KR200384368Y1 - 공기베어링의 케이싱 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공기베어링의 케이싱 구조에 관한 것으로, 미세 기공이 형성된 공기베어링의 일 측면에 결합되어, 정압의 공기가 공기베어링으로 동일한 압력분포를 가지도록 공급되어 공기베어링의 원활한 작동을 가능케 하며, 내구성이 향상된 특징이 있다.

본 고안은 크게 베어링 몸체(10)와 공기베어링 소재(20)로 구성되는바, 금속을 이용하여 원판형태로 제작하되, 일 측면으로는 휠 형태의 요홈(11)이 형성된 베어링 몸체(10)와, 상기 베어링 몸체(10)의 요홈(11)에 부합되도록 돌출부(21)가 일 측면에 형성되고, 전체적으로 미세한 기공(23)이 균일하게 분포된 공기베어링 소재(20)로 구성되어, 베어링 몸체(10)에 공기베어링 소재(20)를 삽입 · 고정시켜 베어링(1)이 완성되는 대략적인 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 고안은, 다공질 공기베어링 소재의 전체 표면에 걸쳐 공기가 균일하게 공급되도록 베어링 몸체에 휠 형태의 요홈을 가공하여 베어링 몸체와 공기베어링 소재의 접착면적을 늘림과 동시에 유입된 공기가 정압으로 각 부위에 공급될 수 있는 효과가 있다.

또한, 작동 유체를 공기로 사용하는 다공질 세라믹 공기베어링과 다공질 카본 그래파이트 공기베어링에 공히 적용가능함으로써 기름에 의한 오염이 없어 청정이 요구되는 식품기계나 반도체 장비 등에 쉽게 적용할 수 있으며, 베어링 면으로 사용되는 공기베어링 소재의 내마모성과 내열성 및 내구성을 향상시키는 또 다른 효과가 있다.

Description

공기베어링의 케이싱 구조 { The casing construction of the air bearing }

본 고안은 케이싱 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 미세 기공이 형성된 공기베어링의 일 측면에 결합되어, 정압의 공기가 공기베어링으로 동일한 압력분포를 가지도록 공급되어 공기베어링의 원활한 작동을 가능케 하며, 공기베어링의 내구성이 향상된 공기베어링의 케이싱 구조에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 하중을 전달하면서 마찰저항을 줄여주는 역할을 하는 기계요소의 하나로써, 이러한 베어링의 통상적인 구조는 볼이나 롤러와 같은 전동체의 구름운동을 이용하는 바, 이는 회전운동 시 전동체의 구름의 영향으로 소음이 크며, 충격에 약하고, 외경이 크며, 회전속도의 한계가 낮은 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 베어링과 축 사이에 얇은 유막을 형성시키고, 이 유막에 압력을 발생시켜 그 압력의 합력으로 하중을 지지하는 미끄럼 베어링을 주로 사용하며, 이러한 미끄럼베어링은 사용하는 유체의 종류에 따라 오일베어링과 공기베어링으로 구분된다.

우선, 오일베어링은 작동 유체로 광유와 같은 기름이나 물을 사용하며 압력이 변해도 체적의 변화가 거의 없으므로 비압축성 유체윤활베어링이라 불린다. 그러나 이러한 오일베어링은 작동 유체로 기름을 주로 사용하기 때문에 청정이 요구되는 식품기계나 반도체 장비 등에는 사용하기 어려운 점이 있었다.

유체베어링의 또 다른 형태인 공기베어링은 작동 유체로 공기, 헬륨, 네온가스를 사용하기 때문에 마찰이 거의 없고, 냉각효과가 있어 고속운동 시 발열이 거의 일어나지 않아 고온과 저온에서 사용이 가능하며, 축과 베어링의 가공 시 어쩔 수 없이 발생하는 진원도 오차를 공기의 압축성으로 축의 회전 오차를 진원도 오차에 비해 1/10 이하로 줄여주는 평균화 효과도 갖게 되어 회전정밀도가 매우 높아지는 효과가 있다. 또한, 시작과 정지 시에도 축과 베어링 사이의 직접적인 금속접촉을 피할 수 있어 진동과 소음이 거의 발생하지 않고, 거의 마모가 일어나지 않아 수명이 거의 영구적이라는 장점이 있으나, 공기의 사용으로 인해 압력의 한계가 있어 하중지지용량은 볼 베어링이나 오일베어링에 비해 조금 떨어지기 때문에 고하중에는 잘 적용하지 않는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 감안하여 최근에는 다공질 세라믹을 이용한 정압공기 베어링이 개발된바, 본 출원인이 선출원하여 등록받은 국내실용신안공보 제0325457호에 개시된 바와 같이 다공질 세라믹을 이용하여 베어링을 제작할 경우에는 내마모성과 내열성 및 강도 등은 뛰어나지만 취성이 강하여 외력에 의해 깨어지거나 터지는 등의 또 다른 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 고안의 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 다공질 공기베어링 소재의 전체 표면에 걸쳐 공기가 균일하게 공급되도록 베어링 몸체에 휠 형태의 요홈을 가공하여 베어링 몸체와 공기베어링 소재의 접착면적을 늘림과 동시에 유입된 공기가 정압으로 각 부위에 공급될 수 있도록 함을 목적으로 한다.

또한, 작동 유체를 공기로 사용하는 다공질 세라믹 공기베어링과 다공질 카본 그라파이트 공기베어링에 공히 적용가능함으로써 기름에 의한 오염이 없어 청정이 요구되는 식품기계나 반도체 장비 등에 쉽게 적용할 수 있으며, 베어링 면으로 사용되는 공기베어링 소재의 내마모성과 내열성 및 내구성을 향상시킴을 또 다른 목적으로 한다.

본 고안은 공기베어링의 케이싱 구조에 관한 것으로, 미세 기공이 형성된 공기베어링의 일 측면에 결합되어, 정압의 공기가 공기베어링으로 동일한 압력분포를 가지도록 공급되어 공기베어링의 원활한 작동을 가능케 하며, 내구성이 향상된 특징이 있다.

본 고안은 크게 베어링 몸체(10)와 공기베어링 소재(20)로 구성되는바, 금속을 이용하여 원판형태로 제작하되, 일 측면으로는 휠 형태의 요홈(11)이 형성된 베어링 몸체(10)와, 상기 베어링 몸체(10)의 요홈(11)에 부합되도록 돌출부(21)가 일 측면에 형성되고, 전체적으로 미세한 기공(23)이 균일하게 분포된 공기베어링 소재(20)로 구성되어, 베어링 몸체(10)에 공기베어링 소재(20)를 삽입 · 고정시켜 베어링(1)이 완성되는 대략적인 구성을 갖는다.

이하 본 고안의 실시 예를 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 전체 사시도를 나타낸 것으로서, 본 고안의 공기 베어링(1)은 베어링 몸체(10)와 공기베어링 소재(20)로 구성되는바, 우선, 베어링 몸체(10)의 구성을 살펴보면, 도시한 바와 같이 금속의 재질로 구성된 원판의 형태로, 베어링 몸체(10)의 일 측면으로는 휠 형태의 요홈(11)이 형성되도록 구성된다.

상기 요홈(11)은 중앙부에 형성된 원형의 돌출부(12)를 중심으로 동심원 형태로 2열이 형성되고, 상기 동심원의 형태로 형성된 요홈(11a)이 서로 연결되도록 8열의 요홈(11b)이 형성되는바, 각각의 요홈(11a, 11b)은 동일한 폭과 깊이를 갖는 형태로 구성되어 유입된 공기가 동일한 압력으로 후술하는 공기베어링 소재(20)에 공급될 수 있는 구성을 갖는다.

또한, 상기 형성된 요홈(11)을 통해 후술하는 공기베어링 소재(20)와 결합면적이 넓어지게 되어 더욱 견고한 결합을 이룰 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 베어링 몸체(10)에 결합되는 공기베어링 소재(20)의 구성을 도 2를 통해 살펴보면, 전체적인 형태는 카본 그라파이트 혹은 세라믹을 이용한 원판의 형태로 구성되되, 일 측면은 표면이 매끄럽게 가공되어 베어링(1)의 역할을 할 수 있도록 구성되며, 타 측면은 상기 베어링 몸체(10)에 형성된 요홈(11)과 돌출부(12)에 부합되도록 돌출부(21)와 요홈(22)이 가공된 구성을 갖는다.

상기 공기베어링 소재(20)는 전체적인 면에 미세한 기공(23)이 무수히 분포하는 형태로, 이러한 기공(23)을 통해 상기 베어링 몸체(10)로부터 공급된 공기가 공기베어링 소재(20)에 주입될 수 있도록 구성된다.

공기베어링 소재(20)는 주로 다공질 카본 그라파이트 소재와 다공질 세라믹 소재가 주로 사용되며, 각각의 표면을 전자현미경을 통해 촬영한 사진이 도 3에 잘 도시된바, 대체적으로 어둡게 보이는 부분이 다공질 카본 그라파이트 혹은 다공질 세라믹의 표면에 형성된 미세한 기공(23)이며 그 직경은 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도이며, 이 기공(23)을 통해 공기가 주입되는 구성을 갖는다.

상기 구성의 결합과정을 도 4를 통해 살펴보면, 베어링 몸체(10)에 형성된 돌출부(12)와 요홈(11)에 접착 부재를 도포한 다음, 그에 공기베어링 소재(20)를 결착시키되, 상기 베어링 몸체(10)의 돌출부(12)와 요홈(11)에 공기베어링 소재(20)의 돌출부(21)와 요홈(22)이 상호 요철 결합되어 일체로 구성됨으로써 제작이 용이한 구성을 갖는다.

상기와 같이 구성된 본 고안은, 다공질 공기베어링 소재의 전체 표면에 걸쳐 공기가 균일하게 공급되도록 베어링 몸체에 휠 형태의 요홈을 가공하여 베어링 몸체와 공기베어링 소재의 접착면적을 늘림과 동시에 유입된 공기가 정압으로 각 부위에 공급될 수 있는 효과가 있다.

또한, 작동 유체를 공기로 사용하는 다공질 세라믹 공기베어링과 다공질 카본 그라파이트 공기베어링에 공히 적용가능함으로써 기름에 의한 오염이 없어 청정이 요구되는 식품기계나 반도체 장비 등에 쉽게 적용할 수 있으며, 베어링 면으로 사용되는 공기베어링 소재의 내마모성과 내열성 및 내구성을 향상시키는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 본 고안의 전체 사시도

도 2는 본 고안 공기베어링 소재의 사시도

도 3은 본 고안 카본 그라파이트 소재의 확대 예시도

도 4는 본 고안의 결합상태 사시도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 베어링 10 : 베어링 몸체

11, 11a, 11b : 요홈 12 : 돌출부

20 : 공기베어링 소재 21 : 돌출부

22 : 요홈 23 : 기공

Claims (2)

1. 공기베어링의 케이싱 구조에 있어서,

   금속을 이용하여 원판형태로 제작하되, 일 측면으로는 휠 형태의 요홈(11)이 형성된 베어링 몸체(10)와,

   상기 베어링 몸체(10)의 요홈(11)에 부합되도록 돌출부(21)가 일 측면에 형성되고, 전체적으로 미세한 기공(23)이 균일하게 분포된 공기베어링 소재(20)로 구성되어,

   베어링 몸체(10)에 공기베어링 소재(20)를 삽입 · 고정시킨 후 공기를 주입함으로써 베어링의 원활한 작동이 가능함을 특징으로 하는 공기베어링의 케이싱 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   베어링 몸체(10)에 형성된 요홈(11)은, 중앙부에 형성된 원형의 돌출부(12)를 중심으로 동심원 형태로 2열이 형성되고, 상기 동심원의 형태로 형성된 요홈(11a)이 서로 연결되도록 8열의 요홈(11b)이 등간격으로 형성되어, 각각의 요홈(11a, 11b)이 동일한 폭과 깊이로 형성됨을 특징으로 하는 공기베어링의 케이싱 구조.