KR101595507B1 - 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정된 하부프레임에 대하여 전후좌우 및 상하로 이동될 수 있도록 설치된 상부프레임에 진동 저감용 스프링을 설치하되, 각 프레임의 서로 대향되는 면에 설치되는 레일과 접촉되어 이동하는 가이드블록을 완충체로 구성하여 상하진동도 흡수할 수 있게 하고, 스프링의 단부를 상부프레임과 하부프레임에 고정 설치하여 하부프레임의 진동을 흡수하여 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있게 한 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치에 관한 것이다.

Description

수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치{3dimension-seismic isolator with horizontal vibration reduction function}

본 발명은 설비나 기기류 등을 지진으로부터 보호할 수 있는 면진장치에 관한 것으로서, 상세하게는 고정된 하부프레임에 대하여 전후좌우 및 상하로 이동될 수 있도록 설치된 상부프레임에 진동 저감용 스프링을 설치하되, 각 프레임의 서로 대향되는 면에 설치되는 레일과 접촉되어 이동하는 가이드블록을 완충체로 구성하여 상하진동도 흡수할 수 있게 하고, 스프링의 단부를 상부프레임과 하부프레임에 고정 설치하여 하부프레임의 진동을 흡수하여 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있게 한 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치에 관한 것이다.

지진이 발생한 경우 건물이나 설비 등의 구조물에 종방향 또는 횡방향으로 진동이 전달되는데, 횡방향으로의 진동은 구조물을 심하게 흔들고 비틀게 된다. 전달되는 진동의 규모가 큰 경우 구조물을 부분적으로 손상시켜 구조물의 안정성을 떨어뜨리고, 심한 경우 구조물을 붕괴시키기도 한다.

이렇게 지진에 의해 구조물이나 장비를 보호하기 위해 다양한 내진 장치들이 개발되어 사용되고 있으며, 그 일예로는 특허문헌 1내지 3이 있다.

특허문헌 1은 하부패널; 하부패널의 상부면에 설치되는 제1엘엠가이드(LM guide); 제1엘임가이드의 상부에 설치되는 제2엘엠가이드(LM guide); 제2엘엠가이드의 상부에 설치되는 상부패널; 제1엘엠가이드와 나란한 방향으로 설치되는 제1완충스프링; 및, 제2엘엠가이드와 나란한 방향으로 설치되는 제2완충스프링으로 이루어진 것이고,

특허문헌 2는 서로 대향하게 구비되는 상ㅇ하부패널; 하부패널 상면에 설치되는 제1가이드레일과, 제1가이드레일상에 미끄럼 이송되도록 설치되는 제1가이드블록이 구비되는 한 쌍의 제1가이드부재; 상부패널저면에 제1가이드레일과 직교하도록 설치되는 제2가이드레일과, 제2가이드레일 상에 미끄럼 이송되도록 설치되는 제2가이드블록이 구비되는 한 쌍의 제2가이드부재; 제1, 2가이드부재의 제1, 2가이드블록을 연결하도록 구비되고, 가장자리부에 다수의 걸림부가 형성되는 스프링체결블록; 스프링체결블록 상에 단부가 결속되고, 제1, 2가이드레일과 경사각을 이루도록 상ㅇ하부패널 중 어느 일측에 다른 단부가 결속되는 스프링; 및 한 쌍의 제1, 2가이드부재 사이에 위치되어 일면이 상부패널 혹은 하부패널상에 마찰되도록 구비되는 마찰블록을 포함하는 진동저감장치에 관한 것이다.

이러한 종래의 진동저감장치는 진동을 흡수하는 스프링이 가이드블록과 패널에 각각 연결되어 있으므로 하부패널의 진동을 충분히 흡수할 수 없는 단점이 있다. 즉, 하부패널과 상부패널을 연결하는 수단을 레일과 가이드블록이고, 레일과 가이드블록에 의해 상, 하부패널이 직접 연결될 경우, 하부패널의 수평방향의 진동은 레일과 가이드블록 및 스프링에 의해 저감될 수 있지만, 상하진동은 그대로 상부패널에 전달되는 문제가 있다.

1. 대한민국 특허등록 제0787494호 2. 대한민국 특허등록 제0919926호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 고정된 하부프레임에 대하여 전후좌우 및 상하로 이동될 수 있도록 설치된 상부프레임에 진동 저감용 스프링을 설치하되, 각 프레임의 서로 대향되는 면에 설치되는 레일과 접촉되어 이동하는 가이드블록을 완충체로 구성하여 상하진동도 흡수할 수 있게 하고, 스프링의 단부를 상부프레임과 하부프레임에 고정 설치하여 하부프레임의 진동을 흡수하여 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있게 한 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치는 지면에 접하도록 설치된 하부프레임과 시설물이 설치되는 상부프레임 사이에 설치되어 수평방향의 진동을 저감시키는 수평진동저감수단을 구비하고, 상기 상부프레임과 하부프레임에 각각 설치되고 서로 직교를 이루는 두 개의 가이드레일; 상기 가이드레일을 따라 수평으로 이동 가능하도록 설치된 두 개의 슬라이더; 슬라이더들 사이에 설치되어 상하 방향의 진동을 완충시키는 완충블록; 상기 상부프레임과 하부프레임 사이에 설치되어 수평방향의 진동에 의해 슬라이더를 따라 상부프레임에 가해지는 수평방향으로 진동을 흡수하는 수평진동흡수스프링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 수평진동흡수스프링은 하부프레임의 진동이 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있도록 진동을 저감 또는 흠수 할 뿐만 아니라, 지면의 진동이 멈춘 상태에서 하부프레임이 원래의 위치로 복귀시키는 역할을 한다. 이러한 수평진동흡수스프링은 일단은 상프레임부에 고정되고, 타단은 하부프레임에 고정되거나, 일단은 상부 또는 하부프레임에 고정되고, 타단은 상부프레임 또는 하부프레임에 고정된 가이드레일에 고정될 수 있다.

상기 수평진동흡수스프링은 서로 다른 탄성계수를 갖는 두 개의 스프링을 힌지 결합하여 만들어진 것이 바람직하다.

상기 상부프레임의 상부에는 상부덮개판이 더 설치되고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에는 수직 방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감수단을 더 구비하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치는 수평방향의 진동을 흡수하는 수평진동흡수스프링을 하부프레임과 상부프레임에 직접 연결하여 수평방향의 진동을 흡수함으로써 진동 저감 효과를 높일 수 있다.

더욱이, 프레임들 사이에 설치되는 가이드레일들 사이를 연결하는 가이드블록을 완충체로 제작함으로써 수직방향의 진동 흡수 성능도 향상시킬 수 있는 것이다.

또한 수평진동흡수스프링을 서로 다른 탄성계수를 갖는 두 개의 스프링을 연경하여 구성함으로써 진동의 크기에 능동적으로 대응하여 진동을 흡수할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 일예의 평면도
도 2는 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 일예의 측면도
도 3은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 작동상태 평면도
도 4는 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 다른 일예의 측면도
도 5는 도 4에 도시한 3차원 지진 저감장치의 평면도
도 6은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 분해사시도
도 7은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 다른 일예의 측면도
도 8은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 프레임 조립체의 일예의 평면도
도 9은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 프레임 조립체의 다른 일예의 평면도
도 10은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 수직충격흡수수단의 일예의 단면도
도 11은 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 수평진동흡수스프링의 일예의 단면도
도 12는 본 발명에 따른 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 가이드블록의 일예의 사시도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면이 참조되어 상세하게 설명된다.

본 발명은 인장스프링으로 만들어진 수평진동흡수스프링(30x, 30y)를 포함하는 수평진동저감수단을 구비하고 있다.

상기 수평진동저감수단은 도 1내지 도 7에 도시한 바와 같이, 상부프레임(10)과 하부프레임(20) 사이에 설치되며, 상기 상부프레임(10)의 상부에 내진을 필요로 하는 구조물이나 장비가 설치되고, 하부프레임(20)의 저면은 지면에 고정된다.

이러한 수평진동저감수단은 지면에 고정된 하부프레임(20)에 대하여 상부프레임(10)이 자유롭게 이동 및 승강될 수 있도록 설치되어야 하고, 이를 위해 상부프레임과 하부프레임에 각각 설치되고 서로 직교를 이루는 두 개의 가이드레일(10g, 20g)이 설치되어 있고, 상기 가이드레일(10g, 20g)들 사이에는 가이드레일을 따라 수평으로 이동 가능하도록 설치된 두 개의 슬라이더가 설치되어 있다.

즉, 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 가이드레일(10g)은 상부프레임(10)의 저면에 설치되고, 가이드레일(20g)은 하부프레임(20)에 고정 설치되어 있으며, 각 가이드레일에 대응되도록 슬라이더(10s, 20s)를 설치하여 고정된 하부프레임(20)에 대하여 상부프레임(10)이 슬라이딩하여 이동될 수 있어 하부프레임(20)이 진동하여도 상부프레임은 움직이지 않을 수 있다.

이렇게 가이드레일과 슬라이더로 두 프레임(10, 20)을 직접 연결할 경우, 상부프레임과 하부프레임은 수평방향으로의 진동은 상기 수평진동흡수스프링(30x, 30y)에 의해 흡수될 수 있으나, 하부프레인의 상하 방향 즉, 수직 방향의 진동은 그대로 상부프레임에 전달된다. 이에 따라 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 슬라이더(10s, 20s)들 사이에는 상하 방향의 진동을 완충시키는 완충블록(40)을 더 설치하였다.

상기 완충블록(40)은 탄성이 우수한 고무나 합성수지 또는 스프링으로 만들어질 수 있고, 상면에는 슬라이더(10s)가 고정되고, 저면에는 슬라이더(20s)가 고정되어 있다.

상기 완충블록(40)의 상,하단에는 금속판(40m)을 더 설치하여 슬러ㅏ이더를 쉽게 설치할 수 있게 하였다.

상기 슬라이더(10s, 20s)와 가이드프레임(10g, 20g)은 기계 장치에서 이동체를 수평으로 이동시킬 수 있게 결합하는 LM가이드 등에 사용되는 것과 동일 유사한 구조를 갖는 것으로, 그 구조에 대한 상세한 설명을 생략한다.

위와 같이 구성된 수평진동저감수단은 도 4에 도시한 바와 같이 하부프레임(20)이 진동하여 어느 일측 방향으로 수평이동하면 가이드프레임(10g, 20g)을 따라 슬라이더(10s, 20s)가 이동하고, 이때 수평진동흡수스프링(30x, 30y)이 신장 수축되는 과정을 반복함에 의해 진동이 흡수되어 상부프레임으로 전달되지 않는 것이다.

도 6을 참조하여 일예를 설명하면, 하부프레임(20)이 가이드레일(20g)의 길이 방향으로 진동하여 이동되면, 수평진동흡수스프링(30x, 30y)은 상기 가이드레일(20g)이 길이 방향으로 신축작동하여 충격을 흡수함에 따라 진동이 상부프레임(10)에 전달되지 않거나 적게 전달되는 것이다.

이러한 수평진동저감수단은 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 수평진동흡수스프링(30x, 30y), 슬라이더(10s, 20s) 및 가이드프레임(10g, 20g)만으로 이루어져 하나의 진동흡수모듈(1)을 이루고, 이를 단독으로 사용할 수 있으나, 상부프레임 위에 설치되는 구조물이나 장치가 클 경우에는 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 다수의 진동흡수모듈(1)을 조립하여 사용될 수 있다.

다수의 진동흡수모듈(1)를 조립할 경우, 도 8에 도시한 바와 같이, 가이드레일을 구비한 다수의 상부프레임들을 서로 연결하여 넓은 면적을 갖는 판을 형성하고, 역시 가이드레일이 형성된 다수의 하부프레임들을 볼트로 연결하여 하판을 형성할 수 있으나, 각 프레임들(10, 20)에 모두 진동흡수모듈(1)을 설치할 필요가 없을 때에는 도 9에 도시한 바와 같이, 진동흡수모듈(1)이 설치되는 부분에만 가이드레일이 설치된 프레임을 사용하고, 다른 부분은 연결바(10c)와 가이드레일이 없는 받침(10n)으로 연결하여 사용할 수 있다.

상기 수평진동흡수스프링(30x, 30y)은 상기하고, 도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이 일단은 상부프레임부(10)의 저면에 고정하고, 타단은 하부프레임(20)의 상면에 고정하거나, 도 3에 도시한 바와 같이, 일단은 상부 또는 하부프레임에 고정되고, 타단은 상부프레임 또는 하부프레임에 고정된 가이드레일에 고정할 수 있다.

또한 상기 수평진동흡수스프링(30x, 30y)으로 다양한 형태나 종류의 스프링을 사용할 수 있으나, 진동 흡수 성능을 향상시키기 위해 인장스프링(30s)의 내부에 완충댐퍼(30d)를 설치하여 만드는 것이다. 이렇게 이중 구조를 갖도록 제작함으로써 내구성을 높이고, 진동 흡수 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 완충댐퍼(30d)는 도 11에 도시한 바와 같이 상기 인장스프링(30s)보다 작은 지름을 갖는 인장스프링을 사용하거나, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

또한 상기 수평진동흡수스프링(30x, 30y)은 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 다른 탄성계수를 갖는 두 개의 스프링을 힌지 결합하여 만들 수 있다. 이렇게 두 개의 서로 다른 탄성계수를 갖는 스프링으로 만들 경우, 수평방향의 진동이 작은 경우에는 상대적으로 작은 탄성계수를 갖는 스프링에 의해 진동 흡수가 이루어지고, 수평방향의 진동이 상대적으로 큰 경우에는 상대적으로 큰 탄성계수를 갖는 스프링에 의해 진동 흡수가 이루어진다. 물론, 스프링의 탄성계수는 본 발명의 진진 저감장치가 설치되는 장소의 지진 정도나 생황 진동의 정도에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

또한 본 발명은 3차원 지진 저감장치로, 수평 진동 뿐만 아니라 수집방향의 진동에도 능동적으로 대응할 수 있어야 한다.

물론, 상기한 슬라이더(10s, 20s) 사이에 설치된 완충블록(40)이 수직방향의 진동을 흡수 할 수 있지만 이로는 부족함으로 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 상부프레임(10)의 상부에는 상부덮개판(50)이 더 설치하고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에는 수직 방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감수단(60)을 더 설치하는 것이 바람직하다.

상기 수직진동저감수단(60)은 다양하게 변형하여 실시할 수 있으나, 바람직하게는 도 10에 도시한 바와 같이 이중구조를 갖게 만드는 것이다. 즉, 외부의 압축스프링(60s)의 내부에 방진댐퍼(60d)를 설치하여 이중으로 충격을 흡수할 수 있게 하는 것이다.

상기 완충댐퍼(60d)는 도 10에 도시한 바와 같이 상기 압축스프링(60s)보다 작은 지름을 갖는 인장스프링을 사용하거나, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

즉, 상기 완충댑퍼(60d)는 구조물 및 부재 등이 하중, 외력의 증가에 따라 내부의 응력, 변형이 점차 탄성 영역에서 소성 영역으로 이행하는 성질을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

또한 상기 하부프레임(20)의 저면에는 방진댐퍼를 더 설치할 수 있으며, 이 방진댐퍼는 탄성이 우수한 탄소성 고무나 합성수지 또는 스프링이 될 수 있다.

1: 진동흡수모둘
10: 상부프레임
10g: 가이드레일 10s: 슬라이더
20: 하부프레임
20g: 가이드레일 20s: 슬라이더
30x, 30y: 수평진동흡수스프링
30s: 인장스프링 30d: 완충댐퍼
40: 완충블록
50: 상부덮개판
60: 수직진동저감수단
60s: 압축스프링 60d: 완충댐퍼

Claims (6)

1. 하면이 지면에 접하도록 설치된 하부프레임;
   상기 하부프레임 상부에 위치하고 하면이 상기 하부프레임 상면에 대향하도록 설치되며 상면에 시설물이 설치되는 상부프레임;
   상기 하부프레임 상면에 설치되며 상기 하부프레임 상면의 제 1 지점에서 상기 하부프레임 상면의 중심을 통과하여 상기 하부프레임 상면의 제 2 지점까지 연장되도록 설치되는 제 1 가이드레일;
   상기 상부프레임 하면에 설치되며 상기 제 1 가이드레일과 교차하는 제 2 가이드레일;
   상기 제 1 가이드레일에 상기 제 1 가이드레일 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 고정된 제 1 슬라이더;
   상기 제 1 슬라이더에 고정되며, 상기 제 2 가이드레일에 상기 제 2 가이드레일의 길이 방향을 따라 슬라이드 이동 가능하게 고정되고 상기 제 2 가이드레일을 지지하는 제 2 슬라이더;
   코일형 인장스프링이며 일단이 상기 제 1 가이드레일 일단의 측부 제 3 지점에 고정되고 타단은 상기 상부프레임 하면 중 상기 제 3 지점의 직상방에 위치한 제 4 지점에 고정되는 제 1 스프링;
   코일형 인장스프링이며 일단이 상기 제 1 가이드레일 타단의 측부 제 5 지점에 고정되고 타단은 상기 상부프레임 하면 중 상기 제 5 지점의 직상방에 위치한 제 6 지점에 고정되는 제 2 스프링;
   코일형 인장스프링이며 일단이 상기 제 2 가이드레일 일단의 측부 제 7 지점에 고정되고 타단은 상기 하부프레임 상면 중 상기 제 7 지점의 직하방에 위치한 제 8 지점에 고정되는 제 3 스프링;
   코일형 인장스프링이며 일단이 상기 제 2 가이드레일 타단의 측부 제 9 지점에 고정되고 타단은 상기 하부프레임 상면 중 상기 제 9 지점의 직하방에 위치한 제 10 지점에 고정되는 제 4 스프링;
   상기 제 1 내지 제 4 스프링 각각의 내측에 설치되는 내부 인장 스프링;
   상기 내부 인장 스프링은 상기 내부 인장 스프링의 외부에 위치한 스프링 보다 반경이 작고,
   상기 제 1 내지 제 4 스프링 및 내부 인장 스프링은 진동이 없는 정상상태일 때 최단 길이를 유지하며,
   상기 제 1 내지 제 4 스프링 및 내부 인장 스프링 모두 진동 발생시 연장 및 수축을 통해 회복력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부프레임의 상부에는 상부덮개판이 더 설치되고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에는 수직 방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
6. 제5항에 있어서,
   수직진동저감수단은 압축스프링의 내부에 방진댐퍼를 더 설치하여 만들어진 것을 특징으로 하는 수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
   

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