JP2004125913A

JP2004125913A - 円筒状ワークのマスキング方法

Info

Publication number: JP2004125913A
Application number: JP2002286450A
Authority: JP
Inventors: Maki Sugimoto; 杉本　真樹
Original assignee: Sintobrator Ltd
Current assignee: Sintobrator Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【目的】円筒状のワークの周面にフォトレジストによる精度の高いマスキングが可能となる円筒状ワークのマスキング方法を提供すること。
【構成】円筒状のワークの周面にフォトレジスト（感光性樹脂）によりマスキングを行う方法。ワーク１６の周面全体にフォトレジスト膜１８を形成後、ワーク１６の母線に沿って伸張状態のパタンシートを当接させてフォトマスク２０とする。フォトマスク２０の当接部位にスリット状ビームを照射した状態で、ワーク１６を回転させながら、該ワーク１６の周速と同一速度でフォトマスク２０を相対移動させる。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は円筒状のワークの周面にフォトレジスト（感光性樹脂）によりマスキングを行う方法に関する。特に、動圧軸受け用ジャーナルにおける動圧溝の形成の如く、円筒状ワークに凹部パターンを形成する場合等に好適なマスキングを行う方法に関する。
【０００２】
ここで、「円筒」とは、円柱面を有する立体のことで、中空（パイプ、ケース）、中実（ソリッド）を問わない。
【０００３】
ここでは、動圧軸受け用ジャーナルに適用する場合を主として例に採り説明するがこれに限られるものではない。すなわち、ブラスト加工やエッチングのような凹部パターンを円筒状ワークの周面に形成するときばかりでなく、物理めっき（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、化学めっき、電気めっき、吹き付け彩色等におけるマスキングにも適用可能である。
【０００４】
また、材質も動圧軸受けジャーナル等のセラミック製品ばかりでなく、金属製品、プラスチック製品等にも本発明は適用可能である。
【０００５】
【背景技術】
一般に動圧軸受けは、相対運動を行う２つの面の一方の面に対して、数μｍ〜百数十μｍ程度の浅い溝を形成し、二つの面の相対運動によってこの浅い溝に流体を引き込み、負荷に応じた動圧を発生させて負荷を支えるものである。これらの動圧軸受けの内特にラジアル荷重を支えるための動圧軸受けにあっては、相対運動を行う二つの面の一方の面（通常ジャーナル側）にヘリンボーン（ニシンの骨）状パターンの動圧発生溝が形成されているものが一般的である（特許文献１の２頁＜従来技術＞の項、第一段から一部変更を加えて引用）。
【０００６】
この動圧発生溝の溝形成（溝加工）は、通常、金属製の動圧軸受け用胴体にパターンシート（型シート）を巻き付け接着又は保持してマスキングを行った後、ブラスト（通常、ショットブラスト）により溝形成（溝加工）して行っていた。
【０００７】
例えば、パターンシートとして、特許文献１では露光・現像・乾燥工程を経てパターン形成をしたフォトレジストシートを、特許文献２ではＮＣ切削機等でパターン形成をしたカッティングシートを、特許文献３ではレーザ加工・エッチングによりパターンを形成した薄肉メタルシートを、用いることがそれぞれ記載されている。
【０００８】
しかし、これらの先行技術はいずれもパターンを円筒状のジャーナル用ワーク胴体に巻き付ける必要があり、下記のような問題点（課題）が発生しやすかった。
【０００９】
▲１▼パターンシートの巻き付けに際して、位置合わせが困難で、パターン位置ずれが発生する。
【００１０】
▲２▼パターンシートの重ね合わせ部の密着が困難で、重ね合わせ部にパターン転写不良（ボケ、滲み）が発生する。
【００１１】
そして、特許文献４には動圧発生溝の溝加工をエッチングで行うが（ブラストで行うものではない。）、下記構成の動圧発生溝の形成方法が記載されている。
【００１２】
「外周部にフォトレジストが塗布された円筒型の軸体の周囲に所望の動圧発生溝の形状が形成された円筒型マスクを固定し、前記軸体と前記円筒型マスクとを一体的に回動させつつ露光した後エッチングにより前記軸体の外周部に動圧発生溝を形成せしめることを特徴とする動圧発生溝の成形方法。」
この方法によりフォトレジストで感光性樹脂パターン膜を形成すれば、上記のような問題点は解決できると推定される。しかし、上記方法の場合、円筒型マスクの形成が困難であるとともに、ワーク（円筒型軸体）の出し入れによりフォトマスクが傷付くおそれがあると推定される。
【００１３】
なお、動圧軸受け用ジャーナルの製造に関連する先行技術文献情報として、上記ブラスト加工に際して、マスクキングを行なわずに溝幅より小さい口径の噴射ノズルを用いてコンピュータ制御により製造する方法がある（特許文献５参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開平２−３４７９６号公報
【特許文献２】
特公平７−５０３号公報
【特許文献３】
特開平１−１１６３２０号公報
【特許文献４】
特開昭６１−１３０４９０号公報
【特許文献５】
特開２００１−２４６５６４公報
【００１５】
【発明の開示】
本発明は、上記にかんがみて、円筒状のワークの周面にフォトレジストによる精度の高いマスキングが可能となる円筒状ワークのマスキング方法を提供することを目的（課題）とする。
【００１６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意開発に努力をした結果、下記構成のマスク形成方法に想到した。
円筒状のワークの周面にフォトレジスト（感光性樹脂）によりマスキングを行う方法であって、
ワークの周面全体にフォトレジスト膜を形成後、
ワークの母線に沿って伸張状態のパターンシートをワークに当接させてフォトマスクとし、
該フォトマスクの当接部位にスリット状ビームを照射した状態で、
前記ワークを回転させながら、該ワークの周速と同一速度でフォトマスクを相対移動させることを特徴とする。
【００１７】
平面状のパターンシートをワークに巻き付けずにそのまま（伸張状態：展開状態）フォトマスクとして使用することにより、製作が面倒でワーク出し入れの際に損傷のおそれのある円筒状フォトマスクを使用しなくても、精度の高いマスキングが可能となる。当然、パターンシートを巻き付けてフォトマスクとする場合の前記問題点は発生しない。
【００１８】
上記構成においてフォトマスクを強制移動させながら、フォトマスクとワーク間の摩擦力によりワークを従動回転させることにより、ワークの周速とフォトマスクの移動速度を同一とする（同期させる）ことが、特別な同期手段を使用しなくても可能となるためである。
【００１９】
上記パターンシートは、通常、設定幅がワーク長であり、設定長さがワークの外周長に対応したパターン面を備えるとともに、該パターン面の両側の遮光ラインと、両端にチャック部を兼ねた遮光面部を備えている構成とすることが望ましく、フォトマスクにおける光の回り込み及び二重露光を防止することができるためである。
【００２０】
そして、本発明のマスキング方法は、円筒状ワークの凹部パターン、特に、動圧軸受けジャーナルにおける動圧溝の如く精度の高い凹部パターンをブラスト加工により形成する場合に好適である。
【００２１】
そして、上記構成のマスキング方法に使用するマスキング装置の構成は、下記の如くになる。
【００２２】
ワーク保持装置、フォトマスク移動装置及び照射装置とを備え、
ワーク保持装置はワーク保持具を有し、フォトマスク移動装置は、ワークに当接してフォトマスクの両端を保持するマスクチャック手段及び該マスクチャック手段を水平移動させる移動手段とを有し、
光照射装置はフォトマスク当接部位に向けてスリット状ビームを照射可能な光束案内手段を有していることを特徴とする。
【００２３】
そして、上記装置において、フォトマスクとワーク間の摩擦力によりワークを従動回転させる場合は、ワーク保持具を自由回転可能なものとする。
【００２４】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明をする。本実施形態は、図１に示すような動圧溝（パターン溝）１２を備えた動圧軸受け用のジャーナル（以下、単に「ジャーナル」ということがある。）１４を製作する場合を例に採ったものである。このジャーナル１４は中央に保持孔１４ａを有する。
【００２５】
図２に本発明のマスク形成方法を利用してのジャーナルに動圧溝をブラスト加工により形成する工程図を示すとともに、図３に当該マスク形成方法の原理図を示す。
【００２６】
先ず、ジャーナルの素材である円筒状のワーク（被加工材）１６にフォトレジスト（感光性樹脂）によりフォトレジスト膜１８を形成する。
【００２７】
このワーク１６は、例えば、アルミナ（セラミックス）製とする。また、ＳｉＣ、ＷＣ，Ｂ４Ｃ等の炭化物セラミックスや超硬合金等の粉末材料（適宜の成形助剤を含む。）を加圧成形した上、これを焼成した焼結セラミックスも使用可能である。
【００２８】
フォトレジスト膜１８を形成するフォトレジストとしては、汎用のウレタン系、セルロース系、ポリイミド系、アクリル系のものを使用でき、具体的には、ウレタン系を用いた。
【００２９】
また、フォトレジスト膜１８の肉厚は、要求される溝深さ及び使用するフォトレジストの種類により異なるが、通常、０．０３〜０．２ｍｍ、望ましくは、０．０５〜０．１ｍｍとする。
【００３０】
そして、フォトレジスト膜１８の形成方法は、ブランク（パターン未加工）のフォトレジストシートをワークに巻きつけて接着したり、感光性塗料をスプレー、浸漬等の塗布手段で塗布したりして行う。
【００３１】
次に、フォトマスクとするパターンシート２０を用意する。ここで、パターンシート２０は、設定幅Ｗがワーク１６の長さであり、設定長さＬが前記ワーク１６の外周長に対応したパターン面Ｐを備えるとともに、該パターン面Ｐの両側に遮光ラインＭ１、両端にチャック部を兼ねた遮光面Ｍ２、Ｍ３を備えている。パターン面Ｐは動圧溝１２に対応したヘリンボーン状の遮光パターンＭ０を備えている。ワーク１６が１２ｍｍφ×１５ｍｍの場合の各数値は例えば、下記のような仕様とする。
【００３２】
遮光ラインの幅ａ＝０．５ｍｍ、遮光面の長さｂ＝５ｍｍ
該パターンシート２０は汎用の方法で形成したものが使用可能である。たとえば、樹脂基板（例えば０．１〜０．２ｍｍｔのポリエステルシート）やガラス基板（例えば、１〜５ｍｍｔのソーダライムガラス）上に銀塩写真法で形成したものを使用できるが、他の方法で形成したものでもよい。
【００３３】
そして、露光・現像は下記の如く行う。
【００３４】
ワーク１６の母線に沿って伸張状態のパターンシートを当接させてフォトマスク２０とする。ここで、フォトマスク２０の当接部位は、図例の左端の遮光面Ｍ２とする。
【００３５】
そして、フォトマスク２０の当接部位にスリット状ビームＢを照射した状態で、ワーク１６を回転（自転）させながら、該ワーク１６の周速と同一速度でフォトマスク２０を相対移動させる。このとき、フォトマスク２０を強制移動させながら、該フォトマスク２０とワーク１６との摩擦力によりワーク１６を従動回転可能な構成となっている。
【００３６】
ビーム幅は、図４においてフォトマスク２０のＷ（パターン面Ｐの幅）以上で（Ｗ＋２ａ）以下とする。ビームはＵＶ照射装置３６からの紫外線光（ＵＶ）を光案内ノズル３６ａでガイドして形成する。
【００３７】
こうして、フォトマスク２０を図６・７において左方向の移動に伴って、ワーク１６との当接部位が一端遮光面Ｍ２（図例では左端）から他端遮光面Ｍ３（図例では右端）位置まで移動する。その移動距離を、Ｌ（ワーク１６の周長）＋Ｌ´（Ｍ３側へのパターン食い込み量）以上とすれば、ワーク１６の周面に形成されたフォトレジスト膜１８が順次露光されていき、動圧溝に対応した遮光部以外の部位が露光されて硬化する。
【００３８】
そして、溶剤（例えば炭酸ナトリウム水溶液）により遮光パターン（動圧溝）に対応した未硬化部分を洗い流し乾燥すると動圧溝加工用のマスキングが形成される。
【００３９】
そして、従来と同様ブラストにより溝加工を行なった後、水酸化ナトリウムやモノエタノールアミンの水溶液に浸漬してマスキングを剥離し、続いて水洗浄をして、製品（動圧軸受け用ジャーナル）とする。
【００４０】
ブラスト加工は、たとえば、図５に示す如く、マスキング（レジストパターン）が形成されたワーク１６（図例では複数個）を減速機付きモータ２２の出力軸に直結された回転保持軸２４に保持して一体回転させながら（回転数：２０〜６０ｒｐｍ）、先端丸型の噴射ノズル（ブラストノズル）２６をワークの軸方向に往復移動（３回程度）させる。このとき、噴射ノズルとして、複数個のワーク１６の合計全長に対応するスリット型のノズルを使用すれば往復移動をさせる必要はない。
【００４１】
次に、上記実施形態のマスキング方法に使用するマスキング装置の一例を図６〜７に基づいて説明をする。図６は装置正面図、図７は同側面図、図８は同平面図（ＵＶ照射装置を除いた）である。
【００４２】
当該装置は、装置架台３０上にワーク保持装置３２、フォトマスク移動装置３４及び照射装置（通常ＵＶ照射装置）３６とを備えたものである。
【００４３】
前記ワーク保持装置３２は自由回転なワーク保持軸（保持具）３８を有する。より具体的には、下記の如くである。
【００４４】
傾斜調節台４０上にＸ方向調節台４２が配され、Ｘ方向調節台４２の上にスペーサブロック４４を介してＹ方向調節台４６が配されている。このＹ方向調節台４６にワーク保持具３８が取付けられている。ここで、Ｘ方向とはフォトマスク２０の移動方向を意味し、Ｙ方向とはそれに直交する方向を意味する。なお、図例中、４０ａ、４２ａ、４６ａは、それぞれ、ワークの傾斜度、Ｘ方向位置、Ｙ方向位置を微調節するための調節ねじである。
【００４５】
フォトマスク移動装置３４は、ワーク１６に当接してフォトマスク（パターンシート）２０の両端を保持するマスクチャック手段４８及び該マスクチャック手段４８を強制水平移動させる移動手段５１とを有する。
【００４６】
マスクチャック手段４８は、例えば、セットボルト（図示せず）を用いてフォトマスク端部を固定把持するものとする。
【００４７】
該マスクチャック手段４８は、フォトマスクの移動方向軸からの角度ずれを調節するΘ調節台５０を介して移動手段５１の移動ブロック４９上に載置されている。なお、５０ａは角度調節ねじである。
【００４８】
移動手段５１は、移動ブロック４９が装置架台３０上に一対の移動レール５２上に配される、該移動ブロック４９は減速機付きモータ（原動機）５４の出力軸と直結されたボールねじ（シャフト）５６で駆動移動（強制移動）されるようになっている。なお、５８は安全カバーである。
【００４９】
また、光照射装置３６はフォトマスク当接部位に向けてスリット状ビームを照射可能な光束案内手段（光案内ノズル）３６ａを有している。この光照射装置３６は、逆Ｌ字形ビーム６０の先端に保持されている。
【００５０】
上記実施形態では、フォトマスク２０を水平移動させているが、斜設移動ないし垂直移動させてもよい。また、フォトマスク２０とワーク１６間にすべりが発生するような場合は、汎用の同期手段を介してワーク１６をも強制回転（駆動回転）させる。さらに、フォトマスク２０を位置固定しておいて、ワーク保持具（保持軸）と照射装置とを同期移動させてもよい。この場合もフォトマスク２０の下面をワーク１６が転動することになる。
【００５１】
【実施例】
本発明の効果を確認するために行った比較例・実施例について説明をする。
【００５２】
ワーク、フォトレジスト、フォトマスク、ＵＶランプはそれぞれ下記のものを使用した。
【００５３】
ワーク：アルミナセラミックス製、外径１２ｍｍφ×内径６ｍｍφ×１５ｍｍＬ
フォトレジストシート：「オーディルＢＦ４０５」東京応化工業社製、５０μｍｔ
フォトマスク：ポリエステルフィルム（０．１７５ｍｍｔ）上に図３に示す寸法仕様のパターンを銀塩写真法を用いて作製した。
【００５４】
ＵＶランプ：ウシオ電機社製、１０００Ｗ、
なお、ＵＶランプは、光案内ノズル（幅０．５ｍｍ）を介して照度１００ｍＷ／ｃｍ^２となるように位置に設けた。光案内ノズルの長さは、フォトマスクの幅と同じとした。
【００５５】
先ず、ワークにフォトレジストシートを巻きつけ熱圧着により固定した後、フォトワークの一端遮光部（図１右端）に圧接させ後、ＵＶランプをオンとした。
【００５６】
そして、フォトマスクを一端遮光部から他端遮光部まで水平移動（図例では左方向）させるとともに、フォトマスクの摩擦力でワークも転動させた。
【００５７】
このとき、硬化させるためには、光量：１００ｍＪ／ｃｍ^２以上が必要なため、照射時間１ｓ以上必要となる。したがって、フォトマスク移動速度は、０．５ｍｍ／ｓより若干遅い０．４ｍｍ／ｓに設定した。ワークの外周長が約３８ｍｍであるので、１個の露光に要する時間は、約１２０ｓとなる。
【００５８】
こうして、フォトレジスト膜の露光／現像を行った後、炭酸ナトリウム水溶液で未硬化部分を洗浄除去してワーク上に溝加工用のマスキングを行った。
【００５９】
このときのマスキングのパターン精度（Ｎ＝１０）は、２００μｍのラインに対して±１０μｍと、位置精度は±２５μｍと高精度であった。
【００６０】
こうしてマスクを形成したワークに対して、噴射剤（ＳｉＣ＃６００）を丸型のズル（φ８）から１６０ｇ／分の条件で３５秒間噴射した。
【００６１】
その結果（Ｎ＝１０）、溝深さ目標値：６±１μｍに対して平均値：６．２μｍ、最大値：６．７μｍ、最小値：５．０μｍと、又、溝幅目標値：３３０±５０μｍに対して、平均値：３２２μｍ、最大値：３７０μｍ、最小値：２８４μｍといずれも目標値を達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスキング方法で形成したマスキングを適用する製品の一例である動圧軸受け用ジャーナルの正面図
【図２】本発明のマスキング方法を適用して動圧軸受け用ジャーナルの製造方法を示す工程図
【図３】本発明のマスキング方法の原理図
【図４】本発明のマスキング方法に使用するパターンシート（フォトマスク）の一例を示す平面図
【図５】マスキングしたワークのブラスト加工方法を示す説明用概略図
【図６】本発明のマスキング方法に使用するマスキング装置の一例における正面図
【図７】同じく平面図（ＵＶ照射装置を省いた。）
【図８】
同じく側面図
【符号の説明】
１２…動圧溝（パターン溝）
１４…動圧軸受け用ジャーナル
１６…ワーク（被加工物）
１８…フォトレジスト膜
２０…パターンシート（フォトマスク）
３２…ワーク保持装置
３４…フォトマスク移動装置
３６…ＵＶ照射装置
３８…ワーク保持具（ワーク保持軸）
４８…マスクチャック手段

Claims

円筒状のワークの周面にフォトレジスト（感光性樹脂）によりマスキングを行う方法であって、
前記ワークの周面全体にフォトレジスト膜を形成後、
ワークの母線に沿って伸張状態のパターンシートを当接させてフォトマスクとし、
該フォトマスクの当接部位にスリット状ビームを照射した状態で、
前記ワークを回転させながら、該ワークの周速と同一速度でフォトマスクを相対移動させることを特徴とする円筒状ワークのマスキング方法。
前記フォトマスクを強制移動させながら、該フォトマスクとワークとの摩擦力により前記ワークを従動回転させることを特徴とする請求項１記載の円筒状ワークのマスキング方法。
前記パターンシートは、設定幅が前記ワーク長であり、設定長さが前記ワークの外周長に対応したパターン面を備えるとともに、該パターン面の両側に遮光ライン、両端にチャック部を兼ねた遮光面部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の円筒状ワークのマスキング方法。
請求項１、２又は３記載の方法で形成したマスキングを用いて、ブラスト加工により所定パターンの溝又は穴を形成後、残存樹脂膜を除去することを特徴とする円筒状ワークの凹部パターン形成方法。
前記凹部パターンが動圧軸受けジャーナルにおける動圧溝であることを特徴とする請求項４記載の円筒状ワークの凹部パターン形成方法。
請求項１記載における円筒状のワークのマスキング方法に使用するマスキング装置であって、
ワーク保持装置、フォトマスク移動装置及び照射装置とを備え、
前記ワーク保持装置はワーク保持具を有し、前記フォトマスク移動装置は、ワークに当接してパターンシートの両端を保持するマスクチャック手段及び該マスクチャック手段を強制水平移動させる移動手段とを有し、
前記光照射装置は前記フォトマスク当接部位に向けてスリット状ビームを照射可能な光束案内手段を有していることを特徴とする円筒状ワークのマスキング装置。
前記ワーク保持具は自由回転可能とされていることを特徴とする請求項６記載の円筒状ワークのマスキング装置。