KR20200123251A - 래디얼 호일 베어링 - Google Patents

Abstract

래디얼 호일 베어링(3)은 샤프트가 삽입되는 삽입홀(12a)을 가지는 베어링 하우징(12); 삽입홀(12a)의 내주면에 배치되는 백 호일(11); 백 호일(11)에 지지되는 탑 호일(9); 및 삽입홀(12a)의 내주면으로부터 삽입홀(12a)의 지름 방향 내측을 향해 돌출되며, 탑 호일(9)을 지지할 수 있는 돌출부(40)를 구비한다.

Description

래디얼 호일 베어링

본 발명은 래디얼 호일 베어링에 관한 것이다.

본 출원은 2018년 3월 7일에 일본에 출원된 특원2018-040772호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 본 명세서에 원용한다.

종래, 고속 회전체용 베어링으로서 회전축의 외측에 배치되어 이용되는 래디얼 호일 베어링이 알려져 있다. 이러한 래디얼 호일 베어링으로서, 베어링면을 형성하는 박판 형상의 탑 호일, 상기 탑 호일을 탄성적으로 지지하는 백(back) 호일 및 상기 탑 호일과 백 호일을 수용하는 원통형의 베어링 하우징을 구비하는 구성이 잘 알려져 있다. 래디얼 호일 베어링의 백 호일로서, 박판을 물결 판 형상으로 성형한 범프 호일이 주로 이용되고 있다(예를 들면, 하기 특허문헌 1 참조). 특허문헌 2~4에는 백 호일을 이용한 래디얼 호일 베어링이 개시되어 있다.

일본 공개 특허 공보 제2013-100885호 일본 공개 특허 공보 제2006-57652호 일본 공개 특허 공보 제2004-270904호 일본 공개 특허 공보 제2009-299748호

이러한 래디얼 호일 베어링은, 베어링 하우징 안이 부드러운 호일로 구성되어 있기 때문에, 외력에 대한 샤프트의 변위가 크다. 따라서, 래디얼 호일 베어링을 탑재한 장치가 강한 외부 혼란에 노출되어도, 장치 본체(정지부)에 샤프트가 접촉하지 않도록 샤프트의 변위를 억제할 필요가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안한 것으로, 장치에 큰 외력이 작용했을 때 샤프트의 변위를 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제1 형태는, 샤프트가 삽입되는 삽입홀을 가지는 베어링 하우징; 상기 삽입홀의 내주면에 배치되는 백 호일; 상기 백 호일에 지지되는 탑 호일; 및 상기 삽입홀의 내주면으로부터 상기 삽입홀의 지름 방향 내측을 향해 돌출되며, 상기 탑 호일을 지지할 수 있는 돌출부를 구비한다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제2 형태는, 제1 형태에 있어서, 상기 백 호일은 상기 돌출부가 끼워지는 홀부를 구비할 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제3 형태는, 제1 형태 또는 제2 형태에 있어서, 상기 돌출부는 상기 삽입홀의 축방향 중앙 위치보다 ±5% 범위의 축방향 위치에 정상 벽부를 구비할 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제4 형태는, 제1 내지 제3 형태의 어느 하나의 형태에 있어서, 상기 돌출부는 상기 삽입홀의 내주면의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있을 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제5 형태는, 제1 내지 제3 형태의 어느 하나의 형태에 있어서, 상기 돌출부는 상기 삽입홀의 내주면의 둘레 방향을 따라 틈새를 두고 복수개가 형성되어 있을 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제6 형태는, 제1 내지 제5 형태의 어느 하나의 형태에 있어서, 상기 백 호일은 상기 삽입홀의 축 방향에서 분리된 제1 백 호일 및 제2 백 호일을 구비하고, 상기 제1 백 호일과 상기 제2 백 호일은 상기 돌출부를 사이에 두고 축방향에서 대향하고 있을 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제7 형태는, 제6 형태에 있어서, 상기 제1 백 호일 및 상기 제2 백 호일은 상기 탑 호일을 지지하는 지지 강성이 다를 수 있다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링의 제8 형태는, 제5 형태에 있어서, 상기 백 호일은, 상기 돌출부에 대하여 축방향 제1측에 배치된 제1 지지부; 상기 돌출부에 대하여 축방향 제2측에 배치된 제2 지지부; 및 상기 틈새에 배치되며, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이를 연결하는 연결부를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면, 장치에 큰 외력이 작용했을 때 샤프트의 변위를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 래디얼 호일 베어링이 적용되는 터보 기계의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링에 덮개를 장착한 상태를 나타내는 정면도이다.
도 4a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 탑 호일을 전개한 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 탑 호일을 전개한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부의 분해 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 베어링 하우징의 정면도이다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 베어링 하우징의 A-A 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 9는 도 8에서의 B-B 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 베어링 하우징의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형례에 따른 베어링 하우징의 정면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형례에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형례에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 16은 본 발명의 제1 실시 형태의 일 변형례에 따른 래디얼 호일 베어링의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 래디얼 호일 베어링을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 래디얼 호일 베어링이 적용되는 터보 기계의 일례를 나타내는 측면도이다.

도 1 중, 부호 1은 회전축(샤프트), 부호 2는 회전축의 축방향의 제1측 선단에 마련된 임펠러, 부호 3은 본 발명에 따른 래디얼 호일 베어링이다. 한편, 도 1에서는 생략하여 래디얼 호일 베어링을 하나만 도시하지만, 통상적으로는 회전축(1)의 축방향으로 래디얼 호일 베어링이 2개 마련되어 있다. 따라서, 본 발명에서도 래디얼 호일 베어링(3)이 2개 마련되어 있다.

회전축(1)의 외측에는 래디얼 호일 베어링(3)이 배치되어 있다. 회전축(1)의 임펠러(2)와 래디얼 호일 베어링(3) 사이에는 스러스트 칼러(4)가 마련되어 있다. 이 스러스트 칼러(4)의 축방향 양측에는 스러스트 베어링(5)이 배치(삽입)되어 있다. 임펠러(2)는 정지부에 해당하는 하우징(6) 내에 배치되어 있고, 하우징(6)과의 사이에 팁 클리어런스(7)를 가지고 있다.

(제1 실시 형태)

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)을 나타내는 정면도이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)에 덮개(50)를 장착한 상태를 나타내는 정면도이다.

래디얼 호일 베어링(3)은 회전축(1)의 외측에 배치되며, 회전축(1)을 지지하는 베어링이다. 래디얼 호일 베어링(3)은, 탑 호일(9), 중간 호일(10), 백 호일(11) 및 베어링 하우징(12)을 구비한다. 베어링 하우징(12)은 회전축(1)이 삽입되는 삽입홀(12a)을 갖는다.

한편, 이하의 설명에서는 삽입홀(12a)을 기준으로 각 부재의 위치 관계를 설명할 수 있다. 구체적으로, 「축방향」이란, 삽입홀(12a)이 연장되는 방향(회전축(1)이 삽입되는 방향)을 말한다. 또한, 「지름 방향」이란, 삽입홀(12a)의 지름 방향을 말한다. 또한, 「둘레 방향」이란, 삽입홀(12a)의 내주면을 따른 둘레 방향을 말한다.

베어링 하우징(12)은 지름 방향에서의 래디얼 호일 베어링(3)의 최외부를 구성하는 원통형의 부재이다. 베어링 하우징(12)에는 삽입홀(12a)이 형성되어 있다. 삽입홀(12a)에는, 백 호일(11), 중간 호일(10), 탑 호일(9)이 수용되어 있다. 구체적으로, 백 호일(11)은 삽입홀(12a)의 내주면에 지지되고, 중간 호일(10)은 백 호일(11)에 지지되고, 탑 호일(9)은 중간 호일(10)에 지지되어 있다. 한편, 본 발명의 베어링 하우징(12)은 삽입홀(12a)을 구비하는 원통형의 부재이다. 그러나, 삽입홀(12a)을 가지면, 베어링 하우징(12)은 원통형 이외의 부재(예를 들면, 각기둥 형상 부재)일 수도 있다.

도 4a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 탑 호일(9)을 전개한 평면도이며, 도 4b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 탑 호일(9)을 전개한 정면도이다.

탑 호일(9)은 도4a에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향을 장변으로 하고 축방향을 단변으로 하는 직사각 형상의 금속박이다. 탑 호일(9)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 원통 형상으로 감겨 회전축(1)의 둘레면에 대향하여 배치되어 있다.

탑 호일(9)의 장변 방향에서 제1 단변에는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 장변 방향의 제1측에 돌출되는 하나의 볼록부(21a) 및 볼록부(21a)의 단변 방향 양측에 형성된 2개의 오목부(22a)로 이루어지는 제1 요철부(23a)가 형성되어 있다. 즉, 탑 호일(9)의 장변 방향에서 제1 단변은 장변 방향의 제1측에 돌출되는 하나의 볼록부(21a) 및 볼록부(21a)의 단변 방향 양측에 연장되어 접하는 단차를 구비한다.

또한, 탑 호일(9)의 상기 제1 단변과 반대의 제2 단변(장변 방향에서 제2측에 위치하는 단변)에는, 단변 방향에서 이격되는 2개의 볼록부(21b) 및 이 2개의 볼록부(21b) 사이에 위치하는 하나의 오목부(22b)로 이루어지는 제2 요철부(23b)가 형성되어 있다. 혹은, 탑 호일(9)의 장변 방향의 제2측에 위치하는 단변에는, 장변 방향의 제1측에 오목한 오목부(22b) 및 오목부(22b)의 단변 방향 양측에 위치하는 단차를 구비한다.

제2 요철부(23b)의 오목부(22b)는 제1 요철부(23a)의 볼록부(21a)에 대응하여 형성되어 있다. 또한, 제1 요철부(23a)의 오목부(22a)는 제2 요철부(23b)의 볼록부(21b)에 대응하여 형성되어 있다. 즉, 오목부(22b)의 단변 방향의 폭(간격)의 최소가 볼록부(21a)의 단변 방향 폭의 최대보다 크다. 본 발명의 오목부(22b)의 장변 방향의 길이(간격)와 볼록부(21a)의 장변 방향의 길이(간격)는, 장변 방향에서 동일하다.

제2 요철부(23b)의 오목부(22b)는, 제1 요철부(23a)와 제2 요철부(23b)가 포개지도록 탑 호일(9)을 원통 형상으로 감았을 때, 오목부(22b) 내를 볼록부(21a)가 빠져 나가도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 제1 요철부(23a)의 오목부(22a)는 탑 호일(9)을 원통 형상으로 감았을 때, 오목부(22a) 내를 볼록부(21b)가 각각 빠져 나가도록 형성되어 있다.

오목부(22b, 22a)를 빠져 나간 볼록부(21a, 21b)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 각각 베어링 하우징(12)측으로 인출된다. 즉, 삽입홀(12a)의 내주측에 배치된 탑 호일(9)을 축방향으로부터 보면, 볼록부(21a)와 볼록부(21b)가 교차하고 있다. 또한, 탑 호일(9)의 볼록부(21a)는 축방향에서 2개의 볼록부(21b)의 사이에 위치한다. 베어링 하우징(12)에는 삽입홀(12a)의 내주면에 볼록부(21a, 21b)를 수용하는 홈(13)이 형성되어 있다. 홈(13)은 베어링 하우징(12)의 축방향의 제1 단면(12b)으로부터 제2 단면(12b)까지 형성되어 있다.

탑 호일(9)은, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 제1 요철부(23a)를 형성한 측(제1 단변측) 및 제2 요철부(23b)를 형성한 측(제2 단변측)에, 이들 사이의 중앙부에 비해 두께가 얇은 박육부(24)가 형성되어 있다. 이들 박육부(24)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 박육부(24)의 외주면(베어링 하우징(12) 측의 면)이 중앙부의 외주면보다 오목하여 얇은 두께로 이루어져 있다. 박육부(24)의 둘레 방향의 길이(L)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 홈(13)과, 백 호일(11) 단부의 산부(11c)의 1개분에 상당하는 길이로 되어 있다. 본 발명에서 베어링 하우징(12)에 배치된 탑 호일(9)은 외주면측에 단차를 구비하고, 단차에 의해 두께가 얇아진다. 또한, 박육부(24)는 탑 호일(9)의 둘레 방향의 양단으로부터 가장 가까운 산부(11c)를 넘는 둘레 방향 위치까지 연장되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 베어링 하우징(12)의 축방향의 양단면(12b)에는, 삽입홀(12a)의 내주 가장자리로부터 지름 방향 외측을 향해 연장되는 한 쌍의 결합홈(25)이 형성되어 있다. 즉, 베어링 하우징(12)의 축방향에서의 단면(12b)은 베어링 하우징(12)의 내주까지 연장되는 오목부를 구비한다. 본 발명의 결합홈(25)은 베어링 하우징(12)의 단면(12b)을 둘레 방향으로 거의 3분할하는 위치에 각각 형성되어 있다. 그리고, 이들 결합홈(25)에는, 후술하는 결합 부재(30)(결합 핀)가 걸려 있다. 한편, 본 발명에서는, 3개의 결합홈(25) 중 2개의 결합홈(25) 사이에 홈(13)이 배치되어 있다. 또한, 결합홈(25)의 하나는 지름 방향에서 홈(13)과 대향하고 있다.

백 호일(11)은 베어링 하우징(12)의 삽입홀(12a)의 내주면에 배치되어 있다. 백 호일(11)은, 중간 호일(10) 및 탑 호일(9)를 탄성적으로 지지하는 호일(박판)이다. 이러한 백 호일(11)로서, 예를 들면 범프 호일이나, 특허문헌 2나 특허문헌 3 등에 기재되어 있는 스프링 호일, 특허문헌 4 등에 기재되어 있는 백 호일 등이 이용된다. 본 발명에서 백 호일(11)로서 범프 호일을 이용하고 있다.

본 발명의 백 호일(11)은 삽입홀(12a)의 내주면을 따라 배치된 3개의 백 호일편(11a)에 의해 구성되어 있다. 한편, 백 호일편(11a) 각각은, 후술하는 바와 같이 축방향으로 분리되어 있기 때문에, 엄밀하게는 6개의 백 호일편(11a)에 의해 백 호일(11)이 구성되어 있다. 백 호일편(11a)은 호일(박판)이 둘레 방향으로 물결 판 형상으로 되어 있다. 둘레 방향으로 이어지는 3개의 백 호일편(11a)은 축방향으로부터 보면 전체적으로 대략 원통형이 되도록 만곡되어 있다. 즉, 백 호일편(11a)은 삽입홀(12a)의 내주면에 지지된다. 본 발명에서, 둘레 방향으로 이어지는 3개의 백 호일편(11a)이 모두 동일한 형상 및 치수로 형성되어 있다. 따라서, 이들 백 호일편(11a)은 삽입홀(12a)의 내주면을 둘레 방향에서 약 3분할하여 배치되어 있다.

백 호일편(11a)은 지름 방향 내측에 돌출되는 산부(11c)와, 산부(11c)로부터 보아 지름 방향 외측으로 돌출되는 골짜기부(11b)가 둘레 방향에서 교대로 형성되어 있다. 골짜기부(11b)의 베어링 하우징(12)과 대향하는 평탄부는 삽입홀(12a)의 내주면에 접촉할 수 있다.

또한, 산부(11c)는 중간 호일(10)(중간 호일편(10a))에 접촉할 수 있다. 이와 같이, 백 호일편(11a)은 산부(11c)에 의해 중간 호일편(10a)을 개재하여 탑 호일(9)를 탄성적으로 지지하고 있다. 한편, 백 호일편(11a)의 둘레 방향 양단은 모두 골짜기부(11b)로 되어 있다.

중간 호일(10)은 탑 호일(9)과 백 호일(11) 사이에 배치되어 있다. 중간 호일(10)은, 본 발명에서 삽입홀(12a)의 내주면을 따라 배치된 3개의 중간 호일편(10a)에 의해 구성되어 있다. 한편, 중간 호일편(10a)의 각각은 후술한 바와 같이 축방향으로 분리되어 있기 때문에, 엄밀하게는 6개의 중간 호일편(10a)에 의해 중간 호일(10)이 구성되어 있다. 둘레 방향으로 이어지는 3개의 중간 호일편(10a)은 전개 형상이 대략 직사각 형상이며, 축방향으로부터 보면, 도 2에 나타내는 바와 같이 전체적으로 대략 원통형이 되도록 만곡되어 있다. 본 발명에서, 둘레 방향으로 이어지는 3개의 중간 호일편(10a)이 모두 동일한 형상 및 치수로 형성되어 있다. 따라서, 이들 중간 호일편(10a)은 삽입홀(12a)의 내주면을 둘레 방향에서 대략 3분할하여 배치되어 있다.

중간 호일편(10a)의 두께는 백 호일편(11a)보다 얇다. 중간 호일(10)의 강성은 백 호일(11) 강성의 절반 이하이다. 중간 호일편(10a)의 외형은 백 호일편(11a)의 외형과 거의 동일한 크기를 갖는다. 중간 호일편(10a)은 백 호일(11) 산부(11c)의 정상부에 접하는 평면부(10b) 및 평면부(10b)보다 지름 방향 외측으로 움푹 파이는(돌출되는) 홈부(10c)를 갖는다. 즉, 홈부(10c)는 탑 호일(9)로부터 이격되고, 평면부(10b)는 탑 호일(9)에 접촉되어 있다. 홈부(10c)는 적어도 중간 호일편(10a)의 둘레 방향 양단 사이의 둘레 방향 위치(본 발명에서는 둘레 방향에서 중간 호일편(10a)의 중앙 위치)에 형성되어 있다. 중간 호일편(10a)의 홈부(10c)의 양측 부위는 홈부(10c)가 대향하는 백 호일편(11a)의 골짜기부(11b)의 양측 산부(11c)에 접촉할 수 있게 되어 있다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부의 분해 사시도이다. 도 6a는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 베어링 하우징(12)의 정면도이며, 도 6b는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 베어링 하우징(12)의 A-A 단면도이다. 도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다. 도 9는, 도 8의 B-B 단면도(즉, 백 호일편(11a)에서 결합홈(25)에 가장 가까운 산부의 정상부를 포함하고, 지름 방향으로 절단한 경우의 단면도)이다.

백 호일편(11a)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 축방향의 끝테두리에 노치(26)를 구비한다. 노치(26)는 백 호일편(11a)의 골짜기부(11b)에 형성되어 있다.

노치(26)는 백 호일편(11a)의 둘레 방향 양단 사이의 둘레 방향 위치(본 발명에서는 둘레 방향에서 백 호일편(11a)의 중앙 위치)에 형성되어 있다. 또한, 노치(26)는 백 호일편(11a)에 형성된 2개의 산부(11c) 사이의 둘레 방향 위치에 형성되어 있다. 즉, 백 호일편(11a)에는 축방향의 끝테두리의 상기 둘레 방향 위치에서 축방향으로 오목홈이 존재한다. 노치(26)는 베어링 하우징(12)의 결합홈(25)에 대응하는 위치, 즉 결합홈(25)과 지름 방향에서 겹치는(이어지는) 위치에 배치되어 있다. 또한, 노치(26)의 폭은 결합홈(25)의 폭보다 작게 형성되어 있다. 즉, 노치(26)의 둘레 방향 양단은 결합홈(25)의 둘레 방향 양단 사이의 둘레 방향 위치에 위치한다.

또한, 중간 호일편(10a)은 축방향의 끝테두리에 노치(27)를 구비한다. 노치(27)는 중간 호일편(10a)의 홈부(10c)에 형성되어 있다. 본 발명의 홈부(10c)는 평면부(10b)보다 지름 방향 외측에 위치하며 둘레 방향을 따라 평탄한 바닥부와, 바닥부의 둘레 방향 양단에 위치하며 평면부(10b)를 향해 지름 방향 내측으로 연신하는 테이퍼부를 갖는다. 노치(27)는 중간 호일편(10a)의 둘레 방향 양단 사이의 둘레 방향 위치(본 발명에서는 둘레 방향에서 중간 호일편(10a)의 중앙 위치)에 형성되어 있다. 즉, 중간 호일편(10a)에는, 축방향의 양단 테두리의 상기 둘레 방향 위치에서 축방향의 오목홈이 존재한다.

노치(27)는 베어링 하우징(12)의 결합홈(25) 및 백 호일편(11a)의 노치(26)에 대응하는 위치, 즉 결합홈(25) 및 노치(26)와 지름 방향으로 포개지는(이어지는) 위치에 형성되어 있다. 노치(27)의 폭은 결합홈(25)의 폭보다 작고, 노치(26)의 폭과 동일하게 형성되어 있다. 이들 결합홈(25) 및 노치(26, 27)에는 결합 부재(30)가 결합되어 있다. 결합 부재(30)는, 베어링 하우징(12)의 결합홈(25)에 결합되는 결합부(31), 노치(26, 27)에 삽입되는(혹은 끼워지는) 삽입부(32) 및 중간 호일(10)(백 호일(11))의 내주측에 대향하는 굽힘부(33)를 구비한다.

결합부(31)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 결합홈(25)의 둘레 방향 양단의 내면(25a)에 각각 접촉되어 있다. 결합홈(25)의 내면(25a)은 둘레 방향에서 간격을 두고 대향하며 지름 방향으로 평행하게 연장되어 있다. 결합부(31)는 결합홈(25)의 내면(25a)의 각각에 지름 방향에서 소정의 폭으로 접촉하는 직사각 프레임 형상으로 형성되어 있다. 또한, 결합부(31)의 둘레 방향의 일방측에서 내면(25a)과 대향하는 부분과 결합부(31)의 둘레 방향의 타방측에서 내면(25a)과 대향하는 부분 사이에는, 둘레 방향으로 공극 영역이 존재한다. 또한, 결합부(31)는 내면(25a)으로부터 R(만곡 형상) 가공 등을 하여 매끄럽게 이격되어 있다.

삽입부(32)는 직사각형 프레임 형상의 결합부(31)의 상부로부터 지름 방향 내측을 향해 평행으로 연장되어 있다. 삽입부(32)는 결합부(31)로부터 2개 형성되어 있으며 서로 이격되어 있다. 또한, 삽입부(32)와 결합부(31)는 R(만곡 형상) 가공 등을 하여 매끄럽게 연결되어 있다. 또한, 삽입부(32)는 축방향에서 중간 호일편(10a)(의 노치(27)) 및 백 호일편(11a)(의 노치(26))과 접촉된다. 즉, 삽입부(32)는 축방향에서 노치(26, 27)와 접촉된다. 굽힘부(33)는 지름 방향 내측을 향해 평행으로 연장된 삽입부(32)의 선단부로부터 둘레 방향에서 서로 상반되는 방향으로 구부러져 형성되어 있다. 즉, 결합 부재(30)는 둘레 방향에서 상반되는 방향으로 연장되는 한 쌍의 굽힘부(33)를 구비한다. 한 쌍의 굽힘부(33)는 중간 호일(10)의 홈부(10c)에 수용되며, 홈부(10c)의 개구 위치(평면부(10b)와 지름 방향에서 동일한 위치에 있는 홈부(10c)의 상단)보다 지름 방향 외측에 위치한다.

본 발명의 결합 부재(30)는 중간 호일(10)(백 호일(11))의 내주측(지름 방향 내측의 면)에서, 노치(27)(노치(26))의 형성 범위(W)보다 넓은 범위에 걸쳐 둘레 방향으로 연장되어 있다. 구체적으로, 한 쌍의 굽힘부(33)가 상반되는 방향으로 연장되는 양단부 사이의 폭을 W1이라고 하면, W1＞W의 관계를 갖는다. 한편, 삽입부(32)의 폭을 W2라고 하면, W1＞W＞W2의 관계를 갖는다. 또한, 결합부(31)의 폭을 W3라고 하면, W3＞W1＞W＞W2의 관계를 갖는다. 또한, W1는, 백 호일(11)의 골짜기부(11b)의 평탄부보다 넓은 범위에 걸쳐 둘레 방향으로 연장되어 있다.

결합 부재(30)(결합부(31))는, 축세 상태(압축 상태)로 결합홈(25)의 내면(25a)에 접촉되어 있다. 본 발명의 결합 부재(30)는 하나의 판 용수철(탄성 부재)을 대략 C자형(병 모양)으로 절곡하여 형성되어 있다. 결합 부재(30)의 결합부(31)는 둘레 방향에서 약간 수축된 상태에서 결합홈(25)에 걸려 있다. 이에 따라, 결합부(31)에는 둘레 방향으로 열리려는 스프링 백이 작용한다. 이에 따라, 결합부(31)와 결합홈(25)의 내면(25a) 사이에 마찰력이 발현되어 결합 부재(30)가 베어링 하우징(12)에 유지된다.

도 3으로 돌아와, 베어링 하우징(12)의 축방향의 양단면(12b)에는 덮개(50)가 장착되어 있다. 덮개(50)는 결합 부재(30)를 수용하고 있는 결합홈(25)을 덮고 있다. 본 발명의 덮개(50)는 베어링 하우징(12)의 둘레 방향에 따른 원환 판 형상으로 형성되어 있다. 덮개(50)의 내주 가장자리의 지름은 베어링 하우징(12)의 내주 가장자리의 지름보다 크고, 덮개(50)의 외주연의 지름은 베어링 하우징(12)의 외주연의 지름보다 작다.

덮개(50)는 결합홈(25)의 근방에 형성된 나사홀(52)(도 2 참조)에 나사(51)에 의해 고정되어 있다. 본 발명의 덮개(50)는 베어링 하우징(12)의 단면(12b)을 베어링 하우징(12)의 둘레 방향으로 거의 3분할하는 위치에 각각 나사 고정되어 있다. 상기 구성에 의하면, 베어링 하우징(12)의 단면(12b)에 결합 부재(30)를 수용하고 있는 결합홈(25)을 덮는 덮개(50)가 장착되어 있기 때문에, 결합 부재(30)가 베어링 하우징(12)으로부터 축방향으로 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

베어링 하우징(12)에는, 도 6a에 나타낸 바와 같이 삽입홀(12a)의 내주면으로부터 지름 방향 내측(내경측)을 향해 돌출하는 돌출부(40)가 마련되어 있다. 본 발명의 돌출부(40)는 베어링 하우징(12)과 일체로 형성되어 있다. 한편, 돌출부(40)는 별도의 부재로서 베어링 하우징(12)에 장착되는 구성일 수 있다. 돌출부(40)는 삽입홀(12a)의 내주면의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있다. 보다 자세하게는, 돌출부(40)는 홈(13)을 제외한 삽입홀(12a)의 내주면, 대략 사방에 걸쳐 C자 형상으로 형성되어 있다.

돌출부(40)는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)의 내주면보다 지름 방향 내측에 위치하고(지름이 축소되고) 둘레 방향을 따라 평탄한 정상 벽부(40a) 및 정상 벽부(40a)의 축방향 양단에 위치하여 삽입홀(12a)의 내주면을 향해 지름 방향 외측으로 수직으로 연장되는 한 쌍의 측벽부(40b)를 갖는다. 돌출부(40)는 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 위치(P1)보다 ±5% 범위의 축방향 위치에 정상 벽부(40a)를 구비한다. 즉, 삽입홀(12a)(베어링 하우징(12))의 축방향의 전체폭을 D1으로 하고, 정상 벽부(40a)의 전체폭을 D2로 한 경우, D2는 D1의 10%의 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다. 한편, D2를 D1의 10%의 범위 내에서 형성하지 않으면 효과가 생기지 않는다는 것은 아니다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 백 호일(11)은 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리되어 있다. 돌출부(40)에 대하여 축방향 제1측(도 7에서 지면 상측)에 배치된 백 호일(11)(이하, 제1 백 호일(11))에는 축방향 제1측의 끝테두리에 노치(26)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 제1 백 호일(11)의 축방향 제2측의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 있지 않고, 축방향 제2측의 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대하여 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

또한, 돌출부(40)에 대하여 축방향 제2측(도 7에서 지면 하측)에 배치된 백 호일(11)(이하, 제2 백 호일(11))에도, 도시하지 않았으나 축방향 제2측의 끝테두리에 노치(26)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 제2 백 호일(11)의 축방향 제1측의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 있지 않고, 축방향 제1측의 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대하여 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

즉, 백 호일(11)은 돌출부(40)를 사이에 두고 축방향에 교차하는 방향으로 연장된 4개의 끝테두리(제1 백 호일(11)의 2개의 끝테두리와 제2 백 호일(11)의 2개의 끝테두리)를 구비한다. 또는, 축방향에서 본 경우, 백 호일(11)은 4개의 끝테두리를 구비한다고도 할 수 있다. 또한, 백 호일(11)의 축방향 외측(양측)의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 한편, 백 호일(11)의 돌출부(40)에 대향하는 끝테두리, 즉, 축방향의 내측에 위치하는 2개의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 있지 않고, 2개의 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대하여 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

또한, 본 발명의 중간 호일(10)도 돌출부(40)에 대하여 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리되어 있다. 돌출부(40)에 대하여 축방향 제2측(도 7에서 지면 하측)에 배치된 중간 호일(10)(이하, 제1 중간 호일(10))에는, 축방향 제2측의 끝테두리에 노치(27)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 제1 중간 호일(10)의 축방향 제1측의 끝테두리에는 노치(27)가 형성되어 있지 않고, 축방향 제1측의 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대해 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

또한, 돌출부(40)에 대하여 축방향 제1측(도 7에서 지면 상측)에 배치된 중간 호일(10)(이하, 제2 중간 호일(10))에는, 도시하지 않았으나 축방향 제1측의 끝테두리에 노치(27)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 제2 중간 호일(10)의 축방향 제2측의 끝테두리에는 노치(27)가 형성되어 있지 않고, 축방향 제2측 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대하여 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

즉, 중간 호일(10)은 돌출부(40)를 사이에 두고 축방향에 교차하는 방향으로 연장된 4개의 끝테두리(제1 중간 호일(10)의 2개의 끝테두리와 제2 중간 호일(10)의 2개의 끝테두리)를 구비한다. 또는, 축방향에서 본 경우, 중간 호일(10)은 4개의 끝테두리를 구비한다고도 할 수 있다. 또한, 중간 호일(10)의 축방향 외측(양측)의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 결합 부재(30)와 결합되어 있다. 한편, 중간 호일(10)의 돌출부(40)에 대향하는 끝테두리, 즉, 축방향의 내측에 위치하는 2개의 끝테두리에는 노치(26)가 형성되어 있지 않고, 2개의 끝테두리는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 대하여 축방향에서 접하거나 혹은 약간의 틈새를 두고 배치되어 있다.

탑 호일(9)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리된 백 호일(11) 및 중간 호일(10)의 각각에 지지되어 있다. 분리된 제1, 제2 백 호일(11)의 사이 및 제1, 제2 중간 호일(10)의 사이에는 틈새가 형성되고, 그 틈새에 돌출부(40)가 배치되어 있다. 즉, 백 호일(11) 및 중간 호일(10)의 돌출부(40)를 사이에 둔 양측 부위가 각각 탑 호일(9)을 지지하고 있다. 즉, 정상 벽부(40a)는 지름 방향에서 탑 호일(9)과 대면하고 있다. 탑 호일(9)은 삽입홀(12a)의 지름 방향(도 9에서 지면 상하 방향)에서 돌출부(40)와 포개어 배치된다. 돌출부(40)의 정상 벽부(40a)는 삽입홀(12a)의 지름 방향에서 탑 호일(9)의 외주면(배면)과 틈새를 두고 대향하고 있다.

돌출부(40)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)의 내주면으로부터 백 호일(11)의 산부(11c)의 정상부(11c1)보다 지름 방향 외측(외경측)의 지름 방향 위치까지 연장되어 있다. 즉, 돌출부(40)는 산부(11c)의 정상부(11c1)보다 지름 방향 내측(내경측)에는 돌출되어 있지 않다. 이 때문에, 부하가 작용하고 있지 않는 경우, 돌출부(40)의 정상 벽부(40a)는 탑 호일(9)의 외주면에 대하여 이격되어 있다. 돌출부(40)(정상 벽부(40a))는, 예를 들면 산부(11c) 전체 높이의 75% 이하의 높이를 가지는 것이 바람직하다.

한편, 돌출부(40)는, 백 호일(11)의 골짜기부(11b)에 대해서는 지름 방향 내측(내경측)의 지름 방향 위치까지 연장되어 있다. 이에 따라, 도 7에 나타낸 바와 같이, 돌출부(40)에 대향하는 백 호일(11)의 끝테두리의 일부가 측벽부(40b)에 대향할 수 있게 되어 백 호일(11)의 축방향에서 위치 결정이 이루어진다. 또한, 돌출부(40)는 중간 호일(10)의 홈부(10c)보다 지름 방향 내측(내경측)의 지름 방향 위치까지 연장되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 돌출부(40)에 대향하는 중간 호일(10)의 끝테두리의 일부가 측벽부(40b)에 대향할 수 있게 되어 중간 호일(10)의 축방향에서 위치 결정이 이루어진다.

한편, 본 발명의 중간 호일(10)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 둘레 방향 중앙 위치의 홈부(10c)의 둘레 방향 양측에 제2 홈부(10c1)를 구비한다. 제2 홈부(10c1)는 홈부(10c)와 마찬가지로 지름 방향 외측으로 파여 있고, 탑 호일(9)로부터 이격되어 있다. 제2 홈부(10c1)는 백 호일(11)의 산부(11c)와 접촉하여, 후술하는 마찰에 의한 에너지 산일(散逸)을 일으키기 쉽게 한다. 또한, 제2 홈부(10c1)는 돌출부(40)의 측벽부(40b)에 축방향에서 대향하여, 중간 호일(10)의 축방향에서의 위치 결정에 기여한다. 즉, 제2 홈부(10c1)는 정상 벽부(40a)보다 지름 방향 외측까지 연장되어 있다.

다음으로, 이러한 구성을 구비하는 래디얼 호일 베어링(3)의 작용에 대해 설명한다.

회전축(1)이 정지한 상태에서, 탑 호일(9)은 백 호일(11)(3개의 백 호일편(11a))에 의해 중간 호일(10)(3개의 중간 호일편(10a))을 통하여 회전축(1) 측에 바이어스됨으로써 회전축(1)에 밀착되어 있다. 한편, 본 발명에서 탑 호일(9)의 양단부가 박육부(24)로 되어 있으므로, 이들 박육부(24)에서 회전축(1)을 조이는 힘(국소적인 프리로드)은 박육부(24)가 없는 경우에 비하여 완화된다.

그리고, 회전축(1)을 도 2의 화살표 P방향으로 회전시키면, 처음에는 저속으로 회전을 시작하고, 그 후 서서히 가속되어 고속으로 회전한다. 그러면, 도 2의 화살표 Q로 나타낸 바와 같이, 탑 호일(9), 중간 호일(10), 백 호일(11) 각각의 일단측으로부터 주위 유체가 끌어들여져, 탑 호일(9)과 회전축(1) 사이에 유입된다. 이에 따라, 탑 호일(9)과 회전축(1) 사이에 유체 윤활막이 형성된다.

이 유체 윤활막의 막 압력은 탑 호일(9)에 작용하여, 탑 호일(9)에 접하는 중간 호일(10)을 통하여 백 호일편(11a) 개개의 산부(11c)를 가압한다. 그러면, 백 호일편(11a)은 중간 호일(10)에 가압됨으로써 백 호일편(11a)의 산부(11c)가 눌려 퍼지고, 이에 따라 백 호일편(11a)은 베어링 하우징(12) 위를 백 호일편(11a)의 둘레 방향으로 움직이려고 한다. 즉, 백 호일편(11a)(백 호일(11))은 중간 호일(10)을 통하여 탑 호일(9)을 탄성적으로 지지하기 때문에, 탑 호일(9)로부터 하중을 받았을 때 백 호일편(11a)의 둘레 방향으로 변형됨으로써, 탑 호일(9)이나 중간 호일(10)의 휘어짐을 허용하고, 이를 지지한다.

여기서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 백 호일편(11a)에는 축방향의 끝테두리에 형성된 노치(26)에 결합 부재(30)(삽입부(32))가 삽입되어 있다. 결합 부재(30)는 베어링 하우징(12)의 결합홈(25)에 결합되어 있고, 결합 부재(30)가 노치(26)에 삽입됨으로써 둘레 방향에서 백 호일편(11a)의 회전이 억제된다. 따라서, 백 호일편(11a)의 개개의 산부(11c)는 결합 부재(30)가 결합되어 있는 노치(26)를 사이에 두고 둘레 방향으로 변형된다(움직인다).

결합 부재(30)의 삽입부(32)는 백 호일편(11a)(의 노치(26))과 접촉되며, 축방향에서 백 호일편(11a)의 이동도 억제한다. 즉, 결합 부재(30)의 삽입부(32)는 노치(26)와 접촉되고, 축방향에서 백 호일편(11a)의 이동도 억제한다. 또한, 결합 부재(30)(굽힘부(33))는, 노치(26)를 통과한 백 호일(11)의 내주측에서, 삽입홀(12a)의 둘레 방향에서 노치(26)의 형성 범위(W) 밖까지 연신되어 있다. 즉, 결합 부재(30)에는 노치(26)를 통과한 백 호일(11)의 내주측에 굽힘부(33)가 형성되어 있고, 이것이 지름 방향에서 백 호일편(11a)의 빠짐을 방지한다. 따라서, 백 호일편(11a)의 탈락이 억제된다.

중간 호일편(10a)에도 백 호일편(11a)과 마찬가지로, 노치(27)가 형성되어 결합 부재(30)가 삽입되어 있다. 이 때문에, 중간 호일편(10a)도 탈락이 억제된다. 중간 호일편(10a)은 탑 호일(9)로부터 백 호일편(11a)으로 하중을 전달할 때 탑 호일(9) 및 백 호일편(11a)과 함께 휘지만, 이때 중간 호일편(10a)과 탑 호일(9)이나 백 호일편(11a) 사이에 「슬라이딩」이 생긴다. 즉, 회전축(1)의 축 진동에 의해 유체 윤활막에 압력 변동이 생기면, 탑 호일(9)에 압력 변동이 전달되어 상기 「슬라이딩」이 생긴다. 이 「슬라이딩」이 마찰에 의한 에너지 산일을 일으켜 막 압력 변동을 감쇠시키므로, 회전축(1)의 축진동이 억제된다.

또한, 회전축(1)의 축진동에 의한 변동 하중(로드와 언로드의 반복)이 백 호일편(11a)에 작용하여 하중이 언로드측이 되었을 때, 백 호일편(11a)은 베어링 하우징(12)의 삽입홀(12a)의 내주면으로부터 약간 부상한다. 이때, 결합 부재(30)의 굽힘부(33)가 백 호일편(11a)(중간 호일편(10a))에 걸려, 백 호일편(11a)과 함께 결합 부재(30)가 들어올려진다. 여기서, 결합 부재(30)는 베어링 하우징(12)의 결합홈(25)의 내면(25a)에 접촉되어 있기 때문에, 결합 부재(30)와 결합홈(25)의 내면(25a) 사이에 「슬라이딩」이 생겨 이것이 마찰에 의한 에너지 산일을 일으켜, 감쇠로서 기여한다. 한편, 이때, 베어링 하우징(12)은 정지하고 있기 때문에, 상기와 같이 부상이나 「슬라이딩」은 정지한 베어링 하우징(12)에 대한 상대적인 움직임이라고 생각할 수 있다.

이러한 통상 운전시, 회전축(1)에 작용하는 하중은, 도 9에 나타낸 바와 같이 유체 윤활막을 통하여 탑 호일(9)을 눌러 내리고, 그것을 백 호일(11)이 지지하고 있다. 강한 외력에 의해 베어링 하중이 커지면, 백 호일(11)이 더 눌러내려져 탑 호일(9)의 외경측(배면측)이, 돌출부(40)의 정상 벽부(40a)에 접하기 시작한다. 이 상태에 이르면, 베어링 하중이 증가하여도 증가한 만큼의 하중은 돌출부(40)에 지지되고, 회전축(1)의 지름 방향의 변위 진행은 한계점에 도달된다. 따라서, 도 1에 나타내는 임펠러(2)와 하우징(6) 사이의 팁 클리어런스(7)가 유지되어, 양자의 접촉을 피할 수 있다. 또한, 반대로 팁 클리어런스(7)를 좁게 설계하여 터보 기계의 고효율화를 도모할 수 있게 된다.

그런데, 탑 호일(9)의 외경측이 돌출부(40)의 정상 벽부(40a)에 접하지 않은 경우(또는 돌출부(40)가 없는 경우), 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 부근에서는 유체 윤활막의 압력(도 9에서 화살표로 나타냄)에 못이겨 탑 호일(9)이 크게 휜다. 이와 같이, 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 부근에서 탑 호일(9)이 휘어져 있으면, 유체 윤활막이 두꺼워지기 때문에 유체 윤활막의 압력은 약해진다. 한편, 본 발명에서 회전축(1)의 지름 방향의 변위가 진행되어, 탑 호일(9)의 외경측 돌출부(40)의 정상 벽부(40a)에 접하기 시작하면 탑 호일(9)을 지지하는 힘이 강해지기 때문에, 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 부근에서 탑 호일(9)의 휘어짐은 줄어든다. 그러면, 회전축(1)의 지름 방향의 변위가 약간 증가하는 것만으로도 유체 윤활막에서 압력이 크게 상승하고, 보다 큰 베어링 하중을 지지하게 된다. 즉, 회전축(1)의 지름 방향의 변위의 진행에 수반하여 유체 윤활막도 강화된다.

또한, 본 발명의 돌출부(40)는 도 6b에 나타낸 바와 같이 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 위치(P1)보다 ±5%의 범위의 축방향 위치에 정상 벽부(40a)를 구비한다. 따라서, 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 부근에서의 탑 호일(9)의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 유체 윤활막의 압력은 축방향 중앙 부근에서 피크를 맞아 축방향 양단을 향해 저하된다. 즉, 축방향 중앙 부근으로부터 축방향 양단을 향함에 따라 유체 윤활막의 압력의 변화율이 커진다. 정상 벽부(40a)에 의한 지지는 유체 윤활막의 피크 근처가 바람직하다. 도 6b에 나타내는 축방향 중앙 위치(P1)로부터 ±5%의 범위에서 유체 윤활막의 피크 압력과 비교하여 크게 변동되지 않고, 정상 벽부(40a)에 의한 지지가 더욱 유효하게 작용한다.

또한, 본 발명의 돌출부(40)는, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)의 내주면의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있기 때문에, 삽입홀(12a)의 축방향 중앙 부근에서 탑 호일(9)의 휘어짐을 전체 둘레에 걸쳐 억제할 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 백 호일(11)(중간 호일(10))은 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리되어 있기 때문에, 링 형상으로 형성된 돌출부(40)와 간섭하지 않고 삽입홀(12a)의 내주면에 배치할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명에 의하면, 회전축(1)이 삽입되는 삽입홀(12a)을 가지는 베어링 하우징(12), 삽입홀(12a)의 내주면에 배치되며, 내주면의 둘레 방향을 따라 산부(11c)와 골짜기부(11b)를 교대로 구비하는 백 호일(11), 백 호일(11)에 지지되는 중간 호일(10), 중간 호일(10)에 지지되는 탑 호일(9) 및 삽입홀(12a)의 지름 방향에서 탑 호일(9)과 포개져 배치됨과 함께, 삽입홀(12a)의 내주면으로부터, 산부(11c)의 정상부(11c1)보다 외경측의 지름 방향 위치까지 연장되는 돌출부(40)를 구비하는 구성을 채용함에 따라, 래디얼 호일 베어링(3)이 구비된 터보 기계에 큰 외력이 작용했을 때, 회전축(1)의 지름 방향의 변위를 억제할 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 대해 설명한다. 이하의 설명에서, 상술한 실시 형태와 동일하거나 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략히 하거나 생략한다.

도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 베어링 하우징(12)의 정면도이다. 도 11은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.

제2 실시 형태에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이 돌출부(40)가 삽입홀(12a)의 내주면의 둘레 방향을 따라 틈새(간격)를 두고 복수 형성되어 있는 점에서 상기 제1 실시 형태와 다르다.

돌출부(40)와 둘레 방향에 인접하는 돌출부(40) 사이에는 둘레 방향의 틈새(S)가 형성되어 있다. 틈새(S)는 삽입홀(12a)의 내주면을 둘레 방향으로 거의 3분할하는 위치에 각각 형성되어 있다. 한편, 본 발명에서는 3개의 틈새(S) 중 2개의 틈새(S) 사이에 홈(13)이 배치되어 있다. 또한, 틈새(S) 중 하나는 지름 방향에서 홈(13)과 대향한다.

백 호일(11)은, 도 11에 나타낸 바와 같이 복수의 돌출부(40)에 대하여 축방향 제1측(도 11에서 지면 상측)에 배치된 제1 지지부(11A), 복수 돌출부(40)에 대하여 축방향 제2측(도 11에서 지면 하측)에 배치된 제2 지지부(11B) 및 돌출부(40)와 돌출부(40)의 틈새(S)에 배치되며, 제1 지지부(11A)와 제2 지지부(11B) 사이를 연결하는 연결부(11C)를 구비한다. 즉, 백 호일(11)은 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리되어 있지 않다.

연결부(11C)는 제1 지지부(11A)와 제2 지지부(11B)의 둘레 방향 중앙 위치를 연결하고 있다. 제1 지지부(11A)와 제2 지지부(11B)의 둘레 방향 중앙 위치는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)의 내주면에 접하는 제2 골짜기부(11b1)로 되어 있다. 제2 골짜기부(11b1)의 평탄부는 다른 골짜기부(11b)의 평탄부의 폭보다 크고, 틈새(S)의 폭보다 작다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 연결부(11C)의 둘레 방향 양측에는 둘레 방향으로 연장되는 구멍 부분(11d)(노치)이 형성되어 있다. 구멍 부분(11d)은 돌출부(40)에 대응하는 위치에 형성되어 있다.

즉, 백 호일(11)(백 호일편(11a))에는 둘레 방향의 양단 테두리의 축방향 중앙 위치에서 둘레 방향으로 연장되는 오목홈이 존재한다.

중간 호일(10)도 복수의 돌출부(40)에 대하여 축방향 제1측(도 11에서 지면 상측)에 배치된 제1 지지부(10A), 복수의 돌출부(40)에 대하여 축방향 제2측(도 11에서 지면 하측)에 배치된 제2 지지부(10B) 및 돌출부(40)와 돌출부(40)의 틈새(S)에 배치되며 제1 지지부(10A)와 제2 지지부(10B) 사이를 연결하는 연결부(10C)를 구비한다. 즉, 중간 호일(10)도 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리되어 있지 않다.

연결부(10C)는 제1 지지부(10A)와 제2 지지부(10B)의 둘레 방향 중앙 위치를 연결한다. 제1 지지부(10A)와 제2 지지부(10B)의 둘레 방향 중앙 위치에는, 도 12에 나타낸 바와 같이 제2 골짜기부(11b1)에 접하는 제3 홈부(10c2)가 형성되어 있다. 제3 홈부(10c2)의 평탄부는 제2 골짜기부(11b1)의 평탄부의 폭보다 작고, 틈새(S)의 폭보다 작다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 연결부(10C)의 둘레 방향 양측에는 홀부(10d)(노치)가 형성되어 있다. 홀부(10d)는 돌출부(40)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 즉, 중간 호일(10)(중간 호일편(10a))에는 둘레 방향의 양단 테두리의 축방향 중앙 위치에서 둘레 방향으로 연장되는 오목홈이 존재한다.

상기 구성의 제2 실시 형태에 의하면, 돌출부(40)와 돌출부(40) 사이에 틈새(S)가 형성됨에 따라, 백 호일(11)(중간 호일(10))을 축방향으로 분리하지 않아도 된다. 이에 따라, 부품수가 삭감된다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 백 호일(11)(중간 호일(10))은 돌출부(40)에 의해 축방향 양측 및 둘레 방향 양측에서 위치 결정되기 때문에, 도 7에 나타내는 결합 부재(30) 및 노치(26)(노치(27)), 또한 덮개(50)도 불필요해진다. 따라서, 부품수가 대폭 삭감된다.

한편, 제2 실시 형태는 도 13 및 도 14에 나타내는 변형예를 채용할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형예에 따른 베어링 하우징(12)의 정면도이다. 도 14는 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형예에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.

도 13에 나타낸 바와 같이, 삽입홀(12a)에는 돌출부(40)와 돌출부(40)의 틈새(S)에 대응하는 위치에 홈(14)이 형성되어 있다. 홈(14)은 삽입홀(12a)의 내주면보다 지름 방향 외측으로 오목한 오목홈이며, 예를 들면 키 홈 가공에 의해 형성할 수 있다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 백 호일(11)은 홈(14) 상의 둘레 방향 중앙 위치에 산부(11c)를 구비한다. 또한, 중간 호일(10)은 홈(14) 상의 둘레 방향 중앙 위치에 평면부(10b)를 구비한다. 한편, 백 호일(11)(중간 호일(10))의 평면 형상은, 도 11에 나타내는 평면 형상과 거의 동일하다. 이 구성에 의하면, 링 형상의 돌출부(40)를 키 홈 가공 등에 의해 깎아내어, 간단하게 복수의 돌출부(40)을 형성할 수 있음과 함께, 이 가공에 의해 형성되는 홈(14)을 넘어 백 호일(11)(중간 호일(10))을 배치할 수 있다.

한편, 제2 실시 형태는 도 15에 나타내는 변형예도 채용할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제2 실시 형태의 일 변형예에 따른 래디얼 호일 베어링(3)의 주요부를 평탄화하여 모식적으로 나타내는 정면도이다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 백 호일(11)은 홈(14) 상의 둘레 방향 중앙 위치의 제2 골짜기부(11b1)에 산부(11c)와 상하 반전된 제2 산부(11b2)를 구비한다. 제2 산부(11b2)의 지름 방향 외측의 정상부는 홈(14)의 바닥면에 접한다. 한편, 홈(14)의 바닥면을 부호 15로 나타내는 테이퍼면(즉, 지름 방향 외측을 향해 좁아지는 쐐기 형상)으로 함으로써, 제2 산부(11b2)의 수용성이 향상된다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 두 개의 실시 형태와 변형예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태와 변형예에 한정되지 않는다. 상술한 실시 형태 에서 나타낸 각 구성 부재의 제형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양한 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 제1 실시 형태에서, 링 형상의 돌출부(40)를 복수 열 마련할 수 있다. 또한, 링 형상의 돌출부(40)에 의해 삽입홀(12a)의 축방향에서 분리된 제1 및 제2 백 호일(11)은 탑 호일(9)을 지지하는 지지 강성이 다를 수 있다. 예를 들면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 링 형상의 돌출부(40)가 축 방향으로 이격되어 2열 마련되어 있는 경우, 2열의 돌출부(40) 사이에 배치된 중앙의 제1 백 호일(11)의 산부(11c)와 골짜기부(11b)의 피치가, 2열의 돌출부(40)의 축방향 외측에 배치된 외측의 제2 백 호일(11)의 산부(11c)와 골짜기부(11b)의 피치보다 좁을 수 있다. 도 16은 2열의 돌출부(40) 사이에 배치된 중앙의 제1 백 호일(11)의 산부(11c)와 골짜기부(11b)의 피치가, 2열의 돌출부(40)의 축방향 외측에 배치된 외측의 제2 백 호일(11)의 산부(11c)와 골짜기부(11b)의 피치의 대략 절반인 예를 나타내고 있다. 한편, 탑 호일(9)를 지지하는 지지 강성이 제1 및 제2 백 호일(11)과 다른 경우의 설명을 위하여, 단순화를 위해 도 16에서는 결합 부재(30), 노치(26), 결합홈(25) 등을 생략하여 표시하였다. 이에 따라, 축방향 중앙부에 배치된 백 호일(11)의 강성이 높아지기 때문에, 탑 호일(9)의 축방향 중앙 부근의 휘어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 지지 강성을 변경하는 방법은 다양하며, 예를 들면, 재질, 두께, 피치폭, 단일 산의 폭(기포 형상의 범프 호일의 경우, 기포의 지름), 또한 경우에 따라 산(기포)의 높이 등을 변경해도 무방하다.

또한, 상기 제2 실시 형태에서, 복수의 돌출부(40)는 삽입홀(12a)의 내주면에 산재될 수 있다. 또한, 백 호일(11)의 돌출부(40)에 대응하는 위치에 형성되는 홀 부(11d)는 노치(오목홈)가 아니라 관통공이어도 무방하다.

본 발명의 래디얼 호일 베어링에 의하면, 장치에 큰 외력이 작용했을 때 샤프트의 변위를 억제할 수 있다.

1: 회전축(샤프트) 3: 래디얼 호일 베어링
9: 탑 호일 10: 중간 호일
11: 백 호일 11b: 골짜기부
11c: 산부 11c1: 정점부
11d: 홀부 11A: 제1 지지부
11B: 제2 지지부 11C: 연결부
12: 베어링 하우징 12a: 삽입홀
40: 돌출부 40a: 정상 벽부
P1: 축방향 중앙 위치 S: 틈새

Claims (8)

1. 샤프트가 삽입되는 삽입홀을 가지는 베어링 하우징;
   상기 삽입홀의 내주면에 배치되는 백 호일;
   상기 백 호일에 지지되는 탑 호일; 및
   상기 삽입홀의 내주면으로부터 상기 삽입홀의 지름 방향 내측을 향해 돌출되며, 상기 탑 호일을 지지할 수 있는 돌출부를 구비하는, 래디얼 호일 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 백 호일은 상기 돌출부가 끼워지는 홀부를 구비하는, 래디얼 호일 베어링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 삽입홀의 축방향 중앙 위치보다 ±5% 범위의 축방향 위치에 정상 벽부를 구비하는, 래디얼 호일 베어링.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 삽입홀의 내주면의 둘레 방향을 따라 링 형상으로 형성되어 있는, 래디얼 호일 베어링.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 돌출부는 상기 삽입홀의 내주면의 둘레 방향을 따라 틈새를 두고 복수개가 형성되어 있는, 래디얼 호일 베어링.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 백 호일은 상기 삽입홀의 축 방향에서 분리된 제1 백 호일 및 제2 백 호일을 구비하고,
   상기 제1 백 호일 및 상기 제2 백 호일은 상기 돌출부를 사이에 두고 축방향에서 대향하고 있는, 래디얼 호일 베어링.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 백 호일 및 상기 제2 백 호일은 상기 탑 호일을 지지하는 지지 강성이 다른, 래디얼 호일 베어링.
8. 제5항에 있어서,
   상기 백 호일은,
   상기 돌출부에 대하여 축방향 제1측에 배치된 제1 지지부;
   상기 돌출부에 대하여 축방향 제2측에 배치된 제2 지지부; 및
   상기 틈새에 배치되며, 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이를 연결하는 연결부를 구비하는, 래디얼 호일 베어링.

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