KR20180117938A - 지진저감용 스프링 면진 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스프링 탄성변형을 하여 수평방향으로 진동 감쇠를 일으키며, 구조가 복잡하지 않아 제작비가 저렴하도록 한 지진저감용 스프링 면진 모듈을 제공한다.
본 발명의 지진저감용 스프링 면진 모듈의 적절한 실시 형태에 따르면, 일정한 면적의 평탄한 바닥판을 갖는 면진베이스와; 상기 면진베이스의 상방에 위치하여 마주하는 베어링 구름판과; 상기 면진베이스와 베어링 구름판의 사이 중앙에 위치함과 동시에 면진베이스측에 고정 설치되고, 볼이 베어링 구름판의 수평 변위이동을 구름 접촉으로 지지하는 볼 베어링과; 일단은 상기 볼 베어링에 타단은 베어링 구름판에 연결되어 외부의 진동을 스프링변형으로 흡수 감쇠시키는 스프링 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지진저감용 스프링 면진 모듈{Vibration isolation viscoelastic module for earthquake reduction}
본 발명은 예로 전기통신설비 등을 지진 피해로부터 예방하기 위한 면진 모듈에 관한 것으로, 특히 스프링 탄성변형을 하여 수평방향으로 진동 감쇠를 일으키며, 구조가 복잡하지 않아 제작비가 저렴하도록 한 지진저감용 스프링 면진 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 건물 전체를 면진화하는 것은 건물 전체의 내진성능을 확보할 수 있는 최상의 수단이지만, 건물내에 소규모 전기통신설비를 보호하기 위해서 적용하기에는 경제성이 낮은 문제점이 있다. 따라서 건물전체를 면진화 할 필요성이 없이 일부층 또는 제한된 공간에 설치되는 중요한 전기설비 및 통신시설은 면진 장치(면진면진베이스)를 적용하고 있다.
면진 장치는 지진하중 작용시 부드럽게 수평이동을 함으로서 상부 구조물에 전달되는 지진하중을 감소시키는 역할을 하며, 건축물에 사용되는 면진장치와 유사한 메카니즘을 가진다.
현재 국내외에서 생산되고 있는 면진 장치는 상당히 고가의 제품으로 사용자의 입장에서 실제 적용 시 제품비용이 문제가 되고 있다. 면진 장치의 성능은 지진 발생시 상부의 전기통신설비의 정상 작동 및 전도를 방지하는 목적으로 채용되는데 이러한 면진 성능을 맞추기 위해 정밀기계에 사용되는 저마찰 베어링 제품과 제작공정이 고가인 제품이 적용되고 있는 실정이다.
최근 전기통신설비 및 정보데이터의 중요성과 한반도 인근에서 지속적으로 증가되고 있는 지진재해의 위험을 고려하여 면진 장치의 수요가 점차 확대되고 있는 시점으로 공공 및 민간의 적용활성화를 위해서는 요구되는 성능을 만족하는 저비용 제품의 개발이 시급한 실정이다.
최근 한반도 주변국인 일본, 대만 및 중국 등에서 발생한 대규모 지진에 대하여 전기, 통신설비, 전자설비 등에 큰 피해가 발생되었으며, 국내의 경우도 2007년 규모 4.8 정도의 오대산 지진이 발생하였고, 지진활동이 점진적으로 증가하는 추세에 있다.
산업화가 가속되고 발전될수록 전자 및 통신과 관련한 진동에 민감한 장치가 개발되어 사용되고 있고, 전자 및 통신관련 장비 손상 시 이로 인한 경제적인 손실 및 사회적 피해가 막대하다. 따라서 주요 전자, 정보, 통신설비 및 고가의 문화재, 전시품, 의료장비 등에 대한 지진피해 방지를 위한 개발의 필요성이 증대되고 있다.
현재 개발되어 상용화된 제품의 경우 고가의 제품으로 지진에 대비하기 위해 초기 투자비가 막대하게 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1069079호로서, 상부가이드레일이 구비된 상부플레이트와; 상기 상부가이드레일과 직교되도록 설치되는 하부가이드레일이 구비된 하부플레이트와; 상기 상부가이드레일을 따라 슬라이딩 이동되는 상부이동블록과; 상기 상부이동블록에 결합되며 상기 하부가이드레일)을 따라 슬라이딩 이동되는 하부이동블록과; 상기 상, 하부플레이트중 선택된 어느 하나에 설치되며, 오목홈이 형성된 면진베이스플레이트와; 상기 오목홈과 마주하여 설치되는 탄지부재 및; 상기 탄지부재에 탄지되도록 설치되며, 상기 오목홈과 밀착되는 볼부재를 포함하는 가이드레일을 이용한 면진장치가 제안되어 있다.
이는 지지판에 형성된 만곡지게 경사진 오목홈과 이 오목홈에 밀착되는 볼부재가 상부플레이트의 이동에 따라 x, y축으로 자유롭게 이동된 후, 오목홈의 경사를 따라 볼부재가 원위치로 정확하게 복귀되므로 상부플레이트의 위치가 정확하게 유지된다.
그러나 상기 배경기술로는 지진 하중이 발생될 경우 수평 변위에 따른 에너지를 감쇠시킬 수 없는 문제가 있다.
한국 등록특허 등록번호 제10-1069079호
본 발명은 스프링 탄성변형을 하여 수평방향으로 진동 감쇠를 일으키며, 구조가 복잡하지 않아 제작비가 저렴하도록 한 지진저감용 스프링 면진 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 지진저감용 스프링 면진 모듈의 적절한 실시 형태에 따르면, 일정한 면적의 평탄한 바닥판을 갖는 면진베이스와; 상기 면진베이스의 상방에 위치하여 마주하는 베어링 구름판과; 상기 면진베이스와 베어링 구름판의 사이 중앙에 위치함과 동시에 면진베이스측에 고정 설치되고, 볼이 베어링 구름판의 수평 변위이동을 구름 접촉으로 지지하는 볼 베어링과; 일단은 상기 볼 베어링에 타단은 베어링 구름판에 연결되어 외부의 진동을 스프링변형으로 흡수 감쇠시키는 스프링 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 면진베이스와 베어링 구름판은 상호 동일한 크기의 바닥판을 가지고, 상기 베어링 구름판의 둘레에 스프링 탄성수단을 연결하기 위해 하방으로 돌출되어 있는 측벽이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링 탄성수단은 볼 베어링의 둘레에 상호 직교 방향으로 배치되어 상부 면진베이스의 진동 방향에 저항하여 압축과 인장 변형으로 동작하는 4개의 코일스프링으로 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일스프링의 양단에는 일단을 베어링 구름판에 고정시키고 타단을 볼 베어링에 고정시키기 위한 금속접합판이 각기 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베어링 구름판의 하면에는 볼 베어링의 볼과 점접촉되는 내마모성이 우수한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱으로 제작된 고강도 플레이트가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 면진베이스와 베어링구름판의 사이에는 일정하게 벌어진 유간이 구비되고, 이 유간에는 면진베이스 또는 베어링구름판의 어느 한 쪽에 고정되어 제진시 베어링구름판의 슬라이딩 지지가 일어나도록 슬라이딩 지지판이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코일스프링의 강선 단면은 원형이나 사각 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 지진저감용 스프링 면진 모듈에 따르면, 볼 베어링의 둘레에 직교 방향으로 배치되어 베어링 구름판의 진동 방향에 저항하여 압축과 인장 변형 및 전단 변형을 반복적으로 수행하는 다수의 코일스프링을 이용하여 제진시 감쇠 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 지진하중의 유입시 볼베어링에 의해 저마찰 변위가 일어나고 동시에 코일스프링의 탄성변형으로 소산시키면서 에너지 감쇠가 일어나 각종 통신 전자설비나 그 밖의 피대상설비의 지진 피해를 최소화할 수 있다.
또한, 작동원리 및 구조가 간단하여 제작 비용이 저렴한 이점을 갖는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지진저감용 스프링 면진 모듈의 분해사시도.
도 2는 도 1의 조립사시도.
도 3은 도 1의 지진저감용 스프링 면진 모듈에서 나타나지 않는 부분을 은선으로 나타낸 사시도.
도 4는 도 1의 정단면도.
도 5는 도 1의 지진저감용 스프링 면진 모듈을 적용한 면진 시스템의 사시도.
도 6은 도 5의 면진 시스템에 전기통신설비를 탑재시킨 사용상태를 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 지진저감용 스프링 면진 모듈에 슬라이딩 지지판이 추가된 상태에서의 단면도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 지진저감용 스프링 면진 모듈은 상측의 베어링 구름판을 하측의 면진베이스에 장착된 볼 베어링으로 구름 지지하면서 동시에 스프링 탄성수단에 의해 진동 감쇠를 일으켜 제진을 수행한다.
본 실시 예의 지진저감용 스프링 면진 모듈(10)은 도 1 내지 도 4와 같이 면진베이스(11), 베어링 구름판(12), 볼 베어링(13) 및 스프링 탄성수단으로 4개의 코일스프링(15)로 구성된다.
면진베이스(11)는 일정한 면적의 평탄한 바닥판(112)을 갖는다. 바닥판(112)은 사각 형태를 이루고 바닥판(112)의 둘레에 상향으로 돌출된 측벽(114)이 더 구성될 수 있다. 면진베이스(11)는 금속 또는 경질의 플라스틱으로 제작될 수 있다. 바닥판(112)은 사각 형태가 바람직하나 원형으로 구성될 수도 있다.
베어링 구름판(12)은 면진베이스(11)의 상방에 위치하여 마주하게 배치된다. 베어링 구름판(12)은 면진베이스(11)와 동일한 사각형의 바닥판(122)을 가지고 마주한다. 베어링 구름판(12)은 둘레에 4개의 코일스프링(15)를 연결하기 위해 하방으로 일정 높이만큼 돌출되어 있는 측벽(124)이 형성되어 있다. 베어링 구름판(12)은 금속 또는 경질의 플라스틱으로 제작될 수 있다. 베어링 구름판(12)은 사각으로 구성하였으나 원형으로 구성될 수도 있다.
볼 베어링(13)은 면진베이스(11)와 베어링 구름판(12)의 사이 중앙에 위치하여 설치된다. 볼 베어링(13)은 면진베이스(11)에 예로 볼트나 나사 등의 체결수단을 통해 고정되게 설치될 수 있다.
볼 베어링(13)은 베어링 하우징(131)과 베어링 하우징(131)에 구름 회전이 자유롭도록 설치된 구형의 볼(132)로 구성된다. 이때 볼(132)은 베어링 하우징(131)에 일정량 노출되어 베어링 구름판(12)에 점접촉된다. 따라서 볼 베어링(13)의 볼(132)이 베어링 구름판(12)과 점접촉을 유지하면서 회전하여 베어링 구름판(12)의 변위 이동을 지지한다. 베어링 하우징(131)은 복수개의 볼트 또는 나사를 통해 면진베이스(11)의 바닥판(112)에 정착된다.
4개의 코일스프링(15)은 각기 볼 베어링(13)과 베어링 구름판(12)의 사이에 위치되어 볼 베어링(13)의 둘레를 따라 동일 높이로 설치된다. 4개의 코일스프링(15)은 외부에서 유입된 진동 에너지를 탄성 변형하면서 흡수한다. 코일스프링(15)은 강선의 단면을 원형 또는 사각 형태로 제작된 것이 될 수 있다. 코일스프링(15)은 양단에 금속접합판(142)이 각기 구비될 수 있다. 금속접합판(142)은 코일스프링(15)에 용접이나 그 밖의 다른 고정 수단에 의해 연결될 수 있다. 이때 금속접합판(142)은 베어링구름판(12)에 볼트나 나사로 정착시키기 위해 각기 복수개의 체결구멍(142a)을 갖는다.
도 3과 같이 4개의 코일스프링(15) 중에 2개는 X축상에 설치되고 나머지 2개는 Y축상에 설치될 수 있다. 따라서 4개의 코일스프링(15)은 볼 베어링(13)에 직교하는 X축과 Y축 방향에 모두 설치된다. 이로 인해 예로, X축 방향으로 베어링 구름판(12)이 진동시 X축 방향으로 놓인 2개의 코일스프링(15)은 압축과 인장에 따른 변형을 서로 반복하면서 진동 에너지를 흡수한다. 이때 Y축상에 배치된 나머지 2개의 코일스프링(15)은 전단 변형하면서 진동에너지를 흡수한다.
여기서, 베어링 구름판(12)의 하면에는 볼 베어링(13)의 볼(132)과 점접촉되는 내마모성이 우수한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱으로 제작된 고강도 플레이트(17)가 더 설치될 수 있다. 내마모성이 우수한 금속은 예로, 크롬, 망간 등이 첨가된 합금이 될 수 있다.
이와 같이 구성된 지진저감용 점탄성 면진모듈(10)은 예로, 도 5와 같이 면진베이스 프레임(100)의 상면측 4개소에 설치되어 면진 시스템을 구성할 수 있다.
따라서 도 6과 같이 4개소의 베어링 구름판(12)의 상면에 지진하중으로부터 보호받기 위한 예로, 전기통신설비(5)가 탑재된다. 통신장비 이외에 고가의 문화재, 전시품, 의료장비 등등이 탑재될 수 있음은 물론이다.
이 상태에서 외부로부터 진동 하중이 유입되면, 면진베이스(11)와 베어링 구름판(12)은 상대적으로 이동 변위가 발생된다. 이때 4개의 코일스프링(15)은 상호간에 압축력과 인장력 및 전단력을 받아 탄성 변형을 하면서 충격에너지를 흡수 소산시킨다. 이와 동시에 볼 베어링(13)은 베어링 구름판(12)에 작용하는 고하중을 지지하면서 베어링 구름판(12)의 변위 이동을 구름접촉으로 지지한다. 이후, 코일스프링(15)의 탄성복원력으로 베어링 구름판(12)은 원위치로 복귀하게 된다.
여기서, 코일스프링(15)의 탄성 변형시 X축 방향으로 베어링 구름판(12)이 진동시 X축 방향으로 놓인 2개의 코일스프링(15)은 압축과 인장에 따른 변형을 서로 반복하면서 진동 에너지를 흡수하고, 동시에 Y축 방향으로 배치된 나머지 2개의 코일스프링(15)은 전단 변형하면서 진동에너지를 흡수한다. 또한 Y축 방향으로 베어링 구름판(12)이 진동시 Y축 방향으로 놓인 2개의 코일스프링(15)은 압축과 인장에 따른 변형을 서로 반복하면서 진동 에너지를 흡수하고, 동시에 X축 방향으로 배치된 나머지 2개의 코일스프링(15)은 전단 변형하면서 진동에너지를 흡수한다.
따라서 지진이나 풍하중으로 건물에 진동이 유입되더라도 베어링 구름판(12)에 탑재된 고하중 통신설비는 파손이 예방되거나 최소화된다.
이같이 본 발명의 지진저감용 스프링 면진 모듈(10)은 진동 방향에 관계없이 점탄성 변형으로 제진시 진동을 흡수하여 제진력이 뛰어나다. 또한 구성이 간단하고 제작 공정이 간단하여 제작비용이 매우 저렴해진다. 또한 작동원리가 간단하고 시공이 복잡하지 않으므로써 전문 시공자가 없이도 설치가 가능한 이점을 갖는다.
한편, 도 7과 같이 지진저감용 스프링 면진 모듈(10)은 면진베이스(11)와 베어링구름판(12)의 사이에는 일정하게 벌어진 유간(G)이 구비되고, 이 유간(G)에는 면진베이스(11) 또는 베어링구름판(12)의 어느 한 쪽에 고정되어 제진시 베어링구름판(12)의 슬라이딩 지지가 일어나도록 슬라이딩 지지판(30)이 더 설치되어 구성될 수 있다. 이때 슬라이딩 지지판(30)은 베어링구름판(12)의 슬라이딩 지지 뿐만 아니라 전도를 방지하는 기능도 수행한다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 면진베이스
12: 베어링 구름판
13: 볼 베어링
14: 고감쇠 고무
15: 코일스프링
17: 고강도 플레이트
30: 슬라이딩 지지판

Claims (7)

  1. 일정한 면적의 평탄한 바닥판을 갖는 면진베이스(11)와;
    상기 면진베이스(11)의 상방에 위치하여 마주하는 베어링 구름판(12)과;
    상기 면진베이스(11)와 베어링 구름판(12)의 사이 중앙에 위치함과 동시에 면진베이스(11)측에 고정 설치되고, 볼(132)이 베어링 구름판(12)의 수평 변위이동을 구름 접촉으로 지지하는 볼 베어링(13)과;
    일단은 상기 볼 베어링(13)에 타단은 베어링 구름판(12)에 연결되어 외부의 진동을 스프링변형으로 흡수 감쇠시키는 스프링 탄성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 면진베이스(11)와 베어링 구름판(12)은 상호 동일한 크기의 바닥판(112,122)을 가지고, 상기 베어링 구름판(12)은 둘레에 스프링 탄성수단을 연결하기 위해 하방으로 돌출되어 있는 측벽(124)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 스프링 탄성수단은 볼 베어링(13)의 둘레에 상호 직교 방향으로 배치되어 상부 면진베이스(12)의 진동 방향에 저항하여 압축과 인장 변형으로 동작하는 4개의 코일스프링(15)으로 구성한 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 코일스프링(15)의 양단에는 일단을 베어링 구름판(12)에 고정시키고 타단을 볼 베어링(13)에 고정시키기 위한 금속접합판(142)이 각기 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 베어링 구름판(12)의 하면에는 볼 베어링(13)의 볼(132)과 점접촉되는 내마모성이 우수한 금속 또는 엔지니어링 플라스틱으로 제작된 고강도 플레이트(17)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 면진베이스(11)와 베어링구름판(12)의 사이에는 일정하게 벌어진 유간(G)이 구비되고, 이 유간(G)에는 면진베이스(11) 또는 베어링구름판(12)의 어느 한 쪽에 고정되어 제진시 베어링구름판(12)의 슬라이딩 지지가 일어나도록 슬라이딩 지지판(30)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 코일스프링(15)의 강선 단면은 원형이나 사각 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 지진저감용 스프링 면진 모듈.
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