KR20230142162A - 차량용 수직 댐퍼 - Google Patents

Abstract

차량용 수직 댐퍼는, 수직 방향 외력이 작용하는 한 쌍의 작용단과, 상기 한 쌍의 작용단 중에서 제1 작용단과 결합되고 내통 및 외통으로 구성된 실린더와, 상기 한 쌍의 작용단 중에서 제2 작용단과 결합되고 상기 실린더를 수용하는 슬리브와, 상기 제2 작용단으로부터 연장되는 작동 로드와, 상기 작동 로드의 단부에 형성되어 왕복 운동할 수 있고, 상기 실린더의 내통을 상부 챔버와 하부 챔버로 구획하며, 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이에서 작동 유체의 유동을 허용하는 피스톤과, 상기 하부 챔버의 하측에 배치되어 상기 하부 챔버와 상기 내통 및 상기 외통 사이에 형성되는 환형 공간 사이에서 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 베이스와, 상기 환형 공간 내에 설치되어 상기 작동 유체에 발생된 기포를 제거하는 기포 제거구로 이루어진다.

Description

차량용 수직 댐퍼{Vertical damper for vehicles}

본 발명은 차량용 댐퍼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속으로 주행하는 철도 차량에 설치되어 상기 철도 차량에 수직 방향으로 작용하는 충격이나 진동을 감쇠시키는 수직 댐퍼에 관한 것이다.

고속으로 운행하는 철도 차량은 주행시에 불규칙한 노면이나 돌출부에 의해 충격을 받으면, 서스펜션 스프링이 진동을 하면서 운동에너지를 지속적으로 전달하는 현상이 일어난다. 그런데, 이와 같은 피로와 진동 현상이 반복되면 차체와 부품이 손상되는 것은 물론 체결된 각 부품이 이완되어 운행 시 불안정의 주된 요인이 될 수 있다.

이러한 문제의 보완을 위해, 철도 차량용 댐퍼(damper)가 상기 서스펜션 스프링과 함께 사용되는데, 상기 댐퍼는 차량운행시 발생하는 운동에너지를 열에너지로 변환하여 감쇠효과를 유발하는 일종의 에너지 변환기이다. 상기 댐퍼는 불규칙한 노면에서 발생하는 차량의 충격 완화, 진동의 적절한 제어, 승차감 향상, 차륜의 접지력 향상, 차체의 구성부품들의 피로 감소 및 차량의 내구성 유지를 위해 필수적인 요소이다.

일반적으로 차량용 댐퍼는 작동 유체가 봉입된 실린더 내에 작동 로드가 연결된 피스톤을 슬라이드 가능하게 수용하고, 피스톤 로드의 스트로크에 따른 실린더 내의 피스톤 슬라이드에 의해 발생하는 작동 유체의 흐름을 관통공 및 디스크 밸브 등으로 구성되는 감쇠력 발생 기구에 의해 제어함으로써 감쇠력을 발생시킨다.

그런데, 고속철도 차량과 같은 환경에서는 피스톤은 매우 빠른 속도 및 불규칙적인 충격을 받게 되므로, 작동 유체에 대한 적절한 압력 제어가 이루어지지 않으면 차량용 댐퍼 장치나 차량 자체의 내구성 및 파손 문제가 발생할 수 있다.

일본특허공개공보 2020-139515호 (2020.9.3 공개)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 피스톤의 이동 속도가 급격하는 가변하는 상황에서도 작동 유체의 제어가 원활하게 수행될 수 있는 차량용 수직 댐퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 피스톤의 이동 속도가 급격하게 가변하는 상황에서 발생될 수 있는 작동 유체 내의 기포를 방지하거나 신속히 제거하는 수단을 갖는 차량용 수직 댐퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수직 댐퍼는, 수직 방향 외력이 작용하는 한 쌍의 작용단; 상기 한 쌍의 작용단 중에서 제1 작용단과 결합되고 내통 및 외통으로 구성된 실린더; 상기 한 쌍의 작용단 중에서 제2 작용단과 결합되고 상기 실린더를 수용하는 슬리브; 상기 제2 작용단으로부터 연장되는 작동 로드; 상기 작동 로드의 단부에 형성되어 왕복 운동할 수 있고, 상기 실린더의 내통을 상부 챔버와 하부 챔버로 구획하며, 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이에서 작동 유체의 유동을 허용하는 피스톤; 상기 하부 챔버의 하측에 배치되어 상기 하부 챔버와 상기 내통 및 상기 외통 사이에 형성되는 환형 공간 사이에서 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 베이스; 및 상기 환형 공간 내에 설치되어 상기 작동 유체에 발생된 기포를 제거하는 기포 제거구를 포함한다.

상기 기포 제거구는, 중앙의 스트럿; 상기 스트럿을 기준으로 환형으로 형성되어 상기 환형 공간에 삽입되는 프레임부; 및 상기 프레임부에 대해 수직 방향으로 이격 배치되는 림부를 포함하되, 상기 림부는, 상기 환형 공간 내의 작동 유체에 형성된 기포를 제거하기 위해 상기 수직 방향으로 관통되는 망형 필터를 구비한다.

상기 피스톤이 하강하여 압축 운동을 할 때, 상기 하부 챔버 내의 작동 유체는 상기 피스톤에 형성된 메인 관통공을 통과하여 상기 상부 챔버로 유동함과 동시에, 상기 베이스에 형성된 반경방향 내측 관통공을 통과하여 상기 환형 공간으로 유동한다.

상기 메인 관통공 및 상기 내측 관통공은, 각각 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 속도가 임계값을 넘을 경우에 개방된다.

상기 피스톤에는 추가 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 하강 속도가 상기 임계값보다 더 높은 제2 임계값을 넘을 경우에 개방되는 추가 관통공이 더 형성되어, 상기 피스톤의 속도가 상기 제2 임계값을 넘을 경우에 상기 메인 관통공 및 상기 추가 관통공이 모두 개방되는데, 상기 추가 판스프링의 강성은 상기 판스프링의 강성보다 높다.

상기 피스톤이 상승하여 인장 운동을 할 때, 상기 상부 챔버 내의 작동 유체는 상기 피스톤에 형성된 메인 관통공을 통과하여 상기 하부 챔버로 유동함과 동시에, 상기 환형 공간 내의 작동 유체는 상기 베이스에 형성된 반경방향 외측 관통공을 통과하여 상기 하부 챔버로 유동한다.

상기 메인 관통공은 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 속도가 임계값을 넘을 경우에 개방되며, 상기 외측 관통공은 탄성 부재에 의해 가압되는 와셔에 의해 규제되어 피스톤의 속도가 다른 임계값을 넘을 경우에 개방된다.

상기 피스톤에는 추가 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 상승 속도가 상기 임계값보다 더 높은 제2 임계값을 넘을 경우에 개방되는 추가 관통공이 더 형성되어, 상기 피스톤의 속도가 상기 제2 임계값을 넘을 경우에 상기 메인 관통공 및 상기 추가 관통공이 모두 개방되는데, 상기 추가 판스프링의 강성은 상기 판스프링의 강성보다 높다.

상기 실린더의 상단을 씰링하는 상부 캡에는 상기 작동 로드가 관통되는 중공으로부터 상기 환형 공간과 연통되는 오리피스가 형성되고, 상기 작동 로드와 상기 상부 캡의 중공 사이로 누유되는 작동 유체가 상기 오리피스에 의해 상기 환형 공간으로 회수된다.

상기 오리피스에 의한 상기 작동 유체의 회수는 상기 피스톤의 압축 운동시 및 인장 운동시에 모두 이루어진다.

본 발명에 따른 차량용 수직 댐퍼에 의하면, 피스톤의 이동 속도가 급격하는 가변하는 상황에서도 작동 유체의 제어가 원활하게 수행될 수 있기 때문에, 상기 차량용 수직 댐퍼에서 안정적인 감쇠력이 제공됨과 동시에, 댐퍼 및 차량의 내구성도 제고할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 수직 댐퍼에 의하면, 피스톤의 이동 속도가 급격하게 가변하는 상황에서 발생될 수 있는 작동 유체 내의 기포를 신속히 제거하여 댐퍼의 감쇠력 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수직 댐퍼의 외형을 도시한 도면이다.
도 2a는 피스톤이 압축 운동을 할 때 작동 유체의 흐름을 도시한 수직 댐퍼의 단면도이고, 도 2b는 피스톤이 인장 운동을 할 때 작동 유체의 흐름을 도시한 수직 댐퍼의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스의 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포 제거구의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 댐퍼의 하중-속도 관계를 나타내는 테스트 결과 그래프이고, 도 5b는 상기 수직 댐퍼의 하중-변위 관계를 나타내는 테스트 결과 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수직 댐퍼(200)의 외형을 도시한 도면이다.

수직 댐퍼(200)는 예를 들어 철도차량에서 수직 방향의 충격이나 진동을 감쇠시키는 장치로서, 수직 방향 외력이 작용할 경우 2개의 작용단(10, 15)이 서로 가까워지거나 멀어지게 된다. 이 중에서 하측의 제1 작용단(10)은 실린더(100)와 일체로 결합되고, 상측의 제2 작용단(15)은 상기 실린더(100)를 수용하는 슬리브(20)와 일체로 결합된다. 다만, 이와 반대로 제1 작용단(10)에 슬리브(20)가 제2 작용단(15)에 실린더(100)가 결합되는 반대 구조를 배제하는 것은 아니다.

상기 제2 작용단(15)은 후술하는 작동 로드 및 피스톤과 연결되고, 상기 피스톤이 작동 유체를 수용하는 실린더(100) 내에서 압축 운동 및 인장 운동을 포함한 왕복 운동을 하면서 상기 감쇠효과가 제공될 수 있다.

도 2a는 피스톤(70)이 압축 운동을 할 때 작동 유체의 흐름을 도시한 수직 댐퍼(200)의 단면도이고, 도 2b는 피스톤(70)이 인장 운동을 할 때 작동 유체의 흐름을 도시한 수직 댐퍼(200)의 단면도이다.

실린더(100) 내의 공간은 피스톤(70)에 의해 상부 챔버(181)와 하부 챔버(182)로 구획된다. 여기서, 피스톤(70)은 작동 로드(50)에 체결되어 작동 로드(50)와 함께 상하로 왕복운동을 할 수 있다. 이 중에서 피스톤(70)이 상방으로 이동하여 하부 챔버(182)의 공간이 확장되면 이를 인장 운동이라고 하고(도 2b 참조), 피스톤(70)이 하방으로 이동하여 하부 챔버(182)의 공간이 축소되면 이를 압축 운동이라고 한다(도 2a 참조). 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 수직 댐퍼(200)는 복통식으로서, 실린더(100) 내측의 내통(150)과 실린더(100) 외측의 외통(160)으로 구성된다.

본 발명에서, 실린더(100)의 내통(150)에 형성된 상부 및 하부 챔버(181, 182) 사이에서 작동 유체의 유동은 피스톤(70)을 통과하여 이루어지고, 실린더(100)의 내통(150)과 외통(160) 사이에 형성된 환형(ring-shaped) 공간(185)과 내통(150) 사이에서 작동 유체의 유동은 베이스(130)를 통과하여 이루어진다.

또한, 실린더(100)의 상단은 상부 캡(110)에 의해 씰링되고 실린더(100)의 하단은 하부 캡(103)에 의해 씰링된다. 상기 상부 캡(110)의 중앙은 상기 작동 로드(50)가 관통할 수 있도록 중공이 형성되며, 작동 로드(50)는 상기 중공에 대해 슬라이딩할 수 있다. 따라서, 상부 캡(110)은 상기 작동 로드(50)와 상기 중공 사이에서 누유가 발생하지 않도록 설계될 필요가 있다.

먼저, 도 2a를 참조하여 피스톤(70)이 압축 운동을 할 때의 작동 유체의 흐름을 설명한다. 압축 운동시 피스톤(70)는 고속으로 하강하면서 상부 챔버(181)가 확장되고 하부 챔버(182)가 축소된다. 이 때, 작동 유체는 피스톤(70)에 형성된 관통공(71)을 통과하여 하부 챔버(182)로부터 상부 챔버(181)로 이동한다(경로 C1). 이러한 관통공(71)의 크기 및 배치 개수는 작동 로드(50)의 운동 속도 및 타겟 감쇠력을 고려하여 결정될 수 있다. 상기 복수의 관통공(71)은 피스톤(70)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다. 상기 작동 유체의 이동(C1)은 피스톤(70)의 상측에 형성된 제1 판스프링(72)에 의해 규제될 수 있다. 즉, 제1 판스프링(72)은 자체의 강성에 의해 휴지 위치(rest position)에서는 피스톤(70)에 형성된 안착부에 맞닿아서 작동 유체의 유동을 허용하지 않다가, 피스톤(70)의 속도가 소정의 임계값을 넘을 경우에 비로소 열리면서 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 역할을 한다.

따라서, 피스톤(70)이 임계 속도 이상의 속도로 하강하면 제1 판스프링(72)이 열리면서 챔버(181, 182)간 작동 유체의 이동이 가능하게 된다. 또한, 다른 실시예로서 이러한 임계 속도는 2단으로 구성될 수 있다. 즉, 피스톤(70)이 제1 임계 속도 이상의 속도로 하강하면 제1 판스프링(72)이 열리면서 메인 관통공(71)을 통한 작동 유체의 이동이 시작되고, 피스톤(70)의 속도가 상승하여 제2 임계 속도 이상의 속도로 하강하면 서브 관통공(81)이 추가로 열리면서 서브 관통공(81)을 통한 작동 유체의 유동이 추가될 수 있다. 이와 같이 매우 빠른 속도에서는 2개의 관통공(71, 81) 함께 열리면서 안정적인 감쇠력을 유지할 수 있게 된다. 상기 메인 관통공(71)이 제1 판스프링(72)에 의해 규제된 것과 마찬가지로 서브 관통공(81)은 제2 판스프링(82)에 의해 규제된다. 여기서, 제2 판스프링(82)의 강성은 제1 판스프링(81)보다 높은 강성(stiffness)을 갖는다. 도 2a에서는 서브 관통공(81)이 메인 관통공(71)과 분리된 것으로 보이지만 이는 단면도의 단면 방향에 따라 달리 보이는 것일 뿐, 실제로 메인 관통공(71)은 서브 관통공(81)과 연통되는 구조로 되어 있다.

한편, 베이스(130)는 하부 챔버(182)와 환형 공간(185) 사이에서 작동 유체의 이동/차단을 담당한다. 피스톤(70)이 하강할 때 하부 챔버(182)는 축소되기 때문에 압축된 작동 유체는 상기 피스톤(70)을 통과하여 상부 챔버(181)로 유동함과 동시에, 베이스(130)를 통과하여 환형 공간(185)으로 유동할 수 있다.

구체적으로, 작동 유체는 베이스(130)에 형성된 반경방향 기준으로 내측 관통공(131)을 통과하여 환형 공간(185)으로 유동한다(경로 C2). 이 때, 내측 관통공(131)을 통과하는 유동은 판스프링(133)에 의해 규제된다. 따라서, 상기 작동 유체의 압력이 소정의 압력을 넘을 때에 비로소 판스프링(133)이 열려서 상기 유동(C2)이 가능하게 된다. 결국, 피스톤(70)의 압축 운동시에는 하부 챔버(182) 내의 작동 유체는 피스톤(70) 및 베이스(130)를 통과하여 양 방향으로 이동하게 된다(경로 C4).

그런데, 외력이나 충격으로 인한 피스톤(70)의 이동은 매우 빠른 속도로 이루어지므로 작동 유체가 실린더(100)의 외부로 누유되지 않도록 설계될 필요가 있다. 실린더(100)의 하부 캡(103)은 어느 정도 밀봉 설계만으로 충분하지만, 상부 캡(110)의 중공에는 작동 로드(50)이 슬라이딩 되어야 하므로 작동 로드(50)와 상기 중공 사이에 누유가 발생될 우려가 있다. 물론, 상부 캡(110)의 상측에 커버(101)가 추가로 구비될 수는 있지만 이러한 누유를 방지하기에는 충분하지 않다.

이러한 문제를 고려하여 본 발명에서는 상기 누유 방지를 위한 바이패스 유로(C3)를 추가로 제공한다. 도시된 바와 같이, 상부 캡(110)은 제1 블록(111), 제2 블록(112) 및 패킹 부재(113)로 구성될 수 있다. 상기 제2 블록(112)에는 환형 공간(185)와 연통되는 오리피스(orifice)(114)가 형성되어, 작동 로드(50)의 축방향으로 누유되는 작동 유체가 상기 오리피스(114)를 통해 환형 공간(185)으로 회수될 수 있게 한다. 따라서, 실린더(100) 내의 과도한 압력 증가로 인해 작동 로드(50)와 상부 캡(110)의 중공 사이에서 작동 유체가 누유될 때, 작동 로드(50)의 축방향으로 누유되는 작동 유체가 실린더(100) 외부로 배출되지 않고 실린더(100) 내에 머물게 된다. 다만, 이러한 바이패스 유로(C3)를 통한 작동 유체의 이동은, 작동 유체의 메인 유동(C1, C2)에는 거의 영향을 미치지 않는 상대적으로 미량에 불과하다.

다음으로, 도 2b를 참조하여 피스톤(70)이 인장 운동을 할 때의 작동 유체의 흐름을 설명한다. 피스톤(70)이 상승하면, 도 2a와는 반대로 상부 챔버(181)는 축소되고 하부 챔버(182)는 확장된다. 따라서, 상부 챔버(181)의 작동 유체는 피스톤(70)을 통과하여 하부 챔버(182)로 유동하며(경로 T1), 환형 공간(185)의 작동 유체는 베이스(130)를 통과하여 하부 챔버(182)로 유동한다(경로 T2). 이에 따라 하부 챔버(182) 내의 작동 유체는 중앙 부근으로 집적된다(경로 T4).

구체적으로, 피스톤(70)이 임계 속도 이상의 속도로 상승하면 제3 판스프링(74)이 열리면서 작동 유체가 메인 관통공(73)을 통과하여 하부 챔버(182)로 이동한다. 또한, 피스톤(70)의 속도가 상승하여 제2 임계 속도 이상의 속도로 상승하면 서브 관통공(83)이 추가로 열리면서 서브 관통공(83)을 통한 작동 유체의 유동이 추가될 수 있다. 이와 같이 매우 빠른 속도에서는 2개의 관통공(73, 83) 함께 열리면서 안정적인 감쇠력을 유지할 수 있게 된다. 상기 메인 관통공(73)이 제3 판스프링(74)에 의해 규제되는 것과 마찬가지로 서브 관통공(83)은 제4 판스프링(84)에 의해 규제된다. 여기서, 제4 판스프링(84)의 강성은 제3 판스프링(83)보다 높은 강성(stiffness)을 갖는다.

한편, 피스톤(70)이 상승할 때 하부 챔버(182)는 확장되기 때문에, 상부 챔버(181)의 작동 유체는 상기 피스톤(70)을 통과하여 하부 챔버(182)로 유동함과 동시에(경로 T1), 환형 공간(185)의 작동 유체는 베이스(130)를 통과하여 하부 챔버(182)로 유동할 수 있다. 구체적으로, 작동 유체는 베이스(130)에 형성된 반경방향 기준으로 외측 관통공(132)을 통과하여 하부 챔버(182)로 유동한다(경로 T2). 이 때, 외측 관통공(132)을 통과하는 유동은 판스프링(134)에 의해 규제된다. 따라서, 상기 작동 유체의 압력이 소정의 압력을 넘을 때에 비로소 판스프링(134)이 열려서 상기 유동(T2)이 가능하게 된다. 결국, 피스톤(70)의 인장 운동시에는 상부 챔버(181)의 작동 유체는 피스톤(70)을 통과하며, 환형 공간(185)의 작동 유체는 베이스(130)를 통과하여 하부 챔버(182)에 집적된다(경로 T4).

그런데, 전술한 피스톤(70)의 압축 운동(도 2a)에서와 마찬가지로, 피스톤(70)의 인장 운동(도 2b)일 때에도 작동 유체의 누유 문제는 여전히 발생할 수 있다. 피스톤(70)의 인장 운동시에는 상부 챔버(181)가 축소되면서 상부 챔버(181)의 작동 유체가 가압되므로 일부 작동 유체가 하부 챔버(182)로 유동한다고 해도 여전히 작동 로드(50)의 축방향으로 누유가 일어날 수 있는 것이다. 상부 캡(110)의 제2 블록(112)에는 환형 공간(185)와 연통되는 오리피스(115)가 형성되어, 작동 로드(50)의 축방향으로 누유되는 작동 유체가 상기 오리피스(115)를 통해 환형 공간(185)으로 회수될 수 있다. 이와 같이, 피스톤(70)의 압축 운동 및 인장 운동시 이와 같이 서로 구분된 오리피스(114, 115)가 사용될 수도 있지만, 동일한 겸용 오리피스가 사용될 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스(130)의 분해 단면도이다.

베이스(130)는 내측 관통공(131) 및 외측 관통공(132)을 갖는 몸체부(140)를 포함한다. 몸체부(140)의 상측에는 와셔(134)가 배치되고 상기 와셔(134)는 탄성 부재(135)에 의해 하방으로 가압된다. 상기 와셔(134)와 탄성 부재(135)는 제1 체결구(137)에 의해 몸체부(140)의 상면에 대해 고정된다. 또한, 몸체부(140)의 하측의 시트부(141)에는 복수의 판스프링(133)이 안착되고 상기 판스프링(133)의 에지 근처 단부는 돌출부(143) 상에서 지지된다. 상기 판스프링(133)의 개수는 내측 관통공(131)의 개폐 압력을 고려하여 조절될 수 있다. 상기 판스프링(133)은 제2 체결구(138)에 의해 몸체부(140)의 하면에 대해 고정된다.

피스톤(70)의 압축 운동시에는 판스프링(133)의 에지 근처 단부가 돌출부(143)에 대해 열리면서 내측 관통공(131)을 통해 베이스(130)의 하측으로 작동 유체가 유동하게 된다. 또한, 피스톤(70)의 인장 운동시에는 와셔(134)가 탄성 부재(135)의 압력을 이겨내고 일체로 상승하면서 외측 관통공(132)을 통해 베이스(130)의 상측으로 작동 유체가 유동하게 된다. 상기 와셔(134)는 판스프링과 달리 강성이 매우 높아 벤딩(bending)이 발생하지 않고 일체로 상승하면서 외측 관통공(132)이 개방된다. 따라서, 압축 운동시에는 판스프링의 개수에 의한 내측 관통공(131)의 개방 압력 조절이 가능함에 비해, 인장 운동시에는 탄성 부재(135)의 강성 설계만으로 외측 관통공(132)의 개방 압력 조절이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포 제거구(170)의 단면도이다.

특히 고속 철도차량과 같이 외부의 충격이나 과격한 진동이 발생되는 환경에서, 피스톤(70)은 매우 빠른 속도로 상승하거나 하강할 수 있는데 이 경우 실린더(100)의 하부 챔버(182)와 환형 공간(185) 사이에서 작동 유체의 급격한 유동으로 인해, 특히 환형 공간(185)에 있는 작동 유체에 상당한 기포가 발생될 수 있다. 이러한 기포는 차량용 댐퍼의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 댐퍼의 구성요소들의 손상을 가져올 수 있는 요인이 된다. 따라서, 어느 정도 기포가 발생되더라도 발생된 기포를 신속히 제거할 수 있는 방안이 요구된다. 이를 고려하여, 본 발명에서는 도 4와 같은 기포 제거구(170)를 도 2a 및 도 2b와 같이 환형 공간(185)에 배치한다. 상기 기포 제거구(170)는 중앙의 스트럿(strut)(171)을 기준으로 환형으로 형성되어 상기 환형 공간(185)에 삽입되는 프레임부(frame portion)(173)와, 상기 프레임부(173)에 대해 수직 방향으로 이격 배치된 림부(rim portion)(175)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 림부(175)는 수직 방향으로 관통되는 망형 필터를 구비하여 상기 발생된 기포가 상기 망형 필터를 통과할 때 상기 기포가 터지게(burst) 할 수 있게 한다. 이를 통해, 작동 유체의 급격한 이동으로 인해 기포가 발생된다고 하더라도 기포 제거구(170)에 의해 상기 발생된 기포가 신속히 제거될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 댐퍼(200)의 하중-속도 관계를 나타내는 테스트 결과 그래프이고, 도 5b는 상기 수직 댐퍼(200)의 하중-변위 관계를 나타내는 테스트 결과 그래프이다.

상기 테스트의 구체적인 스펙은 다음과 같다.

- 제품의 설치 길이(mm): 430

- 제품의 Stroke(mm): ± 25

- 제품의 작동속도(m/s): 0.1, 0.3

- 시험 온도(℃): 20±3

- 속도/압력 타겟: 0.3m/s에서 3,000 N ± 15%

도 5a를 참조하면, 피스톤의 속도가 증가함에 따라 압력(하중)도 선형적으로 증가하는 추세를 보여준다. 이러한 관계는 피스톤의 압축시(속도가 양수로 표시됨)에나 피스톤의 인장시(속도가 음수로 표시됨) 모두 대칭적으로 나타난다. 따라서, 본 발명에서 제시하는 수직 댐퍼(200)에 따르면 압축시 및 인장시에 선형적인 속도-하중 분포를 가지면서 대칭적으로 안정된 댐핑 결과를 보여준다.

또한, 도 5b를 참조하면, 피스톤의 스트로크(거리)가 최대인 양단 지점(± 25 부근)에서 하중이 0으로 수렴하고 스트로크가 0인 중앙에서 하중이 최대가 됨을 보여준다. 특히, 상기 스트로크가 0에서는 완만한 하중의 변화를 보이다가, 상기 스트로크가 양단 지점에서는 하중의 변화율이 매우 크게 나타난다. 이는 주요 작동 범위인 스트로크가 0인 중앙 부근에서 하중의 변화율을 최소화하여 안정된 댐핑 구간을 넓게 확보할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

10, 15: 작용단 20: 슬리브
50: 작동 로드 70: 피스톤
71, 73: 메인 관통공 81, 83: 서브 관통공
72, 74, 72, 84, 133: 판스프링 100: 실린더
101: 커버 103: 하부 캡
110: 상부 캡 111: 제1 블록
112: 제2 블록 113: 패킹 부재
114: 오리피스 130: 베이스
131: 내측 관통공 132: 외측 관통공
134: 와셔 135: 탄성 부재
137, 138: 체결구 141: 시트면
143: 돌출부 150: 내통
160: 외통 170: 기포 제거구
171: 스트럿 173: 프레임부
175: 림부 181: 상부 챔버
182: 하부 챔버 185: 환형 공간
200: 차량용 수직 댐퍼

Claims (10)

1. 수직 방향 외력이 작용하는 한 쌍의 작용단;
   상기 한 쌍의 작용단 중에서 제1 작용단과 결합되고 내통 및 외통으로 구성된 실린더;
   상기 한 쌍의 작용단 중에서 제2 작용단과 결합되고 상기 실린더를 수용하는 슬리브;
   상기 제2 작용단으로부터 연장되는 작동 로드;
   상기 작동 로드의 단부에 형성되어 왕복 운동할 수 있고, 상기 실린더의 내통을 상부 챔버와 하부 챔버로 구획하며, 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이에서 작동 유체의 유동을 허용하는 피스톤;
   상기 하부 챔버의 하측에 배치되어 상기 하부 챔버와 상기 내통 및 상기 외통 사이에 형성되는 환형 공간 사이에서 상기 작동 유체의 유동을 허용하는 베이스; 및
   상기 환형 공간 내에 설치되어 상기 작동 유체에 발생된 기포를 제거하는 기포 제거구를 포함하는, 차량용 수직 댐퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 기포 제거구는
   중앙의 스트럿;
   상기 스트럿을 기준으로 환형으로 형성되어 상기 환형 공간에 삽입되는 프레임부; 및
   상기 프레임부에 대해 수직 방향으로 이격 배치되는 림부를 포함하되,
   상기 림부는, 상기 환형 공간 내의 작동 유체에 형성된 기포를 제거하기 위해 상기 수직 방향으로 관통되는 망형 필터를 구비하는, 차량용 수직 댐퍼.
3. 제1항에 있어서, 상기 피스톤이 하강하여 압축 운동을 할 때,
   상기 하부 챔버 내의 작동 유체는 상기 피스톤에 형성된 메인 관통공을 통과하여 상기 상부 챔버로 유동함과 동시에, 상기 베이스에 형성된 반경방향 내측 관통공을 통과하여 상기 환형 공간으로 유동하는, 차량용 수직 댐퍼.
4. 제3항에 있어서, 상기 메인 관통공 및 상기 내측 관통공은
   각각 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 속도가 임계값을 넘을 경우에 개방되는, 차량용 수직 댐퍼.
5. 제4항에 있어서,
   상기 피스톤에는 추가 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 하강 속도가 상기 임계값보다 더 높은 제2 임계값을 넘을 경우에 개방되는 추가 관통공이 더 형성되어, 상기 피스톤의 속도가 상기 제2 임계값을 넘을 경우에 상기 메인 관통공 및 상기 추가 관통공이 모두 개방되는데,
   상기 추가 판스프링의 강성은 상기 판스프링의 강성보다 높은, 차량용 수직 댐퍼.
6. 제1항에 있어서, 상기 피스톤이 상승하여 인장 운동을 할 때,
   상기 상부 챔버 내의 작동 유체는 상기 피스톤에 형성된 메인 관통공을 통과하여 상기 하부 챔버로 유동함과 동시에, 상기 환형 공간 내의 작동 유체는 상기 베이스에 형성된 반경방향 외측 관통공을 통과하여 상기 하부 챔버로 유동하는, 차량용 수직 댐퍼.
7. 제6항에 있어서,
   상기 메인 관통공은 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 속도가 임계값을 넘을 경우에 개방되며,
   상기 외측 관통공은 탄성 부재에 의해 가압되는 와셔에 의해 규제되어 피스톤의 속도가 다른 임계값을 넘을 경우에 개방되는, 차량용 수직 댐퍼.
8. 제7항에 있어서,
   상기 피스톤에는 추가 판스프링에 의해 규제되어 상기 피스톤의 상승 속도가 상기 임계값보다 더 높은 제2 임계값을 넘을 경우에 개방되는 추가 관통공이 더 형성되어, 상기 피스톤의 속도가 상기 제2 임계값을 넘을 경우에 상기 메인 관통공 및 상기 추가 관통공이 모두 개방되는데,
   상기 추가 판스프링의 강성은 상기 판스프링의 강성보다 높은, 차량용 수직 댐퍼.
9. 제1항에 있어서,
   상기 실린더의 상단을 씰링하는 상부 캡에는 상기 작동 로드가 관통되는 중공으로부터 상기 환형 공간과 연통되는 오리피스가 형성되고,
   상기 작동 로드와 상기 상부 캡의 중공 사이로 누유되는 작동 유체가 상기 오리피스에 의해 상기 환형 공간으로 회수되는, 차량용 수직 댐퍼.
10. 제9항에 있어서,
    상기 오리피스에 의한 상기 작동 유체의 회수는 상기 피스톤의 압축 운동시 및 인장 운동시에 모두 이루어지는, 차량용 수직 댐퍼.