ノズルプレートおよびその製造方法

【課題】微粒子が微細孔の内部に累積して微細孔を塞ぐのを回避可能なノズルプレートを提供する。
【解決手段】プレート１２は、当該プレート１２の頂部および底部を貫通するよう形成され、かつ内表面が平滑であり、内径がプレート１２の底部から頂部へ向かうに従い大きくなるよう形成される複数の微細孔１４を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒径別大気エアロゾル採取装置に関し、詳しくは多段階式インパクターに用いる複数の微細孔を有するノズルプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
米国ＭＳＰ社により開発製造された、微細孔によって沈殿を均一に行なうインパクター（Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor, ＭＯＵＤＩ）は、大気エアロゾルの採取に汎用されている。微細孔によって沈殿を均一に行なうインパクターは数多くのノズルプレートおよび衝撃板を備え、ノズルプレートは数多くの微細孔を有する。気流が微細孔を通る際、気流中の微粒子は慣性によって下方の衝撃板上に採取される。かつ段階によってパラメーターが異なるため、採取できる微粒子の大きさが異なる。例えば、１０段階式ＭＯＵＤＩは段階によって遮蔽する空気動力学的直径（cutoff aerodynamic diameter）が、それぞれ１８μｍ、１０．０μｍ、５．６μｍ、３．２μｍ、１．８μｍ、１．０μｍ、０．５６μｍ、０．３２μｍ、０．１８μｍ、０．１μｍ、０．０５６μｍ、及び＜０．０５６μｍの順である。
【０００３】
Ｊｉ氏らは、採取された後の8段階式ＭＯＵＤＩのうちの第７段階および第８段階のノズルプレートを電子顕微鏡で観察した。その研究結果は、非特許文献１により発表された。Ｊｉ氏らの研究結果によって、ＭＯＵＤＩが暫く使用された後、微粒子はノズルの微細孔を塞ぎ、それぞれの段階によって遮蔽する空気動力学的直径は本来の設定数値より小さくなり、それぞれの段階の圧力差は本来の設定数値より大きくなることが判明した。
【０００４】
本発明者は、ＭＯＵＤＩのうちの第９段階のノズルプレートの微細孔を光学顕微鏡で観察した結果、微細孔は図１１に示すように階段状かつ粗皮状を呈することが判明した。これは微粒子が微細孔を塞ぐという現象に繋がる可能性があると考えられる。また微細孔は底部の壁の厚さがわずか１０μｍであるため、構造が非常に脆い。従って超音波振動方式による洗浄を行なうことはできない。かつ洗浄の際、非常に手間がかかる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ji, Jun-Ho, Bae, Gwi-Nam and Hwang, Jungho., 2006. Observation Evaluation of Nozzle Clogging in a Micro-orifice Impactor Used for Atmospheric Aerosol Sampling, Particulate Science and Technology 24:1, 85-96
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の主な目的は、微粒子が微細孔の内部に累積して微細孔を塞ぐのを回避可能なノズルプレートを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、清浄の際、超音波振動装置を使用することが可能なノズルプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明による多段階式インパクターに用いるノズルプレートは、プレートを備え、当該プレートは複数の微細孔を有する。微細孔は、プレートの頂部および底部を貫通するようプレートに形成され、かつ内表面が平滑であり、内径がプレートの底部から頂部へ向かうに従い大きくなるよう形成されている。微細孔は数が５０から１００００の間であり、底部における内径が４５μｍから４１０μｍの間である。複数の微細孔を有するノズルプレートは、微細孔を囲むようにプレートの底部に形成された複数の環状突出部を有する。
上記構成の、複数の微細孔を有するノズルプレートは、微細孔の周縁が平滑であるため、微粒子が微細孔の内部に累積して微細孔を塞いでしまうという現象を避けることが可能である。
また、上記構成の、複数の微細孔を有するノズルプレートは、微細孔の壁の厚さが均一であり、構造が丈夫であるため、清浄の際、超音波振動装置を使用することが可能である。
【０００８】
本発明による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造方法は次のステップを含む。ステップ（１）では、基材上にシード層を生成する。ステップ（２）では、シード層に第一フォトレジストをコーティングし、その後、第一マスクを介して第一フォトレジストにＵＶ光を照射することによって第一フォトレジストに現像処理を行なう。ステップ（３）では、シード層のエッチングおよび第一フォトレジストの除去を進めることによってシード層上にシード層を貫通する多数の穿孔を生成する。ステップ（４）では、基材およびシード層に犠牲層を塗布する。ステップ（５）では、犠牲層に金属遮蔽層を生成する。ステップ（６）では、金属遮蔽層に第二フォトレジストをコーティングし、その後、第二マスクを介して第二フォトレジストにＵＶ光を照射することによって第二フォトレジストに現像処理を行なう。ステップ（７）では、金属遮蔽層のエッチングおよび第二フォトレジストの除去を進めることによって金属遮蔽層上に犠牲層に位置する多数の突出部を生成する。ステップ（８）では、基材およびシード層を露出させるまで犠牲層をエッチングする。ステップ（９）では、金属材料でシード層を電気めっきすることによってガラス基材への被覆を進める。ステップ（１０）では、基材、シード層および犠牲層を除去する。ステップ（９）で用いる金属材料としてはコバルトおよびニッケルの混合物を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図３】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図４】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図６】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図７】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図８】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図９】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図１０】本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造過程を示す模式図。
【図１１】従来のノズルプレートを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による多段階式インパクターに用いるノズルプレートおよびその製造方法を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図１から図１０に示すように、本発明の一実施形態による多段階式インパクターに用いるノズルプレートの製造方法は次のステップを含む。
【００１１】
ステップ（１）では、図1に示すようにガラス基材２０上にシード層２２を生成する。シード層２２は、銅またはクロムなどの材料を採用することが可能であり、スパッタリング法、蒸着法または化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition, CVD）によって生成することが可能である。シード層２２は、厚さＤ２が約３μｍである。
【００１２】
ステップ（２）では、図２に示すようにシード層２２に第一フォトレジスト２４をコーティングし、その後、第一マスク２６を介して第一フォトレジスト２４にＵＶ光を照射することによって第一フォトレジスト２４に現像処理を行なう。第一マスク２６はＵＶ光を透過させるため、多数の円形の透光区域２６１を有する。図面を簡潔にするために、図２では１つの透光区域２６１のみを示している。
【００１３】
ステップ（３）では、図３に示すようにシード層２２のエッチングおよび第一フォトレジスト２４の除去を進めることによってシード層２２上にシード層２２を貫通する多数の穿孔２２１を生成する。
【００１４】
ステップ（４）では、図４に示すようにガラス基材２０およびシード層２２に犠牲層２８を塗布する。犠牲層２８はポリイミドを採用することが可能であるが、これに限らない。
【００１５】
ステップ（５）では、図５に示すように犠牲層２８に金属遮蔽層３０を生成する。金属遮蔽層３０は、銅またはクロムなどの材質を採用することが可能であり、スパッタリング法、蒸着法または化学気相成長法によって生成することが可能である。
【００１６】
ステップ（６）では、図６に示すように金属遮蔽層３０に第二フォトレジスト３２をコーティングし、その後、第二マスク３４を介して第二フォトレジスト３２にＵＶ光を照射することによって第二フォトレジスト３２に現像処理を行なう。第二マスク３４は多数の不透明な遮蔽区域３４１を有する。遮蔽区域３４１は、シード層２２上の第一穿孔２２１の位置に対応する。
【００１７】
ステップ（７）では、図７に示すように金属遮蔽層３０のエッチングおよび第二フォトレジスト３２の除去を進めることによって金属遮蔽層３０上に犠牲層２８に位置する多数の突出部３０１を生成する。図面を簡潔にするため、図６および図７では、１つの遮蔽区域３４１と１つの突出部３０１のみを示している。
ステップ（８）では、図８に示すように、ガラス基材２０およびシード層２２を露出させるまで犠牲層２８をエッチングする。
【００１８】
ステップ（９）では、図９に示すように金属材料３６でシード層２２を電気めっきすることによってガラス基材２０への被覆を進め、かつ所定の厚さＤ３に達するまで持続的に電気めっきする。金属材料３６はニッケルおよびコバルトの混合物を採用することが可能であるが、これに限らない。厚さＤ３は１５０μｍである。
【００１９】
ステップ（１０）では、図１０に示すように基材２０、シード層２２および犠牲層２８を除去することによって多段階式インパクターに用いる、多数の微細孔を有するノズルプレート１０を完成させ、その後、多段階式インパクター内に容易に固定するため、ノズルプレート１０を裁断し、その周りに孔を開ける。
【００２０】
図１０に示すように、本発明の実施形態による多段階式インパクターに用いる、多数の微細孔を有するノズルプレート１０は、上述した石版製法、エッチング法および電気めっき法によって製作され、プレート１２を備える。プレート１２は、多数の微細孔１４を備える。微細孔１４はプレート１２の頂部および底部を貫通するようプレート１２に形成される。プレート１２は電気めっき法によって製作されるため、微細孔１４は内表面が平滑であり、内径がノズルプレート１０の底部から頂部へ向かうに従い大きくなるよう形成されている。ノズルプレート１０は、微細孔１４を囲むようにプレート１２の底部に形成される多数の環状突出部１６を有する。
【００２１】
微細孔１４の内表面が平滑であるため、微粒子は微細孔１４をスムーズに通過することが可能である。従って、微粒子はノズルプレート１０を塞いでしまうという現象を確実に避けることが可能となる。また微細孔１４は孔壁の厚さが均一であり、構造が丈夫であるため、洗浄の際、超音波振動装置を使用することが可能である。従って、使用上の利便性およびテストの品質を向上させることが可能となる。設計により、遮蔽する空気動力学的直径が異なるため、ノズルプレート１０上の微細孔１４の数および底部の直径を、それぞれ９００個および１４０μｍ、９００個および９０μｍ、２０００個および５５μｍ、２０００個および５２μｍ、９８０個および４９μｍ、１６５０個および４５μｍ、または２０００個および５５μｍに設計することが可能である。特に微細孔１４の数が５０から１００００個の間、直径が４５から４１０μｍの間であることが好ましい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１０：ノズルプレート、１２：プレート、１４：微細孔、１６：環状突出部、２０：基材、２２：シード層、２２１：穿孔、２４：第一フォトレジスト、２６：第一マスク、２８：犠牲層、３０：金属遮蔽層、３０１：突出部、３２：第二フォトレジスト、３４：第二マスク、３６：金属材料、Ｄ２：シード層の厚さ、Ｄ３：ノズルプレートの厚さ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートを備え、
前記プレートは、前記プレートの頂部および底部を貫通するよう形成され、かつ内表面が平滑であり、内径が前記プレートの底部から頂部へ向かうに従い大きくなるよう形成される複数の微細孔を有することを特徴とするノズルプレート。
【請求項２】
前記微細孔は、数が５０から１００００の間であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項３】
前記微細孔は、数が９００から２０００の間であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項４】
前記微細孔を囲むように前記プレートの底部に形成される複数の環状突出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項５】
前記微細孔は、底部における内径が４５μｍから４１０μｍの間であることを特徴とする請求項１に記載のノズルプレート。
【請求項６】
請求項１に記載のノズルプレートを製造する方法であって、
基材上にシード層を生成するステップ（１）と、
前記シード層に第一フォトレジストをコーティングし、その後、第一マスクを介して第一フォトレジストにＵＶ光を照射することによって前記第一フォトレジストに現像処理を行なうステップ（２）と、
前記シード層のエッチングおよび前記第一フォトレジストの除去を進めることによって前記シード層に前記シード層を貫通する複数の穿孔を生成するステップ（３）と、
前記基材および前記シード層に犠牲層を塗布するステップ（４）と、
前記犠牲層に金属遮蔽層を生成するステップ（５）と、
前記金属遮蔽層に第二フォトレジストをコーティングし、その後、第二マスクを介して前記第二フォトレジストにＵＶ光を照射することによって前記第二フォトレジストに現像処理を行なうステップ（６）と、
前記金属遮蔽層のエッチングおよび前記第二フォトレジストの除去を進めることによって前記金属遮蔽層に前記犠牲層に位置する複数の突出部を生成するステップ（７）と、
前記基材および前記シード層を露出させるまで前記犠牲層をエッチングするステップ（８）と、
金属材料で前記シード層を電気めっきすることによってガラス基材への被覆を進めるステップ（９）と、
前記基材、前記シード層および前記犠牲層を除去するステップ（１０）と、
を含むことを特徴とするノズルプレートの製造方法。
【請求項７】
前記ステップ（９）で用いる前記金属材料は、コバルトおよびニッケルの混合物であることを特徴とする請求項６に記載のノズルプレートの製造方法。

【図１】