 경질 폴리우레탄이 적합하게 사용된다.

탄성패드(160)와 플라스틱 구면블록(151) 사이에는 금속판(165)이 개재되어 있다. 이 금속판(165)은 탄성패드(160) 및 플라스틱 구면블록(151)과의 접촉면을 거칠게 가공하여 상호간에 회전이 발생되지 않도록 하고, 탄성패드(160)가 플라스틱 구면블록(151)에 직접 접촉되지 않도록 한다.

구면블록조립체(150a)와 탄성패드(160)는 전단핀(167)에 의해 하부부재(110)에 대해 수평이동을 하지 못하도록 구속되어 있다. 전단핀(167)은 하단이 하부부재(110)에 고정된 상태에서 탄성패드(160)와 금속판(165)을 관통하고 있다. 전단핀(167)의 타단은 플라스틱 구면블록(151)의 저면에 형성되어 있는 핀홈(151a)에 삽입되어 있다.

경우에 따라 핀홈(151a)은 하부부재(110)에 형성되어 있을 수 있고, 이 경우, 전단핀(167)의 상단은 플라스틱 구면블록(156)의 저면에 고정되어 있을 수 있다.

나머지 구성은 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 3에 나타낸 바와 같은 면진장치(100)는 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다. 이 경우, 이 실시 예의 하부부재(110)는 상부부재의 역할을 하고, 상부부재(130)는 하부부재의 역할을 하게 된다. 이는 이하의 실시 예들에서도 마찬가지이다.

도 4는 도 2에 나타낸 면진장치의 또 다른 변형 예를 나타낸 단면도이다.

이 실시 예에서도, 하부부재(110)는 상면이 평면인 평판형태로 만들고, 하중지지부(150)를 구성하는 구면블록조립체(150a)의 저면을 평면(155)으로 형성하여, 하중지지부(150)가 하부부재(110)의 평면상에서 전후, 좌우 또는 전후와 좌우로 수평이동 할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우, 하부부재(110)의 가장자리를 따라서는 상방으로 돌출된 돌출부(116)를 설치하고, 이 돌출부(116)와 구면블록조립체(150a)의 사이에 수평탄성기구(170)를 설치할 수 있다. 이를 위해 구면블록조립체(150a)의 외주면은 사각형으로 만들어질 수 있다. 경우에 따라, 플라스틱 구면블록(151)과 금속보강부재(156) 모두 외주면 평면모양이 사각형인 것이 이용될 수 있다.

면진장치(100)가 일방향 가동단용으로 만들어진 경우, 예를 들어, 구면블록조립체(150a)가 좌우로만 움직일 수 있는 경우, 구면블록조립체(150a)의 외면은 원형으로 하여도 무방하고, 이 경우 수평탄성기구(170)의 구면블록조립체(150a) 접촉면도 원형으로 형성하는 것이 바람직하다.

수평탄성기구(170)는 구면블록조립체(150a)의 측면을 지지하여, 구면블록조립체(150a)가 외력에 의해 수평이동 되었다가 외력이 제거된 후에 원 위치로 복귀할 수 있도록 복원력을 제공한다. 이 수평탄성기구(170)는 길이방향으로 통공이 형성된 수평탄성체(171)와 수평탄성체(171)에 결합되고 일단은 수평탄성체(171) 바깥으로 돌출된 축부재(173)와 축부재(173)의 타단에 결합되어 수평탄성체(171)가 축부재(173)의 타단으로 이탈되는 것을 방지하고 바깥 표면에 미끄럼재가 장착되어 있는 미끄럼접촉단부(172)를 구비하는 구성을 가진다. 수평탄성체(171) 바깥으로 돌출된 축부재(173)의 일단은 돌출부(116)에 형성된 축공(117)에 삽입되어 수평으로 이동 가능케 장착되어 있다. 수평탄성체(171)로는 앞 실시 예의 탄성패드보다는 연질의 폴리우레탄이 사용된다. 그리고 미끄럼접촉단부(172)는 금속보강부재(156)의 외면에 접촉되게 설치하는 것이 좋다. 축공(117)을 통해 돌출부(116) 바깥으로 돌출된 축부재(173)의 일단에는 너트(N)가 결합되어 있다.

상기 수평탄성기구(170)는 방향을 바꾸어 설치될 수 있다. 이 경우 너트(N)는 필요치 않고 축공(117)은 구면블록조립체(150a)에 수평방향으로 형성되어야 할 것이다.

도 4와 같이 구성하는 경우, 하중지지부(150)를 구성하는 구면블록조립체(150a)가 수평탄성기구(170)의 지지를 받으며 전후 또는 좌우 또는 전후 및 좌우로 수평이동 될 수 있어 도 3에 나타낸 실시 예에 비해 상부부재(130)의 수평이동 허용거리를 증가시킬 수 있고, 도 2에 나타낸 실시 예에 비해 수평이동에 따른 상부부재(130)의 높이 변화를 줄일 수 있다.

나머지는 도 3을 통해 설명한 것과 같다.

도 4의 실시 예 역시, 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 구면블록조립체(150a)는, 금속보강부재(156)의 상면과 하면에 바닥이 평면(159)인 평면바닥홈(158)을 각각 형성하고, 여기에 상면과 하면 중 한 면은 볼록구면(153, 154)이고 나머지 한 면은 평면(155)으로 된 플라스틱 구면블록(151)의 평면(155) 쪽 단부를 삽입한 상태로 고정하여 구성할 수 있다. 평면바닥홈(158)의 깊이는 플라스틱 구면블록(151)이 이탈되지 않도록 충분히 깊게 형성하는 것이 좋고, 최소 1㎝는 넘는 것이 좋다. 그리고 평면바닥홈(158)에 삽입된 플라스틱 구면블록(151)은 미끄럼 접촉 시 접촉 표면에서 상대면에 의해 일 방향으로 힘을 받아 큰 회전력을 받더라도 평면바닥홈(158)에서 이탈되지 않도록 높이의 반 이상이 평면바닥홈(158) 속으로 삽입되어 결합되는 것이 바람직하다.

이렇게 하는 경우, 금속보강부재(156)에 형성된 평면바닥홈(158)의 측벽이 플라스틱 구면블록(151)의 일부 측면을 둘러싸게 되어 플라스틱 구면블록(151)의 압축강도를 증가시키게 된다. 플라스틱 구면블록(151)을 둘러싸는 금속보강부재(156)의 높이는 높을수록 더 좋고, 플라스틱 구면블록(151) 높이의 반 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이에 더하여 금속보강부재(156)에 미끄럼재 장착을 위한 바닥면이 구면인 구면홈을 형성하지 않아도 되고 바닥이 평면(159)으로 된 평면바닥홈(158)을 형성하면 되므로 종래의 것에 비해 베어링블록을 만들기가 월등히 수월하다.

경우에 따라, 플라스틱 구면블록(151)의 타면을 평면이 아닌 구면으로 형성하고, 금속보강부재(156)에는 평면바닥홈(158) 대신에 상기 타면에 면접촉되는 구면바닥홈을 형성하여 본 발명에 따른 구면블록조립체를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 도 5에 나타낸 것에 비해 평면 대신에 구면을 형성하는 데 따른 제작상의 어려움은 증가하지만 플라스틱 구면블록(151)을 보강하는 효과는 얻을 수 있다.

경우에 따라, 평면바닥홈(158)은 금속보강부재(156)의 상면과 하면 중 한쪽 면에만 형성하여 플라스틱 구면블록(151)을 조립하고, 나머지 한쪽은 접촉되는 표면에 맞추어 구면 또는 평면으로 형성될 수 있지만, 접촉되는 표면이 금속으로 된 경우 미끄럼재를 설치하여야 하므로 금속보강부재(156)의 상하 양 면 모두에 플라스틱 구면블록(151)을 설치하는 것에 비해 바람직하지 못하다.

나머지는 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 5에 나타낸 면진장치(100) 역시 아래쪽 플라스틱 구면블록(151)의 저면은 도 3에서와 같이 평면으로 하고 상면이 평면인 하부부재와의 사이에 금속판과 탄성패드를 설치하고 전단핀으로 플라스틱 구면블록과 금속판 및 탄성패드의 수평이동을 제한하는 형태로 변형하여 구성할 수 있고, 이 것 또한 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다.

더 나아가, 도 5에 나타낸 면진장치(100)는, 아래쪽 플라스틱 구면블록(151)의 저면은 도 4에서와 같이 평면으로 하여 상면이 평면인 하부부재의 상면에서 수평방향으로 이동할 수 있도록 하고, 돌출부와의 사이에 수평탄성기구를 설치하여 수평탄성기구에 의해 구면블록조립체(150a)가 복원력을 가지도록 구성할 수 있고, 이 것 또한 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있다.

나머지는 도 2에서 설명한 것과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라 플라스틱 구면블록(151)의 상면과 하면 중 한 면에는 볼록구면(153, 154)을 형성하고 나머지 한 면에는 바닥이 평면(155)인 평면바닥홈(158)을 형성하여 대응면이 평면(159)인 금속보강부재(156)를 결합하여 본 발명에 따른 구면블록조립체(150a) 및 이를 이용한 면진장치(100)를 구성할 수 있다.

특히, 이 실시 예에서는, 지지를 받고 있는 교량상판 등 상부구조물에 비정상적인 약간의 기울어짐이 발생하더라도 플라스틱 구면블록(151)이 파손되지 않도록 하기 위해, 플라스틱 구면블록(151)의 상면 가장자리에는 그 안쪽 표면보다 하방으로 많이 꺾여져서 구면홈(132)의 표면에 접촉되지 않는 꺾임표면부(BS)를 형성하여 두는 것이 바람직하다. 이러한 꺾임표면부(BS)는 앞에서 도 1 내지 5를 통해 설명한 플라스틱 구면블록(151)에도 바람직하게 적용될 수 있고, 뒤에서 설명되는 실시 예의 플라스틱 구면블록(151)에서도 마찬가지이다.

이렇게 하는 경우, 금속보강부재(156)를 사용하여 플라스틱 구면블록(151)의 높이를 낮추어 줌으로써, 구면블록조립체(150a)의 지지능력이 좋아지고, 금속부재에 구면바닥홈을 형성하지 않아도 되기 때문에 종래의 것에 비해 면진장치(100)의 제작이 월등히 수월하다.

경우에 따라, 플라스틱 구면블록(151)에 평면바닥홈(158) 대신에 구면바닥홈을 형성하고 금속보강부재(156)의 대응면도 구면으로 형성하여 본 발명에 따른 구면블록조립체를 구성할 수 있음은 도 5에서 설명한 것과 같다. 이 경우 도 6에 나타낸 것에 비해 평면 대신에 구면을 형성하는 데 따른 제작상의 어려움은 증가하지만 플라스틱 구면블록(151)의 높이를 낮추어 구면블록조립체의 지지능력을 보강하는 효과는 얻을 수 있다.

도 6의 실시 예 역시 구면블록조립체(150a)의 한 쪽 구성요소들은 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이 구성할 수 있다.

나머지는 도 2에서 설명한 것과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 구면블록조립체 및 이를 이용한 면진장치의 또 다른 예를 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 플라스틱 구면블록(151)에 수평방향으로 통공(159a) 또는 홈을 형성하고, 이 통공(159a) 또는 홈에 금속보강재(156)를 결합하여 구면블록조립체(150a)를 만들고, 이 구면블록조립체(150a)를 하중지지부(150)로 하여 면진장치(100)를 구성할 수 있다. 통공(159a) 대신 수평방향으로 홈을 형성하는 경우에는 홈은 좌우 대칭 또는 전후 대칭으로 형성하여야 할 것이다.

도 7의 경우 역시 금속보강부재(156)를 사용하여 플라스틱 구면블록(151)의 높이를 낮추어 줌으로써, 구면블록조립체(150a)의 지지능력이 좋아지고, 금속부재에 구면바닥홈을 형성하지 않아도 되기 때문에 종래의 것에 비해 면진장치(100)의 제작이 월등히 수월하다.

나머지는 도 2를 통해 설명한 것과 같다.

도 8과 도 9는 도 5의 변형 예를 각각 나타낸 단면도이다.

경우에 따라, 8에 나타낸 바와 같이 플라스틱 구면블록(151)과 평면바닥홈(158) 사이에 고무시트(RS)를 삽입하여 플라스틱 구면블록(151)의 경사를 허용하지 않고 플라스틱 구면블록(151)이 평면바닥홈(158)에서 상하로 승강 할 수 있도록 설치하여 본 발명에 따른 면진장치(100)를 구성할 수 있다.

평면바닥홈(158)에 고무시트(RS)를 먼저 삽입한 다음 플라스틱 구면블록(151)을 평면바닥홈(158)에 결합하면 면진장치(100)의 지지를 받는 구조물의 수직진동을 완충하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 플라스틱 구면블록(151)을 구성하는 엔지니어링 플라스틱은, 높은 경도와 매우 큰 압축탄성계수로 인해, 수직하중 작용 시 상부부재(130)와 하부부재(110)의 변형 등에 의한 플라스틱 구면블록(151)의 마찰표면에 불균등한 응력분포가 이루어질 수 있는 데, 지지하고 있는 상부구조물의 수직하중 작용에 의해 상부부재(130)에 변형이 생기면 1차적으로는 불균등한 응력이 플라스틱 구면블록(151)에 발생되고, 이 불균등한 응력이 플라스틱 구면블록(151)을 통하여 평면바닥홈(158)에 갇힌 고무시트(RS)에 전달되어 고무시트(RS)에 압축변형이 생기게 된다. 고무시트(RS)는 매우 플렉시블한 재료로서 전달된 불균등한 응력을 내부에서 분산시켜 균등한 응력분포가 이루어지도록 하는 역할을 하게 된다.

상기와 같은 역할을 하는 고무시트(RS)의 재료로는 일반 천연고무, 폴리우레탄이나 실리콘으로 된 합성고무 모두 가능하다.

경우에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 구면블록(151)과 평면바닥홈(158) 사이에 고무시트(RS)를 삽입한 상태에서 플라스틱 구면블록(151)이 평면바닥홈(158) 내에서 회동하여 경사질 수 있게 설치하여 수직진동 완충효과는 물론이고 플라스틱 구면블록(151)의 자세조정에 의해 상부부재(130)에 변형 등에 의해 발생되는 불균등한 응력을 고무시트(RS) 내부에서 분산시켜 균등한 응력분포가 이루어지도록 할 수 있다.

평면바닥홈(158)에 결합된 플라스틱 구면블록(151)이 경사질 수 있도록 하기 위해서는 도 9에 나타낸 바와 같이 플라스틱 구면블록(151)의 외주면을 볼록곡면으로 형성하면 된다. 경우에 따라, 평면바닥홈(158)의 측벽 내주면을 볼록하게 하거나, 평면바닥홈(158)을 플라스틱 구면블록(151)의 외주면보다 조금 크게 형성하거나, 평면바닥홈(158)의 측벽 내주면을 바깥으로 경사지게 형성하거나, 플라스틱 구면블록(151)의 외주면을 점점 좁아지게 형성하는 방식 등을 이용하면 된다.

이러한 고무시트(RS)의 사용은 도 3과 5 및 도 6을 통해 설명한 실시 예들에서도 가능하다.

나머지는 도 5를 통해 설명한 것과 같다.

위에서 설명한 실시 예들에서, 하부부재(110)와 상부부재(130)가 앞에서 설명한 바와 같은 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지고, 이들을 콘크리트로 이루어진 교각 등의 하부구조물(10) 또는 저면이 강재 빔으로 된 상부구조물(20) 등에 고정하고자 할 때에는, 견고하게 그리고 쉽게 고정하기 위해, 금속재의 하부보조판과 상부보조판을 더 이용할 수 있다.

즉, 하부부재의 하면 또는 상부부재의 상면에 용융아연도금 처리된 철판 또는 스테인리스 스틸판으로 된 하부보조판 또는 상부보조판을 설치하고 이들을 통해 너트와 볼트 또는 용접을 통해 하부부재는 하부구조물의 상면에 그리고 상부부재는 상부구조물의 하면에 고정할 수 있다.

상기의 실시 예들에서, 엔지니어링 플라스틱과 마찰접촉 되는 구성요소의 마찰계수가 큰 경우에는 엔지니어링 플라스틱의 표면 또는 상대면에 오목홈들을 형성하고 이 홈들에 그리스 등의 윤활제를 채워서 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 금속으로 된 구면블록에 PTFE 등의 미끄럼재 장착을 위한, 바닥이 구면인 구면바닥홈을 가공하지 않아도 되고, 베어링 블록 등 면진장치에 사용되는 부품의 크기를 줄일 수 있으면서도 수직저항 능력이 커진다.

기존에 미끄럼재로 사용되고 있는 PTFE가 스테인리스 스틸판에 대해 0.07정도의 동적 마찰계수를 가지려면 약 150㎏/㎠의 작은 압력이 필요하다. 또, 폴리우레탄으로 된 탄성패드(160)의 허용압축응력은 약 350㎏/㎠이다. 이에 반해, 앞에서 살펴본 바와 같은 엔지니어링 플라스틱으로 된 구면블록조립체(150a) 등은 압축강도가 950 ~ 1100 ㎏/㎠정도로 크고, 스테인리스 스틸판에 대해 0.08정도의 동적 마찰계수를 가지려면 약 350㎏/㎠의 압력을 요하므로 기존의 것에 비해 큰 하중을 지지할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 면진장치(100)의 크기를 기존의 것에 비해 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 구면블록조립체(150a) 등의 면진장치 부품의 정적 마찰계수가 평균적으로 작기 때문에 미끄럼 특성이 뛰어나므로 베어링 블록에 홈을 형성하여 PTFE와 같은 미끄럼재를 별도로 장착할 필요가 없고, 내마모성도 PTFE보다 월등히 뛰어나므로 수명이 길고 초기의 설치상태를 오래 유지한다.

엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 본 발명에 따른 베어링 블록 또는 베어링 블록과 미끄럼접촉되는 플라스틱으로 된 면진장치 부품은 녹이 슬지 않으며 금속으로 된 부품과의 고착현상이 생기지 않고, 수명이 길다.

본 발명은 면진장치를 만드는 데 있어서, 면진장치의 크기를 감소시키고, 제조단가를 감소시키고, 제작의 용이성을 증가시키고, 제품의 성능을 향상시키는 데에 이용될 수 있고, 특히, 개선된 마찰진자베어링을 만드는 데 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 면진장치는 교량뿐만 아니라 일반 건물이나 각종 산업시설의 면진장치로 이용될 수 있다.

100: 면진장치 110: 하부부재
115: 하부보조판 130: 상부부재
135: 상부보조판 150: 하중지지부
150a: 베어링 블록 151: 하부마찰부재
156: 상부마찰부재 160: 금속판
161: 중간마찰부재 170: 수평탄성기구

Claims (20)

1. 상면과 하면 중 적어도 일면에 볼록구면이 형성되어 있고 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 구면블록; 및
   상기 플라스틱 구면블록의 측면둘레, 저면, 상면 및 상면과 하면 사이 중 적어도 어느 하나에 결합되어 상기 플라스틱 구면블록의 압축강도가 증가되도록 상기 플라스틱 구면블록을 보강하는 금속보강부재를 포함하여 구성되고,
   상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것을 포함하고, 경도 75D 내지 95D인 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 타면은 평면이고, 상기 금속보강부재에는 상기 타면이 있는 쪽의 상기 플라스틱 구면블록의 단부가 삽입되어 설치될 수 있고 바닥이 평면인 평면바닥홈이 형성되어 있는 것임을 특징으로 하는 구면블록조립체.
3. 제2항에 있어서, 상기 평면바닥홈은 상기 금속보강부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상면과 하면에 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
4. 제2항에 있어서, 상기 평면바닥홈은 상기 금속보강부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상면과 하면 중 하나에 형성된 상기 평면바닥홈에 결합되어 있고, 상기 금속보강부재의 상면과 하면 중 나머지 하나에 형성된 상기 평면바닥홈에는 상면과 하면이 모두 평면이고 상기 엔지니어링 플라스틱으로 만들어진 플라스틱 블록이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
5. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 타면에는 바닥이 평면인 평면바닥홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재의 일단은 상기 평면바닥홈에 삽입되어 설치될 수 있고 상기 금속보강부재의 상기 평면바닥홈의 바닥과 접촉되는 면은 평면으로 되어 있는 것임을 특징으로 하는 구면블록조립체.
6. 제5항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재의 상단과 하단에 각각 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
7. 제1항에 있어서, 상기 금속보강부재에는 상하로 통공이 형성되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 통공에 삽입되어 상기 금속보강부재를 상하로 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
8. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록에는 상면과 하면 사이에 수평으로 배치된 통공 또는 홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재는 상기 수평으로 배치된 통공 또는 홈에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
9. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 타면도 구면이고, 상기 금속보강부재에는 상기 타면이 있는 쪽의 상기 플라스틱 구면블록의 단부가 삽입되어 설치될 수 있고 바닥이 구면인 구면바닥홈이 형성되어 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
10. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록의 타면에는 바닥이 구면인 구면바닥홈이 형성되어 있고, 상기 금속보강부재의 적어도 일단은 상기 구면바닥홈에 삽입되어 설치될 수 있고 상기 금속보강부재의 상기 구면바닥홈의 바닥과 접촉되는 면은 상기 구면바닥홈과 면접촉되는 구면으로 되어 있는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
11. 
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔지니어링 플라스틱의 파단신율(tensile elongation at break)은 15% 이상이고, 밀도는 1.14 ~ 1.15 g/㎤이고, 압축강도는 950 ~ 1,100 ㎏/㎠ 인 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 엔지니어링 플라스틱의 경도는 83D 내지 85D이고, 상기 엔지니어링 플라스틱의 정적 마찰계수는 0.1보다 작은 것임을 특징으로 하는 구면블록조립체.
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록과 상기 금속보강부재의 상하로 마주보는 표면 사이에는 고무시트가 삽입되어 있고, 상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재에 대해 경사를 허용하지 않고 상하 승강 가능케 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 구면블록과 상기 금속보강부재의 상하로 마주보는 표면 사이에는 고무시트가 삽입되어 있고,
    상기 플라스틱 구면블록은 상기 금속보강부재에 대해 경사 및 상하 승강 가능케 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구면블록조립체.
15. 하부구조물의 상면에 설치되는 하부부재, 상부구조물의 저면에 설치되는 상부부재 및 상기 하부부재와 상기 상부부재 사이에 설치되어 상기 상부부재를 통해 전달받은 상기 상부구조물의 하중을 상기 하부부재를 통해 상기 하부구조물로 전달하는 하중지지부를 포함하고, 상기 하중지지부는 상기 상부부재와 상기 하부부재 중 적어도 하나에 대해서는 미끄럼 접촉되어 좌우, 또는 전후, 또는 좌우 및 전후로 이동하는 것을 허용하는 강체로 된 구면블록을 구비하여 구성되는 면진장치에 있어서,
    상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면 중 적어도 하나에는 구면홈이 형성되어 있고,
    상기 구면블록은 상기 구면홈과 면접촉되는 볼록구면을 구비하는 청구항 1 내지 10항 중 어느 한 항의 구면블록조립체인 것을 특징으로 하는 면진장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 하부부재 또는 상기 상부부재가 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지고,
    상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal or Polyoxymethylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리설폰수지(PSU: Polysulfone resin), 폴리에테르 설폰(PES: Polyether sulfone), 폴리페닐렌 설파이드(PPS: Polyphenylene sulphide), 폴리페닐렌설폰(PPSU: Polyphenylene sulfone), 폴리에테르이미드(PEI: Polyether imide), 폴리아미드이미드(PAI: Polyamide imide), 폴리벤지미다졸(PBI: Polybenzimidazole), 폴리이미드(PI: Polyimide) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK: Polyether ether ketone) 중 어느 하나로 된 것을 포함하고, 경도 75D 내지 95D인 것을 특징으로 하는 면진장치.
17. 제15항에 있어서, 상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면에 구면홈이 각각 형성되어 있고,
    상기 하중지지부는 상기 구면블록조립체로 이루어지고,
    상기 구면블록조립체의 상면과 하면 모두에 상기 구면홈에 면접촉되는 볼록구면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면진장치.
18. 제15항에 있어서, 상기 하부부재의 상면과 상기 상부부재의 저면 중 하나에 구면홈이 형성되어 있고 나머지 하나에는 평면이 형성되어 있고,
    상기 하중지지부는 상기 구면블록조립체로 이루어지고,
    상기 구면블록조립체의 상면과 하면 중 하나에는 상기 구면홈에 면접촉되는 볼록구면이 형성되어 있고 나머지 하나에는 상기 평면에 면접촉되는 평면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면진장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 하부부재와 상기 상부부재 중 상기 평면이 형성되어 있는 것에는 상기 구면블록조립체와 전후로 또는 좌우로 또는 전후와 좌우로 이격한 위치에 돌출지지부가 설치되어 있고, 상기 돌출지지부와 상기 구면블록조립체 사이에는 상기 구면블록조립체와 상기 돌출지지부 사이를 탄성적으로 지지하는 수평탄성기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 면진장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 하중지지부는,
    상기 구면블록조립체의 평면 및 상기 하부부재의 사이 또는 상기 구면블록조립체의 평면 및 상기 상부부재의 사이에 설치되어 상기 상부구조물의 하중을 상하 방향으로 탄성적으로 지지하여주는 탄성패드를 더 포함하고,
    상기 구면블록조립체는 상기 하부부재와 상기 상부부재 중 상기 평면이 형성되어 있는 것에 대해 상기 탄성패드를 통과하는 전단핀을 통해 수평이동이 제한되어 있는 것을 특징으로 하는 면진장치.

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