KR20200100989A - 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부에 형성된 내입 홈에 볼 부재가 내입되고, 측면에 복수 개의 스프링이 연결되어 진동의 전달을 감쇄시키는 감쇄 장치가 위치되는 하부 플레이트의 상단에 형성된 중심 홈의 바닥면을 경사지게 형성하여 스프링에 의한 복원력을 더욱 향상시킬 수 있는 면진 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치는 바닥면이 중심부를 향하여 경사지게 형성된 중심 홈이 상단에 형성되는 하부 플레이트, 상단에 고정 홈이 형성되고 하나 이상의 수직 스프링으로 지지되는 받침부가 상단에 구비되고, 지지부가 측면으로부터 상방으로 연장 형성되어 받침부의 측면을 지지하며, 반구형의 내입 홈이 하단에 형성되고, 중심 홈의 내벽에 연결된 복수 개의 수평 스프링이 일정 간격으로 측면에 연결되는 감쇄 장치, 그리고 내입 홈에 내입되어 하부 플레이트의 바닥면에 맞닿은 상태로 감쇄 장치를 지지하되, 바닥면과의 마찰력에 의해 회전하며 감쇄 장치의 위치를 유지시키는 볼 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

볼과 스프링을 이용하는 면진 장치{Vibration isolation device using ball and spring}

본 발명은 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 하부에 형성된 내입 홈에 볼 부재가 내입되고, 측면에 복수 개의 스프링이 연결되어 진동의 전달을 감쇄시키는 감쇄 장치가 위치되는 하부 플레이트의 상단에 형성된 중심 홈의 바닥면을 경사지게 형성하여 스프링에 의한 복원력을 더욱 향상시킬 수 있는 면진 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지진이 발생하게 되면 진원으로부터 발생하는 지진파의 종류에 따라 지면 위의 모든 건물, 교량 등은 좌우 또는 상하로 흔들리게 되고, 이러한 진동에 의하여 건물, 교량 등은 심각한 손상을 받게 되며, 건물 내부의 물건 등은 넘어지거나 떨어져 파손된다.

따라서, 지진에 의한 진동으로부터 건물, 교량 또는 건물 내부의 물건 등을 보호하기 위한 수단으로써 면진 장치가 개발되어 이용되고 있으며, 이에 관한 발명으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0058283호의 “면진 가대” 및 대한민국 등록특허공보 제10-1595507호의 “수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진 장치”, 대한민국 등록특허공보 제10-1600915호의 “2차원 면진 장치” 및 대한민국 등록특허공보 제10-1790961호의 “면진 유닛 및 이를 포함하는 면진 장치” 등이 제안되어 공개된 바 있다.

상기 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0058283호의 “면진 가대”에는 건물의 바닥판에 결합되는 지지부와, 상기 지지부 상에 결합되는 하부 고정판과, 상기 하부 고정판 상에 위치하며, 상기 하부 고정판의 면내에서 수평방향으로 직선 왕복 운동하는 중판과, 상기 중판 상에 위치하고, 상기 중판의 면내에서 상기 수평방향에 대해 수직방향으로 직선왕복 운동하며, 장치랙이 설치되는 상판 및 상기 하부 고정판에 대해 상기 중판과 상기 상판의 위치를 탄성 복원시키는 탄성복원부를 포함하여 구성됨으로써 지진 등 외력에 의해 발생하는 진동을 흡수하여 그 상면에 설치된 장비 등을 보호 가능한 장치에 관한 발명이 제안되었고, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-1595507호의 “수평진동 저감 기능을 갖는 3차원 면진 장치”에는 고정된 하부프레임에 대하여 전후좌우 및 상하로 이동될 수 있도록 설치된 상부프레임에 진동 저감용 스프링을 설치하되, 각 프레임의 서로 대향되는 면에 설치되는 레일과 접촉되어 이동하는 가이드블록을 완충체로 구성하여 상하진동도 흡수할 수 있게 하고, 스프링의 단부를 상부프레임과 하부프레임에 고정 설치하여 하부프레임의 진동을 흡수하여 상부프레임에 전달되는 것을 방지할 수 있게 한 수평진동 저감 기능을 갖는 장치에 관한 발명이 제안되었다.

또한, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-1600915호의 “2차원 면진 장치” 에는 상부의 하중을 콘크리트 기초에 전달하는 4개의 수평 바닥플레이트로 구성된 수평 바닥플레이트부와, 전기제어 판넬이나 전기수배전반의 하부에 설치되고, 수평으로 일정 범위 내에서 자유롭게 움직이며, 일정 틀을 형성하는 면진 프레임부와, 양단이 상기 수평 바닥플레이트의 사이에 고정 설치되고, 중앙부분이 상기 면진 프레임부의 가장자리 중앙에 고정 설치되어, 지진 발생 시에는 수평방향으로 강성을 부여하여 상기 면진 프레임부를 원위치로 복원시켜 댐핑 역할을 수행하는 4개의 인장 스프링모듈로 구성된 인장 스프링모듈부를 포함하여 구성되어, 지진이나 진동에 의한 수평력을 효과적으로 감쇄시킬 수 있고, 향상된 복원력을 가지는 장치에 관한 발명이 제안되었고, 상기 대한민국 등록특허공보 제10-1790961호의 “면진 유닛 및 이를 포함하는 면진 장치”에는 하부 베이스 및 상부 베이스에 각각 제1 홈 및 제2 홈이 형성되어 제1 마운트 및 제2 마운트가 제1 측부 및 제2 측부에 충돌되는 것이 방지될 수 있을 뿐만 아니라, 제1 마운트 및 제2 마운트의 최대 이동거리가 증가될 수 있어 지진력의 충격을 더욱 효과적으로 감쇄시키는데 도움이 될 수 있는 장치에 관한 발명이 제안되었다.

그러나, 상기와 같은 발명들은 주로 복수 개의 스프링만을 이용하여 복원력을 형성하는 구성으로써 각각의 스프링이 가지는 탄성력 이상의 복원력을 형성할 수 없는 구성상의 한계가 있으므로, 이와 같은 문제를 해결하여 복수 개의 스프링을 이용하되 각각의 스프링이 가지는 탄성력 이상의 복원력을 형성할 수 있는 면진 장치에 관한 발명이 요구되는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0058283호(2012. 06. 07) 대한민국 등록특허공보 제10-1595507호(2016. 02. 12) 대한민국 등록특허공보 제10-1600915호(2016. 03. 02) 대한민국 등록특허공보 제10-1790961호(2017. 10. 23)

본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치는 상기와 같은 종래의 면진 장치들의 문제점을 해결하기 위해 제안된 발명으로써,

종래의 발명들이 각각의 스프링이 가지는 탄성력 이상의 복원력을 형성할 수 없는 구성상의 한계를 가지는 문제가 있었기 때문에, 이에 대한 해결책을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치는 상기와 같은 목적을 실현하고자,

바닥면이 중심부를 향하여 경사지게 형성된 중심 홈이 상단에 형성되는 하부 플레이트;

상단에 고정 홈이 형성되고 하나 이상의 수직 스프링으로 지지되는 받침부가 상단에 구비되고, 지지부가 측면으로부터 상방으로 연장 형성되어 상기 받침부의 측면을 지지하며, 반구형의 내입 홈이 하단에 형성되고, 상기 중심 홈의 내벽에 연결된 복수 개의 수평 스프링이 일정 간격으로 측면에 연결되는 감쇄 장치; 및,

상기 내입 홈에 내입되어 상기 하부 플레이트의 바닥면에 맞닿은 상태로 상기 감쇄 장치를 지지하되, 바닥면과의 마찰력에 의해 회전하며 감쇄 장치의 위치를 유지시키는 볼 부재; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치를 제시한다.

본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치는,

측면에 복수 개의 수평 스프링이 연결된 감쇄 장치 하단의 내입 홈에 내입되는 볼 부재와 맞닿게 되는 하부 플레이트 중심 홈의 바닥면을 경사지게 형성하여 중력에 의해 각각의 스프링이 가지는 탄성력 이상의 복원력을 형성할 수 있는 효과가 발생하고,

상기 효과에 의한 부가적인 효과로, 종래의 면진 장치와 성능이 동일 또는 유사하되 소형화된 면진 장치를 제공할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치의 하부 플레이트를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치의 하부 플레이트에 감쇄 장치가 구비된 모습을 나타낸 사시도.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치 작동 실시예를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치의 하부 플레이트에 곡선 홈이 형성된 모습을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치의 사용 상태도.

본 발명은 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치에 관한 것으로써,

바닥면이 중심부를 향하여 경사지게 형성된 중심 홈(101)이 상단에 형성되는 하부 플레이트(100); 상단에 고정 홈(111)이 형성되고 하나 이상의 수직 스프링(112)으로 지지되는 받침부(113)가 상단에 구비되고, 지지부(114)가 측면으로부터 상방으로 연장 형성되어 상기 받침부(113)의 측면을 지지하며, 반구형의 내입 홈(115)이 하단에 형성되고, 상기 중심 홈(101)의 내벽에 연결된 복수 개의 수평 스프링(116)이 일정 간격으로 측면에 연결되는 감쇄 장치(110); 및, 상기 내입 홈(115)에 내입되어 상기 하부 플레이트(100)의 바닥면에 맞닿은 상태로 상기 감쇄 장치(110)를 지지하되, 바닥면과의 마찰력에 의해 회전하며 감쇄 장치(110)의 위치를 유지시키는 볼 부재(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치에 관한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하고자 한다.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 하부 플레이트(100)는 원 또는 사각 등 다양한 형상 중 하나의 형상으로 구성되어 지면 또는 바닥면에 수평하게 놓여지는 판형의 부재로써, 상방으로 개방된 일정 깊이의 중심 홈(101)이 상단에 형성된다.

상기 중심 홈(101)은 상기 감쇄 장치(110)가 내입되는 홈으로써, 입구가 원형으로 형성되고 일정 깊이까지의 내벽이 수직하게 형성되나 최하단을 구성하는 바닥면은 중심부를 향하여 하방으로 경사지게 형성되어 중심 홈(101) 전체의 단면이 U자 형상을 이루도록 구성된다.

즉, 상기 중심 홈(101)의 바닥면은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 경사가 급격하게 형성되는 구조를 가지되, 중심부를 구성하는 일부 구간은 편평하게 구성되거나 완만한 경사를 이루도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 하부 플레이트(100)의 하단에는 고무 재질로 구성되는 하나 이상의 마찰 부재가 구비될 수 있으며, 편평한 판형으로 구성되는 상기 마찰 부재는 하부 플레이트(100)의 하단에 하방으로 개방된 하나 이상의 하방 홈에 끼워 맞춤되어 지면 또는 바닥면과의 강한 마찰력을 형성하고, 바닥면과 하부 플레이트(100)의 하단 간의 반복되는 마찰에 의한 스크래치의 발생을 방지한다.

상기 감쇄 장치(110)는 상기 중심 홈(101)의 내부에 위치되어 지진 등을 원인으로 하여 지면 또는 바닥면에 수평하게 놓여진 상태인 본 발명의 면진 장치로 전달되는 진동을 감쇄시키는 장치로써, 도 2에 도시된 바와 같이 중심 홈(101)의 내벽 측에 연결된 복수 개의 수평 스프링(116)이 일정 간격으로 측면에 연결되어 도 3(a) 내지 도 3(b)에 도시된 바와 같은 진동으로 인한 상기 하부 플레이트(100)의 왕복 이동에도 불구하고 원래의 정지된 상태를 최대한 유지할 수 있도록 구성된다.

상기 복수 개의 수평 스프링(116)은 일측 말단부가 상기 중심 홈(101)의 내벽 측에 연결되고 타측 말단부가 상기 감쇄 장치(110)의 측면에 연결되어 상기 하부 플레이트(100)의 상단면 및 하단면과 수평을 이루는 3 또는 4개의 스프링으로써, 각각의 길이는 동일하게 구성됨이 바람직하고, 상기 면진 장치에 놓이는 물건 등을 수평 방향의 진동으로부터 보호할 수 있도록 적절한 탄성 계수를 가지는 인장 스프링으로 구성됨이 바람직하며, 상대적으로 작은 진동 및 상대적으로 큰 진동에 모두 효과적으로 대응 가능하도록 서로 탄성 계수가 다른 복수 개의 인장 스프링을 연결하여 구성되는 것일 수 있다.

또한, 도 2, 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시된 바와 같이 상기 감쇄 장치(110)의 상부 측에 구비되는 받침부(113)는 물건 등의 하부에 형성 또는 구비되어 그 물건을 지지하도록 구성되고, 통상적으로 다리, 받침대 등으로 지칭되는 특정 부분을 지지하는 구성요소로써, 하단이 하나 이상의 수직 스프링(112)에 의해 지지되고, 그 상단에는 상방으로 개방된 고정 홈(111)이 형성되어 물건의 다리, 받침대 등으로 지칭되는 부분들이 삽입될 수 있도록 한다.

이때, 상기 고정 홈(111)의 입구는 원 또는 사각 등 다양한 형상 중 하나의 형성되어 그 형상에 맞는 다리, 받침대 등을 지지할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 감쇄 장치(110)의 측면으로 일정 길이 돌출된 후 상방으로 연장 형성되는 지지부(114)는 상기 받침부(113)의 측면을 견고하게 지지함과 동시에 받침부(113)가 수직 방향으로만 승강할 수 있도록 안내한다.

즉, 상기 지지부(114)는 고정된 상태로 상기 감쇄 장치(110)의 일부를 구성하는 형태이나, 상기 받침부(113)는 하단에 연결되는 하나 이상의 수직 스프링(112)에 의해 수직 방향으로 일정거리 이동될 수 있다.

또한, 상기 받침부(113)를 지지하는 하나 이상의 수직 스프링(112)은 상기 면진 장치에 놓이는 물건 등을 수직 방향의 진동으로부터 보호할 수 있도록 적절한 탄성 계수를 가지는 인장 스프링으로 구성됨이 바람직하며, 본 발명의 면진 장치에 놓이는 물건 등에 반드시 다리, 받침대 등으로 지칭되는 특정 부분이 형성되는 것은 아니므로, 이러한 경우에는 상기 지지부(114)가 상기 받침부(113)와 함께 물건 등의 하단을 직접 지지할 수 있다.

따라서, 상기 받침부(113) 상단면의 높이와 상기 지지부(140) 상단면의 높이는 동일하게 형성되거나 받침부(113) 상단면의 높이가 지지부(140) 상단면의 높이보다 높게 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 상기 감쇄 장치(110)의 하단에 하방을 향하여 형성되는 반구형의 내입 홈(115)은 상기 볼(ball) 부재(120)가 내입되는 공간으로써, 내입 홈(115)의 내부에는 내입 홈(115) 내부에서의 볼 부재(120)의 유동을 최소화함과 동시에 접촉면을 최소화하여 볼 부재(120)의 원할한 회전을 보장할 수 있는 구조가 형성됨이 바람직하다.

즉, 상기 내입 홈(115) 내부의 구조는 공지의 볼 마우스 등의 내부 구조가 적용될 수 있으나 내입 홈(115)의 깊이는 볼 부재(120)의 지름보다 짧은 길이로 형성되어, 볼 부재(120)의 일부만이 내입 홈(115)에 내입되고 다른 일부는 상기 감쇄 장치(110)의 하방으로 돌출되도록 한다.

따라서, 상기 볼 부재(120)는 상기 감쇄 장치(110)를 지지함과 동시에 하부 플레이트(100)의 바닥면과 맞닿은 상태의 감쇄 장치(110)가 하부 플레이트(100)의 왕복 이동에도 불구하고 원래의 정지된 상태를 최대한 유지할 수 있도록 한다.

이때, 상기 하부 플레이트(100)의 왕복 이동에도 불구하고 상기 감쇄 장치(110)가 원래의 정지된 상태를 최대한 유지한다는 것은 감쇄 장치(110)가 반드시 완전히 정지한 상태만을 의미하는 것은 아니며, 감쇄 장치(110)가 정지한 것과 동일한 상태와 일정 범위 내에서 진동하는 상태를 포함하는 의미이다.

또한, 상기 볼 부재(120)는 합성 고무, 합성 수지 등의 재질로 구성될 수 있으나, 합성 수지보다 무겁고 강도가 뛰어난 철(iron) 등의 금속 재질로 구성되어 상기 감쇄 장치(110)가 본 발명의 면진 장치가 지지하는 물체 등의 무게를 충분히 지지할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 볼 부재(120)는 상기 중심 홈(101)의 바닥면과의 마찰로 의한 진동이 감쇄될 수 있도록 하고, 상기 감쇄 장치(110)가 중심 홈(101)의 바닥면을 따라 일정 높이 상승하였을 때 원래의 위치로 복귀하기 위한 복원력이 향상될 수 있도록 합성 고무 등 탄성 재질로 구성되는 외층과 알루미늄 등의 금속 재질로 구성되는 내층으로 구분되게 구성될 수 있다.

또한, 도 3(a) 내지 도 3(c) 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치는 평상시 구(球)형인 상기 볼 부재(120)에 의한 상기 감쇄 장치(110)의 유동을 방지하고자 상기 중심 홈(101)의 중심부에 반타원형의 단면을 갖는 곡선 홈(102)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 곡선 홈(102)은 상기 중심 홈(101)의 바닥면과 맞닿는 상기 볼 부재(120)의 일부가 들어맞거나 내입될 수 있는 형태의 홈으로 형성되며, 이에 따라 상기 감쇄 장치(110)에 지진 등에 의한 외력이 작용하지 않는 평상시에는 볼 부재(120)의 위치가 중심 홈(101)의 중심부에 고정되고 지진 등에 의한 외력의 발생시에는 볼 부재(120)가 곡선 홈(102)으로부터 이탈될 수 있는 구성이다.

또한, 상기한 바와 같이 상기 볼 부재(120)는 전체가 금속 중 철로 구성될 수 있고, 철은 자성체에 붙는 성질을 가지므로, 상기 중심 홈(101)의 중심부는 자력을 가지는 자성체로 구성되어 스프링에 의한 복원력을 더욱 향상시킬 수 있고, 상기 곡선 홈(102)이 형성된 상태인 중심 홈(101)의 중심부가 자성체로 구성되는 경우에는 스프링에 의한 복원력을 향상시킬 수 있는 효과에 더하여 평상시 볼 부재(120)에 의한 상기 감쇄 장치(110)의 유동을 방지할 수 있는 효과가 추가로 발생한다.

따라서, 통상의 면진 장치가 각각의 스프링이 가지는 탄성력에 대응하는 복원력만을 형성할 수 있는 것에 비해 본 발명의 면진 장치는 각각의 스프링이 가지는 탄성력과 경사진 바닥면에 의한 중력과 자성체에 의한 자력이 더해진 합력에 대응하는 크기의 복원력을 형성할 수 있는 효과가 발생하는 구성이며, 이에 따라 도 5에 도시된 사용 상태도와 같은 모습으로 물건 등을 지진 등을 원인으로 하는 진동으로부터 보호할 수 있는 효과가 발생한다.

또한, 상기 효과에 의한 부가적인 효과로써, 본 발명의 면진 장치는 종래의 면진 장치에 비해 소형화된 상태로도 종래의 면진 장치와 동일 또는 유사한 성능을 발휘할 수 있는 효과가 발생한다.

위에서 소개된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해, 예로써 제공되는 것이며, 본 발명은 위에서 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화 될 수도 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장 또는 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

100 : 하부 플레이트
101 : 중심 홈
102 : 곡선 홈
110 : 감쇄 장치
111 : 고정 홈
112 : 수직 스프링
113 : 받침부
114 : 지지부
115 : 내입 홈
116 : 수평 스프링
120 : 볼 부재

Claims (3)

1. 바닥면이 중심부를 향하여 경사지게 형성된 중심 홈(101)이 상단에 형성되는 하부 플레이트(100);
   상단에 고정 홈(111)이 형성되고 하나 이상의 수직 스프링(112)으로 지지되는 받침부(113)가 상단에 구비되고, 지지부(114)가 측면으로부터 상방으로 연장 형성되어 상기 받침부(113)의 측면을 지지하며, 반구형의 내입 홈(115)이 하단에 형성되고, 상기 중심 홈(101)의 내벽에 연결된 복수 개의 수평 스프링(116)이 일정 간격으로 측면에 연결되는 감쇄 장치(110);
   상기 내입 홈(115)에 내입되어 상기 하부 플레이트(100)의 바닥면에 맞닿은 상태로 상기 감쇄 장치(110)를 지지하되, 바닥면과의 마찰력에 의해 회전하며 감쇄 장치(110)의 위치를 유지시키는 볼 부재(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중심 홈(101)의 중심부에는,
   반타원형의 단면을 갖는 곡선 홈(102)이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 볼 부재(120)는,
   전체가 철(iron)로 구성되고,
   상기 중심 홈(101)의 중심부는,
   자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼과 스프링을 이용하는 면진 장치.

Images