KR101632432B1 - V홈 마찰 댐퍼 - Google Patents

Abstract

하중-변위 이력 특성이 독특하여 마찰을 일으키는 부재간의 마찰계수가 경사면의 경사도(Slope)보다 작으면 외력이 제거되거나 문턱 값 이하로 남아있는 경우, 항상 원위치 복원되는 성능을 가지는 V홈 마찰 댐퍼가 개시된다. 상기 V홈 마찰 댐퍼는 좌경사면과 우경사면이 좌우 중심부에서 만나서 형성하는 오목한 V자형 홈을 가지며, 상기 좌경사면과 상기 우경사면의 표면이 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치된, V홈부재, 상기 좌우 중심부에 결합되어 상기 좌경사면과 접촉하는 좌접촉면과 상기 우경사면과 접촉하는 우접촉면을 가지는 V형 마찰접촉부를 구비하는 V형 마찰접촉부재, 상기 V홈부재의 좌우 이동을 안내하는 안내부재 및 상기 안내부재에 설치되고 상기 V형 마찰접촉부재를 상기 V홈부재를 향해 탄성적으로 가압하는 탄성가압수단을 포함하는 구성을 한다.

Description

V홈 마찰 댐퍼{Friction damper with V-groove}

본 발명은 댐퍼(damper)의 개선에 관련된 것으로, 특히 교각과 교량 상판 등과 같이 상호간에 상대적인 이동이 허용되는 두 구조물 사이에 설치되어 두 구조물 상호간에 작용하는 충격을 완충 및 흡수할 수 있으면서도, 건물의 내진보강, 고층 빌딩의 풍하중 변위 제어나 발전소 등 플랜트의 배관진동 제어용 스웨이 브레이스(Sway brace) 대용으로 적합하게 사용될 수 있는 댐퍼의 개선에 관련된 것이다.

최근 들어, 전 세계적으로 지진의 강도 및 빈도가 증가하고 있으며, 이로 인해 교량이나, 빌딩 및 원자력 발전소 등 주요시설물의 내진 설계에 대한 중요성이 높아지고 있다. 특히, 원자력 발전소의 안전과 직결되는 배관에 큰 변위가 발생하게 되는 경우, 원자력 발전소에 큰 문제가 유발될 수 있다. 배관의 손상에 따른 피해를 방지하기 위한 배관지지 기술의 필요성이 증가하고 있다.

상기와 같은 원자력 발전소의 배관지지를 위한 방진시스템에는 배관을 지지구조물에 안정적으로 지지하고 지진 등의 충격력을 완충 및 흡수하여 배관이 파손되는 것을 방지하기 위한 완충기구가 필요하다.

일반적으로, 교량에 사용되어온 오일 완충기구는 두 구조물 상호간에 서서히 작용하는 상시하중은 받아주면서 지진 등에 의해 두 구조물 상호간에 급격히 작용하는 충격력은 완충 및 흡수하여 주기 위해 오일이 채워진 실린더와 실린더 내부에 이동 가능케 설치되고 오리피스가 형성된 피스톤 및 피스톤과 연결된 로드로 이루어져 있다.

이러한 종래의 오일 완충기구는 실린더에서 유밀을 유지해야 되기 때문에 제작과 유지 및 보수가 어렵다. 이에 따라, 종래의 오일 완충기구는 그 제작에 비용이 많이 소요되고, 장기간 동안 안정적인 성능유지가 필요한 원자력 발전소에 사용하기에는 적합하지 않다.

그뿐만 아니라 오일의 점성은 온도 변화에 영향을 많이 받기 때문에, 종래의 오일 완충기구는 온도에 따라 그 성능에 편차가 심하다는 단점이 있다.

또한, 종래의 오일 완충기구는 충격흡수 성능이 미흡하다는 문제점이 있다.

그리고 또한, 종래의 오일 완충기구는 댐핑 성능을 조정하기가 어렵다는 문제점도 있다.

일반적인 오일 완충기구는 상기와 같은 단점을 가지므로, 원자력 발전소의 배관 등을 지지하기 위한 장치로 사용하기에는 부적합한 점이 있다.

오일 완충기구의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이 등록번호 10-1200692호(마찰 댐퍼, 발명자 조영철, 이유인, 이하, "선등록발명 1"이라 함) 및 등록번호 10-1512122(진자형 마찰 댐퍼, 발명자 조영철, 조성국, 이하, "선등록발명 2"라 함)의 등록공보에 개시되어 있다. 여기에서 이 선등록발명 1 및 2를 인용하는 것에 의해, 그 등록공보에 개시된 내용은 본원의 종래기술로서 본원의 명세서에 통합된다.

본 발명자는, 선등록발명 1과 2의 마찰 댐퍼는 종래 오일 완충기구의 제반 문제점을 해결하고 있고 뛰어난 성능을 발휘하고 있어, 원자력 발전소의 배관지지를 위해서는 사용하기에 적합하지만, 마찰접촉부재와 요면부재의 접촉면이 곡면으로 이루어지고 전체 마찰구간에서 요면부재를 향하는 마찰접촉부재의 전체 면이 요면부재에 접촉되어 하중-변위 이력곡선에서 하중과 변위가 전 구간에서 대략 비례하는 관계를 가진다.

이에 따라 요면부재가 마찰접촉부재에 대해 좌우 변위를 일으킨 상태에서 요면부재와 마찰접촉부재 상호간에 작용하던 외력이 제거되더라도 마찰접촉부재가 원위치로 복귀하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 선등록발명 1과 2의 마찰 댐퍼는 초기 위치나 좌우 변위 위치에 상관없이 전체 구간에서 힘의 변화율의 크기가 일정하여 초기위치에 대한 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 외력이 제거되면 항상 원위치로 복귀하며 초기 위치에서의 안정성이 뛰어난 마찰 댐퍼를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 일정 크기(문턱 값) 이하의 외력이 남아 있는 경우에도 원위치로 복귀하는 초기위치로의 복귀 성능이 뛰어난 마찰 댐퍼를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위 문턱 값의 크기를 다양하게 조정하여 만들 수 있는 댐퍼를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 하중-변위 이력 특성을 다양하게 조정할 수 있는 마찰 댐퍼를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 선등록발명과는 다른 하중-변위 이력 특성을 가지는 마찰 댐퍼를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 마찰 댐퍼는 상면과 하면 중 적어도 하나에는 좌경사면과 우경사면이 좌우 중심부에서 만나서 형성하는 오목한 V자형 홈을 가지며, 상기 좌경사면과 상기 우경사면의 표면이 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치된, V홈부재; 상기 좌우 중심부에 결합되어 상기 좌경사면과 접촉하는 좌접촉면과 상기 우경사면과 접촉하는 우접촉면을 가지며, 상기 좌접촉면과 상기 우접촉면의 표면이 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치된, V형 마찰접촉부를 구비하는 V형 마찰접촉부재; 상기 V홈부재의 좌우 이동을 안내하는 안내부재; 및 상기 안내부재에 설치되고 상기 V형 마찰접촉부재를 상기 V홈부재를 향해 탄성적으로 가압하는 탄성가압수단을 포함하고, 상기 V형 마찰접촉부재는 상기 안내부재 또는 상기 탄성가압수단의 안내를 받으며 상하로만 이동될 수 있게 설치된 것을 포함하고(도 1, 6, 7, 11, 12 및 도 18과 이들에 대한 설명 참고), 상기 V형 마찰접촉부재가 상기 좌우 중심부 왼쪽에 있을 때는 상기 좌접촉면만이 상기 좌경사면에 면접촉한 상태로 상기 좌경사면을 탄성적으로 가압함으로써 상기 V홈부재를 왼쪽으로 이동시키려는 복원력을 제공하고, 상기 V형 마찰접촉부재가 상기 좌우 중심부 오른쪽에 있을 때는 상기 우접촉면만이 상기 우경사면에 면접촉한 상태로 상기 우경사면을 탄성적으로 가압함으로써 상기 V홈부재를 오른쪽으로 이동시키려는 복원력을 제공하고,
상기 V형 마찰접촉부재는 상기 V홈부재와 상기 안내부재 상호간에 작용하는 외력이 제거되면 상기 V홈부재를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시켜 상기 V홈부재의 상기 좌우 중심부에 위치하는 것(도 1, 6, 7, 11, 12 및 도 18와 이들에 대한 설명 참고)을 특징으로 한다.

상기 좌접촉면과 상기 좌경사면 간의 마찰계수는 상기 좌경사면의 경사도보다 작고, 상기 우접촉면과 상기 우경사면 간의 마찰계수는 상기 우경사면의 경사도보다 작아서 외력이 제거되면 상기 V홈부재를 원위치로 복귀시키는 것이 바람직하다.

상기 좌접촉면과 상기 좌경사면 간의 마찰계수는 상기 좌경사면의 경사도보다 작고, 상기 우접촉면과 상기 우경사면 간의 마찰계수는 상기 우경사면의 경사도보다 작아서 외력이 문턱 값 이하로 되기만 하면 상기 V홈부재를 원위치로 복귀시키는 구성을 한다.

상기 V자형 홈은 상기 V형 홈부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 V형 마찰접촉부재는 상하 양면의 상기 V자형 홈에 모두 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 V홈부재에는 상기 좌경사면과 상기 우경사면을 따라 유동방지 피안내부가 형성되어 있고, 상기 V형 마찰접촉부재에는 상기 유동방지 피안내부에 결합되어 상기 유동방지 피안내부를 안내하는 유동방지 안내부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 탄성가압수단은, 상기 V홈부재와 상기 V형 마찰접촉부재를 상하로 통과하며 상기 V홈부재의 좌우 이동을 허용하는 축부재, 상기 축부재 외주면에 결합되고 상기 V형 마찰접촉부재 바깥쪽으로 배치된 탄성체, 상기 축부재 외주면에 승강 가능케 결합되고 상기 탄성체 바깥쪽에 배치된 승강부재 및 상기 축부재에 결합되어 상기 승강부재를 상기 탄성체를 향해 가압하는 가압부재를 포함하는 구성을 한다.

상기 V형 마찰접촉부재의 바깥 면은 볼록 원통면 또는 볼록 구면으로 형성되고, 상기 탄성체와 상기 V형 마찰접촉부재 사이의 상기 축부재 외주면에 승강 가능케 결합되고 상기 볼록 원통면 또는 볼록 구면에 결합되는 오목 원통면 또는 오목 구면이 형성된 커버부재가 설치되고, 상기 안내부재에는 상기 커버부재의 상하 이동을 안내하기 위한 승강안내부가 형성되어 있는 것이 좋다.

상기 V형 마찰접촉부재는 엔지니어링 플라스틱으로 되고, 상기 안내부재와 상기 V홈부재의 단부에는 다른 부재에 연결하기 위한 연결부가 설치된 것이 좋다.

상기 V자형 홈, 상기 V형 마찰접촉부재, 상기 탄성가압수단은 전후, 좌우 또는 전후 및 좌우로 복수개씩 설치될 수 있다.

상기 V홈부재는 상하로 한 쌍 이상이 설치되고, 상기 V형 마찰접촉부재는 상기 V홈부재의 상기 V자형 홈마다 설치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 선등록발명 1 및 2와 대비하여 그 특성이 독특하여 마찰을 일으키는 부재간의 마찰계수가 경사면의 경사도(Slope)보다 작으면 외력이 제거되거나 문턱 값 이하로 남아있는 경우, 항상 원위치 복원되는 복원성능이 뛰어난 마찰 댐퍼를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 현장 상황에 맞게 하중-변위 이력 특성을 조정한 마찰 댐퍼를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 마찰을 일으키는 부재 간의 마찰계수와 경사면의 경사도를 조정함으로써 마찰부재들이 원위치로 복귀할 수 있게 하는 문턱 값의 크기를 다양하게 조정하여 만들 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 문턱 값보다 작은 진동력에 의해 발생되는 진동은 잡아줄 수 있으므로 배관 등의 수명을 연장하는 데 도움이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 단면도,
도 2는 도 1에 나타낸 V홈부재의 사시도,
도 3은 도 1에 나타낸 안내부재의 사시도,
도 4는 도 1에 나타낸 커버부재의 사시도,
도 5는 도 1에 나타낸 V형 마찰접촉부재의 사시도,
도 6은 도 1의 V홈부재가 오른쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도,
도 7은 1의 V홈부재가 왼쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도,
도 8 내지 10은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 마찰계수의 변화에 따른 하중-변위 이력곡선의 변화를 각각 나타낸 그래프로서, 마찰계수가 작은 경우, 적당한 경우, 큰 경우를 차례대로 나타낸 것이고,
도 11과 12는 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 다른 예를 각각 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 V홈부재의 변형 예를 설명하기 위한 사시도,
도 14는 도 13의 I-I에 따른 단면도,
도 15는 도 14의 변형 예를 나타낸 단면도,
도 16과 17은 V홈부재와 안내부재의 변형 예를 각각 나타낸 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.

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

도 1은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 V홈부재의 사시도, 도 3은 도 1에 나타낸 안내부재의 사시도이고, 도 4는 도 1에 나타낸 커버부재의 사시도, 도 5는 도 1에 나타낸 V형 마찰접촉부재의 사시도, 도 6은 도 1의 V홈부재가 오른쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이고, 도 7은 1의 V홈부재가 왼쪽으로 이동한 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 7에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)는 V홈부재(110), V형 마찰접촉부재(130), 안내부재(150) 및 탄성가압수단(170)을 가진다.

V홈부재(110)는 상면과 하면에 좌경사면(111)과 우경사면(112)이 좌우 중심부에서 만나서 형성하는 오목한 V자형 홈(113)을 가진다. 이 실시 예에서, 좌경사면(111)과 우경사면(112)은 모두 평면으로 구성되어 있다.

때에 따라 좌경사면(111)과 우경사면(112)은, 그 표면이 전후 방향(V홈부재(110)와 V형 마찰접촉부재(130)의 상대적인 운동이 억제된 방향)으로는 곡선을 따라 배치될 수 있다. 하지만, 좌경사면(111)과 우경사면(112)은, 그 표면이 좌우 방향(V홈부재(110)와 V형 마찰접촉부재(130)의 상대적인 운동방향)으로는 반드시 직선을 따라 배치되어야 한다.

도 2를 통해서 알 수 있는 바와 같이, V홈부재(110)에는 좌경사면(111)과 우경사면(112)을 따라 유동방지 피안내부(114)가 형성되어 있다. 이 유동방지 피안내부(114)는 V홈부재(110)가 V형 마찰접촉부재(130)에 대해 좌우로 상대적인 운동을 할 때 V형 마찰접촉부재(130)의 안내를 받아서 V홈부재(110)와 V형 마찰접촉부재(130) 상호 간에 전후 방향으로 유동이 생기는 것을 방지하는 기능을 하는 것으로, 좌우로 길게 배치된 장공형상을 하고 있다. 이러한 유동방지 피안내부(114)는 뒤에서 설명되는 탄성가압수단(170)의 축부재(171)가 상하로 통과된 상태에서 V홈부재(110)가 도 6과 7에 나타낸 바와 같이 오른쪽 및 왼쪽으로 이동하는 것을 허용한다.

V홈부재(110)와 V형 마찰접촉부재(130) 상호 간의 전후 유동 방지는 때에 따라 뒤에서 설명되는 안내부재(150)를 통해서도 할 수 있다.

위와 같은 V홈부재(110)의 양단은 안내부재(150) 내면의 안내를 받을 수 있도록, 바람직하게 안내부재(150) 내면과 같은 단면으로 구성한다. 이러한 V홈부재(110)의 일단에는 다른 부재에 연결하기 위한 연결부(115)가 설치되어 있다.

도 1과 도 5 내지 7을 통해서 알 수 있는 바와 같이, V형 마찰접촉부재(130)는 좌접촉면(131)과 우접촉면(132)을 가지는 V형 마찰접촉부(133)를 구비한다. 이 V형 마찰접촉부(133)는 도 1에 나타낸 바와 같이 좌경사면(111)과 우경사면(112)의 좌우 중심부에 결합된 상태에서는, 좌접촉면(131)은 좌경사면(111)과 접촉하고, 우접촉면(132)은 우경사면(112)과 접촉한다. 이러한 좌접촉면(131)과 우접촉면(132)은 바람직하게 각각 평면으로 이루어져 있다.

때에 따라 좌접촉면(131)과 우접촉면(132) 역시 좌경사면(111) 및 우경사면(112)에서와 마찬가지로, 그 표면이 전후 방향으로는 곡선을 따라 배치될 수 있다. 하지만, 좌접촉면(131)과 우접촉면(132) 역시, 그 표면은 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치되어야 한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, V형 마찰접촉부재(130)는 양측의 좌접촉면(131)과 양측의 우접촉면(132) 사이에 유동방지 안내부(134)를 가진다. 이 유동방지 안내부(134)는 도 2에 나타낸 V홈부재(110)의 피유동방지 안내부(114)에 결합되어 V홈부재(110)가 좌우로 이동 시 V홈부재(110)의 좌우 이동은 안내하면서 전후방향으로 유동되는 것은 방지하는 기능을 한다.

또한, V형 마찰접촉부재(130)는 탄성가압수단(170)의 축부재(171)가 상하로 통과하는 것을 허용하는 통공(135)을 갖추고 있으며, 축부재(171)의 외주면에 결합한 상태에서 축부재(171)를 따라 상하로 이동 가능케 설치된다.

이러한 V형 마찰접촉부재(130)의 바깥 면은 바람직하게 볼록 원통면(135)으로 이루어져 있고, 뒤에서 설명되는 커버부재(172)의 오목원통면(172a)의 지지를 받는다. 이렇게 하면, V형 마찰접촉부재(130)가 좌우 방향으로 큰 힘을 받을 때, 조금 회동될 수 있게 하여 충격을 완충하면서도, 예를 들어, 도 1의 상태에서 V홈부재(110)가 오른쪽으로 이동할 때, V형 마찰접촉부재(130)는 좌접촉면(131)이 좌경사면(111)에 접촉된 상태로 오른쪽으로 큰 힘을 받을 때 오목원통면(172a)의 오른쪽 측면이 V형 마찰접촉부재(130)의 오른쪽 측면을 받쳐주어서 축부재(171)에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

때에 따라, 볼록 원통면(135)은 볼록 구면으로 형성될 수 있다. 더 나아가 V형 마찰접촉부재(130)의 상면과 커버부재(172)에 형성되는 오목원통면(172a)의 대응면을 평면으로 형성하여 V형 마찰접촉부재(130)가 회동될 수 없게 설치할 수도 있다.

위와 같은 V형 마찰접촉부재(130)로는 탄성가압수단(170)의 압력을 충분히 견딜 수 있는 강도를 가지는 강재로 만들어진 것이 사용될 수 있으나, 고강도의 엔지니어링 플라스틱이 이용될 수 있다. 엔지니어링 플라스틱으로는 초고분자량 피이(UPE)나 나일론(Nylon) 등이 이용될 수 있다. 그 외의 더 자세한 것은 선등록발명 2의 등록특허공보에 자세히 기술되어 있다.

V형 마찰접촉부재(130)로 금속재 대신 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 이용하는 경우, 접촉면에 별도의 미끄럼부재를 설치할 필요가 없다. 그러나 필요에 따라 마찰접촉부의 표면에 미끄럼특성이 다른 종류의 미끄럼부재를 설치하여 사용할 수 있음은 물론이다. V형 마찰접촉부재(130)로 금속재로 된 것을 이용하는 경우, 그 마찰 표면에는 별도의 미끄럼부재를 설치한 것을 사용하는 것이 좋다.

도 1, 3, 6 및 7을 참고하면, 안내부재(150)는 V홈부재(110)의 좌우 이동을 안내하고 탄성가압수단(170)의 설치장소를 제공하며 V홈부재(110)와는 다른 부재에 연결되는 것으로, V홈부재(110) 반대편의 단부에 연결부(151)가 구비된다. 또한 안내부재(150)에는 탄성가압수단(170)의 설치장소를 제공하며 커버부재(172)의 상하 이동을 안내하기 위한 승강안내부(152)가 형성된다. 이 실시 예에서, 승강안내부(152)는 안내부재(150)를 상하로 관통하는 통공형태로 형성된다.

도 1과 도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)는 안내부재(150)에 설치된 상태에서 V형 마찰접촉부재(130)를 V홈부재(110)를 향해 탄성적으로 가압하는 탄성가압수단(170)을 구비한다. 탄성가압수단(170)은 축부재(171), 탄성체(173), 탄성체(173) 바깥쪽에서 축부재(171)에 승강 가능케 결합된 승강부재(174), 승강부재(174)를 탄성체(173)를 향해 가압하는 가압부재(175)를 구비하여 구성된다.

이 실시 예에서, 축부재(171)는 V홈부재(110)와 V형 마찰접촉부재(130)를 상하로 통과하며 V홈부재(110)의 좌우 이동을 허용하여야 한다. 바람직하게, 축부재(171)는 탄성체(173)도 상하로 통과하도록 구성된다. 가압부재(175)는 축부재(171)에 나사 결합되어 승강부재(174)를 탄성체(173)를 향해 가압하는 너트로 구성하는 것이 바람직하다. 너트는 풀림방지를 위해 이중으로 설치되거나 여타의 풀림방지수단을 통해 풀리지 않도록 설치된다.

바람직하게, V형 마찰접촉부재(130), 커버부재(172), 탄성체(173), 승강부재(174) 및 가압부재(175)는 상측과 하측에 각각 설치된다.

탄성체(173)로는 고무경도가 80A ~ 100A의 범위 내에 있는 폴리우레탄으로 된 머스프링(Mass Energy Regulator Spring)이 바람직하지만, 코일 스프링, 접시 스프링 등 여타의 스프링이 이용될 수 있음은 물론이다.

바람직하게, 탄성체(173) 안쪽에서 축부재(171)에 승강 가능케 결합되고 탄성체(173)의 가압력으로 V형 마찰접촉부재(130)를 V홈부재(110)를 향해 가압하기 위한 커버부재(172)가 더 구비된다. 이 커버부재(172)에는 V형 마찰접촉부재(130)의 바깥 면에 대응하여 오목원통면(172a)이 형성되어 있다. 오목원통면(172a) 대신 오목 구면으로 형성될 수 있다. 이 커버부재(172)에도 통공(172b)이 뚫려 있다.

이러한 탄성가압수단(170)은 선등록발명 1과 2의 등록특허공보에 자세히 개시되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)는 V형 마찰접촉부재(130)가 도 6에 나타낸 바와 같이 V홈부재(110)의 좌우 중심부 왼쪽에 있을 때는 좌접촉면(131)만이 좌경사면(111)에 면접촉한 상태로 좌경사면(111)을 탄성적으로 가압한다. 이에 따라 V형 마찰접촉부재(130)는 좌경사면(111)에 대해 V홈부재(110)를 왼쪽으로 이동시켜 원위치로 복귀시키려는 힘을 작용시킨다. 반대로, V형 마찰접촉부재(130)가 도 7에 나타낸 바와 같이 V홈부재(110)의 좌우 중심부 오른쪽에 있을 때는 우접촉면(132)만이 우경사면(112)에 면접촉한 상태로 우경사면(112)을 탄성적으로 가압한다. 이에 따라 V형 마찰접촉부재(130)는 우경사면(112)에 대해 V홈부재(110)를 오른쪽으로 이동시켜 원위치로 복귀시키려는 힘을 작용시킨다.

이에 따라 좌경사면(111)과 좌접촉면(131), 우경사면(112)과 우접촉면(132) 간의 마찰계수가 해당 경사면의 경사도(tan θ)보다 작은 경우, 외력이 제거되거나 문턱 값 이하인 경우 V홈부재(110)는 항상 원위치로 복귀한다. 여기에서, θ는 경사면의 수평면에 대한 경사각도이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 V홈 마찰댐퍼(100)에서는, 외력이 제거되어 원위치로 복귀한 상태에서, V홈부재(110)는 왼쪽 또는 오른쪽으로 소정 크기의 힘(이하, "문턱 값"이라 칭함)을 초과하는 힘이 가해지기 전까지는 움직이지 않는다.

도 8 내지 10은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 마찰계수의 변화에 따른 하중-변위 이력곡선의 변화를 각각 나타낸 그래프로서, 마찰계수가 작은 경우, 적당한 경우, 큰 경우를 차례대로 나타낸 것이다. 도 10은 마찰계수가 경사도보다 큰 경우이다.

선등록발명 1의 도 8, 선등록발명 2의 발명의 상세한 설명 내용 중 그림 20 등에 나타낸 하중-변위 이력곡선은 대략 평행사변형을 이루고 있고, 변위가 0인 좌우 중앙 부위에서의 이력곡선의 변화율은 여타 부분에서의 변화율과 거의 동일한 수준인 반면에,

본 발명에 따른 하중-변위 이력곡선은 변위가 0인 좌우 중앙 부위에서는 마찰계수에 따라 일정 크기의 하중변화가 있기까지 변위가 발생하지 않는 독특한 이력특성을 가진다.

도 8 내지 10에서 T1은 좌경사면(111)에서 원위치로 복귀 후 다시 우경사면(112)을 따라 이동할 때까지 하중 변화의 크기, T2는 우경사면(112)에서 원위치로 복귀 후 다시 좌경사면(111)을 따라 이동할 때까지의 하중 변화의 크기를 나타낸다.

이에 따라 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)는 좌접촉면(131)과 좌경사면(111) 간의 마찰계수는 좌경사면(111)의 경사도보다 작고, 우접촉면(132)과 우경사면(112) 간의 마찰계수는 우경사면(112)의 경사도보다 작게 구성하여 외력이 제거되면 V홈부재(110)를 원위치로 복귀시키는 것은 물론이고, 외력이 위에서 설명한 문턱 값 이하로 되기만 하면 상기 V홈부재를 원위치로 복귀시킬 수 있다.

도 8 내지 10에서 알 수 있는 바와 같이, 즉, 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)는 마찰을 일으키는 부재들 간의 마찰계수를 변화시킴에 따라 다양한 하중-변위 이력특성을 가지도록 설계할 수 있다. 이러한 하중-변위 이력특성은 좌경사면(111)과 우경사면(112)의 경사도를 변화시킴으로서 더 다양한 하중-변위 이력특성을 가지도록 설계할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)를 이용하는 경우, 댐퍼의 사용 환경이나 여건에 따라 거기에 맞게 하중-변위 이력특성을 쉽게 조정하여 설계할 수 있다.

도 11과 12는 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 다른 예를 각각 나타낸 단면도이다.

때에 따라 탄성체(173)는 도 11에 나타낸 바와 같이 상하 양면 중 한쪽에만 설치될 수 있다.

또한, 좌경사면(111)과 우경사면(112) 역시 상하 양면 중 한쪽에만 설치될 수 있다. 나머지는 도 1 내지 10을 통해서 앞에서 설명한 것과 같다.

도 13은 본 발명에 따른 V홈부재의 변형 예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 14는 도 13의 I-I에 따른 단면도, 도 15는 도 14의 변형 예를 나타낸 단면도이다.

때에 따라, 좌경사면(111)과 우경사면(112)은 도 13 내지 14에 나타낸 바와 같이 유동방지 피안내부(114)가 있는 전후 중심부를 향해 경사진 평면으로 구성될 수 있다. 이 경우, V형 마찰접촉부재(130)의 V형 마찰접촉부(133)도 좌경사면(111) 및 우경사면(112)과 대응되는 형상으로 만들어져야 한다. 이렇게 하면 전후 유동이 방지되고, 마찰면적은 증가시킬 수 있다.

또, 때에 따라, 좌경사면(111)과 우경사면(112)은 도 15에 나타낸 바와 같이 유동방지 피안내부(114)가 있는 전후 중심부를 향해 경사진 곡면으로 형성될 수 있다.

나머지는 도 1 내지 10을 통해 앞에서 설명한 것과 같다.

도 16과 17은 V홈부재와 안내부재의 변형 예를 각각 나타낸 사시도이다.

때에 따라, V홈부재(110)에 형성되는 V자형 홈(113)은 좌우 길이 방향 또는 전후 폭 방향으로 2개 이상 설치될 수 있다. 더 나아가 V홈부재(110)에 형성되는 V자형 홈(113)은 도 16에 나타낸 바와 같이 전후 및 좌우로 2개 이상씩 설치될 수 있다. 이들 각각의 V자형 홈(113)에 앞에서 설명한 V형 마찰접촉부재(130)가 설치될 수 있고, 각각의 V자형 홈(113)에 대응하는 위치의 안내부재(150)에 탄성가압수단(170)이 설치될 수 있다. 이렇게 하고자 하는 경우, 안내부재(150)는 도 17에 나타낸 바와 같이 여러 개의 승강안내부(152)가 형성된 것이 사용된다. 그리고 때에 따라, 안내부재(150)의 연결부(151) 반대 측면은 도 17에 나타낸 바와 같이 그 전체가 개방된 상태로 구성될 수 있지만, V홈부재(100)의 연결부(115)만 통과될 수 있는 구멍만 남기고 막혀 있을 수 있다.

도 16과 17은 V자형 홈(113) 등이 좌우와 전후로 2개씩 설치되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 3개 이상씩 설치될 수 있고, 전후 또는 좌우로만 설치하는 것도 가능하다.

나머지는 도 1 내지 7을 통해 앞에서 설명한 것과 같다.

도 18은 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.

때에 따라 V홈부재(110)를 상하로 층상으로 배치하고, 두 V홈부재(110) 사이에 V형 마찰접촉부재(130)를 설치하여 본 발명에 따른 V홈 마찰 댐퍼(100)를 구성할 수 있다. 나머지는 도 1 내지 7을 통해 앞에서 설명한 것과 같다.

이상 설명한 본 발명의 실시 예와 앞에서 언급한 선등록발명 1 및 2의 등록특허공보를 참고하면, 본 발명은 본원의 명세서에서 예시한 실시 형태 이외에도 안내부재를 원통형 실린더 형태로 구성하는 것, V홈부재, V형 마찰접촉부재 등을 전후 및/또는 좌우로 복수개의 조로 설치하거나 상하 이층 이상의 다층으로 배치하여 구성하는 것, 축부재를 안내부재 양측으로 설치하고 탄성부재와 마찰접촉부재 등에 축부재 통과를 위한 통공을 형성하지 않고 구성하는 것 등의 다양한 형태로 변형되어 적용될 수 있음을 알 수 있다.

때에 따라, 좌경사면과 우경사면에 서로 다른 마찰재가 설치될 수 있고, 좌경사면과 우경사면의 경사도도 서로 다르게 구성할 수 있다.

본 발명은 원자력 발전소의 배관을 지지하는 용도로 이용될 가능성이 있고, 기타 교량, 건축구조물이나 차량의 두 구조물 사이에 설치되어 두 구조물 상호 간에 작용하는 충격력을 완충 및 소산시키는 데에 이용될 가능성이 있다.

또한, 본 발명은 도 18에 나타낸 것과 같이 V홈부재와 V형 마찰접촉부재를 상하로 층상으로 복층으로 설치하여 구성할 수 있다. 더 나아가, 안내부재는 좌우로 길게 및/또는 전후로 폭넓게 형성하고, V자형 홈은 좌우 및/또는 전후로 복수개씩 설치하고, V자형 홈 각각에 V형 마찰접촉부재를 설치하고, 대응 위치의 안내부재에 탄성가압수단을 설치하거나 이것을 다시 도 18에 나타낸 것과 같은 형태로 층상으로 설치하면 매우 큰 용량의 마찰 댐퍼가 필요한 곳에 사용될 수 있다.

탄성가압수단으로는 머 스프링(MER Spring)뿐만 아니라 여러 가지 종류의 스프링이 사용될 수 있다.

경사도의 크기와 탄성가압수단의 압축능력을 조정하여 복원능력을 아주 크게 할 수 있어 항상 원위치 복원을 요하는 곳에 매우 유용하다.

특히 건물의 내진보강 또는 고층빌딩의 풍하중 변위 제어에도 적절하게 사용될 수 있고, 발전소 등 플랜트 프로젝트(Plant Project)의 배관 진동 제어에 사용되는 스웨이 브레이스(Sway brace) 대용으로도 적절하게 사용될 수 있다.

100: V홈 마찰 댐퍼 110: V홈부재
111: 좌경사면 112: 우경사면
130: V형 마찰접촉부재 131: 좌접촉면
132: 우접촉면 150: 안내부재
170: 탄성가압수단

Claims (10)

1. 상면과 하면 중 적어도 하나에는 좌경사면(111)과 우경사면(112)이 좌우 중심부에서 만나서 형성하는 오목한 V자형 홈(113)을 가지며, 상기 좌경사면(111)과 상기 우경사면(112)의 표면이 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치된, V홈부재(110);
   상기 좌우 중심부에 결합되어 상기 좌경사면(111)과 접촉하는 좌접촉면(131)과 상기 우경사면(112)과 접촉하는 우접촉면(132)을 가지며, 상기 좌접촉면(131)과 상기 우접촉면(132)의 표면이 좌우 방향으로는 직선을 따라 배치된, V형 마찰접촉부(133)를 구비하는 V형 마찰접촉부재(130);
   상기 V홈부재(110)의 좌우 이동을 안내하는 안내부재(150); 및
   상기 안내부재(150)에 설치되고 상기 V형 마찰접촉부재(130)를 상기 V홈부재(110)를 향해 탄성적으로 가압하는 탄성가압수단(170)을 포함하고,
   상기 V형 마찰접촉부재(130)는 상기 안내부재(150) 또는 상기 탄성가압수단(170)의 안내를 받으며 상하로만 이동될 수 있게 설치된 것을 포함하고,
   상기 V형 마찰접촉부재(130)가 상기 좌우 중심부 왼쪽에 있을 때는 상기 좌접촉면(131)만이 상기 좌경사면(111)에 면접촉한 상태로 상기 좌경사면(111)을 탄성적으로 가압함으로써 상기 V홈부재(110)를 왼쪽으로 이동시키려는 복원력을 제공하고, 상기 V형 마찰접촉부재(130)가 상기 좌우 중심부 오른쪽에 있을 때는 상기 우접촉면(132)만이 상기 우경사면(112)에 면접촉한 상태로 상기 우경사면(112)을 탄성적으로 가압함으로써 상기 V홈부재(110)를 오른쪽으로 이동시키려는 복원력을 제공하고,
   상기 V형 마찰접촉부재(130)는 상기 V홈부재(110)와 상기 안내부재(150) 상호간에 작용하는 외력이 제거되면 상기 V홈부재(110)를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시켜 상기 V홈부재(110)의 상기 좌우 중심부에 위치하는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
2. 제1항에서, 상기 좌접촉면과 상기 좌경사면 간의 마찰계수는 상기 좌경사면의 경사도보다 작고, 상기 우접촉면과 상기 우경사면 간의 마찰계수는 상기 우경사면의 경사도보다 작아서 외력이 제거되면 상기 V홈부재를 원위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
3. 제1항에서, 상기 좌접촉면과 상기 좌경사면 간의 마찰계수는 상기 좌경사면의 경사도보다 작고, 상기 우접촉면과 상기 우경사면 간의 마찰계수는 상기 우경사면의 경사도보다 작아서 외력이 소정 크기의 문턱 값 이하로 되기만 하면 상기 V홈부재를 원위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
4. 제1항에서, 상기 V자형 홈은 상기 V형 홈부재의 상하 양면에 모두 형성되어 있고, 상기 V형 마찰접촉부재는 상하 양면의 상기 V자형 홈에 모두 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
5. 제1항에서, 상기 V홈부재에는 상기 좌경사면과 상기 우경사면을 따라 유동방지 피안내부가 형성되어 있고,
   상기 V형 마찰접촉부재에는 상기 유동방지 피안내부에 결합되어 상기 유동방지 피안내부를 안내하는 유동방지 안내부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
6. 제1항에서, 상기 탄성가압수단은,
   상기 V홈부재와 상기 V형 마찰접촉부재를 상하로 통과하며 상기 V홈부재의 좌우 이동을 허용하는 축부재, 상기 축부재 외주면에 결합되고 상기 V형 마찰접촉부재 바깥쪽으로 배치된 탄성체, 상기 축부재 외주면에 승강 가능케 결합되고 상기 탄성체 바깥쪽에 배치된 승강부재 및 상기 축부재에 결합되어 상기 승강부재를 상기 탄성체를 향해 가압하는 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
7. 제6항에서, 상기 V형 마찰접촉부재의 바깥 면은 볼록 원통면 또는 볼록 구면으로 형성되고, 상기 탄성체와 상기 V형 마찰접촉부재 사이의 상기 축부재 외주면에 승강 가능케 결합되고 상기 볼록 원통면 또는 볼록 구면에 결합되는 오목 원통면 또는 오목 구면이 형성된 커버부재가 설치되고,
   상기 안내부재에는 상기 커버부재의 상하 이동을 안내하기 위한 승강안내부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서, 상기 V형 마찰접촉부재는 엔지니어링 플라스틱으로 되고,
   상기 안내부재와 상기 V홈부재의 단부에는 다른 부재에 연결하기 위한 연결부가 설치된 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서, 상기 V자형 홈, 상기 V형 마찰접촉부재, 상기 탄성가압수단은 전후, 좌우 또는 전후 및 좌우로 복수개씩 설치된 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.
10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서, 상기 V홈부재는 상하로 한 쌍 이상이 설치되고, 상기 V형 마찰접촉부재는 상기 V홈부재의 상기 V자형 홈마다 설치된 것을 특징으로 하는 V홈 마찰 댐퍼.

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