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ファイン銅管エアベアリングの溝加工方法

ヘリングボーン形状のパターンがエアベアリング上に形成されている。 レジストの厚さは約10ミクロンであり、走査速度は毎秒200ミクロンに維持され、そしてサンプルが65マイクロワットになる前にレーザー露光光パワーが測定された。平行な15組の空間パターンは、管の全周にわたって軸に対してプラスまたはマイナス60度の角度で形成されている。 図5に示すように、サンプル管は銅製ブロックの中央に固定してパターンの観察および測定を容易にし、フライス盤で軸方向から切断した。 パターンの正面図は光学顕微鏡を通して見ることができ、次にパターンの幅は測定標準ダイヤルによって較正された幅測定ソフトウェアを用いて測定することができる。
エアベアリング溝
図5  パイプの内部を観察する方法

過去の研究では、試料管を一定の速度で連続的に動かすことによって、らせんパターンはかなり簡単でした。それどころか、ヘリンボーン溝を加工するためには、多くの離散パターンを描写する必要がある。不連続パターンが現れたら、露光スキャンを頻繁にオフにする必要があります。その後、サンプルの露光をスキャンするために使用されるテーブルが機能しなくなった場合、レーザーはサンプル上の同じ点を露光し続けます。このため、シャッターを使用して適切な実際を把握するか、または作業台と同期して開始および一時停止して露光を停止する必要があります。そうでない場合、スペースパターンは楕円形またはマッチのような投影に縮小されます。図6に示すように、テーブルを起動する前にテーブルを手動でオン/オフした後にのみ露光シャッターを手動で閉じると、パターンが露出オーバーになり、実際の形状がマッチヘッドのようになります。一方、シャッターの開閉が自動制御され、タイミングも適切である場合には、図6に示すように、得られるスペースパターンは突起のない良好な形状となる。図8に示すように、管側部正面視において切断管サンプルは変形しているため、スペースパターンの中間部の幅のみを評価することができる。図9は、パターンの幅が均一であることを示している。このパターンは、3方向で24.8ミクロンの平均幅と1.9ミクロンの偏差を有する。他のサンプルの平均値と偏差値を計算した。

さらに、エッチング後のベアリング溝を評価しました。 エッチング電圧は5ボルトであり、エッチング時間は300秒であった。 観察用に切り開いたチューブサンプルはエッチングに使用しなかったので、この研究のために他のサンプルを処理した。 図10は、エッチングされた軸受け溝の画像を示す。 図2に示すように、溝パターンの縁は滑らかで十分な幅を有する。 そして、ほぼ均一なレジストパターンが得られ、平均幅は28μm、3方向のずれは2.7μmであった。 他のサンプルを含む平均値と偏差値を計算した。

エアベアリング微細銅管の内面の溝の微細加工


6.手動のシャッター溝パターンを使用して頭の形状を合わせる
図7.レジストでコーティングされた銅管の内面に形成されたヘリンボン形の裸パターン。自動シャッターを使用していてスイッチのタイミングが適切であれば、パターンは自然になります。
図8.パターン幅測定点の概略図
図9.レジストコーティングを施した銅管の内面に形成されたベアリングパターンの幅分布
図10.エッチング銅管の内面に形成されたヘリンボーンベアリングパターン
図11.エッチング後の分布のベアリング溝パターンの幅

レジスト被覆およびエッチングされた溝パターンの平均幅の差を評価したところ、エッチング深さは約1.6ミクロンであった。従って、ウェットエッチングの進行は等方的であり、片側のアンダーカットはほぼ深さに等しいと推定することができる。ただし、評価に使用されるサンプルはさまざまであるため、それらの真の深さ、均一性、および再現性は、将来的に詳細に評価する必要があります。



KangDing加工精密ベアリング溝
エアベアリングの適用性
ヘリングボーン溝を有するチューブサンプルがエアベアリング用のスリーブとして使用できることを確認するために、それらはスリーブに機械加工されそして図4に示されるようにシャフトに固定される。中空シャフトを固定軸としてスリーブ内に挿入し、次いでシャフトをネオジム磁石によって軸方向に吊り下げる。エアベアリングに必要な空気は、中空シャフトと小さな穴を通ってベアリングに入ります。シャフトの回転は、空気によって駆動されるシャフトの回転です。図13に示すように、回転数を測定するためにフォトカプラを使用してシャフトリブを通るパス数を計算した。図14に示すように、シャフトは依然として21,000rpmの最大速度で滑らかに回転することができる。 高い回転速度によって引き起こされる追加の変動は、送風空気の手動制御および手作りシャフトの形状誤差によって引き起こされると考えられている。これに対して、エアベアリングに溝がないと、より危険な滑り現象が発生し、エアベアリングの使用速度が達成されない。


したがって、これは加工エアベアリングが非常に有効であることを証明しています。 シャフトの速度は、シャフト自体の重量と駆動力の大きさによって異なります。 将来的には、必要に応じて、速度を上げるためにそれらを増やすことができます。

この軸受に使用される空気は中空シャフトを介して供給されるが、多くの場合、シャフトはモータまたは他の動力によって駆動される。 したがって、エアパイプとエア供給シールによってシャフトが乱されることは避けてください。

また、図15に示すように、小さいエアブラスト孔から適当な大きさの浅い溝に静的エアを吹き付ければ、大きな荷重を支えるのに十分な空気軸受けとなる。 溝は作動中のエアバッグと同等であるので、圧力を介した支持シャフトの総接触面積が大幅に増加し、それによって支持性が大幅に向上する。 したがって、内部リソグラフィはわずかに重い荷重を支える高速で小径のシャフトに頼らなければなりません。


また、全方向に荷重を受ける回転式エアベアリングの場合、全方向に均一に支持されていることが好ましい。 エアベアリングに多数のヘリンボーン溝がある場合、シャフトはアニュラス内のすべての空気によって支持されます。 また、ヘリングボーン軸受の場合、溝が常に回転方向に対して重なり合って傾斜しているので、支持力が変動することがない。


図12.エアベアリングブッシュ付き手動ローター
図13.加工エアベアリングの性能を調査するためのテスト
図14.シャフトとエアベアリングおよびエアレスベアリングの速度安定性の比較
図15.全当事者の上向きの重荷重に適応できるエアベアリング溝の構造。 ヘリンボーン溝は静圧バッグとして配置する必要があります
スリーブまたは外側の輪は、シャフトの側面ではなく、片側にあります。


6.まとめ
本論文はエアベアリングの加工における内部リソグラフィの適用性を研究した。 首尾よく形成されたヘリンボーン溝は端部突起を有さずそしてパターン幅はほぼ均一である。 内部エアベアリングを装備したシャフトがドライブエアに駆動可能な中空シャフトを中心に回転すると、シャフト速度は滑らずに最大21,000 rpmに達することがあります。 結果は、内部リソグラフィと電解エッチングの組合せがエアベアリングを処理するために非常に有効であることを示した。
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