KR20150052314A

KR20150052314A - 스러스트 베어링

Info

Publication number: KR20150052314A
Application number: KR1020157009351A
Authority: KR
Inventors: 아키히사 후루노
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-05-13
Also published as: EP2910802B1; US9810259B2; CN104769296A; CA2888183A1; KR101666092B1; CN104769296B; WO2014061698A1; EP2910802A4; EP2910802A1; US20150219147A1; CA2888183C; JP6065917B2; JPWO2014061698A1

Abstract

이 스러스트 베어링(3)은 스러스트 칼라(4)에 대향하는 복수의 탑 포일편(11)에 의해 형성되는 탑 포일(10)과, 탑 포일편을 각각 지지하는 복수의 백 포일편(21)에 의해 형성되는 백 포일(20)과, 백 포일편을 각각 지지하는 복수의 지지 영역(31)을 갖는 베이스 플레이트(30)를 구비한다. 지지 영역은 제1 경계선(31b)과, 이 제1 경계선의 스러스트 칼라의 회전 방향측에 배치되는 제2 경계선(31a)에 의해 구획되는 경사면(32)을 가지고 있다. 경사면의 높이는 제1 경계선으로부터 제2 경계선으로 향함에 따라 증가하고 있다. 또한, 백 포일편은 제1 경계선으로부터 제2 경계선까지 연속적으로 형성되어 있는 경사면 내에 배치되어 있다.

Description

스러스트 베어링{Thrust bearing}

본 발명은 스러스트 베어링에 관한 것이다.

본원은 2012년 10월 16일에 출원된 일본특허출원 2012-228892호에 따라 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 고속 회전체용 베어링으로서 회전축에 설치된 스러스트 칼라에 대향하게 배치되는 스러스트 베어링이 알려져 있다. 이러한 스러스트 베어링으로는 포일식 스러스트 베어링이 잘 알려져 있다. 이 포일식 스러스트 베어링은 베이스가 되는 원환판(圓環板) 형상의 판재(베이스 플레이트) 상에, 범프 포일이라고 불리는 얇은 판재로 이루어진 파형판(波形板)이 복수매 원환상으로 배치되고, 또한 그 위에, 탑 포일이라고 불리는 박판이 범프 포일과 동일 매수로 배치되어 구성된다(예컨대, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

이러한 구성에 의해 포일식 스러스트 베어링은, 스러스트 베어링면(탑 포일)에 대해 스러스트 칼라가 근접한 상태에서 회전하면, 스러스트 칼라와 탑 포일 사이에 쐐기 효과에 의한 공기막(유체 윤활막)을 형성하고, 이 공기막에 의해 스러스트 칼라를 지지한다. 쐐기 효과란, 넓은 간극으로부터 좁은 간극을 향해 유체가 흐르면, 좁은 간극에서 압력이 발생하는 현상이다. 이러한 효과, 즉 좁은 간극에서 발생한 압력에 의해, 스러스트 베어링은 하중(스러스트 칼라)을 지지한다.

따라서, 포일식 스러스트 베어링에 있어서 효율적 쐐기 효과를 얻으려면, 스러스트 칼라와 탑 포일 사이에 넓은 간극과 좁은 간극을 연속적으로 형성하도록 스러스트 칼라의 회전 방향에 대해 탑 포일의 높이를 변화시킬 필요가 있다. 이와 같이 탑 포일의 높이를 변화시키기 위해, 종래에는 스러스트 칼라의 회전 방향을 따라 범프 포일의 높이(범프(산)의 높이)를 변화시키고 있다.

또한, 하기 특허 문헌 3~6에도, 스러스트 칼라를 지지하는 스러스트 베어링이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공표특허공보 2008-513701호 공보 특허문헌 2 : 일본 공표특허공보 2008-501922호 공보 특허문헌 3 : 일본 공개특허 1986-92316 특허문헌 4 : 일본 공개특허 2002-349551 특허문헌 5 : 일본 공개특허 1988-195412 특허문헌 6 : 일본 공개특허 1984-187111

그러나, 범프 포일은 0.1 mm 정도의 박판으로 이루어지므로, 1산 마다 산의 높이를, 예컨대 수십 μm 변화시키는 가공은 어려우며, 비록 가공이 가능하다 하더라도, 제조비용이 대폭 상승하는 경우가 있다. 또한 가공 정밀도도 낮아지기 때문에, 탑 포일의 높이를 설계대로 높은 정밀도로 변화시키는 것은 어렵다.

또한, 범프 포일의 산의 높이를 바꾸지 않고, 그 위에 배치하는 탑 포일의 압압력에 의해 범프 포일의 산의 눌림량을 조금씩 바꿈으로써, 탑 포일의 높이를 변화시키는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 그 경우에도, 탑 포일의 높이를 설계한 대로 고정밀도로 변화시키는 것은 매우 어렵다.

이와 같이 탑 포일의 높이를 고정밀도로 변화시키지 못한다면, 양산성이 떨어져 제조비용이 상승하게 된다. 또한, 베어링 부하 능력을 미리 설계하지 못하게 되므로, 성능 평가가 어려워 실용성이 낮아질 가능성이 있다.

본 발명은 상기 사정에 따라 이루어진 것으로, 탑 포일의 높이를 고정밀도로 변화시킬 수 있고, 그에 따라 베어링 부하 능력의 사전 설계를 가능하게 하는 우수한 스러스트 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1의 실시 형태에서는, 회전축에 설치된 스러스트 칼라에 대향하게 배치되는 스러스트 베어링은, 상기 스러스트 칼라에 대향하게 배치되는 탑 포일과, 상기 탑 포일의, 상기 스러스트 칼라에 대향하는 면과 반대측의 면에 대향하게 배치되고, 이 탑 포일을 지지하는 백 포일과, 상기 백 포일의 상기 탑 포일과 반대측에 배치되고, 이 백 포일을 지지하는 원환판 형상의 베이스 플레이트를 구비한다. 상기 백 포일은 상기 베이스 플레이트의 둘레 방향으로 배열된 복수의 백 포일편에 의해 형성되어 있다. 상기 탑 포일은 상기 복수의 백 포일편 상에 각각 설치된 복수의 탑 포일편에 의해 형성되어 있다. 상기 베이스 플레이트는 상기 복수의 백 포일편을 각각 지지함과 동시에, 상기 둘레 방향으로 배열된 복수의 지지 영역을 가지고 있다. 상기 지지 영역은 제1 경계선과, 상기 제1 경계선의 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측에 배치되는 제2 경계선에 의해 구획되는 경사면을 가지고 있다. 이 경사면의 높이가 상기 제1 경계선으로부터 상기 제2 경계선으로 향함에 따라 증가하고 있다. 이 경사면은 상기 제1 경계선으로부터 상기 제2 경계선까지 연속적으로 형성되어 있다. 또한, 상기 백 포일편은 상기 경사면 내에 배치되어 있다.

본 발명의 제1의 실시 형태에 의하면, 백 포일편을 지지하는 베이스 플레이트의 각 지지 영역에, 제1 경계선으로부터 제2 경계선으로 향함에 따라 높이가 증가하는 경사면을 형성하고 있으므로, 이 경사면 상에 백 포일편을 개재하여 탑 포일편을 설치함으로써, 탑 포일편의 높이를 경사면을 따라 고정밀도로 변화시킬 수 있다. 또한, 그 때, 백 포일편에 대해서는 높이를 변화시키지 않고 일정한 높이로 제작하면 되므로, 가공 비용을 억제할 수 있다.

본 발명의 제2의 실시 형태에서는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서, 상기 제2 경계선은 상기 베이스 플레이트의 반경 방향을 따라 형성되어 있다. 또한, 상기 경사면은 상기 제2 경계선과 직교하는 방향으로 경사져 있다.

본 발명의 제2의 실시 형태에 의하면, 경사면의 가공을 용이하게 함과 동시에, 이 경사면에 대응하여 백 포일편의 가공도 용이하게 행할 수 있다.

본 발명의 제3의 실시 형태에서는, 상기 제1 또는 제2의 실시 형태에 있어서, 상기 탑 포일편의, 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측 단연부(端緣部)는 그 높이가 일정하게 형성되어 있다.

본 발명의 제3의 실시 형태에 의하면, 쐐기 효과에 의해 발생하는 압력을 보다 높일 수 있으므로, 스러스트 베어링의 베어링 부하 능력을 더욱 높일 수 있다.

본 발명의 제4의 실시 형태에서는, 상기 제1 내지 제3 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 탑 포일편은 상기 스러스트 칼라의 회전 방향과 반대측의 단연부에서 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있다.

본 발명의 제4의 실시 형태에 의하면, 스러스트 칼라의 회전 방향측에서의 탑 포일편의 단연부는 백 포일을 개재하여 베이스 플레이트로부터 떨어진 상태가 되므로, 스러스트 칼라와의 사이가 좁아지며, 따라서, 양호한 쐐기 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제5의 실시 형태에서는, 상기 제1 내지 제4 중 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 백 포일편은 복수의 산부(山部)와 복수의 골부(谷部)를 교대로 배치한 파형판 형상으로 형성되어 있다.

본 발명의 제5의 실시 형태에 의하면, 백 포일편에 의해 탑 포일편을 탄성적으로 지지할 수 있다.

본 발명의 제6의 실시 형태에서는, 상기 제5의 실시 형태에 있어서, 상기 백 포일편은 상기 복수의 산부의 배열 방향이 상기 경사면의 경사 방향과 일치하도록 배치되어 있다.

본 발명의 제6의 실시 형태에 의하면, 백 포일편의 복수의 산부의 높이를 동일하게 형성함으로써, 탑 포일편의 높이를 베이스 플레이트의 경사면에 맞추어 변화시킬 수 있다. 따라서, 백 포일편의 가공을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 제7의 실시 형태에서는, 상기 제6의 실시 형태에 있어서, 상기 백 포일편은 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측 단연부에서 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있다.

본 발명의 제7의 실시 형태에 의하면, 백 포일편의 골부의 형성 방향을 따라, 예컨대 용접에 의해 백 포일편을 베이스 플레이트에 고정할 수 있어, 고정을 용이하게 행할 수 있다.

본 발명의 스러스트 베어링에 의하면, 베이스 플레이트의 각 지지 영역에 경사면을 형성하고, 이 경사면 상에 백 포일편을 개재하여 탑 포일편을 설치함으로써, 탑 포일편의 높이를 경사면을 따라 고정밀도로 변화시키고 있다. 이에 따라, 가공을 용이하게 하여 스러스트 베어링의 양산성을 향상시키고, 그 제조비용의 절감을 꾀할 수 있다. 또한, 스러스트 베어링의 베어링 부하 능력을 미리 고정밀도로 설계할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스러스트 베어링이 적용되는 터보 기계의 일예를 나타내는 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스러스트 베어링을 나타내는, 일부를 단면 표시한 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 2B－2B선 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 베이스 플레이트의 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 주요 부위의 분해 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 주요 부위의 측단면도이다.
도 4b는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 베이스 플레이트의 사시도이다.
도 4c는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 변형예의 주요 부위의 측단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 주요 부위의 측단면도이다.
도 5b는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 베이스 플레이트의 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 스러스트 베어링을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 이하의 도면에서는 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해, 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능, 구성을 갖는 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하고, 또한 본 발명에 직접 관계가 없는 요소는 도시를 생략한다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 본 발명의 스러스트 베어링이 적용되는 터보 기계의 일예를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 도 1 중 부호 1은 회전축, 부호 2는 회전축의 선단부에 설치된 임펠러, 부호 3은 본 발명에 따른 스러스트 베어링을 나타내고 있다.

회전축(1)에는 임펠러(2)가 형성된 위치 근방에 스러스트 칼라(4)가 고정되어 있다. 이 스러스트 칼라(4)를 사이에 두고 한쌍의 스러스트 베어링(3)이 배치되어 있다.

또한, 임펠러(2)는 정지 부재인 하우징(5) 내에 배치되어 있고, 하우징(5)과의 사이에 팁 클리어런스(tip clearance; 6)가 형성되어 있다.

또한, 회전축(1)에는 스러스트 칼라(4)보다 회전축(1)의 중앙 가까이에 래디얼 베어링(7)이 설치되어 있다.

도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b는 이러한 구성의 터보 기계에 적용된 제1 실시 형태에 있어서의 스러스트 베어링(3A(3))를 도시한 도면이다. 도 2a는 스러스트 베어링(3A(3))의, 일부를 단면 처리한 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 2B－2B선 단면도이다. 또한, 도 3a는 베이스 플레이트의 사시도이며, 도 3b는 스러스트 베어링(3A(3))의 주요 부위의 분해 사시도이다.

이 제1 실시 형태의 스러스트 베어링(3A(3))은, 도 1에서 스러스트 칼라(4)보다 임펠러(2)에 가까운 위치에 배치된 베어링이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 도 1에서 임펠러(2)에 가까운 위치에 배치된 스러스트 베어링(3A(3)), 및 도 1에서 스러스트 칼라(4)를 사이에 두고 그 반대측, 즉 래디얼 베어링(7)에 가까운 위치에 배치된 스러스트 베어링(3)은 동일한 구성 요소를 각각 구비하고 있다. 단, 래디얼 베어링(7)에 가까운 스러스트 베어링(3)은, 스러스트 베어링(3A(3))의 구성이 도 1에서의 좌우 방향에서 반대가 되는 구성을 구비하고 있다.

도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 스러스트 베어링(3A(3))은 회전축(1)에 고정된 원판상의 스러스트 칼라(4)에 대향하게 배치된 원환상(원통형)의 베어링이고, 회전축(1)을 둘러싸도록 설치되어 있다. 이 스러스트 베어링(3A)은, 도 2b, 도 3b에 도시한 바와 같이, 스러스트 칼라(4)에 대향하게 배치되는 탑 포일(10)과, 이 탑 포일(10)의 스러스트 칼라(4)에 대향되는 면과 반대측의 면에 대향하게 배치된 백 포일(20)과, 이 백 포일(20)의 상기 탑 포일(10)과 반대측에 배치된 원환판 형상의 베이스 플레이트(30)를 구비하여 구성되어 있다.

베이스 플레이트(30)는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 금속제의 원환판 형상의 부재이다. 베이스 플레이트(30)의 스러스트 칼라(4)에 대향하는 면에는 백 포일(20)이나 탑 포일(10)을 지지하기 위한 지지 영역이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 백 포일(20)이 복수매(6매)의 백 포일편(21)에 의해 형성되고, 탑 포일(10)이 복수매(6매)의 탑 포일편(11)에 의해 형성되어 있다. 따라서 베이스 플레이트(30)는 그 표면 영역을 둘레 방향으로 6분할(6개로 등분할)하여 형성됨과 동시에, 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향으로 배열되어 있는 6개의 지지 영역(31)을 가지고 있다. 즉, 도 3b에 도시한 바와 같이, 각 지지 영역(31)은, 각각 백 포일편(21), 탑 포일편(11)을 지지하도록 구성되어 있다. 각 지지 영역(31)은 평면에서 보아 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.

또한, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 각 지지 영역(31) 전체에는, 도 3a 중에 화살표 Q로 나타내는 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향을 따라 높이가 증가하는 경사면(32)이 각각 형성되어 있다. 즉, 경사면(32)의 높이(회전축(1)의 축방향에서의 높이)가 스러스트 칼라(4)의 회전 방향을 향함에 따라 증가하고 있다. 또한, 본 발명에서 「회전 방향을 따라 경사면의 높이가 증가한다」는 것은, 원환판 형상의 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향을 따라 높이가 점차 증가하는 것만을 의미하는 것이 아니라, 대략 회전 방향으로 향하는 방향, 예컨대 베이스 플레이트(30)의 접선 방향 등을 향함에 따라 점차 높이가 증가하는 것도 의미하고 있다.

본 실시 형태에서는, 인접한 지지 영역(31)간의 경계선(31a)은 베이스 플레이트(30)의 반경 방향을 따라 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 인접한 지지 영역(31) 사이에는 회전축(1)의 축방향으로 평행한 경계면(33)이 설치되어 있고, 경계면(33)을 개재하여 인접한 지지 영역(31)이 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서 경계면(33)은 축방향으로 평행하게 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 축방향과 소정의 각도를 형성하도록 배치하는 것도 가능하다. 경계면(33)의 스러스트 칼라(4) 근처의 연부(緣部)에는 일방의 지지 영역(31)과의 경계선(31a)(제2 경계선)이 설치되고, 경계면(33)의 경계선(31a)과 반대측 연부에는 타방의 지지 영역(31)과의 경계선(31b)(제1 경계선)이 설치되어 있다. 경사면(32)은 경계선(31a, 31b)에 의해 구획되어 있다. 각 지지 영역(31)에 있어서, 경계선(31a)은 경계선(31b)의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측(회전 방향 진행측)에 배치되어 있다.

경계선(31a)은 회전축(1)의 중심축에 수직인 평면 내에 위치하고 있다. 즉, 경계선(31a)의 높이(상기 중심축 방향에서의 높이)는 그 길이 방향에서 동일하게 되어 있다.

경사면(32)은 각각의 경사면(32)이 형성되는 지지 영역(31)에서의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측(회전 방향 진행측) 경계선(31a)(제2 경계선)과 직교하는 방향으로 경사져 있다. 즉, 도 3a 중 화살표 P로 나타내는 바와 같이, 이 스러스트 칼라(4)의 회전 방향(Q)측 경계선(31a)으로부터 이 경계선(31a)과 직교하는 방향으로 높이가 점차 낮아지도록 경사져 있다. 따라서, 각 경계선(31a)이 형성된 부분에서는 인접한 지지 영역(31) 중 일방의 지지 영역(31)과 타방의 지지 영역(31) 사이에 단차가 형성되어 있다. 또한, 상기 화살표 P 방향은, 도 2a에 도시한 화살표 2B－2B를 연결하는 선의 방향과 일치하고 있고, 따라서 도 2b는 화살표 P 방향을 따르는 단면을 화살표 P 방향과 직교하는 방향에서 본 단면도이다.

경사면(32)은 경계선(31a)과 직교하는 방향으로 경사져 있다. 이에 따라, 경사면(32) 내의 어느 하나의 위치에서, 경계선(31a)과 평행한 직선을 상정한 경우, 그 직선의 높이는 그 길이 방향에서 동일하게 되어 있다.

또한, 경사면(32)은 경계선(31b)으로부터 경계선(31a)으로 향함에 따라, 그 높이가 증가하도록 형성되어 있다. 또한, 경사면(32)은 경계선(31b)으로부터 경계선(31a)까지 연속적으로 형성되어 있고, 경사 각도가 급격히 변화하는 오목부나 볼록부 등이 그 경사면 내에 설치되어 있지 않다. 본 실시 형태의 경사면(32)은 경계선(31b)으로부터 경계선(31a)까지 일정한 경사 각도를 가지도록 형성되어 있다. 또한, 경사면(32)은 베이스 플레이트(30)의 직경 방향에서 보았을 때, 경계선(31b)으로부터 경계선(31a)까지의 범위에서 전체적으로 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 약간 만곡되게 경사져 있어도 무방하다.

경계선(31a, 31b)은 베이스 플레이트(30)의 직경 방향을 따라 형성되어 있다. 또한 본 실시 형태의 경계선(31a, 31b)은 베이스 플레이트(30)의 중심(회전축(1)의 중심)을 통과하는 직경선 상(또는 이 직경선 근방)에 위치하고 있다. 이에 따라, 본 실시 형태의 각 지지 영역(31)은 내주측 원호와 내주측 원호보다 긴 외주측 원호가 한쌍의 직경선에 의해 접속된 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 지지 영역(31)에서의 내주측 원호와 경계선(31a)과의 접속부에서는, 이 내주측 원호의 접선과 경계선(31a)이 서로 대략 직교하고 있다. 마찬가지로, 지지 영역(31)에 있어서의 외주측 원호와 경계선(31a)과의 접속부에서는, 이 외주측 원호의 접선과 경계선(31a)이 서로 대략 직교하고 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 경계선(31a, 31b)은 베이스 플레이트(30)의 중심을 통과하는 직경선 상에 위치하고 있지만, 이 직경선에 평행하면서, 또한 이 직경선으로부터 이격된 위치에 설치될 수도 있다. 또한, 경계선(31b)은 베이스 플레이트(30)의 중심을 통과하는 직경선과 소정의 각도를 형성하도록 배치될 수도 있다.

도 2a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 백 포일(20)은 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향으로 배열된 6매의 백 포일편(21)에 의해 형성되어 있다. 이들 백 포일편(21)은 베이스 플레이트(30)의 각 지지 영역(31) 상에 각각 배치되고, 따라서, 경사면(32) 상에 배치되며, 이에 따라 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향으로 배열되어 있다. 백 포일편(21)은 경사면(32) 내에 배치되어 있다. 또한, 이 백 포일편(21)은 후술하는 탑 포일편(11)보다 평면에서 볼 때 약간 작게 형성되어 있다. 따라서, 도 2a에 도시한 바와 같이, 백 포일편(21)은 베이스 플레이트(30) 상에서 스러스트 칼라(4)에 대해 노출되지 않고, 탑 포일편(11)에 덮여 있다.

이 백 포일편(21)으로 이루어진 백 포일(20)은 포일(박판)로 형성되어 있고, 탑 포일(10)(탑 포일편(11))을 탄성적으로 지지한다. 이러한 백 포일(20)로서는, 예컨대, 범프 포일, 일본 공개특허 2006-57652호 공보나 일본 공개특허 2004-270904호 공보 등에 기재되어 있는 스프링 포일, 일본 공개특허 2009-299748호 공보 등에 기재되어 있는 백 포일 등이 이용된다. 또한, 일본 공개특허 2006-57652호 공보나 일본 공개특허 2004-270904호 공보에 기재되어 있는 스프링 포일, 일본 공개특허 2009-299748호 공보에 기재되어 있는 백 포일은 래디얼 베어링에 이용되는 포일이지만, 이것들을 평면상으로 전개하여 원환판 형상으로 형성하면, 스러스트 베어링에 이용되는 포일이 된다.

본 실시 형태에서는, 도 2b, 도 3b에 도시한 바와 같이, 백 포일(20)이 범프 포일로 이루어져 있고, 따라서 백 포일편(21)은 범프 포일편으로 이루어져 있다. 백 포일편(21)(범프 포일편)은 포일(금속제 박판)이 파형판 형상으로 성형되고, 도 2a에 도시한 바와 같이, 전체가 탑 포일편(11)보다 약간 작은 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 파형판 형상으로 성형된 백 포일편(21)은, 도 2b, 도 3b에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(30)에 접하는 복수의 골부(22)와, 탑 포일편(11)에 접하는 복수의 산부(23)(범프)가 교대로 배치되게 형성되어 있다. 이들 골부(22) 및 산부(23)는 지지 영역(31)의 경사면(32)의 경사 방향을 따라, 즉 도 3a 중의 화살표 P 방향으로 나타내는 경사 방향을 따라 배열되어 있다. 즉, 골부(22), 산부(23)의 배열 방향은 경사면(32)의 경사 방향(화살표 P로 나타내는 경사 방향)과 일치하고 있다.

이 골부(22)와 산부(23)는 경사 방향에 걸쳐 대략 동일한 피치로 형성되고, 또한 산부(23)의 높이는 균일하게 형성되어 있다. 따라서, 산부의 높이를 변화시켜야 했던 종래 구조에 비해, 그 가공이 용이하다.

또한, 백 포일편(21)은 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측 단연부(21a), 즉 단연부(21a)가 되는 골부(22)의 형성 방향을 따라 베이스 플레이트(30)에 스폿 용접되어 고정되어 있다. 그 때, 도 3b에 도시한 바와 같이, 백 포일편(21)의 단연부(21a)는 전체가 연속되는 하나의 골부(22)에 의해 형성되어 있으므로, 이 골부(22) 전체를 용이하게 베이스 플레이트(30)에 용접할 수 있다. 따라서, 백 포일편(21)은 용접에 의한 고정을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 베이스 플레이트(30)에 대한 단연부(21a)의 고정에 대해서는 스폿 용접 이외에도, 예컨대 나사 고정 등의 일반적인 기계적 고정 방법에 의해 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 백 포일편(21)의, 경계선(31a) 근방에 위치하는 단연부(21a)가 베이스 플레이트(30)에 고정되어 있지만, 이에 한정되지 않으며, 백 포일편(21)의, 경계선(31b) 근방에 위치하는 단연부가 베이스 플레이트(30)에 고정되는 것도 가능하다.

백 포일편(21)은 대략 사다리꼴 형상으로 형성된 지지 영역(31)이나 경사면(32)과 상사(相似)형으로 형성되어 있다. 그 때문에, 본 실시 형태의 백 포일편(21)은 내주측 원호와 외주측 원호가 한쌍의 직경선에 의해 접속된 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 백 포일편(21)에 있어서의 내주측 원호와 단연부(21a)의 접속부에서는 이 내주측 원호의 접선과 단연부(21a)가 서로 대략 직교하고 있다. 마찬가지로, 백 포일편(21)에 있어서의 외주측 원호와 단연부(21a)의 접속부에서는 이 외주측 원호의 접선과 단연부(21a)가 서로 대략 직교하고 있다.

탑 포일(10)도, 도 2a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향으로 배열된 6매의 탑 포일편(11)에 의해 형성되어 있다. 이 탑 포일편(11)은 금속제 박판(포일)에 의해 지지 영역(31)과 대략 동일한 형상, 즉 부채꼴형으로부터 그 정점을 포함한 부분을 제외한, 상저(직경 방향 내측의 변), 하저(직경 방향 외측의 변)을 각각 원호상으로 하는 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 이러한 형상의 탑 포일편(11)은 베이스 플레이트(30)의 각 지지 영역(31) 상에 백 포일편(21)을 덮어 각각 배치되고, 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향으로 등간격으로 배열되어, 전체적으로 원환판 형상으로 배치됨으로써, 탑 포일(10)을 형성하고 있다.

또한, 탑 포일편(11)은, 도 2a에 도시한 바와 같이, 지지 영역(31)보다 약간 작게 형성됨과 동시에, 백 포일편(21)보다 약간 크게 형성되어 있다. 이에 따라 복수의 탑 포일편(11)은 상호 간섭 없이 배치되어 있다. 또한, 탑 포일편(11)은 백 포일편(21)을 스러스트 칼라(4)에 대해 노출시키지 않고, 그 상면을 덮은 상태에서 각 지지 영역(31)에 배치되어 있다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 백 포일편(21)을 탑 포일편(11)과 동일한 크기로 형성할 수도 있고, 또는 탑 포일편(11)보다 크게 형성할 수도 있다.

또한, 이 탑 포일편(11)은 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측 단연부(11a)(리딩 에지)에서 베이스 플레이트(30)에 스폿 용접으로 직접 고정되어 있다. 이에 따라, 단연부(11a)는 고정단으로 되어 있다. 한편, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측 단연부(11b)(트레이딩 에지)는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 고정되지 않고 단순히 백 포일편(21)의 산부(23) 상에 지지된 자유단으로 되어 있다. 또한, 베이스 플레이트(30)에 대한 탑 포일편(11)의 단연부(11a)의 고정에 대해서는 스폿 용접 이외에도, 예컨대 나사 고정 등의 일반적인 기계적 고정 방법에 의해 행할 수 있다.

본 실시 형태의 단연부(11a)는 경사면(32) 중 그 높이가 가장 낮아지는 경계선(31b) 근방에 고정되어 있다(도 2b, 도 3a 참조). 또한 이에 한정되지 않고, 하나의 경사면(32)에 배치되어 있는 탑 포일편(11)의 단연부(11a)가 인접하는 다른 경사면(32) 중 그 높이가 가장 높아지는 경계선(31a) 근방에 고정될 수도 있다.

단연부(11b)는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 인접한 지지 영역(31)간의 경계선(31a)와 평행하게 배치되어 있고, 따라서 베이스 플레이트(30)의 경사면(32) 상의 동일 높이 위치에 백 포일편(21)을 개재하여 배치되어 있다. 또한, 백 포일편(21)은 그 복수의 산부(23)의 배열 방향이 경사면(32)의 경사 방향과 일치하고 있고, 따라서 산부(23)는 그 길이 방향에서 높이가 일정하게 되어 있다. 따라서, 단연부(11b)는 베이스 플레이트(30)의 경사면(32) 상의 동일 높이 위치에 배치되고, 또한 높이가 일정하게 형성된 백 포일편(21)의 산부(23) 상에 지지되어 있음으로써, 그 높이가 일정하게 되어 있다. 환언하면, 단연부(11b)의 높이는 그 길이 방향에서 동일하게 되어 있다. 즉, 단연부(11b)는 탑 포일편(11)에 있어서 가장 높이가 높아지도록 위치하고, 따라서 스러스트 칼라(4)의 비회전시에 단연부(11b)는 스러스트 칼라(4)에 대해 가장 근접하도록 배치되어 있다.

이어서, 이러한 구성으로 이루어진 스러스트 베어링(3A(3))의 작용에 대해 설명하기로 한다.

회전축(1)이 고속 회전하면, 스러스트 칼라(4)와 스러스트 베어링(3A(3))의 베어링면인 탑 포일편(11)(탑 포일(10))과의 사이에, 쐐기 효과에 의한 공기막(유체 윤활막)이 형성된다. 즉, 탑 포일편(11)은 산부(23)의 높이가 일정하게 형성되어 배치된 백 포일편(21)을 개재하여, 지지 영역(31)에 형성된 경사면(32) 상에 배치되어 있다. 이에 따라, 탑 포일편(11)의 높이는 경사면(32)의 경사를 따라 단연부(11a)로부터 단연부(11b)를 향해 점차 높아지고 있다.

따라서, 스러스트 칼라(4)와 탑 포일편(11) 사이의 간극은 단연부(11a)로부터 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향측이 되는 단연부(11b)를 향해 점차 좁아지고, 그에 따라 특히 단연부(11b)에 대해 쐐기 효과에 의한 압력이 발생하여 공기막(유체 윤활막)이 형성된다. 이러한 쐐기 효과에 의해 공기막이 형성됨으로써, 스러스트 베어링(3A(3))은 하중(스러스트 칼라(4))을 안정적으로 지지한다.

본 실시 형태의 스러스트 베어링(3A(3))에서는, 백 포일편(21)(범프 포일편)을 지지하는 베이스 플레이트(30)의 각 지지 영역(31)에, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향을 따라 높이가 증가하는 경사면(32)을 형성하고 있다. 이에 따라, 이 경사면(32) 상에 백 포일편(21)을 개재하여 탑 포일편(11)을 설치함으로써, 탑 포일편(11)의 높이를 경사면(32)을 따라 고정밀도로 변화시킬 수 있다. 또한, 그 때, 백 포일편(21)에 대해서는, 산부(23)의 높이를 변화시키지 않고 일정한 높이로 제작하면 되므로, 그 가공 비용을 억제할 수 있다.

따라서, 이 스러스트 베어링(3A(3))에 의하면, 가공을 용이하게 하여 양산성을 향상시키고, 제조비용의 저감화를 도모할 수 있다. 또한, 가공이 용이해져 불균일이 적어지므로, 베어링 부하 능력을 미리 고정밀도로 설계할 수 있다.

또한, 경사면(32)을 베이스 플레이트(30)의 반경 방향을 따라 형성된 경계선(31a)과 직교하는 방향으로 경사시키고 있으므로, 경사면(32)의 가공을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 이 경사면(32)의 형상에 대응하여 백 포일편(21)(범프 포일편)의 가공도 용이하게 행할 수 있다. 즉, 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향을 따라 점차 높이가 증가하도록 경사면을 형성하는 경우, 이 경사면은 평면이 아닌 곡면(만곡면)이 되어 그 가공이 어려워진다. 또한, 이러한 곡면으로 이루어진 경사면에 대응하여 범프 포일편을 형성하고자 하면, 산부와 골부를 서로 평행하게 형성하는 것이 아니라, 산부나 골부의 피치가 베이스 플레이트(30)의 내주측에서 좁고, 외주측에서 넓어지도록 형성할 필요가 있으며, 역시 그 가공이 어려워진다. 이에 대해 본 실시 형태에서는 경사면(32)이 평면이 되고, 범프 포일편의 산부나 골부도 동일 피치로 서로 평행하게 형성하면 되므로, 그 가공이 용이해진다.

단, 본 발명에서는, 베이스 플레이트(30)의 둘레 방향을 따라 점차 높이가 증가하도록 경사면을 형성해도 되며, 그 경우, 범프 포일편을 그 산부나 골부의 피치가 베이스 플레이트(30)의 내주측에서 좁고, 외주측에서 넓어지도록 형성할 수도 있다. 그 경우에도, 베이스 플레이트(30)에 경사면(32)를 형성함으로써, 범프 포일(범프 포일편)의 산부의 높이를 1산 마다 변화시키는 가공을 행할 필요가 없으므로, 종래의 기술에 비해 가공이 용이해져 제조비용을 억제할 수 있다.

또한, 탑 포일편(11)의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측 단연부(11b)의 높이를 일정하게 형성하고 있으므로, 쐐기 효과에 의해 발생하는 압력을 보다 높일 수 있고, 따라서 베어링 부하 능력을 더욱 높일 수 있다. 즉, 쐐기 효과에 의해 가장 높은 압력을 발생시키는, 탑 포일편(11)에서 높이가 높은 부위(스러스트 칼라(4)와의 간극을 가장 좁게 하는 부위)를 단연부(11b) 전체(베이스 플레이트(30)의 직경 방향에 걸치는 범위)로 하고 있으므로, 단연부(11b)의 일부만이 높아져 있는 경우 등에 비해 발생하는 압력을 높일 수 있다.

또한, 탑 포일편(11)을 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측 단연부(11a)에서 베이스 플레이트(30)에 고정하고 있으므로, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측 단연부(11b)가 백 포일편(21)(백 포일(20))을 개재하여 베이스 플레이트(30)로부터 뜬 상태가 되어, 스러스트 칼라(4)와의 사이가 좁아진다. 따라서, 단연부(11b)에서 상기한 바와 같이 양호한 쐐기 효과를 얻을 수 있다.

또한, 백 포일편(21)을, 그 산부(23) 및 골부(22)의 배열 방향이 경사면(32)의 경사 방향과 일치하도록 배치하고 있으므로, 산부(23)의 높이를 동일하게 형성함으로써, 탑 포일편(11)의 높이를 베이스 플레이트(30)의 경사면(32)에 맞추어 변화시킬 수 있다. 따라서, 백 포일편(21)은 그 산부(23)의 높이를 동일하게 형성하면 되므로, 백 포일편(21)의 가공을 용이하게 할 수 있다.

또한, 백 포일편(21)을, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측 단연부(21a)에서 베이스 플레이트(30)에 고정하고 있으므로, 백 포일편(21)의 골부(22)의 형성 방향(베이스 플레이트(30)의 직경 방향)을 따라, 예컨대 스폿 용접으로 베이스 플레이트(30)에 고정할 수 있고, 따라서 그 고정을 용이하게 행할 수 있다.

스러스트 베어링(3)에서는, 탑 포일편(11)으로부터 작용하는 하중에 의해 백 포일편(21)(범프 포일편)의 산부(23)가 경사면(32)을 따르는 방향으로 펴지고, 각 산부(23)가 상기 방향으로 슬라이딩함으로써 유연한 스프링 특성이 발휘된다. 여기서, 산부(23)(골부(22))의 슬라이딩이 경사면(32)과의 저항 등에 의해 제한되면, 산부(23)의 적절한 슬라이딩이 어려워져, 베어링의 스프링 정수가 과도하게 상승하는 경우가 있다. 이 경우, 두께 수 마이크로미터로 형성되는 유체 윤활막의 변화에 탑 포일이 적절히 추종하지 못하고, 충격 등에 의해 유체 윤활막이 파단되어 스러스트 칼라와 탑 포일이 접촉할 가능성이 있다. 이 접촉에 의해, 베어링의 정상적인 동작이 방해될 가능성이 있다.

본 실시 형태의 경사면(32)은 경계선(31b)으로부터 경계선(31a)까지 연속적으로 형성되어 있고, 경사 각도가 급격히 변화하는 오목부나 볼록부 등이 그 경사면 내에 설치되어 있지 않다. 또한, 백 포일편(21)은 이러한 경사면(32) 내에 배치되어 있다. 그 때문에, 탑 포일편(11)으로부터 하중을 받았을 때, 산부(23)의 슬라이드에 대한 경사면(32)의 저항을 저감할 수 있고, 낮은 하중에 대해서도 산부(23)는 유연하게 슬라이딩할 수 있다. 따라서, 베어링의 스프링 정수가 과도하게 상승하는 것을 방지하고, 탑 포일편(11)은 유체 윤활막의 변화에 적절히 추종할 수 있어, 양호한 유체 윤활막을 항상 유지할 수 있게 된다. 즉, 베어링의 정상적인 동작을 유지할 수 있다.

(제2 실시 형태)

이어서, 본 발명의 스러스트 베어링(3)의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.

제2 실시 형태의 스러스트 베어링(3B(3))이 제1 실시 형태의 스러스트 베어링(3A(3))과 주로 다른 점은, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(40)에 경사면과 평탄면을 형성한 점이다. 또한, 도 4a는 도 2b에 대응되는 위치에서의 측단면도이고, 도 4b는 베이스 플레이트(40)의 사시도이다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 베이스 플레이트(40)는 제1 실시 형태의 베이스 플레이트(30)와 마찬가지로 6개의 지지 영역(31)을 가지며, 각 지지 영역(31)에 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향을 따라 높이가 증가하는 경사면(41)이 형성되어 있다. 또한, 인접한 지지 영역(31)간의 경계선(31a)은 본 실시 형태에서도 베이스 플레이트(40)의 반경 방향을 따라 형성되어 있다. 단, 제1 실시 형태에서는, 지지 영역(31) 전체에 경사면(32)을 형성하고 있는 반면, 본 실시 형태에서는, 지지 영역(31)의 일부, 즉 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측(경계선(31b)에 가까운 위치)에만 경사면(41)을 형성하고 있다. 또한, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측(회전 방향 진행측, 경계선(31a)에 가까운 위치)에는 평탄면(42)이 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 지지 영역(31)에는 경사면(41)과 평탄면(42)이 각각 형성되어 있다.

평탄면(42)은, 도 4a에 도시한 바와 같이, 경사면(41)의 가장 높은 위치(스러스트 칼라(4)의 회전 방향 진행측에서의 단부)로부터, 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향측 경계선(31a)까지 이어지는 평면이고, 경사면(41)과 달리 베이스 플레이트(40)의 이면과 평행한 면이다. 즉, 평탄면(42)은 부하의 치우침이 없는 정상적인 상태에서, 스러스트 칼라(4)의 외면(회전축(1)의 회전축에 수직인 면)에 대해 평행하게 배치되도록 형성된 면이다. 따라서, 평탄면(42)도, 회전축(1)의 축방향과 수직이 되게 배치되어 있다. 이 경사면(41)과 평탄면(42) 사이의 경계선(43)(제2 경계선)은, 도 4b에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(40)의 직경 방향을 따라 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 경계선(43)은 베이스 플레이트(40)의 중심을 통과하는 직경선 상(또는 그 근방)에 설치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 직경선으로부터 이격된 위치에 설치될 수도 있다.

또한, 경사면(41)은 경계선(43)과 직교하는 방향으로 높이가 점차 낮아지도록 경사져 있다(도 4b의 화살표 P 참조). 따라서, 본 실시 형태에서도, 각 경계선(31a)이 형성된 부분, 즉 경계선(31a)를 사이에 두고 인접한 일방의 지지 영역(31)과 타방의 지지 영역(31) 사이에 단차가 형성되어 있다.

경사면(41)은 경계선(43)과 직교하는 방향으로 경사져 있다. 이 때문에, 경사면(41) 내의 어느 하나의 위치에서, 경계선(43)과 평행한 직선을 상정하였을 경우, 이 직선의 높이는 그 길이 방향에서 동일하게 되어 있다.

경사면(41)은 경계선(31b)과 경계선(43)에 의해 구획되고, 경계선(31b)으로부터 경계선(43)으로 향함에 따라 그 높이가 증가하도록 형성되어 있다. 또한, 경사면(41)은 경계선(31b)으로부터 경계선(43)까지 연속적으로 형성되어 있고, 경사 각도가 급격하게 변화하는 오목부나 볼록부 등이 그 경사면 내에 설치되어 있지 않다. 본 실시 형태의 경사면(41)은 경계선(31b)으로부터 경계선(43)까지 일정한 경사 각도를 갖도록 형성되어 있다. 또한, 경사면(41)은 베이스 플레이트(40)의 직경 방향에서 보았을 때, 경계선(31b)으로부터 경계선(43)까지의 범위에서 전체적으로 오목한 형상 또는 볼록한 형상으로 약간 만곡되게 경사져 있어도 무방하다.

경계선(43)은 회전축(1)의 중심축에 수직인 평면 내에 위치하고 있다. 즉, 경계선(43)의 높이(상기 중심축 방향에서의 높이)는 그 길이 방향에서 동일하게 되어 있다.

본 실시 형태의 경사면(41)은 평면에서 보았을 때, 내주측 원호와 내주측 원호보다 긴 외주측 원호가 한쌍의 직경선에 의해 접속된 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 경사면(41)에 있어서의 내주측 원호와 경계선(43)의 접속부에서는, 이 내주측 원호의 접선과 경계선(43)이 서로 대략 직교하고 있다. 마찬가지로, 경사면(41)에 있어서의 외주측 원호와 경계선(43)의 접속부에서는, 이 외주측 원호의 접선과 경계선(43)이 서로 대략 직교하고 있다.

본 실시 형태의 스러스트 베어링(3)에서는, 지지 영역(31)의 경사면(41)에 있어서의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측에 인접하도록, 평탄면(42)을 형성하고 있다. 즉, 경사면(41)의 그 높이가 가장 높은 부위에 평탄면(42)을 접속하여 형성하고 있으므로, 도 4a에 도시한 바와 같이, 특히 스러스트 칼라(4)의 회전시에 탑 포일편(11)의 높이가 가장 높아지는 부분이 평탄면(42)에 해당하는 비교적 넓은 면적을 갖는다.

따라서, 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 초기에 공기막(유체 윤활막)이 형성될 때까지, 탑 포일편(11)의 일부만이 스러스트 칼라(4)에 접촉하여 손모(損耗)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 피크 하중(최대 하중)의 발생 면적을 넓게 취함으로써, 피크 하중을 낮출 수 있고, 스러스트 베어링(3)의 총 하중 부하 능력을 높일 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 비해 경사면(41)의 범위를 좁게 함으로써, 가공을 용이하게 할 수 있다.

이 제2 실시 형태에서는 이하에 설명하는 변형예를 생각할 수 있다. 도 4c는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 스러스트 베어링의 변형예의 주요 부위의 측단면도이다. 도 4c는, 도 2b(도 4a)에 대응된 위치에서의 측단면도이다.

이 변형예에서의 백 포일편(21)은 경사면(41) 내에 배치되어 있다. 탑 포일편(11)은 평면에서 보았을 때, 백 포일편(21)보다 약간 크게 형성되어 있고, 백 포일편(21)을 덮도록 배치되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 경사면(41)은 경계선(31b)으로부터 경계선(43)까지 연속적으로 형성되어 있고, 경사 각도가 급격하게 변화하는 오목부나 볼록부 등이 그 경사면 내에 설치되어 있지 않다. 백 포일편(21)은 이러한 경사면(41) 내에 배치되어 있기 때문에, 탑 포일편(11)으로부터 하중을 받았을 때, 산부(23)의 슬라이드에 대한 경사면(41)의 저항을 저감할 수 있고, 낮은 하중에 대해서도 산부(23)는 유연하게 슬라이딩할 수 있다. 따라서, 베어링의 스프링 정수의 과도한 상승을 방지하고, 탑 포일편(11)은 유체 윤활막의 변화에 적절히 추종할 수 있으며, 양호한 유체 윤활막을 항상 유지할 수 있게 된다. 즉, 베어링의 정상적인 동작을 유지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태 및 본 변형예의 단연부(11a)는 경사면(41) 중 그 높이가 가장 낮아지는 경계선(31b)의 근방에 고정되어 있다(도 4a~4c 참조). 베이스 플레이트(40)에 대한 단연부(11a)의 고정은 스폿 용접이나, 나사 고정 등의 일반적인 기계적 고정 방법에 의해 행할 수 있다. 또한, 하나의 지지 영역(31)에 배치되어 있는 탑 포일편(11)의 단연부(11a)가, 인접하는 다른 지지 영역(31)의 평탄면(42)의 경계선(31a) 근방에 고정되어 있어도 무방하다.

(제3 실시 형태)

이어서, 본 발명의 스러스트 베어링(3)의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.

제3 실시 형태의 스러스트 베어링(3C(3))이 제2 실시 형태의 스러스트 베어링(3B(3))과 다른 점은, 도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(50)에 형성되는 평탄면과 경사면 사이의 위치 관계를, 베이스 플레이트(50)의 둘레 방향에서 제2 실시 형태의 위치 관계와는 반대로 한 점이다. 또한, 도 5a는 도 2b에 대응된 위치에서의 측단면도이고, 도 5b는 베이스 플레이트(50)의 사시도이다.

도 5b에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 베이스 플레이트(50)는 제1 실시 형태의 베이스 플레이트(30)와 마찬가지로 6개의 지지 영역(31)을 가지며, 각 지지 영역(31)에 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향을 따라 높이가 증가하는 경사면(51)이 형성되어 있다. 또한, 인접한 지지 영역(31)간의 경계선(31a)은 본 실시 형태에서도 베이스 플레이트(50)의 반경 방향을 따라 형성되어 있다. 제1 실시 형태에서는, 지지 영역(31) 전체에 경사면(32)을 형성하고 있는 반면, 본 실시 형태에서는, 지지 영역(31)의 일부, 즉 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측(회전 방향 진행측)에만 경사면(51)이 형성되어 있다. 한편, 지지 영역(31)의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측에는 평탄면(52)이 형성되어 있다.

평탄면(52)은, 도 5a에 도시한 바와 같이, 경사면(51)의 가장 낮은 위치로부터 스러스트 칼라(4)(회전축(1))의 회전 방향과 반대측의 경계선(31b)까지 이어지는 평면이고, 제2 실시 형태의 평탄면(42)과 마찬가지로, 경사면(51)과 달리 베이스 플레이트(50)의 이면과 평행한 면이다. 즉, 부하의 치우침이 없는 정상적인 상태에서, 스러스트 칼라(4)의 외면(회전축(1)의 중심 축에 수직인 면)에 대해 평행하게 배치되도록 형성된 면이다. 이 경사면(51)과 평탄면(52) 사이의 경계선(53)은, 도 5b에 도시한 바와 같이, 경계선(31a)과 평행하게 형성되어 있다. 또한, 경사면(51)은 제1 실시 형태와 마찬가지로, 경계선(31a)과 직교하는 방향으로 높이가 점차 낮아지도록 경사져 있다. 따라서, 본 실시 형태에서도, 각 경계선(31a)이 형성된 부분, 즉 경계선(31a)을 사이에 두고 인접하는 일방의 지지 영역(31)과 타방의 지지 영역(31) 사이에 단차가 형성되어 있다.

본 실시 형태의 스러스트 베어링(3)에서는, 지지 영역(31)의 경사면(51)에서의 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측에 접속하여 평탄면(52)을 형성하고 있으므로, 제1 실시 형태에 비해 경사면(51)의 범위를 좁게 할 수 있어, 가공을 용이하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 백 포일편(21)의 스러스트 칼라(4)의, 회전 방향과 반대측 단연부가 되는 골부(22)를, 예컨대 경계선(53)과 평행하게 형성함으로써, 스러스트 칼라(4)의 회전 방향측이 아닌 회전 방향과 반대측 단연부(21b)의 골부(22)를 평탄면(52) 상에 고정할 수도 있다. 이 경우, 백 포일편(21)의 골부(22)의 형성 방향을 따라, 예컨대 스폿 용접으로 베이스 플레이트(50)에 고정할 수 있어, 그 고정을 용이하게 실행할 수 있다.

또한, 이와 같이 하면, 백 포일편(21)을 고정하는 부위와 탑 포일편(11)을 고정하는 부위를 모두 스러스트 칼라(4)의 회전 방향과 반대측 평탄면(52) 상에 가지런히 고정할 수 있고, 따라서 백 포일편(21)과 탑 포일편(11)의 상대적 위치 관계가 설계대로 되도록 고정밀도로 배치할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 복수의 실시 형태에는 한정되지 않는다. 즉, 상기 복수의 실시 형태에서 나타낸 각 구성 부재의 제형상이나 조합 등은 일예로서, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 따라, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 기타 변경이 가능하다.

예컨대, 상기 실시 형태에서는 베이스 플레이트의 지지 영역을 6개 형성하고, 이들 지지 영역에 각각 백 포일편(범프 포일편), 탑 포일편을 배치하였지만, 지지 영역이 복수이기만 한다면, 5개 이하여도 되고, 7개 이상이어도 된다. 그 경우, 백 포일편(범프 포일편)이나 탑 포일편의 수는 지지 영역의 수에 따라 변경된다.

또한, 베이스 플레이트의 지지 영역에 평탄면을 형성하는 경우, 제2 실시 형태나 제3 실시 형태와 같이 경사면의 일측에만 평탄면을 형성하는 대신에, 경사면의 양측, 즉 스러스트 칼라(4)의 둘레 방향에서의 양측에 평탄면을 각각 형성해도 된다.

또한, 지지 영역 위로의 탑 포일편이나 백 포일편(범프 포일편)의 배치, 경사면의 경사 방향, 지지 영역간의 경계선의 길이 방향, 평탄면과 경사면 사이의 경계선의 길이 방향 등 상기 실시 형태 이외에도 다양한 형태를 채용할 수 있다.

1 회전축
3, 3A, 3B, 3C 스러스트 베어링
4 스러스트 칼라
10 탑 포일
11 탑 포일편
11a 단연부
20 백 포일
21 백 포일편(범프 포일편)
22 골부
23 산부
30 베이스 플레이트
31 지지 영역
31a 경계선(제2 경계선)
31b 경계선(제1 경계선)
32 경사면
40 베이스 플레이트
41 경사면
42 평탄면
43 경계선(제2 경계선)
50 베이스 플레이트
51 경사면
52 평탄면

Claims

회전축에 설치된 스러스트 칼라에 대향하게 배치되는 스러스트 베어링으로서,
상기 스러스트 칼라에 대향하게 배치되는 탑 포일과,
상기 탑 포일의, 상기 스러스트 칼라에 대향하는 면과 반대측의 면에 대향하게 배치되어 상기 탑 포일을 지지하는 백 포일과,
상기 백 포일의, 상기 탑 포일과 반대측에 배치되고, 상기 백 포일을 지지하는 원환판(圓環板) 형상의 베이스 플레이트를 구비하고,
상기 백 포일은 상기 베이스 플레이트의 둘레 방향으로 배열된 복수의 백 포일편에 의해 형성되고,
상기 탑 포일은 상기 복수의 백 포일편 상에 각각 설치된 복수의 탑 포일편에 의해 형성되며,
상기 베이스 플레이트는 상기 복수의 백 포일편을 각각 지지함과 동시에, 상기 둘레 방향으로 배열된 복수의 지지 영역을 가지며,
상기 지지 영역은 제1 경계선과, 상기 제1 경계선의 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측에 배치되는 제2 경계선에 의해 구획되는 경사면을 가지고,
상기 경사면은 상기 제1 경계선으로부터 상기 제2 경계선으로 향함에 따라 그 높이가 증가하고, 또한 상기 제1 경계선으로부터 상기 제2 경계선까지 연속적으로 형성되며,
상기 백 포일편은 상기 경사면 내에 배치되어 있는 스러스트 베어링.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 경계선은 상기 베이스 플레이트의 반경 방향을 따라 형성되고,
상기 경사면은 상기 제2 경계선과 직교하는 방향으로 경사져 있는 스러스트 베어링.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 탑 포일편의, 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측 단연부(端緣部)는 그 높이가 일정하게 형성되어 있는 스러스트 베어링.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탑 포일편은 상기 스러스트 칼라의 회전 방향과 반대측 단연부에서 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있는 스러스트 베어링.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 백 포일편은 복수의 산부와 복수의 골부를 교대로 배치한 파형판(波形板) 형상으로 형성되어 있는 스러스트 베어링.
청구항 5에 있어서,
상기 백 포일편은, 상기 복수의 산부의 배열 방향이 상기 경사면의 경사 방향과 일치하도록 배치되어 있는 스러스트 베어링.
청구항 6에 있어서,
상기 백 포일편은 상기 스러스트 칼라의 회전 방향측 단연부에서 상기 베이스 플레이트에 고정되어 있는 스러스트 베어링.