KR970005011B1

KR970005011B1 - 주위구속형의 면진장치

Info

Publication number: KR970005011B1
Application number: KR1019880700731A
Authority: KR
Inventors: 데루오 사사기; 요시아끼 미야모도; 미쓰오 미야자끼; 후미아끼 아리마; 마꼬도 사꾸라오카; 히사야 다나카
Original assignee: 가즈라다 시즈오; 스미도모 고무 고오교오 가부시기가이샤; 구수모도 쇼오조오; 스미도모 겐세쓰 가부시기가이샤
Priority date: 1986-10-28
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1997-04-11
Also published as: EP0287683B1; DE3769980D1; EP0287683A4; WO1988003215A1; KR880701809A; EP0287683A1

Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]

주위구속형의 면진장치

[도면의 간단한 설명]

제1도 내지 제4도는 본 발명의 제1실시에에 따른 면진장치(A)를 표시하는 도면으로,

제1도는 기본구조물을 표시하는 단면도.

제2도와 제3도는 응용예를 표시하는 평면도와 단면도이고,

제4도는 다른 응용예를 표시하는 측면도이다.

제5도 내지 제9도는 본 발명의 제2실시예에 따른 면진장치(B)를 표시하는 도면으로,

제5도는 기본구조물을 표시하는 단면도.

제6도는 평면도.

제7도는 제5도의 일부확대 단면도.

제8도는 구속선을 표시하는 사시도이고,

제9도는 재하체의 주위부분의 다른 구성예를 표시하는 확대단면도이다.

제10도 내지 제17도는 본 발명의 제3실시예에 따른 면진장치(C)를 설명하는 도면으로,

제10도의 (a),(b), 제11도의 (a),(b), 제12도의 (a),(b)는 제3실시예의 기본구조물의 3가지 예를 표시하는 것이고, 각 도면의 (a)'은 평면도, (b)'은 단면도이며,

제13도는 제10도에 표시하는 기본구조물의 예(C₁)를 구체화한 제작예를 표시한 단면도이고,

제14도는 제11도에 표시한 기본구조물의 예(C₂)를 구체화한 제작예를 표시한 단면도이고,

제15도 내지 제17도는 재하체로 사용되는 고무형상체 및 감마제가 변환했을 때의, 하중-변위곡선이다.

제18도 내지 제25도는 본 발명의 제4실시예에 따른 면진장치(D)를 표시하는 도면으로,

제18도 (a),(b)는 각각 제1구조예(D₁)를 표시한 평면도와 단면도이고,

제19도는 제18도 (a),(b)에 표시한 제1구조예(D₁)의 제작예(d₁)를 표시하는 도면이고,

제20도의 (a),(b) 내지 제25도의 (a),(b)는 제4실시예의 제2 내지 제7구조예를 표시하는 도면으로, 각가의 (a)'은 평면도, (b)'은 단면도이다.

제26도 내지 제28도는 본 발명의 제4실시에에 따른 주위구속형 면진장치(E)를 설명하는 도면으로,

제26도 (a),(b)와 제27도(a),(b)는 각각 제1 및 제2구성을 표시하고, (a)'은 평면도, (b)'은 단면도이고,

제28도 (a),(b) 및 (c)는 제1실시예의 제3구성예를 표시하는 것으로, (a)는 단면도, (b)는 상부 수압판의 평면도, (c)는 외측판의 평면도이다.

제29도와 제30도는 종래의 예를 표시하는 것으로,

제29도 (a),(b)는 적층고무베어링(X) 또는 높은 감쇠고무베어링(Z)이며, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

제30도 (a),(b)는 납적층 고무베어링(Y)를 표시하는 것으로, (a)는 평면도이고, (b)는 단면도이다.

제31도 제30도에 표시한 납적층 고무베어링에 대한 하중 변위곡선을 표시하는 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은, 구조물을 얹어놓고 지지하여 지진입력의 저감 및 방진을 실시하는 주위구속형(周圍拘束形)의 면진(免震)장치에 관한 것으로, 상세하게는 탄성체, 점탄성체 또는 점성체를 재하체(載荷體)로서 사용하며, 그 바깥둘레를 여러겹 쌓는 형상으로 배치된 구속체로 둘러싸, 수평방향으로는 큰 변형능력을 보유하는 대략 큰 연직강성을 주어서 구조물 및 기기의 면진 및 방진이 될 수 있도록 한 주위구속형의 면진장치에 관한 것이다.

[배경기술]

건물을 포함한 면진장치에서, 적층된 고무베어링이 널리 사용되기 시작하였고, 그 적층된 고무베어링은 크게 3가지 형태로 분류된다.

제29도 (a),(b)에 표시된 바와 같이, 제1형태는, 천연고무 등의 압축영구변형이 낮은 고무판(1)과 강판(2)이 번갈아서 적층되고, 이들을 함께 압착한 적층된 고무베어링(X)이다. 이 형태는, 수평전단강도에 대한 연직압축강도의 비가 높기 때문에, 지진 등에 대하여 중량이 무거운 구조물을 안전성이 양호하게 지지된 상태로서, 지진 에너지가 구조물에 전달되는 것을 방지한다.

제2형태는, 적층된 고무베어링의 상기한 제1형태에 사용되는 적층구조의 변형으로, 납플러그(3)을 연직방향으로 삽입한 납적층 고무베어링(Y)이다(일본국 특허공보 소61-17984). 이 형태는, 제31도에 표시한 하중-변위곡선과 같이, 내부에 삽입한 납의 소성변형에 의한 내력감쇠에 의하여, 지진에 의해 발생되는 구조물의 진동진폭을 저감하고, 또한 빠르게 감쇠한다.

제3형태는, 제29도 (a),(b)에 표시한 적층된 고무베어링(X)의 변형으로, 고무판(1)으로 감쇠고무를 사용하는 것에 의해, 적층체 스스로에 감쇠기능이 주어진 높은 감쇠적층 고무베어링(Z)이다.

그러나, 상기한 적층된 고무베어링(X),(Y),(Z)은 각각 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

적층된 고무베어링의 제1형태는, 매우 낮은 진동감쇠성 때문에, 그대로 사용하면 지진시에 구조물의 진동의 진폭이 증가되므로, 베어링의 안전성이 결여된다. 따라서, 통상적으로, 별도의 댐퍼(damper)를 병렬로 배치하여 사용한다. 이 경우, 구조물에 대해 불필요한 비틀림진동이 가해질 우려가 있기 때문에, 복원력의 작용점과 감쇠력의 작용점이 일치하지 않는다.

납적층 고무베어링(Y)의 제2형태는, 제31도의 특성(S)에 표시한 바와 같이, 납플러그(3)가 미세한 진동에 대해 높은 초기전단강도를 발생시키기 때문에, 자동차의 통과에 의해 발생된 교통진동을 전달하는 등 방진특성이 불량하다. 따라서, 진동에 약한 기계류의 설치를 위한 건물 또는 마루에 적용하는 것은 곤란하다. 또 다른 문제는, 납의 소성 때문에 큰 변형이 있는 후의 원점으로의 회복이 늦어지는 것이다.

높은 감쇠적층 고무베어링(Z)인 제3형태는, 높은 감쇠고무의 변형량이 크고, 회복력과 연계되는 수평변위가 낮기 때문에, 장기간 사용에 따른 신뢰성이 부족하다는 문제가 있다. 나아가, 변형되는 양은 형성되는 각각의 높은 감쇠적층 고무베어링마다 다르기 때문에, 면진동작의 결과, 건물은 동일하지 않은 붕괴현상이 발생하고, 구조체에 불필요한 응력을 발생시킨다고 하는 문제도 있었다.

[발명의 개시]

영국-A-2139735호는, 상부구조물과 하부구조물 사이에 배치된 탄성재하체를 보유하고, 운반체 주위를 얹은 구속체와 하중을 지지하는 주위구속형 면진장치를 제안한다.

일본국-A-59-179907호는, 운반체의 주위구속에 의한 구속체의 주위를 따라 삽입되는 탄성재하체를 보유하는 지지체를 제안한다.

독일-A-292182A호에 표시하는 탄성지지체는, 탄성지지체 사이에서 경화된 엘라스토머와 금속판의 적층을 보유한다.

본 발명은 상기한 적층고무베어링 (X),(Y),(Z)의 실정을, 경험을 쌓기전에 이루어진 것으로서, 이들과는 기본적으로 다른 구조.원리에서 상기한 문제점이 해결된 면진장치를 제안하려는 것이다.

본 발명에 따르면, 주위구속형의 면진장치는, 하중을 지지하기 위해 상부구조물과 하부구조물의 사이에 배치되기에 적합한 탄성재하체 주위를 구속하는 구속체로 구성되고, 배치된 재하체와 하중의 방향으로 구속체를 개재하여 확장한 개구부를 갖는 구속체를 갖는 것을 특징으로 하고, 상기한 구속체는 신장력에 대응하여 고강도이며, 하중방향으로 적층된 구속부재(13)를 포함하고, 상기한 재하체는 천연고무와 그들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 탄성체, 점탄성체 또는 점성체로 형성되고, 엘라스토머는 고무 등의 점탄성체와, 높은 감쇠고무로 이루어진다.

상기한 면진장치에서, 재하체는 구속체를 둘러싸는 것에 의해 구속하는 탄성체, 점탄성체 또는 점성체로 형성되므로, 탄성체, 점탄성체 또는 점성체에 의해 높은 변형능력을 보유하여 연직방향 강성에 의한 하중지지능력을 나타낸다.

그리고, 구속체 및/또는 재하체는 주로 마찰감쇠에 의하여 진동에너지의 흡수효과를 발휘한다. 이 진동흡수효과는 미세한 진동에 대해서도 유효하다. 추가로, 본 발명의 면진장치에서, 연직하중은 대부분 재하체가 부담하고, 에너지흡수는 구속체 및/또는 재하체를 통한 마찰감쇠에 의해 주로 이루어지므로, 이러한 점에서, 상기한 납적층 고무베어링(Y)과는 메카니즘이 기본적으로 다르다. 그 이유는 납적층 고무베어링(Y)은, 연직하중은 주위의 강판과 얇은 고무판의 적층체가 부담하고, 에너지흡수는 납의소성변형에 의해 이루어지기 때문이다. 나아가, 본 발명은, 구조물에 불필요한 비틀림진동을 주지 않기 위해서, 복원력의 작용점과 감쇠력의 작용점이 일치한다.

상기한 점에서 본 발명은 댐퍼일체형의 면진장치로서, 종래의 적층고무베어링(X),(Y),(Z)과는 동등이상의 성능을 발휘한다.

그리고, 기둥형상의 재하체를 구속체로 구속하기 위해, 적층구조의 경우에는 사용하지 않았던 종류의 재료를 재하체로서 이용할 수 있게 되었다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 장치는, 구속체 구조의 서로 다른 형태에 대응하는 실시예의 수를 갖고 있다. 아래에서 이들을 차례대로 설명한다. 최초로, 본 발명이 가장 기본적인 구조인 제1실시예를 제1도 내지 제4도에 의거하여 설명한다.

제1실시예에 따른 면진장치(A)는 제1도의 단면도에서와 같이, 탄성체 또는 점탄성체로 이루어진 기둥형상의 고무형상체로 이루어진 재하체(11)와, 구속체(12)를 구성하는 구속부재로서 그 주위에 배치되는 구속판(13)으로 이루어진다.

재하체(11)로 형성된 고무형상체는 원통형상과 각기둥을 포함하는 요구되는 어떠한 평면형상을 보유하고, 이것은, 천연고무와, 그들의 유도체와, 다양한 합성고무와 고무형상 플라스틱 등의 고무형상 점탄성체로 만들어진 엘라스토머를 포함하는 물질이다.

나아가, 재하체(11)로 고무형상체가 단독으로 사용되는 경우에, 필요하다면 적층에 장애가 되는 니트릴-부타틴(nitrile-butadiene) 고무, 이소부틸렌-이소프렌(isobutylene-isoprene) 고무, 폴리노르보낸(polynorbornene) 및 할로겐화 부틸(butyl halogenide)도 사용할 수 있다.

고무형상체인 재하체(11)의 주위둘레에 형성된 적층의 배열은, 외측으로의 팽창을 구속하기 위한 구속체(12)를 구성하는 구속부재인 고강도의 구속판(13)으로 이루어진다. 이것에 의해 재하체(11)와 면진장치(A)는, 높은 연직강도 및 연직하중 지지능력을 보유함과 동시에, 낮은 수평강도와 높은 수평변형능력을 나타낸다.

제1도에 표시하는 구속체(12)는, 복수의 강판으로 형성된 구속판(13)을 단순히 적층하는 것에 의해 구성되지만, 제1실시예의 응용예를 표시하는 제4도에서는, 단일 또는 복수의 강판이 연속적인 나선형상으로 형성될 것이고, 면진장치(A)의 감쇠기능과 강도를 임의로 조절하는 것이 가능하게 만들어질 것이다. 적층을 위한 구속판(13)의 처리방법은, 그들을 직접적으로 적층하거나, 압축 영구변형이 낮은 고무를 사용하여 피복 또는 적층할 수 있다.

제1실시예의 다른 응용예는 제2도와 제3도에 의거하여 설명할 것이다. 이 응용예에서는, 고정판(14)은 제1실시예의 면진장치(A)의 상부표면과 하부표면, 즉 재하체(11)의 상부표면과 하부표면에 연결되는 상부구조물과 하부구조물의 고정에 접합하게 되어 있다. 강판은, 구속체(12)의 경우에, 주로 고정판(14)으로 사용된다.

제2도의 응용예는 복수의 강판으로 이루어진 복수의 구속판(13)을 적층하는 것에 의해 구속체(12)가 구성되고, 제4도의 응용예는 상술한 바와 같이 구속판(13)을 나선형상으로 형성하여 구속체(12)를 구성한 것이다.

제1실시예는 이상과 같이 고무형상체를 단일원소로 이루어진 물질로 사용하고, 그 주위에 구속체(12)로서 적층형상의 구속판을 배치하는 구성으로 되어 있기 때문에 아래에 열거하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 특히, 구속판(13)이 직접적으로 적층된 경우에, 간단한 구조이기 때문에, 제조가 쉽고, 원가절감이 실현된다.

(2) 면진작동시에 상하의 구속판(13)끼리 접촉하도록 배치하면, 마찰에 의하여 진동에너지를 흡수하기 때문에 감쇠효과를 얻을 수 있고, 재하체(11)인 고무형상체가 천연고무 등으로 되어 있어도, 댐퍼일체형의 면진장치가 된다.

(3) 또 구속판끼리 접촉하는 배치 및 접촉하지 않은 배치중 어느 것의 경우에 있어서도 고무형상체 자신에 감쇠효고라를 주기 때문에, 높은 감쇠고무의 사용이 가능한 것이다. 나아가, 장치의 강도 및 감쇠기능은 구속판913)의 감쇠영역에 따라 임의로 조절될 것이다. 이러한 이유에서, 댐퍼일체형 면진장치는 넓은 특정 범위에서 설계될 것이다.

(4) 재하체(11)인 고무형상체는 바깥둘레, 나아가서는 상하부를 강판 등으로 보호하고 있기 때문에, 내구성 및 내화성 등이 높은 것이다.

(5) 사용되는 물질의 양이 작기 때문에, 장치의 무게는 감소되고, 쉽게 이동된다.

본 발명의 제2실시예는 제5도 내지 제9도에 의거하여 설명한다.

제5도 및 제6도에 표시하는 제2실시에에 따른 면진장치(B)는, 바깥쪽으로의 팽창을 구속하기 위한 구속체(12)가 원주형상의 고무형상체를 사용하는 재하체(11)의 주위에 배치되는 것은 상기한 제1실시예와 동일하다.

제2실시예의 형태인 구속체(12)는, 높이방향으로 연속적으로 재하체(11) 주위에 적층형상되어 감기는 구속부재인 구속선(15)의 무리로 구성된다. 구속선으로 사용되는 구속부재는 PC강선(鋼線) 또는 와이어코드(wire cord)이다. 제7도에 표시하는 구속선(15)은 재하체(11)의 부분확대도이고, 수평방향에서 측면에 의해 높이와 측면방향에서 적층형성되어 배치된다. 제8도는 구속선(15)의 조립방법을 표시한다. 구속선(15)은 각각 연속적으로 하기 위해 나선형상으로 감고, 면진장치(B)의 강도와 감쇠기능을 조절할 수 있고, 면진장치(B)는 필요하면 댐퍼일체형으로 구성할 수 있다.

제7도에 표시하는 바와 같이, 구속선(15)은 외면적으로 탄성체(16)와 함께 피복되는 것에 의해 보호되고, 낮은 압축영구변형을 위해 천연고무 또는 경화고무로 만들어진다. 탄성체(16)는 경화점착에 의해 구속선(15)과 일체로 된다.

제9도는, 연직방향으로 번갈아서 재하체(11) 주위에 적층형성되어 배치되는 구속선(15)과 탄성체(16)의 군의 실시에를 표시한다.

면진장치(B)를 위해서 이용한 바와 같은 방식으로 배열하는 경우, 고정판(17)은 상부구조물과 하부구조물을 각각 고정하기에 적합하고, 제5도에 표시하는 재하체(11)의 상부표면 및 하부표면이 연결된다.

제2실시예는, 위에서 설명한 바와 같이, 주위에 배치된 구속부재인 구석선(15)의 무리에 의해 고무형상체인 구속체와, 고무형상체인 재하체를 단독으로 사용되는 것에 의해 구성되기 때문에, 상기한 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제1실시예 및 제2실시예에서, 구속판 또는 구속선이 연직방향으로 독립되어 있는 경우에, 진동에너지는 마찰에너지에 의해 흡수되기 때문에, 중심의 고무형상체는 어떤 것이라도 좋으나, 만약 압축영구변형이 적은 고무 등의 탄성체에 의해 고정된다면, 중아의 고무형상체는 높은 감쇠능력을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3실시예는 제10도 내지 제17도에 의거하여 설명한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 면진장치(C)는 제1실시예에 따른 면진장치(A)의 형상을 더욱 발전시킨 것이다.

제1실시예의 면진장치(A)에 있어서, 구속체(12)를 구성하는 구속재인 구속판(13) 사이의 움직임마찰에 의해 수평방향의 진동감쇠효과를 갖게 될 경우에, 소음을 수반하는 연직방향의 작은 진동이 발생하는 등 면진장치로서는 바람직하지 않은 사태가 발생한다. 이 진동은 정지마찰과 움직임마찰과의 사이의 차가 클 때, 더욱 심해진다. 이 때문에, 제3실시예에서는, 이 마찰에 의한 감쇠효과를 유효하게 나타내면서, 연직방향의 진동을 제거할 수 있는 구체적 구성을 제공하는 것이다.

첫째로, 제3실시예에 따른 면진장치(C)의 기본 개념은 아래에 설명한다.

제10도 내지 제12도는 제3실시에에 따른 면진장치(C)의 기본구성예(C₁),(C₂),(C₃)를 표시하는 것으로, 상기한 기본구성예는 원주형상 고무형상체를 사용하는 재하체(11) 주위에 적층형성되어 배치된 구속체(12)의 구조가 각각 다르게 되어 있다. 원주형상의 고무형상체인 재하체(11)가 높은 감쇠고무를 사용하는 구조물로부터 연직방향 하중을 지지하기 위해 배치되는 경우에, 0.5Hz에서 10-40℃하의 움직임변형이 0.5%에서의 손실(TANδ)은, 0.1-0.5의 범위인 것이 바람직하다. 만약 손실(TANδ)이 1.5를 초과하면, 10Hz인 연직방향의 방진성이 나쁘게 되고, 0.1 이하이면, 수평전단방향의 감쇠성능의 향상에 기여하지 않게 된다.

상기한 기본구성예(C₁),(C₂),(C₃)에서의 구속체(12)의 각 구조는 아래에 설명한다.

제10도 (a),(b)에 표시하는 제1구성예(C₁)의 구속체(12)는, 압축영구변형이 작은 원주형상의 고무형상체인 탄성체918)과, 구속재로 되어 있는 강판 등의 원주형상의 구속판(19)과의 펴면끼리를 고정시키고, 감마재(20)를 사이에 끼고 적층한 것이다. 이때, 고정이라는 것은 서로간이 붙임 또는 황화접착 등을 포함한다.

제11도 (a),(b)에 표시하는 제2구성예(C₂)의 구속체(12)는, 3층구조의조립형성으로 압축영구변형이 낮은 원주형상의 고무형상인 탄성판(21)의 앞표면과 뒷표면에 대하여 하나씩 고정된 감쇠부재인 강으로 이루어진 원주형상 감쇠판(22)으로 구성되어 있고, 그 사이에 감마재(20)를 삽입하여 적층되어 있다.

제12도 (a),(b)에 표시하는 제3구성예(C₃)의 구속체(12)는, 3층구조로 결합 형성된 감쇠부재인 강으로 이루어진 감쇠판(23)의 앞표면과 뒷표면에 대하여 하나씩 고정된 압축영구변형이 낮은 원주형상의고무형상인 탄성판(24)으로 구성되어 있고, 그 사이에 감마개(20)가 삽입되어 적층되어 있다.

구속부재인 구속탄성판(19),(22),(23)은 붕괴에 대응하는 높은 강도와 높은 내구력을 갖고 있는, 강판 이외의 다른 물질을 사용하여도 좋다.

압축영구변형이 낮은 구속탄성판(18),(21),(24)은 고무와 동일한 성질을 갖는 탄성체이면 좋다. 구속재(12)에 유효한 기능을 발휘시키기 위한 바람직한 압축영구변형량은, JIS-K6301에 의거하는 70℃-22HR 열처리로서, 35% 또는 그 이하이며, 바람직하게는 20% 또는 그 이하에서 양호한 성질을 나타낸다.

감마재(20)는 감쇠판 사이의 정지마찰과 움직임마찰의 차를 줄일 수 있는 것이라면 어떤 물질이라도 좋고, 예컨대, 실리콘 그리이스(silicone grease) 또는 테플론(teflon) 또는 윤활재(lubricant) 등의 마찰계수가 작은 수지 등을 함침한 부재가 사용된다. 감마재(20)의 부착은, 그 특성에 따라 고무형상의 탄성판의 미끄럼면에 도포나 피복을 실시하거나, 상기한 미끄럼면에 고정하는 것에 의해 효과적으로 적용된다.

추가로, 구속체(12)는 상기한 구성예로 한정되는 것은 아니고, 본질적으로 구속재인 경질의 구속판에 스페이서(spacer) 기능을 보유하는 고무형상이 탄성판이 고정되어 있고, 이들이 감마재들 사이에 두고 적층되어 있으면 좋다. 예컨대, 만약 고무형상체인 재하체(11)가 각주형상이면, 구속체(12)의 평면형상은 그에 대응하는 다각형이 될 것이다. 나아가, 구속체(12)는 그것에 고정된 고무형상의 탄성체를 보유하는 구속파늘 나선형상으로 감는 것에 의해 적층형상의 구성된다.

제3실시예의 기본구성예를 구체화한 제작예는 제13도 및 제14도에 표시되어 있고, 그들의 특징을 설며할 것이다.

제13도에 표시한 면진장치(25)는 우선 제10도에서 설명한 기본구성예 (C₁)에 대응하는 것으로, 상부구조물과 하부구조물에 고정된 고정판(26) 사이에 재하체(11)인 원주형상의 고무형상체와, 이것을 둘러싼 구속체(12) 사이에 끼워져서 고정되어 있다.

고무형상체를 사용한 재하체(11)는 양끝면에 수압판(27)이 매장되어 접착된 것으로, 재질은 천연고무 또는 높은 감쇠고무로 되어 있는 TANδ 가 약 0.3인 이소브틸렌.이소플렌 고무를 사용하였다. 구속체(12)를 구성하는 고무형상의 탄성판(18)에 대한 구속판(19)의 두께비는, 2:1이고, 감마재(20)로는 300,000cSc(25℃에서)의 점도를 갖는 실리콘 그리이스 또는 테플론수지가 사용된다.

제14도에 표시한 면진장치(25)는 우선 제11도에서 설명한 기본구성예(C2)에 대응하는 것으로, 제4도와의 차이점은, 구속체(12)가 2개의 구속판(22)과, 그 사이에 삽입되는 고무형상의 탄성체(21)로 구성되어, 3층구조로 적층되는 것에 의해 형성된다는 것이다. 각 고무형상의 탄성판(21)에 대한 각 구속판(22)의 두께비는 1:1이다.

제13도에 표시하는 제1제작예의 측정에 의해 얻어지는 하중-변위곡선은 제15도, 제16도 및 제17도에 표시되어 있다. 제15도는 재하체(11)인 고무형상체의 재질이 천연고무(NR)이고, 감마재(20)가 실리콘 그리이스인 경우의 특성을 표시하고 있다. 제16도는 재하체(11)인 고무형상체의 재질이 높은 감쇠고무(IIR)이고, 감마재(20)가 실리콘 그리이스인 경우의 특성을 표시하고 있다. 제17도는 재하체(17)인 고무형상체의 재질이 높은 감쇠고무(IIR)이고, 감마재(20)가 테플론수지 시이트인 경우의 특성을 표시하고 있다. 추가로, 제2제작예인 면진장치(28)에 있어서, 고무형상체(11)와 감마재(20)의 물질이 상술한 예와 동일한 경우에, 상술한 것과 동일한 특성을 갖는다. 이들을 납적층 고무베어링(Y)의 하중-변위곡선과 비교한 경우, 미세한 변위에 대한 강도는 낮고, 미세한 진동에 대한 방진효과는 향상된다는 것을 알 수 있다. 이것을 수치로 비교하면 표 1과 같이 된다.

즉, 제3실시예에 따른 면진장치(C)에서, 2mm의 수평변위에서의 전단강도는 납적층 고무베어링(Y)의 1/3-1/6이고, 미세한 진동이 발생한 경우, 뛰어난 감쇠기능을 발휘하게 되었다. 나아가, 히스테리시스(hysteresis)곡선으로 둘러싸인 면적에 비례하는 감쇠정수(h)는 일반적으로 요구되는 면진장치의 감쇠정수의 0.1을 초과하고 있다. 특히, 제작예(제16도)는 훌륭한 결과를 제공하는 실리콘 그리이스와 높은 감쇠고무를 모두 사용하고 있고, 실리콘 그리이스의 점성에 의해 얻어지는 감쇠작용이 가해져서 값이 0.17로 향상된다.

다음에 면진에 필요한 기본특성인 연직/전단(수평)강성비(kv/kh)에 대하여 천연고무와 실리콘 그리이스를 사용한 상기한 제작예(제15도)와 제29도에 표시한 천연고무를 사용한 적층고무베어링(X)과의 비교를 표2에 표시한다.

표 2에 따르면, 연직적재능력은 대체로 동일하고, 수평전단강성(kh)은 본 발명의 제3실시예가 낮고, 강설비(kv/kh)는 약 2배정도 높으므로, 상기한 점에 의하여 본 실시예의 면직능력이 종래의 기술보다 높다고 할 수 있다.

상기한 표 1과 표 2의 수치데이터를 기초로 한 비교에 의해, 본 발명의 제3실시에에 따른 면진장치(C)가 종래의 적층고무베어링보다 동등이상의 성능을 갖는다는 것이 명백해졌다.

본 발명의 제4실시예는 제18도 내지 제25도에 의거하여 설명한다.

본 발명의 제4실시예에 따른 면진장치(D)는 재하체(11)로 사용되는 고무형상체로서 이소브틸렌-이소프렌고무, 폴리노르보넨 등의 높은 감쇠고무를 사용할 경우에, 높은 감쇠고무의 복원력이 적은 점을 구속체(12)에 의해 보충하고, 높은 감쇠고무의 선택범위를 넓게 한 것이다.

첫째로, 제4실시예에 따른 면진장치(D)의 대표적인 예를 제1구조예(D)로 하여 상세하게 설명한다.

제18도 (a),(b)에 표시하는 제1구조예(D)에서, 상부와 하부 수압판(30) 사이에 고정된 높은 감쇠고무인 재하체(11)는 구속체(12)에 연직으로 혀성된 통과홀(31)에 삽입된다. 구속체(12)는 영구압축변형이 낮은 원주형상의고무형상체인 탄성체(32)와 구속재인 강판 등의원주형상의 경질체를 서로 번갈아 붙이고, 적층하여 고정한 것이다. 추가로, 구속체(12)의 상부표면과 하부표면상의 수압판(34)의별도의 설치는 편리한 조립을 위해 고려된 것으로, 상기한 수압판(34)은 고무형상체로 형성된 수압판(30)과 일체로 형성되어 좋다.

제1구조예(D)의 구체적인 제작예(d)는 제19도 (a),(b)에 의거하여 설명한다.

높은 감쇠고무를 사용하는 원주형상 재하체(11)는 수압판(30) 사이에 삽입되어 고정된다. 구속체(12)내의 고무형상의 탄성체(32)는 재하체(11)의 바깥둘레면과 밀접한 내면에 연결하는 것에 의해 일체화하고, 구속재인 경질체(33)는 구속체(12)의 바깥둘레에만 돌출하고 있다.

이러한 재하체(11)에 사용되는 높은 감쇠고무는, 약 0.5Hz의 주파수와 25℃의 오도에서 약 0.8의 TANδ를 보유하는 폴리노르보낸고무를 이용하여 제작하고, 구속체(12)를 구성하는 압축영구변형이 적은 고무형상의 탄성체(32)는 천연고무(NR)가 사용되고 있다.

상기한 구체적인 제작예(d)에 의해 획득된 특성을 제29도에 표시한 종래의 고무적층베어링(X) 및 제30도에 표시한 납적층 고무베어링(Y)과 비교하여 표시하면 표 3과 같이 된다.

표 3에서 감쇠기능을 보면, 제작예(d)에 따른 면진장치(D)의 감쇠정수는 0.13이고, 비교예인 고무적층베어링(X)에 비하여 높은 감쇠기능을 나타낸다. 이같은 값은 일반적으로 요구되는 0.10의 감쇠정수를 초과하고 있으므로, 실제의 사용에 있어서 바람직하다.

나아가, 납적층 고무베어링의 본래의 문제점이었던 미세한 진동에 대응하는 전단변형동안의 초기강도는, 비교예(Y)의 1.15TON/cm와 비교하여 0.44로 감소하였고, 이것으로 인해 미세한 진동에 대응하는 면진특성은 넓게 확대되었다.

추가로, 재하체(11)로 사용되는 높은 감쇠고무의 내구성을 조사하기 위하여, 제19도에 표시되는 제4실시예의 제작예(d)에 따른 면진장치(D)는 0.1Hz의 주파수와 +107mm의 조건하에서 변형을 360회 실시하고, 재하체인 높은 감쇠고무를 구속체(12)에서 꺼내어 그 표면을 조사하였지만, 실험전과 비교하여 표면의 변화를 발견할 수 없어따.

한편, 제4실시예의 면진장치(D)는 많은 구조예를 보유하고 있으므로, 차례로 설명한다. 재하체(11)인 높은 감쇠고무의 구조는, 구속체(12)를 개재하여 연직방향으로 확대되어 있고, 제18도에 표시하는 제1구조예(D)의 경우에는, 제20도 (a),(b)에 표시하는 제2구조예(D)와, 제21도 (a),(b)에 표시하는 제3구조예(D)를 포함하고 있다.

이들 구조예에서 표시하는 복수의 높은 감쇠고무는 재하체(11)에 삽입될 것이고, 원주형상, 각주형상 등 어떠한 형상이라도 좋다.

재하체(11)인 복수의 높은 감쇠고무를 연직방향으로 완벽하게 분할하여 배치한 배열은, 제22도 (a),(b)에 표시한 제4구조예(D)와, 제23도 (a),(b)에 표시한 제5구조예(D)이다. 구조예(D),(D)는 구속부재로서 틈새가 없는 경질체(33a)가 사용되고, 그것에 의해 재하체(11)인 높은 감쇠고무는 완벽하게 분할될 것이다. 제4구조예(D)는 재하체(11)로서 평판으로 형성된 복수의 높은 감쇠고무체가 사용된다. 제4구조예(D)는 4각형상의 구속체(12)를 사용하고, 재하체(11)인 4개의 높은 감쇠고무체를 각 평면에 배치한다. 재하체(11)에 대한 연직방향으로의 공간분할의 배치는 구속부재인 경질체(33b)에 의해 나타나고, 높은 감쇠고무내에 매장되는 분할판에 의해 제공되는 것으로, 이들은 제24도 (a),(b)에 표시한 제6구조예(D)와, 제25도 (a),(b)에 표시하는 제7구조예(D)이다. 제6구조예와 제7구조예와의 차이는, 형상이 원주형상 또는 4각기둥형상이고, 분할판(33c)이 구속부재인 경질체(33b)와 같은 높이 또는 서로 다른 높이라는 것이다. 제6 및 제7구조예(D),(D)가 제1 내지 제5구조예(D) 내지 (D)와 다른점은, 경질체(33b)가 구속체(12)에 완벽하게 매장되어 있다는 것이다.

위에서, 본 발명의 제4실시예인 제1 내지 제7구조예(D) 내지 (D)를 설명하였지만, 제4실시예는 상기한 각 구조예에 나타난 각 부분의 특징을 달리하는 형식으로 조하되므로 다양한 구조로 실시할 수 있는 것이다.

예컨대, 제1 내지 제5구조예에서, 구속부재인 경질체(33),(33a)는 구속체(12)를 넘어서 돌출되고, 반대로, 제6 및 제7구조예에서는 완벽하게 매장되어 있지만, 형상은 구조예에 따라 각각 다르게 채용할 수 있다.

추가로, 예컨대, 제4실시예에서 구속체(12)로 사용되는 고무형상의 탄성체(32)의 바람직한 압축영구변형량은, JIS-K6301을 기초로 한 70℃-22HR 열처리에서 35% 또는 그 이하인 것이, 구속체(12)에 적절한 복원력을 부여하기 위하여 바람직하다. 특히, 20% 또는 그 이하이면 더욱 훌륭한 결과를 얻는다.

재하체(11)로 사용되는 높은 감쇠고무의 손실(TANδ)은, 0.5Hz 및 움직임마찰 0.%에서 0.1-1.5인 것이 바람직하다. 그 이유는, 만약 손실(TANδ)이 1.5를 초과하면, 10Hz 이상에서 요구되는 연직방향의 면진성이 저하되고, 만약 0.1 미만이면, 수평전단방향의 감쇠기능에 기여하지 못하기 때문이다.

본 발명의 제4실시예인 면진장치(D)는 일체로 된 구속체(12)를 보유하고, 내부의 재하체(11)를 전체 둘레면에 걸쳐서 균일 또는 안정된 상태에서 탄성적으로 구속하기 때문에, 압축영구변형이 큰 높은 감쇠고무를 크리이프(creep) 현상이 없는 한정된 상태로 사용할 수있고, 구속체(12)의 탄성력에 의하여 면진장치에 적절한 수평방향의 복원력을 부여한다고 하는 특징을 보유하는 것이다.

본 발명의 제4실시예의 면진장치 (D)와 제30도에 표시한 납적층 고무베어링의 근복적인 차이점은, 제4실시예의 면진장치(D)는 상기한 연직하중의 대부분이 재하체(11)인 높은 감쇠고무에 의해 지지되고, 에너지흡수는 높은 감쇠고무의 분자사이의 마찰에 의해 이루어지며, 납적층 고무베어링에서 연직하중은 얇은 고무판과 강판이 주위에 적층배치되는 것에 의해 지지되고, 에너지흡수는 납의 소성변형에 의해 이루어진다.

본 발명의 제5실시예는 제26도 내지 제28도에 의거하여 설명한다.

제5실시예에 따른 면진장치(E)는 재하체(11)로서 점성유체를 사용하므로서, 높은 연작강도는 바깥쪽으로 팽창하는 것을 구속하는 것에 의해 점성유체에 주어지는 반면에, 수펴벼형과 연계된 복원력은 압축영구변형이 낮고, 구속체로 구성되는 고무형상 탄성체에 의해 주어진다.

그리고, 감쇠작용은 주로 점성유체의 분자간의 마찰에 의해 제공된다.

제5실시예에 따른 주위구속형 면진장치(E)의 대표적인 형상은 제1 내지 제3배열예에 의해 차례로 설명된다.

제26도 (a),(b)에 표시된 제1구조예에서, 점성유체로 이루어진 재하체(11)는, 상부 및 하부 수압판(36) 사이에 위치된 상기한 점성유체와 원주형상 구속체(12)의 연직방향으로 한정되는 동체(胴體)(35)에 둘러싸인다. 추가로, 재하체(11)인 점성유체의 밀봉을 완벽하게 하기 위해 탄성용기가 사용되고, 용기고정판(38)의 사용에 의해 위치고정된다. 구속체(12)는, 원주 또는 나선형상의 경질 구속부재(40)와 압축영구변형이 낮은 고무형상의 탄성체(39)의 황화접착 또는 접합에 의해 고정하는 것에 의해 적층형성된다. 강선 등의 선재는 구속부재로 사용될 것이다. 추가로, 원주형상 수압판(41)은 조립의 편의를 고려하여 구속체(12)의 상부표면 및 하부표면상에 제공되며, 상기한 수압판(41)은 점성유체를 위해 구속판(36)과 일체로 될 것이다.

본 발명의 제5실시예에 따른 주위구속형의 면진장치(E)의 제2구조예를 설명한다.

제27도 (a),(b)에 표시되는 제2구조예는 제26도 (a),(b)에 표시한 실시예의 변형으로, 복수의 점성유체 전단저항판(42)은 감쇠효과를 향상시키기 위해, 점성유체의 흐름을 조절하여 각각 평해하게 배치한다. 점성유체 전단저항판(42)은, 인접하는 판 사이로 한정된 고무형상의 탄성체(43)에 의해 함께 연결되어 있고, 용기고정플랜지(38)에 의해 지지된다. 본 실시예는, 고무형상의 탄성체(43)를 개재하여 점성유체 전단저항판의 전단저항력을 상부 및 하부의 수압판(42)에 효과적으로 전달하고, 이 때문에 점성유체의 전단저항판(42)의 틈새의 간격을 일정하게 유지하여 감쇠기능을 향상시키고 있다.

본 발명의 제5실시에에 따른 주위구속형 면진장치(E)의 제3구조예는 제28도 (a),(b) 및 (c)에 표시된다.

제3실시예에서 표시하는 재하체(11)인 점성유체는, 복수의 챔버를 둘러싸고, 점성유체 전단저항판(42)은 경질의 저항부재(40)와 일체로 되어 있다. 이 제3구조예서 재하체(11)인 점성유체는 구속체(12)에 직접적으로 둘러싸여 있다. 이것은 만약 구속체(12) 내의 동체(35)가 밀폐성을 갖는다면, 탄성용기(37)가 반드시 필요하지는 않기 때문이다.

추가로, 제3실시예에서, 외부판(44)은 구조물과 접합되기에 적합하고, 기초부는 수압판(36)상에 끼워진다. 상부 수압판(36)은 재하체(11)인 점성유체를 밀봉하기 위해 밀봉홀(45)이 형성된다. 밀봉홀(45)은 그 안을 볼트(46)를 결합하는 것에 의해 폐쇄된다. 나아가, 각 점성유체 전단저항판(42)은 재하체(11)인 점성유체를 주입하는 것이 가능한 도면에 표시하지 않은 홀을 개재하여 형성된다. 제3구조예의 구조는 제2구조예와 동일한 개념을 기본으로 한다. 여기서, 점성유체를 단지 밀폐할 뿐만 아니라, 점성유체 전단저항판(42)을 작은 간격(y)으로 설치하고, 저서유체의 분자 사이의 운동의 작용을 적극적으로 높여서 감쇠효과를 향상시키고 있다. 이 구조는 간격(y)이 작은 정도에 따라 감쇠성능이 크며, 점성유체 전단저항판(42) 사이의 속도의 경사도(dv/dy)에 따른 감쇠능력이 획득된다는 특징이 있다.

지금까지, 제5실시예인 면진장치(E)인 제1 내지 제5구조예를 설명하였지만, 이 제5실시에에 있어서도 상기한 제1 내지 제3구성에에 나타낸 각 구성부분의 특징을 다른 형식으로 결합하므로, 상기한 구성 이외의 다양한 구조로 실시할 수 있다.

예컨대, 제1 및 제2구조예에서, 경질구속부재(40) 구속체(12)내에 완벽하게 매장되고, 반대로, 제3구조에에서는 돌출하고 있지만, 각 실시예마다 어떠한 형상을 채용하여도 좋다.

추가로, 고무형상의 탄성체(39)의 압축영구변형의 요구양은, JIS-K6301을 기초로 한 70℃-22HR에서 3.5%인 것이, 구속체(12)의 복원력을 발휘하기 위해 필요하다. 특히, 20% 또는 그 이하인 것이 훌륭한 결과를 얻는다.

나아가, 재하체(11)로 사용되는 점성유체의 유동점성이 큰 것이, 더 큰 감쇠효과를 발휘하지만, 1,000st-100,000st인 것이 적당한 감쇠기능을 제공하기에 바람직하다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명의 면진장치는 높은 연직하중 지지기능을 발휘하는 비적층탄성체, 점성탄성체 또는 점성체를 사용하고 있으며, 종래의 납적층 고무베어링의 종래의 결점을 제거하며, 납적층 고무베어링과 교체할 수도 있다. 특히, 본 발명인 면진장치는 감쇠기능을 획득하기 위해 납과 같은 초기강성이 큰 것을 사용하고 있기 때문에, 미세한 진동시의 방진성까지도 보유하고 있고, 재하체 및 구속체의 선택범위가 넓으며, 요구되는 넓은 범위에서 설계특성을 발휘하는 것이 가능하게 하였다. 따라서, 건물의 면진 및 방진외에 건물내의 면진 및 방진대책 및 송전기계기구와 일반기계기구 등의 면진 및 방진대책에도 적합하다.

Claims

하중을 지지하기 위해 상부구조물과 하부구조물의 사이에 배치되기 적합한 재하체(11)와, 재하체 주위를 구속하는 구속체(12)로 이루어지고, 상기한 구속체(12)는 재하체(11)가 배치되고 하중의 방향으로 구속체(12)와 함께 확대되는 틈새를 보유하고, 또한 상기한 구속체(12)는 인장력에 대항하는 높은 강도를 발휘하기 위해 하중방향으로 적층된 구속부재(13)를 포함하고, 상기한 재하체(11)는 천연고무 및 그 유도체의 군에서 선택된 탄성체, 점성탄성체, 점성체로 형성되고, 엘라스토머는 고무와 같은 점성탄성체와, 감쇠고무로 만들어진 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항에 있어서, 상기한 구속부재(13)는 강체판인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제2항에 있어서, 상기한 강체판(13)은 특히, 구속체(12)를 형성하기 위한 적층된 분리원주형상판인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제2항에 있어서, 상기한 강체판(13)은 상기한 구속체(12)를 형성하기 위해 판이 제거하여 나선형상으로 감는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제2항에 있어서, 상기한 재하체(11)는 인접한 구속판(3) 사이에 삽입된 압축영구변형이 낮은 고무인 높은 감쇠고무인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제5항에 있어서, 상기한 높은 감쇠고무의 손실(TANδ)은, 0.5Hz와 0.5%의 움직임마찰에서 0.1-1.5의 범위인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제5항에 있어서, 구속판 사이의 상기한 고무의 압축영구변형의 양은, 70℃-22HR 열처리에서 35%인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제5항에 있어서, 경질판이 상기한 고무인 상기한 재하체내에 번갈아 형성되고, 상기한 경질판과 상기한 고무는 함께 접착되는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제8항에 있어서, 상기한 경질판은 상기한 재하체를 개재하여 수평방향으로 확대되고, 상기한 재하체를 분할하는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항에 있어서, 상기한 구속부재는 선재로 형성된 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제10항에 있어서, 상기한 복수의 분리선재링은 특히, 상기한 구속체를 형성하기 위해 집중적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제10항에 있어서, 선재의 길이는 상기한 구속체를 형성하기 위해 나선형상으로 감는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제10항에 있어서, 구속선재와 탄성체는 상기한 재하체 주위에 적층형성되고, 상기한 구속선재와 상기한 탄성체는 연직방향으로 번걸아 형성되는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항 또는 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기한 재하체는 압축영구변형이 낮은 탄성판 및 구속판과, 상기한 탄성판과 상기한 구속판으로부터 선택된 선택판 사이의 윤활부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제14항에 있어서, 상기한 감마부재는 마찰계수가 낮은 물질인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항에 있어서, 상기한 재하체는 상기한 구속체에 둘러싸인 점성유체인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제16항에 있어서, 전단저항판은 상기한 점성유체를 개재하여 수평적으로 확장된 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제16항에 있어서, 상기한 유체는 1,000st-10,000st인 점성체인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제14항에 있어서, 상기한 선택판의 하나는 상기한 구속판으로부터 선택되고, 다른 선택판은 상기한 탄성판 또는 상기한 구속판으로부터 선택되며, 상기한 선택판은 마주보도록 배치되고, 상기한 감마부재는 상기한 마주보는 선택판 사이에 형성되거나, 또는 상기한 선택판이 상기한 탄성판으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제15항 또는 제19항중 어느 한 항에 있어서, 낮은 마찰계수물질인 상기한 감마부재는 실리콘 그리이스, PTFE와 낮은 마찰계수 수지윤활제로 구성된 군으로부터 선택된 윤활제인 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항에 있어서, 상기한 엘라스토머는 합성고무와 고무형상의 플라스틱으로 구성된 군으로부터 선택된 고무형상의 점성탄성체가 발전된 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.
제1항 내지 제13항 또는 제15항 내지 제19항 또는 제21항중 어느 한 항에 있어서, 높은 감쇠나무는 니트릴부타딘고무, 이소부틸렌-이소프렌고무, 폴리노르보낸 및 할로겐화 부틸로 구성된 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 주위구속형 면진장치.