KR20100039844A - 포일 베어링 장치 - Google Patents

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KR20100039844A
KR20100039844A KR1020107000543A KR20107000543A KR20100039844A KR 20100039844 A KR20100039844 A KR 20100039844A KR 1020107000543 A KR1020107000543 A KR 1020107000543A KR 20107000543 A KR20107000543 A KR 20107000543A KR 20100039844 A KR20100039844 A KR 20100039844A
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코우시 이시모토
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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

회전축(2)과, 회전축(2)의 외주에 프레스 고정(press-fit)된 베어링 내륜(3)과, 베어링 내륜(3)의 외주에 배치된 포일(4)과, 포일(4)의 외주에 마련된 베어링 외륜(5)을 구비하고, 베어링 내륜(2)에 포일(4)의 내주측(4a) 축 방향 변위를 규제하는 한 쌍의 포일 변위 규제부(6, 7)을 마련한다.

Description

포일 베어링 장치{FOIL BEARING APPARATUS}
본 발명은 회전축의 외주에 배치된 얇은 판 형상의 포일과, 이 포일의 외주에 배치된 베어링 외륜을 구비하고, 회전하는 회전축과 포일의 사이에 공기층을 형성함으로써 무급유(oilless)로 회전축을 회전 가능하게 지지하는 포일 베어링 장치에 관한 것이다.
이런 종류의 포일 베어링 장치는 오일을 공급하지 않고, 게다가, 고속 회전하는 회전축을 지지할 수 있기 때문에, 터보 압축기, 터보차저, 가스 터빈 등에 사용되기에 매우 적합한 베어링 장치이다.
종래의 포일 베어링 장치(50)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회전축(51)과, 회전축(51)의 외주에 다중으로 감긴 포일(52)과, 포일(52)의 외주에 장착된 베어링 외륜(53)을 구비하고 있다. 베어링 외륜(53)의 양단에는, 포일(52)이 축 방향으로 비어져 나오지 않도록 한 쌍의 스토퍼(54, 54)가 마련되어 있다.
회전축(51)이 회전하면, 회전축(51)과 포일(52)의 사이에 공기층이 형성된다. 이 공기층을 윤활층으로 함으로써, 포일 베어링 장치(50)는 무급유로 회전축(51)을 회전 가능하게 지지한다. 그리고, 외란(外亂) 등에 의해 포일(52)의 외주측(52b)이 축 방향으로 변위하려고 하면, 포일(52)의 외주측(52b) 축 방향의 변위가 각 스토퍼(54, 54)에 의해 저지된다. 따라서, 포일(52)의 외주측(52b)이 축 방향으로 변위하는 것에 의한 문제를 방지할 수 있다.
한편, 포일(52)의 외주측(52b)이 축 방향으로 변위하여 비어져 나오지 않도록 스토퍼(54, 54)를 베어링 외륜(53)에 마련하는 기술은, 특허 문헌 1에도 개시되어 있다.
상기한 종래예의 포일 베어링 장치(50)에서는, 포일(52)의 외주측(52b) 축 방향의 변위를 방지할 수 있지만, 포일(52)의 내주측(52a) 축 방향의 변위를 방지할 수 없다. 포일(52)의 내주측(52a)은 회전측(회전축(51))과 접촉하는 부분임과 동시에 공기층을 형성하는 면도 된다. 이 때문에, 포일(52)의 내주측(52a)이 축 방향으로 변위하여 비어져 나오면, 적정한 베어링으로서의 기능에 지장을 초래하여 여러 가지 문제(베어링 부분의 마찰 저항의 증대, 회전축(51)의 손상 등)가 발생할 우려가 있다.
특허문헌1:일본특허공개소63-47520호공보
따라서, 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 포일의 내주측 축 방향의 변위를 방지할 수 있는 포일 베어링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재되는 발명은, 회전축과, 상기 회전축의 외주에 배치된 포일과, 상기 포일의 외주에 장착된 베어링 외륜을 구비하고, 상기 포일의 내주측이 축 방향으로 변위하는 것을 규제하는 포일 변위 규제부를 마련한 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재되는 포일 베어링 장치로서, 상기 회전축의 외주에 고정되어 상기 포일의 내주측을 지지하는 베어링 내륜을 구비하고, 상기 포일 변위 규제부는 상기 베어링 내륜에 마련된 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명은, 청구항 1에 기재되는 포일 베어링 장치로서, 상기 회전축의 외주에 고정되어 상기 포일의 내주측을 지지하는 베어링 내륜을 구비하고, 상기 포일 변위 규제부는 상기 포일의 양쪽 외측에 마련되며, 한 쌍의 상기 포일 변위 규제부는 상기 회전축과 상기 베어링 내륜에 각각 마련된 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명은, 청구항 1에 기재되는 포일 베어링 장치로서, 상기 포일 변위 규제부는 상기 회전축에 마련된 것을 특징으로 한다.
청구항 1의 발명에 따르면, 외란 등에 의해 포일의 내주측이 축 방향으로 변위하려고 하면, 포일의 내주측 축 방향의 변위가 포일 변위 규제부에 의해 저지된다. 따라서, 포일의 내주측이 축 방향으로 변위하는 것에 의한 문제를 방지할 수 있다.
청구항 2의 발명에 따르면, 청구항 1의 발명의 효과 외에, 포일의 내주측은 회전 정지시 등에 베어링 내륜에 접촉하지만 회전축에는 전혀 접촉하지 않기 때문에, 포일과의 간섭에 의해 회전축이 손상을 받지 않는다. 따라서, 포일과의 간섭에 의해 손상을 받을 가능성이 있는 부재는 베어링 내륜이며, 베어링 내륜의 교환은 회전축을 교환하는 경우에 비해 교환 작업성이 좋고 교환 비용도 저렴하다.
또한, 포일 베어링 장치는 종래예와 비교하여 조립 작업성이 좋다. 즉, 종래예에서는 베어링 외륜측에 한 쌍의 스토퍼를 갖기 때문에, 베어링 외륜의 내주면에 포일을 배치하고, 다음으로 회전축의 단면에 큰 직경측이 회전축과 같은 지름인 원추형의 지그를 장착한 후, 베어링 외륜과 포일을 원추형 지그의 작은 직경측으로부터 회전축에 삽입하게 되는데, 이 삽입 공정에서 포일이 어긋나 비어져 나오는 경우가 있기 때문에 조립 작업성이 나쁘다. 이에 대해, 본 실시의 형태에서는 베어링 내륜에 포일 변위 규제부를 갖기 때문에, 베어링 내륜의 외주에 포일을 임시 조립하고, 작업자가 포일을 그 최대 외경을 최대한 작게 하도록 베어링 내륜쪽으로 누르면서 베어링 외륜을 삽입하게 되는데, 베어링 내륜의 외경이 작아도 손가락으로 포일을 누를 수 있기 때문에 조립 작업성이 좋다.
또한, 종래예에서는 조립 공정에서 회전축의 단면에 지그를 장착할 필요가 있기 때문에 회전축의 단면 형상이 제약을 받는다. 이에 대해, 실시의 형태에서는 조립 공정에서 지그를 이용할 필요가 없기 때문에 회전축의 단면 형상이 제약을 받지 않는다.
청구항 3의 발명에 따르면, 청구항 1의 발명의 효과 외에, 포일의 내주측은 회전 정지시 등에 베어링 내륜에 접촉하지만 회전축에는 거의 접촉하지 않기 때문에, 포일과의 간섭에 의해 회전축이 손상을 받는 것을 최대한 방지할 수 있다. 따라서, 포일과의 간섭에 의해 손상을 받을 가능성이 있는 부재는 대부분의 경우 베어링 내륜인데, 베어링 내륜의 교환은 회전축을 교환하는 경우에 비해 교환 작업성이 좋고 교환 비용도 저렴하다.
또한, 포일 베어링 장치는, 청구항 1의 발명과 마찬가지의 이유에 의해, 종래예와 비교하여 조립 작업성이 좋다.
청구항 4의 발명에 따르면, 청구항 1의 발명의 효과 외에, 부품수가 증가하지 않는다.
또한, 포일 베어링 장치는, 청구항 1의 발명과 마찬가지의 이유에 의해, 종래예와 비교하여 조립 작업성이 좋다.
도 1은 종래예의 포일 베어링 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 포일 베어링 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 포일 베어링 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 포일 베어링 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하며, 도 2는 포일 베어링 장치의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 포일 베어링 장치(1A)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 고속으로 회전되는 회전축(2)과, 회전축(2)의 외주에 프레스 고정(press-fit)된 베어링 내륜(3)과, 베어링 내륜(3)의 외주에 배치된 포일(4)과, 포일(4)의 외주에 장착된 베어링 외륜(5)을 구비한다.
베어링 내륜(3)은 포일(4)의 내주측(4a)이 맞닿은 외주면(3a)과, 이 외주면(3a)보다 외주측으로 돌출된 한 쌍의 포일 변위 규제부(6,7)를 갖는다.
한 쌍의 포일 변위 규제부(6,7)는 그 사이의 폭 치수가 포일(4)의 폭보다 약간 넓은 치수로 설정되어 있다. 각 포일 변위 규제부(6,7)는 포일(4)의 내주측(4a)의 축 방향 변위를 규제할 수 있는 높이로 각각 설정되어 있다.
포일(4)은 금속의 박막이며, 그 구조로는 다양한 종류가 있다. 구체적인 예로는, 파형에 가까운 형상으로 성형한 포일 위에 평평한 포일을 중첩시킨 것이나, 1매의 포일을 여러 차례 축에 감은 것 등이 있다.
베어링 외륜(5)은 원통형이며, 그 내주면에 포일(4)의 외주측(4b)이 맞닿는다. 베어링 외륜(5)은 회전축(2)에 대해 고정측인 예를 들면, 하우징(미도시)에 헐겁게 끼워맞춰지고(running fit), 또한 회전 핀 등에 의해 회전하지 않도록 지지된다.
상기 구성에 있어서, 회전축(2)이 회전하면 베어링 내륜(3)과 포일(4)의 사이에 공기층이 형성된다. 이 공기층을 윤활층으로 함으로써 포일 베어링 장치(1A)는 무급유로 회전축(2)을 회전 가능하게 지지한다. 그리고, 외란 등에 의해 포일(4)의 내주측(4a)이 축 방향으로 변위하려고 하면, 포일(4) 내주측(4a)의 축 방향 양측의 변위가 한 쌍의 포일 변위 규제부(6,7)에 의해 저지된다. 따라서, 포일(4)의 내주측(4a)이 축 방향으로 변위하는 것에 의한 베어링 개소의 마찰 저항의 증대, 회전축(2)의 손상 등의 불편을 방지할 수 있다.
제1 실시의 형태에서는, 포일(4)의 내주측(4a)은 베어링 내륜(3)에 접촉하지만 회전축(2)에는 전혀 접촉하지 않기 때문에, 포일(4)과의 간섭에 의해 회전축(2)이 손상을 받지 않는다. 따라서, 포일(4)과의 간섭에 의해 손상을 받는 부재는 베어링 내륜(3)이며, 베어링 내륜(3)의 교환은 회전축(2)을 교환하는 경우에 비해 교환 작업성이 좋고 교환 비용도 저렴하다.
또한, 제1 실시 형태의 포일 베어링 장치(1A)는, 종래예와 비교하여 조립 작업성이 좋다. 즉, 종래예에서는, 베어링 외륜측에 한 쌍의 스토퍼를 갖기 때문에, 베어링 외륜의 내주면에 포일을 배치하고, 다음으로 회전축의 단면에 큰 직경측이 회전축과 같은 지름인 원추형의 지그를 장착한 후, 베어링 외륜과 포일을 원추형 지그의 소경측으로부터 회전축에 삽입하게 되는데, 이 삽입 공정에서 포일이 어긋나 비어져 나오는 경우가 있기 때문에 조립 작업성이 나쁘다. 이에 대해, 본 제1 실시의 형태에서는 베어링 내륜(3)에 포일 변위 규제부(6,7)를 마련했기 때문에, 베어링 내륜(3)의 외주면(3a)에 포일(4)을 임시로 조립하고, 작업자가 포일(4)을 그 최대 외경을 최대한 작게 하도록 베어링 내륜(3)쪽으로 누르면서 베어링 외륜(5)을 삽입하게 되어, 베어링 내륜(3)의 외경이 작아도 손가락으로 포일(4)을 누를 수 있기 때문에 조립 작업성이 좋다.
또한, 종래예에서는 조립 공정에서 회전축의 단면에 지그를 장착할 필요가 있기 때문에, 회전축의 단면 형상이 제약을 받는다. 이에 대해, 본 제1 실시의 형태에서는, 조립 공정에서 지그를 이용할 필요가 없기 때문에, 회전축(2)의 단면 형상이 제약을 받지 않는다.
한편, 제1 실시의 형태에서는, 베어링 내륜(3) 및 베어링 외륜(5)의 포일(4)이 접촉할 가능성이 있는 표면에는, 내손상성의 향상을 도모하기 위해 불소 수지 등의 코팅을 실시하여도 된다.
(제2 실시 형태)
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 포일 베어링 장치의 단면도이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 포일 베어링 장치(1B)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 고속으로 회전되는 회전축(10)과, 회전축(10)의 외주에 프레스 고정된 베어링 내륜(11)과, 베어링 내륜(11)의 외주에 배치된 포일(4)과, 포일(4)의 외주에 장착된 베어링 외륜(5)을 구비한다.
회전축(10)은 소경부(10a)와 대경부(10b)로 이루어지는 단차축으로 형성된다. 소경부(10a)와 대경부(10b)의 경계에는 단차면(10c)이 형성된다.
베어링 내륜(11)은 회전축(10)의 소경부(10a)에 프레스 고정되어 있다. 베어링 내륜(11)은 포일(4)의 내주측(4a)이 맞닿는 외주면(11a)과, 이 외주면(11a)의 일단측에서 외주쪽으로 돌출된 한 쪽의 포일 변위 규제부(16)를 갖는다. 베어링 내륜(11)의 프레스 고정 선단면은 소경부(10a)와 대경부(10b)의 단차면(10c)에 맞닿아 있다. 베어링 내륜(11)의 외주면(11a)의 지름은 회전축(10)의 대경부(10b)의 지름보다 작게 설정되어 있다. 이에 따라, 회전축(10)의 대경부(10b)의 단부가 다른 쪽의 포일 변위 규제부(17)로서 마련된다.
즉, 제2 실시 형태에서는, 한 쌍의 포일 변위 규제부(16, 17)는 베어링 내륜(11)과 회전축(10)에 각각 마련된다.
포일(4)은 상기 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
베어링 외륜(5)은 상기 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
제2 실시의 형태에서도, 상기 제1 실시 형태와 같은 작용에 의해, 포일(4)의 내주측(4a)의 축 방향의 양측 변위가 한 쌍의 포일 변위 규제부(16, 17)에 의해 저지된다. 따라서, 포일(4)의 내주측(4a)이 축 방향으로 변위하는 것에 의한 문제를 방지할 수 있다.
제2 실시의 형태에서는, 포일(4)의 내주측(4a)은 베어링 내륜(11)에 접촉하지만, 회전 정지시 등에 회전축(10)에는 거의 접촉하지 않기 때문에, 포일(4)과의 간섭에 의해 회전축(10)이 손상을 받는 것을 최대한 방지할 수 있다. 따라서, 포일(4)과의 간섭에 의해 손상을 받는 부재는 대부분의 경우 베어링 내륜(11)인데, 베어링 내륜(11)의 교환은 회전축(10)을 교환하는 경우에 비해 교환 작업성이 좋고 교환 비용도 저렴하다.
또한, 제2 실시 형태의 포일 베어링 장치(1B)도 종래예와 비교하여 조립 작업성이 좋다. 즉, 제2 실시의 형태에서는, 베어링 내륜(11)과 회전축(10)에 포일 변위 규제부(16, 17)를 갖기 때문에, 베어링 내륜(11)의 외주면(11a)에 포일(4)을 임시로 조립하고, 작업자가 포일(4)을 그 최대 외경을 최대한 작게 하도록 베어링 내륜(11)쪽으로 누르면서 베어링 외륜(5)을 삽입하게 되는데, 베어링 내륜(11)의 외경이 작아도 손가락으로 포일(4)을 누를 수 있기 때문에 조립 작업성이 좋다.
한편, 제2 실시의 형태에서는 회전축(10), 베어링 내륜(11), 및 베어링 외륜(5)의 포일(4)이 접촉할 가능성이 있는 표면에는, 내손상성의 향상을 도모하기 위해 불소 수지 등의 코팅을 실시하여도 된다.
(제3 실시 형태)
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 포일 베어링 장치의 단면도이다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 포일 베어링 장치(1C)는 도시하지 않은 구동 수단에 의해 고속으로 회전되는 회전축(20)과, 회전축(20)의 외주에 배치된 포일(4)과, 포일(4)의 외주에 장착된 베어링 외륜(5)을 구비한다.
회전축(20)은 소경부(20a)와 양측의 대경부(20b, 20b)로 이루어지는 홈이 있는 축으로서 형성된다. 소경부(20a)와 그 양측의 대경부(20b, 20b)의 경계에는 단차면(20c, 20c)이 각각 형성된다.
포일(4)은 회전축(20)의 소경부(20a)의 외주에 배치된다. 이에 따라, 포일(4)의 양단 외측에는 회전축(20)의 대경부(20b, 20b)가 각각 배치된다. 양측 대경부(20b, 20b)의 단부가 한 쌍의 포일 변위 규제부(21, 22)로서 마련된다. 포일(4)의 구성 자체는 상기 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
베어링 외륜(5)의 구성도 상기 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
제3 실시 형태에서도, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용에 의해, 포일(4)의 내주측(4a) 축 방향의 양측 변위가 한 쌍의 포일 변위 규제부(21, 22)에 의해 저지된다. 따라서, 포일(4)의 내주측(4a)이 축 방향으로 변위하는 것에 의한 문제를 방지할 수 있다.
제3 실시 형태에서 포일 베어링 장치(1C)는 회전축(20)과 포일(4)과 베어링 외륜(5)에 의해 구성되므로, 종래예와 비교하여 부품수가 증가하지 않고 포일(4)의 내주측(4a)의 축 방향의 변위를 방지할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태의 포일 베어링 장치(1C)도 종래예에 비해 조립 작업성이 좋다. 즉, 제3 실시 형태에서는 회전축(20)에 포일 변위 규제부(21, 22)를 마련했기 때문에, 회전축(20)의 소경부(20a)의 외주에 포일(4)을 임시 조립하고, 작업자가 포일(4)을 그 최대 외경을 최대한 작게 하도록 회전축(20)쪽으로 누르면서 베어링 외륜(5)을 삽입하게 되는데, 회전축(20)의 외경이 작아도 손가락으로 포일(4)을 누를 수 있기 때문에 조립 작업성이 좋다.
한편, 제3 실시의 형태에서는, 회전축(20)과 베어링 외륜(5)의 포일(4)이 접촉할 가능성이 있는 표면에는, 내손상성의 향상을 도모하기 위해 불소 수지 등의 코팅을 실시하여도 된다.
상기 각 실시의 형태에 있어서, 종래예와 같이, 베어링 외륜(5)에 포일(4)의 외주측(4b)의 축 방향 변위를 규제하는 포일 외측 변위 규제부를 마련해도 무방한 것은 물론이다. 포일 외측 변위 규제부를 부설하면, 포일(4)의 내주측(4a) 뿐만 아니라 외주측(4b)의 축 방향의 변위도 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 포일(4)에는 다양한 종류가 있다. 즉, 띠 형상으로 긴 판재를 다중으로 감은 다중 권취 포일(Multiple Wound Foil), 탑 포일 및 범프 포일로 이루어지는 범프 포일(Bump Foil), 다수의 포일편으로 이루어지는 리프 포일(Leaf Foil) 등이 있으며, 어떠한 포일이라도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (4)

  1. 회전축과, 상기 회전축의 외주에 배치된 포일과, 상기 포일의 외주에 장착된 베어링 외륜을 구비하고, 상기 포일의 내주측이 축 방향으로 변위하는 것을 규제하는 포일 변위 규제부를 마련한 것을 특징으로 하는 포일 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전축의 외주에 고정되어 상기 포일의 내주측을 지지하는 베어링 내륜을 구비하고,
    상기 포일 변위 규제부는 상기 베어링 내륜에 마련된 것을 특징으로 하는 포일 베어링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전축의 외주에 고정되어 상기 포일의 내주측을 지지하는 베어링 내륜을 구비하고,
    상기 포일 변위 규제부는 상기 포일의 양쪽 외측에 마련되고, 한 쌍의 상기 포일 변위 규제부는 상기 회전축과 상기 베어링 내륜에 각각 마련된 것을 특징으로 하는 포일 베어링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포일 변위 규제부는 상기 회전축에 마련된 것을 특징으로 하는 포일 베어링 장치.
KR1020107000543A 2007-08-10 2008-05-27 포일 베어링 장치 KR20100039844A (ko)

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