KR20120105881A - 가변 마찰 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤 변위에 따라 진동 감쇠 계수가 변화하는 가변 마찰 댐퍼에 관한 것으로, 피스톤 헤드가 삽입된 소정 높이의 실린더와, 피스톤 헤드와 함께 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 피스톤 로드로 이루어진 피스톤과, 상기 피스톤 로드의 하단을 고정 지지하는 지지판, 및 상기 피스톤 로드의 주변으로 상기 실린더와 지지판을 탄력 지지하는 코일스프링을 포함하고, 상기 피스톤 헤드의 측면이 실린더의 내벽에 밀착되고, 실린더 내벽의 중간부는 요홈 형태로 하여 상기 피스톤 헤드와의 사이에 소정 간격 이격되도록 함으로써, 피스톤의 변위에 따라 마찰 면적이 가변되는 구조를 갖추어 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 피스톤 헤드가 마찰 저항을 받지 않고 낮은 진동 감쇠 계수를 가지며, 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 마찰 면적의 증가에 따른 높은 진동 감쇠 계수를 갖게 되어 진동 특성에 따라 감쇠 성능이 변화하도록 구성한 가변 마찰 댐퍼를 제공한다.

Description

가변 마찰 댐퍼{VARIABLE FRICTIONAL DAMPER}

본 발명은 피스톤 변위에 따라 진동 감쇠 계수가 변화하는 가변 마찰 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 높은 감쇠 계수를 가지고 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 낮은 감쇠 계수를 가짐으로써 모든 진동 주파수 대역에서 진동 저감 및 힘 전달을 감쇠시키는 가변 마찰 댐퍼에 관한 것이다.

댐퍼는 진동원으로부터 발생하여 외부로 전달되는 진동을 줄여주는 역할을 하는 것으로, 큰 진동 변위, 즉 공진주파수 영역에서는 높은 감쇠력(감쇠 계수)이 필요하고, 작은 진동 변위, 즉 고주파 영역에서는 낮은 감쇠력(감쇠 계수)이 필요하다.

그러나, 종래의 댐퍼는 항상 일정한 압력강하로 인해 항상 일정한 감쇠 계수만을 얻을 수 있었으며, 이로 인하여 앞의 두 영역에서 적절한 감쇠 조건을 만족시키지 못하였다.

이에 따라 진동 조건에 따라 감쇠 계수가 변화하는 특징을 가지는 댐퍼가 필수적으로 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 종래 기술이 가지는 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 피스톤 헤드의 마찰 저항 변화에 따라 감쇠 계수가 달라지는 특징을 이용하여 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 높은 감쇠계수를 가지고 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 낮은 감쇠계수를 갖도록 하여 모든 진동 주파수 대역에서 진동 저감 및 힘 전달을 감쇠시키는 가변 마찰 댐퍼를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 피스톤 변위에 따른 마찰 저항의 변화에 따라 감쇠 계수가 달라지는 특징을 이용하여 모든 진동 조건에서 효율적인 감쇠 계수를 얻을 수 있는 가변 마찰 댐퍼를 설계함에 있다.

상기와 같은 과제들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, 피스톤 헤드가 삽입된 소정 높이의 실린더와, 피스톤 헤드와 함께 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 피스톤 로드로 이루어진 피스톤과, 상기 피스톤 로드의 하단을 고정 지지하는 지지판, 및 상기 피스톤 로드의 주변으로 상기 실린더와 지지판을 탄력 지지하는 코일스프링을 포함하고, 상기 피스톤 헤드의 측면이 실린더의 내벽에 밀착되고, 실린더 내벽의 중간부는 요홈 형태로 하여 상기 피스톤 헤드와의 사이에 소정 간격 이격되도록 함으로써, 피스톤의 변위에 따라 마찰 면적이 가변되는 구조를 갖추어 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 피스톤 헤드가 마찰 저항을 받지 않고 낮은 진동 감쇠 계수를 가지며, 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 마찰 면적의 증가에 따른 높은 진동 감쇠 계수를 갖게 되어 진동 특성에 따라 감쇠 성능이 변화하도록 구성한 가변 마찰 댐퍼를 제공한다.

본 발명에 따르면, 가변 마찰 댐퍼는 실린더 내벽의 중간부를 중심으로 상하 부위와 피스톤 헤드의 측면에, 또는 상기 중간부를 중심으로 상하 부위와 피스톤 헤드의 측면 중 적어도 일측에 마찰 저항을 일으키는 마찰 부재를 부착하고, 상기 마찰 부재는 스폰지와 같은 폴리우레탄 소재나 소정의 내구성 및 내마모성을 가지는 합성섬유재를 포함하도록 구성함이 바람직하다.

또한, 피스톤 로드는, 피스톤 헤드로부터 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 하부 로드와, 상부의 진동 발생원의 일측에 연결 고정된 상부 로드를 갖는 양 로드형으로 구성되고, 그로부터 피스톤을 보다 안정적으로 유지하도록 하여 상하 방향의 진동 발생시 뿐만 아니라 좌우 방향의 진동 발생시에도 적용이 가능하다.

상기와 같은 기본 구성을 가지는 본 발명은 특정 진동 크기 이하에서는 마찰 면적이 없어 마찰 감쇠가 발생하지 않고 특정 진동 크기 이상에서는 마찰 면적에 따라 감쇠 계수가 달라지는 구성을 갖춤으로써 변위가 큰 공진 주파수에는 높은 감쇠 계수를 갖고 변위가 작은 고 주파수에서는 낮은 감쇠 계수를 가져, 실제로 모든 진동 주파수 대역에서 진동 저감 및 힘 전달을 감쇠시킬 수 있고, 또한 모든 진동 조건에서 효율적인 감쇠 계수를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 마찰 댐퍼의 구성을 도시한 도면
도 2는 도 1에 따른 가변 마찰 댐퍼의 작동상태도
도 3은 도 1에 따른 가변 마찰 댐퍼의 작동상태도
도 4는 본 발명에 따른 가변 마찰 댐퍼의 변형례를 도시한 도면

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 마찰 댐퍼의 구성을 도시한 것으로, 피스톤 헤드의 변위에 따른 마찰 저항에 의해 적절한 감쇠 계수를 가지게 되는 구조이다.

이 구조의 가변 마찰 댐퍼는 피스톤 헤드(21)가 삽입된 소정 높이의 실린더(10)와, 피스톤 헤드(21)와 함께 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 피스톤 로드(22)로 이루어진 피스톤(20)과, 피스톤 로드의 하단을 고정 지지하는 지지판(40)과, 피스톤 로드의 주변으로 상기 실린더(10)와 지지판(40)을 탄력 지지하는 코일스프링(30)을 기본 구성으로 하고, 진동 발생시에는 실린더(10) 상단에 전달된 진동 주파수를 실린더 하단에 위치된 코일스프링(30)의 탄성력으로 1차 흡수한다.

이때 실린더(10)는 코일스프링(30)의 신축 방향으로 상하 이동하고, 실린더 내부에 위치된 피스톤 헤드(21)는 실린더(10)의 상하 이동에 의해 상대적으로 실린더의 내부를 승강하게 된다.

본 발명에서 댐퍼는 피스톤 헤드(21)의 변위에 따라 마찰 저항이 발생하도록 하는 것으로, 이를 위해 피스톤 헤드(21)의 측면이 실린더 내벽에 밀착되도록 구성함이 바람직하며, 그에 따라 본 발명의 댐퍼는 변위가 큰 공진주파수 영역에서 높은 진동 감쇠 계수를 갖게 된다.

실린더(10)의 내벽과 피스톤 헤드(21)의 측면이 밀착하여 마찰을 일으키도록 하기 위해서는 실린더 내벽과 피스톤 헤드의 측면 중 적어도 일측, 바람직하게는 실린더 내벽과 피스톤 헤드의 측면 모두에 일정한 마찰 저항을 일으키는 부재(12,23; 이하 '마찰 부재'라 한다), 예를 들어 스폰지와 같은 폴리우레탄 소재나 일정한 내구성 및 내마모성을 갖는 다양한 형태의 합성섬유재 등이 부착될 수 있다.

또한, 본 발명의 가변 마찰 댐퍼는 변위가 작은 고 주파수 영역에서 피스톤 헤드가 마찰 저항을 받지 않고 낮은 진동 감쇠 계수를 가지도록 실린더 내벽의 중간부(11)를 요홈 형태로 하고 상기 피스톤 헤드(21)와의 사이에 소정 간격 이격되도록 구성함이 바람직하다.

이러한 구조로부터 본 발명의 댐퍼는, 피스톤 헤드(21)가 실린더(10)의 내벽 중간부(11)에 위치된 최초의 상태로부터, 진동 발생시 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 도 1와 같이 피스톤 헤드(21)가 실린더 내벽의 중간부(11)의 범위를 벗어나지 않고 단지 코일스프링(30)의 탄성력만으로 진동을 흡수하여 마찰 저항없이 낮은 감쇄 계수로서 방진 기능을 수행하게 되며, 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 코일스프링(30)이 신축하여 실린더가 상하 요동하게 되고 피스톤 헤드(21)는 실린더(10)의 상하 요동으로 인해 상대적으로 승강 작용을 하게 되며, 그에 따라 피스톤 헤드(21)가 실린더 내벽의 중간부(11)의 범위를 벗어나 승강 작용을 하게 되면서 피스톤 헤드(21)의 측면에 부착된 마찰부재(23)와 실린더 내벽에 부착된 마찰부재(12)가 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이 마찰을 일으키게 된다. 이때 발생되는 마찰저항으로 인해, 본 발명의 댐퍼가 높은 감쇠 계수로서 제진 기능을 수행하게 된다.

이와 같은 본 발명의 가변 마찰 댐퍼에 따르면, 시스템의 공진 구간에서는 큰 진동 변위가 발생하므로 마찰 면적의 증가에 따른 높은 감쇠 계수를 가지게 되고, 변위가 작은 고주파 구간에서는 마찰 면적이 없으므로 비 마찰에 의한 낮은 감쇠 계수를 가지게 되어 바닥으로의 힘 전달을 줄일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 가변 마찰 댐퍼의 변형례를 도시한 것으로, 이 댐퍼 구조의 경우, 상하 진동에 대해서만 적용가능한 도 1과 달리 좌우 진동에 대해서도 함께 적용할 수 있는 형태이다.

이 형태의 가변 마찰 댐퍼는, 피스톤 헤드(21)가 삽입된 소정 높이의 실린더(10)와, 피스톤 헤드(21)와 함께 상기 실린더의 상하 방향으로 인출 연장된 상하 양 로드형의 피스톤 로드(22a,22b)로 이루어진 피스톤(20')과, 하부 피스톤 로드(22a)의 하단을 고정 지지하는 지지판(40)과, 피스톤 로드의 주변으로 상기 실린더(10)와 지지판(40)을 탄력 지지하는 코일스프링(30)을 기본 구성으로 한다.

이 구조에서 상부 피스톤 로드(22b)는 진동 발생원(50)의 일측에 연결 고정된 상태로 피스톤(20')을 보다 안정적으로 유지하게 되어 상하 방향의 진동 발생시 뿐만 아니라, 좌우 방향의 진동 발생시에도 적용할 수 있게 된다.

또한, 이 댐퍼는 도 1과 마찬가지로, 실린더(10)의 내벽과 피스톤 헤드(21)의 측면 중 적어도 일측, 바람직하게는 실린더 내벽과 피스톤 헤드의 측면 모두에 일정한 마찰 저항을 일으키는 부재(12,23; 마찰 부재), 예를 들어 스폰지와 같은 폴리우레탄 소재나 일정한 내구성 및 내마모성을 갖는 다양한 형태의 합성섬유재 등을 부착한 상태로 제공한다.

또한, 이 댐퍼는 변위가 작은 고 주파수 영역에서 피스톤 헤드가 마찰 저항을 받지 않고 낮은 진동 감쇠 계수를 가지도록, 도 1에서와 같이 실린더 내벽의 중간부(11)를 요홈 형태로 하고 상기 피스톤 헤드(21)와의 사이에 소정 간격 이격되도록 구성하여 제공한다.

이상 설명된 구성을 통해 본 변형례에 따른 댐퍼는, 진동 발생시 변위가 작은 고 주파수 영역에서는 도 4의 상태로 피스톤 헤드(21)가 실린더 내벽의 중간부(11)의 범위를 벗어나지 않고 단지 코일스프링(30)의 탄성력만으로 진동을 흡수하여 마찰 저항없이 낮은 감쇄 계수로서 방진 기능을 수행하게 된다. 반면, 변위가 큰 공진주파수 영역에서는 코일스프링(30)이 신축하여 실린더가 상하 요동하고 피스톤 헤드는 실린더의 요동으로 인해 상대적으로 승강 작용을 하게 되며, 그에 따라 피스톤 헤드(21)가 실린더 내벽의 중간부(11)의 범위를 벗어나 피스톤 헤드(21)의 측면에 부착된 마찰부재(23)와 실린더 내벽에 부착된 마찰부재(12)가 마찰을 일으키게 된다. 댐퍼는 이때 발생된 마찰저항으로 인해 높은 감쇠 계수로서 제진 기능을 수행하게 된다.

물론, 본 변형례에서 댐퍼는 상부 및 하부 피스톤 로드(22a,22b)에 의해 보다 안정적인 상태를 유지하므로 전술한 바와 같은 상하 방향의 진동 발생시 뿐만 아니라, 좌우 방향으로도 진동이 전달되는 진동 발생원에 대해서도 적용하여 사용이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 피스톤의 변위에 따라 감쇠 계수가 달라지는 본 발명의 가변 마찰 댐퍼는 건축 토목분야나 산업용 기기, 그리고 세탁기나 냉장고와 같이 진동이 발생하는 가정용 기기 등에 방진 받침대 또는 댐퍼 용도로 다양하게 활용할 수 있다.

10 : 실린더 20,20' : 피스톤
21 : 피스톤 헤드 22,22a,22b: 피스톤 로드
12,23 : 마찰 부재 11 : 중간부
30 : 코일스프링 40 : 지지판

Claims (4)

1. 피스톤 헤드가 삽입된 소정 높이의 실린더와, 피스톤 헤드와 함께 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 피스톤 로드로 이루어진 피스톤과, 상기 피스톤 로드의 하단을 고정 지지하는 지지판, 및 상기 피스톤 로드의 주변으로 상기 실린더와 지지판을 탄력 지지하는 코일스프링을 포함하고,
   상기 피스톤 헤드의 측면이 실린더의 내벽에 밀착되고, 실린더 내벽의 중간부는 요홈 형태로 하여 상기 피스톤 헤드와의 사이에 소정 간격 이격되도록 함으로써, 피스톤의 변위에 따라 마찰 면적이 가변되어 진동 특성에 따른 감쇠 성능이 변화하도록 것을 특징으로 하는 가변 마찰 댐퍼.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더 내벽의 중간부를 중심으로 상하 부위와 피스톤 헤드의 측면에, 또는 상기 중간부를 중심으로 상하 부위와 피스톤 헤드의 측면 중 적어도 일측에 마찰 저항을 일으키는 마찰 부재를 부착한 것을 특징으로 하는 가변 마찰 댐퍼.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 마찰 부재는, 스폰지와 같은 폴리우레탄 소재나 소정의 내구성 및 내마모성을 가지는 합성섬유재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 마찰 댐퍼.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 피스톤 로드는, 피스톤 헤드로부터 상기 실린더의 하방으로 인출 연장된 하부 로드와, 상부의 진동 발생원의 일측에 연결 고정된 상부 로드를 갖는 양 로드형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 마찰 댐퍼.

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