KR20130037952A - 가변 스테이지 마찰 댐퍼 - Google Patents

가변 스테이지 마찰 댐퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 마찰 영역을 구비한 실린더; 상기 실린더의 내부에서 길이방향으로 이동 가능한 피스톤 로드; 상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 피스톤 로드의 외주면과 마찰되어 댐핑력을 발생하는 마찰 부재; 상기 실린더의 마찰 영역 내부에 설치되어 상기 마찰 부재의 이동 구간을 제한하도록 이동 가능한 스테이지; 및 상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 스테이지가 이동되도록 하는 스테이지 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 스테이지 마찰 댐퍼에 관한 것으로서, 구동 모터에 의해 스테이지 이동 수단이 구동되어 스테이지를 이동시킴으로써, 마찰 영역의 프리-스트레스 구간을 선택적으로 제거함으로써 고주파수의 진동 및 저주파수의 진동 모두에 효과적으로 대응할 수 있는 댐핑력을 제공할 수 있다.

Description

가변 스테이지 마찰 댐퍼{Variable Stage friction damper}
본 발명은 가변 스테이지 마찰 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간을 확보하고, 저주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간이 생기지 않도록 하여 고주파수 영역 및 저주파수 영역의 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 가변 스테이지 마찰 댐퍼에 관한 것이다.
최근 세탁기의 세탁조나 드럼이 회전함에 따라 발생하는 진동에 의해 층간 진동 및 소음이 많이 발생하고 있다. 이에 따라 세탁기의 진동과 소음을 줄이기 위해 마찰 댐퍼를 이용한 제진 방법이 적극적으로 도입되고 있다.
도 1은 종래의 마찰 댐퍼를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 마찰 댐퍼는 실린더(6)와, 실린더(6)의 내부에 일정 부분이 삽입 형성되는 피스톤 로드(7)가 형성된다. 그리고, 실린더(6)가 진동 발생 매체의 일측에 연결되도록 하는 고정구(61)와, 피스톤 로드(7)가 진동 발생 매체의 타측에 연결되도록 하는 고정구(71)와, 피스톤 로드(7)의 일단에 형성되어 실린더(6)의 내주면과 마찰 작용이 수행되도록 하는 마찰 부재(9)와, 피스톤 로드(7)의 안쪽에 형성되어 실린더(6) 내부의 공기가 압축되지 않도록 하기 위한 통기구(72)가 포함된다.
이와 같은 종래 기술에 따른 마찰 댐퍼(8)의 구성을 참조하여 마찰 댐퍼(8)의 동작을 설명한다.
기계 장치의 마찰 발생 매체에서 일정량의 진동이 발생될 때, 실린더(6)의 내주면과 피스톤 로드(7)의 외주면 사이에는, 상대적으로 다른 위치 변위가 발생된다. 그리고, 실린더(6)와 피스톤 로드(7) 사이에 형성되는 마찰 부재(9)에 의해서, 진동량은 마찰열로 변화되어 감쇠된다.
그리고, 통기구(72)는 피스톤 로드(7)가 도면을 기준으로 좌측으로 이동될 때, 실린더(6) 내부의 공기가 압축되어 댐핑력을 약화시키는 것을 방지하기 위하여, 공기가 외부로 빠져나가는 통로를 형성하도록 한다.
한편, 진동 발생 매체는 큰 진동량이 발생되는 경우와, 작은 진동량이 발생되는 경우가 구분되어 두 가지 경우가 모두 발생될 수 있다.
그러나, 도면에 설명된 바와 같은 종래의 마찰 댐퍼(8)에 의해서는 항상 동일한 댐핑력이 발생된다. 그러므로, 작은 진동 변위가 발생되는 경우(고주파 영역)에서 마찰 댐퍼(8)는 강체로 작용되어 신속하게 진동량을 감쇠시킬 수 없을 뿐만 아니라 소음도 크다. 그리고, 큰 진동 변위가 발생되는 경우(저주파 영역)에는 댐퍼(8)의 변위 한도를 넘어서는 진동량에 의해서 신속하게 진동량을 감쇠시킬 수 없을 뿐만 아니라, 댐퍼(8)가 파손되기도 한다.
이와 같이, 마찰 댐퍼는 큰 진동 변위(저주파 영역)에서는 높은 감쇠 계수(감쇠력)가 필요하고, 작은 진동 변위(고주파 영역)에서는 낮은 감쇠 계수(감쇠력)가 필요하지만, 종래의 마찰 댐퍼는 항상 일정한 마찰 면적을 가져 일정한 감쇠 계수만을 얻을 수 있기 때문에, 저주파 영역 및 고주파 영역에서 발생되는 진동 모두를 만족시킬 수 있는 적절한 감쇠 계수를 얻을 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 상술한 마찰 댐퍼를 개량한 스테이지 마찰 댐퍼가 도입되었는데, 스테이지 마찰 댐퍼는 진동이 큰 저주파수 영역에서는 스펀지의 마찰에 의한 큰 댐핑력으로 세탁기의 공진 주파수를 제어하고, 진동이 작은 저주파수 영역에서는 작은 댐핑력으로 세탁기의 세탁조나 드럼의 진동이 세탁기 외부로 전달되지 않도록 하여 진동을 저감시켜준다.
그러나, 이러한 스테이지 마찰 댐퍼는 고주파수 영역에서는 세탁기의 진동을 비교적 잘 감쇠시키지만, 저주파수 영역에서는 프리-스트레스(Pre-stress) 구간으로 인하여 감쇠비가 고주파수 영역에서 이용하는 값을 포함하고 있기 때문에 효과적인 감쇠 효과를 얻을 수 없었다.
즉, 스테이지 마찰 댐퍼는 저주파수 영역에서의 효과적인 댐핑력을 갖기 위하여 저주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간이 존재하지 않아야 하지만, 고주파수 영역에서는 댐핑력의 목표치를 0으로 설정하는 것이 효과적이기 때문에 프리-스트레스 구간이 존재하여야 한다. 따라서, 종래의 스테이지 마찰 댐퍼는 저주파수 영역에서 프리-스트레스 구간으로 인해 효과적인 감쇠가 불가능하였다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 고주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간을 확보하고, 저주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간이 생기지 않도록 하여 고주파수 영역 및 저주파수 영역의 진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 가변 스테이지 마찰 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 내부에 마찰 영역을 구비한 실린더; 상기 실린더의 내부에서 길이방향으로 이동 가능한 피스톤 로드; 상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 피스톤 로드의 외주면과 마찰되어 댐핑력을 발생하는 마찰 부재; 상기 실린더의 마찰 영역 내부에 설치되어 상기 마찰 부재의 이동 구간을 제한하도록 이동 가능한 스테이지; 및 상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 스테이지가 이동되도록 하는 스테이지 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스테이지 이동 수단은, 상기 스테이지로부터 상기 실린더의 길이방향을 따라 연장된 랙 기어부; 상기 랙 기어부와 맞물려 결합되는 웜 기어부; 및 상기 웜 기어부가 회전되도록 구동력을 발생하는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 구동 모터는 토크 증가를 위해 감속기와 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구동 모터에 의해 스테이지 이동 수단이 구동되어 스테이지를 이동시킴으로써, 마찰 영역의 프리-스트레스 구간을 선택적으로 제거함으로써 고주파수의 진동 및 저주파수의 진동 모두에 효과적으로 대응할 수 있는 댐핑력을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 직동식 피스톤형 마찰 댐퍼를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 가변 스테이지 마찰 댐퍼의 일실시예를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 가변 스테이지 마찰 댐퍼를 개략적으로 도시한 도면으로서, 저주파수 영역에서 모터 구동에 의해 스테이지가 이동된 상태를 도시한 도면,
도 4는 도 2의 가변 스테이지 마찰 댐퍼를 개략적으로 도시한 도면으로서, 고주파수 영역에서 모터 구동에 의해 스테이지가 이동된 상태를 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 스테이지 마찰 댐퍼의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 스테이지 마찰 댐퍼의 일실시예를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 가변 스테이지 마찰 댐퍼를 개략적으로 도시한 도면으로서, 저주파수 영역에서 모터 구동에 의해 스테이지가 이동된 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2의 가변 스테이지 마찰 댐퍼를 개략적으로 도시한 도면으로서, 고주파수 영역에서 모터 구동에 의해 스테이지가 이동된 상태를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 스테이지 마찰 댐퍼는 실린더(110), 피스톤 로드(120), 마찰 부재(130), 스테이지(140) 및 스테이지 이동 수단을 포함하여 이루어진다.
실린더(110)는 원통 형상체로서, 그 내부에서 피스톤 로드(120)가 길이방향을 따라 이동될 수 있는 소정의 공간을 구비한다. 또한, 실린더(110)는 후술되는 마찰 부재(130) 및 스테이지(140)가 수용되는 마찰 영역(101)을 구비한다.
피스톤 로드(120)는 실린더(110)의 일단을 관통하여 실린더(110)의 외부에 위치한 세탁기와 같은 진동 발생 매체(미도시)와 연결되고, 실린더(110)의 내부에서 왕복 이동함에 따라 진동 발생 매체의 진동을 감쇠시키는 역할을 한다.
마찰 부재(130)는 실린더(110) 내부의 마찰 영역(101)에서 피스톤 로드(120)의 외주면을 둘러싸는 형태로 구비되고, 피스톤 로드(120)의 외주면과 마찰되어 외부의 진동 발생 매체의 진동을 감쇠하기 위한 댐핑력을 제공한다. 여기서, 마찰 부재(130)는 스폰지와 같은 폴리우레탄 소재나 일정한 내구성 및 내마모성을 갖는 다양한 형태의 합성 섬유재 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 마찰 부재(130)는 외력에 의해 부피가 변화될 수 있는 탄성체일 수 있다.
스테이지(140)는 실린더(110) 내부의 마찰 영역(101)에서 피스톤 로드(120)의 외주면을 둘러싸는 형태로 구비되고, 실린더(110) 내부의 마찰 영역(101)에서 피스톤 로드(120)의 길이방향을 따라 이동되면서 마찰 부재(130)의 이동 구간, 즉 프리 스트레스 구간(P)을 제한하는 역할을 한다.
스테이지 이동 수단은 스테이지(140)가 실린더(110)의 마찰 영역(101) 내부에서 피스톤 로드(120)의 길이방향을 따라 이동하도록 스테이지(140)를 이동시킨다.
구체적으로, 스테이지 이동 수단은 랙 기어부(151), 웜 기어부(152) 및 구동 모터(153)를 포함하여 이루어진다.
랙 기어부(15)는 스테이지(140)의 하면으로부터 실린더(110)의 길이방향을 따라 하부로 연장되고 그 단부에 랙 기어를 구비한다. 웜 기어부(152)는 랙 기어부(151)의 랙 기어와 맞물리는 웜 기어를 구비한다. 그리고, 구동 모터(153)는 실린더(110)의 하부에 설치되고 웜 기어부(152)와 결합되어 웜 기어부(152)를 회전시키기 위한 구동력을 발생한다.
여기서, 높은 댐핑력에 대해 스테이지를 이동시킬 수 있도록 구동 모터(153)의 토크를 증가시킬 필요가 있는데, 이를 위해 구동 모터(153)는 감속기(미도시)와 결합된 것이 바람직하다. 또한, 웜 기어부(152)는 기어비가 높은 웜 기어를 배열하여 댐핑력을 충분히 지탱할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 구동 모터(153)는 간단한 온/오프 제어 방식이 바람직하다.
이러한 구성의 가변 스테이지 마찰 댐퍼에 의해, 저주파수 영역에서는 구동 모터(153)가 정방향(시계방향)으로 구동되어, 웜 기어부(152)가 회전하게 되고 이에 따라 랙 기어부(151)가 상방(마찰 부재 방향)으로 이동하면서 스테이지(140)를 마찰 부재(130) 방향으로 이동시킨다. 그러면, 마찰 부재(130)가 마찰 영역(101)의 최상단까지 이동하게 되고, 스테이지(140)에 의해 고정된 상태가 된다(도 3 참조).
따라서, 마찰 영역(101)에서 프리-스트레스 구간(P)이 사라지게 되고, 마찰 부재(130)는 실린더(110)와 최대한 붙어 있는 상태가 되어 댐핑력이 증가된다. 이러한 마찰 감쇠력의 증가는 변위가 큰 구간, 즉 비교적 낮은 주파수의 진동에 효과적으로 대응할 수 있다.
한편, 고주파수 영역에서는 구동 모터(153)가 역방향(반 시계방향)으로 구동되어, 웜 기어부(152)가 반대방향으로 회전하게 되고 이에 따라 랙 기어부(151)가 하방(마찰 부재로부터 멀어지는 방향)으로 이동하면서 스테이지(140)를 마찰 부재(130)로부터 이격시킨다. 그러면, 마찰 부재(130)가 마찰 영역의 하단으로 이동하게 되고, 마찰 영역(101) 내부에는 마찰 부재(130)가 이동할 수 있는 프리-스트레스 구간(P)이 생성된다.(도 4 참조)
따라서, 고주파수의 진동시 마찰 부재(130)는 마찰 영역(101)의 프리-스트레스 구간(P)에서 왕복 이동하면서, 높은 주파수의 진동에 효과적으로 대응할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 가변 스테이지 마찰 댐퍼는 구동 모터(153)의 회전 방향에 따라 스테이지(140)가 이동하여 고주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간(P)을 확보하고, 저주파수 영역에서는 프리-스트레스 구간(P)을 제거함으로써, 고주파수 영역 및 저주파수 영역의 진동 모두에 효과적으로 대응할 수 있는 댐퍼의 감쇠력을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가변 마찰 댐퍼는 구동 모터(153)에 의해 웜 기어부(152)와 랙 기어부(151)가 구동되어 스테이지(140)를 이동시키는 스테이지 이동 수단을 도시하고 설명하였지만, 구동 모터에 의해 구동되어 스테이지를 이동시킬 수 있는 기어 구조라면 어떠한 방식이라도 채용이 가능하다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 실린더 120: 피스톤 로드
130: 마찰 부재 140: 스테이지
151: 랙 기어부 152: 웜 기어부
153: 구동 모터

Claims (3)

  1. 내부에 마찰 영역을 구비한 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 길이방향으로 이동 가능한 피스톤 로드;
    상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 피스톤 로드의 외주면과 마찰되어 댐핑력을 발생하는 마찰 부재;
    상기 실린더의 마찰 영역 내부에 설치되어 상기 마찰 부재의 이동 구간을 제한하도록 이동 가능한 스테이지; 및
    상기 실린더의 마찰 영역 내부에서 상기 스테이지가 이동되도록 하는 스테이지 이동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 스테이지 마찰 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지 이동 수단은,
    상기 스테이지로부터 상기 실린더의 길이방향을 따라 연장된 랙 기어부;
    상기 랙 기어부와 맞물려 결합되는 웜 기어부; 및
    상기 웜 기어부가 회전되도록 구동력을 발생하는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 스테이지 마찰 댐퍼.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 모터는 토크 증가를 위해 감속기와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 스테이지 마찰 댐퍼.
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