KR101398365B1

KR101398365B1 - 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치

Info

Publication number: KR101398365B1
Application number: KR1020120131124A
Authority: KR
Inventors: 김형준; 박병태; 권기혁; 이완섭
Original assignee: 주식회사 원준하이테크; 서울시립대학교 산학협력단
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2014-05-23

Abstract

본 발명은 축 방향의 압축 및 인장에 모두 대응하여 지진이나 강풍 등에 의한 진동 에너지를 흡수 소산시키는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치를 개시한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 내부에 일단에서 타단으로 동일축상에 제1 볼트 삽입공, 제1 볼트 지지공을 갖는 걸림턱 및 제1 압축실을 갖는 제1 실린더와; 상기 제1 실린더의 제1 압축실에 위치되어 커넥터와의 사이에 배치되어 탄성 변형으로 압축 하중을 흡수하는 제1 완충수단과; 상기 제1 볼트 삽입공을 통해 삽입되어 걸림턱에 지지되고 동시에 제1 완충수단을 삽통하여 제1 실린더내에 위치되어 있는 제1 볼트와; 일단이 상기 제1 볼트에 나사 결합되어 제1 압축실의 내면에 미끄럼 가능하게 삽입되고 제1 완충수단에 접촉되어 있는 커넥터와; 내부에 서로 연통된 제2 압축실과 제2 볼트 삽입공을 서로 연통시켜 갖고 상기 커넥터의 타단에 나사 결합되어 있는 제2 실린더와; 상기 제2 실린더의 제2 압축실에 삽입되어 일부가 제2 볼트 삽입공을 삽통하고 있는 제2 볼트와; 상기 제2 볼트에 삽입됨과 동시에 상기 제2 압축실에 위치되어 탄성 변형으로 인장 하중을 흡수하는 제2 완충수단과; 상기 제1 실린더 및 제2 볼트에 각각 나사 결합으로 연결되어 있는 좌우측 엔드 조인트와; 상기 제1 실린더와 제2 실린더측에 고정 설치됨과 동시에 상호 밀착되어 있는 적어도 한 쌍의 마찰패드와 마찰판; 및 나사 체결력으로 마찰패드를 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 마찰패드 조임수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치{Frictional Energy Dissipative Devices using Disc Springs}

본 발명은 지진이나 강풍에 의한 진동 에너지를 소산할 수 있도록 제작된 제진장치에 관한 것으로, 특히 축 방향의 압축 및 인장에 모두 대응하여 진동 에너지를 흡수 소산시키는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치에 관한 것이다.

사회 경제적인 발전은 지진에 의해 발생하는 구조적인 손상을 최소화할 수 있는 고성능의 새로운 건축물을 요구하고 있다. 이에 동시에 강한 지반 진동에 의해 심각한 손상을 입을 수도 있는 기존 건축물에 대해서도 지진에 대해 고성능을 가질 것을 요구하고 있다. 많은 연구와 실질적인 노력들에 의해 다양한 에너지 소산 장치들이 개발되었다. 그러한 장치들은 그 장치들이 갖는 에너지 소산 능력에 의해 보, 기둥 등과 같은 구조요소가 지진으로부터 효과적으로 보호될 수 있고, 해로운 구조적 진동 에너지가 감소될 수 있다는 생각에 기초하고 있다.

구조물은 하중 변위 관계에서 요구되는 탄성 수준까지 완전 탄성으로 거동하거나 비탄성 거동에 의한 유연성으로 지진 하중에 대해 저항할 수 있도록 설계되어야 한다. 구조물의 내진 성능을 향상시키는 효과적인 방법으로 면진 또는 제진 구조를 검토할 수 있다. 제진장치는 에너지 소산 작용에 의해 구조물에 유입되는 지진에너지를 흡수함으로써 구조물에 발생하는 변형을 감소시킨다. 제진장치는 변형에 의한 에너지를 소산시키는 작용을 하므로 구조물의 변위가 크게 발생하는 곳에 설치하게 되며, 감쇠를 증가시키는 목적으로 사용하게 된다. 감쇠의 증가는 구조물의 변위 및 가속도 등의 응답을 저감시켜 구조물의 주기를 길게 하여 응답을 저감시키는 면진장치와는 달리 고층구조물에서도 충분한 효과를 볼 수 있으며 거주성 향상에도 기여하게 된다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1093474호로서, '진폭에 따른 감쇠력을 갖는 제진기'가 제시되어 있다. 이는 피스톤 로드가 축 방향으로 이동 가능하게 유도되고 피스톤을 지지하는 실린더를 포함하고, 상기 피스톤은 상기 실린더를 피스톤 로드 쪽 구동실 및 피스톤 로드 반대쪽 구동실로 나누며, 상기 피스톤 로드는 피스톤 로드쪽 구동실 방향으로 배치되는 하우징의 적어도 한 부분을 지지하고, 상기 하우징을 제1 구동실 및 제2 구동실로 나누는 격리체(separating body)가 하우징 내에 이동 가능하게 장착되며, 제1 구동실은 적어도 하나의 반경방향 연결구멍(radial connecting opening)을 통해 피스톤 로드 쪽 구동실과 연결되고, 제2 구동실은 연결 채널(connection channel)을 통해 피스톤 로드 반대쪽 구동실과 연결되며, 상기 하우징의 적어도 한 부분이 용접부를 통해 상기 피스톤 로드와 연결되는 진폭(amplitude)에 따른 감쇠력(damping force)을 갖는 제진기(vibration damper)이다.

그러나 상기 배경기술은 피스톤 로드의 스트로크를 가능한 한 크게 할 있는 이점을 갖는데 반해 구조가 복잡하고 부품수가 많이 추가되는 단점을 가진다.

한국 등록특허 등록번호 제10-0874406호 한국 공개특허 공개번호 제10-2006-0056387호

본 발명은 축 방향의 압축 및 인장에 모두 대응하여 진동 에너지를 흡수 소산시키는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면,

내부에 일단에서 타단으로 동일축상에 제1 볼트 삽입공, 제1 볼트 지지공을 갖는 걸림턱 및 제1 압축실을 갖는 제1 실린더와;

상기 제1 실린더의 제1 압축실에 위치되어 커넥터와의 사이에 배치되어 탄성 변형으로 압축 하중을 흡수하는 제1 완충수단과;

상기 제1 볼트 삽입공을 통해 삽입되어 걸림턱에 지지되고 동시에 제1 완충수단을 삽통하여 제1 실린더 내에 위치되어 있는 제1 볼트와;

일단이 상기 제1 볼트에 나사 결합되어 제1 압축실의 내면에 미끄럼 가능하게 삽입되고 제1 완충수단에 접촉되어 있는 커넥터와;

내부에 서로 연통된 제2 압축실과 제2 볼트 삽입공을 서로 연통시켜 갖고 상기 커넥터의 타단에 나사 결합되어 있는 제2 실린더와;

상기 제2 실린더의 제2 압축실에 삽입되어 일부가 제2 볼트 삽입공을 삽통하고 있는 제2 볼트와;

상기 제2 볼트에 삽입됨과 동시에 상기 제2 압축실에 위치되어 탄성 변형으로 인장 하중을 흡수하는 제2 완충수단과;

상기 제1 실린더 및 제2 볼트에 각각 나사 결합으로 연결되어 있는 좌우측 엔드 조인트와;

상기 제1 실린더와 제2 실린더측에 고정 설치됨과 동시에 상호 밀착되어 있는 적어도 한 쌍의 마찰패드와 마찰판; 및

나사 체결력으로 마찰패드를 마찰판에 강제적으로 밀착시키는 마찰패드 조임수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 완충수단 및 제2 완충수단은 각기 축 하중을 받도록 축방향으로 적층된 다수의 디스크 스프링으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디스크 스프링은 동일 축선상에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 실린더, 커넥터 및 제2 실린더의 각기 외주면에는 회전 조작시킬 수 있는 키홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 볼트와 좌측 엔드 조인트와의 사이 그리고 제1 실린더와 커넥터와의 사이에는 동일한 완충 유격을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 좌우측 엔드 조인트 중 어느 하나에는 가새요소가 더 연결되어져 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 마찰패드와 마찰판은 원주 방향으로 90도 간격 또는 180도 간격마다 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 한 쌍의 마찰패드와 마찰판은 직선상으로 2개소에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치는 다수의 디스크 스프링을 적층시켜서 탄성 변형으로 압축과 인장에 모두 대응하는 하중을 흡수하고 동시에 마찰판과 마찰패드간의 마찰운동을 유도함으로써 에너지 흡수효율이 높아 제진성능이 향상된다.

특히 디스크 스프링에 의해 복원능력을 가지며 디스크 스프링에 의한 에너지 소산 뿐만 아니라 마찰판과 마찰패드간의 마찰운동에 의한 에너지 소산으로 에너시 소산능력을 향상시켰기 때문에 지진에 더욱 유리한 구조성능을 발휘할 수 있다.

또한 선형으로 이루어져 부피를 작게 구성할 수 있고, 구조가 간단하고 부품수가 적어 제작비용을 절감할 수 있다. 또한 콘크리트나 철골구조물의 보와 기둥에 다양한 형태로 설치가 가능하다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3a는 도 1의 부분 정면도.
도 3b는 도 3a의 평면도.
도 4는 도 3a의 B-B선 단면확대도.
도 5는 도 1에서 마찰장치가 제거된 상태의 사시도.
도 6은 도 5의 C-C선 단면도.
도 7a는 도 6에서 압축 하중에 따른 완충수단의 동작상태도.
도 7b는 도 6에서 인장 하중에 따른 완충수단의 동작상태도.
도 8은 본 발명에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치의 변형된 사시도.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치의 다양한 설치상태도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 도 1 및 도 5 내지 도 7b와 같이 제1 실린더(12)를 구비한다. 제1 실린더(12)는 길이 방향으로 원형 단면이 바람직하다. 제1 실린더(12)는 내부에 일단에서 타단으로 동일축(X)상에 제1볼트 삽입공(121), 제1 볼트 지지공(122a)을 갖는 걸림턱(122) 및 원형 단면의 제1 압축실(123)을 갖는다. 이때 제1 볼트 삽입공(121)의 내경은 제1 볼트 지지공(122a)의 내경보다 작게 구성된다. 또한 제1 압축실(123)의 내경은 후술할 커넥터(18)의 소직경부(181)의 외경보다 크게 구성된다.

제1 실린더(12)에는 제1 완충수단이 설치된다. 제1 완충수단은 제1 압축실(123)에 위치되어 걸림턱(122)과 커넥터(18)와의 사이에서 축하중을 받아 압축과 탄성 반발하여 충격에너지를 소산시키는 기능을 한다. 제1 완충수단은 본 실시 예와 같이 축방향으로 적층된 다수의 제1 디스크 스프링(14)으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명에 적용되는 제1 완충수단은 코일스프링으로 구성될 수도 있다.

제1 실린더(12)에는 제1 볼트(16)가 설치되어 있다. 제1 볼트(16)는 제1 실린더(12)의 제1 볼트 삽입공(121)을 통해 삽입되어 걸림턱(122)에 지지되고 동시에 제1 완충수단(14)을 삽통하여 제1 압축실(123)내에 위치되어 있다. 이때 제1 볼트(16)의 길이는 커넥터(18)와의 연결을 위해 제1 압축실(123)의 길이보다 길게 구성함이 바람직하다.

제1 볼트(16)에 커넥터(18)가 연결되어 있다. 제진 작용시 커넥터(18)는 제1 실린더(12)와 상호 가까이 이동하여 제1 디스크 스프링(14)을 압축시킨다. 커넥터(18)는 일단측 소직경부(181)내의 암나사(181a)를 통해 제1 볼트(16)에 나사 결합되어 제1 압축실(123)의 내면에 미끄럼 가능하게 삽입되고 제1 완충수단(14)에 접촉되어 있고 타단측에 수나사(182)를 형성하고 있다.

커넥터(18)에는 원형 단면의 제2 실린더(20)가 연결되어 있다. 제2 실린더(20)는 커넥터(18)의 수나사(182)와 나사결합을 통해 연결되어 있다. 제2 실린더(20)는 내부에 서로 연통된 제2 압축실(201)과 제2 볼트 삽입공(202)을 갖고 있다. 제2 압축실(201)은 원형 단면을 가지고 있고 그 내경이 제2 볼트 삽입공(202)의 내경보다 크게 형성되어 있다.

제2 실린더(20)에는 제2 볼트(22)가 설치되어 있다. 제2 볼트(22)는 제2 압축실(201)에 삽입되어 일부가 제2 볼트 삽입공(202)을 삽통하여 우측 엔드조인트(28)에 나사결합으로 연결되어 있다. 이때 제2 볼트(22)의 나사부 직경은 제2 실린더(20)의 제2 볼트 삽입공(202)의 내경보다 작게 구성된다.

제2 실린더(20)에는 제2 완충수단이 설치되어 있다. 제2 완충수단은 제2 볼트(22)에 삽입됨과 동시에 제2 압축실(201)에 위치되어 있다. 제2 완충수단은 축하중에 압축 반발하는 것으로 본 실시 예와 같이 축방향으로 적층된 다수의 제2 디스크 스프링(24)으로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명에 적용되는 제2 완충수단은 코일스프링으로 구성될 수도 있다. 본 발명에서 제1 디스크 스프링(14) 및 제2 디스크 스프링(24)은 동일 축선상에 배치됨이 바람직하다.

제1 실린더(12) 및 제2 볼트(22)에는 각각 나사 결합으로 좌우측 엔드 조인트(26,28)가 연결되어 있다. 이때 좌측 엔드조인트(26)는 수나사를 가지고 제1 실린더(12)의 제1 볼트 삽입공(121)에 나사결합되어 있고, 우측 엔드조인트(28)는 암나사를 가지고 제2 볼트(22)에 나사 결합되어 있으나 이러한 나사 결합 구조에 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 좌우측 엔드 조인트(26,28)에는 각기 연결구멍(26a,28a)이 형성되어 있다.

한편, 제1 실린더(12), 커넥터(18) 및 제2 실린더(20)의 각기 외주면에는 회전 조작시킬 수 있는 키홈(12a,18a,20a)이 형성됨이 바람직하다. 이들 키홈(12a,18a,20a)은 이웃한 부품과의 나사 조임을 위해 사용될 수 있다.

또한, 제1 볼트(16)와 좌측 엔드 조인트(26)와의 사이 그리고 제1 실린더(12)와 커넥터(18)와의 사이에는 동일한 완충 유격(S)을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 좌우측 엔드 조인트(26,28) 중 어느 하나에는 도 5에서와 같이 가새요소(30)가 더 연결되어져 구성될 수 있다.

여기서, 제1,2 디스크 스프링(14,24)은 동일한 형상과 크기를 갖는다. 즉 제1,2 디스크 스프링(14,24)은 원뿔 형태의 원형 판 스프링으로 축하중을 받는 것으로, 판의 두께는 일정하며 작용하중은 내경 상부와 외경 하부의 가장자리에 균등하게 분산된다. 제1,2 디스크 스프링(14,24)은 단위체적당 축척에너지가 코일 스프링에 비하여 매우 크기 때문에 작은 공간에서 짧은 스트로크로 큰 부하 능력을 가지고 있기 때문에 완충수단으로 코일스프링에 비해 유리한 장점을 갖는다. 제1,2 디스크 스프링(14,24)은 허용응력 범위 내에서 사용되어 긴수명을 얻을 수 있고 충격의 완화에 강하기 때문에 본 실시 예와 같이 다수개 겹쳐 사용하면 완충효율이 높은 특징을 갖는다.

한편, 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 상기 제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)측에 고정 설치됨과 동시에 상호 밀착되어 있는 적어도 한 쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60)를 갖는다. 또한 나사 체결력으로 마찰패드(50)를 마찰판(60)에 강제적으로 밀착시키는 마찰패드 조임수단을 갖는다.

마찰패드(50)는 알루미늄 또는 알루미늄합금에 세라믹입자를 분산강화시킨 알루미늄 복합재료, 탄소-탄소 복합재, 금속섬유(Steel-Fiber)를 사용하는 세미 메탈릭(Semi-Metalic)계 마찰재, 금속섬유 및 유ㆍ무기계 섬유를 혼용 사용하는 로 스틸(Low-Steel)계 마찰재, 금속섬유를 전혀 사용하지 않고 유ㆍ무기계 섬유만 사용하는 논스틸(Non-Steel)계 마찰재 중 어느 하나로 제작된 것이 될 수 있다. 바람직하게는 성능 및 환경적인 측면을 고려하여 비석면유기체(Non Asbetos Organism: NAO)로 제작될 수 있다.

마찰판(60)은 알루미늄 또는 알루미늄합금, 합금주철 또는 주강품, 철계 또는 비철계의 주조품, 스테인레스강 또는 스테인레스 합금강으로 제작될 수 있다. 바람직하게는 마찰패드(50)와 접촉하여 정량적인 마찰저항값을 유지할 수 있도록 스테인레스 강판으로 제작될 수 있다.

본 실시 예는 도 1과 같이 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)의 둘레에 180도 간격을 두고 2쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60)를 설치한 것이다. 2쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60)를 설치하는 구조는 중심축(X)을 기준으로 상호 대칭을 이루므로 어느 한 쌍의 설치 구조에 대하여 설명한다.

제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)에는 각기 고정대(80a,80b)가 용접으로 고정 설치되고, 일측 고정대(80a)에는 마찰패드 지지판(82)의 일단이 볼트(84)로 고정 설치되고, 타측 고정대(80b)에는 마찰판(60)의 일단이 볼트(86)로 고정 설치된다. 이때 마찰패드 지지판(82)의 타단부와 마찰판(60)의 타단부는 일정 구간 겹침되어 지며, 그 겹침구간에 위치한 2개의 마찰패드(50)가 마찰패드 지지판(82)에 고정 설치되어 있다. 따라서 마찰패드(50)는 마찰판(60)과 마찰패드 지지판(82)의 사이에 위치하게되어 있다. 이때 마찰패드(50)는 도 4와 같이 마찰패드 지지판(82)에 형성된 일정 깊이의 홈에 장착된다.

마찰패드 조임수단은 조임볼트(70)와 이 조임볼트(70)에 나사 결합되는 조임너트(72)로 구성된다. 이때 조임볼트(70)는 마찰패드 지지판(82)의 체결공(82a)에 삽입되어 마찰판(60)의 장공(60a)을 삽통하여 설치된다.

따라서 조임볼트(70)와 조임너트(72)의 나사 체결력을 조절함으로써 마찰패드(50)와 마찰판(60)간의 마찰력을 조정할 수 있다.

이와 같이 구성된 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치의 작용을 설명한다.

디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 축 방향으로의 하중(또는 진동)을 완충 흡수 및 마찰 작용으로 에너지를 소산시킨다. 이때 축방향으로 압축 하중 또는 인장 하중에 따라 그 작용을 달리하므로 각각에 대하여 나누어 설명한다.

<압축 하중시>

도 7a과 같이 좌우 엔드조인트(26,28)에 화살표 C방향으로 압축 하중(W)이 작용하는 경우이다. 즉, 좌우 엔드조인트(26,28)가 상호 가까워지는 방향으로 밀리는 동작을 하게 되는 경우이다.

이때는 제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)가 서로 가까워지는 방향으로 이동하게 되므로 제1 압축실(123)에 위치된 제1 디스크 스프링(14)이 압축 하중을 받게 된다. 즉, 제1 디스크 스프링(14)은 제1 실린더(12)의 걸림턱(122)과 커넥터(18)의 좌측 끝단 사이에서 압축 하중을 받게 된다. 이때 좌측 엔드조인트(26)와 제1 실린더(12)는 우측으로 이동하고, 우측 엔드조인트(28)와 제2 실린더(20)와 커넥터(18) 및 제1,2 볼트(16,22)는 우측으로 이동한다.

따라서 제1 디스크 스프링(14)은 압축 하중에 따른 충격에너지를 흡수하면서 완충 작용을 하게 된다.

여기서 압축 하중시 제2 실린더(20)와 제2 볼트(22)간의 상대적인 이동 운동이 없기 때문에 제2 압축실(201)내에 위치하는 제1 디스크 스프링(24)의 압축 변화는 없다.

이와 동시에, 도 1 내지 도 3b에서 압축 하중시 마찰패드(50)와 마찰판(60)은 서로 반대 방향으로 이동하게 된다. 즉, 마찰패드(50)는 일측 엔드조인트(28)쪽으로 마찰판(60)은 타측 엔드조인트(26)쪽으로 이동하게 된다. 이에 의해 마찰패드(50)와 마찰판(60)의 사이에는 마찰 운동이 일어나면서 압축 하중에 따른 충격에너지를 마찰에너지로 소산하게 된다.

<인장 하중시>

도 7b와 같이 좌우 엔드조인트(26,28)에 화살표 T방향으로 인장 하중(W)이 작용하는 경우이다. 즉, 좌우 엔드조인트(26,28)가 상호 멀어지는 방향으로 당겨지는 동작을 하게 되는 경우이다.

이때는 제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)가 동시에 좌측 엔드조인트(26)를 따라 좌측으로 이동하고, 제2 볼트(22)가 우측 엔드조인트(28)와 함께 우측으로 이동하게 되므로 제2 압축실(201)에 위치된 제2 디스크 스프링(24)이 압축 하중을 받게 된다. 즉, 제2 디스크 스프링(24)은 제2 실린더(12)의 제2 볼트 삽입공(202)을 갖는 걸림턱(203)과 제2 볼트(22)의 머리부의 이에서 압축 하중을 받게 된다.

이때 제1 볼트(16)와 커넥터(18)는 엔드조인트(26)와 동시에 좌측으로 이동한다.

따라서 제2 디스크 스프링(24)은 T 방향의 인장 하중(W)에 따른 충격에너지를 흡수하면서 완충 작용을 하게 된다.

여기서 인장 하중시 제1 실린더(12)와 커넥터(18)간의 상대적인 이동 운동이 없기 때문에 제1 압축실(123)내에 위치하는 제1 디스크 스프링(14)에 압축 변화는 없다.

이같이 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)에 축 방향으로 진동이 인가되면 압축 하중과 인장 하중이 교대적으로 작용하게 되고, 이에 따라 제1,2 디스크 스프링(14,24)이 그 하중 및 충격 에너지를 흡수하여 완충하게 됨으로써 제진을 수행하게 된다.

이와 동시에, 도 1 내지 도 3b에서 인장 하중시 마찰패드(50)와 마찰판(60)은 서로 인장 하중과 반대되는 쪽으로 이동하게 된다. 즉, 마찰패드(50)는 일측 엔드조인트(26) 방향으로 마찰판(60)은 타측 엔드조인트(28) 방향으로 각기 이동하게 된다. 이에 의해 마찰패드(50)와 마찰판(60)의 사이에는 마찰 운동이 일어나면서 인장 하중에 따른 충격에너지를 마찰에너지로 소산하게 된다.

특히 디스크 스프링에 의해 복원능력을 가지며 디스크 스프링에 의한 에너지 소산 뿐만 아니라 마찰패드(50)과 마찰판(60)간의 마찰운동에 의한 에너지 소산으로 에너시 소산능력을 향상시켰기 때문에 지진에 더욱 유리한 구조성능을 발휘할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 도 9와 같이 강재로 제작된 프레임으로 제작된 보(1a)와 기둥(2b)에 다양한 형태로 설치되어 제진을 수행할 수 있다. 또한 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 도 10과 같이 철큰 콘크리트로 제작된 보(1)와 기둥(2)에 다양한 형태로 설치되어 제진을 수행할 수 있다.

이때 설치 형태에 따라 추가적으로 어느 한쪽의 엔드조인트(26 또는 28)에 도 9(나) 및 도 10(나)와 같이 가새요소(30)가 더 연결되어 설치될 수 있다. 가새요소(30)는 특정한 형태에 제한되는 것은 아니며 예로 강재로 제작된 로드 형태가 될 수 있다.

한편, 본 발명의 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치(10)는 도 8과 같이 동일 선상으로 마찰판(60)과 마찰패드(50)를 더 구성할 수도 있다. 이때 고정대(80b)는 제2 실린더(20)에서 고정되며, 2개의 고정대(80a,80a) 중 어느 하나는 제1 실린더(12)에 다른 하나는 엔드조인트(28)(또는 제2실린더(20))측에 용접으로 고정되어 설치될 수 있다. 물론 마찰패드(50)를 설치하기 위한 마찰패드 지지판(82)이 더 추가된다. 따라서 인장 또는 압축 하중은 일직선상에서 볼 때 2개소에서 마찰에너지로 소산된다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

12: 제1 실린더
14: 제1 디스크 스프링
16: 제1 볼트
18: 커넥터
20: 제2 실린더
22: 제2 볼트
24: 제2 디스크 스프링
26,28: 엔드 조인트
30: 가새요소

Claims

내부에 일단에서 타단으로 동일축상에 제1 볼트 삽입공(121), 제1 볼트 지지공(122a)을 갖는 걸림턱(122) 및 제1 압축실(123)을 갖는 제1 실린더(12)와;
상기 제1 실린더(12)의 제1 압축실(123)에 위치되어 커넥터(18)와의 사이에 배치되어 탄성 변형으로 압축 하중을 흡수하는 제1 완충수단과;
상기 제1 볼트 삽입공(121)을 통해 삽입되어 걸림턱(122)에 지지되고 동시에 제1 완충수단(14)을 삽통하여 제1 실린더(12)내에 위치되어 있는 제1 볼트(16)와;
일단이 상기 제1 볼트(16)에 나사 결합되어 제1 압축실(123)의 내면에 미끄럼 가능하게 삽입되고 제1 완충수단에 접촉되어 있는 커넥터(18)와;
내부에 서로 연통된 제2 압축실(201)과 제2 볼트 삽입공(202)을 서로 연통시켜 갖고 상기 커넥터(18)의 타단에 나사 결합되어 있는 제2 실린더(20)와;
상기 제2 실린더(20)의 제2 압축실(201)에 삽입되어 일부가 제2 볼트 삽입공(202)을 삽통하고 있는 제2 볼트(22)와;
상기 제2 볼트(22)에 삽입됨과 동시에 상기 제2 압축실(201)에 위치되어 탄성 변형으로 압축 하중을 흡수하는 제2 완충수단과;
상기 제1 실린더(12) 및 제2 볼트(22)에 각각 나사 결합으로 연결되어 있는 좌우측 엔드 조인트(26,28)와;
상기 제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)측에 고정 설치됨과 동시에 상호 밀착되어 있는 적어도 한 쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60); 및
나사 체결력으로 마찰패드(50)를 마찰판(60)에 강제적으로 밀착시키는 마찰패드 조임수단을 포함하며,
제1 실린더(12)와 제2 실린더(20)에는 각기 고정대(80a,80b)가 용접으로 고정 설치되고, 일측 고정대(80a)에는 마찰패드 지지판(82)의 일단이 볼트(84)로 고정되고 타측 고정대(80b)에는 마찰판(60)의 일단이 볼트(84)로 고정되며 마찰패드 지지판(82)의 타단과 마찰판(60)의 타단은 일정길이의 겹침구간이 형성되고, 상기 겹침구간에 위치한 마찰패드 지지판(82)에 마찰패드(50)가 설치되어 마찰판(50)과 마찰패드 지지판(82) 사이에 마찰패드(50)가 위치하게 되며,
마찰패드 조임수단은 조임볼트(70)와 상기 조임볼트(70)에 나사 결합되는 조임너트(72)로 구성되며, 조임볼트(70)는 마찰패드 지지판(82)의 타단에 형성된 체결공(82a)에 삽입되어 마찰판(60)의 타단에 형성된 장공(60a)을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 완충수단 및 제2 완충수단은 각기 축 하중을 받도록 축방향으로 적층된 다수의 디스크 스프링(14,24)으로 구성된 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제2 항에 있어서,
상기 디스크 스프링(14,24)은 동일 축선상에 배치된 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 실린더(12), 커넥터(18) 및 제2 실린더(20)의 각기 외주면에는 회전 조작시킬 수 있는 키홈(12a,18a,20a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 볼트(16)와 좌측 엔드 조인트(26)와의 사이 그리고 제1 실린더(12)와 커넥터(18)와의 사이에는 동일한 완충 유격(S)을 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
상기 좌우측 엔드 조인트(26,28) 중 어느 하나에는 가새요소(30)가 더 연결되어져 있는 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
한 쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60)은 원주 방향으로 90도 간격 또는 180도 간격마다 설치된 것을 특징으로 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.
제1 항에 있어서,
한 쌍의 마찰패드(50)와 마찰판(60)은 직선상으로 2개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 디스크 스프링을 이용한 마찰형 에너지 소산 장치.