氣浮軸承、空氣軸承、氣靜軸承

最早接觸到氣浮軸承大約在2000年左右，

因為設備技術上的需求找花崗岩平台供應商，

找到林口的原形精密，

透過當時原形一位李經理的分享介紹，

大致上了解了有關花崗岩在設備上應用的一些資料，

也順便看了該公司幫業界製作的一些實績，

其中一組剛好就是龍門結構，滑動件就是使用氣浮軸承，

初看時覺得很神奇、太厲害了！

滑動時無磨擦，靜止時穩定不動，

加上花崗岩材質本身的吸震特性，

難怪作精密設備幾乎必用花崗岩加氣浮軸承。

拜李經理熱心介紹，

大致了解到氣浮軸承的原理，

其實不難，就是利用配氣道控制一個面積範圍，例如A=10cm*10cm=100cm^2=10000mm^2

使高壓空氣可以在該面積範圍中產生壓力，
例如高壓空氣 P=0.3MPa，

一般外界大氣的壓力為P0=0.1MPa

那就可以產生一個向上推力 F = (P-P0)*A = (0.3-0.1)*10000=2000N的支撐力，

相當於可以支撐 196kg重的滑動件。

使用空氣軸承有以下幾個好處：
1. 幾乎沒有摩擦，可以實現精密、平滑、高速的動作。
2. 不需要潤滑液體，減少潤滑油脂可能產生的汙染。
3. 可以隔離開振動能量的傳遞，在抑制振動上有不錯的表現。

原理概念可以參考如以下 PI Motion的影片：

看起來好像很簡單。

但是難在製作跟維持穩定！

製作上要將花崗岩表面加工到高平坦度，
或也可以使用其他材料，但是目前花崗岩比較好，

兩側元件配合精度都需要高。

實際上的氣體流動也沒那麼"乖"，
元件之間的間隙相對空氣來說是很大的，
壓力分佈也沒有想像中的"均勻"、"穩定"，
所以配氣道的設計與加工、供氣的調節控制等等其實都還有很多"眉角"。

另外一個重要的關鍵是高壓空氣使用量，如果高壓空氣使用高，那等於是在燒錢，
因為高壓空氣是要錢的，空氣壓縮機需要錢，運轉需要電要錢，長時間使用需要保養、耗材也要錢，
所以好的設計與製作除了比性能還要比誰的用氣量省。

而且因為是使用空氣薄膜隔離開兩個滑動面，
空氣軸承在應用上其實不適合太高的負載，
特性上應該比較偏重在高速、低摩擦、精密定位的應用上。

若要對應高負載，
第一選擇還是襯套、第二是滾柱軸承、第三是滾珠軸承，
空氣軸承因為空氣薄膜能夠承受的負載實在有限，並不適用在高負載的狀況，
就算是換成靜液壓軸承液體膜的承受力也不可能高過金屬支撐力。

但是...

隨著製造技術的進步，多孔性材質成為一種新的空氣軸承氣膜產生的新技術。
多孔性材質的製造的方法主要以燒結為主，燒結的粉末越細小越均勻，有機會產生越薄的氣膜，使尺寸精度可以控制在更好的範圍內。

不同氣膜產生方式的均勻性比較

左邊四個都是使用氣道，

氣膜承載面的支撐力量均勻性不佳

圖片來源：NEWWAY

廠商NEWWAY有製作出商品化的空氣軸承產品可以應用在線性運動、平面運動跟迴轉運動上，
而且其產品使用次微米級的燒結石墨，氣膜厚度可以達到0.0002"(約5.08微米)，
相對使用多 孔性鋁材或陶瓷材料，氣膜厚度在0.001"~0.003"(約25.4~76.2微米)，
更薄的氣膜厚度，可以達到更好的精度。

參考網頁：

原形精密：2000年因為設備需求找到的花崗岩平台供應商，台灣花崗岩平台元老級的供應商，可惜工廠部分已經停止運作。

PI-Motion Positioning：內有氣浮軸承介紹的影片。

New Way：有石墨材多孔式空氣軸承介紹的簡報檔，台灣代理商是星泰國際。
Special Components：多是英制規格。
Hydrostatic, Aerostatic, and Hybrid Bearing Design，參考書。
氣體軸承設計與應用：彰師大光機電應用實驗室的說明簡報。