DE2014634A1 - Vorrichtung zum Belichten einer Zylinderfläche - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 24. März 1970 kd/du

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

. Neuanmeldung

Aktenzeichen.der Anmelderin:

Docket BO 968 036/969 014

Vorrichtung zum Belichten einer Zylinderfläche

Die,Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belichten eine.r Zylinderfläche, insbesondere zur Erzeugung einer optischen Abbildung mittels lose aufliegender optischer Masken auf einer Zylinderfläche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise bei der Herstellung kleiner Elektromotoren verwendet. Für zahlreiche elektrische Antriebe werden Motoren gebraucht, deren drehbare Teile ein geringes Trägheitsmoment besitzen und die deshalb hohe Be- <i schleunigungen zu erzeugen vermögen. Zur Herstellung eines Ankers

009841/1678

mit geringer Trägheit wird auf einem Zylinder aus einem nicht leitenden Material die Ankerwicklung als leitendes Muster aufgedruckt. Der verwendete Zylinder soll möglichst leicht sein und trotzdem große Festigkeit aufweisen. Der Zylinder kann beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff bestehen.

Es sind drei Methoden bekannt, um auf Ankern Wicklungen nach Art einer gedruckten Schaltung herzustellen. Nach einer Methode wird die gedruckte Schaltung auf einer ebenen Unterlage erzeugt. Nach der Ätzung wird die ebene Unterlage zu einem Zylinder gebogen und an den Enden miteinander verbunden. Diese Nahtstelle hält den Belastungen, die bei hohen Umdrehungszahlen auftreten, nicht stand.

Nach einer anderen Methode wird der aus nicht leitendem Material hergestellte Zylinder mit Metall plattiert und die Metallschicht dann durch einen Graviervorgang in die einzelnen Windungen der Wicklung unterteilt. Um den leitenden Belag zwischen den einzelnen Windungen zu entfernen, wird eine Graviereinrichtung verwendet, bei der ein Gravierstichel an einem Arm montiert ist, der sich an der Innenseite des Zylinders entlang bewegen kann. Diese Methode ist dann nicht mehr anwendbar wenn Wicklungen hergestellt werden sollen, bei denen die einzelnen Windungen sehr dicht beieinanderliegen .

Am vorteilhaftesten wäre, die Innenseite des Zylinders zu metallisieren, mit einem lichtempfindlichen Polymeren zu beschichten und

009841/1678

Docket BO 968 036/969 014

durch bildmäßiges Belichten der Resistschicht und Entwickeln auf der Innenseite des Zylinders eine Ätzmaske herzustellen und mit Hilfe dieser Ätzmaske die unerwünschte Metallisierung wegzuätzen. Die Schwierigkeit dieses Verfahrens bestand bisher darin, daß bei herkömmlichen Beiichtungstechniken die Maske nicht genügend nahe an die Metallisierung gebracht werden konnte, um insbesondere auf der Zylinderinnenseite genügend genaue und scharfe Abbildungen zu erhalten.

Bei der bekannten Ätztechnik wird die Maske unmittelbar in Kontakt mit der Resistschicht gebracht. Befindet sich die Resistschicht aber auf der Innenseite eines Zylinders, so ist es schwierig, die Maske so einzulegen, daß sie sich in gutem Kontakt mit der gesamten Oberfläche der Zylinderinnenseite befindet. Selbst wenn es möglich wäre, die Maske so einzulegen, wäre es schwierig, die Maske nach der Belichtung wieder zu entfernen. Außerdem ist bei der Herstellung großer Stückzahlen ein schnelles einfaches Verfahren erforderlich.

Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der auf der Oberfläche eines Zylinders, und zwar auf der Außen- sowie auf der Innenseite, eine scharfe und genaue optische Abbildung erzeugt werden kann. Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, deren Strahlung parallel zur Zylinderachse gerichtet ist, sowie durch wenigstens einen konischen Spiegel, der konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist.

009841/1678

Docket BO 968 036/969 014

20U634

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch einen das achsenparallel auftreffende Licht in eine Ebene senkrecht zur Zylinderachse umlenkenden Konuswinkel des Spiegels oder der Spiegel. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Spiegel durch Antriebsmittel mit einer wählbaren Antriebsgeschwindigkeit entlang den Zylinder bewegt werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß zur Belichtung eine Lichtquelle und ein Kollimator oder ein Laser vorgesehen sind. Zur Erzeugung einer optischen Abbildung auf der Innen- und/ oder Außenfläche des Zylinders werden lose aufliegende, optische Masken verwendet.

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 im Aufriß;

009841/1678

Docket BO 968 036/969 014

20U634

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in

Fig. 1 von oben.

In Fig. 1 wird der zu belichtende Zylinder in die Maske 10 gesetzt. Eine Kappe 12 wird oben auf den Aufbau aus Maske und Zylinder gesetzt, um zu verhindern, dass Licht auf die Kanten von Maske und Zylinder auftrifft. Die, Lichtquelle 14 ist oben in der verlängerten Zylinderachse angeordnet.. Sie besteht aus einer Queck-

l -

silberdampflampe und Kollimatorlinsen. Diese Kombination erzeugt einen hellen,nicht-divergierenden Lichtstrahl. Eine Quecksilberdampflampe erzeugt ein starkes ultraviolettes Licht, auf das der Photoätzlack besonders empfindlich ist. Andere Photoätzlacke und passende Lichtquellen können natürlich auch verwendet v/erden.

Licht vom Kollimator 14 fällt durch die Oeffnung 16 in die Kammer, wo Masken und Zylinder angeordnet sind. Das parallele Licht vom Kollimator trifft auf den inneren konischen Spiegel 18, wird von . diesem reflektiert und breitet sich strahlenförmig nach aussen aus, wo es entweder auf die Maske trifft oder diese durchdringt und die Innenseite des Zylinders beleuchtet. .

BO9-68-036/-69-014 W9 8 4 1 / 1 8 ? 8

20H634 ί

Das parallele Licht läuft ausserdem an der Aussenseite der Maske 10 entlang und trifft auf ein konischen Spiegel 20. Der Spiegel 20 reflektiert das Licht radial auf die Maske 10 und die Aussenfläche des Zylinders. Das vom konischen Spiegel 20 reflektierte Licht trifft entweder auf die Maske 10 oder wird von dieser durchgelassen und beleuchtet die Aussenfläche des Zylinders.

' Um die gesamte Länge des Zylinders zu belichten, müssen der innere konische Spiegel 18 und der äussere konische Spiegel 20 auf der ganzen Länge des Zylinders entlang bewegt werden. Die Bewegung wird hydraulisch durch die Hydraulikanlage 22 ausgelöst und durch Stangen 24 geführt, die durch die festen Platten 26 und 28 laufen. Die Platten 26 und 28 sind ein Teil des Kastens 30, der eine lichtdichte Kammer bildet, in welcher die Zylinder belichtet werden. Die Kammer ist durch die Klappe 32 zugänglich, die ein dunkles Glasfenster 34 enthält. Auf dem Kasten 34 ist der Kollimator 14 fest angebracht.

Die Vorrichtung wird von der Platte 36 aus bedient, die elektrische Schaltungen zur Steuerung des Kollimators 14, der hydraulischen

BO 9-68-036/-69-014 - 6 -

009841/1678

2ÖH6 34

Anlage 22 und des Verschlussmagneten 38 enthält. Der Verschlussmagnet 38 bewegt den Verschluss 40 über der Oeffnung 16.

Die Stellung des Zylinders relativ zu den Masken und den Spiegeln geht aus den Fig. 2 und 3 deutlicher hervor. In Fig. 2 liegt die äussere Maske 10 unmittelbar um den Zylinder 42 und die inneren

Maske 44 auf dessen Innenseite. Die Abdeckung 12 ist in Fig. 2 Ψ

oben über den Masken und dem Zylinder dargestellt. Die Masken 10 und 44 sowie der Zylinder 42 berühren einander mit gerade soviel Spiel, dass sich der Zylinder 42 zwischen die beiden Masken 10 und 44 leicht einschieben und herausnehmen lässt.

Die äussere Maske 10 und die innere Maske 44 ruhen auf der Grundplatte 26. Der Zylinder wird zur Belichtung in das Gerät

eingesetzt, indem man ihn zwischen den beiden Masken nach unten fl

gleiten lässt. Danach wird die Abdeckung 12 so oben auf Zylinder und Maske gesetzt, dass ein Lichteinfall an der Oberkante von Maske und Zylinder verhindert wird.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie der innere konische Spiegel 18 und der äussere konische Spiegel 20 ungefähr in der Mitte der Länge

BO 9-68-036/-69-014 - 7 -

009841/1678

BAD ORIGINAL

20U634

des Zylinders stehen. Die Spiegel 18 und 20 können durch jede polierte Oberfläche gebildet werden, die das Licht radial auf Masken und Zylinder reflektiert. Der Spiegel 18 ist am Ende des Kolbens 25 befestigt, während der Spiegel 20 von der Plattform 29 getragen wird, die am Ende der Stangen 24 befestigt ist. Während der Kolben 25 durch die hydraulische Anlage 22 (Fig. 1) nach oben gedrückt wird, wird auch die Plattform 29 nach oben getragen. Die Bewegungsrichtung der Spiegel während der Belichtung ist natürlich nicht kritisch für die Belichtung des Photoätzlackes auf dem Zylinder. Der Kolben 25 und die Stangen 24 gleiten durch die Lagerungen 46 in der Plattform 26.

Gemäss der Darstellung in Fig. 2 treffen die oben parallel zur Achse des Zylinders auftretenden Strahlen auf einen konischen Spiegel 18 vind werden radial nach aussen auf die Maske 44 und die Innenfläche des Zylinders 42 reflektiert. In ähnlicher Weise laufen parallel zur Achse des Zylinders 42 eintretende Lichtstrahlen an der Aussenseitc der Maske 10 entlang, treffen auf den Spiegel und werden radial auf die Maske 10 und die Aussenfläche des Zylinders 42 reflektiert.

BQ 9-68-03*' -69-014 - 8 -

009841 /1678

BAD ORIGINAL

In Fig. 3 ist die Strahlenrichtung der Lichtstrahlen 47 bei ihrer Bewegung von den Spiegeln 18 und 20 auf den Zylinder 42 gezeigt.

In Fig. 1 ist ersichtlich, wie ein mit Photoätzlack überzogener Zylinder in Belichtungs stellung gebracht werden kann. Dazu wird die Kappe 12 abgenommen und der Zylinder zwischen die äussere Maske 10 und.die innere Maske 44 (Fig. 2) nach unten geschoben. Wenn die Tür 32 geschlossen ist und der Verschluss 40 über der Oeffnung 16 steht, ist die Kammer relativ lichtdicht.

Zuerst wird der Lichtschalter 50 betätigt, so dass der Quecksilberbogen im Kollimator 14 eingeschaltet .wird. Wenn die Lampe warm ist und einen Strahl voller Intensität erzeugt, wird der Startknopf 52 betätigt. Darauf hebt die hydraulische Anlage 22 die Spiegel 18 und 20 bis an die Oberkante des Zylinders. Ein nicht dargestellter Schalter betätigt dann den Magneten 38, der den Verschluss 40 öffnet. Das parallele Licht fällt dann nach unten durch die Oeffnung 16 und die Belichtung beginnt.

Während der Belichtung senkt die hydraulische Anlage 22 die Spiegel 18 und 20 langsam. Die Senkgeschwindigkeit kann mittels

BO 9-68-036/-69-014 _ 9 _

009841/1678

20H63A JO

der Steuerscheibe 54 geregelt werden. Dadurch wird die Belichtungszeit eingestellt. Wenn die Spiegel die Unterkante des Zylinders erreicht haben, fühlt ein anderer Schalter die Spiegelposition ab und der Verschluss 40 schliesst die Oeffnung

Der Zylinder kann anschliessend nach Abheben der Kappe 12 zwischen den Masken herausgenommen werden.

In einer anderen verbesserten Ausführung der Vorrichtung wird zur Belichtung in der Lichtquelle 14 anstelle der obenerwähnten Quecksilberdampflampe ein Argonlaser mit einem Linsensystem zur Verbreiterung des Strahles verwendet. Gute Resultate wurden erzielt mit einem handelsüblichen Laser. Dazu kann z. B. das Model 140 der Firma Spectra-Physics, Mountain View, California, das Model LG12 der Firma Raytheon, Waltham, Massachusetts oder das Model 3410 der Firma Resalab, Menlo Park, California, verwendet werden. Für das Linsensystem zur Verbreiterung des

Strahles, ist das Model 280 der Firma,Tropel in Fairport, New York oder das Model 331/332 der Firma Spectra-Physics, geeignet. Der Laser erzeugt einen nicht-divergierenden Lichtstrahl dessen

BO 9-68-036/-69-014 - 10 -

009841/1678

JU

Querschnitt durch das erwähnte Linsensystem vergrössert wird, wobei der besondere Charakter des Laserlichtes erhalten bleibt. Da das Licht des Lasers monochromatisch ist, muss ein Photoätzlack.entsprechender Lichtempfindlichkeit verwendet werden. Das nicht-divergierende Laserlicht bietet Gewähr für eine scharf definierte Abbildung der Maske auf der Zylinderfläche selbst dann, wenn zwischen Maske und Zylinder ein gewisser Abstand vorhanden ist. Durch diesen Abstand wird das Einsetzen und Herausnehmen des Zylinders selbstverständlich wesentlich erleichtert. Die Kappe 12 auf dem oberen Zylinderende sorgt dafür, dass der Zylinder auch bei Spiel zwischen den Masken gehörig zentriert ist.

BO 9-68-036/-69-014 - 11 -

00.98 4 1 /1678

BAD

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   \lj Vorrichtung zum Belichten einer Zylinderfläche, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (14) , deren Strahlung parallel zur Zylinderachse gerichtet ist, sowie durch wenigstens einen konischen Spiegel (18, 20) der konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen das achsenparallel auftreffende Licht in eine Ebene senkrecht zur Zylinderachse umlenkenden Konuswinkel des Spiegels oder der Spiegel.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (52) zur Bewegung des oder der Spiegel entlang dem Zylinder, sowie durch Mittel (54) zur Aus-

   ^ wahl einer bestimmten Antriebsgeschwindigkeit.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Belichtung eine Lichtquelle und ein Kollimator vorgesehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Belichtuna ein Laser vorgesehen ist.

   009841 /1678

   Docket BO 968 036/969 014

   20U634
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innen- und/oder Außenfläche des Zylinders optische Masken (10, 4.4) anliegen zur Erzeugung einer optischen Abbildung auf der oder den Flächen des Zylinders.

   0 09841/1678

   Docket BO 968 036/969 014