KR101595509B1 - 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부프레임 상부에 수평으로 이동가능하게 상부프레임을 설치하는 가이드들 사이에 수직진동저감체를 설치하여 하부프레임의 수직 방향 진동이 상부프레임에 전달되는 것을 저감시킨 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치에 관한 것이다.

Description

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

본 발명은 설비나 기기류를 지진으로부터 보호할 수 있는 면진장치에 관한 것으로서, 상세하게는 하부프레임 상부에 수평으로 이동가능하게 상부프레임을 설치하는 가이드들 사이에 수직진동저감체를 설치하여 하부프레임의 수직 방향 진동이 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있게 한 수직진동 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 하부패널 상에 마찰되도록 구비되는 마찰블록을 포함하는 진동저감장치에 관한 것이다.

이러한 종래의 진동저감장치는 수평방향의 진동 흡수 기능은 충분하지만 상하방향의 진동을 완충하기에는 부족한 단점이 있다. 즉, 수직 방향의 진동을 흡수하거나 저감하기 위한 수단으로는 따로 구비하지 않거나 하나의 압축스프링만으로 이루어져 수직방향의 진동 저감 효과가 떨어지는 문제가 있다.

1. 대한민국 특허등록 제0787494호 2. 대한민국 특허등록 제0919926호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로, 두 개 이상의 수직진동저감수단을 구비하여 수평방향의 진동은 물론, 수직 방향의 진동도 저감시킬 수 있게 한 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치는 지면에 접하도록 설치된 하부프레임과 시설물이 설치되는 상부프레임 사이에 설치되어 수평방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감수단과 수평진동저감수단을 구비한 지진 저감장치로 이루어지고, 수직진동저감수단은 상기 상부프레임과 하부프레임에 각각 설치되고 서로 직교를 이루는 두 개의 가이드레일과, 상기 가이드레일을 따라 수평으로 이동 가능하도록 설치된 두 개의 슬라이더와, 슬라이더들 사이에 설치되어 상하 방향의 진동을 완충시키는 수직진동저감체로 이루어지며, 상기 하부프레임이 진동하면 상기 수직진동저감체가 진동에 의한 충격을 흡수하여 상부플레임에 전달되는 것을 저감 또는 차단한 것을 특징으로 한다.

상기 상부프레임의 상부에는 상부덮개판이 더 설치되고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에는 수직 방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감스프링을 더 구비하는 것이 바람직하다.

수직진동저감스프링은 압축스프링의 내부에 방진댐퍼를 더 설치하여 만들 수 있다.

상기 상부프레임과 하부프레임 사이에 설치되어 수평방향의 진동에 의해 슬라이더를 따라 상부프레임에 가해지는 수평방향으로 진동을 흡수하는 수평진동흡수스프링이 더 구비하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치는 하부프레임 상부에 수평으로 이동가능하게 상부프레임을 설치하는 가이드들을 설치하여 상부프레임이 수평으로 이동되면서 수평진동을 저감할 수 있게 하되, 가이드들 사이에 수직진동저감체를 설치하여 하부프레임의 수직 방향 진동이 상부프레임에 전달되는 것을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 상부프레임 상부에 설치되는 상부덮개판과 상부프레임 사이에 ㅜ직진동저감스프링이 설치하고, 하부프레임의 지면과 대향되는 면에 하부방진댐퍼를 설치하여 3 중으로 수직 방향의 진동을 흡수하여 저감시킴으로써 수직 방향 진동으로부터 구조물이나 장치를 보호하는 효과를 높일 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 일예의 측면도
도 2는 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 일예의 평면도
도 3은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 다른 일예의 측면도
도 4는 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 다른 일예의 평면도
도 5는 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 분해사시도
도 6은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치의 작동상태 평면도
도 7은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 프레임 조립체의 일예의 평면도
도 8은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 프레임 조립체의 다른 일예의 평면도
도 9은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 수직충격흡수수단의 일예의 단면도
도 10은 본 발명에 따른 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치를 구성하는 수평진동흡수스프링의 일예의 단면도
도 11은 본 발명에 따른 수직진동 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 상부프레임(10)과 하부프레임(20) 사이에 설치되어 고정된 하부프레임(20)에 대하여 수평이동 가능하게 상부프레임을 하부프레임에 결합하는 가이드 조립체에 수직진동저감체(30)를 설치하여 상부프레임이 수평으로 이동하는 과정에서도 수직방향의 진동을 흡수하여 저감시킬 수 있게 하였다.

이러한 본 발명에서 상기에서 설명한 가이드 조립체는 도 1내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 상부프레임(10)과 하부프레임(20)에 각각 설치되고 서로 직교를 이루는 두 개의 가이드레일(10g, 20g)과, 상기 가이드레일을 따라 수평으로 이동 가능하도록 설치된 두 개의 슬라이더(10s, 20s)로 이루어진다.

상기 상부프레임(10)의 상부에 내진을 필요로 하는 구조물이나 장비가 설치되고, 하부프레임(20)의 저면은 지면에 고정된다.

수직진동저감체(30)는 상기 하부프레임이 상하로 진동하면, 이 진동을 흡수하여 진동이 상부프레임(10)에 전달되지 않게 하는 것이다.

상기 수직진동저감체(30)은 탄성이 우수한 고무나 합성수지 또는 스프링으로 만들어질 수 있고, 상면에는 슬라이더(10s)가 고정되고, 저면에는 슬라이더(20s)가 고정되어 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 수직진동저감체(30)의 상,하단에는 금속판(30m)을 더 설치하여 슬라이더에 용이하게 결합할 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.

또한 상기 수직진동저감체(30)는 다양하게 변형하여 실시할 수 있으나, 바람직하게는 도 9에 도시한 바와 같이 이중구조를 갖게 만드는 것이다. 즉, 외부의 압축스프링(30s)의 내부에 방진댐퍼(30d)를 설치하여 이중으로 충격을 흡수할 수 있게 하는 것이다.

상기 완충댐퍼(30d)는 도 9에 도시한 바와 같이 상기 압축스프링(60s)보다 작은 지름을 갖는 인장스프링을 사용하거나, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

이러한 수직진동저감체(30)의 진동 흡수 기능은 하부프레임의 수직 방향 진동을 흡수하기에 충분하지 않을 수 있다. 이유는 상기한 바와 같이 수직진동저감체(30)는 가이드레일(10g, 20g)을 따라 이동 가능하게 설치된 슬라이더(10s, 20s) 사이에 설치되어 있고, 슬라이더(10s, 20s)가 원활하게 이동될 수 있게 위해서는 상기 수직진동저감체(30)가 어느 정도의 강도를 유지하여야 하고, 이렇게 수직진동저감체를 강하게 만들면 상대적으로 탄성이 낮아지기 때문이다.

이에 따라 본 발명은 수직진동저감수단으로 수직진동저감스프링(40)과 하부방진댐퍼(60)를 더 구비하고 있다.

상기 수직진동저감스프링(40)은 도 1, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 상부프레임(10)의 상부에는 상부덮개판(70)를 설치하고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에 설치되어 있어, 상부프레임(10)에 전달되는 잔여 진동이 상부덮개판(70)에 전달되는 것을 저감시킨다.

상기 수직진동저감스프링(40)은 수직방향의 진동을 흡수 할 수 있는 것이면 어떠한 구조나 재질로도 만들 수 있으나, 바람직한 예로는 도 8에 도시한 바와 같이, 압축스프링(40s)의 내부에 방진댐퍼(40d)를 설치하여 이중으로 진동을 흡수 할 수 있게 한 것이다.

상기 완충댐퍼(40d)는 도 10에 도시한 바와 같이 상기 압축스프링(40s)보다 작은 지름을 갖는 압축스프링을 사용하거나, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

또한, 상기 하부방진댐퍼(60)는 지면으로부터 하부프레임(20)에 전달되는 진동을 저감시키기 위한 것으로 도 3에 도시한 바와 같이 하부프레임의 가장자리에 홀을 형성하고 탈착 가증하게 설치될 수 있고, 압축스프링, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

진동 저감장치는 지면에 고정된 하부프레임(20)에 대하여 상부프레임(10)이 자유롭게 이동 및 승강될 수 있도록 설치되어야 하고, 이를 위해 상기한 바와 같이, 두 개의 가이드레일(10g, 20g)들 사이에는 가이드레일을 따라 수평으로 이동 가능하도록 설치된 두 개의 슬라이더(10s, 20s)가 설치되어 있다.

즉, 도 1 및 도 3에 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 수직방향으로의 진동은 상기한 수직진동저감체(30)에 의해 흡수되고, 수평방향으로의 진동을 저감하기 위해 수평진동저감수단인 수평진동흡수스프링(50x, 50y)을 구비하고 있다.

위와 같이 구성된 수평진동저감수단은 도 6에 도시한 바와 같이 하부프레임(20)이 진동하여 어느 일측 방향으로 수평이동하면 가이드프레임(10g, 20g)을 따라 슬라이더(10s, 20s)가 이동하고, 이때 수평진동흡수스프링(50x, 50y)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(50x, 50y)은 상기 가이드레일(20g)이 길이 방향으로 신축 작동하여 충격을 흡수함에 따라 진동이 상부프레임(10)에 전달되지 않거나 적게 전달되는 것이다.

이러한 수평진동저감수단은 도 1, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 수평진동흡수스프링(50x, 50y), 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 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 진동흡수모듈(1)을 조립하여 사용될 수 있다.

다수의 진동흡수모듈(1)를 조립할 경우, 도 7에 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 8에 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(50x, 50y)은 상기하고, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 일단은 상부프레임부(10)의 저면에 고정하고, 타단은 하부프레임(20)의 상면에 고정하거나, 도시하지는 않았으나, 일단은 상부 또는 하부프레임에 고정되고, 타단은 상부프레임 또는 하부프레임에 고정된 가이드레일에 고정할 수 있다.

또한 상기 수평진동흡수스프링(50x, 50y)은 다양한 형태나 종류의 스프링을 사용할 수 있으나, 진동 흡수 성능을 향상시키기 위해 인장스프링(50s)의 내부에 완충댐퍼(50d)를 설치하여 만드는 것이다. 이렇게 이중 구조를 갖도록 제작함으로써 내구성을 높이고, 진동 흡수 성능을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 완충댐퍼(50d)는 도 10에 도시한 바와 같이 상기 인장스프링(30s)보다 작은 지름을 갖는 인장스프링을 사용하거나, 탄성이 우수한 고무나 합성수지 등으로 만들 수 있다.

또한 상기 수평진동흡수스프링(50x, 50y)은 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 큰은 탄성계수를 갖는 스프링에 의해 진동 흡수가 이루어진다. 물론, 스르링의 탄성계수는 본 발명의 진진 저감장치가 설치되는 장소의 지진 정도나 생황 진동의 정도에 따라 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

1: 진동흡수모둘
10: 상부프레임
10g: 가이드레일 10s: 슬라이더
20: 하부프레임 20g: 가이드레일
20s: 슬라이더
30: 수직진동저감체
40: 수직진동저감스프링
40s: 압축스프링 40d: 완충댐퍼
50x, 50y: 수평진동흡수스프링
50s: 인장스프링 50d: 완충댐퍼
60: 하부방진댐퍼 70: 상부덮개판

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 슬라이더 및 제 2 슬라이더 사이에 위치하여 상하 방향의 진동을 완충시키는 수직진동저감체를 포함하며,
   하부프레임이 진동하면 상기 수직진동저감체가 진동에 의한 충격을 흡수하여 상부플레임에 전달되는 것을 저감 또는 차단한 것을 특징으로 하는 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부프레임의 상부에는 상부덮개판이 더 설치되고, 상기 상부덮개판과 상부프레임 사이에는 수직 방향의 진동을 저감시키는 수직진동저감스프링을 더 구비한 것을 특징으로 하는 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
3. 제2항에 있어서,
   수직진동저감스프링은 압축스프링의 내부에 방진댐퍼를 더 설치하여 만들어진 것을 특징으로 하는 수직진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진장치.
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