KR20200060376A - 진동 댐핑 에어 베어링을 갖는 회전식 코팅 분무기 - Google Patents

진동 댐핑 에어 베어링을 갖는 회전식 코팅 분무기 Download PDF

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더 스튜어 군나르 밴
조셉 치호츠키
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이에프씨 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

에어 베어링 어셈블리 내에 지지되는 회전 가능한 모터 샤프트(44)에 장착 된 터빈(47)에 의해 구동되는 회전식 벨트 컵 분무기(10)가 제공된다. 에어 베어링 어셈블리는 모터 샤프트(44)를 지지하는 원통형 메인 에어 베어링(30), 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링(56) 및 터빈(47)을 지지하는 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링(54)을 포함하고, 베어링에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링(50, 52, 46, 48)을 포함한다. 동작시, 분무기에 공급된 공기는 터빈(47)을 구동하고 분무기(10)의 모든 회전면이 공중에 지지되며 모든 회전 구성요소의 축 방향 및 반경 방형 모두의 보편적인 3차원 진동 댐핑이 제공되도록 터빈(47) 및 모터 샤프트(44)를 지지한다.

Description

진동 댐핑 에어 베어링을 갖는 회전식 코팅 분무기
본 발명은 회전하는 터빈 구동 샤프트를 지지하는데 사용되는 에어 베어링에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 코팅을 기판에 도포하는데 유용한 회전식 벨 컵 분무기를 지지하는 에어 베어링에 관한 것이다.
에어 베어링은 가령 가스 터빈 엔진에서 정밀 기계, 잉크젯 프린터 및 고속 치과용 드릴에 이르기까지 광범위한 응용에 사용된다. 에어 베어링은 고속 회전식 벨 컵 분무기로 로봇 제어식 차량 도장에 널리 사용되어 왔다. 본 발명은 본 명세서에서 기술적인 효율 및 편의성의 이유로 광범위한 에어 베어링 응용에 사용될 수 있으나, 본 발명의 작동 및 사용된 기기의 기본적인 상세한 원리는 차량과 같은 공작물에 도장을 위한 회전식 벨 컵 분무기에서의 사용에 초점을 두어 제시될 것이다.
공지된 회전식 분무기는 내부에 축 방향의 중앙 페인트 공급 오리피스 개구와 반경 방향 외부의 분무 에지 사이에 뻗어 있는 전반적으로 원뿔형의 전방 유동면을 갖는 회전식 벨 컵 어플리케이터를 포함할 수 있다. 중앙 개구를 통해 벨 컵으로 들어가는 페인트는 디플렉터의 후면으로 흘러 회전식 벨 컵의 전방 분기 유동면을 향해 반경 방향 외부로 배출되어 컵의 외부 에지로 흐르고, 상기 외부 에지에서 미세 미스트로 분무되어 공작물에 도포된다.
분무는 중앙 모터 샤프트에 장착된 컵이 고속, 일반적으로 60-80,000 RPM으로 회전할 때 생성되는 원심력에 의해 달성된다.
회전식 벨 컵 분무기는 액체 기반 페인트 코팅 작업 및 분말 코팅 작업에 사용된다. 이러한 작업에서, 분무된 입자에 정전기 대전(electrostatic charging)이가해져 접지 기판에 인력을 향상시켜 완벽히 마무리되며, 이 모두가 잘 알려져 있다.
정전식 분무 페인팅 장치의 중앙 회전 모터 샤프트를 지지하기 위해 에어 베어링을 사용하는 초기 예가 미국 특허 제4,368,853호(1983년, 도요타 K.K.에 양도됨)에 발견된다. 여기에, 회전 샤프트 및 상기 회전 샤프트의 전단에 고정된 스프레이 헤드를 포함하는 회전식 정전 분무 페인팅 장치가 개시된다. 스프레이 헤드의 컵 모양 내벽에 페인트가 공급된다. 회전 샤프트는 단일 스러스트 에어 베어링과 한 쌍의 레이디얼 에어 베어링으로 지지된다. 회전 모터 샤프트는 다공질 에어 베어링을 통해 주입된 공기에 의해 지지되며, 상기 에어 베어링은 실질적으로 마찰이 없는 환경에서 샤프트가 최대 80,000RPM의 높은 회전 속도로 회전할 수 있도록 한다. 다공질 에어 베어링이 유용한 것으로 알려져 있지만, 상기 참조문헌은 어떤 베어링의 명확한 구성 재료도 전혀 언급하지 않는다.
에어 베어링의 사용을 발견한 응용의 다양성을 설명하기 위해, 미국 특허 제3,969,822호는 치과용 핸드피스에 사용하기 위한 다공질의 정압 에어 베어링 장치를 개시하고 있다. 다공질 정압 에어 베어링 장치는 절삭 공구를 장착하기 위한 회전 샤프트, 베어링 케이스, 회전 샤프트를 지지하기 위해 베어링 케이스에 제공된 에어 베어링부 및 상기 샤프트와 일체로 형성되거나 상기 샤프트에 장착된 터빈 블레이드를 포함한다. 에어 베어링부는 다공질 재료로 형성되고, 상기 참조문헌은 적합한 베어링 재료로서 소결된 다공질 금속 또는 세라믹, 또는 다공질 합성 수지를 인용한다. 상기 참조문헌 제3,969,822호에 개시된 바와 같이, 슬리브가 터빈 블레이드와 접촉하고 회전 샤프트의 외경면에 장착되도록 역 L자형 또는 L자형 횡단면의 슬리브가 회전 가능한 샤프트에 고정된다.
이들 슬리브는 회전 샤프트와 일체로 형성되거나 작업의 편의를 위해 샤프트와 별도로 제조될 수 있다. 에어 서플라이 통로를 통해 공급된 공기가 터빈 블레이드에 주입되어 슬리브와 함께 회전 샤프트를 회전시킨다. 샤프트는 마찰이 적은 에어 베어링에 의해 지지되므로 고속 회전하는 것으로 추정된다고 한다. 베어링 부분은 "O"링에 의해 지지되므로, 이에 의해 제공된 댐핑 효과가 초기 회전에서 고속 회전으로의 이동 동안 회전 샤프트에서 발생하는 진동을 흡수하는 작용을 한다.
공통으로 양도된 미국 특허 제8,973,848B2호는 회전식 벨 컵 분무기에서 터빈 구동 회전식 모터 샤프트를 지지하는 복합 에어 베어링 어셈블리를 개시한다. 어셈블리는 교대로 접합된 세그먼트식 다공질 탄소 섹션 및 비다공질 탄소 섹션을 갖는 복합 원통형 에어 베어링을 포함한다. 복합 베어링은 그 둘레에 원주방향으로 설치된 슬리브가 있다. 슬리브는 슬리브 내부에, 슬리브를 통해 그리고 슬리브 주위에 개구가 있어 상기 개구가 다공질 탄소 섹션에 인접하고 상기 다공질 탄소 섹션과 길이방향 및 원주방향 레지스트리에 정렬되도록 배향된다. 공기 통로는 공급된 공기를 슬리브 개구 내로 그리고 개구를 통해 그런 후 다공질 섹션 내로 그리고다공질 섹션을 통해 전달함으로써 회전 샤프트에 대해 마찰이 거의 없는 지지를 제공한다. 어셈블리는 원주방향으로 그 주위에 어셈블리의 각 끝에 하나씩 설치된 "O"링을 포함한다.
제8,973,848B2호 특허의 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.
회전식 벨 컵 분무기를 개시하고 본 명세서에 개시되고 청구된 본 발명의 소정의 특징과 관련성을 갖는 또 다른 참조문헌이 미국 특허 제9,375,734B1호에 공동으로 양도되며, 그 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.
인용된 선행 기술로부터, (오리피스를 갖는) 다공질 및 비다공질 재료, 슬리브 및 "O"링의 다양한 조합으로 구성된 에어 베어링이 공지된 분무기 선행 기술에 개시되어 있음을 알 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시되고 청구된 에어 베어링 어셈블리는, 이하에 모두 상세히 설명될 종래의 베어링에 비해 그 고유하고 현저한 이점을 제공하며, 공지의 종래 기술에는 어디에도 개시되어 있지 않다.
본 발명은 상기 단점을 극복하기 위한 것이다.
에어 베어링 어셈블리 내에 지지된 회전식 모터 샤프트 상에 장착된 터빈에 의해 구동되는 회전식 벨 컵 분무기가 제공된다. 분무기는 하우징 내에 포함되며 터빈을 구동하기 위해 공기를 공급하고 공기를 에어 베어링 어셈블리로 전달하기 위한 외부 에어 서플라이를 포함한다. 에어 베어링 어셈블리는 메인 베어링을 통해 뻗어 있는 모터 샤프트를 지지하는 원통형 메인 에어 베어링; 상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 스러스트 베어링을 통해 상기 터빈에 대해 근위에 축 방향으로 배치된 상기 터빈을 지지하는 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링; 및 상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 스러스트 베어링을 통해 상기 터빈에 대해 원 위에 축 방향으로 배치된 상기 터빈을 지지하는 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링을 포함한다. 상기 분무기는 모든 상기 베어링과 상기 분무기의 모든 가동 회전면 사이에 형성된 에어 갭을 포함한다. 상기 분무기는 상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 상기 근위 스러스트 베어링에 근위에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링 및 상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 상기 원위 스러스트 베어링에 원위에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링을 포함하고, 또한 상기 메인 베어링의 근위 단부 및 원위 단부에 하나씩, 상기 원통형 메인 에어 베어링 주위에 원주방향으로 설치된 "O"링을 포함한다. 모든 베어링은 모든 베어링을 통해 상기 외부 에어 서플라이로부터 공기를 모든 상기 모든 베어링과 상기 분무기의 모든 가동 회전면 간의 모든 에어 갭에 공급하기 위해 모든 상기 모든 베어링을 통해 뻗어 있는 공기 통로를 포함한다.
동작시, 상기 분무기에 공급된 공기가 상기 공기 통로를 통해 그리고 모든 에어 갭으로 전달되어 이로써 상기 회전식 터빈 및 모터 샤프트를 구동시켜 상기 분무기의 모든 회전면이 공중에서 지지되며 상기 "O"링은 회전 동안 터빈과 모터 샤프트의 축 방향 및 반경 방향 3차원 진동 댐핑을 제공한다.
특정 실시예에서, "O"링은 엘라스토머로 구성되며, 퍼플루오로엘라스토머(Perfluoroelastomer)가 바람직한 재료이다. 메인 베어링은 비다공질 탄소, 다공질 탄소, 또는 비다공질 및 다공질 탄소의 복합체로 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 메인 베어링은 교번하는 세그먼트식 다공질 탄소 섹션 및 비다공질 탄소 섹션이 함께 결합된 복합 베어링이다. 다공질 탄소 및 비다공질 탄소의 스러스트 베어링이 바람직하다. 복합 스러스트 베어링은 비다공질 탄소 및 다공질 탄소 둘 다의 알루미늄 및 탄소 성분과 같은 금속을 포함하는 적합한 재료로 구성될 수 있다.
분무기는 메인 베어링 주위에 외부 및 원주방향으로 설치된 적어도 하나의 슬리브를 가질 수 있으며, 상기 슬리브는 개구가 슬리브 내부에, 슬리브를 통해 그리고 슬리브 주위에 형성되며, 상기 개구는 상기 다공질 탄소 섹션에 인접하고 상기 인접한 다공질 탄소 섹션과 길이방향 및 원주방향 레지스트리에 있게 배향된다. 이 분무기는 슬리브의 근위 단부 및 원위 단부에 하나씩, 상기 적어도 하나의 슬리브 주위 외부로 그리고 원주방향으로 설치된 "O"링을 포함할 수 있으며, 이 모두는 본 명세서에서 참조로 포함된 미국 특허 제8,973,848B2호에 더욱 상세히 기술되어 있다.
적어도 하나의 슬리브는 스테인레스 스틸, 철 금속 또는 비철 금속과 같은 적합한 금속으로 구성될 수 있다.
분무기는 베이스 플레이트 및 터빈을 구동하기 위해 공기를 공급하기 위한 분무기에 이르는 적어도 2개의 유입구 포트를 포함할 수 있고, 상기 적어도 2개의 유입구 포트는 상기 베이스 플레이트를 통과하는 2개의 공기 채널에 각각 연결되며, 상기 2개의 공기 채널은 상기 베이스 플레이트 내에서 수렴하고 상기 베이스 플레이트로부터 단일 구동 공기 출구로 개방되며, 상기 단일 베이스 플레이트의 구동 공기 출구는 상기 터빈의 베이스에서 유량 분배 중간 플레이트 내로 단일 구동 공기 유입구와 정합되며, 상기 중간 플레이트는 상기 터빈의 블레이드를 수용하고, 상기 중간 플레이트는 그 내부와 그 주위에 상기 단일 구동 공기 유입구로부터 상기 중간 플레이트 주위에 부분적으로 그리고 실질적으로 원주 방향으로 뻗어 있는 채널을 갖고, 상기 중간 플레이트 채널을 통해 상기 구동 공기가 양방향으로 상기 터빈 블레이드로 보내어지며, 미국 특허 제9.375,734B1호에 기술된 바와 같이 이 모두가 본 명세서에 참고로 포함된다.
또 다른 실시예에서, 분무기는 베이스 플레이트와, 유량 분배 중간 플레이트에 이르는 2개의 병렬 구동 공기 유입 채널에 각각 연결된 적어도 2개의 구동 공기 유입구 포트를 포함하고, 상기 중간 플레이트를 통해 구동 공기가 상기 터빈 블레이드로 보내진다.
가장 넓은 형태로, 본 발명은 터빈 구동 모터 샤프트를 지지하는 에어 베어링 어셈블리를 제공하며, 상기 어셈블리는 바람직하게는 모터 샤프트를 지지하는 탄소로 된 원통형 메인 에어 베어링, 바람직하게는 모두 탄소로 되고 및 모두 터빈을 지지하는 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링 및 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링을 포함하고, 모든 회전 구성요소의 보편적인 3차원 진동 댐핑을 제공하기 위해 모든 베어링에 인접하여 배치된 진동 댐핑 "O"링을 포함한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
첨부도면에서:
도 1은 본 발명의 회전식 벨 컵 분무기의 부분 분해 정면도 및 부분 횡단면도이다.
도 2는 종래 기술에 공지된 회전식 벨 컵 분무기 및 에어 베어링 어셈블리의 일 실시예의 횡단면의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 종래 기술의 벨 컵 분무기 및 에어 베어링 어셈블리의 일부의 분해 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 회전식 벨 컵 분무기의 바람직한 실시예의 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 벨 컵 분무기 및 에어 베어링 어셈블리의 부분 분해 횡단면도이다.
도 6a, 6b 및 6c는 본 발명에 따른 하나의 환형 디스크형 스러스트 베어링의 도면으로, 베어링 내로 그리고 베어링을 통과하는 특정 공기 통로가 가상으로 도시되어 있으며, 도 6a 및 도 6b는 개략적인 사시도이고 도 6c는 스러스트 베어링의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 요소들의 부분 횡단면의 분해 사시도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 터빈을 구동하기 위한 공기 공급 채널을 도시한 도 7의 대안적인 실시예의 사시도 및 부분 횡단면도로서, 본 발명의 베이스 플레이트, 근위 진동 댐핑 "O"링 및 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링 요소만을 도시한다.
에어 베어링 어셈블리 내에 지지된 회전식 모터 샤프트 상에 장착된 터빈에 의해 구동되는 회전식 벨 컵 분무기가 제공된다. 에어 베어링 어셈블리는 모터 샤프트를 지지하는 원통형 메인 에어 베어링, 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링 및 터빈을 지지하는 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링을 포함하고, 베어링에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링을 포함한다. 동작시, 분무기에 공급된 공기는 터빈을 구동하고 분무기의 모든 회전면이 공중에 지지되고 모든 회전 구성요소의 축 방향 및 반경 방향 모두의 보편적인 3차원 진동 댐핑이 제공되도록 터빈 및 모터 샤프트를 지지한다.
본 발명 및 바람직한 실시예의 상세한 설명에 첨부도면에 대한 참조가 가장 잘 제공되며, 도 1은 본 발명의 회전식 벨 컵 분무기(10)의 부분적으로 분해되고 부분적으로 횡단면의 측면도이다. 사시도로, 분무기의 요소는, 개략적으로 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(44)의 원단부에 부착된 벨 컵 페인트 어플리케이터(45)가 장착된 모터 샤프트(44)에 장착된 공기 구동 터빈(47)을 포함하는 분무기의 외부 하우징(12)을 포함한다. 모터 샤프트(44)는 후술된 원통형 메인 에어 베어링 어셈블리(30) 내에 지지되며, 모터 샤프트(44)가 뻗어 있는 상기 어셈블리를 통해, 샤프트(44) 및 베어링 어셈블리가 베어링 하우징(14) 내에 수용된다. 이하에서 모두 상세히 설명된 샤프트(44)에 장착된 터빈(47) 및 분무기 구동 플레이트(62) 및 스페이서 플레이트(64)를 터빈 어셈블리라 하며, 브래킷(26)으로 표시되어 있다. 도 1에서, 모두 종래의 페인트 공급 라인(16), 구동 에어 서플라이 라인(40), 베어링 에어 서플라이 라인(18), 필요시, 세정 용매를 공급하는 공급 라인(20) 및 모든 전기도관(22)을 포함하여 분무기에 필수 재료를 공급하기 위한 공급 라인들이 개략적으로 도시되어 있다.
터빈(47)을 구동하기 위한 압축된 구동 공기가 유입구 포트(들)(40)를 통해 그리고 내부적으로 채널(24)로 그리고 채널(24)을 통해 보내진다. 베어링 공기는 라인(18)을 통해 공기 통로/채널(28) 내로 공기 통로/채널(28)을 통해 베어링 하우징(14)을 통해 원통형 메인 베어링 어셈블리(30)로 그리고 근위 스러스트 베어링(56) 및 원위 스러스트 베어링(54)으로 공급되고, 공기 통로 및 채널의 세부 내용은 후술된다. 근위 스러스트 베어링 축 방향 진동 댐핑 "O"링(50)은 근위 스러스트 베어링(56)의 근위에 인접하여 위치되고, 원위 스러스트 베어링 축 방향 진동 댐핑 "O"링(52)은 원위 스러스트 베어링(54)의 원위에 인접하여 위치되며, 이 모두가 도 1에 도시되고 아래에 자세히 설명되어 있다.
또한, 하나는 근위 단부에 근접하고 하나는 메인 베어링 어셈블리(30)의 원위 단부에 근접한 메인 베어링 어셈블리(30) 주위에 원주방향으로 설치된 반경 방향 진동 댐핑 "O"링(46 및 48)이 도 1에 표시되고, 아래에 더 상세히 설명되며 묘사되고 도 4 및 도 5에도 도시되어 있다.
도 2는 가동 중인 분무기의 반경 방향 진동을 감쇠시키는 메인 베어링 어셈블리(30)의 전후 단부에 인접하게 "O"링이 설치된 에어 베어링 어셈블리를 포함하는 종래의 분무기의 횡단면도이다. 첨부도면에서, 공통 구성요소는 편의 및 명확히 하기 위해 공통의 참조번호로 지정된다. 도 2에 도시된 분무기는 본질적으로 공동으로 양도된 미국 특허 제8,973,848 B2호에 개시되고 청구된 분무기이다. 도 2에서, 메인 에어 베어링 어셈블리(30)가 베어링 하우징(14) 내에 수용된 것으로 도시되고 슬리브(33)에 의해 원주 방향으로 오버랩핑된 (점으로 도시된) 복합 세그먼트식 원통형 비다공질 탄소 세그먼트(31) 및 다공질 탄소 세그먼트(34)를 포함한다. 베어링 어셈블리(30)는 "O"링(46, 48)이 동작시 회전 모터 샤프트(44)를 지지하는 원위 단부 및 근위 단부에서 각각 하나씩 상기 어셈블리 주위에 설치된다. 도면에 도시된 바와 같이 슬리브(33)가 별도의 하프 슬리브를 갖도록 슬리브(33)에 의해 함께 접합되고 오버랩핑된 교번하는 비다공질 탄소 세그먼트(31) 및 다공질 탄소 세그먼트(34)를 갖는 복합 원통형 탄소 에어 베어링 어셈블리(30)가 구성 될 수 있으며, 이는 필요한 근사 허용오차를 갖는 구성요소드르이 정확한 정렬을 용이하게 하는 바람직한 실시예이다.
슬리브(33)는 도시된 바와 같이 슬리브를 통해 그리고 슬리브 주위에 원주 개구(36)를 가지며, 개구는 설치시 및 인접한 복합 베어링 어셈블리(30)를 오버랩핑할 때 개구(36)가 베어링 어셈블리(30)의 각각의 다공질 인접 탄소 세그먼트(34) 각각 위에 정렬된다.
분무기로 유입되는 구동 공기는 터빈(47)을 구동하기 위해 채널(24)을 통해 내부로 가이드되고, 베어링 공기는 도 2에 모두 도시된 바와 같이 베어링 하우징(14) 내에 공기 통로(28)로 그리고 공기 통로(28)를 통해 보내진다. 공기 통로(28)는 베어링 어셈블리에 이르고 베어링 어셈블리 주위로 확장되어, 도시된 바와 같이, 각각의 공기 투과성 다공질 세그먼트(34)가 슬리브(33) 내의 각각의 원주방향 개구(36)와 길이방향으로 정렬되고, 이로써 각각의 다공질 탄소 세그먼트(34), 슬리브 개구(36) 및 공기 통로(28)를 모두 길이 방향 및 원주 방향 레지스트리에 배치된다.
도 2에 도시된 세부 사항의 완성을 위해, "O"링(46, 48)은 베어링 어셈블리(30)의 원위 및 근위 단부에 있는 자리에 각각 설치된다.
유입구(18)를 통해 분무기로 유입되는 베어링 공기는 도시된 바와 같이 메인 베어링 어셈블리(30) 및 근위 및 원위 축 베어링(70 및 72)으로 그리고 메인 베어링 어셈블리(30) 및 근위 및 원위 축 베어링(70 및 72)을 통해 동작시 회전 터빈(47) 및 모터 샤프트(44)를 지지하는 좁은 틈(35, 74 및 76)으로 보내진다.
도 3은 도 2에 도시된 종래 기술의 베어링 어셈블리의 일부의 분해도이고, 공통 요소는 모두 공통 참조번호 표시를 가지며, 도 3에서, 어셈블리로 들어가는 베어링 공기는 공기 채널(28)을 통해 회전 모터 샤프트(44)와 메인 베어링 어셈블리(30) 사이의 좁은 틈(35)으로 그리고 회전 구성요소와 축 방향 스러스트 베어링(70, 72) 사이의 갭(74, 76)으로 통과된다. 각각 근위 및 원위 "O"링(46, 48)에 의한 회전 동안 반경 방향 진동 댐핑이 제공된다. 공지된 종래 기술은 분무기에 공급되는 공기가 모든 회전 구성요소의 모든 회전면을 둘러싼 에어갭으로 보내지고 3차원 축 방향 및 반경 방향 진동 댐핑이 달성되는 에어 베어링을 갖는 회전식 벨 컵 분무기를 개시하지 않는다.
도 4는 회전식 벨 컵 분무기(10) 및 그 구성요소의 횡단면도로 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 여기서, 도 1에 도시된 외부 하우징(12)은 명확히 하기 위해 생략되었으며, 터빈 및 베어링 하우징(14)은 메인 베어링 세그먼트(31)를 통해 회전식 모터 샤프트(44)가 뻗어 있고 다공질 세그먼트(34)를 통해 베어링 에어 서플라이(18)로부터 공기가 갭(35) 내로 반경 방향으로 통과하는 공기 투과성 다공질 탄소 세그먼트(34)와 결합된 원통형 비다공질 탄소 메인 베어링 세그먼트(31)를 포함하는 메인 베어링 어셈블리(30)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 대안적인 변형에서, 공기 투과성 다공질 탄소 세그먼트(34)는 포함되지 않으며, 대안으로, 갭(35)으로 공기 통로가 비다공질 원통형 탄소 메인 베어링 구성요소(31)를 통해 관통 개구("34"로도 표시됨)로 형성될 수 있으며, 두 구조는 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
동작시, 도 4의 예시에서, 베어링 공기는 에어 서플라이(18)로부터 통로(28) 및 공기 투과성 세그먼트(34)를 통해 궁극적으로 메인 베어링 어셈블리(30)와 모터 샤프트(44) 사이의 에어 갭(35)으로 통과한다. 원주형 원통형 메인 베어링 어셈블리(30)가 다공질 탄소 공기 통로(34)와 함께 레지스트리에 있는 공기 통로(36)를 갖는 슬리브(33)에 의해 오버 랩핑되도록 도 4에 도시되어 있으며, 도시된 바람직한 전체 메인 베어링에 포함된다.
메인 에어 베어링 어셈블리(30)는 예시적인 목적으로 상기에서 상세히 설명되었지만, 당업계에 공지되어 있고 본 발명의 베어링 어셈블리 내에서 지지될 수 있은 다른 구성들도 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 메인 베어링 구성요소들은 앞서 제시되고 미국 특허 제8,973,848B2호에 개시된 바와 같이 비다공질 탄소, 다공질 탄소, 및 다공질 및 비다공질 탄소 세그먼트의 복합체 및 당업계에 공지된 다른 적합한 재료일 수 있다.
에어 갭(35)은 아래에 설명될 확대도에 더 상세히 도시되어 있다.
메인 베어링 어셈블리(30) 위의 선택적 강화 슬리브(33)는 스테인레스 스틸, 알루미늄을 포함한 다른 금속, 및 다른 적합한 철 금속 및 비철 금속일 수 있다. 나타낸 바와 같이, 슬리브(33)는 슬리브를 통해 그리고 슬리브 주위에 개구(36)를 가지며, 이 모두는 베어링 구성요소(31)를 통한 통로(34)와 함께 레지스트리에 있다.
메인 원통형 에어 베어링 어셈블리(30)는 각 단부에, 즉, 도시된 바와 같이 하나(48)는 근위 단부에 그리고 하나(46)는 원위 단부에 근접하여 설치된 "O"링(48 및 46)을 갖는다.
도 4는 또한 서로의 거울상인 근위 스러스트 베어링(56)과 원위 스러스트 베어링(54)을 도시한다. 이들 베어링은 다공질 및 비다공질 탄소가 바람직한 재료 인 상술한 메인 베어링의 재료와 동일한 재료일 수 있으며, 또한 탄소와 알루미늄과 같은 금속의 복합체를 포함할 수 있다. 이러한 환형 디스크형 베어링(54 및 56)은 공기 통로(28)가 내부에 형성되고, 공기 통로는 베어링 에어 서플라이(18)로부터 베어링(54 및 56)으로 그리고 베어링(54 및 56)을 통해 그런 후 공기 채널(29) 내로 및 공기 채널(29)을 통해, 동작시, 베어링(54, 56)을 모두 도시된 바와 같이 회전 터빈/모터 샤프트로부터 분리시키는 에어 갭(84 및 86)으로 공기를 보낸다.
근위 환형 디스크형 스러스트 베어링(56)의 외주에 근접해, 근위 축 방향 진동 댐핑 "O"링(50)은 도시된 바와 같이 베어링(56)의 근위면에 인접하여 위치된다. 그리고, 원위 환형 스러스트 베어링(54)의 외주에 근접해, 원위 축 방향 진동 댐핑 "O"링(52)은 베어링(54)의 원위면에 인접하여 도시된 바와 같이 위치된다.
분무기의 동작시, 이들 "O"링(50 및 52)은 터빈(47) 및 모터 샤프트(44)의 축 방향 진동을 효과적으로 감쇠시킨다.
상술한 진동 댐핑 "O"링(46, 48, 50 및 52)은 바람직하게는 엘라스토머이고, 가장 바람직하게는 퍼플루오로엘라스토머이다.
후면 하우징 또는 베이스 플레이트(60), 구동 플레이트(62), 스페이서 플레이트(64), 및 번호가 매겨지지 않은 자명한 씰링 "O"링이 완성을 위해 도 4에 포함된다.
도 5는 도 4에 기술된 분무기의 베어링 어셈블리의 일부의 확대도를 도시한다. 도 5에서, 베어링 에어 서플라이 라인(18)으로 유입되는 공기는 모든 공기 통로(28 및 29), 다공질 세그먼트(34) 및 개구(36)로 및 이를 통해 모두 3개의 베어링으로 모두 3개의 베어링을 통해, 즉, 도시된 바와 같이, 메인 베어링 어셈블리(30), 근위 스러스트 베어링(56) 및 원위 스러스트 베어링(54)으로 그리고 이를 통해 보내진다. 스러스트 베어링 공기는 통로(29)를 통해 각각 갭(84, 86)으로, 그리고 슬리브 및 메인 베어링 공기 통로(34, 36)를 통해 메인 베어링 어셈블리(30)와 모터 샤프트(44) 사이에서 뻗어 있는 축 방향 길이 방향 갭(35)으로 보내져, 작동시, 회전 어셈블리가 부유하는 공기 쿠션 내에 회전 터빈/모터 샤프트 어셈블리(44, 47)가 본질적으로 둘러싸여 진다. 근위 "O"링(50) 및 원위 "O"링(52)은 동작시 축 방향 진동을 감쇠시키고, 각각 메인 베어링 어셈블리의 전후 단부 둘레에 원주방향으로 위치된 근위 및 원위 "O"링(48, 46)은 동작시 반경 방향 진동을 감쇠시킨다. 베어링 공기가 분무기에 공급될 때, 공기는 모든 회전 구성요소의 모든 회전면을 둘러싸는 에어 갭으로 보내져서, 모든 회전 구성요소의 반경 방향 및 축 방향 모두에 대해 보편적인 3차원 진동 댐핑을 제공한다.
후술된 후면 하우징(60), 구동 플레이트(62) 및 스페이서 플레이트(64)와 같이, 번호가 매겨지지 않은 기능적인 조인트 씰링 "O"링이 완성을 위해 도 5에 도시되어 있다.
도 6a, 6b 및 6c는 각각 가상으로 개략적으로 도시된 내부 공기 통로(28, 29)를 도시한 사시도 및 가상으로 베어링(54) 내로 및 이를 통하는 공기 통로(28, 29)를 또한 도시한 평면도에 원위 스러스트 베어링(54)을 도시한다.
근위 스러스트 베어링(56)은 유사하게 도시되지 않았으나, 본질적으로 베어링(54)의 거울상이다.
도 6a, 6b 및 6c에 모두 도시된 바와 같이, 스러스트 베어링(54, 56)의 공기 통로(28 및 29)로 및 이를 통해 보내진 공기는 공기 채널(29)로부터 상술한 에어 갭으로 나오고, 여기서 베어링은 가동 중 공중에 부유한다. 씰링 "O"링(66)은 누출을 막기 위해 베어링(54) 주위에 설치된다.
도 7은 본 발명에 따른 분문기의 바람직한 구성요소를 도시한 분해도로서, 유사한 구성요소는 상기 지정된 것과 동일한 번호를 가지며, 중복 구성요소의 상세한 설명은 여기에서 반복하지 않을 것이다. 본 명세서에서 충분히 언급하였으므로, 본 발명의 분무기에 필수적인 3개의 베어링의 상대 위치는 근위 축 방향 진동 댐핑 "O"링(50), 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링(56), 터빈 및 모터 샤프트(44, 47), 및 터빈(47)과 모터 샤프트(44)를 포함하고, 브래킷식 터빈 어셈블리(26)가 구동 플레이트(62)와 스페이서 플레이트(64)를 포함하고, 터빈(47)과 모터 샤프트 위에 모두 상술한 바와 같이 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링(54), 원위 축 방향 진동 댐핑 "O"링, 원통형 메인 에어 베어링 어셈블리(30)를 수용하는 베어링 하우징(14)이 있고, 이 메인 베어링 어셈블리는 도시된 바와 같이 각각 전방 및 후방 반경 방향 진동 댐핑 "O"링(48, 46)을 그 주위로 설치한 것이 즉시 명백하다.
또한 터빈 및 모터 샤프트를 구동하기 위해 구동 공기를 도입하기 위한 바람직한 실시예가 도 7에 도시되어 있으며, 구동 공기는 도시된 바와 같이 에어 서플라이로부터 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(60) 내의 2개의 공기 채널로 이어지는 2개의 구동 공기 유유입구 포트(40)에 공급되고, 2개의 채널은 공기가 단일 배출구(41)로부터 플레이트(60)를 빠져 나가는 베이스 플레이트(60) 내에 수렴되고, 상기 배출구(41)는 베이스 플레이트(60)와 유입구(43)를 터빈(47)을 수용하는 중간 구동 플레이트(62)에 연결시 맞물리며, 중간 플레이트(62)는 도시된 바와 같이 단일 구동 공기 유입구(43)로부터 중간 플레이트(62) 주위에 원주방향으로 부분적으로 그리고 실질적으로 뻗어 있는 채널을 그 내부에 그리고 주위에 가지며. 중간 플레이트 채널을 통해 구동 공기가 터빈 블레이드에 양방향으로 보내진다.
분무기 내로 구동 공기를 도입하기 위한 바람직한 제 2 실시예는 도 7a에 도시된 구성을 포함하며, 분무기 내로 적어도 2개의 병렬 구동 공기 유유입구 포트(40)가 터빈(47)을 구동하기 위해 공기를 공급한다.
본 발명이 특정 실시예 및 상세한 설명과 관련하여 본 명세서에 개시되었으나, 본 발명의 요지를 벗어나지 않으면서 이러한 세부 사항의 수정 또는 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이며, 이러한 수정 또는 변형은 하기의 청구범위 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (20)

  1. 하우징 내에 포함된 에어 베어링 어셈블리 내에 지지된 회전식 모터 샤프트에 장착된 터빈에 의해 구동되고, 상기 터빈을 구동하기 위해 공기를 공급하고 공기를 에어 베어링 어셈블리로 보내기 위한 외부 에어 서플라이를 포함하는 회전식 벨 컵 분무기로서,
    상기 에어 베어링 어셈블리는:
    메인 에어 베어링을 통해 뻗어 있는 상기 모터 샤프트를 지지하는 원통형 메인 에어 베어링;
    상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 스러스트 베어링을 통해 상기 터빈에 대해 근위에 축 방향으로 배치된 상기 터빈을 지지하는 근위 환형 디스크형 스러스트 베어링; 및
    상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 스러스트 베어링을 통해 상기 터빈에 대해 원 위에 축 방향으로 배치된 상기 터빈을 지지하는 원위 환형 디스크형 스러스트 베어링을 포함하고,
    상기 분무기는:
    모든 상기 베어링과 상기 분무기의 모든 가동 회전면 사이에 형성된 에어 갭을 포함하며,
    상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 상기 근위 스러스트 베어링에 근위에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링;
    상기 모터 샤프트가 뻗어 있는 상기 원위 스러스트 베어링에 원위에 인접하여 위치된 진동 댐핑 "O"링; 및
    상기 메인 베어링의 근위 단부 및 원위 단부에 하나씩, 상기 원통형 메인 에어 베어링 주위에 원주방향으로 설치된 "O"링을 포함하고,
    모든 베어링을 통해 상기 외부 에어 서플라이로부터 공기를 모든 상기 베어링과 상기 분무기의 모든 가동 회전면 간의 모든 상기 에어 갭에 공급하기 위해 모든 상기 베어링을 통해 뻗어 있는 공기 통로를 가지며,
    이로써, 동작시, 상기 분무기에 공급된 공기가 상기 공기 통로를 통해 그리고 모든 상기 에어 갭으로 전달되어 상기 회전식 터빈 및 모터를 구동시키고, 상기 분무기의 모든 회전면은 공중에서 지지되며 상기 "O"링은 모든 회전 구성요소의 축 방향 및 반경 방향 진동 댐핑을 제공하는 회전식 벨 컵 분무기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 "O"링은 엘라스토머로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 "O"링은 퍼플루오로엘라스토머(Perfluoroelastomer)로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 베어링은 비다공질 탄소로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 베어링은 다공질 탄소로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 베어링은 다공질 및 비다공질 탄소의 복합체로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 베어링은 교번하는 세그먼트식 다공질 탄소 섹션 및 비다공질 탄소 섹션이 함께 결합된 복합 베어링인 회전식 벨 컵 분무기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은 비다공질 탄소로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은 다공질 탄소로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은 다공질 및 비다공질 탄소의 복합체로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스러스트 베어링은 알루미늄으로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 메인 베어링 주위에 외부 및 원주방향으로 설치된 적어도 하나의 슬리브를 갖고, 상기 슬리브는 개구가 슬리브 내부에, 슬리브를 통해 그리고 슬리브 주위에 형성되어 상기 개구가 상기 다공질 탄소 섹션에 인접하고 상기 인접한 다공질 탄소 섹션과 길이방향 및 원주방향 레지스트리에 있게 배향되는 회전식 벨 컵 분무기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    슬리브의 근위 단부 및 원위 단부에 하나씩, 상기 적어도 하나의 슬리브 주위 외부로 그리고 원주방향으로 설치된 "O"링을 포함하는 회전식 벨 컵 분무기.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 금속으로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 스테인레스 스틸로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 철 금속으로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 슬리브는 비철 금속으로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈을 구동하기 위해 공기를 공급하기 위한 상기 분무기로 유도되는 적어도 2개의 유입구 포트를 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 적어도 2개의 유입구 포트는 상기 베이스 플레이트를 통과하는 2개의 공기 채널에 각각 연결되며, 상기 2개의 공기 채널은 상기 베이스 플레이트 내에서 수렴하고 상기 베이스 플레이트로부터 단일 구동 공기 출구로 개방되고, 상기 단일 베이스 플레이트의 구동 공기 출구는 상기 터빈의 베이스에서 유량 분배 중간 플레이트 내로 단일 구동 공기 유입구와 정합되며, 상기 중간 플레이트는 상기 터빈의 블레이드를 수용하고, 상기 중간 플레이트는 그 내부와 그 주위에 상기 단일 구동 공기 유입구로부터 상기 중간 플레이트 주위에 부분적으로 그리고 실질적으로 원주 방향으로 뻗어 있는 채널을 갖고, 상기 중간 플레이트 채널을 통해 상기 구동 공기가 양방향으로 상기 터빈 블레이드로 보내어지는 회전식 벨 컵 분무기.
  19. 제 1 항에 있어서,
    베이스 플레이트를 포함하고, 유량 분배 중간 플레이트에 이르는 2개의 병렬 구동 공기 유입 채널에 각각 연결된 적어도 2개의 구동 공기 유입구 포트를 가지며, 중간 플레이트를 통해 구동 공기가 상기 터빈 블레이드로 보내지는 회전식 벨 컵 분무기.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 "O"링은 퍼플루오로엘라스토머로 구성되고, 상기 메인 베어링은 교번하는 세그먼트식 비다공질 및 다공질 탄소 섹션들이 함께 접합된 복합체로 구성되며, 상기 스러스트 베어링은 탄소로 구성되고, 상기 메인 베어링은 외부 및 원주방향으로 그 주위에 설치된 적어도 하나의 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 개구가 슬리브 내부에, 슬리브를 통해, 그리고 슬리브 주위에 형성되어 상기 개구가 상기 다공질 탄소 섹션에 인접하고 상기 인접한 다공질 탄소 섹션과 길이방향 및 원주방향 레지스트리에 있게 배향되며, 슬리브의 근위 단부 및 원위 단부에 하나씩 상기 적어도 하나의 슬리브 외부 및 원주방향 주위에 설치된 "O"링을 포함하고, 상기 적어도 하나의 슬리브는 스테인레스 스틸로 구성되는 회전식 벨 컵 분무기.
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