CN107000460A - 功能性辊体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种形成磁性图案与非磁性图案相邻的多层结构的功能性辊体及其制造方法。制作一种功能性辊体，其至少包括：辊体主体；具有磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第一材料层所形成的凹部，从而形成有第一凹部图案与第一非凹部图案的第一图案、及由埋设于所述第一凹部图案的磁性材料或非磁性材料的任一者所形成的第一功能性图案的第一功能性图案部；以及在比所述第一凹部图案浅的辊体主***置处，磁性材料的磁性图案和非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部。

Description

功能性辊体及其制造方法
技术领域
本发明涉及由多个磁性材料的磁性图案与非磁性材料的非磁性图案相邻形成的层形成的功能性辊体及其制造方法。
背景技术
一直以来，凹印制版辊作为具有凹部的辊体为人所知。凹印制版辊的一般制造工序如专利文献1的现有技术一栏所记载，即如下程序：搬入-铬剥离-修正研磨/落版研磨-脱脂-水洗-酸洗-水洗-镀硫酸铜-磨石研磨-涂布形成感光膜-通过激光曝光装置影印图像-显影-蚀刻-防蚀层剥离-镀铬-砂纸抛光-搬出。
此外，已从专利文献2中知晓采用DLC作为表面强化覆盖层的凹印制版辊。
此外，专利文献3、专利文献4中记载了有关凹印制版辊的全自动制造***。
另一方面，对于用于各种的装置的辊体，已知有油压、气压式辊体(专利文献5及专利文献6)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本发明专利公开2004-223751
[专利文献2]日本发明专利公开2007-130996
[专利文献3]WO2007/135898
[专利文献4]WO2011/125926
[专利文献5]日本实用新型注册第3088245号
[专利文献6]日本实用新型公开平成5-1063
发明内容
发明要解决的问题
本发明申请人发现可通过在具有凹部的辊体的凹部埋设磁性材料或非磁性材料，制成一种新型功能性辊体，从而实现本发明。
即，本发明的目的在于提供由多个磁性图案与非磁性图案相邻形成的层组成的功能性辊体及其制造方法。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的功能性辊体至少包括辊体主体；具有由磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第一材料层所形成的辊体主体的凹部，从而形成的第一凹部图案与第一非凹部图案所形成的第一图案、及由埋设于所述第一凹部图案的磁性材料或非磁性材料的任一者所形成的第一功能性图案，所述第一材料层由磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案埋设非磁性材料，所述第一材料层由非磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案埋设磁性材料，从而使所述磁性材料的磁性图案和所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第一功能性图案部；以及在比所述第一凹部图案浅的辊体主***置处，具有由磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第二材料层形成的辊体主体的凹部，从而形成的第二凹部图案与第二非凹部图案所形成的第二图案、及由埋设于所述第二凹部图案的磁性材料或非磁性材料的任一者所形成的第二功能性图案，所述第二材料层由磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案埋设非磁性材料，所述第二材料层由非磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案埋设磁性材料，从而使所述磁性材料的磁性图案和所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部。
本发明的功能性辊体是由多层的第一功能性图案部与第二功能图案部形成，只需至少包含第一功能性图案部和第二功能性图案部即可，所以也可进一步设置第三功能性图案部、第四功能性图案部，以形成多层结构。
此外，方便起见，虽称作所述第一材料层和所述第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层的材质也可相同。此外，第一功能性图案与第二功能性图案两者也可皆作成磁性材料或非磁性材料。
优选地，所述第一功能性图案及/或所述第二功能性图案在所述辊体主体的径向和/或轴向呈线状地，交替地形成。
优选地，所述第一功能性图案及所述第二功能性图案线性地形成，所述第一功能性图案与所述第二功能性图案正交地形成而成。
优选地，所述辊体主体的凹部由激光制版制作而成。关于激光制版技术，可应用专利文献1～4中所公开的技术。
优选地，所述磁性图案是从由Fe、Ni、Co所组成的群组中的至少一种磁性材料构成。也可采用这些的合金。
优选地，所述非磁性图案是从由Cu、Al所组成群组中的至少一种非磁性材料构成。也可采用这些的合金。
优选地，所述磁性图案及非磁性图案由金属材料而成，通过金属镀层而形成。
优选地，所述辊体主体的凹部的开口宽度为1μm～1000μm。此外，较优选1μm～50μm，更优选1μm～20μm。
优选地，所述辊体主体的凹部的深度为1μm～1000μm。此外，较优选1μm～50μm，更优选1μm～20μm。
本发明装置，是具备上述功能性辊体的装置。例如，具备本发明功能性辊体的油压缸或气缸、只要为具备该等的工作机械、以及机器人、线性传感器、MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)、航空器、人造卫星等可具备本发明的功能性辊体的装置则皆包含。
优选地，在所述功能性辊体的外周面附近配置磁通检测手段。关于磁通检测手段，例如为制成环状的线圈等。
本发明的功能性辊体的制造方法，是为了制造所述功能性辊体的功能性辊体的制造方法，包括：在辊体主体周面形成由磁性材料或非磁性材料任一者构成的第一材料层的工序；在所述第一材料层的表面涂布防蚀层的工序、及将所述防蚀层激光曝光的工序；形成有第一凹部图案与第一非凹部图案的第一图案的工序；在所述第一图案的凹部，埋设从磁性材料或非磁性材料中的任一者而形成第一功能性图案，从而形成所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第一功能性图案部的工序；在形成了所述第一功能性图案的辊体主体周面形成由磁性材料或非磁性材料任一者构成的第二材料层的工序；在所述第二材料层的表面涂布防蚀层的工序、及将所述防蚀层激光曝光的工序；形成第二凹部图案与第二非凹部图案的第二图案的工序；在所述第二图案的凹部，埋设由磁性材料或非磁性材料中任一者形成的第二功能性图案，从而形成所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部的工序。
优选地，所述第一功能性图案以及/或所述第二功能性图案在所述辊体主体的径向及/或轴向线状地，交替地形成。
优选地，所述第一功能性图案及所述第二功能性图案线状地形成，所述第一功能性图案与所述第二功能性图案正交地形成。
优选地，所述辊体主体的凹部由激光制版制作而成。关于激光制版技术，可应用专利文献1～4中公开的技术。
优选地，所述磁性图案是从由Fe、Ni、Co所组成群组中的至少一种磁性材料构成。也可为采用了这些的合金。
优选地，所述非磁性图案是从由Cu、Al所组成群组中的至少一种非磁性材料构成。也可为采用了这些的合金。
优选地，所述磁性图案及非磁性图案由金属材料而成，进一步包括将所述磁性图案及所述非磁性图案进行所述金属镀层的工序。
优选地，本发明的功能性辊体的制造方法通过全自动激光凹印制版***而进行。关于全自动激光凹印制版***，可应用在专利文献3及4所公开的***。尤其地，设置在专利文献4公开的数个非行走型的工业机器人，所述工业机器人彼此传递母料而依次移送至处理单元，制作处理具有凹部的辊体的***在关于生产效率、防止灰尘产生等的方面尤为适合。
与现有技术相比的技术效果
通过本发明，本发明具有可提供多个磁性图案与非磁性图案相邻形成的层结构的功能性辊体及其制造方法的显著效果。
附图简要说明
图1为展示本发明的功能性辊体的一个实施方式的部分剖面的示意图。
图2为展示本发明的功能性辊体的制造方法的示意图，展示(a)第一图案形成工序、(b)第一功能性图案部的形成工序、(c)形成第二材料层的工序、(d)第二图案的形成工序、(e)第二功能性图案部的形成工序、(f)表面硬化被膜形成工序的主要部分剖面示意图。
图3为展示本发明的功能性辊体的示意图，(a)是第一功能性图案线状地在辊体主体上径向形成，第二功能性图案在辊体主体上轴向形成的示意图，(b)是第二功能性图案线状地在辊体主体上径向形成，第一功能性图案在辊体主体上轴向形成的示意图。
图4是本发明的功能性辊体的外周面附近配置了磁通检测手段的装置的示意图。
图5是按实施例1制作的功能性辊体的轴向放大剖面照片。
实施方式
在下文中说明本发明的实施方式，显然这些实施方式是作为示例示出的，所以只要不脱离本发明的技术思想，则可进行各种变形。另外，相同部件以相同标号表示。
在图1，标号10表示本发明的功能性辊体的一个实施方式。
功能性辊体10至少包括：辊体主体12；在辊体主体12的，磁性材料或非磁性材料的任一者形成的第一材料层所形成的凹部，从而形成有第一凹部图案16与第一非凹部图案18的第一图案20、以及由在所述第一凹部图案16埋设的磁性材料或非磁性材料的任一者形成的第一功能性图案22；所述第一材料层14是磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案16埋设非磁性材料，所述第一材料层14是非磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案16埋设磁性材料，从而形成所述磁性材料的磁性图案与非磁性材料图案相邻形成的第一功能性图案部24；以及具有比辊体主体12的所述第一凹部图案16浅的位置形成的，在辊体主体12的，由磁性材料或非磁性材料任一者构成的第二材料层26形成的凹部，从而形成第二凹部图案28与第二非凹部图案30形成的第二图案32、以及在所述第二凹部图案28埋设的磁性材料或非磁性材料的任一者形成的第二功能性图案34；所述第二材料层26是磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案28埋设非磁性材料，所述第二材料层26是非磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案28埋设磁性材料，从而形成所述磁性材料的磁性图案与非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部36。
制造功能性辊体10时，如在图2明确所示，准备在周面形成由磁性材料或非磁性材料的任一者构成第一材料层14的辊体主体12。
接着，在所述辊体主体12的第一材料层14的表面涂布防蚀层，将所述防蚀层激光曝光，进一步进行蚀刻(腐蚀)等，使得形成凹部，从而形成有第一凹部图案16与第一非凹部图案18的第一图案20(图2(a))。关于在所述辊体主体12的第一材料层14的表面形成凹部的方法，可采用例如专利文献1～4中公开的方法。
接着，在所述形成的第一图案20的凹部，埋设由磁性材料或非磁性材料的任一者形成的第一功能性图案22，从而使所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案以相邻的方式形成第一功能性图案部24(图2(b))。
接着，在形成了第一功能性图案22的辊体主体12的周面形成由磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第二材料层26(图2(c))。
接着，在所述辊体主体12的第二材料层26的表面涂布防蚀层，将所述防蚀层激光曝光，进一步进行蚀刻(腐蚀)等，使得形成凹部，从而形成有第二凹部图案28与第二非凹部图案30的第二图案32(图2(d))。关于在所述辊体主体12的第二材料层26的表面形成凹部的方法，如上所述，可采用例如专利文献1～4中公开的方法。
接着，在所述形成的第二图案32的凹部，埋设由磁性材料或非磁性材料任一者形成的第二功能性图案34，从而使所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案以相邻的方式形成第二功能性图案部36(图2(e))。
如此完成本发明的功能性辊体10。
以图2的实施例而言，例如，所述辊体主体12的第一材料层14是由铜等非磁性材料构成的情况下，在该所述辊体主体12的第一材料层14的表面涂布防蚀层，将所述防蚀层激光曝光，进一步蚀刻铜，从而形成第一凹部图案16。然后，将由镍等磁性材料所成的第一功能性图案22埋设在第一凹部图案16，在凹部埋设的磁性图案与由非磁性材料形成的非凹部图案18相邻。另外，在本发明中，在第一凹部图案16埋设的功能性图案含有由磁性材料形成的图案或由非磁性材料形成的图案的任一者。
同样地，例如，所述辊体主体12的第二材料层26是由铜等非磁性材料构成的情况下，在该所述辊体主体12的第二材料层26的表面涂布防蚀层，将所述防蚀层激光曝光，进一步蚀刻铜，从而形成第二凹部图案28。然后，将由镍等磁性材料所成的第二功能性图案34埋设在第二凹部图案28，在凹部埋设的磁性图案与由非磁性材料形成的非凹部图案相邻。另外，在本发明中，在第二凹部图案28埋设的功能性图案含有由磁性材料形成的图案或由非磁性材料形成的图案的任一者。
此外，如果需要进一步的强度，也可在该功能性辊体10的表面通过铬、DLC等众所周知的表面硬化被膜材料，形成表面硬化被膜38，作成如图2(f)所示的功能性辊体10′。
另外，图示的实施例虽然作为所述辊体主体12的实施例，但示出采用的是实心辊，也可采用空心辊。所述辊体主体12的材质虽然不限，但其周面必需由磁性材料或非磁性材料的任一者构成。
图1的实施例中，如图3(a)所示，示出第一功能性图案22线状地形成于辊体主体12的径向，第二功能性图案34形成于辊体主体12的轴向的例子。
此外，也可如图3(b)所示，作成这样：第二功能性图案34线状地形成于辊体主体12的径向，第一功能性图案22形成于辊体主体12的轴向的功能性辊体40。
接着，图4图示了在本发明的功能性辊体10的外周边附近配置磁通检测手段42的装置的示意图。在图4中，磁通检测手段42示出采用磁通检测线圈为例。由此，例如，在油压缸、气压缸的活塞杆使用本发明的功能性辊体10时，因为能正确地检测出活塞杆的位置，使得可进行正确的位置检测、控制。进一步地，功能性图案的宽度能制作成例如1～1000μm程度的各种宽度，因此也可适用于如MEMS的微细产品。
实施例
虽然以下列举实施例进一步具体说明本发明，但显然这些实施例是作为示例示出的，不应作为限定性的解释。
实施例1
在辊体主体方面，准备圆周600mm、面长1100mm、厚度10mm的铝制空心辊，利用NewFX(新克株式会社公司制的全自动激光制版***)，进行功能性辊体的制造。首先，将作为被处理辊的空心辊装到镀铜槽中，使空心辊完全没入到电镀液中，以30A/dm2、6.0V形成80μm的铜镀层。镀层表面没有出现凸块、坑洞，得到成为第一材料层的均匀的铜镀层。用双头型研磨机(新克株式会社公司制的研磨机)对此铜镀层表面进行研磨，使该铜镀层的表面成为均匀的研磨面。
接着，在所述形成的铜镀层表面涂布(喷注式涂布机)感光膜(热阻：TSER2104E4(新克株式会社制))，进行干燥。所得感光膜的膜厚用膜厚计(FILLMETRICS公司制F20、松下科贸公司(Matsushita Techno Trading)贩卖)进行计算，结果为4μm。接着，将影像进行激光曝光显影。所述激光曝光采用LaserStream FX，在500mJ/cm2的条件下对指定的图案进行曝光。此外，所述显影，使用TLD显影液(新克株式会社公司制显影液)，以显影液稀释比率(原液1∶水7)在24℃进行90秒钟，形成指定的防蚀图案。接着，所述形成的防蚀图案作为蚀刻防护，从而将铜镀层腐蚀。腐蚀液采用氯化铜液，在35℃进行20秒钟喷洒。接着，使用氢氧化钠，以20g/L的稀释比率，在40℃进行180秒钟，进行防蚀图案的防蚀层剥离。
以这种方式，从在第一材料层的表面线状地在轴向形成凹部，从而得到第一凹部图案与第一非凹部图案的具有凹部的辊体。凹部的开口宽度为20μm，深度为4μm。
将得到的具有凹部的辊体装到镀镍槽，使该具有凹部的辊体完全没入到电镀液中，以2A/dm2、6.0V的条件进行20μm的镀镍，从而埋设功能性图案。非凹部图案的表面也实施镍镀，但使用双头型研磨机(新克株式会社制研磨机)研磨，使非凹部图案表面露出。
将所述露出了非凹部图案表面的空心辊装到镀铜槽中，使空心辊完全没入到电镀液中，以30A/dm2、6.0V形成20μm的铜镀层。镀层表面没有出现凸块、坑洞，得到成为第二材料层的均匀的铜镀层。用双头型研磨机(新克株式会社制研磨机)对此铜镀层表面进行研磨，使该铜镀层的表面成为均匀的研磨面。
接着，在所述形成的铜镀层表面涂布(喷注式涂布机)感光膜(热阻：TSER2104 E4(新克株式会社制))，进行干燥。所得感光膜的膜厚用膜厚计(FILLMETRICS公司制F20、松下科贸公司贩卖)进行计算，结果为4μm。接着，将影像进行激光曝光显影。所述激光曝光采用LaserStream FX，在500mJ/cm2的条件下对指定的图案进行曝光。此外，所述显影，使用TLD显影液(新克株式会社制显影液)，以显影液稀释比率(原液1∶水7)，在24℃进行90秒钟，形成指定的防蚀图案。接着，将所述形成的防蚀图案作为蚀刻防护，从而将铜镀层腐蚀。腐蚀液采用氯化铜液，在35℃进行40秒钟喷洒。接着，使用氢氧化钠，以20g/L的稀释比率，在40℃进行180秒钟，进行防蚀图案的防蚀层剥离。
以这种方式，在第二材料层的表面线状地在径向形成凹部，获得形成第二凹部图案与第二非凹部图案的具有凹部的辊体。凹部的开口宽度为20μm，深度为8μm。
将得到的具有凹部的辊体装到镀镍槽，使该具有凹部的辊体完全没入到电镀液中，以2A/dm2、6.0V的条件在凹部图案进行20μm的镀镍，从而埋设功能性图案。在非凹部图案的表面也实施镍镀，但使用双头型研磨机(新克株式会社制研磨机)研磨，使非凹部图案表面露出。进一步地，实施5μm的镀铬，得到功能性辊体。得到的功能性辊体的轴向放大剖面照片在图5示出。
标号说明
10、10′、40：功能性辊体
12：辊体主体
14：第一材料层
16：第一凹部图案
18：第一非凹部图案
20：第一图案
22：第一功能性图案
24：第一功能性图案部
26：第二材料层
28：第二凹部图案
30：第二非凹部图案
32：第二图案
34：第二功能性图案
36：第二功能性图案部
38：表面硬化被膜
42：磁通检测手段

Claims (19)

1.一种功能性辊体，至少包括：
辊体主体；
具有磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第一材料层所形成的辊体主体的凹部，从而形成有第一凹部图案与第一非凹部图案的第一图案、及由埋设于所述第一凹部图案的磁性材料或非磁性材料的任一者所形成的第一功能性图案，
所述第一材料层由磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案埋设非磁性材料，所述第一材料层由非磁性材料构成的情况下，在所述第一凹部图案埋设磁性材料，从而使所述磁性材料的磁性图案和所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第一功能性图案部；以及
在比所述第一凹部图案浅的辊体主***置处，具有由磁性材料的磁性图案或非磁性材料的任一者构成的第二材料层所形成的凹部，从而形成的第二凹部图案与第二非凹部图案所形成的第二图案、以及由在所述第二凹部图案埋设的磁性材料或非磁性材料的任一者形成的第二功能性图案，
所述第二材料层由磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案埋设非磁性材料，所述第二材料层由非磁性材料构成的情况下，在所述第二凹部图案埋设磁性材料，从而使所述磁性材料的磁性图案和所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部。
2.如权利要求1所述的功能性辊体，其特征在于，所述第一功能性图案及/或所述第二功能性图案线状地形成，在所述辊体主体的径向及/或轴向交替地形成。
3.如权利要求1或2所述的功能性辊体，其特征在于，所述第一功能性图案及所述第二功能性图案线状地形成，所述第一功能性图案与所述第二功能性图案正交地形成。
4.如权利要求1～3中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述辊体本体的凹部是由激光制版制作而成。
5.如权利要求1～4中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述磁性图案由Fe、Ni、Co所构成群组中的至少一种磁性材料构成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述非磁性图案是从由Cu、Al所构成群组中的至少一种非磁性材料构成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述磁性图案和所述非磁性图案由金属材料而成，通过金属镀层形成。
8.如权利要求1～7中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述辊体主体的凹部的开口宽度为1μm～1000μm。
9.如权利要求1～8中任一项所述的功能性辊体，其特征在于，所述辊体主体的凹部的深度为1μm～1000μm。
10.一种具有权利要求1～9中任一项所述的功能性辊体的装置。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置在所述功能性辊体的外周面附近配置了磁通检测手段。
12.一种制造如权利要求1～9中任一项所述的功能性辊体的功能性辊体的制造方法，包括：
在辊体主体周面形成由磁性材料或非磁性材料任一者构成的第一材料层的工序；
具有在所述第一材料层的表面涂布防蚀层的工序、将所述防蚀层激光曝光的工序、、以及形成有第一凹部图案与第一非凹部图案的第一图案的工序；
在所述第一图案的凹部，埋设由磁性材料或非磁性材料中任一者而形成的第一功能性图案，从而形成所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第一功能性图案部的工序；
在形成有所述第一功能性图案的辊体主体表面形成由磁性材料或非磁性材料的任一者构成的第二材料层的工序；
具有在所述第二材料层的表面涂布防蚀层的工序、将所述防蚀层激光曝光的工序、将所述辊体主体的表面腐蚀的工序、以及形成有第二凹部图案与第二非凹部图案的第二图案的工序；
在所述第二图案的凹部，埋设磁性材料或非磁性材料中的任一者形成的第二功能性图案，从而形成所述磁性材料的磁性图案与所述非磁性材料的非磁性图案相邻形成的第二功能性图案部的工序。
13.如权利要求12所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述第一功能性图案及/或所述第二功能性图案线状地形成，在所述辊体主体的径向以及/或轴向交替地形成。
14.如权利要求12或13所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述第一功能性图案及所述第二功能性图案线性状地形成，所述第一功能性图案与所述第二功能性图案正交地形成。
15.如权利要求12～14中任一项所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述辊体主体的凹部由激光制版制作而成。
16.如权利要求12～15中任一项所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述磁性图案，是由Fe、Ni、Co所组成的群组中的至少一种磁性材料构成。
17.如权利要求12～16中任一项所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述非磁性图案是从由Cu、Al所组成的群组中的至少一种非磁性材料构成。
18.如权利要求12～17中任一项所述的功能性辊体的制造方法，其特征在于，所述磁性图案及所述非磁性图案由金属材料制成，进一步包括将所述磁性图案及所述非磁性图案形成所述金属镀层的工序。
19.如权利要求12～18中任一项所述的功能性辊体的制造方法，通过全自动激光凹版印刷制版***，进行的功能性辊体的制造方法。
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