JP2014118582A - 摺動面被覆用微細金属パターンシート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターン付ロールを用いて作製され、摩擦係数の小さい摺動面被覆用微細金属パターンシート及びその製造方法を提供する。
【解決手段】メッキ可能な円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記円筒状金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記円筒状金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されたＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより製造されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＬＣパターンが設けられたロールを用いて連続メッキにより作製された摺動面被覆用微細金属パターンシート及びその製造方法に関する。

連続メッキ用ロールは、連続メッキ装置に用いられるもので、例えば、リールに巻き付けた鋼板等の帯状のワークを連続的に巻き取りながらメッキ浴中を通すことで、連続的にメッキを行うものである。連続メッキ用ロールの例としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されたシンクロール等のロールがある。

上述したような連続メッキ用ロールを製作する場合、基材に感光材を塗布して露光・現像・バーニングしてエッチングすると、いわゆるサイドエッチングと呼ばれるオーバーエッチングが発生する問題があった。そして、パターニングが微細になる程、サイドエッチングの問題がより一層顕在化する。

特開２００６−２８３０４４号公報 特開２００１−８９８３６号公報 特開２００９−０９３１７０号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターン付ロールを用いて作製され、摩擦係数の小さい摺動面被覆用微細金属パターンシート及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の摺動面被覆用微細金属パターンシートは、メッキ可能な円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記円筒状金属基材及びメッシュ状レジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記円筒状金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されたＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより製造されたことを特徴とする。

このようにして、レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめるため、サイドエッチングの問題が解消される利点がある。すなわち、本発明では、エッチングではなくいわゆるリフトオフとよばれる手法を用いているため、従来のようなサイドエッチングの問題が生じないのである。

前記摺動面被覆用微細金属パターンシートのパターン形状としては、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形を多数並べたパターンや、シートを円筒状に丸めた際に螺旋状となるパターンや、ストライプ状のパターンなどいずれのパターンでもよい。特に、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートで被覆した摺動面を潤滑オイルが流れ易くなるパターンとするのが好適である。

本発明の摺動面被覆用微細金属パターンシートは、種々の部材の摺動面を被覆するように該摺動面に貼り付けて使用されるものである。種々の部材の摺動面としては、例えば自動車のエンジンなどのピストンシリンダの内周面がある。摺動面に貼り付けるにあたっては、耐熱性接着剤などの接着剤による接着や溶接のほか、螺子止めすることで貼り付けることができる。このうち、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートを摺動面に螺子でとめるのが好ましい。

また、例えば、自動車のエンジンなどのピストンシリンダの内周面に前記摺動面被覆用微細金属パターンシートを貼り付ける場合には、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートで被覆したピストンシリンダの内周面を潤滑オイルが流れ易くなるように、螺旋状となるパターンとすればよい。

本発明の摺動面被覆用微細金属パターンシートは、摩擦係数が小さいため、摺動面を被覆するのに適している。

前記フォトレジストが塗布される円筒状金属基材はメッキ可能な金属であればいずれも適用できるが、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されるのが好ましい。

前記連続メッキでメッキされるメッキ可能な金属についてもメッキ可能な金属であればいずれも適用でき、例えば、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、鉄、銅、アルミニウムなどを適用することができる。

前記被覆したＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。より具体的には、０．１μｍ〜５μｍがさらに好ましい。

前記円筒状金属基材が、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）材の上に設けられる構成としてもよい。

前記円筒状金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層の上に設けられる構成としてもよい。前記クッション層としては、シリコンゴム等の合成ゴムやポリウレタン、ポリスチレン等の弾力性のある合成樹脂を使用することができる。このクッション層の厚さはクッション性即ち弾力性を付与できる厚さであればよく、特別の限定はないが、例えば、１ｃｍ〜５ｃｍ程度の厚さがあれば充分である。ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えたグラビア版の例としては、例えば特許文献３などがあり、前記円筒状金属基材を同様の構成とすることができる。

前記フォトレジストは、ポジ型フォトレジスト又はネガ型フォトレジストのいずれも適用可能であるが、ネガ型フォトレジストであるのが好ましい。

本発明の摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法は、メッキ可能な円筒状金属基材を準備する工程と、該円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成する工程と、該円筒状金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成する工程と、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめて前記円筒状金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成し、ＤＬＣパターン付ロールを作製する工程と、前記ＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより摺動面被覆用微細金属パターンシートを作製する工程と、を含むことを特徴とする。

また、前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されるのが好適である。

前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備える構成としても良い。

前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション性を有する材料からなるようにすることもできる。

前記ＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。より具体的には、０．１μｍ〜５μｍがさらに好ましい。

本発明によれば、サイドエッチングの問題を解消したＤＬＣパターン付ロールを用いて作製され、摩擦係数の小さい摺動面被覆用微細金属パターンシート及びその製造方法を提供することができるという著大な効果を有する。

本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートは、例えば、パターンの線と線の間隔が１μｍ〜１００μｍ以下のサイズにすることができ、高精度に作製することができる。このため、様々な用途に適用可能である。用途としては、摺動面を被覆するものであればいずれも適用可能であり、例えば、内燃機関のピストンシリンダ内周面、ピストンの外周面、ベアリング受け部の内周面又は軸受けなど、摺動面を有するものであればいずれも適用可能である。

本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートの一つの実施の形態を示す要部拡大図である。 図１の摺動面被覆用微細金属パターンシートを自動車のエンジンに適用した例を示す要部拡大図である。 本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートの別の実施の形態を示す要部拡大図である。 本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートに用いられるＤＬＣパターン付ロールの一例を模式的に示す説明図であり、（ａ）は円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布した状態の要部断面図、（ｂ）は露光・現像せしめてレジストパターンを形成した状態の要部断面図、（ｃ）は円筒状金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成した状態の要部断面図、（ｄ）は該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめた状態を示す要部断面図である。 図４に示したＤＬＣパターン付ロールの製造方法の工程順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、これら実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

図１において、符号１０Ａは摺動面被覆用微細金属パターンシートを示す。摺動面被覆用微細金属パターンシート１０Ａは、図４に示されるＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより製造された摺動面被覆用微細金属パターンシートであり、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートのパターン１２の形状が、ストライプ状とされている。

図２に、摺動面被覆用微細金属パターンシート１０Ａを自動車のエンジンに適用した例を示す。図２において、ピストンシリンダ１４の内周面を被覆するように摺動面被覆用微細金属パターンシート１０Ａが取り付けられている。ピストンシリンダ１４の内部には、クランク１６によってピストン１８が摺動して往復運動する。

また、図３に、本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートの別の実施の形態を示す。図３において、符号１０Ｂは摺動面被覆用微細金属パターンシートを示す。前記摺動面被覆用微細金属パターンシート１０Ｂのパターン２０の形状が、六角形を多数並べたパターンとされている。

次に、本発明に係る摺動面被覆用微細金属パターンシートに用いられるＤＬＣパターン付ロールの一例を図４に示す。

符号２２はメッキ可能な円筒状金属基材である。円筒状金属基材２２はメッキ可能な金属であればいずれも適用できるが、例えば、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成することができる。

また、円筒状金属基材２２は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）材の上に設けられる構成としてもよいし、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層の上に設けられる構成としてもよい。

まず、円筒状金属基材２２を準備し（図５のステップ１００）、図４（ａ）に示すように、前記円筒状金属基材２２の表面にフォトレジスト２４を塗布し、前記フォトレジスト２４を露光・現像せしめてレジストパターン２６を前記円筒状金属基材２２の表面に形成する（図５のステップ１０２）。前記フォトレジスト２４としては、ネガ型フォトレジストが好適である。このようにして、図４（ｂ）に示す状態となる。

そして、該円筒状金属基材２２及びレジストパターン２６の表面にＤＬＣ被覆膜２８を形成する（図５のステップ１０４）。このようにして、図４（ｃ）に示す状態となる。

次に、レジストパターン２６上に形成されたＤＬＣ被覆膜２８を該レジストパターン２６ごと剥離せしめて前記円筒状金属基材２２の表面にＤＬＣパターン３０を形成してＤＬＣパターン付ロール３２を作製する（図５のステップ１０６）。このようにして、図４（ｄ）に示す状態となる。

そして、ＤＬＣパターン付ロール３２を用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより、図１及び図２に示すような、摺動面被覆用微細金属パターンシート１０Ａ，１０Ｂが出来る。前記ＤＬＣパターン付ロール３２を用いて、メッキされるメッキ可能な金属については、メッキ可能な金属であればいずれも適用でき、例えば、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、鉄、銅、アルミニウムなどを適用することができる。例えば、円筒状金属基材２２が銅の場合、前記ＤＬＣパターン付ロール３２を用いて、メッキする金属としてはニッケルが適用できる。

ＤＬＣ被覆膜２８の形成にあたっては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタ法によってＤＬＣで被覆することが可能である。

前記ＤＬＣ被覆膜２８の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍであるのが好適である。より具体的には、０．１μｍ〜５μｍがさらに好ましい。

また、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートのパターン形状としては、例えば三角形、四角形、五角形、六角形、七角形、八角形などの多角形を多数並べたパターンや、シートを円筒状に丸めた際に螺旋状となるパターンや、ストライプ状のパターンなどいずれのパターンでもよい。特に、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートで被覆した摺動面を潤滑オイルが流れ易くなるパターンとするのが好適である。

また、例えば、自動車のエンジンなどのピストンシリンダの内周面に前記摺動面被覆用微細金属パターンシートを貼り付ける場合には、前記摺動面被覆用微細金属パターンシートで被覆したピストンシリンダの内周面を潤滑オイルが流れ易くなるように、螺旋状となるパターンとすればよい。

本発明の摺動面被覆用微細金属パターンシートは、摩擦係数が小さいため、摺動面を被覆するのに適している。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

（実施例１）
円周６００ｍｍ、面長１１００ｍｍの版母材（アルミ中空ロール）を準備し、ブーメランライン（株式会社シンク・ラボラトリー製全自動レーザーグラビア製版ロール製造装置）を用いて下記する銅メッキ層の形成までを行った。

まず、版母材（アルミ中空ロール）を銅メッキ槽に装着し、中空ロールをメッキ液に全没させて電流密度３０Ａ／ｄｍ²、電圧６．０Ｖで８０μｍの銅メッキ層を形成した。メッキ表面はブツやピットの発生がなく、均一な銅メッキ層を得た。

この銅メッキ層の表面を２ヘッド型研磨機（株式会社シンク・ラボラトリー製研磨機）により研磨して当該銅メッキ層の表面を均一な研磨面とした。形成した銅メッキ層を基材としてその表面に感光膜（半導体レーザー用レジスト：ＴＳＥＲ−ＮＳ（株式会社シンク・ラボラトリー製））を塗布（ファウンテンコーター）、乾燥した。得られた感光膜の膜厚は膜厚計（ＦＩＬＬＭＥＴＲＩＣＳ社製Ｆ２０、松下テクノトレーデイング社販売）で計ったところ、１５μｍであった。ついで、画像をレーザー露光し現像した。上記レーザー露光は、Ｌａｓｅｒ Ｓｔｒｅａｍ ＦＸを用い露光条件３００ｍＪ／ｃｍ²で所定のパターン露光を行った。また、上記現像は、ＴＬＤ現像液（株式会社シンク・ラボラトリー製現像液）を用い、現像液希釈比率（原液１：水７）で、２４℃９０秒間行い、所定のレジストパターンを形成した。

アルゴン／水素ガス雰囲気、原料ガスにヘキサメチルジシロキサン、成膜温度８０−１２０℃、成膜時間６０分で膜厚０．１μｍの中間層を成膜した。次に、原料ガスにトルエン、成膜温度８０−１２０℃、成膜時間１８０分で膜厚２μｍのＤＬＣ層を成膜した。
ついで、５％水酸化ナトリウム水溶液にてレジストを剥離させ、複数の斜線状のＤＬＣパターンを形成した。このようにして、パターン付ロールを得た。

ついで、銅メッキ槽に装着し、メッキ液に全没させて２Ａ／ｄｍ²、７．０Ｖで厚さ２０μｍの銅パターン箔を得た。表面を光学顕微鏡で観察したところ、図１に示すようなパターンの摺動面被覆用微細金属パターンシートが得られた。また、図１に示す線幅Ｄ１は２０μｍであった。得られた摺動面被覆用微細金属パターンシートを自動車のエンジンの内周面に螺子止めしてピストンを動かすと、滑らかに摺動した。

（実施例２）
複数の六角形のＤＬＣパターンを形成した以外は実施例１と同様にして、パターン付ロールを得た。ＤＬＣ被覆膜の厚さは２μｍであった。得られたパターン付ロールを実施例１と同様にニッケルメッキ槽に装着し、メッキ液に全没させて２Ａ／ｄｍ²、７．０Ｖで厚さ２０μｍのニッケルパターン箔を得た。表面を光学顕微鏡で観察したところ、図３に示すようなパターンの摺動面被覆用微細金属パターンシートが得られた。また、図３に示す線幅Ｄ２は３０μｍであった。得られた摺動面被覆用微細金属パターンシートを自動車のエンジンの内周面に螺子止めしてピストンを動かすと、滑らかに摺動した。

１０Ａ，１０Ｂ：摺動面被覆用微細金属パターンシート、１２，２０：パターン、１４：ピストンシリンダ、１６：クランク、１８：ピストン、２２：円筒状金属基材、２４：フォトレジスト、２６：レジストパターン、２８：ＤＬＣ被覆膜、３０：ＤＬＣパターン、３２：ＤＬＣパターン付ロール、Ｄ１，Ｄ２：線幅。

Claims (10)

1. メッキ可能な円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成し、前記円筒状金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成し、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめ、前記円筒状金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成して製造されたＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより製造されたことを特徴とする摺動面被覆用微細金属パターンシート。
2. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されることを特徴とする請求項１記載の摺動面被覆用微細金属パターンシート。
3. 前記被覆したＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１又は２項記載の摺動面被覆用微細金属パターンシート。
4. 前記基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の摺動面被覆用微細金属パターンシート。
5. 前記フォトレジストが、ネガ型フォトレジストであることを特徴とする１〜４いずれか１項記載の摺動面被覆用微細金属パターンシート。
6. メッキ可能な円筒状金属基材を準備する工程と、該円筒状金属基材の表面にフォトレジストを塗布し、露光・現像せしめてレジストパターンを形成する工程と、該円筒状金属基材及びレジストパターンの表面にＤＬＣ被覆膜を形成する工程と、該レジストパターン上に形成されたＤＬＣ被覆膜を該レジストパターンごと剥離せしめて前記円筒状金属基材の表面にＤＬＣパターンを形成し、ＤＬＣパターン付ロールを作製する工程と、
   前記ＤＬＣパターン付ロールを用いて、メッキ可能な金属を連続メッキすることにより摺動面被覆用微細金属パターンシートを作製する工程と、
   を含むことを特徴とする摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法。
7. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ニッケル、タングステン、クロム、チタン、金、銀、白金、ステンレス鋼、鉄、銅、アルミニウムからなる群から選ばれた少なくとも一種の材料から構成されることを特徴とする請求項６記載の摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法。
8. 前記フォトレジストが塗布される金属基材が、ゴム又はクッション性を有する樹脂からなるクッション層を備えることを特徴とする請求項６又は７記載の摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法。
9. 前記フォトレジストが、ネガ型フォトレジストであることを特徴とする６〜８いずれか１項記載の摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法。
10. 前記ＤＬＣ被覆膜の厚さが、０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項記載の摺動面被覆用微細金属パターンシートの製造方法。

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