KR20230142349A - 충격 감쇄장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더와 피스톤의 신규한 결합관계를 이용하여 큰 충격을 단계적으로 흡수 소멸시키며 인명을 보호할 수 있도록 하는 충격 감쇄장치에 관한 것이다. 그의 구성은, 원통형 실린더; 피스톤운동이 가능하게끔 상기 실린더에 결합하는 피스톤헤드; 상기 실린더의 내부공간을 밀폐하기 위하여 상기 실린더의 양측면에 설치되는 엔드캡; 일단이 상기 피스톤헤드에 연결되고 타단이 상기 엔드캡을 통과하여 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤로드; 상기 실린더의 내부공간에 충전되는 점성유동체를 포함하되; 상기 피스톤헤드의 외측벽과 실린더의 내측벽 사이에는 상기 점성유동체가 통과될 수 있는 간극이 마련되도록 함으로써; 상기 피스톤로드에 갑작스럽게 가해지는 충격에 의해 상기 피스톤과 실린더의 상대간격이 바뀌면서 충격을 흡수하게끔 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

충격 감쇄장치{Damping Apparatus}

본 발명은 충격 감쇄장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 실린더와 피스톤의 신규한 결합관계를 이용하여 큰 충격을 단계적으로 흡수 소멸시키며 인명을 보호할 수 있도록 하는 충격 감쇄장치에 관한 것이다.

외부에서 가해지는 충격을 흡수하고 소멸시킴으로써 충격에 의한 손상이나 사고를 방지하기 위하여 완충장치, 감쇄장치 또는 댐핑장치(이하, 이들을 '감쇄장치'라고 부르기로 한다)가 사용된다.

감쇄장치는 추락하는 물체가 받는 충격력을 감쇄시키는 것, 지진으로부터 구조물을 보호하기 위한 내진설계, 폭발에 대해 방호하기 위한 것 등 다양한 목적을 가진다. 그래서 구체적인 사용처에 따라서 다양한 방식의 감쇄장치가 제공되어 왔다.

일반적인 감쇄장치 중 하나는 유압의 원리를 이용하는 것이 있다. 이들은 보통 유체가 채워진 실린더와 실린더 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤으로 구성된다.

종래의 충격 감쇄장치는 감내할 수 있는 충격의 크기를 설정한 다음에 설계된다. 따라서 미리 예상한 충격보다 큰 충격이 전달되는 경우에는 감쇄효과가 크게 떨어진다. 또한 설계된 충격량보다 적은 충격이 가해질 경우에도 감쇄효과가 적어진다.

대한민국 특허등록 제10-1375390호 대한민국 특허등록 제 10-1142802호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은, 충격의 크기가 가늠하기 어려울 경우에 대하여, 즉 충격의 크기가 가변적일 경우에 대하여 넓은 범위에서 충격을 감쇄 또는 흡수할 수 있는 충격 감쇄장치를 제공하는 것에 있다. 좀 더 구체적으로는 짧은 구간에서 큰 충격에 대한 효과적인 감쇄작용을 할 수 있는 충격 감쇄장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 원통형 실린더; 피스톤운동이 가능하게끔 상기 실린더에 결합하는 피스톤헤드; 상기 실린더의 내부공간을 밀폐하기 위하여 상기 실린더의 양측면에 설치되는 엔드캡; 일단이 상기 피스톤헤드에 연결되고 타단이 상기 엔드캡을 통과하여 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤로드; 상기 실린더의 내부공간에 충전되는 점성유동체;를 포함하되;

상기 피스톤헤드의 외측벽과 실린더의 내측벽 사이에는 상기 점성유동체가 통과될 수 있는 간극이 마련되도록 함으로써;

상기 피스톤로드에 갑작스럽게 가해지는 충격에 의해 상기 피스톤과 실린더의 상대간격이 바뀌면서 충격을 흡수하게끔 되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 감쇄장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 실린더의 내경은 상기 실린더의 길이방향을 따라 계단식으로 변화되는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 실린더의 내경이 변화되는 구간은 상기 실린더의 길이방향을 따라 전체에 걸쳐 있는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 실린더의 내경이 변화되는 구간은 상기 실린더의 길이방향을 따라 일부에 걸쳐 있는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 실린더의 내경이 변화되는 지점에는 단턱이 마련되며; 상기 단턱의 높이는 모든 변화구간에 걸쳐 일정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 실린더의 내경이 변화되는 지점에는 단턱이 마련되며; 상기 단턱은 상기 실린더의 내경이 감소하는 방향을 향해 하향으로 경사지게 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 충격이 상기 실린더의 양방향에서 가해질 수 있는 상황에 사용되는 것으로서, 상기 실린더 내부의 내경이 변화되는 구간(T, T')은 좌우 대칭의 형태로 마련되어 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 충격의 크기가 가변적인 환경에서 넓은 범위에서 충격을 감쇄 또는 흡수할 수 있는 충격 감쇄장치가 제공된다. 또한 충격을 흡수하는 구간이 계단식으로 마련됨으로써 짧은 구간에서 큰 충격에 대한 효과적인 감쇄작용을 할 수 있는 충격 감쇄장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 확대단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 분해단면도이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 작용상태를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 충격 감쇄장치의 피스톤헤드의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 다만 필요한 곳에서는 특정 도면을 추가로 인용하기로 한다.

본 발명에 의한 충격 감쇄장치는 원통형 실린더(1) 및 피스톤(2)을 포함한다.

피스톤(2)은 피스톤헤드(3)와 피스톤로드(13,15)를 포함하여 구성된다. 실린더(1)의 양단 개구부에는 엔드캡이 설치되어 실린더의 내부 공간을 밀폐한다.

피스톤헤드(3)는 피스톤운동이 가능하게끔 실린더(1)에 끼워져 결합한다.

엔드캡(5,7)은 실린더(1)의 내부공간을 밀폐하기 위하여 실린더(1)의 양측면에 설치된다. 엔드캡(5,7)은 용접으로 영구접합될 수도 있고, 볼트(11)로써 분리 가능하게 결합할 수도 있다. 좌우 엔드캡(5,7)은 구성이 서로 동일한 것일 수도 있고 다른 것일 수도 있다. 도시된 바에 의하면, 선단엔드캡(5)은 캡형태로 구성되어 나사식(9)으로 실린더(1)에 결합하고, 후단엔드캡(7)은 볼트(11)에 의해 실린더(1)에 결합한다.

도시된 바에 의하면 피스톤로드(13,15)는 피스톤헤드(3)의 전후면에 각각 설치된다. 그러나 피스톤로드(13,15)는 어느 한쪽에만 설치될 수도 있는 것이다. 도시된 것처럼 피스톤로드(13,15)가 피스톤헤드(3)의 전후면에 각각 설치되는 경우에는 피스톤헤드(3)의 양단이 실린더(1) 내부에서 안정적으로 지지되는 효과를 얻을 수 있다.

피스톤로드(13,15)는 일단이 피스톤헤드(3)에 연결되고, 타단이 엔드캡(5,7)을 통과하여 실린더(1)의 외부로 연장된다. 피스톤로드(13,15)와 피스톤헤드(3)는 일체형으로 되어 있을 수도 있고 조립형으로 되어 있을 수도 있다.

피스톤로드(13,15)와 엔드캡(5,7)의 경계에는 기밀을 위한 패킹(17,19)이 설치될 수 있다.

일측 피스톤로드(13)의 끝에는 충격을 전달받기 위한 받침대(21)가 고정 설치되어 있다. 타측 피스톤로드(13)의 끝은 도시된 것처럼 자유단의 형태로 되어 있을 수도 있고, 충격이 작용하는 받침대(21)와 연결될 수도 있다.

실린더(1)의 내부에는 반유동체로서 점성유동체(23)가 충전된다. 점성유동체(23)는 공기압축이 일어나지 않도록 실린더 내부에 가득 채워진다. 이 점성유동체(23)가 충격을 흡수하는 요체가 되는 것이다. 점성유동체(23)는 실리콘이 바람직하다. 실리콘은 석유화학제품인 시중의 일반 오일 보다 점성이 크다. 그러나 실리콘을 대신하여 구리스 등의 석유화학제품이 사용될 수도 있다.

도시되지 않았지만, 실린더(1)는 보호를 요하는 고정체에 연결되고, 양측 또는 일측 피스톤로드(13,15)는 충격을 받는 부분에 연결된다.

본 발명에 의하면, 피스톤헤드의 외경(P)보다 실린더의 내경(D)을 크게 함으로써 실린더(1)와 피스톤헤드(3) 사이에는 간극(G)이 마련되어 있다. 이 간극(G)을 통해 점성유동체가 통과될 수 있게 되어 있다. 간극(G)이 넓으면 점성유동체(23)는 보다 쉽게 통과될 것이며, 간극이 좁으면 어렵게 통과될 것이다.

충격이 가해질 경우에 점성유동체(23)는 도 3에서 화살표(W)로 표현된 것처럼 실린더(1)와 피스톤헤드(3) 사이에는 간극(G)을 통해 이동하게 된다. 즉 일반 유압실린더와 같이 유체가 오리피스를 통해 별도의 공간으로 이동하는 것이 아니고 실린더(1)의 내부 공간 내에서만 유동하게 되는 것이다. 그러므로 일반 유압실린더에 비해 구조가 간단하고 제작비용이 저렴하게 되는 것이다.

본 발명의 특징에 의하면, 간극(G)이 실린더(1)의 길이방향을 따라 단계적으로, 특히 계단식으로 좁아지도록 구성되고 있다. 이것은 실린더(1)의 내경을 단계적으로 좁게 함으로써 가능하게 된다. 충격이 가해지는 방향은 가장 넓고 후방으로 갈수록 간극이 좁아지게끔 구성된다.

이에 의하면, 피스톤로드(13,15)에 갑작스럽게 가해지는 충격에 의해 피스톤헤드(3)와 실린더(1)의 상대간격, 즉 간극(G)이 계단식으로 좁아지면서 갈수록 더 큰 충격을 흡수할 수 있게 된다.

피스톤헤드(3)는 피스톤로드(13,15)에 가해지는 충격에 의해 충격이 작용하는 방향으로 실린더(1) 내부에서 움직이게 된다. 이 과정에서 고점성을 가지는 점성유동체(23)가 저항체로 역할하게 된다. 점성유동체(23)는 실린더(1)와 피스톤헤드(3) 사이에 있는 작은 틈을 통해 유동한다.

본 발명의 실시예에에 의하면, 내경이 변화되는 구간(T)은 상기 실린더의 길이방향을 따라 전체에 걸쳐 있는 것일 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면, 내경이 변화되는 구간(T)은 실린더의 길이방향을 따라 일부에 걸쳐 있는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 내경이 변화되는 지점에는 단턱(25-1, 25-2, 25-3)이 마련된다. 단턱(25-1, 25-2, 25-3)의 각 높이(H1, H2, H3)는 모든 변화구간에 걸쳐 일정할 수 있다. 이 높이(H1, H2, H3)는 0.5 ~ 3mm 일 수 있다. 그러나 이 높이(H1, H2, H3)는 상황에 따라 차등되게 할 수 있다. 예를 들어 끝으로 갈수록 높이를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 단턱(25-1, 25-2, 25-3)은 상기 실린더의 후방을 향해 하향하는 방향으로 소정의 각도(K)로 경사지게 마련될 수 있다. 이 각도(K)는 10 ~ 80°를 이룰 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 피스톤헤드의 선단면(27) 가장자리에는 점성유동체(23)의 저항을 감소시키기 위하여 단턱 또는 테이퍼면이 마련될 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면 받침대(21)을 통해 피스톤헤드(3)에 가해지는 충격에 의해 도 5에 도시된 바와 같은 그래프와 같이 계단 형태로 실린더의 길이(L)에 비례하여 충격력(F)의 변화가 생기게 된다.

따라서 충격력(F)이 일정한 구간에서 일정하게 충격흡수작용을 하며, 보다 큰 충격력이 가해질 경우에는 그 다음 구간에서 또 일정하게 충격을 흡수하게 된다.

그리고 더욱 강력한 충격이 가해질 경우에는 그 다음 구간에서 또 일정하게 충격을 흡수하게 된다. 이와 같이 각 구간을 통해 충격흡수작용이 일어나게 되며, 큰 충격이 가해질 때는 또 그에 맞는 구간에서 충격흡수작용이 생기게 된다. 그래서 그래프 상에서 해칭으로 표시된 면적은 흡수된 충격에너지에 해당하게 된다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시예는 충격이 실린더의 양방향에서 개별적으로 가해질 수 있는 상황에 사용되는 구성이다. 피스톤로드(13,15)에는 각각 충격이 전달될 수 있다.

그리고 실린더(1) 내부의 내경이 변화되는 구간(T, T')은 좌우 대칭의 형태로 마련되어 있다. 내경이 변화되는 구간(T,T') 사이의 내경(D)이 가장 크며 좌우로 갈수록 단계적으로 내경이 작아진다. 내경이 변화되는 구간(T,T') 의 내경(D)의 변화 패턴은 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 내경이 변화되는 지점, 즉 단턱에 대한 내용은 전술한 실시예와 동일하므로 반복설명을 생략한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면 피스톤헤드(3)의 측면에는 도 7에 도시된 바와 같이 실린더(1)의 길이방향을 따라 세레이션의 형태로 복수 개의 보조유동홈(29)이 마련될 수 있다. 이는 점성유동체(23)의 유동을 보조하기 위한 수단이 될 수 있다. 보조유동홈(29)은 직선형 또는 나선형태로 마련될 수 있다.

본 발명의 충격 감쇄장치는 브레이크 장치의 고장에 의한 엘리베이터의 카의 추락으로부터 인명을 보호하기 위한 수단으로 사용될 수 있고, 차량의 범퍼에 설치될 수도 있는 등 다양한 산업분야에 활용될 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1 : 실린더 3 : 피스톤헤드
5,7 : 엔드캡 11 : 볼트
13,15 : 피스톤로드 17,19 : 패킹
21 : 받침대 23 : 점성유동체
25-1,25-2,25-3 : 단턱 27 : 선단면
29 : 보조유동홈

Claims (4)

1. 원통형 실린더; 피스톤운동이 가능하게끔 상기 실린더에 결합하는 피스톤헤드; 상기 실린더의 내부공간을 밀폐하기 위하여 상기 실린더의 양측면에 설치되는 엔드캡; 일단이 상기 피스톤헤드에 연결되고 타단이 상기 엔드캡을 통과하여 상기 실린더의 외부로 연장되는 피스톤로드; 상기 실린더의 내부공간에 충전되는 점성유동체;를 포함하되;
   상기 피스톤헤드의 외측벽과 실린더의 내측벽 사이에는 상기 점성유동체가 통과될 수 있는 간극이 마련되도록 함으로써;
   상기 피스톤로드에 갑작스럽게 가해지는 충격에 의해 상기 피스톤과 실린더의 상대간격이 바뀌면서 충격을 흡수하게끔 되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 감쇄장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 실린더의 내경은 상기 실린더의 길이방향을 따라 계단식으로 변화됨으로써 실린더의 내경이 변화되는 지점에는 단턱이 마련되는 것을 특징으로 하는 충격 감쇄장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 점성유동체는 실리콘인 것을 특징으로 하는 충격 감쇄장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   충격이 상기 실린더의 양방향에서 가해질 수 있는 상황에 사용되는 것으로서, 상기 실린더 내부의 내경이 변화되는 구간(T, T')은 좌우 대칭의 형태로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 감쇄장치.

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