KR101781266B1 - 철도 차륜 방음벽 - Google Patents

Abstract

철도 차륜 방음벽이 개시된다. 철도 차륜 방음벽은 열차의 운행 중 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음을 차단하기 위한 철도 차륜 방음벽으로서, 상기 두 레일 중 제1 레일에 마주하게 배치된 제1 방음벽; 및 상기 두 레일 중 제2 레일에 마주하게 배치된 제2 방음벽을 포함하고, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽은, 상기 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음이 유입될 수 있는 내부공간을 갖도록 구성된 소음차단부재 및 상기 소음차단부재의 앞에 배치되어 상기 소음이 상기 소음차단부재를 향해 이동하도록 유도하는 소음유도부재를 포함하는 방음부재가 다층으로 적층되어 구성되고, 상기 방음부재는 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 각층을 형성하도록 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 높이 방향으로 배열될 때 각층에서 상기 소음유도부재가 상기 두 레일과 인접하는 거리가 조절되는 소정의 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도 차륜 방음벽{RAILROAD WHEELS NOISE BARRIERS}

본 발명은 철도 차륜 방음벽에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 소음감소성능을 갖는 철도 차륜 방음벽에 관한 것이다.

일반적으로 선로는 철도차량이 운행할 수 있도록 노선을 따라 침목의 양측에 고정되는 고정플레이트 상에 서로 대응되게 한쌍의 레일이 설치되어 있다.

특히, 대량 운송이 가능한 육상 교통수단으로서 널리 이용되는 철도는 타 육상 교통수단과 달리 철도차량의 차륜이 철재로 이루어져 있으며, 더욱이 그 중량이 타 육상 운송수단보다 현저하게 크고, 운행속도 역시 상대적으로 고속이기 때문에 철도 차량이 궤도상을 주행할 때 레일과 차륜간의 마찰 및 충격에 의해 소음이 많이 발생하기 때문에 선로 인근에 거주하는 거주자 및 생활하는 시민들에게 많은 불편과 불쾌감을 주는 문제점이 있었다.

더욱이 열차가 이용자가 탑승 대기하는 승강장에 진입할 때나, 도심구간을 통과할 때 소음발생을 줄이기 위해 서행하고 있으나, 열차가 서행하더라도 차륜과 레일의 마찰 및 충격 등에 의해 발생하는 소음으로 인해 선로 인근의 주민 및 열차를 이용하는 이용객들에게 많은 불편함과 불쾌감을 주는 등의 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-0748441호

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 열차의 운행시 발생되는 소음이 열차 하부에서 방사억제 및 소음감소 효율이 증대되고, 환경친화적인 설계 및 사용이 가능하도록 한 철도 차륜 방음벽을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차륜 방음벽은 열차의 운행 중 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음을 차단하기 위한 철도 차륜 방음벽으로서, 상기 두 레일 중 제1 레일에 마주하게 배치된 제1 방음벽; 및 상기 두 레일 중 제2 레일에 마주하게 배치된 제2 방음벽을 포함하고, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽은, 상기 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음이 유입될 수 있는 내부공간을 갖도록 구성된 소음차단부재 및 상기 소음차단부재의 앞에 배치되어 상기 소음이 상기 소음차단부재를 향해 이동하도록 유도하는 소음유도부재를 포함하는 방음부재가 다층으로 적층되어 구성되고, 상기 방음부재는 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 각층을 형성하도록 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 높이 방향으로 배열될 때 각층에서 상기 소음유도부재가 상기 두 레일과 인접하는 거리가 조절되는 소정의 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 방음부재가 배열되는 패턴은, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 가운데로부터 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 상단부 및 하단부로 갈수록 상기 소음유도부재가 상기 두 레일에 더 가깝게 위치하도록 배열될 수 있다.

다른 실시예로, 상기 방음부재가 배열되는 패턴은, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 하단부로부터 상단부로 갈수록 상기 소음유도부재가 상기 두 레일에 더 가깝게 위치하도록 배열될 수 있다.

또 다른 실시예로, 상기 방음부재가 배열되는 패턴은, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 각 층들의 방음부재의 소음유도부재가 상기 두 레일에 동일한 거리로 인접하되 상기 방음부재가 상기 두 레일로부터 소정의 각도로 경사지도록 배열될 수 있다.

상기 소음차단부재는, 상기 두 레일의 길이 방향으로 다수 배열되고, 상기 제1 방음벽 및 제2 방음벽의 높이 방향으로 다수 적층되며, 내부에 소음유입공간이 형성되어 있고, 외부의 소음이 상기 소음유입공간으로 유입되어 감소되는 메인챔버; 상기 메인챔버의 소음유입공간에 배열되어 있고, 상기 메인챔버의 소음유입공간으로 유입된 소음이 단계적으로 통과하면서 소음을 저감시키도록 다수의 소음유입구멍들이 형성된 다공판들; 및 상기 메인챔버의 내부 양측에 길이방향을 따라 길게 형성되어서 다공판들의 양측이 슬라이드 결합되도록 하는 슬롯들을 포함할 수 있다.

외부의 소음이 상기 메인챔버의 소음유입공간으로 유입되도록 다수의 소음유입구멍이 형성되어 있고, 상기 소음유입구멍들은 상기 다공판이 1~10%의 공극율을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 소음유입구멍들은, 입구가 출구보다 더 좁으며, 입구의 시작 부분과 출구의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ~ 1:5일 수 있다.

상기 다공판은 횡단면 형상이 "<" 형태로 절곡되어서 표면적이 증대되도록 구비될 수 있다.

상기 소음유도부재는, 상기 소음차단부재의 앞에 위치하는 플레이트부; 플레이트부에 다수개 형성되어서 유동저항을 감소시키고 열차의 차륜 및 레일 간의 소음을 상기 소음차단부재를 향해 안내하는 소음유도부들로 이루어지고; 소음유도부는, 내부 일측에 플레이트부의 외부면과 직각을 이루도록 형성된 제1 소음유도면과, 플레이트부의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 수직면 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제2 소음유도면과, 제2 소음유도면과 플레이트부의 외부면 사이에 형성되어서 제2 소음유도면에 부딪힌 유동 공기가 와류없이 플레이트부의 외면측으로 흐르도록 안내하는 제3 소음유도면과, 제1 소음유도면과 제2 소음유도면 단부 사이에 형성되어서 제2 소음유도면을 따라 유도되는 소음이 통과되는 소음통과구멍으로 이루어지며; 제1 소음유도면과 제2 소음유도면이 이루는 각도(θ)는 15~60°를 이루고; 차량의 주행에 의해 발생된 유동 공기가 제2 소음유도면에 부딪힌 후 제3 소음유도면을 타고 넘어가도록 배치될 수 있다.

상기 소음통과구멍은, 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm이며, 한개의 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²이며, 플레이트부의 두께(T)는 0.1~2mm이며, 소음통과구멍의 개구율은 m당 0.1~3.0%일 수 있다.

상기 소음유도부재는, 하단부에 첨예부가 형성되고 첨예부는 공구수직면과 공구경사면이 15~60°의 각도(θ)를 이루어서 형성되는 제조공구 준비단계; 두께(T)가 0.1~2mm인 플레이트를 준비하는 평판 준비단계; 플레이트를 프레스 하부로 로딩한 후 세팅하는 세팅단계; 세팅된 플레이트를 제조공구로 펀칭하여서 플레이트에 제1 소음유도면, 제2 소음유도면, 소음통과구멍을 형성시키는 펀칭단계; 펀칭된 플레이트를 다음 공정으로 이송시키는 이송단계; 이송된 플레이트의 불량 여부를 확인하는 검사단계;를 통해 제작될 수 있다.

상기 소음유도부재는 상기 펀칭단계에서, 소음통과구멍의 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 소음통과구멍의 장폭(D)이 2~10mm이며, 소음통과구멍이 차지하는 면적은 0.2~50mm²로 펀칭되어 제작될 수 있다.

본 발명에 따른 철도 차륜 방음벽에 의하면, 소음의 전주파수 대역에서 우수한 소음감소성능을 갖고, 열차의 차륜 및 대차부분을 감싸도록 근접하여 설치되므로 소음이 열차 하부에서 방사억제 및 소음감소 효율이 증대되며, 화학적 소음감소소재를 사용하지 않으므로 환경친화적으로 설계 및 사용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차륜 방음벽의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 2a 및 도 2b는 방음부재가 배열되는 패턴의 제1 실시예를 예시하는 도면들이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 방음부재가 배열되는 패턴의 제2 실시예를 예시하는 도면들이다.
도 4는 방음부재가 배열되는 패턴의 제4 실시예를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 철도 차륜 방음벽의 방음부재의 소음차단부재를 보인 개략적 사시도이다.
도 6은 소음차단부재의 다공판의 다른 실시예를 보인 개략적 평면도이다.
도 7은 본 발명의 철도 차륜 방음벽에 이용되는 소음유도부재를 보인 개략적 부분 사시도이다.
도 8은 도 7의 저면 사시도이다.
도 9는 도 7의 평면도이다.
도 10은 도 7의 부분 절개 사시도이다.
도 11은 도 7의 측단면도이다.
도 12는 도 7에 도시된 소음유도부재가 소음차단부재에 설치된 상태를 보인 개략적 부분 평단면도이다.
도 13은 도 7에 도시된 소음유도부재의 제작에 이용되는 제조공구에 의해 소음유도부재에 소음유도부가 형성된 상태를 보인 부분 확대 측단면도이다.
도 14는 도 7에 도시된 소음유도부재의 제조방법을 보인 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 철도 차륜 방음벽에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차륜 방음벽의 구조를 개략적으로 나타낸 정면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 철도 차륜 방음벽은, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)을 포함한다.

제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)은 두 레일(1, 1')에 마주한다. 예를 들면, 제1 방음벽(10)은 제1 레일(1)에 마주하게 배치되고, 제2 방음벽(20)은 제2 레일(3)에 마주하게 배치된다.

제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)은 다층으로 적층된 방음부재(1000)로 이루어진다. 방음부재(1000)는 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음이 유입될 수 있는 내부공간을 갖도록 구성된 소음차단부재(100) 및 소음차단부재(100)의 앞에 배치되어 소음이 소음차단부재(100)를 향해 이동하도록 유도하는 소음유도부재(200)를 포함한다. 이러한 방음부재(1000)는 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 각층을 형성하도록 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 높이 방향으로 배열될 때 각층에서 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 인접하는 거리가 조절되는 소정의 패턴으로 배열된다.

방음부재(1000)가 배열되는 패턴의 제1 실시예로, 방음부재(1000)는 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 가운데로부터 상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 상단부 및 하단부로 갈수록 상기 소음유도부재(200)가 상기 두 레일(1, 1')에 더 가깝게 위치하도록 배열될 수 있다. 도 1, 도 2a 및 도 2b는 방음부재가 배열되는 패턴의 제1 실시예를 예시하는 도면들이다.

일 예로, 도 1과 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 계단 형태일 수 있다. 이러한 경우, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20) 각각은 5개의 층으로 구성될 수 있다. 이때, 가운데에 위치하는 제3 층의 방음부재(1000)는 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 가장 멀게 위치하는 제1 길이를 갖고, 제 3층 아래의 제2 층 및 제3 층 위의 제4 층의 방음부재(1000)는 제3 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖고, 제4 층 위의 제5 층 및 제2 층 아래의 제1 층의 방음부재(1000)는 제2 층 및 제4 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제2 길이보다 긴 제3 길이를 갖는 패턴으로 배열될 수 있다.

다른 예로, 도 2a와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 삼각 대칭형 형태일 수 있다. 이러한 경우, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20) 각각은 6개의 층으로 구성될 수 있다. 이때, 가운데에 위치하여 서로 대칭되는 제3 층 및 제4 층의 방음부재(1000)는 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 가장 멀게 위치하는 제1 길이를 갖고, 제3 층 아래의 제2 층 및 제4 층 위의 제5 층의 방음부재(1000)는 제3 층 및 제4 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖고, 제2 층 아래의 제1 층 및 제5 층 위의 제6 층의 방음부재(1000)는 제2 층 및 제5 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제2 길이보다 긴 제3 길이를 갖는 패턴으로 배열될 수 있다.

또 다른 예로, 도 2b와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 활 모양 형태일 수 있다. 이러한 경우, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20) 각각은 6개의 층으로 구성될 수 있다. 이때, 가운데에 위치하여 서로 대칭되는 제3 층 및 제4 층의 방음부재(1000)는 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 가장 멀게 위치하는 제1 길이를 갖고, 제3 층 아래의 제2 층 및 제4 층 위의 제5 층의 방음부재(1000)는 제3 층 및 제4 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖고, 제2 층 아래의 제1 층 및 제5 층 위의 제6 층의 방음부재(1000)는 제2 층 및 제5 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 근접하게 위치하도록 상기 제2 길이보다 긴 제3 길이를 갖는 패턴으로 배열될 수 있다.

방음부재(1000)가 배열되는 패턴의 제2 실시예로, 방음부재(1000)는 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 하단부로부터 상단부로 갈수록 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 더 가깝게 위치하도록 배열될 수 있다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 방음부재가 배열되는 패턴의 제2 실시예를 예시하는 도면들이다.

일 예로, 도 3a와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 역삼각형 형태일 수 있다. 다른 예로, 도 3b와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 역 피라미드 형태일 수 있다. 또 다른 예로, 도 3c와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은 반 아치 형태일 수 있다. 도 3a 내지 도 3c를 통해 예시된 각각의 패턴들은, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20) 각각이 4개의 층으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 층의 방음부재(1000)는 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 가장 멀게 위치하는 제1 길이를 갖고, 제2 층의 방음부재(1000)는 제1 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 근접하게 위치하도록 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖고, 제3 층의 방음부재(1000)는 제2 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 근접하게 위치하도록 상기 제2 길이보다 긴 제3 길이를 갖고, 제4 층의 방음부재(1000)는 제3 층보다 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')과 근접하게 위치하도록 상기 제3 길이보다 긴 제4 길이를 갖는 패턴으로 배열될 수 있다.

방음부재(1000)가 배열되는 패턴의 제3 실시예로, 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 각 층들의 방음부재(1000)의 소음유도부재(200)가 두 레일(1, 1')에 동일한 거리로 인접하되 방음부재(1000)가 두 레일(1, 1')로부터 소정의 각도로 경사지도록 배열될 수 있다. 도 4는 방음부재가 배열되는 패턴의 제4 실시예를 예시하는 도면이다.

일 예로, 도 4와 같이 방음부재(1000)가 배열되는 형태는 블레이드 형태일 수 있고, 이러한 경우 방음부재(1000)는 두 레일(1, 1')과 멀어질수록 면적이 증가하는 형태일 수 있다.

이러한 예시된 형태의 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 높이는 두 레일(1, 1')의 높이보다 높고 두 레일(1, 1')을 따라 이동하는 열차의 대차부분(3)을 감쌀 수 있는 높이일 수 있다.

이하에서는 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)을 구성하는 방음부재(1000)의 소음차단부재(100) 및 소음유도부재(200)에 대해 상세히 설명한다.

소음차단부재에 대한 설명

도 5는 본 발명의 철도 차륜 방음벽의 방음부재의 소음차단부재를 보인 개략적 사시도이다.

도 5를 참조하면, 소음차단부재(100)는 메인챔버(110), 다공판(120) 및 슬롯(130)들로 이루어진다.

메인챔버(110)는, 내부에 소음유입공간(111)이 형성되어 있고 소음유입공간(111)으로 외부의 소음이 유입되어서 저감되며, 방음벽을 설치할 차도의 길이방향을 따라 다수 배열될 수 있다.

다공판(120)은, 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)에 배열되어 있고 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)로 유입된 소음이 단계적으로 통과된 후 다시 소음유입공간(111) 밖으로 배출되면서 소음을 저감시키도록 다수의 소음유입구멍(121)들이 형성된다. 이러한 다공판(120)은 슬롯(130)의 폭에 대응되는 폭을 갖도록 구성되어 슬롯(130) 내에 강제 끼움될 수 있다.

슬롯(130)은, 메인챔버(110)의 내부 양측에 길이방향을 따라 길게 형성되어서 다공판(120)들의 양측이 슬라이드 결합되도록 한다.

한편, 다공판(120)에는, 외부의 소음이 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)로 유입되도록 다수의 소음유입구멍(121)이 형성되어 있다. 이 소음유입구멍(121)들은 다공판(120)이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성된다.

다공판(120)의 공극율이 1% 미만일 경우, 외부의 소음이 소음유입공간(111) 내부로 원활히 유입되지 못한다. 다공판(120)의 공극율이 10%를 초과할 경우, 메인챔버(110) 내부의 오염이 증가되고, 빗물 등이 소음유입공간(111) 내부로 유입되는 문제점이 발생된다. 따라서, 소음유입구멍(121)들은 다공판(120)에 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 다공판(120)의 소음유입구멍(121)들은, 입구(121a)가 출구(121b)보다 더 좁다.

따라서 벤투리 효과에 의해 소음이 좁은 입구(121a)를 통과할 때 속도가 빨라지면서 원활하게 유입된다. 그리고 넓은 직경의 출구(121b) 측으로 이송되면서 유속 및 압력이 저하되며 이에 따라 소음이 상쇄된다.

소음유입구멍(121)의 입구(121a)의 시작 부분과 출구(121b)의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5이다.

소음유입구멍(121)의 입구(121a)와 소음유입구멍(121)의 출구(121b)의 단면적비가 1:1.2 미만일 경우, 입구(121a) 및 출구(121b)의 통로 차이가 크지 않아서 소음의 유입 속도 개선 효과가 미미하다.

입구(121a)와 출구(121b)의 면적비가 1:5를 초과할 경우, 소음의 유입 속도는 크게 향상되지 않는 반면에 가공이 그만큼 어렵다. 따라서, 소음유입구멍(121)들의 입구(121a)와 출구(121b)의 면적비가 1:1.2 ∼ 1:5를 유지하는 것이 바람직하다.

이러한 소음차단부재(100)를 이용하면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 외부의 소음이 다수의 다공판(120)들의 소음유입구멍(121)들을 통해 다수의 다공판(120)들을 단계적으로 통과하면서 소음유입공간(111)으로 유입되는 과정에 의해 소음이 점차 감소된다. 따라서 효과적인 소음 감소가 이루어질 수 있다.

둘째, 소음차단부재(100)의 다공판(120)에는, 외부의 소음이 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)로 유입되도록 다수의 소음유입구멍(121)이 형성되어 있으며, 이 소음유입구멍(121)들은 다공판(120)이 1∼10%의 공극율을 갖도록 형성된다.

다공판(120)의 공극율이 1% 미만일 경우, 외부의 소음이 소음유입공간(111) 내부로 원활히 유입되지 못하며, 다공판(120)의 공극율이 10%를 초과할 경우, 고정부(40) 내부의 오염이 증가되고 빗물 등이 소음유입공간(111) 내부로 유입되는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명의 다공판(120)에는 최적의 공극율을 갖도록 소음유입구멍(121)들이 형성되므로 소음감소는 원활하게 이루어지고 외부의 오염이나 빗물의 유입은 최소화된다.

셋째, 본 발명의 소음유입구멍(121)들은, 입구(121a)가 출구(121b)보다 더 좁으며, 입구(121a)의 시작 부분과 출구(121b)의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ∼ 1:5 이다. 입구(121a)와 출구(121b)의 면적비가 1:1.2 미만일 경우, 입구(121a) 및 출구(121b)의 통로 차이가 크지 않아서 소음의 유입 속도 개선 효과가 미미하다. 입구(121a)와 출구(121b)의 면적비가 1:5를 초과할 경우, 소음의 유입 속도는 크게 향상되지 않는 반면에 가공이 어렵다.

따라서, 본 발명은 소음유입구멍(121)들의 입구(121a)와 출구(121b)의 면적비가 1:1.2 ∼ 1:5를 유지하므로 넓은 대역의 소음 저감 효과 및 소음 유입 효과를 향상시킬 수 있다.

도 6은 소음차단부재의 다공판의 다른 실시예를 보인 개략적 평면도이다.

도 6을 참조하면, 다공판(120')의 횡단면 형상이 "<" 형태로 절곡되어 있다. 따라서 다공판(120')의 표면적이 증대되고, 표면적의 증가만큼 소음유입구멍(121')들이 더 형성된다.

그러므로 외부의 소음이 증대된 다공판(120')의 표면적에 최대한 접촉되고, 이에 따라 증대된 표면적만큼 더 많은 갯수의 소음유입구멍(121')들을 통과하며, 이에 따라 소음감소 성능이 그만큼 개선된다.

또한, 다공판(120)의 횡단면 형상이 "<" 형태로 절곡되므로 다공판(120')에 부딪힌 소음이 다공판(120')의 외측으로 퍼지지 않고 다공판(120')의 중앙 측으로 유도되어서 다공판(120')의 표면적 내에 머무르도록 한다.

따라서 소음이 다공판(120')의 소음유입구멍(121')들 측으로 최대한 유도되므로 소음감소 성능이 증대된다.

소음유도부재에 대한 설명

도 7은 본 발명의 철도 차륜 방음벽에 이용되는 소음유도부재를 보인 개략적 부분 사시도이고, 도 8은 도 7의 저면 사시도이며, 도 9는 도 7의 평면도이다. 도 10은 도 7의 부분 절개 사시도이고, 도 11은 도 7의 측단면도이며, 도 12는 도 7에 도시된 소음유도부재가 소음차단부재에 설치된 상태를 보인 개략적 부분 평단면도이다. 도 13은 도 7에 도시된 소음유도부재의 제작에 이용되는 제조공구에 의해 소음유도부재에 소음유도부가 형성된 상태를 보인 부분 확대 측단면도이고, 도 14는 도 7에 도시된 소음유도부재의 제조방법을 보인 순서도이다.

본 발명의 철도 차륜 방음벽의 소음유도부재(200)는 소음차단부재(100)의 앞에 배치된다.

소음유도부재(200)는 플레이트부(210), 소음유도부(220)로 이루어진다.

플레이트부(210)는, 소음차단부재(100)의 앞에 설치된다.

소음유도부(220)는, 플레이트부(210)에 다수개 형성되어서 유동저항을 감소시키고 레일 및 차륜 사이의 발생된 소음을 소음차단부재(100)를 향해 안내한다.

이러한 소음유도부(220)들은, 제1 소음유도면(221), 제2 소음유도면(222), 제3 소음유도면(223), 소음통과구멍(224)으로 이루어진다. 제1 소음유도면(221)은, 내부 일측에 플레이트부(210)의 외부면과 직각을 이루도록 형성된다. 제2 소음유도면(222)은, 플레이트부(210)의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 수직면 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된다. 제3 소음유도면(223), 제2 소음유도면(222)과 플레이트부(210)의 외부면 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 유동 공기가 와류 없이 플레이트부(210)의 외면측으로 흐르도록 안내한다. 소음통과구멍(224)은, 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222) 단부 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)을 따라 유도되는 소음이 통과된다.

이와 같은 소음유도부(220)의 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)는 15~60°를 이룬다. 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도가 15°미만일 경우, 제2 소음유도면(222)의 경사가 너무 급격하다. 이러한 경우 차량의 진행방향을 따라 흐르는 공기가 급격한 제2 소음유도면(222)에 부딪히면서 와류가 발생되며 이에 따라 2차 소음이 발생될 뿐 아니라, 소음이 소음통과구멍(224)으로 유입되는 것을 방해한다.

제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 60°를 초과할 경우, 펀칭 깊이가 충분하게 확보되지 못한다. 따라서 충분한 폭의 소음통과구멍(224)이 확보되지 못하므로 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 출입하지 못하게 된다.

그러므로 본 발명은 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 15~60°를 유지하므로 열차 이동에 의해 발생된 유동 공기가 소음유도부(220)를 만나도 와류가 발생되지 않으며 이에 따라 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 유입된다.

이러한 소음유도부(220)의 소음통과구멍(224)은, 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm이며, 한개의 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²이다. 플레이트부(210)의 두께(T)는 0.1~2mm이며, 소음통과구멍(224)의 개구율은 m²당 0.1~3.0%이다.

본 발명의 소음통과구멍(224) 단폭(d)이 0.1mm 미만이고, 장폭(D)이 2mm 미만일 경우, 충분한 폭의 소음통과구멍(224)이 확보되지 못하므로 차량의 소음이 소음통과구멍(224)으로 원활히 출입되지 못한다.

소음통과구멍(224)의 단폭(d)이 5mm를 초과하고, 장폭(D)이 10mm를 초과할 경우, 소음감소 효과는 크게 개선되지 않는 반면에, 절개 부분이 너무 커져서 외부의 조그만 충격에도 플레이트부(210)가 쉽게 파손되는 문제점이 발생되고, 증가된 단폭(d) 만큼 플레이트부(210)의 두께(T)가 증가되므로 방음구조의 전체 두께가 증가되는 문제점이 발생되며, 외부의 이물질이 플레이트부(210) 내측으로 쉽게 유입되여서 소음차단부재(100)의 다공판(130)을 오염시키는 문제점이 발생된다. 그러므로 소음통과구멍(224)은, 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm가 가장 바람직하다.

도 13은 본 발명의 제조공구(20)로 플레이트부(210)에 소음유도부(220)를 제조하는 상태를 보인 부분 확대 단면도이다. 가이드그릴을 제조하기 위한 상기 제조공구(20)는, 플레이트부(210)의 외부면과 직각을 이루도록 형성된 공구수직면(21)과, 플레이트부(210)의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 공구수직면(21) 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 공구경사면(22)이 형성된다.

공구수직면(21)과 공구경사면(22) 단부 사이에는 공구경사면(22)을 따라 유도되는 소음이 통과되도록 소음통과구멍(224)을 형성시키는 첨예부(23)가 형성된다.

이 첨예부(23)는 공구수직면(21)과 공구경사면(22)이 15~60°의 각도(θ)를 이루어서 형성되어 있다.

공구수직면(21)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 15°미만일 경우, 공구경사면(22)의 경사가 너무 급격하다. 이러한 경우 차량의 진행방향을 따라 흐르는 공기가 급격한 제2 소음유도면(222)에 부딪히면서 와류가 발생되며 이에 따라 2차 소음이 발생될 뿐 아니라, 차량 소음이 소음통과구멍(224)으로 유입되는 것을 방해한다.

공구수직면(21)과 공구경사면(22)이 이루는 각도(θ)가 60°를 초과할 경우, 펀칭 깊이가 충분하게 확보되지 못한다. 따라서 충분한 폭의 소음통과구멍(224)이 확보되지 못하므로 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 출입하지 못하게 된다.

그러므로 본 발명은 공구수직면(21)과 공구경사면(22)이 이루는 각도(θ)가 15~60°를 유지하므로 열차 운행에 의해 발생된 유동 공기가 소음유도부(220)를 만나도 와류가 발생되지 않으며 이에 따라 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 유입된다.

제조공구(20)의 첨예부(23)에는, 마모방지코팅층이 코팅될 수 있다. 이 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 첨예부에 용사되어서 이루어지고, 코팅 두께는 50∼600㎛로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

이 마모방지코팅층은 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 용사되어서 이루어진다.

첨예부(23)의 외면에 세라믹 코팅을 하는 이유는 마모 방지 및 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.

산화크롬(Cr₂O₃)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.

이산화티타늄(TiO₂)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO₂)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO₂)은, 마모방지코팅층이 첨예부(23)의 외면에 확실하게 피복되도록 하며, 마모방지코팅층에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 마모방지코팅층의 손상을 방지시킨다.

여기서, 산화크롬(Cr₂O₃)과 이산화티타늄(TiO₂)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량%에 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.

산화크롬(Cr₂O₃)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr₂O₃)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 첨예부(23)의 외면의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.

이산화티타늄(TiO₂)의 혼합비율이 2∼4중량%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr₂O₃)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO₂)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO₂)은 첨예부(23)의 외면 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 첨예부(23)의 외면이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4중량%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이러한 재료들로 이루어진 코팅층은, 첨예부(23)의 외면의 둘레에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

이러한 마모방지코팅층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 첨예부(23)의 외면의 둘레에 제트분사하여서 50∼600㎛으로 용사한다.

마모방지코팅층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 코팅층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 마모방지코팅층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.

첨예부(23)의 외면에 마모방지코팅층이 코팅되는 동안 첨예부(23)의 외면의 온도는 상승되는데, 가열된 첨예부(23)의 외면의 변형이 방지되도록 첨예부(23)의 외면이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.

마모방지코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO₃)으로 이루어진 실링재가 더 도포될 수 있다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 코팅층 둘레에 도포된다.

무수크롬산(CrO₃)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 코팅 두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 코팅두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 코팅두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.

따라서 첨예부(23)의 외면의 둘레에 내마모성 및 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 첨예부(23)의 외면이 마모되거나 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.

이러한 소음유도부재(200)의 제조방법은, 내부 일측에 플레이트부(210)의 외부면과 직각을 이루도록 형성된 제1 소음유도면(221)과, 플레이트부(210)의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 제1 소음유도면(221) 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제2 소음유도면(222)과, 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222) 단부 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)을 따라 유도되는 소음이 통과되는 소음통과구멍(224)으로 이루어진 소음유도부(220)를 형성시키기 위한 것이다.

이와 같은 소음유도부재(200)의 제조방법은, 하단부에 첨예부(23)가 형성되고 첨예부(23)는 공구수직면(21)과 공구경사면(22)이 15~60°의 각도(θ)를 이루어서 형성되는 제조공구 준비단계(S10)를 갖는다. 제조공구(20)가 준비되면 두께(T)가 0.1~2mm인 플레이트를 준비하는 플레이트 준비단계(S20)를 갖는다. 플레이트가 준비되면, 플레이트를 프레스 하부로 로딩한 후 세팅하는 세팅단계(S30)를 갖는다. 플레이트가 세팅되면, 세팅된 플레이트를 제조공구(20)로 펀칭하여서 플레이트에 제1 소음유도면(221), 제2 소음유도면(222), 소음통과구멍(224)을 형성시키는 펀칭단계(S40)를 갖는다. 펀칭단계(S40) 후, 펀칭된 플레이트를 다음 공정으로 이송시키는 이송단계(S50)를 갖는다. 가공된 플레이트가 이송되면, 이송된 플레이트부(210)의 불량 여부를 확인하는 검사단계(S60)를 갖는다. 검사단계(S60)에서는, 펀칭단계(S40)에서 펀칭된 소음유도부(220)가 소음통과구멍(224)의 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 소음통과구멍(224)의 장폭(D)이 2~10mm이며, 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²로 펀칭되었는지를 확인한다.

이러한 소음유도부재(200) 및 그 제조공구 및 그 제조방법은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 본 발명은 소음유도부(220)가, 내부 일측에 플레이트부(210)의 외부면과 직각을 이루도록 형성된 제1 소음유도면(221)과, 플레이트부(210)의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 제1 소음유도면(221) 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제2 소음유도면(222)과, 제2 소음유도면(222)과 플레이트부(210)의 외부면 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 유동 공기가 와류없이 플레이트부(210)의 외면측으로 흐르도록 안내하는 제3 소음유도면(223)과, 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222) 단부 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)을 따라 유도되는 소음이 통과되는 소음통과구멍(224)으로 이루어진다.

따라서, 열차의 주행에 의해 터널 내부에 발생된 공기의 유동은 소음유도부(220)의 제2 소음유도면(222)에 부딪히게 되고 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 공기는 제2 소음유도면(222)을 따라 미끄러진 후 제3 소음유도면(223)을 타고 플레이트부(210)의 외면을 따라 흐르게 된다.

그러므로 소음유도부(220)의 주변에는 와류가 발생되지 않으며 이에 따라 열차 주행시 차륜 및 레일 사이에 발생된 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 유입되므로 소음감소효과가 극대화된다.

둘째, 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)는 15~60°를 이루고; 열차의 주행에 의해 발생된 유동 공기가 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 후 제3 소음유도면(223)을 타고 넘어가도록 배치된다. 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 15°미만일 경우, 제2 소음유도면(222)의 경사가 너무 급격하다. 이러한 경우 열차의 진행방향을 따라 흐르는 공기가 급격한 제2 소음유도면(222)에 부딪히면서 와류가 발생되며 이에 따라 2차 소음이 발생될 뿐 아니라, 열차 소음이 소음통과구멍(224)으로 유입되는 것을 방해한다. 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 60°를 초과할 경우, 펀칭깊이가 충분하게 확보되지 못한다.

따라서 충분한 폭의 소음통과구멍(224)이 확보되지 못하므로 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 출입하지 못하게 된다.

그러므로 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)가 15~60°를 유지하므로 열차에 의해 발생된 유동 공기가 소음유도부(220)를 만나도 와류가 발생되지 않으며 이에 따라 소음이 소음통과구멍(224)으로 원할히 유입된다.

셋째, 소음통과구멍(224)은, 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm이며, 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²이고, 플레이트부(210)의 두께(T)는 0.1~2mm이며, 소음통과구멍(224)의 개구율은 m²당 0.1~3.0%이다. 소음통과구멍(224)의 단폭(d)이 0.1mm 미만이고, 장폭(D)이 2mm 미만일 경우, 충분한 폭의 소음통과구멍(224)이 확보되지 못하므로 소음이 소음통과구멍(224)으로 원활히 출입되지 못한다.

소음통과구멍(224)의 단폭(d)이 5mm를 초과하고, 장폭(D)이 10mm를 초과할 경우, 소음감소 효과는 크게 개선되지 않는 반면에, 절개 부분이 너무 커져서 외부의 조그만 충격에도 플레이트부(210)가 쉽게 파손되는 문제점이 발생되고, 증가된 단폭(d) 만큼 플레이트부(210)의 두께(T)가 증가되므로 방음구조의 전체 두께가 증가되는 문제점이 발생되며, 외부의 이물질이 플레이트부(210) 내측으로 쉽게 유입되여서 소음차단부재(100)의 다공판(130)을 오염시키는 문제점이 발생된다.

그러므로 소음통과구멍(224)은, 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm가 가장 바람직하다.

넷째, 제조공구(20)의 첨예부(23)에는, 마모방지코팅층이 코팅되며, 이 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 첨예부에 용사되어서 이루어지고, 코팅 두께는 50∼600㎛로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.

따라서, 첨예부(23)의 외면의 둘레에 내마모성 및 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 첨예부(23)의 외면이 마모되거나 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 제조공구(20)의 수명이 연장된다.

한편, 제조공구(20)는 노듈러주철로 이루어질 수 있다. 이 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.

노듈러주철은, 일반 회주철의 용탕에 마그네슘 등을 첨가하여 응고과정에서 흑연이 구상으로 정출된 주철이므로 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이다. 이러한 노듈러주철은 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.

본 발명의 제조공구(20)는, 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.

여기서, 노듈러주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.

용융된 노듈러주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7중량% 정도가 적합하다.

용융된 노듈러주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상

화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.

이와 같이 본 발명의 제조공구(20)가 노듈러주철로 이루어지므로 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.

또한, 플레이트부(210)의 둘레에는 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅될 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.

상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다.

상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다. 상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다. 또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.

또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 에틸렌 20~50중량%을 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물에 내충격적 특성을 부여하고 미세 분산이 가능하여 내백화성 및 투명성을 동시에 부여하는 역할을 한다. 이러한 에틸렌 함량은 바람직하게는 20~40중량%일 수 있으며, 20중량% 미만이면 내충격성이 저하되고 50중량%를 초과하면 내충격성 및 내백화성이 저하될 수 있다.

이러한 소음유도부재(200)의 플레이트부(210)의 둘레에 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅되므로 외부의 충격에도 쉽게 파손되지 않으며, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.

도 10은 본 발명의 철도 차륜 방음벽의 배치 구조에서 소음차단부재의 각 길이에 따른 소음감소효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 철도 차륜 방음벽의 배치 구조에서 소음차단부재는 길이에 따라 서로 다른 주파수 대역의 소음을 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

즉, 도 10과 같이 가장 긴 길이를 갖는 제1 길이의 소음차단부재(100)는 저주파수 대역의 소음을 감소시키고, 제1 길이보다 짧은 제2 길이 및 제3 길이의 소음차단부재(100)는 고주파수 대역의 소음을 감소시키는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 철도 차륜 방음벽의 배치 구조에 의하면 소음의 전주파수 대역에서 우수한 소음감소성능을 갖는다.

또한, 본 발명의 철도 차륜 방음벽은 열차의 차륜 및 대차부분을 감싸도록 근접하여 설치되므로 소음이 열차 하부에서 방사억제 및 소음감소 효율이 증대된다.

또한, 본 발명의 철도 차륜 방음벽은 화학적 소음감소소재를 사용하지 않으므로 환경친화적으로 설계 및 사용이 가능하다.

한편, 본 발명의 제1,2 방음벽(10, 20)은 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성될 수 있으며, 이러한 제1,2 방음벽(10,20)이 철도차량의 매연, 먼지, 오염물질 등으로부터 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 코팅재료로 코팅층이 형성되어 있다. 이 코팅층은 알루미나 분말 60중량%, NH₄Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.

상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 NH₄Cl은 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식, 구리 및 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH₄Cl은 30중량% 첨가된다. NH₄Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식 구리 및 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH₄Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH₄Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 구리는 상기 알루미늄과 조합하여 금속의 경도 및 인장강도를 높이게 된다. 이러한 구리는 2.5중량% 혼합된다. 구리의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 알루미늄과 조합될시 금속의 경도 및 인장강도를 제대로 높이지 못하게 된다. 반면에 구리의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 구리는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 코팅재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.

이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 코팅재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제1,2 방음벽(10, 20) 표면코팅방법은 다음과 같다.

코팅층이 형성되어야 할 모재와 상기 구성으로 배합된 코팅재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 모재의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.

상기 단계를 수행하여 증기 상태의 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 알루미늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 모재의 표면에 침투하여 코팅층이 형성된다.

코팅층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 코팅 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 모재의 표면에는 부식 방지용 코팅층이 형성되어 모재의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 모재 표면의 코팅층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.

본 발명의 코팅층은 다음과 같은 장점이 있다.

본 발명의 코팅층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 코팅, 스프레이 페인팅, 딥 코팅, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.

본 발명의 코팅층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 코팅이 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 코팅층의 상부에 도포될 수 있다.

성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 코팅 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어,긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 코팅)용 프라이머로 제공될 수 있다.

이러한 본 발명은 본 발명의 제1,2 방음벽(10, 20)이 아연도 강판 또는 알루미늄 소재 등의 재질로 구성되고, 이와 같은 재질의 제1,2 방음벽(10,20)에 알루미나 분말, NH₄Cl, 아연, 구리, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 코팅층이 코팅되므로 철도차량의 매연, 먼지, 오염물질 등으로부터 제1,2 방음벽(10, 20)의 표면의 부식현상을 방지시킬 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

1, 1' : 레일 10 : 제1 방음벽
20 : 제2 방음벽 100 : 소음차단부재
200 : 소음유도부재 1000 : 방음부재

Claims (12)

1. 열차의 운행 중 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음을 차단하기 위한 철도 차륜 방음벽으로서,
   상기 두 레일 중 제1 레일(1)에 마주하게 배치된 제1 방음벽(10); 및
   상기 두 레일 중 제2 레일(1')에 마주하게 배치된 제2 방음벽(20)을 포함하고,
   상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)은, 상기 차륜과 레일 사이에서 발생하는 소음이 유입될 수 있는 내부공간을 갖도록 구성된 소음차단부재(100) 및 상기 소음차단부재(100)의 앞에 배치되어 상기 소음이 상기 소음차단부재(100)를 향해 이동하도록 유도하는 소음유도부재(200)를 포함하는 방음부재(1000)가 다층으로 적층되어 구성되고,
   상기 방음부재(1000)는 상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 각층을 형성하도록상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 높이 방향으로 배열될 때 각층에서 상기 소음유도부재(200)가 상기 두 레일(1, 1')과 인접하는 거리가 조절되는 소정의 패턴으로 배열되고;
   제조공구(20)에 형성된 첨예부(23)에는, 마모방지코팅층이 코팅되되, 상기 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr₂O₃) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO₂) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 첨예부에 용사되어서 이루어지고, 코팅 두께는 50∼600㎛로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅되며;
   상기 마모방지코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO₃)으로 이루어진 실링재가 도포되되, 상기 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 이고;
   제조공구(20)는 노듈러주철로 이루어지되, 상기 노듈러주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어지며;
   소음차단부재(100)의 앞에 설치되는 소음유도부재(200)의 플레이트부(210) 둘레에는 폴리프로필렌 수지 조성물이 코팅되되, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함하며;
   제1,2 방음벽(10, 20)은 금속재의 표면 코팅재료로 코팅층이 형성되되, 상기 코팅층은 알루미나 분말 60중량%, NH₄Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성되고;
   상기 코팅층이 형성되어야 할 제1,2 방음벽(10, 20)과 상기 구성으로 배합된 코팅재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 제1,2 방음벽(10, 20)의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시키며, 상기 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은,
   상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 가운데로부터 상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 상단부 및 하단부로 갈수록 상기 소음유도부재(200)가 상기 두 레일(1, 1')에 더 가깝게 위치하도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은,
   상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 하단부로부터 상단부로 갈수록 상기 소음유도부재(200)가 상기 두 레일(1, 1')에 더 가깝게 위치하도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
4. 제1항에 있어서,
   상기 방음부재(1000)가 배열되는 패턴은,
   상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 각 층들의 방음부재(1000)의 소음유도부재(200)가 상기 두 레일(1, 1')에 동일한 거리로 인접하되 상기 방음부재(1000)가 상기 두 레일(1, 1')로부터 소정의 각도로 경사지도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
5. 제1항에 있어서,
   상기 소음차단부재(100)는,
   상기 두 레일(1, 1')의 길이 방향으로 다수 배열되고, 상기 제1 방음벽(10) 및 제2 방음벽(20)의 높이 방향으로 다수 적층되며, 내부에 소음유입공간(111)이 형성되어 있고, 외부의 소음이 상기 소음유입공간(111)으로 유입되어 감소되는 메인챔버(110);
   상기 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)에 배열되어 있고, 상기 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)으로 유입된 소음이 단계적으로 통과하면서 소음을 저감시키도록 다수의 소음유입구멍(121, 121')들이 형성된 다공판(120, 120')들; 및
   상기 메인챔버(110)의 내부 양측에 길이방향을 따라 길게 형성되어서 다공판(120, 120')들의 양측이 슬라이드 결합되도록 하는 슬롯(130)들을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
6. 제5항에 있어서,
   외부의 소음이 상기 메인챔버(110)의 소음유입공간(111)으로 유입되도록 다수의 소음유입구멍(121)이 형성되어 있고,
   상기 소음유입구멍(121)들은 상기 다공판(120)이 1~10%의 공극율을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
7. 제5항에 있어서,
   상기 소음유입구멍(121)들은,
   입구(121a)가 출구(121b)보다 더 좁으며, 입구(121a)의 시작 부분과 출구(121b)의 끝나는 부분의 단면적비는, 1:1.2 ~ 1:5인 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
8. 제5항에 있어서,
   상기 다공판(120')은 횡단면 형상이 "<" 형태로 절곡되어서 표면적이 증대되도록 구비된 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
9. 제1항에 있어서,
   상기 소음유도부재(200)는,
   상기 소음차단부재(100)의 앞에 위치하는 플레이트부(210);
   플레이트부(210)에 다수개 형성되어서 유동저항을 감소시키고 열차의 차륜 및 레일 간의 소음을 상기 소음차단부재(100)를 향해 안내하는 소음유도부(220)들로 이루어지고;
   소음유도부(220)는,
   내부 일측에 플레이트부(210)의 외부면과 직각을 이루도록 형성된 제1 소음유도면(221)과, 플레이트부(210)의 외부면에 대해 경사지게 형성되어 있고 수직면 측으로 갈수록 하향 경사지게 형성된 제2 소음유도면(222)과, 제2 소음유도면(222)과 플레이트부(210)의 외부면 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 유동 공기가 와류없이 플레이트부(210)의 외면측으로 흐르도록 안내하는 제3 소음유도면(223)과, 제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222) 단부 사이에 형성되어서 제2 소음유도면(222)을 따라 유도되는 소음이 통과되는 소음통과구멍(224)으로 이루어지며;
   제1 소음유도면(221)과 제2 소음유도면(222)이 이루는 각도(θ)는 15~60°를 이루고;
   차량의 주행에 의해 발생된 유동 공기가 제2 소음유도면(222)에 부딪힌 후 제3 소음유도면(223)을 타고 넘어가도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
   철도 차륜 방음벽.
10. 제9항에 있어서,
    상기 소음통과구멍(224)은,
    단폭(d)이 0.1~5mm이고, 장폭(D)이 2~10mm이며,
    한개의 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²이며,
    플레이트부(210)의 두께(T)는 0.1~2mm이며,
    소음통과구멍(224)의 개구율은 m당 0.1~3.0%인 것을 특징으로 하는,
    철도 차륜 방음벽.
11. 제9항에 있어서,
    상기 소음유도부재(200)는,
    하단부에 첨예부(23)가 형성되고 첨예부(23)는 공구수직면(21)과 공구경사면(22)이 15~60°의 각도(θ)를 이루어서 형성되는 제조공구 준비단계(S10);
    두께(T)가 0.1~2mm인 플레이트를 준비하는 평판 준비단계(S20);
    플레이트를 프레스 하부로 로딩한 후 세팅하는 세팅단계(S30);
    세팅된 플레이트를 제조공구로 펀칭하여서 플레이트에 제1 소음유도면(221), 제2 소음유도면(222), 소음통과구멍(224)을 형성시키는 펀칭단계(S40);
    펀칭된 플레이트를 다음 공정으로 이송시키는 이송단계(S50);
    이송된 플레이트의 불량 여부를 확인하는 검사단계(S60);를 통해 제작되는 것을 특징으로 하는,
    철도 차륜 방음벽.
12. 제11항에 있어서,
    상기 소음유도부재(200)는 상기 펀칭단계(S40)에서,
    소음통과구멍(224)의 단폭(d)이 0.1~5mm이고, 소음통과구멍(224)의 장폭(D)이 2~10mm이며, 소음통과구멍(224)이 차지하는 면적은 0.2~50mm²로 펀칭되어 제작되는 것을 특징으로 하는,
    철도 차륜 방음벽.

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