KR101787657B1 - 방진 에어마운트 - Google Patents

Abstract

링형철편을 인서트시킨 지지구조물을 구현하여 수직하중을 보강하고, 진동에 의한 변형시 좌굴현상을 막고 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시키고 우수한 복원력을 구현하여 방진대상물의 안정적인 방진효과를 달성할 수 있도록 개선된 방진 에어마운트가 개시된다.

Description

방진 에어마운트{Anti-vibration air mount}

본 발명은 방진 에어마운트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 링형철편을 인서트시킨 지지구조물을 구현하여 수직하중을 보강하고, 진동에 의한 변형시 좌굴현상을 막고 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시키고 우수한 복원력을 구현하여 방진대상물의 안정적인 방진효과를 달성할 수 있도록 개선된 방진 에어마운트에 관한 것이다.

일반적으로, 기계의 방진은 기계를 고무 패드, 고무 마운트, 스프링 마운트, 에어 마운트 등으로 탄성 지지하여 기계 작동시 발생하는 가진력이 구조체로 전달되는 것을 차단하거나, 또는 그 역으로 주변 진동이 보호대상의 기계로 전달되는 것을 차단하는 방법이다.

모든 탄성 재료는 모두 방진 재료로 사용될 수 있는데, 탄성 재료 중에서 금속스프링은 선형성이 뛰어나고 물성이 온도 등의 주변 환경에 거의 영향을 받지 않으므로 설계시 방진효과를 비교적 정확히 예측할 수 있고, 방진효과 또한 확실히 유지된다.

그리고 2Hz 정도의 비교적 낮은 고유진동수를 가지는 방진시스템을 구성할 수 있으므로 비교적 높은 방진효율을 얻을 수 있어 일반적인 기계의 방진에 가장 보편적으로 이용된다. 그러나 스프링 자체의 진동인 서징 현상으로 고주파 진동은 잘 차단되지 않아 구조전달음이 발생할 수 있고, 재료 자체의 감쇠율이 낮아 과도 응답 시간이 길고 공진시 진동이 크게 증폭되며, 스프링을 기계와 그 기계가 설치되는 구조체에 고정하기가 어렵고, 지지 상태가 불안정하다.

탄성 재료 중에서 고무는 다양한 형상으로 만들 수 있고, 금속과 부착성이 우수하여 타 부위와 고정이 용이하다. 그리고 재료 내부 감쇠율이 상당히 크므로 공진시 진동의 증폭이 크지 않고 과도 응답 시간이 짧으며, 서징이 발생하지 않는다.

그러나 통상적인 고무 마운트의 경우 스프링상수를 일정 이하로 낮출 수가 없어 방진효율이 낮고 재료의 물성이 시간과 외부환경에 따라 변하여 특히, 반도체 장비에서 방진효과가 일정하지 못하다.

다른 산업 분야의 적용예로, 자동차의 엔진마운트는 파워 프랜트 위치 확보 기능 및 유동제어 기능과 진동 소음 절연 기능을 요구하고 있는데, 주행시 불규칙한 노면에서 발생하는 충격을 차체에 전달되는 것을 최소화하고 자동차의 승차감, 주행 안정성을 높이기 위한 중요한 부품이기 때문이다.

이러한 엔진마운트는 엔진의 위치 확보와 진동 전달을 억제하기 위해 동배율(동특성/정특성)이 적을수록 유리하며, 감쇄성은 클수록 유리하다. 또한, 엔진마운트 특성상 엔진과 주행시 노면에서 발생되는 진동으로 인해 내피로성이 요구된다. 즉, 자동차의 주행 중에는 반복적인 대하중이 입력되므로 이를 견디기 위한 고무의 내구성이 동시에 요구되어 진다.

이와 같은 중요성에도 불구하고, 현재 사용되고 있는 반도체 장비용 방진 에어마운트는 앞서 설명한 바와 같이 고무로만 이루어져 있기 때문에 상술한 문제 뿐만 아니라, 방진부재가 수직하중을 충분히 담보할 수 없어 수평하중이 동시에 발생하게 되면 좌굴되면서 복원력이 급격히 떨어져 방진 효과를 얻을 수 없는 한계에 봉착해 있다.

대한민국 등록특허 제10-0685166호(2007.02.14.) '메탈벨로우즈가 부착된 고효율 방진 에어 마운트' 대한민국 등록특허 제10-1362928호(2014.02.07.) '에어스프링 방진기' 대한민국 공개특허 제10-2015-0026643호(2015.03.11.) '캐빈형 작업차의 방진 마운트'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 링형철편을 인서트시킨 지지구조물을 구현하여 수직하중을 보강하고, 진동에 의한 변형시 좌굴현상을 막고 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시키고 우수한 복원력을 구현하여 방진대상물의 안정적인 방진효과를 달성할 수 있도록 개선된 방진 에어마운트를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 판상의 스틸 플레이트로서 외측에는 마개에 의해 밀폐되는 공기공급공이 형성되고 내측에는 공기충진공이 형성되고 상기 공기공급공과 공기충진공 사이에는 공기연통공이 형성되는 베이스판과; 내부에는 링형철편이 상하방향으로 일정간격 이격되게 내장된 기둥과, 상기 기둥의 상측을 마감하되 중앙에는 결합홈이 요입형성되는 상판으로 구성되어, 상기 기둥의 바닥이 상기 베이스판의 상면에 안착 고정되어 내부에는 상기 공기공급공을 통해 공급된 공기가 공기충진공을 통해 배출되는 공기가 충진되는 에어공간이 형성되는 방진부재와; 상기 결합홈에 안착고정되며, 체결볼트를 통해 방진대상물을 고정하는 체결구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 방진 에어마운트를 제공함으로써 달성될 수 있다.

여기서, 상기 링형철편은 상하로 엇갈린 요철이 형성된 구조를 갖되, 상하로 엇갈린 요철은 링형철편에 소정 간격을 두고 다수 군데를 'ㄷ'자 형상으로 절단하고 절단된 안쪽 부분을 교번적으로 상방향과 하방향으로 절곡하여 형성되게 구성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 방진부재는 방진부재 성형용 조성물로 성형하되, 상기 방진부재 성형용 조성물은 SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5-4.5중량%와, SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 4.5-6.5중량%와, 소듐라우릴 설페이트 0.5-1.0중량%와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10-14중량%와, 애타풀자이트(attapulgite) 2.5-3.5중량%와, 폴리부텐(Polybutene) 0.5-1.0중량%와, 톨루엔에 용해된 DMAP(dimethylaminopyridine) 2.5-4.5중량% 및 나머지 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방진 에어마운트는 링형철편을 인서트시킨 지지구조물을 구현하여 수직하중을 보강하고, 진동에 의한 변형시 좌굴현상을 막고 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시키고 우수한 복원력을 구현하여 방진대상물의 안정적인 방진효과를 달성할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방진 에어마운트의 예시적인 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방진 에어마운트의 사용상태를 보인 예시적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 링형철편의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방진 에어마운트는 베이스판(110)을 포함하며, 주로 반도체 장비의 방진에 사용된다.

상기 베이스판(110)은 스틸 플레이트로 성형되며, 외측에는 마개(114)에 의해 밀폐되는 공기공급공(111)이 형성되고 내측에는 공기충진공(112)이 형성되고 상기 공기공급공(111)과 공기충진공(112) 사이에는 공기연통공(113)이 형성된다. 또한, 베이스판의 모서리에는 고정공(115)가 형성되어 설치면에 고정될 수 있도록 구성된다.

상기 방진부재(120)는 기둥(121)과 상판(123)으로 구성된다.

상기 기둥(121)은 내부에 링형철편(122)이 상하방향으로 일정간격 이격되게 내장되며, 기둥의 바닥이 상기 베이스판(110)의 상면에 안착 고정된다. 상기 상판(123)은 기둥(121)의 상측을 마감하되 중앙에는 결합홈(124)이 요입형성되게 형성된다. 이와 같은 방진부재는 내부에는 공기가 충진될 수 있는 에어공간(A)이 형성된다.

따라서, 상기 공기공급공(111)을 통해 공급된 후 공기연통공(113)을 경우한 다음 공기충진공(114)을 통해 배출되는 공기가 방진부재의 에어공간(A)으로 충진된다.

상기 체결구(130)는 방진부재의 결합홈(121)에 안착고정된다. 또한, 상기 체결구(130)에는 체결홈(131)이 형성되고, 체결홈(131)에는 체결볼트(B)가 체결됨으로써 방진대상물(200)을 결속하게 된다. 즉, 상기 체결구(130)는 방진대상물(200)을 고정하여 방진대상물(200)이 방진부재(120)의 개재하에 베이스판(110) 상에 구속된 형태를 이루도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 방진 에어마운트의 작용을 설명한다.

본 발명에 따른 방진 에어마운트는 방진부재 내부의 에어공간의 충진된 공기량을 통해 지지하중의 변화시킬 수 있다. 즉, 지지하중에 따라 에어공간의 공기량을 조절함으로써 적절한 댐퍼기능을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 방진부재(120)가 단순한 고무로만 이루어지던 종래 구조를 과감하게 탈피하여 방진부재(120)의 기둥 내부에 링형철편(140)을 인서트 성형함으로써 방진대상물(200)이 수직방향으로 가하는 수직하중을 보다 잘 견디도록 보강함과 동시에 수평방향으로 변형이 발생했을 때 고무가 쉽게 좌굴되지 않으면서 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시키고 우수한 복원력을 구현할 수 있다.

한편, 도4에 도시된 바와 같이 상기 링형철편(122)에 있어 상하로 엇갈려 요철(122-1)이 형성된 구조를 갖게 함으로써 탄성복원력을 더욱더 높일 수 있다. 상하로 엇갈린 요철(122-1)은 링형철편(122)에 소정 간격을 두고 다수 군데를 'ㄷ'자 형상으로 절단하고 절단된 안쪽 부분을 교번적으로 상방향과 하방향으로 절곡함으로써 형성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방진부재(120)는 인서트 성형된 링형철판(122)의 영향으로 수직하중을 보강하고 수평하중에 대해서는 수평강성을 낮추어서 수평진동저감도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 방진 에어마운트 등에서 흔히 사용하는 EPDM을 사용하지 않으면서도 충분한 내열특성과 탄성완충력을 제공하도록 구성된다.

EPDM은 불포화도가 적기 때문에 가황속도가 느려 방진부재(120)의 형상 구현성과 피로성능 및 동특성이 떨어지는 단점이 있다. 때문에, 방진 에어마운트 등에 적용하기 위해서는 복잡한 개질을 요구하지만, 본 발명에서는 EPDM 자체를 사용하지 않기 때문에 그러한 개질이 필요하지 않게 된다.

본 발명에서는 방진부재(120)의 주원료로 클로로프렌의 중합체로 된 고분자 화합물인 폴리클로로프렌(polychloroprene)을 사용한다.

상기 폴리클로로프렌은 내구성·내오존성·내열성·내약품성이 우수한 소재이다.

본 발명에서는 이러한 폴리클로로프렌에 탄성복원력을 강화시키면서 피로한계를 높여 열화가 주기를 길게 하여 장수명화를 달성할 수 있도록 방진부재 성형용 조성물을 다음과 같이 구성한다.

즉, 본 발명에 따른 방진부재 성형용 조성물은 SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5-4.5중량%와, SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 4.5-6.5중량%와, 소듐라우릴 설페이트 0.5-1.0중량%와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10-14중량%와, 애타풀자이트(attapulgite) 2.5-3.5중량%와, 폴리부텐(Polybutene) 0.5-1.0중량%와, 톨루엔에 용해된 DMAP(dimethylaminopyridine) 2.5-4.5중량% 및 나머지 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 이루어진다.

이때, 상기 SBS(styrene-butadiene-styrene)는 중앙의 폴리부타디엔 부분에 폴리스티렌 부분이 부착된 블록 형태의 중합체로서, SBS 고분자 사슬이 망상조직을 형성하여 전달되는 수직하중 또는 수평하중에 의한 응력을 흡수 및 완화시키는 역할을 하며, 스프링과 같은 탄성체 역할을 하여 탄성복원력을 강화시키게 된다.

다만, 4.5중량%를 초과하게 되면 탄성력을 좋아지지만 성형성을 떨어뜨리고, 2.5중량% 미만으로 첨가되면 원하는 탄성력을 얻기 어려우므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

그리고, 상기 SBR(Styrene-Butadiene Rubber)은 스티렌과 부타디엔으로 이루어진 합성고무공중합체로서 좋은 접착력과 마모 저항성 및 노화 안정성을 가진 물질로서, 대표적인 예로 라텍스를 들 수 있다.

이러한 SBR은 연화점을 높이며 신도는 크게 하고 고온에서 점도를 증가시켜 내열성을 강화시키지만 에멀젼상태로 배합시 기포때문에 문제가 될 수 있으므로 상기 범위로 한정하되, 반드시 소포제인 소듐라우릴 설페이트를 함께 첨가해야 한다.

다만, 소포제의 경우 과량 첨가시 조성물의 분산성이 나빠질 수 있으므로 SBR의 소포성만 유지할 수 있도록 상기 범위로 미량 첨가되어야 한다.

그리고, 상기 F-T 왁스는 방진부재(120)가 저온에서도 충분한 탄성력을 확보할 수 있도록 하기 위해 2,000-5,500Da의 분자량과, 130℃ 기준 350CP-800CP의 점도 및 0.9-0.95의 밀도를 갖는 것으로 특정해야 하며, SBS 분자의 온도 가역성 교차 연결을 약하게 하여 탄성력을 저하시키지 않도록 상기 범위로 한정되어야 한다.

또한, 상기 애타풀자이트(attapulgite)는 섬유상으로서 내열성과 탄성력 강화를 위해 첨가되는데, 3.5중량%를 초과하면 교반성을 저하시키고 2.5중량% 미만으로 첨가되면 내열성과 탄성력 강화를 저해하므로 상기 범위로 한정되어야 한다.

뿐만 아니라, 상기 폴리부텐(Polybutene)은 자외선에 대한 내변성과 내변색성을 강화시키기 위해 첨가되는 것으로, 독성이 있기 때문에 상기 범위로 한정되어야 한다.

아울러, 상기 톨루엔에 용해된 DMAP(dimethylaminopyridine)는 경화반응을 촉진하면서 고열팽창을 억제하고 조성물들끼리의 바인딩성을 강화시키기 위해 상기 범위로 한정하여 첨가된다.

이렇게 조성하게 되면, 본 발명에 따른 방진부재(120)는 통념의 EPDM을 사용하지 않고도 원하는 내열성과 탄성복원력을 갖도록 구현될 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에서는 상기 방진부재 성형용 조성물에, 상기 폴리클로로프렌 100중량부를 기준으로 포타슘실리케이트(Potassium Silicate) 1.5-2.5중량부와, 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane) 2.5-4.5중량부와, 폴리올레핀엘라스토머(POE)와 메탈로센폴리에틸렌(mLLDPE)이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 6.5-10.5중량부를 더 첨가할 수 있다.

이때, 상기 포타슘실리케이트(Potassium Silicate)는 무기질로서 내열성은 물론, 특히 결로 및 그에 따른 곰팡이 번식 억제력을 구현하는데도 기여하기 위해 첨가된다. 다만, 2.5중량%를 초과하면 점성이 커져 배합 및 성형성이 악화되고, 1.5중량% 미만으로 첨가되면 곰팡이 번식 억제력이 떨어지므로 상기 범위로 한정해야 한다.

또한, 상기 옥타메틸사이클로테트라실록산(octamethylcyclotetrasiloxane)은 방수성 유기물로서, 방진부재(120)의 내습성을 강화하고, 오염방지성을 높여 열화를 방지함으로써 장수명화에 기여하기 위해 첨가된다. 다만, 4.5중량%를 초과하면 점도가 급격히 증가하고, 2.5중량% 미만으로 첨가되면 방수성을 유지하기 어렵기 때문에 상기 범위로 한정해야 한다.

아울러, 상기 폴리올레핀엘라스토머(POE)와 메탈로센폴리에틸렌(mLLDPE)이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물은 신율과 인장력 및 인열강도 확보를 위해 첨가되는 것으로, 상호 혼합비율이 맞지 않으면 연신과 파단신율을 적절하게 유지할 수 없어 피로강도가 떨어저 열화를 억제하기 어렵기 때문에 상기 범위로 한정되어야 한다.

이와 같은 방진부재(120)의 방진특성을 확인하기 위해 천연고무로 만든 시료1과; SBS 3.5중량%와, SBR 5.5중량%와, 소듐라우릴 설페이트 0.5중량%와, F-T 왁스 12중량%와, 애타풀자이트 3.0중량%와, 폴리부텐(Polybutene) 0.5중량%와, 톨루엔에 용해된 DMAP 3.5중량% 및 나머지 폴리클로로프렌으로 이루어진 조성물을 성형한 시료2 및 상기 조성물에 상기 폴리클로로프렌 100중량부를 기준으로 포타슘실리케이트 2.0중량부와, 옥타메틸사이클로테트라실록산 3.5중량부와, 폴리올레핀엘라스토머와 메탈로센폴리에틸렌이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물 8.5중량부를 더 첨가하여 성형한 시료3을 준비하였다.

그리고, 각 시료1,2,3의 상단에 10kg의 하중을 가한 상태에서 분당 10회전하는 타격봉으로 측면을 타격하여 수평하중을 가한 상태로 30일간 유지한 후 탄성복원력 및 좌굴발생여부를 확인하였다.

확인 결과, 시료1은 좌굴이 발생하여 탄성복원이 불량하였다. 하지만, 시료2,3은 모두 좌굴이 발생하지 않았고, 탄성복원력도 양호하였다.

또한, 내열성이 있는지 확인하기 위해 밀폐된 상자안에 450℃를 30분간 가열 후 2시간 동안 자연 냉각하고, -10℃의 냉풍을 30분간 공급한 후 2시간 동안 방지하기를 15일동안 반복하였다.

확인 결과, 시료1은 탄화가 발생하였고, 냉각되면서 균열에 의한 부서짐이 발생하였으나, 시료2,3은 모두 변화가 없었고, 여전히 탄성복원력이 좋았다.

아울러, 내변색성을 확인하기 위해 자외선에 10일간 노출한 결과, 시료1은 변색과 함께 경화되었지만, 시료2,3은 변색없이 그대로 탄성을 유지하였다.

뿐만 아니라, 방습성을 확인하기 위해 시료2,3만 녹색안료를 푼 염수에 10일간 침지시킨 상태로 유지한 결과, 시료2는 미세한 흡습에 따른 녹색안료 침투가 국부적으로 발견되었지만, 시료3에서는 전혀 변화가 없었다. 이를 통해, 시료3의 경우 방수성이 있는 것으로 확인되었다.

이를 통해, 본 발명에 따른 방진 에어마운트는 우수한 방진성능을 구현할 수 있는 것으로 예측되었다.

110: 베이스판 111: 공기공급공
112: 공기연통공 113: 공기충진공
120: 방진부재 121: 기둥
122: 링형철편 123: 상판
130: 체결구 131: 체결홈

Claims (3)

1. 판상의 스틸 플레이트로서 외측에는 마개(114)에 의해 밀폐되는 공기공급공(111)이 형성되고 내측에는 공기충진공(112)이 형성되고 상기 공기공급공(111)과 공기충진공(112) 사이에는 공기연통공(113)이 형성되는 베이스판(110)과;
   내부에는 링형철편(122)이 상하방향으로 일정간격 이격되게 내장된 기둥(121)과, 상기 기둥(121)의 상측을 마감하되 중앙에는 결합홈(124)이 요입형성되는 상판(123)으로 구성되어, 상기 기둥의 바닥이 상기 베이스판(110)의 상면에 안착 고정되어 내부에는 상기 공기공급공을 통해 공급된 공기가 공기충진공을 통해 배출되는 공기가 충진되는 에어공간(A)이 형성되는 방진부재(120)와;
   상기 결합홈(124)에 안착고정되며, 체결볼트(B)를 통해 방진대상물(200)을 고정하는 체결구(130)를 포함하여 구성되되,
   상기 링형철편(122)은 상하로 엇갈린 요철(122-1)이 형성된 구조를 갖되, 상하로 엇갈린 요철(122-1)은 링형철편(122)에 소정 간격을 두고 다수 군데를 'ㄷ'자 형상으로 절단하고 절단된 안쪽 부분을 교번적으로 상방향과 하방향으로 절곡하여 형성되게 구성된 것을 특징으로 하는 방진 에어마운트.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 방진부재(120)는 방진부재 성형용 조성물로 성형하되, 상기 방진부재 성형용 조성물은 SBS(styrene-butadiene-styrene) 2.5-4.5중량%와, SBR(Styrene-Butadiene Rubber) 4.5-6.5중량%와, 소듐라우릴 설페이트 0.5-1.0중량%와, F-T 왁스(Fischer-Tropsch Wax) 10-14중량%와, 애타풀자이트(attapulgite) 2.5-3.5중량%와, 폴리부텐(Polybutene) 0.5-1.0중량%와, 톨루엔에 용해된 DMAP(dimethylaminopyridine) 2.5-4.5중량% 및 나머지 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방진 에어마운트.

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