WO2016153201A1 - 스러스트 포일 공기 베어링 - Google Patents

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WO2016153201A1
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hole
foil
bearing
lower plate
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PCT/KR2016/002491
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김경수
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주식회사 티앤이코리아
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/02—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of sliding-contact bearings

Definitions

  • the present invention relates to thrust foil air bearings, and more particularly to thrust foil air bearings that allow for quick assembly of bearings without complicated processes such as welding.
  • An air bearing is a bearing which supports a load by floating a rotating shaft by the pressure of the compressed air between a rotating shaft and a bearing.
  • the air bearing moves along with the moving surface of a viscous gas such as air, and meets the stationary surface.
  • a viscous gas such as air
  • the air bearing moves between the moving surface and the stationary surface while the pressure of the air trapped increases.
  • the air bearing includes a thrust air bearing for supporting a load applied along the longitudinal direction of the rotating shaft, and a journal air bearing for supporting a load applied along the radial direction of the rotating shaft.
  • thrust air bearing is a thrust foil air bearing which uses a foil of thin material to make pressure formation more advantageous and to increase dynamic stability at high speed.
  • the conventional thrust foil air bearing 1 has a lower plate 2, which is a plate member coupled to the stop part S, and is disposed on an upper surface of the lower plate 2 and capable of elastic deformation. Bump foils 3; A top foil 4 disposed above the bump foil 3 and in contact with the rotating part R is provided.
  • the rotation part R is coupled to a rotation shaft F that rotates in a predetermined rotation direction W about the center line C.
  • the bump foil 3 and the top foil 4 are joined to the upper surface of the lower plate 2 by welding, and the bump foil 3 and the top are welded.
  • the foil 4 is bonded to the lower plate 2, the whole structure of the bearing is simplified, and there are some advantages in that initial product development cost and mold manufacturing cost can be reduced. Since it is necessary to make an effort for welding jig fabrication and welding quality control, etc., there is a problem in that it is disadvantageous in terms of product cost management and quality control and is not suitable for mass production.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a thrust foil air bearing having an improved structure so that bearing assembly can be performed quickly without complicated processes such as welding.
  • a thrust foil air bearing according to the present invention is a thrust foil air bearing which can be used in an apparatus having a stop and a rotating part that rotates relative to a center line with respect to the stop.
  • a member to be coupled the lower plate having a coupling portion protruding toward the rotation portion;
  • a bump foil disposed on an upper surface of the lower plate and capable of elastic deformation;
  • An intermediate plate having a first through hole through which the coupling portion can pass;
  • a top foil disposed on an upper surface of the intermediate plate to face the rotating part and disposed above the bump foil to be in contact with the rotating part;
  • a top plate having a second through hole formed at a position corresponding to the first through hole, the coupling part penetrating through the coupling part, wherein the coupling part passes through the first through hole and the second through hole.
  • the lower plate, the intermediate plate and the upper plate is characterized in that the coupling to each other.
  • the coupling portion of the lower plate is preferably rotatable about the center line between the lock position detachably coupled to the intermediate plate and the upper plate and the release position detachable from the intermediate plate and the upper plate.
  • the coupling portion is bent in the form of "a” or bent in the form of "a” after passing through the first through hole and the second through hole.
  • first through hole and the second through hole are preferably in a slot shape extending in the radial direction of the center line.
  • the bump foil and the top foil are arranged in plural along the circumferential direction of the center line, the bump foil is formed in a wing shape that one end is coupled to the middle plate body and the other end is freely movable, the top foil The one end is coupled to the upper plate body and the other end is formed in a wing shape capable of free movement, wherein the first through hole is formed between the other end of the bump foil and the intermediate plate body, the second through hole It is preferably formed between the other end of the top foil and the upper plate body.
  • the said stop part is provided with the bearing mounting pin which is a protruding rod member, and the said lower board, the intermediate board, and the upper board are provided with the bearing mounting hole which the said bearing mounting pin penetrates.
  • the coupling portion of the lower plate is rotatable around the center line between the lock position detachably coupled to the intermediate plate and the upper plate and the release position detachable from the intermediate plate and the upper plate, the coupling portion is the locking position
  • the bearing mounting holes of the lower plate, the intermediate plate and the upper plate are preferably arranged in a line so that the bearing mounting pins can penetrate when being at.
  • a plurality of bearing mounting holes of the lower plate, the intermediate plate and the upper plate are provided in the circumferential direction of the center line, and the arrangement pattern in which the bearing mounting holes are disposed on the lower plate, the intermediate plate and the upper plate is in a bearing use position. Therefore, it is preferable to form in the same pattern.
  • the said lower board, an intermediate board, and an upper board have a shape which can be mass-produced by press working.
  • a member coupled to a stop the lower plate having a coupling portion protruding toward the rotating portion; A bump foil disposed on an upper surface of the lower plate and capable of elastic deformation; An intermediate plate having a first through hole through which the coupling portion can pass; A top foil disposed on an upper surface of the intermediate plate to face the rotating part and disposed on an upper side of the bump foil to be in contact with the rotating part; A top plate having a second through hole formed at a position corresponding to the first through hole, the coupling part penetrating through the coupling part, wherein the coupling part passes through the first through hole and the second through hole. Since the lower plate, the intermediate plate, and the upper plate are coupled to each other, there is an effect that the bearing assembly can be quickly performed without complicated processes such as welding.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a thrust foil air bearing which is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the thrust foil air bearing shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the thrust foil air bearing shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of a portion A of the thrust foil air bearing shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line B-B of the thrust foil air bearing shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the coupling part of the lower plate illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 6 is a view for explaining a state of use of the thrust foil air bearing shown in FIG.
  • FIG. 7 is a plan view of the upper plate illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 8 is a plan view of the intermediate plate shown in FIG.
  • FIG. 9 is a plan view of the lower plate shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of a bearing which is a second embodiment of the present invention in which the arrangement pattern of the bearing mounting holes differs from the bearing shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional foil air bearing.
  • FIG. 1 is a combined perspective view of a thrust foil air bearing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the thrust foil air bearing shown in FIG. 1.
  • 3 is a partially enlarged view of a portion A of the thrust foil air bearing shown in FIG. 1.
  • a thrust foil air bearing 100 is an air bearing for supporting a load at a pressure of compressed air, and is provided with a stop S. It is a thrust bearing which can be used for various apparatuses with the rotation part R which rotates relative to the center line C with respect to the said stop part S. As shown in FIG.
  • the thrust foil air bearing 100 includes a lower plate 10, an intermediate plate 20, and an upper plate 30.
  • the stop part (S) and the rotating part (R) is a circular disk member having the center line (C) as the center of the circle, the rotating part (R) is a predetermined rotation direction (center) around the center line (C) ( Coupled to the rotating shaft (F) to rotate in the W), the upper surface of the stop (S) is a plurality of bearing mounting pins (P), a rod member of a circular cross section protruding toward the center line (C) direction is arranged have.
  • the rotating part (R) is a relative term determined in the sense of relative rotation with respect to the stop (S), the terms of the rotating part (R) and the stop (S) may be used interchangeably.
  • the stop part S is a part stopped in absolute coordinates and the rotating part R will be described on the premise that the part rotates in absolute coordinates.
  • the lower plate 10 is a circular disk member manufactured by pressing a metal thin plate, and is disposed on an upper surface of the stop part S, and the lower plate main body 11, the coupling part 12, and the bearing mounting hole 13 are formed. ).
  • the lower plate main body 11 is a circular disk portion having the center line C as the center of the circle, and a lower surface thereof is disposed on the upper surface of the stop portion S. As shown in FIG.
  • the hollow (H) is formed with the center line (C) as the center of the circle.
  • the coupling portion 12 is a portion that is previously bent in a "-" shape, and protrudes from the lower plate main body 11 toward the rotation part R.
  • a plurality of coupling parts 12 are provided and are arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line C.
  • the coupling part 12 is disposed between the inner circumferential surface, which is the hollow (H) surface of the lower plate main body 11, and the outer circumferential surface of the lower plate main body 11, and a cross section of the “a” shape is the center line C. It is formed by extending in the radial direction of the.
  • the coupling part 12 is disposed at a radial distance half point between the inner circumferential surface of the lower plate main body 11 and the outer circumferential surface of the lower plate main body 11.
  • the coupling portion 12 is formed by cutting and bending a metal thin plate that has filled the cutout portion 14, which is a hole of the lower plate main body 11, by press working.
  • the length T has a value of about 0.05 mm to about 0.15 mm larger than the sum of the thicknesses of the intermediate plate 20 and the upper plate 30.
  • the coupling part 12 is formed through the first through hole 22 of the intermediate plate 20 and the second through hole 32 of the upper plate 30, which will be described later, and the lower plate 10.
  • the intermediate plate 20 and the upper plate 30 are bonded in close contact with each other.
  • the coupling part 12 performs a function of coupling the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 so as not to be separated from each other along the center line C.
  • the engaging portion 12 of the lower plate 10 includes a locking position detachably coupled to the intermediate plate 20 and the upper plate 30, and from the intermediate plate 20 and the upper plate 30. Between detachable release positions, it is provided to be rotatable about the centerline (C).
  • the said bearing mounting hole 13 is a hole which the bearing mounting pin P of the said stop part S penetrates, and is arranged in multiple numbers along the edge of the said lower board main body 11 in the circumferential direction.
  • the intermediate plate 20 is a circular disk member manufactured by pressing a metal thin plate, and is disposed on an upper surface of the lower plate 10, and includes an intermediate plate body 21, a first through hole 22, The bearing mounting hole 23 and the bump foil 24 are provided.
  • the said intermediate plate main body 21 is a circular disk part which makes the said centerline C the center of a circle, and a lower surface is arrange
  • the intermediate plate main body 21 has the same diameter as the lower plate main body 11.
  • a hollow H is formed with the center line C as the center of the circle.
  • the hollow H of the intermediate plate main body 21 has the same diameter as the hollow H of the lower plate main body 11.
  • the first through hole 22 is a slot-shaped hole extending in the radial direction of the center line C, and has a length and a width through which the coupling part 12 can penetrate.
  • the said bearing mounting hole 23 is a hole which the bearing mounting pin P of the said stop part S penetrates, and is arranged in multiple numbers along the edge of the said intermediate plate main body 21 in the circumferential direction.
  • the bearing mounting holes 23 of the intermediate plate 20 are formed at positions corresponding to the bearing mounting holes 13 of the lower plate 10 and have the same diameter.
  • the bump foil 24 has a trapezoidal planar shape, and a wave-shaped portion in which a plurality of peaks and valleys are alternately connected to each other so as to be elastically deformed in the vertical direction along the center line C. to be.
  • the bump foil 24 is formed by cutting and bending a metal thin plate that has filled the cutout portion 28, which is a hole of the intermediate plate body 21, similarly to the coupling portion 12.
  • the bump foils 24 are provided in plural and are arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line C.
  • the bump foil 24 has only one of the two sides 25 and 26 facing each other along the circumferential direction of the center line C among the four sides of the trapezoidal shape and the intermediate plate body 21. ) And the other three sides are formed as free ends.
  • the bump foil 24 is an upstream side of two sides facing each other in a state spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C based on the flow of air to the bump foil 24. Only 25 is coupled to the intermediate plate body 21. That is, the bump foil 24 has only the upstream side 25 is coupled to the intermediate plate body 21, the downstream side 26 is formed in a wing shape capable of free movement.
  • the bump foil 24 is formed to extend downstream along the circumferential direction of the center line C, and includes a plurality of incision lines 27 spaced apart from each other along a radial direction of the center line C.
  • the first through hole 22 is formed near the downstream side 26 of the two sides facing each other along the circumferential direction of the center line C, the bump foil 24.
  • the cutout 28 between the downstream side 26 of the intermediate plate body 21 and the intermediate plate body 21 functions as the first through hole 22.
  • the upper plate 30 is a circular disk member manufactured by pressing a metal thin plate, and is disposed on the upper surface of the intermediate plate 20 to face the rotating part R, and the upper plate main body 31 and the second plate.
  • the through hole 32, the bearing mounting hole 33, and the top foil 34 are provided.
  • the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 may be made of a metal thin plate of the same material, each thickness may be different from each other.
  • the upper plate main body 31 is a circular disk portion having the center line C as the center of the circle, and a lower surface thereof is disposed on the upper surface of the intermediate plate main body 21.
  • the upper plate main body 31 has the same diameter as the lower plate main body (11).
  • a hollow H is formed with the center line C as the center of the circle.
  • the hollow H of the upper plate main body 31 has the same diameter as the hollow H of the lower plate main body 11.
  • the second through hole 32 is a slot-shaped hole extending in the radial direction of the center line C and has a length and a width through which the coupling part 12 can penetrate.
  • the second through hole 32 is formed at a position corresponding to the first through hole 22 and has the same length and width.
  • the said bearing mounting hole 33 is a hole which the bearing mounting pin P of the said stop part S penetrates, and is arranged in multiple numbers along the edge of the said upper plate main body 31 in the circumferential direction.
  • the bearing mounting hole 33 of the upper plate 30 is formed at a position corresponding to the bearing mounting hole 13 of the lower plate 10 and the bearing mounting hole 23 of the intermediate plate 20 and is the same. It has a diameter.
  • the bearing mounting holes 13, 23, 33 of the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 are on the same imaginary circumference having the center line C as the center of the circle. It is arranged.
  • FIG. 10 shows a thrust foil air bearing 200, which is a second embodiment of the present invention, in which the thrust foil air bearing 200 is in mirror symmetry with the thrust foil air bearing 100.
  • the first placement angle ⁇ 1 is an acute angle of less than 45 degrees and has a value smaller than the second placement angle ⁇ 2.
  • the first placement angle ⁇ 1 is 30 degrees and the second placement angle ( ⁇ 2) is 90 degrees.
  • the operator can change the mounting position of the bearing. It is possible to prevent the mistake of mounting each other at the source. That is, when an operator attempts to mount the thrust foil air bearing 100 where the thrust foil air bearing 200 is to be mounted, the bearing mounting holes 13, 23, and 33 are mounted on the bearing mounting pin P. It is not inserted in
  • the top foil 34 is a portion having a trapezoidal planar shape and disposed above the bump foil 24 to be in contact with the rotation part R. As shown in FIG.
  • the top foils 34 are provided in plural, and are arranged in a state spaced apart by a predetermined interval along the circumferential direction of the center line C.
  • the top foil 34 has a position and a size corresponding to the bump foil 24.
  • the top foil 34 is formed by cutting and bending a thin metal sheet that has filled the cutout portion 37 that is a hole of the upper plate main body 31 by press working.
  • the top foil 34 has only one one of two sides 35 and 36 facing each other in the circumferential direction of the center line C among four sides of the trapezoidal shape with the top plate body 31. It is coupled to, and the remaining three sides are formed as a free end.
  • the top foil 34 is an upstream side of two sides facing each other in a state spaced apart from each other along the circumferential direction of the center line C based on the flow of air to the top foil 34. Only 35 is coupled to the top plate body 31. That is, the top foil 34 has only the upstream side 35 is coupled to the top plate body 31, and the downstream side 36 is formed in a wing shape capable of free movement.
  • the second through hole 32 is formed near the downstream side 36 of the two sides facing each other along the circumferential direction of the center line C, the top foil 34.
  • the cutout 37 between the downstream side 36 of the top plate 31 and the upper plate main body 31 functions as the second through hole 32.
  • the bearing mounting holes 13, 23, 33 of the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 are formed in the bearing.
  • the mounting pins P are aligned in a line so as to penetrate, the bearing mounting holes 13 and the bearing mounting holes 23 and 33 when the engaging portion 12 of the lower plate 10 is in the release position. ) Are not aligned in line.
  • the bearing mounting pin P performs a function of coupling the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 so as not to be separated from each other by sliding on an imaginary plane crossing the center line C. And prevents the engaging portion 12 from inadvertently rotating to the release position.
  • the intermediate plate 20 and the upper plate 30 are overlapped and prepared so that the bearing mounting hole 23 of the intermediate plate 20 and the bearing mounting hole 33 of the upper plate 30 are arranged in a line with each other.
  • the first through hole 22 of the intermediate plate 20 and the second through hole 32 of the upper plate 30 are also arranged in a line with each other.
  • the intermediate plate 20 and the upper plate 30 overlapping each other are moved to the upper surface of the lower plate 10, and the intermediate plate 20 at an angle at which the engaging portion 12 of the lower plate 10 is in a release position. ) And the first through hole 22 and the second through hole 32 of the upper plate 30 are inserted into the coupling part 12.
  • the coupling part 12 passes through the first through hole 22 and the second through hole 32, and the lower plate 10 is clocked against the intermediate plate 20 and the upper plate 30.
  • the "a" shaped end portion of the coupling portion 12 as shown in Figure 3 and 4 the upper plate main body 31 and Removably coupled to the intermediate plate body 21.
  • the bearing mounting holes 13, 23, 33 of the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 are aligned in a line.
  • the thrust foil air bearing 100 coupled with the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 is moved to the upper surface of the stop part S, and then the bearing of the stop part S is removed.
  • the thrust foil air bearing 100 is lowered so that the mounting pin P is inserted into the bearing mounting holes 13, 23, 33, and the thrust foil air bearing 100 is mounted on the bearing mounting pin P. Finishing to separate from the) is completed assembling and mounting of the thrust foil air bearing 100.
  • the thrust foil air bearing 100 of the above-mentioned structure is a member joined to the stop part S,
  • the lower plate 10 which has the engaging part 12 which protrudes toward the rotating part R;
  • a bump foil 24 disposed on an upper surface of the lower plate 10 and capable of elastic deformation;
  • An intermediate plate 20 having a first through hole 22 through which the coupling part 12 can pass;
  • a top foil 34 disposed on an upper surface of the intermediate plate 20 so as to face the rotating part R and disposed above the bump foil 24 to be in contact with the rotating part R;
  • the advantage is that the bearing can be quickly assembled without the need.
  • the thrust foil air bearing 100 includes a locking position at which the coupling part 12 of the lower plate 10 is detachably coupled to the intermediate plate 20 and the upper plate 30, and the intermediate plate 20. And the rotational movement about the centerline C between the release position which is detachable from the upper plate 30, so that the lower plate 10 is relatively rotated relative to the intermediate plate 20 and the upper plate 30.
  • the lower plate 10 and the intermediate plate 20 and the upper plate 30 has an advantage that can be combined with each other.
  • the thrust foil air bearing 100 has the coupling part 12 because the first through hole 22 and the second through hole 32 have a slot shape extending in the radial direction of the center line C. ) Is formed in the radial direction of the center line (C) to increase the area that the coupling portion 12 can be contacted on the upper surface of the upper plate body 31 to increase the coupling force of the coupling portion 12. And, there is an advantage in that the positioning of the coupling portion 12 on the imaginary line laid along the radial direction of the center line (C) is easy.
  • the thrust foil air bearing 100, the bump foil 24 and the top foil 4 are arranged in a plurality along the circumferential direction of the center line (C), the bump foil 24 is one end is intermediate It is coupled to the plate body 21 and the other end is formed in a wing shape that can be freely moved, and the top foil 4 has one end coupled to the upper plate body 31 and the other end is formed in a wing shape that can freely move.
  • the first through hole 22 is naturally formed between the other end of the bump foil 24 and the intermediate plate body 21 even though a separate through hole is not formed, and the second through hole 32 is formed. Has an advantage of being naturally formed between the other end of the top foil 34 and the upper plate body 31.
  • the thrust foil air bearing 100 is provided with a bearing mounting pin (P) that is a rod member protruding the stop (S), the lower plate 10, the intermediate plate 20 and the upper plate 30 Since the bearing mounting holes 13, 23, and 33 are provided through which the bearing mounting pin P penetrates, the stopper is easily stopped using the bearing mounting pin P which is relatively easy to procure and has a large structural strength. There is an advantage that can be mounted on the part (S).
  • the thrust foil air bearing 100, the engaging portion 12 of the lower plate 10, the locking position and the intermediate plate 20 is detachably coupled to the intermediate plate 20 and the upper plate 30. And a rotational movement about the centerline C between a release position detachable from the upper plate 30 and the lower plate 10 and the intermediate plate 20 when the engaging portion 12 is in the locked position.
  • the bearing mounting holes 13, 23, and 33 of the upper plate 30 are aligned in a line so that the bearing mounting pins P can pass therethrough, so that the bearing mounting pins P are arranged in the bearing mounting holes ( 13, 23, and 33, the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 are coupled to each other so as not to be separated from each other by sliding on an imaginary plane that intersects the center line C.
  • the thrust foil air bearing 100 has an arrangement pattern in which the bearing mounting holes 13, 23, and 33 are disposed on the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 according to the bearing use position. Since it is formed in a non-identical pattern, when the operator installs a pair of thrust foil air bearings 100 and 200 facing each other with the two rotation parts R coupled to both ends of the rotation shaft F, the operator of the bearing There is an advantage to prevent the mistake of changing the mounting position at the source.
  • the thrust foil air bearing 100 has a shape in which both the lower plate 10, the intermediate plate 20, and the upper plate 30 can be quickly formed by press working, a method such as welding is used. Compared to the case of use, it is suitable for mass production.
  • the coupling portion 12 is already bent in the form of "a", but the coupling portion 12 is initially the "-" shape of the first through hole 22 and the second through After passing through the ball 32, of course, it may be bent in the shape of "a” may be plastically deformed.
  • only one upper plate 30, the lower plate 10 and the intermediate plate 20 is mounted, respectively, of the upper plate 30, the lower plate 10 and the intermediate plate 20
  • at least one of two or more may be mounted.

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Abstract

본 발명은 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부에 결합되는 부재로서, 상기 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있는 제1 관통공을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있으며, 상기 제1 관통공과 대응하는 위치에 형성된 제2 관통공을 구비하는 상판;을 구비하며, 상기 결합부가, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 상태로 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 결합부가, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 상태로 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키므로, 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 베어링 조립이 가능하다는 효과가 있다.

Description

스러스트 포일 공기 베어링
본 발명은 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것으로서, 특히 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 베어링 조립이 가능한 스러스트 포일 공기 베어링에 관한 것이다.
공기 베어링(air bearing)은, 회전축과 베어링과의 사이에서 압축된 공기의 압력으로 회전축을 뜨게 하여 하중을 지지하는 베어링이다.
이러한 공기 베어링은, 공기와 같이 점성을 가지는 기체가 움직이는 면과 함께 이동을 하다가 정지되어 있는 면을 만나면서 상기 기체가 압축되면, 움직이는 면과 정지되어 있는 면 사이에 갇힌 공기의 압력이 상승하면서 움직이는 면을 들어올리는 원리를 이용한다.
상기 공기 베어링에는, 회전축의 길이 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 스러스트 공기 베어링(thrust air bearing)과, 회전축의 반경 방향을 따라 가해지는 하중을 지지하기 위한 저널 공기 베어링(journal air bearing)이 있다.
상기 스러스트 공기 베어링의 일종으로서, 압력 형성을 좀 더 유리하게 하고 고속에서의 동적 안정성을 높이기 위해서 얇은 소재의 포일(foil)을 사용하는 스러스트 포일 공기 베어링(thrust foil air bearing)이 있다.
종래의 스러스트 포일 공기 베어링(1)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 정지부(S)에 결합되는 판형 부재인 하판(2)과, 상기 하판(2)의 상면에 배치되며 탄성 변형이 가능한 범프 포일(3); 상기 범프 포일(3)의 상측에 배치되어 회전부(R)와 접촉 가능한 탑 포일(4)을 구비한다. 여기서 상기 회전부(R)는 중심선(C)을 중심으로 미리 정한 회전 방향(W)으로 회전하는 회전축(F)에 결합되어 있다.
종래의 스러스트 포일 공기 베어링(1)은, 상기 범프 포일(3)과 탑 포일(4)이 상기 하판(2)의 상면에 용접으로 결합되어 있는데, 용접을 사용하여 상기 범프 포일(3)과 탑 포일(4)을 상기 하판(2)에 결합할 경우에는, 베어링의 전체전인 구조가 간단해지고 초기 제품 개발비 및 금형 제작비를 절감할 수 있는 이점이 일부 있으나, 프레스 가공과 용접 가공 등 여러 번의 제작 공정을 거쳐야 하고, 용접용 지그 제작 및 용접 품질 관리 등의 노력이 필요하기 때문에, 결과적으로 제품 단가 관리 및 품질 관리 측면에서 불리하여 대량생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 베어링 조립이 가능하도록 구조가 개선된 스러스트 포일 공기 베어링을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스러스트 포일 공기 베어링은, 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서, 상기 정지부에 결합되는 부재로서, 상기 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있는 제1 관통공을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있으며, 상기 제1 관통공과 대응하는 위치에 형성된 제2 관통공을 구비하는 상판;을 구비하며, 상기 결합부가, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 상태로 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하판의 결합부는, 상기 중간판과 상판에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판과 상판으로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선을 중심으로 회전이동 가능한 것이 바람직하다.
여기서, 상기 결합부는, "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있거나, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 후에 "ㄱ"자 형태로 절곡되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공은, 상기 중심선의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 범프 포일 및 탑 포일은, 상기 중심선의 원주 방향을 따라 복수 개 나열되며, 상기 범프 포일은 일단부가 중간판 본체에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으며, 상기 탑 포일은 일단부가 상판 본체에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으며, 상기 제1 관통공은 상기 범프 포일의 타단부와 상기 중간판 본체의 사이에 형성되고, 상기 제2 관통공은 상기 탑 포일의 타단부와 상판 본체의 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 정지부는 돌출된 막대 부재인 베어링 장착용 핀을 구비하고, 상기 하판과 중간판 및 상판은, 상기 베어링 장착용 핀이 관통하는 베어링 장착공을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하판의 결합부는, 상기 중간판과 상판에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판과 상판로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선을 중심으로 회전이동 가능하며, 상기 결합부가 상기 잠금 위치에 있을 때, 상기 하판과 중간판 및 상판의 베어링 장착공들은, 상기 베어링 장착용 핀이 관통할 수 있도록 일렬로 정렬되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하판과 중간판 및 상판의 베어링 장착공들은, 복수 개 마련되어 상기 중심선의 원주 방향으로 나열되어 있으며, 상기 베어링 장착공들이 상기 하판과 중간판 및 상판에 배치된 배치 패턴은 베어링 사용 위치에 따라 동일하지 않은 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하판과 중간판 및 상판은, 프레스 가공에 의하여 대량 생산 가능한 형상을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 정지부에 결합되는 부재로서, 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하는 하판; 상기 하판의 상면에 배치되며 탄성 변형이 가능한 범프 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있는 제1 관통공을 구비하는 중간판; 상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부부와 접촉 가능한 탑 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있으며, 상기 제1 관통공과 대응하는 위치에 형성된 제2 관통공을 구비하는 상판;을 구비하며, 상기 결합부가, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 상태로 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키므로, 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 베어링 조립이 가능하다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 스러스트 포일 공기 베어링의 결합 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 A부분의 부분 확대도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 B-B선 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 하판의 결합부를 확대한 부분 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 사용 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 상판의 평면도이다.
도 8은 도 2에 도시된 중간판의 평면도이다.
도 9는 도 2에 도시된 하판의 평면도이다.
도 10은 베어링 장착공들의 배치 패턴이 도 1에 도시된 베어링과 상이한 본 발명의 제2 실시예인 베어링의 평면도이다.
도 11은 종래의 포일 공기 베어링을 나타내는 단면도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 스러스트 포일 공기 베어링의 결합 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 분리 사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 스러스트 포일 공기 베어링의 A부분의 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 압축된 공기의 압력으로 하중을 지지하는 공기 베어링(air bearing)으로서, 정지부(S)와 상기 정지부(S)에 대하여 중심선(C)을 중심으로 상대 회전하는 회전부(R)를 구비하는 다양한 장치에 사용 가능한 추력 베어링(thrust bearing)이다. 이 스러스트 포일 공기 베어링(100)은 하판(10)과, 중간판(20)과, 상판(30)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 정지부(S)와 회전부(R)는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부재이며, 상기 회전부(R)는 상기 중심선(C)을 중심으로 미리 정한 회전 방향(W)으로 회전하는 회전축(F)에 결합되어 있고, 상기 정지부(S)의 상면에는 상기 중심선(C) 방향으로 돌출된 원형 단면의 막대 부재인 베어링 장착용 핀(P)이 복수 개 나열되어 있다.
한편, 상기 회전부(R)는 상기 정지부(S)에 대하여 상대 회전한다는 의미에서 결정된 상대적 용어이므로 상기 회전부(R)와 정지부(S)의 용어가 서로 교체 사용되어도 무방하다. 다만 이하에서는 상기 정지부(S)가 절대 좌표에서 정지된 부분이고 상기 회전부(R)가 절대 좌표에서 회전하는 부분으로 전제하고 설명하기로 한다.
상기 하판(10)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 정지부(S)의 상면에 배치되며, 하판 본체(11)와 결합부(12)와 베어링 장착공(13)을 구비한다.
상기 하판 본체(11)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 정지부(S)의 상면에 배치된다.
상기 하판 본체(11)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다.
상기 결합부(12)는, "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있는 부분으로서, 상기 하판 본체(11)로부터 상기 회전부(R)를 향하여 돌출되어 있다.
상기 결합부(12)는, 복수 개 마련되어, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 중공(H) 표면인 내주면과 상기 하판 본체(11)의 외주면 사이에 배치되어 있으며, "ㄱ"자 형상의 단면이 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장됨으로써 형성된다.
본 실시예에서 상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 내주면과 상기 하판 본체(11)의 외주면 사이의 반경 방향 거리 절반 지점에 배치되어 있다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판 본체(11)의 구멍인 절개부(14)를 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 결합부(12)의 상단부 하면은, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 하판 본체(11)의 상면으로부터 미리 정한 길이(T)만큼 돌출되어 있다. 본 실시예에서 상기 길이(T)는 상기 중간판(20) 및 상판(30)의 두께를 합한 값보다 0.05mm 내지 0.15mm정도 큰 값을 가진다.
상기 결합부(12)는, 후술할 상기 중간판(20)의 제1 관통공(22) 및 상기 상판(30)의 제2 관통공(32)을 관통한 상태로, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)을 서로 밀착시킨 상태로 결합시킨다.
상기 결합부(12)는, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 상기 중심선(C)을 따라 서로 분리되지 않도록 결합시키는 기능을 수행한다.
본 실시예에서 상기 하판(10)의 결합부(12)는, 상기 중간판(20)과 상판(30)에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와, 상기 중간판(20)과 상판(30)으로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서, 상기 중심선(C)을 중심으로 회전이동 가능하도록 마련된다.
상기 베어링 장착공(13)은, 상기 정지부(S)의 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 하판 본체(11)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 중간판(20)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 하판(10)의 상면에 배치되며, 중간판 본체(21)와, 제1 관통공(22)과, 베어링 장착공(23)과, 범프 포일(24)을 구비한다.
상기 중간판 본체(21)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 하판 본체(11)의 상면에 배치된다. 여기서, 상기 중간판 본체(21)는 상기 하판 본체(11)와 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 중간판 본체(21)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다. 여기서 상기 중간판 본체(21)의 중공(H)은 상기 하판 본체(11)의 중공(H)과 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 제1 관통공(22)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상의 구멍으로서, 상기 결합부(12)가 관통할 수 있는 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 베어링 장착공(23)은, 상기 정지부(S)의 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 중간판 본체(21)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 중간판(20)의 베어링 장착공(23)은, 상기 하판(10)의 베어링 장착공(13)과 대응되는 위치에 형성되어 있으며 서로 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 범프 포일(24)은, 사다리 꼴 형태의 평면 형상을 가지는 부분으로서, 상기 중심선(C)을 따라 상하 방향으로 탄성 변형이 가능하도록, 다수 개의 산과 골이 번갈아가면서 연결된 물결(wave) 형상의 부분이다.
상기 범프 포일(24)은, 상기 결합부(12)와 마찬가지로, 상기 중간판 본체(21)의 구멍인 절개부(28)을 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 범프 포일(24)은, 복수 개 마련되어 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 범프 포일(24)은, 사다리 꼴의 네 변 중 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변(25, 26) 중 하나(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되어 있으며, 나머지 세 변은 자유단(free end)으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 범프 포일(24)은, 상기 범프 포일(24)에 대한 공기의 흐름을 기준으로, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 상류측 변(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되어 있다. 즉, 상기 범프 포일(24)은 상류측 변(25)만 상기 중간판 본체(21)에 결합되고 하류측 변(26)은 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있다.
상기 범프 포일(24)은, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 하류측으로 길게 형성되며, 상기 중심선(C)의 반경 반향을 따라 서로 이격된 복수 개의 절개선(27)을 구비하고 있다.
본 실시예에서 상기 제1 관통공(22)은 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 하류측 변(26) 근처에 형성되는데, 상기 범프 포일(24)의 하류측 변(26)과 상기 중간판 본체(21)의 사이의 상기 절개부(28)가 상기 제1 관통공(22)으로 기능하게 된다.
상기 상판(30)은, 금속 박판을 프레스 가공하여 제조되는 원형의 디스크 부재로서, 상기 중간판(20)의 상면에 배치되어 상기 회전부(R)와 마주하며, 상판 본체(31)와, 제2 관통공(32)과, 베어링 장착공(33)과, 탑 포일(34)을 구비한다.
상기 하판(10)과, 중간판(20)과, 상판(30)은 동일한 재질의 금속 박판으로 제조될 수 있으며, 각각의 두께는 서로 상이할 수도 있다.
상기 상판 본체(31)는, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 원형의 디스크 부분으로서, 하면이 상기 중간판 본체(21)의 상면에 배치된다. 여기서, 상기 상판 본체(31)는 상기 하판 본체(11)와 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 상판 본체(31)의 중앙에는 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 중공(H)이 형성되어 있다. 여기서 상기 상판 본체(31)의 중공(H)은 상기 하판 본체(11)의 중공(H)과 동일한 직경을 가지고 있다.
상기 제2 관통공(32)은, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상의 구멍으로서, 상기 결합부(12)가 관통할 수 있는 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 제2 관통공(32)은 상기 제1 관통공(22)과 대응하는 위치에 형성되어 있으며, 동일한 길이와 폭을 가지고 있다.
상기 베어링 장착공(33)은, 상기 정지부(S)의 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 구멍으로서, 상기 상판 본체(31)의 테두리를 따라 원주 방향으로 복수 개 나열되어 있다.
상기 상판(30)의 베어링 장착공(33)은, 상기 하판(10)의 베어링 장착공(13)과 상기 중간판(20)의 베어링 장착공(23)에 대응되는 위치에 형성되어 있으며 서로 동일한 직경을 가지고 있다.
본 실시예에서 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은, 상기 중심선(C)을 원의 중심으로 하는 동일한 가상의 원주 상에 배치되어 있다.
상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)에 배치된 배치 패턴은 베어링 사용 위치에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 동일하지 않은 패턴으로 형성될 수 있다. 도 10에는 본 발명의 제2 실시예인 스러스트 포일 공기 베어링(200)이 도시되어 있는데, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(200)은 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)과 거울 대칭(mirror symmetry) 관계에 있다.
상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)의 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 어느 하나에서, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들 중 서로 인접한 베어링 장착공(13, 23, 33)이 이루는 배치 각도(α1, α2)는, 상기 중심선(C)의 원주 방향 위치에 따라 동일하지 않도록 비대칭적으로 제작되어 있다. 여기서 제1 배치 각도(α1)은 45도 미만의 예각으로서 제2 배치 각도(α2)보다 작은 값을 가지며, 본 실시예에서는 상기 제1 배치 각도(α1)는 30도이며 상기 제2 배치 각도(α2)는 90도이다.
따라서, 상기 회전축(F)의 양단부에 각각 결합된 2개의 회전부(R)와 각각 대면하는 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링(100, 200)에서 상기 배치 패턴을 달리함으로써, 작업자가 베어링의 장착 위치를 서로 바꾸어서 장착하는 실수를 원천적으로 방지할 수 있다. 즉, 작업자가 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)을 상기 스러스트 포일 공기 베어링(200)이 장착될 곳에 장착하려고 시도하면, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 베어링 장착용 핀(P)에 삽입되지 않는다.
상기 탑 포일(34)은, 사다리 꼴 형태의 평면 형상을 가지는 부분으로서, 상기 범프 포일(24)의 상측에 배치되어 상기 회전부(R)와 접촉 가능한 부분이다.
상기 탑 포일(34)은, 복수 개 마련되어 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 나열되어 있다.
상기 탑 포일(34)은 상기 범프 포일(24)과 대응되는 위치와 크기를 가지고 있다.
상기 탑 포일(34)은, 상기 범프 포일(24)과 마찬가지로, 상기 상판 본체(31)의 구멍인 절개부(37)를 채우고 있던 금속 박판이 프레스 가공에 의하여 절개 및 절곡됨으로써 형성된다.
상기 탑 포일(34)은, 사다리 꼴의 네 변 중 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변(35, 36) 중 하나(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되어 있으며, 나머지 세 변은 자유단(free end)으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 탑 포일(34)은, 상기 탑 포일(34)에 대한 공기의 흐름을 기준으로, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 상류측 변(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되어 있다. 즉, 상기 탑 포일(34)은 상류측 변(35)만 상기 상판 본체(31)에 결합되고 하류측 변(36)은 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있다.
본 실시예에서 상기 제2 관통공(32)은 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 서로 이격된 상태로 마주하는 두 변 중 하류측 변(36) 근처에 형성되는데, 상기 탑 포일(34)의 하류측 변(36)과 상기 상판 본체(31)의 사이의 상기 절개부(37)가 상기 제2 관통공(32)으로 기능하게 된다.
상기 하판(10)의 결합부(12)가 상기 잠금 위치에 있을 때, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통할 수 있도록 일렬로 정렬되지만, 상기 하판(10)의 결합부(12)가 상기 해제 위치에 있을 때에는 상기 베어링 장착공(13)과 상기 베어링 장착공(23, 33)은 일렬로 정렬되지 못한다.
상기 베어링 장착용 핀(P)은, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 상기 중심선(C)과 교차하는 가상의 평면상에서 슬라이딩되어 서로 분리되지 않도록 결합시키는 기능을 수행하고, 상기 결합부(12)가 의도하지 않게 상기 해제 위치로 회전하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
이하에서는, 상술한 구성의 스러스트 포일 공기 베어링(100)을 조립하고 장착하는 방법의 일례를 설명하기로 한다.
먼저, 상기 중간판(20)의 베어링 장착공(23)과 상기 상판(30)의 베어링 장착공(33)이 서로 일렬로 배치되도록, 상기 중간판(20)과 상판(30)을 겹쳐서 준비한다. 이때 상기 중간판(20)의 제1 관통공(22)과 상기 상판(30)의 제2 관통공(32)도 서로 일렬로 배치된다.
이어서, 서로 겹쳐진 상기 중간판(20)과 상판(30)을 상기 하판(10)의 상면으로 이동시키고, 상기 하판(10)의 결합부(12)가 해제 위치에 있는 각도에서 상기 중간판(20)과 상판(30)의 제1 관통공(22) 및 제2 관통공(32)을 상기 결합부(12)에 삽입시킨다.
이렇게 상기 결합부(12)가 상기 제1 관통공(22) 및 제2 관통공(32)를 관통한 상태에서, 상기 하판(10)을 상기 중간판(20) 및 상판(30)에 대하여 시계 방향으로 상대 회전시키게 되면 상기 결합부(12)가 잠금 위치로 회전되어, 상기 결합부(12)의 "ㄱ"자 형 말단부가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상판 본체(31) 및 중간판 본체(21)에 탈착 가능하게 결합된다. 이때, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은 일렬로 정렬된다.
마지막으로 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 결합된 스러스트 포일 공기 베어링(100)을 상기 정지부(S)의 상면으로 이동시킨 후, 상기 정지부(S)의 베어링 장착용 핀(P)이 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들에 삽입되도록 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)을 하강시키고, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)이 상기 베어링 장착용 핀(P)으로부터 분리되지 않도록 마무리하면 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)의 조립 및 장착이 완료된다.
상술한 구성의 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 정지부(S)에 결합되는 부재로서, 회전부(R)를 향하여 돌출되어 있는 결합부(12)를 구비하는 하판(10); 상기 하판(10)의 상면에 배치되며 탄성 변형이 가능한 범프 포일(24); 상기 결합부(12)가 관통할 수 있는 제1 관통공(22)을 구비하는 중간판(20); 상기 중간판(20)의 상면에 배치되어 상기 회전부(R)와 마주하며, 상기 범프 포일(24)의 상측에 배치되어 상기 회전부(R)부와 접촉 가능한 탑 포일(34); 상기 결합부(12)가 관통할 수 있으며, 상기 제1 관통공(22)과 대응하는 위치에 형성된 제2 관통공(32)을 구비하는 상판(30);을 구비하며, 상기 결합부(12)가, 상기 제1 관통공(22) 및 제2 관통공(32)을 관통한 상태로 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)을 서로 결합시키므로, 용접과 같은 복잡한 공정 없이도 신속하게 베어링 조립이 가능하다는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 하판(10)의 결합부(12)가, 상기 중간판(20)과 상판(30)에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판(20)과 상판(30)로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선(C)을 중심으로 회전이동 가능하므로, 상기 하판(10)을 상기 중간판(20) 및 상판(30)에 대하여 상대 회전시키는 간단한 조작으로, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)을 서로 결합시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 결합부(12)가, "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있으므로, 상기 하판(10)을 상기 중간판(20) 및 상판(30)에 대하여 상대 회전시키는 간단한 조작으로, 상기 결합부(12)를 잠금 위치로 이동시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 제1 관통공(22) 및 제2 관통공(32)이, 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상이므로, 상기 결합부(12)를 상기 중심선(C)의 반경 방향으로 길게 형성함으로써, 상기 상판 본체(31)의 상면에서 상기 결합부(12)가 접촉할 수 있는 면적을 증가시켜 상기 결합부(12)의 결합력을 증가시킬 수 있고, 상기 중심선(C)의 반경 방향을 따라 놓인 가상의 선상에서 상기 결합부(12)의 위치 선정이 용이하다는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 범프 포일(24) 및 탑 포일(4)이, 상기 중심선(C)의 원주 방향을 따라 복수 개 나열되며, 상기 범프 포일(24)은 일단부가 중간판 본체(21)에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으며, 상기 탑 포일(4)은 일단부가 상판 본체(31)에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으므로, 별도의 관통공을 형성시키지 않더라도 상기 제1 관통공(22)은 상기 범프 포일(24)의 타단부와 상기 중간판 본체(21)의 사이에 자연스럽게 형성되고, 상기 제2 관통공(32)은 상기 탑 포일(34)의 타단부와 상기 상판 본체(31)의 사이에 자연스럽게 형성되는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 정지부(S)가 돌출된 막대 부재인 베어링 장착용 핀(P)을 구비하고, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통하는 베어링 장착공(13, 23, 33)을 구비하고 있으므로, 비교적 조달이 용이하고 구조적 강도가 큰 상기 베어링 장착용 핀(P)을 사용하여 간편하게 정지부(S)에 장착할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 하판(10)의 결합부(12)는, 상기 중간판(20)과 상판(30)에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판(20)과 상판(30)으로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선(C)을 중심으로 회전이동 가능하며, 상기 결합부(12)가 상기 잠금 위치에 있을 때, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)의 베어링 장착공(13, 23, 33)들은, 상기 베어링 장착용 핀(P)이 관통할 수 있도록 일렬로 정렬되므로, 상기 베어링 장착용 핀(P)을 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들에 삽입시킴으로써, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)이 상기 중심선(C)과 교차하는 가상의 평면상에서 서로 미끄러져 분리되지 않도록 결합되며, 상기 결합부(12)가 의도하지 않게 상기 해제 위치로 회전하는 것이 방지되는 장점이 있다.
그리고 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)에 배치된 배치 패턴이 베어링 사용 위치에 따라 동일하지 않은 패턴으로 형성되므로, 상기 회전축(F)의 양단부에 각각 결합된 2개의 회전부(R)와 긱각 대면하는 한 쌍의 스러스트 포일 공기 베어링(100, 200)을 장착할 경우, 작업자가 베어링의 장착 위치를 바꾸는 실수를 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 스러스트 포일 공기 베어링(100)은, 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30) 모두가, 프레스 가공에 의하여 신속하게 성형될 수 있는 형상을 가지므로, 용접 등의 방법을 사용하는 경우에 비하여 대량 생산에 적합하다는 장점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 결합부(12)가 "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있으나, 상기 결합부(12)가 초기에는 "ㅡ"자 형태로 상기 제1 관통공(22) 및 제2 관통공(32)을 관통한 후에, "ㄱ"자 형태로 절곡되어 소성 변형될 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에서는, 상기 상판(30)과 상기 하판(10) 및 상기 중간판(20)이 각각 1개만 장착되어 있으나, 상기 상판(30)과 상기 하판(10) 및 상기 중간판(20) 중 적어도 어느 하나가 2개 이상 장착될 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에서는, 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들이 상기 하판(10)과 중간판(20) 및 상판(30)에 배치된 배치 패턴이, 서로 인접한 베어링 장착공(13, 23, 33)이 이루는 배치 각도(α1, α2)를 변화시킴으로써 조정되고 있으나, 상기 중심선(C)으로부터 상기 베어링 장착공(13, 23, 33)들까지의 거리를 개별적으로 변화시킴으로써 상기 배치 패턴이 조정될 수도 있음은 물론이다.
이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

Claims (8)

  1. 정지부와, 상기 정지부에 대하여 중심선을 중심으로 상대 회전하는 회전부를 구비하는 장치에 사용 가능한 스러스트 포일 공기 베어링으로서,
    상기 정지부에 결합되는 부재로서, 상기 회전부를 향하여 돌출되어 있는 결합부를 구비하는 하판;
    상기 하판의 상면에 배치되며, 탄성 변형이 가능한 범프 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있는 제1 관통공을 구비하는 중간판;
    상기 중간판의 상면에 배치되어 상기 회전부와 마주하며, 상기 범프 포일의 상측에 배치되어 상기 회전부와 접촉 가능한 탑 포일; 상기 결합부가 관통할 수 있으며, 상기 제1 관통공과 대응하는 위치에 형성된 제2 관통공을 구비하는 상판;을 구비하며,
    상기 결합부가, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 상태로 상기 하판과 중간판 및 상판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하판의 결합부는, 상기 중간판과 상판에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판과 상판으로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선을 중심으로 회전이동 가능한 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 결합부는, "ㄱ"자 형태로 미리 절곡되어 있거나, 상기 제1 관통공 및 제2 관통공을 관통한 후에 "ㄱ"자 형태로 절곡되는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 관통공 및 제2 관통공은, 상기 중심선의 반경 방향으로 길게 연장된 슬롯 형상인 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 범프 포일 및 탑 포일은, 상기 중심선의 원주 방향을 따라 복수 개 나열되며,
    상기 범프 포일은 일단부가 중간판 본체에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으며, 상기 탑 포일은 일단부가 상판 본체에 결합되고 타단부는 자유 운동 가능한 날개형으로 형성되어 있으며,
    상기 제1 관통공은 상기 범프 포일의 타단부와 상기 중간판 본체의 사이에 형성되고, 상기 제2 관통공은 상기 탑 포일의 타단부와 상판 본체의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 정지부는 돌출된 막대 부재인 베어링 장착용 핀을 구비하고,
    상기 하판과 중간판 및 상판은, 상기 베어링 장착용 핀이 관통하는 베어링 장착공을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하판의 결합부는, 상기 중간판과 상판에 탈착 가능하게 결합되는 잠금 위치와 상기 중간판과 상판로부터 분리가능한 해제 위치 사이에서 상기 중심선을 중심으로 회전이동 가능하며,
    상기 결합부가 상기 잠금 위치에 있을 때, 상기 하판과 중간판 및 상판의 베어링 장착공들은, 상기 베어링 장착용 핀이 관통할 수 있도록 일렬로 정렬되는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 하판과 중간판 및 상판의 베어링 장착공들은, 복수 개 마련되어 상기 중심선의 원주 방향으로 나열되어 있으며,
    상기 베어링 장착공들이 상기 하판과 중간판 및 상판에 배치된 배치 패턴은 베어링 사용 위치에 따라 동일하지 않은 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스러스트 포일 공기 베어링
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