60周年
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專利名稱

非接觸式軸承製造方法
年度 107
狀態 獲證維護中
獲證編號
類別 發明
申請國家 中華民國
專利權人 金屬中心
專利起訖 1070801~1251201
專利證號 I631290
摘要 本專利為一種表面具有微感測器與微致動器之靜壓軸承元件架構，與此一架構下之靜壓軸承性能提升與應用方法。其構想係於一具有特定加工規則之流體通道基板或多孔質基板的表面，貼覆一單層或多層薄膜，此一多層薄膜內佈滿二維可量測多點的微型感測器，其前製程可採微影蝕刻或雷射直寫方式於薄膜表面產生對應功能電路，電路元件可量測功能為溫度、壓力、位移。在以短脈衝雷射、微鑽孔或微銑削的方式在微感測器元件周邊預留對應的位置開孔，已形成所需節流微孔。另一架構除原微感測器外，將在所需節流微孔位置製作微閥件控制出口流量或微致動器
特色 1. 靜壓軸承元件廣泛應用於直線、旋轉型的超精密定位平台與旋轉主軸中，這些產品為建構各產業領域超精密設備的基礎關鍵模組。
2. 此專利技術所量測的資訊，與將突破過往設備性能狀態需藉由外部量儀架設，量測取得觀測參數後才能進行分析與監控的作法，低成本、快速線上取得設計者、操作者、終端使用者所需資訊，並進一步即時在此資訊基礎上進行設備、製程與加工物件品質的優化調整。
3. 預期此專利結合先前申請之氣靜壓專利，對於未來中心於靜壓技術領域的專利佈局與應用將有關鍵性的影響。
創造效益 本專利所構想的一種新型靜壓軸承元件與應用方法具有以下優點:
1. 流體靜壓軸承表面整合微感測器與微致動器薄膜架構，解決現有量測技術限制，並提供設備進行智慧化整合新的解決方案
2. 可直接針對靜壓軸承工作面，進行二維多點的直接精確量測，取得壓力、壓力分佈、氣浮間隙、溫度…等的數據與動態變化。
3. 量測資訊可作以下應用
 軸承”線上”自我動靜態特性參數建立、健康狀態分析與監控。
 運動平台、設備與製程狀態分析與監控。
 軸承性能強化，平台、設備精度與製程品質提升。
4. 整合微感測器與微致動器，突破流體靜壓軸承原有的性能
市場資訊 1.國內設備廠商為開發微影、檢測、切割、研磨、拋光等光電半導體前段製程設備，急迫需要次微米至奈米級氣靜壓動平台作為開發基礎，2016年預估全球前段半導體製程設備需求規模為230億美元。設備商東捷、志聖、鈦昇、升億…等，氣靜壓運動平台皆仰賴美國/歐洲/日本廠商(Aerotech、Newport、Alio…等)進口，訂製次微米氣靜壓運動平台價格不僅約需佔設備成本20~40% ，取得不易，國內自主設備的開發與升級腳步也因此受限。
2. 在Eitzenberger Luftlagertechnik、Ess Mikromechanik 、Microplan
、New Way、Nelson…等全球主要的氣靜壓軸承元件商，所販售的流體靜壓軸承元件本體上皆無任何內置整合的感測元件，可以直接的量測到軸承表面的物理參數，如壓力、壓力分佈、氣浮間隙、流量、溫度…等，更不用說可以直接反應機台設備使用狀態的動態量測資料。
3. 目前現有氣靜壓軸承的使用方法，皆於軸承設計完成時便進行軸承的靜態性能曲線資料量測與建立，在後續的設計使用上便提供給使用者這些數據做為設計評估資料，但是實際製作與裝配的誤差數個微米便會使軸承的性能減少50%以上，理想的做法應為裝配完成後於實機上進行線上的檢測，同時線上檢測的資訊可直接進行分析反應現有軸承與機台近態與動態特性，並進行調整。
4. 但目前量測儀器的應用，在氣靜壓軸承中僅作為檢驗與研究使用，皆採位移感、壓力或流量感測器於軸承外部或前端壓力源處間接量取所需參數，並無法直接量測軸承面上的參數，當然這與軸承面工作的氣浮高度僅約10微米有關係。
5. 在學術單位部分，針對主動式補償控制氣靜壓軸承研究，則有比利時魯汶大學精密工程學院於2010年提出以電容式位移計量測氣浮間隙變化，並藉由內置壓
聯絡人 金屬工業研究發展中心 羅政副組長 
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