圆锥流体动力轴承ECM开槽的自动机器控制间隙制造技术

在本发明专利技术的一个方面中，电极与工件之间形成的间隙响应电解液入流的压力而自动调节。提供一种用于对工件进行ＥＣＭ开槽的设备，该设备包括一受重力或偏压的电极（４１６），该电极安装成响应电解液入流而自动调节电极与工件之间的间隙，且保持电流强度恒定不变。双圆锥或单圆锥工件的阴部支承在一框架或台板上，且圆锥开口面向我们标示为Ｚ轴的一轴线。设置一滑动电极组件（４１６），并较佳的是沿着与圆锥工件的中心轴线一致的一轴线工作。电极组件包括一支承电极组件的运动件的静止件和包括一受到已知质量块加重或偏压且可沿Ｚ轴运动的电极的一运动件。该电极在将横跨离开工件（４２８）的一加工间隙（４２０）对齐的表面上具有一要形成在工件上的凹槽图案；该图案包括导电元件，以可形成在工件与电极之间的所需电流。当电解液以恒定的静压被泵送入或穿过工件与运动电极之间的加工间隙时，运动电极通过朝向或离开工件移动来对该压力作出反应，以形成某一间隙宽度，从而产生所需的凹槽深度和形状。因为电极和运动支承件响应所泵送电解液的恒定静压而移动，所以作用在电极滑动组件（４１６）上的力就是形成加工间隙的主要控制因素。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及流体动力轴承的领域，更具体地说是涉及在流体动力轴承的圆锥件上蚀刻凹槽。
技术介绍
包括磁盘驱动器、光盘驱动器以及光磁驱动器的盘片驱动器被广泛用来存储信息。典型的盘片驱动器具有一个或多个盘片或圆形磁盘片，诸盘片附于一主轴上，并以高速旋转经过在一致动器臂上悬挂在盘片上方的读/写头。主轴由一主轴驱动的电动机旋转。该电动机通常包括其一端具有一止推板的一轴和具有一套筒和一凹进部的一旋转轴毂，带有止推板的轴插入其中所述轴毂中。轴毂上的磁体与定子相互作用，以使轴毂相对轴旋转。过去，传统的主轴电动机经常在轴毂与轴和止推板之间使用传统的滚珠轴承。不过，这些年来，对更大的存储能力以及更小的盘片驱动器的需求已使读/写头放置得不断靠近盘片。目前，读/写头通常悬挂在盘片上方不到几个百万分之一英寸之处。这样的接近需要盘片基本在一个平面内旋转。即使在盘片转动中的轻微摇晃或跳动也可能会使盘片撞击到读/写头，从而损坏盘片驱动器并导致数据损失。因为使用滚珠轴承是无法现实这样的旋转精度的，所以最新一代的盘片驱动器采用在轴和止推板上设置流体动力轴承来支承轴毂和盘片以进行旋转的主轴电动机。在流体动力轴承中，诸如气体或液体或空气之类的润滑流体提供盘片驱动器的固定件与转动件之间的轴承表面。形成在固定件或转动件表面上的动态压力生成凹槽形成一局部的高压区域或者一动力缓冲垫，从而使主轴能以很高的精度旋转。典型的润滑剂包括油和铁磁性流体。流体动力轴承与包括一系列点状接触面的滚珠轴承相比，流体动力轴承将轴承表面分布在一更大的连续表面上。这是人们所希望的，因为轴承表面的增加减少了转动件与固定件之间的摇晃或跳动。此外，使用流体动力轴承可以提高抗震性和强度。还有，在接触面区域中使用流体对轴承施加了阻尼作用，从而有助于减小非重复性的跳动。不过，为了能起到作用，必需在高速之下、在形状和深度两方面精确地形成压力生成凹槽。在Asada的美国专利第5,758,421号(ASADA)中描述了一种通常所知的、用于产生动态压力生成凹槽的方法，该文援引于此，以供参考。ASADA教授了一种通过在工件的表面上加压和滚动一球珠来在其中形成凹槽的凹槽形成方法。球珠的直径通常为约1毫米，且用诸如碳化物之类的一比工件材料硬的材料制成。该方法和所得的流体动力轴承尽管比使用滚珠轴承的主轴电动机有了极大的改进，但仍不能完全令人满意。上述方法的一个问题是，工件中的材料变位会导致沿着凹槽边缘的脊部或毛刺。例如通过抛光或去毛刺来去除这些脊部通常是一耗时、因而成本较高的工艺。此外，为了避免降低产量，必须小心不损坏工件的表面。上述方法的另一问题是由于近来盘片驱动器趋于更高的转速以缩短存取时间而产生的，该存取时间是从盘片上的特定位置读取或向特定位置写入数据所需的时间。盘片驱动器现在通常以超过每分钟7,000转的速度旋转。这些更高的速度需要轴和轴毂用更硬的材料来制成。而在过去，轴、套筒或轴毂中的一个或多个可以用较软的材料、例如黄铜或铝来制成，现在这些零件通常都必须用更硬的材料制成，例如钢、不锈钢或其合金。这些金属与球珠材料一样硬或者更硬。因此，上述方法就不能用于制作最新一代盘片驱动器的流体动力轴承。在Martens等人的美国专利第5,878,495号(MARTENS)中描述了另一种用于产生流体动力轴承凹槽的方法。MARTENS教授了一种形成动态压力生成凹槽的方法，该方法使用一种诸如车床之类的设备，它具有一金属去除工具和一夹具，所述夹具沿着要形成凹槽图案的方向逐渐移动工件。金属去除工具通过在工件每次移动时进行一较短的开凿移动来形成凹槽。这种方法尽管比前一种方法有改进，不会产生需要去除的脊部，但是也不能完全令人满意。首先，这种方法与ASADA所教授的方法相似，通常不适用于较硬的材料，较硬的材料除了较难加工之外，还经常是脆性的，并可能会被开凿动作损坏。而且，因为各凹槽或凹槽的一部分必须单独地形成并然后移动工件，所以该过程易于耗费许多时间，并从而使成本较高。此外，这种方法所需的设备自身就比较昂贵，并且去除金属的工件会发生磨损，需要经常更换。Teshima的美国专利第5,914,832号(TESHIMA)中描述了采用一传统的蚀刻工艺的另一种凹槽产生方法，该文援引于此，以供参考。TESHIMA教授了一种方法，其中，工件在蚀刻前覆层一带图案的抗蚀涂层，以使仅蚀刻工件的暴露部分。尽管这种方法避免了许多前面所述方法的问题、即凹槽周围形成脊部以及不能用硬质材料形成凹槽，但它产生了其它的问题，因而也不能完全令人满意。一个问题是施加抗蚀涂层和使其形成图案是耗时的。如在TESHIMA的方法中，必须要在形成图案和蚀刻之前烧硬抗蚀涂层，这就尤为成问题。另一问题是，必须在蚀刻之后去除该涂层。这通常是件难事，并且如果此事未被正确地完成的话，就可能在工件表面上残留下抗蚀材料，导致轴承失效和盘片驱动器的损坏。这种方法还有一个问题是，工艺的各个步骤需要广泛使用给环境带来威胁、通常有毒的化学物质，包括光刻胶、显影剂、溶剂以及强酸。因此，需要一种用于在硬金属制成的工件中形成凹槽的设备和方法，以制造适用于盘片驱动器的流体动力轴承。希望的是，该设备和方法能快速和成本较低地形成凹槽。还希望，该设备和方法不需要昂贵的设备或使用要经常更换的去除金属的工具。还进一步希望，该设备和方法在制造过程中不使用可能会污染工件并导致轴承失效和盘片驱动器损坏的抗蚀材料。作为解决上述问题的办法是，已研制出一种对流体动力轴承中的凹槽进行电化学加工的方法。ECM的较宽描述如下。ECM是一种不适用机械或热能来去除材料金属的工艺。基本上来说，电能与化学药品结合，以形成一反电镀反应。为了实现这种方法，直流电在用作阳极的工件与用作阴极的电极之间通过，所述电极通常带有所要形成的图案，所述电流通过两表面之间的导电电解液。在阳极表面，电流带走电子，并且在表面处的分子结果的金属键断开。这些原子随着作为金属离子的电解液进入溶液，并形成金属氢氧化物。不过，这些工艺需要精确和同时地将凹槽设置在横隔一必须精确地形成的间隙的表面上，因为间隙的设置将决定金属离子被带走的速率和体积。在简单的结构中是难于解决这个问题的。当该结构是圆锥轴承的内表面时，间隙宽度的设置可能会极其困难。与圆锥零件相关的工艺性问题通常使其难于控制圆锥的直径。因此，很难制作出一种带有固定电极的工具，它能对电极间隙保证生产出持续一致的工件。如上所述，距离对凹槽深度的精度是极其重要的。由于上述原因，就需要制作或形成一种采用可动电极来形成凹槽的工具。采用可动电极产生了另一问题，即，如何设置电极与要在其上形成凹槽的工作表面之间的间隙。在许多情况中，电极/工件间隙本身是“临界孔”。因为间隙的设置将决定金属离子被带走的速率和体积，且若所有其它的参数不变，则从而也确定了所形成的凹槽的形状和深度，所以就进行临界孔流量测量。在已知的设计中，间隙变化以产生一预定的质量流量，并且机械地调整电极相对工件的位置，以建立间隙。这需要多至三十秒的时间，这将直接转变成制造成本。本专利技术提供一种对此以及其它问题的解决方法，并提供其它优于现有技术的优点。本专利技术提供对这些和其它问题的解决方案，并提供优于现有技术的其它优点。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在流体动力轴承中所用的圆锥轴承的表面中电化学蚀刻凹槽的设备，该设备包括：一框架，用于保持圆锥绕一轴线并面向沿着该轴线可动的一可动电极，该电极轴向可动，并具有一个带有要固定在圆锥内表面上的一凹槽图案的表面，一电解液源，它被以一 固定静压下的流量在可动电极的表面与圆锥内表面之间进行泵送，以及一静止夹具，用以支承电极，使其能以最小的摩擦限制朝向和离开圆锥的内表面移动；还有一力，将电极表面偏压向圆锥的内表面，以使电极穿过其在圆锥内表面与电极表面之间流动的间隙主要 由电解液的静压流量和电极朝向圆锥内表面的力偏压来确定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DA克齐兰，
申请(专利权)人：西加特技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]