JPH10513398A - 電鋳多層スプレーディレクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スプレーディレクタは、上流タービュランスを生じてスプレー散布及びスプレー飛沫サイズの制御をする構造を組み込む。このスプレーディレクタの製造方法は、多層レジストプロセス及び多層電鋳プロセスを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】 電鋳多層スプレーディレクタ及びその製造方法 発明の分野 本発明は、上流タービュランスの発生を組み込んでスプレー散布及びスプレー の飛沫サイズを制御するスプレーディレクタに関する。本発明はまた、多層レジ ストプロセス及び多層電鋳プロセスを用いたスプレーディレクタの製造方法に関 する。 背景 小さな精密オリフィスを有するスプレーディレクタ又はノズルは、例えば内燃 自動車機関及びロケット機関内の燃料インジェクタとしての使用、サーマルイン クジェットプリントヘッドとしての使用及び流体の精密な計量を必要とする類似 したサービスにおける使用を含む様々な工業用途に用いられている。 従来のノズル製造方法は、金型からの鋳造、機械加工及び電気めっきを含み、 最終的なノズルを製造するために仕上げステップを必要とする場合もある。 ノズルを製造する電気めっき方法は、乾式レジスト及び湿式レジストの様々な 組み合わせとエッチングを用いている。しかし、このような方法は、得られる最 大の電鋳層の厚みが約１００μｍであるという点で制限されている。 従来技術のノズル製造方法は一般に、オリフィス形成において精度が欠けてし まう。今までは、このような方法は別個の構成要素を結合してノズルを形成する ことを含んでいた。 例えば、ミシガン工科大学修士であるリチャードソン(William P．Richardson )の論文"The Influence of Upstream Flow Conditions on the Atomizing Perfo rmance ofａ Low Pressure Fuel Injector"(1991)は、シリコンマイクロマシー ニング(Silicon MicroMachining、SMM)プロセスによって製造されたノズルを開 示している。このプロセスでは、オリフィスの構造はシリコンエッチングによっ て提供される。 ファクラーら(Fakler et al.)の米国特許第４，５８６，２２６号は、ワック ス及び銀めっき技術を使用し、次に後仕上げをする小さなオリフィス燃料インジ ェクタの製造方法に関する。燃料供給通路が形成されるステンレススチール基板 上に第１層Ｎｉを電着する。面板Ｎｉ層を介して、穿孔への接続孔を作る。支持 部分を有する脚部、オリフィス形成部分及び脚部を互いに結合する結合タブを有 するプラスチックマンドレルを製造する。面板に形成される収容穴内にマンドレ ルの支持部分を固定し、剛性材料の結合層を電着によって付着させてオリフィス 形成部分を封入する。結合層の外に延出するマンドレルの部分を除去し、表面を 滑らかに仕上げる。 ガードナー(Gardner)の米国特許第４，２４６，０７６号は、インクジェット プリンタ用のノズルを製造する多層乾式フィルムめっき方法に関する。この方法 は、光重合性材料の第１層を基板上にコーティングするステップと、光重合性材 料層の少なくとも一部分が重合するまでこの層を放射線のパターンによって露光 するステップを含む。第１層の自由面を光重合性材料の第２層によってコーティ ングし、このプロセスは第１層の付着に関するプロセスに類似している。双方の 層を現像して基板から非重合材料を除去し、次に電気めっきによって基板上に金 属を付着させる。 ケンワージー(Kenworthy)の米国特許第４，２２９，２６５号は、ジェットド ロップ記録装置用のオリフィスプレートを製造する厚い乾式フィルムレジストめ っき技術を開示している。ステンレススチールのシートの両面にフォトレジスト をコーティングする。次に、適切なマスクを介してフォトレジストを露光し、現 像して、シートの両面に円柱状のフォトレジストペグ領域を形成する。次に、ニ ッケルの高さがペグのエッジを覆うまでニッケルをシート上にめっきする。次に 、直径がより大きいフォトレジストプラグを各フォトレジストペグの上に形成す る。ニッケルめっきは、高さがプラグと同じになるまで続けられる。次にフォト レジスト及びプレートを溶解し、ニッケルから剥離して２つのしっかりした均質 なオリフィスプレートを形成する。 ベアースら(Bearss et al.)の米国特許第４，６７５，０８３号は、２ステッ プのレジスト及びめっきプロセスを使用することによって、インクジェットプリ ントヘッドに関連する金属ノズルプレートを製造する方法に関する。この方法は 、第１の複数のマスクセグメントを含む第１マスクを金属基板に提供するステッ プと、第１の複数のセグメントの上に形成される第２の複数のセグメントを含む 第２マスクを提供するステップを含む。次に、この構造を電鋳ステーションに移 動し、このステーションにおいて厚み最大約２．５ミルのニッケル層を露光表面 上に形成する。プレートが所望の厚みに仕上がると、従来のフォトレジストリフ トオフプロセスを用いてネガティブ及びポジティブのフォトレジストマスクセグ メントを除去する。 ベイクウェル（BaKewell）の米国特許第４，９５４，２２５号は、３次元特徴 を有するノズルプレートの電鋳方法に関する。この方法は、液体上の乾式フィル ム及び厚いフィルム状のフォトレジストを用いる。フォトリソグラフィー（写真 平版）技術を用いて、透明なマンドレルの表面に導電性コーティングを付着させ る。非導電性で透明な材料の薄い円形マスキング領域のパターンを、不透明の導 電性コーティングに形成される各穴の上に形成する。透明マンドレルの導電コー ティングの上に第１金属層をめっきする。第２金属の第１層が第１金属層を取り 囲むまで第２金属層を第１金属層の上にめっきするが、フォトレジストポストを 覆わない。金属層に生じたくぼみを充填剤で充填し、プレート層の最上部に滑ら かな連続表面を形成する。次に、滑らかなめっき層の最上部の上にフォトレジス トの厚い層を付着させ、充填したくぼみを覆うと共にこれと位置合わせした厚い フォトレジストディスクのパターンを形成するように硬化させる。次に、透明マ ンドレルからめっき層を分離し、適切な剥離技術を用いて余分な材料を剥離する 。 ベイクウェルの米国特許第４，８３９，００１号は厚いフィルム状フォトレジ ストを用いてオリフィスプレートを製造する方法に関し、該方法においてプレー トは２つのニッケルの電鋳層から構成される。Ｎｉの第１層を導電性マンドレル 上に電鋳し、選択した穴パターンを有する支持層を形成する。Ｎｉの上に銅をめ っきして穴を覆う。第１ニッケル層の穴のパターンと位置合わせした選択断面の より小さな穴のパターンを有するオリフィス層を形成するように、マンドレルに 結合した表面にＮｉの第２層を電鋳する。次に、銅をエッチングで除去すると、 Ｎｉの薄いオリフィスプレートが現れる。 チャンら(Chan et al.)の米国特許第４，７１６，４２３号は、第１液体を付 着させ、次に乾式フィルムを付着させて一体型オリフィスプレートを製造する方 法に関する。この方法は、収束的に輪郭形成された外面を有する第１マスク部分 と、まっすぐな垂直壁を有する第２マスク部分とを形成することからなる。第１ マスク部分付近に第１金属層を電鋳してオリフィスプレート層を画定し、第２マ スク部分付近に第２金属層を電鋳して１つ又はそれより多くのインクリザーバキ ャビティを有する不連続でスカラップ形の壁部分の障壁層を画定する。最後に、 第１マスク及び第２マスク並びに金属基板の選択部分を除去し、複合構造内の第 １及び第２金属層をそのまま残す。 ハーバートら（Herbert et al.）の米国特許第４，９０２，３８６号は、円柱 状電鋳マンドレル及び厚いフィルム状フォトレジストの製造及び使用方法に関す る。 バスカーら（Bhaskar et al.）の米国特許第５，１６７，７７６号は、マンド レルの導電性領域及び絶縁領域の一部分の上に電着を提供し、絶縁領域に対応す る収束オリフィス開口を有する第１電鋳層を形成することを含む方法によって形 成可能であるインクジェットプリンタ用のオリフィス又はノズルプレートを開示 している。この電気めっきプロセスを再び繰り返し、第１層の収束オリフィス開 口と位置合わせした収束オリフィス開口を有する第２電鋳層を第１電鋳層の上に 形成することができる。 セクストン（Sexton）の米国特許第４，９７２，２０４号は、多層電鋳方法に よって製造されるインクジェットプリンタ用のオリフィスプレートを開示してい る。この方法は、基板にレジストペグを形成するステップと、前記レジストペグ を相補する第１金属層を基板上に電気めっきするステップと、金属によってレジ ストペグの最上面をわずかに過成長させて第１電鋳層を形成するステップとを含 む。レジストペグよりも幅広なチャネルの形状の第１レジスト層を、レジストペ グ及び第１電鋳層の上に配置する。第１レジスト層付近及び第１電鋳層の上に第 ２電鋳層を形成する。続いて、常に幅が広がる一連のレジスト層及び常に幅が狭 まる電鋳層を生じたオリフィスプレート上に同じように付着させ、オリフィスか ら上流にゆくにつれて次第に幅が広がるチャネルに通じるオリフィスを有するオ リフィスプレートを最終的に形成する。 上記参照物は、全て本明細書中に組み込まれる。 発明の概要 本発明の実施の形態は、上流タービュランス（乱流）を生じてスプレー散布及 びスプレーの飛沫サイズを制御する構造を組み込む多層流体散布スプレーディレ クタに関する。 このようなスプレーディレクタの製造方法も開示される。 １つの方法は、多層レジストプロセス及び多層電鋳プロセスを用いるスプレー ディレクタの製造を提供する。スプレーディレクタの断面のパターンを相補する レジストのパターンを導電性基板に形成し、次にパターン層を基板上に電鋳する 。レジスト付着プロセス及び電鋳プロセスを複数回繰り返し、多層電鋳スプレー ディレクタを製造する。 得られたスプレーディレクタの構造は複数の電鋳層を含む。この構造において 、少なくとも１つの流体入口オリフィスは複数の電鋳層のうち少なくとも１つの ベース層に形成され、少なくとも１つの流体射出オリフィスは複数の電鋳層のう ち少なくとも１つの最上層に形成され、タービュランス誘導チャネルは少なくと も１つの入口オリフィス及び少なくとも１つの射出オリフィスをつないでいる。 タービュランス誘導チャネルは、少なくとも１つの射出オリフィスから射出され る前に少なくとも１つの入口オリフィスを介して入る流体の方向を変えるように 配置される。即ち、タービュランス誘導チャネルは、少なくとも１つの入口オリ フィスから少なくとも１つの射出オリフィスに流体を非直線的に運ぶ。 好適な実施の形態の１つによると、タービュランス誘導チャネルはベース層と 最上電鋳層との間に位置する中間複数電鋳層に形成される。この好適な実施の形 態では、入口オリフィス及び少なくとも１つの射出オリフィスは互いから横方向 にオフセットされており（即ち、入口オリフィス及び射出オリフィスの中心軸が 伸長する方向に対して垂直方向にオフセットされており）、タービュランス誘導 チャネルはこれらのオリフィスの軸に対して垂直方向に伸長する。従って、この 実施の形態では、流体は入口オリフィスを入って入口オリフィス軸に平行方向に 流れ、フロー方向が約９０°変わるタービュランス誘導チャネルに入り、タービ ュランス誘導チャネルを通って少なくとも１つの射出オリフィスに流れ、少なく とも１つの射出オリフィスを介して射出される際に再び方向か約９０°変わる。 このタイプのフロー経路は流体中にタービュランスを生じ、これは射出される 流体の霧化及びスプレー散布を改善する。 本発明の他の特徴及び利点は、好適な実施の形態の下記の詳細な説明、請求の 範囲及び添付図面からより完全に明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 本発明は下記の図面と関連して説明される。図面において、同様の参照番号は 同様の要素を示す。 図１Ａ〜図１Ｉは、本発明の実施の形態に従ったタービュランス流体経路を有 する流体散布スプレーディレクタの製造段階を示す断面図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態に従った流体散布スプレーディレクタの正面図 である。 図２Ｂは、図２Ａのライン２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に従った流体散布スプレーディレクタの側面図 である。 図３Ｂは、図３Ａのライン３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態に従った流体散布スプレーディレクタの正面図 である。 図４Ｂは、図４Ａのライン４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 好適な実施の形態の詳細な説明 本発明の方法の実施の形態は、各層が厚み約０．０１０〜約０．４００ｍｍの 範囲である複数の金属層を電鋳すると共に、あらゆる追加の仕上げステップの必 要がない。該方法は、滑らかで平らな表面を生じる。この平坦さを得るために、 ラップ研磨、研削、成形及び機械加工は不要である。この方法は、例えば燃料イ ンジェクタノズルなどの流体の精密な計量を必要とする用途に望ましいオリフィ ス寸法及び流体経路特徴を備えたスプレーディレクタを製造する。タービュラン ス誘導チャネルは射出される流体の霧化及び流体散布を改善するため、これは燃 料注入ノズルに特に有益である。しかし、本発明は燃料注入ノズルに限定されな い。例えば、ペイントスプレー用途、化粧用スプレー用途、家庭用又は工業用ク リーナー散布用途、又は流体の霧化及びスプレーパターンの制御が望まれるあら ゆる他の用途において本発明を使用することも可能である。 所望のスプレーディレクタ断面を相補するレジストのパターンは、適切なフォ トツールデザインを有する電鋳プロセスのために形成される。フォトツールデザ インは、当該技術において一般的に使用されている。 例えば、ノズル断面のデザインの本質であるラインドローイング（線図）は、 インプリント（imprint:なつ印法）が望まれる最終デザインにダークラインが対 応するように用紙上で行われる。ラインは、非画像保持領域によって分離される 。オリジナルアートワークのポジティブ又はネガティブフォトツールは、従来の 写真プロセスを用いて用意される。ネガティブレジスト用のフォトツールは、オ リジナルアートワークのラインに対応する明るいラインと、ライン間の領域に対 応する暗い領域とを有する。当業者によって既知のように、ポジティブレジスト に使用するフォトツールはこれらの領域が反転する、即ちラインが暗くなり、ラ イン間の領域が明るくなる。 まず、当業者に公知の方法で導電性基板をクリーニングし、レジストのパター ン形成用に基板の準備をする。クリーニングステップのシーケンスは、イソプロ ピルアルコールによる洗浄、トリクロロエチレン中での蒸気脱脂、電気クリーニ ング、蒸留水中でのすすぎ、硝酸中での洗浄及び蒸留水中での最終すすぎを含む 。典型的な基板材料は、ステンレススチール、クロム又はニッケルでめっきした 鉄、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、クロム又はニッケルでめっきしたア ルミニウム、チタンパラジウム合金、インコネル(Inconel、登録商標名)６００ 及びインヴァー(Invar、登録商標名)(インコ社(Inco)から入手可能)などのニッ ケル −銅合金を含む。例えば、無電解金属処理、蒸着などの当該技術に既知の金属処 理技術を用いて適切に金属処理することによって導電性にした場合、非金属基板 を使用することもできる。基板は、あらゆる好適な形状が可能である。円柱状で ある場合、基板の表面は基板の軸にほぼ平行であるべきである。 レジスト物質は、様々なタイプの湿式レジストを含むことができる。当該技術 において公知のように、これらのレジスト物質は、シップリー社（Shipley，Inc .、マサチューセッツ州ニュートン）から入手可能なマイクロポジット(Micropos it、登録商標名)又はフォトポジット(Photoposit、登録商標名)などのポジティ ブか、あるいはＯＧＣマイクロエレクトロニクス社（OGC Microelectronics，In c.）から入手可能なウェイコートレジスト(Waycoat Resists)などのネガティブ として分類可能である。これらの湿式レジストは、水性処理可能であるか又はベ ンゼン、ジクロロメタン、トリクロロエタンなどの一般に用いられる有機溶剤中 で溶剤処理可能である。ポジティブレジスト物質は、２−エトキシエチルアセテ ート、ｎ−ブチルアセテート、キシレン、ｏ−クロロトルエン、トルエン、ノヴ ォラック(novolak)樹脂の混合物及び光活性化合物を含有する溶剤処理可能レジ ストを含む。ネガティブレジスト物質は、環化ポリイソプレン及びジアジド光重 合開始剤を含有する溶剤処理可能レジストを含む。 例えばネガティブレジストの場合、レジストをコーティングした基板の表面に フォトツールをしっかりと固定する。例えば１００〜２００ｍＪ／ｃｍ²から１ ００〜２，０００ｍＪ／cｍ²のエネルギーレベルの活性放射によって基板を照射 する。フォトツールを除去すると、ＵＶ放射によって露光されたレジストの部分 は重合しており、照射されなかったレジストの部分はなお半固体の形態のままで ある。照射されなかったレジストの部分は現像プロセスにおいて洗浄により除去 され、重合部分のみが基板表面に残る。ポジティブレジストシステムの場合、照 射領域は洗浄によって除去され、非照射領域が現像プロセス後に残る。 全ての図面において、同様の番号は同様の部分を表している。図１Ａ及び図１ Ｂに示されるように、第１のパターン層３は第１のレジストパターン２を有する 基板１に電鋳される。第１のパターン層３及び第１のレジストパターン２は、粒 子サイズ及び／又はスプレーの方向性に所望の効果を生じるあらゆる形状から選 択されうる。例示的な形状には、円形、楕円形、卵形、トロイド形、円柱形、多 角形、三角形、長方形、矩形、規則的なもの及び不規則なものが含まれる。 電鋳プロセスは、陽極、陰極及び電鋳浴を含む電鋳ゾーン内で生じる。該浴は 、以下からなる：微量〜飽和の濃度範囲であり、アニオン又はカチオンの形態が 可能なパターン層形成材料のイオン又はイオンの塩；溶剤；ゼロ〜飽和の濃度範 囲が可能な緩衝剤；ゼロ〜飽和の濃度範囲が可能な陽極腐食剤；並びに、必要に 応じて粒子精製剤、レベラ（levelers）、触媒、界面活性剤及び従来技術に既知 の他の添加剤。好適な濃度範囲は、過度の実験を行わずに当業者によって容易に 設定可能である。基板上にニッケルをめっきする（即ち、第１パターン層３とし て）のに好適な電鋳浴は、ニッケルイオン約８０ｍｇ／ｍｌ、Ｈ₃ＢＯ₃約２０〜 ４０ｍｇ／ｍｌ、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ約３．０ｍｇ／ｍｌ及びラウリル硫酸ナト リウム約４．０〜６．０ｍｌ／リットルを溶液中に含有する。他の好適な電鋳浴 組成は、ワッツ(Watts)ニッケル：ニッケルイオン約６８〜８８ｍｇ／ｍｌ、Ｎ ｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ約５０〜７０ｍｇ／ｍｌ及びＨ₃ＢＯ₃約２０〜４０ｍｇ／ｍｌ ；クロライドスルフェート（chloride sulfate）：ニッケルイオン約７０〜１０ ０ｍｇ／ｍｌ、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ約１４５〜１７０ｍｇ／ｍｌ及びＨ₃ＢＯ₃約 ３０〜４５ｍｇ／ｍｌ；及び濃縮スルファメート：ニッケルイオン約１００〜１ ２０ｍｇ／ｍｌ、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ約３〜１０ｍｇ／ｍｌ及びＨ₃ＢＯ₃約３０ 〜４５ｍｇ／ｍｌを含むが、これらに限定しない。無電解ニッケル浴などの無電 解浴を用いることもできる。電着に必要な特性によって様々なタイプが利用可能 である。これらの無電解浴は、当業者に公知である。 基板の表面上に電鋳することができる金属の例には、ニッケル、銅、金、銀、 パラジウム、錫、鉛、クロム、亜鉛、コバルト、鉄及びこれらの合金が挙げられ るが、これらに限定されない。好適な金属は、ニッケル及び銅である。導電性ポ リマー、プラスチック及び無電解ニッケル付着物など、電気化学的に付着可能な あらゆる好適な導体又は材料を使用することができる。好適な自動触媒無電解ニ ッケル付着物には、ニッケル−リン、ニッケル−ホウ素、銅−ニッケル リン、 ニッケル−ポリテトラフルオロエチレンなどの重合金、複合コーティングなどが 挙げられるが、これらに限定されない。本発明の範囲内に用いる無電解ニッケル 付着物を形成する方法は、電鋳技術の熟練者には公知である。 好適な電源を使用して電解浴を通電する。重合したレジスト２のパターンによ って決定される基板１の露光導電面上に、溶液からのパターン層形成イオンを電 鋳する。レジストによって覆われた基板部分はめっきされない。第１パターン層 ３が約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍ、好ましくは約０．０２０ｍｍ〜約０ ．２００ｍｍの所望の厚みで基板１の露光面上に付着するまでこのプロセスを進 める。図面に示されるように、この厚みを第１のレジストパターンの厚みと一致 させることが可能である。従って、第１のレジストパターンの好適な厚みの範囲 は、第１パターン層３の厚みとほぼ同じである。 図１Ｃ及び図１Ｄは、レジスト付着及び電気めっきの他のサイクルを示してい る。第２のレジストパターン４が、第１のレジストパターン２及び第１パターン 層３の一部分の上に設けられる。電解浴を通電し、第２のレジストパターン４を 相補するパターンで溶液からのパターン層形成イオンを第１パターン層３の露光 導電面上に電着させる。第２パターン層５が約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍ ｍ、好ましくは約０．０２０ｍｍ〜約０．２００ｍｍの所望の厚みで第１パター ン層３の露光面上に付着されるまでこのプロセスを続ける。図面に示されるよう に、この厚みを第２のレジストパターン４の厚みと一致させることが可能である 。従って、第２のレジストパターン４の好適な厚みは、第２パターン層５の厚み とほぼ同じである。 第２パターン層５及び第２のレジストパターン４の形状は、スプレーの粒子サ イズ及び／又は方向性に所望の効果を生じるあらゆる形状から選択可能である。 例示的な形状には、円形、楕円形、卵形、トロイド形、円柱形、多角形、三角形 、長方形、矩形、規則的なもの及び不規則なものが含まれる。 図１Ｅは、第２のレジストパターン４及び第２パターン層５の上に金属層６を コーティングする金属処理ステップを示している。金属層６は、例えば蒸発によ る物理蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリングＰＶＤ及び自動触媒無電解付着法など の当業者に既知のあらゆる様々な金属処理技術によって付着可能である。金属層 ６の好適な成分には、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ及びＣ ｒが含まれるが、これらに限定されない。金属層の厚みは、０．００００１ｍｍ 〜０．０２０ｍｍ、好ましくは０．００００５ｍｍ〜０．００５ｍｍであるべき である。非導電性第２レジストパターン４の上で電鋳を生じることができるよう に、金属層が設けられる。 図１Ｆ〜図１Ｇ及び図１Ｈ〜図１Ｉは、本発明の異なる実施の形態に従った他 の更なるステップを示している。 図１Ｆ及び図１Ｇは、金属層６の上に第３のレジストパターン７を設け、第３ パターン層８を電気めっきするように示されている。得られた第３パターン層８ は、過成長形状を有するものとして特徴づけられている。この形状を有する層で は、電気めっきされた材料が各第３のレジストパターン７のエッジにオーバーラ ップして階段状流体射出オリフィス９を画定する。このタイプの形状は、レジス ト物質が湿式レジストである、及び／又は第３のレジストパターン７が第３パタ ーン層８に対して薄い場合に生じる。第３レジストパターン７の高さは、０．０ ００５ｍｍ〜０．１００ｍｍ、好ましくは０．００１ｍｍ〜０．０７５ｍｍ、よ り好ましくは０．００２ｍｍ〜０．０５０ｍｍであるべきである。 過成長形状を形成するために用いることができるレジスト物質には、２−エト キシエチルアセテート、ｎ−ブチルアセテート、キシレン、ｏ−クロロトルエン 、トルエン、光活性化合物及び光活性化合物の混合物が挙げられるが、これらに 限定されない。光活性化合物の例として、ジアゾ−ベース化合物又はジアゾジ− ベース化合物が挙げられるが、これらに限定されない。 第３パターン層８及び第３のレジストパターン７の形状は、スプレーの粒子サ イズ及び／又は方向性に所望の効果を生じるあらゆる形状から選択可能である。 例示的な形状には、円形、楕円形、卵形、トロイド形、円柱形、多角形、三角形 、長方形、矩形、規則的なもの及び不規則なものが含まれる。本発明の好適な実 施の形態では、第３のレジストパターンは少なくとも１つの鋭いエッジを備える 形状を有する。 図１Ｈ及び図１Ｉは、図１Ｇに示されるような過成長形状を実質的に防ぐため に少なくとも十分な厚みを有する第３のレジストパターン７′を提供するように 示されている。この実施の形態では、第３のレジストパターン７′よりも低いか 又はこれに等しい高さで第３パターン層８′を金属層６の上に電気めっきする。 第３パターン層８′が第３のレジストパターン７′よりも小さい厚みを有すると 意図される場合、第３パターン層８′の目標厚みは第３のレジストパターン７′ の厚みよりも約１０％小さいことが好ましい。第３のレジストパターン７′及び 第３パターン層８′の高さは、０．０１０ｍｍ〜０．４００ｍｍ、好ましくは０ ．０２５ｍｍ〜０．３００ｍｍ、より好ましくは０．０５０ｍｍ〜０．２５０ｍ ｍであるべきである。第３のレジストパターン７′の最上面は、電気めっきを実 質的に含まない。 所望の多層の厚みを基板１の表面上に電鋳した後、溶液から基板を除去する。 これらに限定されないが、機械的分離、熱ショック、マンドレル分解などを含む 標準的な方法により、基板の表面から多層電鋳パターンを除去することができる 。これらの方法は、電鋳技術の熟練者には公知である。 部品の取扱いを最小にするために、レジストパターン及びフロー経路に存在す る金属層の部分は基板を除去する前に除去することが好ましい。レジストパター ンは、当該技術で実施されるあらゆる好適な方法によって除去可能である。この ような方法には、溶剤処理可能レジストに対してはアセトン又はジクロロメタン 中での基板の洗浄、水性処理可能レジストに対してはエタノールアミン及びグリ コールエーテルの混合物中での基板の洗浄が挙げられる。フォトレジストを除去 する他の好適な方法は当該技術で既知であり、通常はフォトレジスト物質の供給 者によって提供される。 フロー経路の金属層は、レジスト除去ステップでレジストクリーニング媒体に よって除去されることが好ましい。しかし、フロー経路の金属層がレジストの除 去後に残った場合、当業者に公知である選択的化学エッチング技術によってこれ を除去することができる。 図面に示される３層構造のような複数層構造では、基板除去後のクリーニング ステップが通常必要である。通常は、例えばアセトン、ジクロロメタン、又はエ タノールアミン及びグリコールエステルの混合物中で部品を回転させることによ ってこのステップを達成することができる。 図１Ａ〜図１Ｉは、入口オリフィスを画定するレジストパターン及びパターン 層を最初に基板に付着させる実施の形態を示しているが、このプロセスを逆にし て、射出オリフィスを画定するレジストパターン及びパターン層を最初に基板（ 即ちベース層）に付着させ、入口オリフィスを画定するレジストパターン及びパ ターン層を生じたスプレーディレクタ（即ち最上層）に最後に付着させることが できることを、当業者は容易に理解するであろう。このような他の実施の形態の 例は以下を含む：少なくとも１つの流体射出オリフィスの形状に対応する形状を 有する第１のレジストパターンを導電性基板上に付着させる；第１のレジストパ ターンを相補する第１パターン層を導電性基板上に電鋳する；第１パターン層及 び第１のレジストパターンによって画定された第１の表面上に、中間チャネルの 形状に対応する形状を有する第２のレジストパターンを付着させる；第２のレジ ストパターンを相補する第２パターン層を第１表面上に電鋳する；第２のレジス トパターン及び第２パターン層によって画定された第２の表面上に金属層を付着 させる；入口オリフィスの形状に対応する形状を有する第３のレジストパターン を金属層の上に付着させる；第３のレジストパターンを相補する第３パターン層 を金属層の上に電鋳して多層電鋳パターンを提供する；レジストパターン及び非 直線流体経路に位置する金属層の部分を多層電鋳パターンから除去する；基板か ら多層電鋳パターンを除去して流体散布ユニットを提供する。 図２Ａ〜図２Ｂ及び図３Ａ〜図３Ｂは、基板及びフォトレジスト物質を除去し た後に仕上がったスプレーディレクタ２０の好適な実施の形態を示している。図 ２Ｂを参照すると、入口オリフィス１１は第１の方向に伸長する中心軸ＸＡを有 する。流体射出オリフィス９は、入口オリフィス軸ＸＡと平行であるがオフセッ トしている中心軸ＸＢ及びＸＣを有する。 散布させるべき流体は、入口オリフィス１１を介して流体散布スプレーディレ クタ２０に流れ込み、中間チャネル１０に入る。第３パターン層８の内部表面は 流体の直線フローを遮り、流体を強制的にタービュランス誘導角流体経路移動さ せ、流体は中間チャネル１０を出て２つの流体射出オリフィス９を介してスプレ ーされる。図示した実施の形態では、チャネル１０はオリフィス軸ＸＡ、ＸＢ及 びＸＣにほぼ垂直の方向に伸長している。 図４Ａ〜図４Ｂは、仕上がったスプレーディレクタ２０の他の好適な実施の形 態を示している。この実施の形態では、入口オリフィス１１、中間チャネル１０ 及び流体射出オリフィス９がそれぞれ４つある。各中間チャネル１０は、卵形の 断面を有する。 有益なことに、本発明に従って製造されるスプレーディレクタは、断面直径及 び厚みの範囲を有することができる。例えば、スプレーディレクタの流体射出オ リフィスは、約０．０１０ｍｍ〜約２．００ｍｍ、好ましくは約０．０２０ｍｍ 〜約０．５００ｍｍの最小断面寸法を有することができる。流体射出オリフィス ９の寸法は流体フロー要件によって決定され、用途及びスプレーディレクタをわ たる圧力低下要件によって広く変化する。過度な実験を行わずに、当業者によっ てこれらの寸法を決定することができる。 基板上のフォトレジスト及び電鋳層の寸法並びに電鋳時間は、スプレーディレ クタの寸法を決定する。スプレーディレクタの多層の厚みは、約０．１００ｍｍ 〜約１．５００ｍｍであるべきである。好適な厚みは、約０．３００ｍｍ〜約０ ．９００ｍｍの範囲である。従って、これらの例示的な範囲からのバリエーショ ンは、当業者によって容易に行われることが可能である。 １つより多くのオリフィス１１を各スプレーディレクタ２０に設けることがで きる。１つの流体射出オリフィスを各スプレーディレクタ２０に設けることがで きる。あるいは、（図示されるような）２つ又は３つ以上の流体射出オリフィス ９を各スプレーディレクタ２０に設けることができる。 スプレーディレクタ内のパターン層の数は３つに限られない。例えば、３つよ り多くのパターン層を設けて、より複雑なキャビティ、オリフィス、フロー経路 などの形成を容易にすることができる。例えば、追加の層を設けて中間チャネル の下流壁の溝、ひれ又はリブの形成を容易にすることができ、この構造は流体タ ービュランスに更に影響を与える。 十分なタービュランスが流体中に生じる限り、入口オリフィス及び射出オリフ ィスの軸は平行でなくてもよく、中間チャネルに対して垂直でなくてもよい。 複数のスプレーディレクタを単一基板上に同時に製造することができる。連続 シートとして部品を基板から除去することを可能にし、かつアレイの取扱いを容 易にするために、薄いカップリングストリップを電鋳して各スプレーディレクタ パターンの最終電鋳層を少なくとも１つの他のスプレーディレクタパターンに固 定させることができる。アレイパターンのスプレーディレクタ間の距離は広く変 化しうるが、目標は空間を最小にすることである。 本発明に従って製造されるスプレーディレクタを、流体の精密な計量などの精 密オリフィスを有するスプレーディレクタを必要とする用途に使用することがで きる。このような使用には、これらに限定されないか、内燃機関内で使用する燃 料インジェクタノズル、サーマルインクジェットプリント、ドロップオンデマン ドプリント及び圧電駆動プリントにおいて使用するプリントノズル、エポキシス プレー、ペイントスプレー、接着剤スプレー、化粧用スプレー、家庭用又は工業 用クリーナスプレー及びはんだ付け用ペーストスプレーを含むスプレー用途、又 は流体の霧化及びスプレーパターン制御が望まれるあらゆる他の用途が挙げられ る。 本発明は特定の実施の形態を参照して詳しく説明されたが、本発明の趣意及び 範囲を逸脱せずに様々な変更が可能であることが当業者には明らかであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年１２月２０日 【補正内容】 ２９．前記第３のレジストパターンが約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚 みを有する、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ３０．前記第３パターン層が前記第３のレジストパターン上に過成長する、請求 の範囲第１９項に記載の方法。 ３１．前記金属層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ及びＣ ｒからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む、請求の範囲第１９項 に記載の方法。 ３２．前記金属層が約０．００００１ｍｍ〜約０．０２０ｍｍの厚みを有する、 請求の範囲第１９項に記載の方法。 ３３．前記複数の電鋳層と、前記複数の電鋳層の少なくとも１つの隣接対間にあ る少なくとも１つの金属層を含む、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット 。 ３４．前記流体散布ユニットが、複数の電鋳層と、前記複数の電鋳層の少なくと も１つの隣接対間にある少なくとも１つの金属層を含む、請求の範囲第１９項に 記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｄ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｎ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ )，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ， ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ (72)発明者 スライン、ジュディ エー. アメリカ合衆国 14541 ニューヨーク州 ロムラス イースト レイク ロード 5214 (72)発明者 ウッド、ケネス イー. アメリカ合衆国 14502 ニューヨーク州 メイスドン メイスドン センター ロ ード 1855

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．非直線流体経路を画定する複数の電鋳層を含む流体散布ユニットであって 、 流体を受け取る入口オリフィスと、 前記流体を射出する流体射出オリフィスと、 前記入口オリフィスと前記流体射出オリフィスとの間にあり、前記入口オリフ ィスから前記流体射出オリフィスに前記流体を非直線的に運ぶタービュランス誘 導中間チャネルと、 を含む流体散布ユニット。 ２．前記タービュランス誘導中間チャネルは上流壁及び下流壁によって画定さ れ、前記上流壁は前記入口オリフィスに貫通し、前記下流壁は前記入口オリフィ スからオフセットした位置で前記流体射出オリフィスに貫通している、請求の範 囲第１項に記載の流体散布ユニット。 ３．前記タービュランス誘導中間チャネルが長方形又は卵形の断面を有する、 請求の範囲第２項に記載の流体散布ユニット。 ４．前記入口オリフィス、前記流体射出オリフィス及び前記タービュランス誘 導中間チャネルをそれぞれ４つ有する、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニ ット。 ５．前記タービュランス誘導中間チャネルが、前記流体射出オリフィス及び前 記入口オリフィスのうち少なくとも１つの中心軸に対してほぼ垂直の方向に伸長 する、請求の範囲第２項に記載の流体散布ユニット。 ６．前記タービュランス誘導中間チャネルと流体的に連通した２つの流体射出 オリフィスを含む、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 ７．前記流体射出オリフィスが、過成長形状を有する少なくとも１つの電鋳層 によって画定される、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 ８．前記流体射出オリフィスが少なくとも１つの鋭いエッジを備える形状を有 する、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 ９．前記入口オリフィスは、円形、楕円形、卵形、トロイド形、多角形、三角 形、長方形及び不規則な形からなる群から選択される断面形状を有する、請求の 範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 １０．前記電鋳層が、ニッケル、銅、金、銀、パラジウム、錫、鉛、コバルト、 クロム、鉄、亜鉛及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１つの メンバーを含む、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 １１．前記電鋳層が、ニッケル−リン、ニッケル−ホウ素、銅−ニッケル リン 、ニッケル−ポリテトラフルオロエチレン及びこれらの複合物からなる群から選 択される少なくとも１つのメンバーを含む、請求の範囲第１項に記載の流体散布 ユニット。 １２．前記電鋳層が組成的に同一である、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユ ニット。 １３．前記流体散布ユニットが機関用の液体燃料噴霧インジェクタノズルである 、請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニット。 １４．請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニットの製造方法であって、 （ａ）少なくとも１つのベースパターン層を基板上に電鋳して前記入口オリフ ィス又は前記流体射出オリフィスを画定し、 （ｂ）少なくとも１つの中間パターン層を前記少なくとも１つのベースパター ン層上に電鋳して前記中間チャネルを画定し、 （ｃ）少なくとも１つの最上パターン層を前記少なくとも１つの中間パターン 層上に電鋳してもう一方の前記オリフィスを画定すると共に多層電鋳パターンを 提供し、 （ｄ）前記基板から前記多層電鋳パターンを分離して前記流体散布ユニットを 提供する、 流体散布ユニットの製造方法。 １５．請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニットの製造方法であって、 （ａ）前記入口オリフィスの形状に対応する形状を有する第１のレジストパタ ーンを導電性基板に付着させ、 （ｂ）前記第１のレジストパターンを相補する第１パターン層を前記導電性基 板上に電鋳し、 （ｃ）前記中間チャネルの形状に対応する形状を有する第２のレジストパター ンを、前記第１パターン層及び前記第１のレジストパターンによって画定される 第１の表面上に付着させ、 （ｄ）前記第２のレジストパターンを相補する第２パターン層を前記第１表面 上に電鋳し、 （ｅ）前記第２のレジストパターン及び前記第２パターン層によって画定され る第２の表面上に金属層を付着させ、 （ｆ）前記流体射出オリフィスの形状に対応する形状を有する第３のレジスト パターンを前記金属層の上に付着させ、 （ｇ）前記第３のレジストパターンを相補する第３パターン層を前記金属層の 上に電鋳して多層電鋳パターンを提供し、 （ｈ）前記レジストパターン及び前記非直線流体経路に位置する前記金属層の 部分を前記多層電鋳パターンから除去し、 （ｉ）前記多層電鋳パターンを前記基板から除去して前記流体散布ユニットを 提供する、 流体散布ユニットの製造方法。 １６．請求の範囲第１項に記載の流体散布ユニットの製造方法であって、 （ａ）前記流体射出オリフィスの形状に対応する形状を有する第１のレジスト パターンを導電性基板に付着させ、 （ｂ）前記第１のレジストパターンを相補する第１パターン層を前記導電性基 板上に電鋳し、 （ｃ）前記中間チャネルの形状に対応する形状を有する第２のレジストパター ンを、前記第１パターン層及び前記第１のレジストパターンによって画定される 第１の表面上に付着させ、 （ｄ）前記第２のレジストパターンを相補する第２パターン層を前記第１表面 上に電鋳し、 （ｅ）前記第２のレジストパターン及び前記第２パターン層によって画定され る表面上に金属層を付着させ、 （ｆ）前記入口オリフィスの形状に対応する形状を有する第３のレジストパタ ーンを前記金属層の上に付着させ、 （ｇ）前記第３のレジストパターンを相補する第３パターン層を前記金属層の 上に電鋳して多層電鋳パターンを提供し、 （ｈ）前記レジストパターン及び前記非直線流体経路に位置する前記金属層の 部分を前記多層電鋳パターンから除去し、 （ｉ）前記多層電鋳パターンを前記基板から除去して前記流体散布ユニットを 提供する、 流体散布ユニットの製造方法。 １７．流体散布ユニットであって、 少なくとも１つの入口オリフィスを有する第１の電鋳層と、 少なくとも１つの流体射出オリフィスを有する第２の電鋳層と、 前記少なくとも１つの入口オリフィスと前記少なくとも１つの流体射出オリフ ィスとの間を伸長すると共に、前記少なくとも１つの入口オリフィス及び前記少 なくとも１つの流体射出オリフィスのうち少なくとも１つの中心軸に対して非ゼ ロ角度の方向に伸長し、前記少なくとも１つの入口オリフィスから前記少なくと も１つの射出オリフィスに流れる液体中にタービュランスを誘導する少なくとも １つのタービュランス誘導チャネルと、 を含む流体散布ユニット。 １８．前記第１の電鋳層と前記第２の電鋳層との間に位置する中間電鋳層を更に 含み、前記少なくとも１つのタービュランス誘導チャネルが前記中間電鋳層に位 置する、請求の範囲第１７項に記載の流体散布ユニット。 １９．流体散布ユニットの製造方法であって、 （ａ）第１のレジストパターンを導電性基板上に付着させ、 （ｂ）前記第１のレジストパターンを相補する第１パターン層を前記導電性基 板上に電鋳し、 （ｃ）第２のレジストパターンを前記第１パターン層及び前記第１のレジスト パターン上に付着させ、 （ｄ）前記第２のレジストパターンを相補する第２パターン層を前記第１の表 面上に電鋳し、 （ｅ）前記第２のレジストパターン及び前記第２パターン層によって画定され る表面上に金属層を付着させ、 （ｆ）前記第１のレジストパターンから前記基板の表面に沿った方向にオフセ ットした位置で第３のレジストパターンを前記金属層の上に付着させ、 （ｇ）前記第３のレジストパターンを相補する第３パターン層を前記金属層の 上に電鋳して多層電鋳パターンを提供し、 （ｈ）前記レジストパターン及び前記第３のレジストパターン付近に位置する 前記金属層の部分を前記多層電鋳パターンから除去し、 （ｉ）前記多層電鋳パターンを前記基板から除去して前記流体散布ユニットを 提供する、 流体散布ユニットの製造方法。 ２０．前記レジストパターンが、２−エトキシエチルアセテート、ｎ−ブチルア セテート、キシレン、ｏ−クロロトルエン、トルエン、光活性化合物及びこれら の混合物からなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含む、請求の範 囲第１９項に記載の方法。 ２１．前記レジストパターンが、環化ポリイソプレン及びジアジド光重合開始剤 からなる群から選択される少なくとも１つのメンバーを含む、請求の範囲第１９ 項に記載の方法。 ２２．前記パターン層が、ニッケル、銅、金、銀、パラジウム、錫、鉛、コバル ト、クロム、鉄、亜鉛及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも１ つのメンバーを含む、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２３．前記パターン層が、ニッケル−リン、ニッケル−ホウ素、銅−ニッケルリ ン、ニッケル−ポリテトラフルオロエチレン及びこれらの複合物からなる群から 選択される少なくとも１つのメンバーを含む、請求の範囲第１９項に記載の方法 。 ２４．前記第１パターン層が約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚みを有す る、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２５．前記第１のレジストパターンが約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚 みを有する、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２６．前記第２パターン層が約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚みを有す る、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２７．前記第２のレジストパターンが約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚 みを有する、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２８．前記第３パターン層が約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚みを有す る、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２９．前記第３のレジストパターンが約０．０１０ｍｍ〜約０．４００ｍｍの厚 みを有する、請求の範囲第１９項に記載の方法。 ３０．前記第３パターン層が前記第３のレジストパターン上に過成長する、請求 の範囲第１９項に記載の方法。 ３１．前記金属層が、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌ及びＣ ｒからなる群から選択される少なくとも１つの金属を含む、請求の範囲第１９項 に記載の方法。 ３２．前記金属層が約０．００００１ｍｍ〜約０．０２０ｍｍの厚みを有する、 請求の範囲第１９項に記載の方法。