(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトリソグラフィ法を利用して、シリンダーブロックのシリンダーボア面のような摩擦曲面状の内周面上に微細な形状の凹部を形成する装置及びその方法の提供。【解決手段】曲面状の内周面を洗浄する手段と、洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する手段と、前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる手段と、前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する手段と、露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする手段と、現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする手段と、曲面状の内周面に残留するフォトレジストを分離除去する剥離手段と、を含むことを特徴とする、曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。【選択図】図３ａ
2015021185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の内周面を洗浄する手段と、
洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する手段と、
前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる手段と、
前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する手段と、
露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする手段と、
現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする手段と、
曲面状の内周面に残留するフォトレジストを分離除去する剥離手段と、を含むことを特徴とする、曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２】
前記洗浄する手段は、脱脂液又は溶剤を曲面状の内周面上に噴霧するか接触させる湿式噴霧装置又は湿式循環装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項３】
前記洗浄する手段は、前記内周面を洗浄するブラシ、又は超音波洗浄手段をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項４】
前記フォトレジスト層を形成する手段は、
前記曲面状の内周面に沿って所定の速度で昇降移動しながら感光物質を塗布する塗布カップと、
前記塗布カップに液状の感光物質を定量供給する定量注入手段と、
前記塗布カップを昇降駆動する駆動手段と、
前記塗布カップを前記駆動手段に連結する延長手段と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項５】
前記塗布カップはその全部又は一部の材質がポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂又はテフロン樹脂で構成され、その外径が感光物質を塗布する曲面の内径より少し大きく、その中心部が縁より上下に突出した形状で構成されることを特徴とする、請求項４に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、エアアクチュエータシリンダー、電動アクチュエータシリンダー又はサーボモータであることを特徴とする、請求項５に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項７】
前記定量注入手段は、マイクロポンプ又はシリンジポンプであることを特徴とする、請求項５に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項８】
前記駆動手段に前記定量注入手段が連結されていることを特徴とする、請求項５に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項９】
前記曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置は、複数の塗布カップ、 複数の定量注入手段、及び複数の駆動手段及び延長手段が並列に連結され、多数個の曲面状の内周面上に感光物質を塗布するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１０】
フォトマスクを密着させる前記手段が、前記フォトレジスト層とフォトマスクとの間に液状パラフィンとイソパラフィンから選択される１種以上の密着液を塗布する手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１１】
フォトマスク密着させる前記手段は、感光物質が塗布されてフォトマスクが挿入された曲面状の内周面を密閉し、真空圧を加える手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１２】
前記真空圧を加える手段は、曲面状の内周面の上部と下部を密閉し、上部又は下部のいずれか一方の側又は両側に形成された真空孔を介して、曲面の内周面の内部の空気を排出して真空圧を加える手段であることを特徴とする、請求項１１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１３】
前記露光する手段は、
曲面状の内周面の中に挿入される発光手段と、
前記発光手段の内部又は外部に設置される光源ランプと、
前記発光手段を曲面状の内周面の中に入れてから出すために発光手段を昇降させる昇降手段と、
前記光源ランプを昇降手段に連結する延長手段と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１４】
前記露光する手段は、
前記光源ランプから発生する光を遮蔽するシャッターと、
前記光源ランプから発生した熱を除去する冷却装置と、
前記光源ランプから発生した光の漏洩を防止する反射板と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１５】
前記露光する手段は、曲面状の内周面上に一定の真空圧を加えた状態で露光を実施し、露光が終了した後、真空を解除する真空露光装置であることを特徴とする、請求項１３に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１６】
前記真空露光装置は、
上部蓋と、
下部密閉器具と、
前記上部密閉器具と前記下部密閉器具のうちいずれか一方の側又は両側に形成された真空孔と、
前記真空孔から空気を排出する真空ポンプ又は真空エジェクタと、を含み、
前記発光手段が前記上部密閉器具又は前記下部密閉器具のうちいずれか一つに一体化されていることを特徴とする、請求項１５に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１７】
前記発光手段、延長手段、及び昇降手段は並列に複数個が構成され多数個の曲面状の内周面を同時に露光するように構成されることを特徴とする、請求項１３乃至請求項１６のうちいずれか一項に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１８】
光源ランプは一つのみを使用することを特徴とする、請求項１７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項１９】
現像手段、エッチング手段及び剥離手段は、湿式噴霧装置又は湿式循環装置であることを特徴とする、請求項１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２０】
前記湿式噴霧装置は、
薬液が曲面状の内周面以外の部分に接触しないように上部蓋と下部支え及びシーリング手段を具備し、
前記上部蓋に連結された固定式薬液供給管と、
前記固定式薬液供給管に薬液を供給する薬液供給口と、
モータの回転をギアを介して伝達して回転可能に構成され、曲面状の内周面の表面に薬液を接触させるための噴霧用ノズルが取り付けられた回転式薬液供給管と、
前記固定式薬液供給管と回転式薬液供給管を連結する配管連結部と、
処理済みの薬液を排出させる薬液排出口と、を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２１】
前記固定式薬液供給管が多数に分岐され、その個数だけ配管連結部及びギアが連結された回転式薬液供給管が多数設置され、前記回転式薬液供給管がそれぞれのモータを利用して回転されるか、一つのモータを使用するが多数個のギアの組み合わせで回転力を伝達するように構成されて多数の曲面状の内周面上に対して同時に薬液を噴霧するように構成されることを特徴とする、請求項２０に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２２】
前記回転式薬液供給管に取り付けられたノズルの上下間隔をＰとし、ノズルの端から曲面状の内周面の表面までの間隔をｄ、適用噴霧圧力でのノズルの噴射角度をθとする際、ノズル間の間隔ｐはｄ×ｔａｎ（θ／２）よりは大きく、２ｄ×ｔａｎ（θ／２）よりは小さいことを特徴とする、請求項２１に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２３】
前記湿式噴霧装置は、前記上部蓋と下部支えが多数個の曲面状の内周面を同時に処理するように複数に設置され、前記薬液供給口と薬液排出口は曲面状の内周面の数と同じく複数形成されることを特徴とする、請求項２0に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２４】
前記湿式循環装置は、
薬液が曲面状の内周面以外の部分に接触しないように上部密閉器具と下部密閉器具及びシーリング手段を具備し、
曲面状の内周面の中に挿入される電極棒であって、電極棒を負極にし曲面状の内周面を正極にして曲面の内周面を電解エッチングするための、電極棒と、
電解液を連続的に供給するための薬液供給口と、
電解液を連続的に排出するための薬液排出口と、を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２５】
前記電極棒は円筒状であり、材質はステンレス、チタン、銀、プラチナ及び金のうちから選択されるもので構成されることを特徴とする、請求項２４に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２６】
前記上部密閉器具と下部密閉器具は、多数個の曲面状の内周面を同時に処理するように複数に設置されるかその大きさを延長し、前記電極棒及び薬液供給口と薬液排出口は、曲面状の内周面の数と同じく複数形成されることを特徴とする、請求項２４に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置。
【請求項２７】
曲面状の内周面を洗浄する工程と、
洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる工程と、
前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する工程と、
露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする工程と、
現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする工程と、
曲面状の内周面に残留するフォトレジスト層を分離除去する剥離工程と、を含むことを特徴とする曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項２８】
前記フォトレジスト層を形成する工程は、
洗浄された曲面状の内周面の中に塗布カップを挿入する工程と、
挿入された塗布カップを曲面状の内周面の上側の端部分に位置させる工程と、
塗布カップに液状の感光物質を供給する工程と、
塗布カップが設定された速度で下降しながら曲面状の内周面に感光物質を塗布する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項２９】
前記フォトレジスト層が形成された曲面状の内周面と凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる工程において、曲面状の内周面にフォトマスクを円柱状に巻いて挿入し、内周面とフォトマスクとの間に液状パラフィンとイソパラフィンから選択される一つ以上の密着液を塗布する工程を含むことを特徴とする、請求項２７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３０】
前記露光する工程は、曲面状の内周面の中に発光手段を挿入した後、光源ランプを点灯して所定時間の間露光し、光源ランプを消灯してから発光手段を排出する工程であることを特徴とする、請求項２９に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３１】
露光する工程において、光源ランプを点灯し続けたままシャッターを閉じ、曲面状の内周面の中に発光手段を挿入した後、シャッターを開放して露光を始め、所定時間が経過した後シャッターを閉鎖してから発光手段を除去することを特徴とする、請求項３０に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３２】
請求項２１乃至請求項２２の露光は、曲面状の内周面に一定の真空圧を加えた状態で露光を実施し、露光が終了した後真空を解除することを特徴とする曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３３】
前記電解エッチング工程では、電解液として塩化ナトリウム、塩化カリウムのような各種塩類の水溶液、酢酸、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸、ホウフッ酸、オキサル酸、アスコルブ酸、クエン酸、シアン酸及びそれらの金属塩の水溶液の中から一つ以上を選択して使用することを特徴とする、請求項２７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３４】
前記方法が電解エッチング工程で電解液にＥＤＴＡ、チオウレア、チオシアネート及び界面活性剤で構成される郡から選択される１種以上の添加剤を追加してエッチングを実施することを特徴とする、請求項２７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【請求項３５】
前記剥離工程において、薬液は剥離液に加えてベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールのようなアゾール系化合物を付加して金属面の酸化を防止することを特徴とする、請求項２７に記載の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置及びその方法に関するものであり、より詳しくは、内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボア面、シリンダーライナーの内部、圧縮機のシリンダーの内部、コネクティングロッドのビックエンド、ビックエンドベアリング、ロッカーアームの軸挿入孔などのような曲面状の内周面上にフォトリソグラフィ法を適用して微細な形状の凹部を形成する装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の圧縮機と内燃機関は、シリンダーライナー又はシリンダーボアの内部で行われるピストン往復動運動と、ピストンと連結されたコネクティングロッドを介したクランク軸の回転運動とを組み合わせて構成される機関である。このような圧縮機又は内燃機関ではピストンリングとシリンダーボア面およびピストンリングシリンダーライナーとの間、コネクティングロッドとクランク軸との間、又はロッカーアームの軸挿入孔とその内部のロッカーアームシャフトとの間で相当な摩擦が発生して磨耗が生じるため、このような摩擦、磨耗を減らすための多様な技術が開発されている。
【０００３】
このような摩擦を低減するためにシリンダーボアおよびシリンダーライナー、ピストンリング、ピストンスカート、コネクティングロッドのビックエンド、ビックエンドベアリングの表面に対して多様な表面処理又は改質を行う技術が開発されている。一例として、摩擦表面に内部に潤滑油が含まれる凹部を設置して摩擦表面に油膜を形成することで、潤滑性能を改善し摩擦及び磨耗を減少させて耐久性を向上させる技術が試みられている。
【０００４】
摩擦表面に凹部を形成する方法としては多様な方法が知られているが、例えば、特許文献１は超硬度又は熱処理した加工工具を利用して切削する方法によって凹部を形成する方法を提案しており、特許文献２又は特許文献３のようにレーザをシリンダーボア面に直接照射して凹部を形成する方法などが知られている。
【０００５】
前記方法のうち機械的加工法やレーザを利用した方法には、共通的に形成すべき凹部の数に比例して加工時間が増加するという問題があり、実際の適用に当たってはエンジンブロックの場合、ピストンの上死点近くにのみ制限的に凹部を形成する実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】大韓民国登録実用新案第２０−０４０９６９５号
【特許文献２】日本特許公開第２００６−２５５８１３号
【特許文献３】日本特許公開第２００８−１４４９３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題点を解消するためのものであり、本発明の目的は、フォトリソグラフィ法を利用して摩擦曲面状の内周面上に、設計形状通りに優れた再現性で微細形状の凹部を形成する装置及びその方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、複数のシリンダーボアを有するシリンダーブロックのように複数個の曲面を有する内周面に微細形状の凹部を形成する装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するための本発明の一つの態様は、
曲面状の内周面を洗浄する手段と、
洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する手段と、
前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる手段と、
前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する手段と、
露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする手段と、
現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする手段と、
曲面状の内周面に残留するフォトレジスト層を分離除去する剥離手段と、を含むことを特徴とする曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置に関するものである。
【００１０】
前記のような目的を達成するための本発明の他の態様は、
曲面状の内周面を洗浄する工程と、
洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる工程と、
前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する工程と、
露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする工程と、
現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする工程と、
曲面状の内周面に残留するフォトレジスト層を分離除去する剥離工程と、を含むことを特徴とする曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法に関するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による前記凹部の形成方法及びその装置によると、シリンダーライナーおよびシリンダーブロックのシリンダーボア面又はその他の多様な曲面状の内周面上に、潤滑油を保持可能な微細形状の凹部を設計形状通りに均一に、そして優れた再現性で形成することができる。また、そのような方法および装置を利用して微細形状の凹部を形成した曲面状の内周面を有する摩擦曲面を含むもの、即ち、シリンダーライナーとシリンダーブロックのシリンダーボア、コネクティングロッドのビックエンド又はビックエンドベアリング、ロッカーアームシャフトの挿入孔などの内周面における潤滑油の保持性が高まり、潤滑特性が改善され、摩擦及び磨耗を減少させて内燃機関又は圧縮機の効率及び耐久性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明によると複数のシリンダーボアを含むシリンダーブロックのような複数個の曲面を有するものに対して全ての曲面状の内周面に所望の形状の凹部をたった１回の連続的な工程で同時に形成することができるため、多くの時間とコストを節約し製品の価格競争力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】シリンダーブロックの斜視図である。
【図１ｂ】図１ａのシリンダーブロックを反転させた斜視図である。
【図１ｃ】図１ａのシリンダーブロックの切断面図である。
【図２ａ】湿式シリンダーライナーの断面図である。
【図２ｂ】湿式シリンダーライナー（ミッドストップ）の断面図である。
【図２ｃ】乾式シリンダーライナーの断面図である。
【図２ｄ】コネクティングロッドの斜視図である。
【図２ｅ】ロッカーアームの断面図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態による凹部形成装置のフォトレジスト層の形成手段を説明するための概略斜視図である。
【図３ｂ】前記フォトレジスト層の形成手段による感光性物質の塗布工程を説明するための模式図である。
【図３ｃ】本発明の一実施形態による凹部形成装置のフォトレジスト層の形成手段の塗布カップ装置を示す概略斜視図である。
【図３ｄ】本発明の一実施形態による凹部形成装置のフォトレジスト層の形成手段の塗布カップ装置を示す概略斜視図である。
【図４ａ】本発明の一実施形態による凹部形成装置の露光手段による露光工程を説明するための模式図である。
【図４ｂ】本発明の一実施形態による凹部形成装置による露光工程を説明するための模式図である。
【図４ｃ】本発明の一実施形態による凹部形成装置の露光手段による露光工程を説明するための模式図である。
【図４ｄ】本発明の一実施形態による凹部形成装置の露光手段による露光工程を説明するための模式図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態による露光手段を説明する図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態による露光手段を説明する図である。
【図５ｃ】本発明の一実施形態による露光手段を説明する図である。
【図５ｄ】本発明の一実施形態による露光手段を説明する図である。
【図５ｅ】本発明の一実施形態による露光手段を説明する図である。
【図６ａ】本発明の一実施形態による湿式噴霧装置を説明する図である。
【図６ｂ】本発明の一実施形態による湿式噴霧装置を説明する図である。
【図６ｃ】本発明の一実施形態による湿式噴霧装置を説明する図である。
【図７ａ】本発明の一実施形態による湿式循環装置を説明する図である。
【図７ｂ】本発明の一実施形態による湿式循環装置を説明する図である。
【図７ｃ】本発明の一実施形態による湿式循環装置を説明する図である。
【図７ｄ】本発明の一実施形態による湿式循環装置を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態による凹部の形成方法を説明するための模式図である。
【図９ａ】本発明によって凹部が形成された曲面の顕微鏡写真である。
【図９ｂ】実施例で形成された凹部の仕様を説明する模式図である。
【図９ｃ】実施例で使用されたトルクセンサのブロック図である。
【図１０ａ】本発明の装置によって表面に凹部が形成されたシリンダーライナーの摩擦トルクの測定結果を示す表である。
【図１０ｂ】本発明の装置によって表面に凹部が形成されたシリンダーライナーのＲＰＭ別摩擦トルクを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態についてより詳しく説明する。本発明を説明するに当たって、関連する公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳しい説明を省略する。
【００１５】
本明細書に使用される“微細形状”という用語は、文脈に明確に指示がない限り、凹部の直径が約１０μｍ−約１０ｍｍの大きさを持つことを意味する。 以下の説明では、曲面状の内周面の例として主にシリンダーブロックを例であげて説明する。
【００１６】
本発明の一実施例の凹部形成装置は、図１ａ乃至図１ｃに示したシリンダーブロック、図２ａ乃至図２ｃに示したシリンダーライナー、図２ｄのコネクティングロッド、又は図２ｅに示したロッカーアームの軸挿入孔のように円柱状と類似した曲面を有するものの内周面にフォトリソグラフィ法で微細形状の凹部を設計通りに優れた再現性で形成する装置に関するものである。
【００１７】
本発明の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置は、曲面状の内周面を洗浄する手段と、洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する手段と、前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる手段と、 前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する手段と、露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする手段と、現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする手段と、曲面状の内周面に残留するフォトレジスト層を分離除去する剥離手段と、が順番に連結されて構成されるシステムである。
【００１８】
本発明における微細形状の凹部はシリンダーブロックのシリンダーボア、シリンダーライナーの内周面、コネクティングロッドのビックエンド、ロッカーアームの軸挿入孔のような曲面状の内周面１００に設置するものであって、その表面は前の工程の加工工程乃至移送工程に由来するほこり、金属の欠片、切削油及び防錆油などで汚染されている。金属の表面に感光物質（フォトレジスト造成物）を均一に塗布するためには、金属表面の清浄が非常に重要であるため、洗浄手段によって洗浄すべきである。汚染物質は、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ脱脂剤、酸性脱脂剤などの公知の脱脂液から、金属の種類、汚染の程度に応じて一つ以上の方法を選定し、シリンダーブロック、シリンダーライナー、コネクティングロッドおよびロッカーアームの全体又はシリンダーボアなど曲面状の内周面１００の表面に、上記のような薬液を沈積させるか噴霧する方式で曲面状の内周面１００を洗浄する。シリンダーボアなど曲面状の内周面１００にのみ薬液を接触させようとする場合には、図６乃至図７に示したような湿式噴霧装置又は湿式循環装置を使用してもよい。一方、洗浄の際に内周面の汚染成分の一つである油脂の鹸化された成分が金属表面に残存する恐れがあるため、前記洗浄手段はブラシ又は超音波洗浄手段のような補助的な機械的手段をさらに含んでもよい。洗浄手段によって洗浄が完了した対象物の曲面状の内周面１００は、次の工程である感光性フォトレジスト塗布工程の前に熱風装置やその他の手段で完全に乾燥されるべきである。
【００１９】
図３ａは本発明の一実施形態による凹部形成装置のフォトレジスト層の形成手段の概略斜視図であり、図３ｂは前記フォトレジスト層の形成手段による感光性物質の塗布工程を説明するための模式図である。
【００２０】
本発明において、フォトレジスト層の形成手段は曲面状の内周面に沿って所定の速度で昇降移動しながら感光物質を塗布する塗布カップ１０１と、前記塗布カップに液状の感光物質を定量供給する定量注入手段１０６と、前記塗布カップを昇降駆動する駆動手段１０６と、前記塗布カップを前記駆動手段に連結する延長手段１０３と、を含む。
【００２１】
図３ａを参照すると、フォトレジスト層を形成する際にはまず洗浄、乾燥された対象物の曲面状の内周面の中に塗布カップ１０１が挿入され、曲面状の内周面の上側の端部分に位置する。塗布カップ１０１は、例えば皿のような形状を有するものであって塗布カップの外径は円筒の内径より一定程度大きく製作するが、その材質は柔軟性、弾性、復元力を有する材質で製作して円筒の内部に挿入する際に変形されて曲面状の内周面に密着するようになる。図３ｂを参照すると、円筒の内部に挿入された塗布カップ１０１には液状の感光物質（フォトレジスト造成物）１０２が供給され、供給が完了すると塗布カップ１０１は設定された速度で下降してシリンダーボアの内周面に感光物質が塗布される。
【００２２】
塗布カップ１０１は上述した機械的物性の外にも感光性フォトレジストと接触する部分であるため、フォトレジストの一成分であるアルコール、ケトンなどによって溶解、変形されない耐溶剤性を有するべきである。このような物性を満たす材質としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、シリコーン樹脂、テプロン樹脂などがある。塗布カップ１０１全体を前記の素材で製作してもよいが、場合によっては曲面状の内周面と直接接触する一定部分のみを前記素材で製作してもよい。
【００２３】
そして、塗布カップ１０１はシリンダーボアやシリンダーライナーのような円筒状物質の内部を沿って昇降するため、塗布カップの上部又は下部にはエアアクチュエータシリンダーや電動アクチュエータシリンダー、サーボモータなどのような塗布カップ１０１を昇降させる機械的駆動手段１０６が連結される。塗布カップ１０１は延長手段１０３を介して駆動手段に連結される。
【００２４】
図３ｃは本発明の一実施形態であって、昇降手段が塗布カップ１０１の上部側に延長されている塗布カップが本発明の一実施例である湿式シリンダーライナーの内部に位置している形態を示す斜視図である。
【００２５】
また、本発明の塗布カップはフォトレジストを塗布すべき対象物が複数個である場合、即ち、例えば多数個のシリンダーボアを有するシリンダーブロックの場合や、又は多数個のシリンダーライナー、コネクティングロッド、ロッカーアームなどの曲面状の内周面を同時に又は順次に塗布しようとする場合、多数個の塗布カップを使用する方式で構成されてもよい。図３ａは本発明の一実施形態であって、昇降手段が塗布カップ１０１の下部側に延長されている多数個の塗布カップが本発明の一実施例である４−シリンダーのシリンダーブロックの内部に位置している形態を示す斜視図である。
【００２６】
このような複数の曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する装置は多数の塗布カップ、定量注入手段、駆動手段及び延長手段が並列に連結され、多数個の曲面状の内周面上に感光物質を一括して一気に塗布するように構成される。
【００２７】
微細形状の凹部を曲面状 (例えば, 円筒状)の内周面に設計通りに優れた再現性で形成することを目的とする本発明を具現するためには、フォトレジスト層の厚さを一定に塗布することが重要である。シリンダーボアやシリンダーライナーのような曲面の内周面上に塗布されたフォトレジスト層の厚さが部位によって異なるか対象物によって差がある場合、薄く塗布されたところの凹部は設計より大きく、厚く塗布されたところの凹部は設計より小さく形成される。
【００２８】
本発明では、円筒状の物体の曲面状の内周面１００に塗布される感光性フォトレジスト層の厚さは主に、使用する液状フォトレジストの粘度及び塗布カップの昇降移送速度、副次的には塗布カップに入っている液状フォトレジストの量に応じて異なる。即ち、液状フォトレジストの粘度が高いほど塗布されたフォトレジストの膜が厚くなり、移送速度が遅いほどフォトレジスト層の厚さが厚くなり、塗布カップに入っている液状フォトレジストの量が多いほど塗布されたフォトレジスト層の厚さが薄くなる傾向がある。よって、このような工程変数を適切に調節する必要がある。液状フォトレジストの粘度は、公知の粘度計を使用して周期的又は連続的にモニタリング及び調整されるべきであり、塗布カップの下降速度は、エアアクチュエータシリンダーや電動アクチュエータシリンダー、サーボモータなどを使用しながら精密レギュレータ、ＲＰＭゲージなどで移送速度を調節すべきである。
【００２９】
一方、定量注入手段１０５は、塗布カップに供給される液状フォトレジストの量を調節するための手段であり、マイクロポンプ又はシリンジポンプであってもよく、このような定量注入手段１０５によって毎回一定量が供給され、供給された液状フォトレジストを塗布カップ内に均一に分配する。そのために図３ｄに示したように、塗布カップの中心部１０４は曲面状の内周面と接触する塗布カップの縁より上に突出するように構成してもよい。図３ａは本発明の一実施形態であって、本発明の一実施例である４−シリンダーのシリンダーブロックの内部に、その中心部１０４が突出する塗布カップが位置しており、その上部に液状フォトレジストの定量注入手段１０５が構成された形態を示す斜視図である。
【００３０】
感光性フォトレジストの塗布が完了した後、フォトレジストの種類に応じて必要な場合、熱風やその他の加熱手段を利用してフォトレジスト層を乾燥させるか硬化させる。
【００３１】
次に、シリンダーブロックのボア面やシリンダーライナーのような円筒状物体の曲面状の内周面１００に、形成しようとする凹部の形状１１１が印刷されたフォトマスク１１０を円柱状に巻いて入れるか、凹部の形状に対応する形状に穿孔されたフォトマスクを、円柱状に巻いて曲面状の内周面１００に挿入する。図４ａは本発明の一実施形態であって本発明の一実施例である湿式シリンダーライナーの内部にフィルム状のフォトマスクを挿入する形態を示す斜視図であり、図４ｂ乃至図４ｄは本発明の他の実施形態であって本発明の一実施例である４−シリンダーのシリンダーブロックのシリンダーボアの内部に、フィルム状のフォトマスクを挿入する形態を示す斜視図である。
【００３２】
フィルム状のフォトマスクの種類は、塗布された感光性フォトレジストの種類に応じて異なる。フォトレジストが光を受けて硬化するネガティブ方式である場合、透明なフィルムに、形成しようとする凹部が黒く印刷された形であり、既に熱によって硬化されたフォトレジストの高分子間の結合が光によって緩くなるポジティブ方式である場合、形成しようとする凹部を透明にし残りの部位を黒く印刷して光がフィルムの透明な部分のみを通過するようにするか、凹部の形状に対応する形状に穿孔されたフォトマスクを適用して穿孔された部位にのみ光が通過するようにすべきである。
【００３３】
フィルム状のフォトマスクと内周面との間に気泡などの存在によってフォトマスクと内周面間で密着が行われず、フォトマスクとフォトレジスト表面間に間隔がある場合、光の散乱によってその部位には後に凹部が設計通りに形成されにくいため、挿入されたフォトマスクと感光性フォトレジストが塗布された内周面間の密着が十分に行われるべきである。
【００３４】
本発明におけるフォマスクの密着手段は、前記フォトレジスト層とフォトマスクとの間に液状パラフィンとイソパラフィンのうちから選択される一種以上の密着液を塗布する手段を含む。液状パラフィン又はイソパラフィンは、フォトマスクとフォトレジスト層を密着させるほど粘性がありながらも金属表面はもちろん感光性フォトレジスト層、フォトマスクを損傷せず、光透過性に優れた後工程である露光工程を妨げるか露光時間を遅延させすぎず、次の工程のために洗浄が容易で、あえて洗浄しなくても後工程に無害な液体である。よって、シリンダーボア又はシリンダーライナーのような円筒状対象物の内周面にそのような液体を塗布した後、フォトマスクを挿入する。
【００３５】
前記フォトマスク密着手段は、感光物質が塗布されてフォトマスクが挿入管の曲面状の内周面を密閉し真空圧を加える手段をさらに含む。凹部の形状が印刷されたフォトマスクなどをシリンダーボア１０又はシリンダーライナーのような曲面状の内周面に挿入した後、上端真空ブロック１１４及び下端真空ブロック４１によってその上端と下端を密閉し、この密閉器具の上端又は下端に設置した真空孔４０ａを介して内部空間に入っていた空気を吸入排出して内部空間に真空圧を加え、フォトマスクと曲面状の内周面間の空気を完全に排出し、フォトマスクと曲面状の内周面との間が密着されるようにする。ここで、真空を形成するために真空ポンプや真空エジェクタなどを利用してもよい。一方、このように円筒状の対象物の内部を真空にすることは、露光工程の間にも維持されることが好ましく、機構的には露光装置と一体に構成することが好ましいが、それについては後述する。
【００３６】
本発明では、ＰＥＴフィルムなどのフォトマスクとフォトレジストが塗布された内周面との間の空気を排出してマスクと内周面間の密着を増進するための一手段として、２つの方法のうち一つの方法を選択するか２つの方法を並行して使用してもよい。
【００３７】
本発明における露光手段は曲面状の内周面の中に挿入される発光手段１２０と、前記発光手段の内部又は外部に設置される光源ランプ１３０と、 前記発光手段を曲面状の内周面の中に入れてから出すために発光手段を昇降する昇降手段１２６と、前記光源ランプを前記昇降手段に連結する延長手段１３３と、を含む。曲面状の内周面上にフォトマスクフィルムなどを密着させた後、露光工程を行うために図５ａに示したような発光手段１２０を曲面状の内周面の中に挿入して感光性フォトレジスト層を露光する。
【００３８】
発光手段１２０は石英、ガラス、アクリル、ポリメタアクリレート、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネートのうちから選択された透明な材質にするが、曲面状の内周面全体に光エネルギーを均一に照射可能な位置と形状にする。位置は曲面状の内周面の中心に位置することが好ましく、形状は円筒状であることが好ましい。また、発光手段１２０は適切な昇降手段と延長可能な構造にし、曲面状の内周面の中に挿入、排出可能に形成する。昇降手段としては、上述した塗布カップを昇降させるのに使用した方式と類似した方式、即ち、例えばエアアクチュエータシリンダーや電動アクチュエータシリンダー、サーボモータなどを使用してもよい。
【００３９】
また、本発明における前記露光手段は曲面状の内周面上に一定の真空圧を加えた状態で露光を実施し、露光が終了した後真空を解除する真空露光装置であってもよい。このような真空露光装置は、真空を利用してフォトマスクと内周面間の密着を向上させる場合には、図５ａに示したように、上部及び下部に密閉器具１２１，１２２を配置し、上端又は下端に設置した真空孔１２４を介して内部空間に入っていた空気を吸入排出して内部を真空に維持する。この場合、内周面に塗布された感光性フォトレジストに光を照射する前に真空を加えてフォトマスク−内周面間を密着させた後、光を照射する。このように露光工程でも一定の真空状態を維持することが好ましいが、これは内部圧力に変動があるとそれによってフォトマスクの揺れ、変位が発生するためである。
【００４０】
図５ｂは、本発明の一実施例である湿式シリンダーライナーの内部に発光手段を挿入する形態を示す斜視図である。下部密閉器具１２２にはそれに直接接触する部位のライナーの下端部に当たって気密を維持する密閉用シーリング１２３が装着されており、もう一つの密閉用シーリング１２３は発光手段１２０の下端部に当たって下部側を気密にする。本実施例において、上部密閉器具１２１は発光手段１２０と一体化した状態で発光手段が昇降手段１２６によって下降し、シリンダーライナーの内部に挿入される際にシリンダーライナーの上端部分と上部密閉器具内の密閉用シーリングが接触してシリンダーライナーの内部が外部と遮断密閉される。
【００４１】
本発明では、上端に設置された真空孔１２４を介してシリンダーライナーの内部に真空が加えられる。一定の真空圧が維持される中、発光手段を介して光が加えられてフォトマスクを通過し、シリンダーライナーの内周面に塗布されていた感光性フォトレジスト層に光が照射されるとフォトレジスト層内の高分子の物性に変化が生じて、次の工程である現像工程に進む準備が整えられる。
【００４２】
露光手段は感光性フォトレジスト層に加えられる光の量を適切に調節すべきである。例えば、ネガティブフォトレジストの場合、露光量が多いとフォトレジストの効果が進行しすぎ、露光量が足りないとフォトレジストが硬化されないため、両方とも現像工程がうまく進行しなくなる。一般的に使用する感光性フォトレジストごとの適切な露光量がｍＪ単位に提供される。そして、光源の出力はワット（Ｗａｔｔ）単位に適用されるため、単位面積のフォトレジスト層に加えられる仕事の量は、光源の出力を光源が照射される全体面積で微分し、時間で積分する。即ち、光源の出力が一定で、光源が照射される面積が同じであると、時間の調整によって露光量を調節することができる。これは、言い換えると、光源の出力が一定でなければ、時間の調整だけでは露光量を調節することができないということを意味する。
【００４３】
一方、発光手段１２０はその中に直接光源ランプを設置してもよく、外部に光源を設置して鏡、レンズ、プリズム、光ファイバー、導光棒などを利用して発光手段として光を誘導してもよい。光源ランプは採択した感光性フォトレジストの種類に合わせて選定するが、ＵＶランプが好ましい。一般にＵＶランプからは高熱が発生するため、発生した熱を除去するための冷却装置を具備する必要があり、ＵＶ光の漏洩及び損失を防止するために反射板（ミラー）を設置する必要がある。反射板としてはステンレスやアルミニウムのような一般的なミラーを採択して使用してもよいが、ＵＶのみを反射し可視光線と赤外線を通過させるコールドミラーを採択することが好ましい。
【００４４】
また、発光手段１２０内に光源である光源ランプが位置する場合、光源ランプと発光手段との間又は発光手段の外部に、光を遮断するシャッター１３２を装置して光の漏洩を防止する必要がある。光源ランプが外部に設置されて発光手段まで鏡やその他の導光手段によって光が誘導される場合には、ランプと導光手段との間又は発光手段１２０の内部又は外部に光を遮断するシャッター１３２を装置して光の漏洩を防止する必要がある。発光手段を挿入した後、光源ランプを点灯して露光し、ランプを消灯してから発光手段を排出する場合のようにシャッターが必要でない場合もあるが、光源ランプが点灯されたまま発光手段を挿入及び排出する際には、シャッターを配置して光の漏洩による危険を防止した方が良い。
【００４５】
図５ｃは本発明の一実施形態であって、４−シリンダーのシリンダーブロックのシリンダーボアの内部に発光手段を挿入する形態を示す斜視図である。本発明において前記発光手段１２０、延長手段１２５、昇降手段１２６は並列に複数個が構成され、多数個の曲面状の内周面を同時に露光可能に構成される。この場合、光源ランプは一つのみを共同に使用してもよい。
【００４６】
シリンダーブロックの各シリンダーボアには感光性フォトレジストが塗布されており、その内部に凹部の形状が印刷されたフォトマスク１１０が位置する。その上部には密閉器具１２１が位置し、シリンダーブロックの下部には発光手段１２０を含む光源器具が位置し、この光源器具がシリンダーブロックと接触する部分は弾性を有する素材で製作してこの部分が下部密閉器具１２２として機能するようにする。図５ｄのようにシリンダーブロックと上部の密閉器具及び下部の光源装置が結合すると、各シリンダーボア内部の空間は外部と密閉され、上部密閉器具又は下部密閉器具に設置された真空孔（図示せず）を介してシリンダーボア内の空気を排出してシリンダーボア内を真空状態にする。次に、発光手段１２０を介して光をシリンダーボア面に照射し、感光性フォトレジストを光に露出させる。
【００４７】
次に、前記実施形態に適用した光源器具について説明する。図５ｅのように光源器具の内部には光源ランプ１３０が設置されており、光源ランプの外部の一方の側面には反射鏡１３１が設置されて光源ランプ１３０から四方に放たれる光を一方向に送って光効率を高める。光源器具の外部には発光手段１２０が位置し、この発光手段が本発明の実施例の一つであるシリンダーブロックのシリンダーボア又はシリンダーライナーの内部に挿入される。光源ランプ１３０と発光手段１２０との間にシャッター１３２を装置した。シャッター１３２の一方には駆動装置（図示せず）と連結可能な延長手段１３３が設置されて光を通過又は遮断する。図５ｅにおけるシャッター１３２は、位置上アタッチングシャッター、レンズシャッター、フォカルプレーンシャッター、そして方法上ギロチンシャッター、ローラーブラインドシャッター、セクタシャッター、回転シャッターなどを適用してもよい。
【００４８】
感光性フォトレジストに要求される適正な露光時間が経過した後、光源ランプ１３０を消灯するか或いはシャッター１３２を閉め、曲面状の内周面の内部の真空状態を解除してから密閉手段と発光手段との結合を解除する。印刷されたフィルムや穿孔されたマスク状のフォトマスク１１０は、曲面状の内周面の外に除去する。
【００４９】
本発明で露光後の現像、エッチング、剥離などの工程は各工程に要求される機能を行う化学物質の水溶液を利用して進められるため、以下では説明の便宜上湿式工程と通称する。本発明でエッチングは電解エッチング手段によって行われる。
【００５０】
本発明では現像手段、エッチング手段及び剥離手段は湿式工程のために湿式噴霧装置又は湿式循環装置で構成される。図６ａ−ｂは、薬液供給管を回転させる方式の湿式噴霧装置を示す図である。図６ａ−ｂに示したように、前記湿式噴霧装置は薬液が曲面状の内周面以外の部分に接触しないように上部蓋１４２と下部支え１４５及びシーリング手段１４３を具備し、前記上部蓋１４２に連結された固定式薬液供給管１４０−１と、 前記固定式薬液供給管に薬液を供給する薬液供給口（図示せず）と、モータの回転をギアを介して伝達して回転可能に構成され、曲面状の内周面１００の表面に薬液を接触させるための噴霧用ノズル１４１が取り付けられた回転式薬液供給管１４０−２と、前記固定式薬液供給管１４０−１と回転式薬液供給管１４０−２を連結する配管連結部１４６と、処理済みの薬液を排出する薬液排出口（図示せず）と、を含む。
【００５１】
曲面状の内周面１００の内部に薬液供給管１４０が挿入される方式で構成されているが、薬液供給管の側面には薬液噴射用のノズル１４１が設置される。薬液が噴霧される間、薬液が溢れるなどで内周面以外の部分に流れる事を防ぐために、下部支え１４５と上部蓋１４２とで薬液が他の部分に流れることを防ぐ。気密のために上部蓋１４２には密閉用シーリング１４３で液が器具物の隙間に流れることを防止し、図示していないが下部支え１４５にも対象物と接触する部位には密閉用シーリングを設置することが好ましい。
【００５２】
このような湿式噴霧装置の薬液供給管１４０は、まずポンプと連結されている固定式薬液供給管１４０−１、曲面状の内周面の中で回転する回転式薬液供給管１４０−２及びその２本の配管を連結する配管連結部１４６で構成される。液の漏洩を防止するために、固定部の薬液供給管の末端には２つ以上のシーリング１４８が設置される。回転式薬液供給管１４０−２にはギア１４７が取り付けられているが、このギアはＰＲＭ調節機能を付加したモータと連結された回転軸１４９と結合されたギアと噛み合って回転されるようになるため、回転式薬液供給管１４０−２が回転される。図示していないが、このような方式を利用して多数個のギアを組み合わせることで、多数個の薬液供給管を回転させることができ、シリンダーボアが多数個形成されているシリンダーブロックに対して、又は多数個のシリンダーライナーに対して、一度に作業しようとする際にはこのような方式を適用してもよい。
【００５３】
各ノズル１４１は、図６ｃに示したようにノズル１４１の端から曲面状の内周面の表面までの間隔をｄ、適用噴霧圧力でのノズルの噴射角度をθとする際、ノズル間の間隔ｐはｄ×ｔａｎ（θ／２）であることが好ましく、必要に応じて間隔ｐを広げる際にも２ｄ×ｔａｎ（θ／２）を超えてはならない。
【００５４】
一方、例えばシリンダーブロックの場合、次第に小型化・軽量化される傾向及び小型のエンジンなどを考慮すると、シリンダーボアの直径が小さくて前記薬液噴射用ノズル１４１が結合された薬液供給管１４０を曲面状の内周面の中に挿入することが不可能であるか好ましくない場合を想定することができる。このような場合、本発明者らによって発明された湿式循環装置を利用することができる。図７ａに示したように、延長手段１５１が取り付けられて図示していない機械的手段によって昇降可能な上部密閉器具１５０が対象物の上部に下降し、密閉用シーリング１５２と対象物を密着させ、同じく密閉用シーリング１５２が取り付けられた下部密閉器具１５３が対象物の下部で密着されて曲面状の内周面を外部と遮断した後、 下部密閉器具１５３内に設置された薬液供給口１５４を介して各工程に必要な薬液を注入し、曲面状の内周面１００に薬液を注入して残りの液は薬液排出口１５５を介して回収することができる。
【００５５】
図７ｂは本発明の一実施形態であって、本発明の一実施例である４−シリンダーのシリンダーブロックのシリンダーボアの内部に湿式工程に必要な薬液を供給し排出する形態の湿式循環装置を示す斜視図である。薬液供給口１５４と薬液排出口155はその個数と位置を変えてもよい。
【００５６】
次に、各湿式工程について詳しく説明する。露光工程まで完了した後、曲面状の内周面に対しては現像工程を行う。感光性フォトレジストの種類に応じて、ネガティブフォトレジストでは、露光工程で露光部位は硬化され、非露光部位は硬化されていない状態であり、ポジティブフォトレジストでは、露光工程で熱などの方法で予め硬化されていて、光を受けていない部位は硬化されたまま、光を受けた部位は更に未硬化状態に変わる。
【００５７】
現像工程ではフォトレジスト層から硬化されていない部位のみを溶かし、曲面状の内周面上でフォトレジストが溶解された部分の金属表面を露出させる。現像工程とは炭酸ナトリウムや炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのうちから一つ以上を選択して、それを０．１〜１％の水溶液として溶解した後、その溶液を露光が完了した感光性フォトレジスト層と接触させることをいい、図６ａに示したように、湿式噴霧装置を利用して噴射するか、図７ａ乃至図７ｂに示したように、湿式循環装置を利用して接触させてもよい。噴霧する場合は、噴霧圧力と噴霧時間、循環させて接触させる場合には循環速度と接触時間、そして共通的に薬液の温度と濃度に応じて未硬化のフォトレジストの溶解量が異なるため、微細形状の凹部を曲面状の内周面に設計通りに優れた再現性で形成しようとする本発明の目的を達成するためには、前記のようなパラメータを管理しなければならない。
【００５８】
所定時間が経過した後、薬液供給を中断し完全に薬液を排出してから水を噴霧又は供給する方式で曲面状の内周面の表面に残った薬液を洗浄、除去する。一方、現像液と接触して残ったフォトレジスト層は、その種類に応じて膨潤する程度が異なり金属表面との密着力に差が出るため、必要な場合熱風、高温などの方法で硬化させる場合がある。
【００５９】
現像工程まで完了した対象物に対してはエッチング工程を行う。エッチング工程では、現像工程を介して露出した金属面に腐食性液体を接触させることで、該当部位の金属が液体の中に溶解して凹部を形成する。この際、酢酸、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸、ホウフッ酸、オキサル酸、アスコルブ酸、クエン酸、シアン酸などのような腐食性物質から金属の種類と感光性フォトレジストの種類にふさわしいものを一つ以上選択し、それを水やアルコールで溶解、希釈して使用する。図６ａに示したように、湿式噴霧装置を利用して噴射するか、図７ａ乃至図７ｂで示したように湿式循環装置を利用して接触させてもよい。形成される凹部の深さは、図６ａのように噴霧する場合は噴霧圧力と噴霧時間、図７ａのように接触させる場合には循環速度と接触時間、そして共通的に薬液の温度と濃度に応じて金属の溶解速度が異なるため、微細形状の凹部を曲面状の内周面に設計通りに優れた再現性で形成しようとする本発明の目的を達成するためには、前記のようなパラメータを管理しなければならない。
【００６０】
金属の腐食過程で金属の表面に金属酸化物が生じ、それらが液中に溶解されてその下層にある金属が腐食液に露出して更に腐食される不織工程のメカニズムでは、単に薬液を接触させるか噴霧するだけでは必要な深さの凹部を形成するのに多くの時間がかかる。よって、本発明ではそのような問題を解消するために、図７ｃのように 上部密閉器具１５０と下部密閉器具１５３で曲面状の内周面を気密し、 上部密閉器具１５０を介して電極棒１５６を曲面状の内周面の中に挿入する。上部密閉器具１５０と下部密閉器具１５３には電極棒ホルダー１５８を形成して電極棒１５６が曲面状の内周面の中央に位置して固定されるようにし、対象物に電流を流すように他の電極１５７を付加する。薬液供給口１５４を介して金属電解に必要な薬液を注入した後、電極棒１５６は負極に、他の電極１５７は正極にして電流を流すと、正極である曲面状の内周面の金属表面は金属イオンになって液中に溶解される電解エッチング反応が行われる。
【００６１】
もちろんフォトレジスト層によって保護されない部分のみ溶解されるため、このように溶解される部分に凹部が形成されるのである。電解エッチングに利用可能な電解液としては、塩化ナトリウム、塩化カリウムのような各種塩類の水溶液はもちろん、上述した酢酸、硫酸、硝酸、塩酸、フッ酸、ホウフッ酸、オキサル酸、アスコルブ酸、クエン酸、シアン酸などの金属塩の水溶液のうちから一つ以上を使用してもよい。また、金属イオンの溶解力を高めるために、ＥＤＴＡ、チオウレア、チオシアネートのように金属イオンと錯化合物を形成可能な物質を添加して使用してもよく、液の浸透を助けるために界面活性剤を添加して使用してもよい。
【００６２】
電解エッチングが進められると電解液中の金属イオンの濃度が高まるため、連続的に使用した電解液を排出し新しい電解液を供給する方式で各シリンダーボア内で液の循環が行われるようにする。図７ｃ及び図７ｄでは、電解液の供給と排出を全て下部で行う方法を示したが、供給、排出配管の位置と数量は異なり得る。電解エッチングの速度を増加させるためには、電極棒又は対象物に超音波振動子を連結して振動を加えることで、電解エッチングの速度を増加させることができる。
【００６３】
曲面状の内周面全体にあまねく電流を流すためには、曲面の内周面の中央に位置する電極棒１５６は、電極棒の表面で曲面状の内周面の表面までの距離が全体的に同じであるように円筒状に構成されるべきであり、材質はステンレス、チタン、銀、プラチナ、金など、電解液に不溶性である物質を使用することが好ましい。
【００６４】
図７ｄは、本発明の一実施例である４−シリンダーのシリンダーブロックのような多数個のシリンダーボアの内部に一度に又は順次に電極棒を挿入し、薬液を注入、排出可能で、シリンダー全体を負極にし各シリンダーボア内に挿入された電極棒を正極にして、多数個のシリンダーボアに対して同時に電解エッチングを実施する形態を示す斜視図である。各シリンダーボア内に挿入された電極棒１５６は、電極棒用バスバー１５６−１と連結されて同時に通電され、他の電極用バスバー１５７−１を設置してシリンダーブロック全体が通電されるようにした。 上部密閉器具１５０と下部密閉器具１５３は、４つのシリンダーボア全てもカバーするように一体に構成されており、上部密閉器具１５０及び下部密閉器具１５３に形成された電極棒ホルダー１５８は、電極棒が各シリンダーボアの真ん中に位置するようにした。
【００６５】
電解エッチング法を適用する場合、その速度は、電流の密度、電極棒と曲面状の内周面間との距離、電解液の温度、電解液の濃度、電解液中の金属イオンの濃度、電解液の循環速度などに応じて異なり、超音波を並行して使用する場合にはその振動数に応じて異なるため、微細形状の凹部を曲面状の内周面に設計通りに優れた再現性で形成しようとする本発明の目的を達成するためには、前記のようなパラメータを管理しなければならない。
【００６６】
所定時間が経過した後、薬液供給を中断して電解エッチング方法を適用した場合、薬液の供給と電流の供給を中断しても完全に薬液を排出してから水を噴霧又は供給する方式で、曲面状の内周面の表面に残った薬液を洗浄、除去する。
【００６７】
エッチング工程が完了した対象物に対しては剥離工程を行う。剥離工程は、以前のエッチング工程を介して凹部を形成した後、曲面状の内周面の表面に残った感光性フォトレジスト層を曲面状の内周面から除去する工程である。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、エチレンジアミンなどのようなアルカリ性物質の水溶液から選択された一つ以上の薬液を感光性フォトレジスト層に接触させると、感光性フォトレジスト層内の高分子間の結合が壊れるか、感光性フォトレジスト層と曲面状の内周面の金属間の接着が弱くなって感光性フォトレジスト層は曲面状の内周面の金属面から離脱するようになる。また、他に剥離工程に適用可能なものとしては、アセトン、イソプロピルアルコールなどの溶剤がある。これは文字通り感光性フォトレジストを溶解させるものであるが、フォトレジストと金属面の接着部位に形成された有機金属層は除去が難しい場合があるため、その使用に注意を要する。
【００６８】
また、剥離工程に使用される薬液は金属面全体に作用し、金属面を酸化させる恐れがあるため、そのような酸化を防止するためにベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールなどのようなアゾール系化合物を付加して使用してもよく、曲面状の内周面の金属と感光性フォトレジスト層との間への浸透を容易にするために、界面活性剤を添加して使用してもよい。
【００６９】
薬液は図６ａに示したように湿式噴霧装置を利用して噴霧するか、図７ａ乃至図７ｂに示したように湿式循環装置を利用して接触させてもよく、噴霧する場合は噴霧圧力と噴霧時間、循環させて接触させる場合には循環速度と接触時間、そして共通的に薬液の温度と濃度に応じて異なるため、微細形状の凹部を曲面状の内周面に設計通りに優れた再現性で形成しようとする本発明の目的を達成するためには、前記のようなパラメータを管理しなければならない。
【００７０】
所定時間が経過した後、薬液を完全に排出して水を噴霧又は循環させることで残りの薬液を洗浄、除去した後は、曲面状の内周面の上に残っている水分を完全に除去する。ワイパーやエアブローワー、熱風などを利用して曲面状の内周面を乾燥させた後、更に図６ａに示したように湿式噴霧装置を利用して噴射するか図７ａ乃至図７ｂに示したように湿式循環装置を利用して防錆液を接触させ、次の工程まで移送、保管される間に曲面状の内周面が酸化腐食することを防止する。
【００７１】
本発明の他の実施例は、曲面状の内周面上に微細形状の凹部を形成する方法に関するものである。本発明によって凹部を形成する場合、曲面状の内周面を洗浄する工程と、洗浄された前記曲面状の内周面に感光物質を塗布してフォトレジスト層を形成する工程と、前記フォトレジスト層に凹部の形状が印刷されたか穿孔されたフォトマスクを密着させる工程と、前記フォトマスクを用い、前記フォトレジスト層を露光する工程と、露光された前記フォトレジスト層を現像して前記凹部の設計形状通りにパターニングする工程と、現像によって露出した曲面状の内周面を選択的にエッチングする工程と、曲面状の内周面に残留するフォトレジスト層を分離除去する剥離工程と、を順番に実施する。
【００７２】
図８は、このような本発明の微細形状の凹部の形成方法を説明するための模式図である。図８を参照すると、きれいに洗浄された曲面状の内周面の上に感光性フォトレジストを塗布する。形成しようとする凹部の形状に相応して印刷又は穿孔されたフォトマスク１１０を感光性フォトレジスト層102の上に密着させたまま露光工程を進めると、感光性フォトレジスト層102のうち硬化されない部分102-1が生じ、それを現像工程の薬液と接触させると硬化されていないフォトレジスト部分が溶解して曲面状の内周面の金属が露出される。この部分に腐食液を接触させると、露出した金属が溶解して凹部が形成される。曲面状の内周面上に残留するフォトレジスト層を剥離工程を介して除去した後、洗浄、乾燥、防錆処理を経ると、本発明が形成しようとする微細形状の凹部２００が曲面状の内周面上に形成される。各工程の細部事項は上述した通りである。
【００７３】
図９ａは、本発明が提示した方法及びその装置を介して実際に鋳鉄製シリンダーライナーの内周面上に凹部を形成した一つの実施例である。円状の凹部の直径はそれぞれ１００μｍであった。
【００７４】
前記実施例のシリンダーライナー又はシリンダーボアの内周面に凹部を設置することの効果を試してみた。起亜自動車のＪＴエンジン用シリンダーライナー上に図９ｂのような円状の凹部を形成する。凹部の半径Ｒは全て５０にし、凹部の中心間距離Ｐ（Ｐｉｔｃｈ）をそれぞれ２００，３００，４００マイクロメートルにし、各条件ごとに凹部の深さを１０，２０，３０マイクロメートルとして変化を与えながら製作した。以後、図９ｃに示したように、一方の側には単動エンジンを製作し、そのエンジンのクランク軸の末端に電動機を連結し、その中間にベアリングとトルクセンサを取り付け、電動機が回転すると単動エンジンのシリンダーライナーとピストンリング間の摩擦によって発生する摩擦トルクをトルクセンサを介して測定し、図１０ａに表で示した。本発明の装置によって表面に凹部が形成されたシリンダーライナーのＲＰＭ別摩擦トルクを図１０ｂにグラフで示した 。
【００７５】
図１０ａ及び図１０ｂを参照すると、本発明の装置によって表面に潤滑油を保持可能な凹部が形成されたシリンダーライナーの場合には、凹部のない一般的なシリンダーライナーに比べて、全ての場合において摩擦トルクが減少する結果が得られた。特に、オイルポレット間のピッチが小さく、凹部の深さが深いほど摩擦トルクの低減効果はなお優れていた。このような摩擦低減効果は、微細な大きさ及び深さで形成された凹部の内部に潤滑油が含まれ、ピストンリングとシリンダーボア又はピストンリングとライナー表面間の油膜が更に厚く形成されて潤滑特性が改善されたと理解される。
【００７６】
これまで本発明の好ましい実施形態を挙げて本発明を詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態に限らず、本発明の技術的思想の範囲内で本発明の属する技術的範囲の当業者によって多様な変形が可能であるということは自明である。例えば、本発明の実施形態では、最も一般的なシリンダーライナー及び４−シリンダーのシリンダーブロックを例に挙げて説明したが、本発明はそれに限らず、単シリンダー、２−シリンダー、６−シリンダー、８−シリンダーなどに多様に適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１００：内周面             
１０１：塗布カップ
１０２：フォトレジスト層   
１０２−１：フォトレジストの硬化部分
１０２−２：フォトレジストの未硬化部分
１０３：延長手段           
１０４：塗布カップの中心部
１１０：フォトマスク
１１１：凹部の形状の例示   
１２０：発光手段
１２１：上部密閉器具      
１２２：下部密閉器具
１２３：密閉用シーリング   
１２４：真空孔
１２５：延長手段           
１２６：昇降手段
１３０：光源ランプ         
１３１：反射鏡
１３２：シャッター         
１３３：延長手段
１４０：薬液供給管
１４０−１：固定式薬液供給管
１４０−２：回転式薬液供給管
１４１：噴霧ノズル         
１４２：上部蓋
１４３：シーリング部      
１４５：下部支え
１４６：配管連結部         
１４７：ギア
１４８：シーリング部      
１４９：回転軸
１５０：上部密閉器具      
１５１：延長手段
１５２：密閉用シーリング   
１５３：下部密閉器具
１５４：薬液供給口         
１５５：薬液排出口
１５６：電極棒             
１５６−１：電極棒バスバー
１５７：電極               
１５７−１：電極バスバー
１５８：電極棒ホルダー     
２００：凹部
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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