KR20170044758A - 복합 공기 베어링 조립체 - Google Patents

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KR20170044758A
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air
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porous carbon
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더 스튜어 군나르 밴
조셉 치호츠키
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이에프씨 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

터빈 구동 회전 모터 샤프트를 지지하는 공기 베어링 조립체가 구비된다. 상기 공기 베어링 조립체는 교대로 결합된 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트를 가지는 복합 원통형 공기 베어링을 포함한다. 복합 원통형 공기 베어링은 그 주위에 원주방향으로 설치된 슬리브를 포함한다. 상기 슬리브는 슬리브 내에 슬리브를 통과하는 개구들을 구비하여서, 상기 개구들은 다공성 탄소 세그먼트에 인접하며, 인접한 다공성 탄소 세그먼트과 길이방향 및 원주방향으로 정렬되도록 배향된다. 상기 하우징은 슬리브 외부의 각 개구를 통하여 들어가는 공기를 전달하기 위한 공기 통로들을 포함한다. 상기 공기 베어링 조립체는 공기 베어링 조립체의 원위 단부 및 근위 단부에 원주방향으로 설치된 오링(O-ring)을 포함한다. 공기 베어링 조립체에 의해서 지지되는 회전 모터 샤프트에 설치된 터빈에 의해서 구동되는 회전 벨 컵 분무기가 구체적인 실시예로 개시되고 청구된다.

Description

복합 공기 베어링 조립체{COMPOSITE AIR BEARING ASSEMBLY}
본 발명은 회전하는 구동 샤프트를 지지하는데 사용되는 원통형 공기 베어링에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 슬리브(sleeve) 주위에 설치되는 적어도 하나의 천공된 슬리브를 가지는 복합 탄소 원통형 공기 베어링을 포함하는 공기 베어링 조립체에 관한 것이며, 상기 공기 베어링 조립체는 원주방향으로 그 둘레에 설치되고, 근위 단부 및 원위 단부에 설치된 오링들(O-ring)을 포함하고, 상기 조립체는 하우징에 수용되고 회전 구동 샤프트를 지지하는데 유용하다.
공기 베어링은 오리피스 타입 및 다공성, 소결 금속 또는 세라믹, 다공성 합성수지, 다공성 탄소와 같이 본질적으로 다공성인 재료로 구성된 것들이 공지되어 있다. 공기 베어링은 가스 터빈 엔진부터, 정밀기계, 잉크젯 프린터, 고속 치과용 드릴에 이르기까지 광범위한 분야에 사용된다. 공기 베어링이 널리 사용되는 분야 중 하나는 고속 회전 벨 컵 분무기에 의한 차량의 자동 제어 페인팅 분야이다. 본 발명은 기술적 효율 및 편의성의 이유로 본 발명의 공기 베어링 광범위한 분야에 사용될 수 있지만, 본 발명의 작동 및 채용된 장치의 상세한 원리는 회전 벨 컵 및 작업물에 페인트를 분무하기 위한 분무기에서의 사용에 초점을 두고 설명될 것이다.
공지된 회전 분무기는 내측의 축방향의 중앙에 페인트 공급 오리피스 개구 및 반경방향의 외측의 분무 가장자리 사이에서 연장되는 일반적으로 원추형의 전방 유동 표면을 갖는 회전 벨 컵을 포함할 수 있다. 중앙의 개구를 통해 벨 컵에 들어가는 페인트는 디플렉터(deflector)의 후면으로 흐르고 벨 컵의 발산 유동 표면을 향해 반경방향의 외측으로 분배되며, 컵의 바깥쪽 가장자리로 흘러들어가 미세한 안개로 분무되어 작업물에 가해진다.
분무 정도는 중앙 모터 샤프트에 장착된 컵이 고속(통상적으로 60,000-80,000RPM)으로 회전할 때 발생하는 원심력의 영향을 받는다.
회전 벨 컵 분무기는 액체 페인트 코팅 작업뿐만 아니라 분말 코팅 작업에도 사용된다. 본 명세서에 청구되고 설명된 발명은 두 유형 모두에서 유용하다. 이러한 작업에서, 정전하(electrostatic sharging)는 분무 입자에 적용되어 접지된 기판에 대한 인력을 향상시키고 완벽한 마무리를 생성하며, 이는 주지의 사항들이다.
정전하 분무 페인팅 장치의 중앙 회전 모터 샤프트를 지지하기 위해 공기 베어링을 사용하는 초기의 예시는 미국특허 4,368,853호(1983년에 Toyota, K.K에 양도)에 개시되어있다. 상기 특허에서, 회전 샤프트 및 상기 회전 샤프트의 전방 단부에 고정된 스프레이 헤드를 포함하는 회전 분무 페인팅 장치를 개시한다. 회전 샤프트는 단일 스러스트 공기 베어링 및 한 쌍의 방사상 공기 베어링으로 지지된다. 회전 모터 샤프트는 다공성 공기 베어링을 통해 분사되는 공기에 의해 지지되어 샤프트가 마찰없는 조건에서 최대 80,000RPM으로 높은 회전 속도로 회전할 수 있다. 다공성 공기 베어링이 유용하다고 언급되지만, 상기 문헌들에는 베어링의 특정 구성의 재료가 개시되지 않는다.
공기 베어링이 사용되는 용도의 다양성을 설명하는 미국특허 제3,969,822호는 치과용 핸드피스(handpiece)에 사용하기 위한 다공성 정압 공기 베어링 장치를 개시하고 있다. 여기서, 상기 다공성 정압 공기 베어링 장치는, 절삭 공구를 장착하기 위한 회전 샤프트, 베어링, 케이스, 상기 베어링 케이스에 설치되어 상기 회전 샤프트를 지지하는 공기 베어링 부분, 상기 샤프트와 일체로 형성되거나 상기 샤프트 상에 장착되는 터빈 블레이드를 포함한다. 공기 베어링 부분은 다공성 재료로 형성되며, 상기 특허는 적합한 베어링 재료로서, 소결된(sintered) 다공성 금속 또는 세라믹, 또는 다공성 합성수지를 개시한다. 미국특허 제3,969,822에 개시된 바와 같이, 역-L자형 또는 L자형 단면의 슬리브는 회전 샤프트에 고정되어, 슬리브가 터빈 블레이드와 접촉하고 회전 샤프트의 외부 표면상에 장착되도록 한다. 이러한 슬리브는 작업 편의를 위한 회전축과 일체로 형성되거나 샤프트와 별도로 제조될 수 있다. 공기 공급 통로를 통해 공급된 공기는 터빈 블레이드에 분사되어 슬리브와 함께 회전축을 회전시킨다. 샤프트는 낮은 마찰의 공기 베어링에 의해 지지되므로 고속의 회전을 한다. 베어링 부분은 오링(O ring)에 의해 지지되기 때문에, 제공된 댐핑 효과는 초기 회전으로부터 고속 회전으로 이동하는 동안 회전축에서 발생하는 진동을 흡수하도록 작용한다.
다공성 및 (오리피스를 가진) 비-다공성 재료, 슬리브, 및 오링의 다양한 조합으로 구성된 공기 베어링이 종래 기술로서 개시되어 있는 것을 알 수 있다. 하지만, 본 명세서에 개시되고 청구되는 공기 베어링 조립체는 종래의 베어링보다 본질적이고 중요한 장점을 구비하며, 이하에 기술되는 모든 것은 종래 기술에 전혀 개시되어 있지 않다.
터빈 구동 회전 모터 샤프트와 함께 사용하기 위한 공기 베어링 조립체가 제공된다. 공기 베어링 조립체는 하우징 내에 되며, 터빈을 활성화하기 위해 공기를 공급하는 외부 공기 공급부가 구비된다. 상기 공기 베어링 조립체는 모터 샤프트를 지지하는 복합 원통형 공기 베어링을 포함하며, 상기 복합 원통형 공기 베어링은 서로 결합된 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트을 교대로 구비한다. 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 설치되는 적어도 하나의 슬리브를 가지며, 상기 슬리브는 슬리브 내에 슬리브를 통과하는 개구들을 구비하여서, 상기 개구들은 다공성 탄소 세그먼트에 인접하며, 인접한 다공성 탄소 세그먼트과 길이방향 및 원주방향으로 정렬되도록 배향된다. 상기 하우징은 슬리브 외부의 각 개구를 통하여 들어가는 공기를 전달하기 위한 공기 통로들을 포함한다. 상기 공기 베어링 조립체는 공기 베어링 조립체의 원위 단부 및 근위 단부에 원주방향으로 설치된 오링(O-ring)을 포함한다.
작동시, 공기 베어링 조립체에 공급된 공기는 공기 통로들을 통하여, 슬리브에 개구들 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로 전달된다.
공기 통로를 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로, 터빈을 활성화하기 위한 충분한 공기가 공급되면, 회전 터빈은 회전 동안엔 상기 공기 베어링 조립체 내에 지지되는 모터 샤프트를 구동하며, 오링들은 회전 동안에 상기 모터 샤프트의 진동의 댐핑을 제공한다.
오링은 복합 원통형 공기 베어링에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치 될 수 있고, 또는 오링은 적어도 하나의 슬리브에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치될 수 있다.
바람직하게는, 공기 베어링 조립체는 적어도 하나의 슬리브는 상기 복합 원통형 공기 베어링의 전방 및 후방에 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 길이방향으로 인접한 관계로 설치되는 두 개의 하프-슬리브로 형성되도록 구성된다.
구체적인 실시예에서, 터빈을 활성화하기 위해 공기를 공급하는 외부 공기 공급부를 포함하며, 하우징 내에 수용되고 공기 베어링 조립체 내에 지지되는 회전 모터 샤프트에 설치된 터빈에 의해서 구동되는 회전 벨 컵 분무기기 구비된다. 본 발명은 동작의 기본적인 세부 사항을 제공함에 있어서 편의를 위해 본 특정 실시 예를 참조하여 아래에서 설명되며, 공기 베어링 조립체는 비접촉 또는 매우 낮은 마찰 공기 베어링이 요구되는 다른 용도에 사용될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명한 사항이다.
공기 베어링 조립체에서, 슬리브(들)은 강, 또는 스테인리스강으로 만들어진다.
본 명세서에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명의 공기 베어링 조립체의 입면도이며 부분적으로 단면을 도시하며, 특히 회전 벨 컵 분무 장치에 사용된 조립체를 도시한다.
도 2는 본 발명의 공기 베어링 조립체의 바람직한 실시예의 횡단면의 측면 입면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 발명의 바람직한 실시예의 분해 사시도이다.
도 4는 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트가 서로 교대로 결합되어 있는 본 발명의 선호되는 복합 원통형 공기 베어링의 단면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 공기 베어링 조립체의 요소들의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 공기 베어링 다른 실시예의 요소들의 분해 사시도이다.
도 7은 도 1-5에 도시된 선호되는 실시예에 상응하는 본 발명의 공기 베어링 조립체의 원위 단부의 세부적인 단면을 도시한다.
도 8은 도 6에 도시된 다른 실시예에 따른 본 발명의 공기 베어링 조립체의 원위 단부의 세부적인 단면을 도시한다.
터빈 구동 회전 모터 샤프트를 지지하는 공기 베어링 조립체가 제공된다. 상기 조립체는 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트가 교대로 결합된 복합 원통형 공기 베어링을 포함한다. 복합 베어링은 그 주위에 원주 방향으로 슬리브를 가진다. 슬리브는 슬리브 주위에, 슬리브 안으로, 슬리브를 통과하는, 개구들을 구비해서, 상기 개구들이 다공성 탄소 세그먼트와 인접하고 다공성 탄소 세그먼트와 길이 방향 및 원주 방향으로 정렬되도록 배향된다. 공기 통로들은 공급된 공기를 슬리브 개구를 통하여 개구로, 그 뒤 다공성 탄소 세그먼트들을 통하여 안으로, 공급된 공기를 전달해서, 회전 샤프트를 위한 마찰없는 지지를 제공한다. 조립체는 조립체의 각 단부 주위에 원주방향으로 설치된 오링(O-ring)을 포함한다. 구체적인 실시예, 즉 공기 베어링 조립체에 의해서 지지되는 회전 모터 샤프트에 설치된 터빈에 의해서 구동되는 회전 벨 컵 분무기가 개시되고 청구된다.
본 명세서의 발명은 터빈 구동 회전 모터 샤프트와 사용되는 공기 베어링 조립체에 초점이 맞춰지지만, 넓은 범위의 어플리케이션으로 사용될 수 있으며, 기본 작동 원리 및 특정 구조 요소 및 그 상호 작용의 세부 사향을 설명하는데 편의상, 상세한 설명은 본 공기 베어링 조립체가 특히 적합한 구체적 장치, 즉 예컨대 자동차 및 다른 차량의 도장에 사용되는 터빈 구동 회전 벨 컵 분무기를 참조하여 설명될 것이다.
일부 종래의 회전 벨 컵 분무기에서, 벨 컵은 터빈 구오 모터 샤프트에 고정되며, 모터 샤프트는 베어링 벽을 관통하여 압축 공기가 고압하에서 베어링의 내벽과 샤프트 사이의 구획된 간극을 형성하도록 하는 작은 오리피스(구멍)를 갖는 원통형 베어링 내어 지지되고 통과해서, 실질적으로 마찰이 없는 환경에서 모터 샤프트가 베어링 내에서 "부유(float)"하게 한다.
또한, 다른 종래의 공기 회전 베어링은 천공된 고체 비-다공성 탄소, 및 대안으로 특정 다공성 및 증가된 표면적 때문에 다공성 탄소로 제조되어 왔으며, 회전 샤프트가 베어링과 접촉하는 것을 방지하는데 필요한 상당한 양의 공기가 감소된다.
본 명세서에 제시된 본 발명에 초점을 맞추어, 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 회전 분무 장치(10)에 결합된 본 발명의 공기 베어링 조립체(30)의 부분적으로 절단된 단면도를 포함하는 측면 입면도이다. 상기 장치는 회전 모터 샤프트(44)를 통과하여 연장하는 공기 베어링 조립체(30)를 보관하는 베어링 하우징(14)을 포함하는 외부 하우징(12)을 포함한다. 본 실시예에서, 벨 컵 페인트 어플리케이터(45)는 모터 샤프트(44)의 원위 단부에 부착되는 것이 개략적으로 도시된다.
회전 분무 장치(10)에는 페인트 공급 라인(16)을 통하여 페인트가 공급되며, 공기 공급 라인(18)을 통하여 압축된 공기가 공급되며, 필요한 경우 용매 공급 라인(20)을 통하여 세정 용매가 공급된다. 페인트를 분무하기 위한 전기 충전을 위한 전력은 전기 도선(22)을 통하여 공급된다.
압축 공기는 베어링 조립체(30)의 외부 표면에 도시된 공기 관통 하우징(14)을 통하여 터빈(26)을 구동하기 위해서 공기 통로들(24, 28)을 통하여 보내진다. 베어링 조립체(30)는 슬리브(38) 내에 보관된 복합 원통형 탄소 공기 베어링(32) (도 1에서는 미도시)을 포함하며, 슬리브(38)는 벽을 통과하는 복수의 개구(40)를 가지며, 개구(40)는 도시된 것처럼 슬리브 원주방향 주위로 연장하며 공기가 공급되는 통로(28)와 연결되도록 설치된다.
오링(O-ring)(46, 48)은 공기 베어링 조립체(30) 주위에 위치되며, 하나의 오링은 하우징(14) 내의 원위 단부에, 다른 하나의 오링은 근위 단부에, 각각 있으며, 오링들은 각 작업들에 의해서 발생되는 고회전에서 발생할 수 있는 벨 컵의 불균형에 의해서 생성된 진동을 효과적으로 댐핑하며 작은 베어링 움직임을 가능하도록 하여, 시스템을 안정화한다.
도 2는 도 1에 도시된 회전 분무기에 상응하는 본 발명에 따른 공기 베어링 조립체를 단면으로 도시한다. 도 2에서, 공기 베어링 조립체(30)가 도시된 것처럼 베어링 하우징(14) 내에 보관되며, 작동시 회전 모터 샤프트(44)를 지지하는, 원위 단부 및 근위 단부에 하나씩, 조립체 주위에 설치된 오링(46, 48)을 가지며, 슬리브(들)(38)에 의해서 원주방향으로 주위를 둘러싸는 분절된 복합 원통형 탄소 공기 베어링(32)을 포함한다. 복합 원통형 탄소 공기 베어링(32)은 비-다공성 탄소 세그먼트(34)와 다공성 탄소 세그먼트(36) 교차 되도록 구성되며, 복합 베어링(32)을 형성하기 위해서 서로 결합된다. 4개의 다공성 세그먼트(36) 및 5개의 비-다공성 세그먼트(34)이 도시되지만, 교차하는 세그먼트의 수는 활용되는 환경 및 요구조건에 따른 변할 수 있다. 구체적인 예시에서, 약 0.5인치(inch)의 폭의 비-다공성 세그먼트 및 약 0.125인치 폭의 다공성 세그먼트은 1.023인치의 ID를 가지는 베어링에서 유효하게 발견된다.
선호되는 실시예에서, 복합 탄소 공기 베어링(32)은 슬리브(38)로 둘러싸이며, 도면에 도시된 것처럼 선호되는 실시예에서 분할된 하프-슬리브(38)일 수 있다. 슬리브(38)는 바람직하게는 스테인리스강으로 구성되며, 단일 슬리브는 탄소 베어링(ID) 및 모터 샤프트(OD) 사이의 매우 작은 간극 거리를 고려할 때 효과적인 반면, 두 개의 하프-슬리브(38)는, 이하에 설명되는 바와 같이, 베어링의 전체적인 길이 두께를 고려하여, 동심도 및 직진도의 완화를 위해 정밀 제조가 필요할 때 덜 어렵기 때문에 선호된다.
슬리브(들)(38)은 원주방향으로 뚫린 개구(40)를 가지며, 상기 개구들은 설치시 인접한 복합 베어링(32)을 덮도록 위치되며, 개구들은 베어링(32)의 각각의 인접한 다공성 탄소 세그먼트(36) 위로 정렬된다.
도 2에 도시되었듯이, 기기로 들어가는 공기는, 베어링 하우징(14) 내에서, 채널(24)을 통하여, 구동 터빈(26)으로, 공기 통로(28)로 안내된다. 하우징(14)은 공기 통로(28)가 베어링 조립체 주위로 연장하고 이어져 하나의 공기 통로(28)가 슬리브(들)(38)에 원주방향의 개구(40)의 각 줄과 길이방향으로 정렬되도록 구성되어서, 다공성 탄소 세그먼트(36), 슬리브 개구(40) 및 공기 통로(28)를 길이방향 및 원주방향 구성으로 위치시킨다.
도 2를 더 상세히 설명하면, 오링(46, 48)은 각 베어링 조립체(32)의 원위 단부 및 근위 단부의 시트들(47, 49)에 설치된다. 오링은 바람직하게는 과불화탄성체(Perfluoroelastomer) 재료로 이루어지며, 다른 비활성 물질 또한 특정 환경에 접합할 수 있다.
베어링 조립체는 하우징(14) 내로 삽입 가능하게 하여, 설치를 용이하게 하며, 볼트(52)에 의해 하우징(14)에 고정된 엔드 캡(50)에 의해 고정된다. 충분한 공기의 유입시, 터빈 구동 모터 샤프트(44)는 베어링 조립체(32) 내에서 지지되고 베어링 내의 실질적으로 마찰없는 환경 내에서 회전하며, 베어링(32)의 ID와 모터 샤프트(44)의 OD 사이의 통상적인 간극 거리는 0.0007 "±0.0001"이지만, 상기 간극은 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이 베어링이 사용되는 특정 적용 예에 따라 변할 수 있다.
도 3은 본 발명의 공기 베어링 조립체(30)의 선호되는 실시예의 분해 사시도이다. 상기 예시에서, 베어링 하우징(14) 안으로 그리고 모터 샤프트(44)를 통해 삽입될 수 있는, 복합 탄소 공기 베어링(32)은 다공성 탄소 세그먼트(36) 중 하나만이 그 내부에서 볼 수 있다. 분절된 복합 탄소 공기 베어링(32)을 둘러싸는 것은 그 주위에 원주방향의 개구(40)를 포함하는 하프-슬리브(38)이며, 모든 개구(40)는 각각의 다공성 탄소 세그먼트(36)와 인접해 있다. 근위 단부의 오링(48)은 근위 시트 또는 홈(49)에 설치가능하게 도시되어 있으며, 원위 단부의 오링(46)은 탄소 복합체(32)의 각 단부에 걸쳐 원위 시트 또는 홈(47)에 설치 가능하게 도시되어있다. 두 개의 하프-슬리브(38)의 결합된 길이는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 이러한 구성을 수용하도록 도시된 바와 같이 조절된다. 조립체를 완성하는 것은, 탭 리셉터클(59, 54)에 각각 끼워지는 탭(51, 53)을 통해, 도시된 바와 같이 삽입 가능한 나사(52)에 의해 베어링 조립체(30)를 하우징(14)에 고정하는 엔드 캡(50)이다. 정렬을 위해서, 탭(51)은 탭(53)보다 크게 도시되고 리셉터클(59)은 리셉터클(54)보다 크다. 탭(51)은 리셉터클(59)에 수용되어, 구성 요소의 정렬 및 재정렬을 용이하게 한다.
도 4는 도 1에 도시된 선호되는 복합 원통형 공기 베어링 조립체(30)의 단면도이며, 상기 조립체는 이하에 설명되는 탄소 결합제에 의해서 다공성 탄소 세그먼트(36)과 결합된 비-다공성 탄소 세그먼트(34)을 포함하며, 도면에서 4개가 도시되고, 분절된 복합 탄소 베어링(32)을 형성한다. 베어링 조립체를 완성하기 위해, 각각의 인접한 다공성 탄소 세그먼트와 일치하는 원주방향의 개구(40)를 가지며, 바람직하게는 스테인리스 강인 2개의 하프-슬리브(38)는 베어링(32)을 덮는다. 탄소 베어링(32) 및 슬리브(들)(38)은 함께 결합할 필요는 없으며, 바람직하게는 결합하지 않을 수도 있다. 조립을 완성하는 것은 탄소 베어링(32)에 인접한 각각의 시트(49, 47)에서 원위 및 근위 방향으로 창착된 오링(46, 48)이다.
도 5는 본 발명의 공기 베어링 조립체의 기본 구성 요소를 도시한 선호되는 실시예의 분해 사시도이다. 도 5에 도시되었듯이, 복합 탄소 공기 베어링(32)은 도시된 것처럼 다공성 탄소 세그먼트(36)에 결합된 고체 탄소 세그먼트(34)을 포함한다. 결합에 대한 세부 내용은 다음과 같다. 본 실시에에서, 탄소 복합체(32)를 감싸는 슬리브는 도시된 바와 같이 두 개의 하프-슬리브(38)로 구성된다. 다수의 개구(40)가 각각의 하프-슬리브(38)에 형성되어, 도 2에 도시된 바와 같은 구성요소들의 조립시에, 도 4에 도시된 것과 같이, 개구(40)는 모두 각각의 인접한 다공성 탄소 세그먼트(26)과 길이방향 및 원주방향으로 일치한다. 베어링 조립체는 근위 단부에서 복합 탄소 베어링(32) 위에 근위의 오링(48)을 설치하고, 근위 오링 시트 또는 홈 (49) 및 원위 오링(46) 상에 삽입함으로써 완성되며, 복합 탄소는 원위 단부에서 원위 오링 시트 또는 홈(47)으로 베어링 된다. 이와 같이 구성된 베어링 조립체는 도 3에 도시된 것과 같은 베어링 하우징(14) 내에 삽입될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 도 6에 도시되어 있으며, 진동-댐핑 오링이 도시된 바와 같이 하프-슬리브(38)의 근위 단부 및 원위 단부 각각 위로 설치되는 것을 제외하고는, 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 나타난다. 결합에 대한 세부 내용은 다음과 같다. 본 실시예에서, 탄소 복합체(32)를 덮는 슬리브는 도시된 바와 같이 2개의 하프-슬리브(38)로 구성된다. 다수의 개구(40)가 각각의 하프-슬리브(38)에 형성되어, 도 2에 도시된 바와 같은 구성 요소들의 조립시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 개구(40)는 모두 각각의 인접한 다공성 탄소 세그먼트(46)와 길이방향 및 원주방향으로 일치된다. 베어링 조립체는 원위의 오링 시트 또는 홈(47)에서 원위 단부에서 복합 탄소 베어링(32) 위로 윈위 오링(46) 및 근위 오링 시트 또는 홈(49)에 삽입된 원위 단부에서 복합 탄소 베어링(32) 위로 근위 오링(48)을 설치함으로써 완성된다. 이와 같이 구성된 베어링 조립체는 도 3에 도시된 바와 같이 베어링 하우징(14) 내로 삽입될 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 대안의 실시예에서, 진동-댐핑 오링은 도시된 바와 같이 하프-슬리브(38)의 원위 단부 및 근위 단부 각각 위로 설치되는 점을 제외하고는, 동일한 도면부호의 구성 요소는 도 5에 도시된 것과 동일하게 기능한다. 도 8에 자세히 도시되었듯이, 원위 오링(46)은 전방 하프-슬리브(38)의 원위 단부에서 스텝-다운(step-down)(55)에 설치되고, 유사하게 근위 오링(48)은 후방 하프-슬리브(38)의 근위 단부에 스텝-다운(55)에 설치된다. 베어링 하우징에 베어링 조립체를 고정하는 것은 멈춤 링(56, 57)에 의해서 영향을 받는 것으로 도시되어있다(도 6에는 미도시).
도 7은 도 1 내지 도 5에 도시된 선호되는 실시예에 따른 조립체의 원위 단부에서 조립체의 다양한 요소들 사이의 결합을 상세히 도시하는 단면도이다. 여기서, 고체 탄소 세그먼트(34) 및 다공성 탄소 세그먼트(36)을 갖는 분절된 복합 탄소 베어링의 근위 단부는 결합부(35)에서 함께 결합된 것으로 도시된다. 이 용도에 적합한 결합제는 SGL 그룹이 시판는 "C-80"으로 명명된 탄소 시멘트이다. 탄소 복합체를 오버랩하는 것은 공기 통로 (28)에 연결되는 개구 (40)를 갖는 슬리브(38)이며, 공급된 공기가 공기 통로(28)로부터 개구(40)를 통과하여 다공성 세그먼트(36)를 통과하고 충분한 공기가 공급될 때, 작동시 회전 모터 샤프트 공기의 얇은 원주방향의 쿠션 상에서, 상기 공기 간극은 33으로 지정된다. 이러한 에어 갭 (33)은 전형적으로 0.0007인치 ± 0.0001인치의 범위로 상당히 얇지만, 그 크기는 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이 다양한 적용에 따라 변할 수 있다.
본 실시예에서 오링(46)은 탄소 베어링(30)의 원위 단부에 시트(47) 위에 설치되며, 도시된 바와 같이 베어링의 최전방 탄소 세그먼트에 형성된 시트(47)는 이 구성을 수용하도록 치수화된 슬리브(38)를 둘러싼다. 조립체를 완료하기 위해서, 베어링은 엔드 캡(50) 캡 및 탭(51 및 53)을 통과하는 나사(52)에 의해서 하우징(14)에 고정되며, 완전성을 위해서 오링(58)으로 밀봉된다.
도 7과 같이, 도 8은 원위 단부에서 도 6의 다른 실시예에 따른 본 발명의 베어링 조립체의 다양한 요소들 사이의 연결들의 단면도를 도시한다. 전술한 바와 같이, 도 8의 동일한 구성 요소는 도 7에서와 같이 기능하며, 그 설명은 반복 될 필요가 없다. 도 8에서, 오링(46)은 슬리브(380의 스텝 다운(55)에서 원위 단부 위에 설치된다. 하부 탄소 베어링 세그먼트(34)은 조립체가 도시된 것처럼 원위 멈춤 링(56) 및 분할 링(60)에 의해 하우징(14)에 고정되는 상태에서 2 개의 요소를 결합시키기 위한 상보적 시트(41)를 구비한다.
작동시, 본 발명의 베어링 조립체를 통해 흐르는 압축 공기는 베어링 ID와 터빈 샤프트의 OD 사이의 정의된 간극을 채운다. 이 작업의 본질은 터빈 축이 베어링과 접촉하는 것을 방지하기 위해 상당한 양의 공기가 흐르도록 하는 요구조건이다. 또한, 모터 샤프트의 초고속 회전에 의해 발생되는 진동이다. 본 발명의 베어링 조립체는 전방 및 후방 오링의 설치의 결과로서 이들 진동을 댐핑한다. 이러한 오링들은 베어링이 회전축을 지지하는 하우징 공동 내부에서 "플로트(float)"되는 것을 허용한다. 강 슬리브는 조립체를 강화시키고 예컨대 과도한 진동으로부터 탄소/탄소 결합체들이 박리되는 경향을 감소시킨다. 같은 측면에서, 선호되는 하프- 슬리브 구조는 이러한 베어링의 사용에 요구되는 매우 작은 간극 거리를 유지하는데, 필요한 길이, 두께, 동심도의 정밀도를 고려할 때 제조의 용이성이라는 실용적인 이점을 갖는다.
본 발명은 특정 실시예 및 발명의 상세한 설명과 관련하여 본 명세서에 개시되었지만, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 세부 사항의 변경 또는 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이며, 그러한 변경 또는 변형은 청구 범위의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (12)

  1. 터빈을 활성화하기 위해 공기를 공급하는 외부 공기 공급부를 포함하며, 하우징 내에 수용된 터빈 구동 회전 모터 샤프트와 함께 사용하기 위한 공기 베어링 조립체로서,
    상기 공기 베어링 조립체는 모터 샤프트를 지지하는 복합 원통형 공기 베어링을 포함하며,
    상기 복합 원통형 공기 베어링은 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트를 서로 교대로 결합되어 구비하며, 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 설치되는 적어도 하나의 슬리브를 가지며,
    상기 슬리브는 슬리브 내에 슬리브를 통과하는 개구들을 구비하여서, 상기 개구들은 다공성 탄소 세그먼트에 인접하며, 인접한 다공성 탄소 세그먼트과 길이방향 및 원주방향으로 정렬되도록 배향되며,
    상기 하우징은 슬리브 외부의 각 개구를 통하여 들어가는 공기를 전달하기 위한 공기 통로들을 포함하며,
    상기 공기 베어링 조립체는 공기 베어링 조립체의 원위 단부 및 근위 단부에 원주방향으로 설치된 오링(O-ring)을 포함하며,
    공기 베어링 조립체에 공급된 공기는 공기 통로들을 통하여, 슬리브에 개구들 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로 전달되며,
    공기 통로를 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로, 터빈을 활성화하기 위한 충분한 공기가 공급되면, 회전 터빈은 회전 동안엔 상기 공기 베어링 조립체 내에 지지되는 모터 샤프트를 구동하며,
    오링들은 회전 동안에 상기 모터 샤프트의 진동의 댐핑을 제공하는 공기 베어링 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오링은 복합 원통형 공기 베어링에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치되는 공기 베어링 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    오링은 적어도 상기 적어도 하나의 슬리브에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치되는 공기 베어링 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 상기 복합 원통형 공기 베어링의 전방 및 후방에 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 길이방향으로 인접한 관계로 설치되는 두 개의 하프-슬리브를 포함하는 공기 베어링 조립체.
  5. 터빈을 활성화하기 위해 공기를 공급하는 외부 공기 공급부를 포함하며, 하우징 내에 수용되고 공기 베어링 조립체 내에 지지되는 회전 모터 샤프트에 설치된 터빈에 의해서 구동되는 회전 벨 컵 분무기로서,
    상기 공기 베어링 조립체는 모터 샤프트를 지지하는 복합 원통형 공기 베어링을 포함하며,
    상기 복합 원통형 공기 베어링은 분절된 다공성 탄소 세그먼트 및 비-다공성 탄소 세그먼트를 서로 교대로 결합되어 구비하며, 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 설치되는 적어도 하나의 슬리브를 가지며,
    상기 슬리브는 슬리브 내에 슬리브를 통과하는 개구들을 구비하여서, 상기 개구들은 다공성 탄소 세그먼트에 인접하며, 인접한 다공성 탄소 세그먼트과 길이방향 및 원주방향으로 정렬되도록 배향되며,
    상기 하우징은 슬리브 외부의 각 개구를 통하여 들어가는 공기를 전달하기 위한 공기 통로들을 포함하며,
    상기 공기 베어링 조립체는 공기 베어링 조립체의 원위 단부 및 근위 단부에 원주방향으로 설치된 오링(O-ring)을 포함하며,
    공기 베어링 조립체에 공급된 공기는 공기 통로들을 통하여, 슬리브에 개구들 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로 전달되며,
    공기 통로를 통하여, 복합 원통형 공기 베어링의 다공성 탄소 세그먼트으로, 터빈을 활성화하기 위한 충분한 공기가 공급되면, 회전 터빈은 회전 동안엔 상기 공기 베어링 조립체 내에 지지되는 모터 샤프트를 구동하며,
    오링들은 회전 동안에 상기 모터 샤프트의 진동의 댐핑을 제공하는 회전 벨 컵 분무기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    오링은 복합 원통형 공기 베어링에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치되는 회전 벨 컵 분무기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    오링은 적어도 상기 적어도 하나의 슬리브에 바로 인접하여 원주 방향으로 외부에 설치되는 회전 벨 컵 분무기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 상기 복합 원통형 공기 베어링의 전방 및 후방에 상기 복합 원통형 공기 베어링에 대하여 원주방향으로 외부에 길이방향으로 인접한 관계로 설치되는 두 개의 하프-슬리브를 포함하는 회전 벨 컵 분무기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 스테인리스강으로 만들어지는 공기 베어링 조립체.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 두 개의 하프-슬리브는 스테인리스강으로 만들어지는 공기 베어링 조립체.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 스테인리스강으로 만들어지는 회전 벨 컵 분무기.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 두 개의 하프-슬리브는 스테인리스강으로 만들어지는 회전 벨 컵 분무기.
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