KR102145605B1 - 제진장치 - Google Patents

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KR102145605B1
KR102145605B1 KR1020190071742A KR20190071742A KR102145605B1 KR 102145605 B1 KR102145605 B1 KR 102145605B1 KR 1020190071742 A KR1020190071742 A KR 1020190071742A KR 20190071742 A KR20190071742 A KR 20190071742A KR 102145605 B1 KR102145605 B1 KR 102145605B1
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    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
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Abstract

본 발명은 제진장치에 관한 것으로, 건물의 기둥에 연결된 제1 베이스, 건물의 보 또는 슬라브에 연결된 제2 베이스 및 2개의 베이스에 양단이 연결된 제진댐퍼를 포함하고, 제진댐퍼는, 내면에 나선형태의 나사선이 형성된 운동공간을 포함하는 실린더, 외면에 나사선에 맞물리는 나사산이 형성되고, 실린더의 운동공간에 왕복운동 가능하게 배치된 피스톤; 제1 베이스 및 피스톤에 양단이 연결된 피스톤로드; 피스톤로드 외면에 배치된 하나 이상의 탄성부를 포함하며, 진동이 발생하면 나사선을 따라 나사산이 회전하면서 피스톤이 운동공간을 왕복 운동할 수 있는 특징이 있다.

Description

제진장치{VIBRATION CONTROL APPARATUS}
본 발명은 제진장치에 관한 것이다.
지진에 대한 불모지라고 여겨지던 우리나라에서 2016년 경주 지진, 2017년 포항 지진 등 잇따라 발생한 지진으로 인해 국민 사이에서도 `우리나라가 더 이상 지진 안전지대가 아니다`는 인식이 확산되고 있다.
국내의 경우, 내진 관련 법안이 1988년 이후 제정되었고, 2016년 기준 국내 건축물의 내진율은 전체 700만 동 중 47만 동으로 6.8%에 불과한 수준으로 나타났으며, 특히 단독주택은 내진율 3.4%로 400만 동 중 14만 동에 불과해 지진에 더욱 취약한 상황이다.
이러한 상황에서 국민안전처에서 발표한 지진피해예측 모델에 따르면 서울에 규모 7.0 지진이 발생했을 때 건축물 피해 추정액은 427조원, 간접 손실 피해 추정액은 536조원으로 막대한 손실이 발생한다는 것을 확인할 수 있다.
2017년 10월 국토교통부는 건축물 구조 안전을 강화하는 내용을 골자로 한 `건축법 시행령` 개정안을 입법 예고했다. 이에 따라 작년 12월부터 2층 이상, 연면적 200㎡ 이상인 건축물에 대해서 내진설계를 의무화하고 있다. 결과적으로 내진용 강재의 수요 또한 늘고 있다. 지난해 KDB산업은행이 발표한 `국내 내진기술 현황 및 전망`에 따르면 2020년께 국내 전체 건설시장의 1%인 1조~1조5000억원대로 시장이 확대될 전망이다.
국내에 빌라나 상가건물들은 지면이 접하는 접지층, 즉 1층이 기둥이나 내력벽 등 하중을 지지하는 구조체만 설치되고 외벽이나 설비등이 설치되지 않는 일명, '필로티' 구조로 많이 지어졌다. 그런데 이러한 필로티 건물의 경우 내진안정성이 부족한 문제가 있었고, 이에 따라 2018년 7월에 필로티건축물에 대한 구조설계 가이드라인을 국토교통부에서 배포한 바 있다. 즉, 필로티 구조의 경우, 내진을 위한 구조가 필수적인 상황이다.
필로티 건축물의 경우, 특히 기둥과 슬라브를 연결하는 보 등의 구조가 필연적이고, 최근에는 기둥과 기둥 또는 기둥과 슬라브 사이에 댐퍼 등 제진장치를 설치하여 내진성능을 향상시키고 있다. 이러한 종래의 제진장치는 유압식 실린더를 활용하거나 2개의 댐퍼를 연결하여 일회성으로 사용하였고, 이 외에 대한 선행문헌은 한국등록특허 제10-1176374호에 개시되어 있다.
상기의 특허등록공보는 제1 실린더 및 제2 실린더를 구비하고, 제1 실린더의 일측에 내입되어 길이방향으로 탄성력을 발휘하는 제1 탄성콘크리트, 상기 제1 탄성콘크리트에 인접하여 끼움결합되는 제1 탄성스프링, 제2 실린더의 타측에 내입되어 길이방향으로 탄성력을 발휘하는 제2 탄성콘크리트, 격판과 앤드 플레이트 사이에 개입되는 제2 탄성스프링 및 제2 탄성콘크리트에 인접하여 개입되는 제3 탄성스프링을 포함한다. 이에 따라, 다 수의 탄성스프링 및 탄성콘크리트가 실린더 내부에서 진동에너지가 발생하는 경우 이를 소산하여 구조물을 진동으로부터 안전하게 보호하는 효과가 있다.
그러나 이러한 제진장치의 경우, 연성을 가진 소성관이나 수지재 탄성콘크리트를 활용하다 보니, 지진이 한번 일어나는 경우 제진장치가 파손되어 일회성으로 사용한 뒤 폐기하거나, 폐기되지 않더라도 그 유지 및 보수비용이 많이 들어가는 문제가 있다.
또한, 종래 유압식 제진잼퍼나 선행문헌의 제진댐퍼의 경우, 지진에 의해 진동이 발생하여 이를 흡수하는 과정에서 진동흡수충격 일부가 기둥이나 슬라브에 전이되면서 미세한 크랙이나 균열이 쉽게 발생하는 문제가 있다.
이 외에도, 유압식 댐퍼의 경우, 내부에 오일을 유입하여 사용하다 보니 진동에 의해 누유가 쉽게 발생할 뿐만 아니라, 이로 인해 고장이 잦고 유지보수가 힘들어 비용이 과다하게 발생하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 지진에 의한 진동이 발생하는 경우, 제진효과와 더불어 내구성이 높은 제진장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제진장치는 건물의 기둥에 연결된 제1 베이스, 건물의 보 또는 슬라브에 연결된 제2 베이스 및 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 양단이 연결된 제진댐퍼를 포함하고, 상기 제진댐퍼는, 내면에 나선형태의 나사선이 형성된 운동공간을 포함하는 실린더, 외면에 상기 나사선에 맞물리는 나사산이 형성되고, 상기 실린더의 상기 운동공간에 왕복운동 가능하게 배치된 피스톤, 상기 제1 베이스 및 상기 피스톤에 양단이 연결된 피스톤로드 및 상기 피스톤로드 외면에 배치된 하나 이상의 탄성부를 포함하되, 상기 피스톤로드는, 상기 운동공간에 배치되어 상기 탄성부를 압축하는 압축부; 상기 제1 베이스로부터 상기 압축부 일면까지 연장되어 상기 탄성부에 의해 1차적으로 진동이 감쇄되게 하는 제1 피스톤로드; 및 상기 압축부 타면으로부터 상기 피스톤까지 연장되어 상기 탄성부에 의해 2차적으로 진동이 감쇄되게 하고, 진동에 의해 발생되는 압력을 상기 피스톤으로 전달하는 제2 피스톤로드;를 포함하며, 진동이 발생하면 상기 피스톤로드의 가압으로 상기 나사선을 따라 상기 나사산이 회전하면서 상기 피스톤이 상기 운동공간을 선 접촉 왕복 운동하고, 상기 실린더는, 상기 피스톤이 상기 운동공간을 선 접촉 왕복 운동 하는 경우, 상기 운동공간으로 공기 유입과 유출이 동시에 이루어져, 기압에 의해 진동이 감쇄되게 하는 복 수개의 공기출입구를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 공기출입구는, 상기 운동공간 일단에서 외부로 연통된 제1 공기출입구 및 상기 운동공간 타단에서 외부로 연통된 제2 공기출입구를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 하나 이상의 탄성부는, 상기 제1 피스톤로드 외면에 나선형태로 연장되는 제1 스프링 및 상기 제2 피스톤로드 외면에 나선형태로 연장되고, 상기 압축부의 타면에 지지되는 제2 스프링을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 스프링의 압축력이 상기 제2 스프링의 압축력보다 클 수 있다.
또한, 상기 운동공간은, 상기 압축부 및 상기 제2 스프링이 배치된 제1 운동공간 및 상기 피스톤이 배치되고, 상기 나사선이 내면에 형성된 제2 운동공간을 포함할 수 있다.
또한, 상기 피스톤은, 복 수개의 베어링, 내면에 상기 복 수개의 베어링이 배치되는 링 형상의 공간을 제공하고, 외면에 상기 나사산이 형성된 피스톤본체 및 상기 피스톤로드의 일단에 고정되고, 외면에 상기 복 수개의 베어링 각각이 회전가능하게 삽입되는 복 수개의 삽입구를 포함할 수 있고, 상기 피스톤본체가 상기 피스톤로드에 고정된 상태에서 회전가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 제진댐퍼 양단은 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스와 힌지 결합될 수 있다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
제1 스프링, 제2 스프링 및 피스톤의 스트로크 운동에 의한 3차 공기압축으로 진동에너지를 감쇄하기 ‹š문에, 종래의 유압식 실린더를 활용한 제진장치보다 진동에너지를 흡수하는 효과가 뛰어나다.
또한, 지진에 의해 건축물에 전이되는 지진에너지를 줄임으로써, 지진에 따른 건축물의 흔들림 응답속도를 감소시키는 효과를 가져오고, 이를 통해 건축물의 안정성과 사용수명이 늘어날 수 있는 효과가 있다.
또한, 3차 스트로크 운동에 의한 공기압축으로 진동에너지를 외부로 일부 배출하면서 복원성을 향상시킴으로써, 지진 등에 의한 진동이 건축물의 기둥이나 보 또는 슬라브에 전이되는 것을 예방할 수 있으며, 이에 따라 건축물에 지진에 의한 크랙 등 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실린더가 기존의 오일이나 탄성콘크리트 등이 내부에 채워진 것이 아닌 공기를 활용한 공기압 실린더를 사용하기 때문에, 충진물질에 의한 유지보수가 필요 없을 뿐 아니라, 여러 번의 지진에도 반 영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 피스톤이 실린더 내부를 직선운동 하는 면 접촉 왕복운동 방식이 아니라, 나사선을 활용하여 나선형태로 회전하면서 왕복운동 하는 선 접촉 왕복운동 방식으로 움직이기 때문에, 피스톤과 실린더 간의 마찰력이 줄어들어 내구 부품이 쉽게 파손되지 않는 효과가 있다.
마찬가지로 피스톤과 실린더 간 마찰력이 줄어들어, 지진에 의한 진동을 감쇄시키는 과정에서 피스톤의 왕복운동이 신속하게 이루어져 안정적으로 진동이 감쇄되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 측단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제1 동작을 도시한 측단면도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제2 동작을 도시한 측단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제3 동작을 도시한 측단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제4 동작을 도시한 측단면도
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구조나 방법에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예는 공기의 유출입에 따라 유지보수가 간편하고 쉽게 진동에 의해 파손되지 않는 제진장치에 관한 것으로, 이하에서는 이러한 제진장치를 간략하게 “제진장치”로 호칭하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치는, 건축물, 특히 필로티 건축물에서 기둥과 보 또는 기둥과 슬라보를 서로 연장시킴으로써, 지진에 의한 진동이 발생하는 경우, 기둥과 보 또는 기둥과 슬라브 사이를 단단하게 지지함으로써 건축물이 진동에 의해 변형되지 않도록 하는 구조이다. 여기서 슬라브는 기둥과 직각을 이루는 평면구조, 예를 들어 천장이나 바닥면일 수 있고, 보는 기둥과 기둥을 서로 연결하는 구조를 의미한다.
이러한 제진장치는 건축물의 보 또는 슬라브(S)에 연결되는 제1 베이스(111), 건축물의 기둥(P)에 연결되는 제2 베이스(112) 및 상기 제1 베이스(111)와 상기 제2 베이스(112)에 양 단이 연결되어 진동을 감쇄시키는 제진댐퍼(200)를 포함할 수 있다. 아래에서는 도면을 기준으로, 천장의 연장면에 수직한 위아래 방향을 상하방향을 정의하고, 천장의 연장면에 수평한 양측방을 좌우방향을 정의한다.
상기 제1 베이스(111)는 건축물의 기둥에서 측방으로 돌출되도록 연장되어 결합될 수 있다. 상세히, 상기 제1 베이스(111)는 기둥에 고정되는 제1 고정면(111a) 및 상기 제1 고정면(111a)으로부터 측방으로 돌출되고 상기 제진댐퍼(200)의 일단이 결합될 수 있는 제1 고정결합부(111b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 고정면(111a)은 플레이트 형상일 수 있고, 그 크기는 상기 제1 고정결합부(111b)의 단면보다 크다면 그 크기에 제한은 없다. 또한, 상기 제1 고정면(111a)은 상기 기둥으로부터 상기 보 또는 슬라브까지 꺾이도록 연장된 형상일 수 있다. 이러한 형상으로 인해 진동이 발생하는 경우, 기둥 및 보(또는 슬라브) 사이의 결합력을 유지시킬 수 있다.
상기 제1 고정결합부(111b)는 일단이 상기 제1 고정면(111a)에 고정되고 측방으로 연장되며 타단이 상기 제진댐퍼(200)의 일단과 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 고정결합부(111b)의 타단과 상기 제진댐퍼(200)는 힌지결합될 수 있다. 이를 통해 진동이 발생하는 경우, 상기 제진댐퍼(200) 뿐만 아니라, 상기 제1 베이스(111)와 상기 제진댐퍼(200) 사이 결합에 유동성이 있기 때문에 제진장치의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
상기 제2 베이스(112)는 건축물의 보 또는 슬라브에 하측으로 돌출되도록 연장되어 결합될 수 있다. 상세히, 상기 제2 베이스(112)는 보 또는 슬라브에 고정되는 제2 고정면(112a) 및 상기 제2 고정면(112a)으로부터 하측으로 돌출되고 상기 제진댐퍼(200)의 타단이 결합될 수 있는 제2 고정결합부(112b)를 포함할 수 있다.
상기 제2 고정면(112a)은 플레이트 형상일 수 있고, 그 크기는 상기 제2 고정결합부(112b)의 단면보다 크다면 그 크기에 제한은 없다.
상기 제2 고정결합부(112b)는 일단이 상기 제2 고정면(112a)에 고정되고 하측으로 연장되며 타단이 상기 제진댐퍼(200)의 타단과 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 고정결합부(112b)의 타단과 상기 제진댐퍼(200)는 힌지결합될 수 있다. 이를 통해 진동이 발생하는 경우, 상기 제진댐퍼(200) 뿐만 아니라, 상기 제2 베이스(112)와 상기 제진댐퍼(200) 사이 결합에 유동성이 있기 때문에 제진장치의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
상기 제진댐퍼(200)는 내부에 공기압이 압축 또는 팽창되는 경우, 공기의 기압을 통해 진동을 감쇄시킬 수 있는 댐퍼이다. 상세히, 상기 제진댐퍼(200)는 내면에 운동공간이 형성된 원통형상의 실린더(210), 상기 실린더(210)의 상기 운동공간 내에 왕복운동 가능하도록 배치된 피스톤(220), 상기 제2 베이스(112)로부터 상기 피스톤(220)까지 연장된 피스톤로드(230) 및 상기 피스톤로드(230) 외면에 배치된 하나 이상의 탄성부(240, 250)를 포함할 수 있다.
상기 실린더(210)는 원통형상으로 배치되고, 내부에 상기 피스톤로드(230)의 일부 및 상기 피스톤(220)이 왕복운동할 수 있는 운동공간이 형성될 수 있다. 상세히, 상기 실린더(210)의 상기 운동공간은 제1 운동공간(211) 및 제2 운동공간(212)으로 나누어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 운동공간(211) 및 상기 제2 운동공간(212)을 구획하는 구획부(214)가 내부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 실린더(210) 내부에 중심축 방향으로 상기 구획부(214)가 돌출될 수 있고, 이를 통해 상기 제1 운동공간(211) 및 상기 제2 운동공간(212)은 서로 연통된 상태로 구획될 수 있다. 이 경우, 상기 피스톤로드(230)가 상기 제1 운동공간(211) 및 상기 제2 운동공간(212)을 연통하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 운동공간(211)은 상기 실린더(210)에서 후술할 제2 스프링(250)과 압축부(233)가 배치되어, 상기 제2 스프링(250)이 상기 압축부(233)에 의해 가압되면서 압축 및 팽창될 수 있는 공간이다. 상기 제2 스프링(250)과 상기 압축부(233)의 가압 동작에 대해서는 후술한다.
상기 제2 운동공간(212)은 상기 피스톤(220)이 왕복운동할 수 있는 공간이다. 상세히, 상기 제2 운동공간(212)은 내면에 나사선(213)이 나선형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 피스톤(220)의 외면에는 상기 나사선(213)에 맞물리기 위한 나사산(222a)이 나선형상으로 형성될 수 있다. 상기 피스톤(220)이 밀리거나 당겨지는 경우, 상기 피스톤(220)의 상기 나사산(222a)과 상기 제2 운동공간(212)의 내면에 형성된 상기 나사선(213)이 서로 맞물리면서 상기 피스톤(220)이 회전과 동시에 상기 제2 운동공간(212)을 왕복운동할 수 있다.
또한, 상기 실린더(210)는 일단이 상기 피스톤로드(230)가 연통되기 위해 개구될 수 있다. 반대로, 상기 실린더(210)의 타단은 상기 제2 베이스(112)의 상기 제2 고정결합부(112b)가 힌지 결합되기 위해 밀폐될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 고정결합부(112b)와 힌지결합하기 위한 제2 힌지결합부(261b)가 상기 실린더(210)의 타단에 나사 등으로 인해 고정결합될 수 있다.
상기 실린더(210)는 상기 피스톤(220)이 상기 운동공간을 왕복운동 하는 경우, 상기 운동공간에 공기가 유입 또는 유출되기 위한 하나 이상의 공기출입구를 포함할 수 있다. 상세히, 상기 실린더(210)는 공기의 유출입에 따른 공기압 조절을 효율적으로 하기 위해 제1 공기출입구(215) 및 제2 공기출입구(216)를 포함할 수 있다.
상기 제1 공기출입구(215)는 상기 실린더(210)의 일단 일측, 상세히 상기 운동공간의 일측, 더욱 상세히 상기 제1 운동공간(211)의 일단에서 외측으로 개구되어, 외부와 상기 제1 운동공간(211)을 연통하도록 배치될 수 있다.
상기 제2 공기출입구(216)는 상기 실린더(210)의 타단 일측, 상세히 상기 운동공간의 타측, 더욱 상세히 상기 제2 운동공간(212)의 타단에서 외측으로 개구되어, 외부와 상기 제2 운동공간(212)을 연통하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 공기출입구(215) 및 상기 제2 공기출입구(216)를 통해 상기 운동공간 내부의 공기가 유입 또는 유출되고, 이 과정에서 발생되는 기압에 의해 진동이 감쇄될 수 있다. 공기의 흐름에 대한 상세한 동작은 후술한다.
상기 피스톤(220)은 상기 운동공간에 왕복운동 가능하도록 배치될 수 있다. 상세히, 상기 피스톤(220)은 일 측이 상기 피스톤로드(230)에 회전가능하게 결합될 수 있고, 외면에 상기 나사산(222a)이 나선형상으로 형성될 수 있다.
상기 피스톤(220)은 복 수개의 베어링(221), 피스톤본체(222) 및 복 수개의 삽입구(223)를 포함할 수 있다.
상기 복 수개의 베어링(221)은 구 형상의 베어링(221)일 수 있다.
상기 피스톤본체(222)는 상기 복 수개의 베어링(221)이 회전가능하게 배치되도록 링 형상 공간이 일측에 형성될 수 있고, 외면에는 상기 나사산(222a)이 나선형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 링 형상의 공간의 단면은 반원형태로, 그 직경은 상기 복 수개의 베어링(221) 일부가 삽입될 수 있을 정도의 직경일 수 있다.
또한, 상기 복 수개의 삽입구(223)는 상기 피스톤로드(230)의 일단에 고정될 수 있다. 상세히, 상기 복 수개의 삽입구(223)는 후술할 제2 피스톤로드(232)의 일단에 고정될 수 있고, 상기 복 수개의 베어링(221)과 동일한 숫자만큼 구비될 수 있다. 또한, 상기 복 수개의 삽입구(223)는 상기 베어링(221)이 회전가능하게 삽입될 수 있다.
상기 피스톤본체(222)와 상기 복수개의 삽입구(223) 사이에 상기 복 수개의 베어링(221)이 배치되는 베어링(221) 결합에 의해, 상기 피스톤본체(222)는 상기 피스톤로드(230)가 고정된 상태에서 회전될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 진동이 발생하면 상기 피스톤로드(230)가 상기 피스톤(220)을 압박할 수 있고, 상기 피스톤(220)에 형성된 상기 나사산(222a)이 상기 실린더(210) 내부 운동공간의 상기 나사선(213)에 맞물려 이동하면서 회전할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 피스톤로드(230)는 상기 피스톤(220)이 상기 운동공간을 왕복운동하기 위한 진동력을 상기 피스톤(220)에 제공하는 축일 수 있고, 일단이 상기 피스톤(220)에 연결되고, 타단이 상기 제1 베이스(111)에 연결될 수 있다. 상세히, 상기 피스톤(220) 로드의 일단은 상기 제1 고정결합부(111b)와 힌지결합하기 위한 제1 힌지결합부(261a)가 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 피스톤(220) 로드가 상기 제1 베이스(111)에 힌지결합될 수 있다. 더욱 상세히, 후술할 제1 피스톤로드(231)의 일단과 상기 제1 힌지결합부(261a) 사이에는 후술할 제1 스프링(240)이 지지되기 위한 지지부가 형성될 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.
또한, 상기 피스톤로드(230)는 제1 피스톤로드(231), 제2 피스톤로드(232) 및 압축부(233)를 포함할 수 있다.
상기 제1 피스톤로드(231)는 상기 제1 베이스(111)로부터 상기 실린더(210) 일단에 형성된 개구, 상세히, 상기 실린더(210)의 상기 운동공간 입구측까지 연장된 부분일 수 있다. 일 예로, 상기 제1 피스톤로드(231)는 상기 피스톤로드(230)의 일단으로부터 중간까지의 길이를 가질 수 있다.
상기 제1 피스톤로드(231)는 건축물에 진동이 발생하는 경우, 1차적으로 진동이 감쇄될 수 있는 부분이다. 상세히, 상기 제1 피스톤로드(231)는 후술할 제1 스프링(240)이 연결될 수 있다. 단계별 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 제2 피스톤로드(232)는 상기 실린더(210) 일단에 형성된 개구, 상세히, 상기 실린더(210)의 상기 운동공간 입구측으로부터 상기 피스톤(220)까지 연장된 부분일 수 있다. 일 예로, 상기 제2 피스톤로드(232)는 상기 피스톤로드(230)의 중간에서부터 타단까지의 길이를 가질 수 있다.
상기 제2 피스톤로드(232)는 건축물에 진동이 발생하는 경우, 진동을 감쇄함과 동시에 진동에 의해 발생되는 압력을 상기 피스톤(220)으로 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 피스톤(220)은 상기 운동공간, 상세히 상기 제1 운동공간(211)에서 회전하면서 왕복 운동할 수 있다. 단계별 동작에 상세한 설명은 후술한다.
상기 압축부(233)는 상기 제1 피스톤로드(231) 및 상기 제2 피스톤로드(232) 사이에 배치되어, 탄성부(240, 250)를 압축하는 수단이다. 상세히, 상기 압축부(233)는 직경이 상기 제2 운동공간(212)에 대응되는 직경을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 압축부(233)는 상기 제2 운동공간(212)보다 작고 후술할 상기 제2 스프링(250)의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있다. 이에 따라, 진동이 발생하면 상기 압축부(233)가 상기 제2 스프링(250)이 압축하거나 팽창되도록 상기 제2 스프링(250)의 움직임을 가이드하기 때문에, 상기 제2 운동공간(212)에서 2차적으로 진동을 감쇄시킬 수 있다.
상기 하나 이상의 탄성부(240, 250)는 상기 피스톤로드(230)에 배치되어, 진동이 발생하는 경우 탄성력을 이용하여 진동을 흡수하고 감쇄시킬 수 있는 수단이다. 상세히, 상기 하나 이상의 탄성부(240, 250)는 압축력이 서로 다른 제1 스프링(240) 및 제2 스프링(250)을 포함할 수 있다.
상기 제1 스프링(240)은 상기 피스톤로드(230)의 상기 제1 피스톤로드(231) 외면에 배치될 수 있다. 상세히, 상기 제1 스프링(240)은 상기 제1 피스톤로드(231) 외면에 나선형으로 감기도록 연장되어 배치될 수 있고, 일단이 상기 지지부에 연결되고, 타단이 상기 실린더(210)의 일단, 상세히, 상기 실린더(210) 일단의 개구 측에 연결될 수 있다. 상기 지지부 및 상기 실린더(210)의 일단에 의해 상기 제1 스프링(240)은 지지되면서 진동에 의해 압축 및 팽창을 반복하면서 진동을 감쇄시킬 수 있다.
또한, 상기 제1 스프링(240)은 압축용 스프링일 수 있다. 상세히, 스프링은 인장용과 압축용으로 나뉘는데, 제진에 효율적이기 위해서는 압축하면서 외부충격을 흡수할 수 있는 압축용스프링이 사용될 수 있다.
상기 제2 스프링(250)은 상기 피스톤로드(230)의 상기 제2 피스톤로드(232) 외면에 배치될 수 있다. 상세히, 상기 제2 스프링(250)은 상기 제2 피스톤로드(232) 외면에 나선형으로 감기도록 연장되어 배치될 수 있고, 일단이 상기 압축부(233)에 연결되고 타단이 상기 구획부(214)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 스프링(250)은 상기 압축부(233)와 상기 구획부(214)에 의해 지지되면서, 상기 실린더(210)의 운동공간 중 상기 제2 운동공간(212)에서 진동에 의해 압축 및 팽창을 반복하면서 진동을 감쇄시킬 수 있다.
또한, 상기 제2 스프링(250)은 압축용 스프링일 수 있다. 상세히, 스프링은 인장용과 압축용으로 나뉘는데, 제진에 효율적이기 위해서는 압축하면서 외부충격을 흡수할 수 있는 압축용스프링이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1 스프링(240)의 압축력은 상기 제2 스프링(250)의 압축력보다 큰 압축력을 가질 수 있다. 여기서 압축력이 크다는 것은, 큰 힘을 먼저 압축에 의해 흡수할 수 있다는 의미이다. 이에 따라, 건축물에 진동이 발생하는 경우, 1차적으로 상기 제1 스프링(240)이 큰 진동을 감쇄시킨 뒤, 남은 진동을 2차적으로 상기 제2 스프링(250)이 감쇄시키는 효과가 있다.
아래에서는 건축물에 지진 등 진동이 전달되는 경우, 본 발명의 제진장치가 진동을 감쇄시키기 위해 어떻게 동작하는지 단계별로 상세히 설명한다
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제1 동작을 도시한 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제2 동작을 도시한 측단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제3 동작을 도시한 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제진장치의 제4 동작을 도시한 측단면도이다.
도 3 내지 6을 참조하면, 지진에 의해 건축물에 진동이 발생하면 건축물의 기둥과 보 또는 슬라브)가 흔들리게 된다. 이 경우, 상기 제1 베이스(111) 및 상기 제2 베이스(112)는 기둥과 보 또는 슬라브에 고정된 상태로 흔들리게 되고, 이에 따라 상기 제1 베이스(111) 및 상기 제2 베이스(112)에 연결된 제진댐퍼(200)가 수평상태를 유지하지 않고 소정의 움직임에 의해 흔들릴 수 있다.
또한, 진동력이 강해지는 경우, 상기 제진댐퍼(200)는 진동에 의해 압축 또는 팽창되면서 진동을 흡수할 수 있다. 아래에서는 진동에 의해 제진댐퍼(200)가 압축되는 과정에 대해 상세히 설명한다.
압축과정에서 상기 제진장치는 제1 동작 및 제2 동작으로 작동할 수 있다.
상기 제1 동작에서 상기 제진장치는 상기 지지부와 상기 실린더(210)의 일단에 의해 지지되는 제1 스프링(240)이 상기 압축부(233)에 압력을 가함으로써 상기 제2 스프링(250)이 압축될 수 있다. 상세히, 상기 제1 스프링(240)의 압축력이 상기 제2 스프링(250)의 압축력보다 크기 때문에, 진동이 발생하는 경우, 상기 제1 스프링(240)보다 상기 제2 스프링(250)이 1차적으로 압축되면서 진동을 감쇄시킬 수 있다.
상기 압축부(233)가 상기 제1 스프링(240)으로부터 압력을 전달받아 상기 제2 스프링(250)을 압축하고, 상기 제2 스프링(250)이 압축됨과 동시에 상기 피스톤(220)에 압력이 전달될 수 있다. 이에 따라 상기 피스톤(220)이 회전하면서 상기 제2 운동공간(212)에서 상기 압축부(233)의 가압방향(도면에서 상기 실린더(210)의 타측방향으로, 이하 '우측방향'으로 정의한다)로 이동할 수 있다. 이 과정에서 상기 제1 공기출입구(215)를 통해 공기가 상기 제1 운동공간(211)으로 유입될 수 있다.
상세히, 상기 제2 스프링(250)이 우측방향으로 압축되는 과정에서 상기 제2 피스톤로드(232)가 우측방향으로 압력을 전달받는다. 이에 따라, 상기 제2 피스톤로드(232)의 타단이 우측방향으로 상기 피스톤(220)을 가압할 수 있고, 이에 따라, 상기 피스톤본체(222) 외면에 형성된 나사산(222a)이 상기 실린더(210)의 상기 제2 운동공간(212) 내면에 형성된 나사선(213)을 따라 나선방향으로 회전하면서 상기 피스톤(220)이 우측방향으로 이동할 수 있다. 상기 피스톤(220)이 이동하는 과정에서 상기 제2 운동공간(212) 내부의 공기가 상기 제2 공기출입구(216)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
즉, 상기 제1 공기출입구(215)를 통해 상기 제1 운동공간(211)으로 공기가 유입됨과 동시에 상기 제2 공기출입구(216)를 통해 외부로 공기가 유출되면서 상기 피스톤(220)이 회전과 동시에 우측방향으로 이동하는 과정에서, 기압에 의해 진동이 2차적으로 감쇄되는 효과가 있다.
또한, 보다 큰 진동이 전해지는 경우, 상기 제진장치는 제2 동작으로 작동될 수 있다. 상세히, 큰 진동이 발생하면, 상기 제진장치의 상기 지지부와 상기 실린더(210)의 일단에 의해 지지되는 제1 스프링(240)이 우측방향으로 압축되면서 건축물로부터 전달되는 진동력을 3차적으로 감쇄시킬 수 있다. 상세히, 상기 지지부와 상기 실린더(210) 사이의 간격은 상기 제1 스프링(240)이 압축되면서 좁아질 수 있고, 이에 따라 상기 제1 스프링(240)의 탄성력에 의해 진동이 감쇄되는 효과가 있다.
아래에서는 진동에 의해 제진댐퍼(200)가 팽창되는 과정에 대해 상세히 설명한다. 팽창과정에서 상기 제진장치는 제3 동작 및 제4 동작으로 작동할 수 있다.
제3 동작에서 상기 제진장치는, 상기 제1 스프링(240)이 우측방향으로 압축된 상태에서, 진동이 압축방향과 반대방향(도면에서 실린더(210)의 일측방향으로, 이하 '좌측방향'으로 정의한다.)으로 일어나는 경우, 상기 제1 스프링(240)이 1차적으로 팽창하면서 1차적으로 진동이 감쇄될 수 있다.
상기 제1 스프링(240)이 1차적으로 팽창된 뒤, 진동이 좌측방향으로 더 크게 일어나는 경우, 상기 제진장치는 제4 동작으로 작동될 수 있다. 상세히, 상기 압축부(233)가 상기 제1 스프링(240)으로부터 좌측방향으로 압력을 전달받아 좌측으로 이동하면서, 상기 제2 스프링(250)을 팽창시킬 수 있다. 이 과정에서 진동이 2차적으로 감쇄될 수 있다.
상기 제2 스프링(250)이 팽창되면서, 상기 압축부(233)에 연결된 상기 제2 피스톤로드(232)는 좌측방향으로 가압되고, 상기 제1 운동공간(211)의 공기가 상기 제1 공기출입구(215)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한, 상기 제2 피스톤로드(232)가 좌측방향으로 가압됨에 따라, 상기 피스톤(220)이 상기 실린더(210)의 제2 운동공간(212) 내면을 따라 회전하면서 좌측방향으로 이동할 수 있다. 이 과정에서 상기 제2 공기출입구(216)를 통해 상기 제2 운동공간(212)으로 공기가 유입될 수 있다. 상기 피스톤(220)의 이동 메커니즘에 대해서는 상기한 바, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
즉, 상기 제2 공기출입구(216)를 통해 상기 제2 운동공간(212)으로 공기가 유입됨과 동시에 상기 제1 공기출입구(215)를 통해 외부로 공기가 유출되면서 상기 피스톤(220)이 회전과 동시에 좌측방향으로 이동하는 과정에서, 기압에 의해 진동이 3차적으로 감쇄되는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 제진장치는, 지진에 의해 건축물에 진동이 전달되는 경우, 공기압을 활용하여 3차에 걸쳐 진동을 감쇄시킴으로써, 기둥과 보 또는 슬라브의 안정성을 높임과 동시에 제진장치의 내구성을 높이는 효과가 있다.
또한, 위에서 기재한 본 발명의 실시예에 따른 제진장치는, 상기 제진댐퍼(200)의 상기 제1 힌지결합부(261a)가 기둥에 연결된 상기 제1 베이스(111)에 결합되고, 상기 제2 힌지결합부(261b)가 보 또는 슬라브에 결합된 제2 베이스(112)와 연결되는 구성으로 설명하였으나, 이와 반대로 상기 제1 힌지결합부(261a)가 상기 제2 베이스(112)에 힌지 결합되고, 상기 제2 힌지결합부(261b)가 상기 제1 베이스(111)에 힌지 결합되는 경우에도 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
즉, 상기 제진장치는 상기 제진댐퍼(200)의 결합방향과는 무관하게 건축물에 전이되는 지진에너지를 감쇄시킬 수 있는 효과가 있음을 밝혀둔다.

Claims (9)

  1. 건물의 기둥에 연결된 제1 베이스;
    건물의 보 또는 슬라브에 연결된 제2 베이스; 및
    상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스에 양단이 연결된 제진댐퍼를 포함하고,
    상기 제진댐퍼는,
    내면에 나선형태의 나사선이 형성된 운동공간을 포함하는 실린더;
    외면에 상기 나사선에 맞물리는 나사산이 형성되고, 상기 실린더의 상기 운
    동공간에 왕복운동 가능하게 배치된 피스톤;
    상기 제1 베이스 및 상기 피스톤에 양단이 연결된 피스톤로드; 및
    상기 피스톤로드 외면에 배치된 하나 이상의 탄성부;를 포함하되,
    상기 피스톤로드는,
    상기 운동공간에 배치되어 상기 탄성부를 압축하는 압축부;
    상기 제1 베이스로부터 상기 압축부 일면까지 연장되어 상기 탄성부에 의해 1차적으로 진동이 감쇄되게 하는 제1 피스톤로드; 및
    상기 압축부 타면으로부터 상기 피스톤까지 연장되어 상기 탄성부에 의해 2차적으로 진동이 감쇄되게 하고, 진동에 의해 발생되는 압력을 상기 피스톤으로 전달하는 제2 피스톤로드;를 포함하며,
    진동이 발생하면 상기 피스톤로드의 가압으로 상기 나사선을 따라 상기 나사산이 회전하면서 상기 피스톤이 상기 운동공간을 선 접촉 왕복 운동하고,
    상기 실린더는,
    상기 피스톤이 상기 운동공간을 선 접촉 왕복 운동 하는 경우,
    상기 운동공간으로 공기 유입과 유출이 동시에 이루어져, 기압에 의해 진동이 감쇄되게 하는 복 수개의 공기출입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 제진장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기출입구는,
    상기 운동공간 일단에서 외부로 연통된 제1 공기출입구; 및
    상기 운동공간 타단에서 외부로 연통된 제2 공기출입구를 포함하는 제진장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 탄성부는,
    상기 제1 피스톤로드 외면에 나선형태로 연장되는 제1 스프링;
    상기 제2 피스톤로드 외면에 나선형태로 연장되고, 상기 압축부의 타면에 지지되는 제2 스프링을 포함하는 제진장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 스프링의 압축력이 상기 제2 스프링의 압축력보다 큰 것을 특징으로 하는 제진장치
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 운동공간은,
    상기 압축부 및 상기 제2 스프링이 배치된 제1 운동공간 및
    상기 피스톤이 배치되고, 상기 나사선이 내면에 형성된 제2 운동공간을 포함하는 제진장치
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    복 수개의 베어링;
    내면에 상기 복 수개의 베어링이 배치되는 링 형상의 공간을 제공하고, 외면에 상기 나사산이 형성된 피스톤본체; 및
    상기 피스톤로드의 일단에 고정되고, 외면에 상기 복 수개의 베어링 각각이 회전가능하게 삽입되는 복 수개의 삽입구를 포함하고,
    상기 피스톤본체가 상기 피스톤로드에 고정된 상태에서 회전가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 제진장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제진댐퍼 양단은 상기 제1 베이스 및 상기 제2 베이스와 힌지 결합된 제진장치
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