JP5467709B2 - ナノスケール加工電極及び加工品、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
−流体供給及び分配用のマイクロチャンネルとして
−電極上のランド形状化によるオーバーバーンの低減のため(図8)
−空気を追い出しキャビテーションを防止するため
−動力消費量を最適化するため、及び
−軸受剛性及び減衰特性を最適化するため
(1)中空コアを有する電極(図3):この溝パターンは導電性表面を貫通して加工される。円筒状素材の内側通路は開いたままにされ、露出された溝を通り電解質をポンプ輸送するために使用される。これは、半径方向電解液の流れ穴がジャーナル又は円錐電極内に置かれる現在の電極設計と異なる。
(2)充填コアを有する電極(図4):絶縁材料から作られるシャフトが、黄銅などの導電性材料の中空円筒の内側に鋳造され、取り付けられ又は差し込まれる。この導電性円筒の頂部層を選択的に取り除く又は切除するためのエネルギ閾値及びピーク出力を制御する水ジェット又はレーザ加工プロセスなどのマイクロ加工方法を導電性層から溝パターンを切り出すのに使用することができる。導電性円筒内の溝は、導電性円筒の導電層を内側の絶縁プラグまで完全に貫通するのが好ましい。この絶縁プラグは電極に構造的剛性をもたらすために使用することができる。
1.電極が非平坦ランドを有することができる。
2.電極を注封された層の研磨などの後処理ステップなしで作ることができる。
3.電極内の溝は、ECM処理中電極を貫通する電解液の流れのための追加の通路を提供することができる。
任意選択1:液体の高エネルギ超精密ジェットを使用する機械的プロセスを溝領域の材料を加工するために使用することができる。ジェットの直径及び加工軌跡は、対応するフィーチャ幅を得るために制御することができる。
任意選択2:超高速レーザを使用するナノスケール加工:超短パルス・レーザを20ナノメートルと同じ程度のフィーチャを選択的に除去するように非常に高密度で使用することができる(図6)。
任意選択3:直接材料積層:この方法は、エネルギのこの集束されるビームを使用して接合、鍍金、固化、又は反応的に触媒作用化され得る絶縁材料(図10、図11)又は導電性材料(図13)の様々な層を付着させることによって開始する。この材料特性は、変化閾値を上回るエネルギ・レベルに曝される領域でのみ変化する。焦点化され、導かれ、且つ多次元で強度が変更されるこのエネルギの能力の故に、且つ非常に高い正確性及び解像度を有する故に、高度の複雑性及び正確性の単一又は数個構成の電極構造体を形成することが可能である。使用される材料は、最初に液体、粉体(固体)又はガスとして付着される光量子活性化されるポリマー、モノマー又は他の材料であることができる。これらの材料を連続する薄い層に付着させ且つ活性化させ、各層を各下にある層と互いに一体化し又は互いに接合させることによって、結果として得られる構造体は多次元、且つ多特性で変化することができる。
任意選択4:直接材料除去(除去):レーザ又は電磁気的エネルギ源を材料を直接取り除く(除去する)ために使用することができる。それは材料積層(任意選択3参照)に先立って表面又は構造体を準備する又は加工するために、又は材料積層後に仕上げ加工又は材料除去(図8)用に使用することができる。
1.これらのプロセスは50nm幅の範囲の極めて微細なフィーチャを加工することができる。これはより高い溝密度を可能にする。
2.このプロセスは比較的クリーンである。
3.このプロセスは、電極を製造する現行のプロセスに比較してより再現性のある可能性がある。
4.これらのプロセスは、フォトリソグラフィ・マスキング・プロセスでの処理ステップより低減した処理ステップ数を有するので、フォトリソグラフィ・マスキング及び化学的又は反応性エッチングと異なる。
5.これらのプロセスは、他の技術では困難又は不可能である多次元構造形状の製作を可能にする。例えば、頂部でのより微細なランド幅及び底部に向かって増大するフィーチャ幅。ここで、ランドの根元はランドの頂部より実質的により広く作ることができる。これは頂部で暴露されるランドが狭いために構造的強度をもたらす。これは従来型のミリング・プロセスによって達成することができない。
6.これらのプロセスによって、電極、モータ構成部品又は任意の他の構成部品にマイクロメートル又はナノメートル・スケールのフィーチャの製作が可能になる。
任意選択(a):導電性ブロック上に誘電体層を被覆。この誘電体層の部分を溝を形成するためにレーザによって導電ブロックの表面まで、又は導電性ブロック内にくぼみを作るまで除去する。この誘電体層が導電性ブロックのものより低い除去閾値を有する場合、次いで導電性ブロックに対し最小限の障害しか有さないように誘電体層を除去する。誘電体層の誘電体材料が導電性ブロックのものより高い除去閾値を有する場合、次いで溝形成は焦点化されたレーザ・ビームによって導電性ブロックの導電材料の爆発及び排除によって行うことができ、結果として溝パターン領域での導電性材料及びその上の誘電材料の同時除去になる。
任意選択(b):導電性ブロック上に感光性モノマー又はレーザ又は光又は他の焦点化されたエネルギ源によって硬化させることができる任意の材料を被覆。感光性モノマー又は他の材料を導電性ブロック上に誘電体層を形成するように重合させる。この誘電体層の部分をレーザによって溝を形成するために導電ブロックの表面まで、又は導電性ブロック内にくぼみを作るまで除去する。この誘電体層が導電性ブロックのものより低い除去閾値を有する場合、次いで導電性ブロックに対し最小限の障害しか有さないように誘電体層を除去する。誘電体層の誘電体材料が導電性ブロックのものより高い除去閾値を有する場合、次いで溝形成は焦点化されたレーザ・ビームによって導電性ブロックの導電材料の爆発及び排除によって行うことができ、結果として溝パターン領域での導電性材料及びその上の誘電材料の同時除去になる。
Claims (25)
- 導電性ブロックを貫通する第1の開口部及び前記導電性ブロックを貫通する溝パターンである第2の開口部を有する前記導電性ブロックを有し、前記第2の開口部が前記第1の開口部から前記導電性ブロックの表面まで横断し、
前記第1の開口部が非導電性材料からなる固体プラグを含む、電極。 - 前記電極が電解加工プロセスによって加工品上に溝パターンを形成するように構成されている、請求項1に記載の電極。
- 前記導電性ブロックの前記表面が25ミクロン又はそれより小さなフィーチャ幅を有する溝を有する溝パターンを有している、請求項1に記載の電極。
- 前記導電性ブロックの前記表面が12ミクロン又はそれより小さなフィーチャ幅を有する溝を有する溝パターンを有している、請求項1に記載の電極。
- 前記第1の開口部及び前記第2の開口部が誘電体材料を全く含まない、請求項1に記載の電極。
- 前記電極がアーク放電を全く伴わない実質的にゼロ加工隙間で加工品に溝パターンを形成するように構成されている、請求項1に記載の電極。
- 前記電極がカウンタ・プレート電極、スリーブ・ジャーナル電極又は円錐軸受電極である、請求項1に記載の電極。
- 前記導電性ブロックの前記表面が、溝及び溝間に平坦又は形状化された非平坦ランドを有する溝パターンを有している、請求項1に記載の電極。
- 誘電体層の部分を除去するためにナノセコンド又はそれより小さなパルス時間を有するレーザ又は集束されたエネルギ・ビームによって、導電性ブロック上の前記誘電体層内に溝パターンを形成するステップを有する、電極を製造する方法。
- 前記誘電体層が前記導電性ブロックの導電性材料の除去閾値より低い除去閾値を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記レーザ除去が前記導電性ブロックの前記導電性材料の除去を実質的に全く伴わずに行われる、請求項10に記載の方法。
- 前記誘電体層が前記導電性ブロックの導電性材料の除去閾値より高い除去閾値を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記レーザ除去が、前記導電性ブロックの前記導電性材料の破裂及び排除によって行われ、結果として前記導電性材料及び前記溝パターン領域の上にある前記誘電体層の誘電体材料の同時的な除去になる、請求項12に記載の方法。
- 前記誘電体層を形成するようにモノマーを重合させるステップをさらに有し、前記モノマーが光活性モノマーである、請求項9に記載の方法。
- 前記レーザ又は焦点化されたエネルギ・ビームが絶縁材料を活性化させ、絶縁離隔部を作り出すように前記絶縁材料を前記電極の導電性部分の上に又はそれを覆って広げさせる、請求項9に記載の方法。
- 導電性ブロックの部分の除去によって前記導電性ブロックの表面上に溝パターンを形成させるステップと、前記溝パターン内に誘電体材料を形成させるステップとを有する、電極を製造する方法。
- 前記溝が20ミクロン又はそれより小さなフィーチャ幅を有する、請求項16に記載の方法。
- 前記溝パターン内の前記誘電体材料又は溝の間の非平坦ランドのいずれかが曲がった表面を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記溝パターン内に金属を堆積させるステップをさらに有する、請求項9に記載の方法。
- 前記除去が100ピコセコンドより短いパルス時間を有するレーザによるものである、請求項9に記載の方法。
- 前記除去が1ピコセコンドから1フェムトセコンドの間のパルス時間を有するレーザによるものである、請求項9に記載の方法。
- 流体軸受用の溝を有する溝パターンを有し、前記溝パターンが100ミクロンより小さなピッチを有し、且つ前記溝が実質的に垂直な壁を有し、
前記実質的に垂直な壁が凸状のランドを有する電極によって形成される、加工品。 - 前記溝パターンが10ミクロン又はそれより小さなフィーチャ幅を有する、請求項22に記載の加工品。
- 前記溝パターンが5ミクロン又はそれより小さな隙間のところで20ミクロン又はそれより小さなフィーチャ幅を有する、請求項22に記載の加工品。
- 前記加工品がカウンタ・プレート、スリーブ・ジャーナル又は円錐軸受である、請求項22に記載の加工品。
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