KR200360331Y1 - 납 면진받침 - Google Patents

Abstract

본 고안은 교량, 건축물, 대형 탱크 등과 같이 지반 혹은 하부구조 위에 시공되는 상부 구조물들을 지반 혹은 하부구조로부터 격리시키기 위하여 그 사이에 설치되는 납 면진받침에 관한 것이다.

본 고안에 의한 납 면진받침은, 상하 단부강판 사이로 고무 층과 강판이 번갈아 적층되고, 상기 고무 층과 강판에 수직한 방향으로 중공부를 형성하면서 일체로 성형된 탄성체를 구비하며, 상기 탄성체의 중공부에 납봉이 압입되고 상기 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면과 주름 모양으로 밀착 성형되어 상, 하부 연결판 사이에 설치되도록 된 납 면진받침에 있어서, 상기 납의 상하 끝단부와 상기 상, 하부 연결판 사이에 구비된 소정형상의 매개부품에 의하여 상기 중공부에 압입될 납봉의 체적 V_l과 연직하중을 가한 상태에서 상기 중공부의 체적 V_v과의 비, V_l/V_v가 0.70∼1.01인 범위에서 압입되어지되, 상기 매개부품은, 상기 납봉과 접촉하는 부분의 단면형상이 중심축에서 반경방향으로 갈수록 두께가 점차 증가하는 형상으로 이루어지며, 그 중심부에 소정크기의 구멍이 관통되어서 형성된 관통홀(H)이 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

납 면진받침 {Lead rubber bearing}

본 고안은 고무 층 및 강판이 번갈아 적층된 탄성체에 수직한 방향으로 형성된 중공부로 기둥 형상의 납(이하 '납봉'이라 함)을 매개부품을 이용하여 압입하여 고무 층으로의 납의 압입이 고무 층의 높이와 관계없이 균일하게 충진되도록 한 납 면진받침에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율이 큰 경우에 상기 납봉의 소성변형 유동을 제어할 수 있는 형상을 가진 매개부품을 이용하여 상기 납봉을 압입하도록 함으로써 얇은 강판 사이의 고무 층에 생기는 주름모양을 높이 방향으로의 위치에 관계없이 균일하게 성형가능하도록 한 납 면진받침에 관한 것이다.

일반적으로 납 면진받침(Lead Rubber Bearing)은 교량, 건축물, 대형 탱크 등과 같이, 지반 혹은 하부구조 위에 시공되는 상부 구조물을, 지반 혹은 하부구조로부터 격리시키기 위하여 그 사이에 설치되는 것으로, 지진 등의 진동을 절연하고 진동 종료후 탄성 고무 층이 갖고 있는 탄성 회복력으로 원래 위치로 복원하는 기능을 가지며, 또한 상부 구조물의 진동 가속도를 줄여주는 역할을 하게 된다.

도 1은 종래의 납 면진받침의 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 2는 종래 납 면진받침의 구조를 나타내는 조립 단면도이다.

도시한 바와 같이, 종래 납 면진받침은 고무 층(1)과 상대적으로 얇은 강판(2)을 번갈아 적층시키고, 그 상하 끝단 쪽에는 상대적으로 두꺼운단부강판(3, 4)을 각각 적층시킨 후, 내부가 빈 중공부가 고무 층(1) 혹은 강판(2)의 평면에 수직한 방향으로 형성되도록 하면서 일체로 성형한 탄성체(5)와, 상기 탄성체(5)의 중공부에 압입된 납봉(7)으로 구성되고 연결 볼트(11)에 의해 상, 하부 연결판(9, 10) 사이에서 고정 설치되며, 상기 단부강판(3, 4)과 상, 하부 연결판(9, 10) 사이에는 수평방향으로의 하중전달에 사용되는 전단키(12)를 포함하여 구성되게 된다.

상기와 같은 구조로 이루어진 납 면진받침은, 소정크기의 납봉을 압입용 금형을 사용하여 탄성체에 형성된 중공부로 압입하게 되는데, 도 3은 이와 같이 납봉을 압입할 때 납의 변형상태를 도시적으로 보여주는 단면도이다.

즉, 하부 금형(15)과 상부 금형(16)으로 소정크기의 직경(Db)과 높이(Hb)를 가지는 납봉(7)을 압입하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 납봉(7)이 압입된 탄성체(5)가 얻어지게 되는데, 이때 잉여 체적의 납은 적층 형태 탄성체(5)의 고무 층(1)을 오목한 주름 모양(14)으로 변형시키고, 잉여 체적의 납 그 자체는 볼록한 주름 모양(14)으로 변형되면서 채워지게 된다.

이때 도 3에 도시된 바와 같이 납봉(7)을 중공부로 압입하고자 할 경우, 상부 금형(16) 혹은 하부 금형(15)과 납봉(7)의 접촉면(17)에서는 납의 유동을 방해하는 마찰력(Lf)이 발생하게 된다. 즉, 상부 금형(16)을 연직방향으로 가압하면 납봉(7)은 소성 변형되면서 높이가 dH만큼 줄어들게 되고 납봉(7)은 소성변형을 하여도 체적변화가 생기지 않으므로 반경 방향으로 유동하면서 변형되게 된다.

상기에서 서술한 기둥 형상의 압축에서 아직 변형되지 않은 납봉(7)의 높이와 직경과의 비율, 그리고 접촉면(17)의 상태에 따라서 납의 유동에는 몇 가지 변형 형태를 갖고 있다.

첫 번째 접촉면(17)에 마찰이 없는 유동형태로 가정하는 경우, 반경방향으로 납이 유동할 때 마찰에 기인한 구속력이 없기 때문에 도 3(a)과 같이 배불림 현상이 없이 높이 방향으로 균일한 반경을 가지면서 납이 소성 변형하게 되나, 실제로는 접촉면(17)에서 반드시 마찰은 존재하므로 도 3(a)과 같은 이상적인 변형을 일으키는 것은 매우 어렵다.

도 3(b)은 접촉면(17)에 마찰이 있으면서 납봉의 높이(Hb) 대 직경(Db)의 비율(Hb/Db)이 작은 경우로, 상기 비율이 작은 납봉(7)을 압축할 때 접촉면(17)에서는 마찰에 의해 납봉(7)의 반경방향으로의 소성변형을 구속하는 힘이 발생하며 높이 중앙부에서는 구속력이 없는 상태로 재료유동은 하나의 납봉 내에서도 크게 3 가지 변형 영역(Region)으로 나눌 수 있게 된다.

즉, 영역 1은 마찰로 인하여 재료의 흐름이 방해된 비변형영역이며, 영역 2는 비변형영역 바로 아래로 가장 심하게 유동을 일으키는 부분으로 중심 부분에서 변형속도가 가장 크고 반경방향으로 바깥쪽으로 갈수록 체적이 증가하면서 변형속도는 저하한다.

한편, 영역 3은 영역 2의 변형속도에 동반하여 반경방향으로 균일하게 유동하는 균일 변형영역으로, 상기 비율(Hb/Db)이 작은 납봉(7)이 압축될 때, 영역 2의 높이 중심부에서는 빠른 변형속도에 기인하여 배가 나오는 것과 같은, 소위 배불림 현상이 발생하게 되어 변형이 완료된 납봉(7)의 형상은 높이 중간 부분이 볼록한형상으로 된다.

이런 현상은 마찰이 크면 클수록 더 심해지게 되는데, 이런 현상을 방지하기 위해서는 접촉면(17)에서의 마찰을 가능한 한 줄일 수 있는 방법으로 납봉을 압축하는 것이 좋다.

마지막으로, 도 3(c)는 접촉면(17)에서 마찰이 있으면서 납봉(7)의 높이 대 직경 비율(Hb/Db)이 큰 경우로, 이때는 접촉면(17)에서는 마찰에 의해 납봉(7)의 직경방향으로의 소성변형을 구속하는 힘이 발생하며 중앙부에서는 구속력이 떨어지기 때문에 상기 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 작은 경우와 마찬가지로 재료의 유동모양은 크게 3 가지 영역으로 나눌 수 있다. 여기서 앞서 서술한 것과 다른 유동 모양을 보이는 부분은 영역 2이다.

먼저, 영역 1은 마찰로 인하여 재료의 흐름이 방해된 비변형 영역이며, 영역 3은 영역 2의 변형속도에 동반하여 반경방향으로 균일하게 유동하는 균일 변형영역이다.

그리고 영역 2는 가장 심하게 유동을 일으키는 부분으로 비변형 영역의 바로 아래 중심 부분에서 변형 속도가 가장 크므로 가장 빠른 유동모양을 보여주는 부분은 도 3(c)에서 원으로 표시된 두 곳의 비변형영역의 바로 아래이다.

따라서 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 작은 경우에는 가장 심하게 변형하는 영역은 하나이지만, 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 큰 경우에는 가장 심하게 변형하는 영역은 두 곳으로 나누어진다. 그러나 반경방향으로 바깥으로 갈수록 변형 속도가 점점 저하하는 것은 동일하다.

이와 같이 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 큰 납봉(7)을 압축할 때 영역 2의 비변형영역의 바로 아래 원으로 표시된 두 곳의 빠른 변형속도에 기인하여 이중으로 배가 나오는 것과 같은 배불림 현상이 발생하게 되며, 그 변형된 납봉(7)의 형상은 도 3(c)에 도시된 바와 같이 높이 방향으로 장구 형상이 생기게 되고, 이런 현상은 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 크면 클수록 더 심해지는 것으로 나타나게 된다.

따라서 높이방향으로 균일한 주름 모양의 직경을 얻기 위해서는 반드시 이런 현상을 방지해야 하며 이를 위하여 납봉(7)을 압입할 때 접촉면(17) 직하의 비변형 영역을 변형 영역으로 바꾸어 납봉을 압입함으로서 납봉(7)의 소성변형 유동을 제어할 수 있어야 한다.

그러나, 도 3(a)와 같이 접촉면(17)에 마찰이 없는 경우, 적층 형태 탄성체(5)의 중공부에서 납봉(7)을 소성 변형시키면 주름 모양(14)으로 고무 층(1)을 밀어내면서 채워지므로 전 고무 층에 대하여 균일한 주름 모양(14)을 얻을 수 있으나, 물리적으로 접촉면(17)에서는 높은 마찰이 반드시 발생하므로 도 3(b) 혹은 도 3(c)과 같은 유동현상의 발생을 피할 수 없게 되어 동일 제품 내에서도 압입된 납의 주름 부분에서 납봉 직경이 달라 수평방향으로 변형할 때 전단저항 및 전단 에너지 소비량이 달라진다.

따라서 납 면진받침이 균일한 역학적 성질을 갖게 하기 위해서는 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율이 큰 경우라 하더라도 잉여 체적의 납으로 인하여 생긴 주름 모양은 높이 방향으로 가능한한 균일한 형상을 갖도록 하는 것이 매우 중요하다 할 것이다.

그러나, 종래와 같은 납 압입하는 방법으로는 접촉면 표면상태와 압입속도, 두 가지 영향인자의 조절만으로 그 목적을 달성해야만 한다. 즉 접촉면의 형상이 평면인 경우 납봉을 압입하는 변형속도, 그리고 압입되는 납봉과 상, 하부 금형 사이의 표면상태(마찰 영향인자) 이외에는 탄성체 중공부에서 재료의 소성유동을 제어할 수 있는 방법이 없었다.

또한 동시에 납봉이 압입된 후, 주름 모양의 오목하게 변형된 고무 층은 본래 갖고 있는 탄성에 의해 강제변형을 회복하려는 성질에 의하여 압축으로부터 원래 형상으로 되돌아가려는 복원력을 발생시키고 이로 인하여 볼록하게 변형된 납봉을 압축하여 밀어 올리는 현상이 시간이 경과함에 따라 발생되게 된다.

그리고 납봉을 탄성체 중공부에 삽입하면 일반적으로 납봉의 높이가 탄성체 중공부의 높이보다 크므로 상, 하부 금형과 탄성체 사이에는 공간이 발생하게 되어 이 공간으로의 납의 유동을 막을 수 있는 방법이 없으므로 납봉과 중공부의 체적 사이에 정확한 충진율이 어느 정도인지를 예측하는 것도 어려운 문제점이 있어 왔다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 큰 경우에 대하여 상기 납봉의 소성변형 유동을 제어할 수 있는 형상을 가진 매개부품을 이용하여 상기 납봉을 압입하도록 하여 얇은 강판 사이의 고무 층에 생기는 주름모양을 높이 방향으로의 위치에 관계없이 균일하게 성형하도록 함으로써 제품의 역학적 성질을 개선하고자 하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 오목하게 압축된 고무 층의 복원력에 의하여 압입된 납봉이 중공부 밖으로 돌출하는 것을 방지하여 균일한 필요잉여 체적과 균일한 충진율을 얻고자 함과 동시에 매개부품을 통하여 압입될 납봉의 높이를 가능한 줄임으로서 납의 소비량을 대폭 줄이고자 하는데도 그 목적이 있다.

도 1은 종래 납 면진받침 구성을 나타내는 분해 사시도

도 2는 종래 납 면진받침 구조를 나타내는 조립 단면도

도 3은 종래 기둥 형상 납을 압입할 때 납의 변형상태를 보여주는 단면도

도 4는 본 고안에 따른 납 면진받침의 실시예를 나타내는 단면도

도 5는 본 고안의 따른 납 면진받침의 다른 실시예를 나타내는 단면도

도 6은 본 고안에 따른 매개부품을 이용하여 납을 압입했을 때 납의 변형상태를 보여주는 단면도

도 7은 본 고안에 따른 매개부품의 여러 가지 실시예를 나타낸 도면

도 8은 본 고안의 매개부품과 인접부품 사이의 관계를 보여주는 단면도

도 9는 본 고안에 따른 이력특성 곡선을 나타내는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 고무 층 2 : 강판

3, 4: 단부강판 5 : 탄성체

7 : 기둥 형상의 납(납봉) 9, 10: 상, 하부 연결판

15, 16: 상, 하부 압입용 금형 17 : 접촉면

23 : 매개부품 24 : 공간부

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 납 면진받침은, 상하 단부강판 사이로 고무 층과 강판이 번갈아 적층되고, 상기 고무 층과 강판에 수직한 방향으로 중공부를 형성하면서 일체로 성형된 탄성체를 구비하며, 상기 탄성체의 중공부에 납봉이 압입되고 상기 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면과 주름 모양으로 밀착 성형되어 상, 하부 연결판 사이에 설치되도록 된 납 면진받침에 있어서, 상기 납의 상하 끝단부와 상기 상, 하부 연결판 사이에 구비된 소정형상의 매개부품에 의하여 상기 중공부에 압입될 납봉의 체적 V_l과 연직하중을 가한 상태에서 상기 중공부의 체적 V_v과의 비, V_l/V_v가 0.70∼1.01인 범위에서 압입되어지되, 상기 매개부품은, 상기 납봉과 접촉하는 부분의 단면형상이 중심축에서 반경방향으로 갈수록 두께가 점차 증가하는 형상으로 이루어지며, 그 중심부에 소정크기의 구멍이 관통되어서 형성된 관통홀(H)이 구비된 것을 특징으로 한다.

그리고 본 고안의 실시예에 의하면, 상기 상, 하부 연결판은, 상기 매개부품과 단부강판이 밀착되는 부분이 일정깊이로 파여진 기둥 형상의 공간부를 더 구비하되, 상기 공간부가 이루는 직경은, 상기 매개부품이 이루는 직경보다는 크고, 상기 단부강판이 이루는 직경보다는 작도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여, 상기 매개부품의 가장 두꺼운 부분의 두께는, 상기 단부강판의 두께와 같거나 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 매개부품의 직경은, 상기 탄성체를 관통하여서 형성된 중공부의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

다음에는 본 고안의 실시예에 따른 납 면진받침에 대하여 첨부된 도면을 기초하여 자세히 설명하고자 한다.

도 4는 본 고안의 고안으로서 납 면진받침의 대표적인 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 고안의 납 면진받침의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 납 면진받침은 고무 층(1)과 상대적으로 얇은 강판(2)을 번갈아 적층시키며, 적층할 때 상하 끝단 쪽에는 상대적으로 두꺼운 단부강판(3, 4)이 구비되도록 적층시키게 된다.

그리고 납봉(7)이 삽입될 수 있도록 내부가 비어 있는 기둥 형상의 중공부가 형성되도록 하여 일체로 성형하여 적층 형태의 탄성체(5)를 완성하게 된다. 그런 다음 납봉(7)을 상기 탄성체의 중공부에다 삽입한 후 중공부를 이루는 고무 층(1)에서 주름 모양이 되도록 납봉(7)을 압입을 하게 되는데, 본 고안에서는 납의 소성변형에 의한 유동을 제어하기 위하여, 도 4에 도시된 것처럼 납봉(7)과 상, 하부 연결판(9, 10) 사이에 소정 형상을 갖는 매개부품(23)을 삽입하여 달성되게 된다.

본 고안에 따른 상기 매개부품(23)은, 상기 납봉(7)과 접촉하는 부분의 단면형상이 중심축에서 반경방향으로 갈수록 두께가 점차 증가하는 형상으로 이루어지며, 그 중심부에 소정크기의 구멍이 관통되어서 형성된 관통홀(H)이 구비되게 된다.

한편, 도 5는 본 고안의 다른 실시 예를 나타낸 것으로, 상기 상, 하부 연결판(9, 10)에는, 상기 매개부품(23)과 단부강판(3, 4)이 밀착되는 부분이 일정 깊이로 파여진 기둥 형상의 공간부(24)를 더 구비하되, 상기 공간부(24)가 이루는 직경(D)은 상기 매개부품(23)이 이루는 직경(D₁)보다는 크고, 상기 단부강판(3, 4)이 이루는 직경(D₂)보다는 작도록 형성되게 된다.

즉, 상기 공간부(24)에 의해 상, 하부 연결판(9, 10)이 단차지게 형성되고, 이 부분에 상기 단부강판(3, 4)의 돌출부를 끼워 결합되게 되므로 종래 전단키가 갖는 기능을 상기 공간부(24)를 구비한 상, 하부 연결판(9, 10)이 함께 대신할 수가 있게 되는 것이다.

한편, 도 6은 상기 납봉(7)을 압입할 때 발생하는 납의 소성변형에 따른 유동을 제어하기 위하여 상기 매개부품(23)을 이용하는데, 납봉(7)이 압축될 때 납의 변형거동을 순차적으로 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 6(a)은 매개부품(23)과 납봉(7)이 압입되기 직전의 단면도로서, 본 고안의 경우 상기 매개부품(23)의 단면형상은 중심축으로 갈수록 높이가 점점 줄어드는 형상, 즉 상기 납봉과 접촉하는 부분의 단면형상이 중심축에서 반경방향으로갈수록 두께가 점차 증가하는 형상이므로 매개부품(23)과 납봉(7)은 중심부에서는 접촉을 이루지 않으며 가장자리에서 접촉면(Contact Area)을 먼저 형성하게 된다.

그리고 상기 매개부품(23)에 수직방향으로 압력이나 하중을 가하면 납봉(7)의 소성변형에 필요한 하중이 전달되면서 상기 납봉(7)은 변형을 시작하게 되며, 이때 소성 변형되는 납의 유동은 중립면(Neutral line)을 기준으로 아직 접촉을 이루지 않은 매개부품(23)의 중심부와 고무 층(1)이 있는 쪽으로 유동이 동시에 일어난다.

다음, 도 6(b)는 매개부품(23)의 압입에 의해 납이 어느 정도 변형이 진행되었을 때의 납의 변형거동을 보여주는 단면도이다.

이때 상기 매개부품(23)에 하중이나 압력을 증가시키면 매개부품(23)과 납봉(7)의 접촉면은 더욱 넓어지며 중립축의 위치는 접촉면의 면적에 따라 중심축 쪽으로 이동하며, 동시에 소성 변형되는 납봉(7)의 매개부품(23)의 중심부 쪽으로의 유동은 점점 더 구속되게 되는데, 구속이 심한 정도는 매개부품(23)이 납봉(7)과 접촉하는 단면형상에 따라 달라지게 된다.

또한 납봉(7)이 소성 변형할 때 체적은 일정하게 유지하므로 압입된 체적만큼 일부는 고무 층(1)으로 주름 모양을 형성하고 일부는 매개부품(23)의 중심부 쪽을 채우게 되므로, 비변형영역은 접촉면 직하에서 발생하게 되어 매개부품(23)의 중심부에서는 비변형영역이 발생하지 않으며 더욱이 비변형영역 바로 아래의 가장 심한 유동을 보여주는 영역도 극히 미량이거나 존재하지 않게 되는 것이다.

따라서 본 고안의 경우 대부분의 영역이 균일 유동 영역으로 되면서 소성 변형이 진행되게 되므로, 앞서 도 3(b) 혹은 도 3(c)과 같이 종래 납봉을 압입할 때의 납의 유동모양에서 보여주듯이 납봉(7)의 중심부분의 금형 직하의 비변형영역인 영역 1과, 이 비변형영역 바로 아래의 가장 심한 유동을 보여주는 영역 2의 존재로 인하여 반경방향 쪽으로 배불림 현상이 발생되지 않게 되는 것이다.

한편, 도 6(c)은 상기 매개부품의 압입에 의해 납봉(7)이 완전히 변형되기 직전의 단면도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 상, 하부에서 압입된 잉여 체적의 납만큼 납봉(7)은 더욱 안쪽으로 이동된 중립면을 기준으로 반경방향의 안쪽과 바깥쪽으로 변형하게 된다.

여기서 주름 모양(14)을 형성하면서 고무 층(1)으로 유동하는 납봉(7)에 큰 반력이 작용하는 경우가 발생하면 납의 유동도 평형상태를 이루면서 진행되므로 매개부품(23)의 중심부에 있는 소정크기의 구멍이 관통되어서 형성된 관통홀(H)로 잉여체적을 압출하게 된다.

따라서 매개부품(23)의 중심부에 있는 상기 관통홀(H)로 인하여 과도한 잉여체적이 제거되게 되거나, 혹은 종래의 매개부품(23) 중심부에 있던 중립면의 위치가 반경방향 쪽으로 이동되게 되는 것이다.

이상 도 6(a)~(c)에서 알 수 있듯이, 상기와 같은 매개부품(23)을 이용할 경우 납의 변형과정은, 종래의 기술인 도 3과 같이, 변형의 시작초기부터 접촉면(17)이 면접촉을 하면서 평면인 경우의 변형과정에서 보이는 납봉(7)의 중심축에 있던 중립면의 위치를 본 고안에서는 납봉(7)의 중심축이 아닌 곳으로 이동시켜 비변형영역을 제거함으로써, 잉여체적의 납이 유동할 때 납봉(7)의 외면의 변형 모양에매우 큰 차이를 보이게 된다.

본 고안의 경우, 상기 매개부품(23)에 의해 납봉(7)이 소성 변형할 때 압입되는 납봉(7)은 중립면을 기준으로 안쪽과 바깥쪽으로 수평방향으로 동시에 변형하므로 통상 비변형영역 바로 아래에서 발생하는 가장 심하게 유동하는 영역이 매우 작고 대부분의 영역에서 균일한 유동영역을 보이게 되어 균일한 주름 모양(14)을 형성하게 되며, 또한 안쪽으로의 유동에 대한 구속은 접촉면 형상에 따라 달라지며 따라서 납봉(7)이 소성 변형할 때 발생하는 유동을 적절하게 제어하는 것이 가능하다.

그 결과 적층 형태의 탄성체(5)의 중공부에 납봉(7)을 압입할 때 높이 방향으로 중앙 쪽에 있는 고무 층에서의 납봉(7)의 압입에 의한 주름 직경과 양 끝단 쪽 주름 직경은 거의 같아져 균일한 주름 형상을 얻을 수 있어 제품의 역학적 성질에 편차가 없어지게 되는 것이다.

이를 위하여, 상기 매개부품(23)의 단면형상은, 도 7에 도시된 바와 같이, 압입되는 납봉과 접촉하는 부분의 단면의 형상은 도시된 예와 같이 중심부 쪽은 두께가 얇고 반경방향 바깥쪽으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 형상(예를 들면 23a ~ f)들 중의 하나를 갖는 매개부품(23)을 삽입하여 납봉을 압입한 후 제품의 일부가 되도록 구성되게 된다.

한편, 본 고안에 따르면 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 매개부품(23)과 적층 형태 탄성체(5)의 중공 부분 사이의 틈새(Cl)는 가능한 한 작을수록 좋으나 삽입할 때 외력을 가하지 않고 들어가야 하므로 0.05mm 이상이면 적당하며, 따라서상기 매개부품(23)의 직경은, 탄성체(5)를 관통하여서 형성된 중공부의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

이상의 본 고안과 같이 이루어진 매개부품에 의하여 납봉이 압입되면 소성변형에 의하여 납은 적층형태의 탄성체의 고무 층 사이로 돌출되면서 주름 모양을 이루게 되며, 일부는 적층 형태 탄성체의 양 끝단에 있는 상대적으로 더 두꺼운 단부강판의 중공부와 매개부품과의 틈새로 납이 압입되고, 그리고 나머지 일부는 매개부품의 중심부의 관통홀을 채우거나 압출되게 된다.

또한, 고무 층으로 주름 모양으로 돌출되는 납의 양과 중심부 관통홀을 채우거나 압출되는 양과의 관계는 압입하중을 작용하였을 때 중립축의 위치로부터 안쪽과 바깥쪽으로의 소성변형의 평형에 따르므로 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율, 관통홀의 크기 그리고 접촉면 단면의 형상에 따라 납의 유동을 적절하게 제어하는 것이 가능하게 되므로, 그 결과 재료 유동을 제어하는 영향인자가 더 많아지게 되는 것이다.

한편, 도 8은 본 고안에 따른 매개부품과 인접 부품 사이의 관계를 나타낸 단면도이다.

본 고안에 의하면, 상기 매개부품(23)의 강성은 압입되는 납보다는 반드시 커야하며, 그 두께(Tm)를 적층 형태의 탄성체의 상하 끝단 쪽에 구비된 단부강판(3, 4)의 두께(Te)와 같거나 작도록 하는 것이 성형성과 탄성체의 기능 유지를 위하여 보다 바람직하게 된다.

종래의 경우 적층 형태의 탄성체에 있는 중공부의 체적보다는 압입될 납봉의체적은 커야만 하고, 또한 삽입되는 납봉의 직경은 중공부의 직경보다 작아야만 했기 때문에 탄성체의 중공 부분의 높이보다 삽입될 납봉의 높이가 커질 수밖에 없었다.

따라서 적층 형태 탄성체의 중공부 안으로 압입될 납봉을 삽입하면, 납봉의 높이가 중공부의 높이보다 크므로 밖으로 돌출되게 되는데, 이때 납을 압입할 때 돌출부 측면으로의 납의 유동을 방지하기 위하여 보통 홀더를 설치하여 작업을 행하나 홀더와 탄성체 사이의 틈새로 납이 유동하기가 쉽다.

그러나 본 고안의 매개부품을 이용하여 압입하는 경우, 상기 매개부품의 체적만큼 압입될 납봉의 체적을 줄일 수 있기 때문에 적층 형태 탄성체의 중공 부분의 높이보다 작은 높이의 납봉을 사용하는 것이 가능하게 되며, 또한 납의 높이가 작아짐에 따라 동시에 배불림 현상도 최소화가 가능하다.

또한 별도의 지그가 전혀 필요가 없으며, 필요하다 하더라도 매개부품을 안내하는 역할만 하면 충분하므로 압입 후 손실되는 납이 없게 되며, 잉여 체적의 납이 주름 모양을 이룰 때 설계자가 원하는 정확한 주름 형상 체적을 조절할 수가 있게 된다.

그리고 납이 압입되지 않은 적층 형태의 탄성체는 수직하중을 받으면 중공부의 고무 층은 볼록하게 주름 모양을 이루면서 돌출하여 중공부의 체적은 줄어들게 되며, 이와 같이 줄어드는 체적은 연직하중의 크기와 고무 층 두께 및 평면적에 따라 달라지게 되는데, 본 고안의 경우 유한요소 해석에 의한 해석결과로는 설계 최대하중에서 일반적으로는 10%이내 임을 알 수 있었다.

따라서, 본 고안의 경우 압입될 납봉의 체적(V_l)대 연직하중을 받은 상태에서 적층 형태의 탄성체의 중공부의 체적(V_v)의 비, V_l/V_v의 값은 압입될 납봉의 높이가 적층 형태 탄성체 중공부의 높이보다 작게 할 수 있는 최대 1.01로 하며, 가장 작은 범위는, 도 5의 실시 예에서 보여주는 것처럼 매개부품과 단부강판이 밀착되는 부분이 일정깊이로 파여진 기둥 형상의 공간부가 형성되어 있는 경우 최소 0.70까지로 하여, 즉 V_l/V_v의 값을 0.70 ~ 1.01를 함으로써 보다 바람직한 성능을 얻을 수가 있다.

만약에 V_l/V_v의 값을 0.70 보다 적게 형성한 경우에는, 탄성체의 내주면과, 상기 내주면에 대면하여 접하는 납봉의 외주면과의 사이에 틈새가 생기기 쉽고, 그 결과 불안정한 면진특성을 나타내게 된다.

그리고 V_l/V_v의 값을 1.01 보다 많게 형성한 경우에는 납봉이 고무 층으로 크게 파고들어 탄성체의 내주면이 과도한 오목면으로 되고, 그 결과 이 위치부근에서 과도한 응력이 생기게 되어 고무 층의 열화를 앞당기게 되어 내구성도 떨어지게 된다. 또한 많은 납을 압입하기 위하여 밀어 넣는 힘이 크게 되어 탄성체를 파손을 초래할 수가 있어 실용적이지 못함을 알 수 있다.

여기서 상기 연직하중은 상부 구조물의 자중이거나 혹은 자중과 함께 작용하는 다른 어떤 부가적인 하중을 포함한 설계 최대하중이 된다.

한편, 도 9는 본 고안에 따른 납 면진 받침의 이력특성 곡선을 나타내는 그래프로, 압입된 납의 주름형상의 직경이 거의 균일하므로 적층 형태의 탄성체가 수평하중을 받으면서 변형할 때 납의 전단 단면적이 동일하므로 거의 비례하는 경향을 보이고 있다. 따라서 소산되는 에너지의 양의 보다 정확한 측정이 가능하고, 더 균일한 역학적 성질을 얻을 수 있음을 알 수가 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의하면 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 큰 경우에 있어서도 고무 층으로의 납의 압입이 고무 층의 높이와 관계없이 균일하게 충진되도록 하는 매개부품의 형상을 제공함으로써 역학적 성질이 균일한 납 면진받침을 제공하고자 하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

이상과 같은 본 고안에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.

먼저, 매개부품을 이용하여 기둥 형상의 납을 압입할 경우, 압입될 납봉의 높이 대 직경의 비율(Hb/Db)이 큰 경우에 있어서 압입될 납봉에서 생기는 중립면, 비변형영역 그리고 그 직하에서 발생하는 가장 빠른 유동영역의 위치를 납봉의 중심부 바깥쪽으로 이동시키거나 없애는 것이 가능하므로 대부분의 체적에서 균일 유동을 얻을 수가 있어 종래와 같이 배불림 현상을 최소화시킬 수가 있는 등 제품의 균일한 역학적 성질을 얻을 수가 있게 된다.

또한 동시에 압축된 고무 층의 복원력에 기인하여 압입된 납봉이 탄성체의중공부 밖으로 부상하여 돌출하는 것을 방지하는 기능이 얻어지도록 제품을 구성하는 것이 가능하다.

그리고 본 고안에 의하면, 압입되는 납의 양을 엄밀하게 예측하여 납의 손실을 줄일 수 있으며, 동시에 종래보다 압입될 기둥 형상의 납의 크기 자체를 줄임으로서 제조비용이 대폭 절감될 수가 있다.

마지막으로, 기둥 형상의 납을 적층 형태의 탄성체에 압입한 후에는 매개부품에 의하여 중금속인 납이 대기 중으로 노출되는 것이 방지되므로 납이 대기 중에 노출되는 위험성을 방지할 수가 있게 되는 등 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (5)

1. 상하 단부강판(3, 4) 사이로 고무 층(1)과 강판(2)이 번갈아 적층되고, 상기 고무 층과 강판에 수직한 방향으로 중공부를 형성하면서 일체로 성형된 탄성체를 구비하며, 상기 탄성체의 중공부에 납봉(7)이 압입되고 상기 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면과 주름 모양으로 밀착 성형되어 상, 하부 연결판 사이에 설치되도록 된 납 면진받침에 있어서,

   상기 납봉(7)의 상하 끝단부와 상기 상, 하부 연결판(9,10) 사이에 구비된 소정형상의 매개부품(23)에 의하여 상기 중공부에 압입될 납봉의 체적 V_l과 연직하중을 가한 상태에서 상기 중공부의 체적 V_v과의 비, V_l/V_v가 0.70∼1.01인 범위에서 압입되어지되, 상기 매개부품(23)은, 상기 납봉(7)과 접촉하는 부분의 단면형상이 중심축에서 반경방향으로 갈수록 두께가 점차 증가하는 형상으로 이루어지며, 그 중심부에 소정크기의 구멍이 관통되어서 형성된 관통홀(H)이 구비된 것을 특징으로 하는 납 면진받침.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상, 하부 연결판(9, 10)은, 상기 매개부품(23)과 단부강판(3, 4)이 밀착되는 부분이 일정깊이로 파여진 기둥 형상의 공간부(24)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 납 면진받침.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 공간부가 이루는 직경(D)은, 상기 매개부품이 이루는 직경(D₁)보다는 크고, 상기 단부강판이 이루는 직경(D₂)보다는 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 납 면진받침.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느한 항에 있어서, 상기 매개부품(23)의 가장 두꺼운 부분의 두께(Tm)는, 상기 단부강판의 두께(Te)와 같거나 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 납 면진받침.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느한 항에 있어서, 상기 매개부품(23)의 직경(D₁)은, 상기 탄성체를 관통하여서 형성된 중공부의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 납 면진받침.