TWI507618B - 氣體軸承及其製造方法 - Google Patents

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Description

氣體軸承及其製造方法
本發明係關於用於兩個配合組件之間的高速相對旋轉之非自作用氣體軸承。
為了提供產生一回復力之能力以補償一非自作用軸承中之非零軸偏心，已知的是需要限制自一供應壓力至軸承表面之過道(例如使用複數個噴口)。
各噴口限制該供應壓力為亦取決於在該噴口之該軸承間隙寬度(亦即該軸承表面與該軸之間的距離)之一中間壓力。該軸承間隙寬度越小，則該中間壓力越高。在同心條件下，由直徑方向相對噴口所建立之該等中間壓力為等對稱性。然而，若該軸之軸線從該孔之軸線移位(亦即非零偏心)，則在具有一較小軸承間隙寬度之一噴口的該中間壓力將高於在具有一較大軸承間隙寬度之一噴口的該中間壓力，因而引起作用以校正該未對準之一回復力。若至該軸承表面之該等過道係未被限制，則當存在非零偏心時，該軸僅經歷該供應壓力；無壓力不平衡且因此無回復力發生。
圖1係其中提供噴口以限制一氣體供應與一軸承間隙之間的氣體通道之一軸頸氣體軸承10之一剖面圖。該氣體軸承10包括一軸承外殼12，該軸承外殼12具有形成於其中用於收納一軸16之一軸孔14。該軸孔14之內壁為一軸承表面18。徑向過道20通過該軸承外殼12而提供該軸承表面18與一受壓氣體供應(圖中未繪示)之間的流體交互作用。舉例而言，如圖1中之箭頭所指示，壓縮氣體可通過一各自的開口22而抽排至各過道20內。
一噴口24係作為一插塞插入在該軸承表面18上之該入口之各通道內。各噴口24為經定尺寸以緊固地安裝至該過道20內之一圓柱狀區塊。各噴口24具有從該軸承表面18提供流體連通至該過道20之內部之一狹窄通孔(例如成圓形的空氣氣體出口)26。該過道20中之該噴口24之緊固安裝確保來自該過道20之氣體僅可經由該通孔26到達該軸承表面。
如圖1中之一噴口24之一擴展視圖中所繪示，該通孔26包含朝向該軸承表面定位之一收縮部分28。該通孔26包含其中該通孔之直徑朝向該收縮部分28減小之錐形化區段30、32。
在將各噴口徑向地安裝於該軸承外殼12中之前，各噴口係製成為一分開部分，例如藉由一成形鑽孔或藉由一車削操作而形成。
然而，由於旋轉機器之該所需操作速率增大，因此組件之尺寸(例如軸直徑及軸承間隙寬度)需要減小。此尺寸減小引起極小噴口直徑之一需要。當所需噴口直徑接近75微米或更小(例如50微米或更小)時，臨近可以一商業方式有效加工之噴口直徑之限度。特定言之，與製造作為分開組件之噴口相關聯的任何優點係被由在該軸承外殼中組裝該等噴口、為該等噴口查找適當的材料及修整該軸承表面所引起之問題代替。
根據此等問題，已建議可使用經徑向定向雷射鑽孔之盲孔代替噴口插塞用於高速軸承(例如針對相對轉速超過每秒200米)。US 5645354揭示形成於一軸承表面中之經雷射鑽孔的微孔之一實例。
圖2係其中提供經雷射鑽孔的微孔以限制一氣體供應與一軸承表面之間的氣體通道之一軸頸氣體軸承34之一剖面圖。與圖1中所繪示之該軸承共同之組件係規定為相同參考數字且不再描述。
在此配置中，各過道20以一整合限制36終止在該軸承表面18。圖2之該擴展部分繪示該整合限制36包括具有一平底40之一徑向盲孔38，該平底40具有為用於提供流體連通於該軸承表面18與該徑向盲孔38之間的唯一構件之一雷射鑽孔毛細管42。該毛細管42係藉由從該軸承外殼12之外部引導一高能量光束(例如雷射光束)於該盲孔38之該平底40上而形成。圖2繪示該雷射鑽孔毛細管42具有一噴嘴式形狀，如US 5645354所建議，亦即錐形化以在該軸承表面18設置該最小直徑。
該中間壓力係藉由該等雷射鑽孔毛細管之直徑而主要地測定。
圖2中所繪示之該配置可有助於解決關於材料配合、變形及使生產軸頸軸承更節約成本之問題。
US 2008/0256797揭示自該軸孔內部之雷射鑽孔毛細管。
此處本發明論述具有雷射鑽孔毛細管之氣體軸承之發展，尤其著眼於使該軸承能夠以高轉速(例如超過400,000rpm或500,000rpm)工作。
大體上表達，本發明之一態樣提議使在該軸承表面之該雷射鑽孔毛細管之末端喇叭形向外擴張，亦即使得該毛細管之該最窄部分係向後移而離開該軸承表面。此形狀可確保當該壓力限制不得不發生於該噴口而非該軸承間隙內時，該軸承之該負載攜載功能在軸偏心期間不會失效。因此該最窄部分係向後移至形成於該軸承表面中之一凹穴或空腔中。在該毛細管之該末端不存在該空穴或空腔之情況下，該壓力限制會因該軸承支力部件(例如軸)之高偏心率而發生於該軸承間隙內，該軸承支力部件中不會發生抵抗此干擾之回復力。根據此態樣，可提供包括一軸承外殼之一氣體軸承，該軸承外殼具有：由一徑向向內面向軸承表面所界定之一軸孔；及經雷射鑽孔通過該軸承表面以提供流體連通於該軸承表面與含納於該軸承外殼中之一可受壓空間之間的複數個徑向延伸毛細管，其中各雷射鑽孔毛細管包含在該軸承表面之一氣體出口，該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而向內錐形化。換言之，通過該氣體出口之一氣體流動路徑具有一剖面區域，當該氣體流動路徑延伸背離該軸承表面時，該剖面區域減小。因此在該軸承表面之該氣體出口之一部分可類似形成於該軸承表面中之一鋸齒狀凹穴。該毛細管可徑向延伸背離該凹穴之基部。該氣體出口可以一線性方式(例如以界定一圓錐形凹穴)或一彎曲方式(例如以界定一球形凹穴)錐形化。以下揭示一種製造該等毛細管之方法。
該複數個雷射鑽孔毛細管可環繞該軸承表面之一共同圓周定位。在該軸承表面上可存在毛細管之兩個或兩個以上圓周串(例如列)。各串或列可包括在以規則間隔環繞該圓周定位之複數個點之一個毛細管或複數個毛細管。該等圓周串可為對稱的，但此非關鍵。針對所有毛細管之該等點之位置可在雷射鑽孔之前測定。在一配置中，一對毛細管係位於各點。該對可沿該軸承表面且沿一軸線緊密地定位在一起。此配置可促進沿該軸承表面之一平坦壓力輪廓線。
該等毛細管不僅需要以一徑向方向地延伸，亦即當該等毛細管延伸背離該軸承表面時，該等毛細管可軸向傾斜。
該可受壓空間可包含完全地含納於該軸承外殼內之一容積。舉例而言，該可受壓空間可包括沿一共同通道互相流體連通之複數個腔室，其中該等腔室之一或多者具有從該軸承外殼之該外部延伸至該共同通道之一入口管道。一氣體供應(例如壓縮空氣或類似物)可經由該(等)入口管道而連接至該等腔室以提供壓力至該可受壓空間。該入口管道可在該軸承外殼之一軸向末端退出該軸承外殼。因此，該軸承外殼之該外圓周表面可為完整，亦即不具有形成於其中用於連通該軸承外殼之該內部的通道。此配置之一優點為其釋放該外圓周表面用於其他用途，例如運輸冷卻液或佈線，而不影響軸承操作。此配置可表示本發明之另一態樣。
該複數個腔室可包括規則地配置於環繞該軸孔之一環上之複數個分開的軸向延伸孔。該等軸向孔可為相同(例如具有相同直徑及長度)。一環形通道(例如在該等孔之一軸向末端)可執行該共同通道之功能。該等軸向孔及/或環形通道可經鑽孔(例如機械鑽孔)進入該軸承外殼內。此配置准許該軸承外殼製成一單件且具有一完整外圓周表面。
以上所論述之該等概念亦可適用於一氣體推力軸承。因此該軸承外殼可包含一軸向面向軸承表面(例如在該軸承外殼之一軸向末端)及經雷射鑽孔通過該軸向面向軸承表面以提供流體連通於該軸向面向軸承表面與含納於該軸承外殼中之該可受壓空間之間的複數個軸向延伸毛細管，其中各雷射鑽孔毛細管包含在該軸向面向軸承表面之一氣體出口，該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而向內錐形化。在此配置中，該氣體軸承執行為一軸頸軸承(徑向延伸毛細管)及一推力軸承(軸向延伸毛細管)。該氣體軸承可僅為一軸頸軸承或僅為一推力軸承。對應地，本發明之此態樣亦可表達為包括一軸承外殼之一氣體軸承，該軸承外殼具有終止在面向一軸向方向之一軸承表面之一軸孔及經雷射鑽孔通過該軸承表面以提供流體連通於該軸承表面與含納於該軸承外殼中之一可受壓空間之間的複數個軸向延伸毛細管，其中各雷射鑽孔毛細管包含在該軸承表面之一氣體出口，該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而向內錐形化。在此情況中，各氣體出口可為該軸承表面上連接各毛細管之一環形通道之部分。該通道可為與該軸孔同心之一錐形化環形溝槽。
本發明之此態樣亦可表達為一種製造包括具有由一徑向向內面向軸承表面所界定之一軸孔之一軸承外殼的氣體軸承之方法，該方法包含：自該軸孔內部引導一雷射光束入射在該軸承表面上以鑽孔一徑向延伸毛細管通過該軸承表面進入含納於該軸承外殼中之一可受壓空間內；及在鑽孔該毛細管期間，聚焦該雷射光束以形成通往在該軸承表面之該毛細管之一向內錐形化氣體出口。該雷射光束可為用於氣化該軸承外殼之材料之任何適當的高能量光束。在一實施例中，使用一Nd:YAG雷射。該雷射光束可經脈衝調制以輸送能量用於氣化。該脈衝頻率可為0赫茲(恆定)或更大(例如20千赫茲或更大)。該脈衝持續時間可為短(例如約10奈秒)，此可使該材料在鑽孔期間更有效地排出。
該方法可包含光學地操縱來自一雷射光束產生器之一輸出光束(例如使用反射稜鏡或純反射鏡)以從該軸內部引導該輸出光束至該軸承表面上。該光學操縱可包含定向該雷射光束使得在衝擊時該雷射光束係實質上垂直於該軸承表面或以一規定角度入射至該軸承表面。一反射鏡或折射稜鏡可插入該軸孔內以偏轉沿該軸孔之軸向移動之一雷射光束為入射至該軸承表面之一徑向雷射光束。
進一步的光學操縱可藉由一光學器件(例如透鏡)所提供，該光學器件經配置以在該雷射光束入射至該軸承表面上之前聚焦(例如使變窄)或偏轉。該光學器件(可為一稜鏡或一曲面鏡)可經配置以將一恆定剖面光束轉變成一變化剖面光束。該光學單元可聚焦該雷射光束朝向該變化剖面光束為最狹窄時之一焦點。為了建立該向內錐形化氣體出口，該光學單元可經配置使得該焦點位於該軸承外殼內部，亦即係從該軸承表面徑向地移位背離該軸孔。在該雷射光束到達該可受壓空間之前，該焦點可定位於該軸承外殼中。若該雷射光束在打開該毛細管之後繼續操作，則此舉可阻止該雷射光束影響該可受壓空間之該遠側壁。
或者，該氣體出口及該毛細管之開口可以分開步驟製造。舉例而言，超出該氣體出口之該毛細管可為筆直或向內或向外錐形化。因此該光學單元可經配置以針對該毛細管及該氣體出口採用不同聚焦組態。
該方法可包含繞該軸孔軸線相對於該雷射光束旋轉該軸承外殼，借此複數個預定的徑向延伸毛細管可經雷射鑽孔而不需要調整該雷射光束或光學單元。
該方法亦可用於在一軸向面向軸承表面內製造軸向延伸毛細管。
如以上所提及，本發明之另一態樣大體上關於具有一完整外圓周表面之一軸承外殼。根據此態樣，可提供包括一軸承外殼之一氣體軸承，該軸承外殼具有由一徑向向內面向軸承表面所界定之一軸孔、經雷射鑽孔通過該軸承表面以提供流體連通於該軸承表面與含納於該軸承外殼中之一可受壓空間之間的複數個徑向延伸毛細管及形成於該軸承外殼之一軸向末端中以提供流體連通於該可受壓空間與一氣體供應之間的一氣體饋送通道，其中該軸承外殼包含自該可受壓空間向外徑向定位之一完整圓周層。
如以上相對於圖1及圖2所論述，對於自該軸承外殼之外圓周表面之一機械鑽孔，軸頸氣體軸承之習知結構需要徑向出入口。用於此舉之該等徑向孔係亦用於供應受壓氣體至該軸承表面。因此，一習知軸頸氣體軸承外殼之該外圓周表面係被用於供應受壓氣體至該軸承表面之該等徑向孔之該等末端所破壞。
本態樣係建立於若一機械鑽孔不再需要通過該軸承外殼之該外圓周表面的出入口，則用於供應受壓氣體至該軸承表面之構件可被重新構形之發現之上。舉例而言，習知氣體軸承之該等徑向孔可由例如自該軸承外殼之一軸向面經機械鑽孔而形成之含納於該軸承外殼中之一可受壓空間所代替。舉例而言，該可受壓空間可為環繞如以上所描述之該軸孔形成之複數個分開的軸向延伸孔。
該軸承外殼之該完整圓周層可為緊鄰該可受壓空間。該完整圓周層可為其中形成該可收壓空間之相同件材料之部分。
該完整圓周層之一主要用途可作為一冷卻系統之部分，例如運輸冷卻液(例如水)密切接近於該軸承表面及該可受壓空間，以促進該軸承表面及該可受壓空間之有效冷卻。在軸承中，有效冷卻為重要的，尤其當轉速增大時，因為摩擦功率損耗與轉動頻率的平方成比例。
該完整圓周層可用於其他目的，例如運輸佈線或類似物。
可組合該等以上描述態樣之該等特徵。
以下參考附圖描述本發明之實例。
圖3繪示本發明之一實施例之一軸頸氣體軸承100之一示意剖面。該氣體軸承100包括一軸承外殼102，該軸承外殼102具有(例如機械鑽孔)通過其而形成之一軸孔104。一軸106藉由於該軸孔104中沿其軸線被收納而與該軸承外殼102配合。界定該軸孔104之一軸承表面108具有大於該軸106之直徑的直徑使得一環形間隙存在於該二者之間。
該軸承外殼102含有複數個軸向延伸腔室110。如圖3中所繪示，該等腔室110各者具有形成在該軸承外殼102之一軸向末端114之一開口112。該等開口112可經配置以從如由箭頭116所指示之一氣體供應接收受壓氣體。因此該等軸向延伸腔室110包括含納於該軸承外殼102中之一可受壓空間。
複數個雷射鑽孔毛細管118提供流體連通於該軸承表面108與該等軸向延伸腔室110之間。在此實施例中，該複數個雷射鑽孔毛細管118係配置成兩個圓周串。各串包括環繞該軸承表面108之該圓周規則間隔的複數對毛細管。各對毛細管連接該軸承表面108至一各自的軸向延伸腔室110。在此實施例中，各軸向延伸腔室110係藉由自各圓周串之一對毛細管而連接至該軸承表面。此配置可具有沿該軸承表面108以軸向方向提供一平衡壓力輪廓線之優點。
如圖3之該擴展部分所繪示，該對雷射鑽孔毛細管118之各構件係沿該軸承表面108以軸向方向而彼此分開。各毛細管包括延伸於該軸承表面108與該軸向延伸腔室110之間的一孔120及在該軸承表面108之一向內錐形化氣體出口122。在此實施例中，該氣體出口122係藉由形成一圓錐形凹穴之線性傾斜壁124所界定。其他實施例可包括呈現背離該軸承表面108減小之一剖面區域之任何種類的開口。該軸承表面108內之該毛細管118之該開口具有大於達到該氣體出口122之該孔120之直徑的直徑。超出與該氣體出口122之結合處126的該孔120之形狀對於軸承之功能而言可為非關鍵的。在圖3中，該孔120係說明為筆直的(恆定直徑)。在其他實施例中，該孔120可向內或向外錐形化。
在使用中，該收縮過道通過該等雷射鑽孔毛細管意指該軸經歷一中間壓力(亦即介於該等腔室110中之該氣體壓力與該孔外部之大氣壓力之間的壓力)。該中間壓力係經配置對於該軸為足夠高以使該軸在旋轉期間浮動於該軸孔內，亦即阻止該軸承表面與軸之間的接觸。
藉由提供當其等延伸背離該軸承表面時向內錐形化之凹穴於各雷射鑽孔毛細管內，本發明能夠確保該壓力限制即使在高偏心率的情況下係發生於該毛細管內而非該軸承間隙中。在該氣體出口上不存在一向內錐形化凹穴之情況下，對於高偏心率之情況，變成該中間壓力的壓力下降作用可能因為該最高軸承間隙減小之引導而發生在該軸承間隙中(亦即該毛細管外部)，因為此時該處將成為最小剖面。攜載引起該偏心之該負載之一失效將為該結果。該毛細管剖面之一開口可確保節流作用發生於該毛細管內。
此外，通過於該軸承外殼102中提供軸向延伸腔室110，該軸承外殼之該外圓周表面128為完整，亦即存在該外圓周表面128與經釋放以用於例如冷卻液或類似物之該等軸向延伸腔室110之間的一圓周層。
圖4及圖5分別地繪示本發明之一實施例之一軸頸氣體軸承之一更詳細的表示之一剖面圖及一平面圖。在此實施例中，氣體軸承130包括軸承外殼132，該軸承外殼132具有以與圖3之一相似方式通過其形成之一軸孔134。該軸孔係藉由一徑向向內面向軸承表面138而界定。在此實施例中，該可受壓空間係藉由複數個機械鑽孔軸向延伸孔140而形成。此等孔係經機械鑽孔進入該軸承外殼132之一軸向末端面內。在該繪示實施例中，該等孔係自如圖4中所繪示之該頂面向下鑽孔。圖5繪示該等軸向孔140形成環繞且與該軸孔134同心之一環形圈。一環形通道142係環繞該等軸向孔140之該等頂部加工以提供一共同流體分佈於其等之間。在完成此舉之後，例如用一密封劑136關閉該等軸向孔以於該軸承外殼132內形成一可受壓空間。一受壓氣體供應管道144係經加工進入該軸承外殼132之該相對軸向末端內以連接該等軸向孔140之一者與一可受壓氣體源，該可受壓氣體源可經連接以對形成於該軸承外殼132之該軸向末端148中之一空腔146施加壓力。在另一實施例中，該共同空腔146係經直接地施加壓力。來自管道144之該受壓氣體能夠經由該共同環形通道142流動至所有該等軸向孔140。因此，可對該等軸向孔140施加彼此相同程度的壓力。
複數個徑向延伸毛細管係經雷射鑽孔進入該軸承表面138內，以提供流體連通於該軸承表面138與藉由該等軸向孔140所形成之該可受壓空間之間。相似於圖3中所繪示之該實施例，圖4中所繪示之該複數個雷射鑽孔毛細管150係配置成兩個圓周串，各串包括以規則間隔環繞該軸承表面138之該圓周的複數對毛細管。各對雷射鑽孔毛細管之位置係在鑽孔發生之前界定。在此實施例中，該等毛細管係經選擇在該軸承表面138與各軸向孔140之間的該軸承外殼之該壁為最薄之位置。此舉可促進高能源效率製造。在另一實施例中，可測定每一軸向平面需要十二個軸向孔及二十四個雷射鑽孔毛細管。此配置可最小化各對毛細管之間的圓周距離。
設置一氣體排氣出口152以連接該軸承表面138至一外部環境，以於該軸孔內部與該等軸向孔140內部之間建立必要的壓力梯度。
如圖4中所說明，該受壓氣體供應管道144係藉由鑽孔一徑向孔及一交越軸向孔且接著在該軸承外殼132之該外圓周表面用一止擋件156插塞該徑向孔之部分而製造。此舉確保該軸承外殼132之該外圓周表面為與圖3中所繪示之該軸承同樣地完整。
然而，此舉亦可藉由自該空腔146例如經由一對角延伸通道或類似物進入該等軸向孔之一者內直接地形成該受壓氣體供應管道而實現。因此該軸承外殼132之該外圓周表面158可不受約束的用於一冷卻系統(例如用以收納一水冷卻夾套或類似物)。
圖5繪示圖4中所繪示之該氣體軸承130之一平面圖。圖5中之該線A-A為圖4中沿其截取所繪示之該剖面之線。在圖5中，複數個軸向延伸通孔154通過該軸承外殼132(例如用於收納螺絲釘以連接鄰近的軸承外殼)亦為可見的。該軸承外殼132亦包含環繞一軸向末端之一凸緣160。該向外突出凸緣160具有形成於其中用於固定該軸承外殼於適當的位置中之複數個螺栓孔162。
圖6係充當一軸頸軸承及一推力軸承之一氣體軸承164之一剖面示意圖。該氣體軸承164包括一軸承外殼166，該軸承外殼166具有由形成於其中之一徑向向內面向軸承表面172所界定之一軸孔。一軸168係收納於該軸孔167中。在此實施例中，該軸具有鄰近該軸承外殼166之一底部軸向末端定位之一推力葉輪170，在此實施例中，該軸承外殼166為一軸向面向軸承表面190(推力軸承)。
相似於相對於圖4及圖5所論述之該實施例，該軸承外殼166具有形成於其中之複數個軸向孔174。如上，該等軸向孔174係配置成環繞該軸孔167之一環形串。一環形通道176係設置在該等軸向孔174之一軸向末端以提供一共同流體連通連接於其等之間。在該環形通道176正上方之該等元件可為在加工該環形通道176之後密封於該外殼上之一頂板之部分。於該等軸向孔174之一者與配置在該軸承外殼166之一軸向末端184之一空腔182之間連接一受壓氣體供應管道180以自一適當的氣體供應接收受壓氣體。複數個徑向延伸毛細管178係經雷射鑽孔進入該軸承表面172內以提供流體連通於該軸承表面172與該等軸向孔174之間。該等毛細管之組態為如以上所描述，除了在此實施例中僅存在一圓周串。
為了提供該推力軸承功能性，複數個軸向延伸毛細管186係經雷射鑽孔進入該軸向面向軸承表面190內以提供流體連通於該軸承表面190與該等軸向孔174之間。如圖6之該擴展區段所繪示，該等軸向延伸毛細管186係亦具有在該軸承表面190之向內錐形化氣體出口以即使在高偏心率下亦確保該等毛細管之壓力限制功能。因此，各軸向延伸毛細管186包括一孔188及一開口192。該開口192具有確保在該軸承表面190之該毛細管186的直徑係大於在與該開口192之結合處之該孔188的直徑之一開口194。在此實施例中，該開口192可為相似於以上所論述之一圓錐形凹穴，或可為形成於該軸向面向軸承表面中之一環形溝槽。
圖7繪示用於製造具有以上所描述之該等雷射鑽孔毛細管之一氣體軸承之裝置之一示意圖。此實例係使用圖3中所繪示之該軸承外殼102說明，但可能可適用於其他實施例。
為了形成該等徑向延伸毛細管，於一光束產生裝置200(例如Nd:YAG雷射或類似物)中產生一高能量光束(例如雷射光束)。來自該裝置200之該輸出光束204被引導(例如使用適當的光學器件)進入該軸孔104內，該輸出光束204係於該軸孔104內入射在該軸承表面108上。該光束可經脈衝調制以便輸送足夠的能量以氣化該軸承外殼102之材料以於該軸承表面108與含納於該軸承外殼102內之該軸向延伸腔室119之間形成該毛細管。
在圖7中所繪示之該實施例中，該輸出光束204係(例如沿實質上平行於該孔之軸線之一方向)引導進入該軸孔104內。一光學器件202(例如鏡子或類似物)係安置於該軸孔104中以偏轉該輸出光束204於該軸承表面108上。舉例而言，該光學器件202可經配置以偏轉該輸出光束204使得該輸出光束204係以實質上垂直於該軸承表面108之一方向入射在該軸承表面108上。在其他實施例中，該輸出光束不需要偏轉且可以一角度入射在該軸承表面上。舉例而言，一成角度光束可自該軸承外殼外部朝向該軸承表面引導使得該成角度光束傾斜跨過該軸孔之一直徑。
為了形成至各毛細管之該錐形化氣體出口，該光學器件202可經配置以從該軸孔104聚焦(亦即使變窄)該輸出光束204至超出該軸承表面108定位之一焦點206。當該光學器件為呈此組態時，該毛細管及該錐形化凹穴都可形成。或者，該光學器件可採用用於形成互連該軸承表面108與該軸向延伸腔室110之該毛細管之該孔之一第一組態及用於形成該凹穴或開口之一第二組態。
可使用一相似方法以於一軸向面向軸承表面中形成軸向延伸毛細管。在此等情況中，至該等毛細管之該等錐形化氣體出口可藉由於該軸向面向表面中雷射鑽孔一環形溝槽而形成。
10．．．軸頸氣體軸承
12．．．軸承外殼
14．．．軸孔
16．．．軸
18．．．軸承表面
20‧‧‧徑向過道
22‧‧‧開口
24‧‧‧噴口
26‧‧‧通孔
28‧‧‧收縮部分
30‧‧‧錐形化區段
32‧‧‧錐形化區段
34‧‧‧軸頸氣體軸承
36‧‧‧整合限制
38‧‧‧徑向盲孔
40‧‧‧平底
100‧‧‧氣體軸承
102‧‧‧外殼
104‧‧‧軸孔
106‧‧‧軸
108‧‧‧軸承表面
110‧‧‧軸向延伸腔室
112‧‧‧開口
114‧‧‧軸向末端
116‧‧‧箭頭
118‧‧‧雷射鑽孔毛細管
120‧‧‧孔
122‧‧‧氣體出口
124‧‧‧線性傾斜壁
126‧‧‧結合處
128‧‧‧外圓周表面
130‧‧‧氣體軸承
132‧‧‧軸承外殼
134‧‧‧軸孔
136‧‧‧密封劑
138‧‧‧徑向向內面向軸承表面
140‧‧‧軸向孔
142‧‧‧環形通道
144‧‧‧受壓氣體供應管道
146‧‧‧空腔
148‧‧‧軸向末端
150‧‧‧雷射鑽孔毛細管
152‧‧‧氣體排氣出口
154‧‧‧軸向延伸通孔
156‧‧‧止擋件
158‧‧‧外圓周表面
160‧‧‧向外突出凸緣
162‧‧‧螺栓孔
164‧‧‧氣體軸承
166‧‧‧軸承外殼
167‧‧‧軸孔
168‧‧‧軸
170‧‧‧推力葉輪
172．．．徑向向內面向軸承表面
174．．．軸向孔
176．．．環形通道
178．．．徑向延伸毛細管
180．．．受壓氣體供應管道
182．．．空腔
184．．．軸向末端
186．．．軸向延伸毛細管
188．．．孔
190．．．軸承表面
192．．．開口
194．．．開口
200．．．光束產生裝置
202．．．光學器件
204．．．輸出光束
206．．．焦點
圖1係具有分開安裝的徑向噴口之一習知軸頸氣體軸承之一剖面示意圖且以上已論述；
圖2係具有雷射鑽孔徑向毛細管之一習知軸頸氣體軸承之一剖面示意圖且以上已論述；
圖3係本發明之一第一實施例之一軸頸氣體軸承之一剖面示意圖；
圖4係本發明之一第二實施例之一軸頸氣體軸承之一剖面示意圖；
圖5係圖4中所繪示之該軸頸氣體軸承之一平面視圖；
圖6係本發明之一第三實施例之一氣體軸承之一剖面示意圖；且
圖7係說明依據本發明之一實施例製造一氣體軸承之一方法之一剖面示意圖。
100‧‧‧氣體軸承
102‧‧‧外殼
104‧‧‧軸孔
106‧‧‧軸
108‧‧‧軸承表面
110‧‧‧軸向延伸腔室
112‧‧‧開口
114‧‧‧軸向末端
116‧‧‧箭頭
118‧‧‧雷射鑽孔毛細管
120‧‧‧孔
122‧‧‧氣體出口
124‧‧‧線性傾斜壁
126‧‧‧結合處
128‧‧‧外圓周表面

Claims (8)

  1. 一種氣體軸承，其包括：一單件軸承外殼，該軸承外殼具有：藉由一徑向向內面向軸承表面所界定之一軸孔，及通過該軸承表面徑向延伸進入該軸承外殼，以提供流體連通於該軸承表面與含納於及徑向包覆於該軸承外殼內之一可受壓空間之間的複數個雷射鑽孔毛細管，其中該可受壓空間包括沿一共同通道互相流體連通之複數個腔室，其中該等腔室之一或多者具有從該軸承外殼之外部延伸至該共同通道之一入口管道，其中該複數個腔室包括規則地配置於環繞該軸孔之一環上之複數個分開的軸向延伸腔室，且其中各雷射鑽孔毛細管包含在該軸承表面之一氣體出口，該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而變窄，各氣體出口包含形成於該軸承表面中之一鋸齒狀凹穴。
  2. 如請求項1之氣體軸承，其中該鋸齒狀凹穴為形成於該軸承表面中之一圓錐形或球形凹穴，其中該毛細管徑向延伸背離該凹穴之基部。
  3. 如請求項1至2任一項之氣體軸承，其中該複數個雷射鑽孔毛細管係以毛細管之兩個或兩個以上圓周串定位於該軸承表面上。
  4. 如請求項3之氣體軸承，其中各圓周串包括在以規則間隔環繞該圓周定位之預定位置形成之預定數量的毛細管。
  5. 如請求項1之氣體軸承，其中該入口管道在該軸承外殼之一軸向末端退出該軸承外殼。
  6. 如請求項1之氣體軸承，其中該單件軸承外殼包含一軸向面向軸承表面，及通過該軸向面向軸承表面徑向延伸進入該軸承外殼，以提供流體連通於該軸向面向軸承表面與含納於該軸承外殼中之該可受壓空間之間的複數個雷射鑽孔毛細管，其中各雷射鑽孔毛細管包含在該軸向面向軸承表面之一氣體出口，該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而變窄。
  7. 如請求項1之氣體軸承，更包括：形成於該單件軸承外殼之一軸向末端中以提供流體連通於該可受壓空間與一氣體供應之間的一受壓氣體供應通道，其中該單件軸承外殼包含自該可受壓空間徑向向外定位之一完整圓周層。
  8. 一種製造氣體軸承之方法，該氣體軸承包括具有由一徑向向內面向軸承表面所界定之一軸孔之一單件軸承外殼，該方法包含：自該軸孔內引導一雷射光束入射在該軸承表面上以鑽孔一徑向延伸毛細管通過該軸承表面進入含納於及徑向包覆於該軸承外殼內之一可受壓空間內，其中：該可受壓空間包括沿一共同通道互相流體連通之複數個腔室，該等腔室之一或多者具有從該軸承外殼之外部延伸至 該共同通道之一入口管道，該複數個腔室包括規則地配置於環繞該軸孔之一環上之複數個分開的軸向延伸腔室；及該方法包含在鑽孔該毛細管期間，光學地操縱該雷射光束以在該軸承表面形成在該毛細管之該末端之一氣體出口，其中該氣體出口隨著其延伸背離該軸承表面而變窄，且包含形成於該軸承表面中之一鋸齒狀凹穴。
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