TWI443272B - 流體軸承構造及流體軸承構造中之軸承凹部形成方法 - Google Patents

Description

流體軸承構造及流體軸承構造中之軸承凹部形成方法

本發明涉及以可旋轉或可直線移動之方式支持零件之非接觸式流體軸承。

藉由係靜壓流體軸承之空氣軸承，可將壓縮空氣送入自流體噴出口至軸承面間數μm之微小間隙內。已知藉由在空氣噴出口周圍形成溝槽狀或小凹孔狀深數μm之軸承凹部，軸承剛性可達數倍。若軸承凹部深度過淺軸承剛性會降低，若軸承凹部深度過深流體軸承之流體流量會增加，產生微小振動。如此，由於軸承凹部深度方向之精度對空氣軸承之性能會造成很大的影響，因此業界要求對其進行高精度之加工。

作為形成流體軸承之軸承凹部之方法，可使用習知如磨削或切削之去除加工。且可使用照射雷射光束，形成既定寬度、既定深度、既定長度溝槽之方法。

日本特開平10-113832號中已公開藉由軸之旋轉使流體流動，以產生壓力之動壓流體軸承之製造方法。於外周圍具有溝槽加工刃之切削工具與軸承構件相對旋轉，並同時在設於軸承構件之穿通孔內移動，藉此形成動壓產生溝槽。藉由變更切削工具之旋轉速度、溝槽加工用刃之形狀以及根數，可形成各種動壓產生溝槽。

在日本特開2001-159426號中記載有下列內容：為使動壓流體軸承之軸承面間之距離保持一定且產生動壓，可藉由切削形成動壓溝槽於軸承面其中至少一者。該文獻中公開有下列內容：於軸承面形成被覆，在該被覆上藉由雷射光束等高能量射線束照射之，以形成既定寬度、既定深度、既定長度之溝槽。

在藉由切削加工形成流體軸承之軸承溝槽之方法中，由於在已形成之溝槽之外圈緣部會發生隆起，需將此等者去除，因此會增加成本。另外，溝槽之深度需以1μm級設定，正確形成此等尺寸及位置，因此，難以藉由機械加工形成該溝槽。另外，在被覆層上照射雷射光束等高能量光線形成軸承溝槽之方法需雷射加工機，會使製造成本上升。

本發明提供一種具有均一深度軸承凹部之流體軸承構造，及形成該軸承凹部於軸承面之方法。

本發明之流體軸承構造包含：第1構件；及第2構件，以可任意旋轉或任意直線移動之方式由該第1構件支持；且該第1構件與該第2構件具有相互對向之軸承面，於該軸承面其中一者設有流體噴出口，且於該流體噴出口周圍設有凹部，包含設有流體噴出口之軸承面之第1構件與第2構件其中至少一者一體化構成具有軸承面之軸承基座與具有流體噴出口且固定於該軸承基座之凹部形成部，以具有不同屬性之不同鋁合金形成該軸承基座與該凹部形成部，在該軸承基座與該凹部形成部上具有藉由陽極氧化處理所形成之被覆膜，藉由該軸承基座上的被覆膜與該凹部形成部上的被覆膜厚度之差於流體噴出口周圍形成凹部。

該軸承基座與該凹部形成部經一體化，俾該凹部形成部之端部與軸承基座之軸承面無階梯差。

本發明之流體軸承構造之軸承凹部形成方法中該流體軸承構造包含：第1構件；及第2構件，以可任意旋轉或任意直線移動之方式由該第1構件支持；且該第1構件與該第2構件具有相互對向之軸承面，於該軸承面其中一者設有流體噴出口，且於該流體噴出口周圍設有軸承凹部。該方法包含下列步驟：以一體化之方式，令該第1構件與該第2構件其中至少一者內，以不同材質之鋁合金所形成，具有該軸承面之軸承基座與具有該流體噴出口之凹部形成部加以形成；及藉由陽極氧化處理在軸承基座與凹部形成部上形成包覆膜，藉由軸承基座上之包覆膜與凹部形成部上之包覆膜之厚度差，於該流體噴出口周圍形成軸承凹部。

或者，本發明之流體軸承構造之軸承凹部形成方法亦可包含下列步驟：以一體化之方式，令該第1構件與該第2構件其中至少一者內，以不同材質之鋁合金所形成，具有該軸承面之軸承基座與凹部形成部加以形成；於該凹部形成部形成該流體噴出口；及藉由陽極氧化處理在軸承基座與凹部形成部上形成包覆膜，藉由軸承基座上之包覆膜與凹部形成部上之包覆膜之厚度差，於該流體噴出口周圍形成軸承凹部。

圖1a顯示作為依本發明之直動流體軸承之直動滑塊。形成滑塊構件10，俾包圍引導構件11，滑塊構件10與引導構件11之對向面係流體軸承面，滑塊構件10由引導構件11支持。於滑塊構件10或引導構件11設有用以噴出壓縮空氣等加壓流體之流體噴出口，為使流體軸承面作為流體軸承動作，可供給壓力充分之流體。直動滑塊可以引導構件11作為靜止構件固定，以可移動之方式支持滑塊構件10之形態、滑塊構件10作為靜止構件固定，以可移動之方式支持引導構件11之形態使用之。另外，亦可在流體軸承面為左右時配置流體噴出口於引導構件11，在流體軸承面為上下時配置流體噴出口於滑塊構件10。

圖1b顯示依本發明之旋轉流體軸承。旋轉構件20包含旋轉軸與直徑加大之圓板部26。旋轉構件20之圓板部26之兩端面及周面，以及與該兩端面及周面對向之靜止構件21之內面構成流體軸承面，對該流體軸承面間之間隙供給充分之流體，旋轉構件20因靜止構件21以可旋轉之方式呈非接觸式受到支持。

圖2a及圖2b顯示設於圖1a及圖1b所示之直動滑塊或旋轉流體軸承之流體軸承面之流體噴出口及軸承凹部。如圖2a所示，軸承凹部31可在各流體噴出口30之周邊形成為小凹孔狀，如圖2b所示，可在複數流體噴出口30之周邊形成為溝槽狀。換言之，如圖2a或圖2b所示，可在一個軸承凹部31之區域內形成一個流體噴出口或複數流體噴出口。流體噴出口30及軸承凹部31設置在移動構件或靜止構件對向之任一方流體軸承面。藉由於流體軸承面設置軸承凹部31可提高軸承剛性。

圖3顯示沿圖1a中之直線AA之直動滑塊之局部剖面。引導構件11由軸承基座33與作為形成凹部之凹部形成部之筒狀部32構成。於軸承基座33設置有用以對流體軸承面34間之間隙供給流體之穿通孔，於該穿通孔插入有兩端形成開口之筒狀部32。筒狀部32與滑塊構件10對向之開口構成流體噴出口30。加壓流體自流體噴出口30朝流體軸承面34間之間隙噴出。於流體噴出口30之附近區域形成有軸承凹部31。藉由設置軸承凹部31於該流體噴出口30之附近區域，俾包圍流體噴出口30，可提高軸承剛性。

軸承基座33與筒狀部32由屬性不同之不同材料形成。於軸承基座33與筒狀部32之表面因陽極氧化處理形成包覆膜。由於軸承基座33與筒狀部32係由屬性不同之不同材料形成，所以藉由陽極氧化處理在軸承基座33上形成之包覆膜之厚度與在筒狀部32上形成之包覆膜之厚度不同。採用因陽極氧化處理包覆膜成長迅速之材料於軸承基座33，採用相較於軸承基座33之材料陽極氧化包覆膜之成長緩慢之材料於筒狀部32。

接著，參照圖4a及圖4b與圖5a～5d說明藉由陽極氧化處理於鋁零件表面形成微小凹部之情況。圖4a及圖4b顯示於鋁零件40之表面形成微小凹部之例。圖4a顯示於鋁零件40表面之複數部位形成微小之凹部，圖4b顯示一個微小凹部之放大圖。

圖5a～5d顯示因鋁合金性質之差，在兩種鋁合金上形成，藉由陽極氧化處理得到的包覆膜厚度不同之情況。藉由陽極氧化處理，於鋁合金之母材表面形成厚數μm～數十μm之包覆膜。在相同條件下進行陽極氧化處理時，依鋁合金之材質該包覆膜之厚度不同。

在圖5a所示之材料A與材料B相同之情況下，在材料A上形成之包覆膜之厚度a與在材料B上形成之包覆膜之厚度b沒有差別。圖5b顯示在材料A上形成之包覆膜之厚度a大於在材料B上形成之包覆膜之厚度b之情況。圖5c顯示在材料A上形成之包覆膜之厚度a小於在材料B上形成之包覆膜之厚度b之情況。圖5d顯示在材料A上未形成包覆膜之情況。依本發明，選擇所形成之包覆膜之厚度會產生差異之不同種金屬，藉由陽極氧化處理形成軸承凹部。

圖6a及圖6b顯示藉由陽極氧化處理形成軸承凹部之工序。如圖6a所示，引導構件11由軸承基座33與插入設於軸承基座33之穿通孔之筒狀部32構成。軸承基座33與筒狀部32以黏接或壓入之方式一體化，俾兩者之上表面一致。

在本實施例中，作為軸承基座33之材料使用鋁合金A7075，作為筒狀部32之材料使用鋁合金A2024。在鋁合金A7075上陽極氧化包覆膜比在鋁合金A2024上更快速地成長。鋁合金A2024稱為超杜拉鋁，鋁合金A7075稱為特超杜拉鋁。鋁合金A2024主要由鋁與銅構成。鋁合金A7075主要由鋁、鋅、鎂構成。

如圖6b所示，對軸承基座33與筒狀部32一體化構成之引導構件11進行陽極氧化處理。因軸承基座33與筒狀部32為不同種材料，可改變陽極氧化膜之膜厚，能夠形成軸承凹部31。陽極氧化處理之膜厚可正確管理，能夠形成軸承凹部31經要求之精度深之凹部。

為得到軸承凹部31之既定深度DEP，對用以形成溝槽之材料組合進行陽極氧化處理之試驗，求出軸承凹部31之深度達既定深度DEP之陽極氧化處理之條件。根據顯示陽極氧化處理之電壓或浸漬材料於化學液中之時間、化學液之溫度等條件，與陽極氧化包覆膜厚度之關係，以試驗獲得之資料可管理陽極氧化膜之厚度。

圖7係顯示依鋁合金之種類膜厚之成長速度不同之曲線圖。預先求出在軸承基座上形成之陽極氧化包覆膜之厚度與在凹部形成部上形成之陽極氧化包覆膜之厚度之處理經過時間之關係。根據該曲線圖能夠求出軸承凹部之深度達既定深度DEP之時間t1。

在上述之實施例中，作為形成凹部之凹部形成部之筒狀部插入軸承基座之穿通孔，在軸承面間形成噴出流體之流體噴出口。亦可代之以將不具有孔之凹部形成部插入軸承基座之穿通孔，在兩者一體化後以開孔或穿孔之方式形成流體噴出口。

依本發明，能夠於流體軸承面形成深度均一之軸承凹部，還能夠簡化軸承凹部之加工工序，能夠高效率進行生產。另外，可因應軸承凹部之深度或凹部形成部面對流體軸承面之面積改變流體噴出口之數量或口徑，能夠提升軸承剛性或使流體流向一致。

A、B．．．材料

a、b．．．厚度

AA．．．直線

DEP．．．既定深度

t1．．．時間

10．．．滑塊構件

11．．．引導構件

20．．．旋轉構件

21．．．靜止構件

26．．．圓板部

30．．．流體噴出口

31．．．軸承凹部

32．．．筒狀部

33．．．軸承基座

34．．．流體軸承面

40．．．鋁零件

圖1a及圖1b係作為依本發明之直動流體軸承之直動滑塊與旋轉流體軸承之概略立體圖。

圖2a及圖2b係設於使用流體軸承之直動滑塊或旋轉流體軸承之流體軸承面之流體噴出口之顯示圖。

圖3係直動滑塊之局部放大剖視圖。

圖4a及圖4b係於鋁合金製零件表面形成微小凹部之例之說明圖。

圖5a～圖5d係因鋁合金材質之差，進行陽極氧化處理(氧化鋁膜處理)時以各材質分別形成之膜厚不同之說明圖。

圖6a及圖6b係藉由陽極氧化處理形成軸承凹部之說明圖。

圖7係說明依鋁合金之材質膜厚之成長速度不同之曲線圖。

DEP．．．既定深度

10．．．滑塊構件

11．．．引導構件

30．．．流體噴出口

31．．．軸承凹部

32．．．筒狀部

33．．．軸承基座

34．．．流體軸承面

Claims (3)

1. 一種流體軸承構造，包含：第1構件；及第2構件，由該第1構件以可任意旋轉或任意直線移動之方式所支持；且該第1構件與該第2構件具有相互對向之軸承面，於該軸承面其中一者具有流體噴出口及設於該流體噴出口周圍的凹部；包含具有流體噴出口之軸承面的第1構件與第2構件其中至少一者，係將具有軸承面之軸承基座與具有流體噴出口且固定於該軸承基座之凹部形成部一體化構成，使得該凹部形成部之端部與軸承基座之軸承面無階梯差；該軸承基座與該凹部形成部係以具有不同屬性之不同鋁合金形成；以及藉由陽極氧化處理形成於該軸承基座與該凹部形成部上之被覆膜，藉由該軸承基座上的被覆膜與該凹部形成部上的被覆膜之厚度差而在流體噴出口周圍形成凹部。
2. 一種流體軸承構造之軸承凹部形成方法，該流體軸承構造包含：第1構件；及第2構件，由該第1構件以可任意旋轉或任意直線移動之方式支持著；且該第1構件與該第2構件具有相互對向之軸承面，於該軸承面其中一者設有流體噴出口，且於該流體噴出口周圍設有軸承凹部，該流體軸承構造之軸承凹部形成方法包含下列步驟：該第1構件與該第2構件其中至少一者，係將由不同材質之鋁合金所製成的具有該軸承面之軸承基座與具有該流體噴出口之凹部形成部，以一體化方式加以形成；及藉由陽極氧化處理在軸承基座與凹部形成部上形成包覆膜，藉由軸承基座上之包覆膜與凹部形成部上之包覆膜之厚度差，在該流體噴出口周圍形成軸承凹部。
3. 一種流體軸承構造之軸承凹部形成方法，該流體軸承構造包含：第1構件；及第2構件，由該第1構件以可任意旋轉或任意直線移動之方式支持著；該第1構件與該第2構件具有相互對向之軸承面，於該軸承面其中一者設有流體噴出口，且於該流體噴出口周圍設有軸承凹部， 該流體軸承構造之軸承凹部形成方法包含下列步驟：該第1構件與該第2構件其中至少一者，係將由不同材質之鋁合金所形成的具有該軸承面之軸承基座與凹部形成部，以一體化之方式加以形成；於該凹部形成部形成該流體噴出口；及藉由陽極氧化處理在軸承基座與凹部形成部上形成包覆膜，藉由軸承基座上之包覆膜與凹部形成部上之包覆膜之厚度差，於該流體噴出口周圍形成軸承凹部。