半球形流体轴承 本发明涉及一种轴承，更具体地说，是一种半球形流体轴承。
一般地，流体轴承用于支承高速旋转的物体。传统的接触轴承如球轴承或滚柱轴承在高速运转的情况下会产生剧烈的振动和噪音，并且旋转不稳定。与之相反，流体轴承以非接触的形式高速旋转，很少振动且旋转稳定。因此，流体轴承能应用在必须快速旋转的硬盘驱动器的主轴电动机中，或使用在激光打印机或激光扫描器中的旋转的多表面反射镜驱动电动机中。
图1是传统的半球形轴承的剖视图，它是一个流体轴承。如所示，传统的半球形流体轴承包括一个上内环20和一个下内环30，它们各有一个半球形外表面，它们相互面对面地固定于一个发动机的轴10上；一个固定在一个轴承箱40中的外环50；一个环60，用于保持上内环20和下内环30不从轴10上脱离；一个垫片70，它设置在上内环20和下内环30之间，用于保持在外环50和上内环20之间以及外环50和下内环30之间的间隙。
外环50支承上内环20和下内环30，以便它们能旋。由于在外环50和内环20和30之间用润滑油充填间隙，且在其间产生流体摩擦，上内环20和下内环30可与外环50没接触地旋转。因此，使用这种半球形流体轴承的电动机不会产生振动并且它的旋转是稳定的。
然而，传统的半球形流体轴承显示出一个明显的缺陷，即当电动机起动和停止时会使外环50和内环20和30的接触表面磨损。这就是说，在外环50和上内环20之间，和在外环50和下内环30之间在临界速度或之下产生固体摩擦，这样加速了磨损，结果，使半球形流体轴承的寿命期减少。
本发明的目地是提供一种能有效地减少由固体摩擦引起的磨损的半球形流体轴承。
为了达到上述目的，本发明提供的半球形流体轴承包括一对内环，每个内环有一个球形的外润滑表面，它们互相面对面地固定于一个轴上，还有一个外环，它具有一个对应于内环的润滑表面的润滑表面，用于支承内环旋转，其中至少一个内环和外环有一个形成在其润滑表面上的钛或陶瓷的第一薄膜涂层。外环最好由陶瓷形成。有一个金刚石状碳的第二薄膜涂层形成在第一薄膜涂层上。在第二薄膜涂层上形成一个预定的槽，它延伸到第一薄膜涂层。第一薄膜涂层是5-20μm，而第二薄膜涂层是5-10μm。
本发明的上述目的和优点通过结合附图对较佳实施例的细节的描述将更为明显，其中：
图1是传统的半球形流体轴承的剖视图；
图2是根据本发明的半球形流体轴承的剖视图；
图3是沿图2的A-A线的剖视图。
参见图2和3，根据本发明的半球形流体轴承包括一个上内环20和一个下内环30，每个内环各有一个半球形表面，它们互相面对面地固定于电动机的轴10上，还有一个固定在一个轴承箱40中的外环50，用于支承上内环20和下内环30，以便它们能旋转，一个用于保持上内环20和下内环30不从轴10脱离的环60，一个垫片70，它设置在上内环20和下内环30之间，用于保持外环50和上内环20之间，以及外环50与下内环30之间的间隙。在此，环60可被强有力地安装或和轴60螺纹结合。
上内环20和下内环30主要由高碳钢或WCo形成且带有5-20μm厚的钛(Ti)薄膜21。类似地，外环50的润滑表面主要由高碳钢或WCo形成且有5-20μm厚的钛薄膜涂层51。薄膜涂层21和51能由陶瓷薄膜涂层替换，例如，Al2O3薄膜涂层。此外，上内环20，下内环30和外环50可以全由陶瓷形成。
薄膜涂层用于减轻外环50和上内环20之间，以及外环50和下内环30之间的磨损，该磨损由电动机起动或停止时即在临界速度或低于该速度时其间的固体磨擦产生的。
另一方面，为了进一步减少由固体摩擦引起的磨损，在上内环20和下内环30的钛薄膜21上涂有5-10μm的金刚石状碳(DLC)涂层。因为DLC薄膜涂层22有与钛薄膜涂层21相似的线性膨胀系数，所以不用担心剥落或间隙变化。另外，前者比后者更耐摩擦，这样更有效地减少了固体摩擦的影响。
在DLC薄膜涂层22上形成有一个槽23，槽23根据DLC薄膜涂层22的厚度可以通过DLC薄膜涂层22到达钛薄膜涂层21。槽23通过在内外环旋转时产生油压或气压提升上内环20和下内环30，使其离开外环50。
另外，可给外环50提供DLC薄膜涂层22和槽23。
下面将详细地描述用于制造上述半球形流体轴承的一个方法的实施例。主要由高碳钢或WCo形成的上内环20和下内环30被机械研磨到有不球度0.15-0.25μm，且它们的球形表面涂有5-20μm厚的钛薄膜。然后，把5-10μm厚的DLC薄膜涂在钛薄膜上。
可将一种钛离子束喷射方法或钛气体沉积方法用于涂覆钛薄膜。钛薄膜可由陶瓷薄膜以同样的方法替换。
外环50的润滑表面涂有5-20μm厚的钛薄膜或陶瓷薄膜。
此后，通过化学腐蚀方法或放电机械方法使槽23形成在DLC薄膜22上。
如上所述，根据本发明的半球形流体轴承能有效地阻止由内环和外环之间的固体摩擦所产生的磨损。因此，它的寿命约是500,000次起-停，而传统的轴承有100,000-200,000次起-停。