KR102503452B1 - 탑 포일의 처짐을 방지할 수 있는 저널 포일 공기 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저널 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 중심선을 중심으로 회전하는 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링으로서, 상기 회전축의 외주면과 마주하도록 배치되며, 상기 회전축을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 탑 포일; 탄성 변형이 가능한 부재로서, 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 범프 포일; 상기 범프 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 베이스 포일; 상기 탑 포일의 일단부에 마련되어 있으며, 상기 베이스 포일의 양단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나에 의하여 지지될 수 있도록 마련된 지지부; 상기 탑 포일의 일단부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 서로 결합시키는 결합 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 사용 중에 탑 포일이 아래로 처지거나 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일이 상하로 흔들리지 않아, 회전축의 불안정한 회전 운동이 발생되지 않고, 탑 포일이 마모되거나 변형되지 않는 효과가 있다.

Description

탑 포일의 처짐을 방지할 수 있는 저널 포일 공기 베어링{Journal Foil Air Bearing to Prevent Sagging of Top Foil}

본 발명은 저널 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 특히 사용 중에 탑 포일이 아래로 처지거나 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일이 상하로 흔들리지 않아, 회전축의 불안정한 회전 운동이 발생되지 않고 탑 포일이 마모되거나 변형되지 않는 저널 포일 공기 베어링에 관한 것이다.

공기 베어링(air bearing)은, 회전축과 베어링과의 사이에서 압축된 공기의 압력으로 회전축을 뜨게 하여 하중을 지지하는 베어링이다.

이러한 공기 베어링은, 공기와 같이 점성을 가지는 기체가 움직이는 면과 함께 이동을 하다가 정지되어 있는 면을 만나면서 상기 기체가 압축되면, 움직이는 면과 정지되어 있는 면 사이에 갇힌 공기의 압력이 상승하면서 움직이는 면을 들어올리는 원리를 이용한다.

상기 공기 베어링에는, 회전축의 길이 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 스러스트 공기 베어링(thrust air bearing)과, 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 공기 베어링(journal air bearing)이 있다.

상기 저널 공기 베어링의 일종으로서, 압력 형성을 좀 더 유리하게 하고 고속에서의 동적 안정성을 높이기 위해서 얇은 소재의 포일(foil)을 사용하는 저널 포일 공기 베어링(journal foil air bearing)이 있다.

도 13에는 이러한 저널 포일 공기 베어링(1)의 일례가 도시되어 있는데, 상기 저널 포일 공기 베어링(1)은, 미리 정한 회전 방향(W)으로 회전하는 회전축(F)의 외주면과 마주하도록 배치되며 상기 회전축(F)을 둘러 감싸는 탑 포일(2)과, 탄성 변형이 가능한 물결 형상 부재로서 상기 탑 포일(2)을 둘러 감싸도록 배치되는 범프 포일(3)을 구비하며, 상기 탑 포일(2)과 범프 포일(3)의 일단부는 베어링 하우징(S)의 내면의 용접부(4)에 용접되어 있다.

그러나 종래의 저널 포일 공기 베어링(1)은, 비교적 부품 개수가 줄어들기 때문에 베어링 하우징(S)의 치수 관리 측면에서 더 유리하지만, 베어링을 베어링 하우징(S)에 장착하거나 분해하는 작업이 매우 불편하고, 작업 현장에서 베어링의 부속들(2, 3)을 보관하고 관리하는 것이 매우 까다롭다는 문제점이 있다.

그리고 종래의 저널 포일 공기 베어링(1)은, 상기 범프 포일(3)이 베어링 하우징(S)의 내주면에 직접 장착이 되기 때문에, 상기 베어링 하우징(S)의 내주면은 형상 치수 외에도 일정한 조도(roughness)를 가지도록 가공되어야 하므로, 상기 베어링 하우징(S)의 내주면에는 연삭 가공이나 코팅 등의 특수 공정이 추가적으로 수행되어야 하므로, 전체적인 제품 단가가 상승하는 문제점도 있다.

한편, 종래의 저널 포일 공기 베어링(1)에서는, 상기 탑 포일(2)과 범프 포일(3)을 베어링 하우징(S)의 내면에 용접으로 고정하고 있으며, 용접 이외에도 키(Key)를 이용한 고정, 볼트와 핀(pin)을 이용한 고정 등 매우 다양한 방법이 사용되고 있으나, 이러한 방법들은 기술적인 불확실성과 조립/분해 작업의 곤란, 제품 단가 상승 등의 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 해소하기 위하여, 한국특허등록공보(등록번호 10-1558490, 등록일자 2015년10월01일)에서는, 베이스 포일과 범프 포일 및 탑 포일을 결합 수단에 의하여 결합시킴으로써 하나의 뭉치로 먼저 모듈화된 후 장착될 수 있는 저널 포일 공기 베어링을 개시하고 있다.

그러나 상기 한국특허등록공보(등록번호 10-1558490)의 저널 포일 공기 베어링은, 베이스 포일의 일단부에 마련된 "∩"자 형상 단면의 수용부에, 탑 포일의 일단부와 상기 범프 포일의 일단부 및 상기 베이스 포일의 타단부가 수용된 상태로 결합되는 구조이므로, 탑 포일에 형성된 결합공의 유격 등으로 인하여, 사용 중에 탑 포일이 아래로 처지거나, 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일이 상하로 흔들리는 문제점이 발생한다.

이렇게 탑 포일이 상하로 진동하거나 아래로 처지게 되면, 회전축의 불안정한 회전 운동이 유발되고, 이로 인하여 탑 포일의 표면 코팅이 국부적으로 마모되는 문제가 발생하며, 심한 경우 탑 포일의 변형 내지 파손으로까지 이어지는 문제가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 사용 중에 탑 포일이 아래로 처지거나 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일이 상하로 흔들리지 않아, 회전축의 불안정한 회전 운동이 발생되지 않고 탑 포일이 마모되거나 변형되지 않도록 구조가 개선된 저널 포일 공기 베어링을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 저널 포일 공기 베어링은, 중심선을 중심으로 회전하는 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링으로서, 상기 회전축의 외주면과 마주하도록 배치되며, 상기 회전축을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 탑 포일; 탄성 변형이 가능한 부재로서, 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 범프 포일; 상기 범프 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 베이스 포일; 상기 탑 포일의 일단부에 마련되어 있으며, 상기 탑 포일의 일단부가 상기 반경 방향의 내측으로 처지지 않도록, 상기 베이스 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 타단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나에 의하여, 받쳐서 지지될 수 있도록 마련된 지지부; 상기 탑 포일의 일단부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 서로 결합시키는 결합 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 탑 포일은 2개 이상이 마련되어 있으며, 상기 탑 포일에 상기 지지부가 각각 마련되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 지지부는, 상기 탑 포일의 일단부가 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성되는 수용 공간을 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 결합 수단은, 상기 베이스 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 타단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나를, 상기 지지부의 수용 공간에 수용된 상태로 상기 지지부에 결합시키는 것이 바람직하다.
여기서, "∩"자 형상으로 마련되어 있는 부재로서, 상기 탑 포일의 지지부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 내부에 수용할 수 있도록 배치되어 있는 스페이서를 포함하며, 상기 결합 수단은, 상기 탑 포일의 지지부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부와, 상기 스페이서를 서로 결합시키는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 범프 포일의 일단부 및 상기 베이스 포일의 양단부는, "L"자 형상으로 절곡되어 형성되는 삽입부를 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 지지부는, 상기 탑 포일의 외주면으로부터 반경 방향의 외측으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 결합 수단은, 상기 베이스 포일의 양단부와 상기 범프 포일의 일단부 및 상기 지지부에 형성된 구멍인 결합공; 상기 결합공에 삽입되어 상기 탑 포일과 범프 포일과 베이스 포일을 고정시키는 결합 부재;를 포함하는 것이 바람직하다.

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여기서, 상기 결합공은 미리 정한 간격만큼 상기 중심선을 따라 이격되어 나열된 복수 개가 마련되며, 상기 결합 부재는, "U"형상의 박판 부재로서 복수 개가 마련되어, 상기 결합공에 각각 삽입된 후 절곡되어 소성 변형되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 베이스 포일과 범프 포일 및 탑 포일이 상기 결합 수단에 의하여 결합됨으로써 하나의 뭉치로 먼저 모듈화된 후 장착될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 중심선을 중심으로 회전하는 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링으로서, 상기 회전축의 외주면과 마주하도록 배치되며, 상기 회전축을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 탑 포일; 탄성 변형이 가능한 부재로서, 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 범프 포일; 상기 범프 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 베이스 포일; 상기 탑 포일의 일단부에 마련되어 있으며, 상기 베이스 포일의 양단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나에 의하여 지지될 수 있도록 마련된 지지부; 상기 탑 포일의 일단부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 서로 결합시키는 결합 수단;을 포함하므로, 사용 중에 탑 포일이 아래로 처지거나 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일이 상하로 흔들리지 않아, 회전축의 불안정한 회전 운동이 발생되지 않고, 탑 포일이 마모되거나 변형되지 않는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 저널 포일 공기 베어링의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 저널 포일 공기 베어링의 분리사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 저널 포일 공기 베어링의 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 저널 포일 공기 베어링의 "A" 부분의 확대도이다.
도 5는 도 3에 도시된 제2 탑 포일의 부분확대단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 제1 탑 포일의 부분확대단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 범프 포일의 부분확대단면도이다.
도 8은 도 3에 도시된 베이스 포일의 부분확대단면도이다.
도 9는 도 4에 도시된 저널 포일 공기 베어링에서 결합 부재 및 스페이서가 장착되기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4에 도시된 제1 탑 포일 및 제2 탑 포일의 부분확대단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 저널 포일 공기 베어링이 베어링 하우징에 장착되어 사용되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 2에 도시된 결합 부재의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 저널 포일 공기 베어링을 나타내는 단면도이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 저널 포일 공기 베어링의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 저널 포일 공기 베어링의 분리사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 저널 포일 공기 베어링의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저널 포일 공기 베어링(100)은, 중심선(C)을 중심으로 회전하는 회전축(F)의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링(journal foil air bearing)으로서, 베이스 포일(10)과, 범프 포일(20)과, 제1 제1 탑 포일(30)과, 제2 탑 포일(40)과, 결합 수단, 스페이서(60)를 포함하여 구성된다.

상기 베이스 포일(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이 유연하고 탄력 있는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형 파이프 부재로서, 베이스 포일 본체(11)와, 삽입부(12)를 포함하고 있다.

본 실시예에서 상기 베이스 포일(10)은, 프레스 가공된 직사각형 금속 박판을 상기 중심선(C)을 중심으로 둥글게 말아서 "C"자형 단면의 파이프 형태로 형성된다.

상기 베이스 포일 본체(11)는, 상기 중심선(C)을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 원형 파이프 부재로서, 내부에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 중공(H)이 형성되어 있다.

상기 베이스 포일 본체(11)는 후술할 상기 범프 포일(20)을 둘러 감싸도록 배치됨으로써, 상기 베이스 포일 본체(11)의 중공(H)에 상기 범프 포일(20)이 수용된다.

상기 삽입부(12)는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 베이스 포일 본체(11)의 양단부에 형성되어 있는 부분으로서, 본 실시예에서는 후술할 상기 지지부(34, 44)에 수용될 수 있도록 상기 베이스 포일 본체(11)의 양단부가 "L"자 형상으로 절곡되어 상방으로 돌출되도록 형성되어 있다.

상기 삽입부(12)에는, 도 8에 도시된 바와 같이 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있는 복수 개의 구멍인 결합공(13)이 형성되어 있다.

상기 범프 포일(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이 유연하고 탄력 있는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형 파이프 부재로서, 범프 포일 본체(21)와, 삽입부(22)와, 결합공(23)을 포함하고 있다.

상기 범프 포일 본체(21)는, 상기 중심선(C)을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 원형 파이프 부재로서, 내부에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 중공(H)이 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 범프 포일 본체(21)는, 프레스 가공된 직사각형 금속 박판을 상기 중심선(C)을 중심으로 둥글게 말아서 "C"자형 단면의 파이프 형태로 형성된다.

상기 범프 포일 본체(21)는, 상기 베이스 포일(10)의 중공(H)에 수용된 상태로, 상기 탑 포일(30, 40)을 둘러 감싸도록 배치된다.

상기 범프 포일 본체(21)는, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 탄성 변형이 가능하도록, 다수 개의 산과 골이 번갈아가면서 연결된 물결(wave) 형상의 부분을 포함하고 있다.

상기 삽입부(22)는, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 범프 포일 본체(21)의 우단부에 형성되어 있는 부분으로서, 본 실시예에서는 후술할 상기 지지부(34)에 수용될 수 있도록 상기 범프 포일 본체(21)의 우단부가 "L"자 형상으로 절곡되어 상방으로 돌출되도록 형성되어 있다.

상기 결합공(23)은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있는 복수 개의 구멍으로서, 상기 삽입부(22)에 형성되어 있다.

상기 범프 포일 본체(21)의 좌단부는, 도 7에 도시된 바와 같이 자유롭게 운동할 수 있는 자유단(free end)(25)이다.

상기 제1 탑 포일(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이 유연하고 탄력 있는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형 파이프 부재로서, 내주면이 상기 제2 탑 포일(40)의 외주면과 마주하도록 배치되며, 탑 포일 본체(31)와, 삽입부(32)와, 결합공(33)과, 지지부(34)를 포함하고 있다.

상기 베이스 포일(10)과 범프 포일(20)과 제1 탑 포일(30)과 제2 탑 포일(40)은, 동일한 재질의 금속 박판으로 제조될 수 있으며, 각각의 두께는 서로 상이할 수도 있다.

상기 탑 포일 본체(31)는, 상기 중심선(C)을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 원형 파이프 부재로서, 내부에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 중공(H)이 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 탑 포일 본체(31)는, 프레스 가공된 직사각형 금속 박판을 상기 중심선(C)을 중심으로 둥글게 말아서 "C"자형 단면의 파이프 형태로 형성된다.

상기 탑 포일 본체(31)는, 상기 범프 포일(20)의 중공(H)에 수용된 상태로, 상기 제2 탑 포일(40)을 둘러 감싸도록 배치된다.

상기 삽입부(32)는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(31)의 우단부에 형성되어 있는 부분으로서, 본 실시예에서는 후술할 상기 스페이서(60)에 수용될 수 있도록 상기 탑 포일 본체(31)의 우단부가 "L"자 형상으로 절곡되어 상방으로 돌출되도록 형성되어 있다.

상기 결합공(33)은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있는 복수 개의 구멍으로서, 상기 지지부(34)에 형성되어 있다.

상기 탑 포일 본체(31)의 좌단부는, 도 6에 도시된 바와 같이 자유롭게 운동할 수 있는 자유단(free end)(35)이다.

상기 지지부(34)는, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(31)의 우단부에 위치한 상기 삽입부(32)에 형성되어 있는 부분으로서, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나에 의하여 지지될 수 있는 부분이다. 이 지지부(34)는, 수평부(341)와 수직부(342)와 수용 공간(343)을 포함한다.

상기 수평부(341)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(31)의 우단부가 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성되는 부분 중, 상단부에 수평하게 위치하는 직사각형 부분이다.

상기 수평부(342)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수평부(341)의 양단부로부터 하방으로 수직하게 연장되어 있는 부분으로서, 한 쌍이 마련되어 미리 정한 간격만큼 서로 이격되어 있다.

상기 결합공(33)은, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 수평부(342)에 각각 복수 개 형성된 구멍으로서, 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있다.

상기 결합공(33)은, 상기 베이스 포일 본체(11)의 삽입부(12)에 형성된 결합공(13)과 대응되는 위치에 형성되어 있다.

상기 수용 공간(343)은, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(31)의 우단부가 우측 절곡되어 "∩"자 형상으로 형성됨으로써 마련되는 공간으로서, 상기 중심선(C)을 향하여 하방으로 개구되어 있다.

상기 수용 공간(343)은, 상기 베이스 포일(10)의 양단부 삽입부(12)와 상기 범프 포일(20)의 삽입부(22) 중 적어도 하나가 수용될 수 있도록 마련된 공간부인데, 본 실시예에서는 상기 범프 포일(20)의 삽입부(22) 및 상기 베이스 포일(10)의 우측 삽입부(12)를 수용하고 있다.

본 실시예에서는 상기 지지부(34)가, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 스페이서(60)에 삽입될 수 있도록, 상기 제1 탑 포일 본체(31)의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되어 있다.

상기 제2 탑 포일(40)은, 도 2에 도시된 바와 같이 유연하고 탄력 있는 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형 파이프 부재로서, 내주면이 상기 회전축(F)의 외주면과 마주하도록 배치되며, 탑 포일 본체(41)와, 삽입부(42)와, 결합공(43)과, 지지부(44)를 포함하고 있다.

상기 제2 탑 포일(40)의 구성은 상술한 상기 제1 탑 포일(30)의 구성과 대부분 동일 또는 유사하다. 즉, 상기 탑 포일 본체(41)은 상기 탑 포일 본체(31)에 대응하고, 상기 삽입부(42)는 상기 삽입부(32)에 대응하며, 상기 결합공(43)은 상기 결합공(33)에 대응하며, 상기 지지부(44)는 상기 지지부(34)에 대응한다. 따라서 이하에서는 양자의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 탑 포일 본체(41)는, 상기 제1 탑 포일(30)의 중공(H)에 수용된 상태로, 상기 회전축(F)을 둘러 감싸도록 배치된다.

상기 삽입부(42)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(41)의 좌단부에 형성되어 있는 부분으로서, 본 실시예에서는 후술할 상기 스페이서(60)에 수용될 수 있도록 상기 탑 포일 본체(41)의 좌단부가 "L"자 형상으로 절곡되어 상방으로 돌출되도록 형성되어 있다.

상기 결합공(43)은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있는 복수 개의 구멍으로서, 상기 지지부(44)에 형성되어 있다.

상기 탑 포일 본체(41)의 우단부는, 도 5에 도시된 바와 같이 자유롭게 운동할 수 있는 자유단(free end)(45)이다.

상기 지지부(44)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2 탑 포일 본체(41)의 좌단부에 위치한 상기 삽입부(42)에 형성되어 있는 부분으로서, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나에 의하여 지지될 수 있는 부분이다. 이 지지부(44)는, 수평부(441)와 수직부(442)와 수용 공간(443)을 포함한다.

상기 수평부(441)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(41)의 좌단부가 좌측으로 절곡되어 "∩"자 형상으로 형성되는 부분 중, 상단부에 수평하게 위치하는 직사각형 부분이다.

상기 수평부(442)는, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수평부(441)의 양단부로부터 하방으로 수직하게 연장되어 있는 부분으로서, 한 쌍이 마련되어 미리 정한 간격만큼 서로 이격되어 있다.

상기 결합공(43)은, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 수평부(442)에 각각 복수 개 형성된 구멍으로서, 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있다.

상기 결합공(43)은, 상기 베이스 포일(10),범프 포일(20), 제1 탑 포일(30)에 형성된 결합공(13, 23, 33)과 대응되는 위치에 형성되어 있다.

상기 수용 공간(443)은, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(41)의 좌단부가 좌측으로 절곡되어 "∩"자 형상으로 형성됨으로써 마련되는 공간으로서, 상기 중심선(C)을 향하여 하방으로 개구되어 있다.

상기 수용 공간(443)은, 상기 베이스 포일(10)의 양단부 삽입부(12)와 상기 범프 포일(20)의 삽입부(22) 중 적어도 하나가 수용될 수 있도록 마련된 공간부인데, 본 실시예에서는 상기 베이스 포일(10)의 좌측 삽입부(12)를 수용하고 있다.

본 실시예에서는 상기 지지부(44)가, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 스페이서(60)에 삽입될 수 있도록, 상기 탑 포일 본체(41)의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되어 있다.

상기 탑 포일(30, 40)의 표면에는, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene)을 포함하는 코팅재(미도시)가 코팅되어 있다. 상기 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)은 소위 테프론(Teflon)이라고도 불린다.

상기 스페이서(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이 "∩"자 형상으로 마련되어 있는 박판 부재로서, 상기 중심선(C)을 따라 연장되어 있다.

상기 스페이서(60)는, 도 9에 도시된 바와 같이 수평부(61)와 수직부(62)와 결합공(63)과 수용 공간(64)을 포함한다.

상기 수평부(61)는, 도 9에 도시된 바와 같이 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성된 부분 중, 상단부에 수평하게 위치하는 직사각형 부분이다.

상기 수평부(62)는, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 수평부(61)의 양단부로부터 하방으로 수직하게 연장되어 있는 부분으로서, 한 쌍이 마련되어 미리 정한 간격만큼 서로 이격되어 있다.

상기 결합공(63)은, 상기 한 쌍의 수평부(62)에 각각 복수 개 형성된 구멍으로서, 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 있다.

상기 결합공(63)은, 상기 결합공(13, 23, 33, 43)들과 대응되는 위치에 형성되어 있다.

상기 수용 공간(64)은, ∩"자 형상으로 형성된 공간으로서, 상기 중심선(C)을 향하여 하방으로 개구되어 있다.

상기 수용 공간(64)은, 상기 탑 포일(30, 40)의 지지부(34, 44)와 상기 범프 포일(20)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 양단부를 내부에 수용할 수 있는 공간이다.

본 실시예에서 상기 수용 공간(64)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지부(34, 44)를 수용하고 있다.

상기 스페이서(60)는, 후술할 결합 부재(50)와 결합된 상태에서, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 하우징 홈(P)에 삽입될 수 있도록 마련된다.

상기 결합 수단은, 상기 탑 포일(30, 40)의 일단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 양단부 및 상기 스페이서(60)를 서로 결합하기 위한 수단이다.

본 실시예에서 상기 결합 수단은, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나를, 상기 탑 포일(30, 40)의 지지부(34, 44)에 수용된 상태로, 상기 지지부(34, 44) 및 상기 스페이서(60)에 결합시키고 있다.

상기 결합 수단은, 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들과, 결합 부재(50)를 포함한다. 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들은 위에서 이미 설명하였으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 결합 부재(50)는, 도 2 및 도 9에 도시된 바와 같이 "U"형상의 박판 부재로서, 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들에 삽입되어 상기 탑 포일(30, 40)과 범프 포일(20)과 베이스 포일(10)을 서로 고정시키는 부재이다.

본 실시예에서 상기 결합 부재(50)는 복수 개가 마련되며, 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들에 각각 삽입된 후 양단부가 절곡되어 소성 변형되며, 본체부(51)와 절곡부(52)을 포함한다.

상기 본체부(51)는, 띠 형상의 부분으로서, 상기 중심선(C)과 수직한 방향을 따라 연장되어 있으며, 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들에 삽입되는 부분이다.

상기 절곡부(52)는 상기 본체부(51)의 양단부가 "U"형상으로 절곡되어 형성되는 부분으로서, 상기 스페이서(60)의 측면에 배치된다.

상기 결합 부재(50)는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들에 각각 삽입된 후, 가상의 절곡선을 기준으로 절곡되어 소성 변형됨으로써, 상기 스페이서(60)로부터 분리 이탈되지 않고 단단히 결합되며, 이때 상기 한 쌍의 절곡부(52)는 상기 한 쌍의 수직부(62)의 외면에 각각 밀착된다.

본 실시예에서, 상기 탑 포일(30, 40)과 범프 포일(20) 및 베이스 포일(10)은, 용접 공정을 사용하지 않고, 프레스 가공에 의하여 자동적으로 절개 및 절곡됨으로써 대량 생산 가능한 형상을 구비하고 있다.

이하에서는, 상술한 구성의 저널 포일 공기 베어링(100)을 조립하고 장착하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 결합 부재(40)를 장착하지 않은 상태에서, 상기 베이스 포일(10)와 범프 포일(20) 및 탑 포일(30, 40)을 조립한다. 이때, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 회전축(F)의 외주면과 마주하도록 상기 제2 탑 포일(40)을 배치하고, 상기 제2 탑 포일(40)을 둘러 감싸도록 제1 탑 포일(30)을 배치하며, 상기 제1 탑 포일(30)을 둘러 감싸도록 범프 포일(20)을 배치하며, 상기 범프 포일(20)을 둘러 감싸도록 상기 베이스 포일(10)을 배치한다.

이렇게 도 9에 도시된 바와 같이 상기 베이스 포일(10)와 범프 포일(20) 및 탑 포일(30, 40)을 조립하면, 상기 결합공(13, 23, 33, 43)들은 일렬로 정렬된다.

이어서, 상기 스페이서(60)의 수용 공간(64)에, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지부(34) 및 지지부(44)를 삽입하면, 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)들이 일렬로 정렬된다.

이렇게 상기 스페이서(60)를 장착한 후, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 결합 부재(50)를 상기 결합공(13, 23, 33, 43, 63)에 삽입하고, 상기 결합 부재(50)의 양단부를 절곡하여 소성 변형시키면 상기 절곡부(52)가 형성됨으로써, 상기 결합 부재(50)가 상기 스페이서(60) 및 지지부(34, 44)에 분리 이탈되지 않고 단단히 결합하게 되며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 저널 포일 공기 베어링(100)의 조립이 완료된다.

이렇게 "모듈화"(modularizing)된 상기 저널 포일 공기 베어링(100)을, 도 11에 도시된 바와 같이 내주면 상단부에 하우징 홈(P)을 구비한 베어링 하우징(S)에 삽입시키면, 상기 저널 포일 공기 베어링(100)의 장착이 완료된다. 이때, 작업자는 저널 포일 공기 베어링(100)에 미리 형성된 조립 방향 식별 홈(미도시) 내지 식별 표식을 이용하여 베어링의 장착 위치 및 방향을 정확하게 식별하면서, 상기 중심선(C)을 따라 밀어 넣는 방식으로 간단히 상기 저널 포일 공기 베어링(100)을 상기 베어링 하우징(S)에 장착시킨다. 여기서 상기 스페이서(60)과 결합 부재(50)는 상기 하우징 홈(P)에 수용된다.

즉 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 베이스 포일(10)과 범프 포일(20) 및 탑 포일(30, 40)이 상기 결합 부재(50)에 의하여 결합됨으로써 하나의 뭉치로 먼저 모듈화된 후 장착된다.

상술한 구성의 저널 포일 공기 베어링(100)은, 중심선(C)을 중심으로 회전하는 회전축(F)의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링으로서, 상기 회전축(F)의 외주면과 마주하도록 배치되며, 상기 회전축(F)을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 탑 포일(30, 40); 탄성 변형이 가능한 부재로서, 상기 탑 포일(30, 40)을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 범프 포일(20); 상기 범프 포일(20)을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 베이스 포일(10); 상기 탑 포일(30, 40)의 일단부에 마련되어 있으며, 상기 탑 포일(30, 40)의 일단부가 상기 반경 방향의 내측으로 처지지 않도록, 상기 베이스 포일(10)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 타단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나에 의하여 받쳐서 지지될 수 있도록 마련된 지지부(34, 44); 상기 탑 포일(30, 40)의 일단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 양단부를 서로 결합시키는 결합 수단;을 포함하므로, 사용 중에 탑 포일(30, 40)이 아래로 처지거나 사용 중 발생하는 진동에 의하여 탑 포일(30, 40)이 상하로 흔들리지 않아, 회전축(F)의 불안정한 회전 운동이 발생되지 않고, 탑 포일(30, 40)이 마모되거나 변형되지 않는 장점이 있다.

그리고 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 탑 포일(30, 40)은 2개 이상이 마련되어 있으며, 상기 탑 포일(30, 40)에 상기 지지부(34, 44)가 각각 마련되어 있으므로, 상기 탑 포일(30, 40) 각각이 아래로 처지지 않는 장점이 있다.

또한 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 지지부(34, 44)가, 상기 탑 포일(30, 40)의 일단부가 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성되는 수용 공간(343, 443)을 구비하므로, 용접 공정을 사용하지 않고 프레스 가공에 의하여 상기 탑 포일(30, 40)을 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 결합 수단이, 상기 베이스 포일(10)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 타단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나를, 상기 지지부(34, 44)의 수용 공간(343, 443)에 수용된 상태로 상기 지지부(34, 44)에 결합시키므로, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나가 상기 지지부(34, 44)를 받쳐서 지지할 수 있는 구성을 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, "∩"자 형상으로 마련되어 있는 부재로서, 상기 탑 포일(30, 40)의 지지부(34, 44)와 상기 범프 포일(20)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 양단부를 내부에 수용할 수 있도록 배치되어 있는 스페이서(60)를 포함하며, 상기 결합 수단은, 상기 범프 포일(20)의 일단부와 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 탑 포일(30, 40)의 지지부(34, 44)와, 상기 스페이서(60)를 서로 결합시키므로, 상기 포일(10, 20, 30, 40)들의 결합 부위가 소형화될 수 있어 상기 하우징 홈(P)도 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 범프 포일(20)의 일단부 및 상기 베이스 포일(10)의 양단부가, 상기 수용 공간(343, 443)에 수용될 수 있도록, "L"자 형상으로 절곡되어 형성되는 삽입부(12, 22)를 구비하므로, 상기 삽입부(12, 22)를 용접 공정을 사용하지 않고 프레스 가공에 의하여 대량 생산할 수 있으며, 상기 삽입부(12, 22)가 상기 지지부(34, 44)의 수용 공간(343, 443)에 간편하게 수용될 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 지지부(34, 44)가, 상기 탑 포일(30, 40)의 외주면으로부터 반경 방향의 외측으로 돌출되어 있으므로, 베어링 하우징(S)에 형성된 하우징 홈(P)에 상기 지지부(34, 44)를 삽입시킴으로써, 정확한 방향과 깊이로 상기 베어링 하우징(S)에 장착될 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 결합 수단이, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 상기 범프 포일(20)의 일단부 및 상기 지지부(34, 44)에 형성된 구멍인 결합공(33, 43); 상기 결합공(33, 43)에 삽입되어 상기 탑 포일(30, 40)과 범프 포일(20)과 베이스 포일(10)을 고정시키는 결합 부재(50);를 포함하므로, 상기 지지부(34, 44)에 간단하고 저렴한 결합 수단을 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 결합공(33, 43)은 미리 정한 간격만큼 상기 중심선(C)을 따라 이격되어 나열된 복수 개가 마련되며, 상기 결합 부재(50)는, "U"형상의 박판 부재로서 복수 개가 마련되어, 상기 결합공(33, 43)에 각각 삽입된 후 절곡되어 소성 변형되므로, 상기 결합 부재(50)가 볼트나 너트에 비하여 적은 부피를 차지하며, 베어링 하우징(S)의 하우징 홈(P)에 상기 지지부(34, 44)가 장착된 후에는 상기 결합 부재(50)의 소성 변형된 양단부가 상기 하우징 홈(P)에 의하여 단단히 구속되어, 상기 결합 부재(50)가 상기 지지부(34, 44)로부터 분리 이탈될 염려가 없다는 장점이 있다.

그리고 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 베이스 포일(10)과 범프 포일(20) 및 탑 포일(30, 40)이 상기 결합 수단에 의하여 결합됨으로써 하나의 뭉치로 먼저 모듈화된 후 장착될 수 있으므로, 작업 현장에서 베어링 하우징(S)에 장착하거나 분해하는 작업이 매우 간편하고, 베어링의 보관 및 관리가 용이하다는 장점이 있다.

또한 상기 저널 포일 공기 베어링(100)은, 상기 베이스 포일(10)이 상기 범프 포일(20) 및 탑 포일(30, 40)의 외형을 유지하고 지지하는 역할을 하는 장점이 있고, 상기 베이스 포일(10)의 내주면은 매끈한 박판으로 제조되므로 형상 공차와 표면 마찰력이 상기 베어링 하우징(S)의 내주면에 비하여 우수한 값을 유지하므로, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 베어링 하우징(S)의 내주면이 상기 범프 포일(3)과 직접 접촉하는 종래의 저널 포일 공기 베어링(1)에 비하여, 상기 베어링 하우징(S)의 내면의 표면 가공 상태가 좋지 않더라도 베어링의 장착이 용이하고 베어링의 성능에 거의 영향을 주지 않는 장점이 있다.

한편, 도 12에는 상기 결합 부재(50)의 다른 실시예인 결합 부재(50a)가 도시되어 있다. 상기 결합 부재(50a)는 1개의 본체부(51a)와 복수 개의 절곡부(52)를 구비하고 있다.

상기 본체부(51a)는, "ㄴ" 자 형상의 단면을 가지고 있으며, 상기 중심선(C)을 따라 길게 연장된 박판 부재이다.

상기 본체부(51a)의 하단부에 상기 절곡부(52)가 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있으며, 상기 절곡부(52)는 상기 본체부(51a)에 일체로 형성되어 있다.

따라서, 상기 결합 부재(50a)는 복수 개의 결합 부재(50)에 비하여, 부품 분실의 위험이 적고 사용이 편리하다는 장점이 있다.

본 실시예에서는, 상기 지지부(34, 44)가 도 10에 도시된 바와 같이 상기 탑 포일 본체(31, 41)의 일단부가 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성되는 수용 공간(343, 443)을 구비하고 있으나, 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 및 상기 범프 포일(20)의 일단부 중 적어도 하나가 상기 지지부(34, 44)에 접촉 내지 결합되어 지지할 수 있는 형상이라면 임의의 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 이때 상기 지지부(34, 44)의 형상이 변하면 그에 대응하여 상기 베이스 포일(10)의 양단부와 및 상기 범프 포일(20)의 일단부의 형상도 변할 것이다.

본 실시예에서는, 상기 탑 포일(30, 40)이 2개가 마련되어 상기 탑 포일(30, 40) 각각에 상기 지지부(34, 44)가 마련되어 있으나, 1개의 탑 포일(30)만이 구비될 수도 있음은 물론이다. 이때에는, 상기 베이스 포일(10)의 좌측 삽입부(12)가 상기 스페이서(60)의 수용 공간(64)에 수용된다.

본 실시예에서는, 상기 범프 포일(20)이 1개 장착되어 있으나, 상기 범프 포일(20)이 2개 이상 장착될 수도 있음은 물론이다.

본 실시예에서 상기 결합 부재(50)는, "U"형상의 박판 부재로서 복수 개가 마련되어 있으나, "ㄷ"형상 등 다양한 형상 및 개수를 가질 수 있음은 물론이다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100: 저널 포일 공기 베어링
10: 베이스 포일
11: 베이스 포일 본체
12: 삽입부
13: 결합공
20: 포일
21: 범프 포일 본체
22: 삽입부
23: 결합공
25: 자유단
30: 탑 포일
31: 탑 포일 본체
32: 삽입부
33: 결합공
34: 지지부
35: 자유단
40: 제2 탑 포일
41: 탑 포일 본체
42: 삽입부
43: 결합공
44: 지지부
45: 자유단
50: 결합 부재
51: 본체부
52: 절곡부
60: 스페이서
61: 수평부
62: 수직부
63: 결합공
64: 수용 공간
341: 수평부
342: 수평부
343: 수용 공간
441: 수평부
442: 수평부
443: 수용 공간
1 : 종래의 저널 포일 공기 베어링
2 : 탑 포일
3 : 범프 포일
4 : 용접부
C : 중심선
F : 회전축
P : 하우징 홈
S : 베어링 하우징
W : 회전 방향

Claims (10)

1. 중심선을 중심으로 회전하는 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 포일 공기 베어링으로서,
   상기 회전축의 외주면과 마주하도록 배치되며, 상기 회전축을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 탑 포일;
   탄성 변형이 가능한 부재로서, 상기 탑 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 범프 포일;
   상기 범프 포일을 둘러 감싸도록 배치되어 있는 베이스 포일;
   상기 탑 포일의 일단부에 마련되어 있으며, 상기 탑 포일의 일단부가 상기 반경 방향의 내측으로 처지지 않도록, 상기 베이스 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 타단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나에 의하여, 받쳐서 지지될 수 있도록 마련된 지지부;
   상기 탑 포일의 일단부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 서로 결합시키는 결합 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
2. 제 1항에 있어서,
   상기 탑 포일은 2개 이상이 마련되어 있으며, 상기 탑 포일에 상기 지지부가 각각 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
3. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부는, 상기 탑 포일의 일단부가 "∩"자 형상으로 절곡되어 형성되는 수용 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
4. 제 3항에 있어서,
   상기 결합 수단은,
   상기 베이스 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 타단부와 상기 범프 포일의 일단부 중 적어도 하나를, 상기 지지부의 수용 공간에 수용된 상태로 상기 지지부에 결합시키는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
5. 제 1항에 있어서,
   "∩"자 형상으로 마련되어 있는 부재로서, 상기 탑 포일의 지지부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부를 내부에 수용할 수 있도록 배치되어 있는 스페이서를 포함하며,
   상기 결합 수단은, 상기 탑 포일의 지지부와 상기 범프 포일의 일단부와 상기 베이스 포일의 양단부와, 상기 스페이서를 서로 결합시키는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
6. 제 1항에 있어서,
   상기 범프 포일의 일단부 및 상기 베이스 포일의 양단부는, "L"자 형상으로 절곡되어 형성되는 삽입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
7. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부는, 상기 탑 포일의 외주면으로부터 반경 방향의 외측으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
8. 제 1항에 있어서,
   상기 결합 수단은, 상기 베이스 포일의 양단부와 상기 범프 포일의 일단부 및 상기 지지부에 형성된 구멍인 결합공; 상기 결합공에 삽입되어 상기 탑 포일과 범프 포일과 베이스 포일을 고정시키는 결합 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
9. 제 8항에 있어서,
   상기 결합공은 미리 정한 간격만큼 상기 중심선을 따라 이격되어 나열된 복수 개가 마련되며, 상기 결합 부재는, "U"형상의 박판 부재로서 복수 개가 마련되어, 상기 결합공에 각각 삽입된 후 절곡되어 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링
10. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스 포일과 범프 포일 및 탑 포일이 상기 결합 수단에 의하여 결합됨으로써 하나의 뭉치로 먼저 모듈화된 후 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 저널 포일 공기 베어링

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