JPH1171687A - 微細特徴部形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空洞物体の内側表面に少なくとも一つの
微細特徴部を形成する。 【解決手段】 シリンダライナの内側表面は、ホーニン
グ部１２で所望の粗さまでホーン加工されるとシリンダ
ライナは被覆部１５で感光性材料を被覆される。感光性
被覆が自然又は強制乾燥又はベーキングにより安定する
と、シリンダライナは、感光性材料が感応する波長のレ
ーザ光で被覆を露光する露光部１６に位置決めされる。
露光後、現像部１７で感光性被覆を現像する。軟化した
フォトレジスト材料は、微細特徴部を形成すべき位置に
対応する被覆の開口部を残して化学的に除去される。被
覆の露光部分が全て除去されると、シリンダライナは、
塩化第二鉄等のエッチング物質の浴槽内であるエッチン
グ部１８に移動する。エッチング作用は、エッチング物
質の浴槽内から対象物であるシリンダライナを除去して
停止する。最後にシリンダライナの内側表面から残留感
光性材料を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空洞物体の内側表
面に、谷部又は凹部等の少なくとも一つの微細特徴部を
形成する方法に関する。特に、しかし、排他的ではな
く、本発明は、ピストンが動作するシリンダライナの内
側表面内に潤滑油の保持用の微細特徴部を形成する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダライナの内側表面は、機
械的ホーニング工具により特定の粗さまで研削され、使
用時にオイルを保持する谷部としての微細特徴部を形成
する。

【０００３】最も一般的には、かかる微細特徴部は、複
数のダイヤモンド、或いは、他の切削要素を有する機械
的工具により形成されるが、該機械的工具は、ライナの
空洞部内で回転してホーン加工された内側表面内に特徴
部を切削する。しかしながら、かかるダイヤモンド切削
工具は、一穿孔作業当たりは高価ではないが、該ダイヤ
モンド切削工具は通常多重軸の周りを移動可能で高価な
機械ヘッドに取り付けられる必要がある。また、かかる
機械的技術の場合、ホーン加工された内側表面内に形成
される特徴部の分布及び深さに対する制御は極めて限定
されており、ライナの最も摩耗し易い部分がより摩耗の
少ない部分よりも一層潤滑しうるように必要に応じてラ
イナに沿って微細特徴部の性質に変化をつけるには不便
である。

【０００４】例えば英国特許出願第２２７８５６３号に
開示された別の提案は、ライナのホーン加工された内側
表面内に所定のパターンの特徴部を切削すべく操作され
るレーザ光線の使用を含んでいる。しかしながら、望ま
しくない高出力のレーザ光線が要求され、そのような光
線を便利に操作しうる範囲が限られている。また、かか
る特徴部の切削方法を用いる場合、ライナの金属は実質
的に溶融して微細特徴部を形成し、硬質カーバイドの微
細ばり及び部分が特徴部の縁部及び/又は基部に形成さ
れる。これは、所望の量の潤滑油を保持する特徴部の効
率を阻害するため望ましくない。緩く取り付けられた硬
質カーバイドはエンジンを損傷する可能性のある研磨粒
子を形成するので、潤滑溝の縁部での材料の堆積を、レ
ーザの「構造形成」段階後に別の機械的ホーニング段階
により除去しなくてはならない。

【０００５】例えば、米国特許第２９６８５５５号に
は、化学的エッチングにより微細特徴部を形成すること
が提案されている。シリンダライナの内側表面は、マス
クを通して露光される感光性材料で被覆され、次にこの
感光性被覆を現像して露光部分を除去し、開口部を残
す。エッチング物質は、開口部を介してシリンダライナ
の内側表面をエッチングするために付与される。

【発明が解決しようとする課題】

【０００６】上記の化学的エッチングによる方法は、微
細特徴部の深さの厳密な制御が可能であるが、ライナの
空洞部にマスクを挿入し、ライナの被覆された内側表面
にマスクを当てる必要があるという問題がある。マスク
を螺旋状にして所定の位置に置いた場合、マスクの縁部
を接合しライナに沿って連続性を維持することは困難で
あり、予め選定されたパターンの微細特徴部を一貫して
獲得することも困難である。

【０００７】本発明は、ライナの空洞部において微細特
徴部の構造を低出力レーザ光線により直接感光性材料上
に書き込むことにより、感光性材料の露光に際し空洞部
内にマスクを挿入する必要をなくし、予め選定されたパ
ターンの微細特徴部を一貫して獲得することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、空洞物体の内側表面に少なくとも一つの微細特徴部
を形成する方法であって、前記内側表面の少なくとも一
部に感光性材料を被覆する工程と、前記感光性材料上に
光を導き該感光性材料の選定された部分を露光する工程
と、選定され露光された露光部又は感光性材料の未露光
部を除去して被覆の開口部を残す工程と、エッチング物
質を付与し前記開口部を介して内側表面をエッチングす
ることにより前記内側表面内に微細特徴部を形成する工
程とを備え、前記感光性材料上に導かれる光が平行光線
から成り、且つ、露光時には光線及び内側表面が相対的
に移動して露光すべき感光性被覆の選定された部分に光
線が入射するようにしたことを特徴とする方法が提供さ
れる。

【０００９】このようにして、本発明に係る方法を利用
することにより、例えばシリンダライナの内側表面内に
一つ又はパターンの微細特徴部を一貫して提供すること
ができる。露光時の光線と内側表面との間の相対移動を
制御することにより、被覆内の所望の位置に、且つ、所
望のパターンで開口部を設けてもよい。従って、被覆時
に形成した微細特徴部（又は特徴部）の構造を正確に制
御することができる。微細特徴部の構造は、光線により
直接感光性材料上に書き込まれるので、感光性材料の露
光に際し、空洞部内にマスクを挿入する必要はない。

【００１０】好ましくは、平行光線は感光性被覆が感応
する波長のレーザ光であるが、レーザを利用した上述の
従来技術の方法と異なり、光線を提供するために用いら
れるレーザは低出力のものでよい。

【００１１】適当な感光性材料に付き、低出力レーザ光
線により、感光性被覆の選定された部分を除去してもよ
い。しかしながら、好ましくは、露光に続き、感光性被
覆の性質に応じて、例えば処理薬剤の浴槽内に対象物を
浸漬することにより被覆を化学的に処理し、被覆の露光
部又は被覆の未露光部を除去するようにしてもよい。な
お、感光性被覆は、後工程で現像により化学的に除去し
得るように、特定の波長の光に露光すると変化するもの
でよい。また、被覆材料は、特定の波長の光に露光する
と変化して、感光性材料の未露光部を除去するために使
用しうる薬剤として不活性化するものでもよい。

【００１２】レーザ光線等の光は、例えば少なくとも一
つを空洞部内に配置した一つ以上のミラーを用いて、内
側表面に対し、好適に操作することができる。更に、こ
のようにして、露光時に内側表面を横切る所定の経路に
従うように平行光線を方向づけることにより、露光部又
は感光性材料の未露光部を除去する際に所定のパターン
の開口部を感光性材料に形成することができ、エッチン
グ時に所定のパターンの微細特徴部を内側表面内に形成
することができる。

【００１３】必要に応じて、内側表面の他の領域と比較
して、内側表面の一領域上でより高密度の、或いは、異
なるパターンの微細特徴部が形成されるように、微細特
徴部のパターンを変化させてもよい。

【００１４】このような、特にシリンダライナにおいて
は、シリンダライナ内のピストンの往復運動の方向が反
転するに伴いピストンリングが反転する位置に、より高
密度又は異なる構造の微細特徴部を設けて当該部分の潤
滑をより高めることができる。

【００１５】本発明の方法は、従来のホーニング技術と
組み合わせて実施してもよい。これにより、内側表面の
被覆に先立ち、内側表面を例えば頂部−谷部最大高さで
２μｍ以下、好ましくは約１μｍの粗さにホーン加工す
ることができる。

【００１６】感光性材料の被覆は、所望の手段により空
洞物体の内側表面に付与してもよい。しかしながら、最
も好適であるのは、感光性材料の浴槽内に対象物を浸漬
することにより、内側表面を被覆することである。

【００１７】エッチング物質は、所定の時間の経過後空
洞物体を除去するエッチング物質の浴槽内に対象物を浸
漬することにより付与し、更に、所定の時間の経過後洗
い流すことにより除去又は中和し、以て対象物の内側表
面内に形成される微細特徴部（又は特徴部）の深さを制
御してもよい。

【００１８】かくして、本発明の実施後にホーニング段
階を追加する必要はない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を説明する。図１は本発明の実施形態における方法の各
工程を示す概略図、図２は本発明の実施形態における方
法の一段階を示す拡大模式図、図３は本発明に係る方法
により微細特徴部を形成したシリンダライナの一部の内
側表面についての拡大模式図である。図面を参照する
と、空洞物体は、本実施形態において、シリンダライナ
１０を備えている。該シリンダライナ１０は、円筒状で
あり、円筒状の内側表面１１を有する。

【００２０】本実施形態の方法は、オイルを保持するた
めの少なくとも一つの微細特徴部を内側表面１１に備え
ている。図３では、微細特徴部Ｐ１及びＰ２の例は、微
細谷部又は溝部のパターンを備えて図示されている。使
用に際して、微細特徴部Ｐ１及びＰ２は、シリンダライ
ナ１０の空洞部Ｈ内でピストンが往復運動するとき、オ
イル等の潤滑油を保持する。

【００２１】予備工程において、シリンダライナ１０の
内側表面１１は、ダイヤモンド切削ヘッド等を有する従
来の機械的ホーニング工具を用いたホーニング部１２
で、ホーン加工される。好ましくは、内側表面１１は、
頂部−谷部高さで好ましくは最大約１μｍ〜２μｍの粗
さまでホーン加工されるので、切削ヘッドに使用される
ダイヤモンド等の研磨粒子は、それ自体微視的である。

【００２２】内側表面１１が所望の粗さまでホーン加工
されると、シリンダライナ１０は、被覆部１５で、感光
性材料を被覆される。かかる被覆は、シリンダライナ１
０を感光性材料の浴槽内に浸漬することにより、好適に
行うこともできる。本実施形態では、感光性材料は、ポ
リイソプレン等のポリマー粒子の懸濁を含む溶媒から成
るフォトレジスト材料である。市販のかかるフォトレジ
スト材料は、狭帯域の波長内の光の波長に感応するの
で、製造環境における周辺光に対しては感応しないこと
が好ましい。

【００２３】感光性材料は、その後の化学現像工程の間
の露光材料の除去を容易にするような適当な波長の光に
露光されると軟化するポジのフォトレジストであること
が好ましい。被覆は、好ましくは、約２μｍの厚さまで
被覆するが、１〜５μｍの間の任意の厚さまで被覆して
もよい。被覆の厚さの制御は、被覆浴槽内の対象物であ
るシリンダライナ１０の滞留時間及び/又は被覆材料の
粘度を制御することにより行うことができる。

【００２４】感光性被覆が自然又は強制乾燥又はベーキ
ングにより安定すると、シリンダライナ１０は、感光性
材料が感応する波長のレーザ光で被覆を露光する露光部
１６に位置決めされる。

【００２５】露光には図２に示すような低出力レーザ１
４のみが必要とされるが、必要な波長の平行光線を得る
他の手段を利用してもよい。

【００２６】光線Ｂの方向は、一つ以上のミラーＭによ
り操作されるが、そのうちの少なくとも一つをシリンダ
ライナ１０の空洞部Ｈ内に配設してもよい。露光時、光
線Ｂがシリンダライナ１０の被覆の内側表面１１に当た
る際に内側表面１１を横切る所定の経路に従うように、
ミラーＭの移動を制御手段Ｃにより制御してもよい。こ
れにより、感光材料の露光部の所定のパターンを達成す
る。

【００２７】別の構成では、レーザ光線を固定する一方
で部材を制御しながら移動し、レーザ光線が部材の内側
表面を横切る所定の経路に従うようにしてもよい。

【００２８】適当な低出力レーザ１４としては、直径５
〜８μｍに集束する光線を生成する紫外線「ＨｅＣｄ」
があるが、２０〜４０μｍの幅に感光性材料を露光した
い場合は、直径１５〜２５μｍのより大きい光線が使用
される。基本的には、微細特徴部Ｐ１、Ｐ２を構成した
い場合は、各光線によるラインが感光性材料に「書き込
まれる」。

【００２９】光線Ｂの所定の経路は、単一の経路から構
成し、単一の微細ラインが感光性材料内に「書き込まれ
る」ように何度もその所定の経路自体を横切るようにし
てもよい。また、光線Ｂは、複数の個々の微細特徴部Ｐ
１，Ｐ２が形成されるように、連続ではなく例えば間欠
的であってもよい。

【００３０】ミラーＭは、例えば可動アームに取り付
け、制御手段Ｃの制御下で一つ以上の適当なアクチュエ
ータ（図示せず）を介して移動させてもよい。しかしな
がら、別の構成では、光線Ｂとシリンダライナ１０の内
側表面１１、又は、他の空洞物体との間の相対移動は、
別の方法で実現してもよい。例えば、露光時にシリンダ
ライナ１０を回転、横断の少なくともどちらか一方を行
わせることにより、被覆の一つ以上の選択した部分を露
光できるように光線Ｂを内側表面１１に当ててもよい。
勿論、光線Ｂと空洞物体であるシリンダライナ１０の両
方を必要に応じて移動させることもできる。

【００３１】露光後、現像部１７で、感光性被覆を現像
する。軟化したフォトレジスト材料は、微細特徴部Ｐ
１，Ｐ２を形成すべき位置に対応する被覆の開口部を残
して化学的に除去される。現像剤は、高温下に置き、シ
リンダライナ１０を必要に応じて現像剤の浴槽内で前後
左右に動かしてもよい。

【００３２】被覆の露光部分が全て除去されると、シリ
ンダライナ１０は、塩化第二鉄等のエッチング物質の浴
槽内であるエッチング部１８に移動する。なお、現像部
１７における現像工程の間に被覆の露光部が除去される
と、被覆の開口部によりエッチング物質がシリンダライ
ナ１０の内側表面１１をエッチングすることが可能とな
る。

【００３３】エッチング物質の浴槽内におけるシリンダ
ライナ１０の滞留時間は、形成される微細特徴部Ｐ１，
Ｐ２の深さが十分に制御可能となるように、注意深く制
御される。好ましくは、特徴部は、３〜１５μｍの深さ
に形成される。

【００３４】エッチング作用は、エッチング物質の浴槽
内からシリンダライナ１０を除去して、例えば水又は適
当な中和化学薬剤をシリンダライナ１０上に噴霧するこ
とにより停止させることができる。

【００３５】最後に、クリーニング部１９において、例
えば高出力レーザ光線或いはより好ましくはアセトン、
変性アルコール、又は濃縮水酸化物系現像溶液等の溶剤
を用いて、シリンダライナ１０の内側表面１１から残留
感光性材料を除去する。

【００３６】本発明を利用することにより、露光工程で
レーザ等の光線Ｂが被覆上で従う所定の経路を注意深く
制御することにより、空洞物体であるシリンダライナ１
０の内側表面１１に形成される微細特徴部Ｐ１，Ｐ２の
パターンを決定するようにしてもよい。かくして、本発
明によれば、他の微細特徴部形成方法と比較して、シリ
ンダライナ１０の内側表面の一定位置に高密度／高代替
性パターンの微細特徴部を簡単、且つ、直接的に設ける
ことが可能となる。例えば、図３では、所謂「ターンオ
ーバ」位置、即ちシリンダライナ１０内で動作するピス
トンがその往復運動作方向を反転するに伴いピストンリ
ングが反転するシリンダライナ１０の領域である領域Ａ
が示されている。この領域Ａでは、より大きな潤滑が望
まれるので、本発明の方法により、高密度の微細特徴部
Ｐ１を当該位置に好適に設けることができる。

【００３７】ピストンが往復運動するシリンダライナ１
０の領域Ｄ等の他の領域上にかかる高密度微細特徴部を
設けることは、好ましくないエンジン排気等をもたらす
ので、望ましくない。従って、領域Ｄにおいては、微細
特徴部Ｐ２の密度は、領域Ａより小さい。

【００３８】特定の用途に対する微細特徴部の最も有利
なパターンを決定することができ、また、露光工程時に
レーザなどの光線Ｂの経路を制御することにより、微細
特徴部のパターンをエッチング工程時に形成することが
できる。

【００３９】本発明の範囲から逸脱することなく、種々
の微細特徴部のパターンの変形が可能である。

【００４０】上述した例では、感光性材料は浸漬により
付与され、浸漬により現像されており、微細特徴部は浸
漬によりエッチングされているが、別の構成では、これ
らの材料／物質のいずれも例えば噴霧その他の適当な手
段により付与されてもよい。

【００４１】上述した例では、感光性材料は、所定の波
長をもつ光に露光されると軟化する所謂ポジのフォトレ
ジストである。別の例では、現像部１７における現像等
の化学処理工程の際に、露光部１６で露光工程中に未露
光の被覆部分を除去するように、特定の予め選定された
波長の光に露光すると硬化する所謂ネガのフォトレジス
ト材料から被覆を形成してもよい。この場合、レーザ等
の光線Ｂは、微細特徴部の所望の部分に位置的に対応す
る各光線によるラインではなく、微細特徴部の形成が望
まれる位置間の領域であるシリンダライナ１０の内側表
面１１の被覆上に入射させる。

【００４２】適当なエッチング物質として塩化第二鉄を
記載したが、他の適当なエッチング物質を代わりに使用
してもよい。

【００４３】本発明は、円筒形状の内側表面１１を有す
るシリンダライナ１０を含む空洞物体に付き説明した
が、本発明は、任意の空洞物体の内側表面１１，特にし
かし排他的な意味ではなく、金属製の空洞物体において
所定の粗さにホーン加工された内側表面１１に、一つ以
上の微細特徴部を設けることに対して一般に適用可能で
ある。

【００４４】開示された機能を実施する手段、或いは開
示された結果を得るための方法又は工程として特定の態
様で表された上記説明、特許請求の範囲、添付図面に開
示された諸特徴は、好適に、別個に、或いは組み合わせ
て、種々の形態で本発明を実現するために利用可能であ
る。

【発明の効果】本発明によれば、ライナの空洞部におい
て微細特徴部の構造を低出力レーザ光線により直接感光
性材料上に書き込むことにより、感光性材料の露光に際
しライナの空洞部内にマスクを挿入する必要がなく、予
め選定されたパターンの微細特徴部を一貫して獲得する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における方法の各工程を示す
概略図である。

【図２】本発明の実施形態における方法の一段階を示す
拡大模式図である。

【図３】本発明に係る方法により微細特徴部を形成した
シリンダライナの一部の内側表面の拡大模式図である。

【符号の説明】 １０ シリンダライナ １１ 内側表面 １２ ホーニング部 １４ 低出力レーザ １５ 被覆部 １６ 露光部 １７ 現像部 １８ エッチング部 １９ クリーニング部 Ａ，Ｄ 領域 Ｂ 光線 Ｃ 制御手段 Ｈ 空洞部 Ｍ ミラー Ｐ１，Ｐ２ 微細特徴部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・スタンリー・レントール イギリス国 エス41 オーエルエックス ダービシャイアー，チェスターフィール ド，ハスランド，サウスフィールズ・アヴ ェニュー ６ (72)発明者 マーティン・マープレス イギリス国 エス41 ８ビーディー ダー ビシャイアー，チェスターフィールド，ア ッパー・ニューボールド，バーン・クロー ズ 36

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空洞物体（１０）の内側表面（１１）に
   少なくとも一つの微細特徴部を形成する方法であって、 前記内側表面（１１）の少なくとも一部に感光性材料を
   被覆する工程と、 前記感光性材料上に光を導き前記感光性材料が被覆され
   た感光性被覆の選定された部分を露光する工程と、 前記選定され露光された部分又は未露光の感光性被覆を
   除去して被覆の開口部を残す工程と、 前記開口部を介して前記内側表面（１１）をエッチング
   することにより前記内側表面（１１）内に前記微細特徴
   部を形成すべくエッチング物質を付与する工程とを備
   え、 前記感光性材料上に導かれる光が、平行光線から成り、
   並びに、露光すべき前記感光性被覆の選定された部分に
   光線が入射するように露光時には該光線と及び内側表面
   とが相対的に移動することを特徴とする微細特徴部形成
   方法。
2. 【請求項２】 前記平行光線が、前記感光性被覆が感応
   する波長のレーザ光を有することを特徴とする請求項１
   に記載の微細特徴部形成方法。
3. 【請求項３】 前記露光に続いて、被覆を化学的に処理
   し、被覆の露光部又は被覆の未露光部を除去することを
   特徴とする請求項１又は２に記載の微細特徴部形成方
   法。
4. 【請求項４】 前記空洞物体を処理薬剤の浴槽内に浸漬
   することにより、前記被覆を化学的に処理することを特
   徴とする請求項３に記載の微細特徴部形成方法。
5. 【請求項５】 前記露光の間に光線を前記内側表面（１
   １）に対して操作し、当該露光の間に前記内側表面（１
   １）を横切る所定の経路に従うように前記平行光線を方
   向づけることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項
   に記載の微細特徴部形成方法。
6. 【請求項６】 少なくとも一つを当該空洞物体（１０）
   の空洞部内に配置した一つ以上のミラーを用いて前記光
   線を操作することを特徴とする請求項１に記載の微細特
   徴部形成方法。
7. 【請求項７】 前記露光の間、前記空洞物体（１０）の
   内側表面（１１）を平行光線に対して操作し、前記内側
   表面（１１）を横切る所定の経路に従うようにすること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の微細
   特徴部形成方法。
8. 【請求項８】 前記エッチングの間に、前記内側表面
   （１１）に所定のパターンの微細特徴部を設けることを
   特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の微細特
   徴部形成方法。
9. 【請求項９】 前記内側表面（１１）の他の領域と比較
   して当該内側表面（１１）の一領域により高い密度及び
   /又は異なるパターンの微細特徴部を形成するように、
   当該内側表面（１１）上で、微細特徴部のパターンを変
   動させることを特徴とする請求項８に記載の微細特徴部
   形成方法。
10. 【請求項１０】 前記内側表面（１１）の被覆に先立
    ち、当該内側表面（１１）を頂部−谷部の最大粗さで２
    μｍ以内にホーン加工することを特徴とする請求項１〜
    ４のいずれか一項に記載の微細特徴部形成方法。
11. 【請求項１１】 感光性材料の浴槽内に前記空洞物体
    （１０）を浸漬することにより、前記内側表面（１１）
    を被覆することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
    一項に記載の微細特徴部形成方法。
12. 【請求項１２】 所定の期間経過後に被覆物質を除去又
    は中和することにより、前記空洞物体（１０）の前記内
    側表面（１１）内に形成された微細特徴部の深さを制御
    するようにすることを特徴とする請求項１〜１１のいず
    れか一項に記載の微細特徴部形成方法。
13. 【請求項１３】 前記空洞物体（１０）を被覆物質の浴
    槽内に浸漬することにより被覆物質を付与し、所定時間
    経過後、前記空洞物体（１０）を浴槽内から除去し、洗
    い流すことにより被覆物質を除去又は中和することを特
    徴とする請求項１２に記載の微細特徴部形成方法。
14. 【請求項１４】 添付図面を参照して実質的に発明の詳
    細な説明中で説明される少なくとも一つの微細特徴部を
    前記空洞物体（１０）の前記内側表面（１１）に設ける
    微細特徴部形成方法。
15. 【請求項１５】 前記空洞物体（１０）が、金属製のシ
    リンダライナであることを特徴とする請求項１〜１４の
    いずれか一項に記載の微細特徴部形成方法。