KR20190142951A

KR20190142951A - 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치

Info

Publication number: KR20190142951A
Application number: KR1020180070264A
Authority: KR
Inventors: 정인용; 이재욱
Original assignee: (주)테크스퀘어
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-12-30
Also published as: KR102101786B1

Abstract

본 발명은 지진 발생시 기어를 통해 변위를 증폭시켜 점성유체와의 회전 저항을 일으켜서 민감한 제진 능력이 발휘되고 지진에너지의 감쇠능력이 향상되도록 한 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치를 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치는, 구조물에 설치되어 지진에너지를 감쇠시키는 제진 장치에 있어서, 일측면에 점성유체가 채워지는 댐핑 챔버를 갖고 상기 구조물의 일개소에 연결되는 댐핑 하우징과; 상기 댐핑 하우징의 중심축에 회전가능하게 결합되어, 댐핑 챔버에 채워진 점성유체의 흐름 저항을 받으면서 회전하는 저항 회전자와; 상기 댐핑 하우징의 타면에 동일축상으로 회전 가능하게 결합되어, 상기 구조물의 타개소에 연결되는 링 기어와; 상기 댐핑 하우징측에 동일한 반경을 가지고 회전 가능하게 지지되고, 상기 링 기어의 내측 치형에 이맞물림되어 있는 복수개 이상의 아이들 기어와; 상기 링 기어의 중심축에 배치되어 상기 아이들 기어와 치형 결합되고, 상기 저항 회전자의 회전 중심과 결합되어 있는 센터기어와; 상기 센터기어와 상기 저항 회전자간의 회전 중심을 연결하는 구동샤프트를 포함하여, 구조물에 도래된 지진의 변위 방향을 추종하여 링 기어의 회전 방향이 바뀌는 반복이 유도되고, 동시에 댐핑 챔버내의 점성유체가 저항 회전자에 의해 흐름 저항을 일으켜 제진이 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치{Vibration control device using gear for rotate displacement amplification}

본 발명은 지진 에너지를 저감시키기 위해 사용되는 제진 장치에 관한 것으로, 특히 지진 발생시 기어를 통해 변위를 증폭시켜 점성유체와의 회전 저항을 일으켜서 민감한 제진 능력이 발휘되고 지진에너지의 감쇠능력이 향상되도록 한 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치에 관한 것이다.

지진은 지각의 판 운동이나 화산활동에 의해 돌발적으로 일어나는 지각의 요동으로, 막대한 인명피해와 재산피해를 가져온다. 우리나라의 경우 이웃국가인 일본과 중국에 비해 상대적으로 지진이 적었던 탓에 그동안 지진 안전지대로 여겨져 왔다. 그러나 한국에서도 그동안 꾸준히 지진이 발생하고 있다. 따라서 지진에 대한 피해를 최소한으로 줄일 수 있는 대비 방안으로써, 건물에 내진설계가 이루어지면 강진이 발생했을 때 완전 붕괴를 방지할 수 있고 파손을 줄일 수 있다. 이러한 내질설계에서 지진응답에 의해 구조물에 발생하는 변위를 증폭시켜 댐핑유닛의 제진효율을 증가시키는 기술이 개발되고 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1815644호로서, '엑스 형태의 제진장치'가 제안되어 있다. 이는 상층과 하층에 대칭을 이루며 고정된 제1 써클 및 제2 써클과, 제1 써클 및 제2 써클로부터 동일한 거리로 이격되고, 상층과 하층에 대칭을 이루며 고정된 제3 써클 및 제4 써클과, 제1 써클, 제2 써클, 제3 써클 및 제4 써클에 각각 일단이 체결되고, 상층과 하층의 중간 높이의 임의 라인을 향해 연장된 다수개의 케이블과, 다수개의 케이블을 십자형태로 연결하는 십자형태의 연결체와, 케이블과 연결체 사이에 구비된 댐퍼를 포함하여, 좁은 공간에 설치 가능하며, 소요 시공 시간이 짧아 시공 비용이 절감되는 특징을 갖는다. 그러나 상기 배경기술은 지진 변위량에 해당하는 량만큼만 댐퍼가 작동하여 제진 능력을 높이는데 한계가 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1815644호

본 발명은 지진 발생시 기어를 통해 변위를 증폭시켜 점성유체와의 회전 저항을 일으켜서 민감한 제진 능력이 발휘되고 지진에너지의 감쇠능력이 향상되도록 한 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치는, 구조물에 설치되어 지진에너지를 감쇠시키는 제진 장치에 있어서, 일측면에 점성유체가 채워지는 댐핑 챔버를 갖고 상기 구조물의 일개소에 연결되는 댐핑 하우징과; 상기 댐핑 하우징의 중심축에 회전가능하게 결합되어, 댐핑 챔버에 채워진 점성유체의 흐름 저항을 받으면서 회전하는 저항 회전자와; 상기 댐핑 하우징의 타면에 동일축상으로 회전 가능하게 결합되어, 상기 구조물의 타개소에 연결되는 링 기어와; 상기 댐핑 하우징측에 동일한 반경을 가지고 회전 가능하게 지지되고, 상기 링 기어의 내측 치형에 이맞물림되어 있는 복수개 이상의 아이들 기어와; 상기 링 기어의 중심축에 배치되어 상기 아이들 기어와 치형 결합되고, 상기 저항 회전자의 회전 중심과 결합되어 있는 센터기어와; 상기 센터기어와 상기 저항 회전자간의 회전 중심을 연결하는 구동샤프트를 포함하여, 구조물에 도래된 지진의 변위 방향을 추종하여 링 기어의 회전 방향이 바뀌는 반복이 유도되고, 동시에 댐핑 챔버내의 점성유체가 저항 회전자에 의해 흐름 저항을 일으켜 제진이 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐핑 하우징에 착탈가능하게 결합되어 상기 댐핑 하우징의 댐핑 챔버를 밀폐시키는 댐핑 하우징 커버와; 상기 링 기어에 착탈가능하게 결합되어 아이들 기어와 센터기어를 덮어 외부 노출을 차단하는 링 기어 커버;를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 댐핑 하우징은 중심축을 갖는 원통부, 원통부의 일측면에 상기 저항 회전자의 회전을 지지하는 회전자 지지홀, 회전자 지지홀과 연통된 부채꼴 형태로서 중심축을 기준으로 대칭을 이루는 한 쌍의 댐핑 챔버, 원통부의 타측면에 링 기어와 결합되어 회전을 지지하는 원형 돌출턱, 원형 돌출턱의 외주면에 형성되어 링 기어의 결합 후 이탈을 방지하는 복수개의 이탈방지돌기 및 원통부의 외주면에 반경방향으로 연결된 댐핑 하우징 연결바를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저항 회전자는 상기 댐핑 하우징의 회전자 지지홀에 끼움 결합되는 회전자 축부, 회전자 축부에 중심을 기준으로 대칭적으로 연결되어 댐핑 챔버의 사이에 협소한 간극을 갖는 점성유체 이동통로를 형성시키는 저항 날개를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링 기어는 댐핑 하우징의 외경과 동일한 외경을 갖는 원형링, 원형링의 내주면 일측에 형성된 내측 치형, 원형링의 내주면 타측에 형성되어 댐핑 하우징에 결합되어 댐핑 하우징의 이탈방지돌기 결합되는 링 기어 환형홈, 링 기어 환형홈에서 일측으로 열려져 댐핑 하우징측 이탈방지돌기가 삽입되는 링 기어 결합홈 및 원형 링의 외주면에 반경방향으로 연결된 링기어 연결바를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치에 따르면, 지진 발생시 링기어의 회전을 아이들 기어 및 센터기어를 통해 변위를 증폭시켜 민감한 제진 능력이 발휘될 수 있다. 또한 댐핑 하우징측에서 저항 회전자와 점성유체와의 회전 저항을 일으켜 지진에너지의 감쇠능력이 향상된다.

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 발명에 따른 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도.
도 4는 도 1에서 링 기어 커버를 제거시켜 본 사시도.
도 5는 도 1의 후면에서 댐핑 하우징 커버를 제거시켜 본 사시도.
도 6은 도 2에 도시된 링 기어와 댐핑 하우징의 다른 각도에서 본 분리사시도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치에서 저항 회전자의 회전 위치에 따른 점성 유체의 이동상태를 예시한 작동상태도.
도 8은 본 발명에 따른 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치의 적용예시도.

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 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치(이하 '제진 장치(10)'로 약칭함)는 도 8과 같이 구조물(5)의 기둥(5a)과 보(5b)에 연결되어 제진을 수행할 수 있도록 한 것이다. 즉, 제진 장치(10)는 지진 발생시 구조물(5)의 변위 방향을 추종하여 보(5b)에 연결된 링 기어(16)의 회전 방향이 바뀌는 반복이 유도되고, 동시에 댐핑 챔버(123)내의 점성유체(11)가 저항 회전자(14)에 의해 흐름 저항을 일으켜 제진이 수행되도록 한 것이다.

제진 장치(10)는 실시 예에서 도 1 내지 도 6에서와 같이 댐핑챔버(123)를 갖는 댐핑 하우징(12), 댐핑 하우징(12)에 조립되어 회전 동작시 댐핑챔버(123)내 점성유체(11)로부터 회전저항을 받는 저항 회전자(14), 댐핑 하우징(12)에 상호 회전 가능하게 결합되어 있는 링 기어(16), 링 기어(16)의 내면에 치형 결합되어 있는 복수개 이상의 아이들 기어(18), 링 기어(16)의 중심에 배치되고 아이들 기어(18)와 치형 결합되어 댐핑 하우징(12)과 서로 다른 방향으로 회전되도록 되어 있는 센터기어(20), 센터기어(20)의 회전을 저항 회전자(14)에 전달하는 구동샤프트(22)를 포함한다.

댐핑 하우징(12)은 일측 후면에 점성유체(11)가 채워지는 적어도 하나의 댐핑 챔버(123)를 갖고 구조물(5)의 일개소에 연결된다. 예로 도 1과 같이 구조물(5)의 기둥(5a)에 댐핑 하우징 연결바(126)를 통해 연결될 수 있다.

댐핑 하우징(12)은 본 실시 예에서 중심축을 갖는 원통부(121), 원통부(121)의 일측면에 상기 저항 회전자(14)의 회전을 지지하는 회전자 지지홀(122), 회전자 지지홀(122)과 연통된 부채꼴 형태로서 중심축을 기준으로 대칭을 이루는 한 쌍의 댐핑 챔버(123)(123), 원통부(121)의 타측면에 링 기어(16)와 결합되어 회전을 지지하는 원형 돌출턱(124), 원형 돌출턱(124)의 외주면에 형성되어 링 기어(16)의 결합 후 이탈을 방지하는 복수개의 이탈방지돌기(125) 및 원통부(121)의 외주면에 반경방향으로 연결된 댐핑 하우징 연결바(126)를 포함하여 구성된다. 한 쌍의 댐핑 챔버(123)(123)에 채워지는 점성유체(11)는 예로, 실리콘 젤 등이 될 수 있다.

저항 회전자(14)는 댐핑 하우징(12)의 중심축에 회전가능하게 결합된다. 또한 저항 회전자(14)는 댐핑 챔버(123)에 채워진 점성유체(11)의 흐름 저항을 받으면서 회전하게 되어 있다. 저항 회전자(14)는 댐핑 하우징(12)의 회전자 지지홀(121)에 끼움 결합되는 회전자 축부(141), 회전자 축부(141)에 중심을 기준으로 대칭적으로 연결되어 댐핑 챔버(123)의 사이에 협소한 간극(G)을 갖는 점성유체 이동통로(15)를 형성시키는 저항 날개(142)를 구비하고 있다. 따라서 도 7a 및 도 7b와 같이 저항 회전자(14)가 어느 일방으로 회전하게 되면, 저항 날개(142)는 회전 위치에 따라 댐핑 챔버(123)를 양쪽으로 체적이 다르게 분할시키면서 점성유체(11)에 운동에너지를 부여하여 협소한 점성유체 이동통로(15)를 통하여 체적이 커지는 부분으로 이동시키게 되어 있다.

링 기어(16)는 댐핑 하우징(12)의 타면에 동일축상으로 회전 가능하게 결합되어 구조물(5)의 타개소에 연결된다. 링 기어(16)는 댐핑 하우징(12)의 외경과 동일한 외경을 갖는 원형링(161), 원형링(161)의 내주면 일측에 형성된 내측 치형(162), 원형링(161)의 내주면 타측에 형성되어 댐핑 하우징(12)에 결합되어 댐핑 하우징(12)의 이탈방지돌기(124)가 결합되는 링 기어 환형홈(163), 링 기어 환형홈(163)에서 일측으로 열려져 댐핑 하우징(12)측 이탈방지돌기(124)가 삽입되는 링 기어 결합홈(164) 및 원형 링(161)의 외주면에 반경방향으로 연결된 링기어 연결바(165)를 포함하여 구성된다. 여기서 링기어 연결바(165)에는 힌지 연결된 정착브라켓(166)이 더 설치될 수 있다.

따라서 댐핑 하우징(12)과 링 기어(16)는 동일 중심선상에서 결합될 시 이탈방지돌기(125)가 링기어 결합홈(163)에 끼워진 후 회전되어져 링 기어 환형홈(63)에 결합된다. 따라서 이탈방지돌기(125)가 링 기어 환형홈(63)을 따라 회전 안내를 받기 때문에 댐핑 하우징(12)과 링 기어(16)는 상대적인 회전 조작이 일어날 수 있다.

복수개 이상의 아이들 기어(18)는 댐핑 하우징(12)측에 동일한 반경을 가지고 회전 가능하게 지지된다. 즉, 복수개 이상의 아이들 기어(18)는 댐핑 하우징(12)의 일측 전면에 강제 끼움된 기어 지지핀(15)에 삽입되어 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 복수개 이상의 아이들 기어(18)는 모두 링 기어(16)의 내측 치형에 이맞물림되어 있다. 따라서 본 실시 예에서 3개의 아이들 기어(18)는 링 기어(16)의 내측 치형에 이맞물림되어 있어 링 기어(16)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하게 되어 있다.

센터기어(20)는 링 기어(16)의 중심축에 배치되어 아이들 기어(18)와 치형 결합되어 있다. 또한 센터기어(20)는 저항 회전자(14)의 회전 중심과 구동샤프트(22)를 매개로 결합되어 있다. 구동샤프트(22)는 센터기어(20)와 상기 저항 회전자(14)간의 회전 중심을 연결한다. 따라서 센터기어(20)는 아이들 기어(18)를 매개로 회전을 전달받기 때문에 링 기어(16)의 회전 방향과 반대방향으로 회전하게 되어 있고, 센터기어(20)의 회전은 구동샤프트(22)를 매개로 저항 회전자(14)를 동일 방향으로 회전시킨다.

한편, 제진 장치(10)는 댐핑 하우징(12)에 착탈가능하게 결합되어 상기 댐핑 하우징(12)의 댐핑 챔버(123)를 밀폐시키는 댐핑 하우징 커버(24)와, 링 기어(16)에 착탈가능하게 결합되어 아이들 기어(18)와 센터기어(20)를 덮어 외부 노출을 차단하는 링 기어 커버(26)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 댐핑 하우징 커버(24)는 댐핑 하우징(12)의 후면에 기밀되게 볼트 결합을 통해 착탈가능하게 결합될 수 있다. 이러한 기밀을 위해 오링이나 가스켓이 적용될 수 있음은 물론이다. 링 기어 커버(26)는 링 기어(16)의 전면에 볼트 결합을 통해 착탈가능하게 설치될 수 있다.

이와 같이 구성된 제진 장치(10)의 동작을 도 8과 같이 구조물(5)에 설치된 상태에서 설명한다.

먼저, 도 8과 같이 구조물(5)의 기둥(5a)과 보(5b)에 각기 댐핑 하우징 연결바(126)와 링기어 연결바(165)가 연결되어 제진 장치(10)가 설치된다. 이 상태에서 저항 회전자(14)의 저항 날개(142)는 댐핑챔버(123)의 중간 위치에 위치하게 된다. 따라서 저항 날개(142)는 댐핑챔버(123)의 중간 위치에서 댐핑챔버(123)를 분할시켜 저항 날개(142)의 양측으로 동일한 량의 점성유체(11)가 존재하게 된다.

이 상태에서 구조물(5)에 지진이 도래하여 수평 지진력이 발생하면, 링기어 연결바(165)를 매개로 링 기어(164)가 중심축을 중심으로 회전을 반복하게 된다. 이때 링 기어(164)의 회전 반복시, 동시에 구동샤프트(22)를 매개로 저항 회전자(14)가 링 기어(164)와 동일한 방향으로 회전하게 된다. 이때 댐핑챔버(123) 내의 점성유체(13)가 저항 회전자(14)측 저항 날개(142)에 의해 협소한 점성유체 이동통로(15)를 통해 이동하면서 저항을 일으켜 링 기어(164)의 회전을 감속시켜 그 수평 지진력을 저감시키게 된다.

즉, 지진 에너지를 제진 장치(10)의 댐핑 하우징(12)에 채워져 있는 점성유체(11)의 운동에너지로 변환시켜 제진을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 지진이 구조물(5)에 도래하면, 링 기어(16)가 아이들 기어(18)를 매개로 상대적으로 작은 센터 기어(20)를 크게 회전시키는 증폭이 일어나 댐핑하우징(12)측 점성유체에 접해있는 저항 회전자(14)를 통해 댐핑이 발생되도록 함으로써 댐핑 능력이 우수하다.

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.

12: 댐핑 하우징
14: 저항 회전자
16: 링 기어
18: 아이들 기어
20: 센터기어
22: 구동샤프트
24: 댐핑 하우징 커버
26: 링 기어 커버

Claims

구조물(5)에 설치되어 지진에너지를 감쇠시키는 제진 장치(10)에 있어서,
일측면에 점성유체(11)가 채워지는 댐핑 챔버(123)를 갖고 상기 구조물(5)의 일개소에 연결되는 댐핑 하우징(12)과;
상기 댐핑 하우징(12)의 중심축에 회전가능하게 결합되어, 댐핑 챔버(123)에 채워진 점성유체(11)의 흐름 저항을 받으면서 회전하는 저항 회전자(14)와;
상기 댐핑 하우징(12)의 타면에 동일축상으로 회전 가능하게 결합되어, 상기 구조물(5)의 타개소에 연결되는 링 기어(16)와;
상기 댐핑 하우징(12)측에 동일한 반경을 가지고 회전 가능하게 지지되고, 상기 링 기어(16)의 내측 치형에 이맞물림되어 있는 복수개 이상의 아이들 기어(18)와;
상기 링 기어(16)의 중심축에 배치되어 상기 아이들 기어(18)와 치형 결합되고, 상기 저항 회전자(14)의 회전 중심과 결합되어 있는 센터기어(20)와;
상기 센터기어(20)와 상기 저항 회전자(14)간의 회전 중심을 연결하는 구동샤프트(22)를 포함하여,
구조물(5)에 도래된 지진의 변위 방향을 추종하여 링 기어(16)의 회전 방향이 바뀌는 반복이 유도되고, 동시에 댐핑 챔버(123)내의 점성유체(11)가 저항 회전자(14)에 의해 흐름 저항을 일으켜 제진이 수행되는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 댐핑 하우징(12)에 착탈가능하게 결합되어 상기 댐핑 하우징(12)의 댐핑 챔버(123)를 밀폐시키는 댐핑 하우징 커버(24)와;
상기 링 기어(16)에 착탈가능하게 결합되어 아이들 기어(18)와 센터기어(20)를 덮어 외부 노출을 차단하는 링 기어 커버(26);를 더 포함한 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 댐핑 하우징(12)은 중심축을 갖는 원통부(121), 원통부(121)의 일측면에 상기 저항 회전자(14)의 회전을 지지하는 회전자 지지홀(122), 회전자 지지홀(122)과 연통된 부채꼴 형태로서 중심축을 기준으로 대칭을 이루는 한 쌍의 댐핑 챔버(123)(123), 원통부(121)의 타측면에 링 기어(16)와 결합되어 회전을 지지하는 원형 돌출턱(124), 원형 돌출턱(124)의 외주면에 형성되어 링 기어(16)의 결합 후 이탈을 방지하는 복수개의 이탈방지돌기(125) 및 원통부(121)의 외주면에 반경방향으로 연결된 댐핑 하우징 연결바(126)를 포함한 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 저항 회전자(14)는 상기 댐핑 하우징(12)의 회전자 지지홀(121)에 끼움 결합되는 회전자 축부(141), 회전자 축부(141)에 중심을 기준으로 대칭적으로 연결되어 댐핑 챔버(123)의 사이에 협소한 간극(G)을 갖는 점성유체 이동통로(15)를 형성시키는 저항 날개(142)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치.
제 1항에 있어서,
상기 링 기어(16)는 댐핑 하우징(12)의 외경과 동일한 외경을 갖는 원형링(161), 원형링(161)의 내주면 일측에 형성된 내측 치형(162), 원형링(161)의 내주면 타측에 형성되어 댐핑 하우징(12)에 결합되어 댐핑 하우징(12)의 이탈방지돌기(124)가 결합되는 링 기어 환형홈(163), 링 기어 환형홈(163)에서 일측으로 열려져 댐핑 하우징(12)측 이탈방지돌기(124)가 삽입되는 링 기어 결합홈(164) 및 원형 링(161)의 외주면에 반경방향으로 연결된 링기어 연결바(165)를 포함한 것을 특징으로 하는 기어를 이용한 회전변위 증폭형 제진 장치.